30.Гидравлический расчёт водобойного колодца.

Гидравлический расчет водобойного колодца состоит в определении глубины колодца и его длины.

Определение глубины колодца. Затопление прыжка в водобойном колодце осуществляется путем увеличения глубины в нижнем бьефе за счет опускания дна колодца . Но одновременно с опусканием дна колодца растет высота падения струи с порога перепада, что приводит к уменьшению сжат ой глубины и, как следствие, росту глубины сопряженной сжатой. Таким образом, вторая сопряженная глубина зависит от глубины колодца, поэтому данную задачу приходится решать подбором или графически.

Порядок расчета следующий:

1) задаемся произвольной величиной глубины колодца h₀;

2) находим значение полного напора H=E₀+h₀ ;

3) по найденному значению полного напора определяем величину сжатой глубины, решая

4) вычисляем вторую сопряженную глубину, используя основное уравнение прыжка:

5) сравниваем найденную величину h2 с h_б+d , если данные величины не равны, задаемся новым значением глубины колодца и повторяем пп. 1–5;

6) для ускорения решения задачи вычисления по пп. 1–5 заносятся в таблицу

7) по двум последним графам строятся графики h₂=f₁(d₀) и d₀+h_б =f₂(d₀)

8) точка пересечения графиков даст теоретическую глубину колодца d0;

9) для затопления прыжка найденную глубину колодца необходимо увеличить на 5¸10 %. Pcт=Ɠ*h^’’-H₀ Ɠ-коэф.запапса 1.05-1.1 Q=m√2g*H^3/2 H₀=(Q / m*√2g)^2/3

31. Гидравлический расчет водобойной стенки

При устройстве водобойной стенки дно нижнего бьефа не опускается, поэтому величины сжатой глубины и, следовательно, глубины сопряженной сжатой не изменяются. Если водобойная стенка работает как неподтопленный водослив практического профиля, то задача решается без подбора.

Расчет выполняется следующим образом.

1)Из формулы водослива Q=m√2g*H^3/2 H₀=(Q / m*√2g)^2/3 ;

2. Вычисляется значение геометрического напора водослива H=H₀+h_V , h_V-скоростной напор

h_V=αv²/2g

3)определяется высота водобойной стенки p_ст=1,05h₂-H p_ст-высота стенки; h₂-высота –го сопряженного бьефа

4) Если водослив не подтоплен, то проверяют сопряжение бьефов ниже водобойной стенки. При наличии отогнанного прыжка проектируют следующую водобойную стенку меньшей высоты.

5) Если водослив подтоплен, то задачу приходится решать подбором. Задаются рядом высот водобойной стенки. Для этих высот вычисляются: геометрические и полные напоры на водосливе; высоты подтопления; степени подтопленияh_N/H

6) Используя степень подтопления, интерполяцией данных определяют коэффициент подтопления.

7) Вычисляются удельные расходы водослива.

8) В случае равенства удельного расхода водослива заданному значению расчет останавливается.

32. Сопрягающие сооружения,гидравлический расчёт быстротоков. Гидравлический расчёт перепадов.

Быстроток-это сопрягающие сооружения, которые обеспечивают сопряжение потоков, протекающих на разных уровняхв местах с резким изменением отметок поверхности земли. Быстроток состоит из следующих основных элементов: входа, лотка быстротока(водоската)с уклоном превышающий крит-ий уклон, и выходной части. Формула расчета входной части быстротока : в=Q/(m*√2g*H_o^3/2) Расчет водоската или лотка быстротока:

Перепады:Ранее было отмечено ,что перепады могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. На водоотводных устройствах у железнодорожного пути могут встретиться короткие участки по их трассе, где разность отметок верхнего и нижнего бьефов составляет не более 2 м, в этом случае возможно применение одноступенчатого перепада. При бóльшей величине разности отметок целесообразно устройство многоступенчатого перепада.

