一种主-被动泥石流水石分离-消能减灾装置的制作方法

一种主
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被动泥石流水石分离
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消能减灾装置
技术领域
1.本实用新型涉及泥石流防治工程技术领域，特别是一种主
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被动泥石流水石分离
‑
消能减灾装置。


背景技术：

2.泥石流灾害具有动能大，密度高，冲击破坏力极强的特点，为我国多见、常见的一种地质灾害。目的关于泥石流防治的工程技术手段多式多样，其中基于水石分离原理的泥石流防治工程结构与措施是极为重要的一种，这类防治措施是通过改变泥石流中的水
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石(即液
‑
固)两相物质的含量比，来改变泥石流形成的基本要素，从而达到治理泥石流的目的。如：各种类型的拦挡坝，是拦截泥石流中的大粒径石块，从而降低泥石流中固体含量，降低泥石流冲击力或磨蚀力，或者转变为洪水，从而达到治理泥石流的效果。
3.另外也有分离泥石流中的水(浆体)，从而降低泥石流中的含水量，使得泥石流的粘性增大，流动阻力增大，从而达到治理泥石流的效果。而以往分离泥石流的装置或方法，依靠过滤筛的原理，依靠泥石流自身重力完成分离，效率低，容易堵塞筛孔，需要对相关结构和设施进行繁琐维护才能满足减灾防灾的效果。
4.例如，申请号为201811075207.x、申请日为2018.09.14、公开日为2019.01.04公开了“一种泥石流水石分离格栅坝及水石分离系统”所采用的技术方案是：一种泥石流水石分离格栅坝，横跨泥石流沟床的两岸设置，所述水石分离格栅坝整体为迎水面向背水面方向弯折的网状结构，其弯折线沿泥石流的流动方向倾斜设置，所述水石分离格栅坝的底部与泥石流沟床的底面固定连接，该发明提升泥石流的水石分离效果，同时增加结构整体可承受的载荷，提升泥石流防治结构的安全可靠性。相对于该发明，本实用新型解决了泥石流冲击力、淤堵问题并带有主动清理系统。本实用新型并非通过截留石块等固体物质来治理泥石流灾害，而是通过增压
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虹吸原理降低泥石流的含水量，从而改变泥石流的性质，降低流动性，达到治理泥石流的效果。因此本装置根本上不会直接迎接和抵抗泥石流的正面冲击，也很难发生堵塞和淤积的情况。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种主
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被动泥石流水石分离
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消能减灾装置，克服了上述现有泥石流水石分离技术当中存在的易堵塞，淤积和较大冲击力的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种主
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被动泥石流水石分离
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消能减灾装置，包括沟槽和排水系统，沟槽包括依次连接的进口段、过滤段、出口段，且沟槽底部高程显著逐渐下降；所述过滤段内沟道的侧壁内设置有若干用于分离泥石流中水分的滤水箱；还包括与滤水箱连接的进水口和排水系统，所述若干滤水箱起到对泥石流中的水有吸取和过滤作用，同时排出砂石固体。所述滤水箱连接到排水系统，用于将过滤掉的水通过排水系统排出
8.进一步地，所述沟槽底部设置有护底，沟槽两侧安装有挡墙；并且左右挡墙之间设
置有横向支撑，所述所述护底和挡墙与横向支撑，用于抵抗外围两侧岩土物质的压力，支撑结构体和泥石流流通作用，并且防止泥石流对岩土物质形成冲刷。因此，护底与挡墙需具有较高的结构强度和耐冲刷性能，可以用钢筋混凝土制成；所述滤水箱设置在侧壁内，其滤水箱进水口与沟槽侧壁平齐。
