- •Курс лекций
- •Раздел 1. Гидравлика
- •1.1. Основные физические свойства жидкостей и газов. Гидростатика.
- •1.1.1. Основные физические свойства жидкости
- •Реальная и идеальная жидкость.
- •1.1.2. Гидростатика Абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред. Силы, действующие в жидкостях
- •Гидростатическое давление и его свойства
- •Основное уравнение гидростатики
- •Принцип действия гидростатических машин
- •Избыточное давление. Способы выражения гидростатического давления
- •Суммарное давление жидкости на плоскую поверхность
- •Центр давления жидкости на плоскую поверхность
- •Графический способ определения величины суммарного давления жидкости на плоскую поверхность и положения центра давления
- •Суммарное давление жидкости на криволинейную поверхность
- •1.2. Основы кинематики и динамики жидкости
- •1.2.1. Основы кинематики жидкости Общий характер движения жидких частиц
- •Кинематические элементы движущейся жидкости
- •Уравнение сплошности (неразрывности) течения
- •Понятие о потоке жидкости
- •Гидравлические элементы потока жидкости
- •Виды движения жидкости Неустановившееся и установившееся движение
- •Неравномерное и равномерное движение жидкости
- •Напорное и безнапорное движение жидкости
- •Режимы движения жидкости
- •Сопротивления при ламинарном и турбулентном движении
- •Распределение скоростей в потоке при ламинарном и турбулентном режимах
- •1.2.2. Основы динамики жидкости Методы изучения движения жидкости
- •Дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости
- •Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения
- •Конечно-разностные формы решения уравнений движения жидкости
- •Уравнение д. Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости Вывод уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости
- •Геометрический смысл уравнения Бернулли
- •Энергетический смысл уравнения Бернулли
- •Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости
- •Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •Учет гидродинамических явлений в технике Взаимосвязь уравнения неразрывности и уравнения Бернулли
- •Кавитация
- •Измерение скорости потока и расхода жидкости
- •1.3. Одномерное движение жидкости и газа
- •1.3.1. Гидравлические сопротивления Виды гидравлических сопротивлений
- •Основные понятия о потерях напора (энергии) на гидравлических сопротивлениях
- •Потери напора на трение по длине потока
- •Потери напора от местных сопротивлений
- •1.3.2. Движение несжимаемой жидкости в трубах Применение уравнения Бернулли и принципа сложения потерь напора к расчету коротких водопроводных труб
- •Из уравнения неразрывности для потока жидкости следует:
- •Построение пьезометрической линии
- •Гидравлический расчет длинных трубопроводов
- •Водопроводная формула
- •Обозначив
- •Расчет простого водопровода
- •Получим
- •Расчет элементов сложного трубопровода
- •Б. Параллельное соединение труб.
- •1.3.3. Движение сжимаемой жидкости (газа) Основные физические свойства газов
- •Общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах
- •Уравнение д.Бернулли для газов
- •Число Маха
- •Основные закономерности одномерного движения газа Зависимость между скоростью звука и скоростями течения сжимаемой жидкости
- •Зависимость между изменениями сечения и скоростью течения потока сжимаемой жидкости
- •Зависимость между изменениями плотности и скоростью течение потока сжимаемой жидкости
- •Применение уравнения Бернулли к расчету движения газа по трубам
- •1.3.4. Истечение жидкости через отверстия и насадки Классификация отверстий и основные характеристики истечений
- •Истечение из малого отверстия в тонкой стенке
- •Расход жидкости, вытекающей из отверстия будет равен
- •Истечение из большого отверстия в тонкой стенке
- •Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре
- •Внешняя цилиндрическая насадка (рис. 3 – 1).
