Приложение 5

Допускаемые (неразмывающие) средние скорости течения

С

для несвязных грунтов

Размеры

Средние глубины потока, м

Характер ст ка грунтов

частиц

0,4

1,0

2,0

грунтов, мм

Средние скорости течения, м/с

глиной

Пыль и л с мелк м песком;

0,005-0,05

0,15-0,20

0,20-0,30

0,25-0,40

растительная земля

Песок мелк й с пр месью

0,05-0,25

0,20-0,35

0,30-0,45

0,40-0,55

среднего

» с

бА

; песок средн й с

0,25-1,00

0,35-0,50

0,45-0,60

0,55-0,70

примесью крупного

Песок крупный с пр месью

гравия; среднезерн стый

1,00-2,50

0,50-0,65

0,60-0,75

0,70-0,80

песок с гл

ной

Гравий мелк й с пр месью

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

Галька мелкая с песком и

10,0-15,0

0,90-1,10

1,05-1,20

1,15-1,35

гравием

Д

» крупная с примесью гравия

25,0-40,0

1,25-1,50

1,45-1,85

1,65-2,10

Булыжник мелкий с галькой

40,0-75,0

1,50-2,00

1,85-2,40

2,10-2,75

и гравием

Булыжник средний с галькой

75,0-100

2,00-2,45

2,40-2,80

2,75-3,20

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

И

Продолжение прил. 5

Таблица П.5.2

Допускаемые (неразмывающие) средние скорости течения

для связных грунтов

Содержание

Средние скорости течения, м/с,

частиц, %

при средней глубине потока, м, для грунтов

Грунты

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

С

20-30

80-70

углинки

10-20

90-80

0,40

0,45

0,80

0,90

1,20

1,40

1,70

1,90

тощие

Лёссовые

грунты в

суглинки

–

–

0,70

0,80

1,00

1,20

1,40

1,50

условиях за-

–

–

кончивш хся

просадок

Супеси

5-10

20-40

По та л. П.5.1 в зависимости от крупности

песчаных фракций

П риме чания : 1.

Грунты малоплотные имеют

приведённую пороз-

С

Средние глубины потока, м

Тип укреплений

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

Одиночное мощен е на щебне (слой щебня

Одиночное

не менее 10 см:

а) из рваного камня размером 15 см

2,5

3,0

3,5

4,0

б) » » » 20 »

3,0

3,5

4,0

4,5

в) » » » 25 »

3,5

4,0

4,5

5,0

бА

мощен е с под ором лица и

грубым пр колом на ще не (слой ще ня не

менее 10 см):

а) из камней размером 20 см

3,5

4,5

5,0

5,5

б) » » » 25 »

4,0

4,5

5,5

5,5

в) » » » 30 »

4,0

5,0

6,0

6,0

Двойное мощение из рваного камня

на щебне:

нижний слой из камней 15 см, верхний – из

Д

5,5

камней 20 см (слой щебня не менее 10 см)

3,5

4,5

5,0

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

о 4,0

о 5,0

о 5,5

До 6,0

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

И

Приме чани я : 1. Табличные значения скоростей не следует интерпо-

лировать. При промежуточных глубинах водотока значения скоростей прини-

маются по глубинам, ближайшим к натурным.

1. Исходные данные.

СибАДИ

Выполнить гидравлический расчет водоотводных сооружений по ис-

ходным данным, пр веденным в табл. П.6.1.

Таблица П.6.1 – Исходные данные по варианту

Номер

Обозначения величин

варианта

Q0, м3/с

b, м

i0

i0

2

i0

3

l, м

m

n

1

29

4,0

2,0

0,001

0,07

0,005

30

1,5

0,0270

Быстроток гас

тель энергии:

- прямоугольной формы (m = 0);

- матер

ал стенок –

етон (коэффициент шероховатости по бетону

n =0,014).

стику, соответствующую нормальной глубине h0 :

1

K0

4,0

126,49 м3/с.

1

0,001

Си3 бАДИ

2. Для вычисления коэффициента Шези С определяем числовое зна-

чение 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

0,0270

0,22.

3. Задаваясь ч

словыми значениями глубин, вычисляем соответ-

ствующ е

м расходные характеристики, используя формулы (2), (3), (6),

Расчётная формула

Ед.

