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申请/专利权人：中国科学院西北生态环境资源研究院

摘要：本发明涉及一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构，包括设在溢流口两侧的挡水埝（1）和设在溢流口处的埋地暗涵导流结构，挡水埝（1）包括填土层（6）和铺设在其上表面的块石层（7）；埋地暗涵导流结构包括换填层（2）、保温层（3）和数根波纹管涵（4），换填层的换填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料，其底面位于多年冻土上限以下1.5m~2m。挡水埝结构可抬升下部多年冻土上限，利用多年冻土不透水性有效控制湖泊溢流位置和范围；埋地暗涵导流结构可有效降低溢流水体对下部多年冻土的热侵蚀，防止溢流结构基础的失稳和结构失效。本发明的应用能够有效保证溢流结构的长期稳定和有效，实现多年冻土区湖泊的有序可控外泄，防止湖泊溃决。

主权项：1.一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构，其特征在于，该溢流结构包括：设在溢流口两侧的挡水埝（1）和设在溢流口处的埋地暗涵导流结构，两者为两边高中间低的状态；所述挡水埝（1）包括填土层（6）和铺设在所述填土层（6）上表面的块石层（7）；所述埋地暗涵导流结构包括自下而上设置的换填层（2）、保温层（3）和顺着溢流方向设置的数根波纹管涵（4），所述换填层（2）的换填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料，其底面位于多年冻土上限以下1.5m~2m；所述埋地暗涵导流结构还包括设在所述波纹管涵（4）上部的钢筋块石笼层（8），其厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为20cm~30cm；所述挡水埝（1）的长度不少于20m，所述填土层（6）厚度不小于2.5m，顶部宽度为1.5m~2.0m并且自顶部按1:1.2~1.5放坡；所述填土层（6）的填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料；所述块石层（7）的厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为6cm~20cm；所述保温层（3）包裹在所述波纹管涵（4）四周；所述波纹管涵（4）为涵洞用金属波纹管，厚度为2mm~8mm，直径为0.5m~1m。

