книги / Переходы через водотоки

Средняя скорость нестесненного потока в пределах принятых ступеней рас­ четного гидрографа изменяется незначительно, поэтому значение Lp принимаем постоянным для всего расчета.

Значения /сп и /Сл, входящие в формулу, для определения величины М, опре­ делены исходя из размеров верховых струенаправляющих дамб равными /сп=54 м

Подробный расчет выполнен последовательно для всех ступеней расчетного гидрографа, начиная с первой. Сначала выписывают зна­ чения расходов (руслового и полного) и отметку бытового уровня. Затем для условий до размыва производят расчет расхода наносов из подмостового сечения G\ (в таблице приведен только результат

расчета). Для этого по средней глубине под мостом и среднему диаметру частиц грунта определяют неразмывающую скорость по графику (см. рис. VIII-8).

Исходя из площади живого сечения под мостом определяют среднюю скорость под мостом и отношение ее к неразмывающей, определяют величину А по номограмме (рис. VIII-6) и величину

по графику (см. рис. VIII-7). Затем определяют значение

мутности р и расхода наносов G Эта величина оказалась равной 34,6, кг/сек.

Аналогично производят расчет расхода наносов в русле в зоне подпора G2. Для этого сначала вычисляют подпор, затем среднюю глубину в русле с учетом подпора и далее аналогично расчету Gь Подсчитанная величина G2 составляет 25,5 кг/сек.

Разностью расхода наносов заканчивается расчет в первой стро­ ке таблицы. Затем задаются небольшим слоем смыва (принято 0,05 ж), после чего вновь производят весь расчет, но уже для глуби­ ны под мостом, увеличенной на 0,05 ж, во второй строке таблицы.

Записывают среднюю величину разности G\ — G2, объем смыва

и время, необходимое для этого смыва.

Задаваясь вторым слоем смыва (0,10 м), продолжаем расчет в третьей стро­ ке. В итоге получаем время, потребное на смыв слоя 0,15 ж, равное 7,45 суток. Так как время ступени составляет 2,25 суток, последний слой смыва соответствен­ но уменьшаем и получаем, что за время ступени размыв составил 0,07 м.

Аналогично произведен расчет для второй и третьей ступеней гидрографа. К концу третьей ступени гидрографа размыв под мостом достиг глубины 1,70 м.

241

П р и б л и ж е н н ы й

242

поймы этим паводком будет происходить отложение наносов в подмостовом русле на глубину около 0,5 ж.

Следовательно, после этого паводка подмостовое русло будет почти полно­ стью восстановлено.

В табл. VIII-10 приведен также приближенный расчет размыва. По этому рас­ чету, выполненному для одной ступени гидрографа с максимальным расходом продолжительностью от начала выхода воды на пойму до середины гребня па­ водка, равной 7 суткам, размыв составляет 1,95 ж, или на 15% больше, чем по подробному расчету.

Ниже приведен расчет размыва для того же примера по приближенному ме­ тоду с учетом скоростей динамического равновесия.

243

Рис. VIII-18. Гидрогра- ’фы паводков (цифрами обозначены номера сту­ пеней гидрографа):

а — расчетного; б — ни­ же расчетного

Результат получен близким к результату расчета по точному методу. Пример 1. Рассчитать общий размыв на гидрометрической основе на мостовом

1 Пример рассчитан Е. В. Болдаковым.

244

Задаемся одним мостом отверстием 375 ж, из них через русло—170 ж ив пойменной части — 205 ж. Отметка уровня вероятностью превышения 1 % — 93,70*. Основные бытовые данные по створу перехода приведены в табл. VIII-12.

Находим критерий Мг: расход поймы — 2050 м3/сек, расход русла в ^бров­ ках— 750 м3/сек, на пересыпанной части поймы— 1860 м3/сек. Тогда Мт=~—- X

1860 ' , „

х ж о - 4'4-

1. Определяем размыв при проходе расчетного паводка в первые год-два по-

. еле сдачи перехода в эксплуатацию.

ну до 3,60. Тогда Р= = =0, 81; принимаем 0,80. Составляем уравнение баланса

расходов при площади в пойме 3,60*205=740 ж2; 3600: (1360+0,80*740), откуда

Наибольшая глубина в русле после размыва 1,5*9,9= 14,80 ж при отметке 78,90.

Рис. VIII-19. Профиль по переходу р. Клязьмы:

а одно отверстие 375 ж; б — два отверстия (в русле 180 ж, на пойме 195 ж)

245

Наибольший размыв в русле # р= 1,42-9,9 = 14,00 м при отметке — 79,70 ж<на 0,80 ж, чем по первому расчету.

На том же створе произведем расчет при дополнительном отверстии в пойме на староречье.

Определим критерий Мт. Расход поймы по предыдущему расчету составляет 2080 мг/сек. Расход пересыпанной части 1820 м3[сек

3600 1820

Мг

750*2050

Впойменном мосту принимается срезка на отметке 84,00 м, что увеличивает площадь до 870 ж2, среднюю глубину — до 4,46 м.

Принимаем кривую № 3 табл. VII1-5 как гарантирующую получение скорости в пойменном мосту меньше, чем в русле. Тогда 6 = 0,92 и п = 0,18; по соотноше-

246

Ра = f ^ ) ° ’80 = 1,43; Яп = 1,43-4,46 = 6,49 м, отметка 87,30. \0 ,95/

Исходя из полученных значений коэффициента размыва, находим наибольшие глубины: 1,38*9,90= 13,10 м, отметка 80,60 м и 1,43-5,50=7,90 м, отметка 85,80 м.

Отметки наибольших размывов при расчетном уровне ВП 1% 93,70 м приве­ дены в табл. VIII-14 (данные для расчета размыва при двух отверстиях через п лет отсутствуют).

Полагая, что при одном отверстии в русле расчетный паводок или близкий к нему пройдет не в первые годы эксплуатации, то общий размыв можно считать на отметке 79,70 м. При общем отверстии в 375 м переход с дополнительным отверстием в пойме позволяет принять размыв в русле выше на 80,60—78,90=

=1,70 м (см. табл. VIII-14).

Гл а в а IX. РАСЧЕТЫ МЕСТНЫХ РАЗМЫВОВ У ОПОР МОСТОВ

ИРЕГУЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

§ 42. РАСЧЕТ РАЗМЫВА У ОПОР

При обтекании потоком мостовой опоры струи отклоняются во все стороны. Сгущение струй у боковых граней опоры вызывает по­ вышение скоростей и размывы. Струи, набегающие на носовую часть о-поры, частично отклоняются вниз и, встречая дно, отклоняются от опоры навстречу потоку. Так образуется в носовой части опоры валец, который выносит частицы грунта от опоры. Эти частицы затем уносятся потоком. Боковые размывы соединяются с размывом у носовой части опоры и в результате образуется воронка местного размыва, которая охватывает носовую и боковые грани опоры (рис. IX-1).

С течением времени и увеличением размыва струям вальца при­ ходится проделывать все больший путь для выноса частиц грунта. В результате энергия /вальца теряется, размыв замед­ ляется и, наконец, достигает для данных условий предельной

величины Ahоо.

247

Рис. IX-2. Зависимость раз­ мыва у опоры Ah от време­ ни t:

Так как наносы, перемещаясь грядами, поступают в воронку размыва неравномерно, зависимость Ah=f(i) имеет пульсирующий характер (кривая 2 на рис. IX-2).

Изучением местного размыва у опор занимались в СССР

А. М. Латышенков, Е. В. Болдаков, И. А. Ярославцев и А. С. Зедгинидзе. За рубежом вели исследования Е. М. Лорсен, Ю. Н. Левандовский, Ларра и др.

Для расчета местного размыва у опор применяли формулу Яро­ славцева:

V 2

Ah = K t K v (av + K h ) ------- 3 0 ^ 5 ,

S

где /с$— коэффициент, учитывающий форму опоры; /сд— коэффици­ ент, учитывающий влияние глубины h на размыв, определяемый

h

по формуле 1gKh = 0,17 — 0,35 — ;KV— коэффициент, учитываю­

щий влияние ширины опоры b на размыв, определяемый по фор-

з__

Myjieig KV = — 0,28 V;^_2. av — параметр, зависящий от распреде­

ления скоростей на вертикали и равный 0,6— 1,0 в зависимости от места опоры в русле; d85 — диаметр того зерна, мельче кото­

рого в грунте содержится 85% веса грунта.

Формула Ярославцева составлена для случая, когда наносы не поступают в воронку размыва. Этот случай возможен, например, на некоторых пойменных мостах, но для русловых опор, как показали исследования ГГИ, вероятность того, что наносы не будут посту­ пать в воронку размыва, ничтожна.

Недостатком формулы является также обратная связь между глубиной размыва и глубиной потока. В действительности эта связь должна быть прямой.

Вид формулы в отношении учета влияния крупности частиц грун­ та на глубину размыва представляется сомнительным. Более пра­ вильным было бы этот фактор учитывать, например, отношением скорости потока к неразмывающей для грунта.

248

В результате указанных недостатков формулы потребовалось уточнение зависимости местного размыва у опор от различных фак­ торов.

Исследования местного размыва у опор проводил В. С. Муромов, в ЦНИИСе в 1960— 1961 гг. и в 1967— 1968 гг. В. С. Муромов и В. Ш. Цыпин.

Были выполнены опыты в лаборатории на лотках шириной 2,0 и 3,5 м при движении наносов и их отсутствии. Исследования про­

водили также на естественных водотоках с моделями опор в круп­ ном масштабе; были использованы результаты опытов других авто­ ров и натурные данные.

Сопоставление вычисленных и наблюденных значений глубин размыва по отечественным и зарубежным формулам [95] показало, что расчет по приведенным ниже формулам дает наилучшее при­ ближение к натуре.

По данным лабораторных опытов, В. С. Муромовым получена основная формула для размыва у цилиндрической опоры при посту­ плении наносов в воронку

где ДАо— глубина размыва при v = v0, т. е. когда скорость потока v равна неразмывающей скорости ^о; w — гидравлическая круп­ ность частиц грунта; b — расчетная ширина опоры, м.

В результате обработки опытных данных были получены зависи­ мости Дh = f(v). В точке v = v0 зависимость имела перелом. При v<vo зависимость давала интенсивное возрастание размыва с уве­ личением скорости, затем, начиная с точки v = v0y зависимость ха­

рактеризовалась слабым возрастанием размыва от скорости потока. Точки перелома зависимости Ah=f(v) были наложены в коорди-

ЛАо Vo ~

натах— и — Сказалось, что точки, соответствующие одинако-

Аw

Результаты расчета размыва по формуле (IX-1) с подстановкой (IX-2) для натурных условий показали, что для получения натур­ ных значений размыва необходимо ввести поправочный коэффици­ ент 0,79, после чего формула для общего случая опоры с коэффи­ циентами формы М0 и косины Ко будет иметь вид:

249

Неразмывающую скорость для несвязных грунтов v0 определя­ ют по формуле (VII1-23), гидравлическую крупность w (для удель­ ного веса у = 2,65 г[см3 и ^=10°С) — по табл. IX-2.

Данные выполненных лабораторных опытов, а также опытов на естественных водотоках в условиях отсутствия движения наносов

250