ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 212
Скачиваний: 1
Анализ живых сечений ряда мостов показал, что при прямоли нейном русле, однородных размываемых грунтах и устойчивом по ложении русла в середине отверстия моста коэффициент а мало изменяется при размыве, но со временем снижается.
В этих случаях при расчете размыва с некоторым запасом можно принимать коэффициент а одинаковым до размыва и после; тогда при построении линии размыва необходимо каждую глубину до размыва умножать на средний коэффициент размыва.
Новая методика расчета общего размыва по гидрографу павод ка, изложенная в Указаниях ЦНИИСа [89], приближает расчет к реальным условиям работы мостов по пропуску паводков.
Расчет размыва основан на учете неустановившегося движения потока при расчетном паводке, когда во времени изменяются рас ходы, скорости, уровни и другие параметры потока. В качестве рас четного принимают паводок, максимальная ордината гидрографа которого равна расходу заданной вероятности превышения.
В расчете общего размыва криволинейный гидрограф заменя ют ступенчатым, при этом следует учитывать, что этот вид размы ва происходит при уровнях выше средней отметки поймы, если не учитывать малого влияния промежуточных опор на размыв, а от ложение наносов возможно в период паводка и во время межени.
Форма гидрографа зависит от морфометрических характери стик речного бассейна и метеорологических факторов. Методы по строения гидрографов расчетных паводков и половодий различа ются по характеру их схематизации, которая возможна по тре угольникам или трапециям или по типовым уравнениям, описываю щим очертание гидрографа. Наконец, возможна схематизация по моделям реальных половодий и паводков.
При схематизации расчетного гидрографа по треугольнику для его построения необходимо знать две величины из трех, входящих в выражение
22 Q
(ѴІІІ-5)
Qmax
где Тп— продолжительность половодья или паводка; 2 Q —-сумма расходов за половодье или паводок; Qmax— максимальный расход.
Соотношение подъема и спада (ti : ^2) при отсутствии наблю дений К. П. Воскресенский [30] рекомендует принимать для рав нинных рек:
с |
п л о щ а д я м и б а с с е й н о в |
3 0 0 — 5 0 0 |
км2 ........................................... |
1 : 1 |
|||
» |
» |
» |
5 |
0 0 — 5 0 0 0 |
» ......................................................................... |
1 ; 1 , 5 |
|
» |
» |
» |
с |
в ы ш е |
5 0 |
0 0 км2 |
............................................................ 1 : 2 |
» |
з а б о л о ч е н н ы м и |
б а с с е й н а м и , |
б о л ь ш и м и |
и л и з а б о л о ч е н |
|||
|
н ы м и п о й м а м и .............................................................................................................................................................. |
|
|
|
|
1 : 3 |
|
На небольших водотоках при паводках от продолжительных дождей гидрограф схематизируется по трапеции. В этом случае
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
V I I I - 1 |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
|
V I I I - 2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М а л ы е |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р е к и с г л у П р о ч и е |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Х а р а к т е р р е к и |
|
б и н а м и |
|
|
р е к и |
|
||||||
|
М е т о д р а с ч е т а |
|
тп |
п |
м е н е е 1 м |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
и р е л ь е ф а б а с с е й н а |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с к о р о с т ь т е ч е н и я , |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
місек |
|
|
|
||
П |
о |
б ы т о в о й |
с к о р о - |
1,0 |
1 , 0 |
З а б |
о л о ч е н |
н ы |
е |
0 , 3 — 0 , 5 |
0 , 4 — 0 , 8 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
с т и |
р у с л а |
|
|
|
0,7-т- |
0 , 7 - |
О б ы ч н ы е |
|
р а в н и н - |
0 , 6 — 1 , 0 |
0 , 8 — 1 , 2 |
|||||||||
П |
о |
с к о р о с т и |
д и н а - |
н ы е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
м и ч е с к о г о |
р а в н |
о в е с и я |
-ь0,8 |
-г-0,8 |
П о л |
у т о р н ы |
е |
и л и с |
1 |
, 0 |
— |
2 |
, 0 |
1 |
, 5 |
— |
2 , 5 |
|||
П |
о |
п р е д е л ь н о м у |
б а - |
1,0 |
0,75 |
х о л м и |
с т ы м |
р е л ь е ф о м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
л а н с у |
н а н о с о в |
|
|
0,67 |
0,67 |
б а с с е й н а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
е ж |
и м н а я |
т е о р и |
я |
Г о р |
н ы е |
|
|
1 |
, 5 |
- |
2 , |
5 |
2 |
, 0 |
— |
3 , 0 |
|||
Т |
е о р и я в л |
е к у щ |
е й |
с и - |
0,86 |
0,6-т- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л ь г |
|
|
|
|
|
|
- 0 , 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
построения гидрографа, помимо данных, входящих в выражение (ѴІІІ-5), необходимо еще знать продолжительность стояния мак симального расхода і3, которую можно считать равной 0,1 Тп.
