CN210946690U - 用于在窝塘内减速促淤的布帘石 - Google Patents

用于在窝塘内减速促淤的布帘石 Download PDF

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罗龙洪
张幸农
苏长城
假冬冬
袁文秀
陈长英
凌哲
吕馨怡
乔荍
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Abstract

用于在窝塘内减速促淤的布帘石，应用于河道窝崩发生后的应急抢护，设置在窝崩发生后的窝塘内，特征是以布匹或编织布或帆布制成的布帘作为主要阻水工具，布帘的长度远小于窝塘口门最大水深，布帘下端以布袋装石块抛投于窝塘内的指定位置，布帘上端连接浮块，使其浮于水中。以增加水流阻力，起到减缓流速，淤积泥沙的作用。浮块可采用空心管、浮筒或泡沫材料制成的圆柱等。本实用新型弥补了现有技术的空白：结构简单；布帘和浮块可以预制，便于贮存和运输,节约制作和运输成本；到达抢护现场后，布帘、浮块和块石经组装即可制成布帘石,节约抢护时间和成本；在窝崩的窝塘防促淤中，这种布帘石可以代替树梢石，以减轻对生态的影响。

Description

用于在窝塘内减速促淤的布帘石
技术领域
本实用新型涉及一种减速促淤结构，具体涉及一种用于在窝塘内减速促淤的布帘石。
背景技术
窝崩体的抢护：
窝崩是指水流顶冲局部岸坡形成的持续性土体滑落破坏，此类崩岸不仅具有很强的突发性，而且土体崩塌发展速度快、范围大，通常1~2天时间内就会形成长达数百米的巨大窝塘，崩塌土体可达上百万立方米，对防洪、河势和地方经济社会发展的危害极大，严重时会导致大堤和房屋的崩塌，直接影响到生命和财产的安全。目前窝崩险情的应急治理采取“守两肩、固周边、先促淤、后封口”原则，窝塘内减速促淤工程主要选用抛树头石和抛石、四面六边体混凝土框架等抢护结构材料等。
在窝塘内减速促淤工程中，四面六边体由于尺寸较小（1米左右），窝塘内促淤作用没有树梢石（高5米左右）明显。树梢石对于窝崩的抢护效果较好，但由于需要砍伐大量的树林，会对环境造成影响。窝塘口门治理中，柴排坝和树梢石同样会对绿化产生影响，塑枕（沙袋）坝则需在周围取沙，是否会对附近水流环境或河势产生影响需要论证，且工程投资较大。现有技术中急需一种不破坏环境，可用于窝崩应急抢护的新型减速促淤结构。
发明内容
本实用新型的目的是弥补现有技术的空白，提供一种用于在窝塘内减速促淤的布帘石，该布帘石结构简单，便于贮存和运输；到达抢护现场后，布帘、浮块和块石经组装后即可制成布帘石，节约抢护时间和成本。在窝崩的窝塘防冲促淤中，这种布帘石可以代替树梢石，以减轻对生态的影响。
完成上述发明任务的技术方案是：一种用于在窝塘内减速促淤的布帘石，应用于河道窝崩发生后的应急抢护，设置在窝崩发生后的窝塘内，其特征在于，以布匹或编织布或帆布制成的布帘作为主要阻水工具，该布帘的长度远小于窝塘口门最大水深，该布帘下端以布袋装石块抛投于窝塘内的指定位置，布帘上端连接浮块，使其浮于水中。以增加水流阻力，起到减缓流速，淤积泥沙的作用。
所述浮块，可以采用空心管、浮筒或泡沫材料制成的圆柱筒等。
所述布帘（选用布匹或编织布或帆布等材料），其边缘处缝制有缝边，以增加强度。
所述的“坝体上端连接浮块浮于水中”，是指由于窝崩后窝塘内水深一般在20~30米，布帘长一般在5米左右，布帘受下端石块的重力作用沉入河底，上端受浮块的作用上浮，但其长度小于水深，且还受窝内水流的作用，其离河底的高度要小于布帘长度，所以坝体上端浮于水中：
坝体上端的连接浮块并不浮出水面，而是停留在水面与河底之间的适当高度。该“适当高度”由布帘长度，浮力及作用在布帘上的水流速度大小等因素有关，它们间的关系，由下面分析可得：
以布帘石在水中常见情况作为研究对象，见图1-1。布帘石布料长为QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 217801DEST_PATH_IMAGE001
，浮块浮力为 QUOTE
Figure 477881DEST_PATH_IMAGE002
Figure 421609DEST_PATH_IMAGE002
，投放入水深为H，垂线平均流速为V的水流中，受水流作用，其阻水高度 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 637696DEST_PATH_IMAGE003
，顺水流向的水平投影长度 QUOTE
Figure 81447DEST_PATH_IMAGE004
Figure 953456DEST_PATH_IMAGE004
。
在垂直水流方向取为单位长度，任取布帘石部分长度为 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 508066DEST_PATH_IMAGE005
的微元,其受力如图1-2 所示。
(1)两端张力QUOTE
Figure 47500DEST_PATH_IMAGE006
Figure 927732DEST_PATH_IMAGE006
和QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 287038DEST_PATH_IMAGE007
, 其作用线与QUOTE
Figure 629026DEST_PATH_IMAGE008
Figure 304858DEST_PATH_IMAGE008
轴成QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 746204DEST_PATH_IMAGE009
角；
(2)水流水平推力 QUOTE
Figure 937014DEST_PATH_IMAGE010
Figure 613852DEST_PATH_IMAGE010
， QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 551981DEST_PATH_IMAGE011
为y的函数；
(3)水流上举力 QUOTE
Figure 774015DEST_PATH_IMAGE012
Figure 452121DEST_PATH_IMAGE012
， QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure 73595DEST_PATH_IMAGE013
为x的函数；
(4)水中自重为 QUOTE
Figure 520757DEST_PATH_IMAGE014
Figure 631801DEST_PATH_IMAGE014
。
根据X、Y方向力的平衡，可以得出如下微分方程：
QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure 466DEST_PATH_IMAGE015
（1）
QUOTE
Figure 19106DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（2）
并且有：QUOTE
Figure 383092DEST_PATH_IMAGE018
Figure 540403DEST_PATH_IMAGE018
或QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 786577DEST_PATH_IMAGE019
（3）
参见图1-1、图1-2。
设垂线流速分布符合指数分布，即：
Figure 156379DEST_PATH_IMAGE020
式中， QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure 171608DEST_PATH_IMAGE021
为垂线平均流速，流速对柔性坝的推力 QUOTE
Figure 499821DEST_PATH_IMAGE022
Figure 249602DEST_PATH_IMAGE022
有：
QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure 406783DEST_PATH_IMAGE024
（4）
式中： QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure 89568DEST_PATH_IMAGE025
, QUOTE
Figure 569441DEST_PATH_IMAGE026
Figure 259049DEST_PATH_IMAGE026
为水平推力系数。
上举力 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure 829707DEST_PATH_IMAGE027
与坝体在水中的重力 QUOTE
Figure 491633DEST_PATH_IMAGE028
Figure 20703DEST_PATH_IMAGE028
为方向相反的两个力，且两者均不大，可认为 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE029
Figure 338552DEST_PATH_IMAGE029
，即由（2）式可得：
QUOTE
Figure 244060DEST_PATH_IMAGE030
Figure 760492DEST_PATH_IMAGE030
(5)
QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure 742355DEST_PATH_IMAGE031
(6)
将（5）式、（6）式代入(1)上式，可得如下微分方程
Figure 265609DEST_PATH_IMAGE015
Figure 725540DEST_PATH_IMAGE032
Figure 689954DEST_PATH_IMAGE033
Figure 701772DEST_PATH_IMAGE034
QUOTE
Figure 390286DEST_PATH_IMAGE035
Figure 778542DEST_PATH_IMAGE035
（7）
由 QUOTE
Figure 676090DEST_PATH_IMAGE036
Figure 983444DEST_PATH_IMAGE036
, QUOTE
Figure 825498DEST_PATH_IMAGE037
Figure 407658DEST_PATH_IMAGE037
可得：
Figure 487609DEST_PATH_IMAGE038
QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE039
Figure 169126DEST_PATH_IMAGE039
(8)
解（8）式，得
QUOTE
Figure 967318DEST_PATH_IMAGE040
Figure 307164DEST_PATH_IMAGE040
(9)
由 QUOTE
Figure 428572DEST_PATH_IMAGE041
Figure 218674DEST_PATH_IMAGE041
, QUOTE
Figure 848369DEST_PATH_IMAGE042
Figure 303490DEST_PATH_IMAGE042
可得 QUOTE
Figure 358034DEST_PATH_IMAGE043
Figure 928824DEST_PATH_IMAGE043
：
坝面剖面曲线方程为
QUOTE
Figure 436029DEST_PATH_IMAGE044
Figure DEST_PATH_IMAGE045
（10）
由（10）式可得，当 QUOTE
Figure 40315DEST_PATH_IMAGE036
Figure 683786DEST_PATH_IMAGE036
时，布帘石的水平投影长度 QUOTE
Figure 691056DEST_PATH_IMAGE004
Figure 606928DEST_PATH_IMAGE004
，可得：
QUOTE
Figure 216901DEST_PATH_IMAGE046
Figure 918141DEST_PATH_IMAGE046
（11）
上式说明， QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure 17684DEST_PATH_IMAGE047
与平均流速的平方成正比，与浮块浮力成反比。
布帘石剖面曲线长度，亦即在不考虑拉伸变形时坝体布料长度
Figure 499481DEST_PATH_IMAGE048
将（8）式代入
Figure 37778DEST_PATH_IMAGE049
由试验资料确定 QUOTE
Figure 593525DEST_PATH_IMAGE050
Figure 536073DEST_PATH_IMAGE051
可得布帘石剖面曲线方程、水平投影响长度 QUOTE
Figure 629800DEST_PATH_IMAGE004
Figure 519258DEST_PATH_IMAGE004
和布料长度，分别为：
QUOTE
Figure 257407DEST_PATH_IMAGE052
Figure 292228DEST_PATH_IMAGE052
（14）
QUOTE
Figure 420721DEST_PATH_IMAGE053
Figure 300821DEST_PATH_IMAGE053
（15）
QUOTE
Figure 159056DEST_PATH_IMAGE054
Figure 381090DEST_PATH_IMAGE055
（16）
根据上面公式，可以确定布帘石在水流中的各参数，具体如下：
（1）确定投放处的断面平均流速V，水深H，确定浮块浮力 QUOTE
Figure 918250DEST_PATH_IMAGE002
Figure 477408DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）采用式（16）求出 QUOTE
Figure 862253DEST_PATH_IMAGE056
Figure 244736DEST_PATH_IMAGE056
；
（3）采用式（15）求出布帘石水平投影响 QUOTE
Figure 551083DEST_PATH_IMAGE004
Figure 569724DEST_PATH_IMAGE004
；
（4）采用式（14）求出布帘石的方程。
算例：取窝塘水深25m，抛投点垂线平均流速0.5m/s，浮力块为30cm、50cm、80cm的浮筒，在不考虑浮筒重的情况下，6m长的布帘在水中的曲线如图2所示，其在水中的Hs分别为：3.92m、5.12m、5.77m。可见，浮块浮力越大，其曲线越陡，Hs越接近布帘长度。
本实用新型弥补了现有技术的空白，本设计的优点是：
(1) 结构简单；
(2) 布帘和浮块可以预制，便于贮存和运输,节约制作和运输成本；
(3) 到达抢护现场后，布帘、浮块和块石经组合即可制成布帘石,节约抢护时间和成本；
(4) 在窝崩的窝塘防冲促淤中，这种布帘石可以代替树梢石，以减轻对生态的影响。
附图说明
图1-1、图2-2分别为布帘石在水流中临界状况及受力分析；
图2表示6米长的布帘分别配上 30cm、50cm、80cm浮筒作为浮块后，在水深25米，流速0.5m/s作用下，布帘在水中的形状，及不同的Hs；
图3示意布帘石中布片的制作；
图4-1、图4-2、图4-3示意布帘石中浮块的圆柱状（也可有其它形状）；
图5为布帘石在水流中示意图。
具体实施方式
实施例1，用于在窝塘内减速促淤的布帘石，参照附图。
(1) 选择抗拉力较好的布匹，且在水中耐腐，抗老化强的材料，制作图3所示的布帘5，布帘边缘处缝制有缝边1，（必要时也可视具体情况在中间缝边，在增加口袋数量的同时也增加口袋强度）；布帘5下部呈口袋形，用于装石块7，布帘上部两个布匹缝合后，布匹内可装入浮块6。图1中的尺寸视布匹材料和工程处实际水流情况作作相应的调整；
(2) 购买或制作加工浮块（泡沫柱与空心浮筒），浮块的浮力应大于布帘重W布，初步选为50cm或80cm的浮块。流速大、布帘石较高时，取较大的浮块，这样浮块的浮力也大，浮块长度应等于或略少于布匹坝的宽度，布匹的宽度可取产品出厂宽度，以节省制作成本和材料成本，但不宜过宽，以200cm左右为宜，参照图4；
(3) 将制作好布帘石材料与浮块贮存于应急仓库内，需要时运至工程现场，将每个布帘材料顶端装进浮块并固定好，下端装入石块，用开驳船或吊机将布帘坝运（吊）至设计的位置及方向进行投放，参照图5。
图中，水面2，流速3，河底4，布帘或布帘坝5。L为布匹宽度(2米左右)；h1为装石袋高度（1米左右）；h为布帘石在水中高度（5米左右）；h3为浮块装填部位；图2-3中，浮块尺寸：L1<L，2 QUOTE
Figure 136971DEST_PATH_IMAGE057
Figure 904070DEST_PATH_IMAGE057
<2h3。

