Расчет кривой свободной поверхности на быстротоке

Исследуя дифференциальное уравнение неравномерного движения в призматических руслах

, где (2.25)

П_к – параметр кинетичности,

можно сделать вывод о типе и форме кривой свободной поверхности на быстротоке.

Существует несколько методов расчёта кривой свободной поверхности на водоскате быстротока: Б.А. Бахметева, метод акад. Н.Н. Павловского и другие. В практике дорожно-мостового и аэродромного строительства приходится решать задачи по расчёту неравномерного плавноизменяющегося движения воды не только в призматических руслах, но и на непризматических участках каналов. Поэтому используется универсальный метод конечных разностей В.И. Чарномского..

Метод В.И. Чарномского заключается в следующем: зная глубину в одном из сечений канала, например глубину на изломе дна подводящего канала и лотка быстротока h_n = h_изл , задаёмся значением глубины в соседнем сечении и находим искомое расстояние Δl между двумя соседними сечениями с известными глубинами по уравнению:

, где (2.26)

ΔЭ – изменение удельной энергии сечения в пределах выбранного участка;

i_тр - уклон трения (среднее значение гидравлического уклона в пределах рассматриваемого участка).[1].

рис.5

лист

КР-2068982-270800-АДМ-ПД-010-12-2013

1) = *0.8=0,88*0,8=0,704 м; - последняя глубина на быстротоке принимается на 5% больше нормальной глубины, т.е. ; промежуточные глубины рекомендуется задавать с интервалом 0.1 м, опираясь на удобные при последующем построении числовые значения глубин.

2) , т.к. лоток прямоугольной формы и коэффициент откоса m = 0;

3) , т.к. лоток прямоугольной формы и коэффициент откоса m = 0;

4)

5) , (2.27)

где - гидравлические радиусы, соответствующие соседним глубинам;

6) ,

где n_a – коэффициент шероховатости с учётом аэрации потока;

7) , (2.28)

где - коэффициенты Шези соседним глубинам;

8) , (2.29)

где - заданный расход воды, поступающий из подводящего канала;

9) , (2.30)

где - средние скорости в соседних сечениях;

10) ; (2.31)

11) , (2.32)

где Э – удельная энергия соответствующих сечений;

12) , (2.33)

лист

КР-2068982-270800-АДМ-ПД-010-12-2013

где - удельные энергии соседних сечений, причём в последующем сечении для данного типа кривой спада удельная энергия сечения больше, чем в предыдущем

13) ; (2.34)

14) l₁ =0, т.к. расчёт кривой свободной поверхности начинается с точки излома дна; последующее числовые значение длин l₂ , l₃,… определяются путём наращивания, а именно: , и т.д.

Тип кривой:

> > , > , >0

h	ω	Χ	R		C					Э	∆Э	∆l	l
0,7	1,61	3,7	0,44		45,62		3,54			1,4
				0,42		45,08		3,84	0,017		0,17	0,98
0,6	1,38	3,5	0,39		44,53		4,13			1,57			0,98
				0,37		44,06		4,55	0,029		0,31	1,81
0,5	1,15	3,3	0,35		43,58		4,96			1,88			2,79
				0,33		42,92		5,58	0,051		0,67	4,5
0,4	0,92	3,1	0,30		42,26		6,19			2,55			7,29
				0,27		41,36		7,23	0,113		1,58	18,2
0,3	0,69	2,9	0,24		40,41		8,26			4,13			25,49
				0,23		40,07		8,72	0,185		0,86	57,3
0,27	0,621	2,84	0,22		39,72		9,18			4,99			82,79

лист

КР-2068982-270800-АДМ-ПД-010-12-2013

Таблица 5. Определение расстояний методом В.И. Чарномского

2.2.5. Построение кривой свободной поверхности на водоскате быстротока.

По результатам расчетов методом Чарнамского построена кривая свободной поверхности.

По графику при длине быстротока l=35 м, глубина на конце быстротока получилась равной h_кб = 0,3 м.

2.3. Отводящий канал

Для защиты от размыва низового откоса земляного полотна дороги и выходной части водопропускного сооружения часто устраивают водоотводные искусственные русла, по своей конструкции мало отличающеёся от подходных русел. Вода, выходящая из отверстия сооружения, часто обладает ещё большой энергией, т.е. повышенной против его естественного состояния разрушительной силой. Опыт эксплуатации водопропускных сооружений показывает, что если не предусмотреть специальных мер, отводные русла на выходе из сооружений сильно размываются, что иногда приводит к авариям сооружений.

Мерами против размывов водоотводных русел, т.е. способами гашения энергии водного потока, являются: непрерывное рассеивание энергии водного потока в самом сооружении; сосредоточенное гашение энергии потока на выходе из трубы; укрепление отводных русел.

Известно много различных принципов гашения энергии потока. Наиболее распространенные из них:

1) усиленное перемешивание (этот принцип используется при устройстве повышенной шероховатости поперечных расщепляющих балок, зубчатых порогов).

2)

лист

КР-2068982-270800-АДМ-ПД-010-12-2013

соударение свободных струй в атмосфере;

3) рассеивание энергии в вальцах гидравлического прыжка;

4) сосредоточенное гашение энергии в замкнутом блоке – напорные гасители;

5) отброс струи от сооружения с одновременным их расщеплением и аэрацией (этот принцип реализуется в рассеивающих трамплинах);

6) силовое воздействие на поток в направлении, противоположном течению, путём установки различных препятствий: порогов, шашек, пирсов и.т.п.