Страница 5: Методические рекомендации по гидравлическому расчету металлических гофрированных труб (46190)

4.22. Определяют нормальную глубину фильтрационного потока, предполагая, что весь расход профильтруют через подсыпку, по формуле

ho = ,                                                      (41)

где mот(кос) - коэффициент заложения откоса косогора;

Кф - коэффициент инфильтрации, м/с.

Для однородной наброски Кф определяется по табл. 7.

Таблица 7

Для неоднородной наброски коэффициент фильтрации определяется согласно «Руководству по расчету турбулентной фильтрации в каменно-набросных гидросооружениях» (М., «Энергия», 1975) по формуле

Кф(неодн) = Кф(одн) ,                                      (42)

где Кф(одн) - коэффициент фильтрации для однородной наброски, имеющей средний диаметр частиц фракции dн, равный эквивалентному диаметру частиц неоднородной наброски;

nодн и nнеодн - пористость соответственно однородной и неоднородной наброски.

Средний диаметр частиц наброски dн определяется по формуле

dн = ,

где dн(i) -средний диаметр частиц отдельной фракции;

Pi - весовая доля фракции.

Пористость неоднородной наброски определяют опытным путем, заливая поры водой. Толщина исследуемого слоя должна быть не менее 5 dmax.

Для грубых приближений можно считать, что в неоднородной наброске, имеющей небольшой процент мелких частиц (5 - 7 %), коэффициент фильтрации по сравнению с однородной наброской уменьшается на 25 - 30 %.

4.23. Определяют глубину фильтрационного потока H в створе конца трубы (рис. 24) из уравнения

f() =  - f(б),                                                 (43)

где lп - проекция расстояния от конца трубы до точки пересечения откосов отсыпки и косогора в случае отсутствия подтопления со стороны нижнего бьефа (см. рис. 24) или до створа, проходящего через урез воды в нижнем бьефе, при подтоплении;

f() и f(xб) - функции относительных глубин соответственно в створе конца трубы x =  и конца подсыпки xб = , определяемые при прямоугольном сечении наброски по табл. 8; иные формы сечений приводят к прямоугольным.

Рис. 24. Расчетная схема нижнего бьефа гофрированной трубы, уложенной на подсыпке:

1 - фильтрующий поток; 2 - поверхность воды для случая, когда весь расход фильтрует через подсыпку; 3 - то же, когда часть расхода сливается по откосу отсыпки; 4 - обратный фильтр; 5 - рисберма; 6 - экран

При отсутствии подтопления со стороны нижнего бьефа (hнб = 0) уравнение имеет вид

 = f(x).                                                         (44)

Таблица 6

4.24. Определяют устойчивость низового откоса подсыпки из условия

Z < Zпр,                                                                 (45)

где Z - разность бьефов;

Zпр - предельная разность уровней бьефов, при превышении которой нарушается устойчивость низового откоса подсыпки.

Z и Zпр определяют по формулам

Z = Н +  - hнб;                                                       (46)

Zпр = 2,3(tgн - tg)lп,                                        (47)

где н - угол естественного откоса каменной наброски, равный 35 - 36°;

tgj = 0,695  0,725;

b - угол наклона низового откоса к горизонту.

При соблюдении условия (45) расчет заканчивают, в противном случае уполаживают откос и вновь производят проверку условия (45) и так продолжают до его удовлетворения.

4.25. Проверяют устойчивость основания насыпи против ламинарной фильтрации. Для этого сравнивают глубину Н с продольной глубиной Нпр, обеспечивающей устойчивость против ламинарной фильтрации

Нпр = ,                                                        (48)

где d - коэффициент, определяемый по табл. 9.

При Н < Нпр устойчивость против ламинарной фильтрации обеспечена, в противном случае или увеличивают ширину фильтрующей прослойки и повторяют расчет, или устраивают в основании обратный фильтр.

4.26. Сравнивают глубину потока Н с толщиной подсыпки в сечении, проходящем через конец лотка трубы на выходе ??под(вых).

При Н  ??под(вых) весь поток профильтрует внутрь подсыпки, при Н > ??под(вых) часть расхода попадет на откос подсыпки.

