灰场截洪沟设计方法与流程

1.本发明涉及截洪沟设计方法技术领域，具体涉及一种灰场截洪沟设计方法。


背景技术：

2.随着技术经济的发展，大型工业建筑需求越来越多，在当前环保要求下大型工业产生的废弃物，如火力发电厂的灰渣、矿区的尾矿等急需妥善的处理。由于工业废弃物的处理常常需要考虑清污分流问题，故在灰场、尾矿库最终堆灰线需设置截洪沟。截洪沟为一条带类建构筑物，由于其规模相对于较小，故目前尚无成熟、简便的软件及方法进行设计。特别针对山区地形下的大型灰渣场、尾矿库，其截洪沟须沿山区地形盘山设计，而盘山截洪沟往往线路较长，洪水量较大，且坡地较陡，其平、纵、横断面设计较为复杂；同时由于坡地较陡，截洪沟平面布置上偏差一米，其土石方往往有较大差异。目前常规的设计方法为：工程师在cad地形下先沿地形线绘制一条截洪沟中心线，后沿中心线剖地形，绘制地形线；然后根据地形线设计纵坡，并设计横断面。这种设计方法，往往需要设计者具备成熟的设计经验以及足够的细心仔细；但即使这样，也须对截洪沟的平纵剖反复调整方能成就一个相对较为合理的设计方案。此外这种设计方法对截洪沟的土石方量没有一个整体的把握，其每个横断面数据需要设计人员逐个剖地形线进行设计，设计过程复杂，效率低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结合道路设计软件和验算调整，代替工程师仅使用cad的设计方法，简化截洪沟设计过程的灰场截洪沟设计方法。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种灰场截洪沟设计方法，包括以下步骤：
6.s1、收集待设计截洪沟的灰场区域的地形信息、水文信息、地质条件；
7.s2、使用道路设计软件构建该灰场区域的三维地形模型；
8.s3、确定待设计的截洪沟的起点和终点，按照道路设计方法，根据三维地形模型中的地形趋势，在道路设计软件中设计出初拟截洪沟的走势，完成平面布线；
9.s4、假定初拟截洪沟的纵坡比例，并输入道路设计软件中，得到初拟截洪沟，并形成纵剖地形线；
10.s5、按照沟型将初拟截洪沟分成若干段；
11.s6、对每段初拟截洪沟的合理性进行验算，对验算不合理的初拟截洪沟的对应段重新设计走势和/或纵坡比例。
12.优选的，步骤s4中的纵坡比例假定范围为0.8％～1.2％。
13.优选的，步骤s6中初拟截洪沟的合理性验算包括判断初拟截洪沟横断面尺寸是否满足水流量要求、初拟截洪沟的深度是否满足水深要求、初拟截洪沟的平均流速是否满足流速要求。
14.优选的，判断初拟截洪沟横断面尺寸是否满足水流量要求的验算方法包括以下步
骤：
15.s601、假定初拟截洪沟的每段均为明渠均匀流；
16.s602、收集到的水文信息中的水流量为qm3/s，测量初拟截洪沟横断面的宽为bm、高为hm，初拟截洪沟的沟底底坡为i、糙率为n、边坡系数为m、预留标高为
△
hm；
17.s603、根据初拟截洪沟的边坡系数m判断其横断面形式：当m＝0时，初拟截洪沟的横断面形式为矩形；当m≠0时，初拟截洪沟的横断面形式为梯形；
18.s604、计算初拟截洪沟的水面宽度b＝b 2m；
19.s605、计算初拟截洪沟的过水面积a＝[b m(h-δh)](h-δh)；
[0020]
s606、计算初拟截洪沟的湿周
[0021]
s607、计算初拟截洪沟的水力半径
[0022]
s608、计算初拟截洪沟的谢才系数
[0023]
s609、计算初拟截洪沟的水流量
[0024]
s610、判断初拟截洪沟的水流量qc与收集到的水文信息中的水流量q之间的关系：若qc＞q，则初拟截洪沟的横断面尺寸满足水流量要求；若qc＜q，则初拟截洪沟的横断面尺寸不满足水流量要求，调整对应段的纵坡比例。
[0025]
优选的，判断初拟截洪沟的深度是否满足水深要求的验算方法包括以下步骤：
[0026]
s611、根据公式计算初拟截洪沟的实际水深h0：：
[0027]
