ПРОТИВОСЕЛЕВОЕ ЗАТОРНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2015 года по МПК E02B3/02 E02B8/06 

Заявленное техническое решение относится к области активных воздействий на селевые потоки, а именно к области противоселевых сооружений для защиты от селей нижерасположенных селитебных территорий, объектов инфраструктуры и т.д.

Известно противоселевое сооружение (ПСС) в виде решетчатой конструкции - железобетонной плотины [1, с. 133], установленной в селевом русле.

Недостатком известного ПСС является невысокая надежность его работы, обусловленная отсутствием объемной жесткости, не позволяющей ему сохранить решетчатую структуру при потере устойчивости (оно складывается как «карточный домик» и разрушается [1]), а также тем, что оно установлено поперек селевого русла и закреплено (забетонировано) в основание и береговые склоны последнего. В связи с этим известная решетчатая конструкция одномоментно воспринимает на себя не только всю динамическую ударную силу селевого вала, но и стремительно нарастающую нагрузку от импульса сил присоединяющихся набегающих селевых масс, что приводит к ее разрушению [1, с. 134].

Известно также противоселевое заторное сооружение, включающее жесткий объемно-каркасный элемент, выполненный в виде металлической решетчатой конструкции и установленный в селевом русле [2].

Недостатком известного сооружения является невысокая надежность его работы, обусловленная тем, что объемно-каркасный элемент в виде металлической решетчатой конструкции жестко закреплен в сплошную фундаментальную бетонную плиту строго определенным образом (а не в произвольной форме) - перпендикулярно к направлению селевого русла со ступенчато убывающими секциями как вдоль русла, так и по фронту - от центра к краям, при этом длина конструкции меньше ширины селевого русла. Всю динамическую нагрузку селевого потока рассматриваемое противоселевое сооружение воспринимает разом в виде одномоментного ударного воздействия селевого вала - из-за его перпендикулярного расположения к направлению селевого русла. При этом сплошная фундаментальная плита создает эффект «парусности», потому что водная составляющая селевого потока, свободно поступая под плиту, оказывает мощное гидродинамическое давление на ее подошву, направленное снизу вверх. При этом происходит интенсивный размыв грунта основания под подошвой фундаментной плиты глубиной до десятка метров и более, что вызывает неравномерную осадку плиты с разломами.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является противоселевое заторное сооружение, включающее жесткий объемно-каркасный элемент, выполненный в виде металлической решетчатой конструкции и уложенный в селевое русло в произвольной форме под углом к направлению селевого русла без крепления к последнему, при этом длина жесткого объемно-каркасного элемента превышает ширину селевого русла [3].

В известном техническом решении жесткий объемно-каркасный элемент выполнен, в том числе, и из бывших в эксплуатации деформированных или бракованных металлических ферм или опор высоковольтных ЛЭП, канатных дорог, мачт телевизионного, осветительного, телефонного оборудования. Данная конструкция укладывается в селевое русло, как правило, перед его естественным сужением.

Укладка объемно-каркасного элемента в виде металлической решетчатой конструкции под углом к направлению селевого потока при длине жесткого объемно-каркасного элемента, превышающей ширину селевого русла, обеспечивает разрушение структуры селя в результате постепенного податливого на некоторой длине (50-80 м и более) селевого русла. Однако при сильных селевых потоках низовой край металлической решетчатой конструкции начинает сползать, разворачиваясь по ходу движения селя, все более отдаляясь от примыкавшего к нему берега селевого русла. В итоге образуется брешь между низовым краем конструкции, к которому она примыкала вначале, что приводит к прорыву селевого потока и существенному снижению надежности противоселевого сооружения.

Техническим результатом от использования заявленного устройства является повышение надежности работы противоселевого заторного сооружения.

Технический результат достигается тем, что в известном противоселевом заторном сооружении, включающем металлическую объемно-каркасную конструкцию с длиной, превышающей ширину селевого русла, уложенную в селевом русле в произвольной форме под углом к направлению последнего, противоселевое заторное сооружение содержит дополнительно якорь, размещенный без крепления на берегу селевого русла со стороны низового края объемно-каркасной конструкции, причем низовой край металлической объемно-каркасной конструкции соединен с якорем посредством гибкой связи, например канатом.

Технический результат достигается и тем, что якорь выполнен в виде массивного элемента из бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев или в виде удлиненного металлического объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла.