Назначаемые и определяемые величины

зм.

h1

h2

h3

h4

h5

1

2

3

4

5

6

7

h

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

1

y

0,5

C

R

м

/с

23,90

28,82

31,59

33,59

35,21

n

K C

R

м3/с

4,52

23,83

58,54

110,64

182,39

С

и

м , h

Глубина

бА

Расходная характеристика, м3/с

Рисунок П.6.1 –

График зависимости К = f(h)

Д

2.2. Определение критической глубины.

Критической глубиной hк называется глубина, отвечающая миниму-

му удельной энергии сечения.

Для определения критической глубины воспользуемся методом

подбора:

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

Q2

1,1 4,0

2

5

0

1,79 м

.

g

9,81

И

h, м

(b m h) h, м2

B b 2 m h, м

ω3/B, м5

1

2

3

4

0,4

1,04

3,2

0,35

С

1,375

3,5

0,74

0,5

0,6

1,74

3,8

1,39

0,7

2,135

4,1

2,37

0,8

2,56

4,4

3,81

и

3. тро м граф к ω3/B=f(h) (рис. П.6.2).

Глубина h, м

бА

Д

3/В, м5

И

Рисунок П.6.2 – График зависимости ω3/B=f(h)

4. На построенном графике (см. рис. П.6.2) по оси

3

на основа-

Продолжение прил. 6

Q2

значение величины

0

, поднимаем вертикаль до пересечения с

g

кривой

3

= f (h) и с оси глубин снимаем числовое значение критиче-

B

ской глубины.

Пр н маем hк

= 0,64 м.

1

Второй метод определения критической глубины – самостоятельно.

С

2.3. Определен е кр тического уклона.

Кр т ческ м уклоном iк

называется такой уклон, при котором за-

данный расход Q0

по каналу в условиях равномерного движения

проходит

бА

с глубиной, равной

hк .

Для определения критического уклона на подводящем канале опре-

делим значения ω, С, R и χ для критической глубины hк = 0,64 м по фор-

1

мулам (2), (3), (6), (7).

Д

Площадь живого сечения

к

2

.

(2,0 1,5 0,64) 0,64 1,90м

1

Смоченный периметр

к

2,0 2 0,64

1 1,52 4,31 м.

1

Гидравлический радиус

R

1,90

0,44м.

к

4,31

И

1

Коэффициент Шези

1

0,441,5

30,26м0,5/с.

Ск

0,025

0,027

1

Продолжение прил. 6

iк

4,02

0,0107.

1,90

2

30,26

2

1

0,44

Принимаем iк

0,0107.

С

1

Определение критического уклона по второму уравнению - само-

стоятельно.

Анал з руя соотношение глубин (h0

hк ) и уклонов (i0

iк ), де-

чески

1

1

1

1

лаем вывод, что поток находится в спокойном состоянии.

2.4. Расчёт канала гидравлически наивыгоднейшего профиля.

бА2

называется

Г дравл

наивыгоднейшим

профилем (ГНП)

расход Q0(пропускная спосо ность канала) оказывается наибольшим.

Для определения гидравлически наивыгоднейшего сечения восполь-

зуемся графоаналитическим спосо ом:

Д

1. По формуле (17) вычислим относительную ширину канала:

гн 2(

1 1,5

1,5) 0,61.

Таблица П.6.4 Расчёт расхода для трапецеидального участка водоотвода

h

C

1

Ry ,

Q C

,

h, м

b h, м

2

R

, м

R i0

(b m h) h, м

2

n

м3/с

1

м

0,5

/с

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

И

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

3.

троим график Q = f(h) (рис. П.6.3).

С

Глубина

мh,

бА

Расход Q, м3/с

Рисунок П.6.3 – График зависимости Q = f(h)

4.

На построенном графике (см. П.6.3) по оси Q откладываем значе-

И

Продолжение прил. 6

6. Для проверки правильности расчёта строим ГНП (рис. П.6.4) и со-

вмещаем его с поперечным сечением для заданной ширины канала понизу

b и вычисленной нормальной глубины h0 . Масштаб графика выбран 1:50

С

1

(в 1 см 0,5 м).

и

Д

Анализируя построение (см. рис. П.6.4), видим, что при наложении

фигур с равнымибАплощадями (площадь поперечного сечения по условию

ГНП, заданная величина) отсекаются равновеликие части.