s612、判断初拟截洪沟的实际水深h0与初拟高度h、预留超高为
△
h之间的关系，若h0＜h
‑△
h，则初拟截洪沟的横断面尺寸满足水深要求；若h0＞h
‑△
h，则初拟截洪沟的横断面尺寸不满足水深要求，调整对应段的纵坡比例。
[0028]
优选的，判断初拟截洪沟的平均流速是否满足流速要求的验算方法包括以下步骤：
[0029]
s613、计算初拟截洪沟的平均流速
[0030]
s614、判断平均流速与淤积流速v
淤积
、冲刷流速v
冲刷
之间的关系，若v
淤积
＜v＜v
冲刷
，则初拟截洪沟的横断面尺寸满足流速要求；若v＜v
淤积
或v＞v
冲刷
，则初拟截洪沟的横断面尺寸不满足流速要求，调整对应段的纵坡比例。
[0031]
优选的，步骤s4后、步骤s5前还包括步骤：拟定初拟截洪沟的外壁材料及尺寸；步骤s6后还包括步骤s7：对每段初拟截洪沟的外壁材料及尺寸的合理性进行判断，包括判断初拟截洪沟抗滑及抗倾覆是否满足要求、初拟截洪沟的材料抗弯是否满足要求、初拟截洪沟的地基承载力是否满足要求，对不合理的初拟截洪沟段重新拟定外壁材料和/或尺寸。
[0032]
优选的，判断初拟截洪沟抗滑及抗倾覆是否满足要求的方法包括以下步骤：
[0033]
s701、计算初拟截洪沟横断面抗滑稳定安全系数其中，μ为沟底的沟体与土体的摩擦系数，gn为初拟截洪沟横断面重力，e
an
为沟壁土压力的竖直分量，e
at
为沟壁土压力的水平分量；沟壁土压力采用库伦土压力计算；
[0034]
s702、判断初拟截洪沟横断面抗滑稳定安全系数kf是否符合标准要求，若不符合，重新拟定该端拟定初拟截洪沟的外壁材料和/或尺寸；
[0035]
s703、计算初拟截洪沟横断面抗倾覆稳定安全系数其中，xn为初拟截洪沟重力作用点距抗倾覆点的水平距离；xf为初拟截洪沟土压力作用点距抗倾覆点的水平距离；zf为初拟截洪沟土压力作用点距抗倾覆点的竖直距离；
[0036]
s704、判断初拟截洪沟横断面抗倾覆稳定安全系数kq是否符合标准，若不符合，则重新拟定初拟截洪沟的外壁材料和/或尺寸。
[0037]
优选的，判断初拟截洪沟的材料抗弯是否满足要求的方法包括以下步骤：
[0038]
s705、取初拟截洪沟侧壁与底板交界处的横断面；
[0039]
s706、计算该横断面的最大允许弯矩为[m]＝wf
tm
，其中，w为横断面的抵抗矩，f
tm
为初拟截洪沟的材料的弯拉强度设计值；
[0040]
s707、判断横断面的最大允许弯矩为[m]与横断面实际弯矩m之间的关系，若[m]≥m，则初拟截洪沟的材料抗弯满足要求；若[m]＜m，则初拟截洪沟的材料抗弯不满足要求，重新拟定该端拟定初拟截洪沟的材料。
[0041]
优选的，判断初拟截洪沟的地基承载力是否满足要求的方法包括以下步骤：
[0042]
s708、初拟截洪沟的基底平均压力为pk、基底最大压力为p
kmax
；
[0043]
s709、判断初拟截洪沟的平均压力pk、基底最大压力p
kmax
两者与修正后的地基承载力特征值fa之间的关系，若pk≤fa且pk≤1.2fa，则初拟截洪沟的地基承载力满足要求；若pk＞fa或pk＞1.2fa，则初拟截洪沟的地基承载力不满足要求，重新拟定初拟截洪沟的外壁材料和/或尺寸。
[0044]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过道路设计软件，将截洪沟的设计假定为道路的设计方式，在道路设计软件中进行逐段设计，根据地形信息、水流方向拟定出初拟截洪沟，再对其进行验算调整，相比于cad的设计方法，操作方便，不需要工程师具备成熟的设计经验，只需要理解截洪沟的设计要求，设计效率相对较高。
附图说明
[0045]
图1为使用本发明对某工程截洪沟进行设计的道路设计软件中初拟截洪沟的平面布置图。
[0046]
图2为使用本发明对某工程截洪沟进行设计的道路设计软件中初拟截洪沟的纵截面图。
[0047]