9.进一步地，所述滤水箱包括箱体，所述箱体上设置有进水口和出水口。所述进水口与格栅连接，所述进水口的格栅与沟槽连接处平齐，箱体内部经格栅向沟槽开放。所述出水口通过水管连接到所述排水系统；箱体内部结构还包括竖直设置在箱体内的溢水隔板，所述溢水隔板将箱体分隔为两个连通空间，并且溢水隔板顶部与箱体顶部之间留有间隙；所述进水口和出水口分设于溢水隔板两侧，所述进水口一侧的箱体的空间的横截面积大于进水口的横截面积；进水口的横截面积大于出水口一侧箱体空间的横截面积；出水口一侧箱体空间的横截面积大于出水口的横截面积，进水口侧箱体内水位高于溢水隔板时，水通过溢水隔板顶部与箱体顶部之间的间隙流向出水口侧箱体，最后通过出水口流出滤水箱。
10.进一步地，所述沟槽进口段的宽度由前至后递减，所述挡墙侧壁厚度由前至后与宽度形成递增；所述沟槽出口段的宽度由前至后递增，所述挡墙侧壁10厚度由前至后与宽度形成递减，所述箱体内位于进水口一侧设置有冲淤斜坡，所述冲淤斜坡起与溢水隔板并向进水口一边倾斜，其高度从溢水隔板向进水口一边递减，由于为了实现主动清淤，能够让在滤水箱内的泥石流的沉淀物能够顺利流出滤水箱，因此，设置冲淤斜坡为倾斜安装，为了更方便清淤过程。当沟槽内流动的泥石流的泥位高于某个滤水箱的进水口时，此时泥石流被格栅进行初步过滤后，细颗粒与泥浆进入到箱体内，但是由于进水口侧箱体(缓置空间)的横截面积大于进水口的横截面积，进入到箱体内的泥浆运动速率下降，产生静置作用，部分相对较粗的岩石颗粒发生沉淀，落到箱体底部的冲淤斜坡上，部分通过进水口回到沟槽的泥石流中。随着泥石流泥位的升高进水口侧箱体的泥浆水位也逐渐升高，当高于溢水隔板时，静置沉淀后的泥浆(水)进入箱体的出水口侧，由于进水口横截面大于出水口侧箱体横截面，因此出水口外连的水管与出水口侧箱体很快灌满，使得整个箱体接近充满状态。由于出水口外连接的水管向下流通形成一段高差，且水管与箱体共同构成气密系统，因此在重力作用下形成负压力差，此时产生了虹吸作用，加速将泥石流中的水吸入箱体内；此时即便外部沟槽内泥石流的泥位低于溢水隔板的高度，只要高于进水口，依靠虹吸作用仍可以持续吸取泥石流中水分。
11.进一步地，所述进水口与出水口的底部与箱体底部齐平，平齐的作用在于，防止滤水箱内出现残留水；所述进水口出设置有格栅。所述格栅的作用在于初步过滤泥石流当中的大粒径的岩石颗粒。
12.进一步地，所述冲淤斜坡的倾斜度为15
‑
60，
13.进一步地，所述箱体可以由耐久性工程塑料制成，除进水口与出水口，箱体保持气密性，所述格栅处于与泥石流直接接触，因此所述格栅可以由金属材料、塑料、纤维树脂等坚韧材料制成。
14.进一步地，所述排水系统包括给排水管，所述给排水管一端与滤水箱连接，滤水箱当中的水通过给排水管流通至排水系统中，通过另一端分别连接给水管和排水管，所述给水管和排水管均通达蓄水池。
15.进一步地，所述排水管和给水管上均设置阀门，所述给水管上设置给水泵。
16.进一步地，因需借助重力作用进行初步沉淀、虹吸等过程，所述滤水箱安装时必须竖直放置，即滤水箱的上下顶面水平，内部的溢水隔板竖直放置。为了加大对泥石流吸取和滤水效率，滤水箱为上下放置，并在侧壁内设置多排，且所有滤水箱皆通过各自水管连接到排水系统。
17.本实用新型的有益效果在于
18.通过增压
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虹吸作用吸取泥石流的水，并且通过静置沉淀作用滤除固体颗粒，从而实现泥石流的水
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石分离，并且降低了堵塞。由于是截水排石，因此不会发生淤积现象。对于泥石流而言，在流经本装置后，由于水含量下降，泥石流浓度增大、流量规模减小、流速降低、冲蚀作用减小，最终降低或化解了泥石流的危害性。
附图说明
19.图1为本实用新型泥石流水石分离的装置示意图；
20.图2为本实用新型水石分离装置a
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a’剖视图；
21.图3为本实用新型滤水箱b
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b’截视图；
22.图4为本实用新型滤水箱c
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c’截面图