- •Истечение жидкости при переменном напоре
- •1.3.5. Движения жидкости в открытых руслах Виды движения жидкости
- •Типы открытых русл
- •Удельная энергия сечения
- •Критическая глубина
- •Бурное и спокойное состояние потока
- •Расчетные характеристики равномерного движения в открытых руслах
- •Гидравлические элементы поперечного профиля канала
- •Основные зависимости для расчета равномерного движения в призматических руслах
- •Поделив все члены уравнения (1 – 1) на вес жидкости ..L и группируя все слагаемые с одинаковыми индексами, получим:
- •Формула Шези
- •Гидравлически наивыгоднейшее сечение трапецеидального канала
- •Гидравлический показатель русла
- •Допускаемые скорости течения в каналах
- •Методы расчета равномерного движения в каналах
- •Особенности расчет равномерного безнапорного движения в каналах замкнутого поперечного профиля
- •Приближенные расчеты равномерного движения в естественных руслах
- •Основные задачи при гидравлическом расчете каналов
- •Параметры неравномерного движения жидкости в открытых руслах
- •Основное уравнение неравномерного движения
- •Удельная энергия сечения потока
- •Критическое, спокойное и бурное состояние потока
- •Гидравлический прыжок
- •Уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения жидкости в непризмагических руслах
- •Дифференциальные уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения в призматических руслах
- •Общий анализ дифференциальных уравнений неравномерного движения в призматических руслах
- •Формы свободной поверхности при неравномерном плавноизменяющемся движении в призматических руслах
- •Типы задач при расчете неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Прямые задачи расчета неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Обратные задачи расчета неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Построение кривых свободной поверхности потока неравномерного движения жидкости в непризматических руслах
- •Построение кривых свободной поверхности потока неравномерного движения жидкости в естественных руслах
- •1.3.6. Водосливы
- •Классификация водосливов
- •Расход через прямоугольный водослив
- •Бреши в плотинах. Расход воды через бреши
- •1.3.7. Относительное движение жидкости и твердого тела Общие понятия
- •Сопротивление трения при обтекании плоской пластины
- •Отрыв пограничного слоя
- •Распределение давления по поверхности обтекаемого тела. Сопротивление давления
- •Суммарное сопротивление при обтекании твердого тела
- •Сопротивление воды движению плавающих средств
- •Составляющие силы полного сопротивления
- •Влияние гидродинамической поддерживающей силы Rz
- •Подъёмная сила
- •Аэродинамические сила и момент
- •Аэродинамические коэффициенты профиля
- •Определение аэродинамических коэффициентах профиля
- •Осаждение (всплывание) твердых частиц, капель жидкости и газовых пузырей в жидкости
- •Скорость равномерного осаждения или всплывания твердого тела в жидкости.
- •Особенности осаждения (всплывания) капель жидкости и газовых пузырей.
- •1.3.8. Распространение возмущений, вызванных местным изменением давления Гидравлический удар
- •Определение повышения давления в трубопроводе
- •Пути борьбы с гидравлическим ударом
- •Ударные волны в газах
- •Ударные волны, как одно из важных проявлений сжимаемости газа
- •1.3.9. Движение грунтовых вод
- •Основной закон ламинарной фильтрации
- •Равномерное безнапорное движение грунтовых вод
- •Формула Дюпюи
- •Неравномерное безнапорное плавноизменяющееся движение грунтовых вод, плоская задача
- •Приток воды к грунтовому колодцу
- •Приток воды к водосборной галерее
- •Расчет осушительной сети (дренажей)
- •1.3.10. Виды движения воды в открытых руслах
- •Неустановившееся движение воды в открытых руслах
- •Примеры неустановившихся потоков
- •Расчет неустановившегося течения
- •Параметры волн прорыва, методы их расчета
- •График движения волны прорыва
- •Графики интенсивности изменения характеристик затопления во времени
- •2.1.11. Гидравлика мостов
- •Требования сНиП по расчет мостов на воздействие водного потока (сНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы)
- •Методы расчета отверстий мостов и общих деформаций подмостовых русел
- •Для определения глубины под мостом и ширины отверстия моста
- •2.1.12. Гидравлическое моделирование Виды моделей
