ПЛОТИНА Российский патент 1999 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при сооружении отстойников из грунтовых материалов на горных предприятиях.

Известна плотина из местных материалов, содержащая экран, упорную призму, водоупорный элемент, дренажный слой, состоящий из наклонного участка, расположенного между экраном и водоупорным элементом и сообщенного с горизонтальным участком, размещенным по подошве плотины и выведенным в нижний барьер (SU, авторское свидетельство, 1416600, кл. E 02 B 7/06, 1938).

Недостатками такой плотины являются снижение надежности при кольматации горизонтального дренажа и высокая трудоемкость, вызванная использованием большого количества различных материалов в процессе ее сооружения.

Известна плотина из слабопроницаемого грунта (выбранная в качестве прототипа), содержащая дрены, расположенные по эквипотенциальным криволинейным поверхностям фильтрационного потока и соединенные трубами, выведенными в нижний бьеф (SU, авторское свидетельство, 1117367, кл. Е. 02 В 7/06, 1984).

Однако известное устройство имеет недостаточную надежность и устойчивость ввиду слабого сцепления грунта с дренажными трубами и высокую трудоемкость, связанную с укладкой фильтрационного материала дрен по сложным криволинейным поверхностям, а также использованием большого количества труб.

Предлагаемое изобретение повышает надежность и устойчивость плотины и уменьшает трудоемкость ее возведения.

Для достижения этого плотина из грунтовых материалов с расположенными внутри нее пластовыми дренажами, выполненными в виде прослоек из фильтрационного материала, снабжена упорной призмой из каменной наброски, размещенной в основании низового откоса плотины, пластовые дренажи выполнены в виде наклонных, параллельных низовому откосу, и горизонтальных участков, образующих ярусы, причем верхний край наклонных участков расположен у поверхности фильтрационного потока, а горизонтальные участки сообщены с упорной призмой. Также пластовые дренажи снабжены слоями гульки или гравия, размещенными над и под фильтрационным материалом. Низовой откос плотины снабжен пластовым дренажем. Фильтрационный материал дренажа выполнен из геотекстильного волокнистого материала объемной плотностью 100 - 150 кг/м³.

Пластовые дренажи, расположенные в теле плотины, через наклонные, а затем горизонтальные участки обеспечивают отвод фильтрационных вод к упорной призме из каменной наброски, а от нее - в нижний бьеф. При этом происходит снижение кривой депрессии, что повышает надежность сооружения, создает возможность уменьшения ширины плотины.

Ярусное расположение дренажей представляет собой самоуправляемую систему, которая регулирует вступление в работу вышерасположенных пластовых дренажей после снижения фильтрационной способности нижних слоев в результате кольматации. Расположение верхнего края наклонного участка каждого яруса пластовой системы дренажей у поверхности фильтрационного потока позволяет производить отвод жидкости из тела плотины за все время эксплуатации, обеспечивая ее высокую надежность.

Слои гальки или гравия, между которыми размещен фильтрационный слой в пластовом дренаже, являются защитными слоями, снижающими заполнение пор дрены твердыми частицами, выносимыми фильтрационным потоком. В то же время мелкие камни, проникая неровными краями внутрь фильтрационного волокнистого материала, повышают угол трения, создавая эффект армирования грунта, что способствует повышению надежности и устойчивости плотины. В случае действия горизонтальных или наклонных сдвигающих сил грунта фильтрационный слой подвергается растяжению, но за счет жесткости и упругости материала возникает дополнительная сила сопротивления сдвигу, что повышает устойчивость сооружения.

Пластовый дренаж, расположенный на низовом откосе плотины, обеспечивает отвод осадков вдоль откоса, повышает силы сцепления поверхностного слоя грунта, препятствуя размыву и разрушению, что способствует устойчивости склона.

Фильтрационный материал представляет собой геотекстильный нетканый слой, изготовленный иглопробивным способом, имеющий однородную структуру синтетических волокон объемной плотностью 100 - 150 кг/м³ с коэффициентом фильтрации 10^-3 м/с, что превышает коэффициент фильтрации песчано-глинистых грунтов в 10² - 10³ раз, обеспечивает снижение напора и отвод фильтрационного потока. Толщина слоя фильтрационного материала определяется расчетом из условия равенства расхода фильтрационного потока через тело плотины и расхода воды через фильтрационный геотекстильный слой. Использование геотекстильного волокнистого материала упрощает технологию возведения плотины и снижает тем самым трудоемкость.

