ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 206
Скачиваний: 1
В формуле (ѴІІ-13, а) п — коэф фициент шероховатости.
Как показали расчеты, для гравелистых и галечниковых ру сел лучше пользоваться форму лой (ѴІІ-13), а для песчаных — формулой (ѴІІ-13, а).
Необходимость в определении ідин встречается, когда значение продольного уклона не задано, например для длинных русел, от водящих протоки при пойменной многорукавности (см. ниже) или малые реки, текущие по поймам больших рек при свободном меандрировании последних.
Расчет по формулам (ѴІІ-11) и (ѴІІ-12) не исключает возник новения меандрирования на спрямленном русле, .поскольку оно не укреплено и в него посту
пают донные наносы. Однако придание живому сечению искусст венного русла формы, соответствующей расчету, исключит ускоре ние естественного процесса в искусственном русле. Сопряжение искусственного и естественного русел производят по круговым кри вым радиуса r ^ 3 ,5 ß ÄHH на неэксплуатируемых и ВД1Ш на сплавных и судоходных реках.
При переходе через реку с руслом типа незавершенного меанд рирования возникает вопрос: где располагать мост — на излучине или на спрямляющей протоке и, следовательно, для какого русла прогнозировать деформации. Для решения этого вопроса необходи мо знать гидравлические характеристики при расчетном уровне во ды для излучины и для спрямляющей протоки. Обозначим расход
воды для русла в излучине QII3 и в протоке Qnp, тогда при |
< I |
||
|
|
|
Чшр |
мост |
необходимо |
располагать на спрямляющей протоке, а при |
|
Qn3 . |
, |
^ |
|
—— > |
1 следует |
рассмотреть оба варианта с устройством запруд,. |
Упр закрывающих русло или протоку (рис. ѴІІ-9).
Пример расчета. Мост располагают на спрямляющей протоке, находящейся в начальной стадии развития. Требуется определить размеры протоки, если по ней пойдет Q=200 мгІсек, вероятность превышения которого равна р=50% . Средний диаметр грунта в протоке d=0,01 м, продольный уклон (= 0,001; x=0,35; ß=0,72.
По формуле (ѴІІ-11) находим среднюю глубину динамически устойчивого русла
0,19-0,010,9-0,72 |
1 |
|
1 ,3 3 — 2 0 ,3 5 |
= 2,06 м. |
|
И дин — |
|
0,001
По формуле (VII-12) находим ширину этого русла в бровках
В„ |
200 |
= 80 м. |
4 ,7 -0 ,01°’28-2,061+°’35-0,72
Если в данном примере зададимся значениями d и Я то по формуле (V II-13) получим
0,19-0,01°’9-0,722
=J------ :----------Ч — = о,ооі. 2 об1’33-2'0’35
При частом глубоком и длительном затоплении поймы в резуль тате повторных спрямлений незавершенных меандров образуется тип руслового процесса, называемый пойменной многорукавностью.
Отдельные рукава большой протяженности рассматриваются как самостоятельные русла, которые имеют тот или иной из описанных типов руслового процесса; поэтому специальных измерителей, ха рактеризующих пойменную многорукавность, не предусматривается. Следует иметь в виду, что перемещение по главным рукавам круп ных гряд наносов может привести к закрытию одних и к возобнов лению течения в других ранее заглохших протоках. Поэтому необ ходимо прогнозировать возобновление деятельности заглохших на момент изысканий проток, учитывая расположение и скорости пере мещения гряд насосов в тех рукавах, где расположены истоки и устья заглохших проток. Вопрос размещения отверстий мостов при пой менной многорукавности очень сложен. Русловой процесс в этих рукавах и протоках в связи с частым затоплением пойм резко ме няется после строительства мостового перехода. Даже при устрой стве на переходе более одного водопропускного отверстия пере распределение расхода воды после закрытия части проток вызовет усиление, а иногда и смену типа руслового процесса в протоках, пе рекрытых мостами. В этом случае следует возможно меньше стес нять паводковый поток, не допуская больших подпоров и размывов у моста на главном русле, а также активизации проток или их отво дов, идущих параллельно трассе перехода, путем устройства соот ветствующей системы регуляционных сооружений.
Следует рассмотреть варианты отводов русел и устройства мос тов средних или больших отверстий на наиболее активных рукавах и протоках.
Описанные выше особенности руслового процесса при ограни ченном, свободном и незавершенном меандрировании соответству ют руслам, сложенным несвязными аллювиальными грунтами; в этих условиях зоны эрозии и аккумуляции совпадают (размыв во гнутого берега и отложения грунта на противоположном выпуклом берегу). Если русло сложено связными грунтами, для которых зоны эрозии и аккумуляции не совпадают (размытые глинистые частицы взвешиваются потоком и уносятся далеко от места размыва), то фарватер русла не соответствует его плану: наибольшие глубины находятся у выпуклых, а наименьшие — у вогнутых берегов [65].