Технический результат достигается также и тем, что при выполнении якоря в виде удлиненного металлического объемно-каркасного элемента гибкая связь прикреплена к его верховому краю и обернута вокруг его периметра с возможностью его перекатывания с одновременным разворачиванием верхового края в сторону селевого русла при натяжении гибкой связи.

В предлагаемом техническом решении всю динамическую нагрузку селевого потока противоселевое заторное сооружение воспринимает не разом, а податливо, несколько смещаясь вместе с селевым потоком и постепенно затормаживаясь. При этом наличие якоря, выполненного в виде массивного элемента из бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев, в виде удлиненного объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла, а также наличие гибкой связи, удерживающей низовой край конструкции объемно-каркасного элемента, повышают устойчивость к динамическим нагрузкам за счет сдерживающего усилия от разворота низового края конструкции, что существенно повышает надежность противоселевого заторного сооружения.

На чертеже схематично изображено противоселевое заторное сооружение.

Противоселевое заторное сооружение содержит металлическую объемно-каркасную конструкцию 1 с длиной, превышающей ширину селевого русла 2, уложенную в селевом русле в произвольной форме под некоторым углом к направлению последнего. При этом края металлической объемно-каркасной конструкции 1 примыкают к обоим берегам селевого русла 2. На берегу селевого русла 2 со стороны низового края объемно-каркасной конструкции 1 противоселевое заторное сооружение содержит якорь 3, свободно лежащий на берегу без крепления, к которому посредством гибкой связи 4 прикреплен низовой край металлической объемно-каркасной конструкции 1. Якорь 3 может быть выполнен в виде массивного элемента из бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев, в виде удлиненного объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла, а в качестве гибкой связи может быть использован, например, витой металлический канат.

При выполнении якоря 3 в виде удлиненного объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла, гибкая связь 4 крепится к его верховому (по уклону) краю, причем гибкая связь обернута вокруг его периметра с возможностью перекатывания и одновременного разворачивания верхового края металлического объемно-каркасного элемента в сторону селевого русла при натяжении гибкой связи.

Объемно-каркасная конструкция 1 и объемно-каркасный элемент 3 могут быть цельными или сборными, состоящими из отдельных стержней, допускающих их ручную сборку на месте. Конструкции 1 и 3 снабжены монтажными креплениями (не показаны) для транспортирования по воздуху. Это позволяет повысить надежность противоселевого заторного сооружения за счет возможности его установки в недоступных для машин и механизмов участках селевых русел с помощью вертолетов.

Противоселевое заторное сооружение устанавливается как в непосредственной близости от очага зарождения, так и на транзитном участке. Наиболее предпочтительным местом установки сооружения являются участки селеносных русел с верховой стороны от естественных сужений русла.

Основной конструкцией противоселевого заторного сооружения является металлический жесткий объемно-каркасный элемент, который может быть доставлен к месту назначения в разобранном виде автотранспортом, на лошадях, вручную, либо вертолетом. Последнее позволяет их укладывать в практически недоступных участках селевого русла, куда немыслима прокладка автодорог из-за технических трудностей и нарушения ландшафтов, в том числе в особо охраняемых природных территориях, возможной провокации эрозионных процессов в местностях со сложным рельефом и густой сетью разветвленных селевых русел, а также большой стоимости строительства и эксплуатации этих дорог. Использование же вертолетов весьма эффективно решает эту проблему с повышением надежности проводимых противоселевых мероприятий. При этом деформации, получаемые жестким объемно-каркасным элементом при сбросе с вертолета с последующим монтажом, практически не влияют на эффективность их работы.

Одним из важных мероприятий в реализации противоселевых мероприятий является создание противоселевых заторных сооружений, способных разрушить структуру селевого потока с гашением энергии селевого вала, уменьшить уклоны селевого русла и не допустить дополнительного обогащения твердой составляющей селевого потока новыми объемами грунтового и каменного материала за счет предотвращения размыва береговых склонов и дна селевого русла. Указанные задачи решает предлагаемая конструкция противоселевого заторного сооружения, которая работает следующим образом.

