УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭРОЗИЕЙ ГРУНТОВ Российский патент 1996 года по МПК E02B3/12 E02B3/06 E02B3/14 

Настоящее изобретение касается устройства, которое может иметь модульную структуру, для управления эрозией грунтов (почвы), основной функцией которого является замедление или ускорение движения естественных текучих сред, вызывающих эрозию, с целью влияния на осаждение частиц рыхлого грунта, несомых потоком эрозионной текучей среды.

Естественные текучие среды (вода, воздух) служат факторами, которые вызывают обычно тем большую эрозию, как в море, так и на земле, чем больше скорость эрозии, которой они могут достичь естественным путем или при вмешательстве человека.

Замедлитель морского или речного потока может быть уподоблен искусственно воспроизведенному подводному валу (мегавалу.) отрывающему и поднимающему поток со дна и способствующему, таким образом, осаждению и новому накапливанию переносимых потоком в прибрежной полосе частиц рыхлых грунтов с образованием новых естественных осадочных валов, как бы имитируя профиль дельты или эстуария с восстановлением рыхлых берегов.

На морском или речном берегу, устройства замедления чаще всего выполняются путем заполнения оболочки из гибкого текстильного материала для земляных работ (валики, мешки.) тяжелым балластом, таким как песок или бетон, обеспечивающим расплавление и укладку устройства под собственным весом. Заполненные таким образом устройства приобретают форму протяженного полуцилиндрического крыла и имеют тенденцию к постепенному заглублению в песок под действием собственного веса. Для предотвращения такого постепенного заглубления применяют другие технологии, которые, как в патенте США US 4690585 (HOLMBERC) (фиг. 1а), заключаются в укладке замедлителя на покрытии из пористого текстильного материала для земляных работ, закрепленном в грунте с помощью бортовых карманов.

В случае, когда эти устройства, имеющие выпуклую и относительно жесткую форму, крепятся на гибком пористом покрытии, избыточное гидростатическое давление, испытываемое крылом при отрыве потока и волн от дна, почти полностью передается через пористое покрытие грунту под устройством, что может привести к поднятию и опрокидыванию последнего. Кроме того, такие устройства могут расплавляться и укладываться лишь при заполнении их балластом, они тяжеловесны, ломки, громоздки, неэстетичны и неудаляемы. Если же они выполняются в виде отрезков большой протяженности, то отличаются ломкостью по длине и могут переломиться при изменениях состояния грунта.

Кроме того, может возникнуть необходимость изменения положения и/или направления этих устройств с целью обеспечения лучшего восстанавливающего эффекта с учетом свойств морских факторов, действующих в рабочей зоне.

На суше эрозия может быть вызвана или исчезновением за счет создания грунта, например, когда морская эрозия истощает источники сухого песка, питающего береговые дюны, или слишком сильным воздействием эрозионных текучих сред (дождь и ветер) на рыхлый грунт, потерявший растительный покров.

Это разрушение растительного покрова иногда является следствием земляных работ или других видов деятельности человека, главным образом, дорожных, горных, сельскохозяйственных работ. Поэтому методы и устройства для борьбы с эрозией используются для восстановления растительного покрова под защитой противоветровых ограждений, путем применения сеток из текстильного материала для земляных работ, раскладываемых на грунте (фиг. 1б) или устанавливаемых вертикально (фиг. 1в), либо путем посадки зеленых изгородей (кустарников или деревьев), тормозящих сток ливневых вод с полей.

Однако, для развертывания гибких устройств требуется много времени, они ломки и неустойчивы, а зеленые насаждения подвержены случайностям природных явлений и сельскохозяйственных методов.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков или, по меньшей мере, их удовлетворительное уменьшение при одновременном улучшении управления эрозией грунта с помощью простого универсального устройства (морского или наземного).