Рассмотрим методики и примеры расчета одноступенчатого и многоступенчатого перепадов. При расчете необходимо использовать справочник.Гидравлический расчет одноступенчатого перепада с прямоугольным русломРасчет начинается с определения, требуется или нет гаситель энергии воды у перепада

Гаситель энергии у перепада можно не применять, если h_C^’˂ h_б , т. е. в нижнем бьефе имеет место затопленный прыжок.Гаситель энергии необходим, еслиh_c^’˃ h_б , т. е. имеет место отогнанный или надвинутый прыжок.

Водобойная часть перепада вычисляется из :l_ст=l_n+l_п.пр+б ; p_ст=1,05h₂-H p_ст-высота стенки; h₂-высота –го сопряженного бьефа

33. Фильтрация.Общие сведения.

Водопроницаемость грунтов — способность водонасыщенных грунтов пропускать сквозь себя воду за счёт градиента напора. Связана с одним из важнейших процессов массопереноса в грунтах — фильтрацией воды (или иных жидкостей), изучаемой в инженерной геологии и гидрогеологии.

Закономерности фильтрации воды в водонасыщенных грунтах при ламинарном режиме течения описываются законом Дарси: v = k_ф∙ gradI, где v — линейная скорость фильтрации, см/с; k_ф — коэффициент фильтрации, см/с; gradI — градиент напора, равный отношению величины падения напора (ΔH) к длине пути фильтрации (L), т.е. gradI = ΔH/L. Коэффициент фильтрации является основной характеристикой водопроницаемости грунтов и измеряется в см/c или м/сут.

Для объёмной скорости фильтрации (v_об), измеряемой в см³/c (или в м³/сут), закон Дарси имеет вид: v_об = k_ф∙S∙gradI = k_п∙ρ_wS∙gradI /η , где k_п — коэффициент проницаемости грунта, в дарси (Д); S — площадь поперечного сечения, см²; ρ_w — плотность воды, г/см³; η — вязкость воды, спз.

Коэффициент проницаемости (k_п) имеет размерность площади и в системе СИ измеряется в м², а в СГС — в см². На практике чаще используется другая единица измерения коэффициента проницаемости — дарси (Д); 1 Д = 1,02∙10^-12 м² = 1,02∙10^-8 см². Соотношение между k_ф и k_п следует из выражения: k_ф = k_п∙ρ_w/η. Уравнение Дарси в простой форме справедливо лишь в определенных пределах скоростей фильтрации, определяемых диапазоном числа Рейнольдса Re = 1 — 10.

Водопроницаемость грунтов зависит от большого числа факторов. Наиболее существенно на k_ф влияют структурно-текстурные особенности грунта:гранулометрический состав, его однородность, форма и размер пор, ширина раскрытия трещин и т.п. В зависимости от этих факторов коэффициент фильтрации различных грунтов меняется в очень широких пределах (см. табл.). Увеличение геостатического давления приводит к уплотнению грунтов, уменьшению их пор, следствием чего является общее снижение k_ф грунтов с глубиной. Наличие защемлённых газов уменьшает k_ф. На величину k_ф также влияют и особенности фильтрующейся жидкости, а также условия фильтрации. Среди внешних факторов наибольшее влияние на k_ф оказывает температура: с ее ростом происходит увеличение k_ф.

34. Равномерная фильтрация. При равномерном движении грунтовых вод ,скорость фильтрационного потомка const,по всей длинне фильтрации.Уклон свободной поверхности фильтрационного потока равен уклону подстилающего грунта т.е водоупора.При равномерном движении грунтового потока скорости фильтрации одинаковы т.к.они зависят от уклона I=i Фильтрационный расход: Q=

-уравнение безнапорного движения грунтовых вод

35. Неравномерная фильтрация.

При неравномерном движении скорость фильтрации и гидравлический уклон I изменяются вдоль фильтрационного потока .

-диф.уравнение для равнозернистых однородных грунтов