Claims (7)

1.一种用于在窝塘内减速促淤的布帘石，应用于河道窝崩发生后的应急抢护，设置在窝崩发生后的窝塘内，其特征在于，以布匹或编织布或帆布制成的布帘作为主要阻水工具，该布帘的长度远小于窝塘口门最大水深，该布帘下端以布袋装石块抛投于窝塘内的指定位置，布帘上端连接浮块，使其浮于水中。
2.根据权利要求1所述的用于在窝塘内减速促淤的布帘石，其特征在于，所述浮块采用空心管、浮筒或泡沫材料制成的圆柱。
3.根据权利要求1所述的用于在窝塘内减速促淤的布帘石，其特征在于，所述布帘下部呈口袋形，用于装石块，布帘上部用于装浮块。
4.根据权利要求1所述的用于在窝塘内减速促淤的布帘石，其特征在于，所述布帘，其边缘处缝制有缝边，以增加强度。
5.根据权利要求1所述的用于在窝塘内减速促淤的布帘石，其特征在于，所述布帘，在中间也设有缝边，在增加口袋数量的同时也增加口袋强度。
6.根据权利要求1所述的用于在窝塘内减速促淤的布帘石，其特征在于，所述浮块的浮力大于布帘重W布；所述浮块的长度等于或略少于布匹坝的宽度。
7.根据权利要求1-6之一所述的用于在窝塘内减速促淤的布帘石，其特征在于，所述浮块的规格为50cm或80cm；所述布帘的宽度为200cm左右。
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