Эта цель достигается, согласно изобретению, с помощью устройства для управления эрозией почвы, предназначенного для укладки на грунте или закрепления в грунте, содержащего нижнюю часть, оснащенную средствами для закрепления в грунте, и верхнюю часть, снабженную средствами, уменьшающими энергию эрозионных текучих сред, отличающегося тем, что указанные средства, гасящие энергию текучих сред, представляют собой выступающий корпус обтекаемой формы или обтекатель, а указанные средства закрепления в грунте содержат непроницаемое основание, причем нижняя и верхняя части жестко связаны друг с другом, по меньшей мере, по боковым бортам и образуют внутреннюю полость, которая, по меньшей мере частично, может заполняться балластом.

Согласно первому варианту осуществления изобретения, верхняя часть прикрепляется к нижней части разъемно.

По другому варианту выполнения, устройство полое, неразъемное, а его выступающий корпус обтекаемой формы, именуемый для кратности также обтекатель, имеет продольную выемку.

Особым достоинством является то, что концы обтекателя содержат средства для модульной сборки, могущие взаимодействовать с соответствующими средствами других таких же устройств с целью получения полностью сплошной конструкции; указанные средства сборки содержат охватываемый профиль, входящий в охватывающий профиль для получения сплошной продольной цепочки и/или профиль со щеками, охватывающими, без нарушения сплошности, боковые стенки верхней части для получения боковых ответвлений.

Благодаря своему непроницаемому основанию, препятствующему его погружению в грунт, и своему жесткому обтекателю, такое устройство, расположенное в направлении, пересекающемся с направлением движения эрозионных текучих сред, подвергается воздействию толкающего усилия, которое оно не может сообщить грунту из-за непроницаемости своего основания. За счет этого, устройство создает разницу давлений, действующих по разные стороны поверхности непроницаемого основания и оказывается прижатым к грунту с тем большим усилием, чем больше энергия эрозионных текучих сред.

В случае применения на морском побережье, замедление, вызванное этим модульным устройством, сочетается с эффектом осаждения. Уложенное рядами, почти перпендикулярными эрозионному потоку, устройство замедляет поток и приводит к отложению наносов.

Модульные устройства, уложенные сходящимися рядами с образованием суженного прохода, вызывают ускорение потока и рассеяние наносов, то есть обеспечивают управляемую эрозию.

Хотя ясно, что область применения настоящего изобретения распространяется на управление эрозией в прибережной, наземной и морской зоне, путем замедления движения эрозионных текучих сред, его суть станет более понятной, если приведем имеющиеся примеры его применения для управления эрозией в морских или речных прибрежных зонах.

Изобретение иллюстрируется следующим описанием с прилагаемыми чертежами, где показаны:
на фиг. 1 известные устройства для замедления эрозии, виды в перспективе;
на фиг. 2 устройство согласно изобретению, расположенное в различных местах, виды в перспективе;
на фиг. 3 различные варианты выполнения устройства, согласно изобретению;
на фиг. 4 варианты выполнения устройства, согласно изобретению, виды в перспективе с частичными разрезами;
на фиг. 5 еще один вариант выполнения устройства, согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 6 вариант выполнения устройства, согласно изобретению, со средствами закрепления в грунте;
на фиг. 7 модульная сборка нескольких устройств, согласно изобретению, вид в перспективе.

Фиг. 1 иллюстрируют предшествующий уровень техники.

Как показано на фиг. 2,а, устройство R согласно изобретению, служащее для замедления эрозии (водный поток С, ветер V), соединено с другими такими же устройствами (модулями), образуя модульную сборку (сборки) (R₁,R₂,R₃.), уложенную примыкающими к береговой линии одним или несколькими рядами, частично погруженными в воду, вызывающими эффект аккреции захвата и накопления весомых эрозионным потоком (морской воды или ветра) частиц. Как правило, устройство R содержит нижнюю часть 1, снабженную средствами закрепления в грунте, и верхнюю часть 2, снабженную средствами, снижающими энергию эрозионных текучих сред. Средства, гасящие энергию текучей среды, представляют собой жесткий выступающий обтекатель 5.

На фиг. 2,б замедляющее эрозию устройство, согласно изобретению, содержит по меньшей мере один модуль R, имеющий непроницаемое основание и обтекатель. Его можно расположить на погруженном под воду грунте, либо на суше (на выступающем из воды грунте), и его оптимальный осаждающий эффект (эффект аккреции) обеспечивается тогда, когда модуль R образует прямой угол с направлением движения эрозионной текучей среды, преобладающей в данной зоне (водный поток, прилив-отлив, сток ливневых вод, ветер.).

