Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2262.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
4.72 Mб
Скачать

Библиографический список

1.СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 [Электрон. ресурс]. – Введен 2013-07-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

2.СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги [Электрон. ресурс]. – Введен 1986-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс».

– СПб., 2014.

3.СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* [Электрон. ресурс]. – Введен 2013-07-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

4.СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги [Электрон. ресурс]. – Введен 1987-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс».

– СПб., 2014.

5.СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. АктуализированнаяИ редакция СНиП 2.05.03-84* [Электрон. ресурс]. – Введен 2011-05-20 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». Д– СПб., 2014.

6.СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы [Электрон. ресурс]. – Введен 1986-01-

01// Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014. А

7.СП 33-101-2003 Определение основных расчётных гидрологических характеристик [Электрон. ресурсб]. – Введен 2003-12-26 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

8.ВСН 63-76 Инструкцияипо расчёту стоков с малых бассейнов [Электрон. ресурс]. – Введен 1976-12-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

9.СП 131.13330.2012ССтро тельная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* [Электрон. ресурс]. – Введен 2013-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

10.СНиП 23-01-99* троительная климатология [Электрон. ресурс]. – Введен 2000-01-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания

«Кодекс». – СПб., 2014.

11.Руководство по гидравлическим расчётам малых искусственных сооружений и русел. – 3-е изд., перераб. и доп: утв. "ГИПРОТРАНСТЭИ" МПС : введ. в действие с 01.01.1967. – М. : Транспорт, 1967. – Режим доступа : http://sniphelp.ru/constructing/005.003/Rukovodstvo_52565/, свободный. –

Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу : 22.10.2014).

12.ГОСТ 2.104-2006 Единая система конструкторской документации. Основные надписи [Электрон. ресурс]. – Введен 2006-09-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

40

13. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы (с Изменением № 1) [Электрон. ресурс]. – Введен 1997-07-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

14. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД Масштабы [Электрон. ресурс]. – Введен 1971-01- 01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс». – СПб., 2014.

15. ГОСТ 8.417-2002 ГСИ Единицы величин [Электрон. ресурс]. – Введен 2003-09-01 // Кодекс. Право / ЗАО «Информационная компания «Кодекс».

– СПб., 2014.

16. Чугаев, Р.Р. Гидравлика (техническая механика жидкости) : учебник / Р.Р. Чугаев. – М. : Бастет, 2008. – 672 с.

17. Пособие по гидравлическим расчётам малых водопропускных сооружений / ред. Г.Я. Волченкова. – М. : Транспорт, 1992. – 408 с.

18. Справочник по гидравлическим расчётам : справочное издание /

 

И

П.Г. Киселев, А.Д. Альтшуль, Н.В. Данильченко и др. – 4-е изд., перераб.

и доп. – М. : Энергия, 1972. – 312 c.

Д

19. Константинов, Н.М. Гидравлика, гидрология, гидрометрия : учеб. для

вузов: в 2 ч. / Н.М. Константинов, Н. Петров, Л. Высоцкий. – М. : Высш.

шк., 1987. Ч. 1: Общие законы. – 1987. – 304 c.

 

 

А

20. Горчин, Н.К. Гидравлика в задачах / Н.К. Горчин, М.Д. Чертоусов. – Л.:

КУБУЧ, 1927. – 675 c.

б

 

и

 

С

 

 

41

Приложение 1

Примеры оформления листов курсовой работы

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Кафедра «Проектирование дорог»

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

Д

Дорожные водоотводные сооруженияИ .

Гидравлический расчёт

 

б

 

 

Вариант основной – 3

и

 

Вар ант уклонаАотводящего канала – 9

С

 

 

Выполнил: студент гр. АДб-11Д1 Макаров О.М.

Проверил: доцент Троян Т.П.

Омск – 2015

Рис. П.1.1. Пример оформления титульного листа курсовой работы

42

Продолжение прил. 1

 

 

 

 

И

 

 

 

Д

 

 

А

 

 

б

 

 

и

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал

 

 

Дорожные водоотводные

Лит.

Лист

Листов

Проверил

 

 

 

 

 

2

 

Рецензент

 

 

сооружения.

 

 

 

 

 

Н. Контроль

 

 

Гидравлический расчёт

 

 

 

 

 

Утвердил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. П.1.2. Шаблон рамки для документов с развёрнутым штампом

43

Окончание прил. 1

 

 

 

 

И

 

 

 

Д

 

 

А

 

 

б

 

 

и

 

 

 

С

 

 

 

 

Лист

Шифр

Рис. П.1.3. Шаблон рамки для документов с сокращённым штампом

44

Приложение 2

Значения коэффициента гидравлической шероховатости n к формулам Н. Н. Павловского

Состояние поверхности

Характер поверхности русла очень хорошее хорошее обычное плохое

 

Лотки и трубы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гладкая бетонная поверхность, тесовая клад-

0,012

0,014

0,015

0,016

 

 

ка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шероховатая бетонная поверхность

 

0,014

0,016

0,018

 

 

Бетонировка цемент-пушкой

 

 

0,016

0,019

0,021

 

 

Бутовая кладка, грубая бетонировка

 

0,017

0,020

0,025

0,030

 

 

Грубая бутовая кладка

 

 

 

 

0,020

0,025

0,027

0,030

 

 

Сухая кладка

 

 

 

 

 

0,025

0,030

0,035

0,038

 

 

Канавы и искусственные русла

 

 

 

 

 

 

 

 

Земляные канавы правильной формы в плот-

0,017

0,018

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

ном лёссе или мелком гравии с илистым слоем

 

 

 

 

 

 

 

То же в лёссе или гравии с илистой пленкой

0,017

0,020

0,020

0,025

 

 

 

 

И

 

 

 

 

То же с замощенным контуром, мощение

 

– 0,020

0,022

0,027

 

 

обычным булыжным камнем одиночное или

 

 

 

 

 

 

 

двойное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

То же мощение из крупного камня

 

0,017

0,022

0,023

0,030

 

 

 

 

и

 

0,025

0,027

0,029

 

 

То же искусственная габионная кладка

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

То же каменная наброска

ли мощение из

0,027

0,030

0,035

 

 

рваного камня

 

 

 

 

 

 

 

 

0,033

 

 

 

 

С

б

 

0,025

0,027

0,030

0,033

 

 

Канавы в галечнике

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

 

 

Значения коэффициента откоса при высоте откоса менее 10 м

 

 

 

(ТУ-24-108-48 Главгидроэнергостроя)

 

 

 

Категория грунта или вид облицовки

 

 

 

Коэффициент

 

 

 

 

 

откоса m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мелкозернистые песчаные грунты

 

 

 

 

3 – 3,5

 

 

 

Супесчаные или слабоуплотнённые грунты

 

 

 

2 – 2,5

 

 

 

Плотная супесь и лёгкий суглинок

 

 

 

 

1,5 – 2

 

 

 

Гравелистые и песчано-гравелистые грунты

 

 

 

1,5

 

 

 

Тяжёлые суглинки, плотные лёссы и обычные глины

 

 

1 – 1,5

 

 

 

Тяжёлые плотные глины

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Различные скальные породы в зависимости от степени

 

0,5 – 0,1

 

 

 

выветренности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

Приложение 4

Способы определения нормальной глубины

1. Способ последовательного приближения

Данный способ позволяет получить по формуле Шези любое решение с любой степенью точности.

