Канал в две нитки, / —' нагорная канава; 2 — кювет; 3 — берма; 4 — насыпь; 5 — слой грунта; 6 — противофильтрационная пленка; 7 — кавальер, 8 — дрены

391

Определив глубину канала d (м), из выражения (13.1) нахо­дят его ширину Ь.

Рекомендуемые значения заложения откосов каналов т из ус­ловия их устойчивости и значения р приведены ниже:

Ориентировочные значения заложения откосов каналов в выемках глубиной до 5 м [19]

Скала 0,1 ... 0,5

Галька и гравий с песком 1,25 ... 1,5

Глина, суглинок тяжелый и средний 1,0 ... 1,5

Суглинок легкий, супесь . 1,25 . . . 2,0

Песок крупный и среднезернистый 1,25 ... 2,25

Песок мелкозернистый 1,25 . . . 2,5

Песок пылевидный 3,0 . . 3,5

Значения (3 для каналов

с гидравлически наивыгоднейшим сечением трапецеидальной формы в зависимости от заложения его откосов

m . О 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0

Р . . . 2,5 1,56 1,24 0,83 0,61 0,47 0,85 0,325 0,250

На выбор величины (3, кроме того, влияют условия незаиля-емости и неразмываемости русла канала, а также условия его зим­ней эксплуатации.

Следует, однако, иметь в виду, что гидравлически наивыгод­нейшее сечение канала не всегда целесообразно по производствен­ным условиям, ибо ширина таких каналов по дну обычно получа­ется достаточно малой, что затрудняет использование современных механизмов. В этом случае, задаваясь необходимой шириной ка­нала Ј>_min по производственным условиям (обычно не менее 1,5... 2,0 м), по формуле (13.1) определяют его глубину.

При комплексном назначении канала, определяя его сечение, учитывают и интересы соответствующих отраслей народного хо­зяйства.

После определения площади поперечного сечения канала произ­водят его проверку на допускаемые скорости течения.

13.2. СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВОДЫ В КАНАЛАХ

Скорости течения воды в каналах в общем случае должны быть такими, при которых отсутствовали бы размывы дна и откосов ка­нала, его заиление и зарастание.

Наибольшую скорость течения воды в канале, при которой от­сутствует размыв дна и откосов канала или его облицовок, называ­ют неразмывающей скоростью. Процесс размыва грунтового ложа канала является достаточно сложным и зависит от крупности частиц грунтов, слагающих его ложе, их плотности, связности, глубины потока, распределения скоростей течения по сечению канала, ше­роховатости ложа и т. п. Оценить влияние всех этих факторов весь­ма сложно, в связи с чем до настоящего времени определение ка! неразмывающих, так и незаиляющих скоростей производят доста

392

точно приближенно. На это влияет также и то, что при гидравли­ческих расчетах каналов обычно оперируют понятием о средних скоростях течения воды.

Для определения неразмывающих скоростей существуют как чисто эмпирические формулы, так и формулы, имеющие некоторые теоретическое обоснование.

К первой группе формул относится, например, формула, пред­ложенная Б. И. Студеничниковым:

(13.4)

где Vnv — средняя неразмывающая скорость в каналах, проложен­ных в относительно неоднородных грунтах; di₀/d_m=0,2... 0,3 м/с; d_m — средняя крупность частиц грунта, м.

Получаемые по (13.4) неразмывающие скорости при глубине во­ды в канале, например, J=5,0 м равны: при d_m = 0,l ... 1,0 мм V_nv = Q,3... 0,96 м/с; при d_m=\ ... 10 мм У_Пг> = 0,54... 1,7 м/с и при d_m= 10 ... 100 мм 1/„₀ = 0,96 ... 3,6 м/с.

Если ложе канала сложено сравнительно однородным плотным несвязным грунтом di₀/d_mxQ,67, то значения средних скоростей, вычисленные по формуле (13.4), увеличивают в 1,3 раза, а для ка­налов, проложенных в рыхлых грунтах, понижают в 0,85 раза.

При наличии в потоке, проходящем по каналу, взвешенных на­носов расчетную неразмывающую скорость потока можно увели­чить, умножая полученные по (13.4) ее значения на эмпирический коэффициент \ 1 -f-36'^, предложенный Б. И. Студеничниковым (S — мутность пЪтока, кг/м³).

К числу формул, имеющих теоретическое обоснование, относит­ся формула, полученная Ц. Е. Мирцхулавой на основании анали­за условия равновесия сил, действующих со стороны турбулент­ного потока на неровности поверхности ложа канала, и сил сопро­тивления сдвигу и вырыву отдельной частицы из общей массы грунта с учетом усталостных явлений в грунте. Для использования этой формулы требуются достаточно полные данные о структуре потока и свойствах грунта ложа канала.

Полученные по этой формуле неразмывающие скорости потока для каналов, проложенных в связных грунтах, в зависимости от глубины воды в канале, удельного сцепления грунта и содержания в нем легкорастворимых солей приведены в [16]. Там же приведены и значения неразмывающих скоростей для каналов, проложенных в скальных грунтах, которые зависят от глубины потока и вре­менного сопротивления грунтов сжатию в состоянии полного водо-насыщения, а также данные по неразмывающим скоростям для различных облицовок.

Незаиляющей скоростью потока называют такую скорость, при которой не происходит оседания частиц грунта, влекомых пото­ком во взвешенном состоянии. Последние поступают в канал из ис­точника, снабжающего канал водой, или в результате размыва ло-

393

жа канала на отдельных его участках. Средняя незаиляющая ско­рость потока может быть определена по формуле И. И. Леви:

(13.5)

где w — гидравлическая крупность частиц взвешенных наносов диаметром d_m, мм/с; d_m — средний диаметр преобладающих частиц взвешенных наносов, мм; р — процент содержания (по массе) взве­шенных наносов размером более 0,25 мм; п — коэффициент шеро­ховатости русла; R — гидравлический радиус сечения канала, м.

Некоторые авторы считают, что представление о незаиляю-щей скордсти более надежно можно получить исходя из понятия о транспортирующей способности потока (см. гл. 5).

Зарастание каналов водолюбивой растительностью (тростни­ком, камышом, осокой и др.) наблюдается в основном у берегов, где глубины невелики. Каналы глубиной менее 2,0 м могут зарас­тать по всему профилю. Интенсивность зарастания зависит от кли­матических и прежде всего температурных условий. Зарастание, как и заиление, снижает пропускную способность канала, в связи с чем оно не может быть допущено. Считается, что при скорости течения в канале больше 0,5 ...0,6 м/с зарастания не происходит. С зарастанием каналов борются и другими методами: путем очист­ки каналов специальными механическими устройствами, исполь­зования для крепления откосов каналов новых материалов, на ко­торых организмы жить не могут (например, полиэтиленовых пле­нок), заселения каналов травоядными рыбами (толстолобиком, бе­лым амуром) и т. д.