Физика вод суши by Винников С.Д., Викторова Н.В. (z-lib.org)
.pdfм а ть ее р а сп р е д е л е н и е п о ш и р и н е р е к и п о п р я м о й и л и д аж е о д и н а к о в о й . А э то , в св о ю о ч е р ед ь , о б у сл о в л и в а е т п р и н я ти е р а сп р е д е л е н и й н а гр у з к и q н а п е р в о м п о п е р е ч н и к е п о п р я м о й и л и п о сто я н н о й
п о н е й .
Н а зн а ч е н и е р а сп р е д е л е н н о й н а гр у з к и q - э то п е р в ы й э та п гр а ф и ч е ск о го р е ш е н и я зад ач и п о стр о е н и я о р то го н а л ь н о й се тк и .
О н п о зв о л я е т р а зб и ть п е р в ы й п о п е р е ч н и к н а о тр е зк и 6 ,, к к о т о
р ы м |
п р и л о ж е н ы |
о д и н а к о в ы е д о л и |
о б щ е й |
н а гр у з к и Р: Р0 = |
qlbi |
|||||
(р и с . 8 .1 4 ). |
З а те м |
и з |
|
т о ч е к р а зб и в к и |
п о п е р е ч н и к а п р о в о д я тся |
п о д |
||||
у гл о м а , |
л и н и и гл а в н ы х |
|
|
|
|
|||||
н о р м а л ь н ы х |
н а п р я ж е н и й а) |
+ |
♦ |
{ |
|
|||||
с ь |
в н а п р а в л е н и и |
б ерега , |
!Грыд и Шр*д |
Ир*й |
|
|||||
|
|
|
|
|||||||
гд е |
о н и с т ы к у ю т с я |
с |
б ере |
|
|
|
|
|||
го в о й л и н и е й п о д у гл о м |
|
|
|
|
||||||
4 5 ° . У г о л а , в ы ч и сл я е т ся |
|
|
|
|
||||||
п о |
за в и си м о сти |
|
(8 .1 0 2 ), |
|
|
|
|
|||
а в п е р в о м п р и б л и ж е н и и |
|
|
|
|
||||||
его |
м о ж н о |
п р и н я ть |
и зм е |
|
|
|
|
|||
н я ю щ и м ся п о п р я м о й о т 0° |
|
|
|
|
||||||
н а о си р е к и д о 4 5 ° у л и н и и |
|
|
|
|
||||||
берега . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С л е д у ю щ и м |
д е й ств и |
|
|
|
|
||||
ем |
я в л я е тся |
п р о ве д е н и е |
|
|
|
|
||||
л и н и и гл а в н ы х н о р м а л ь н ы х |
|
|
|
|
||||||
н а п р я ж е н и й |
|
ст2 |
|
о р то го |
|
|
|
|
||
н а л ь н о л и н и я м ст.li и з т о ч е к |
|
|
|
|
||||||
п е р е се ч е н и я |
э т и х |
|
л и н и й |
|
|
|
|
|||
с п е р в ы м п о п е р е ч н и к о м и |
|
|
|
|
||||||
б е р е го в о й л и н и е й . |
|
П о л у |
|
|
|
|
||||
ч е н н у ю т а к и м о б р а зо м о р |
|
|
|
|
то го н а л ь н у ю с е т к у в п е р в о м п р и б л и ж е н и и д о л ж н ы
у т о ч н и т ь п о стр о е н и е м с и
л о в о го м н о го у го л ь н и к а д ля к а ж д о го э л е м е н та э то й с е т
291
к и (р и с . 8 .1 4 ). П р а в и л ь н о сть п о стр о е н и я о р то го н а л ь н о й се тк и д о с
ти га е тс я в то м сл у ч а е , е сл и м о м е н т ы в с е х си л , д е й ст в у ю щ и х н а
гр а н и э л е м е н то в се тк и в с у м м е д ля р а ссм а тр и в а е м о го р яд а б у д у т
р а в н ы н у л ю . Ц е л е со о б р а зн о э ти р а сч е ты в ы п о л н я т ь , п р е ж д е в се го ,
д л я д в у х эл е м е н то в тр е у го л ь н о й ф о р м ы , р а с п о л о ж е н н ы х в к р а й
н е м р я д у . С л е д у ю щ и м э та п о м я в л я е тся р а сч е т н а п р я ж е н и й , п р и х о
д я щ и х ся н а гр а н и п о л у ч е н н ы х к л е то к о р то го н а л ь н о й се тк и , п о за
в и си м о стя м |
(8 .9 5 ) и |
(8 .9 6 ), а за те м р а сч е т то л щ и н ы р а зд р о б л е н н о |
||||
го л ьд а в зато р е п о за в и си м о стя м (8 .9 1 ) и (8 .9 4 ). |
|
|||||
П о ст р о е н и е о р то го н а л ь н о й се тк и тр а е к то р и й гл а в н ы х н о р |
||||||
м а л ь н ы х |
н а п р я ж е н и й |
п о зв о л я е т у с т а н о в и т ь в к о н е ч н о м |
