Файл: Переходы через водотоки..pdf

Рис. ІХ-2. Зависимость раз-

! 2 мыва у опоры Дh от време­ ни t:

1 — б е з д в и ж е н и я н а н о с о в ; 2 — при д в и ж е н и и н а н о с о в

~ г

Так как наносы, перемещаясь грядами, поступают в воронку размыва неравномерно, зависимость A h -f( t) имеет пульсирующий характер (кривая 2 на рис. ІХ-2).

Изучением местного размыва у опор занимались в СССР

А. М. Латышенков, Е. В. Болдаков, И. А. Ярославцев и А. С. Зедгинидзе. За рубежом вели исследования Е. М. Лорсен, Ю. Н. Левандовский, Ларра и др.

Для расчета местного размыва у опор применяли формулу Яро­ славцева:

V2

A h = К і к ѵ ( а ѵ -f K h ) ----------------- 30d85,

g

где — коэффициент, учитывающий форму опоры; кк— коэффици­ ент, учитывающий влияние глубины h на размыв, определяемый

h

по формуле lg Kh = 0,17 — 0,35 — ; кѵ — коэффициент, учитываю-

Ь

щий влияние ширины опоры b на размыв, определяемый по форз__

мулеіёКв== — 0,28 У — ■ аѵ — параметр, зависящий отраспреде- ' gb

ления скоростей на вертикали и равный 0,6—1,0 в зависимости от места опоры в русле; d85 — диаметр того зерна, мельче кото­ рого в грунте содержится 85% веса грунта.

Формула Ярославцева составлена для случая, когда наносы не поступают в воронку размыва. Этот случай возможен, например, на некоторых пойменных мостах, но для русловых опор, как показали исследования ГГИ, вероятность того, что наносы не будут посту­ пать в воронку размыва, ничтожна.

Недостатком формулы является также обратная связь между глубиной размыва и глубиной потока. В действительности эта связь должна быть прямой.

Вид формулы в отношении учета влияния крупности частиц грун­ та на глубину размыва представляется сомнительным. Более пра­ вильным было бы этот фактор учитывать, например, отношением скорости потока к неразмывающей для грунта.

В результате указанных недостатков формулы потребовалось уточнение зависимости местного размыва у опор от различных фак­ торов.

Исследования местного размыва у опор проводил В. С. Муромов в ЦНИИСе в 1960— 1961 гг. и в 1967— 1968 гг. В. С. Муромов и

В.Ш. Цыпин.

Были выполнены опыты в лаборатории на лотках шириной 2,0

и3,5 м при движении наносов и их отсутствии. Исследования про­ водили также на естественных водотоках с моделями опор в круп­ ном масштабе; были использованы результаты опытов других авто­ ров и натурные данные.

Сопоставление вычисленных и наблюденных значений глубин размыва по отечественным и зарубежным формулам [95] показало', что расчет по приведенным ниже формулам дает наилучшее при­ ближение к натуре.

По данным лабораторных опытов, В. С. Муромовым получена основная формула для размыва у цилиндрической опоры при посту­ плении наносов в воронку

где Aho — глубина размыва при ѵ — ѵо, т. е. когда скорость потока ѵ равна неразмывающей скорости ѵ0\ w — гидравлическая круп­ ность частиц грунта; b — расчетная ширина опоры, м.

В результате обработки опытных данных были получены зависи­ мости Ah = f(v). В точке ѵ = ѵо зависимость имела перелом. При ѵ < ѵ 0 зависимость давала интенсивное возрастание размыва с уве­ личением скорости, затем, начиная с точки и— ѵ0, зависимость ха­ рактеризовалась слабым возрастанием размыва от скорости потока.

вым значениям • располагаются на кривых, которые описываются уравнением

(ІХ-2)

Результаты расчета размыва по формуле (ІХ-1) с подстановкой (ІХ-2) для натурных условий показали, что для получения натур­ ных значений размыва необходимо ввести поправочный коэффици­ ент 0,79, после чего формула для общего случая опоры с коэффи­ циентами формы М0и косины Ко будет иметь вид:

0,867

ßo = 0,18

Значения ß0, вычисленные по последней формуле в зависимости

— , приведены в табл IX-1. h

Неразмывающую скорость для несвязных грунтов ѵ0 определя­ ют по формуле (VII1-23), гидравлическую крупность w (для удель­ ного веса у = 2,65 г/см3 и t = 10° С) — по табл. ІХ-2.

