CN107090801A - 坝体加强筋及其用途和溃坝试验坝体模型及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种坝体加强筋及其用途和溃坝试验坝体模型及成型方法，本发明的坝体加强筋包括用于嵌设在具有上游坡体及下游坡体的坝体中的加强筋体，所述加强筋体包括同所述下游坡体的坡比布置的为片状的第一筋体，以及一端与所述第一筋体相连、并沿所述坝体的高度方向间隔布置的多道同为片状的第二筋体，且各所述第二筋体的自由端具有向所述上游坡体一侧的延伸。本发明所述的坝体加强筋利用第一筋体和第二筋体的结合，能够提高坝体的抗冲性能，以在出现漫顶溃决时可有着较好防护性能。

Description

坝体加强筋及其用途和溃坝试验坝体模型及成型方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别涉及一种坝体加强筋。本发明还涉及一种应用有与该坝体加强筋结构相同的加强筋的溃坝试验坝体模型，以及该溃坝试验坝体模型的成型方法。此外，本发明还涉及该坝体加强筋的用途。

背景技术

现有技术中，坝体内加入或铺设加强筋材料已被广泛的应用，设置加强筋结构可以不同程度地改善坝体的强度和变形特征，可以扩散坝体中土体的应力，增加土体模量，传递拉应力，以及限制土体侧向变形，还可以通过摩擦力将加强筋材料的抗拉强度与土体的抗压强度结合，从而增强坝体的稳定性和整体强度。

另外，坝体中设置加强筋材料，一方面利用土颗粒与加强筋之间存在的摩擦剪力和咬合力，可增加坝体的抗冲蚀能力，延长坝体溃决时间，有效削减坝体溃决洪水的洪峰流量。另一方面，设置的加强筋材料可对坝体材料中的大颗粒起到拦截作用，从而可增强坝体的稳定性，减小人员被洪水冲走的风险，以增加抢险封堵工作的安全性，降低应急抢险过程的难度。

不过，目前所应用于坝体中的加强筋材料多为在坝体的堆砌过程中水平平铺于坝体内，或是沿坝体的高度方向以弯折状嵌设于坝体内，其在实际应用中，仍存在坝体遇到漫顶溃决情况时的防护效果不理想，或是坝体加强筋成本较高等不足，因此有必要设计开发一种在坝体漫顶溃决时仍有较好防护性，且成本较低的坝体加强筋结构。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种坝体加强筋，以可在坝体漫顶溃决时有较好防护性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种坝体加强筋，包括用于嵌设在具有上游坡体及下游坡体的坝体中的加强筋体，所述加强筋体包括同所述下游坡体的坡比布置的为片状的第一筋体，以及一端与所述第一筋体相连、并沿所述坝体的高度方向间隔布置的多道同为片状的第二筋体，且各所述第二筋体的自由端具有向所述上游坡体一侧的延伸。

进一步的，所述加强筋体为格栅状。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的坝体加强筋，通过沿坝体高度方向间隔布置的第二筋体，可对坝体起到水平加固作用，能够增强坝体的抗剪作用，而通过同坝体下游坡比布置的第一筋体，则可有效拦截坝体中的砂土颗粒，以能够克服水平布置的第二筋体形成易滑动面，造成坝体中砂土颗粒被水平冲刷溃失的不足，从而利用第一筋体和第二筋体的结合，能够提高坝体的抗冲性能，以在出现漫顶溃决时可有着较好防护性能。

本发明的另一目的在于提出一种溃坝试验坝体模型，其包括堆砌于模型箱内的具有上游坡体和下游坡体的坝体，在所述坝体的坝顶处设有连通所述上游坡体与下游坡体两侧间的初始溃口，在所述坝体内还嵌设有加强筋，所述加强筋与如上所述的坝体加强筋的结构相同。

进一步的，所述溃口的截面为矩形状。

进一步的，所述坝体的上游坝坡为0.5:1，所述坝体的下游坝坡为1.5:1。

本发明也提出了上述溃坝试验坝体模型的成型方法，该方法包括如下的步骤：

步骤a，于模型箱内设置相对布置的两个模板，于两个所述模板和模型箱内壁共同围构成的空间内填充土体，并于土体中设置加强筋，且压实土体；

步骤b，去除模板，将土体的两相对侧按预定坡比削坡，以形成上游坡体与下游坡体，而成型坝体；

步骤c，在成型坝体坝顶的中间位置设置初始溃口；

步骤d，在成型坝体的下游坡面划刻石灰网格。

进一步的，还包括：

步骤e，在所述坝体的上游坡面与模型箱内壁的接触处涂抹凡士林。

本发明通过设置坝体模型，并在坝体模型中设置与如上的坝体加强筋结构相同的加强筋，可通过试验的手段，对该加强筋结构的性能进行检验，以充分验证其使用性能，而利于在实际工程中的应用。

