3. Назначаем тип укрепления по [1, табл. П-6]; при vmax = 6,5 м/с принимаем бетонное монолитное укрепление. Предварительно определяем эквивалентный диаметр сооружения по формуле (5)
Согласно п. 4.3 длина укрепления L = 1,5Dэ = 1,5 · 1,96 = 3 м.
4. Определяем глубину размыва в принятом выходном русле в такой последовательности:
а) вычисляем предельную глубину размыва по формуле (48). Для этого предварительно вычисляем Qк и δм (см. пояснение соответственно к формулам (24) и (48)) и расчетный диаметр грунтов по формуле (50)
Расчетный диаметр грунтов при Сp = 0,5 · 105 Па равен
d = 10(0,15 + 10-4Сp) = 10(0,15 + 10-4 · 0,5 · 105) = 51 мм.
Для принятого выходного русла 1к имеем ψ = 1, а величины r = 0,9 и S = 0,6 находим по табл. 4. Тогда получим:
при Qр
при Qmax
б) определяем продолжительность паводка по формуле (53):
при Qp
при Qmax
в) определяем эталонное время размыва по формуле (52):
при Qp
при Qmax
г) определяем долю предельной глубины размыва за время прохождения паводка по формуле (51):
при Qp
при Qmax
д) определяем максимальную глубину размыва по формуле (40):
при Qp ∆hmax = ∆hпрη = 2,24 · 0,35 = 0,78 м
при Qmax ∆hmax = ∆hпрη = 2,59 · 0,4 = 1,04 м.
Так как глубины размыва как при Qp, так и при Qmax оказались менее 2,0 м, то корректируем тип выходного русла и принимаем в качестве расчетного выходное русло типа 1, т.е. отказываемся от каменной наброски.
В связи с тем, что выходной лог имеет уклон iл = 0,05 > 0,02, то определяем основные размеры промоины.
При неявно выраженном логе расчет промоины ведем в такой последовательности.
1. Вычисляем по формуле (54) ширину потока Внр, при которой скорость в логе равна неразмывающей скорости, предварительно вычисленной по формуле (55)
Тогда имеем
при Qр
при Qmах
2. Определяем ширину створа предельного растекания по формуле (56) при N = 1, предварительно установив параметры расхода по формуле (4), параметры М и Км соответственно по рис. 1 и таблице приложения 5 и М по формуле, приведенной в том же приложении 5.
При iл = 0,05 и iт/iл = 0,15/0,05 = 3 по графику (см. рис. 1 приложения 5)
для Qр и
находим M = 18,1, по таблице при Dэ = 1,96 и ПQ = 0,68 находим Км = 1,86 и по формуле
Тогда Враст(пр) = 60,2 + 3,7 = 63,9 м.
При Qmax
М = 18,7, Км = 1,88; Враст(пр) = 60,8 + 3,7 = 64,5 м.
3. Сравниваем Внр с Враст(пр)
при Qp Внр = 36,6 < Враст(пр) = 63,7 м;
при Qmax Внр = 46,7 < Враст(пр) = 64,5 м.
Следовательно, промоина имеет ограниченное протяжение.
4. Определяем положение створа, в котором прекращается размыв по формуле (57) предварительно вычислив N по формуле (50):
при Qp N = (Внр - bp)/M = (36,6 - 3,7)/60,2 = 0,55;
при Qmax N = (46,7 - 3,7)/60,8 = 0,71;
5. Определяем глубину потока в створе прекращения размыва по формуле (58):
при Qp
при Qmax
6. Определяем ширину растекания потока в створе на входе в канаву Враст(кан) по формуле (34) при Х = Хкан, предварительно вычислив Хкан по формуле (60) и определив параметр N по графику (рис. 2 приложения 5) (параметры М вычислены ранее):
при Qp Хкан = 3,5∆hmax + L = 3,5 · 0,78 + 3,0 = 5,7 м, и по величине N = 0,32, а затем Враст(кан) = МN + bp = 60,2 · 0,32 + 3,7 = 23 м.
при Qmax Хкан = 3,5 · 1,04 + 3,0 = 6,65 м. По Хкан/Dэ = 6,65/1,96 = 3,4 и ПQ = 0,87 находим N = 0,36, а затем Враст(кан) = 60,8 · 0,36 + 3,7 = 25,6 м.
