CN103953000A - 一种联锁块软体排 - Google Patents
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Abstract
一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块形状单块长度与其厚度之比大于等于4.5，单块宽度与其厚度之比大于等于3。技术方案二：一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块侧面形状为上斜下直，接近于楔形，上部为向联锁块中心方向的倾斜面，坡度不陡于1：1，其高度大于等于联锁块厚度的50%，下部为垂直于联锁块底面的平面，其高度小于等于联锁块厚度的50%。技术效果是提高联锁块抵御水流、波浪作用下翻卷的能力。适用于堤坝防冲刷、护岸防冲刷、桥墩防冲刷、河（海）床防冲刷、沙洲守护（防冲刷）、保滩（滩面守护、滩面防冲刷）等防冲刷、守护、护底工程。
Description
技术领域
本发明属于堤坝防冲刷、护岸防冲刷、桥墩防冲刷、河（海）床防冲刷、沙洲守护（防冲刷）、保滩（滩面守护、滩面防冲刷）等防冲刷、守护、护底工程领域，涉及一种混凝土联锁块软体排。
背景技术
软体排由排布和压载物组成，排布主要起保土作用，压载物主要起抵御水流、波浪作用、保持软体排稳定的作用，因其具有较好的柔性、保土性能和一定的抗流、抗浪能力近年来被广泛用于堤坝防冲刷、护岸防冲刷、沙洲守护（防冲刷）、滩面守护（保滩、滩面防冲刷）等防冲刷、守护、护底工程。根据压载物的不同，现有技术的护底软体排型式分为抛石软体排、砂肋软体排（CN 03229837.4）、混凝土联锁块软体排（CN 03229836.6）、铰链型软体排，以及组合得到的复合软体排。
其中，现有技术的混凝土联锁块软体排（CN 03229836.6）排布上的压载物是带有预埋绳索的混凝土联锁块，混凝土联锁块用绳索穿过加筋带上的绑扎环与排布固定于一体。由于采用混凝土联锁块作为压载物，使得软体排抵御水流、波浪作用的性能和软体排的耐久性得到明显提高，同时具有便于施工沉放，混凝土用量少、经济性好的优点。由于混凝土用量基本与联锁块的厚度成正比，因此其经济性体现在以尽可能小的厚度满足抵御水流、波浪稳定作用。在长江口深水航道治理一期工程、二期工程实践中采用的混凝土联锁块形状为正方形板（以下简称正方形板状混凝土联锁块，见图1），单块尺度0.4m（长）×0.4m（宽）×0.12~0.2m（厚度），单块之间间隙0.1m，厚度根据流速计算确定。后来在长江口深水航道南北港分汊口河段新浏河沙护滩及南沙头通道潜堤工程实践中，为提高软体排的抗老化性能，将混凝土联锁块形状改进为巧克力块状（以下简称巧克力块状混凝土联锁块，见图3），联锁块的侧面上下部为倾斜面、中部为垂直于联锁块底面的平面，单块尺度0.48m（长）×0.48m（宽）×0.12~0.2m（厚度），单块之间间隙0.02m，厚度根据流速计算确定，长度和宽度不根据水流流速调整，长度与厚度之比不超过4。之后正方形板状混凝土联锁块和巧克力块状混凝土联锁块的上述规格尺度几乎成了行业的标准规格尺度，被推广应用到各类防冲刷、守护、护底工程。
近期通过水槽物理模型试验和Fluent数模研究发现，现有技术的正方形板状混凝土联锁块和巧克力块状混凝土联锁块存在以下不足：一、混凝土联锁块抵御水流作用下的稳定性除了与混凝土联锁块厚度有关外，还与混凝土联锁块的侧面形状有关，在相同厚度情况下，正方形板状混凝土联锁块和巧克力块状混凝土联锁块的侧面形状不利于减小混凝土联锁块所承受的水流拖曳力，不利于保持软体排抵御水流作用的稳定性；二、混凝土联锁块抵御水流作用下的稳定性除了与混凝土联锁块的厚度、侧面形状有关外，还与混凝土联锁块的平面尺度大小有关，现有平面尺度规格的正方形板状混凝土联锁块和巧克力块状混凝土联锁块其抵御水流作用下翻卷的能力较差，不利于保持软体排抵御水流作用的稳定性，物模试验和Fluent数模表明：1m水深条件下厚度0.2m和0.12m的正方形板状混凝土联锁块排边临界失稳流速分别为1.70m/s和1.65m/s，厚度增加67%，但临界失稳流速仅提高3%，1m水深条件下厚度0.2m和0.12m的巧克力块状混凝土联锁块排边临界失稳流速分别为1.86m/s和1.68m/s，厚度增加67%，但临界失稳流速仅提高10%，说明现有技术正方形板状混凝土联锁块和巧克力块状混凝土联锁块通过加大厚度提高抵御水流作用的稳定性的经济性较差。
因此，需要对现有技术联锁块软体排进行改进，以减小联锁块所承受的水流、波浪拖曳力，提高联锁块抵御水流、波浪作用下翻卷的能力，从而以较小的联锁块厚度满足软体排的稳定性，提高联锁块软体排的经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够减小联锁块所承受的水流、波浪拖曳力，提高联锁块抵御水流、波浪作用下翻卷的能力，经济性更好的联锁块软体排，解决现有技术的不足。
