автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Неразмываемые русла земляных каналов и разработка рекомендаций по их гидравлическому расчету

Р Г Б ОД

- 9 ОНТ 1395

На правах рукопсса

ЛОБАНОВ Георгий Леонидович

' КЕРАЕ'.ИВЛНЖ РУСЛА ЗЕШЕЫХ КАНАЛОВ II РАЗРАБОТКА РЕШЕЕШГС'Д ПО ИХ ШРАВЕЯЕСКО.МУ РАСЧЕТУ

Специальность СБ.2Э.1в - "Гидравлика я дзгзЕерзая пшрологал"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация па ест*с;ссш:о учеЕоЗ степени кандатата технических паук

Новочеркасск - t995

Работа шюяаэна яа квфедре гидротехнических сооружений Новочеркасского. шгвднэрго-колшратавшго института

* Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор ' B.C. Бондаренко

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор "" * . B.C. Алтустш

кандидат техшгкчяшх паук, профессор E.H. Белоконев

Ведущая организация - ШШГиМ

Зааита диссертации состоится " г.

в часов'на заседацяа диссерг-даоннсго совета

К 120.76.02 в Новочеркасском иихенерно-ыелиоративном институте по адресу: 346409, г-Новочеркасск,9, Ростовской области, 7Л.Пуакинская, III, BiMii.

С диссертацией мсшю ознакомиться з библиотеке НИМИ Автореферат разослан

Ученей секретарь .

диссертационного ссзета, ■ кандидат технических наук,

ДОЦОИТ" ' ■ . В-А-Хр2ПК02СКЕй ,

1 Mt

ОЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1

s

Актуальность робота. В настоящее время на территории России и ближнего зарубевья действуй? спиио 60 кругошх (с расходом более 50 t.r/c) зошшшх каналов, проходящее в различных климь'шчосгяк и геологические условиях. Из ¡их 4 канала на юге России ккевт общую протяженность более 700 юл. Опыт эксплуатации этих каналов, и подобных s» рубэком свидетэльствуот об г-тх неудовлетворительном состояли;. Русла этих каналов s период эксплуатации подвергаются нежелательным деформациям,что влечет г¡я сабо Я еннхбнио sa пропускной способности и созданш аварийных елтупний, приводящих к £ольяк.{ матсриалышм затратам, iwTCpK гнглитсдьпчх пледядой зоиэлыпге угодий а результате годной арозии. - , '

T/utoo .толозетнио еызпого ксхлитлтолыгоа сложностью русло-Фвргяфуизих процессов, происходящих под влиянием многочислен-пух факторов, учет каздого из которых при расчете к проектировании каналов визиваот спрадолошшо трудности. 8 связа с этим основная причта потери устойчивости каналов предопределена ото при их проеютфоввют из-за отсутствия достаточно обоснованного метода их рпечотз. Поэтому разработка метода проектирования крупных каналов с церазздшюшш руслагка ¡ш угдуОлаи-пой научной основе яедазтея актуальная задачей сегодяяпного лна- . ' О-;

Эта актуадыюсть уашвоокя пеоэходпиостьо срочноа ро-капструкг.ш* подавляшего больскксгеа няне дсЯсг вувяях квпалоз.

Целью работа является разработка татода расчета псрскэт-рсв неразяЕвяеии русел круглей каналов с учетом осношшх гидравлических характеристик потока. (^зико-механических cboîîcte

■"-'

грунтов, сязгашшс русло и транспорта наносов. Задачи кссдодовашя:

- выявление основных причин дафоркадан крупных каналов;

- обоснованно формы поперечного профшш устойчивого канала

с

в связных и несвязных грунтах; >

- исследование кинематической структуры пото-ía суезствую-пих крупных каназсв с цолью получения расчетной кзтвивткчбской коде ли, описыв&вдей скоростной профиль на вертикали, шзесля»-щей получить достоверную апроксиыашш действительного распределения'' скоростей в русле с учетом транспортирован«* взнесенных наносов;

- установлоше на_основе этой модели зависимостей для capo--деления параметров неразрываемого русла;

- иссльдовашго неравномерного реиша двжзния, ЕУзвешгаго измененном нагрузки потока 'ааиасат:, с целью проверк:: устойчивости русла .каната^.