На фиг. 3, а показано устройство, согласно изобретению, выполненное из двух частей. Верхняя часть, содержащая средства, ослабляющие действие эрозионных текучих сред, выполнена в виде жесткого выступающего обтекателя 5 параболического профиля, с выпуклой вершиной и горизонтально расположенными боковыми кромками (бортами). Верхняя часть 2 соединена с нижней частью 1 предпочтительно с помощью съемных крепежных средств, например, с помощью болтового соединения 6.

Нижняя часть 1 содержит средства закрепления в грунте, содержащие непроницаемое основание 3, обращенное к грунту. Непроницаемое основание 3 содержит грани двугранного угла 3а, образующие между собой угол, превышающий 100^o, и продолжение основания 3 внутри обтекателя 5 представляет собой горизонтальную полосу 3, b, образующую юбку, окаймляющую двухскатную часть основания, а на торцах, за пределами обтекателя 5, продолжением основания служит сливной фартук 3с, позволяющий избежать явлений эрозии, связанных с возмущением потока при его сходе с торцов обтекателя, а также могущий быть использованным для сборки с другим модулем, либо для закрепления модуля в грунте, благодаря пазам 21, в которые вводятся соответствующие крепежные средства (например, ремни). Торцы устройства определяют проем между основанием 3 и обтекателем 5.

На фиг. 3, б показано устройство, состоящее из плоского непроницаемого основания 3 и замкнутого обтекателя 5, боковые стенки которого образуют грани двугранного угла, отходящие наклонно от ребра вершины этого угла, продолжением которых служат плоские борта (горизонтально располагающиеся), и торцы обтекателя 5а и 5b выполнены, соответственно, с охватываемым/охватывающим профилем, позволяющим соединять модули введением торца одного модуля в торец другого. Двугранный угол между боковыми стенками обтекателя выбирается равным около 90^o так, чтобы вызвать восходящее движение эрозионной текучей среды, способствующее ее торможению. В обтекателе могут быть выполнены отверстия 7, закрываемые пробками 8 и позволяющие загружать балласт, который может представлять собой вспененный материал, впитывающий влагу, например, для хранения жидкости.

На фиг. 3,в показан модуль устройства, согласно изобретению, обтекатель 5 которого имеет параболическую форму и содержит плоские края (борта). В обтекателе 5 выполнены отверстия 7 для введения балласта, которые могут закрываться изнутри пробкой или обратным клапаном 8. Непроницаемое основание 3 снабжено, по меньшей мере, по своим продольным краям окаймляющей юбкой 12, заглубляемой в грунт на глубину, достаточную для того, чтобы служить препятствием для поперечного распространения давления эрозионных текучих сред под устройством. Торцы 10 и 11 выполнены, соответственно, с охватываемым и с охватывающим профилем так, что два одинаковых модуля могут быть вставлены одним торцом одного модуля в торец другого с образованием, по меньшей мере частично, шарнирного соединения, для создания таким образом непрерывной продольной протяженной структуры.

В частности, был выполнен образец со следующими габаритными размерами: длина 60 см, ширина 9 см, высота 6 см при параболическом профиле,
непроницаемое жесткое основание, выпуклое на величину 5 мм над грунтом,
верхняя часть, установленная (без жесткой связи) на нижней части,
средняя скорость окружающего потока, несущего частицы песка (река) 7,5 км/ч.

Полный насос песка (покрытие полностью устройства песком) достигается за 1 час.

На фиг. 4а стенка основания 3 по существу параболической формы может быть при необходимости выполнена более толстой в центральной части, чем по краям, с целью достижения жесткости, переменной по ширине и более быстрой деформируемости (прогиба) бортов, что приводит к увеличению площади контакта устройства с рыхлым грунтом под поверхностью основания. Отверстия 7 обеспечивают циркуляцию эрозионной текучей среды и осаждение во внутренней полости устройства.

