本發(fā)明屬于地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域，具體涉及一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、不同于傳統(tǒng)山區(qū)泥石流，黃土泥流具有粘度高、流速快，鎮(zhèn)流明顯的特點(diǎn)，一旦發(fā)生將沖毀公路、鐵路、橋梁、天然氣管道等重大線性工程，造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。

2、目前對(duì)于黃土泥流的攔擋主要為布置在溝道中的多級(jí)淤地壩，由壓實(shí)黃土構(gòu)成，橫跨溝道，雖然結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，但由于黃土遇水崩解的性質(zhì)，耐久性較差及剛度偏小，強(qiáng)降雨下易遭遇大面積損毀，損毀后黃土淤地壩結(jié)構(gòu)整體性遭到破壞，使攔擋效果顯著降低，且單次泥流下庫區(qū)基本被充滿，喪失后續(xù)攔擋作用。

3、對(duì)于開口式攔擋結(jié)構(gòu)最為常見的是格柵攔砂壩，主要有梁式格柵壩、梳齒壩、格子壩等形式，格攔結(jié)構(gòu)擁有較高的剛度，可攔擋泥石流中的大石塊，實(shí)現(xiàn)泥石流沖擊過程中水石分離，達(dá)到減少?zèng)_擊力的作用，但格攔結(jié)構(gòu)之間間隙較大，對(duì)黃土泥流等細(xì)粒粘性泥石流并不適用，且格柵攔砂壩一般為混凝土橫梁或型鋼直接嵌入混凝土立柱中，與立柱形成整體結(jié)構(gòu)，損壞后修復(fù)困難。

4、對(duì)于柔性網(wǎng)狀攔擋結(jié)構(gòu)，由于其依靠鋼絲網(wǎng)彈性變形抵消沖擊力，網(wǎng)片大空隙對(duì)于細(xì)粒粘性泥流攔擋效果欠佳；同時(shí)，鋼絲網(wǎng)片與溝道地層固定要求較高的錨固強(qiáng)度，難以適用于黃土高原泥流的寬溝道。

5、綜上所述，黃土泥流的攔擋存在以下問題：

6、（1）黃土高原地區(qū)的於地壩、攔砂壩等攔擋結(jié)構(gòu)局限于自身材料及結(jié)構(gòu)特性，攔擋結(jié)構(gòu)耐久性難以提升，受損后維護(hù)困難；

7、（2）黃土泥流物質(zhì)組成上和泥石流有顯著的區(qū)別，表現(xiàn)在細(xì)粒含量高，適用于泥石流的阻滯耗能攔擋結(jié)構(gòu)難以適用于黃土泥流；

8、（3）黃土泥流運(yùn)動(dòng)速度快、沖擊作用強(qiáng)，對(duì)攔擋結(jié)構(gòu)的韌性提出了更高的要求。

9、因此，需要研發(fā)一種適用于黃土泥流的耐久性好、擾流能力強(qiáng)、韌性高的攔擋結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)及其工作方法。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，包括黃土泥流溝道，在黃土泥流溝道凹面處設(shè)置格架結(jié)構(gòu)，所述格架結(jié)構(gòu)由若干鋼筋混凝土支柱組成，相鄰鋼筋混凝土支柱之間設(shè)置格攔結(jié)構(gòu)，所述格攔結(jié)構(gòu)由若干變截面橫梁組成，沿變截面橫梁的水平方向設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)葉片，相鄰兩層變截面橫梁上的旋轉(zhuǎn)葉片交替分布，旋轉(zhuǎn)葉片上開設(shè)有泄水孔。

4、所述鋼筋混凝土支柱下端嵌入黃土泥流溝道的凹面處，格攔結(jié)構(gòu)底部與黃土泥流溝道凹面處留有空隙。

5、所述鋼筋混凝土支柱側(cè)面安裝有若干馬鞍形接頭和減震支座，每個(gè)馬鞍形接頭連接上下兩個(gè)減震支座。

6、所述減震支座包括上下兩組平行的鐵板，鐵板包括凸起結(jié)構(gòu)，凸起結(jié)構(gòu)中心位置開設(shè)有內(nèi)圓孔，在上下鐵板的內(nèi)圓孔之間卡接橡膠柱，環(huán)繞橡膠柱疊設(shè)若干層橡膠墊，橡膠墊外側(cè)使用橡膠圈封閉，橡膠圈卡設(shè)在凸起結(jié)構(gòu)上。