图3为使用本发明对某工程截洪沟进行设计的cad软件中初拟截洪沟的横截面图。
[0048]
图4为典型的梯形截洪沟的净空横断面。
[0049]
图5为典型的截洪沟设计壁厚后的横断面。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0051]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0052]
一种灰场截洪沟设计方法，包括以下步骤：
[0053]
s1：收集待设计截洪沟的灰场区域的地形信息、水文信息、地质条件；
[0054]
s2：使用道路设计软件构建该灰场区域的三维地形模型，具体方式为：先通过道路设计软件读入该灰场区域地形信息中的高程信息，含高程点和高程线，然后通过三角法构建灰场区域的三维地形模型，以得到灰场区域的整体地形；
[0055]
s3：确定待设计的截洪沟的起点和终点，利用道路设计软件对道路类条状构筑物设计的便携性，将待设计的截洪沟假象为条状类构筑物，按照道路设计方法，并根据三维地形模型中的地形趋势，在道路设计软件中设计出初拟截洪沟的走势，完成平面布线，即沿初拟截洪沟的走势进行平面布置，设计过程中，要保证初拟截洪沟引导的水流方向从起点至终点；并将平面布线绘制在cad软件中，由于最终施工图纸为cad软件，因此该步骤用于提高设计效率；
[0056]
s4：根据水文信息，假定初拟截洪沟的纵坡比例为0.8％～1.2％，根据水文信息和纵坡比例初步计算出初拟截洪沟的横断面尺寸，并将纵坡比例和横断面尺寸输入道路设计软件中，形成纵剖地形线；
[0057]
s5：根据纵剖地形线初步设计初拟截洪沟的纵剖面，在设计过程中，结合地形剖面使初拟截洪沟的顶面与地形线相平，以利用截断坡面汇集的洪水，同时保证施工时的挖填方量最优，并提高初拟截洪沟的横断面合理性；
[0058]
s6：拟定初拟截洪沟的外壁材料及尺寸；设计完成后，初拟截洪沟的横断面例如图5所示；
[0059]
s7：按照沟型将初拟截洪沟分成若干段；
[0060]
s8：对每段初拟截洪沟的合理性进行验算，包括判断初拟截洪沟横断面尺寸是否满足水流量要求、初拟截洪沟的深度是否满足水深要求、初拟截洪沟的平均流速是否满足流速要求，对验算不合理的初拟截洪沟的对应段重新设计走势和/或纵坡比例；
[0061]
s81：判断初拟截洪沟横断面尺寸是否满足水流量要求：
[0062]
s801：假定初拟截洪沟的每段均为明渠均匀流；
[0063]
s802：收集到的水文信息中的水流量为qm3/s，测量初拟截洪沟横断面的宽为bm、高为hm，例如图4，初拟截洪沟的沟底底坡为i、糙率为n、边坡系数为m、预留标高为
△
hm；
[0064]
s803：根据初拟截洪沟的边坡系数m判断其横断面形式：当m＝0时，初拟截洪沟的横断面形式为矩形；当m≠0时，初拟截洪沟的横断面形式为梯形；
[0065]
s804：计算初拟截洪沟的水面宽度b＝b 2m；
[0066]
s805：计算初拟截洪沟的过水面积a＝[b m(h-δh)](h-δh)；
[0067]
s806：计算初拟截洪沟的湿周
[0068]
s807：计算初拟截洪沟的水力半径
[0069]
s808：计算初拟截洪沟的谢才系数
[0070]
s809：计算初拟截洪沟的水流量
[0071]
s810：判断初拟截洪沟的水流量qc与收集到的水文信息中的水流量q之间的关系：若qc＞q，则初拟截洪沟的横断面尺寸满足水流量要求；若qc＜q，则初拟截洪沟的横断面尺寸不满足水流量要求，调整对应段的纵坡比例并重复步骤s4、s5、s8，直至qc＞q后，对应修改cad软件中的数据；
[0072]
s82：判断初拟截洪沟的深度是否满足水深要求：
[0073]
s811：根据公式计算初拟截洪沟的实际水深h0：：
[0074]
s812：判断初拟截洪沟的实际水深h0与初拟高度h、预留超高为
△
h之间的关系，若h0＜h
‑△
h，则初拟截洪沟的横断面尺寸满足水深要求；若h0＞h