此外，本发明进一步也提出了如上所述的坝体加强筋的用途，所述加强筋用于土石堆砌的坝体结构的加强。通过在土石堆砌的坝体中设置如上的坝体加强筋，可提升坝体的抗冲性，提升坝体的结构稳定性，以减小坝体出现漫顶溃坝的风险。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的坝体加强筋的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的溃坝试验坝体模型成型中的模型箱及模板的配合示意图；

图3为本发明实施例所述的溃坝试验坝体模型的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的对比一的坝体的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的对比二的坝体的结构示意图；

图6为本发明实施例所述的对比三的坝体的结构示意图；

图7为本发明实施例所述的对比四的坝体的结构示意图；

图8为本发明实施例所述的对比五的坝体的结构示意图；

图9为本发明实施例所述的对比六的坝体的结构示意图；

附图标记说明：

1-坝体，2-上游坡体，3-下游坡体，4-加强筋体，41-第一筋体，42-第二筋体，5-模型箱，6-模板，7-初始溃口，8-石灰网格。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种坝体加强筋，如图1中所示，其以构成该坝体加强筋的加强筋体4嵌设于坝体1内的设置状态示出了其结构，具体上，设置所述坝体加强筋的坝体1具有位于两相对侧的上游坡体2与下游坡体3，而该加强筋体4则包括布置于坝体1内的与下游坡体3的坡比相同的第一筋体41，以及一端和第二筋体41相连接，并沿坝体1的高度方向间隔布置的多道第二筋体42。其中，第一筋体41和第二筋体42均为片状结构，且第二筋体42的自由端，也即第二筋体42的远离所述第一筋体41的一端，也为向坝体1的上游坡体2一侧延伸。

本实施例中组成加强筋体4的第一筋体41与第二筋体42也设计为格栅状结构，且在实际选用中可采用现有的土工格栅。此外，本实施例中第一筋体41在布置上，其沿坝体1高度方向的垂线高度，应设计的较大，以对整个坝体1的截面有较好的加强效果。而在坝体1的水平方向上，第二筋体42沿坝体1宽度方向的长度则应设计的较短，以此可降低加强筋体的成本。

本实施例的坝体加强筋通过沿坝体1高度方向间隔布置的第二筋体42，可对坝体1起到水平加固作用，能够增强坝体1的抗剪作用，而通过同坝体1下游坡比布置的第一筋体41，则可有效拦截坝体1中的砂土颗粒，以能够克服水平布置的第二筋体42形成易滑动面，造成坝体1中砂土颗粒被水平冲刷溃失的不足，从而利用第一筋体41和第二筋体42的结合，能够提高坝体1的抗冲性能，以在出现漫顶溃决时可有着较好防护性能。

为对如上所述的坝体加强筋的性能进行检测，以利于该加强筋结构在实际工程中的应用，本实施例中还涉及一种溃坝试验坝体模型，同时也进一步涉及了该溃坝试验坝体模型的成型方法，以利用该装置实现对坝体加强筋结构性能的检测。

其中，上述的溃坝试验坝体模型设置于一模型箱中，该模型箱采用现有离心机溃坝试验所用的模型箱结构，且该坝体模型具体上包括堆砌于模型箱内的同样具有上游坡体与下游坡体的坝体，在该坝体的坝顶处设置有连通其上游坡体和下游坡体之间的初始溃口，在坝体内还嵌设有加强筋，且该加强筋的结构与上述的坝体加强筋的结构相同。

本实施例中，在具体结构上，设于坝顶处的初始溃口位于坝顶的中间位置，且其截面也设计为矩形状，通过该矩形状的初始溃口的布置，一方面可在试验中引导坝体模型发生由坝顶中部的初始缺陷导致的溃坝破坏，另一方面也能够尽量减弱模型箱内壁对坝体模型所产生的边界效应。

本实施例中，位于模型箱中的坝体的上游坡体及下游坡体的坝坡分别为0.5:1和1.5:1，如此使坝体的上下游的坝坡不同，其一是可使得坝体的高度尽可能的高，以充分利用模型箱中的空间，其二也是因为在试验中下游坝坡角度对坝体漫顶溃坝进行有较大影响，而上游坝坡的影响则相对较小。

本实施例的坝体模型在制造成型时，构成坝体的材料应为由大粒径、小粒径及中间粒径颗粒所组成的颗粒级配良好的土体。在具体成型过程中，如图2和图3中所示，首先应在模型箱5内设置相对布置的两个模板6，两侧模板6与模型箱5的两端间形成有一定的间隙，在两侧模板6与模型箱5所共同围构形成的空间内填充土体，并在土体中设置加强筋，且将填充的土体压实。