23.图5为本实用新型滤水箱d
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d’截面图；
24.图6为本实用新型排水系统示意图；
25.图7为本实用新型泥石流深度变化示意图；
26.图8为本实用新型泥石流流速变化示意图；
27.图9为本实用新型泥石流流量变化示意图；
28.图10为本实用新型泥石流浓度变化示意图；
29.图11为本实用新型泥石流对沟底压力变化示意图；
30.图12为本实用新型滤水箱侧视图示意图；
31.图13为本实用新型滤水箱f
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f’剖视图示意图；
32.图14为本实用新型滤水箱e
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e’剖视图示意图；
33.图15为本实用新型滤水箱整体示意图；
34.图16为本实用新型滤水箱注水阶段示意图；
35.图17为本实用新型滤水箱为虹吸过滤阶段示意图；
36.图18为本实用新型滤水箱反注水冲淤阶段示意图；
37.图19为本实用新型应对稀性泥石流和山洪时状态形态示意图。
38.标记说明：1沟槽、2进口段、3过滤段、4出口段、5滤水箱、6排水系统、7护底、8挡墙、9横向支撑、10侧壁、11箱体、12进水口、13出水口、14溢水隔板、15冲淤斜坡、16格栅、17排水管、18给水管、19给水阀、20排水阀、21给水泵、22蓄水池、23回填碎石、24原岩土体。
具体实施方式
39.所举实施例是为了更好地对本实用新型进行说明，但并不是本实用新型的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述

技术实现要素：
对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。
40.实施例1
41.参见图1～图6、图12～15所示，本实用新型提供一种主
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被动泥石流水石分离
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消能减灾装置，包括沟槽1和排水系统6；所述沟槽1包括依次连接的进口段2、过滤段3、出口段4；所处过滤段3内侧的侧壁10中设置用于分离泥石流中水分的滤水箱5；还包括与滤水箱5连接的排水系统6。
42.进一步，所述沟槽1底部设置有护底7，沟槽1两侧安装挡墙8；并且左右挡墙8之间这只横向支撑9；所述挡墙内侧敷设有侧壁10，所述滤水箱5设置在侧壁10内。
43.需要说明的是，所述沟槽1进口段2的宽度由前至后递减，所述挡墙8侧壁10厚度由前至后与宽度形成递增；所述沟槽1出口段4的宽度由前至后递增，所述挡墙8侧壁10厚度由前至后与宽度形成递减。
44.进一步，所述滤水箱5包括箱体11，箱体5上设置有进水口12和出水口13；还包括竖直设置在箱体5内的溢水隔板14，所述溢水隔板14将箱体11分隔为两部分，所述溢水隔板14顶部与箱体11顶部之间留有间隙；所述进水口12和出水口13分设于溢水隔板11两侧，箱体11被溢水隔板14分割两部分，位于进水口12一侧的箱体11的空间的横截面积大于进水口112的横截面积5
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10倍；进水口12的横截面积大于位于出水口13一侧箱体空间的横截面积1.5
‑
5倍；出水口13一侧箱体空间的横截面积大于出水口13的横截面积(2
‑
6倍。
45.需要说明的是，所述箱体11内位于进水口12一侧底部设置有冲淤斜坡15，将所述冲淤斜坡15起于溢水隔板14并向进水口12一边倾斜，其高度从溢水隔板14向进水口一边递减。所述冲淤斜坡15的切斜度为15
‑
60
°
