книги из ГПНТБ / Чугаев Р.Р. Подземный контур гидротехнических сооружений (проектирование подземных частей плотин на нескальном основании)

Рис. 65

120

*)

121

гидродинамические сетки, построенные так называемым графическим методом.

С целью выявления точности построения эпюры противодав­ ления по методу коэффициентов сопротивления на рис. 62—67 при­ водятся заимствованные из различных источников схемы подземного контура (табл. 1), а также эпюры противодавления, построенные для этих схем по методу коэффициентов сопротивления (штриховые ли­ нии); по методу удлиненной контурной линии (штрих-пунктирные

в ходе нашей работы были составлены Г. В. Симаковым и Б. И. Коротковым.

Сопоставляя эпюры противодавления, построенные по нашему ме­ тоду и по тем или другим экспериментальным методам (в частности, по методу ЭГДА), необходимо учитывать, что расхождение между соответствующими кривыми обусловливается не только приближен­ ностью нашего метода, но также и соответствующими погрешностями, которые всегда имеют место при проведении опытов (см., например, понурную часть на рис. 65,^e).

С тем чтобы выявить точность определения ф и л ь т р а ц и о н ­

122

^77

I

Рис. 68

флютбета при s/T < 0 ,4 в общем случае (при Іг > s/2 и I, > s/2) пере­ пишется в виде:1

1_і_ = _________ !_________

к0,88 + — + —— f-

тт т21*

123

По этой зависимости (или ей подобным) на рис. 68 построены кри­ вые (штриховые линии) q/k = / (s/T; IJT\ l2/T). На этих же графиках сплошными линиями нанесены те же кривые, полученные Н. Н. Ве­ ригиным на основании математического решения [5 7 ].

нии точного математического решения (см. номограмму № 16, приве­ денную в книге [13]).

На графике нанесены также соответствующие кривые, построен­ ные: а) по методу коэффициентов сопротивления [по формуле (149)]— штриховая линия и б) по методу удлиненной контурной линии [по формуле (177)] — штрих-пунктирная линия.

В заключение отметим, что нами была сделана попытка сопоста­ вить наши решения с известным решением В. С. Козлова для двух­ шпунтовой схемы флютбета [13]. При этом оказалось, что найденные нами значения / ВЬ1Х достаточно хорошо совпадают со значениями / ВЬІХ, полученными по номограмме № 5 В. С. Козлова для относительно малых значений s/T. В случае относительно больших значений s/T (равных 0,6 — 0,7) и больших значений ИТ (равных 1,4— 1,6) расхож­ дение между нашими данными и номограммой № 5 В. С. Козлова по­ лучалось относительно велико, до 25—40%. Анализируя этот вопрос,

124

в результате сопоставления номограммы № 5 В. С. Козлова (для вы­ ходных уклонов) с номограммой № 1 того же автора (для фильтра­ ционного расхода) мы пришли к выводу, что упомянутые номограммы В. С. Козлова содержат в себе некоторые погрешности, и потому этими номограммами, по нашему мнению, пользоваться не следует.1

Рассматривая кривые, приведенные на рис. 62—69, можно видеть, что точность достаточно общего метода коэффициентов сопротивления является вполне приемлемой. В то же время расчет по этому методу (см. пример расчета, приведенный в § 23) является весьма простым, требующим малой затраты времени.21

27. Влияние размеров подземного контура на основные гидродинамические характеристики фильтрационного потока

В связи со статическим расчетом плотин, а также в связи с расче­ том фильтрационной прочности их основания приходится интересо­ ваться, в частности, следующими гидродинамическими характеристи­ ками потока: 1) величиной пьезометрического уклона J r. к вдоль го­ ризонтальных элементов подземного контура; 2) .величиной макси­ мального пьезометрического уклона на поверхности дна нижнего бьефа; 3) величиной ординат эпюры противодавления и величиной площади этой эпюры.

При проектировании подземного контура следует представлять себе, как размеры отдельных элементов койтура влияют на величину упомянутых гидродинамических характеристик.

1°. Влияние размеров подземного конту|& на величину среднего пьезометрического уклона / г.к вдоль горизонтальных элементов

чины, найденные соответственно по номограммам № 1 и № 5. В. С. Козлова [13]. Ясно, что с увеличением ЦТ значения а, полученные по номограмме В. С. Коз­ лова, должны приближаться к тем значениям а, которые найдены С. Н. Нумеровым [18] для случая ЦТ = оэ (бесконечно длинный горизонтальный подход к выходному шпунту). Однако вычисления показали, что значения а по В. С. Коз­ лову с увеличением ЦТ удаляются от значений а, соответствующих ЦТ = со.