Для треугольного канала и трапецеидального профилей при большой ширине по дну глубина канала может быть найдена прямым вычислением без подбора по формуле Шези.

Для треугольного профиля

 

Расход для канала треугольного сечения определяется из сле-

дующего выражения:

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2,5 y,

 

Q A

 

i

(П.4.1)

 

 

 

 

n 0

 

 

где i и n – заданные уклон и шероховатость поверхности дна канала; h0 – нормальная глубина; А – член уравнения, определяемый по формуле

б

 

 

 

 

 

 

1,5 y

 

A

2

 

m

Д,

(П.4.2)

 

1 m

2

0,5 y

 

 

 

 

 

и

А– показатель, принимаемый как корень

где m – коэффициент откоса; y

квадратный из вел ч ны заданной шероховатости поверхности дна канала.

При y = 0,2 значения А приведены в табл. П.4.1.

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

Таблица П.4.1

 

 

 

1,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

при различных значениях m

 

 

 

 

Значения

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 m2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

0,0

 

0,5

 

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

 

 

 

m1,7

 

0,0

 

0,175

 

0,482

0,81

1,14

1,46

1,78

 

 

2

 

0,7

 

 

 

 

 

1 m2

 

В результате нормальная глубина может быть найдена следующим образом:

46

 

Q n

 

 

 

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lgh

A i

.

(П.4.3)

 

0

2,5 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для прямоугольного и трапецеидального профилей

В случае, когда ширина канала понизу больше глубины воды в канале (b > h), можно принять R h (практически при b > (20 – 25) h). Нормальная глубина определится из формулы Маннинга:

 

Q n

0,6

 

h

 

 

 

 

 

.

(П.4.3)

 

 

 

 

0

b

i

 

 

Пример вычисления. Дано: расход Q = 24 м3/с, ширина канала понизу b = 25 м, коэффициент шероховатости n = 0,025 и уклон дна канала i = 0,0004, русло прямоугольное. Необходимо найти нормальную глубину h0.

Решение. По формуле (П.4.3) находим:

 

24 0,025

 

0,6

 

0,6

1,115м.

И

 

 

 

 

 

1,2

 

 

 

 

 

 

 

h0

25 0,0004

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

2. Способ Н.Н. Павловского

 

 

 

 

 

 

 

А

 

При заданном расходе Q, уклоне дна канала i и ширине канала

понизу b найти нормальную глубину h можно, используя следующий

порядок расчёта:

б

 

а) определяем требуемуюи

расходную характеристику:

 

С

K0

Q

 

;

(П.4.4)

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

б) прямым чтением номограммы Н.Н. Павловского (рис. П.4.2)

находим значение h0 для найденной расходной характеристики К0 и заданной ширины канала b.

Пример вычисления. Дано: расход Q = 20 м3/с, ширина канала понизу b = 10 м и коэффициент шероховатости n = 0,02. Необходимо найти нормальную глубину h0.

Решение. По формуле (П.4.4) находим расчётную характеристику:

K0 20 1000м3/с. 0,004

47

Тогда по номограмме (рис. П.4.1) находим, что h0 = 1,65 м.

 

 

 

 

И

 

 

 

Д

 

 

А

 

 

б

 

 

и

 

 

 

С

 

 

 

 

Рис. П.4.1. График для расчёта открытых каналов по способу Н.Н. Павловского

48

3. Метод П.Г. Киселёва

Определение нормальной глубины канала h0 производится по графику расходной характеристики модельного канала Кмод f hмод (рис. П.4.2) при условии, что коэффициент шероховатости модельного канала равен единице (n = 1) в следующей последовательности.

 

 

 

 

 

И

 

 

 

б

Д

 

 

Р с. П.4.2. ГрафикАдля определения глубины

 

 

С

hмод трапецеидального канала

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вычисляем расходную характеристику для модельного канала

по формуле

и

 

Q n

 

 

 

Kмод

 

 

 

 

 

 

 

,

(П.4.5)

 

 

 

 

b2,67

 

 

 

i

где Q, n, i и b – заданные расход воды в канале, шероховатость поверхности дна и откосов канала, уклон дна канала и ширина канала понизу.

2. Зная Кмод, находим по графику Кмод f hмод (рис. П.4.2) глубину модельного канала hмод, пользуясь на этом графике кривой для заданного коэффициента заложения откоса m.

3. Определяем искомую нормальную глубину проектируемого канала h0 по формуле (в соответствии с условием геометрического

подобия)

 

h0 hмод b.

(П.4.6)

49

Пример вычисления. Дано: расход Q = 20 м3/с, ширина канала понизу b = 5 м, уклон i = 0,004, коэффициент откоса m = 1 и коэффициент шероховатости n = 0,025. Необходимо найти нормальную глубину h0.

Решение. По формуле (П.4.5) определим расходную характери-

стику модельного канала Kмод

 

20 0,025

0,342 м2/с.

 

 

 

0,004 52,67

 

 

 

По графику Кмод f hмод (рис. П.4.2) при Кмод = 0,342 м2/с для коэффициента заложения откоса m = 1 глубина модельного канала

равна hмод = 0,505 м 0,5 м.

Подставляя найденную величину hмод в формулу (П.4.6), получа-

ем искомую нормальную глубину канала: h0 0,5 5 2,5м.

4. Метод подбора

Задаваясь значениями глубин h, последовательноИ определяем

площадь живого сечения , смоченный периметр , гидравлический радиус R, коэффициент Шези C.

где i – заданный уклон дна.

