[發(fā)明專利]逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩分洪道

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810944205.3
• 申請日: 2018-08-18
• 公開（公告）號: CN109024475A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉興;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）人: 葉興
• 主分類號: E02B3/10
• 分類號: E02B3/10;E02B8/06;E02B3/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩分洪道，其特征在于它包括，依據(jù)逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計理論設(shè)計逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩（1），依據(jù)超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤壩防災(zāi)減災(zāi)理論設(shè)計分洪道（2），所述逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩（1）底部連接分洪道（2）的溢流堰（2-2），所述分洪道（2）兩側(cè)連接堤壩岸（3），逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩（1）包括全斷面逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩、逆鱗土工膜布防滲幕子堤壩引沖自潰堤壩；所述超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤壩防災(zāi)減災(zāi)理論,它是按照泄洪灘田水毀機理及防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo)確定分洪道（2）的結(jié)構(gòu)形式與規(guī)模，以分散分洪、分散蓄水作為應(yīng)對戰(zhàn)爭水攻的防災(zāi)減災(zāi)理論，分洪道（2）按逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩（1）漫流高程分為單級逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩分洪道與多級逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩分洪道，所述多級逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩分洪道是具有兩個以上高程差為級差的自潰堤壩的分洪道，以6孔為例，它包括隔墩（2-3）底部連接溢流堰（2-2），控制段上下游分別設(shè)置上游連接段（2-1）、下游連接段（2-4），隔墩（2-3）布置閘門槽（2-5），隔墩（2-3）由1級隔墩（Ⅲ-1）、2級隔墩（Ⅲ-2）、3級隔墩（Ⅲ-3）、邊墩（Ⅲ-0）依次按1級級差d₁、2級級差d₂、3級級差d₃錯層對稱布置構(gòu)成， 1級自潰堤壩（1-1）、2級自潰堤壩（1-2）、3級自潰堤壩（1-3）依次對稱斜坡連接1級隔墩（Ⅲ-1）、2級隔墩（Ⅲ-2）、3級隔墩（Ⅲ-3）、邊墩（Ⅲ-0）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩分洪道，其特征在于：所述逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計理論，它是按照堤壩潰決機理與防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo)設(shè)計逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩的結(jié)構(gòu)形式,量化設(shè)計逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩級差、逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩體分區(qū)，所述漫水堤壩潰決機理，它是漫水堤壩漫流流速超過土體抗沖流速堤壩就會發(fā)生沖刷破壞，漫水堤壩漫流沖刷破壞引起漫水堤壩幾何形狀改變，漫水堤壩幾何形狀改變引起漫水堤壩水流流態(tài)的改變，它進(jìn)一步加劇沖刷破壞，漫水堤壩水流流態(tài)的改變必然經(jīng)過各種固定臨界沖刷破壞堰上水深，漫水堤壩幾何形狀改變引起土體滲流與應(yīng)力改變，土體滲流與應(yīng)力超過土體的允許滲透坡降、抗剪強度、抗拉強度就會引起各種漫水堤壩潰決破壞成因的耦合破壞動態(tài)演進(jìn)，形成漫水堤壩沖刷破壞到堤壩潰決，再到堤壩潰口穩(wěn)定的演變；所述臨界沖刷破壞堰上水深包括臨界堤壩溯源沖刷破壞堰上水深H_d、臨界堤壩頂下切沖刷破壞堰上水深H_u、臨界不沖刷破壞堰上水深H_n，所述逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩級差是各級自潰堤壩高差及最高自潰堤壩與堤壩之間的高差簡稱級差d_i，所述逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩體分區(qū)，它是按“飛砂機理”，用控制粘性土含量的非粘性易沖沙石土劃分自潰堤壩分區(qū)，利用引沖子堤壩高劃分子母堤壩分區(qū)，以非粘性易沖沙石土內(nèi)摩擦角為傾角的斜線上下游劃分母砂石堤壩體與母非粘性易沖沙石土堤壩區(qū)，利用堤壩體沖坑深度水平劃分母砂石堤壩體與母非粘性易沖沙石土堤壩區(qū)分區(qū)，結(jié)合逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩型式確定逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩體分區(qū)，所述“飛砂機理”，它是水流流速超過沙石啟動流速，沙石就會被沖飛；所述臨界堤壩溯源沖刷破壞堰上水深H_d，如果堤壩頂較寬是明渠流采用式（1）、式（2）聯(lián)立求解H_d，如果堤壩頂是堰流采用式（2）、式（3）聯(lián)立求解H_d，所述臨界堤壩頂下切沖刷破壞堰上水深H_u，采用（4）、（5）聯(lián)立求解H_u，所述臨界不沖刷破壞堰上水深H_n，采用（6）、（7）聯(lián)立求解H_n，級差d_i采用公式（8），逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩體分區(qū)采用公式（9）、（10）、（11），如果堤壩比較矮采用非均勻流推求坡腳流速，

(1)

