способ защиты песчаных пляжей от размыва и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ защиты песчаных пляжей от размыва, включающий размещение в зоне действия набегающей волны препятствия в виде замкнутой, заполненной жидкостью и воздухом оболочки, использование энергии волн, воздействующих на оболочку, для совершения работы по уплотнению грунта, отличающийся тем, что оболочку выполняют плоской, ее нижнее полотно закрепляют неподвижно на защищаемом участке, а энергию волн используют для перемещения внутри оболочки воды и воздуха, совершающих работу по уплотнению грунта.

2. Устройство для защиты песчаных пляжей от размыва, состоящее из оболочки, наполненной жидкостью и воздухом, отличающееся тем, что оболочка выполнена плоской, нижняя и верхняя части оболочки снабжены нагрузочными элементами, ширина нижнего полотна оболочки выполнена равной ширине защищаемого участка, а верхнее полотно оболочки выполнено шириной, превышающей ширину нижнего полотна на величину , где =3,14, h - высота наката волны при экстремальном волнении.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оболочка выполнена из материала с двухсторонней шероховатой поверхностью, которая гасит энергию волны при движении воды внутри и снаружи оболочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при защите песчаных пляжей от размыва при воздействии прибойных волн.

Известен способ защиты песчаных пляжей от размыва прибойными волнами, включающий размещение в зоне воздействия разбивающейся волны препятствия, гасящего энергию волны. Препятствие выполняют в виде каменной наброски из рваного колотого камня или булыжника, размещенного навалом на поверхности песчаного грунта, или бетонных плит (Бахтин Б.М., Корюкин С.Н. Гидротехнические сооружения. М.: Агропромиздат, 1991. 351 с.). Толщину каменной наброски выбирают такой, чтобы обеспечивалось рассеяние энергии разбивающейся прибойной волны и распределение нагрузки на песчаный откос, при котором исключается размыв грунта.

Недостаток известного способа заключается в значительных трудовых и материальных затратах при его реализации, которые связаны с добычей камня или изготовлением бетонных плит, их транспортировкой и размещением на напорном откосе песчаного пляжа.

Известен способ защиты песчаных пляжей от размыва (Патент РФ №2287636, МПК Е02В 3/06, опубл. 20.11.2006, БИ №32), который включает размещение в зоне действия набегающей волны препятствия в виде замкнутого цилиндра, перемещающегося возвратно-поступательно путем перекатывания в зоне действия набегающей волны, совершая работу по уплотнению грунта. При накате волны для совершения работы используют энергию волны, а при откате - силу тяжести препятствия. Длина замкнутого цилиндра соответствует длине защищаемого участка пляжа.

Недостатком способа является то, что нагрузка от ударного воздействия прибойной волны передается на ограниченный участок напорного откоса, и при перемещении оболочки вверх по откосу часть его со стороны водоема обнажается, подвергаясь прямому воздействию потока разбившейся о препятствие волны при ее откате. В результате чего размыв пляжа все же происходит, хотя и не так интенсивно.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа защиты пляжа за счет исключения непосредственного воздействия прибойных волн по всей ширине напорного откоса.

Для решения поставленной задачи предлагается в известном способе защиты песчаных пляжей от размыва, включающем размещение в зоне действия набегающей волны препятствия в виде замкнутой, заполненной жидкостью и воздухом оболочки, использование энергии волн, воздействующих на оболочку, для совершения работы по уплотнению грунта, предлагается оболочку выполнить плоской, нижнее полотно закрепить неподвижно на защищаемом участке, а энергию волн использовать для перемещения внутри оболочки воды и воздуха, совершающих работу по уплотнению грунта.

Известно устройство для защиты песчаных пляжей от размыва (Патент РФ №2287636, МПК Е02В 3/06, опубл. 20.11.2006, БИ №32), состоящее из оболочки, выполненной из тканевых материалов в форме цилиндра и наполненной жидкостью и воздухом. Оболочка выполнена с возможностью перекатывания и установлена в зоне действия набегающей волны.

К недостаткам устройства можно отнести то, что перекатывание оболочки с большим объемом воды создает значительные напряжения в местах крепления к ней канатов, а также в анкерах, точечно закрепленных в песчаном грунте. В результате этого снижается надежность крепления оболочки на напорном откосе.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства и надежности закрепления оболочки на откосе.

Необходимый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для защиты песчаных пляжей от размыва, состоящем из оболочки, наполненной жидкостью и воздухом, предлагается оболочку выполнить плоской, нижнюю и верхнюю части оболочки снабдить нагрузочными элементами, ширину нижнего полотна оболочки выполнить равной ширине защищаемого участка, а верхнее полотно оболочки выполнить шириной, превышающей ширину нижнего полотна на величину , где =3,14, h - высота наката волны при экстремальном волнении. Для увеличения эффективности работы устройства можно применять при изготовлении оболочки материал с двухсторонней шероховатой поверхностью, которая гасит энергию волны при движении воды внутри и снаружи оболочки.

