專利名稱：減載返浪防洪堤結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防洪堤結構。特別是一種減載返浪防洪堤結構。
背景技術：
國家近幾年也加大了對大江大河整治及城市防洪堤建設的力度，建設大江、大河及城市防洪堤，盡量避免和減少洪澇災害對人民生命財產及國民生產帶來的損失，是社會發(fā)展的需要，也是人民群眾迫切的愿望和要求。
防洪堤建設通常要求大堤能夠抵御50年、60年甚至100年一遇的特大洪水。常規(guī)大堤如圖1所示，大堤的截面設計成梯形，其兩側為斜線。
當洪水沖擊大堤時，在沖擊瞬間，洪水對大堤會產生一個很大的沖擊力，根據(jù)牛頓第二定律沖量等于動量的變化。假定洪水沖擊大堤前的水平速度為u，沖擊后速度大小不變(事實上應該大大減小)，方向沿堤體斜坡向上，沖擊時間為Δt，則質量M的水對大堤的沖擊力為F=Mu1-tanαΔt]]>當α較大(60～90°)時，沖擊后實際速度大小遠小于來流速度，因此沖擊力F≈MuΔt;]]>當α較小時，顯然堤體下體很大，建設成本很高，而且沖擊后，洪水很容易越過堤頂，造成洪災。
在斜坡上，水膜向上運動，速度為v，水膜受到重力Fm的作用，F(xiàn)m在斜坡的法向n方向的分力Fmn指向斜坡內，斜坡對水膜產生一個大小相等，方向相反的反作用力Fb；Fm在斜坡切向的分力Fmt，與水膜運動方向相反，將使水膜作減速運動。(見圖2)日本的一種防洪堤采用弧形大堤，如圖3所示，其截面臨水一側型線為一弧型曲線。
這種防洪堤的曲率中心在水的一側，將弧線的A位置設置的50年(60年、70年、80年或100年)一遇的洪水水位處。此時，沖擊力F(參見見圖4)
F=Mu1-tanαΔt]]>由于A位置的α較小，所以，沖水對堤體的沖擊力會大大減小。
發(fā)生沖擊后，水膜沿弧線向上，如下圖水膜速度為v，由于水膜在弧線上運動，將產生一個與曲線法向n方向相反的離心力Fr；由于壁面的法向與切向在曲線上不斷變化，剛沖擊堤體時，重力的法向分量與法向n相反，但隨著水膜向上滑移，重力的法向分量逐漸減小，直到為0，然后再變成與法向n同向并逐漸變大。
離心力Fr始終與曲線法向n方向相反，當速度為5m/s時，假如曲率半徑為1m，則Fr=Mv2r=25M,]]>可見，在這樣的情況下，離心力是重力的2.5倍。并且，離心力與速度的平方成正比。因此，這種型式的防洪堤，當洪水速度較大時，由于離心力的作用，水會從“尖角邊”B點高高沖出，洪水沖出的方向沖著水中，不會引起洪水溢出，但由于離心力較大，“尖角邊”B要承受較大的作用力，導致“尖角邊”被破壞。當風速較大時，高高拋向水面的洪水很容易被吹越過大堤。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的減載返浪防洪堤結構，在已有技術的弧形大堤結構的基礎上，經(jīng)改進后，進一步提高減載能力，也可以避免頂部“尖角邊”被洪水沖擊破壞。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案一種減載返浪防洪堤結構，它包括防洪堤橫截面臨水側型線中有一段主弧形線段(BC)，所述的主弧形線段(BC)由一段或若干段圓弧線或者曲線構成，所述的圓弧線或曲線的所有曲率園心在主弧線段(BC)的向水一側，其特征在于所述的弧線段(BC)下端通過一段減載下反彎曲弧線段(CD)連接防洪堤下部的斜坡線，所述的下反彎弧線段(CD)，由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的園弧線或曲線的所有曲率圓心在下反彎弧線段(CD)的背水一側，所述的下反彎弧線段(CD)位于設計年限一遇的洪水水為處。
上述的減載返浪防洪堤結構，其特征在于所述的設計年限一遇的洪水洪水水位為50年、或60年、或70年、或80年、或90年、或100年一遇的洪水洪水水位。
上述的主弧線(BC)的上端通過一段上反彎弧線段(AB)連接于防洪堤頂部，所述的上反彎弧線段(AB)由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的園弧線或曲線的所有曲率圓心在上反彎弧線段(AB)的背水一側。
本發(fā)明的原理如下參見圖5與圖6，發(fā)生水沖擊后，水膜沿弧線向上，在CD段，水膜速度為v，由于水膜在弧線上運動，而該段曲線的曲率中心在曲線左側，將產生一個與曲線法向n方向同相的離心力Fr；這一離心力與重力在n方向上的分力方向相反，當離心力較大是，水膜收到的壁面作用力Fb就可能很小。甚至為0，這就是說，水對壁面的作用力可能很小甚至為0。因此，這種型式的堤體受到水的作用力較日本的弧形大堤小很多。
在BC段，情況與日本的弧形大堤類似。