7. Находим bкан и глубину потока hкан на входе в канаву при стабилизации размыва по формулам (61) и (62):
при Qp и к расчету принимаем bкан = 9,44 м;
при Qmax и к расчету принимаем bкан = 10,75 м.
8. Определяем среднюю глубину потока в канаве по формуле (63) при Qр:
hкан(ср) = 1/2(hкан + hнр) = 1/2(0,63 + 0,16) = 0,40 м;
при Qmax hкан(ср) = 1/2(0,069 + 0,16) = 0,42 м.
9. Определяем глубины размыва канавы по формуле (64), предварительно определив Скан по формуле (65):
при Qр
при Qmax
10. Уточняем расстояние до входа в канаву по формуле (66) при m = 1,5:
при Qр
- корректировка Xкан не требуется;
при Qmax
- корректировка Хкан не требуется. Вычисленные значения Хкан принимаются к расчету.
11, Определяем глубину заложения концевой части укрепления по формуле (67), причем при Qp ∆hукр увеличиваем на 20 %:
при Qр
при Qmax
для расчета принимаем ∆hукр = 3,18 м.
12. Определяем ширину растекания потока на укреплении при η = 0,015. При iл > 0,02 расчет выполняем по формуле (34) при х = 1, 2 и 3 м, предварительно вычислив параметр по графику (см. рис. 1) и формуле приложения 5 и параметр N по графику (см. рис. 2) того же приложения. Расчет ведем в табличной форме.
|
х, м |
х/Dэ |
Расчетные параметры и ширина растекания при пропуске расходов |
|||||||
|
|
|
расчетного (ПQ = 0,68) |
наибольшего (ПQ = 0,87) |
||||||
|
|
|
Км |
N |
NKм |
Враст |
Км |
N |
NKм |
Враст |
|
1,0 |
0,5 |
1,86 |
0,080 |
2,8 |
6,5 |
1,88 |
0,105 |
3,7 |
7,4 |
|
2,0 |
1,0 |
1,86 |
0,155 |
5,4 |
9,1 |
1,88 |
0,170 |
6,0 |
9,7 |
|
3,0 |
1,5 |
1,86 |
0,210 |
7,3 |
11,0 |
1,88 |
0,230 |
8,1 |
11,8 |
Для расчета принимаем величину растекания при наибольшем расходе.
13. Определяем ширину укрепления. Расчет выполняем в такой последовательности:
а) назначаем ширину укрепления на всей его длине, кроме концевой части длиной 1 м, по ширине растекания с запасом по 1 м с каждой стороны укрепления В = Враст + 2,0, м.
Результаты расчета приведены ниже.
|
х, м |
0 |
1,0 |
2,0 |
|
В, м |
5,7 |
9,4 |
11,7 |
б) находим ширину воронки размыва в конце укрепления Вmin по формуле (68) при θ = 3 (концевая часть с предохранительным откосом), определив коэффициент формы воронки размыва по графику рис. 4 при L/Dэ = 1,5.
При Qp ∆hmax/Dэ = (0,78 + 0,84)/1,96 = 1,62/1,96 = 0,83; K = 0,62;
Bmin = (3,0/0,62)1,62 ≈ 7,84 м < Враст = 11,8 м.
при Qmax ∆hmax/Dэ = (1,04 + 1,80)/1,96 = 1,45; K = 0,80;
Bmin = (3,0/0,80)2,84 = 10,65 м < Враст = 11,8 м.
Следовательно, ширина укрепления на всем его протяжении определяется шириной растекания, которая оказалась весьма значительной.
Для сокращения ширины укрепления ограничим его изолиниями, соответствующими неразмывающей скорости потока для грунтов лога, определенной выше и равной vн = 1,49 м/с.
Для этого воспользуемся графиком (рис. 5 приложения 5), предварительно заменив скорость v на vн при Qp vн/vвых = 1,49/6,5 = 0,23, при Qmax vн/vвых = 1,49/6,9 = 0,22.
По графику (см. рис. 5 приложения 5) находим величину относительной граничной ширины растекания (У/Враст)гр в каждом створе, ограничивающей область, за пределами которой скорости потока на укреплении не будут превосходить неразмывающих, и определим размеры укрепления, соответствующие этой ширине Вгр с запасом по 1 м в каждую сторону.