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

（10）

（11）

式中：h_i、v_i、h_i+1、v_i+1—分別代表堤壩頂流段的上下游斷面水深(m)、流速(m/s)，中初始h_i+1采用臨界水深h_k；△l、i_l—分別代表堤壩頂流段長度（m）、堤壩頂順?biāo)鞣较蚩v坡；—代表堤壩頂?shù)钠骄ζ露龋籚_d—代表堤壩下游水位處下游坡面起動流速；n、R、i—分別代表堤壩下游坡面糙率、水力半徑（m）、縱坡；Q、ε、m、σ、B—分別代表堤壩頂流量（m³/s）、側(cè)收縮系數(shù)、流量系數(shù)、淹沒系數(shù)、漫流寬（m）；g—代表重力加速度（m/s²）；α—代表流速分布系數(shù)；v₀—代表行進(jìn)流速（m/s）； V_u—代表堤壩頂分縫硬化路面、沙石壩體、堤壩粘土防滲墻起動流速（m/s）；V_n—代表堤壩粘土防滲墻或沙石壩體不沖流速（m/s）； d_i—第i級級差，m；H_d—臨界堤壩溯源沖刷破壞堰上水深，m；A_i—水位上漲速率與堤壩潰決快慢及工程等級因素的各級自潰堤壩或自潰堤壩與堤壩的加高；H_y—代表引沖子堤壩高，m；H_u—代表臨界堤壩頂下切沖刷破壞堰上水深，m；A_z—代表子堤壩加高，m；β—母砂石堤壩體與母非粘性易沖沙石土堤壩區(qū)上下游分界線的傾角，?；φ—母非粘性易沖沙石土堤壩內(nèi)摩擦角，?；t—母砂石堤壩體與母非粘性易沖沙石土堤壩區(qū)水平分界線以下的母砂石堤壩體沖坑深度，m；K—沖坑系數(shù)；q—臨界堤壩溯源沖刷破壞單寬流量，m³/s.m；Z—上下游水位差，m；h_t—下游水深，m；所述漫水堤壩潰決破壞成因的耦合破壞動態(tài)演進(jìn)，以漫水粘土斜墻為典型，漫流堤壩下游坡開始發(fā)生沖刷破壞是明渠均勻流沖刷破壞，此時是漫水堤壩下游沙土坡溯源沖刷破壞起始階段，對應(yīng)的堰上水深為臨界堤壩溯源沖刷破壞堰上水深H_d；沖刷使堤壩底部壩坡變陡，形成明渠非均勻流逐級降水流態(tài)層面沖刷破壞，堤壩越高溯源層面沖刷越快，漫水堤壩底部坡度大于砂性土內(nèi)摩擦角后，沙性土堤壩體產(chǎn)生傾角為砂性土內(nèi)摩擦角的直線滑坡破壞，堤壩坡面出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，在堤壩坡面出現(xiàn)轉(zhuǎn)折處演變?yōu)榈鳑_刷破壞，堤壩越高跌流溯源沖刷越快；當(dāng)漫水堤壩下游坡直線滑坡延伸至堤壩頂路面下，硬化路面形成懸臂跌流，在壩肩處形成路面跌流沖刷破壞，淘刷硬化路面基礎(chǔ)，粘土斜墻下游的懸臂路面在自重、水重作用下發(fā)生彎矩應(yīng)力破壞而局部脫落，發(fā)展為粘土斜墻懸臂跌流，當(dāng)?shù)虊握惩列眽笫ド惩恋虊误w支撐，在滲透壓力、自重作用下產(chǎn)生層層剝落的圓弧形滑坡破壞，在沖刷滑坡耦合破壞下，漫流堤壩粘土斜墻變薄而發(fā)生滲流破壞，掏空路基，硬化路面在自重、水重、動水沖刷作用下發(fā)生坍塌破壞，此時是漫水堤壩潰口起始階段；當(dāng)漫水堤壩粘土斜墻頂失去硬化路面防沖保護(hù)時，漫水堤壩粘土斜墻發(fā)生下切沖刷破壞，頂部非飽和固結(jié)粘土抗沖流速大下切慢，底部滲流飽和固結(jié)粘土抗沖流速小而流速大下切快，粘土斜墻在自重、水壓力、土壓力作用下漫水堤壩粘土斜墻懸臂發(fā)生斷裂或傾覆的應(yīng)力破壞，頂部非飽和固結(jié)粘土凝聚力、內(nèi)摩擦角大，抗拉應(yīng)力大，發(fā)生應(yīng)力破壞慢，底部非飽和固結(jié)粘土凝聚力、內(nèi)摩擦角小，抗拉應(yīng)力小，發(fā)生應(yīng)力破壞快，潰口水深增加，潰口粘土斜墻快速下切沖刷破壞，就形成漫水堤壩潰決階段，在臨界堤壩溯源沖刷破壞堰上水深條件下，漫水堤壩潰口起始階段演進(jìn)是一個緩慢過程，漫水堤壩越低越緩慢；在堤壩堰上水深在臨界堤壩頂下切沖刷破壞堰上水深H_u條件下，堤壩頂下游路面首先發(fā)生破壞并上延，漫水堤壩粘土斜墻失去防沖保護(hù)發(fā)生下切沖刷破壞，形成漫水堤壩潰口起始階段，同時下游坡發(fā)生溯源沖刷破壞，就快速演進(jìn)為漫水堤壩潰決階段；當(dāng)?shù)虊窝呱纤钸_(dá)到臨界不沖刷破壞堰上水深H_n，堤壩潰口側(cè)切緩慢，形成漫水堤壩潰口穩(wěn)定階段；較窄引沖槽式自潰堤壩是三面固接的超靜定結(jié)構(gòu)，頂部非飽和固結(jié)粘土的凝聚力、內(nèi)摩擦角較大，發(fā)生折斷、傾覆的應(yīng)力破壞慢，底部飽和固結(jié)粘土的凝聚力、內(nèi)摩擦角較小，發(fā)生折斷、傾覆的應(yīng)力破壞快; 懸臂結(jié)構(gòu)的逆鱗土工膜布防滲幕自潰堤壩采用頂端局部斷面模型試驗獲取A_i、A_z。