4.27. Для случая Н < ??под(вых) устанавливают, не выходит ли поток на откос подсыпки. Для этого делят расстояние lп на 4 - 5 равных частей и в конце каждой из них (считая от конца подсыпки) определяют глубину потока h0 По уравнению (43) или (44), подставляя вместо lп расстояния li от конца подсыпки (уравнение 44) и от уровня воды в нижнем бьефе (уравнение 43) до рассматриваемых створов. Затем в каждом из сечений устанавливают толщину подсыпки под(i). При однообразном уклоне косогора для этой цели можно воспользоваться формулой

под(i) = .                                             (49)

Таблица 9

При этом возможны два случая:

А. под(i)  hi - весь поток фильтруют через подсыпку (безнапорная фильтрующая подсыпка);

Б. под(i) < hi - часть потока выходит на поверхность откоса (напорная фильтрующая подсыпка).

Случай А (??под(i)  hi)

4.28. Находят расчетную глубину фильтрационного потока, определяющую максимальные скорости турбулентной фильтрации:

а) при отсутствии подтопления со стороны нижнего бьефа

hр = 0,8hк = 0,8,                                                   (50)

где  = 2,5 - коэффициент кинетической энергии;

р - пористость наброски;

eз = 0,9 - коэффициент, учитывающий образование в порах каменной наброски застоя воды;

б) при наличии подтопления

hр = hнб,

где hнб - глубина в нижнем бьефе в конце подсыпки.

4.29. Определяют максимальную скорость турбулентной фильтрации

Vм = .                                                        (51)

4.30. Сравнивают Vм с допускаемыми скоростями для грунтов основания насыпи Vдоп.

При Vм  Vдоп устойчивость основания от турбулентной фильтрации обеспечивается, в противном случае - нет.

Для достижения устойчивости делают вырезку грунта и заменяют его грунтом с Vдоп  Vм. Толщина вырезки должна обеспечить возможность укладки не менее трех слоев частиц грунта, но не менее 8 - 10 см.

4.31. Устраивают обратный фильтр у подошвы подсыпки высотой не менее hр.

Случай Б (под(i) < hi)

4.32. Устанавливают расстояние от конца подсыпки до места выклинивания потока на откос:

lгр = .                      (52)

4.33. Определяют толщину фильтрующей подсыпки, равную глубине фильтрационного потока, в месте выклинивания потока на откос:

гр = .                                                  (53)

4.34. Делят расстояние lгр на 3 - 4 равные части и в конце каждого сечения подсыпки (считая от конца ее) определяют фильтрационный расход:

Qi(i) = ,                                                            (54)

где dпод(i) - толщина подсыпки в рассматриваемом створе;

Q - полный расход сооружения.

4.35. Определяют средние скорости турбулентной фильтрации:

Vф = Кф.                                                    (55)

4.36. Определяют максимальную скорость турбулентной фильтрации:

Vм = .                                                              (56)

4.37. Сравнивают Vм с допускаемыми скоростями для грунтов основания подсыпки.

При Vм  Vдоп устойчивость основания подсыпки от турбулентной фильтрации обеспечивается, в противном случае - нет.

Для обеспечения устойчивости требуется произвести вырезку грунта и заменить его грунтом с Vдоп ?? Vм. Толщина вырезки должна быть не менее трех слоев частиц грунта, но не менее 8 - 10 см.

4.38. Устанавливают расход потока Q2(i), протекающего на откосе подсыпки в различных сочетаниях на участке от места выклинивания потока до конца подсыпки:

Q2(i) = Q - Q1(i).                                                            (57)

4.39. Определяют глубину потока на откосе подсыпки из уравнения Шези при С =  (как для быстроточного режима):

hотк(i) = ,                                             (58)

где mот(под) - коэффициент заложения низового откоса подсыпки;

n - коэффициент шероховатости откоса.

При n = 0,05 (для камня)

hотк(i) = 0,135 .                                       (59)

4.40. Вычисляют скорость потока на откосе:

Vотк(i) = .                                                       (60)

4.41. Проверяют устойчивость камней наброски на откосе:

для однородной наброски

Vдоп(отк)  6,7 ;                                                       (61)

для горной массы

Vдоп(отк)  5 .                                                       (62)