- •Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие. Коэффициенты подобия
- •Полное и частичное динамическое подобие. Критерии динамического подобия
- •Основные правила гидравлического моделирования
- •Моделирование напорных потоков
- •Моделирование безнапорных потоков
- •Моделирование при геометрическом искажении модели
- •Воздушно-напорное моделирование потоков со свободной поверхностью
- •Моделирование движения наносов и размывов русла
- •Натурные исследования
- •Раздел 2. Гидрология
- •2.1. Общие определения речной гидрологии
- •2.1.1. Предмет гидрологии и гидрометрии
- •2.1.2. Круговорот воды в природе Определение круговорота воды в природе
- •Водный баланс
- •2.1.3 Водные ресурсы
- •2.1.4. Сток воды и его характеристики Основные понятия о стоке воды
- •Гидрологические характеристики стока
- •Факторы, влияющие на величину стока
- •2.1.5. Гидрографическая сеть и речная система Типы водных объектов
- •Водосборы и водоразделы
- •Гидрографическая сеть
- •2.1.6. Общая характеристика рек
- •2.1.7. Морфометрические и гидрографические характеристики рек
- •Морфометрические характеристики реки
- •2.1.8. Динамика речного потока
- •2.1.9. Гидрографические характеристики рек
- •2.1.10. Движение наносов и русловые процессы Образование наносов
- •Механизм взвешивания и перемещение наносов
- •Режим стока наносов
- •Расход взвешенных наносов
- •Распределение взвешенных наносов
- •2.1.11. Русловые деформации Русловые процессы и русловые деформации
- •Типы русловых процессов
- •Способы определения устойчивости и подвижности русел рек
- •2.1.12. Каналы
- •2.1.13. Водоемы и болота
- •2.1.14. Болота
- •2.2. Речная гидрометрия
- •2.2.1. Организация гидрологических наблюдений Мониторинг водных объектов
- •Состав и организация Гидрометрической службы в рф
- •Организация наблюдений и обработки данных
- •2.2.2. Непосредственное измерение характеристик реки Измерение уровней и глубины воды
- •6.2.1.1. Определение уровня (глубины) воды: а) мерной рейкой; б) лотом ; в) эхолотом
- •Измерение скоростей течения в реке
- •Определение расходов воды в реке
- •Определение расходов воды речных потоков аэрогидрометрическими методами
- •Определение расходов воды речных потоков по уклону и живому сечению
- •Определение расходов наносов и мутности
- •Измерение толщины льда
- •2.2.3. Обработка результатов измерений Графики колебаний уровней
- •Кривые связи уровней воды по водомерным постам.
- •Гидрограф
- •Кривые связи расходов и уровней воды в реке
- •2.3. Гидрологические расчеты
- •2.3.1. Задачи и содержание расчетов по определению гидрологических характеристик
- •2.3.2. Нормативные документы
- •2.3.3. Гидрологическое прогнозирование
- •2.3.2. Применение математической статистики для определения расчетных гидрологических характеристик Методы получения гидрологических характеристик стока
- •Прогнозирование расходов воды в реке при наличии данных гидрометрических наблюдений
- •Прогнозирование расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) при отсутствии данных гидрометрических наблюдений
- •Прогнозирование максимальных расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью)
- •2.3.3. Краткие сведения о регулировании речного стока Комплексное использование водных ресурсов
- •Задачи и виды регулирования стока
- •Регулирование высокого стока
- •Заключение
Требования сНиП по расчет мостов на воздействие водного потока (сНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы)
1.25. Расчет мостов, труб и пойменных насыпей на воздействие водного потока следует производить, как правило, по гидрографам и водомерным графикам расчетных паводков. Кроме того, мосты, трубы и пойменные насыпи на железных дорогах общей сети необходимо рассчитывать по гидрографам и водомерным графикам паводков, условно именуемых наибольшими. При этом вероятности превышения расчетных и наибольших паводков следует принимать одинаковыми с указанными в табл. 4.2.1.1 вероятностями превышения максимальных расходов соответствующих паводков.
При отсутствии гидрографов и водомерных графиков паводков, а также в других обоснованных случаях расчет сооружений на воздействие водного потока допускается производить по максимальным расходам и соответствующим им уровням расчетных и наибольших паводков.