Научная новизна ытолнейншс исследований заключается в ми. что на основании анализа материалов натурных, лабораторная п теоретических исследований отечественных и зарубешк

ученых, а таюаг собственных исследований предложена «атема-i ,

■плоская ^.:одаль учгтшшаая распределение скоростс потока' по глубине и ширине поперечного сечения. § результате теоретических проработок, на основании проведенных натурных исследований получены уравнения фортки устойчивого откоса в несвязных и связных грунтах, причем для несвязных грунтов уравнение учитывает устойчивость частшш на откосе- не только из сдвиг, но и нз опроюишвани-з. разработан кзтод гидравлического расчета устойчивых русел земляных каналов. ;

Практическая ценность работы заключается е получении

•Зразтнческпх рзкс^ешшшЗ по методу расчета Еэргг:.а1вае;.'ого ргопз крупных копалов с использованием ЗЕ!1.

■ 0брсг!02дп50сть я достовотшость основных научных рззульта-тов. пхеодоз я рекомендаций, полученных в диссертации, опрздэ-

' о

,-г.втся лрггзягсяем соврэмеппоЗ электронной- аппаратуры, ЭВМ, болюса сСьс.хп выполненных натурных исследований и достоточ-псЗ степеньа'яг точности. - - .

/гтрс<;г:.'ля тг.ботп. "Ословнсэ содэу^ншгэ работы докладывалось и обсуждалось на заседании се:икп гядравлпэт л глдротех-?шзсках сооругэяяЗ РоспубдикаясиоЗ яаппо-тепшесяоЗ конфэ-рзшаз аооадах угона л спзгошзстов "Внздрепяэ Ш!Р в водное хозяйство", угззсент, 24 сентября 1931 года, на ВсзсоетноЗ на-

^ V

У'гг'сз шфзрошии "Исследование русловаа: врсиоссоз для практика язродкого хозяйства", Москва, 1533 год я па взутзх козгфо-рошэтях я есг-етараг, прсгодг-ш. ИзЕочерхассяп шшнорно-мэяя-

оратикагл тглститутсгл в 1934-1955 гг. • -

■ Объем газоти^ Лйесертаютя состояг из вводила, пяти глав, епеодов, списка использованной литературы, нзсштнЕатего 250 наименований.Работа согер"".7 146 сг.рпш мспякоппспого текста, включая 53 рисунка и 4 таблица.'-

СОДЕРЯАШЕ РАБОТЫ

Во введения обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы се цель я задачи исследований, показана научная новизна работы.

Первая глава яосвягзна анализу яряч:а! потери усгс^тсстт; каналов в земляных руслах, методам их гидравлического расчета и анализу существующих'методов списания структуры потека в ла-

оораюршх лотках, каналах и реках.

Ошт эксплуатешщ крупных каналов показывает, что их русла подвержены дзформациям, проявляющимся в самофоршровании устойчивого русла. Процесс самофэрмировшшя устойчивого русла протекает до тех пор, пока размера и форма русла ко будут соответствовать скоростной структуре потока и уклону, при котором частицы грунта лоаа канала не окажутся в устойчивом статическом состоянии или в состоянии динамического равновесия (при Ьаличяи груптоосмана).

Обобщение причин деформации земляных каналов показывает, что существующий! для гидравлического расчета метод допустимых скоростей, с помощью которого проектировалось большинство действующих каналов, не полностью отражает условия состояния предельного равновесия частиц грунта по всему смоченному периметру поперечного сечения. Поэтому в связи с отсутствием нормативных документов на проектирование земляных каналов с расходом более 50-100 м3/с в последнее время предложен ряд методов расчета крупных каналов. Разработкой мотодов проектирования устойчивых русел больших каналов занимались О.Х.Абальянц, . B.C. Алтушш, С.А. Ашшев, В.И. Антроповский, К.В. Гришаиин Г.В. йалезнякоз, Ю.А. Йбад-Заде, Ю.Г, Иваненко, Х.Х. Ишаков, ,,И.Ф. Карасев, P.M. Каримов, A.A. Кадаров, Ю.М. Кузьмшгав, М.А. Михалев, A.M. Мухамедов, И.Г. Нуриов, И.К. Пономарев, Е.К.Райкова, Р.Н. Самедов, Б.Ф, Сищенко', В.Л.Скрыльчиков, Г.П.Скреб-ков, В.П. Троицкий, А.АЛ'урсуиов. Х.Ш. Шапиро, Д.В.Штерешздхт, P.P. Чугаев, а также зарубегшыо исследователи: Ласой, Бленч, Альбертсои, Саймоне, Шен и др. Розработашшэ ими методы можно объединить в три основные группы: метод допустимых скорос-стей, метод допустдаых касательных напряжений (метод влекущей

п . • ■

х г

силы) и метод гшфоморфодатосгсшс завис1вюс?вй (метол георщ рвхииа). Проведенный анализ этах катодов показывает. что в настоящее врем:] срода юс. многообразия не сузоствует достаточно хорозю обоснованного катод? расчета крупна каналов как в связных, так и зосзязяах грунтах, в связи с этем быдз опрэдэ-лзнывопроси, носехода<т для ресзнпя задач щиактпровгшш ка-налсв с иэрззиавйакака руслом.