本发明的技术方案一：一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块形状为巧克力块状或正方形板状、长方体板状，单块长度（与水流方向、波浪前进方向夹角小于45°，下同）与其厚度之比大于等于4.5，单块宽度（与水流方向、波浪前进方向夹角大于等于45°，下同）与其厚度之比大于等于3。厚度0.2m时，单块长度大于等于0.9m，宽度大于等于0.6m。一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块单块长度与其厚度之比大于等于5，单块宽度与其厚度之比大于等于5。厚度0.12m时，单块长度大于等于0.6m；厚度0.2m时，单块长度大于等于1m。一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块材质是素混凝土或钢筋混凝土。
本发明的技术方案二：一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块侧面形状为上斜下直，接近于楔形，上部为向联锁块中心方向的倾斜面，坡度不陡于1：1，其高度大于等于联锁块厚度的50%，下部为垂直于联锁块底面的平面，其高度小于等于联锁块厚度的50%；联锁块单块长度与其厚度之比大于等于5，单块宽度与其厚度之比大于等于5。一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块侧面形状为上斜下直，接近于楔形，上部为向联锁块中心方向的倾斜面，坡度不陡于1：1，其高度大于等于联锁块厚度的67%，下部为垂直于联锁块底面的平面，其高度小于等于联锁块厚度的33%。一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块材质是素混凝土或钢筋混凝土。
技术方案一通过加大联锁块单块长度与厚度之比，提高联锁块稳定性的机理：物模试验和Fluent数模研究表明，联锁块所承受的水流、波浪作用力包括水流、波浪作用在联锁块迎流方向的侧面的拖曳力和水流、波浪作用在联锁块底面上的上举力，联锁块维持稳定的作用力是其自重，联锁块失稳形式为翻卷破坏（或称之为滚动破坏）。由于联锁块的失稳形式为绕后趾的翻卷破坏，本发明加大联锁块单块长度与厚度之比后，拖曳力力臂和力矩保持不变，上举力力臂增大但比重不大，自重力臂和稳定力矩显著加大，使得稳定力矩增长大大超过倾覆力矩的增长，从而使得联锁块抵御水流、波浪作用的稳定性得到显著提高，这就是本发明技术方案一的技术效果。
物模试验和Fluent数模表明，1m水深条件下本发明技术方案一联锁块厚度0.2m、长度和宽度均为1m的排边临界失稳流速为2.1m/s，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.4m的正方形板状混凝土联锁块的1.7m/s增加23.5%，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.48m的巧克力块状混凝土联锁块的1.86m/s增加13%。
技术方案二联锁块侧面形状改为上斜下直，提高联锁块稳定性的机理：Fluent数模研究表明，行进水流流过联锁块时，行进水流的底部水体受联锁块侧面阻挡，从联锁块前端向上抬升，绕到联锁块顶部，再继续行进，从而产生水流、波浪作用在联锁块迎流方向的侧面的拖曳力。拖曳力除了与混凝土联锁块厚度有关外，还与混凝土联锁块的侧面形状有关，在相同厚度情况下，正方形板状混凝土联锁块不利于行进水流底部水体的顺利绕过，见图2，导致混凝土联锁块所承受的水流拖曳力较大，巧克力块状混凝土联锁块的上部倾斜面有利于行进水流底部水体的顺利绕过，有利于减小拖曳力，但下部反向倾斜面不利于行进水流底部水体的顺利绕过，见图4，不利于减小拖曳力，而且下部反向倾斜面上产生了倾斜向上的力，不利于联锁块的稳定，因此巧克力块状混凝土联锁块抵御水流作用的稳定性比正方形板状混凝土联锁块改善有限（物模试验表明，1m水深条件下混凝土联锁块排边临界失稳流速正方形板状厚度0.2m和0.12m的分别为1.70m/s和1.65m/s，巧克力块状混凝土联锁块分别为1.86m/s和1.68m/s，分别增加9.4%和1.8%）。本发明联锁块侧面形状改为上斜下直，总体接近于流线形，有利于行进水流底部水体的顺利绕过，有利于减小拖曳力，同时避免了巧克力块状混凝土联锁块下部反向倾斜面的不利作用，从而比现有技术显著提高了联锁块抵御水流作用的的稳定性，这就是本发明技术方案二的技术效果。
物模试验和Fluent数模表明，1m水深条件下厚度0.2m、长度和宽度1m的本发明技术方案二联锁块排边临界失稳流速为2.06m/s，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.4m的正方形板状混凝土联锁块的1.7m/s增加21%，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.48m的巧克力块状混凝土联锁块的1.86m/s增加10.7%。
本发明适用于堤坝防冲刷、护岸防冲刷、桥墩防冲刷、河（海）床防冲刷、沙洲守护（防冲刷）、保滩（滩面守护、滩面防冲刷）等防冲刷、守护、护底工程。
