本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壩體加強(qiáng)筋。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用有與該壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)相同的加強(qiáng)筋的潰壩試驗(yàn)壩體模型，以及該潰壩試驗(yàn)壩體模型的成型方法。此外，本發(fā)明還涉及該壩體加強(qiáng)筋的用途。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，壩體內(nèi)加入或鋪設(shè)加強(qiáng)筋材料已被廣泛的應(yīng)用，設(shè)置加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)可以不同程度地改善壩體的強(qiáng)度和變形特征，可以擴(kuò)散壩體中土體的應(yīng)力，增加土體模量，傳遞拉應(yīng)力，以及限制土體側(cè)向變形，還可以通過摩擦力將加強(qiáng)筋材料的抗拉強(qiáng)度與土體的抗壓強(qiáng)度結(jié)合，從而增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定性和整體強(qiáng)度。

另外，壩體中設(shè)置加強(qiáng)筋材料，一方面利用土顆粒與加強(qiáng)筋之間存在的摩擦剪力和咬合力，可增加壩體的抗沖蝕能力，延長壩體潰決時(shí)間，有效削減壩體潰決洪水的洪峰流量。另一方面，設(shè)置的加強(qiáng)筋材料可對壩體材料中的大顆粒起到攔截作用，從而可增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定性，減小人員被洪水沖走的風(fēng)險(xiǎn)，以增加搶險(xiǎn)封堵工作的安全性，降低應(yīng)急搶險(xiǎn)過程的難度。

不過，目前所應(yīng)用于壩體中的加強(qiáng)筋材料多為在壩體的堆砌過程中水平平鋪于壩體內(nèi)，或是沿壩體的高度方向以彎折狀嵌設(shè)于壩體內(nèi)，其在實(shí)際應(yīng)用中，仍存在壩體遇到漫頂潰決情況時(shí)的防護(hù)效果不理想，或是壩體加強(qiáng)筋成本較高等不足，因此有必要設(shè)計(jì)開發(fā)一種在壩體漫頂潰決時(shí)仍有較好防護(hù)性，且成本較低的壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種壩體加強(qiáng)筋，以可在壩體漫頂潰決時(shí)有較好防護(hù)性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種壩體加強(qiáng)筋，包括用于嵌設(shè)在具有上游坡體及下游坡體的壩體中的加強(qiáng)筋體，所述加強(qiáng)筋體包括同所述下游坡體的坡比布置的為片狀的第一筋體，以及一端與所述第一筋體相連、并沿所述壩體的高度方向間隔布置的多道同為片狀的第二筋體，且各所述第二筋體的自由端具有向所述上游坡體一側(cè)的延伸。

進(jìn)一步的，所述加強(qiáng)筋體為格柵狀。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明所述的壩體加強(qiáng)筋，通過沿壩體高度方向間隔布置的第二筋體，可對壩體起到水平加固作用，能夠增強(qiáng)壩體的抗剪作用，而通過同壩體下游坡比布置的第一筋體，則可有效攔截壩體中的砂土顆粒，以能夠克服水平布置的第二筋體形成易滑動面，造成壩體中砂土顆粒被水平?jīng)_刷潰失的不足，從而利用第一筋體和第二筋體的結(jié)合，能夠提高壩體的抗沖性能，以在出現(xiàn)漫頂潰決時(shí)可有著較好防護(hù)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種潰壩試驗(yàn)壩體模型，其包括堆砌于模型箱內(nèi)的具有上游坡體和下游坡體的壩體，在所述壩體的壩頂處設(shè)有連通所述上游坡體與下游坡體兩側(cè)間的初始潰口，在所述壩體內(nèi)還嵌設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋與如上所述的壩體加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)相同。

進(jìn)一步的，所述潰口的截面為矩形狀。

進(jìn)一步的，所述壩體的上游壩坡為0.5:1，所述壩體的下游壩坡為1.5:1。

本發(fā)明也提出了上述潰壩試驗(yàn)壩體模型的成型方法，該方法包括如下的步驟：

步驟a，于模型箱內(nèi)設(shè)置相對布置的兩個(gè)模板，于兩個(gè)所述模板和模型箱內(nèi)壁共同圍構(gòu)成的空間內(nèi)填充土體，并于土體中設(shè)置加強(qiáng)筋，且壓實(shí)土體；