7、所述馬鞍形接頭端部開設(shè)銷釘孔。

8、所述變截面橫梁兩端設(shè)置圓端形接頭，圓端形接頭上開設(shè)圓孔，所述圓孔與銷釘孔的孔位對(duì)應(yīng)且孔徑大小一致，銷釘穿過銷釘孔固定變截面橫梁和鋼筋混凝土支柱。

9、所述變截面橫梁包括工字形截面梁腹板梁，所述工字形截面梁腹板梁外接圓形截面梁，旋轉(zhuǎn)葉片套設(shè)在圓形截面梁外側(cè)。

10、所述旋轉(zhuǎn)葉片包括上葉片和下葉片，上葉片和下葉片通過尾部的半圓形環(huán)扣安裝在圓形截面梁外側(cè)。

11、所述旋轉(zhuǎn)葉片獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，上葉片的厚度為下葉片厚度的一半。

12、第二方面，本發(fā)明提供一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)的工作方法，黃土泥流沖擊結(jié)構(gòu)物時(shí)，格攔結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)葉片在泥流沖擊作用下上下旋轉(zhuǎn)，黃土泥流中的水穿過旋轉(zhuǎn)葉片上的泄水孔流向下游，黃土泥流中的固形物通過上下旋轉(zhuǎn)葉片之間的間隙流向下游。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

14、本發(fā)明提供一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，包括黃土泥流溝道，在黃土泥流溝道凹面處設(shè)置格架結(jié)構(gòu)，格架結(jié)構(gòu)由若干鋼筋混凝土支柱組成，相鄰鋼筋混凝土支柱之間設(shè)置格攔結(jié)構(gòu)，格攔結(jié)構(gòu)由若干變截面橫梁組成，沿變截面橫梁的水平方向設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)葉片，相鄰兩層變截面橫梁上的旋轉(zhuǎn)葉片交替分布，旋轉(zhuǎn)葉片上開設(shè)有泄水孔。通過在變截面橫梁水平方向上增加旋轉(zhuǎn)葉片，一方面減小格攔結(jié)構(gòu)間隙，降低細(xì)顆粒過流能力，使攔砂壩可應(yīng)用于黃土泥流災(zāi)害；另一方面將泥流沖擊的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，有效減少結(jié)構(gòu)所受沖擊作用；同時(shí)，黃土泥流中的水穿過旋轉(zhuǎn)葉片上的泄水孔流向下游，黃土泥流中的固形物通過上下旋轉(zhuǎn)葉片之間的間隙流向下游，允許泥流部分通過以減小壩前淤積，通過旋轉(zhuǎn)葉片上的泄水孔減少黃土泥流中水的含量，實(shí)現(xiàn)土水分離攔擋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)攔擋-耗能-停淤同時(shí)起效。

15、進(jìn)一步的，格攔結(jié)構(gòu)底部與黃土泥流溝道凹面處留有空隙，使黃土泥流中的沉積物能夠通過，防止在自然狀態(tài)下淤積黃土，以致堵塞結(jié)構(gòu)物。

16、進(jìn)一步的，通過使用減震支座及工字形截面梁，增加攔擋結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及格攔結(jié)構(gòu)剛度，更好的抵抗黃土泥流的強(qiáng)沖擊作用、增加結(jié)構(gòu)耐久性。

17、進(jìn)一步的，旋轉(zhuǎn)葉片的上葉片厚度為下葉片厚度的一半，使組裝完成的格攔結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)葉片在重力作用下可豎直下垂，保證清淤后旋轉(zhuǎn)葉片可自動(dòng)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)韌性攔擋的結(jié)果。

18、進(jìn)一步的，旋轉(zhuǎn)葉片獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)格攔結(jié)構(gòu)局部可替換，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)使用年限，降低維護(hù)成本。

