автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Устойчивость русел земляных каналов при учете касательных напряжений, создаваемых потоком

с Г: п ■■<; к! у

МИНИСТЕРСТВО ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова

На правах рукописи

ЕЕПИЕВ Джалаладдин Зарбали оглы

УДК 627.841

УСТОЙЧИВОСТЬ РУСЕЛ ЗЕМЛЯНЫХ КАНАЛОВ ПРИ УЧЕТЕ КАСАТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, СОЗДАВАЕМЫХ ПОТОКОМ

Специальность 05.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное

строительство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костикова.

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший

научный сотрудник И.С.Лалвдовская

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидротехники 1 мелиорации им. А.Н.Костякова по адресу: 127550, г.Москва, И-55С ул. Б.Академическая, 44, ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке.

Е.И.Масс

кандидат технических наук, профессс Н.Н.Фролов

Ведущая организация - институт СОЮЗШПРОВОДХОЗ

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

С.Ш.Зюбенко

"''-¡тп,^},

^ I

■ ; ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рациональное использование водных ресурсов и охрана 01фужающей территории требуют строительства надеждах водохозяйственных и мелиоративных объектов,, составной частью «эторнх являются искусственные водотоки, проложенные в связных и шсвязных грунтах.

В программе водохозяйственного строительства настоящего вре-«ени приоритет отдается реконструкции и модернизации оросительных 5истем, строительству коллекторно-дренажной сети для борьбы с заилением и подтоплением сельскохозяйственных угодий. Важнейшей со-¡тавной частью ее реализации является дальнейшее совершенствова-ше методов расчета рациональных и устойчивых русел каналов как земляных, так и крепленых. В последнем случае обеспечение устой-швости русла особенно важно, так как ремонт креплений в процессе жсплуатации для таких протяженных объектов, как мелиоративные саналы, сложен в технологическом отношении и требует больших до -юлнительных материальных и трудовых затрат.

Принятые в нашей стране гидравлические методы расчета кана -гов, исходят в основном из обеспечения допускаемых скоростей потока в русле. Средняя скорость потока не должна превышать допус-саемую неразмывагацую скорость и быть не меньше незаилягощей скоро-:тд для: грунтов, слагающих русло. Исходя из этого условия, опре -деляются параметры русла канала. Состояние и прочностные свойст -за самого грунта при этом практически не учитываются.

В методах механики грунтов статическая устойчивость откосов >пределяется по круглоцилицдрическим поверхностям скольжения,ана-шзом напряженного состояния линейно-дефорщруемого грунтового «ассива или исходя из предельного состояния грунта в откосе. При ^пользовании этих методов для расчета каналов не учитываются картельные напряжения, создаваемые потоком на откосах канала.

В силу отмеченного необходимо решить задачу об устойчивости >усла канала, рассмотрев оба компонента гидравлический и геомеха-:ический в едином комплексе.

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание !етода расчета устойчивости русла канала и прилегающего к нему ассива грунта на основе решения контактной задачи: определить гстойчивую границу грунтового массива на контакте с водным пото-сом.

-145 I

С этой целью необходимо решить следующие задачи:

- изучить существующие метода расчета устойчивости русла зе мляного канала в области гидравлики и механики грунтов;

- выявить закономерности распределения касательных нацряже ний, создаваемых водным потоком по смоченному периметру русла;

- уточнить метод расчета устойчивости открытых русел с учет действия собственного веса грунта, взвешивающего давления воды, фильтрационных сил, эксплуатационных нагрузок на бермах канала;

- разработать метод расчета устойчивости открытых русел по влиянием касательного воздействия водного потока в канале.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- создана математическая модель для оценки устойчивости гру нта на контуре русла и в массиве под воздействием водного потока

- разработаны алгоритмы и программы расчета на ЭВМ напряженного состояния и перемещений массива и границы на контакте двух сред: грунтовой в прилегающем к руслу массиве и водной среды в потоке внутри русла;

- предложен метод оценки устойчивости земляного русла под д йствием объемных сил собственного веса, фильтрации, взвешивающег давления вода, эксплуатационных нагрузок на бермах канала и каса тельной нагрузки по контуру русла от воздействия водного потока;

- выявлена функциональная зависимость для определения значе ний максимальных касательных напряжений на оси потока.

Практическое значение работы. На основании выполненных нссл дований даны рекомендации по учету касательного воздействия пото ка и метод оценки устойчивости открытых русел, которые могут быт использованы при исследовании и проектировании земляных каналов.

