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
Средний диаметр камней dн, приведенных к шару, см |
Кф для наброски из камней, м/с |
Средний диаметр камней dн, приведенных к шару, см |
Кф для наброски из камней, м/с |
||||
|
круглых |
промежуточных |
остроугольных |
|
круглых |
промежуточных |
остроугольных |
|
при их пористости |
|
при их пористости |
||||
|
0,40 |
0,45 |
0,50 |
|
0,40 |
0,45 |
0,50 |
5 |
0,15 |
0,17 |
0,19 |
30 |
0,43 |
0,48 |
0,53 |
10 |
0,23 |
0,26 |
0,29 |
35 |
0,46 |
0,52 |
0,58 |
15 |
0,30 |
о,33 |
0,37 |
40 |
0,50 |
0,56 |
0,62 |
20 |
0,35 |
0,39 |
0,43 |
45 |
0,53 |
0,60 |
0,66 |
25 |
0,39 |
0,44 |
0,49 |
50 |
0,56 |
0,63 |
0,70 |
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
|
f() |
|
f() |
|
f() |
0,00 |
0,0000 |
0,69 |
0,1579 |
0,900 |
0,5722 |
0,05 |
0,0000 |
0,70 |
0,1673 |
0,905 |
0,5942 |
0,10 |
0,0000 |
0,71 |
0,1772 |
0,910 |
0,6175 |
0,15 |
0,0011 |
0,72 |
0,1876 |
0,915 |
0,6442 |
0,20 |
0,0027 |
0,73 |
0,1988 |
0,920 |
0,6690 |
0,25 |
0,0051 |
0,74 |
0,2105 |
0,925 |
0,6976 |
0,30 |
0,0095 |
0,75 |
0,2230 |
0,930 |
0,7284 |
0,35 |
0,0151 |
0,76 |
0,2362 |
0,935 |
0,7617 |
0,40 |
0,0236 |
0,77 |
0,2503 |
0,940 |
0,7980 |
0,45 |
0,0347 |
0,78 |
0,2654 |
0,945 |
0,8378 |
0,50 |
0,0493 |
0,79 |
0,2814 |
0,950 |
0,8818 |
0,55 |
0,0684 |
0,80 |
0,2986 |
0,955 |
0,9307 |
0,60 |
0,0931 |
0,81 |
0,3370 |
0,960 |
0,9859 |
0,61 |
0,0989 |
0,82 |
0,3368 |
0,965 |
1,0489 |
0,62 |
0,1050 |
0,83 |
0,3581 |
0,970 |
1,1223 |
0,63 |
0,1114 |
0,84 |
0,3812 |
0,975 |
1,2097 |
0,64 |
0,1182 |
0,85 |
0,4062 |
0,980 |
1,3176 |
0,65 |
0,1253 |
0,86 |
0,4333 |
0,985 |
1,4573 |
0,66 |
0,1323 |
0,87 |
0,4631 |
0,990 |
1,6566 |
0,67 |
0,1407 |
0,88 |
0,4958 |
0,995 |
1,9995 |
0,68 |
0,1491 |
0,89 |
0,5319 |
1,000 |
|
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(tgн - 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
Грунты основания |
для оснований |
Грунты основания |
для оснований |
||
|
не защищенных обратным фильтром |
защищенных обратным фильтром |
|
не защищенных обратным фильтром |
защищенных обратным фильтром |
Илистые |
12 |
8 |
Гравелистые |
7 |
4 - 3,5 |
Мелкопесчаные |
9 - 10 |
6 |
Суглинистые |
7 - 6 |
3,5 - 3 |
Средне- и крупно-песчаные |
8 |
5 - 4 |
Галечниковые |
6 |
3 |
Лессовидные |
8 - 7 |
4 - 3,5 |
Торф |
7 - 12 |
8 - 5 |
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)