3.3.3. Расчеты размыва в выходных руслах без каменной наброски

Основным параметром для размываемых выходных русел является глубина размыва, расчет которой ведут с учетом продолжительности паводка. Исходной величиной является предельная глубина размыва , определяемая для различных типов выходных русел и гидравлических характеристик потока по методике ЦНИИСа. При расчете по гидрографу паводка первоначально по данным гидрологических расчетов устанавливают его форму и продолжительность.

При наиболее распространенной треугольной форме гидрографа продолжительность дождевого паводка в сооружении определяют по формуле

(3.32)

где W - объем стока;

Q - максимальный расход в сооружении заданной повторяемости, определяемый в результате гидрологических расчетов.

Рекомендуется расчет размыва вести по эквивалентному времени,

89

принимаемому, по исследованиям ЦНИИС, равным 1/4 продолжительности подъема и спада паводка плюс время стояния его пика. Для треугольного гидрографа это время равно 1/2 продолжительности паводка. Более подробный порядок расчета с разбивкой гидрографа паводка на ступени излагается в работе [3].

Различают размыв в однородных (связных и несвязных) и неоднородных грунтах, причем для каждого из этих грунтов возможны случаи свободного или несвободного растекания и узкого лога.

Однородными считаются все связные грунты и несвязные при соблюдении условия

где средний диаметр крупных частиц, которые составляют 0,5% веса грунта, или диаметр самой крупной фракции, если она составляет не менее 0,5% веса грунта;

d — средний диаметр частиц грунта.

Свободное растекание потока в нижнем бьефе возможно, если соблюдаются следующие условия:

1) отсутствует подтопление от ниже расположенных сооружений и глубина в бытовом логе где - предельная глубина в логе в сечении полного растекания;

2. выходной лог широкий, т.е. ( - ширина бытового отводящего лога, считая по урезу воды), или , но легко размываемые берега лога; с некоторым допущением сюда следует отнести берега, не покрытые растительностью, сложенные из песчаных грунтов или слабых суглинков; для более точных расчетов можно определить скорости у берегов лога на участке растекания по графику И.А.Шеренкова [4] и сопоставить их с допускаемыми по грунтам (см. прил. 6.2, 6.3).

90

Рис.3.17 График для определения относительной глубины

размыва

Максимальную глубину размыва в условиях свободного растекания при прохождении заданного расхода в течение времени t, находят по формуле

(3.33)

где - предельная глубина размыва, соответствующая неограниченному во времени прохождению заданных расходов (см. ниже);

- доля предельной глубины размыва за данное время, определяемая по графику, приведенному на рис.3.17, в зависимости от относительного времени ;

t- принятая продолжительность размыва в ч (см. выше);

- время достижения 75% предельного размыва в ч, которое определяют по формуле

(3.34)

Здесь - расчетное сцепление связных грунтов в , устанавливаемое по данным испытаний грунтов; для несвязных грунтов Ср = 0;

 - объемный вес воды, равный 10. .

91

Предельные глубины размыва в выходных руслах без гасителей определяют по формуле

(3.35)

При принимают

В формуле (3.35) приняты следующие обозначения:

- коэффициент, учитывающий тип концевой части укреплений; для укреплений, имеющих предохранительный откос, =1,0 и для укреплений без него = 0,6;

- масштабный коэффициент, значения которого приведены в табл.3.12

Таблица 3.12

,м		при		,м		при
		=0,6	=1			=1	=0,6
0,50	0,89	0,25	0,60	3,0	0,79	0,80	1,80
0,75	0,87	0,30	0,75	4,0	0,77	0,90	2,10
1,00	0,85	0,40	0,90	5,0	0,76	1,00	2,50
1,25	0,83	0,45	1,10	6,0	0,75	1,20	2,75
1,50	0,82	0,50	1,25	10,0	0,73	1,60	3,70
2,00	0,81	0,60	1,50	15,0	0,70	2,10	4,90

- эквивалентный диаметр, представляющий собой диаметр круга, равновеликого по площади поперечному сечению сооружения ; для мостов при определении принимают высоту отверстия равной 1 м; для многоочковых труб эквивалентный диаметр определяют по суммарной площади очков;

- длина укрепления, отсчитываемая от подошвы насыпи;

- отверстие сооружения, принимаемое равным: для прямоугольных труб - их ширине; для мостов с вертикальными стенками - расстоянию между устоями; для мостов с непрямоугольными подмостовыми сечениями - средней ширине потока под мостом; для круглых труб - их диаметру;

92

для многоочковых труб - сумме отверстий очков;

- ширина сечения: для труб в конце оголовка; при портальных оголовках - в конце конусов; для мостов ( - высота насыпи у моста);

- расчетный диаметр частиц грунта.

Максимальную глубину размыва при несвободном растекании определяют по формуле

(3.36)

где - предельная глубина размыва, вычисляемая по формуле (3.35);

- показатель степени, учитывающий замедление процесса размыва в условиях несвободного растекания.

(3.37)

«Узкими» считают выходные лога, ширина которых , а берега слабо размываемы. В узких логах шириной максимальную глубину размыва определяют по формуле

(3.38)

где - коэффициент ширины лога; (3.39)

К - коэффициент формы воронки размыва (см. рис. 3.16);

- ширина лога;

- соответственно площадь живого сечения и средняя глубина воды в логе; если при расчете по формуле (3.30) то принимают ;

- показатель степени, учитывающий замедление процесса размыва в «узких» логах

(3.40)

Максимальную глубину размыва в «узких» логах при определяют по формуле

93

(3.41)

где - максимальная глубина размыва, определяемая по формуле (3.)

При > 2.5 принимают =2,5.

В случае подтопления и «узкого» лога расчет размыва ведут с учетом только одного фактора: при не учитывают ширину лога, принимая и , а при - как в «узком» логе при отсутствии подтопления, принимая и