ее ств о р е |
|||
н а г р у з к у |
Р 2 3 . Е с л и |
с |
э ти м |
ств о р о м со в п а д а е т ги д р о те х н и ч е ск о е |
||
со о р у ж е н и е , |
н а ко то р о е в о зд е й ств у е т п о л е р а зд р о б л е н н о го л ьд а, |
|||||
то о н а б у д е т п р и х о д и ть ся н а н е го . |
|
|||||
Е с л и ги д р о те х н и ч е ск о е со о р у ж е н и е н а х о д и ть ся н и ж е ств о р а |
||||||
с н а гр у з к о й |
Р2з , т о |
о б я за н ы |
п о стр о и т ь о р т о го н а л ь н у ю |
с е т к у д ля |
н и ж е р а сп о л о ж е н н о го у ч а с т к а р е к и . Д л я э то го н о в о го у ч а с т к а н а ч а л ь н ы м б у д е т ст в о р с н а гр у з к о й Р2 3, а са м а н а гр у з к а гр а н и ч н ы м у сл о в и е м д л я н е го .
В ы ш е м ы р а сс м о т р е л и р а с ч е т н а п р я ж е н и й в то л щ е за то р н о
го л ьд а н а р е ке п р и д е й ств и и н а п е р в о м п о п е р е ч н и к е кр а е в о й н а
гр у з к и , н а п р и м е р , о т в ы ш е р а сп о л о ж е н н о го п о о т н о ш е н и ю к |
за |
т о р н о м у у ч а с т к у л е д я н о го п о л я . Н о е сл и и м е е т м е ст о те ч е н и е в о д ы |
п о д за то |
р о м л ьд а и л и |
д е й ст в у е т |
в етер н а е го в е р х н ю ю п о в е р х |
||
н о с ть , то |
н е о б хо д и м о у ч е с т ь п р и |
п о стр о е н и и о р то го н а л ь н о й се тк и |
|||
со сто я щ е й и з гл а в н ы х |
н о р м а л ь н ы х |
н а п р я ж е н и й ещ е и |
р асп р е д е |
||
л е н н ы е н а гр у зк и с у ч е т о м с к о р о сти |
те ч е н и я и в е тр а п о |
ф о р м ул а м |
|||
(8 .4 6 ) и (8 .5 0 ). |
|
|
|
|
8.8. Динамические нагрузки льда
на гидротехнические сооружения
В о се н н и й и , о со б е н н о , в в е се н н и й п е р и о д ы ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я (п л о т и н ы и и х э л е м е н ты , в р е м е н н ы е в о д о сб р о с н ы е со о р у ж е н и я , п р и ч а л ь н ы е с т е н к и , м а я к и , о п о р ы м о сто в и д р у ги е ) и с п ы т ы в а ю т н а гр у з к и к а к о т д в и ж у щ и х ся л е д я н ы х п о л е й во
292
в р е м я л е д о хо д а , т а к и о т п р о р в а в ш и х с я з а ж о р н ы х и з а т о р н ы х м а сс
л ьд а. О н и д о ста т о ч н о в е л и к и и ч а с т о п р и в о д я т к р а зр у ш е н и я м
э т и х |
со о р у ж е н и й . Э т и |
н а г р у з к и о б у сл о в л е н ы к и н е т и ч е с к о й |
э н е р |
ги е й д в и ж у щ е го ся л ьд а , п о э т о м у в ги д р о те х н и к е и х п р и н я то |
н а з ы |
в а ть динамическими нагрузками. Д и н а м и ч е ск и е н а гр у з к и л ьд а н а
ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я з а в и с я т н е то л ь к о о т е го п р о ч н о с т н ы х х а р а к т е р и с т и к , р а зм е р о в , ф о р м ы , ск о р о с т и д в и ж е н и я , н о и о т х а р а к т е р а в за и м о д е й ств и я л е д я н о го п о л я с со о р у ж е н и е м : п р о и с х о д и т л и е го о ст а н о в к а , в н е д р е н и е , р а ск а л ы в а н и е , п р о р е за н и е , а т а к
ж е о т в и д а р а з р у ш е н и я л ь д а - |
сж а ти е , см я ти е , и зги б . |
В с т р о и т е л ь н ы х н о р м а х |
и п р а в и л а х п р е д у см а тр и в а е тся р а с |
ч е т с л е д у ю щ и х д и н а м и ч е с к и х н а г р у з о к н а ги д р о те х н и ч е ск и е с о о р у ж е н и я :
1 ) |
о т д в и ж у щ и х ся л е д я н ы х п о л е й н а со о р у ж е н и е с в е р ти |
