автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование конструкций и методов расчетного обоснования грунтовых водосливных плотин

Ц|Ь и 2 ч»

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЕЙАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ГАНЕМ САЛЬМАН ХАСАН

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ.И МЕТОДОВ РАСЧЕТНОГО ОБОСНОВАНИЯ ГРУНТОВЫХ ВОДОСЛИВНЫХ 1ШОТШ

05.23,07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство

Автореферат ■ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре гидротехнических сооружена Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоратщ ного института •

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

И.О.РУМЯНЦЕВ

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Ю.П.ПРАВДИВЕЦ

- кандидат технических ноук, старший научный-сотрудник Б.БДВОРКИН

Ведущая организация: Производственное объединение Coвинтepвo^

Защита состоится " "1 " Ы 1992 года в ЧЕ

сов на заседании Специализированного Совета К 120.16.01 в Мое ковском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, ул.Прянишникова, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Моековси ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного инстит^

Автореферат разослан " $ " 1992 года

Ученый секретарь Специализированного Совета К 120.К.01 кандидат технических наук, доцент

С.Ь.КУЗЬМИН

0БН1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• ■ .Актуальность темы. Строительны.-«! к проектными подрззделе-НтеяшПЗшистерства ирригации Сирийской Арабской Республики в настоящее время осуществляется возведение значительного количества речных гидроузлов с грунтовыми плотинами. Большинство из них имеют чисто ирригационные назначения, так как большую часть террпто- ■ рии САР занимают засушливые зоны, где годовое количество выпадающих осадков не превышает 300-500 мм. В этих условиях почти вся растительность засушливых зон выгорает, а существующие водотоки пересыхают. Для создания благоприятных условий роста растений земли нувдаготся в интенсивном развитии орошения из искусственно созданных водохранилищ на притоках рек Ев($рат, Северный Кебир Оронт и др.

Сирия является сраной древнейшей в ¡лире гидротехники. Уке несколько тысячелетий ее штелп строят гидроузлы с грунтозы)а! плотинами, некоторые из котпрых сохранились до наших дней. Примером может служить гидроузел Китинн у г.Хомс, строительство которого осуществили войны Александра Македонского. Этот гидроузел до сегодняшнего дня используется для оропечия земель в окрестностях г.г.Хомс и Хама. Главной проблемой реконструируемых и строящихся гидроузлов Сирии являются сокрушительные многоводные весенние паводки, формирующиеся за счет таяния снега я осатксв в горах северной и западной частей Сирии, а также Ливана. Для пропуска этих паводковых вод приходиться возводить новыл резервныо или стационарные водосбросы, представляющих собой открытые и за-. крытые сооружения, стоимость которых за счет многих объективных причин часто превосходит стоимость водоподлоряой плотины, традиционно возводимой в этом регионе из дешевых местных строительных

материалов. В связь с этим, а тгтже з связи с существованием в Сирии дефицита цемента и арматурной стали, широким распростране-ниеы нескальных оснований гидротехника стой страны нувдает-ол ь разработке) новых технических решений водосбросных сооружений, в которых бы рационально сочетались требования наиболее пол. ного .использования местных грунтовых материалов и значительного уменьшения объемов бетона.

В наиболее полной мере этим требованиям отвечает принципиально новый тип водосбросного сооружения - грунтовая водосливная плотина. Большой вклад в разработку технических решений таких плотин внесли российские Ученые - Н.П.Пузыревский.П.И.Гордиенко, Ю.П,Правдивец,С.В.Избаш и др.Тело такого сооружения возводится из практически любого честного грунта, а гребень и низовой откос защищаются от размыва специальным креплением из бетона или камня. Современный опыт проектирования и строительства таких сооружений показывает,что их технико-&коно>.шческие характеристики существенно превосходят аналогичные показатели традиционных водосбросов. Внедрение грунтовых водосливных плотин в практику гидротехнического строительства Сирийской Арабской Республики позволило .бы получить ее водноод хозяйству весьма значительный экономический. эффект»

Цель работы - на осноге результатов моделыш;: гидравлических исследований осуществить' дальнейшее совершенствование конструкции ч методов расчетного обоснования сборных креплений низовых откосов и участков сопряжения бьефов грунтовых зодосливнпх плотин

Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие задали:

- иослодгьять гидравлические условия работы низового откоса ьодосяиешьс грунтовых плотин, крепленого сборными плитами различных конструкций:

- изучить качественные и количествзнные характеристики процесса переформирования речного дна на начальном участке эвакуации сбросных расходов за подножием низового откоса, получить расчетные зависимости для прогноза параметров воронок местного размыта;

- проверить надежность работы стабилизированного дна л нижнем бьефе, крепление которого запроектировано с учетом полученных в работе зависимостей.

Научная новизна. В результате проведения иоследованиЬ, поставленных во исполнение задач настоящей работы, получены следующие результаты:

- подтверждена техническая и экономическая целесообразность строительства грунтовых зодосливных плотин при условяи создания крепления на их ниэовом откосе и в нижнем бьефе;

- получены новые данные о закономерностях изменения параметров потока на крепленом плитами различных конструкций и размерен низовом сливном откосе рассматриваемых плотин, предложены расчетные зависимости для прогноза значений коэффициенте скорооти;

- рассмотрена закономерности вознигсиовешя и формирования воронок местного размыва в.нижних бьефах водосливных гемт'очих плотин при поверхностном режиме сотшленяя, получена расчетные зависимости дяя определения глубин, местоположения фокусов р.чз-мнва, протяженносги этих воронок в случае нозведгния плотил га основании из несвязных грунтов;

- осуществлена экспериментальная проверка рзоогосписобно-стк крепления, размеры которого назначены с учетом предлогешах

в работе формул. . , ■ ■ '

Практический выход работы. Полученные р ремках работы рал-четние зависимости ориентированы на использование практике г.ро-ектгрованил и строительства грунтовых водосливных пленяя г;?дроуз-

лов различного назначения. Внедрение полученных результатов в прак тику гщфотехчичэского строительства Сирийской Арабской Республики позволит не только повысить обоснованность и надежность работи таких сооружений, но сократит их стоимость и сроки строительства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, литературы, Тексг диссертации изложен на ISO страницах машинописного текста, иллюстрирован 31 рисунками. Список использованных литературных источников насчитывает 167 наименований, из них 7 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации приведены результаты изучения основных особенностей проблемы пропуска паводковых расходов через водосливные секции грунтовых плотин (грунтовые водосливные плотины). Отмечено, что при конструктивном решении таких задач, как правило, используется три возможных схемы: перелив потока поверх плотины по специально запроектированному креплению; пропуск па-еодковых расходов через недостроенную плотину по заранее оставленному прорану в виде короткого канала; перелив через недостроенную плотину иа прорану конструктивно оформленному в виде короткого быстротока. В главе приводится и обсуждается классификация грунтовых водосливных плотин, составленная по ряду принципиальных кяестижационных признаков. По конструкции крапления . низового оикоса такие плотины можно подразделить на сооружения с креплением в вида: каменной наброски;, армосетки, устроенной по-"верх откоса; гойнеов; асфальтового или асфальтобетонного покрытия; хеясзобаш-шш или бетонных к;чшовлд;шх члит, уложенных сгупенчатооС'разяэ на аысгостл низовогс откоса; грунтсбетонного укатанного иокрнгяя. Б зсиксте главы приводятся примеры рг злич-ных конструкций, гакиэс щевжетЧ, разрабогатп,:: Н.и.Иуэдревским,

С.В.Избашем, П.И.Гордиенко, ¡О.П.Правдивцем, Н.Н.Беляшевским и др. По напору грунтовые водосливные плотины предложено подразделить • на три основные группы: низконапорные, высотой 5-10 м; среднена-поргше - 10-20 и; высоконрпорные - более 20 м. Подчеркивается условность такого подразделения, так как последнее более целесообразно в свете изменения "гидравлического напора",измеряемого в различных вариантах разности отметок верхнего и нижнего бьефов.

С точки зрения используемых схем сопряжения бьефов различают водосливные грунтовые плотины с донкым и поверхностным режимами в нижнем бьефе. Гораздо реле встречаются схемы с реализацией сопряжения в форме отброса струи.

Классификация рассматриваемых плотин с точки зрения компоновки водосливной секции включает в себя решения с устройством переливной части: в русловой части плотины; в береговой частп или береговом примыкании плотины; тоже, но с возведением дополнительного отрытого или закрытого бетоштго водосброса; в русловой или береговой частях, но с устройством резервного водосброса со смываемой перемычкой и дополнительным отводящим каналом.