Работы. Полученные в диссертации результаты иссл дований использованы институтом "Союзгипроводаоз" для контрольны расчетов устойчивости русел магистральных коллекторов для отвод дренажных и сбросных вод в бассейне реки Амударьи на территории Узбекской ССР и Туркменской ССР.

Адробапия и публшу^ртя- п^Дотя- Основные положения диссерта ■ ции докладывались на:

- Всесоюзном совещании "Научное обеспечение повышения эффек тивности использования мелиорируемых земель" (Москва, 22...24 апреля, 1987 г.);

- Всесоюзной научно-практической конференции молодых учены: "Экологическое совершенствование мелиоративных систем" ( Москва, 1989 г.);

2

- на семинаре "Проектирование, строительство и эксплуатация водохозяйственных систем" (Пенза, 21...22 декабря, 1989 г.).

- секции гидротехники и гидравлики Ученого совета ВНИИГиМ.

По теме диссертации опубликованы 4 статьи и I находится в

1ечати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шти глав, выводов, списка литературы из 130 наименований и приложений. Изложена на -{2U машинописных страницах, содержит УЧ рисунка, 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ современного состояния изуче-шости и гидравлического расчета земляных каналов, проложенных в тсвязных и связных грунтах, которым посвящены работы Т.А.Алиева, з.С.Алтушна, Т.Г.Войнич-Сянояенского, Г.В.Железнякова, Ю.А.Ибад-¡аде, Ю.М.Кузьминова, Е.И.Масса, Ц.Е.Мирцхулава, Ч.Г.Нуриева,Е.К. 'абковой, Н.А.Ржаницына, Р.И.Самедова, В.А.Скрыльникова, Х.Ш.Ша -rapo, П.А.Шатберашвилм и др.

Анализ теоретических и экспериментальных исследований по воп-юсу устойчивости земляных каналов показал, что эти методы недостаточно учитывают инженерно-геологические характеристики и проч -гастные свойства грунта. Расчетные значения гидравлических параме-•ров недостаточно обеспечивают надежность канала. Среди теоретиче-;ких.методов наиболее обоснованным считается метод влекущей силы : дополнением разработки сотрудниками кафедры гидравлики ЛПИ им. [.И.Калинина. Учет физико-механических свойств грунтов без оценки лияния напряженного состояния грунта в основании канала вылолне -ы в работах Т.А.Алиева, Ю.А.Ибад-заде, Ц.Е.Мирцхулава, Р.И.Саме-;ова.

Анализ существующих методов расчета устойчивости откосов в бласти механики грунтов, в разработку которых большой вклад вне-ли С.С.Голушкевич, М.И.Горбунов-Посадов, А.Г.Дор||ман, П.Л.Иванов, •С.Лапидовская, Н.Н.Маслов, Н.П.Цузнревский, Л.Н.Рассказов, Ш.Р. изаев, Ю.А.Соболевский, В.В.Соколовский, К.Терцаги, О.Фрелих, .Хуан, Р.Р.Чугаев и'др. показал, что при оценке устойчивости ру-ел каналов в этих методах не учитывается взаимовлияние грунтовых асс в откосах и касательное воздействие водного потока.

Несмотря на достигнутые успехи в проблеме гидравлического и еомеханического расчета земляных каналов в существующих методах

■14,5

3

имеется ряд недостатков по установление устойчивой формы русла, недостаточно полно учитывается влияние напряженно-деформируемого состояния грунтового массива и основания канала на его общую устойчивость и сопротивляемость размыву грунтов русла.Поэтому целью исследований в настоящей диссертации является создание комплекс -ного метода расчета земляных каналов на базе учета физико-механических свойств грунтов русла, современных подходов к раецределе -нею касательного напряжения на смоченной поверхности русла и оценке налряженно-деформируемэго состояния массива и основания канала.

Вторая глава посвящена определению закономерностей распределения касательных напряжений по смоченному периметру земляных каналов. Теоретическому и экспериментальному определению распреде -ление касательных напряжений в каналах с различной формой поперечного сечения посвящены работы И.Л.Балаевой, В.Д.Гольдиной, А.Н. Гостунского, Ю.М.Кузьминова, АЛ.Лаксберга, С.Н.Лалявского, П.Б. Лысенко, М.А.Михалева, С.Я.Павлова, Г.П.С1фебкова,Е.В£аи,, О.Ь.

уег, 5.М.&Ко&ск,НМ.Нопс1ек-50П.( А.Т.1рреп,У.Т.СКо* и

На основании анализа данных экспериментальных исследований советских и зарубежных авторов получена следующая обобщенная зависимость, для максимальных касательных напряжений в диапазоне й/Ьяв» 4...12:

. ■ „0.25. оЛ5

<¡^=0.504 ^ьЬ, к^ , (I)

где - объемный вес воды; Ь - уклон канала; В, - ширина ка • нала по урезу воды; Нтси - глубина канала на оси потока.