В щзстояззе врзмя суаэствуот несколько полуагяшрзчосках ?зорнЗ турбулентности, па оспою. вторых лрэллокзпу разявчнкэ Формулы для расчета прсфзягг осрэдлэгщ. кэстннг схоро«?ва. тачания вода, т.е. их распрадзйЗЕЗя. па Еэртокшях сзтска. Ояиао сук&ствугада формула удовлзтгарпттко охпс!21Лзт л22ь рзспрэ-делению скоростей для шюейого эдСухзгжсго- гатЬот., шторка а ■ ■ дучзюм случае в канала отЕэчйэт сзр?й:а£3йаого ссз. Вшшз-тячзскзм отногешз эта фор;.г/л:1 '¿юза" отсзсга к сдэяушм та-4 ааи: яьрабояиесм», показатель!!!», здягжгсзскпо,: логаркфгз-ческиз ¡т др. Все сна исключая? плпязпэ Фйр:.ш русла па зопон распределения скоростей даГлусеш», Ейкй ^ля сароетс' рзчнах русел этот вопрос не столь сугдастЕОПзн, то для каазлаз очень ваяю установить, как распредзлязтся скорость по -гязтбхЕЭ па откосах, которые в сснослси подвергается дефорггаша.

4 Для оценки распределения сродзйх скоростей на сзрташях по иотша р7слз шфоко прккепяатся формула Шэзп. ео ока из »тает удовлвтворгть; условия проектирован^'; устсЗч^п: фор.» русла, поскольку ке утэтиваот влнгпда турбулэятпого действяя иезду чгстжсия гадкостя, рйспологзтгглз па ргзяпгах гертисалыш сетагостях (турбулентное трепка), о тгпггз аяксго хрупнсмзсзтабшд турбулентных вихреобрзгсвшйг, дегетвутш; в поперечном сзченик потока. Кроме этого, в настоящее время ике-

в тел веско шсо расчета распределения скоростей по ши-

. - V - 3

рине русла (Г.П.Скреокова. И.А.Шеренкова, Ы.А.Михалева)-.

. Аналиь научных данных о закономерностях в турбулентном русловом потоке позволяет сделать выводы, что существующие математические мелели для профиля скорости на вертикали в открытом потоке не дают решающа преимуществ той или иной формуле, поэтому в каждом конкретном случае приходится выбирать ту, которая лучшим образом соответствует данным' условиям. Так же применение той или иной математической модели осложняется тем, что ни один из исследователей не приводит вероятностно-статистических оценок предлагаемых моделей,т.е.соответствие их опытник- данным. Таким образом для получения достоверных дашшх но- ' обходима математическая модель для описания скоростного профиля, которая Оы удовлетворительно согласовывалась с опытным материалом во всей толще потока. Модель скоростного профиля в канале должна удовлетворять условию трехмерного турбулентного потока, а также условию взвешивания наносов; .'

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию кинематической структуры потока в живом сечения крупного канала. В основу положены современные эксперикентзльше исследования структуры-пристеночного турбулентного нсграничного слоя. По результатам современных эксперймеиталшых исследований структуру пристеночного пограничного слоя можно принять четырех-,елейной ¡Бяагай! подслой, логарифмическая область, внешняя сС-ласть, надслойь Профиль скорости для логарифмической и внзе-•ней области для бесконечно широкого канала'принят по Коулсу в виде суммы логарваьшческого закона и закона падения дефекта скорости: • . ■ ' ; ' - „: •

а V у 1 х у у

= 5.75 1« + 5.1 ч- -П. . 2 з!п |-. | , ц )

V V 2 *

о *

?де' h7 - расстояние от дна до шотёй граница "цадслоя";

у -' ордината скоростного профиля (промежуточная глубина);

V^ - динамическая скорость;

з - постоянная Кармана; * .

v - юшематичесюй} кооффгасюнт вязкости;

Пи)- меняющийся от сечения к сечению параметр;

И - осредненная во времени продольная скорость-на глубине у. -

Поскольку параметр П(2С) для данной вертикали является константой, то коэффициенты, стоящие перед косинусоидалыюй функцией, вкачаем в параметр D и формулу (1) перепишем в сле-дувдем виде:

и V 7 - Pf X у .

