расчеты стока и отверстия водопропускного дорожного сооружения

При таком расширениипроисходит уменьшение глубины потока, резкое возрастание его скорости и переход потока в бурное состояние - гидравлический водопад.Вследствие значительного возрастания энергии в районе гидравлического водопада происходит образование гидравлического прыжка при переходе от глубин меньших критической к бытовой глубине потока, которая большей критической глубины. Глубины h' до прыжка иh" после него называются взаимными или сопряженными глубинами, а их разность h" - h' представляет собой высоту прыжка.Истечение в нижний бьеф может иметь три характерных типа, которые зависят от соотношения энергии потока на выходе из отверстия сооружения и в бытовом нижнем бьефе или от соотношения глубин потока на выходе hвых и его бытовой глубины hб.При глубине прыжка в сечении полного растекания больше бытовой глубины hб имеет место тип I - свободное истечение. В этом случае сопряжение потоков происходит через отогнанныйгидравлический прыжок.Когда растекающийся поток достигает берегов бытового русла в сечении полного растекания, происходит отражение его крайних струйот берега (примерно под углом 20°), после чего возникают небольшие симметричные гребни - косые прыжки, которые сходятся затем на динамической оси потока. При этомпроисходит небольшой всплеск воды. После сечения схода косых прыжков возникает прямой (отогнанный) прыжок, за которым движение потокастановится медленно изменяющимся.По бокам выходного отверстия сооружения возникают две водоворотные зоны, имеющие пониженный уровень воды, ив которых имеют место обратные циркуляционные течения, вызывающие глубокие размывы.При II типе - полусвободном истечении – бытовая глубинаhб превышает вторую сопряженную глубину прыжка h" в сечении полного растекания, но меньше возможной глубины прыжка на выходе h"вых, т. е. еслиh" < hб < h"вых или 1,25 hКр> hбыт > h".В случае такого типа истечения прыжок двигается к выходному отверстию сооружения, затопляет собой вначале сечение схода косых прыжков, а потом сечение полного растекания. Имеет место крайний случай полусвободного истечения с полным растеканием, когда образуется надвинутый прыжок.При глубине в отводящем русле больше, чем глубина прямого прыжка, поток начинает расширяться в какую-нибудь одну сторону (происходит его сваливание). Это приводит к тому, что его активная ширина Bак в прыжке и до прыжка становится меньше чем бытовая ширина потока bп, при этом скорости в активной струе сильноувеличиваются.В результате сваливания потока в сторону происходит его прижатие к берегу, что может вызвать подмыв этого берега как по причине повышенных скоростей в свальной струе, так и по причине динамического удара масс воды в берег.Длина прыжка при этом сильно возрастает.Тип III - несвободное истечение, имеет место если глубина прыжка в сечении непосредственно за выходом сооружения будет равна или менее бытовой глубины потока, т. е. когдаhвых< hбыт.При этом узкая активная струя потока, двигаясь в массе воды затопленного прыжка, имеет склонностьсамопроизвольно изменять свое направление. В результате возникает волнистое, так называемое сбойное течение, которое начинаетсясразу за выходным сечением сооружения.При сбойном течении узкая активная струя обладает большими скоростями и большой размывающей способностью, вследствие того, что энергия потока не затрачивается на его расширение. Поэтому активная зона течения несет в себе всю избыточную кинетическую энергию, которую поток приобрел в сооружении.Форма размыва в плане обычно представляет собой некую чашу или ложбину. Наибольшая глубина чаши размыва зависит от гидравлических характеристик потока и при прочих равных грунтовых условиях непосредственно от его расхода.Как показала практика, наиболее опасное для нижнего бьефа водопропускных сооружений сбойное течение образуется при относительной ширине отводящего руслаВр/b0<8, т. е. в узких и глубоких отводящих руслах (b0- отверстие водопропускного сооружения, Вр- ширина нижнего бьефа).ПриВр/b0> 8, глубина воды и уклон дна в нижнего бьефа невелики, поэтому сбойное течение обычно не возникает.Сбойное течение значительно увеличивает размеры ямы размыва в плане,не увеличивая глубины размыва за укрепленным участком, но этотребует увеличения площади участка крепления.Еслиhб >h"вых, то происходит образованиепрыжка вплотную к выходному отверстию сооружения. Сопряжение по типу III будет несвободным с полностью затопленным прыжком и сбойным течением в нижнем бьефе.Принимая глубину на выходе из трубы hвых = 0,9hкр определяем вторую сопряженную глубину прыжка для русла трапецеидальной формы по графику А.Н.Рахманова [14], вычислив hвых/hкр = 0,9 иmhкр2/b = 1,50,36/3 = 0,18 находим h"вых/hкр2 =1,1, откуда h"вых = 1,1hкр2 = 1,10,36 = 0,40 м.Следовательно, имеем III тип сопряжения, т.к.hб = 0,77 м >h"вых = 0,40 м.В этом случае расчет нижнего бьефа производим на сбойное течение.Приняв hсж = 0,9hк = 0,90,8 =0,72, определяем ширину активной струи по формуле[12]Вычисляем длину расширения активной струи при сбойном течениигде n – коэффициент шероховатости грунта или крепления отводящего русла;Вс -- ширина потока, при которой не происходит общего размыва, определяется по формулеB – ширина отводящего русла по урезу воды;Vб –скорость в отводящем русле при глубине hбVдоп – допустимая неразмывающая скорость (при превышении которой начинается размыв) для данного типа грунтов или крепления определяется по табл. 2 прил. 4 [12]. Для средних суглинков при глубине потока 0,77 м Vдоп = 0,8 м/с (крепления отводящего русла не требуется).ТогдаиВследствие малого значения bактполучили значительную длину растекания.Определяем среднюю скорость течения в зоне прыжка и размывающую скорость в зоне затопленного прыжка,зная геометрические параметры потока в зоне прыжкаСкорость в зоне прыжкаПараметр определяем по табл. V.2[12].Для затопленного прыжка он равен 1,1. ТогдаСледовательно, размывающая скорость в зоне прыжка будет несколько больше допустимой на размыв для данного типа грунта. Поэтому следует предусмотреть крепление выходного участка в зоне прыжка, например, каменной наброской.Построение продольного профиля и плана сооруженияНа миллиметровой бумаге вычерчиваем в двух масштабах (так как горизонтальные размеры значительно превосходят вертикальные) Мгор 1:100 и Мверт. 1:50схему продольного разреза и в масштабеМ 1:100 схему плана водопропускного сооружения, на которой показываем установленные размеры трубы и элементов потока (Рис. 3).Рисунок 3 – Схема трубчатого водопропускного сооруженияБиблиографический список 1. СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 [Электрон. ресурс]. – Введен 2013-07-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 2. СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги [Электрон. ресурс]. – Введен 1986-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 3. СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* [Электрон. ресурс]. – Введен 2013-07-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 4. СНиП 2.01.14–83 Определение расчетных гидрологических характеристик. – М., 1985.5. СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги [Электрон. ресурс]. – Введен 1987-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 6. СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84* [Электрон. ресурс]. – Введен 2011-05-20 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 7. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы [Электрон. ресурс]. – Введен 1986-0101 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 8. СП 33-101-2003 Определение основных расчётных гидрологических характеристик [Электрон. ресурс]. – Введен 2003-12-26 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 9. ВСН 63-76 Инструкция по расчёту стоков с малых бассейнов [Электрон. ресурс]. – Введен 1976-12-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 10. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* [Электрон. ресурс]. – Введен 2013-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. 11. СНиП 23-01-99* Строительная климатология [Электрон. ресурс]. – Введен 2000-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.12. Руководство по гидравлическим расчётам малых искусственных сооружений и русел. – 3-е изд., перераб. и доп: утв. "ГИПРОТРАНСТЭИ" МПС: введ. в действие с 01.01.1967. – М. : Транспорт, 1967.13. Cавкин, А. А. Гидрология: учеб. пособие / А. А. Савкин, С. В. Фёдоров; СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 98 с.14. Справочник по гидравлике под редакцией В.А.Большакова. – К. :Вищашк. Головное изд-во, 1984. – 343 с.15. Чугаев, Р.Р. Гидравлика (техническая механика жидкости): учебник / Р.Р. Чугаев. – М. :Бастет, 2008. – 672 с.16. Справочник по гидравлическим расчётам : справочное издание / П.Г. Киселев, А.Д. Альтшуль, Н.В. Данильченко и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Энергия, 1972. – 312 c.17. Константинов, Н.М. Гидравлика, гидрология, гидрометрия : учеб. для вузов: в 2 ч. / Н.М. Константинов, Н. Петров, Л. Высоцкий. – М. :Высш. шк., 1987. Ч. 1: Общие законы. – 1987. – 304 c.18. Пособие по гидравлическим расчётам малых водопропускных сооружений / ред. Г.Я. Волченкова. – М. : Транспорт, 1992. – 408 с.