На фиг. 4,б показано устройство, внутренняя полость которого, заключающаяся между нижней 1 и верхней 2 частями, частично заполнена балластом 15 (гранулированным заполнителем), а вблизи вершины обтекателя 5 выполнены отверстия 7, предназначенные для его заполнения. Таким образом достигается постепенное увеличение устойчивости устройства.

На фиг. 4, с показано моноблочное устройство, могущее быть полым или сплошным и имеющее верхнюю 2 и нижнюю 1 части.

Внутренняя полость заполняется материалом (бетон.), из которого выполнены средства закрепления в грунте и средства гашения энергии эрозионных текучих сред, соответственно, основание 3 и обтекатель 5.

После укладки устройства, согласно изобретению, на нижнюю сторону непроницаемого основания 3 воздействует первое гидростатическое давление, меньшее, чем второе гидростатическое давление, возникающее под действием эрозионных текучих сред и действующее на верхнюю сторону основания 3 и/или на обтекатель 5.

На фиг. 5 показан выгодный вариант осуществления изобретения, содержащий, в частности, непроницаемое основание 3 и обтекатель 5 с продольной выемкой 5а, обеспечивающей быстрое проникание внутрь обтекателя балласта, эрозионных текучих сред, естественных отложений, или возможность быстрого введения, за счет самоукладки, традиционного замедлителя из текстильного материала для земляных работ.

На фиг. 6 показан вариант выполнения устройства, согласно изобретению с глухими гнездами 18, выполненными, частично, в нижней части боковых стенок и, частично, в бортах обтекателя 5.

Гнезда 18 предусмотрены под анкерные элементы 9, вставляемые в гнезда таким образом, что они выступают за края бортов и заглубляются в грунт. Эти гнезда используются также при подъемно-транспортных операциях с модулем.

На фиг. 7, которую следует читать вместе с фиг. 3,в, показан вариант сборки модульных устройств, согласно изобретению, в двух направлениях. Охватывающий торец 11 имеет щеки 14, образованные продолжением обтекателя 5, которые могут охватывать боковые стенки обтекателя 5 другого такого же модуля для создания полностью сплошной сборки с боковой ветвью. Охватываемый торец 10 выпуклого профиля и/или профиля с выступом входит в охватывающий торец вогнутого профиля и/или профиля с углублением.

В общем случае и для случаев устройств, показанных на всех фигурах, следует подчеркнуть, что после укладки на грунт или закрепления в грунте, устройство не может перемещаться ни в вертикальном, ни в поперечном направлении под воздействием эрозионных потоков, ни всплывать в окружающей текучей среде, благодаря своей нижней части 1, которая снабжена средствами закрепления в грунте, состоящими из основания 3, при необходимости дополняемого анкерными элементами 9 или балластом 15, в зависимости от величины отрывающих усилий. Крепление устройства может быть усилено любыми балластировочными или анкерными средствами в зависимости от соответствующих плотностей материала устройства и эрозионной текучей среды, а также от энергии этой текучей среды в рабочей зоне.

На нижнюю поверхность основания 3 устройства действует первое гидростатическое давление, более низкое, чем гидростатическое давление окружающей эрозионной текучей среды, в соответствии с непроницаемостью поверхности основания, которое может быть, например, дополнено по бокам в поперечном направлении непроницаемой юбкой 12, заглубляемой в грунте.

Когда эрозионная текучая среда, например, дождь, морское течение, прилив, ветер, увеличивает скорость эрозии, непроницаемость основания является препятствием для передачи ее давления на грунт под устройством и увеличивает перепад между гидростатическим давлением и давлением эрозионной текучей среды на обтекатель и/или внутри его.

Таким образом, поверхности, образованные основанием 3 и обтекателем 5, производят эффект присоски, за счет чего устройство прижимается к грунту.

Основание 3 и юбка 12 предпочтительно выполняются из непроницаемого эластомера и их сцепление с грунтом может быть увеличено путем выполнения на нижней поверхности этого основания рельефа, похожего на рельеф покрышки.