-- = 5,75 lg —— + 5,1 + D sin Г- | , (2)

V, v L 2hv J

Параметр D получил из условия U = 11л , где Uf- максимальная скорость но глубине hv:

U, V h

D = - 5,75 lg + 5,1. (3)

Как видно из (3), параметр D, оставаясь константой для данной вертикали, принимает различное числовое значение для разных вертикалей. Физический смысл параметра ' D представляет собой максимальное отклонение величины скорости от логарифмического закона распределения. Это отклонение "разбрасывается" по всему диапазону глубин от <5Л до hv синусоидальной функцией. Несмотря на то, что в физике явления "вязкий подслой" и,рае? важное значение,а расчетах мы им пренебрегаем, так iuk толщина его незначительна.

Распределение скоростей в "надслое". т.е. в диапазоне

(О

гдуСкн у <; Н принимаем постоянным: о Од

«——«—— = const .

.у- ■ \ ■ V. Интегрируя уравнение (2)8 пределах от О < у « hT получим выраавиие для удельного расхода с. учетом "наделал" ;

V, h

q 5.757,1ц, 1« —5—Z + 2.67^- + 0,5V,hvD + Ол АН^, (5)

где ЛН^ «= Е - - толщина "надслоя".

Разделив (5) на глубину Н. получим среднюю скорость на вертикали:

7 = 5,757. Л Ig^-i! + 2,6 ^ 0,57, ^ D + П-^.(б) Н . v й * г Б ^ Н

На основании приведенных зависимостей структуру потока

в кивом се чеши канала косно представить следующим образом

(рис. 1).

. Схеиа структуры потока в гявом сечении канала

Наделай Z

Уровень св. поверхности Лини* U

вес. i

Область I - область существования подслоя, t которой профиль скорости описывается уравшааяуи (2) и «>.

Область II - область интенсивного влияния берега. Надслой

¿тстгстзует. о гхкзю^дайгз сначзк.1Я скор, гтя ?аополс>...л; глугглих 1;.. Н. Про'&тль сксроста спасывзется урзвнекйэг» (с) в интервала гдуса;! •< 7 4 й Параметр 0 «проявляется из (3).

Из Граниных вортчалях V» "аэдслоЗ* отсутствует. У:тся-мальиал скорость нахогитегг па глу&гге Я. т.е. на свободной поверхности.

Для практического ксясльсовакгя тс-опу« тоб-

хедаю дать ргси-лжт» вортшп'-дэй э-з по стйсзэказ к урезу полу .

дьа з?«шсяческ» позеолж? еггр-з -

Л1- -'."'Г. V -.л юзгмя 8 о траста а оэг^у^гг??^ ч^я^Л!^™ Я ппм сЬ П ? г.

г^'гисг'^сти с? ::ос?апогсзиная г^ьг^Ъл^. та отекгк-г:?-- :< г с-.-ч " лругах поргкзтрез потопа:

г а . (7)

2 * Ь тГ"* . :3) Н

- - - ,

и.,, г

- 5.75 15 ♦ 5,1 7,, (10)

,4

V

! I >'

з

- ур-.-зъ ргезтежкекой еортжелз.

^'.''о ;гсьй2?аз с^спсрюгентаяькску пцявдекип пря-■Ь' Kf.Hv.c3 гл<.1лг.:'е тстикоздзипцх гемгег-

а рс»•.•;.г.г:«?кик ус.'ог-гп на

опытных участках каналов, состав и методика натурних исследований, измерительная аппаратура, дается оценка точности измерений и расчетов. Приведены материалы исследований других ав-авторов, которые использовались в диссертации.

Натупные исследования проводились на дг.ух участках Донского магистрального канала, трех участках Терско-Кумскогс канала, двух участках Невгешомысского канала и двух участках канала Дулай-Сасык. Расхода исследуемых .каналов составляли 75200 м3/с. Условия нроведешшх опытов" в натурах каналах приведены в таОл. 1.

Таблица. I

Условия проведенных опытов в натурных каналах

Канал

Материал русло

(Висота вис»'У-|нов взрохоьз-¡тости (мзкш-' фош), м

Мут- I ность,I , i кг/и" |

Р.е = q/v

р'г = У2/яН

0,400 ¡2,2-10" ! 0,0211 0.2Ь6 I1,9-10* I 0.0293 О ¡3.47 -10"! 0,0071

tk.uk

Дунай-Сзсык

Не вин-

НСМЫ': -СКПЙ

Песок ; Супесь !

