книги из ГПНТБ / Переходы через водотоки

где M0 — коэффициент формы для поперечных стенок, равный 1,46.

Совокупность опытных точек размыва при ѵ = Ѵо удовлетвори­ тельно описывает кривая с уравнением

Ah0 2,3

(IX-33)

h

Подставляя формулу (ІХ-33) в (ІХ-32), а также учитывая пере­ ходный коэффициент для натуры 0,79 и коэффициент формы 1,46, получим для случая движения наносов:

у головной части траверса (см. ниже) ; К * — коэффициент, учи­ тывающий угол а, образуемый траверсом с направлением тече­ ния, определяемый по приведенным ниже данным:

При скорости потока менее неразмывающей или при отсутствии поступления наносов в воронку размыва получена формула

О

где ун — начальная скорость, определяемая для несвязных грунтов по формуле (ІХ-7) с заменой b на h, а для связных грунтов — по формуле (ІХ-22).

При расчете местного размыва у траверсов А— длина проекции траверса на нормаль к направлению течения у его головной

части, м; ѵ — средняя скорость набегающего потока на вертикали против головной части траверса, м/сек\ ѵ0— неразмывающая ско­ рость для грунта на той же вертикали.

§ 44. РАСЧЕТ МЕСТНОГО РАЗМЫВА У СТРУЕНАПРАВЛЯЮЩИХ ДАМБ

Целостность струенаправляющих дамб является важным факто­ ром обеспечения нормальных условий эксплуатации мостового пе­ рехода. Известно, что разрушение струенаправляющих дамб приво­ дило к повреждениям и разрушениям моста и насыпей подходов.

Так, например, вследствие размыва верховой левобережной струенаправляющей дамбы на переходе через р. Урал у ст. Орен­ бург в паводок 1942 г. была размыта насыпь за устоем, а сохран­ ность последнего может быть объяснена прорывом насыпи на пойме, в результате чего уменьшился размыв за устоем.

Практика показывает, что наиболее уязвимым местом являются головные части дамб, где возникают местные размывы часто значи­ тельной глубины.

Для надежного проектирования струенаправляющих дамб не­ обходим правильный расчет местных размывов.

Для этого расчета Наставлением по изысканиям и проектирова­ нию мостовых переходов издания 1961 г. Главтранспроекта была рекомендована формула, предложенная И. А. Ярославцевым, осно­ ванная на представлении о том, что поток набегает на дамбу, как на мостовую опору:

где Ah — глубина размыва в грунте; ѵя — скорость потока у головы дамбы; а — угол направления набегающего потока у головы дамбы, принимаемый равным 90°; т — коэффициент откоса дамбы; d — диаметр частиц грунта у головы дамбы.

Указанная формула имеет следующие недостатки. Натурные наблюдения и лабораторные исследования показывают, что поток обтекает дамбу, а не набегает на нее. Современными методами расчета получить величину скорости потока у головы дамбы весьма сложно, поэтому при расчете размыва по указанной формуле при проектировании ее заменяют средней скоростью под мостом или по створу головных частей дамб; размыв у дамбы зависит от глубины потока, что в формуле не учтено. Как указано выше, структура фор­ мулы в отношении учета крупности частиц грунта удовлетворитель­ ной не является; в ней не учитывается очертание дамбы, от которо­ го зависит характер ее обтекания и. величина местного размыва.

Вследствие этих недостатков приведенная формула не дает приемлемых результатов.

Примеры расчета размывов по формуле показывают, что результат расчета отличается от натуры в несколько раз. При мел­

Подставляя в правую часть последней формулы вместо ftnp его выражение по (ІХ-40), получим

ѵ0

Коэффициент Кт определяли И. А. Ярославцев [154], В. А. Маглакидзе [77] и др. При учете коэффициента Кт по Ярославцеву по­ лучаем несколько большую величину размыва. Значения Кт, ко­ торые принимаем к расчету в зависимости от коэффициента откоса дамбы т, приведены ниже:

Коэффициент ал и произведение «ßÄопределяли по результатам лабораторных опытов, которые проводили в лотке шириной 3,5 м с руслом шириной 30 см и глубинами на пойме 7 см, в русле — 12 см, при трех расходах воды с песками, имеющими средний диаметр частиц 0,24 и 0,7 мм.

