[发明专利]一种水库土石坝上游护坡消浪结构

说明书

本发明公开了土石坝护坡技术领域的一种水库土石坝上游护坡消浪结构，包括多道梯形消浪墩，多道梯形消浪墩自防浪墙处沿坝坡方向向下以一定间距均匀布置；梯形消浪墩由一个底面为直角梯形的直四棱柱组成；直四棱柱的侧棱与坝轴线平行，且其侧棱长度与坝长一致；直四棱柱的底面与坝面垂直；直角梯形的腰线基本保持水平，呈2％左右的坡度；直角梯形的上底与坝坡线平行；直角梯形的下底与坝坡线重合，梯形消浪墩与混凝土护坡整体浇筑，砂砾石垫层的内部设置有排水管，结构整体性、稳定性较好，使用寿命长，可以使浪花反溅，能有效消杀波浪动能、减小波浪爬高，可初步估算一般梯形消浪墩护坡波浪爬高，为相关工程实施提供参考。

技术领域

本发明涉及土石坝护坡技术领域，具体为一种水库土石坝上游护坡消浪结构。

背景技术

在水库土石坝工程设计中，波浪爬高是确定坝顶高程的最重要参数，直接影响工程安全和投资。采取一定技术手段减小波浪爬高在水库大坝建设中具有较为广阔的应用前景：一方面，波浪爬高减小可以使相关技术人员在设计阶段降低坝顶高程、减少工程投资预算；另一方面，按现行标准对老旧病险水库进行安全复核时，在大坝迎水面采取一定消浪措施可以有效解决大坝欠高问题，增加水库安全储备。

影响波浪爬高主要因素有坝坡坡度、波高、波长、入射波波向、坡面糙率等。在海堤工程领域，一般通过护面加糙来减小波浪爬高，例如：抛填四角空心方块、扭王(扭工)字块、布设栅栏板等。但是上述消浪措施体型巨大、制作安装复杂、投资较大，不利于在水库土石坝工程中推广。

目前水库土石坝工程通常采用传统的斜面护坡形式，主要有：现浇混凝土护坡、浆砌石护坡、干砌石护坡，以上护坡形式相关的设计、施工方法均较为成熟，但坡面糙率小、消浪效果不明显，基于此，本发明设计了一种水库土石坝上游护坡消浪结构以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水库土石坝上游护坡消浪结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水库土石坝上游护坡消浪结构，包括多道梯形消浪墩，多道所述梯形消浪墩自防浪墙处沿坝坡方向向下以一定间距均匀布置；所述梯形消浪墩由一个底面为直角梯形的直四棱柱组成；所述直四棱柱的侧棱与坝轴线平行，且其侧棱长度与坝长一致；所述直四棱柱的底面与坝面垂直；所述直角梯形的腰线基本保持水平，呈2％左右的坡度；所述直角梯形的上底与坝坡线平行；所述直角梯形的下底与坝坡线重合，梯形消浪墩与混凝土护坡整体浇筑，并通过钢筋与混凝土板连接；所述钢筋混凝土护坡下依次铺设素混凝土垫层和砂砾石垫层，大坝迎水面坝坡坡度为1:m，所述砂砾石垫层的内部设置有排水管。

优选的，所述梯形消浪墩布设范围最低点宜不高于设计水位以下两倍波高处，且不低于冬季平均水位；所述直角梯形的直角边和上底的长度取0.2m～0.4m，所述直角梯形的下底和腰线的长度可按下式计算：

b'＝a'+mh' (1)

式中，a'为所述直角梯形的上底长度，b'为所述直角梯形的下底长度，h'为所述直角梯形的直角边长度，t'为所述直角梯形的腰线长度，m为大坝迎水面坝坡坡度系数。

优选的，利用FLUENT数值平台计算水库工程常见风浪条件下梯形消浪墩护坡波浪爬高。数值模型采用二维非定常隐式求解器、RNG k-ε湍流模型、VOF两相流模型、压力速度耦合的PIOS算法，控制方程包括连续性方程、动量方程、流体体积输运方程等，形式如下：

式中：u、v分别是x、y方向的流体速度；p为流体压强；ρ为流体密度；μ为流体动力粘滞系数；a_q为体积分数，即若a_q＝1则表示第q相占据整个网格单元。