Анализ конструкций построенных плотин с водоелквншии секциями, имею'цими специальное крепление показал, что главные преимущества таких' решений сьодятся к: максимальному использованию местных строительных материалов (грунт,камень); весьма ограниченному использованию бетона и металла; меньшим затратам на устройство отводных каналов; допущению перелива поверх тела таких плотин как в процессе их возведения, так и в период их постоял- -ной эксплуатации. К недостачам'рассматриваемых плотин относят: их. недостаточно высокую пропускную способность при устройстве крепления из каменной наброски, габионов и камня с армооетками; трудоемкость строительства и сложность обеспечения надежности л

работоспособность устраиваемого крепления в условиях достаточно высокой деформируемости тела насыпной плотины; отсутствие достаточно обоснованных рекомендаций по назначению конструкции и основных размеров таких сооружений, а также устройству крепления как на откосе, так и на участке сопряжения бьефов.

Анализ гидравлических и фильтрационных условий работы рассматриваемых плотин показал, что послеД1те носят достаточно сложный характер. Большой вклад в изучение этих проблем внесли С.В. И&баш, Н.П.Пузиревский, П.И.Гордиенко, Ю.П.Правдивец, Нгуен Данг Шон, Н.Н.Беллшевский, Б.И.Студеничников и др. 3 рамках главы показано, что подходы, б которых предлагались зависимости для определения коэффициента Шези для потока на сливной поверхности низового откоса (П.И.Гордиенко), не укладывались в существующие концепции механизма формирования гидравлических сопротивлений и опирались на недостаточно убедительные и корректные опытные данные. Более продуктивным представляются подходы, в рамках которых для расчетов скоростей и глубин используются широко известные в гидравлике формулы, содержащие коэффициент скорости .

В главе излагаются основные сведения о результатах изучения закономерностей движения фильтрационного потока (скоростей фияьтршпш, градиентов л др.) б рассматриваемых плотинах.

Рассмотрение конструктивных особенностей применяемых типов крепления низовых откосов грунтовых водосливных плотин показало, что одним из первых начало использоваться мощение камнем. Плотины с такими креплениями применялись еще в древние времена (плотины "индийского" типа). В двадцатые голы в России была разработана и внедрена в практику плотина Н.П.Пузнревского, напоминавшая по своей конструкции члотины "индийского" типа, но имевшая более обжатый профчяь и носок-уступ для создания в нижнем бьефе

поверхностного режима сопряжения. Совершенствуя конструкцию этой плотины Н.П.Пузыревский рассмотрел несколько вариантоз крепления поверхности низового откоса (плотная укладка камня различных диаметров, сплошной и перфорированный бетон с разрезкой швами, каменная наброска в ряжах с обшивкой сливной поверхности досками из лиственницы и др.). Дальнейшую разработку конструкции крепления продолглл П.И.Гордиенко, рассмотревший первоначально покрытие низового откоса заанкерегашми сквозными ншгами из деревянных брусьев или железобетонных элементов, а затем предложивший конструкцию крепления "чешуйчатого" типа из сборных железобетонных клиновидных плит о небольшими консолями-напусками с низовой стороны и дренажными отверстиями. Крепление П.И.Гордиенко послужило прообразом для создания большинства современных конструкций такого назначения благодаря следующим своим преимуществам: многоступенчатая поверхность, формирующая поток с искривленными струями, обеспечивала дополнительную притру зку и повышение устойчивости плит; консоль-напуск прикрывала терцы нижележащих плит, уменьшала лобовое воздействие на них потока и обеспечивал? сочленение элементов крепления в единый "ковер", сохраняла работоспособность последнего даже в случае срыва отдельных плит; открытке швы и дренажные отверстия плит снижали фильтрационное протнводавлннпе на них' и обеспечивали свободный выход фильтрационного потока, создаваемая ступенчатая поверхность крепления обеспечивала эффективное гашение избыточной энергии потока вдоль по его длине и облегчала условия сопряжения. К недостаткам крепления П.И.Гордиенко можно отнести: распластанность профиля плотины; наличие перемещающегося по креплению в зависимости ог глубин в нижнем бьефе поверхностного гидравлического прыжка; сложность решения проблемы защиты ог размывов бортов водосливной секции; разнотипность конструкций элементов сборного крепления и др.