全文数据：一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构技术领域本发明涉及冻土区水利工程技术领域，尤其涉及一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构。背景技术有研究和监测表明，近年来伴随着气候变暖，青藏高原多年冻土区降雨显著增加。在气候变暖和降雨增加背景下，多年冻土区湖泊的面积和水量持续增加，存在溃决外溢风险。以可可西里地区为例，该地区大片连续多年冻土发育，近50年来气候呈现暖湿化趋势，且在2000年更为明显。受增暖增湿过程影响，区域内湖泊面积和水量持续增加，存在溃决外溢风险，例如2011年9月发生了湖泊（卓乃湖）溃决事件。在多年冻土区，湖泊溃决后，湖面后退与湖底外露会引发系列生态环境问题。同时，自由下泄洪水会对洪道内多年冻土造成严重的热侵蚀，引发地表沉陷，并可对沿线工程构筑物造成严重威胁。与常规融土不同，多年冻土的强度与温度状况密切相关。现有技术中，混凝土溢流结构在其施工过程中存在水化热问题，会对周围多年冻土造成显著的热扰动，进而造成溢流结构地基失稳和结构失效。同时，长期过水条件下，携带热量的常流水会对常规溢流结构下伏多年冻土产生持续的热侵蚀，导致其升温融化和强度损失，同样会引发溢流结构基础失稳和结构失效。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构，以克服现有技术中混凝土水化热和溢流水体对常规导流结构下伏多年冻土造成的短期和长期热侵蚀，进而造成导流结构基础失稳和结构失效的技术问题。为解决上述问题，本发明所述的一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构，包括：设在溢流口两侧的挡水埝和设在溢流口处的埋地暗涵导流结构，两者为两边高中间低的状态；所述挡水埝包括填土层和铺设在所述填土层上表面的块石层；所述埋地暗涵导流结构包括自下而上设置的换填层、保温层和顺着溢流方向设置的数根波纹管涵，所述换填层的换填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料，其底面位于多年冻土上限以下1.5m~2m。优选的，所述埋地暗涵导流结构还包括设在所述波纹管涵上部的钢筋块石笼层，其厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为20cm~30cm。优选的，所述挡水埝的长度不少于20m，所述填土层厚度不小于2.5m，顶部宽度为1.5m~2.0m并且自顶部按1:1.2~1.5放坡。优选的，所述填土层的填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料。优选的，所述块石层的厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为6cm~20cm。优选的，所述保温层包裹在所述波纹管涵四周。优选的，所述波纹管涵为涵洞用金属波纹管，厚度为2mm~8mm，直径为0.5m~1m。本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明中，挡水埝设在溢流口两侧，包括填土和上覆块石，（1）在冷季，上覆块石利用低温空气的对流换热过程增加下部多年冻土的散热，（2）在暖季，填土和上覆块石自身热阻可减少下部多年冻土的吸热。由此，挡水埝在修筑后能够显著抬升下部多年冻土上限，利用多年冻土的不透水性和挡水埝自身有效控制湖泊溢流位置和范围。2、本发明中，埋地暗涵导流结构包括换填层、保温层和系列波纹管涵，（1）换填层可增强溢流结构的基础承载力，有效减小冻胀、融沉变形；（2）保温层可有效隔绝溢流水体和下部多年冻土的热交换，维持过水条件下结构下部多年冻土的热状况，进而保证溢流结构的长期稳定性和有效性；（3）波纹管涵可实现溢流水体的可控外泄，同时避免了常规混凝土导流结构施工过程中水化热对周围多年冻土的热扰动，而且相较于其它预制管涵（如混凝土管涵），波纹管涵具有重量轻、耐久性好等特点，更为重要的是波纹管涵与周围土体接触紧密，循环冻融作用下适应基础变形能力强，因而长期稳定性好。综上，在挡水埝和埋地暗涵导流结构的综合作用下，本发明的应用能够有效控制多年冻土区湖泊外溢的位置和溢流结构的长期稳定和有效，避免溢流水体对下部多年冻土的长期热侵蚀，实现湖水的有序可控外泄，防止湖泊溃决。3、本发明进一步包括设在波纹管涵上部的钢筋块石笼层，其能够防止夏季强降雨或其它因素导致溢流水体突然增加情况下下部保温层和波纹管涵层被溢流水体冲毁现象的发生，同时减少冬季冰推作用对部保温层和波纹管涵层的损毁，进一步增强溢流结构的整体稳定性。附图说明下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本发明实施例提供的溢流结构的结构示意图。图2为本发明实施例提供的溢流结构中挡水埝的横截面示意图。图3为本发明实施例提供的溢流结构中挡水埝的另一横截面示意图。图中：1—挡水埝，2—换填层，3—保温层，4—波纹管涵，5—溢流口表层填土，6—填土层，7—块石层，8—钢筋块石笼层。具体实施方式参考图1~2，本发明实施例提供了一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构，其主要包括设在溢流口两侧的挡水埝1和设在溢流口处的埋地暗涵导流结构，两者为两边高中间低的状态；可以理解的是，埋地暗涵导流结构上设在溢流口表层填土5的下方，流水从埋地暗涵导流结构中的波纹管涵4往外溢出。挡水埝1包括填土层6和铺设在填土层6上表面的块石层7。填土层6高度依据溢流口两侧地形确定，要求不小于2.5m，顶部宽度为1.5m~2.0m，并且自顶部按1:1.2~1.5放坡，保证稳定性。块石层7的厚度为0.5m~0.8m，所用石材为碎石或块石，粒径为6cm~20cm。挡水埝1的长度依据当地地形确定，要求溢流口两侧均不少于20m。埋地暗涵导流结构包括换填层2、保温层3和波纹管涵4，换填层2位于保温层3和波纹管涵4下方，波纹管涵4底部与换填层2顶部设有保温层3。为进一步增强埋地暗涵导流结构的稳定性，其还可以包括设在波纹管涵4上部的钢筋块石笼层8。钢筋块石笼层8顺着溢流方向并排设置，宽度和长度与波纹管涵长度相同，厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为20cm~30cm。换填层2的换填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料，厚度以溢流口下部多年冻土上限为依据确定，要求自保温层3以下换填至多年冻土上限以下1.5m~2m。这样的用料和设置方式，能够有效减小冻胀、融沉变形，增强溢流结构的基础承载力和稳定性。同理，溢流口表层填土5、挡水埝1中填土层6的填料也可采用冻胀非敏感性粗颗粒土料，进一步提高整个溢流结构的稳定性。保温层3可以为图示那样包裹在波纹管涵4四周，也可以只在波纹管涵4底部与换填层2顶部设置，只不过从保温隔热效果上前者更好些。保温层3的宽度依据波纹管涵4的数量和直径确定，长度与波纹管涵4长度相同。在实际应用中，保温层3可由XPS保温材料制成，导热系数不大于0.03W.m-1.K-1，厚度为10cm至15cm。数根波纹管涵4顺着溢流方向并排设置，直径和数量在考虑溢流口地形基础上，依据湖泊外溢流量确定，长度依据溢流口地形和溢流口至下游河（洪）道距离确定。在实际应用中，波纹管涵4具体采用涵洞用金属波纹管，材料为为Q235或SS400热轧钢板，厚度为2mm至8mm，管涵直径为0.5m至1m。基于上述公开的内容，在溢流结构的实际施工过程中，保温层3、波纹管涵4为工厂预制、现场拼接，节约现场施工成本。本发明所涉及到的部件材料均为常见的普通土工材料，造价低，且施工工序少，后期维护简单。整个结构施工快捷、轻便，所需人力、机械较少，且施工过程对周围多年冻土扰动小。以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

权利要求：1.一种多年冻土区防止湖泊溃决的溢流结构，其特征在于，该溢流结构包括：设在溢流口两侧的挡水埝（1）和设在溢流口处的埋地暗涵导流结构，两者为两边高中间低的状态；所述挡水埝（1）包括填土层（6）和铺设在所述填土层（6）上表面的块石层（7）；所述埋地暗涵导流结构包括自下而上设置的换填层（2）、保温层（3）和顺着溢流方向设置的数根波纹管涵（4），所述换填层（2）的换填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料，其底面位于多年冻土上限以下1.5m~2m。2.如权利要求1所述的溢流结构，其特征在于，所述埋地暗涵导流结构还包括设在所述波纹管涵（4）上部的钢筋块石笼层（8），其厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为20cm~30cm。3.如权利要求1所述的溢流结构，其特征在于，所述挡水埝（1）的长度不少于20m，所述填土层（6）厚度不小于2.5m，顶部宽度为1.5m~2.0m并且自顶部按1:1.2~1.5放坡。4.如权利要求1所述的溢流结构，其特征在于，所述填土层（6）的填料为冻胀非敏感性粗颗粒土料。5.如权利要求1所述的溢流结构，其特征在于，所述块石层（7）的厚度为0.5m~0.8m，所用石材粒径为6cm~20cm。6.如权利要求1所述的溢流结构，其特征在于，所述保温层（6）包裹在所述波纹管涵（4）四周。7.如权利要求1所述的溢流结构，其特征在于，所述波纹管涵（4）为涵洞用金属波纹管，厚度为2mm~8mm，直径为0.5m~1m。

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