УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЕСЧАНЫХ ПЛЯЖЕЙ ОТ РАЗМЫВА
DEVICE TO PROTECT SAND BEACHES AGAINST EROSION

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при защите песчаных пляжей от размыва прибойными волнами.
Известно защитное устройство, которое выполнено в виде плотины из тканевых материалов в форме замкнутой цилиндрической оболочки, наполненной водой и воздухом (Бахтин Б.М., Корюкин С.Н. Гидротехнические сооружения. - М.: Агропромиздат. 1991. - 351 с.).
Недостатком устройства является то, что оно может гасить лишь энергию прибойной волны и не приспособлено для совершения полезной работы по укреплению берега.
Известно также устройство для защиты песчаных пляжей от размыва прибойными волнами (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 снабжена крепежными элементами и установлена с возможностью перекатывания в зоне действия обрушающейся на напорный откос песчаного пляжа прибойной волны.
Недостатком устройства является то, что при перекатывании оболочки с большим объемом воды возникают значительные напряжения в местах крепления к ней канатов, а также в анкерах, точечно закрепленных в песчаном грунте пляжа. В результате этого снижается надежность крепления оболочки на напорном откосе пляжа.
Задачей изобретения является повышение надежности закрепления защитной оболочки на напорном откосе пляжа за счет снижения напряжений в местах присоединения крепежных элементов к защитной оболочке и к анкерам путем ограничения угла перекатывания защитной оболочки.
Необходимый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для защиты песчаных пляжей от размыва, включающем защитную цилиндрическую оболочку, выполненную из тканевых материалов и наполненную жидкостью и воздухом, и крепежные элементы, предлагается устройство дополнительно снабдить двумя опорными цилиндрическими оболочками, наполненными жидкостью наполовину своих объемов и расположенными с обеих сторон от защитной оболочки, причем длину окружности каждого опорного цилиндра выбрать в два раза меньше длины окружности цилиндра защитной оболочки.
Именно снабжение известного устройства двумя опорными оболочками, выполняющими роль дополнительных крепежных элементов, и принятие длины окружности цилиндров опорных оболочек в два раза меньше длины окружности цилиндра защитной оболочки, а также наполнение опорных оболочек наполовину их цилиндрических объемов только жидкостью, обеспечивает решение поставленной задачи.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 приведена схема расположения предлагаемого устройства на напорном откосе песчаного пляжа при отсутствии волнового воздействия;
на фиг.2 - предлагаемое устройство при обрушении прибойной волны;
на фиг.3 - то же, при откате волны.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - напорный откос; 2 - песчаный пляж; 3 - защитная оболочка; 4, 5 - опорные оболочки; 6 - уровень спокойной воды; 7 - вода; 8 - воздух; 9 - эпюра давления устройства от гидростатического напора на участке АЕ; 10 - прибойная волна; 11 - бурун; 12 - эпюра давления устройства от пьезометрического напора на участке АЕ; 13 - прудок-отстойник; 14 - эпюра давления устройства от напора за счет сил инерции; α - угол наклона напорного откоса к горизонту.
На напорном откосе 1 (фиг.1) песчаного пляжа 2, наклоненного к горизонту под углом α, устанавливают защитную 3 и опорные 4 и 5 оболочки, выполненные из тканевых материалов в виде легких замкнутых цилиндров, соединенных между собой в точке С, расположенной на пересечении уровня спокойной воды 6 при нагонных штормовых явлениях и откоса 1. Опорные оболочки 4 и 5 выполнены с длиной окружности, равной половине длины окружности оболочки 3. Их наполняют водой на половину цилиндрического объема, а защитную оболочку 3 наполняют водой 7 и воздухом 8. После наполнения оболочек 3, 4 и 5 гидростатическое давление воды в защитной оболочке 3 через материал оболочек на участке ВС передается воде 7 в оболочке 4, а на участке СД - воде 7 в оболочке 5, в результате чего эпюра давления (представленная в виде напора) всего устройства на участке АЕ напорного откоса 1 песчаного пляжа 2 имеет вид 9, показанный на фиг.1.
2
3
Обрушающаяся на напорный откос 1 (фиг.2) пляжа 2 прибойная волна 10 и срывающийся с ее вершины бурун 11 деформируют опорные оболочки 3 и 4, положение которых относительно исходного показано пунктиром. Кинетическая энергия прибойной волны при этом превращается частично в энергию давления внутри оболочек 3, 4 и 5. Скоростной напор  (где - v скорость, м/с;  - ускорение свободного падения, м/с) превращается в пьезометрический и частично в геометрический напор, выражающийся в перемещении воды в оболочке 4 вертикально вверх, а воды в оболочке 3 - выше по напорному откосу 1 пляжа 2. Участок АЕ напорного откоса 1 пляжа 2, на котором передается нагрузка от устройства на основание, уменьшается по длине и перемещается по напорному откосу в сторону суши, а эпюра давления складывается из гидростатического 9 - h и пьезометрического 12 -  (где p - давление, Па; ρ - плотность, кг/м) напоров. Вода, которая в виде брызг перелетает через оболочку 3, формирует за ней прудок-отстойник 13, который создает подпор оболочке 5, а при сходе волны частично фильтруется через грунт с осаждением в массиве твердых частиц.
Энергия волны 10 гасится, расходуясь на сжатие воздуха в защитной оболочке 3, на перемещение оболочек, образование вихрей в замкнутых объемах воды, заключенной в оболочках, упругое растяжение материала оболочек и в итоге на уплотнение грунта в основании устройства. После завершения воздействия прибойного потока оболочки 3, 4 и 5 возвращаются в исходное положение (пунктирные линии на фиг.3), предварительно пройдя по инерции и за счет упругого восстановления материала оболочек в положение ниже по откосу 1, показанное сплошными линиями (эпюра напора за счет сил инерции 14).
Закрепление защитной оболочки 3 посредством установки дополнительных опорных оболочек 4 и 5, заполненных водой, которая при величинах нагрузок, возникающих от действия штормовых волн, является практически несжимаемой, обеспечивает устойчивое положение на напорном откосе 1 пляжа 2 защитной оболочки и всего гидротехнического сооружения в целом. С целью механизации процесса установки устройства при заполнении оболочек водой может быть применен насос, что значительно сокращает время установки. При выбранных длинах окружностей опорных оболочек, равных половине длины окружности защитной оболочки, и наполнении на половину их объемов водой опорные оболочки принимают форму, показанную на фиг.1, и обеспечивают опирание на участке ВСД, примерно равном 1/3 смоченной части защитной оболочки, что надежно предотвращает ее перекатывание через опорные оболочки в обоих направлениях. Выбранное соотношение длин защитной оболочки и опорных оболочек установлено экспериментально, и эффективность такого соотношения, а также заполнения опорных оболочек на половину водой, многократно подтверждена при проведении испытаний предлагаемого устройства на песчаных пляжах Балтийского побережья.