Анализ существующих предложений по конструкциям устройств низшего бьефа грунтовых водосливных плотин показал, что у плотин П.й.Гордиенко они оказалась наиболее слабым местом, так как он предусматривал выполнять их аналогично бетонным водосливным плотинам (с тяжелыми плитами водобоя и рисбермой). Эти недостатки были устранены Ю.П.Нравдивцем, предложившим устраивать носок-уступ с дренажем, а также рисберму-фартук из крышевидних блоков.

Выполненный в первой главе обзор позволил сформулировать цель и задачи настоящего исследования, приведенные в общей характеристике работы.

Во второй главе диссертации обсуждаются вопросы методики, выполнении в ней лабораторных гидравлических исследований. Основным критерием моделирования рассматриваемых явлений являлось число $руда, а условием моделирования - зависимость --' ¡-с1елгг гак как она определяла.инвариантность уравнений, списывающих потоки со свободной поверхностью, позволяет обеспечить на модели и в натуре равенство коэффициентов скорости ^ , коэффициента Шези С , коэффициента гидравлического трения А , идентичность' нолей скоростей и давлений; гидравлических режимов сопряжения бьефов,, а также идентичность условий размыва при соблюдении известных дополнительных условий. Соответствующие оценки показали, что модельные водосливные плотины и участок нижнего бьефа за ней могут быть в наших условиях воспроизведет) в масштабе 1:50.

Исследования проводчлпсь в зеркальном гидравлическом лотке лаборатории водосбросных и водозаборных кафедры гидросооружений Г.1ГМИ (рис.1). Выполненная оценка точности проводимых исследований показала, что: относительная предельная ошибка при определении глубин составляла (0,3-1,2);», расходов - до 0,13;?; коэффициентов расхода - 3-3,5^, коэффициентов скорости - до Ъ%.

Основу модели еодослиеной плотины составляла металлическая' рама из уголков; гребень, верховой откос и крепление Низового откоса выполнялись из оргстек-а. Устройство модели позволяло варьировать ее размеры и использовать в исследованиях'различныё конструкции креплений низового откоса (рис.2 и 3).

В третьей главе осуществлено обсуждение основных результатов гпдравлпческих-убловпй раббтн водосливных грунтовых плотии. При исследованиях закономерностей изменения коэффициентов скорости ¿f7, следуя С.М.Слисскому, живые сечения потока на низовом откосе были приняты нормальными условные поверхности плоскости низового откоса. При переходе к вертикальным гидростворам, в которых измерялись глубины с помощью Епптценмасштаботз, из уравнения Д.Бернулли была получена зависимость для экспериментального'определения вида. (рис.4)

] ... (i)' где z? - разность отметок уровня свободной поверхности верхнего бьефа и дна сливной поверхности в мерном гидростворе; -Ц. - измеренные глубины Потока в этом же створе.

Исследования-, выполненные в гидравлическом лотке о моделью грунтовой водосливной плотины, низовой откос которой имел различные заложения и, соответственно, уклоны ( i = 0,18, 0,20; 0,40; 0,50; 0,60; 0;80),а также различные крепления "из плит. ( = 2,. 4, 6, 8) показали,' что полученные наш опытные данные удовлетворительно аппроксгояфуются зависимостью, которая ранее bfifra предложена Ю.П.Правдивцем и Игуан Данг Шоном (рис.5). . ' • . ' "

: 1-(о,0тQDZibJi+tybL) t

( Я ) ',

где Д и - высота и длина кегвдой ступени поверхности крепления, и - уклон поверхности,низового откоса^ ^о-^Срасстояние,, по откосу от входного ребра, сливной поверхности (низоврго ребра ' гребня) до рассматриваемого створа,- в' котором определяется вен.

яичичр ^ (рис.4). Отмеченное обстоятельство позволило рекомендовать расширить диапазон возможного использования зависимости. (2) до уклонов С = 0,8. Максимальные отклонения полученных опытных данных были несколько большими, чем у ее авторов, что, по-видимому, обьясняеися тем, что последние использовали для определения Ц менее точное выражение.