I I

; суглинок !

Г., 11л супе с- | ;' чашй I

• I

• I

: ! 1

; Суглинок 1

Пя}ели -:(0.1-0.06)Н 0,028 0.028

0.023 0,028

0.656 И,58-10-

i

<7 '

и * ¡2,6-10-

0,0101 о

На каналах в ; лдрзстворах измерялись глубины и осреднение г- точках на вертикали скорости. Кроме этого проводился

ЗТГ.ер ПЗО0 для

:раторного определения физико-механических

свойств грунтов лоз:а канала и на вертикалях отсос »псоб нз мутност!. Для изм..-рения скоростей в телке- потека •.■„'пользовз-

лись ДЕухконтактные вертушки диаметром от 6 до 40 мл, аналоговый и цифровой частотомеры. На каналах и Дунсй-Сасык измерения проводились малой::_рционшми вертупками ГР-55, ГР-2Ш и "Ийгури".

ВзЕешснные наносы отбирались батомьгром-бутылкой и вакуумным батометром ГР-61. Для определения времени измерения скорости в точке в натурных условиях проводились поверочные опыты. Таким образом, случайные погрешности были сведены к аппаратурным, не превышающим 3-5 %. Относительная погрешность замеров положения вертикали и глубины при их минимальных значениях 0,5 м составляла не более 2 %. Обработка результатов измерения скоростных профилей заключалась в определении для каждой вертикали динамической. скорости V^ и псрамотра D; входящих в уравнения (1), (2), (3).Расчеты проводились на ЭВМ. На каждой веитикали произведены вероятностно-статистичоские оценки соответствия математической модели (1) опытным значениям скоростей. Для предложенного уравнения (1) выполнялись две проверки: на адекватность (пригодность) и информационную способность (полезность по критерию Фишера при уровне значимости <х= 5 ■%.

В исследованных каналах, для всех обработанных вертикалов уравнение ; 1 ) с вероятностью 05 адекватно и информационно полезно.

Обработайте по каналам данные подтверждают предложенную главе 2 структуру потока в змвом сечении канала.Все вп!::оска-занное поптвррздзют обработанные материал! нзбл'"Д0Ш!й по Р?рх-не-Карабахскому каналу. В ленолнение к результатам натурных исследований на существующих каналах,для проверки-продло:ке:шо-го профиля (!) и структуры потока в -килем сечении канала, были

ч cv>-c~c:v:n p^vn-riiiu ■и^эрэ'.с.лж ксс^гдзлйкй в £.&•£.&«, II.к. й.Е.Ккрих:.'.-з!5Ц, Н, К. iSc-wcissa,

¿.Е. Клавиш, A.K.Axtusoes и яр.

Гг-ульгегл обработка лабораторных ссггоэ показали» что тесргодосш» точка Co.äö точно cou-гвететьук? спа:гг;м. что мало Sossss vramr? кз^ориг^ы s лаг-ораторних уело-

снял. к а олуча® лвоормгчхл oisijgb урсвпешв in для пхфун: «горсти «»явягяс к lasiüpjsaiiojrjo полэаяг. с воросткэсть» 95 S.

Чзтвортег, глачй косьяаеда рзргсотке исто дате прсоктиро-Еггга: ^счлтси каналов с yoroamuuz русла«.

Как указывалось essss, в прогАссз аксвдуатаиаа русла ко-кагов» хая правило. Äöiii-«sj?ssicj; и со рвкзнзм сорогруетел сг'к-жо, огя5чкое с? iipoäKi-ßoro зр&ююиг&шгого, 'устойчивое s дагАкойгем к дзформашазк. Дофориаирагп подвергаются главки« осрапсм ontocsJ канала, при гтоа сачекяя капала приобретает счсргашо блязкоз г параболпаскску ада подагсааяшому .Поэтому tffiirjs автора яргдлагавт описывать попарчкоя сечение земляных каналов е езсеязных грехах взраЗсдза различных порядков {В.С.Аадаан. С.Д, Аяаазв, F.B. ¡ö-Söukskce. ¡а.Г Иваненко, S.K. Рабйога. 2.Ш. S2sxa®c с др.), а другиз (С.Х. Айа.шпш, В.Т. Чоу) - косинусоидой.