Далее вычисляем расходную характеристику K и расход Q по

формулам

 

 

Д

 

 

 

K C

R

,

(П.4.7)

 

 

А

,

(П.4.8)

 

 

 

 

 

 

Q K i

 

б

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

0 По полученнымСданным строим график зависимости h f(Q) (рис. П.4.3), на котором по заданному значению расхода Q0 определяем нормальную глубину.

5. Метод Б.А. Бахметева

Данный метод основан на применении показательного закона:

 

K1

2

 

 

x

 

 

 

 

 

 

h1

 

,

(П.4.9)

 

 

 

K

2

 

h

 

 

 

 

 

2

 

 

 

где h1, h2 – произвольные глубины, м; К1, К2 – расходные характеристики, соответствующие глубинам h1 и h2, м3/с; х – гидравлический показатель русла, характеризующий поперечное сечение русла, определяемый по формуле

50

x 2

lgK1

lgK2

.

(П.4.10)

lgh1

 

 

lgh2

 

Принимая h2 в формуле (П.4.9) за нормальную, выражение для определения искомой нормальной глубины примет вид

 

 

2

 

 

 

K2

 

 

 

 

x

(П.4.11)

 

 

K

h0 h1

.

 

1

 

 

 

 

И

 

Д

 

А

 

Рис. П.4.3. Графбк зав симости глубины в трапецеидальном

канале (канаве) от расхода жидкости

и

 

 

Пример вычисления. Дано: расход Q = 4 м3/с, ширина канала

понизу b = 2 мС, уклон i = 0,07, коэффициент откоса m = 1,5 и коэффициент шероховатости n = 0,0270. Необходимо найти нормальную глубину h0.

Решение. Расчёт методом Б.А. Бахметева выполним в следующей последовательности:

1) определяем необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине h0по формуле (8) настоящего пособия:

К0

 

4,0

 

15,12м3/с;

 

 

 

0,07

 

 

 

 

51

2) зададимся двумя произвольными значениями глубин и вычислим для них расходные характеристики с использованием формул

(2), (3), (6), (7), (9). Расчёт представим в табл. П.4.2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт расходных характеристик

Таблица П.4.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётная формула

 

 

 

 

 

Ед. изм.

Назначаемые и определяемые величины

 

 

 

 

 

 

h1

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

0,2

 

 

0,4

(b m h) h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м2

 

0,40

 

 

0,80

b 2 h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

2,40

 

 

2,80

 

1 m2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

0,17

 

 

0,29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

И

 

 

C

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м /с

 

37,22

 

 

41,56

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м3

 

Д

 

 

K C

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,08

 

 

17,77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

Х, используя

 

 

 

 

3) определим гидравлический показатель русла

формулу (П.4.10):

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2lg

 

 

 

 

 

 

0,93

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

17,77

 

 

 

3,1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) вычислим нормальную глубину h0 по формуле (П.4.11):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15,12

2

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

0,36м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Определение нормальной глубины в трапецеидальном

канале по графику

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт нормальной глубины по графику (рис. П.4.4) рассмотрим на следующем примере.

Пример вычисления. Дано: расход Q = 2 м3/с, ширина канала понизу b = 1,2 м, уклон i = 0,005, коэффициент откоса m = 1 и коэффициент шероховатости n = 0,0225. Необходимо найти нормальную глубину h0.

52

 

 

 

 

И

 

 

 

Д

 

 

А

 

 

б

 

 

и

 

 

 

С

 

 

 

 

Рис. П.4.4. График для определения нормальной глубины в трапецеидальном русле

53

Э h
2 g 2 ,
(П.5.1)
Q02

Решение. По формуле (П.4.4) определяем расходную характеристику К0, соответствующую нормальной глубине:

K0

 

2

 

28,3м3/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим безразмерный показатель С по формуле

 

 

 

 

 

 

b2,67

 

 

 

 

 

С

 

,

(П.4.11)

 

 

 

 

 

n K0

где b и n – заданные величины ширины канала понизу и коэффициен-

та шероховатости.

 

Подставив величины в формулу (П.4.11), получим, что

С

1,22,67

 

2,54.

0,0225 28,3

 

 

 

Откладываем найденное значение С на оси абсцисс в верхней

части графика (рис. П.4.4) и проводим ординату до пересечения с кривой m = 1. Таким образом находят ординату, соответствующую

точке пересечения h0 0,535, из которого определяют нормальную

глубину:

b

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

Д

 

h0

0,535 1,2 0,64м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

Приложение 5

 

 

 

 

 

 

 

 

Способы определения критической глубины

1.

 

 

б

 

 

 

 

Графическ й метод (метод энергии)

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

Расчёт производится с использованием уравнения удельной

энергии сечения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

где h – глубина, м; – коэффициент Кориолиса; Q – расход в русле (канале), м3/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; – площадь живого сечения, м2.

Порядок расчёта:

1. Задаваясь произвольно выбранными значениями глубин, определяют соответствующие значения удельной энергии сечения.

54

2. По вычисленным данным строят график зависимости Э f h . На построенном графике на оси Э минимальному значению энергии будет соответствовать критическая глубина.

3. Расчёт удобно представлять в табличном виде:

h, м

(b m h) h, м2

 

Q02

, м

Э, м

2 g 2

 

 

 

 

 

h1

1

 

 

Э1

h2

2

 

 

Э2

h

 

 

Э

hn

n

 

 

Эn

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

Пример вычисления. Дано: расход Q = 12 м3/с, ширина канала

понизу b = 3 м, m = 2. Необходимо найти критическую глубину hк.

 

Решение. Зададимся значениями глубин и определим площадь

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

живого сечения по формуле (2). Расчёт приведём в таблице.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

h, м

 

(b m h) h, м

 

 

Q0

 

, м

 

Э, м

 

 

2 g

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

4

0,90

 

и

А

 

0,4326

 

 

1,3326

 

4,32

 

 

 

 

0,91

 

4,39

 

 

 

0,4196

 

 

1,3296

0,92

 

4,45

 

 

 

 

0,4072

 

 

1,3272

0,93

 

С

б

 

 

0,3952

 

 

1,3252

 

4,52

 

 

 

 

0,94

 

4,59

 

 

 

 

0,3837

 

 

1,3237

1

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

4

0,95

 

4,66

 

 

 

 

0,3726

 

 

1,3226

0,96

 

4,72

 

 

 

 

0,3619

 

 

1,3219

0,97

 

4,79

 

 

 

 

0,3516

 

 

1,3216

0,98

 

4,86

 

 

 

 

0,3417

 

 

1,3217

0,99

 

4,93

 

 

 

 

0,3321

 

 

1,3221

1,00

 

5,00

 

 

 

 

0,3229

 

 

1,3229

По полученным данным строим график зависимости Э f h

(рис. П.5.1).

