CN114892593B - 一种仿生型消能减灾结构单元 - Google Patents
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Abstract
一种仿生型消能减灾结构单元，包括球形或多面体网状结构和若干倒伞状结构，每个所述倒伞状结构包括纵筋伞柄和多个伞骨，所述网状结构内部中空，表面为网状，网孔孔口的口径大于所述纵筋伞柄的外径；所述纵筋伞柄底端通过所述网状结构表面的网孔嵌入所述网状结构，且所述纵筋伞柄与网孔壁固定；所述伞骨底部与所述纵筋伞柄的顶端相连，且伞骨与所述纵筋伞柄的本体形成钝角。本发明通过仿照蒲公英形状构建消能减灾结构单元，提高了结构的强度，解决了阶梯结构的搭建问题，同时能够满足消能减灾结构单元的施工需求，可在施工条件差的泥石流沟道作业，而且配置难度低、速度快。
Description
技术领域
本发明涉及泥石流防治工程施工的技术领域，尤其是涉及一种仿生型消能减灾结构单元。
背景技术
我国西南山区河流比降大、能量高，河床下切严重，为山地灾害的发育提供了能量条件，导致滑坡、泥石流等灾害频发。其中，泥石流灾害防治是山地灾害治理的重要组成部分，传统的岩土工程如拦沙坝、排导槽和挡墙等在泥石流防治中起到了重要作用。随着自然修复工程技术的发展，以阶梯-深潭结构为代表的修复方式逐渐引起重视。与传统的岩土工程相比，阶梯-深潭系统的优点包括经济成本低、施工难度低和修复效果好，在山区泥石流沟道治理中的应用前景广泛。
阶梯-深潭结构是坡度大于3％的山区河流中广泛发育的微地貌形态，阶梯由卵石或巨石组成，深潭中颗粒较细，阶梯和深潭在河段中交替排列，纵断面呈现连续的台阶状。这种结构在自然界具有较大的稳定性。然而，自然发育阶梯-深潭系统往往需要经过较长的时间，因此目前在具备一定条件的山区河流，模仿天然阶梯深潭系统建造人工阶梯深潭系统，也可以取得控制河流下切、避免或减少地质灾害的效果。阶梯结构的构建是阶梯-深潭系统的核心，现阶段主要采用天然巨石，如卵石、砾石等排列和重叠形成阶梯结构。在大部分泥石流沟道中，天然巨石的数量、位置和粒径不确定，往往需要在沟道中额外补充天然巨石。然而，泥石流沟道的施工条件差、交通不便，导致运输和排列天然巨石的难度高、成本大，阶梯-深潭系统不能得到有效构建。关于浇筑卵石或砾石形状的混凝土结构的施工工艺尚不成熟，同时，在泥石流沟道进行大规模施工的条件不足，这对构建阶梯结构带来严重限制。
发明内容
为了解决现有技术中人工阶梯-深潭结构的阶梯构建难度高、成本大、工艺不成熟、大规模施工条件不足等缺陷，本发明提供了一种仿生型消能减灾结构单元，用于破碎流体和拦截泥沙，以实现阶梯的构建。
本发明的技术方案如下：
一种仿生型消能减灾结构单元，其特征在于包括球形或多面体网状结构和若干倒伞状结构，每个所述倒伞状结构包括纵筋伞柄和多个伞骨，
所述网状结构内部中空，表面为网状，网孔孔口的口径大于所述纵筋伞柄的外径；
所述纵筋伞柄底端通过所述网状结构表面的网孔嵌入所述网状结构，且所述纵筋伞柄与网孔壁固定；
所述伞骨底部与所述纵筋伞柄的顶端相连，且伞骨与所述纵筋伞柄的本体形成钝角。
优选的，所述伞骨的顶部形成正六边形形状。
进一步优选的，所述伞骨与纵筋伞柄夹角为120°。
优选的，所述网状结构的外径不超过整体结构单元外径的1/3。
优选的，所述纵筋伞柄采用焊接或捆绑的方式与穿过的网孔壁接触位置固定，所述纵筋伞柄之间可以通过柔性材料将纵筋伞柄外缘捆绑。
优选的，所述结构单元为钢筋材料或树干。
本公开提出的一种仿生型消能减灾结构单元，利用网状结构固定向外延伸的纵筋伞柄，增大体积空间；利用纵筋伞柄连接外部的倒伞状结构，最终实现构建蒲公英形状的结构单元。由于蒲公英形状结构在空间上的延伸，内部结构可与泥沙颗粒紧密接触，从而为构建阶梯结构成为可能。所述结构单元强度和韧性较高，能够适应复杂的地形环境和施工条件，解决了阶梯结构的搭建问题，同时能够满足消能减灾结构单元的施工需求，可在施工条件差的泥石流沟道作业，而且配置难度低、速度快。
网状结构可采用球形，也可采用多面体结构代替，根据结构的体积大小确定表面开孔的位置和数量，孔口的口径大于纵筋伞柄的外径，所述网状结构的外径不超过所述结构外径的1/3。
进一步的，所述纵筋伞柄采用各种韧性材料，一端直接嵌入孔口，并与开孔位置固定。为了保证构建大体积结构时的结构性能，可以通过柔性材料将纵筋伞柄外端捆绑固定。
进一步的，所述倒伞状结构，顶部为正六边形形状，底部与纵筋伞柄顶端相连固定。