В опытах изменяли отверстие моста и очертание дамб. До уста­ новки модели выполняли опыты в бытовых условиях, чтобы выявить распределение расходов по участкам живого сечения на переходе.

Каждый опыт выполняли на жесткой и размываемой моделях. На жесткой модели определяли коэффициент ад, на размывае­

мой — произведение кфд.

На жесткой модели определяли среднюю скорость, под мостом измеряли скорости вблизи дамбы и выбирали наибольшую, кото­ рую и принимали в качестве идр. Зная скорость нестесненного потока Унест по опытам в бытовых условиях, определяли коэффициент

X)

а д — -------55----- . Этот коэффициент, определенный при ОДНОСТОРОН­ НІЕ ^нест

ней дамбе, проверяли при двусторонних дамбах.

На размываемой модели в месте наибольшего размыва перио­ дически замеряли глубину и скорости.

Опыты на размываемой модели проводили в течение 7 ч, посколь­ ку к этому времени параметры haр, ипр, q оказывались близкими к стабилизации.

Сопоставление результатов опытов на некоторое постоянное время не будет правильным, так как разные опыты к этому времени будут находиться в разной стадии размыва. Поэтому результаты опытов следует сравнить при стабилизации размыва. С этой целью зависимости глубины размыва от времени экстраполировали до стабилизации по обобщенной зависимости относительного размыва (отношения данного размыва к размыву при его стабилизации) от относительного времени (отношения данного времени ко времени осуществления половины размыва при его стабилизации) [27]. Если получение предельной глубины размыва возможно указанным пу­ тем, то для получения скорости в точке максимальной глубины при

Рис. ІХ-7. Зависимость ßÄA=f(P„) по опы­ там:

1 — для эллиптиче­ ских; 2 — прямоли­ нейных дамб

стабилизации размыва необходимо еще выполнить исследование. Поэтому произведение /cß„ на основании экспериментов можно по­

QM

ший в бытовых условиях на участке моста) выражается, как и было предположено, прямой линией. Аналогичные прямые были получе­ ны и для других значений к.

Рис. ІХ-6 показывает, что зависимость ад = /(Я) получилась еди­ ной для односторонних и двусторонних дамб.

Из рассмотрения рис. ІХ-7 видно, что зависимости. кфд = /(Р д) ;

h

(где Рд = —— — коэффициент местного размыва у -дамбы.) по данЛдр

ным опытов несколько различны для эллиптических и. прямолиней­

ных дамб.

Опыты, послужившие основанием для графика рис. ІХ-7, были выполнены при разных глубинах и грунтах, что указывает на неза­ висимость произведения рдк от этих факторов и подтверждает пра­ вильность структуры формулы (ІХ-41).

поставлены с натурными (рис. ІХ-9). Из графика видно, что рас­ считанные глубины размыва в большинстве случаев существенно не расходятся с натурными. Введением коэффициента для переноса в натуру произведения ад«фд учитывается среднее время, в течение которого формировался размыв в натуре, и тем самым отпадает необходимость расчета размыва во времени. Окончательно имеем выражение для расчета местного размыва в головной части дамбы:

Местные размывы у сооружений мостового перехода, как пока­ зали опыты, осуществляются за время меньшее, чем оощий размыз под мостом. Поэтому с некоторым запасом можно считать, что

местный размыв у дамбы соответствует в каждый момент скорости под мостом и для расчета наибольшего местного размыва можно принимать наибольшую скорость под мостом, получающуюся в про­ цессе общего размыва.