55

 

 

 

 

 

 

Д

Э сечения от глубины

Рис. П.5.1. График зависимости удельной энергии

 

 

 

 

А

 

 

значению энер-

На полученном графике на оси

Э минимальномуИ

гии соответствует критическая глубина hк 0,97 м.

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

2. Метод проф. И.И.

гроскина

 

 

 

Одним из на более простых способов определения критической

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

глубины с использован ем эмпирического выражения является метод

И.И. Агроскина:

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

2

 

 

 

 

hк

hкр 1

 

0,105 n

,

(П.5.2)

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где n – безразмерный показатель, определяемый по формуле (П.7.3) при заданных величинах коэффициента заложения откоса m и ширины канала понизу b; hкр – приближённо вычисленная критическая глубина, определяемая из выражения (П.5.4).

n

 

m hкр

;

 

 

 

(П.5.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hкр 3

Q

2

,

(П.5.4)

 

 

 

 

 

 

g b2

 

56

где – коэффициент Кориолиса; Q – заданный расход в канале (русле); g –ускорение свободного падения; b – заданная ширина канала понизу.

Пример вычисления. Дано: расход Q = 10 м3/с, ширина канала понизу b = 3 м, m = 2. Необходимо найти критическую глубину hк .

Решение. По формуле (П.5.4) найдём приближённую критиче-

скую глубину: hкр 3 1,1 102 1,08 м. Подставим полученную при-

9,81 32

ближённую глубину в формулу (П.5.3) и найдём безразмерный пока-

затель n:

n 2 1,08 0,72.

 

 

3

 

критической глубиныИв прямоугольных

hк

1,08

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение

 

 

 

 

 

трапецеидальных руслах по графикам

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

(рис.

бА

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

, в котором b

Q соответственно заданные ширина канала по-

 

 

 

 

 

b2

 

b

 

низу и расход водыив канале. Величину параметра сравнивают с единицей. Если величина вычисленного параметра меньше единицы, то

критическую глубину определяют по графику рис. П.5.2, если больше

единицы – по графику рис. П.5.3.

 

 

 

 

ПорядокСопределения критической глубины данным способом

рассмотрим на примере.

 

 

 

 

Пример вычисления. Дано: расход Q = 12 м3/с, ширина канала

понизу b = 3 м, m = 2. Необходимо найти критическую глубину hк.

Решение. Вычислим параметр

Q

=

12

0,77 1, следова-

b

2 b

32

3

тельно, по графику рис. П.5.2 при m = 2 находим отношение hк , ко- b

торое равно 0,31. Отсюда выражаем критическую глубину, величина которой будет равна hк 0,31 3 0,93 м.

57

 

 

 

Д

 

 

 

 

Рис. П.5.2. График для определения критической глубины

 

 

А

 

 

Q

 

 

1

в трапецеидальном и прямоугольном руслах при

 

 

 

 

 

 

 

 

И b

2

b

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. П.5.3. График для определения критической глубины

в трапецеидальном и прямоугольном руслах при

 

Q

 

 

1

b

2

 

 

 

b

 

 

58

Приложение 6

Допускаемые (неразмывающие) скорости течения

Таблица П.6.1

Допускаемые (неразмывающие) средние скорости течения для несвязных грунтов

 

 

 

 

Размеры

 

Средние глубины потока, м

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика грунтов

 

частиц

 

0,4

1,0

2,0

 

 

 

 

грунтов, мм

 

 

 

 

 

 

Средние скорости течения, м/с

 

 

 

 

 

 

 

Пыль и ил с мелким песком;

 

0,005-0,05

 

0,15-0,20

0,20-0,30

0,25-0,40

растительная земля

 

 

 

 

 

 

 

 

Песок мелкий с примесью

 

0,05-0,25

 

0,20-0,35

0,30-0,45

0,40-0,55

среднего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

» » с глиной; песок средний

 

0,25-1,00

 

0,35-0,50

0,45-0,60

0,55-0,70

с примесью крупного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Песок крупный с примесью

 

 

 

 

 

 

 

гравия; среднезернистый

 

1,00-2,50

 

0,50-0,65

0,60-0,75

0,70-0,80

песок с глиной

 

 

 

 

 

 

И

 

Гравий мелкий с примесью

 

2,50-5,00

 

0,65-0,80 0,75-0,85

0,80-1,00

среднего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гравий крупный с песком и

 

5,00-10,0

 

0,80-0,90 0,85-1,05

1,00-1 ,15

мелким гравием

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

Галька мелкая с песком и

 

10,0-15,0

 

0,90-1,10

1,05-1,20

1,15-1,35

гравием

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

» средняя » » » »

 

 

15,0-25,0

 

1,10-1,25 1,20-1,45

1,35-1,65

» крупная с примесью грав я

 

25,0-40,0

 

1,25-1,50

1,45-1,85

1,65-2,10

 

 

 

 

б

 

 

 

 

Булыжник мелкий с галькой

 

40,0-75,0

 

1,50-2,00

1,85-2,40

2,10-2,75

и гравием

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

Булыжник средний с галькой

75,0-100

 

2,00-2,45

2,40-2,80

2,75-3,20

» средний с примесью круп-

 

 

 

 

 

 

 

ного; булыжник крупный с

100-150

 

2,45-3,00

2,80-3,35

3,20-3,75

 

С

 

 

 

 

 

 

 

мелкими примесями

 

 

 

 

 

 

 

 

Булыжник крупный с приме-

150-200

 

3,00-3,50

3,35-3,80

3,75-4,30

сью мелких валунов и гальки

 

Валуны мелкие с примесью

200-300

 

3,50-3,85

3,80-4,35

4,30-4,70

гальки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

» средние с примесью бу-

300-400

 

4,35-4,75

4,70-4,95

лыжника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

» особо крупные

 

 

 

400-500 и

 

4,95-5,35

 

 

 

 

более

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р им е ча ни я : 1. В каждой графе таблицы нижние пределы скоростей течения соответствуют нижним пределам размеров частиц грунта, верхние пределы скоростей – верхним пределам размеров частиц.

59

2. Табличные значения скоростей не следует интерполировать. При промежуточных размерах частиц грунта и глубинах водотока значения скоростей течения принимаются по ближайшим табличным значениям размеров частиц и глубин водотока.