Кроме этого исследования показали, что .использование сту-пенчатообразного крепления из клиновидных плит П.И.Гордиенко -Ю.П.Правдивца способствует возникновению на откосе околокритического потоке с волнистой поверхностью и глубинами близкими к критической. Волновые составляющие в этом случае достигают 3-13$ общей кинетической энергии потока, а сам он имеет пространственный характер. Поверхность потока при этом носит бугристый стохастический характер. Поиск новых форм управления потоком привел нас к идее создания новой конструкции плит крепления низовых откосов водосливных грунтовых плотин,-При этом в основу было положено предложение С.А.Кузьмина - А.Е.Андреева об использовании в этих целях плиты нового типа - с прорезным уступом (рис.3). Физический смысл нашего предложения сводился к интенсификации процесса локального гашения части избыточной кинетической энергк : потока на сливной поверхности в пределах одной ступени, но на меньшей длине последней. Предложенная плита имела П-образную в плане форму, при этом имеющаяся в плите прорезь была обращена в сторону нижнего бьефа и занимала в глубину 1/3 . общей длины плиты, а в ширину - 0,5 ее общей ширины. Были исследованы два варианта укладки таких плит в плане, условно названных укладкой в "шахматном" и "полушахматном" порядках.

Главной целью создания описанной выше конструкции плиты было стремление уменьшить возможный экологический ущерб, нано-

симый сбрасываемыми расходами в ншшем бьефе гидроузла, путем достижения наиболее благоприятного с течки зрения ожидаемых размывов распределения скоростей течения и интенсификации гашения избыточной энергии поток." за счет существенного увеличения длины фронта взаимодействия транзитного потока с продольными и поперечными водоворотами, возникающими в зоне ступени и прорези Л пределах каздой отдельной плиты крепления. Одновременно предполагалось интенсифицировать процесс гащения волновых составляющих течения за счет уменьшения продольных составляющих поверхностных скоростей течения до средних.

Полученные экспериментальные данные показали, что:.

- использование плит с прорезью позволяет, но сравнению

с применяемыми типами плит, резко увеличить поперечную циркуляцию в пределах каждой плиты. При этом на каждой из плит образуется полигональная в плане зона нисходящего потока, инициирующего возрастание поперечной циркуляции;

- в пределах, прорези тлеет место зона пониженного давления, способствующая формированию направления цирн"ляция к оси плиты и созданию участка интенсивной диссипации;

- область прорези с энергетической точки зрения является участком дополнительного сопротивления движению,-величина которого будет зависеть от изменения интенсивности диссипации;

- особенностью гидравлических условий работы плит предг лагаемой конструкции является формирование на границах прореза зон обмена разноскоростной водной массой, что также способствует общему торможению скорости течения потока и выравниванию полей . скоростей и давлений в плане и по глубине.

Помимо отмеченного проведенные исследования позволили осуществить сопоставление результатов гидравлических условий

работа традиционно используегк плит и плит с прорезью. 8то сопоставление показало, что: " „ -

- плиты с прорезью оказывают большее гидравлическое сопротивление, чем ступенчагоулокешше клиновидные плиты, соответствующие первым коэффициенты скорости был;! на 10-4меньше, чел

у вторых; •

- плиты с прорезью, улокеннце в "шахматном" порядке создают сопротивление на 3-3,5$ больше, чем плиты, размещенные в ''полушахматном" порядке.

Учитывая возмо;аность практического использования плит предложенной конструкции (с прорезью.) для крепления откосов грунтовых водосливных плотин на основе полученных экспериментальных данных для них были предложены зависимости для определения коэффициента скорости ^ , Эти зависимости имеют вид:

а) при укладке плит с прордзью в ""полушахматном" порядке

0,9Ш-ОООЗ^о^^-3 ),

-I - 0,60 - У-0,№5-0,0(69^ + )г ..5 );

б) при укладке плит с прорезью в "шахматном" порядке:

^,0,9^5-0,0^2. Ц^О.ООМ^/^ ... ( 6 )(

-С-ОКО-УхО^ъМ-ЦОПЗ^гЦОООЗ^.!^ / ...( 7 \

-I 0,#0?9 -0,0{ЮС^о.жо^^ у.:. ( 3 ).

Учитывая некоторое неудобство в практическом использовании зависимостей (3)-(8) из-за отнесения их к определенным значениям уклона, поиск вида более приемлемых зависимостей на. основе получеЬных данных был продолжен. В результате-удалось прёд-ложить всего две зависимости, йаадая из которых пригодна для

любого значения уклона. Эти зависимости имеют вид:

- при укладке плит с прорезью в "полушахматном" порядае

У-0,9221/ - о(зог1'+- (-0,911 + 0,00№59?[ *

+ (0,009№9 + О,ОООгг^Эс 92■ • ■ ( 9 }>

- при укладке плит с нрорезьм в "шахматном" норище

+ (£>000333У + о, ООООЧ¿65 с ■(& ^ ■ . Л Ю ).