Oöircfäo прзшято расатряза?:. пьвдз^ьное равновесие частил грунта на откоса из услогозя елввга ц сна связи с рзжимом сои-ротааяонйя в потс.:з Ф.Ы. Кузиалкоз.' В.Т,Чоу и др. к При атом распределение моотпш. касагелышх яапрпкдоб по глубина поюка ш отколах щзшакавт по j&us&isu? закону с максимуме» на лг.о.

В рсбзто раегаюгреко продельное равглвосиа "г.-епчи; груптл «а otKQSö да у слагая слрскидывавяя и с учогем сгкргд;;

.'■•лад в ттенл* йрл ¿'йгакз'., '«о г:а дао kämäss •ксти::;»

u.'c? срезультате этого йолучено урав-

кссг1то.'.«л!сго на откосе я дне:

, sin (tp - а)

^ Г--, (13)

oía ta

! ^ - касательное катслт,зние на дне и откосе; о - угол внутроинсго тренкя грунт-; а - угол сткосэ:

f - >3 I

-3 i—V— J

- . (U)

i V

1.—~ J .

rzo л - 0,7;' - ¿нее?-! шстуязв sc-рохоззтости (по в.Н.Гончарову !: , «■ ' ''«о " Л1*иаж'?гск:ЗЛ скорость на дне и откосе. £ун::а'ля £ садзется грз$::ксм в зовисшости от режима сопротивления.

Ccr:i.zv,o- рехзшишзяи Евро коляорашй СОД:

/ зШга

- м У !--— . (15)

Sin'-ífl

Сравнивая ПЗ) и (15). w.'oeí! соотношение:

>-5—•

siri ív - a) / 3lr. а

г- : f» 4 с 'п

•> им« W

Расчета зля тпечгнпл rc/птов TKi'K показали, что при ма-углах a ксозйкп-.ент С !. С рсстсм а коэффициент £л : свглсгг-от г:сл:;е::::; и upa стксЯ гколагсприл .ной комбинации С - : ,4 с.:дра:и:"-гед :iop;:i. j;;c7r;o Я6). Таким образом частила на сткгс.». Зуду::: ".'сг.;Я"-:лкг.1 н;; сдриг. ivrieT сказаться иеустсйчи-гт.'4. Лг.лт.п.йггл- тесготпессие викладки позво-

.тат получить на основании Еышескззанного дифференциальное уравнение для профиля устойчивого откоса в несвязных грунтах:

пнд

dz » - —=- . (17)

с н— öji

' крсинтегрпровать (17) в оСшем Биде не удается, поскольку £2 есть неявная функция от h. Поэтому для определения профиля откоса нужно прибегнуть к численному интегрированию при граничных условиях от 0 до Hmai. На рис. 2.приведены очертания натурных откосов Терско-Кумского магистрального какала и рассчитанных по уравнению (17).

Условия устойчивости откосов в связных грунтах суиест-венн"м образом отличаются от условий устойчивости дткосов из

у

несвязных грунтах. Если устойчивость частиш несвязного грунта на откосе определяется составляющей как гравитационных сил, так и гидродинамических, то устойчивость откоса из сеязного грунта, при условии обеспечение устойчивости грунта к размыЕу на дне канала, в основном определяется обще.!'равновесием земляных масс в условиях насыщения водой и в меньшей мере зависит от гидродинамических сил, прилагаемых потоком к поверхности откоса.

Для расчета канала форма откоса принимается в вида пара-

■ болы:

Я = а z Ь, • (18)

где Z - абсцисса.

Коэффициент а и показатель степени b парасоли назначаем следующим образом:

- по одному из приближенных способов расчета устойчивости, откоса, по физико-механическим прочностным характеристикам

Профили откосов

Гидроствор 1 ,1а 6 км ТКМК

В, м

— - опытные

— - гсорешчсскис

Рис. 2

грунта назначается заложение откосз о:

- затем одним из наиболее распрострзнешшх г проектной практике и рекомендованных нормативной литературой методе:; (например, круглоцилиндрических поверхностей) проваряется степень устойчивости принятого залотшя откоса;

- далее, обработав данные по заяокению откоса в силогарк'?»®-ческих координатах, находится коэдаишен? к степсиь парасоли.

