Гидравлический расчет дренажа

Граница 1 (грунт – засыпка):

- у с л о в и е м е х а н и ч е с к о й с у ф ф о з и и.

Для предупреждения механической суффозии (выноса) мелких частиц из грунта выемки в дренирующий заполнитель входная скорость фильтрации должна быть меньше допустимой:

; (2.2.26)

, (2.2.27)

где К_f - коэффициент фильтрации, К_f =54^.10^-7 м/с.

м/с.

При двухстороннем подкюветном дренаже входные скорости равны:

- с полевой стороны:

; (2.2.28)

. (2.2.29)

- со стороны междудренажного пространства:

; (2.2.30)

. (2.2.31)

Определим входные скорости и сравним их с допустимыми:

- с полевой стороны:

м/с;

м/с.

- со стороны междудренажного пространства:

м/с;

м/с.

Из расчета следует, что скорость поступления воды в отверстия трубы на порядок меньше допустимой скорости , т.е. механическая суффозия мелких частиц из грунта выемки в дренирующий заполнитель будет предотвращена.

- у с л о в и е у с т о й ч и в о г о с в о д о о б р а з о в а н и я.

Для исключения попадания частиц грунта выемки в дренажный заполнитель необходимо соблюдать условие, чтобы размеры пор дренажного заполнителя и частиц грунта выемки находились в таком соотношении, при котором обеспечивается устойчивое сводообразование из наиболее крупных частиц грунта (d₉₀) земляного полотна на границе 1, т.е. должно выполняться условие

е_зап ≤ с ^. d_90-гр , (2.2.32)

где: е_зап - расчетный линейный размер пор дренирующей засыпки;

с - коэффициент запаса, с = 2÷4;

d_90-гр - размер частиц грунта меньше которых по массе содержится 90%.

, (2.2.33)

где: - коэффициент неоднородности;

n - пористость дренирующего заполнителя;

d_17-зап - размер частиц дрен. заполнителя, меньше которых по массе 17%.

, (2.2.34)

где: d_60-зап и d_10-зап - размер частиц дрен. заполнителя, меньше которых по массе соответственно 60% и 10%.

Размеры частиц d_90-гр определяется по графику гранулометрического состава грунта выемки (рис. 2.2.3), а размеры d_10-зап , d_17-зап и d_60-зап по графику гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя (рис. 2.2.4).

d_90-гр = 0,720мм, d_10-зап = 0,03мм, d_17-зап = 0,065мм и d_60-зап =0,5мм.

Коэффициент неоднородности составит

Определение расчетного линейного размера пор дренирующей засыпки

мм.

Проверка условия 2.2.32

2^. d_90-гр = 2^. 0,720 = 1,44 мм

0,25 < 1,44 мм – условие выполнено.

Из расчета видно, что расчетный линейный размер пор дренирующей засыпки меньше размера наиболее крупных частиц грунта (d₉₀) земляного полотна, т.е. образование устойчивого свода гарантируется. Следовательно, грунт с данным гранулометрическим составом (п. 4.2 исходных данных) может применяться в качестве дренажной засыпки.

Граница 2 (засыпка – труба):

- у с л о в и е м е х а н и ч е с к о й с у ф ф о з и и.

Предупреждение механической суффозии мелких частиц дренажной засыпки в дренажную трубу обеспечивается при условии, что

.

Исходя из этого условия, определяется площадь поверхности дренажной

трубы, требуемая для сбора и пропуска общего притока воды q в дренаж с допустимой скоростью, т.е. , где:

и ,

где: - коэффициент фильтрации дренажной засыпки, .

Тогда

,

где: F_ТР - площадь, требуемая для сбора и пропуска общего притока воды q в дренаж с допустимой скоростью;

- коэффициент, определяющий долю работающих отверстий, принимается равным 0,25 при условии, что работает каждое 4-е отверстие и 0,5 при условии, что работает каждое 2-е отверстие в трубе.

Примем условие, что при сборе и пропуске общего притока воды q в дренаж работает каждое 4-е отверстие дренажной трубы.

Тогда

(2.2.35)

Определение допустимой скорости, при которой не происходит суффозия мелких частиц из дренажной засыпки в трубу

м/с.

Тогда требуемая площадь для сбора и пропуска общего притока воды q в дренаж с допустимой скоростью составит

м².

- у с л о в и е у с т о й ч и в о г о с в о д о о б р а з о в а н и я.

Для исключения проскакивания частиц дренажной засыпки через водоприемные отверстия в трубу необходимо соблюдать условие, чтобы размеры этих отверстий и частиц заполнителя находились в таком соотношении, при котором обеспечивается устойчивое сводообразование из наиболее крупных зерен заполнителя на границе 2, т.е. должно выполняться условие

е_Т ≤ с ^. d_90-зап , (2.2.36)

где: е_Т – линейный размер водоприемного отверстия;

с - коэффициент запаса, с = 2÷4;

d_90-зап - размер частиц заполнителя меньше которых по массе содержится 90%, определяется по графику гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя (рис. 2.2.4).

Для исключения быстрого засорения водоприемных отверстий дренажной трубы необходимо, чтобы их диаметр был не менее 0,01 м.

Проверка условия 2.2.36

2^. d_90-зап = 2 ^.3,6 = 7,2 мм = 0,0072 м.

0,01 > 0.0072 м – условие не выполняется.

Так как условие 2.2.36 не выполняется, то устойчивое сводообразование не обеспечивается. Следовательно, для исключения попадания частиц дренажной засыпки через водоприемные отверстия в трубу необходимо устройство геотекстиля на границе 2.

Площадь поперечного сечения водоприемного отверстия составляет

м².

Количество отверстий на 1 пог. м длины трубы определяется по формуле

, (2.2.37)

отв.

Рис. 2.2.3. График гранулометрического состава грунта выемки.

Рис. 2.2.4. график гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя