Способ возведения фильтрующей насыпи Советский патент 1993 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к гидротехниче- ско му, гидромелиоративному и дорожному строительству - к сооружению фильтрующих насыпей, способных пропускать через себя поток воды без нарушения прочности.

Цель изобретения - снижение трудозатрат за счет возведения фильтрующих насыпей из несортированных грунтов.

Цель достигается тем, что насыпь возводится пионерным способом из несортированного грунта, а фильтрующий слой в ее нижней части создают путем отсыпки грунта с высоты насыпи, рассчитываемой по формуле

Н h

Ц/9

13,6 ф п ( Рмакс - Рмин)

К(1-п)3/2- 13,6 р - Омин

р- коэффициент формы частиц (для угловатых р 0,5; для округлых) 1);

Кт - минимальный коэффициент фильтрации материала, обеспечивающий пропуск через слой толщиной h проектной зоны расхода,

Ё

атсыворо ее нта ор«сег

Кт-q

V 3 Ч

(2)

tf - h2

где I - ширина насыпи;

hi - максимально допустимый напор воды:

П2 - глубина потока в нижнем бьефе;

q - погонный расход;

п - пористость грунта в середине фильтрующего слоя толщиной h. Согласно формуле М.П.Павчича

00

со

РО

Использование: в гидротехническом строительстве, в частности в сооружениях фильтрующих насыпей, способных пропускать через себя поток воды без нарушения прочности. Сущность изобретения: создание сооружения предусматривает возведение из несортированного грунта всей насыпи 1. При этом фильтрующий- слой 2 в ее нижней части создают путем отсыпки грунта с высоты насыпи 1, рассчитываемой по выведенной формуле. 3 табл., 3 ил.

0)

где h - глубина от верха насыпи до рассматриваемого горизонта;

С

П -Тг

7

(3)

где С - эмпирический коэффициент, определяющий величину уплотнения (,9 - 0,33)

п - 1 d20

мин

Р.71 макс С1ми + d,

0,21/Gn (dM«c -dMHH + UM V/(4)

где t - коэффициент неоднородности сегрегированного грунта в середине фильтрующего слоя;

и dMMH - соответственно максимальный и минимальный диаметры частиц грунта, используемого смеси;

On - показатель степени уравнения Тал- бота гранулометрического состава грунта в середине фильтрующего слоя;

Dp-средняя крупность грунта в середине фильтрующего слоя.

Рп - Омин +

(М1

W

1/Oter

(Омакс Омин)

(5)

где Омин - средняя крупность у гребня насы- пи;

Омакс - средняя крупность у основания насыпи.

4Омин - dcp.B. 1 + Qcer Qfcer 1)

(«сег - 1) (O.71/Gcer- +0.21/CZcer-

D - r L ( + 1) . / .r

макс -Uмин -(Г (Оср.в UMHH I i

ГО

dcp.e - средневзвешенная крупность исходного грунта.

Осег 0,28 Ойсх + 0,42 .

(8)

(X.

иск

± kf-ji H

L ОцлаКс °ллин U

C9Jгде Осег - показатель степени уравнения Талбота для средней крупности сегрегированного грунта (по высоте насыпи);

Оисх - показатель степени уравнения Талбота используемого грунта.

)e«pi

firfL VMQKC-O МИН/J

;

J(

где dM3Kc и ймин - соответственно максимальный и минимальный размер фракций исходного грунта;

PI - содержание фракций (в долях единицы) размером менее di;

7исх

d70 d20

показатель неоднородности используемого грунта; где dyo и d2o диаметры частиц, содержание которых в исходной смеси равно соответственно 70 и 20%.

tfcer 0,258 )/исх + 0,742 .(10)

Эмпирические коэффициенты для уравнений (8) и (10) определяются в лаборатории при сегрегировании заданного грунта или его модельной смеси. Численные коэффициенты получены в результате статистической

обработки большого количества (более 200)

лабораторных и производственных опытов.

Сущность изобретения заключается в

том, что физические процессы сортировки,

происходящие за счет совокупности действия сил гравитации и трения, позволяют разделить частицы грунта по крупности, в результате чего в нижней части всей насыпи скапливаются наиболее крупные однородные частицы с большой пористостью.

На фиг. 1 изображена пионерная отсыпка насыпи; на фиг.2 - поперечный разрез фильтрующей насыпи; на фиг.З - графический метод решения уравнения для определения высоты отсыпки.

Пример. Гравийно-галечниковый грунт для возведения фильтрующей насыпи имеет следующий зерновой состав.