В расчетах следует учитывать опыт водопропускной работы близко расположенных сооружений на том же водотоке, влияние водопропускных сооружений одного на другое, а также влияние на проектируемые водопропускные сооружения существующих или намечаемых гидротехнических и других речных сооружений.
При наличии вблизи мостов и труб инженерных сооружений, зданий и сельскохозяйственных угодий необходимо проверить безопасность их от подтопления из-за подпора воды перед сооружением.
При проектировании водопропускных сооружений, расположенных вблизи некапитальных плотин, необходимо учитывать возможность прорыва этих плотин. Вопрос об усилении таких плотин или увеличении отверстий сооружений необходимо решать комплексно путем сравнения технико-экономических показателей возможных решений.
1.26. В расчетах следует принимать максимальные расходы паводков того происхождения, при которых для заданного значения вероятности превышения создаются наиболее неблагоприятные условия работы сооружений.
Построение гидрографов и водомерных графиков, определение максимальных расходов при разных паводках и соответствующих им уровней воды следует производить согласно требованиям СНиП 2.01.14-83.
Таблица 4.2.1.1
Вероятности превышения максимальных расходов соответствующих паводков
Железные дороги |
Автомобильные дороги, городские улицы и дороги |
|||||
Сооружения |
Категория дорог |
Вероятность превышения максимальных расходов паводков, % |
Сооружения |
Категория дорог |
Вероятность превышения максимальных расходов расчетных паводков, |
|
|
|
расчетных |
наибольших |
|
|
% |
Мосты и трубы |
I и II (общей сети) |
1 |
0,33 |
Большие и средние мосты |
I-III, I-в, I-к и II-к и городские улицы и дороги |
1*** |
То же |
III и IV (общей сети) |
2 |
1* |
То же |
IV, II-в, III-в, III-к, IV-в и IV-к, V, I-с и II-с |
2*** |
« |
IV и V (подъездные пути) |
2** |
- |
Малые мосты и трубы |
1 |
1**** |
« |
Внутренние пути промышленных предприятий |
2 |
- |
То же |
II, III, III-п и городские улицы и дороги |
2**** |
|
|
|
|
« |
IV, IV-п, V и внутрихозяйственные дороги |
3**** |
Примечания:
* При расчетах бровок земляного полотна, незатопляемых регуляционных сооружений и оградительных дамб русел блуждающих рек для железных дорог III категории вероятность превышения максимального расхода при наибольшем паводке следует принимать 0,33 %.
** Если по технологическим причинам предприятий перерыв в движении не допускается, вероятность превышения следует принимать равной 1 %.
*** В районах с малоразвитой сетью автомобильных дорог для сооружений, имеющих особо важное народнохозяйственное значение, при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 0,33 вместо 1 % и 1 вместо 2 %.
**** В районах с развитой сетью автомобильных дорог для автодорожных малых мостов и труб при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 2 вместо 1 %, 3 вместо 2 %, 5 вместо 3 %, а для труб на дорогах II-c и III-с категорий — 10 %.
1.27. Размеры отверстий малых мостов и труб допускается определять по средним скоростям течения воды, допустимым для грунта русла (в том числе на входе и выходе из сооружения), типов его укрепления и укрепления конусов.
Отверстия малых мостов и труб допускается назначать с учетом аккумуляции воды у сооружения. Уменьшение расходов воды в сооружениях вследствие учета аккумуляции возможно не более чем: в 3 раза - если размеры отверстия назначаются по ливневому стоку; в 2 раза - если размеры отверстия назначаются по снеговому стоку и отсутствуют ледовые и другие явления, уменьшающие размеры отверстия.
При наличии вечномерзлых грунтов аккумуляция воды у сооружений не допускается.
1.28. Размеры отверстий больших и средних мостов следует определять с учетом подпора, естественной деформации русла, устойчивого уширения подмостового русла (срезки), общего и местного размывов у опор, конусов и регуляционных сооружений. Отверстие моста в свету не должно быть менее устойчивой ширины русла.