к а л ь н о й |
п е р е д н е й гр а н ь ю : д ля о тд е л ь н о с т о я щ и х о п о р п р и п р о р е |
за н и и и м и л ь д а ; д л я о тд е л ь н о с т о я щ и х о п о р п р и о ст а н о в к е л е д я н о |
|
го п о л я о п о р о й ; д ля се к ц и и со о р у ж е н и я п р и у д а р е о тд е л ь н ы х |
л ь д и н ; д ля се к ц и и со о р у ж е н и я п р и р а з р у ш е н и и л ьд а;
2 ) о т л е д я н о го п о л я н а со о р у ж е н и е о т к о сн о го п р о ф и л я и л и
н а о тд ел ь н о с т о я щ у ю о п о р у , и м е ю щ у ю в зо н е д е й ств и я л ь д а н а
к л о н н у ю п о в е р х н о сть ;
3 ) о т д в и ж у щ и х с я л е д я н ы х п о л е й н а со о р у ж е н и е и з р яд а
в е р т и к а л ь н ы х о п о р ;
4 ) о т о ст а н о в и в ш е го ся л е д я н о го п о л я , н а в а л и в а ю щ е го ся н а
со о р у ж е н и е п о д в о зд е й ств и е м те ч е н и я в о д ы и в е тр а ;
5 ) |
п р и п р о р е за н и и о п о р о й за ж о р н о й м а с с ы л ьд а; |
6 ) |
п р и н а в а л е з а ж о р н о й м а с с ы л ь д а н а со о р у ж е н и е п е р п е н |
д и к у л я р н о е го ф р о н т у ;
7 ) о т н а в а л а з а ж о р н ы х м а с с л ь д а н а е д и н и ц у д л и н ы с о о р у ж е н и я , р а сп о л о ж е н н о го п а р а л л е л ь н о н а п р а в л е н и ю те ч е н и я , а т а к
ж е н а берега . |
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш а ю щ у ю |
р о л ь в о |
в с е х |
у к а з а н н ы х н а г р у з к а х |
и гр а е т м а сса |
|||
л ь д а л е д я н о го |
п о л я , за ж о р а и |
зато р а . Е с л и |
л ед ян о е |
п о л е н е б о л ь |
|||
ш и х р а зм е р о в , |
т о |
п р и в стр е ч е |
с о п о р о й и л и |
ст е н к о й |
о н о о ста н а в |
||
л и в а е тся |
(п р и |
н е б о л ь ш о й |
ск о р |
о с т и д в и ж е н и я ), р а зв о р а ч и в а е тся и |
|||
у н о с и т с я |
п о то к о м |
д а л ь ш е . |
П р и |
б о л ь ш о й с к о р о сти д в и ж е н и я та ко е |
п о л е и с п ы т ы в а е т см я ти е в т о ч к е с о п р и к о сн о в е н и я с о п о р о й и д аж е
293
р а зр у ш а е тс я . К р у п н ы е ж е |
п о л я , к а к п р а в и л о , п р и уд ар е р а з р у ш а |
ю т ся и л и п р о р е за ю тся о п о |
р о й . |
Б о л ь ш о й в кл а д в р а зр а б о т к у м ето д о в р а сч е та в за и м о д е й ст
в и я л е д я н ы х п о л е й с о п о р а м и и д р у ги м и ги д р о те х н и ч е ск и м и с о
о р у ж е н и я м и в н е с п р о ф е ссо р С и б и р с к о го го с у д а р ств е н н о го у н и
в е р си те та п у т е й со о б щ е н и я К .Н . К о р ж а в и н [2 4 ]. О н о тм е ч а е т,
в ч а с т н о с т и , ч то д ав л е н и е л ьд а н а о п о р у з а в и си т н е то л ь к о о т к и н е ти ч е ск о й э н е р ги и л е д я н о го п о л я и л и за ж о р н о й (з а то р н о й ) м а с
с ы , н о и о т р яд а д р у ги х ф а к то р о в , н а п р и м е р : г у с т о т ы лед о хо д а,
п р о ч н о с т и л ь д и н ы , ф о р м ы о п о р ы в п л а н е , м а те р и а л а и х а р а к те р а
о б р а б о тк и п о в е р х н о сти о п о р ы , сп о с о б н о с т и |
о п о р ы к д е ф о р м а ц и и , |
ф о р м ы в о д н о й п о в е р х н о сти у о п о р ы и т.д . |
|
Р а ссм о тр и м в к а ч е ств е п р и м е р а в ы в о д |
ф о р м у л ы С Н и П а д ля |
о п р ед е л е н и я н а гр у зк и н а о тд ел ьн о ст о я щ у ю о п о р у п р и п р о р е за н и и ею л е д я н о го п о л я .