2 С учетом этих обстоятельств данный метод и был .принят в ряде норматив­ ных документов [46, 49, 55]. Отметим дополнительно, что точность этого метода в течение последних 15 лет проверялась, в частности, при выполнении до­ машних работ студентами Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина: при изучении курса гидравлики студентам задавались самые различные схемы пбдземного .контура, причем эти схемы студенты сначала рас­ считывали по методу коэффициентов сопротивления, а затем свой расчет прове­ ряли при помощи экспериментального метода ЭГДА.

125

С тем чтобы выяснить, как изменяется J?. к в зависимости от раз­ меров контура, рассмотрим: а) плоский флютбет длиной I с двумя крайними шпунтами одинаковой длины s (рис. 70); б) плоский флют­ бет длиной I с одним крайним шпунтом длиной s (рис. 71).

Для двухшпунтовой схемы величина hr.к, т. е. потеря напора от точки а до точки Ь контура, выразится в виде:

Подставляя (184) в (183), после соответствующего преобразования получаем:

2CBX+ "F (^T_ 1

Рассуждая аналогично, для одношпунтовой схемы можно полу­ чить:

126

Одна из этих кривых относится к случаю ЦТ = 2,0, вторая к слу­ чаю ИТ = 1,0. Надо заметить, что вторая кривая в пределах" 0 0 , 2 0 относится также к случаю Т — со; в этом последнем случае, пользуясь данной кривой, по горизонтальной оси надлежит отсчитывать величины s/l, по вер-

тывать следующие моменты:

а) в практике, конечно, встречаются благополучно работающие плотины, построенные без соблюдения такой рекомендации;

б) вместе с тем работа обратного фильтра получается значительно более напряженной, когда указанная рекомендация не выполняется; в) можно показать, что, принимая упомянутую рекомендацию, мы будем получать (в случае обычных контуров при достаточно глубоком залегании водоупора) глубины s выходного шпунта или зуба равными 6,0 м при 10 = 120 м\ 4,0 м при 10 = 80 м; 2,0 м при /0 = 40 м, где

10 — горизонтальная проекция подземного контура.

-3°. Влияние размеров подземного контура на величину противодавления

’Пользуясь методом коэффициентов сопротивления, весьма легко оценить для любого подземного контура величину противодавления.

Действительно, площадь й эпюры противодавления для схемы,

128

представленной, например, на рис. 42, выражается следующей весьма простой формулой:

(196)

где d — заглубление подошвы плотины под уровнем воды нижнего бьефа; b — ширина подошвы плотины; £" — коэффициент сопротив­

ления для горизонтального элемента 4—5 (для подошвы плотины). Пользуясь этой формулой, легко вести анализ влияния различных элементов контура на величину й для того или другого конкретного

случая плотины.

Заметим в заключение еще следующее. Снизить величину давле­ ния в точке 4 (см. рис. 42) можно за счет удлинения либо внутреннего подплотинного шпунта 3—б—4, либо понурного шпунта 1—а—2, либо, наконец, за счет удлинения понура. В связи с этим возникает вопрос о том, какой из перечисленных трех приемов снижения дав­ ления в точке 4 является наиболее рациональным.

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо располагать: а) стоимостями 1 м длины (глубины) шпунта и 1 м длины понура;

к рассмотрению графика на рис. 30, на котором, в частности, нанесена «прямая Бляя» (штриховая прямая).

Легко видеть, что для той области кривых

— f (s!Ti, Т2/Тj),

где они примерно параллельны упомянутой прямой Бляя, т. егдля области, определяемой соотношениями (14), 1 м длины (глубины) шпунта (подплотинного или понурного) эквивалентен (в отношении гашения напора в точке 4) 2 м длины понура.

Разумеется, на основании графика на рис. 30 можно легко дать сравнительную оценку эффективности вертикальных и горизонталь­ ных элементов контура и для других областей 1* значений s/T и T J T X.

В.УЧЕТ ОСОБЫХ УСЛОВИЙ ФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ [41, 1958]

28.Учет водопроницаемости понура при фильтрационном расчете

Представим на рис. 73 «входной» и «подпонурный» фрагменты осно­ вания плотины в случае водопроницаемого (глинистого) понура. Вве­ дем следующие обозначения: Іп — длина понура; t — толщина понура (предполагается, что действительный понур переменной толщины за­ менен для расчета понуром некоторой средней постоянной толщины t)\ k0 — коэффициент фильтрации основания; ігп — коэффициент филь­ трации понура; tup — так называёмая приведенная толщина понура:

1 Для областей, где кривые £ш имеют угол наклона к горизонту больший,

чем прямая Бляя, 1 м длины (глубины) шпунта оказывается более эффективным, чем 2 м длины понура.

129