技術(shù)特征：

1.一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括黃土泥流溝道（2），在黃土泥流溝道（2）凹面處設(shè)置格架結(jié)構(gòu)（1），所述格架結(jié)構(gòu)（1）由若干鋼筋混凝土支柱（11）組成，相鄰鋼筋混凝土支柱（11）之間設(shè)置格攔結(jié)構(gòu)（3），所述格攔結(jié)構(gòu)（3）由若干變截面橫梁（31）組成，沿變截面橫梁（31）的水平方向設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)葉片（32），相鄰兩層變截面橫梁（31）上的旋轉(zhuǎn)葉片（32）交替分布，旋轉(zhuǎn)葉片（32）上開設(shè)有泄水孔（325）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼筋混凝土支柱（11）下端嵌入黃土泥流溝道（2）的凹面處，格攔結(jié)構(gòu)（3）底部與黃土泥流溝道（2）凹面處留有空隙。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼筋混凝土支柱（11）側(cè)面安裝有若干馬鞍形接頭（12）和減震支座（14），每個(gè)馬鞍形接頭（12）連接上下兩個(gè)減震支座（14）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述減震支座（14）包括上下兩組平行的鐵板（141），鐵板（141）包括凸起結(jié)構(gòu)（146），凸起結(jié)構(gòu)（146）中心位置開設(shè)有內(nèi)圓孔（147），在上下鐵板（141）的內(nèi)圓孔（147）之間卡接橡膠柱（142），環(huán)繞橡膠柱（142）疊設(shè)若干層橡膠墊（144），橡膠墊（144）外側(cè)使用橡膠圈（143）封閉，橡膠圈（143）卡設(shè)在凸起結(jié)構(gòu)（146）上。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述馬鞍形接頭（12）端部開設(shè)銷釘孔（13）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變截面橫梁（31）兩端設(shè)置圓端形接頭（313），圓端形接頭（313）上開設(shè)圓孔（314），所述圓孔（314）與銷釘孔（13）的孔位對(duì)應(yīng)且孔徑大小一致，銷釘（4）穿過銷釘孔（13）固定變截面橫梁（31）和鋼筋混凝土支柱（11）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變截面橫梁（31）包括工字形截面梁腹板梁（311），所述工字形截面梁腹板梁（311）外接圓形截面梁（312），旋轉(zhuǎn)葉片（32）套設(shè)在圓形截面梁（312）外側(cè)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)葉片（32）包括上葉片（321）和下葉片（322），上葉片（321）和下葉片（322）通過尾部的半圓形環(huán)扣（323）安裝在圓形截面梁（312）外側(cè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)葉片（32）獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，上葉片（321）的厚度為下葉片（322）厚度的一半。

10.一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)的工作方法，基于權(quán)利要求1~9中任意一項(xiàng)所述的一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)，其特征在于，黃土泥流沖擊結(jié)構(gòu)物時(shí)，格攔結(jié)構(gòu)（3）的旋轉(zhuǎn)葉片（32）在泥流沖擊作用下上下旋轉(zhuǎn)，黃土泥流中的水穿過旋轉(zhuǎn)葉片（32）上的泄水孔（325）流向下游，黃土泥流中的固形物通過上下旋轉(zhuǎn)葉片（32）之間的間隙流向下游。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域，尤其涉及一種擾流耗能型黃土泥流韌性減災(zāi)結(jié)構(gòu)及其工作方法，結(jié)構(gòu)包括黃土泥流溝道、格架結(jié)構(gòu)、格攔結(jié)構(gòu)，其中格架結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土支柱與減震接頭構(gòu)成，固定于黃土泥流溝道中；格攔結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土制成的變截面橫梁和旋轉(zhuǎn)葉片構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)葉環(huán)扣于變截面橫梁，旋轉(zhuǎn)葉片上設(shè)置泄水孔，格攔結(jié)構(gòu)通過銷釘連接于格架結(jié)構(gòu)。當(dāng)黃土泥流流經(jīng)攔擋結(jié)構(gòu)時(shí)推動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉旋轉(zhuǎn)，改變黃土泥流流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)，通過減震接頭減少結(jié)構(gòu)震動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擾流?耗能?停淤攔擋；清淤結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)葉片可在重力作用下自動(dòng)復(fù)位，且格攔結(jié)構(gòu)損毀可替換，減低后期維護(hù)成本，增加結(jié)構(gòu)耐久性。

技術(shù)研發(fā)人員：黃強(qiáng)兵,馬祥,張貝,劉紅衛(wèi),江迎平,李國鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長安大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15