Ограничения для ип;юльзова!Ш:, зависимостей (З)-(М) еле. • дувшие: I = 0,13-0,Й; ^ = '¿-3; ^/к^'ЗО; /><Г-30;

Ял < Iоо.ооо.

- В четвертой главе диссертации осуществлено обсуждение ье-зу ль тагов исследований переформировании даа реки в нижних аъ^ли грунтовых водосливних плстпн при поъерхностном режиме.

В начальной части главы приводится критический анализ «у-шествующей информации об экспериментальном ¡пучении рассматриваемого вопроса рядом авторов: И.П.Гордиенко, Н.П.Пузчр. виккм, С.В.Избаыём, Ю.П.Правдивцем, Н.Н.Беляшевским, Б.Н.Студеничнико-вым, Нгун Данг Шоном, Н.Э.Лунаци, А.С.Гоцнчуком, Н.А.Преобралоп-ским и др. Отмечен ряд недостатков работ, посвященных исследованиям размывов:

- не оговорены условия проведения опытов и д;-же т:ш ц характеристики грунтов, использовавшихся при экспериментах;

- не учтены значения относительных неразгдл-йюцих -скоростей > при которых проведены эксперименты;

- не приведены грашщы рекомендуемого использования предложенных зависимостей и др. ■

В рамках сформулирпванной цели и второй из поставленных задач нашего исследования экспериментальные работы по изучению

условий возникновения, развития и стабилизации воронок местного размыва за водосливными грунтовыми плотинами были выполнены на моделях с размываемым дном в зоне отводящего канала. Модель плотины имела носки - уступы,относительная высота которых изменялась в диапазоне = 0,2-0,3; относительные скорости менялись в

диапазоне " 0,8-1,2. Полные циклы исследований размывов

были проведены двумя сериями опытов, для каждой из которых применялся свой тип несвязного грунта: первая серия - = 0,34 мм

= О^в/^ = 4,0; вторая серия - &п = 0,965; ^ =10.0. Числа Фруда потока, оходящего с носка-уступа изменялись в этих сериях в диапазоне ) = 2-9, числа Рейнольдоа

Я*. е (% = 4000-10000. Продолжительность опытов была установлена в результате методических опытов по установлению времени стабилизации размывов. Модель плотины в опытах имела две различные конструкции креплений: с обычными клиновидными плитами; с плитами, имевшими прорезь отмеченных выше размеров и "шахматную" схему укладки (рис.6).

Результаты обработки опытных данных по размывам в нижних бьефах в случае крепления низового откоса клиновидными плитами и при поверхностном режима сооружения представлены на рис.7-12. На представленных графиках по оси абсцисс отложены значения безразмерного комплекса (1Лу - ££ сЛт. . где Ну - осредненные

скорость потока на его сходе с носка-уступа; Уе - неразмываю-щая'скорость потока (по Ц.Е.Мщщхулаве) для грунтов основания в нижнем бьефе; оСп- средний диаметр частиц несвязного грунта, слабеющего дно. По оси ординат отложены / йу ; ;

¿Ур/ау , где Ьр - соответственно глубина, расстояние,

до фокуоа и длина воронки размыва, Оу - высота носка-уступа. После обработки опытных данных были получены зависимости, поз-

воляющие определить параметры воронок местного размыва:

а) для случая крепления низовых относов клиновидными плитами:

кр/а1 = i,zo+o, a6(Uy - ГоЩдЯк) ■ • • ( 11 >, Lf/ay = л,60 +о,зз(иу - Vojfgfa ) • • - ( 12 >>

Ьр/О-у BbZD+WifUy-TijfficTli) ••'■ ( 13 Ь

б) для случая крепление низовых откосов плитами с прорезью:

при ClylHnj 4 A,,/Ay43t+QmS(Uy~l£/j/p&)'~-1 14 \ if/CLy - Z,40+ 0> U5(Uy-2ГоIff^) ' •( 15

Lp/a^ =s,io10,66(11 у - Irjff3^) ■■ .< 16 >, при 0,2 a^/Hnj.< 0,3 '

Afla^ - t.Oi+qmfUf-Klffifc) ... (i ?), Lc^ja^ :2,7f+ o,u(Щ - V.)f<faZ) ... i is )t Lp/Cly ^ + , . .( 19 ).