Таблица П.6.2

Допускаемые (неразмывающие) средние скорости течения для связных грунтов

 

Содержание

 

 

Средние скорости течения, м/с,

 

 

 

 

при средней глубине потока, м

 

 

частиц, %

 

 

 

Грунты

 

 

 

 

для грунтов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

менее

0,005

 

мало-

средне-

плотных

очень

 

 

 

0,005

- 0,05

 

плотных

плотных

плотных

 

 

 

 

 

 

мм

мм

 

1,0

2,0

1,0

2,0

1,0

 

2,0

1,0

2,0

Глины

30-50

70-50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тяжёлые

 

 

 

0,40

0,45

0,85

0,95

1,20

 

1,40

1,70

1,90

суглинки

20-30

80-70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суглинки

10-20

90-80

 

0,40

0,45

0,80

0,90

1,20

 

1,40

1,70

1,90

тощие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лёссовые

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

грунты в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

условиях за-

 

0,70

0,80

1,00

 

1,20

1,40

1,50

кончившихся

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

просадок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Супеси

5-10

20-40

 

По та л. П.6.1 в зависимости от крупности

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

песчаных фракций

 

 

П р им е

ча ни

я : 1.

 

Грунты малоплотные имеют приведённую пороз-

 

 

 

 

б

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность1,2 – 1,9 и объёмный вес грунтового скелета до 1,2 т/м ; среднеплотные –

соответственно 0,9С– 0,6и1,2 – 1,66 т/м3; плотные – 0,5 – 0,3 и 1,66 – 2,09 т/м3; очень плотные – 0,3 – 0,2 и 2,04 – 2,14 т/м3.

2. Табличные значения скоростей не следует интерполировать. При промежуточных глубинах водотока значения скоростей принимаются по глубинам, ближайшим к натурным.

3. Величины допускаемых скоростей течения при глубинах водотока, больших 3 м (в случае отсутствия специальных исследований и расчётов), принимаются по их значениям для глубины 3 м.

4. При проектировании поверхностных водоотводов в подверженных выветриванию плотных и очень плотных грунтах допускаемые скорости ограничиваются теми же значениями, что и для грунтов средней плотности.

60

Таблица П.6.3

Допускаемые (неразмывающие) средние скорости течения для искусственных укреплений

 

Тип укреплений

 

 

 

Средние глубины потока, м

 

 

 

 

0,4

1,0

2,0

3,0

 

 

 

 

 

 

Одерновка плашмя (на плотном основании)

 

0,9

1,2

1,3

1,4

Одерновка в стенку

 

 

 

 

1,5

1,8

2,0

2,2

Каменная наброска из булыжного или рвано-

 

По табл. П.4.1 с коэффициентом

го камня в зависимости от его крупности

 

 

 

0,90

 

Каменная наброска в два слоя в плетнях в за-

 

По табл. П.4.1 с коэффициентом

висимости от крупности камня

 

 

 

 

1,10

 

Одиночное мощение на щебне (слой щебня

 

 

 

 

 

не менее 10 см:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) из рваного камня размером 15 см

 

 

 

2,5

3,0

3,5

4,0

б) » » » 20 »

 

 

 

 

 

И

4,0

4,5

 

 

 

 

 

3,0

3,5

в) » » » 25 »

 

 

 

 

 

3,5

4,0

4,5

5,0

Одиночное мощение с подбором лица и гру-

 

 

 

 

 

бым приколом на щебне (слой щебня не ме-

 

 

 

 

 

нее 10 см):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) из камней размером 20 см

 

А

 

3,5

4,5

5,0

5,5

 

 

 

 

б) » » » 25 »

 

 

 

 

 

4,0

4,5

5,5

5,5

в) » » » 30 »

 

б

Д4,0

5,0

6,0

6,0

 

 

 

Двойное мощение из рваного камня на ще -

 

 

 

 

не:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нижний слой из камней 15 см, верхний – из

3,5

4,5

5,0

5,5

 

С

 

 

 

 

камней 20 см (слой щебня не менее 10 см)

 

 

 

 

Габионы (размерами не менее 0,5×0,5×1,0)

До 4,0

До 5,0

До 5,5

До 6,0

Бутовая кладка из камня известковых пород

3,0

3,5

4,0

4,5

 

и

 

2

 

(с пределом прочности не менее 100 кг/см )

 

 

 

 

Бутовая кладка из камня крепких пород (с

 

 

6,5

8,0

10,0

12,0

пределом прочности не менее 300 кг/см2)

 

 

Бетон как одежда для креплений:

 

 

 

 

 

 

 

Марки 170

 

 

 

 

 

6,5

8,0

9,0

10

» 140

 

 

 

 

 

6,0

7,0

8,0

9,0

» 110

 

 

 

 

 

5,0

6,0

7,0

7,5

Бетонные лотки с гладкой поверхностью:

 

 

 

 

 

 

Бетон марки 170

 

 

 

 

13

16

19

20

» » 140

 

 

 

 

 

12

14

16

18

» » 110

 

 

 

 

 

10

12

13

15

61

П р и м е ч а н и я : 1. Табличные значения скоростей не следует интерполировать. При промежуточных глубинах водотока значения скоростей принимаются по глубинам, ближайшим к натурным.

2. Величины допускаемых скоростей течения при глубинах водотока, больших 3 м (в случае отсутствия специальных исследований и расчётов), принимаются по их значениям для глубины 3 м.

Приложение 7

Пример оформления и вычисления гидравлических характеристик комплекса водоотводных сооружений

1. Исходные данные

Исходные данные приведены в табл. П.7.1.

 

 

 

 

 

Исходные данные по варианту

 

Таблица П.7.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения величин

 

 

 

 

 

варианта

Q0, м3

 

b, м

 

i

 

i

 

i

 

 

l, м

m

 

n

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

2

0

3

 

 

 

 

 

 

29

4,0

 

 

2,0

 

А

И0,005

30

1,5

 

0,0270

 

 

 

 

0,001

0,07

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Быстроток и гаситель энергии прямоугольной формы, материал

стенок – бетон (коэффициент шероховатости бетона n =0,014).

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Гидравлическ й расчёт подводящего канала

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Определен е нормальной глубины

 

 

 

Для определения нормальной глубины воспользуемся графоаналитическим методом.

1) По формуле (8) определяем необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине h01 :

K0

 

4,0

 

126,49 м3/с.

 

 

 

0,001

1

 

 

 

 

 

2) Для вычисления коэффициента Шези С определяем числовое значение показателя степени y: т.к. гидравлический радиус R < 1,0 м,

то по

формуле (4) y 1,5

0,0270 0,25; для R > 1,0 м

y 1,3

 

0,22.