AB段是很有意思的，水膜速度為v，由于水膜在弧線上運動，而該段曲線的曲率中心在曲線左側，將產生一個與曲線法向n方向同相的離心力Fr，這一離心力將拖著水膜盡早脫離堤體，掉入水中。它不但不會給堤體施加任何的作用力，而且還會比日本的弧形大堤更早將水膜拖入水中。特別當風速較大時，風力使水貼著防洪堤表明向上爬高，離心力將拖著水膜盡早脫離堤體，掉入水中。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質型特點和顯著的優(yōu)點本發(fā)明的防洪堤結構其型線在主弧線段(BC)的下端連接一段下反彎曲線段，從而提高防洪堤的減載返浪能力，而其上端連接一段上反彎曲線段，從而消除了堤頂“尖角邊”，也就消除了“尖角邊”破壞的問題，并有效將洪水盡早甩入水中，防制洪水越過防洪堤。


圖1是已有技術常規(guī)大堤截面示意圖。
圖2是圖1所示大堤截面受力分析圖。
圖3是已有技術弧形大堤截面示意圖。
圖4是圖3所示大堤截面受力分析圖，圖中的(a)是A點處的受力分析圖，(b)是B點處的受力分析圖。
圖5是本發(fā)明的減載返浪防洪堤截面示意圖。
圖6是圖5所示大堤截面受力分析圖，圖中的(a)是CD段曲線處的受力分析圖，(b)是BC段曲線處的受力分析圖，(c)是AB段曲線處的受力分析圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是參見圖5，本減載返浪防洪堤結構包含有防洪堤截面臨水側型線中有一段主弧線BC，所述的主弧線段BC由一段或若干段圓弧線或者曲線構成，所述的圓弧線或曲線的所有曲率園心在主弧線段的向水一側，所述的弧線段下端通過一段減載下反彎曲弧線段連接防洪堤下部的斜坡線，所述的下反彎弧線段，由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的園弧線或曲線的所有曲率圓心在下反彎弧線段的背水一側，所述的下反彎弧線段位于設計年限一遇的洪水水為處。所述的設計年限一遇的洪水洪水水位為50年、或60年、或70年、或80年、或90年、或100年一遇的洪水洪水水位。所述的主弧形線段BC的上端通過一段上反彎弧線段AB連接于防洪堤頂部，所述的上反彎弧線段AB由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的園弧線或曲線的所有曲率圓心在上反彎弧線段AB的背水一側。
權利要求
1.一種減載返浪防洪堤結構。它包括防洪堤橫截面臨水側型線中有一段主弧形線段(BC)，所述的主弧形線段(BC)由一段或若干段圓弧線或者曲線構成，所述的圓弧線或曲線的所有曲率園心在主弧線段(BC)的向水一側，其特征在于所述的弧線段(BC)下端通過一段減載下反彎曲弧線段(CD)連接防洪堤下部的斜坡線，所述的下反彎弧線段(CD)，由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的園弧線或曲線的所有曲率圓心在下反彎弧線段(CD)的背水一側，所述的下反彎弧線段(CD)位于設計年限一遇的洪水水為處。
2.根據(jù)權利要求1所述的減載返浪防洪堤結構，其特征在于所述的設計年限一遇的洪水洪水水位為50年、或60年、或70年、或80年、或90年、或100年一遇的洪水洪水水位。
3.根據(jù)權利要求1所述的減載返浪防洪堤結構，其特征在于所述的主弧形線段(BC)的上端通過一段上反彎弧線段(AB)連接于防洪堤頂部，所述的上反彎弧線段(AB)由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的園弧線或曲線的所有曲率圓心在上反彎弧線段(AB)的背水一側。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減載返浪防洪堤結構。它包括防洪堤橫截面臨水側型線中有一段主弧形線段BC，所述的主弧形線段BC由一段或若干段圓弧線或者曲線構成，所述的圓弧線或曲線的所有曲率圓心在主弧線段BC的向水一側，其特征在于所述的弧線段BC下端通過一段減載下反彎曲弧線段CD連接防洪堤下部的斜坡線，所述的下反彎弧線段CD，由一段或若干段圓弧線或者一條曲線構成，所述的圓弧線或曲線的所有曲率圓心在下反彎弧線段CD的背水一側，所述的下反彎弧線段CD位于設計年限一遇的洪水水為處。本防洪堤結構可以提高防洪堤的減載返浪能力，并消除堤頂“尖角邊”，而消除存在“尖角邊”被洪水沖擊破壞問題，并有效地將洪水盡早甩入水中，防制洪水越過防洪堤。
文檔編號E02B3/10GK1727577SQ200510028230
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權日2005年7月28日
發(fā)明者黃典貴, 丁玨, 葉志明 申請人:上海大學