С о гл а сн о з а к о н у и м п у л ь с а с и л п р и уд ар е п л ы в у щ е й л ь д и н ы
о б о п о р у , и м е ем : |
|
|
|
Рт = mvn , |
(8 .1 0 3 ) |
гд е Р - си л а уд а р а , х - |
в р е м я уд а р а , т - м а сса л ь д и н ы , |
ул - м гн о |
в е н н а я с к о р о сть п о д хо д а л ь д и н ы . |
н а dv, п о |
|
У м н о ж и в л е в у ю |
и п р а в у ю ч а ст и у р а в н е н и я (8 .1 0 3 ) |
|
л у ч и м : |
|
|
|
Р dx = mvndvn , |
(8 .1 0 4 ) |
гд е dx - п е р е м е щ е н и е л ь д и н ы п о сл е н а ч а л а с т о л к н о в е н и я с о п о р о й
(п р и р а щ е н и е в н ед р е н и я о п о р ы в л е д я н о м п о л е ).
С и л а у д а р а л ь д и н ы о б о п о р у (с о о р у ж е н и е ) о п р ед е л я е тся п о
в р е м е н н о м у со п р о т и в л е н и ю л ьд а н а сж а ти е п о ф о р м ул е |
|
P = aplhл , |
(8 .1 0 5 ) |
гд е стр - п р е д е л п р о ч н о с т и л ь д а н а р а зд р о б л е н и е ; /гл - |
то л щ и н а |
л ь д и н ы ; I - д л и н а ф р о н т а со п р и к о сн о в е н и я л ь д и н ы с о п о р о й в м о м е н т н а и б о л ь ш е й си л ы уд ар а . О б ы ч н о о н а п р и н и м а е тся р а в н о й ш и р и н е о п о р ы Ь.
294
Р е ш а я со в м е ст н о у р а в н е н и я (8 .1 0 4 ) и (8 .1 0 5 ) и в ы п о л н я я и н те гр и р о в а н и е п р и у с л о в и и , ч т о л ь д и н а п о сл е у д а р а о ст а н о в и л а сь ,
п о л у ч а е м :
Xja pbh„dx = ^m vl, |
(8 .1 0 6 ) |
о |
|
гд е х - в н ед р е н и е о п о р ы в л е д ян о е п о л е . |
|
И з у р а в н е н и я (8 .1 0 6 ) в и д н о , ч т о в то м |
сл у ч а е , к о гд а ле вая |
ч а с т ь у р а в н е н и я , за в и ся щ а я о т п р о ч н о с т и л ьд а и ф о р м ы о п о р ы ,
м е н ь ш е п р а в о й - к и н е т и ч е с к о й э н е р ги й л ь д и н ы , п р о и сх о д и т ее п р о р е за н и е и л ь д и н а н е о ста н а в л и в а е тся . Э т о т м о м е н т о п р е д е л я е т ся р а в е н с тв о м x = d , гд е d - д л и н а н о с к а л ед ореза .
Т а к и м о б р а зо м , с у ч е т о м ф о р м ы о п о р ы в п л а н е м а к си м а л ь
н а я н а гр у з к а н а о п о р у п р и п р о р е за н и и ею л ь д и н ы , со гл а сн о у р а в н е н и ю (8 .1 0 6 ), м о ж е т б ы ть о п р е д е л е н а п о ф о р м ул е
|
|
Px= m pvbhn, |
|
|
|
(8 .1 0 7 ) |
|||
гд е mj - |
к о э ф ф и ц и е н т ф о р м ы о п о р ы , о п р е д е л я е тся п о та б л . |
8 .2 . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8.2 |
||
Коэффициенты формы trtj и тг для опор с передней гранью |
|
||||||||
|
|
|
различного вида |
|
: |
|
|
||
Коэф |
Много |
Прямо |
Треугольник с углом заострения в плане, град. |
||||||
фици |
гран |
уголь |
45 |
60 |
75 |
90 |
120 |
150 |
|
ент |
ник |
ник |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
т. |
0,90 |
1,00 |
0,54 |
0,59 |
0,64 |
0,69 |
0,77 |
1,00 |
|
j |
|
|
од |
|
|
|
|
|
|
т е |
2,4 |
2,7 |
0,5 |
0,8 |
1,0 |
1,3 |
2,7 |
||
Д л я с л у ч а я к о гд а п р о и сх о д и т о ст а н о в к а л е д я н о го п о л я о п о |
|||||||||
р о й , р а с ч е т н а гр у з к и н а о п о р у в ы п о л н я е тся п о |
ф о р м ул е |
|
|
||||||
|
|
P2=0,4vnhn„JmFQ.ap , |
|
|
|
(8 .1 0 8 ) |
295
где ms - коэффициент формы опоры, определяется по табл. 8.2;
Q - п л о щ ад ь л е д я н о го п о л я .
