Сейсмостойкая грунтовая плотина, возводимая в узких створах
Владельцы патента RU 2558280:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калмыцкий государственный университет" (RU)
Изобретение относится и гидротехническому строительству, а именно к грунтовым плотинам, возводимым в районах с повышенной сейсмичностью. Задача изобретения - удешевление конструкции и повышение гасящей способности сейсмоизолирующего слоя плотины. Сейсмостойкая грунтовая плотина, возводимая в узких створах, включает основную грунтовую часть тела плотины и сейсмоизолирующий слой с динамическими характеристиками, существенно отличающимися от таковых грунта основной части тела плотины. Сейсмоизолирующий слой расположен по всему контакту плотины с основанием и бортами створа (каньона). Сейсмоизолирующий слой формируется путем установки в этом слое включений в виде однотипных утилизированных металлокордных покрышек от автомобилей, полости которых заполнены гумбрином. Покрышки располагаются параллельно основанию и бортам створа (каньона) с равным шагом в шахматном порядке как в одном ряду, так и между рядами, количество которых не менее двух. Конструктивные особенности предложенной конструкции сейсмоизолирующего слоя позволяют более эффективно ослаблять сейсмические волны за счет повышенной демпфируемости и дифракционности. 2 ил.
Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к грунтовым плотинам, возводимым в районах с повышенной сейсмичностью.
Известна конструкция грунтовой плотины, в которой тело плотины устраивается из двух основных элементов - верхней упорной призмы, занимающей большую часть объема сооружения (песок с гравием), и меньший по объему низовой упорной призмы из крупного камня. Такая конструкция при сейсмических нагрузках способна самозалечиваться, закрывать образующиеся при землетрясении трещины. Низовой упорный элемент из каменной наброски является надежным дренажем, способствующим эффективному рассеиванию порового давления (см. Натариус Я.И. Повышение сейсмостойкости плотин из грунтовых материалов. М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 43, рис. 21).
Недостатком указанной конструкции грунтовой плотины является значительный фильтрационный расход из-за отсутствия традиционных противофильтрационных элементов (ядра, экрана, диафрагмы), что существенно снижает ее экономическую эффективность.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому является грунтовая плотина, возводимая в узких створах, включающая основную грунтовую часть тела плотины и сейсмоизолирующего слоя с динамическими характеристиками, существенно отличающимися от таковых грунта основной части тела плотины, который расположен по всему контакту плотины с основанием и бортами створа (каньона) (см. Натариус Я.И. Повышение сейсмостойкости плотин из грунтовых материалов. М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 47, рис. 24).
Недостатками конструкции-прототипа являются ее относительная сложность и дороговизна, так как требуется специальный подбор грунта для достижения требуемых характеристик динамической жесткости для изолирующего слоя. При отсутствии такого грунта в местных условиях требуется его транспортировка из других регионов. Кроме этого в указанной конструкции не используется эффект ослабления сейсмической волны путем ее дифракции.
Задачей изобретения является удешевление конструкции и повышение гасящей способности сейсмоизолирующего слоя плотины.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в сейсмостойкой грунтовой плотине, возводимой в узких створах, включающей основную часть тела плотины и сейсмоизолирующий слой с динамическими характеристиками существенно отличающимися от таковых грунта основной части тела плотины, который расположен по всему контакту плотины с основанием и бортами створа (каньона), сейсмоизолирующий слой формируют путем установки в этом слое включений в виде однотипных утилизированных металлокордных покрышек от автомобилей, полости которых заполнены гумбрином, причем покрышки располагаются параллельно основанию и бортам створа (каньона) с равным шагом в шахматном порядке как в одном ряде, так и между рядами, количество которых не менее двух.
Сущность изобретения заключается в том, что сейсмоизоляционный слой формируется путем установки в этом слое включений в виде однотипных утилизированных металлокордных покрышек от автомобилей, полости которых заполнены гумбрином. Этот новый признак позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что сейсмоизоляционный слой образуется путем дисперсных включений, выполненных из утилизированных отходов, динамические свойства которых резко отличаются от динамических свойств основного грунта плотины. Второй новый признак, заключается в расположении покрышек параллельно основанию и бортам створа (каньона), что позволяет сохранить способность сейсмоизолирующего слоя распределять сейсмические нагрузки по всему объему грунтовой плотины. Третий новый признак, заключающийся в расположении покрышек с равным шагом в шахматном порядке как в одном ряде, так и между рядами, количество которых не менее двух, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в создании в сейсмоизолирующем слое грунтовой плотины упорядоченной структуры, позволяющей дифракционно ослаблять энергию сейсмической волны. Указанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в удешевлении конструкции и повышении гасящей способности сейсмоизоляционного слоя плотины, возводимой в узких створах.
На фиг. 1 изображена грунтовая плотина, поперечный разрез; на фиг. 2 изображена грунтовая плотина, продольный разрез.
Сейсмостойкая грунтовая плотина, возводимая в узких створах, состоит из основной части 1 тела плотины и расположенного по всему контакту плотины с основанием 2 и бортами 3 створа сейсмоизолирующего слоя 4, который сформирован путем установки в этом слое включений в виде утилизированных металлокордных покрышек 5, полости которых заполнены гумбрином.
Плотина сооружается следующим образом. Вначале производится подготовка основания 2 и бортов 3 створа. Затем сооружается сейсмоизолирующий слой 4 плотины в области контакта с основанием (дном) 2 створа. Сейсмоизолирующий слой 4 сооружают, например, из кондиционного грунта местных карьеров, состоящего из смеси песка с гравием. В этой зоне высота сейсмоизолирующего слоя составляет 0,1-0,2 проектной высоты грунтовой плотины. При сооружении сейсмоизолирующего слоя у основания (дна) в нем устанавливаются включения в виде однотонных утилизированных металлокордных покрышек 5, полости которых заполнены гумбрином. Гумбрин является отходом технологии очистки технических масел. Этот отход получается из бентонитовой глины, которую используют для очистки технических масел. Этот отход в больших количествах накапливается в полигонах нефтеперерабатывающих предприятий. В упомянутой зоне контакта сейсмоизолирующего слоя с основанием (дном) покрышки, заполненные гумбрином, устанавливаются параллельно основанию, т.е. горизонтально, с равным шагом в шахматном порядке как в одном ряде, так и между рядами. Шаг между покрышками 5 в одном ряде принимается не более двух диаметров покрышки (т.е. шаг - это расстояние между осями покрышек). Пространство между покрышками в одном ряде в горизонтальной плоскости заполняется местным кондиционным грунтом (смесь песка с графием) с уплотнением. Затем над указанным слоем засыпается слой кондиционного местного грунта с уплотнением толщиной не более толщины нижнего слоя с включениями (покрышками с гумбрином) и так далее до полной высоты сейсмоизолирующего слоя контактирующего с основанием (дном) 2. В контактных зонах с бортами 3 створа в сейсмоизолирующем слое покрышки 5 с гумбрином укладывают параллельно бортам 3, например, под углом 50 по отношению к горизонтальной плоскости. Несмотря на то что в бортовых участках укладка сейсмоизолирующего слоя более трудоемка, здесь должна соблюдаться укладка покрышек с гумбрином с соблюдением шахматного порядка в двух плоскостях. Надо отметить, что в бортовых зонах сейсмоизолирующий слой 4 укладывается по высоте одновременно с основной частью 1 тела плотины. Количество рядов покрышек с гумбрином в сейсмоизолирующем слое 4 по высоте (начиная от основания) и контакту с бортами должно быть не менее двух.
Динамическая жесткость полученного сейсмоизолирующего слоя грунтовой плотины, возведенной в узком створе, согласно нашим модельным исследованиям, как минимум на 70% ниже динамической жесткости местного кондиционного грунта основной грунтовой части тела плотины. Кроме этого армированные резиновые оболочки(утилизированные покрышки) включений сейсмоизолирующего слоя придают ему дополнительные демпфирующие свойства. Дисперсное расположение включений в сейсмоизолирующем слое позволяет достигнуть дифракционного ослабления сейсмической волны.
По сравнению с конструкцией-прототином предложенная грунтовая плотина, возводима в узких створах, обходится дешевле за счет использования утилизированных отходов при формировании сейсмоизолирующего слоя. Конструктивные особенности предложенной конструкции сейсмоизолирующего слоя позволяют более эффективно ослаблять сейсмические волны за счет повышенной демпфируемости и дифракционности.
Сейсмостойкая грунтовая плотина, возводимая в узких створах, включающая основную грунтовую часть тела плотины и сейсмоизолирующий слой с динамическими характеристиками, существенно отличающимися от таковых грунта основной части тела плотины, который расположен по всему контакту плотины с основанием и бортами створа (каньона), отличающаяся тем, что сейсмоизолирующий слой формируют путем установки в этом слое включений в виде однотипных утилизированных металлокордных покрышек от автомобилей, полости которых заполнены гумбрином, причем покрышки располагаются параллельно основанию и бортам створа (каньона) с равным шагом в шахматном порядке как в одном ряду, так и между рядами, количество которых не менее двух.