Опыты показали, что в случае плит с прорезью оощие тенденции развития процесса размыва носят тот же xapiatTep, что и в случае крепления кчинобидным плитами. Однако в случае плит с прорезью выявились факты разделения полей опытных точек на области, характеризуемые постоянными значениями Л^ ¡Н^- const При более высоких носках-уступах глубины размшш оказались меньшими. Кроме того, сравнение аналогичных графиков показало, что в случаях с прорезными плитами размывы были на 20$ меньше, чем при обычных клиноыщных плитах.

Учитывал тот факт, что шторы ранее проведенных исследований вели обработку опытных данных пи ратшам за водосливными грунтовыми плогинг.ми с использованием.формулы Е.И.Студенич-

никова, имеющей вид

^-к'ЪК^ГГ ^) ..."■( 20 ).

где Кр - коэффициент размывающей способности. . Результаты обработки полученных нами опытных данных в соответствие с такой методик о< приьгяены на рис.13 а 14 сортветственно дЛя клиновидных плит и плит с прорезью.

В результате аппроксимации полученных данных предложены зависимости для определения Кр , имеющие вид:

- при креплении ни56иого откоса клиновидными плитами: при Оу!Нпи. 6 0,2,

кР -^¡Кр-т+т.^^к ...(21 I

при 0,24 Оу /Як-.6 ' 0

к Г » &р1кн.р = О^ + ЩО^А^^п ..'.(22),

- при креплении низового откоса плитам; с прорезью: при

ке -- А-р/А^р* ^гр^г-о/А^р _ ( 23

при 0,2 4 ^¡Н^О.Ь ,

= + ... (24).

• Сопоставление наших данных по размывам с данными Нгуен Да№ Шона (клиновидные плиты) показало, что значение Кя изменялись в нашем случае в боябе широком диапазоне, чем у него, т.е.' от 3,2 до .5,4 (у Нгу'ен Данг Шона «р = 2,0-2,5). Другими - словами, значение глубин при использовании его зависимостей будут в 1,5-2 раза меньшими. ,

- В завершающей части главы обсуждены результаты экспериментальной проверки предложений по определению параметров участ-,'ков стабилизации речного дна за водосливными грунтовыми плоти- • нами. Эти эксперименты были поставлены после проектирования крепления дна за плотиной .с использованием зависимостей (II)—(19).

Конструктивно на модели эти крепления были выполнены в виде каменной наброски на длине, превышающей максимальную длину воронки размыва на 10%. Эксперименты показали, что такие крепления достаточно надежно защищают дно при различных режимах работы плотин, что они имеют малую материалоемкость и хороню приспособляются к осадкам дна.

ВЫВОДЫ

Обобщающие выводы по результатам выполненных в работе исследований кратко могут быть сформулироваш следующим образом:

1. Обобщение существующего опыта проектирования и строительства грунтовых водосливных плотин как в качестве основного водопропускного сооружения компоновки речного гидроузла, так и в качестве дополнительного резервного водосброса уже существующего гидроузла показывает, что последние имеют существенные преимущества" перед другими сооружениями такого назначения. Использование таких технически решений позволяет получить значительный положительный экономический эффект п создать достаточно надежные в эксплуатации сооружения, возводимые с использованием простой технологии строительства преимущественно из местных грунтов с минимальным использованием привозного цемента и металла.

2. Крепленая клиновидными бетонными сборными плитами сту-пенчатообразная поверхность низового откоса грунтовой водослив-ной нлотшш, равно как и аналогичная поверхность транзитной части берегового водосброса, выполняющая те же аункции, эффективно работает с точки зрения создания на ней благоприятного гидравлического режима движения сбросных расходов. Нригпое параметров потока на г г® ой поверхности может быть осуществи традиционными методами гидравлики, т.е. с использованием уравнения К'ези

. на участке равномерного движения и уравнении жрйзр'.тности с

введением в последнее коэффициента скорости. Рассматриваемая поверхность обеспечивает интенсивное гашение на всей длине откоса избыточной кинетической энергии потока; главная роль в процессе гашения принадлежит относительной "шероховатости" ступен-чатообразной поверхности крепления из плит ¿/^ и ее заложению (уклону).