Р а зр а б о та н о та к ж е р у к о в о д ст в о п о о п р е д е л е н и ю л е д о в ы х н а гр у з о к н а ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я , в к о т о р о м п р и в о д я тся
пр и м е р ы и х р а сч е та [4 9 ].
8.9.Навалы льда на берега и откосы гидротехнических сооружений
Н а т у р н ы е у с л о в и я р е к , в о д о е м о в и м о р е й , гд е п р о и сх о д я т
н а в а л ы л ь д а н а б е р е га и ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я ч р е з в ы ч а й
н о р а зн о о б р а зн ы . В св я зи с э т и м и м е е т м е сто о гр о м н а я п е ст р о та
р а зм е р о в и ф о р м н а в а л о в . И м е ю щ и е ся св е д е н и я в л и те р а ту р е о н а в а л а х и н а д в и ге л ь д а н а б е р е га и ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я о ч е н ь р а зр о зн е н н ы е . С и сте м а ти за ц и я и х ещ е н е в ы п о л н е н а . К а к п р а в и л о , н а в а л ы л ь д а п р о и сх о д я т в т е х с л у ч а я х , к о гд а н а б л ю д а е т ся у ста н о в л е н и е л е д я н о го п о к р о в а н а в о д о ем е и л и п р и е го в с к р ы т и и , т.е . в п ер и о д , к о гд а п р о ч н о с т ь л е д я н о го п о к р о в а н е ве л и к а .
О н и и м е ю т м е ст о в о сн о в н о м н а к р у п н ы х в о д н ы х о б ъ е к та х : р е к а х ,
в о д о х р а н и л и щ а х , о зе р а х и м о р я х . Р а зм е р ы н ав ал о в л ь д а н а б е р е га и ги д р о те х н и ч е ск и е со о р у ж е н и я н е р е д ко б ы в а ю т сто л ь з н а ч и т е л ь н ы м и , ч т о о н и п р и н о с я т б о л ь ш и е у б ы т к и н а ц и о н а л ь н о м у х о з я й с т в у ст р а н ы . Т а к , н а п р и м е р , И га р с к и й п о р т н а р . Е н и с е е п о д в е р га л ся н а в а л у л ь д а в ы с о то й б о л ее 10 м , н а се в е р н о м б е р е гу А зо в с к о го м о р я , у го л о в ы м о л а М а р и у п о л ь с к о го п о р т а и н а за п а д н о м м о л у Е й с к о г о п о р та б о л ее 6 м . С у щ е с т в е н н у ю п о м е х у п р е д ста в л я л и н а в а л ы л ьд а та к ж е п р и э к сп л у а та ц и и п р и ч е р н о м о р с к о й и п р и б а й к а л ь с к о й ж е л е зн ы х д о р о г, п р и со зд а н и и л и н и й э л е к тр о п е р е д а ч ,
п р о кл а д к е га зо - и н е ф те п р о в о д о в , стр о и т е л ь ст в е и э к сп л у а та ц и и со о р у ж е н и й п о за щ и те г. С а н к т -П е т е р б у р г а о т н а в о д н е н и й и д р .
В л и те р а ту р е о тм е ч а л и сь с л у ч а и д аж е п о л н о го р а зр у ш е н и я м о р с к и х м а я ко в , м о сто в и п р и ч а л о в п р и н а в а л а х льд а.