 

0,0270

 

62

 

 

3) Задаваясь числовыми значениями глубин, вычисляем соответ-

ствующие расходные характеристики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт сведем в табл. П.7.2.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица П.7.2

 

 

 

 

 

 

Расчёт расходных характеристик

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для трапецеидальных участков водоотвода

 

Расчётная формула

Ед.

 

Назначаемые и определяемые величины

 

 

 

 

1

 

изм.

h1

 

h2

 

 

 

h3

 

h4

h5

h

 

 

 

 

2

3

 

4

 

 

 

5

 

6

7

 

 

 

 

 

м

0,2

 

0,5

 

 

0,8

 

1,1

1,4

(b m h) h

м2

0,46

 

1,375

 

2,56

 

4,015

5,74

b 2 h 1 m2

м

2,72

 

3,80

 

 

4,88

 

5,97

7,05

R

 

 

 

м

0,17

 

0,36

 

 

0,52

 

0,67

0,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1

R

y

 

 

0,5

23,90

 

28,82

 

31,59

 

33,59

35,21

n

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

м3

4,52

 

23,83

 

58,54

 

110,64

182,39

K C

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

4) Строим график К = f(h) (рис. П.7.1) по значениям глубин и

соответствующих расходных характеристикД.

 

 

 

 

 

 

 

На

построенном

графике

 

откладываем

числовое

значение

K01

 

 

 

3

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

126,49м /с, подн маем вертикаль до пересечения с кривой и

слева

с

 

оси глуб

н сн маем

числовое

значение,

соответствующее

нормальной глубине h0

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

=1,17 м (рис. П.7.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок П.7.1 – График зависимости К = f(h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

63

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Определение критической глубины

Для определения критической глубины воспользуемся методом подбора.

1) Определяем числовое значение левой части уравнения (12):

Q02 1,1 4,02 1,79 м5.

g9,81

2)Задаваясь числовыми значениями глубин, вычисляем соот-

ветствующие значения величин

3

 

. Расчёт сведём в табл. П.7.3.

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Строим график ω3/B=f(h) (рис. П.7.2).

 

 

 

 

4) На построенном графике по оси

3

на основании уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

критического состояния потока

откладываем числовое значение

 

Q02

 

 

 

 

 

 

 

Д

3

= f (h) и с

 

, поднимаем вертикаль до пересечения с кривой

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

оси глубин снимаем числовое значение критической глубины.

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица П.7.3

 

 

 

/B для трапецеидальных участков водоотвода

 

Расчёт величины ω

 

 

h, м

(b m h) h, м2

B b 2 m h, м

 

 

ω3/B, м5

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

0,4

 

 

1,04

 

 

 

 

3,2

 

 

0,35

 

 

0,5

С

1,375б

 

3,5

 

 

0,74

 

 

0,6

 

 

1,74

 

 

 

 

3,8

 

 

1,39

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7

2,135

 

 

 

 

4,1

 

 

2,37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

 

 

2,56

 

 

 

 

4,4

 

 

3,81

 

Таким образом, числовое значение критической глубины

hк

= 0,64 м (рис. П.7.2).

1

2.3. Определение критического уклона

Для определения критического уклона на подводящем канале определим значения ω, С, R и χ для критической глубины hк1 = 0,64 м

по формулам (2), (3), (6), (7).

Площадь живого сечения: к1 (2,0 1,5 0,64) 0,64 1,90м2.

64

Рисунок П.7.2 – График зависимости ω3/B=f(h)

Смоченный периметр: к1 2,0 2 0,641 1,52 4,31 м.

Гидравлический радиус:

R

к1

 

1,90

 

0,44м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,31

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,025

 

0,5

Коэффициент Шези: Ск1

 

Д0,44

30,26м /с.

0,027

Тогда критический уклон по формуле (15) получается:

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

i

к

 

4,02

 

 

0,0107.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

1 1,902 30,26

2 0,44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как h0 hк

и i0 iк

, то делаем вывод,

что поток нахо-

 

 

 

1

и1 1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дится в спокойномСсостоянии.

2.4. Расчёт канала гидравлически наивыгоднейшего профиля (поперечного сечения)

По формуле (17) вычислим относительную ширину канала:

гн 2(1 1,52 1,5) 0,61.

Для определения гидравлически наивыгоднейшего сечения воспользуемся графоаналитическим способом.

1) Задаваясь числовыми значениями глубин, определяем соответствующие значения расходов. Расчёт приводится в табл. П.7.4.

65

Таблица П.7.4

Расчёт расхода для трапецеидального участка водоотвода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

,

Q C R i01

,

 

h, м

b h, м

(b m h) h,

м2

 

R

h

, м

C

 

 

R

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

м0,5

 

м3

 

 

1

2

3

 

 

 

4

 

5

 

 

6

 

 

 

0,2

0,12

0,08

 

 

 

0,10

21,00

 

0,02

 

 

0,5

0,30

0,53

 

 

 

0,25

26,32

 

0,22

 

 

0,8

0,48

1,35

 

 

 

0,40

29,55

 

0,80

 

 

1,0

0,61

2,11

 

 

 

0,50

31,22

 

1,47

 

 

1,2

0,73

3,03

 

 

 

0,60

32,66

 

2,43

 

 

1,4

0,85

4,13

 

 

 

0,70

33,92

 

3,70

 

 

1,6

0,97

5,39

 

 

 

0,80

35,06

 

5,34

 

 

 

2) Строим график Q = f(h) (рис. П.7.3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

Согласно графику (рис. П.7.3) числовое значение гидравлически

наивыгоднейшей глубины hгн

= 1,44 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

3) На построенном графике по оси Q

откладываем значение за-

данного расхода Q0 = 4 м3/с и с оси глубин снимаем значение гидрав-

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

лически наивыгоднейшей глубины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) По формуле (18) определяем гидравлически наивыгодней-

шую ширину:

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bгн 0,61 1,44 0,87м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для проверки правильности расчёта строим ГНП (рис. П.7.4) и

 

совмещаем его с поперечным сечением для заданной ширины канала

С

 

понизу b и вычисленной нормальной глубины h01

. Масштаб графика

выбран 1:50 (в 1 см 0,5 м).

