Оценка устойчивости дноуглубительной прорези

Расчет прорези на перекате в несвязном грунте состоит из двух частей: построения плана течений и расчета деформаций дна. Сначала строится план течений для бытового состояния русла, затем для проектного (т.е. с учетом прорези и отвала грунта). Расчет деформаций делается только для проектного состояния. Все расчеты выполняются при рабочем уровне дноуглубительных работ H_раб (указан в задании), которому отвечает расход воды Q, определяемый по кривой расхода для соответствующего гидрологического поста.

Глубина разработки прорези T_пр от проектного уровня с учетом переуглубления при траншейной работе землесоса равна T_пр=T_г+h_пер, где h_пер=0.7÷0.8 м – величина технологического переуглубления. Площадь отвала грунта при рефулировании в воду принимается с учетом частичного уноса равной 0.7-0.8 от площади выемки.

3.1. Построение плана течений по способу плоских сечений

Приближенный способ построения плана течений, предложенный М.А. Великановым, основан на использовании формулы Шези.

Исходная зависимость для определения значений элементарного расхода воды на вертикалях записывается в следующем виде:

q=kh^3/2 (2)

где: const – постоянная величина для данного поперечного сечения;

I- продольный уклон свободной поверхности;

n- коэффициент шероховатости русла, с/м^1/3;

H- средняя глубина в живом сечении, м;

h- глубина потока на вертикали, м.

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

(3)

Величина k определяется как отношение заданного расхода воды к величине интеграла

(4)

План течения на перекате строится при рабочем уровне дноуглубления H_раб. Рекомендуется следующая последовательность построения плана течений по способу плоских сечений.

1. На плане участка реки в характерных местах русла намечают 5-7 расчетных поперечных сечений. Обычно назначается по одному поперечнику в верхней и нижней плесовых лощинах и несколько поперечников в пределах проектируемой прорези. Поперечники следует ориентировать сообразуясь с рельефом дна таким образом, чтобы они располагались перпендикулярно к среднему направлению течения воды (рис.1).

2. Вычерчивают поперечные профили русла во всех сечениях до рабочего уровня воды.

3. Для каждого поперечного сечения на характерных вертикалях вычисляют значения h^3/2. Подсчитывают средние значения (h^3/2)_ср в отсеках, расположенных между смежными вертикалями, и для каждого из них вычисляют произведения ∆b(h^3/2)_ср, где ∆b – ширина отсека (расстояние между смежными вертикалями).

.

4. Последовательно суммируют значения вычисленных произведений ∆b(h^3/2)_ср, т.е. таким образом вычисляют значение интеграла для всего поперечного сечения шириной B.

5. По формуле (4) вычисляют значение коэффициента k для данного поперечного сечения при известном полном расходе воды Q.

6. Определяют значения ординат интегральной кривой распределения расхода воды по ширине русла путем умножения результатов последовательного суммирования величин ∆b(h^3/2)_ср на значение коэффициента k. При этом в конце поперечного сечения должен получиться полный расход воды Q=k ∑ ∆b(h^3/2)_ср.

По данным вычислений строится интегральная кривая распределения расхода воды в поперечном сечении русла.

7. Конечную ординату интегральной кривой, представляющую собой полный расход Q, делят на равные части по числу N намеченных струй Q_стр=Q/N. Число плановых струй принимается обычно равным N=5.

8. Точки раздела ординаты сносят горизонтально на интегральную кривую, а с последней – вертикально на линию уровня воды, определяя таким образом границы струй с равным расходом Q_стр.

9. Перенося точки, соответствующие границам струй, на план участка и проведя через них плавные линии, получают план течений, который дает возможность установить направление течения и определить значения средних скоростей потока для каждой расчетной струи. При этом сначала строится план течений для бытового состояния русла. Расчет распределения расхода воды в этом случае выполняется по ширине каждого расчетного поперечника.

План течений для бытового состояния переката, т.е. до разработки прорези, позволяет сделать окончательный выбор планового положения прорези. Если окажется, что линии тока (границы струй) образуют углы с осью прорези более 10°, расположение прорези корректируют, сближая ее направление с направлением течения.

После этого переходят к построению плана течений для проектного состояния русла, т.е. с учетом прорези и отвала. Для этого заново рассчитывают распределение расхода воды по ширине поперечников, которые пересекают прорезь и отвал.

Графический расчет распределения расхода по ширине поперечника оформляется, как показано на рис.2. В графах h и h^3/2 для проектного состояния русла значения этих величин на границах прорези выписываются дробью – в числителе значение для бровки прорези, в знаменателе – на ее дне.

Планы течений (линии тока) для бытового и проектного состояния русла совмещаются и оформляются на отдельно вычерченном плане переката, на котором показываются только нулевая и проектная изобаты, а также положение дноуглубительной прорези и отвала грунта (рис.3).