專利名稱：一種低水阻力錨固件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種低水阻力錨固件，涉及一種混凝土錨固件，尤其是一種用于水利工程臨時(shí)構(gòu)筑物的具有較低水阻力的錨固設(shè)備，屬于水利工程建筑領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在水利工程中錨固技術(shù)常常用于水工建筑地下洞室、各種水工建筑物的地基、各種類型的邊坡的加固，以及對(duì)各種水工建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固、承受高水推力的預(yù)應(yīng)力間墩和水工隧洞環(huán)錨預(yù)應(yīng)力襯砌錨固設(shè)計(jì)、施工和預(yù)應(yīng)力錨固工程。錨固技術(shù)其實(shí)質(zhì)是改變圍巖或土體受力狀態(tài)，增加圍壓，從而提高巖石的力學(xué)參數(shù)，改變被錨固巖體、土體的力學(xué)性能。 現(xiàn)有的錨固件多是從土力學(xué)、巖石力學(xué)角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于本發(fā)明涉及的應(yīng)急溢洪道防沖材料錨固件，由于錨固件將受到高流速水流直接頂沖作用，必須從水力學(xué)角度考慮其結(jié)構(gòu)體型的合理性，迄今考慮水力學(xué)體型合理性的應(yīng)急溢洪道防沖材料錨固件尚未見有報(bào)道。本發(fā)明涉及的防沖材料錨固件與一般錨固件最大的區(qū)別在于防沖材料錨固件的錨頭一般設(shè)置在水流環(huán)境中，且受到高流速水流的直接頂沖，錨桿一般設(shè)置在土層或粘結(jié)力較弱的介質(zhì)中，施工過程不需要鉆孔，多采用夯入的方式，因此要求此類錨固件盡量減小水流的沖擊力，避免夯入的錨桿因水流沖擊力脫出；而一般錨固件的錨頭一般設(shè)置在空氣中，錨桿一般設(shè)置在巖層或土體中，貫穿強(qiáng)風(fēng)化層和弱風(fēng)化層，在施工時(shí)要通過鉆孔實(shí)現(xiàn)錨的固定，因此要求此類錨固件具有較強(qiáng)錨固力，錨頭避免風(fēng)化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低水阻力錨固件，將水流對(duì)錨頭的頂沖力減到最小，這種錨固件主要用于防沖材料的固定，設(shè)置在水中。一種低水阻力錨固件，包括錨桿和錨頭，其特征在于包括所述的錨頭縱剖線的上半部分為橢圓曲線；上述的橢圓曲線短長軸比為0.5 0.6。經(jīng)過數(shù)值模擬得出，上述的縱剖面橢圓曲線在水中的阻力小于矩形，小于圓弧曲線。上述的錨頭中心設(shè)置有三個(gè)孔，錨桿為三叉，穿過錨頭的三個(gè)孔并在錨頭呈埋頭狀態(tài)。設(shè)置的三孔是為了與錨桿配套，由于錨固目的一般為將質(zhì)輕的活動(dòng)對(duì)象與土體等粘結(jié)力較松的固定物連接，因此其單錨的錨固力較低，用多錨桿的設(shè)計(jì)可以提高錨固力。上述的錨頭設(shè)有前后勾連的環(huán)套，此類錨固件經(jīng)常用于連續(xù)錨固，因此設(shè)置前后勾連的環(huán)套有助于連續(xù)錨體的整體固定。上述的錨頭設(shè)有前后搭接的榫頭，榫頭的作用與環(huán)套類似。本發(fā)明的有益效果在于1、提供了一種全新的低水阻力錨固件；2、此類錨固件可用于臨時(shí)溢洪道施工，尤其用于應(yīng)急搶險(xiǎn)時(shí)固定土工織物。
圖1具有環(huán)套的低水阻力錨固件側(cè)視示意圖；圖2具有環(huán)套的低水阻力錨固件側(cè)視連排示意圖；圖3具有環(huán)套的低水阻力錨固件俯視連排示意圖；圖4具有榫頭的低水阻力錨固件側(cè)視示意圖；圖5具有榫頭的低水阻力錨固件側(cè)視連排示意圖；圖6具有榫頭的低水阻力錨固件俯視連排示意圖；圖7用于構(gòu)筑臨時(shí)溢洪道的低水阻力錨固件示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種應(yīng)急溢洪道防沖材料低水阻力錨固件見圖1、圖4，包括錨桿1和錨頭2，其特征在于包括所述的錨頭2縱剖線的上半部分為橢圓曲線；上述的橢圓曲線短長軸比為 0. 5 0. 6。經(jīng)過數(shù)值模擬得出，同等條件下，上述的縱剖面橢圓曲線在水中的阻力小于矩形，計(jì)算結(jié)果見表1。數(shù)值模擬采用三維紊流數(shù)學(xué)模型，控制方程包括時(shí)均的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程、 紊動(dòng)能方程(K方程)和紊動(dòng)能耗散率方程(ε方程)，具體形式如下
連續(xù)性方程| + ￥ + ￥ = 0
Ot OXOZ
動(dòng)量方程
OtOX OZOXOXOZOZOX
OtOX OZOXOXOZ OZOX
Λ 刀飪.dtDxldx}Sk dx}kbM k
力枉.dt dx,dx,St dx,1εkk 3ε h' 2ε k ε
·；^ dxJ