Результаты расчета приведены ниже в табличной форме.
|
х |
х/Dэ |
Относительная и абсолютная граничная ширина растекания и ширина укрепления при пропуске расходов |
|||||
|
|
|
расчетного |
наибольшего |
||||
|
|
|
у/В'раст |
Вгр, м |
В, м |
у/Враст |
Вгр, м |
В, м |
|
0 |
0 |
0,55 |
3,7 |
5,7 |
0,56 |
3,7 |
5,7 |
|
1,0 |
0,5 |
0,56 |
3,7 |
5,7 |
0,57 |
4,2 |
6,2 |
|
2,0 |
1,0 |
0,57 |
5,2 |
7,2 |
0,575 |
5,6 |
7,6 |
|
3,0 |
1,5 |
0,575 |
6,3 |
8,3 |
0,58 |
6,8 |
8,8 |
Ширину укрепления в конце его, необходимую при пропуске наибольшего расхода Вукр = 8,8 м сравниваем с Вmin. Вукр = 8,8 м < Вmin = 10,65 м - для расчета принимаем Вукр = 10,65 и корректируем размеры укрепления из конструктивных соображений, принимая их кратными 0,5 м. Результаты расчета приведены на рис. 2.
Рис. 2. Конструкция и размеры укреплений, полученные в результате расчета нижнего бьефа трубы при уклоне выходного лога iл > 0,02
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Руководство по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений. М., Транспорт, 1974.
2. Рекомендации по расчету выходных русл дорожных водопропускных труб с укреплениями из каменной наброски. М., ЦНИИС, 1980.
3. Строительные нормы и правила. Мосты и трубы. СНиП 2.05.03-84. М., Госстрой СССР, 1985.
4. Методические рекомендации по гидравлическому расчету металлических гофрированных труб. М., ЦНИИС, 1979.
5. Семенов А.Ю. Применение метода Годунова к уравнениям мелкой воды с учетом рельефа дна. «Труды 8 конф. молодых ученых Московского физико-технического института, Долгопрудный, 27 марта - 7 апреля 1983, ч. 1» М., МФТИ, № 5927-83 ДЕП.
6. Беликов В.В., Семенов А.Ю. Метод Годунова с модификацией Колгана для численного решения двумерных уравнений мелкой воды. «Труды 10 конф. молодых ученых Московского физико-технического института, Долгопрудный, 23 марта - 7 апреля 1985, ч. 1. М., МФТИ, № 5983-85 ДЕП
7. Беликов В.В., Семенов А.Ю. Применение метода Годунова с модификацией Колгана к расчету планов течений в нижних бьефах водопропускных труб. В сб. «Гидравлика дорожных водопропускных сооружений». Саратов, СПИ, 1985.
8. Беликов В.В. Безытерационный алгоритм расчета распада разрыва для уравнений мелкой воды. В сб. «Пути повышения производительности труда, сокращения сроков проектирования и строительства транспортных сооружений». М., ЦНИИС, 1986.
9. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83. М., Стройиздат, 1985.
10. Строительные нормы и правила. Определение расчетных гидрологических характеристик. СНиП 2.01.14-83. М., Стройиздат, 1985.
СОДЕРЖАНИЕ
|
1. Общие положения. 1 2. Определение гидравлических характеристик потока. 2 Глубины и скорости на выходе из труб. 2 Расчет гидравлических характеристик потока на укреплении на основе математической модели. 6 Расчет глубин, скоростей и ширины растекания потока на укреплении на основе эмпирических зависимостей. 9 3. Определение деформаций дна в нижних бьефах труб. 11 Характер деформаций и режимы протекания в размываемом логе. 11 Максимальные глубины размыва. 13 Глубина промоины в выходном логе. 16 4. Назначение основных размеров выходных русл. 18 Приложение 1 Графики для определения глубин на выходе из труб hвых и критических глубин hк в трубах. 19 Приложение 2 Графики для определения нормальных глубин h0 в технически гладких трубах. 20 Приложение 3 Графики для определения скоростей на выходе из круглых труб. 22 Приложение 4 Разностная сетка и примеры расчетов гидравлических характеристик потока в нижнем бьефе водопропускной трубы на основе математической модели. 24 Приложение 5 Графики для определения ширины растекания потока враст, глубин h и скоростей v потока на укреплении при уклоне выходного лога iл > 0,02. 25 Приложение 6 Расчет максимальной глубины размыва с учетом гидрографа паводка произвольной формы.. 28 Приложение 7 Примеры расчета нижнего бьефа труб. 29 Список литературы.. 37 |
