Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях

 

Расчет гидравлических элементов потока выполняется при проектном состоянии русла для одной или двух струй, проходящих в границах прорези.

Во всех расчетных сечениях для этих струй определяют гидравлические элементы потока: площадь струи ω_стр, ширину струи b_стр, среднюю глубину h_стр=ω_стр/b_стр, среднюю скорость в сечении струи U_стр=Q_стр/ω_стр, значение неразмывающей U_нр и размывающей U_р скоростей течения.

 

 

 

Рис. 2. Графическое распределение расхода воды по ширине

расчетного поперечника №.....

 

 

Значения неразмывающих скоростей вычисляются по формуле В.Н. Гончарова:

U_нр=3.0(h_стрd₅₀/d₉₀)^0.2(d₅₀+0.0014)^0.3, (5)

 

где: d₅₀ и d₉₀ – диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90% по кривой гранулометрического состава (указаны в задании).

В формулу (5) подставляются значения диаметров частиц, выраженные в м.

Значения размывающих скоростей определяются по соотношению U_р=1.3U_нр.

Результаты подсчета указанных величин сводятся в табл.2.

 

Таблица 2

Гидравлические элементы потока и значения U_стр, U_нр, U_р в струях....

№ струи	№ попе- речника	wстр, м2	bстр, м	hстр, м	Qстр, м3/с	Uнр, м/с	Up, м/с	Uстр, м/с

 

По данным табл. 2 строятся совмещенные графики изменения скоростей по длине струи U_стр=U_стр(l), U_нр=U_нр(l), U_р=U_р(l) (рис.4). По этим данным дается предварительное качественное заключение об устойчивости прорези согласно указаниям [1].

Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчет деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.

 

 

Рис. 4. Графики изменения скоростей U_стр, U_нр, U_р (а) и начальной

скорости деформаций ξ_нач (б) по длине струи №....

 

 

Расчет деформаций прорези

 

Расчет деформаций дна делается в пределах тех же расчетных струй, для которых построены графики изменения скоростей течения. Уравнение деформации для выделенных струй записывается в следующем виде:

 

, (6)

где: DQ_s – приращение расхода влекомых наносов, м³/с;

(B_стр)_ср – средняя на участке ширина струи, м;

Dl– длина расчетного участка, м;

Dt– расчетный интервал времени, сутки;

e – пористость грунта (для песка e=0.4);

DZ_д– приращение отметки дна, м.

Последовательность расчетов по уравнению (6) следующая:

1. Вычисляются значения расхода влекомых наносов в расчетных сечениях струй по формуле К.В. Гришанина:

 

м³/с (7)

2. Подсчитывается приращение величины расхода влекомых наносов:

DQ_s=Q_s,i+1 – Q_s,i, м³/с (8)

где: i – номер расчетного сечения.

3. Вычисляется начальная скорость деформаций. При этом начальную скорость повышения или понижения высоты дна в пределах каждого расчетного участка находят по формуле:

, м/сут, (9)

 

где: (b_стр)_ср=(b_{стр, i}+b_{стр, i-1})/2

Dl – длина расчетного участка по оси струи, м.

4. Подсчитываются деформации дна за период времени Dt по соотношению:

DZ_д=x_НАЧ×Dt, м. (10)

 

В курсовом проекте интервал времени Dt принимается равным 5 суток. Расчеты деформаций дна сводятся в табл.3.

По результатам расчетов строят графики изменения скорости начальной деформации по длине струй x_НАЧ =x_НАЧ (l), которые располагают под графиками изменения скоростей (см. рис.4).

Полученные данные позволяют сделать окончательный вывод об устойчивости прорези.

Положительным считается результат, когда в прорези скорости течения оказываются больше неразмывающей. В этом случае в пределах прорези имеет место транзитное перемещение наносов. Если при этом скорость течения по длине струи монотонно возрастает, то в ней будут преобладать деформации размыва, а деформации намыва будут происходить с незначительной интенсивностью. Такая прорезь считается устойчивой.

В случае преобладания в границах прорези деформаций намыва необходимо предусмотреть при ее разработке создание запаса на возможную заносимость, т. е. разрабатывать прорезь не до проектного дна, а несколько ниже, в соответствии с интенсивностью деформаций.

 

 

Таблица 3

Расход влекомых наносов и значения начальной скорости деформаций дна в пределах струй....

№ струи

№ поперечника

Uстр, м/с

Uнр, м/с

(Uстр–Uнр), м/с

bстр, м/с

Qs×10-3, м3/с

(bстр)ср, м

DQs×10-3, м3/с

Dl, м

xнач, м/сут

DZд, м