Устройство может состоять из одной моноблочной детали, полученной ротационным формованием полиэтилена. Соответствующим материалом может служить также бетон или железобетон.

Устройство, согласно изобретению, выполняется устойчивым по отношению к отрывающему усилию, развиваемому эрозионными текучими средами, которое может достичь 12 тонн на 1 м² (в прибрежной зоне) и 100 кг на 1 м² в случае ветровой эрозии.

Устройство, согласно изобретению, может быть также применено для отрыва ветра от дюн во время эрозии или для замедления стока воды в открытых горнорудных карьерах, что приводит, соответственно, к росту дюн и поднятию рельефа местности.

Согласно выгодному варианту осуществления изобретения, основание выполнено с вогнутой опорной поверхностью, обращенной к грунту, причем большой пролет вогнутой части позволяет основанию прогибаться и контактировать вогнутым сводом с подстилающим наносным слоем грунта, сопротивляясь скольжению и отрыву. С помощью анкерных и балластировочных средств, согласно изобретению, устройство прочно закрепляется в грунте с момента его укладки на грунт.

По одному из выгодных вариантов выполнения, борта обтекателя 5 тангенциальны к горизонтали и позволяют, таким образом, усилить фиксацию устройства после его закрепления в грунте, сопротивляясь усилиям отрыва, развиваемым эрозионными текучими средами.

По другому выгодному варианту выполнения, основание 3 гибкое и содержит прочное непроницаемое полотно, плоское в состоянии покоя.

С целью сообщения эрозионным текучим средствам восходящего движения, обтекатель 5 должен быть выступающим, например, иметь параболическую форму, полуцилиндрическую форму, либо двухскатную форму и иметь борта, расположенные горизонтально или заглубленные в грунте.

По одному из выгодных вариантов выполнения, отношение размеров ширины и высоты предпочтительно превышает 1,5 так, что ширина поверхности основания может быть втрое больше высоты и длина в 1,5-6 раз больше ширины.

Отверстия 7 могут иметь различные сечения: площадью в несколько квадратных сантиметров или дециметров, правильной формы, предпочтительно продолговатые, для обеспечения возможности их перекрытия изнутри. Благодаря своей легкости, устройство может быть использовано на уклонах водного пути и может быть подвешено на любом анкерном креплении, крепящимся в гнездах 18 или в пазах 21.

В том случае, если нижняя и верхняя части не образуют единой неразъемной детали, они соединяются болтами или любыми иными способами, совместимыми с химическими и механическими свойствами материала. ЫЫЫ6

Использование: для управления эрозией грунтов, которое заключается в замедлении или ускорении движения естественных текучих сред, вызывающих эрозию. Сущность изобретения: устройство управления эрозией, предназначенное для укладки на грунт или закрепления в грунте, состоит из нижней части, оснащенной средствами для крепления в грунте, и верхней части, оснащенной средствами, уменьшающими энергию вызывающих эрозию текучих сред. Средство, гасящее энергию эрозионных текучих сред, представляет собой выступающий жесткий корпус обтекаемой формы. Средство закрепления в грунте содержит непроницаемое основание. Нижняя и верхняя части устройства жестко связаны друг с другом, по меньшей мере, по продольным краям, образуя внутреннюю полость, которая может быть заполнена, по меньшей мере частично, балластом. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство управления эрозией грунтов, содержащее один или несколько модулей, каждый из которых содержит основание, снабженное средствами для закрепления на грунте, и верхнюю выпуклую часть, отличающееся тем, что основание модуля выполнено непроницаемым, плоским или вогнутым переменной жесткости, а верхняя часть выполнена с продольными отбортовками и с возможностью жесткого соединения с основанием. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль выполнен сплошным из одного материала. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль выполнен полым. 4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что модуль выполнен герметичным. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что верхняя часть модуля имеет отверстия сбоку, или сверху, или по бокам, или сверху и по бокам. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что верхняя часть модуля имеет одно отверстие по всей длине. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцы и/или боковые стороны модуля имеют элементы соединения друг с другом. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один или оба торца модуля имеют сливные фартуки. 9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что полость модуля по меньшей мере частично заполнена балластом.