然后，将两侧的模板6慢慢除去，将压实土体的两相对侧按预定坡比削坡，以形成上游坡体2和下游坡体3，从而成型坝体1。接着，在成型的坝体1的坝顶的中间位置开设矩形的初始溃口7，并在坝体1的下游坡体3上划刻石灰网格8即可。本实施例中在下游坡体3上设置石灰网格8，可用于分析溃口的横向扩展过程，而为了在坝前液位较高，且试验时间较长时，水流会在坝体1与模型箱5内壁的接触面间形成贯穿的渗流通道，而发生渗透破坏，本实施例中在坝体成型后，还在坝体1的上游坡体2与模型箱5的两侧内壁间涂抹凡士林，以降低水流渗透对试验结果的影响。

本实施例中为便于对如上加强筋结构的防护性能进行验证，在基于图1中所示的加强筋结构的坝体模型的基础上，也分别设计了如图4至图9中的多个对比模型。其中，图4中为未采用加强筋的情形，图5为采用水平加强筋，图6为采用水平起棱的加强筋，图7为采用同下游坡比的一道加强筋，图8为采用同上游坡比的三道加强筋，图9为采用S型的加强筋。通过分别在模型箱5内成型具有各坝体模型，并进行试验，各不同坝体模型的试验结果如下表所示。

其中，为便于描述，如上的具有第一筋体41及第二筋体42的加强筋结构称之为阶梯型加强筋，以与各对比加强筋结构相区别。

在试验中，由于冲刷流量较小，对于连续冲刷冲刷1小时仍未摧毁坝体的试验，仅记录1小时。

表1：

通过上述表1可知，采用如前所述的坝体加强筋结构(阶梯型)，和上游坡比三道加强筋结构，对坝体1的防护有较好的效果。

而本实施例中针对于上述各加强筋结构的成本分析见下述的表2。

表2：

由表2中可知，采用如前所述的坝体加强筋结构(阶梯型)，其成本较低。从而，综上所述，本实施例的坝体加强筋结构不仅可在漫顶溃坝时，可对坝体1起到较好的防护性能，抗冲效果好，而且成本低，经济性好，对实际工程而言有着很好的利用价值。

故，可将本实施例如前所述的坝体加强筋用于土石堆砌的坝体结构的加强，以通过在土石堆砌的坝体中设置如上的坝体加强筋，提升坝体的抗冲性，提升坝体的结构稳定性，而减小坝体出现漫顶溃坝的风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种坝体加强筋，包括用于嵌设在具有上游坡体及下游坡体的坝体中的加强筋体，其特征在于：所述加强筋体包括同所述下游坡体的坡比布置的为片状的第一筋体，以及一端与所述第一筋体相连、并沿所述坝体的高度方向间隔布置的同为片状的多道第二筋体，且各所述第二筋体的自由端具有向所述上游坡体一侧的延伸。

2.根据权利要求1所述的坝体加强筋，其特征在于：所述第一筋体和各所述第二筋体均呈格栅状。

3.一种溃坝试验坝体模型，其特征在于：包括堆砌于模型箱内的具有上游坡体和下游坡体的坝体，在所述坝体的坝顶处设有连通所述上游坡体与下游坡体两侧间的初始溃口，在所述坝体内还嵌设有加强筋，所述加强筋的结构与权利要求1或2所述的坝体加强筋的结构相同。

4.根据权利要求3所述的溃坝试验坝体模型，其特征在于：所述溃口的截面为矩形状。

5.根据权利要求3所述的溃坝试验坝体模型，其特征在于：所述坝体的上游坝坡为0.5:1，所述坝体的下游坝坡为1.5:1。

6.一种如权利要求3所述的溃坝试验坝体模型的成型方法，其特征在于，该方法包括如下的步骤：

步骤a，于模型箱内设置相对布置的两个模板，于两个所述模板和模型箱内壁共同围构成的空间内填充土体，并于土体中设置加强筋，且压实土体；

步骤b，去除模板，将土体的两相对侧按预定坡比削坡，以形成上游坡体与下游坡体，而成型坝体；

步骤c，在成型坝体坝顶的中间位置设置初始溃口；

步骤d，在成型坝体的下游坡面划刻石灰网格。

7.根据权利要求6所述的溃坝试验坝体模型成型方法，其特征在于，还包括：

步骤e，在所述坝体的上游坡面与模型箱内壁的接触处涂抹凡士林。

8.一种如权利要求1或2所述的坝体加强筋的用途，其特征在于：所述加强筋用于土石堆砌的坝体结构的加强。