Разница в ширине верхнего и нижнего полотна равна половине длины окружности диаметром равным h, что обеспечивает подвижность верхнего полотна под действием воды и воздуха, заключенных в оболочке.

Такое выполнение оболочки позволяет при движении жидкости и воздуха внутри оболочки оставаться ее нижнему полотну в натянутом состоянии и в постоянном контакте с грунтом.

Именно использование плоской оболочки, с закреплением ее нижнего полотна неподвижно и по всей ширине откоса с закреплением по всей длине с помощью нагрузочных элементов, перемещение воды и воздуха внутри оболочки и удержание ее за счет сил трения, возникающих на контакте напорного откоса с оболочкой, обеспечивает решение поставленной задачи.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен поперечный разрез напорного откоса песчаного пляжа в момент перед обрушением на защитное устройство прибойной волны, на фиг.2 - в момент начала схода разбившейся волны.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - прибойная волна;

2 - бурун, срывающийся с волны;

3 - вода, заполняющая оболочку;

4 - верхнее полотно оболочки;

5 - воздух;

6 - верхний нагрузочный элемент;

7 - откос песчаного пляжа;

8 - уровень спокойной воды в водоеме и грунте;

9 - нижнее полотно оболочки;

10 - эпюра гидростатического давления на нижнее полотно оболочки;

11 - нижний нагрузочный элемент-упор;

12 - эпюра давления от сжатого воздуха;

13 - разбившаяся волна;

14 - отсеки для нагрузочных элементов;

h - высота наката волны;

- угол наклона напорного откоса пляжа.

На напорном откосе 7 песчаного пляжа устанавливают плоскую оболочку, нижнее полотно 9 которой закрепляют в натянутом состоянии с помощью верхнего 6 и нижнего 11 нагрузочных элементов. Элементы 6 и 11 вставляют через проемы в специальные отсеки 14, изолированные от полости оболочки. Оболочку заполняют водой 3 и воздухом 5.

Обрушающаяся на напорный откос 7 (фиг.1) песчаного пляжа прибойная волна 1 и срывающийся с ее вершины бурун 2 передают свою энергию через верхнее полотно 4 оболочки воздуху 5 и воде 3, заключенным в полости оболочки. При этом кинетическая энергия волны 1 и буруна 2 превращается в энергию давления воды 3 и воздуха 5, в результате чего воздух 5 перемещается в верхнюю часть полости оболочки, образуя пузырь (см. фиг.2), а вода 3 поднимается вверх до тех пор, пока не погасится полностью кинетическая энергия разбившейся волны 13. С момента разрушения волны до полного погашения кинетической энергии разбившейся волны 13 геометрический и скоростной напоры с внешней стороны верхнего полотна оболочки уравновешиваются геометрическим и пьезометрическим (от давления воздуха) напорами, действующими изнутри оболочки. Эпюра давления на нижнее полотно оболочки (и, соответственно, на напорный откос пляжа) имеет вид, показанный на фиг.2. Эпюра построена без учета давления грунтовых вод со стороны напорного откоса. Фактическая эпюра будет иметь несколько иной вид, чем показанный на фиг.2, однако если учесть, что скорость движения грунтовых вод значительно меньше средней скорости движения разбившейся волны, то давление со стороны грунтовых вод будет сказываться только в пределах 1/4 напорного откоса. Оболочку с внутренней и внешней стороны изготавливают шероховатой, что увеличивает потери на трение разбивающейся волны и при движении воды внутри оболочки, а также повышает сцепление оболочки с грунтом.

Таким образом, энергия прибойной волны гасится, расходуясь на трение между водой и шероховатыми стенками оболочки, а также на сжатие воздуха 5 и перемещение воды 3 внутри оболочки вверх по напорному откосу, что в итоге приводит к уплотнению грунта пляжа на участке расположения оболочки (т.е. по всей ширине напорного откоса). При этом исключается непосредственное воздействие волн на напорный откос пляжа, нижняя часть откоса постоянно пригружена слоем воды в оболочке, в результате чего обеспечивается надежная защита пляжа от размыва при экстремальном волнении. Образование воздушного пузыря в верхней части оболочки допускает значительно большую высоту наката волны, что также повышает эффективность способа.

Устройство позволяет неограниченно увеличивать длину защищаемого участка пляжа путем наращивания секций, перекрываемых между собой внахлестку с помощью парных пригрузочных элементов (по длине оболочки отдельных секций выполняют с отсеками, аналогичными показанным на чертежах).