При заборе воды из рок в капал могут поступать взвогзенные наносы. Одной из важнейших задач для ооеспоче»кд устойчивости русел земляных каналов в этом случае являзтса транспорт взво-шешшх наносов (дошшо накосы, как прогало, не дзжа до:г/е-каться в канал). В -настоите с врем;? с теле сг-сепркья'гым тпзи-вать поддержание наносов в потоке ьо езьеаопиом состоят:',*, с турбулентными пульсациями (турбулентной диффузией). Однако, исключительная сложность процссоЕ, ооуслэвливыошас проблему турбулентности-а условиях взвесенесуцкк потоков, нз позволит

г - '

однозначно теоретически ревить те или хмыо задачи, связанные с этим явлением. поэтому к возникаю-? праолпаанеше эмпирические или пслуэмпирические решения. Осноышаясь на работах В.К.Ддг-хера и Л.Г.Лойцянского нами получено для взвссог.осу^сгс потека у^внекис-:

• т V с - ен) + 1 V ек « «рог, м?)

где дн - деля - продукции турсулентЕэстк.кеоСходкмая для яол-_ держания наносов во .взвехенксм -гостоякиа.

Яз.- уравнения видно. что прояукж! туроулоатпе.-тп раекгд^-етея частично для. подз„ржания износсз га взЕеаеннси состоянии, остальная часть расходуется на помарай»* и^згпкзмз тусгу-дентнсста. В целом ¿е лрйдукшу. турсу.-кнткзс'гя сксрстг.'.

ГГГТ О » ГГ »г»

о

. . . : о

• 19 ;

,. В пятой главе лаз порядок рзРчета л расчетшге* уравнения для определения у стай*шгог6 русла в несшнных и связных грунтах. Порядок расчета жш связных грунтов такой се. как и для несвязных грунтов, изменения зависят от Формы откосов, которые рассчитываются по уравнениям (17) и '(18). Прп расчете поперечного профиля задаются следушюга неходкими датшми:0 - расход, Нтах " максимальная глубина, допустимая динамическая

скорость для данного грунта (неразмыващая дшг?.шческзя скорость), СЯК - нагрузка потока нзносагш с учетом взвешивания, Ф - угол внутреннего трения грунта.

Порядок расчета для несвязного грунта следующий: 1. По заданной максимальной глубине Н^^ п V, ^ находи?! по уравнении (17) численным интегрированием г^, т.е. глубину и расстояние до рассматриваемой вертикали в откосной части канала (рис. 3).

2. Из уравнений (2). (3). (5). ?6). (7) а. (3) находятся V . II ____ Ь 1. Затем определяется допустимая дп-

СЕ1К шах СЯК и СЯК •

t намическая скорость о учетом нагрузка потока наносами.

3. Находится удельный расход на максимальной откосной вертикали:

4. Откос разбивается на ряд вертикалей и находятся параметры, определенные по пунктам 2 и 3 (зь исключением i).Уравнения (7) и (8) позволяют определить толщину иадслоя в области I и заглубление максимальных скоростей под свободную поверхность в области II (см.рис. 1).

5. Удельный расход.приходящийся на откосную часть канала, находится суммированием удельных расходов на вертикалях откосной части.

>

6. Горизонтальная вставка разбивается до оси канала на ряд вертикалей, находятся V, U , и удельный расход для каждой вертикали.

7. Подбором добиваются соблюдения условия:

В результате находится ширина канала по дну.

8. По значениям средней по сечонк» скорости к уклона канала определяется допустимая нагрузка потока наносами (транспортирующая способность) пофэрмула:

О ; * -

ей « 66 i и . ' (22)

Сравнением транспартнрушей способности с заданной нагруз-• кой потока наносами опрздзляется направленность руслового процесса и оценивается устойчивость русла. Поскольку устойчивость к размыву обеспечивается расчетом при всех комбинациях исходных данных, то причиной неустойчивости может быть только заиление.

9. Затем проверяется» устойчиво ли поперечное сечение при

J

Пюга.чи и ноиеречиом сечении капала " д Гмлросиюр I на ПК 107 ДМК

-натурные ---- —расчетные

Рис. 4

• 22 " / '

принята* в получения В в h^. Для этого используется

зависимость Д.Лейси, уточненная С.Х.Абальянцем:

%*1 /Г; (23)

i-vlz/vT'. (24)

г» х - смоченный периметр.

Для упрощения расчетов бшш разработаны алгоритмы и составлена програша для ЭВМ. На рис. 4 щшеденн расчетные и натурный провели Донского магистрального канала с изотахакп.

ошйе вывода и ррадиЕшиши .