От обычного типа меандрирующих русел также отличаются рус ла рек, унаследовавших свои излучины от несовременных условий
жидкого и твердого стока (например, от сброса флювиогляциальных вод в конце последнего оледенения). По этим обычно пологим из лучинам в настоящее время перемещаются крупные гряды наносов,, например побочни; при расположении побочня у вогнутого берега излучины глубины у этого берега будут меньше глубин у выпуклогоберега. При понижении базиса эрозии и увеличении продольного уклона в меандрирующем русле также может возникнуть движение побочней. Это явление, по-видимому, наблюдается в настоящее вре мя в нижнем течении р. Урала в связи с понижением уровня Кас пийского моря.
§ 32. РАСЧЕТЫ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ РУСЛОВОЙ МНОГОРУКАВНОСТИ
(ОСЕРЕДКОВЫЙ ТИП). КОНУСЫ ВЫНОСА
Осередковый тип характерен распластанным многорукавным руслом, по которому движутся расчлененные большие гряды нано сов. Возвышенные части гряд обсыхают в межень и образуют осе редки, разделенные извилистыми протоками. В паводок основной поток идет по широкому руслу, наибольшие глубины могут образо ваться в любой его точке в зависимости от расположения круп ных скоплений наносов и проток между ними. Осередковый тип рус лового процесса возникает при больших объемах твердого стока (донных наносов) на участках рек, где уклон водной поверхности резко уменьшается по сравнению с вышележащими участками и происходит частичная аккумуляция наносов.
В зависимости от гидрографа стока осередковый тип руслового процесса разделяется на два подтипа. При длительной межени об сохшие части осередков покрываются растительностью, способ ствующей отложению наносов, и превращаются в острова; протоки между такими островами обычно меандрируют, способствуя дефор мации островов в продольном и поперечном направлениях; расчеты этих деформаций выполняют для типа руслового процесса, наблю даемого в том или ином рукаве русла.
При длительных паводках и кратковременной межени лишенные растительности осередки крайне подвижны: конфигурация протоков и гряд наносов резко меняется в течение одного паводка, причем скорость перемещения отдельных русловых форм достигает сотен и даже тысяч метров в год; такой подтип называется блужданием русла.
Особенно интенсивен процесс блуждания по выходе горных рек на предгорную равнину, сложенную мелкозернистыми наносами. Пойм на таких участках нет, высокие паводки занимают всю шири ну слабо врезанного в долину распластанного русла, называемога также зоной блуждания отдельных рукавов меженного русла. В на чале спада паводка крупные гряды наносов замедляют движение и создают большую неравномерность в распределении расходов, скоростей течения и глубин воды. Если стрежень потока сваливает ся к одной из границ зоны блуждания, невысокий суглинистый бе рег ікатастрофически размывается, увеличивая ширину зоны блуж
дания. Окружающая зону блуждания равнина иногда имеет от метки более низкие, чем отметки русла, которое постепенно поднимается вследствие частичной аккумуляции наносов.
При прохождении паводков нарушается динамическое равно весие русла, так как местные скорости течения значительно больше скоростей динамического равновесия [73] для данных грунтов; паводочный поток, взвешивая мелкий аллювий, временно углубляет русло, которое по спаде паводка снова заполняется отложениями наносов. Увеличение глубины русла в паводок идет главным обра зом за счет саморазмыва. Саморазмыв прекращается после дости жения равенства Уфакт= Цціш, но это равенство может быть для ■ блуждающих русел только кратковременным, поэтому среднюю глу бину саморазмыва при расчетном расходе воды непосредственно промерами определить практически невозможно. Расчет деформа ций блуждающего русла в створе мостового перехода заключается в определении величины саморазмыва русла и наибольшей ширины зоны блуждания. Среднюю бытовую глубину русла при саморазмыве Н сам и коэффициент саморазмыва р сам определяют [16] по фор мулам:
|
|
|
|
1 |
|
Н CÜM |
р % |
0,28 |
а |
(VII-14) |
|
B -4,7d |
|||||
|
|
||||
|
Н сам |
> |
(ѴІІ-15) |
||
|
Р сам = " = |
|
В быт
где Qp% — расчетный расход заданной вероятности превышения, мг!сек\ В — ширина блуждающего русла по створу перехода, ж; d , X, ß — имеют те же значения, что и в формулах (ѴІІ-11) и (ѴІІ-12); Ябыт — средняя глубина русла при УВВР% , вычислен ная по живому сечению, снятому во время изысканий, ж.
Определение р сам необходимо как при перекрытии мостом всей ширины блуждающего русла, так и при стеснении его подходными насыпями (рис. ѴІІ-10, а).
Впервом случае рсам учитывают при заложении опор моста; во втором случае по нему проверяют выполнение требований СНиПа.