 

Рисунок П.7.3 – График зависимости Q = f(h)

66

Рисунок П.7.4 – Гидравлически наивыгоднейший профиль, совмещенный с поперечным сечением при нормальной глубине h01

2.5. Определение скорости течения в канале

Средняя скорость по живому сечению в канале V определяется из формулы (19) при нормальной и критической глубинах на подво-

дящем канале. Для этого первоначально определим площадь живого

 

 

 

 

 

 

 

 

И

сечения при нормальной и критической глубинах по формуле (2):

0

(2,0 1,5 1,17) 1,17

4,4м2,

 

1

 

 

 

 

 

 

Д2

к

 

 

 

 

 

 

(2,0 1,5 0,64) 0,64 1,9 м .

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда скорости при нормальной и критической глубинах будут

равны

 

 

 

 

А

 

 

4,0

 

 

4,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

0,91 м/с

бV

 

2,11

м/с.

4,4

01

 

 

к1

1,9

 

 

 

При коэффициентеизаложения откоса m = 1,5 в данном варианте

грунты – плотнаяСсупесь (прил. 3). При n = 0,027 в данном варианте характеристика поверхности – мощение из рваного камня при хорошем состоянии поверхности (прил. 2). Для данного типа грунта и по-

верхности укрепления максимально

допустимая скорость 4,5 м/с

(прил. 6).

= 0,91 м/с и Vк

 

Делаем вывод, что скорости V0

= 2,11м/с для

1

1

подводящего канала входят в допустимые значения средних скоростей течения воды, поэтому дополнительное укрепление подводящего канала не требуется.

67

3.Быстроток

3.1.Определение критической глубины

Для определения критической глубины на быстротоке по фор-

муле (24) определим удельный расход: q 4,0 2,0м2/с. Критическую

2,0

глубину для прямоугольного сечения вычислим по формуле (23):

hк

 

3

1,1 2,02

0,77м.

2

 

 

9,81

 

 

 

 

 

3.2. Определение критического уклона

Определим значение критического уклона по формуле (16), подставив в неё величину уклона на быстротоке и значение вычисленной критической глубины.

Найдём значения , С, R и χ, B по формулам (2), (3), (6), (7), (13)

для критической глубины hк2 :

 

 

И

к2

(2,0 0 0,77) 0,77 1,53м2;

 

к2 2,0 2 0,77

 

 

3,53м;

Д

1 02

 

 

R

 

1,53

0,43м.

 

 

А

 

 

б

 

 

к2

3,53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для определен я коэфф циента Шези предварительно вычис-

лим коэффициентСшероховатостии с учётом аэрации потока nаи соответствующий показатель степени y:

nа 1,33 0,014 0,019; y 1,50,019 0,2.

Подставляя полученные данные в формулу (21), вычислим коэффициент Шези:

Cк

2

 

1

0,431,5

0,019

45,26м0,5/с.

0,019

 

 

 

 

 

Тогда критический уклон по формуле (16) будет равен

9,81 3,53

iк2 1,1 45,262 2 0,0077.

Так как iк2 i02 ,то делаем вывод, что поток находится в бурном состоянии.

68

3.3. Определение нормальной глубины

Определим нормальную глубину методом Б.А. Бахметева.

1) Находим необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине h02 по формуле (8):

 

 

 

К

0

 

 

 

4,0

 

 

15,12м3/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,07

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Вычисляем расходные характеристики (табл. П.7.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт расходных характеристик

Таблица П.7.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётная формула

 

 

Ед. изм.

Назначаемые и определяемые величины

 

 

 

 

 

 

h1

И

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

4

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

0,2

 

 

0,4

(b m h) h

 

 

 

м2

 

 

 

 

0,40

 

 

0,80

b 2 h

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

2,40

 

 

2,80

1 m2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1

Ry

 

 

 

 

 

 

 

б

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

41,56

 

nа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м /с

 

 

37,22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

17,77

K C

 

R

 

 

 

 

 

 

 

м2

 

 

 

 

6,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Определим г дравл ческий показатель русла Х, используя

формулу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2lg

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

2

,

 

(П.7.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lg h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

где h1, h2, К1, К2 соответственно глубины и соответствующие им расходные характеристики, вычисленные в табл. П.7.5.

 

6,08

 

 

2lg

 

 

 

 

 

 

 

 

По расчёту получаем: X

17,77

 

 

0,93

3,1.

 

0,2

 

 

 

 

 

 

0,3

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4

 

 

 

 

 

4) Вычислим нормальную глубину h02 по формуле

69

 

 

 

 

 

 

 

 

K0

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

X

 

 

 

 

 

 

 

h

h

 

 

 

,

(П.7.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02

1

 

K1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где h1, К1, Х, K02 – ранее вычисленные величины.

 

По расчёту получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15,12

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,1

м.

 

 

 

 

 

 

 

 

h02 0,2

 

 

 

0,36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнивая

значения

 

 

нормальной и

 

критической

глубин

(h02

<hк2 ), делаем вывод о том, что на быстротоке формируется бур-

ное стояние потока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Расчёт кривой свободной поверхности на быстротоке

 

 

Рассчитаем кривую свободной поверхности на быстротоке по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

методу В.И. Чарномского, предварительно назначив глубину на изло-

ме hизл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

превышает h

 

больше чем в два раза,

 

 

Поскольку значение h

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

то примем hизл 0,7 hк2

0,7 0,77 0,54м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт приводится в та л. П.7.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построим кривую свободной поверхно-

сти (рис. П.7.5).

 

и

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По исходным данным (та л. П.7.1) длина быстротока l = 30 м,

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что больше длины кр вой спада (l = 25,7 по табл. П.7.6). По рекомен-

дациям

подразд.

3.2.5

пр н маем

глубину

 

на

конце быстротока

hкб

= 0,36 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица П.7.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт кривой свободной поверхности на быстротоке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h,

 

ω,

 

χ,

R,

 

R

,

 

C,

 

 

 

C

,

 

V ,

 

V

,

 

 

imp

Э,

∆Э,

 

∆l,

l,

м

 

м2

 

м

м

 

м

 

м0,5

 

 

м0,5

 

м/с

м/с

 

 

 

м

м

 

м

м

1

 

2

 

3

4

5

 

6

 

 

7

 

8

9

 

 

10

11

12

 

13

14

0,54

 

1,15

 

3,15

0,36

 

 

 

 

43,9

 

 

 

 

 

 

3,48

 

 

 

 

 

 

1,25

 

 

 

0,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,35

 

 

 

 

43,5

 

 

3,74

 

0,021

 

0,14

 

2,92

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,50

 

1,00

 

3,00

0,33

 

 

 

 

43,1

 

 

 

 

 

 

4,00

 

 

 

 

 

 

1,40

 

 

 

2,92

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,31

 