附图说明
图1为现有技术正方形板状混凝土联锁块软体排实例侧视图。
图2为现有技术正方形板状混凝土联锁块实例Fluent流速矢量图。
图3为现有技术巧克力块状混凝土联锁块软体排实例侧视图。
图4为现有技术巧克力块状混凝土联锁块实例Fluent流速矢量图。
图5为本发明技术方案一混凝土联锁块侧视图（A向）。
图6为本发明技术方案一混凝土联锁块平面图。
图7为本发明技术方案二混凝土联锁块侧视图（B向）。
图8为本发明技术方案二混凝土联锁块平面图。
图9为本发明技术方案二混凝土联锁块实例Fluent流速矢量图。
图中：1、床面，2、排布，3、正方形板状混凝土联锁块，4、巧克力块状混凝土联锁块，5、本发明联锁块，6、水流。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施方式：
实施例一：本发明技术方案一实施例。
参见图5、图6，一种联锁块软体排，包括排布2和本发明联锁块5，特征在于：本发明联锁块5形状为巧克力块状，厚度0.2m，单块长度和单块宽度均为1m（与其厚度之比等于5）。本发明联锁块5材质是素混凝土或钢筋混凝土。
物模试验和Fluent数模表明，1m水深条件下本发明联锁块5厚度0.2m、长度和宽度均为1m的排边临界失稳流速为2.1m/s，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.4m的正方形板状混凝土联锁块3的1.7m/s增加23.5%，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.48m的巧克力块状混凝土联锁块4的1.86m/s增加13%。
实施例二：本发明技术方案二实施例。
参见图7、图8、图9，一种联锁块软体排，包括排布2和本发明联锁块5，其特征在于：本发明联锁块5侧面形状为上斜下直，接近于楔形；上部为倾斜面，坡度1：1，其高度为0.12m；下部为垂直于联锁块底面的平面，其高度为0.08m，厚度0.2m，单块长度和单块宽度均为1m（单块长度、单块宽度与其厚度之比等于5）。本发明联锁块5材质是素混凝土或钢筋混凝土。
参见图2、图4、图9，Fluent数模研究表明，水流6流过本发明联锁块5时，水流6的底部水体受联锁块侧面阻挡，从联锁块前端向上抬升，绕到联锁块的顶部，再继续行进，从而产生水流作用在联锁块迎流方向的侧面的拖曳力。拖曳力除了与联锁块厚度有关外，还与联锁块的侧面形状有关，在相同厚度情况下，正方形板状混凝土联锁块3不利于行进水流6底部水体的顺利绕过，导致块体所承受的水流拖曳力较大，巧克力块状混凝土联锁块4的上部倾斜面有利于水流6底部水体的顺利绕过，有利于减小拖曳力，但下部反向倾斜面不利于水流6底部水体的顺利绕过，不利于减小拖曳力，而且下部反向倾斜面上产生了倾斜向上的力，不利于联锁块的稳定，因此巧克力块状混凝土联锁块4抵御水流作用的稳定性比正方形板状混凝土联锁块3改善有限。本发明联锁块5侧面形状改为上斜下直，总体接近于流线形，有利于水流6底部水体的顺利绕过，有利于减小拖曳力，避免了巧克力块状混凝土联锁块4下部反向倾斜面的不利作用，从而比现有技术显著提高了联锁块抵御水流作用的的稳定性。
物模试验和Fluent数模表明，1m水深条件下厚度0.2m、长度和宽度均为1m的本发明联锁块5排边临界失稳流速为2.06m/s，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.4m的正方形板状混凝土联锁块4的1.7m/s增加21%，比厚度0.2m、长度和宽度均为0.48m的巧克力块状混凝土联锁块3的1.86m/s增加10.7%。
Claims (6)
1.一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块形状为巧克力块状或正方形板状、长方体板状，单块长度与其厚度之比大于等于4.5，单块宽度与其厚度之比大于等于3。
2.根据权利要求1所述的一种联锁块软体排，其特征在于：联锁块单块长度与其厚度之比大于等于5，单块宽度与其厚度之比大于等于5。
3.根据权利要求1或2所述的一种联锁块软体排，其特征在于：联锁块材质是素混凝土或钢筋混凝土。
4.一种联锁块软体排，包括排布和联锁块，其特征在于：联锁块侧面形状为上斜下直，接近于楔形，上部为向联锁块中心方向的倾斜面，坡度不陡于1：1，其高度大于等于联锁块厚度的50%，下部为垂直于联锁块底面的平面，其高度小于等于联锁块厚度的50%；联锁块单块长度与其厚度之比大于等于5，单块宽度与其厚度之比大于等于5。
5.根据权利要求4所述的一种联锁块软体排，其特征在于：联锁块侧面形状为上斜下直，上部为向联锁块中心方向的倾斜面，坡度不陡于1：1，其高度大于等于联锁块厚度的67%，下部为垂直于联锁块底面的平面，其高度小于等于联锁块厚度的33%。
6.根据权利要求4或5所述的一种联锁块软体排，其特征在于：联锁块材质是素混凝土或钢筋混凝土。
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