В выражении (I) в отличии от ^^ учитывается влияя

ширины канала и его максимальной глубины на величину максимальны касательных напряжений потока.

Третья глава содержит решение контактной задачи об устойчив сти русла. В общем случае необходимо решить задачу о равновесном состоянии линейно-деформируемого полупространства с трапецеидаль ним вырезом на границе под действием комплекса нагрузок: собстве иного веса грунта, взвешивающего давления воды, фильтрационных сил, эксплуатационных нагрузок на бермах канала и касательного в здействия водного потока по контуру русла. При этом не рассматри вались воздействия от судовых и ветровых волн на откосы канала,п ток принимался свободным от наносов.

Задачу решаем следующим образом: разбиваем массив ХОУ (рис.1) толщиной "Ь (для полупространства -Ь = <=*») на отдельные блоки, толщиной • Приt решении в пределах блока отвечает условиям плоской задачи для полуплоскости ХОУ. Для каждого блока, находящегося под-силовым воздействием, определяем поле дефорлаций (перемещений).

Таким образом пространственная задача сводится к плойкой.Обычно вполне достаточно иметь картины распределения напряжений или деформаций в контрольных плоских сечениях. В случае же йеобходи -мости оценки напряженного состояния по трассе канала следует построить эпюры интересующего напряжения или перемещения вдоль оси аппликат по данным контрольных сечений.

Для решения поставленной задачи используем следующий комби -нированный подход:

- определяется общее равновесное состояние грунтовой полуплоскости с трапецеидальным вырезом на границе под действием касательной к ней нагрузки ^, Р3 , распределенной вдоль контура русла;

- решается задача о напряжениях и перемещениях этой же полуплоскости, но под действием собственного веса грунта, взвеггаваю-щего давления воды, фильтрационных сил, нагрузок на бермах канала;

- берется суперпозиция решений обоих задач и исследуется общее напряженное состояние на критерий устойчивости.

В качестве критерия устойчивости выбрано отношение предельного сопротивления сдвигу в точке ( ^¿^ ) к максимальному

< %га* >'

где бх и бу - нормальные, аЯ^у - касательные напряжения в точке;-¿дф и С - коэффициент внутреннего трения и сцепление грунта. Анализ критерия устойчивости: ^ > I - грунт обладает запасом прочности; ^ = I - предельное равновесие; ^ I - прочность грунта нарушена.

Точки полуплоскости, для которых ^ = I образуют гранйцу между устойчивым .состоянием грунта и предельной зоной, внутри которой грунт не способен воспринимать дополнительных воздействий,не переходя в пластическое состояние. Это потенциальные зоны переформирования грунта. Выход этих зон на контур русла будет свиде-

Рис.1. Схема приложения нагрузки от касательного воздействия водного потока

тельствовать о неустойчивости границы. Таким образом цель расчета, получить профиль русла, исключающий опасные зоны.

Клок-схема алгоритма задачи приведена на рис.2.

I линия блок-схема. Обзор существующих теоретических и экспериментальных исследований по определению касательных напряжений в земляных руслах достаточно полно изложен во 2 главе диссертации. На данном этапе принималась приближенная аппроксимация контурной нагрузки для призматического русла: равномерно распределенная вдоль дна русла и треугольная на откосе:

, Р5 = СС0&Ь , (3)

где Р€(Т0€) - сила касательная к контакту вдоль дна русла (то же на единицу длины, или интенсивность силы ), Н ; ^(^об)- то же вдоль откоса, Н ; Ь - полуширина канала по дну, м; Ь - длина откоса Ь=\/(б-6)г •»-Ь.т«» м; Ё> - полуширина канала поверху, м. Интенсивность нагрузки с£^=1СКтад1 , ТГ^ = З^С^таТ

При линейно-распределенной нагрузке р^ (рис.1) вдоль смоченного периметра канала, вводим £ - координату линии приложения силы, и разбиваем контур русла С, (-6,о)В,(-6>, К) !)(£>, К) С(6,0) на линию дна Т>,Ъ , где КСх) = Ь-тах ~ максимальная глубина канала, м; и линии откосов С, р, и 1) С , где Кс>>=кта7 м; т -коэффициент заложения откосов, пг=с^о1. Тогда

Fl= 2. fwh.max.it> , (4)

= . (5)