Расчет производят путем последовательных приближений, зада­ ваясь глубиной hпр, а следовательно, и коэффициентом размыва Рд.

Значения /cßÄпринимают по графику (см. рис. ІХ-7), значение ад

Q

по рис. ІХ-6 в зависимости от X =

Ум

Для односторонней дамбы Q —■ полный расход воды, а QM— расход воды, проходивший под мостом в бытовых условиях. Для каждой из двусторонних дамб Q — суммарный расход поймы, при­ легающей к данной дамбе и на части русла, считая от форватера; QM— расход, проходивший в бытовых условиях на части отверстия моста, примыкающей к дамбе. Значение Кт принимают по приве­ денным выше данным в зависимости от коэффициента откоса дам­ бы т, неразмывающую скорость Ѵо определяют по формулам для связных и несвязных грунтов.

При определении но учитывают дерновый покров и раститель­ ность у головы дамбы.

Выполненные опыты с грушевидными дамбами показали, что если очертание этих дамб со стороны реки и их проекции на ось пути и на ось русла совпадают с эллиптической дамбой для тех же условий, местный размыв у грушевидной дамбы не будет отличать­ ся от эллиптической.

Результаты расчетов размывов у дамб следует корректировать натурными данными о размывах у головных частей струенаправля­ ющих дамб на существующих мостовых переходах.

грунта меньше средней скорости потока о= 2,0 м/сек, следовательно, данный грунт отмостки не образует и расчет следует выполнять как для однородного грунта.

принимая значения гидравлических крупностей для каждой из фракций w, по

Пример 2. Условия те же, что и в примере 1, но массивный фундамент опоры заменен столбчатым. Геометрические размеры нижней части опоры, необходимые

Пример 3. Определить глубину размыва у опоры овальной формы на прямо­ угольном фундаменте, как в примере 1. Гранулометрический состав грунта приве­ ден в соответствующей таблице примера 1. Средняя скорость потока ѵ = 0,8 м/сек,

d

Определим средний диаметр частиц крупных фракций, которые отмостят дно воронки размыва.

Задаемся значениями /7=0,10 и 0=0,0125 м (максимальной фракции грунта). По табл. ІХ-4 Rо = 5,0, левая часть равенства (ІХ-13) равна:

Rop = 5 -10= 50, что больше 5,7.

Следовательно, к расчету принимаем р и D для самых крупных фракций. Абразивное действие на крупные частицы грунта /5= 0,0125 м оказывает грунт,

средний диаметр которого определяем по формуле (ІХ-17),

2 ,6 0 - 1 2 ,5 - 0 ,1

= 1,5 мм.

1 — 0,1

Коэффициент абразивности по формуле (ІХ-11) равен:

12,5Ѵ ,5/12,5

= 1,27.

1,5.

Определяем по формуле (ІХ-10) начальную скорость для крупных частиц:

Определяем глубину размыва до начала образования отмостки в воронке из формулы (ІХ-16):

К расчету следует принимать меньшую из глубин, полученных по формуле (ІХ-16), с учетом неоднородности грунтов и по формуле (ІХ-6) для грунта со средним диаметром частиц dM= l,5 мм. Неразмывающая и начальная скорости для этих чаетиц соответственно равны: Оом = 0,97 м/сек и

0,00154°.13

Средняя гидравлическая крупность грунта, за исключением наиболее крупных фракций (0 = 12,5 мм), подсчитана по формуле

21 wiPi

100—10 = 0,094 м/сек (см. табл. 1Х-2).

Ь4,23

бы определять по формуле (ІХ-6), так как неразмывающая скорость для частиц

\0,125/

Глубина размыва при расчете по среднему диаметру частиц грунта равна:

’0,80 — 0,424\з/4

1,11 — 0,424/

Таким образом, учет неоднородности грунтов приводит к значительному уменьшению местного размыва.

Пример 4. Определить глубину размыва у опоры овальной формы на прямо­ угольном фундаменте. Данные для расчета приведены ниже: