Методические рекомендации по гидравлическому расчету металлических гофрированных труб


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(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

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)