Гидравлическую крупность грунта, состоящего из разных фрак­ ций, определяют по формуле

где Wi — средняя гидравлическая крупность данной фракции грун­ та, см/сек-, pi — весовое содержание фракции в грунте, %.

Данные выполненных лабораторных опытов, а также опытов на естественных водотоках в условиях отсутствия движения наносов

были наложены на графики. Линии, полученные на графиках, мо­ гут быть для цилиндрической опоры описаны формулой

( V— ѵв Vi*

где vn— начальная скорость размыва, см/сек; Aho — глубина раз­ мыва при ѵ = Ѵо определяется по формуле (ІХ-4).

Для определения начальной скорости ѵя были поставлены опы­ ты с цилиндрической опорой, в процессе которых при данном расхо­ де глубина в лотке уменьшалась до такой величины, при которой только начинался размыв. Обработка полученных данных позволи­ ла получить формулу для і»н:

ѵа = (ІХ-7)

где у — показатель степени, определяемый подбором по формуле

d

Значения у можно принимать -по табл. ІХ-3.

Часто русла сложены слоями различных несвязных грунтов. Для исследования явления местного размыва у опор в слоистых

грунтах были выполнены опыты в гидравлических лотках.

На модели был уложен крупный грунт, а сверху-— мелкий грунт, толщина слоя которого варьировалась вплоть до влечения по дну тонкого слоя наносов, состоящих из частиц мелкого грунта.

В последнем случае наблюдался размыв, больший, чем в одном крупном грунте, т. е. движение мелких частиц способствовало раз­ мыву. Объясняется это, по-видимому, тем, что мелкие частицы при своем движении в воронке расшатывают крупные частицы, кото­ рые при этих условиях легче вымываются.

Исследования показали, что процесс размыва у опор мостов при слоистом строении русла существенно зависит от отношения сред­ ней скорости потока к размывающим скоростям для частиц верх­

слоя. Заканчивается расчет, если найден слой, в котором размыв прекратится.

Если при расчете размыва для какого-либо слоя глубина раз­ мыва оказывается меньше суммы толщин вышележащих слоев, то следует считать, что размыв дойдет до поверхности рассматривае­ мого слоя.

Если средняя скорость потока у опоры больше неразмывающей для грунтов, залегающих ниже слоя донных наносов и обнажаемых в процессе размыва, то глубину местного размыва определяют по формуле (ІХ-3) для грунта, влекомого потоком, так как в этом слу­ чае воронка размыва будет интенсивно заноситься влекомыми на­ носами.

Если средняя скорость потока у опоры меньше неразмывающей для нижних обнаженных грунтов и больше неразмывающей для частиц верхнего слоя грунта, то следует сделать два расчета и при­ нять меньшую глубину размыва: определить размыв по формуле (ІХ-3) для грунта, влекомого потоком, а также определить размыв для обнажаемого грунта с учетом абразивного действия влекомых наносов. Последний расчет выполняют по формуле (ІХ-9)

(ІХ-9)

где АhotdM— глубина размыва в обнажаемом грунте со средним диаметром частиц D, при влечении по нему грунта со средним диаметром d; VQD— неразмывающая скорость для частиц сосредним диаметром D при глубине потока h [см. формулу (ѴІІІ-23)]; онD — начальная скорость размыва для частиц со средним диа­ метром частиц D [см. формулу (IX-10)]; е — коэффициент абра­ зивности [см. формулу (ІХ-11)]; AhoD— глубина размыва в грун­ те со средним диаметром частиц D, определяемая по формуле (ІХ-4); ЛІ0 и Ко — коэффициенты формы опоры и ее косины от­ носительно направления течения.

Расчет по формуле (ІХ-9) производят аналогично описанному выше при расчете по формуле (ІХ-6).

Начальную скорость vHDопределяют по формуле

где ÜOD — размывающая скорость для крупных частиц диаметром D; у определяют по табл. ІХ-3.

Коэффициент абразивности для несвязных грунтов определяют по формуле