Изложенные в диссертации результата теоретических и экспериментальных исследований позволяет сделать следующие выводы: ' / -

t. Натурными и теоретическими исследованиями доказано, что деформации каналов с большой пропускной способность» предопределены еше в процессе их проектирования. Ни одна из существу-ших в настоящее время иетодик проектирования не учитывает в полной мере специфику кинематической структуры потока в канале. Только с учетом скоростных характеристик по глубине и ез-

■' * - ■ о

рине потока мозшо гарантированно определить параметры устойчивого русла канала..

2. Установлено, что/ предложенные ранее, математические модели ия/профиля скорости на вертикалях в открыток потеке дакт результаты неудовлетворительно согласушиеся с дашнак натурных исследований. ,

3. В результате' привлечения ' полу эмпирической •.■•георга турбулентности впервые предложена яатемзтичес-.-ая модель для

23 .. '

«г

■списания скоростного профиля на вертикалях (I) ¡фупного канала, Результаты обработки донных натургшх исследования подтворадшот достоверность этой шили с гзролтпэстьз -,?5 -3.

4. 'Для описания кшематтаскоя структуры, цпокорз'шем сс-чегеш шшла,- тгродлоз&пи ггшричоскяэ гтикиоитг (7,8), у'ш-тшшязю трехмерность туроулэнгного потека.

5. Для определения фор>и устоптегого отаоза в л;:свпз;-:;т. грунтах крутых каналов внеэдэно уржягапге п7), тюлгюярзэ при рассмотрении равнооосня честгаш на откоса из услопш опрокидыБаико с учетом рог^-ла сопротивления.

5. »а оскоззтзх уравнений (2), (3), (5), (8), (7), ;'3), (Г/1), (18) разработаны рз::смепдзти ко расчету явросглгазсх!« русол, Методика проектирования каналез з ;юсвязш!х я связи?1* грунтах. Для оптимизации расчетов по предлагаемому мотоду, разработаны алгоритм и составлены проградаа на язпках Фортран и Си.

Пр.?.чло|»шшй метод использовался Укртяпроволхозоп пря проектироь-лши канала .^ноЗ-Дпепр.Совкавппгроводхозом при проектирована! канала Волта-Чограй я Управлением эксплуатация Тсрско-Кумского канала при ремонтных,работах.

Основные полоз,-опия диссертации опуОликовану в елчдуияих работах:

1. Выбор и оценка динамических свойств аппаратуры при из ■■ морении пульсаций скорости динамическим датчиком с использови-нием тензоштрии./Сб. статей. Гидравлика сое¿утопий ороситоль-шх систем. Новочеркасск, 1976.Т.XVII.-Вып.5.-с.Н2-148.(Соант. Зайцев Г.Д.).

2. Методика измерения и расчета осредногашх скоростей и характеристик турбулентности динамическим дзгпяссм генземетри-ческого типа./СО.статей. Гидротехнические сооружения и русло-

, .. вал пиротехника. - Новочеркасск, 1980, с. 61-67. (Соавт. БаЯ-

цэв г.д.). ,

S, Структура потока крупных келаоративных каналов в scшш-шх руслах /Локл.ВАСЖГОШ, 1983. - С.28-41. (Соавт.Зайцев Г.Л.).

' л. ©оргла устойчивого откоса крупного мелиоративного канала в несвязных грунтах. /СО.егетеЗ.'Гидротехнические сооружения и русловая пщротозавша. Езгаузройсск, 1933. - С.71-77. (Соавт. Зайцев Г.Д.). • ,

Б. Связь траняюртпр^тхэз способности потока с гидродана-{лическюп ого пар2Г.:зтрзд21 в крупном тигаративнет каыалз./В ich.: Исследование русловых процессов для практики народного хозяйства.- Изд. Московского Университета. 1 £'33.-С,^£3-94.

'6. йсслздоваяиз русловых деформаций Тйрско-Кушюго канала и мероприятия по обеспэчшш его устойчивости./Сб.статей. Гидротехнические и риоозозязстаошшэ сооружения и русловая гидротехника. Новочеркасск, 1S35, - С,81 -87. (Соавт.Крзсвк F.Ji.).

7. Устойчивость русо л каналов с большой пропускной способ-нсстью.-;Твз.дскл.конф.кПо12ШЭШЭ гффективлости использования водных ресурсов в сэльскс.м 20зяЯстве",ч.1.Новочеркасск. 1989.-Q.228. (Соавт. Всщдарзяко b.c., КрасЕг'Г.К.).

Подписано в начать 26,09,büx1, 'Üiijss I0ü :л-;з. Заказ IUI Isn'orpa <i и я Н1Ш г.йогочотжасск Иулки.-.сксл 1X1