Применение нетканых материалов плотностью менее 100 кг/м³ нецелесообразно ввиду снижения их механических характеристик, а изготовление материалов плотностью более 150 кг/м³ затруднено по технологическим причинам.

На чертеже представлен разрез плотины. Устройство включает грунтовый массив плотины 1, упорную призму 2 из каменной наброски, пластовые дренажи, имеющие наклонные 3, параллельные низовому откосу, и горизонтальные 4 участки, причем нижний горизонтальный дренаж, расположен у подошвы 5 плотины, теоретическая кривая депрессии S определяет поверхность фильтрационного потока, до которой доходят наклонные участки 3. Дренажный слой 7 укреплен на нижнем откосе плотины и сообщен с упорной призмой S.

Работа пластовых дренажей плотины осуществляется следующим образом. Фильтрационный поток под напором из верхнего бьефа 8 проникает в поры грунта тела плотины 1, встречает на своем пути наклонный участок 3 пластового дренажа, через фильтрационный материал которого отводится к горизонтальному участку 4, расположенному у подошвы плотины и далее через упорную призму 2 в нижний бьеф 9. При этом кривая депрессии занимает нижнее положение.

По мере работы сооружения происходит отложение твердых частиц грунта в порах фильтрационного материала первого пластового дренажа, снижается его производительность, вследствие этого фильтрационный поток, преодолев грунтовую прослойку между первым и вторым пластовыми дренажами, подходит к наклонному участку 3 второго дренажа, по которому происходит отвод жидкости через горизонтальный участок 4 и упорную призму 2. Линия депрессии при этом смещается, занимая более высокое положение. При кольматации второго пластового дренажа вступает в работу следующий дренажный ярус и т.д.

Таким образом, пластовые дренажи регулируют движение фильтрационного потока, обеспечивая надежность плотины.

Пластовый дренаж 7, расположенный на низовом откосе плотины, отводит осадки к упорной призме 2, сохраняя устойчивость откоса и предотвращая его размывание и разрушение.

Предлагаемое устройство плотины позволяет автоматически регулировать отвод фильтрационного потока и осадков за счет использования пластовых дренажей из геотекстильного волокнистого материала, обеспечивая высокую надежность и устойчивость сооружения, не требует больших затрат при возведении и сокращает время строительства.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и предназначено для использования на горных предприятиях при сооружении отстойников из грунтовых материалов. Плотина из грунтовых материалов включает расположенные внутри нее пластовые дренажи, выполненные в виде прослоек из фильтрационного материала, упорную призму из каменной наброски, размещенную в основании низового откоса плотины. Пластовые дренажи выполнены в виде наклонных, параллельных низовому откосу, и горизонтальных участков, образующих ярусы. Верхний край наклонных участков расположен у поверхности фильтрационного потока, а горизонтальные участки сообщены с упорной призмой. Пластовые дренажи снабжены слоями гальки или гравия, размещенными над и под фильтрационным материалом, который выполнен из геотекстильного волокнистого материала объемной плотностью 100-150 кг/м³. Низовой откос плотины снабжен пластовым дренажем. Такая конструкция плотины повышает ее надежность и устойчивость и снижает трудоемкость ее возведения. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Плотина из грунтовых материалов с расположенными внутри нее пластовыми дренажами, выполненными в виде прослоек из фильтрационного материала, отличающаяся тем, что снабжена упорной призмой из каменной наброски, размещенной в основании низового откоса плотины, пластовые дренажи выполнены в виде наклонных, параллельных низовому откосу, и горизонтальных участков, образующих ярусы, причем верхний край наклонных участков расположен у поверхности фильтрационного потока, а горизонтальные участки сообщены с упорной призмой. 2. Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что пластовые дренажи снабжены слоями гальки или гравия, размещенными над и под фильтрационным материалом. 3. Плотина по п.1, отличающаяся тем, что низовой откос плотины снабжен пластовым дренажем. 4. Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что фильтрационный материал выполнен из геотекстильного волокнистого материала объемной плотностью 100 - 150 кг/м³.