Вывод: расчет гидравлически наивыгоднейшего профиля выполнен с

достаточной точностью.

И

к (2,0 1,5 0,64) 0,64 1,9 м2.

1

Тогда скорости при нормальной и критической глубинах будут вы-

числены как

С

V

4,0

0,91

м/с и V

4,0

2,11 м/с.

0

4,4

к

1,9

1

1

Выясн м, являются ли полученные скорости размывающими для за-

протекания

данных услов й

потока:

значения допускаемой (неразмывающей) скорости естественных грунтов,

бА

V0

1

0,40м/с и Vк

0,40м/с.

1

Следовательно, без укрепления дна и откосов подводящий канал

подвержен размыву.

Д

В исходных данных (см. табл. П.6.1) заложено укрепление кана-

ла (n = 0,027). Значения скоростей при нормальной и критической глуби-

нах меньше значения допускаемой (неразмывающей) скорости при моще-

нии дна и откосов канала из рваного камня:

И

V01 4,5м/с и Vк1

4,5м/с.

Продолжение прил. 6

3. Быстроток.

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с укло-

ном дна больше критического (i02 iк2 ). Расчет быстротока сводится к оп-

С

ределению нормальной и критической глубин, критического уклона, коор-

динат кр

вой свободной поверхности на водоскате. По результатам расче-

та требуется сделать вывод о состоянии потока, о глубине на конце быст-

и

ротока

проанал з ровать изменение глубины по длине на водоскате.

h

к2

3

1,1 2,0

2

0,77м.

9,81

бА

Принимаем hк2 0,77м.

3.2. Определение критического уклона.

Определим значение критического уклона по формуле (16), подста-

Д

эффициент шероховатости поверхности быстротока с учётом аэрации по-

СибАДИ

тока nа и соответствующий показатель степени y:

nа 1,33 0,014 0,019;

y 1,5

0,019

0,2.

Коэфф ц ент Шези с учетом аэрации потока вычислим по фор-

муле (21):

Cк

1

0,431,5

0,019

45,26м0,5/с.

2

0,019

Тогда кр т ческ й уклон по формуле (16) будет равен

i

9,81 3,53

0,0077.

к2

1,1 45,262 2

методом Б. . Бахметева:

1.

Вычислим необходимую расходную характеристику, соответст-

вующую нормальной глубине h02 по формуле (8):

К

4,0

15,12м3/с.

02

0,07

2.

Задаваясь произвольными глубинами, определим соответствую-

СибАДИ

Таблица П.6.5 – Расчёт расходных характеристик

Расчётная формула

Ед. изм.

Назначаемые

определяемые величины

h1

h2

1

2

3

4

h

м

0,2

0,4

(b m h) h

м2

0,40

0,80

b 2 h

1 m2

м

2,40

2,80

R

м

0,17

0,29

1

y

C

R

м0,5/с

37,22

41,56

nа

K C

R

м2/с

6,08

17,77

3. Определим гидравлический показатель русла x, используя фор-

мулу (П.3.11):

6,08

2lg

x

17,77

0,93

3,1.

0,3

0,2

lg

0,4

4. Вычислим нормальную глубину h02

по формуле

K0

2

2

x

h

h

,

02

1

K

1

где h1, K1, x, K02 – ранее вычисленные значения величин.

2

h02

15,12 3,1

0,2

0,36м.

6,08

Принимаем h02 0,36м.

Анализируя соотношение глубин (h02 hк2 ) и уклонов (iк2

i02 ),

С

делаем вывод, что поток находится в бурном состоянии.

3.4. Расчёт кривой свободной поверхности на быстротоке.

ломе h зл. Поскольку значение hк2

превышает h02 больше чем в два раза,

то

h зл

0,8 hк2

0,8 0,77 0,62м.

Последняя расчетная глубина

бА

1,02 0,36=0,37 м.

принимается на 2%

ольше, чем нормальная h02

, т.е. hn

примемДля определен я промежуточных величин используются зависимо-

сти, пр веденные в подр. 1.3.4. Расчёт приводится в табл. П.6.6.

Таблица П.6.6 – Расчёт кривой сво одной поверхности на быстротоке

h,

ω,

χ,

R,

C,

V ,