Т а к , н а п р и м е р , в п е р и о д з и м н и х н а в о д н е н и й в р е зу л ь та те д е й ств и я в е тр а сп л о ш н о й л е д я н о й п о к р о в Ф и н с к о го за л и в а м о ж е т б ы ть в зл о м а н п р и с л е д у ю щ и х т о л щ и н а х л ьд а: 0 ,2 6 м п р и те м п е р а ту р е в о зд у х а - 15 ° С ; 0 ,4 2 м п р и - 3 ° С ; 0 ,6 0 м п р и - 0 ,5 ° С . Э т и р е зу л ь та ты п о л у ч е н ы с у ч е т о м п р е д е л а п р о ч н о с т и л ьд а то л щ и н о й
296
0 ,6 м - э то м а к си м а л ь н а я то л щ и н а л ьд а, п р и к о то р о й в о зм о ж н ы
п о д в и ж к и л е д ян о го |
п о к р о в а |
н а |
Ф и н ск о м |
зал и ве . П о л у ч е н а |
о н а |
||||
в р е зу л ь та те и ссл е д о в а н и й В Н И И Г |
и м . Б .Е . |
В е д ен е ев а и Л е н ги д р о - |
|||||||
п р о е к та . Р а сч е т л и н е й н о й н а гр у зк и |
q о т р азд р о б л е н н о го льд а, |
о б у |
|||||||
сл о в л е н н ы й в е тр о м |
ск о р о сть ю |
2 2 |
м /с , н а |
ги д р о те хн и ч е ск и е со о р у |
|||||
ж е н и я в р а й о н ы Ю ж н ы х в о р о т |
Ф и н ск о го |
зал и ва , п о ка за л , |
ч т о |
о н а |
|||||
п р и ко эф ф и ц и е н те |
тр е н и я о |
б е р е га tg ср |
= |
0 ,2 р а в н а 2 1 • |
104 Н /м . |
Д е й ств и те л ь н о , п р и та к о й н а гр у зк е в о зм о ж н ы н а в а л ы л ьд а н а о тк о с ы д ам б э то го со о р уж е н и я . Э т о п о д тв е р ж д ае тся р и с. 8 .1 5 .
Рис. 8.15. Навалы льда в районе пос. Комарова (Финский залив) в апреле 1988 г.
|
В р е зу л ь та те м н о го л е тн и х н аб л ю д е н и й и и з о п ы та э к сп л у а та |
|||
ц и и |
ги д р о те х н и ч е ск и х |
со о р у ж е н и й н а р е к а х |
и м о р я х у ста н о в л е н о , |
|
ч т о |
п о д в и ж к а и н а в а л ы |
л ьд а о п р ед е л я ю тся в |
о сн о в н о м |
тр е м я си л а |
м и , |
д е й ств у ю щ и м и н а |
ле д ян о й п о к р о в (с п л о ш н о й и л и |
р азд р о б л е н |
н ы й ): 1 ) си л о й , о б у сл о в л е н н о й тр е н и е м п о то к а о н и ж н ю ю п о в е р х н о с ть ле д ян о го п о к р о в а (ги д р а в л и ч е ск а я н а гр у з к а ), 2 ) си л о й , о б у сл о в л е н н о й д е й ств и е м в е тр а н а в е р х н ю ю п о в е р х н о сть ле д ян о го п о к р о в а (ве тр о ва я н а гр у з к а ), 3 ) си л о й , о б у сл о в л е н н о й те м п е р а ту р н ы м р а сш и р е н и е м л ьд а ле д ян о го п о кр о в а .
297
И т а к , н а в а л о о б р а зо в а н и е - ш и р о к о р а сп р о ст р а н е н н о е я в л е
н и е н а в о д н ы х о б ъ е к та х , и м е ю щ и х в а ж н о е зн а ч е н и е в ги д р о те х н и к е и д р у ги х о т р а сл я х э к о н о м и к и , к н а с то я щ е м у в р е м е н и ещ е н е д о с та т о ч н о и зу ч е н н о е . Е м у сл е д у е т у д е л и ть б о л ее се р ь е зн о е в н и
м а н и е и в св я зи с те м , ч т о п р е д ск а зы в а е тся п о те п л е н и е к л и м а та н а З е м л е , ч т о п р и в е д е т, к а к и зв е с тн о , к п о в с е м е ст н о й н е у с т о й ч и в о с т и
(н е п р о ч н о с т и ) л е д я н о го п о к р о в а в те ч е н и е в се го зи м н е го п ер и о д а .
А э то , к а к о тм е ч е н о в ы ш е , о сн о в н о е у сл о в и е о б р а зо в а н и я н ав ал о в л ьд а. Т а к и м о б р а зо м , н а в а л ы л ьд а н а б е р е га и ги д р о те х н и ч е ск и е
со о р у ж е н и я м о г у т и м е ть м е сто в те ч е н и е в се й зи м ы . П р и э то м
сл е д у е т о т м е ти ть , ч то ст р о и т е л ь н ы е н о р м ы и п р а в и л а н е со д е р ж а т р е ко м е н д а ц и й п о р а с ч е т у н ав ал о в л ь д а и , со о тв е т ств е н н о , н а гр у з о к о т н и х н а о т к о с ы ги д р о т е х н и ч е с к и х со о р у ж е н и й .