。所述进水口12和出水口13的底部与箱体11底部平齐，并且进水口2处设置有用于阻挡泥石流中粗颗粒岩石进入的格栅16。所述箱体11可以由耐久性工程塑料制成，滤水箱5的进水口12与出水口13连通，除此之外箱体11密封。所述格栅16处于与泥石流直接接触，因此所述格栅16可以由金属、塑料、纤维树脂等坚韧材料制成。所述排水系统6包括排水管17，所述排水管17一端与滤水箱5连接，另一端分别连接给水管18和排水管17，所述给水管18和排水管17均通达蓄水池22，所述排水管17和给水管18上均设置阀门，所述给水管17上设置给水泵21。因需借助重力作用完成工作，所述滤水箱5安装时必须竖直放置，即滤水箱5的上下顶面水平，内部的溢水隔板14竖直放置。为了加大对泥石流吸取和滤水效率，滤水箱5为上下放下设置在侧壁内的多排，且所有滤水箱5皆通过水管连接到排水系统6。
46.进一步，所述排水系统6包括排水管17，所述排水管17一端与滤水箱5连接，另一端分别连接有给水管18和排水管17，所述给水管18和排水管17均通达蓄水池22。
47.需要说明的是，所述排水系统6位于所述滤水箱5下端实现重力自流；为提高泥石流在该设备中的过滤效果及过滤效率，所述滤水箱5为上下方向布置在侧壁10内的多排。
48.本实用新型的工作原理和过程为：当泥石流灾害来临前，将该装置安装于泥石流沟壑当中，当泥石流来临时，泥石流经过沟壑通过进口段2进入到该装置当中。由于所述进口段2宽度由前至后递减，因此，进口段2的前端开口宽度大于进口段2后端宽度，当泥石流来临时，通过进口段2的前端开口引导泥石流进入进口段2中；由于进口端宽度较大，更方便泥石流进入，也同时能让更多的泥石流进入到开口段2中；再有，由于进口段2宽度由前至后递减，因此，进口段2侧壁10厚度由前至后递增。
49.当泥石流通过进口段2时，由于进口段2宽度由前至后递减，且沟槽底部高度下降，因此，泥石流的厚度和深度逐渐增加，从而增加了泥石流的内部压力，增加了泥石流流速，
对沟槽底部和侧壁压力都实现了增高，实现了增压。
50.当被增压泥石流通过进口段2后，进入到过滤段3的沟槽1时，泥石流在挡墙内壁上的通道侧壁组成的沟槽1内流动，此时沟槽1底部护底7仍起到防护作用。当泥石流的泥位高于某个滤水箱的进水口时，此时泥石流被格栅进行初步过滤后，细颗粒与泥浆进入到箱体内，但是由于进水口侧箱体的缓置空间内横截面积大于进水口的横截面积，进入到箱体内的泥浆运动速率下降，产生静置作用，部分相对较粗的岩石颗粒发生沉淀，落到箱体底部的冲淤斜坡15上，部分通过进水口12回到沟槽1的泥石流中。随着泥石流泥位的升高进水口12侧箱体11的泥浆水位也逐渐升高，当高于溢水隔板14时，静置沉淀后的泥浆(水)进入箱体11的出水口13侧，由于进水口12横截面大于出水口13侧箱体11横截面，因此出水口13外连的水管与出水口13侧箱体11很快灌满，使得整个箱体11接近充满状态。由于出水口13外连接的水管向下流通形成一段高差，且水管与箱体11共同构成气密系统，因此在重力作用下形成负压力差，此时产生了虹吸作用，加速将泥石流中的水吸入箱体11内；此时即便外部沟槽1内泥石流的泥位低于溢水隔板14的高度，只要高于进水口12，依靠虹吸作用仍可以持续吸取泥石流中水分。
51.随着泥石流在过滤段3的沟槽1当的流动，其中水被通道侧壁10中的滤水箱5不断吸收，泥石流的浓度逐渐增加含水量逐渐下降，其总流量也减小，因此在出口段4宽度由前至后递增，因此，其构成侧壁10厚度逐渐减小，沟槽1宽度加大深度变小，泥石流深度下降，内部压力也减小，因此流速迅速降低，但由于该装置倾斜安装，因此被过滤掉水的泥石流仍然能够流出该装置。
52.当泥石流灾害过后，排水系统6打开给水阀19，关闭排水阀19，开启给水泵21，将蓄水池22当中的少量水反向压入过滤箱5当中，对整个滤水箱5内部残留的部分岩石颗粒进行冲洗，并从进水口12排出至沟槽中。
53.本实用新型中滤水箱5的工作原理和过程为：滤水箱5固定到沟槽的侧壁10中，进水口12处于沟槽1侧壁10之间密封，仅能够从进水口格栅16处进水。滤水箱5能够起到沉淀过滤、虹吸水分、排水、冲淤的作用。处于工作状态中的滤水箱5在遭遇泥石流经过时，由于沟槽1侧壁10的沟槽1中泥石流的泥位高度高于滤水箱5中水位时，产生正压，使得泥石流中的水通过进水口格栅16进入到滤水箱5中；当滤水箱5的缓置空间中的水位高于溢水隔板14时，水便溢过溢水隔板14流入溢水通道，并依次流入出水口11和与滤水箱5连接的排水管17中如图6所示。当排水管1和溢水通道中的水充满一定的高差时，在重力作用形成高于溢水隔板14的压差，此时滤水箱5中形成负压差，便形成虹吸作用，进一步增大了滤水箱5从泥石流的吸水作用。滤水箱5的缓置空间的横截面积和体积远大于进水口12的横截面积和体积，因此，通过进水口12急速流入到缓置空间中的水会马上减速，运动变得缓和，此时由于流动动能减小，相对大的粗颗粒便在重力作用下发生沉淀，如图16和图17所示。