Размеры отверстий городских мостов следует назначать с учетом намечаемого регулирования реки и требований планировки набережных.
1.29. Расчет общего размыва под мостами следует производить на основе решения уравнения баланса наносов на участках русел рек у мостовых переходов при паводках, указанных в п. 1.25.
Если проход паводков, меньших по величине, чем расчетные (наибольшие), вызывает необратимые изменения в подмостовом русле (что возможно при стеснении потока более чем в 2 раза, на мостовых переходах в условиях подпора, в нижних бьефах плотин, деформации русел в пойменных отверстиях и т.п.), определение общего размыва следует выполнять из условий прохода расчетного (наибольшего) паводка после серии натурных наблюденных паводков одного из многоводных периодов.
Для предварительных расчетов, а также при отсутствии необходимых данных о режиме водотока общий размыв допускается определять по скорости течения, соответствующей балансу наносов.
При морфометрической основе расчета вычисленные максимальные глубины общего размыва следует увеличивать на 15 %.
1.30. При построении линии наибольших размывов надлежит учитывать кроме общего размыва местные размывы у опор, влияние регуляционных сооружений и других элементов мостового перехода, возможные естественные переформирования русла и особенности его геологического строения.
Расчеты мостов на воздействие сейсмических нагрузок следует производить без учета местного размыва русла у опор.
1.31. Величину коэффициента общего размыва под мостом следует обосновать технико-экономическим расчетом. При этом надлежит учитывать вид грунтов русла, конструкцию фундаментов опор моста и глубину их заложения, разбивку моста на пролеты, величины подпоров, возможное уширение русла, скорости течения, допустимые для судоходства и миграции рыбы, а также другие местные условия. Величину коэффициента размыва, как правило, следует принимать не более 2.
1.32. Срезку грунта в пойменной части отверстия моста допускается предусматривать только на равнинных реках. Размеры и конфигурацию срезки следует определять расчетом исходя из условий ее незаносимости в зависимости от частоты затопления поймы и степени стеснения потока мостовым переходом при расчетном уровне высокой воды.
Срезка в русле побочней, отмелей при расчете площади живого сечения под мостом не учитывается.
1.33. Уширение под мостом вследствие срезки грунта следует плавно сопрягать с неуширенными частями русла для обеспечения благоприятных условий подвода потока воды и руслоформирующих наносов в подмостовое сечение. Общая длина срезки (в верховую и низовую стороны от оси перехода) должна быть в 4-6 раз больше ее ширины в створе моста. Следует избегать конфигурации срезки наибольшей ширины в створах голов регуляционных сооружений.
При проектировании срезки грунта на пойме необходимо предусматривать удаление пойменного наилка до обнажения несвязных аллювиальных грунтов на всей площади срезки.
1.34. Возвышение бровок земляных сооружений на подходах к большим и средним мостам над уровнями воды при паводках по п. 1.25 (с учетом набега волны на откосы и возможного подпора) следует принимать не менее: 0,5 м - для земляного полотна, водоразделительных и ограждающих дамб, а также струенаправляющих дамб на реках с блуждающими руслами, 0,25 м - для регуляционных сооружений и берм насыпей.
Возвышение бровки земляного полотна на подходах к малым мостам и трубам над уровнями воды при паводках по п. 1.25 (с учетом подпора и аккумуляции) следует принимать не менее 0,5 м, а для труб при напорном или полунапорном режиме работы - не менее 1,0 м. Кроме того, на автомобильных дорогах при назначении возвышения бровки земляного полотна на подходах к указанным сооружениям следует соблюдать требования по возвышению низа дорожной одежды над уровнем грунтовых и поверхностных вод, установленные СНиП 2.05.02-85.
В пределах воздействия льда на пойменную насыпь отметка ее бровки должна быть не ниже отметок верха навала льда, а также отметок наивысшего заторного или зажорного льда с учетом полуторной толщины льда. Подпоры на мостовых переходах рассчитываются по уравнениям движения жидкости или по зависимостям, учитывающим в достаточной мере данные явления на проектируемых переходах.
