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甘沟防护工程冲刷验算分析

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摘要：由于河流在流动时，受到各种因素的影响，会对河岸造成冲刷的效应。对河岸进行防护工程的冲刷验算能帮助在工程建设中有实用的参考数据，具有重要意义。本文甘沟冲刷区的范围进行了圈定，对其及冲刷区水文地质条件进行了简要阐述，通过冲刷计算得出具体数据，以助于在防护工作中提出了有针对性的建议，以供同仁参考。

Abstract： As the river flows， it is affected by various factors， it will cause erosion on the river bank. It is of great significance to carry out the erosion check calculation of the protective project on the river bank， which can help to have practical reference data in the project construction. In this paper， the scope of the Gangou erosion area is delineated， and the hydrogeological conditions of the erosion area are briefly described. The specific data are obtained through the erosion calculation to help put forward targeted suggestions in the protection work for reference of colleagues.

关键词：甘沟防护工程;地质;水文;冲刷;验算

Key words： Gangou protective project;geology;hydrology;erosion;check calculation

中图分类号：U443.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）22-0129-02

1? 自然地理环境概述

拟建路线起点位于托克逊K163+706.813，即国道314线小草湖至托克逊建设项目的终点。路线终点位于库米什K255+007.971，全线通过地段位于新疆维吾尔自治区吐鲁番地区托克逊县境内。路线地处东径88.50、北纬42.50位于天山山脉东段（即博尔托乌拉山东段），其主峰形式南北分水岭。路线通过地段属中低山、丘陵和山间盆（洼）地地貌，海拔50～1800m，高差达1300m，地形切割较为强烈，在中低山区内分布有库米什等山间盆地，中低山区基岩裸露，山间盆地为第四纪沉积物所覆盖，基岩露头较少。

2? 地形、地貌类型分析

路线通过地区的地貌成因和地貌形态是在内外动力作用下长期发展演变而成。特别是喜马拉雅运动形成的强烈褶皱和断裂构造，喜马拉雅运动后的差异性升降运动和新构造运动使本区地貌得到了改造，形成了由平行的山地、山间盆地，山前平原组成的天山总面貌景观。

3? 气象、水文特点

该地区属典型的内陆性气侯，冬季漫长而寒冷、夏季短暂炎热，春秋季气温升降迅速，日温差较大。降水量稀少，蒸发强烈是区内气候的基本特点。该区全年平均降水量112.8mm，且多集中于六、七、八三个月内，六、七、八三个月平均气温为22～23℃，最高35.8℃，最低7.9℃;最低气温一般为-16.7～-20.5℃，多集中于十二月、元月、二月三个月。

天山山区地下水的补给，迳流与排泄无明显的分区界限，同一山体大气降水渗入形成地下迳流，并在被切割的河谷中以泉水的形式排泄，地下水补给全部为大气降水，天山地区的年降雨量为350～800mm，地表水相當丰富，其沿各种裂隙、风化壳的渗入率为23.5～37.8%。地下水受构造裂隙制约，泉水多出露于断层带或断裂构造的复合部位，山间洼地河谷的卵砾石层中补给条件好，潜水沿沟分布。

4? 工程地质特征

路线沿线地层岩性及构造均十分复杂，地层以元古界中天山群星星峡组、古生代志留、泥盆、石炭、二叠系和中生界侏罗系、新生界的第三系为主。构造有苏巴什、桑树园子、拱拜子区域性大断裂和三十九条一般断裂，方向以北西西向为主，北东向和近南北向次之。路线通过地段处于北天山地震构造带和南天山地震构造带之间，属弱地震构造区。根据国家地震烈度区划，该地区地震烈度为Ⅵ度区。

5? 拟建防护工程处河流流域特点

K183+000～K185+600段防护工程处河道汇水面积约为108km2，河床平均纵坡4.7%，左右高山峡谷，河道蜿蜒曲折，河谷宽度约为80m，路线与水流基本平行。K198+640～K211+780段防护工程处河道汇水面积约为32.5km2，河槽为“U”形，两岸高山峻岭，河槽宽度约为50m，路线与水流基本平行。K225+740～K236+368段防护工程处河道汇水面积约为32.5km2，河床平均纵坡3.65%，河谷宽度约为60m，呈“U”形，路线与水流基本平行。干沟山区属于干旱山区，年降雨量平均不到200mm，但因降水有70%集中于七、八、九三个月间，上游周围山体及山前坡地植被稀少，滞水能力差，大气降雨除部分渗漏外基本无植物截留，加之河床纵坡较大，洪峰通常来势较快，极易形成迳流下泄，冲刷下切河床，河槽中冲痕明显、岸坎直立，有明显下切痕迹。加上该段属于新构造运动较活跃的地段，地形切割深，大小河谷纵横，山体裸露，汇水面积大，将会进一步加剧冲刷下切河床。