步驟b，去除模板，將土體的兩相對側(cè)按預(yù)定坡比削坡，以形成上游坡體與下游坡體，而成型壩體；

步驟c，在成型壩體壩頂?shù)闹虚g位置設(shè)置初始潰口；

步驟d，在成型壩體的下游坡面劃刻石灰網(wǎng)格。

進(jìn)一步的，還包括：

步驟e，在所述壩體的上游坡面與模型箱內(nèi)壁的接觸處涂抹凡士林。

本發(fā)明通過設(shè)置壩體模型，并在壩體模型中設(shè)置與如上的壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)相同的加強(qiáng)筋，可通過試驗(yàn)的手段，對該加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，以充分驗(yàn)證其使用性能，而利于在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

此外，本發(fā)明進(jìn)一步也提出了如上所述的壩體加強(qiáng)筋的用途，所述加強(qiáng)筋用于土石堆砌的壩體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)。通過在土石堆砌的壩體中設(shè)置如上的壩體加強(qiáng)筋，可提升壩體的抗沖性，提升壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以減小壩體出現(xiàn)漫頂潰壩的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的壩體加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的潰壩試驗(yàn)壩體模型成型中的模型箱及模板的配合示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的潰壩試驗(yàn)壩體模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述的對比一的壩體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所述的對比二的壩體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例所述的對比三的壩體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例所述的對比四的壩體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例所述的對比五的壩體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例所述的對比六的壩體的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記說明：

1-壩體，2-上游坡體，3-下游坡體，4-加強(qiáng)筋體，41-第一筋體，42-第二筋體，5-模型箱，6-模板，7-初始潰口，8-石灰網(wǎng)格。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本實(shí)施例涉及一種壩體加強(qiáng)筋，如圖1中所示，其以構(gòu)成該壩體加強(qiáng)筋的加強(qiáng)筋體4嵌設(shè)于壩體1內(nèi)的設(shè)置狀態(tài)示出了其結(jié)構(gòu)，具體上，設(shè)置所述壩體加強(qiáng)筋的壩體1具有位于兩相對側(cè)的上游坡體2與下游坡體3，而該加強(qiáng)筋體4則包括布置于壩體1內(nèi)的與下游坡體3的坡比相同的第一筋體41，以及一端和第二筋體41相連接，并沿壩體1的高度方向間隔布置的多道第二筋體42。其中，第一筋體41和第二筋體42均為片狀結(jié)構(gòu)，且第二筋體42的自由端，也即第二筋體42的遠(yuǎn)離所述第一筋體41的一端，也為向壩體1的上游坡體2一側(cè)延伸。

本實(shí)施例中組成加強(qiáng)筋體4的第一筋體41與第二筋體42也設(shè)計(jì)為格柵狀結(jié)構(gòu)，且在實(shí)際選用中可采用現(xiàn)有的土工格柵。此外，本實(shí)施例中第一筋體41在布置上，其沿壩體1高度方向的垂線高度，應(yīng)設(shè)計(jì)的較大，以對整個(gè)壩體1的截面有較好的加強(qiáng)效果。而在壩體1的水平方向上，第二筋體42沿壩體1寬度方向的長度則應(yīng)設(shè)計(jì)的較短，以此可降低加強(qiáng)筋體的成本。

本實(shí)施例的壩體加強(qiáng)筋通過沿壩體1高度方向間隔布置的第二筋體42，可對壩體1起到水平加固作用，能夠增強(qiáng)壩體1的抗剪作用，而通過同壩體1下游坡比布置的第一筋體41，則可有效攔截壩體1中的砂土顆粒，以能夠克服水平布置的第二筋體42形成易滑動面，造成壩體1中砂土顆粒被水平?jīng)_刷潰失的不足，從而利用第一筋體41和第二筋體42的結(jié)合，能夠提高壩體1的抗沖性能，以在出現(xiàn)漫頂潰決時(shí)可有著較好防護(hù)性能。

為對如上所述的壩體加強(qiáng)筋的性能進(jìn)行檢測，以利于該加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，本實(shí)施例中還涉及一種潰壩試驗(yàn)壩體模型，同時(shí)也進(jìn)一步涉及了該潰壩試驗(yàn)壩體模型的成型方法，以利用該裝置實(shí)現(xiàn)對壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)性能的檢測。

其中，上述的潰壩試驗(yàn)壩體模型設(shè)置于一模型箱中，該模型箱采用現(xiàn)有離心機(jī)潰壩試驗(yàn)所用的模型箱結(jié)構(gòu)，且該壩體模型具體上包括堆砌于模型箱內(nèi)的同樣具有上游坡體與下游坡體的壩體，在該壩體的壩頂處設(shè)置有連通其上游坡體和下游坡體之間的初始潰口，在壩體內(nèi)還嵌設(shè)有加強(qiáng)筋，且該加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)與上述的壩體加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)相同。