Тогда для трапецеидального гидрографа
2 ZQ |
2SQ |
1 |
(VIII-6)^ |
■ |
== ■' — |
||
Qmax |
l)lQmax |
|
|
Параболическое очертание |
гидрографа, |
|
по предложению |
Д. Л. Соколовского, может быть описано уравнениями:
для подъема |
Qx = |
Qmах |
/ X |
\ т |
а |
— |
) |
||||
|
|
|
ti |
* |
|
~ |
~ |
1 U — Z Y |
, |
||
для спада Qz = Qmах1 — ----- } |
|||||
|
|
' |
h |
' |
|
(VIII-7)
(Ѵ1ІІ-8)
где Qx — |
расход на подъеме через х единиц |
времени (суток |
или |
часов) |
от начала половодья или паводка; |
Qz— расход на |
спа |
де через z единиц времени от пика паводка; Qmax— максималь ный расход воды; t\ и h — продолжительность подъема и спада паводка (в сутках или часах).
Для гидрографов половодий т —п —2,0 для ливневых паводков т —2,0; п = 3,0.
Продолжительность подъема t\ для весенних половодий может быть определена по формуле С. Н. Боголюбова:
U = t c + — , |
( Ѵ І І І - 9 ) |
Vl |
|
где t c — продолжительность снеготаяния, считаемая со дня с мак симальной убылью снега; L — длина реки, км\ ѵ\ — скорость продвижения половодья при пике, равная от 56 км/сутки для заболоченных рек до 108 км/сутки для равнинных.
Средние значения tс (по Боголюбову) приведены ниже: |
|
Р а й о н |
t c , с у т к и |
Северный район.............................................................. |
5 |
Ленинградская обл. и Центральный район |
|
европейской территории С С С Р ............................. |
4 |
Степные районы Предкавказья и Заволжья |
1,5—2 |
Для рек с заболоченными бассейнами следует принимать ^с= 6 суток. |
|
Продолжительность спада весенних половодий определяется по приведенным выше соотношениям Ц : t2.
Продолжительность подъема дождевого паводка (в часах) оп ределяется по формуле
h= ~ , |
( ѵ ш - ю ) |
3,6t>2 |
|
где v2— максимальная скорость течения воды, м/сек (средняя по сечению), в расчетном створе, определяемая по формуле Шези или по упрощенной формуле
ѵг = 17,0/0-4# 0-5, |
(VII |
1-1 1 ) |
где / — продольный уклон поверхности воды; |
Я — средняя глуби |
|
на воды, м. |
|
|
Скорость ѵ2 может быть определена на основании наблюденных |
||
паводков на соседних реках или может |
приниматься |
по |
табл. ѴІІІ-2.
Форма гидрографа зависит от многих факторов, поэтому наибо лее правильно исходить не из какой-либо строгой схематизации гидрографа, а из модели, установленной на основе обобщения груп пы реальных гидрографов.
Построение типового графика производится на основе обобще ния ряда гидрографов, которые выбирают близкими по повторяе мости максимальных расходов к повторяемости, принятой для проектирования мостового перехода.
Для построения типового гидрографа намечают на каждом графике принятой для обобщения группы характерные переломные точки. Эти точки осредняют по абсциссам и ординатам. Ординаты выражают в процентах от максимального расхода, абсциссы — в процентах от продолжительности половодья или паводка, которая принимается средней для всей группы гидрографов. Полученные относительные гидрографы наносят на один чертеж и к расчету принимают среднее значение очертания относительного гидро графа.
Для построения гидрографа расчетного паводка вычисляют ординаты через 5— 10% от общей продолжительности паводка или половодья и, кроме того, в характерных переломных точках.
При замене криволинейного гидрографа ступенчатым число ступеней от момента выхода воды на пойму до начала спада должно быть не менее трех.
Для упрощения расчетов ступени на спаде рекомёндуется при нимать яри тех же расходах, что и на подъеме.
Способ разбивки гидрографа на ступени рекомендуется сле дующий.
Ветвь подъема гидрографа делят по высоте на три равные части и через точки деления проводят горизонтальные линии.
Через середины участков гидрографа между ступенями прово дят вертикальные линии, точки пересечения которых с горизонталь ными линиями ступеней принимают за концы ступеней.
Размыв рассчитывают, последовательно суммируя размыв на каждой ступени гидрографа.
Размыв на данной ступени гидрографа определяют по выраже нию
Аt = |
уAW |
(ѴІІІ-12) |
|
|
G l-- <?2 1 |
где At — приращение времени, сек; AW — приращение объема раз мыва, м3, G] — расход наносов, выносимых из-под моста, кг/сек-, G2— расход наносов, поступающих к мостовому сече нию, кг/сек-, у — объемный вес наносов, кг/м3.
Расчет сводится к подбору такого объема (следовательно, и глубины) размыва, при котором время, необходимое на его осу ществление, было -бы равно продолжительности данной ступени гидрографа.
Расчет на последующей ступени гидрографа начинают с раз мыва, осуществившегося на предыдущей ступени.
Расчет размыва предусматривает наличие необходимых струе направляющих дамб и других регуляционных сооружений на пере ходе и устройство срезки грунта или расчистки живого сечения под мостом с необходимым выводом срезки или расчистки за -пре делы подмостового сечения.