因此只有含有细颗粒的泥浆能够通过溢水隔板14流出滤水箱5。而沉淀下来的粗颗粒，在冲淤斜坡15上下滑或沉淀，部分返回到泥石流中，部分残留下来。而残留下来的粗颗粒，灾害过后，通过人工冲淤，完成清淤，如图18所述。即如图6和图18所示，闭合蓄水池22排水阀20，打开给水阀19和给水泵21，蓄水池22中的静置水便通过给排水管17进入到滤水箱5内，经过溢水隔板17，水冲刷冲淤斜坡15上的粗颗粒，排於到滤水桶的外部完成清淤，保证下次灾害的功用。，如图16～18演示了滤水箱5的工作过程：通过进水口12泥石流进入到滤水箱5当中，并且在进入
滤水箱5的过程当中，有金属材料制成的格栅16进行初步过滤，将大颗粒石块进行分离，进而第一次过滤达到了消除了部分磨蚀力，进而带有小颗粒的泥石流进入过滤箱当中，在滤水箱5当中进行沉淀，由于滤水箱5当中设置溢水隔板14，进而有了足够的过滤空间，不会产生泥石流自进入到过滤箱5当中，没有进行充分过滤直接流向出水口13。当泥石流在缓置空间当中时，如图5所示，与泥石流一起进入到过滤箱5当中的小颗粒石砬进行沉淀，沉淀到带有斜度的冲淤斜坡15上，部分沉淀颗粒通过冲淤斜坡15的斜度主动流出过滤箱，而部分滞留在过滤箱当中的冲淤斜坡15上。当泥石流持续进入到过滤箱5中，被过滤的水位持续上升，当上升到水位高于溢水隔板14时，被过滤的水将通过空隙流向出水口13处，排水管17连接在过滤箱5出水口13处，因此，被过滤的水流向排水系统6中
54.如图6所示，本实用新型中排水系统的工作原理为：滤水箱5完成工作后，被过滤的水冲出水口13经过排水管17进入到排水系统6中，由于排水系统6整体结构为自下，因此，在需要排水系统6需要工作，打开排水阀20(泥石流的爆发具有一定随机性，系统应长期处于排水状态，即排水阀长期开启，给水阀长期关闭)，通过增加虹吸作用，被过滤的水从滤水箱中出来，通过重力自流通过排水管17流向蓄水池22当中，并且在蓄水池22当中继续长期静置沉淀。当泥石流灾害过程结束后，滤水箱5完成过滤过后，由于冲淤斜坡15上还吸附有部分沉淀物小颗粒石砬，必要时可以进行清洗的，以便于后期使用性能良好。清洗过程为，打开给水阀19，关闭排水阀20，启动给水泵21，由给水泵21通过给水管18将蓄水池22当中静置沉淀后的水反向(如图7所示)压至过滤箱5当中，进行冲洗；由于过滤箱5中的冲淤斜坡15是倾斜布置，因此冲洗便利。清理过程是人为控制，在无泥石流灾害期间进行，完成清理工作后关闭给水阀19，打开排水阀20，使得系统处于“待命”状态。
55.如图7
‑
图11所示的装置工作时泥石流性态空间变化规律：(a)泥石流进入到进口段时，随着向前运动，在通道侧壁挤压下，泥石流的深度不断增大，流速增加，对沟槽1底部压力也随之增大，但是这一阶段泥石流的整体流量、浓度不会有变化；(b)随着泥石流在过滤段的运动，越来越多水(浆液)被过滤掉，因此泥石流的流量减少，深度减小，流速会出现一定减小，因此对沟底的压力也会随之减小，但是泥石流浓度增大；(c)当泥石流进入出口阶段时，通道侧壁挤压作用减小，泥石流深度减小到比入口还小，流速比入口低，流量减小，浓度增大，对沟槽底部压力也比入口段低。此时泥石流的冲击力、磨蚀力得到有效的减小。若状态出口外的泥石流的天然沟槽宽度宽广，坡度变低，泥石流极有可能停止运动，灾害终止。
56.实施例2
57.如图19所示，对于含水量较高的泥石流，如稀性泥石流和山洪，由于本身粘性较低，流速较快，为了有效降低含水量，需要较长的过滤段和作用时间，因此，对于稀性泥石流和山洪灾害的防治，一种防堵式泥石流水石分离装置的滤水段3设置为弯曲线形，增大了流动阻力，降低了稀性泥石流的流速，同时也增加了滤水段的长度。与实施例1相比，该实施例仅仅改变沟槽1的过滤段，其余特征以及工作原理均没有任何改变。
58.类似的，如有必要，对于大型频发型泥石流沟，可以设置多个该装置，从而更为有效的治理灾害。对于截留下来存放在蓄水池的水，可以做农业灌溉等用途，对于水量丰富且稳定性的区域，水资源可以进行另外的加工供其他用途。
59.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参
照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。