8.9.1. Гидравлическая нагрузка на ледяной покров
К а са те л ь н о е |
н а п р я ж е н и е , |
в о зн и к а ю щ е е в сл е д ств и е тр е н и я |
п о то к а о н и ж н ю ю |
п о в е р х н о сть |
льд а , о п р е д е л я е тся п о ф о р м ул е |
(8 .4 6 ), в к о т о р о й к о э ф ф и ц и е н т а , п р и н и м а е т ся п о с т о я н н ы м , п о
д а н н ы м |
и ссл е д о в а н и й П .А . |
К у зн е ц о в а , |
о п у б л и к о в а н н ы х |
ещ е |
|||
в 1 9 39 г . О д н ако |
о н су щ е с тв е н н о з а в и с и т |
о т ш е р о х о в а то сти |
н и ж |
||||
н е й п о в е р х н о сти |
л е д я н о го п о к р о в а . В н а сто я щ е е в р е м я э т у |
за в и |
|||||
си м о сть |
м о ж н о |
о б о сн о в а ть |
б л аго д ар я |
п о д р о б н ы м |
э к сп е р и м е н |
||
та л ь н ы м |
и те о р е ти ч е ск и м р а зр а б о тк а м И .К . Н и к и т и н а и В .А . С о |
||||||
ко л о в о й . |
Д л я о п р ед е л е н и я з а в и си м о сти |
к а са те л ь н о го |
н а п р я ж е н и я , |
у п о м я н у т о го в ы ш е , б о л ее в се го п о д хо д я т р а зр а б о тк и , п о л у ч е н н ы е
В .А . С о к о л о в о й , т а к к а к ею в ы п о л н е н ы и ссл е д о в а н и я п о то к о в ,
в к о т о р ы х р а зм е р ы а б со л ю тн о й ш е р о х о в а т о с т и со и зм е р и м ы с г л у
б и н о й п о то к а . |
П р и м е н и т е л ь н о к н а ш е й зад аче та к и |
е со о тн о ш е н и я |
ш е р о х о в а то сти |
и гл у б и н ы н а б л ю д а ю тся , н а п р и м е р , |
п о сл е т о р о ш е |
н и я л е д я н о го п о к р о в а , п р и за м е р за н и и о ст а н о в и в ш е й ся п о д л е д я
н ы м п о к р о в о м ш у г и и в д р у ги х сл у ч а я х .
К а к и зв е с тн о , в л е к у щ е е у си л и е , со зд авае м о е п о то к о м , м о ж е т
б ы ть в ы ч и сл е н о п о за в и си м о сти
у у 2 |
|
т о , = - ^ Г > |
( 8 Л 0 9 ) |
гд е у в - у д е л ь н ы й в е с в о д ы , к г с /м 3; С - |
к о э ф ф и ц и е н т Ш е зи , м 1/2/с . |
298
В в о д я в (8 .1 0 9 ) к о э ф ф и ц и е н т Ш е з и п о ф о р м у л е , п о л у ч е н н о й
В .А . С о к о л о в о й ,
|
|
|
ч 0,175 |
|
|
|
|
|
С = 16 ,9 |
|
|
(8 .1 1 0 ) |
|
гд е \6 ,9 -N J g = |
— |
Jg =5,3&Jg ; |
v 5 - |
с к о р о сть н а |
в ы с о те |
п р и - |
|
V» |
|
|
|
|
|
д о н н о го сл о я ; v . |
- |
д и н а м и ч е ск а я |
с к о р о сть п о т о к а ; g |
- у ск о р е н и е |
||
св о б о д н о го п а д е н и я ; R ~ H p / 2 - |
ги д р а в л и ч е ск и й р а д и у с ; |
Н р - |
||||
р а б о ч а я гл у б и н а |
|
ср е д н е в зв е ш е н н о е зн а ч е н и е р а с |
||||
ч е т н о й в ы с о т ы в ы с т у п о в ш е р о х о в а то сти |
(р и с . 8 .1 6 ) д н а р у с л а - Д, |
и н и ж н е й п о в е р х н о с т и в ы с т у п о в л е д я н о го п о к р о в а - Д 2 , п о л у ч и м :
|
|
|
|
|
|
0,35 |
|
|
|
|
|
= |
3 ,5 |
(8 .1 1 1 ) |
|
и л и , в во д я о б о зн а ч е н и е |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
(8 .1 1 2 ) |
|
ф о р м у л у (8 .4 6 ). |
|
|
|
||||
|
Р а сч е т н а я в ы с о т а в ы с т у п о в Д = К - \ м о ж е т б ы ть п р и н я та |
||||||
р а в н о й |
0 ,2 0 |
ср е д н его д и а м е тр а зе р е н (в ы с т у п о в ), о б р а зу ю щ и х ш е |
|||||
р о х о в а т у ю п о в е р х н о сть . |
|
|
|||||
|
О б р а щ а я сь к ф о р |
|
|
||||
м у л е (8 .1 1 1 ), в и д и м , ч т о |
|
|
|||||
к а са те л ь н о е н а п р я ж е н и е |
|
|
|||||
з а в и си т о т р а сч е тн о й в ы |
|
|
|||||
со т ы в ы с т у п о в ш е р о х о в а |
|
|
|||||
т о с т и Д. П р и э т о м м ы н е |
Рис. 8.16 - Схема определения расчетной |
||||||
ст а в и м се б е ц е л ь ю в ы я в |
|||||||
высоты выступов шероховатости Д. |
|||||||
л е н и е |
п р е и м у щ е с тв е н н о й |
||||||
h0- |
К —средняя высота выступов, |
||||||
р о л и |
р а сч е тн о й |
ш е р о х о |
возвышение гидравлического дна потока |
||||
в а т о с т и |
Д , |
и л и |
Д 2 , о б у |
|
над дном потока. |
||
сл о в л и в а ю щ и е ш е р о х о в а |
|
|
299
то с т ь А , сч и т а я и х н а п е р в о м э та п е р а сс у ж д е н и й р а в н о зн а ч н ы м и .
