Селегаситель для водно-каменных потоков

Изобретение относится к гидротехнике и предназначено для повышения относительной надежности и устойчивости работы элементов селезащиты в зоне максимального воздействия селевого потока на сооружение. Селегаситель включает размещенные на защищаемом отрезке русла элементы, которые выполнены в виде наклонно расположенных по направлению селевого потока свай с подпорками, заглубленными в русло, и имеют в верхней части защищаемого отрезка русла наибольшую высоту надземной части, соответствующую высоте селевых волн. Повышенная жесткость и устойчивость конструкции элементов селезащиты дают возможность ее использования в руслах водно-каменных селевых потоков в высокогорных районах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано как для защиты от грязевых, грязекаменных и водно-каменных селевых потоков отдельных объектов, так и для предупреждения образования селевых волн на отдельных участках селевых русел или на всем их протяжении.

Отдаленным аналогом изобретения являются отдельно стоящие препятствия обычно в виде конических земляных насыпей, расположенных в два ряда в шахматном порядке на пути движения снежных лавин на участке их выхода на пологий склон, предназначенные для остановки движения снежной массы перед защищаемым объектом (В. Фляйг. Внимание, лавины. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960. С. 170-172).

Более близкими аналогами являются противоселевые устройства в виде сквозных свайных сооружений самых разнообразных типов (SU 1193209 A, SU 1650852 A1, SU 1331942 A1, SU 1511323 A1, SU 1724789 A1), предназначенных для разрушения селевой волны с частичным или полным задержанием крупнообломочного материала.

Общим недостатком таких сооружений является то, что их селезащитная эффективность сохраняется лишь до заполнения наносами расчетного объема верхнего бьефа сквозной плотины (С.М. Флейшман. Сели. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. С. 264). Для восстановления работоспособности необходимо удалять наносы. Кроме того, такие сооружения часто не выдерживают динамических нагрузок и разрушаются. Например, сборная сквозная плотина конструкции Херхерулидзе, построенная в селеопасном селевом русле p. Дуруджи, была сработана (заполнена наносами) и частично разрушена селевым потоком в 1975 году (С.М. Флейшман. Сели. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. С. 259-262). Селезадерживающая плотина сквозного типа на реке Герхожан-Су (Кабардино-Балкария) была полностью разрушена селевым потоком 20 августа 1999 года (Э.В. Запорожченко. Сели бассейна р. Герхожан-Су: история проявления, условия формирования, энергетические характеристики. (Сб. научн. тр. Севкавгипроводхоза. Вып. 15. Пятигорск, 2002. С. 80-148).

Наиболее близким решением к заявляемому устройству является селегаситель (патент RU 2490392), состоящий из стальных свай, расположенных рядами поперек русла в шахматном порядке на всем отрезке селевого русла, подлежащего защите с густотой, достаточной для обеспечения относительной эквивалентной шероховатости не менее 0,1, при этом отметки вершин свай в верхней части защищаемого отрезка русла соответствуют высоте селевых волн, а в средней и нижней частей русла - отметкам максимальных паводочных расходов.

К недостаткам данного аналога относится невысокая динамическая устойчивость элементов селезащиты (свай), воспринимающих ударные нагрузки от крупнообломочного материала грязекаменных селевых потоков, что не позволяет использовать этот способ защиты в руслах высокоскоростных водно-каменных потоков в высокогорных условиях.

Задачей заявляемого решения является разработка селегасителя, устойчивого к ударным нагрузкам.

Технический результат заключается в повышении устойчивости элементов конструкции к ударным нагрузкам.

Поставленная задача решается тем, что селегаситель для водно-каменных потоков включает размещенные на защищаемом отрезке русла элементы, при этом элементы в верхней части защищаемого отрезка русла имеют наибольшую высоту надземной части, соответствующую высоте селевых волн, и выполнены в виде наклонно расположенных по направлению селевого потока свай с подпорками, заглубленными в русло.

В предпочтительном варианте изготовления элемента селегасителя угол наклона сваи к горизонту γ не превышает расчетного значения γ_p, определяемого из соотношения, представленного ниже.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено схематическое изображение конструкции элемента селегасителя.

Элемент селегасителя состоит из наклонно стоящей сваи 1, снабженной подпоркой 2. Свая наклонена по направлению движения селевого потока.

Желательно, чтобы угол наклона сваи к горизонту γ не превышал расчетного значения γ_p, при котором поперечная составляющая Q результирующей нагрузки P, приложенной на 1/3 высоты сваи, не создает опрокидывающего момента:

γ_p=arctg[(2+2.25·tg²β)^0.5-1.5·tgβ],

где β - угол наклона русла, град.

При наличии на защищаемом отрезке участков с разной величиной наклона γ_p выбирают для самого крутого участка (т.е. с минимальной величиной γ_p).

Подпорка выполняется, как правило, из того же материала и профиля, что и свая. Верхний конец подпорки крепится к вершине сваи, а нижний заглубляется в русло. Такая конструкция элемента повышает его жесткость и позволяет его демонтировать при заносе для проведения работ по восстановлению работоспособности сооружения. Наклонное положение сваи с подпоркой не только повышает жесткость элемента селегасителя, но и переводит прямые ударные нагрузки в касательные, что уменьшает требования к прочностным характеристикам элементов конструкции.

От наиболее близкого аналога изобретение отличается элементами селезащиты (селегасителя), выполненными из наклонно расположенных по направлению потока свай с подпорками, которые устанавливаются вместо обычных свай в верхней части отрезка защищаемого русла, где волновой селевый поток, имеющий максимальную кинетическую энергию, превращается в стационарный не волновой. При этом схема размещения элементов селегасителя может быть аналогична схеме, подробно представленной в материалах патента RU 2490392, в частности элементы могут быть расположены рядами поперек русла в шахматном порядке на всем отрезке селевого русла, подлежащего защите с густотой, достаточной для обеспечения относительной эквивалентной шероховатости не менее 0,1. При этом отметки вершин элементов в верхней части защищаемого отрезка русла также могут соответствовать высоте селевых волн, а средней и нижней частей русла - отметкам максимальных паводочных расходов.

Селезащита осуществляется путем заглубления элементов селегасителя - железобетонных или стальных свай, в дно русла на защищаемом отрезке. Минимальная возможная величина заглубления свай элементов селегасителя (наклонных и подпорок) составляет 1 м.

1. Селегаситель для водно-каменных потоков, включающий размещенные на защищаемом отрезке русла элементы, при этом элементы в верхней части защищаемого отрезка русла имеют наибольшую высоту надземной части, соответствующую высоте селевых волн, и выполнены в виде наклонно расположенных по направлению селевого потока свай с подпорками, заглубленными в русло.

2. Селегаситель по п.1, характеризующийся тем, что угол наклона сваи к горизонту γ не превышает расчетного значения γ_p
γ_p=arctg[(2+2,25·tg²β)^0.5-1,5·tgβ],
где β - угол наклона русла, град.