附图说明
图1为实施例1一种仿生型消能减灾结构单元的整体结构示意图；
图2为实施例1倒伞状结构的示意图；
图3为实施例1一种仿生型消能减灾结构单元的拦截泥石流运动颗粒示意图。
附图标记：
1-伞骨，2-纵筋伞柄，3-网状结构。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
实施例1
本实施例的一种仿生型消能减灾结构单元参见图1，通过仿照蒲公英形状搭建结构，包括：球形网状结构3和若干倒伞状结构，每个所述倒伞状结构包括纵筋伞柄2和6个伞骨1，所述网状结构3内部中空，表面为网状，网孔孔口的口径大于所述纵筋伞柄2的外径；所述纵筋伞柄2底端通过所述网状结构3表面的网孔嵌入所述网状结构3，且所述纵筋伞柄2与网孔壁固定；所述伞骨1底部与所述纵筋伞柄2的顶端相连，且伞骨1与所述纵筋伞柄的本体形成120°钝角，顶部形成正六边形形状。
所述纵筋伞柄2采用焊接或捆绑的方式与穿过的网孔孔壁接触位置通过韧性材料固定，所述纵筋伞柄2之间可以通过柔性材料将纵筋伞柄外缘捆绑；纵筋伞柄2的数量和位置视结构的大小确定。
所述网状结构3外径不超过结构外径的1/3，可采用钢丝或其他例如树干等韧性材料编制。
本实施例结构单元的工作过程如下：
参见图2，根据结构的外径确定球形网状结构3的大小，预制球形网状结构3，同时，将伞骨1固定在纵筋伞柄2的一端。该过程操作简单，不需要提前装配，便于材料运输。
将材料运输到施工的沟道后，直接进行装配，先将数根纵筋伞柄2嵌入球形网状结构3，待固定后置于合适位置，纵筋伞柄2置于地面，保持球形网状结构3位于上方，并处于垂直状态，然后由下到上嵌入其余的纵筋伞柄2，并用柔性材料连接纵筋伞柄2的外端，直至结构搭建完成。结构单元配置完成后，根据沟道宽度条件，将部分所述结构单元嵌入沟床或边坡内，并向结构单元内部填充部分天然石块进行固定。
当结构布置完成后，参见图3，当泥石流颗粒运动到所述结构单元位置时，将受到结构的阻滞，从而停止运动。部分颗粒进入所述结构单元内部，增加所述结构单元的稳定性。
结构单元发生变形或解体后，仍可停留在所处位置，并维持一定的网状结构特征，从而继续破碎流体和拦截泥沙。
在一些实施例中，球形网状结构3可采用多面体结构代替，根据结构的体积大小确定表面开孔的位置和数量.伞骨1的长度和数量，根据整体结构的大小来调整，当体积较大时，可增加伞骨1的长度和数量。
在一些实施例中，为使结构的外形适应施工条件，可选取不同长度的纵筋伞柄2，构建球形或椭球形状的结构，当纵筋伞柄2的长度较大时，利用柔性材料将纵筋伞柄2的外端固定。
在一些实施例中，球形网状结构3可采用钢丝或其他韧性材料编制的笼状结构代替，纵筋伞柄2嵌入球形网状结构后，与表孔固定。
在一些实施例中，为了防止结构单元发生位移，先向结构内填充各种粒径类型的天然石块，同时，填充后的石块可用于固定纵筋伞柄2。
综上所述，以上实施例提供的一种仿生型消能减灾结构单元，通过内部球形网状结构将纵筋伞柄固定，实现结构向外部空间的延伸，并利用倒伞状结构增加与土体接触，实现阶梯结构的构建，最终达到对泥石流消能减灾的目的。
Claims (4)
1.一种仿生型消能减灾结构单元，其特征在于包括球形或多面体网状结构和若干倒伞状结构，每个所述倒伞状结构包括纵筋伞柄和多个伞骨，
所述网状结构内部中空，表面为网状，网孔孔口的口径大于所述纵筋伞柄的外径；
所述纵筋伞柄底端通过所述网状结构表面的网孔嵌入所述网状结构，且所述纵筋伞柄与网孔壁固定；
所述伞骨底部与所述纵筋伞柄的顶端相连，且伞骨与所述纵筋伞柄的本体形成钝角，
所述网状结构的外径不超过整体结构单元外径的1/3，
所述网状结构为钢筋材料或树干，
布置时先将数根纵筋嵌入球形网状结构，待固定后置于合适位置，纵筋置于地面，保持球形网状结构位于上方，并处于垂直状态，然后由下到上嵌入其余的纵筋，并用柔性材料连接纵筋的外端，直至结构搭建完成。
2.根据权利要求1所述的结构单元，其特征在于每个倒伞状结构包括六根伞骨，所述伞骨的顶部形成正六边形形状。
3.根据权利要求2所述的结构单元，其特征在于所述伞骨与纵筋伞柄夹角为120°。
4.根据权利要求1所述的结构单元，其特征在于所述纵筋伞柄采用焊接或捆绑的方式与穿过的网孔壁接触位置固定，所述纵筋伞柄之间通过柔性材料将纵筋伞柄外缘捆绑。
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