Оценка устойчивости дноуглубительной прорези

Расчет прорези на перекате с несвязным грунтом состоит из двух частей: построения плана течений и расчета деформаций дна. Сначала строится план течений для бытового состояния русла, затем для проектного. Расчет деформаций делается только для проектного состояния.

Все расчеты выполняются при рабочем уровне дноуглубительных работ Н_раб = 1,0 м, которому отвечает расход воды, определяемый по формуле: , где

-площадь поперечного сечения, ;

- средняя скорость движения воды на участке реки, принимаемая равной 0,8 м/с.

Расчет сведен в таблицу 1.

Таблица 1

№ поперечника
	924.6	0.8	739.7
	872.2	697.8
	837.1	669.7
	839.7	671.8
	911.4	729.1
	869.6	695.7
	789.2	631.4
	566.6	453.3
	494.3	395.4
	483.3	386.6
	506.7	405.4
	463.8	371.0
	467.3	373.8
	416.5	333.2
	431.2	345.0
	393.6	314.9
	598.8	479.0
	868.5	694.8
	855.1	684.1
	781.4	625.1
	807.3	645.8

Глубина разработки прорези Т_пр от проектного уровня с учетом переуглубления при траншейной работе землесоса равна , где

h_пер- величина технологического переуглубления.

3.1 Построение плана течений по способу плоских сечений

Приближенный способ построения плана течений, предложенный М.А. Великановым, основан на использовании формулы Шези.

Исходная зависимость для определения значений элементарного расхода воды на вертикалях записывается в следующем виде: ,

где - постоянная величина для данного поперечного сечения,

I - продольный уклон свободной поверхности;

n - коэффициент шероховатости русла, с/м^1/3;

- средняя глубина потока в живом сечении

h - глубина потока на вертикали, м.

Полный расход Q, проходящий через поперечное сечение шириной В:

Величина ε определяется как отношение заданного расхода воды к величине интеграла:

(*)

План течений на перекате строится при рабочем уровне дноуглубления Н_раб.

Последовательность построения плана течений по способу плоских сечений:

1. На плане участка реки в характерных местах русла намечены несколько расчетных поперечных сечений. Поперечники ориентированы перпендикулярно к среднему направлению течения воды.

2. Далее вычерчены поперечные профили русла во всех сечениях для рабочего уровня воды (Рис. 1, 2, 3).

3. Для каждого поперечного сечения на характерных вертикалях вычислены значения h^3/2, средние значения (h^3/2)_ср в отсеках, расположенных между смежными вертикалями, произведения (h^3/2)_срDb, где Db - ширина отсека (расстояние между смежными вертикалями).

4. Последовательно суммируются значения вычисленных произведений(h^3/2)_срDbдля всего поперечного сечения шириной В.

5. По формуле (*) вычисляют значение коэффициента k для данного поперечного сечения при известном полном расходе воды Q.

6. Определяем значения ординат интегральной кривой распределения расхода воды по ширине русла путем умножения результатов последовательного суммирования величин (h^3/2)_срDb на значение коэффициента k. При этом в конце поперечного сечения должен получиться полный расход

воды .

По данным вычислений строится интегральная кривая распределения расхода воды в поперечном сечения русла.

7. Конечную ординату интегральной кривой, представляющую собой полный расход Q, делим на равные части для пяти струй Q_стр= Q/N = 540/5 = 108 м³/с.

8. Точки раздела ординаты сносим горизонтально на интегральную кривую, а с последней вертикально на линию уровня поды, определяя, таким образом, границы струй с равным расходом Q_стр

9. Переносим точки, соответствующие границам струй, на план участка и, проведя через них плавные линии, получаем план течений, который дает возможность установить направление течения и определить значения средних скоростей потока дня каждой расчетной струи. При этом сначала строится план течений для бытового состояния русла. Расчет распределения расхода воды в этом случае выполняется по ширине каждого расчетного поперечника. Графическое распределение расхода воды по ширине расчетных поперечников отображено на листах 3-5.

После этого переходят к построению плана течений для проектного состояния русла, т.е. с учетом прорези и отвала. Для этого заново рассчитывают распределение расхода воды по ширине поперечников, которые пересекают прорезь и отвал.

Планы течений (линии тока) для бытового и проектного состояния русла совмещаются и оформляются на отдельно вычерченном плане переката, на котором показаны только нулевая и проектная изобаты, а также положение дноуглубительной прорези и отвала грунта (см. чертеж)

Рисунки 1,2,3
3.2 Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях

Расчет выполнен для проектного состояния русла (2-я и 3-я струи).

Во всех расчетных сечениях для этих струй определяют гидравлические элементы потока: площадь струи ω_стр, ширину струи b_стр, среднюю глубину h_стр = ω_стр/b_стр, среднюю скорость в сечении струи U_стр= Q_стр/ω_стр, значение неразмывающей U_нр и размывающей U_р скоростей течения. Значения неразмывающих скоростей вычисляются по формуле В.Н. Гончарова: U_нр = 3,0(h_стр d₅₀/d₉₀)^0,2(d₅₀ + 0,0014)^0,3,

где d₅₀ и d₉₀ - диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90 % по кривой гранулометрического состава: d₅₀ =0,40, d₉₀=0,50

Значения размывающих скоростей определяются по соотношению U_р=1,3U_нр. (вычисления в табл 1)

Таблица 1

Гидравлические элементы потока и значения в струях 3 и 4

№ струи	№ поперечника	м2	м	м	м3/с	м/с	м/с	м/с
		157,50	70,95	2,22		0,51	0,66	0,69
	103,85	50,08	2,07	0,50	0,65	1,04
	84,20	52,30	1,61	0,47	0,62	1,28
	71,25	48,23	1,48	0,47	0,61	1,52
	55,80	42,40	1,32	0,46	0,59	1,94
	45,85	35,03	1,31	0,45	0,59	2,36
	47,40	26,42	1,79	0,48	0,63	2,28
	97,90	42,81	2,29	0,51	0,66	1,10
		146,95	59,65	2,46		0,52	0,67	0,73
	128,80	53,84	2,39	0,51	0,67	0,84
	158,90	74,79	2,12	0,50	0,65	0,68
	173,80	100,47	1,73	0,48	0,62	0,62
	111,40	66,36	1,68	0,48	0,62	0,97
	40,30	31,16	1,29	0,45	0,59	2,68
	79,65	41,83	1,90	0,49	0,64	1,36
	100,30	44,64	2,25	0,51	0,66	1,08

По данным табл. 1 построены совмещенные графики изменения скоростей по длине струи

Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчет деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.