ВСНиПе нормируется только коэффициент общего размыва р, вызванный стеснением потока. Поэтому если блуждающее русло
стеснено подходными насыпями, то из величины р выделяют вели чину рсамДля этого определяют по формулам (VII-14) и (ѴІІ-15) значение р сам Для нестесненного русла; затем методами, изложен ными в гл. VIII, определяют общий размыв подмостового русла и значение р. Истинная величина коэффициента общего размыва риот, нормируемая СНиПом, будет
рист = —Р . |
(ѴІІ-16) |
Рсам |
|
Максимальные глубины h max могут образоваться при спаде па водка на любой вертикали створа перехода, не зависят от Qmax и
Рис. ѴІІ-10. Деформация блуждающего русла:
а — план вариантов мостового перехода; б — профили живых сечений русла по створу перехода в теснине; в — график зависимости ftmax = f(Pa %);
/ — т р а с с а п е р е х о д а , с т е с н я ю щ е го з о н у б л у ж д а н и я ; 2 — н а п р а в л я ю щ и е п о то к д а м б ы ;- # —
т р а с с а п е р е х о д а в т е с н и н е ; 4 — о с е р е д к и ; |
5 |
— |
п р о ф и л ь |
ж и во го се ч е н и я н а 3 м а я І967 г .; |
6 —- то ж е , |
н |
а |
29 и ю л я |
1967 г . |
связаны с увеличением местного элементарного расхода вследствие сжатия потока крупными грядами наносов. Так как эту связь в явном виде для блуждающего русла установить невозможно, то ве личины ftmax рассматривают как случайные и строят натурную за висимость hxaax = f (рэ) по измерениям за ряд лет. Если для створа перехода нет данных для построения этой зависимости, то величи ну /ітах принимают по аналогии со створами, где производились промеры русла на спаде паводка.
Поскольку величина h max может образоваться при любом из уровней воды, для которых производились промеры, наинизшую от метку дна получают, вычитая h mах из средней отметки уровня воды в ряду имеющихся промеров русла.
Процесс блуждания русел, сложенных крупным аллювием, имеет некоторые особенности. В отличие от русел, сложенных мел козернистым материалом, галечниковые русла более устойчивы и скорости перемещения осередков меньше. Такие русла блуждают не только по выходе реки на предгорную равнину, но ив пределах гор ной долины при достаточной ее ширине [34, 54]. Поперечный разрез
долины включает обычно узкую галечниковую пойменную террасу, покрытую тонким слоем наилка и закрепленную растительностью, паводочное широкое русло, врезанное в террасу на глубину 1,5— 3,0 ж, сложенное скоплениями галечника, и одно или несколько ме женных русел, занимающих не более 0,1—0,2 ширины паводочного русла. Иногда среди паводочного русла расположены отторженные пойменные массивы. Галечниково-валунные гряды создают ступен чатые профили меженных русел, расположенных на разных уров нях, и способствуют свалам стержня паводочного потока из одного меженного русла в другое. Свалы к пойменной террасе вызывают размыв берегов паводочного русла; вся ширина горной долины в пределах галечниковой пойменной террасы является зоной блуж дания паводочного русла.
Обнаженные в межень галечные гряды паводочного русла начи нают перемещаться при паводках ниже средних, а интенсивный раз мыв пойменных террас происходит при паводках вероятности пре вышения 5% и1менее. Скорости смещения пойменных бровок состав ляют десятки метров в год, а скорости перемещения гряд в паводочном русле десятки, а иногда и сотни метров в год. При уклонах и глубинах, менее критических, водная поверхность паводочного потока в галечно-валунных блуждающих руслах — бурная с резки ми местными перекосами; в этих условиях определение величин hmax описанными выше приемами затруднительно, поэтому вели чину /іщах определяют по приближенной формуле
d 0,75 |
|
/ î m a x ~ 0 ,8 - ^ , |
(VI1-17) |
где dmax — максимальный диаметр камней, передвигаемых потоком, ж; і — продольный уклон русла на участке определения глубины.
Максимальная ширина зоны блуждания [11] на данном участке реки может быть приближенно определена по формуле В. В. Ро машина:
/00,50 |
(ѴІІ-18) |
^зоны ~ 14,5 ^ дз ■ , |
|
где Взоны — максимальная ширина зоны блуждания, ж; |
Q— сред |
ний паводочный расход, ж3/сек; і — продольный уклон на участ ке реки.
Трассу мостового перехода через реку с блуждающим руслом выбирают в наиболее узком месте зоны блуждания. Стеснение зоны блуждания подходными насыпями возможно при условии соору жения дамб, направляющих воду и гряды наносов и постепенно су жающих поток от ширины Взоны до ширины отверстия моста (см. рис. V II-10, а ) .
Даже при перекрытии мостом всей ширины В30Ны в суженных местах блуждающие русла резко меняют во время паводка форму живых сечений и глубины воды. Поэтому все опоры моста должны