‑△
h，则初拟截洪沟的横断面尺寸不满足水深要求，调整对应段的纵坡比例并重复步骤s4、s5、s8，直至h0＜h
‑△
h后，对应修改cad软件中的数据；
[0075]
s83：判断初拟截洪沟的平均流速是否满足流速要求：
[0076]
s813：计算初拟截洪沟的平均流速
[0077]
s814：判断平均流速与淤积流速v
淤积
、冲刷流速v
冲刷
之间的关系，若v
淤积
＜v＜v
冲刷
，则初拟截洪沟的横断面尺寸满足流速要求；若v＜v
淤积
或v＞v
冲刷
，则初拟截洪沟的横断面尺寸不满足流速要求，调整对应段的纵坡比例，并重复步骤s4、s5、s8，直至v
淤积
＜v＜v
冲刷
后，对应修改cad软件中的数据；
[0078]
s9：对每段初拟截洪沟的外壁材料及尺寸的合理性进行判断，包括判断初拟截洪沟抗滑及抗倾覆是否满足要求、初拟截洪沟的材料抗弯是否满足要求、初拟截洪沟的地基承载力是否满足要求，对不合理的初拟截洪沟段重新拟定外壁材料和/或尺寸；
[0079]
s91：判断初拟截洪沟抗滑及抗倾覆是否满足要求：
[0080]
s901：计算初拟截洪沟横断面抗滑稳定安全系数其中，μ为沟底的沟体与土体的摩擦系数，gn为初拟截洪沟横断面重力，e
an
为沟壁土压力的竖直分量，e
at
为沟壁土压力的水平分量；沟壁土压力采用库伦土压力计算；
[0081]
s902：判断初拟截洪沟横断面抗滑稳定安全系数kf是否符合标准要求，若不符合，重新拟定该端拟定初拟截洪沟的外壁材料和/或尺寸并重复步骤s9，直至初拟截洪沟横断面抗滑稳定安全系数kf符合标准要求，对应修改cad软件中的数据；
[0082]
s903：计算初拟截洪沟横断面抗倾覆稳定安全系数其中，xn为初拟截洪沟重力作用点距抗倾覆点的水平距离；xf为初拟截洪沟土压力作用点距抗倾覆点的水平距离；zf为初拟截洪沟土压力作用点距抗倾覆点的竖直距离；
[0083]
s904：判断初拟截洪沟横断面抗倾覆稳定安全系数kq是否符合标准，若不符合，则重新拟定初拟截洪沟的外壁材料和/或尺寸，直至初拟截洪沟横断面抗滑稳定安全系数kq符合标准要求，对应修改cad软件中的数据；
[0084]
s92：判断初拟截洪沟的材料抗弯是否满足要求：
[0085]
s905：取初拟截洪沟侧壁与底板交界处的横断面；
[0086]
s906：计算该横断面的最大允许弯矩为[m]＝wf
tm
，其中，w为横断面的抵抗矩，f
tm
为初拟截洪沟的材料的弯拉强度设计值；
[0087]
s907、判断横断面的最大允许弯矩为[m]与横断面实际弯矩m之间的关系，若[m]≥m，则初拟截洪沟的材料抗弯满足要求；若[m]＜m，则初拟截洪沟的材料抗弯不满足要求，重新拟定该端拟定初拟截洪沟的材料并重复s92，直至[m]≥m，对应修改cad软件中的数据；
[0088]
s93：判断初拟截洪沟的地基承载力是否满足要求
[0089]
s908：初拟截洪沟的基底平均压力为pk、基底最大压力为p
kmax
；
[0090]
s909：判断初拟截洪沟的平均压力pk、基底最大压力p
kmax
两者与修正后的地基承载力特征值fa之间的关系，若pk≤fa且pk≤1.2fa，则初拟截洪沟的地基承载力满足要求；若pk＞fa或pk＞1.2fa，则初拟截洪沟的地基承载力不满足要求，重新拟定初拟截洪沟的外壁材料和/或尺寸并重复s92，直至pk≤fa且pk≤1.2fa，对应修改cad软件中的数据；
[0091]
道路设计软件为hint道路设计软件。
[0092]
通过本发明对某工程截洪沟进行设计，经过步骤s3后，得到如图1所示的道路设计软件中初拟截洪沟的平面布置图；经过步骤s4后，得到如图2所示的道路设计软件中初拟截洪沟的纵截面图；经过步骤s5、s6后，得到如图3所示的cad软件中初拟截洪沟的横截面图。
[0093]
本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。