在標(biāo)準(zhǔn)k ε紊流模型中，根據(jù)有關(guān)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建議模型常數(shù)C1e、C2e、 C3e>Ce,C^ 5k> δ ε 的取值為C1e = 1. 44，C2e = 1. 92，C3e = 0, Cij = 0. 99, δ k = 1. 0, δ ε = 1. 3相同條件下，對(duì)錨固塊體受水流作用進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算采用三維紊流模型，流體自由水面采用VOF法進(jìn)行處理，采用k ε紊流模型來封閉方程組，近壁面流動(dòng)采用標(biāo)準(zhǔn)的壁面函數(shù)法，壓力速度耦合求解采用PISO算法，采用的時(shí)間步長0. 001s，需求時(shí)間步設(shè)定為50000，每個(gè)時(shí)間步內(nèi)的最大迭代計(jì)算次數(shù)為20，考慮殘差小于lOe-6并且穩(wěn)定，認(rèn)為計(jì)算收斂。流動(dòng)阻力是流動(dòng)與邊界相互作用而產(chǎn)生的與來流方向平行的作用力，對(duì)邊界而言，阻力方向與流向相同，對(duì)水流而言，阻力方向與來流方向相反。處在流動(dòng)中的一個(gè)固定物體，這個(gè)物體表面形成流動(dòng)的內(nèi)邊界。取一個(gè)邊界面上的微小面積dA，流體作用于dA面上由切應(yīng)力τ。及法向應(yīng)力pQ，因此作用于dA上的切力為T。dA，壓力為P(1dA，如果規(guī)定流動(dòng)方向?yàn)棣址较颍琔。為來流在Χ方向的分量，則切力和壓力在流動(dòng)方向的投影為dFx = τ 0dAcos ( τ 0，u0) +p0dAcos (p0, U0)(1)
對(duì)全部邊界面積分，得阻力的表達(dá)式為Fx= fro cos(r。，uo)dA + \Po cosOo，W(2)
AA從上式可以看出，流動(dòng)阻力包括兩部分由切應(yīng)力引起的摩擦阻力和由法向應(yīng)力形成的壓強(qiáng)阻力。表1不同錨固件的水流阻力
矩形錨固件半球型錨固件橢球型錨固件沿水流方向阻力(N)139217691170面積(m2)0. 10. 1380. 1流速(m/s)1. 472. 352. 41阻力系數(shù)12. 854. 644. 03表1顯示，矩形錨固件的阻力系數(shù)是其他兩種混凝土錨固件的三倍，半球型與橢球型錨固件的大小較為接近，橢球型水流阻力更小。為了簡化所需錨固力的計(jì)算，假定鋼釬在錨固件的中部插入，在水流和重量作用下，錨固件沿下游與坡面接觸點(diǎn)發(fā)生傾覆破壞，計(jì)算物體在水流作用下沿著接觸點(diǎn)的力矩大小，計(jì)算結(jié)果如表2所示表2不同形狀錨固件所需錨固力計(jì)算
矩形錨固件半球型錨固件橢球錨固件結(jié)構(gòu)下部與坡面接觸點(diǎn)力矩(Nm)283. 5260. 6223. 3需要錨固力(N)268. 4274. 144. 7 計(jì)算顯示橢球錨固件所需錨固力最小，即在同等情況下，橢球錨固件偏于安全。上述的錨頭2中心設(shè)置有三個(gè)孔，錨桿為三叉，穿過錨頭的三個(gè)孔并在錨頭呈埋頭狀態(tài)。設(shè)置的三孔是為了與錨桿配套，由于錨固目的一般為將質(zhì)輕的活動(dòng)對(duì)象與土體等粘結(jié)力較松的固定物連接，因此其單錨的錨固力較低，用多錨桿的設(shè)計(jì)可以提高錨固力。上述的錨頭設(shè)有前后勾連的環(huán)套3，此類錨固件經(jīng)常用于連續(xù)錨固，見圖2、3、5、6、7，因此設(shè)置前后勾連的環(huán)套有助于連續(xù)錨體的整體固定。實(shí)施例二一種應(yīng)急溢洪道防沖材料低水阻力錨固件，包括錨桿1和錨頭2，其特征在于包括所述的錨頭縱剖線的上半部分為橢圓曲線；上述的橢圓曲線短長軸比為0. 5 0. 6。上述的錨頭設(shè)有前后搭接的榫頭，榫頭的作用與環(huán)套相同。
權(quán)利要求
1.一種低水阻力錨固件，包括錨桿和錨頭，其特征在于包括所述的錨頭縱剖線的上半部分為橢圓曲線；所述的橢圓曲線短長軸比為0. 5 0. 6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低水阻力錨固件，其特征在于，所述的錨頭中心設(shè)置有三個(gè)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低水阻力錨固件，其特征在于，所述的錨桿為三叉，穿過錨頭的三個(gè)孔并在錨頭呈埋頭狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的一種低水阻力錨固件，其特征在于，所述的錨頭設(shè)有前后勾連的環(huán)套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的一種低水阻力錨固件，其特征在于，所述的錨頭設(shè)有前后搭接的臺(tái)階。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低水阻力錨固件，包括錨桿和錨頭，涉及一種混凝土錨固件，尤其是一種用于水利工程臨時(shí)構(gòu)筑物的具有較低水阻力的錨固設(shè)備，屬于水利工程施工領(lǐng)域，所述的錨頭縱剖線的上半部分為橢圓曲線；所述的橢圓曲線短長軸比為0.5～0.6。此類錨固件具有較小的水阻力，可用于臨時(shí)溢洪道施工，尤其用于應(yīng)急搶險(xiǎn)時(shí)固定土工織物。
文檔編號(hào)E02B3/12GK102409638SQ20111025785
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者劉寧, 劉火箭, 吳澤斌, 宣國祥, 張志彤, 曾晨軍, 李云, 李君 , 王曉剛, 祝龍, 黃岳, 黃金池 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院