Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях
Расчет гидравлических элементов потока выполняется при проектном состоянии русла для одной или двух струй, проходящих в границах прорези.
Во всех расчетных сечениях для этих струй определяют гидравлические элементы потока: площадь струи ωстр, ширину струи bстр, среднюю глубину hстр=ωстр/bстр, среднюю скорость в сечении струи Uстр=Qстр/ωстр, значение неразмывающей Uнр и размывающей Uр скоростей течения.
Рис. 2. Графическое распределение расхода воды по ширине
расчетного поперечника №.....
Значения неразмывающих скоростей вычисляются по формуле В.Н. Гончарова:
Uнр=3.0(hстрd50/d90)0.2(d50+0.0014)0.3, (5)
где: d50 и d90 – диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90% по кривой гранулометрического состава (указаны в задании).
В формулу (5) подставляются значения диаметров частиц, выраженные в м.
Значения размывающих скоростей определяются по соотношению Uр=1.3Uнр.
Результаты подсчета указанных величин сводятся в табл.2.
Таблица 2
Гидравлические элементы потока и значения Uстр, Uнр, Uр в струях ....
| № струи | № попе- речника | wстр, м2 | bстр, м | hстр, м | Qстр, м3/с | Uнр, м/с | Up, м/с | Uстр, м/с |
По данным табл. 2 строятся совмещенные графики изменения скоростей по длине струи Uстр=Uстр(l), Uнр=Uнр(l), Uр=Uр(l) (рис.4). По этим данным дается предварительное качественное заключение об устойчивости прорези согласно указаниям [1].
Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчет деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.
Рис. 4. Графики изменения скоростей Uстр, Uнр, Uр (а) и начальной
скорости деформаций ξнач (б) по длине струи №....
Расчет деформаций прорези
Расчет деформаций дна делается в пределах тех же расчетных струй, для которых построены графики изменения скоростей течения. Уравнение деформации для выделенных струй записывается в следующем виде:
, (6)
где: DQs – приращение расхода влекомых наносов, м3/с;
(Bстр)ср – средняя на участке ширина струи, м;
Dl– длина расчетного участка, м;
Dt– расчетный интервал времени, сутки;
e – пористость грунта (для песка e=0.4);
DZд– приращение отметки дна, м.
Последовательность расчетов по уравнению (6) следующая:
1. Вычисляются значения расхода влекомых наносов в расчетных сечениях струй по формуле К.В. Гришанина:
м3/с (7)
2. Подсчитывается приращение величины расхода влекомых наносов:
DQs=Qs,i+1 – Qs,i, м3/с (8)
где: i – номер расчетного сечения.
3. Вычисляется начальная скорость деформаций. При этом начальную скорость повышения или понижения высоты дна в пределах каждого расчетного участка находят по формуле:
, м/сут, (9)
где: (bстр)ср=(bстр, i+bстр, i-1)/2
Dl – длина расчетного участка по оси струи, м.
4. Подсчитываются деформации дна за период времени Dt по соотношению:
DZд=xНАЧ×Dt, м. (10)
В курсовом проекте интервал времени Dt принимается равным 5 суток. Расчеты деформаций дна сводятся в табл.3.
По результатам расчетов строят графики изменения скорости начальной деформации по длине струй xНАЧ =xНАЧ (l), которые располагают под графиками изменения скоростей (см. рис.4).
Полученные данные позволяют сделать окончательный вывод об устойчивости прорези.
Положительным считается результат, когда в прорези скорости течения оказываются больше неразмывающей. В этом случае в пределах прорези имеет место транзитное перемещение наносов. Если при этом скорость течения по длине струи монотонно возрастает, то в ней будут преобладать деформации размыва, а деформации намыва будут происходить с незначительной интенсивностью. Такая прорезь считается устойчивой.
В случае преобладания в границах прорези деформаций намыва необходимо предусмотреть при ее разработке создание запаса на 
возможную заносимость, т. е. разрабатывать прорезь не до проектного дна, а несколько ниже, в соответствии с интенсивностью деформаций.
Таблица 3
Расход влекомых наносов и значения начальной скорости деформаций дна в пределах струй....
| № струи | № поперечника | Uстр, м/с | Uнр, м/с |  |  | (Uстр–Uнр), м/с | bстр, м/с | Qs×10-3, м3/с | (bстр)ср, м | DQs×10-3, м3/с | Dl, м | xнач, м/сут | DZд, м |