Размыв, определяемый по существующим методам, является предельно возможным при неограниченном воздействии расчетно го расхода на подмостовое русло. Поэтому с какого живого сече ния (предварительно размытогоили неразмытого) начинается размыв, для результата расчета значения не имеет.
При расчете размыва по гидрографу расчетного паводка, когда паводок может выполнить лишь определенную работу по размыву, конечный результат размыва будет зависеть от того, в какой -степе ни живое сечение было размыто до прохода расчетного паводка.
Если живое сечение заносится -после каждого паводка и к про ходу расчетного паводка не носит следов размыва от предыдущих паводков, расчетный паводок произведет некоторый размыв, свой ственный этому паводку. Если предыдущими (предполагается ни же расчетного) паводками живое сечение размыто, при проходе расчетного паводка размыв будет продолжаться и в итоге суммар
ный размыв окажется больше, чем в предыдущем случае.
В связи с этим необходимо решить, какое исходное живое сечение следует принять для расчета с учетом предва рительного размыва или без него. Нор мы проектирования устанавливают ве роятность превышения расхода, при пропуске которого через подмосто вое русло следует рассчитывать раз мыв.
Расход заданной вероятности не может длиться неограниченно долго, а может продолжаться лишь соответст венно паводку, наибольший расход ко торого равен расходу заданной веро ятности превышения.
Если расчет размыва вести на про пуск двух, последовательно идущих расчетных паводков, вероятность такой гидрологической обстановки была бы равна произведению вероятностей наи больших расходов этих паводков и, следовательно, расчет велся бы на бо лее тяжелые условия, чем это требует ся нормами.
Поэтому, например, рассчитывать на предварительный размыв живого сечения от прохода расчетного паводка было бы непра вильно.
Чтобы не выйти за рамки требований норм, перед проходом расчетного паводка можно рассчитывать лишь на размыв живого сечения средними паводками (50% вероятности).
Материалы наблюдений на реках показывают, что максималь ные уровни при паводках 50% вероятности обычно отвечают нача лу затопления пойм, когда еще не сказывается стеснение живого сечения подходами к мосту, и поэтому не может быть размыва от стеснения.
В этих случаях не следует считаться с предварительным раз мывом и при расчете за исходное может быть принято бытовое жи вое сечение, снятое во время изысканий, а при необходимости уче та руслового процесса — исходные живые сечения согласно указа ниям гл. VII.
Однако, если расчетный паводок все же пройдет по предвари тельно размытому живому сечению, например на 25—30% от раз мыва при расчетном паводке, то преувеличение размыва, как пока зывают расчеты, составит незначительную величину в пределах точности расчета общего размыва.
При малом коэффициенте вариации максимальных расходов, а также в случаях* когда среднемаксимальные паводки существенно
затапливают поймы с предварительным размывом, следует счи таться, хотя можно предполагать, что влияние этого размыва едва ли будет ощутимым.
Объем размыва AW определяют (рис. ѴІІІ-5) по формуле
|
Д W = MAh, |
(ѴІІІ-13) |
гд е |
м = V a (ß p L p + W e n . + Ucn), |
( V I I I - 1 4 ) |
Ah — принятый слой смыва, ж; Вр — ширина русла, ж; /п и /л — части отверстия моста, соответственно на правой и левой пой мах, ж; 1сп и /сл — расстояния между осью моста и верхней гра ницей срезки или расчистки соответственно по правому и лево му берегу русла, ж; Lp— длина распространения размыва, ж, определяемая по формуле
Lp = 0,67аиІіесД/ /Ä - , |
(ѴІІІ-15) |
|
r |
giб |
|
где ицеот — средняя бытовая скорость |
нестесненного потока в це |
|
лом (русла и поймы), м/сек-, /разл — расчетная ширина разлива реки, принимаемая при одностороннем стеснении потока подхо дом равной полной ширине разлива, а при двустороннем стес нении — равной половине полной ширины разлива; і'б — быто вой уклон водной поверхности; g — 9,81 м/сек2-, 0,67 — коэффи циент, учитывающий соотношение между вычисленной и наблю денной длиной, распространения размыва, установленный экс периментально; а — коэффициент, принимаемый по табл. ѴІІІ-3
Fr |
Q |
в зависимости от параметра — и меры стеснения потока |
. |
Іб |
Ѵбм |
Безразмерный гидравлический параметр нестесненного потока определяют по формуле *
FГ унест
(ѴІІІ-16)
і'б й^разл^б
<2бм — часть расхода воды, проходящая в пределах отверстия моста в бытовых условиях.
Формула (ѴІІІ-15) была предложена И. С. Ротенбургом, причем значение параметра а принято равным 1,0. Опыты ЦНИИСа в 1966—1967 гг. показали, что значение а оказалось равным 0,7. В 1968 г. И. С. Ротенбургом было получено приближенное теорети ческое решение, позволяющее находить величину коэффициента а
|
Fr |
и мерой |
для различных потоков, характеризуемых параметром — |
||
Q |
1° |
|
стеснения потока |
•Зависимость коэффициента а от указанных |
|
Ѵбм факторов показана в табл. ѴІІІ-3.