 

 

 

42,4

 

 

4,50

 

0,036

 

0,40

 

12,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,40

 

0,80

 

2,80

0,29

 

 

 

 

41,8

 

 

 

 

 

 

5,00

 

 

 

 

 

 

1,80

 

 

 

14,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,28

 

 

 

 

41,6

 

 

5,16

 

0,055

 

0,16

 

10,82

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,37

 

0,75

 

2,75

0,27

 

 

 

 

41,4

 

 

 

 

 

 

5,32

 

 

 

 

 

 

1,96

 

 

 

25,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

Рисунок П.7.5 – Кривая свободной поверхности

3.5. Отводящий канал

 

 

 

 

 

 

АД

 

 

 

3.5.1. Определение гидравлических характеристик потока

 

 

Вычисляем

 

 

И

 

 

 

К

 

 

 

 

используя график K =

f(h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормальную глу ину находим,

(рис. П.5.1),

 

и

подводящего канала

при

построенный для

К

0

56,57 м3/с и h = h = 0,79 м.

 

 

 

3

 

 

03

 

 

 

 

Критическая глуб набhк не зависит от уклона дна, поэтому со-

хранится неизменной на протяжении всего призматического русла

трапецеидального сечения,

т.е. hк

hк 0,64м. Соответственно не

изменится и критический уклон iк

 

3

1

3

iк

0,0107.

Так как hСh и i

 

 

 

1

 

03

i

, то мы делаем вывод: состояние по-

03

к3

 

к3

 

 

 

тока спокойное.

При смене заданных уклонов (i02 и i03 ) и сопряже-

нии бьефов возникает гидравлический прыжок.

3.5.2. Расчёт гидравлического прыжка

Расчёт гидравлического прыжка сводится к определению его характеристик: h – первой сопряжённой глубины, h – второй сопряжённой глубины и ln – длины гидравлического прыжка.

71

1. Определяем сжатую глубину hс методом последовательного приближения по формуле (26). Для этого по формулам (28) и (29) вычислим скорость и удельную энергию сечения на конце быстротока:

4,0

Vкб 2,0 0,36 5,55м/с;

Е0 Екб 0,36 1,1 5,552 2,09м. 2 9,81

Далее определим сжатую глубину.

1) В первом приближении не учитываем hс в знаменателе, тогда

по формуле (30) получаем hc

 

2,0

 

 

0,35

м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,9 2 9,81 2,09

 

 

 

 

2) Во втором приближении учитываем hc

в знаменателе и по

 

 

 

 

И

 

 

 

 

2,0

1

 

 

 

 

формуле (26) получаем hc2

0,9

2 9,81 2,09 0,35

0,38

м.

 

 

 

Д

 

 

и hc

более 5 %,

3) Так как расхождения между глубинами hc

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

определим сжатую глубину в третьем приближении по формуле (26):

 

 

2,0

 

 

 

 

 

А

hc3

0,9

 

2 9,81 2,09 0,38

0,38м.

 

4) Расхождение между hc2 и hc3 нет.

 

 

 

 

и

= 0,38 м.

 

Принимаем h = hс

= h

 

 

 

 

 

 

c3

 

 

 

5) Определяем вторую сопряжённую глубину по формуле (32):

 

 

 

С

б2

 

 

 

 

 

 

h

0,5 0,38

1 8

 

 

 

 

1 1,0м.

 

 

 

 

 

0,38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, h 1,0 hб 0,79м – гидравлический прыжок отогнанный и требуется установка гасителя энергии.

3.5.3.Расчёт водобойного колодца

Впервом приближении глубина колодца d определяется по формуле (33). По расчёту получаем:

d1 1,1 1,0 0,79 0,31м, принимая = 1,1.

Удельная энергия сечения по формуле (34) будет равна

Е01 2,09 0,31 2,4м.

72

Первую и вторую сопряжённые глубины вычислим по форму-

лам (35) и (36):

2,0

h1 0,92 9,81 2,34 0,32 м,

 

3

 

1,13м.

h1 0,5 0,32

1 8 0,64 0,32

1

 

 

 

 

Вычислим глубину колодца во втором приближении, принимая

= 1,2:

d2 1,2 1,13 0,79 0,57м.

Сравним полученные значения d1 и d2:

d2 d1 100%; d1

0,57 0,31 100 84%.

0,31

Поскольку d1 и d2 отличаются более чем на 5 % , определяем

глубину в третьем приближении в аналогичной последовательности.

Удельная энергия Е02 2,09 0,57 2,66Им.

Первая сопряжённая глубина:

h2

 

 

 

2,0

 

 

0,31м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

Д0,9 2 9,81 2,66

Вторая сопряжённая глубина:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

А3

 

 

 

 

 

 

h2 0,5 0,31

1 8

0,64/0,31

1 1,16м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда глубина водобойного колодца в третьем приближении бу-

дет равна d3 1,2 1,16 0,79 0,6м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравним полученные значения d2 и d3:

 

 

 

 

 

 

0,6 0,57

100 5,3%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,57

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как полученные d2

и d3

отличаются более чем на 5 %, опре-

деляем глубину в четвертом приближении.

 

 

 

 

 

Удельная энергия

Е04

2,09 0,6 2,69м.

Тогда первая сопря-

жённая глубина будет равна h4

 

 

2,0

 

 

0,31 м, а вторая сопря-

0,9

 

 

 

 

 

 

2 9,81 2,69

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1,16 м.

жённая глубина – h4 0,5 0,31

 

1 8 0,64/0,31

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глубина водобойного колодца в четвёртом приближении будет равна d4 1,2 1,16 0,79 0,6м.

73

Получаем, что d3 = d4 (отличаются не более чем на 5 %), поэтому принимаем d = d4 = 0,6 м.

Длина водобойного колодца вычисляется последовательно по формулам (42), (43), (44), (45).

Определим эти величины поочередно:

Длина отлёта струи: lотл 0,32 5,552 0,6 0,31 2,18м.

Длина гидравлического совершённого прыжка: ln 2,5 1,9 1,16 0,31 4,73м.

Длина подпёртого прыжка: lnn 0,8 4,73 3,79м. Длина водобойного колодца: lк 2,18 3,79 5,97м.

В результате расчётов получили, что для гашения энергии необ-

ходимо предусмотреть устройство водобойного колодца со следую-

 

 

 

 

И

щими размерами: длина – 5,97 м, глубина – 0,6 м.

 

 

 

Д

 

 

А

 

 

б

 

 

и

 

 

 

С

 

 

 

 

74

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]