Тема задания: расчет каналов

Цель работы: освоить методику расчета каналов.

Задание. Канал трапециидального сечения (рис. 2), проложенный в грунтах со средним размером частиц грунта 0,25 мм, предназначенный для пропуска расхода воды Q=16+N (N – номер варианта) м³/с, по гидрогеологическим условиям может иметь глубину не более h=7 м. Определить глубину канала, необходимую для пропуска заданного расхода, если b=8м при уклоне i=0,0004+N и заложения откосов m=1м, предварительно составив таблицу 1. Коэффициент шероховатости n выбрать в зависимости от характеристики русла. Определить транспортирующую способность канала. Проверить скорости движения воды в канале на заиление и размыв, сопоставить коэффициент заложения откосов с данными из СНиПа. При превышении скорости критических значений изменить параметры канала.

Ход решения:

1. Определяем требуемый модуль расхода канала

K_тр.=Q/ √i

2. Подбираем величину h, и строим график зависимости К от h

Таблица 1

Задаем величину h	w=(b+mh)h	=b+2h (1+m2)	R= w/	C=1/n Ry	K=wC √R
h1
h2

3. По Kтр определяем h

Дополнительно определить коэффициенты Шези по приведенным ниже формулам.

Для определения коэффициента Шези в области квадратичного сопротивления широко используются формула И. И. Агроскина

С= 17,72(0.056/n+lgR).

Основанная на большом опытном материале формула Агроскина дает удовлетворительные результаты при n=0,009-0,040 и R = 0,1-3,0 м.

При приближенных расчетах и для расчета каналов с неболь­шими расходами принимают y=1/6 или y=1/5 и пользуются формулами Маннинга:

С

Рис. 2. Схема для расчета канала

=1/nR^1/6,

или Форхгеймера:

С=1/nR^1/5

Значения n берутся из таблицы 3.

В области гидравлически гладких русел применяется формула:

С=18,75Re^0.125

В области ламинарного режима движения применяется формула:

С=1,81Re.

Для рек формирующих русла в песчано-гравийных породах:

С=14,8/i ^1/6-26.

При равномерном движении воды в каналах расход Q, м³/с, следует определять по формуле

, (1)

где w— площадь живого сечения, м²; v — скорость течения воды, м/с; С — коэффициент Шези, м^0,5/с; R — гидравлический радиус, м; i — гидравлический уклон.

Для каналов с гидравлическим радиусом R  5 м коэффициент Шези следует определять, как правило, по формуле:

, (2)

; (3)

где n — коэффициент шероховатости, определяемый по таблицам 1  4 рекомендуемого приложения 14.

Допускается определять коэффициент Шези по формуле

. (4)

Для практических расчетов значение коэффициента Шези в формуле (2) допускается принимать по гидравлическим справочникам.

Для приближенных расчетов допускается использование формулы

. (5)

Для каналов с гидравлическим радиусом R > 5 м коэффициент Шези следует определять по каналам, работающим в аналогичных условиях.

При неравномерном движении воды в каналах необходимо определять соотношение бытовой h_о и критической d_cr глубин, при которых возможны кривые подпора или спада.

Критическую глубину d_cr, м, следует определять подбором по уравнению

, (6)

где w_cr — площадь живого сечения, соответствующая критической глубине, м²; В_сr — ширина канала по урезу воды при критической глубине, м;   коэффициент, вводимый для учета кинетической энергии и равный 1,1; Q — расход воды в канале, м³/с; g — ускорение свободного падения, м/с².

Критическую глубину d_cr, м, для каналов трапецеидального сечения следует определять по формуле

d_cr = k d_crf, (7)

где k = 1 - + 0,105_n; (8)

_n = , (9)

d_crf — критическая глубина в условном прямоугольном сечении, ширина по дну которого равна ширине по дну рассчитываемого канала трапецеидального сечения, м; b — ширина трапецеидального канала по дну, м; m — коэффициент заложения откоса.

Критическую глубину в условном прямоугольном русле следует определять по формуле

, (10)

где Q  расход, равный расходу рассчитываемого канала трапецеидального сечения, м³/с;  = 1,1.

Критический уклон i_cr, следует определять по формуле

, (11)

где С_cr, — коэффициент Шези для канала с критической глубиной d_cr; _cr — смоченный периметр канала при критической глубине, м;остальные обозначения те же, что и в формуле (6)

Исходя из полученных значений d_cr и i_cr назначаются значения глубины наполнения и уклона дна канала. Околокритический режим работы канала не допускается.

Определение транспортирующей способности канала, размывающей и незаиляющих скоростей. Уклон канала должен обеспечивать средние скорости воды в пределах

,

где v_m — средняя скорость воды в канале, м/с; v₁ — допускаемая незаиляющая скорость воды, м/с; v₂ — допускаемая неразмывающая скорость воды. м/с.

Допускаемые неразмывающие скорости для каналов в земляном русле и с грунтово-пленочным экраном при расходах до 50 м³/с следует принимать в соответствии с табл. 4.

Проверка незаиляемости канала должна осуществляться по транспортирующей способности канала или по незаиляющей скорости воды в канале.

Транспортирующую способность канала , г/м³, следует определять по формулам:

при 2 < W < 8 мм/с

при 0,4 < W < 2 мм/с

,

где W — гидравлическая крупность частиц среднего диаметра, принимаемая по таблице 2; v — скорость течения воды в канале, м/с; R — гидравлический радиус канала, м; i — уклон дна канала.

Величину незаиляющей скорости v_s м/с, необходимо вычислять по формуле

v_s = 0,3 R^0,25,

где R — гидравлический радиус канала, м.

Допускается определять незаиляющую скорость по формуле

v_s = AQ^0,2, (4)

где A — эмпирический коэффициент; А = 0,33 для < 1,5; А = 0,44 для = 1,5,..., 3,5 А = 0,55 для > 3,5; — средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, мм/с; Q — расчетный расход, м³/с.

Основные типы задач при расчете каналов. При проектировании трапецеидальных каналов рассматри­вают три основных типа задач.

Коэффициент откоса m обычно выбирается из условия устойчивости откосов или их облицовки; коэффициент шероховатости и выбирается в зависимости от характеристики поверхности русла.

Таблица 2