[發明專利]一種可拆裝快速潰口修復結構物

在審

• 申請號: 202010425894.4
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111560917A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 吳新;高盛涵
• 申請（專利權）人: 吳新;高盛涵
• 主分類號: E02B3/10
• 分類號: E02B3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種可拆裝快速修復潰口的結構物。該結構以帶切角及扎絲孔的鋼筋混凝土三棱柱為單元，多個單元通過鐵絲束經過扎絲孔綁扎集聯成框架結構，單獨或集聯形成潰口快速修復結構物。本發明提出的潰口封堵可拆裝快速修復結構物既能利用鋼筋混凝土材料的強度特性，增加潰口底部的抗沖刷能力，又能利用框架結構自身的特點在高速水流中穩定下來，消減潰口水流動能，降低潰口流速，形成潰口穩定的骨架，然后在潰口處投入沙袋或松散沙石土料，實現堤壩潰口的快速封堵。

技術領域

本發明專利涉及一種可拆裝快速潰口修復結構物。是防洪減災領域的一項發明。

背景技術

世界各地有數量巨大的堤防保護人們的生命財產安全。僅我國的堤防總長就超過41萬公里。堤壩潰口引起洪澇災害，對于人民生命財產安全威脅很大。

傳統堤壩潰口封堵采用在潰口處打樁形成穩定結構，抵御潰口水流，然后拋投沙包或砂石土料的方法。這種方法需要使用大型機械在潰口處打樁，以穩定松散的砂石土料；傳統封堵方法對潰口區域地形、交通、承載能力和施工運輸條件要求較高；封堵潰口對所用的樁和料石有一定規格尺寸要求，潰口現場附近不一定有足夠量的材料。此外，塊石等封堵材料都不可再生，過度開采會對環境造成一定的破壞。近些年來，多面體混凝土預制塊已經成為一種新型的防汛堵口材料，在潰口搶險中正逐步得到應用，并取得了較好的應用效果。

混凝土四面體作為人工預制材料在施工截流、潰口封堵中應用廣泛，集聯起來的混凝土四面體在水中有更好的穩定性，可以有效攔截水流，抵抗水流沖擊。混凝土四面體人工預制塊具有重度大、體積可控、取材方便、可統一制作加工、可在施工現場集聯進一步加大重量，能夠有效封堵潰口等諸多優點。

二十世紀五十年代，前蘇聯水利學家研究截流的時候提出了骨架式拋投體。提出的骨架式拋投體有很多種，四面體框架是其中的一種。當時的四面體透水框架是由前蘇聯水電設計研究院設計制作的，它制作了混凝土框架、鋼筋混凝土框架和鋼框架。雖然這種四面體透水框架是為了截流而設計的，但是后來主要運用在河道中，用來護岸和防沖促淤。

四面體透水框架的流場特性研究成果比較少，在一個對比四面體透水框架和實體正四面體水流特性的實驗中，通過對尾流場的平均流速和紊動強度等水力參數的垂線分布進行定量和定性分析，得出四面體透水框架和實體四面體在防沖時的最優布置方向為迎流面；正四棱錐實體混凝土塊與四面體透水框架相比所誘導的在近床面區域繞流場的流速損失和紊動強度明顯更高，所以容易導致局部沖刷的發生；四面體透水框架的阻力系數隨著雷諾數的增加不會一直增加，而是達到峰值后趨于一個常數值。這說明透水四面體框架拋入水中后，因為通過多個框架桿件消能降低了水流的速度，從而降低了水流對河床泥沙的沖刷。而透水四面體良好的透水性降低了自身所受的行進水流作用力，增加了自身的抗滑性和抗傾覆性。四面體透水框架兼具透水和阻水作用，把集中消能變成了分散消能，擁有減速促淤的作用。四面體透水框架通過內部空隙和六條邊的混凝土桿件，改變潰口流場特性，實現消能降速，快速形成松散沙石的支撐骨架。

已有的模型試驗結果證明了上述觀點，通過對比四面體透水框架和四棱錐實體混凝土塊的抗沖特性發現，水流條件相同時，相同尺寸四棱錐實體混凝土塊的起動流速比大多數四面體透水框架的要小；四棱錐實體混凝土投入水中后，水的動能轉化為尾部渦旋的能量，增大了對周圍水流的干擾，容易導致沖刷。但是水流通過四面體透水框架時，因為桿件的繞流作用，使得流場重新分布，降低了底面河床的水流流速，有利于泥沙的淤積。大量隨機堆積的四面體透水框架在潰口處形成骨架，錯落結合，降低水流速度，防止潰口底部沖刷，其減速促淤的機理在于隨機排列桿件的阻流、折沖、繞流產生的尾部渦旋耗散水流能量，從而能實現潰口的快速封堵。

潰口封堵結構物需要能在高速水流中穩定下來，能夠減小潰口流速，防止潰口水流對河床泥沙的沖刷，快速形成骨架，支撐松散沙石土料，實現潰口封堵。