Во время схода селя в передней части грязекаменного потока формируется волна - селевой вал высотой до 3-4 м и более. При этом скорость движения селевого вала может достигать до 8-10 м/с и более. Такой поток обладает огромной разрушительной силой и оказывает на встречающиеся на его пути препятствия ударное динамическое воздействие большой мощности. При подходе селевого вала жесткая объемно-каркасная конструкция 1, размещенная в селевом русле 2, воспринимает ударную силу всего селевого потока не одномоментно, а растянуто во времени и по частям - дифференцированно, причем не жестко, на одном закрепленном месте, а податливо, перемещаясь вдоль селевого русла на какое-то расстояние. При этом верховой конец - передняя часть - жесткой объемно-каркасной конструкции первоначально принимает на себя воздействие примыкающей к берегу части селевого потока. В это время средняя и нижняя его части оказывают тормозящее действие, вынуждая последнюю работать на сжатие. В следующий промежуток времени селевой вал будет воздействовать уже на среднюю, а затем и на концевую часть жесткой объемно-каркасной конструкции, в то время как верховая - передняя часть уже будет оказывать тормозящее воздействие, вынуждая последнюю работать на растяжение. При податливости жесткой объемно-каркасной конструкции и некотором ее перемещении по руслу от первоначального воздействия указанный промежуток времени увеличится. Таким образом, противоселевое заторное сооружение оказывает разрушающее действие на структуру селевого потока, дифференцированно изменяя (снижая) скорость потока вдоль селевого вала. При этом гибкая связь, соединяющая низовой край объемно-каркасной конструкции с якорем, расположенным на берегу, оказывает удерживающее усилие от разворота низового края конструкции от берега, обеспечивая целостность противоселевого фронта в русле.

При выполнении якоря в виде объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега селевого русла и обвитого гибкой связью по периметру его верхового конца, под действием раскручивающей тяги гибкой связи, он перекатывается с одновременным разворотом в сторону селевого русла. При этом повышается сила, удерживающая объемно-каркасную конструкцию от разворота селевым потоком и создается дополнительный противоселевой фронт за счет вовлечения в селевое русло якоря в виде объемно-каркасного элемента. Аналогичный удерживающий эффект обеспечивается и при использовании в качестве якоря бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев.

Таким образом, использование якоря, выполненного в виде массивного элемента из бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев, в виде удлиненного объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла, а также при наличии гибкой связи, удерживающей низовой край объемно-каркасной конструкции, повышает надежность работы противоселевого заторного сооружения.

Источники информации

1. Сейнова И.Б., Золотарев И.А. Ледники и сели Приэльбрусья. М:. Научный мир, 2001, 203 с.

2. Авторское свидетельство СССР №1551774, МПК E02B 8/06. Опубл. 23.03.1990.

3. Патент РФ №2388867 C2, МПК E02B 8/06. Опубл. 10.05.2010 (ПРОТОТИП).

Изобретение относится к области противоселевых сооружений, а именно к области активных воздействий на селевые потоки с целью защиты от последних населенных пунктов, промышленных и гражданских сооружений, рекреационно-спортивных объектов и т.д. Сооружение включает металлическую объемно-каркасную конструкцию, уложенную в селевом русле в произвольной форме под углом к направлению последнего. Края объемно-каркасной конструкции примыкают к обоим берегам селевого русла. Длина объемно-каркасной конструкции превышает ширину селевого русла. Противоселевое заторное сооружение содержит якорь, размещенный без крепления на берегу селевого русла, со стороны низового края объемно-каркасной конструкции. Низовой край объемно-каркасной конструкции соединен с якорем посредством гибкой связи, например канатом. Якорь может быть выполнен в виде массивного элемента из бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев или в виде удлиненного металлического объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла. Объемно-каркасная конструкция и объемно-каркасный элемент снабжены монтажными креплениями для транспортировки их по воздуху вертолетом. Предлагаемая конструкция позволяет существенно повысить надежность работы противоселевого заторного сооружения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Противоселевое заторное сооружение, включающее металлическую объемно-каркасную конструкцию с длиной, превышающей ширину селевого русла, уложенную в селевом русле в произвольной форме под углом к направлению последнего, отличающееся тем, что противоселевое заторное сооружение содержит дополнительно якорь, размещенный без крепления на берегу селевого русла со стороны низового края объемно-каркасной конструкции, причем низовой край металлической объемно-каркасной конструкции соединен с якорем посредством гибкой связи, например канатом.

2. Противоселевое заторное сооружение по п.1, отличающееся тем, что якорь выполнен в виде массивного элемента из бетонных блоков, каменных глыб, поваленных деревьев, в виде удлиненного металлического объемно-каркасного элемента, уложенного вдоль берега русла.

3. Противоселевое заторное сооружение по п.1, отличающееся тем, что при выполнении якоря в виде удлиненного металлического объемно-каркасного элемента, гибкая связь прикреплена к его верховому краю и обернута вокруг его периметра с возможностью его перекатывания с одновременным разворачиванием верхового края в сторону селевого русла при натяжении гибкой связи.