本實(shí)施例中，在具體結(jié)構(gòu)上，設(shè)于壩頂處的初始潰口位于壩頂?shù)闹虚g位置，且其截面也設(shè)計(jì)為矩形狀，通過該矩形狀的初始潰口的布置，一方面可在試驗(yàn)中引導(dǎo)壩體模型發(fā)生由壩頂中部的初始缺陷導(dǎo)致的潰壩破壞，另一方面也能夠盡量減弱模型箱內(nèi)壁對壩體模型所產(chǎn)生的邊界效應(yīng)。

本實(shí)施例中，位于模型箱中的壩體的上游坡體及下游坡體的壩坡分別為0.5:1和1.5:1，如此使壩體的上下游的壩坡不同，其一是可使得壩體的高度盡可能的高，以充分利用模型箱中的空間，其二也是因?yàn)樵谠囼?yàn)中下游壩坡角度對壩體漫頂潰壩進(jìn)行有較大影響，而上游壩坡的影響則相對較小。

本實(shí)施例的壩體模型在制造成型時(shí)，構(gòu)成壩體的材料應(yīng)為由大粒徑、小粒徑及中間粒徑顆粒所組成的顆粒級配良好的土體。在具體成型過程中，如圖2和圖3中所示，首先應(yīng)在模型箱5內(nèi)設(shè)置相對布置的兩個(gè)模板6，兩側(cè)模板6與模型箱5的兩端間形成有一定的間隙，在兩側(cè)模板6與模型箱5所共同圍構(gòu)形成的空間內(nèi)填充土體，并在土體中設(shè)置加強(qiáng)筋，且將填充的土體壓實(shí)。

然后，將兩側(cè)的模板6慢慢除去，將壓實(shí)土體的兩相對側(cè)按預(yù)定坡比削坡，以形成上游坡體2和下游坡體3，從而成型壩體1。接著，在成型的壩體1的壩頂?shù)闹虚g位置開設(shè)矩形的初始潰口7，并在壩體1的下游坡體3上劃刻石灰網(wǎng)格8即可。本實(shí)施例中在下游坡體3上設(shè)置石灰網(wǎng)格8，可用于分析潰口的橫向擴(kuò)展過程，而為了在壩前液位較高，且試驗(yàn)時(shí)間較長時(shí)，水流會在壩體1與模型箱5內(nèi)壁的接觸面間形成貫穿的滲流通道，而發(fā)生滲透破壞，本實(shí)施例中在壩體成型后，還在壩體1的上游坡體2與模型箱5的兩側(cè)內(nèi)壁間涂抹凡士林，以降低水流滲透對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

本實(shí)施例中為便于對如上加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能進(jìn)行驗(yàn)證，在基于圖1中所示的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的壩體模型的基礎(chǔ)上，也分別設(shè)計(jì)了如圖4至圖9中的多個(gè)對比模型。其中，圖4中為未采用加強(qiáng)筋的情形，圖5為采用水平加強(qiáng)筋，圖6為采用水平起棱的加強(qiáng)筋，圖7為采用同下游坡比的一道加強(qiáng)筋，圖8為采用同上游坡比的三道加強(qiáng)筋，圖9為采用s型的加強(qiáng)筋。通過分別在模型箱5內(nèi)成型具有各壩體模型，并進(jìn)行試驗(yàn)，各不同壩體模型的試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

其中，為便于描述，如上的具有第一筋體41及第二筋體42的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)稱之為階梯型加強(qiáng)筋，以與各對比加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)相區(qū)別。

在試驗(yàn)中，由于沖刷流量較小，對于連續(xù)沖刷沖刷1小時(shí)仍未摧毀壩體的試驗(yàn)，僅記錄1小時(shí)。

表1：

通過上述表1可知，采用如前所述的壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)(階梯型)，和上游坡比三道加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，對壩體1的防護(hù)有較好的效果。

而本實(shí)施例中針對于上述各加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的成本分析見下述的表2。

表2：

由表2中可知，采用如前所述的壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)(階梯型)，其成本較低。從而，綜上所述，本實(shí)施例的壩體加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)不僅可在漫頂潰壩時(shí)，可對壩體1起到較好的防護(hù)性能，抗沖效果好，而且成本低，經(jīng)濟(jì)性好，對實(shí)際工程而言有著很好的利用價(jià)值。

故，可將本實(shí)施例如前所述的壩體加強(qiáng)筋用于土石堆砌的壩體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，以通過在土石堆砌的壩體中設(shè)置如上的壩體加強(qiáng)筋，提升壩體的抗沖性，提升壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而減小壩體出現(xiàn)漫頂潰壩的風(fēng)險(xiǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。