6? 沿线各地气象要素

气象资料见表1。

7? 冲刷计算

7.1 一般冲刷计算

按输沙平衡原理建立的河槽一般冲刷深度公式：

1.64-1公式

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

式中：hp—防护工程构造物前一般冲刷的最大深度（m）;

Qs—设计流量（m3/s）;

b—计算断面天然河槽宽度（m）;

hmax—设计流量河槽最大水深（m）;

hj—设计流量河槽平均水深（m）;

A—单宽流量集中系数，A=（B/H）0.15，B和H都是造床流量下的河槽宽度（m）和平均水深（m），取A≤1.8;

E—与含沙量ρ有关的系数，采用E=0.86;

dj—河床土的平均粒径（mm）。

造床流量—桥位设计中通常采用平滩流量作为造床流量，其水位大约与河滩平滩水位齐平，大致相当于多年平均的最大洪水流量。对于河滩河槽难以划分的游荡性、变迁性河段，可用多年平均的最大洪水流量作为造床流量。

K183+000～K185+600段冲刷计算：

A=（52.17/0.333）0.15=1.59<1.8

Qs=163m3/s，b=74.13m，hmax=0.96m，hj=0.484m，dj=20.56mm

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

=[（（1.59×163/74.13）（0.96/0.484）5/3）/（0.86×20.561/6）]3/5

=3.40m

K198+640～K211+780段冲刷计算：

A=（46.56/0.490）0.15=1.484<1.8

Qs=98m3/s，b=48.40m，hmax=0.80m，hj=0.70m，dj=11.53mm

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

=[（（1.484×98/48.40）（0.80/0.70）5/3）/（0.86×11.531/6）]3/5

=1.90m

K225+740～K236+368段沖刷计算：

A=（45.61/0.313）0.15=1.585<1.8

Qs=97m3/s，b=47.33m，hmax=0.75m，hj=0.56m，dj=5.77mm

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

=[（（1.585×97/47.33）（0.75/0.56）5/3）/（0.86×5.771/6）]3/5

=2.55m

7.2 局部冲刷计算

按非粘性土河床局部冲刷计算公式：

《路基设计手册》1-5-15公式

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

式中：hb—防护工程构造物前局部冲刷的最大深度（m）;

a—水流方向与构造物迎水面之间切线的交角，取a=30°;

V—河滩上的平均流速，不小于河滩土的容许不冲刷流速，《路基设计手册》表1-5-12（m/s）;

m—边坡系数，等于构造物边坡角的余切;

g—重力加速度，为9.8m/s2;

d—冲刷过程中裸露出来在冲刷坑底的河床土的最大粒径（m）。

K183+000～K185+600段冲刷计算：

V=2.00m2/s? ?m=0.25? ?d=0.20m

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

=（23×0.268×2.002/（（1+0.252）×9.8）-30×0.02

=1.84m

K198+640～K211+780段冲刷计算：

V=1.50m2/s? ?m=0.25? ?d=0.20m

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

=（23×0.268×1.502/（（1+0.252）×9.8）-30×0.02

=0.77m

K225+740～K236+368段冲刷计算：

V=1.50m2/s? ?m=0.25? ?d=0.20m

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

=（23×0.268×1.502/（（1+0.252）×9.8）-30×0.02

=0.77m

经过计算，K183+000～K185+600段防护工程坡角处最大冲刷深度为设计水位下5.24m，K198+640～K211+780段防护工程坡角处最大冲刷深度为设计水位下2.67m，K225+740～K236+368段防护工程坡角处最大冲刷深度为设计水位下3.32m。

8? 结语

加强计算过程中河床平均粒径等基础数据收集，可提高计算精度，使工程建设落实经济合理、方案可行的原则，同时，加强经验积累、做好走访调查也是做好工程设计的重要措施。

参考文献：

[1]董炳江，许全喜，袁晶，朱玲玲.近年来三峡水库坝下游河道强烈冲刷机理分析[J].泥沙研究，2019（05）.

[2]杨涵苑，李志威.基于流量过程的若尔盖黑河下游崩岸规律研究[J].水力发电学报，2019（04）.

[3]胡杰龙，王平义，喻涛，曹婷，程志友.岩质滑坡涌浪对三峡库区岸坡的冲刷模型试验[J].水利水电科技进展，2018（01）.

[4]杨金林，吴国宏，王耀军，闫长斌.不同河道形态岸坡抗冲刷能力的三维数值模拟分析[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2016（03）.

[5]王猛，彭勇，梁国华.大伙房模型在石佛寺流域洪水预报方案中的应用[J].南水北调与水利科技，2012（02）.

作者简介：李剑（1975-），男，山东金乡人，本科，高级工程师，从事工程建设、道路养护质量安全管理研究。

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