Д л я б о л ь ш е й н а гл я д н о сти |
за в и си м о сти |
к о э ф ф и ц и е н та оц о т |
ш е р о х о в а то сти А в ы п о л н и м е го |
р а с ч е т д ля |
сл е д у ю щ е го сл у ч а я : |
р а б о ч а я гл у б и н а в о д о то к а Нр = 10 м , р а сч е тн а я в ы с о т а в ы с т у п о в
ш е р о х о в а то сти |
А и зм е н я е тс я о т 10 -4 д о |
1 м , |
ср е д н я я ск о р о сть те ч е |
|||||
н и я v = 1 м /с . Р е зу л ь т а ты р а сч е та св ед е м в та б л . 8 .3 . |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8.3 |
|
С равнительная оценка значений касательны х напряж ений xv и х |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0v |
|
|
|
Размер расчетной высоты выступов Д, м |
|
||||
|
|
0,0001 |
0,001 |
0,01 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
xv ,Па |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
R, м |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
ctj, Па • с2/м2 |
0,08 |
0,20 |
0,48 |
0,89 |
1,13 |
1,56 |
1,99 |
|
т |
, Па |
0,08 |
0,20 |
0,48 |
0,89 |
1,13 |
1,56 |
1,99 |
0v |
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
/т |
62,5 |
25,0 |
10,4 |
5,6 |
4,4 |
3,2 |
2,5 |
v |
0V |
|
|
|
|
|
|
|
А н а л и зи р у я д а н н ы е та б л и ц ы , в и д и м , ч т о к о э ф ф и ц и е н т а , |
||||||||
с у щ е с тв е н н о у в е л и ч и в а е т ся с |
у в е л и ч е н и е м |
ш е р о х о в а то сти , |
а з н а |
ч е н и я к а са те л ь н о го н а п р я ж е н и я т „ , р а с с ч и т а н н ы е п о ф о р м ул е
(8 .4 6 ), в ы ш е р а с с ч и т а н н ы х п о ф о р м ул е (8 .1 1 1 ); о со б е н н о з н а ч и те л ь н о е о тк л о н е н и е и м е е т м е ст о п р и м а л о й ш е р о х о в а то сти (см .
п о сл е д н ю ю с т р о к у та б л . 8 .3 ).
|
8.9.2. Ветровая нагрузка на ледяной покров |
||
|
С и л а , |
о п р ед е л яю щ ая н а в а л ы л ьд а и о б у сл о в л е н н а я д е й ст в и |
|
ем |
в е тр а н а |
в е р х н ю ю п о в е р х н о сть |
л е д я н о го п о к р о в а (в р а сч е те н а |
1 |
м 2), о п р ед е л я е тся п о ф о р м ул е (8 |
.5 0 ), гд е к о э ф ф и ц и е н т аэр о д и н а |
м и ч е с к о й н а гр у з к и а 2 та к ж е п р и н я т п о П .А . К у зн е ц о в у . И з ф о р м у л ы сл е д у е т , ч т о к о э ф ф и ц и е н т а 2 , к а к и а , в ф о р м ул е (8 .4 6 ),
и м е е т п о сто я н н о е зн а ч е н и е и , сл е д о в а те л ь н о , н е за в и си т о т ш е р о х о в а то ст и п о в е р х н о сти э то го п о к р о в а . В то ж е в р е м я и зв е с тн о , ч то в п р е д в е се н н и й п е р и о д , п о ср а в н е н и ю с зи м н и м , н а в е р х н е й п о в е р х н о сти л е д я н о го п о к р о в а н а б л ю д а е тся п о в ы ш е н н а я е го ш е р о х о в а т о с т ь : з а с т р у ги , т о р о с ы , п р о та л и н ы в сн е ж н о м п о к р о в е . Р а з-
300