Проект капитальной дноуглубительной прорези

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 41Следующая ⇒

Проект капитальной прорези содержит следующие основные разделы: анализ руслового процесса на перекате; анализ условий судоходства; выбор трассы капитальной прорези; гидравлические расчеты; подсчеты объемов землечерпательных работ; организация дноуглубительных работ.

В состав исходных данных входят: планы переката за многолетний период; последняя съемка переката с прилегающими плесовыми лощинами и указанным положением пойменных бровок; сведения о глубинах судового хода на перекате за последние 5-10 лет; сведения об объемах дноуглубительных работ за эти же годы; кривая расходов воды по ближайшему гидрологическому посту; материалы русловых исследований переката (данные нивелировок свободной поверхности, поплавочные наблюдения, расходы воды, расходы наносов, пробы донных отложений).

Работа над проектом начинается с анализа планового материала за многолетний период. Изучение планового материала дает возможность выявить общую тенденцию развития руслового процесса на участке, установить характер и интенсивность деформаций. На этой основе осуществляется выбор трассы проектируемой капитальной прорези. При выборе окончательного варианта прорези принимают во внимание удобство прорези для судоходства, степень ее устойчивости и объем извлекаемого грунта.

Для того чтобы составить прогноз деформаций прорези, необходимо знать распределение в ней скоростей течения. Оно связано с полем скоростей за кромками прорези, и, таким образом, для выполнения анализа нужно иметь поле скоростей течения в зоне влияния прорези при расчетном уровне воды. Поле скоростей течения на участке реки может быть построено с использованием нескольких различных подходов. При этом можно прибегнуть к гидравлическому или аэродинамическому моделированию. Однако более часто в проектной практике используются расчетные методы, основанные на различных методиках расчета.

При неплавно изменяющемся движении воды в расчетной практике обычно применяются методы численного решения уравнений движения с учетом конвективных ускорений. Прежде широко использовалась также методика И.А. Шеренкова [1978], являющаяся одним из частных решений этой задачи.

Положение дел значительно облегчается при переходе к плавно изменяющемуся движению воды в реке. В этом случае силы инерции могут быть отброшены, а криволинейные ортогональные поперечники заменены прямолинейными. Основанный на этих допущениях метод расчета получил название метода плоских сечений М.А. Великанова [Руководство…,1965]. Кратко существо данного метода заключается в следующем.

На основе формулы Шези с учетом рекомендаций, полученных в работе [Гладков, 1984], исходная зависимость для определения значений элементарного расхода воды на вертикалях записывается в следующем виде

, (4.25)

где: =const – постоянная величина для данного поперечного сечения;

I – продольный уклон свободной поверхности;

C – коэффициент Шези;

h – глубина потока на вертикали.

Полный расход воды Q, проходящий через поперечное сечение шириной B, выражается интегралом

. (4.26)

Величина k определяется, как отношение заданного расхода воды в реке, к величине интеграла

. (4.27)

План течения на перекате строится при рабочем уровне дноуглубления Z_раб для бытового и проектного (с учетом прорези и отвала) состояний русла. Более подробно последовательность вычислений при построении плана течений по методу плоских сечений приводится в соответствующих рекомендациях и руководствах по расчету [Руководство…,1965; 1974; 1992].

Результаты построения показаны графически на рис. 4.5.

При выполнении вычислений следует обратить внимание на следующее. В исходных рекомендациях, разработанных М.А. Великановым, было принято, что расход воды по ширине русла распределяется пропорционально глубине на вертикали в степени 5/3.

Выполненные автором исследования [Гладков, 1984] показали, что в соответствии с установленной для перекатов рек зависимостью коэффициента Шези от числа Фруда, более точным будет использование данной расчетной формулы, которая и рекомендуется в дальнейшем для применения в расчетной практике.

Некоторые простые задачи неплавно изменяющегося движения, например, построение плана течений на перекате с затонской частью, могут быть решены с использованием модифицированного метода плоских сечений, известного под названием метода фрагментов (предложен
К.В. Гришаниным, [Руководство…,1992]).

Рис. 4.5. Графическое распределение расхода воды
по ширине поперечника

Капитальная прорезь обычно оказывается расположенной в границах одной-двух плановых струй. Об устойчивости прорези можно судить, рассчитав начальные скорости деформаций дна в пределах этих струй. Предварительное заключение об устойчивости прорези состоит в следующем.

По результатам выполненных расчетов строятся совмещенные графики изменения средней и неразмывающей скоростей течения по длине струи в виде V_стр= V_стр( l), V_нр= V_нр( l), и V_разм= V_разм( l) (рис. 4.6). Если на графике средняя скорость в струе по длине прорези окажется больше величины неразмывающей скорости, то это значит, что в границах прорези имеет место перемещение наносов.

Если при этом величина производной от изменения средней скорости в струе возрастает по ее длине ¶V_стр/¶l ³0, то в прорези будут наблюдаться деформации размыва дна. И, наоборот, если скорость уменьшается по длине струи, то в границах прорези будет происходить отложение наносов.

Если средняя скорость в струе окажется меньше неразмывающей, то считается, что движения русловых наносов в полосе прорези нет. При этом, однако, не исключается отложение в полосе прорези части взвешенных наносов, поступающих с вышерасположенного участка.

Расчет начальной скорости деформаций в полосе капитальной прорези выполняется на основе баланса наносов. Уравнение деформаций в конечно-разностной записи имеет вид

Рис. 4.6. Графики изменения скоростей (а)

и начальной скорости деформаций (б) по длине струи

, (4.28)

где: – приращение расхода влекомых наносов;

– средняя на участке ширина струи;

D Z¶ – приращение отметки дна;

D l – длина расчетного участка;

D t – расчетный интервал времени;

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

Значения расхода влекомых наносов в расчетных сечениях струй вычисляются по формуле К.В. Гришанина

. (4.29)

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

. (4.30)

При этом величина x_нач получает тот же знак, что и величина D Q_s.

Если сечения пронумерованы сверху вниз, то положительным величинам D Q_s и x_нач отвечают деформации намыва, а отрицательным – деформации размыва дна прорези. По результатам выполненных расчетов строят график изменения скорости начальной деформации по длине струи
x_нач = x_нач( l), который располагают под графиком изменения скоростей
(см. рис. 4.6). Полученные данные позволяют сделать окончательный вывод об устойчивости запроектированной прорези.

В случаях, когда капитальная прорезь имеет большую длину и сечение выемки сопоставимо с площадью живого сечения реки, дополнительно выполняют расчеты отметок свободной поверхности на участке с тем, чтобы оценить влияние дноуглубительной прорези и отвала грунта на положение уровней воды. При необходимости, в дальнейшем следует наметить мероприятия по предотвращению возможного снижения уровней воды в зоне влияния капитальных дноуглубительных работ.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 733; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 28 29 30 31 323334 35 36 37 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!