3. Выполненные исследования показали, что для определения значений коэффициента скорости на традиционной ступенчатообраз-ной поверхности может с успехом использоваться зависимость (2), предложенная Ю.П.Правдатцем и Нгуен Данг Шоном. Установлено, что диапазон уклонов и относительной длины ступени при использовании этой зависимостью на самом деле шире, чем было в опытах ее авторов, т.е. зависимостью (3) можно пользоваться при

^ = 2-8 и ¿= 0,18-0,8.

4. В результате выполненных поисковых исследований был предложен новый тип плит для крепления низовых откосов водосливных грунтовых плотин - П-образные плиты с прорезью. Лабораторные испытания креплений, выполненных из плит предложенной конструкции показали, что последние позволяют дополнительно интенсифицировать процесс гашения избыточной энергии потока по сравнению с коеплением из обычных клиновидных плит. Использование плит с прорезью увеличивает гидравлическое сопротивление, усиливает процесс торможения потока на откосе, улучшает распре- . деление удельных расходов в плане и скоростей течения по глубине.

Для прогноза значений коэффициента скорости на откосах, крепленых плитами с прорезью, предложены зависимости (З)-(Ю), которые можно использовать в диапазоне уклонов ¿ = 0,18-0,6 и при - 7,5.

5. Выполненные исследования местных размывов в условиях поверхностного режима сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами показали, что наиболее интенсивно процесс эволюции поверхности основания протекает на участке, где располагается дойный валец. На основании результатов зтих исследований предложены зависимости для прогноза параметров воронок местного размыва (П)-(13) для случая крепления откоса клиновидными плитами и (14)-(19) - для случая использования плит с прорезью.

В случае использования в прогностических расчегах зависимости Б.И.Студеничникова (20) предложены формулы (21)-(24) для опре-делен&ч значений входящих, в нее коэффициентов размывающей способности Кр в случаях крепления низовых откосов клиновидными плитами и плитами с прорезью.

6. Проведенные в рамках настоящей работы исследования эффективности-работы креплений, размеры которых были назначены с учетом зависимостей (П)-(19), показали, что последние обеспечивают их хорошую работоспособность и приспособляемость к трансформациям поверхности размываемого основания.

Анализ результатов настоящей работы показал, что в число проблем будущих исследований водосливных грунтовых плопш целесообразно включить следующие вопросы:

- рассмотрение условий размыва в ыгашх бьефах при строительстве рассматриваемых плотин на связных, скальных и .полускальных основаниях;

- исследование гздравлических условий нижних бьефов в условиях применения различных конструкций носков-уступов, носков-ковшей, носков-трамплинов и водобоев различных типов на фоне'измснения конструкций кренлешш низового ::п;сса с целью получения диапазонных диаграмм, облпгчпищих ирогчтг.ргъщику выб-

рать оптимальную конструкцию крепления нижнего бьефа за водосливной грунтовой плотины;

- разработку технологии и методов производства работ для создания ступенчатообразного крепления из указанного бетона, что позволило бы до предела упростить создание рабочей сливной поверхности на грунтовой плотине любого типа как в случаях строительства новых гидроузлов, так и в случаях реконструкции уже существующих плотин при необходимости увеличения пропускной способности их водопропускных сооружений;

- разработку конструкций и исследования водосливных грунтовых плотин с креплением низового откоса, позволяющих регулируемым образом пропускать расходы как переливом через гребень, так через тело и крепление плотины в целях создания полностью совмещенного типа последней, т.е. без отдельно возводимых водосбросов и водовыпусков;

- исследования динамического взаимодействия потока с плитами, конструкция которых предложена в настоящей работе;

- разработку новых конструкций сборных плит крепления как для' различных диапазонов удельных расходов, так и для различных участков откоса вдоль по длине последнего,: а также на участке крепления нижнего бьефа.

Рис.1 Экспериментальная установка

zi'ohj

OI'0'Ч

1

T /

▼

1 "•«*- £ 01-14 rt.15.4

0Î

Oí

см CM

er°Hd

/

j У

У

4 / /

y

í ! i

it

ou ra .

i i i I I

: . S'OHJ

' 5 » « ' f

- - т-г-т—г-

К- О-О pi

- /1

Y

/ /

}

lili

0>

'■>/«1

oís

(ts

¿•оия

i i t t С г >

lili -SfSS«"**- ^if^m/fp

/

•«J

>1 si Л

п «

п « ,0/J4

г'2

Ci

V2 .