Длина насыпи 60 м, максимальный расход 17,8 м3/с, максимальный напор gi 8,0 м, глубина воды в нижнем бьефе П2 1.0 м. Необходимо определить высоту насыпи 1. обеспечивающей пропуск заданного расхода.

Принимаем несколько значений HI 9,15м, для которых производим расчеты по приведенным формулам. Результаты расче- тов приводятся в табл.3 для м/сут.

По полученным данным построен график (Hi), фиг.З. Точка пересечения кривой с линией, проведенной под углом 45° к оси координат, и принимается искомой высотой Н.

После этого процесс возведения самой плотины представляет собой пионерную отсыпку грунта высоты ,4 м небольшими порциями путем сталкивания их с гребня плотины на откос, при этом фильтрующий слой 2 создается за счет естественной сегрегации грунта.

На фиг.2 показаны отсыпанная таким образом насыпь 1. - фильтрующий слой 2 толщиной hi и основание 3.

Положительный эффект устройства фильтрующей насыпи обеспечивается возможностью исключения из конструкции гид- роуэла специальных водосбросных сооружений - туннелей, труб и т.д., стоимость которых обычно равна около половины общей стоимости гидроузла.

Формула изобретения

Способ возведения фильтрующей насыпи, включающий разработку и отсыпку грунта в сооружение, о т ли ч а ющ и и с я тем, что, с целью снижения трудозатрат, отсыпку ведут пионерным способом из несортированного грунта на всю высоту насыпи, при этом в нижней части, насыпи создают фильтрующий слой путем отсыпки грунта с высоты насыпи Н. рассчитываемой по фор-, муле: ..

и -н

л;0 -n)3/2-i3.6-V«5/2-o H«

где h - глубина от верха насыпи до рассматриваемого горизонта;

Кт -минимальный коэффициент фильтрации материала, обеспечивающий пропуск расхода через слой толщиной h проектной зоны..

Кт q

V 3 ; I tf-h

где 1 - ширина насыпи;

hi - максимально допустимый напор воды в верхнем бьефе (принятый в проекте);

П2 - глубина потока в нижнем бьефе;

q - погонный расход;

ф- коэффициент формы частиц (для угловатых уз 0,5, для округлых 1);

п - пористость грунта в середине фильтрующего слоя толщиной h, принимается в соответствии с формулой

п

С 0,9 - 0.33 - эмпирический коэффициент, определяющий величину уплотнения: с 0,9 - для предельно рыхлой отсыпи, с 0,33 - для сильно уплотненного грунта; tj коэффициент неоднородности сегрегированного грунта в середине фильтрующего слоя,

П

dTO OJ1 (dnaKC - 0мин) .+ С1мин d20 0.21/tt(dM«c-dMHH)+dMHH

где ймакс, ймин -соответственно максимальный и минимальный диаметры частиц грунта используемой смеси;

On - показатель уравнения Талбота гранулометрического состава грунта в середине фильтрующего слоя

(Рп dnHH) .

On - т;3п .

.,, (Онакс имин

Dn - средняя крупность грунта в середине фильтрующего слоя

20

Dn Омин +

Л/Ck

)

25

/и

(Омакс ОМин) i

DMHH т dcp.e. И + QcerQcer 1)

(Осег + 1) (0.71/Q«r- +0,21/асег-

э

ШЖ1Ш л

30

Омакс - Омин I -gr (dcp.e Омии) t

где Омакс - средняя крупность грунта у ос- 5 нования насыпи;

Омин - средняя крупность грунта у гребня насыпи;

dcp. средневзвешенная крупность исходного грунта;

0 Оисх - эмпирический показатель степени (уравнения Талбота), описывающий зерновой состав грунта

рТо / о;-омин « п . мни /

5

иск

Макс

,

J( | L Vdwant о мим /J

макс °мии

где Pi - содержание в исходном грунте фрак- n ций размером di;

Осег-0,28 сц,сх + 0,42 - показатель степени уравнения Талбота для средней крупности сегрегированного грунта; . d70 5 d

сти исходного грунта; .

/свг 0,258 j/ncx + 0,742 - показатель неоднородности сегрегированного грунте; dTO. d20 - диаметры частиц, содержание которых в смеси, соответственно равно 70 и 20%.

показатель неоднородноХарактеристики исходного грунта

: о .-о ,-в .. е-.-: V.

;v :«; :- &- 4-:Ч:.г.-;:|оЧл

/// /// /7/ /// /// ///

1 Vail.

Таблица

Таблица-2

Таблица 3

Фиг. г

/ 4

8 fff 1Z f4 fff 18 20 22 24 26 H Фиг.З