Зависимости для определения напряжений и перемещений в отдельных точках полуплоскости ХОУ находим на основе аналитических решений механики грунтов и теории упругости для напряженного состояния массива от сосредоточенной силы Я , приложенной касате -льно к плоскости и = 0 вдоль оси 2 в начале координат. Впервые оно было получено Черутти. Подставив значения и ^ в формулы Черутти и проинтегрировав их вдоль линии приложения силы (- от - & до + & для дна русла иот-Ь до - 6 и + 6 до + Ь для откосов), используя способы подстановки и интегрирования по частям, получаем искомые компоненты напряжений и перемещений от распределенной нагрузки для плоскости ХОУ при 2=1 пог.м. Выражения для

б Кб . б У б »ЯГхуб, 11х$ . ЬЦе под дном русла имеют вид (6). Аналогичные зависимости, но более сложного вида получены для

3-145 „

Рис.2. Блок-схема алгоритма комплексного расчета устойчивости земляного русла

ёх.5 » »'^хчз . 11x5 , под откосами русла.

Форлулы (6) и аналогичные зависимости для напряжений и перемещений от нагрузки на откосах служат для построения поля напря -жений в массиве грунта, прилегающем к открытому, руслу, при изучении его- устойчивости, а также для построения поля перемещений в грунте и на его границе. Расчет полей реализован на языке ФОРТРАН--17 для ЭВМ, программа РЯМЖ . •

р. _ АЕк

°Х6_ 25Г

( 4 Г (х-Й* _ (х-еб)3]

I 30} I R,3 Rt J

H-2J)

_ gt(x*e) 1 _ _1_Г x-6 _

(Rz+ У)2J а*Уг(_ R, R2

Ri(x-g)

LCr.+У)2

6y8=-

з F& ya 29C

Г x-6 J L Rt з'

(x-i

x+g

J_

(x+gj"

(6)

ХУ6 23C g i

Rl

a xe=iiii!2£e/j___

xs Z.GTE [ R, Rj U 4R,+

L _ ] + 2

i J

и , — C<+V)fcf у

у Rt+s

П линия блок-схемы. Вопросы расчета установившейся и неустановившейся фильтрации разработаны достаточно полно.

На данном этапе расчетной схегш фильтрация принимается свободной и вертикальной, боковое растекание пренебрегается. Объемная нагрузка определяется дополнительным весом воды.

Ш линия. Определенно напряжений и перемещений в грунте проводится на базе теории линейно-деформируемой среды, т.е. теории сплошных сред в применении к грунтам.

Задача о плоской дефорглации грунтовой полуплоскости с выре -зон на границе под действием массовых сил ранее была решена B.C.

ф

Борисовым и И.С.Лапидовской путем минимизации результирующего функционала с использованием прямого метода поиска минимума функ -ции многих переменных, обобщающего уравнения равновесия грунтовой полуплоскости и граничные условия задачи, приведенные на рис.3.

Выразив компоненты напряжений через перемещения, имеем обобщенный функционал в следующем виде:

= S [W(tu) - "FÜ]clüi3 -5"йГоЫ , (7) « s

где IL - функция-вектор перемещений; W - обобщенная функция напряжений в исследуемой области, выраженных через перемещения;

F^ - функция-вектор массовых сил; ЯГ - функция-вектор гранич -ных перемещений; S - граница исследуемой области.

. Массовые силы определены суммой

F = F, + (8)

где- F, - вес скелета грунта; Рг - давление потока на твердые частицы в единице объема пористого тела; f^ - увлекающее дейст -вие фильтрующейся воды на твердые частицы, заключенные в единице объема пористого тела.

Геометрическая сумма F( , Fz и г^ дает равнодействующую

F =-<äzacip--foy ; (10)

гДе + .

В вышеприведенных форацглах использованы следующие обозначения IT - пористость грунта, - объемный, вес твердых частиц, Р - давление жидкости, - объемный вес воды, Kq> - коэффициент фильтрации, У - вектор скорости фильтрации, - единичный вектор по оси У .

Из условия минимума функционала. (7) определяется поле соответствующих перемещений, по которым затем рассчитываются напряжения, деформации, критерий устойчивости в узлах исходной расчетной сетки. Задача реализована на языке Ф0РТРАН-1У. Программа RIVER.

Рис.3. Общая постановка задачи

В соответствии с блок-схемой рис.2, суперпозиция решений линий I, П, Ш дает суммарные поля напряжений в грунтовом массиве: сжимающих ё у , распоров б* , сдвиговых , поля перемещений Ц,х , Ц,у , поле критерия устойчивости ^ , Для их расчета составлена программа CLAV.

В четвертой главе приводятся результаты натурных исследова -ний различных авторов по Верхне-Карабахскому, Верхна-Ширванскому и Каракумскому каналов, а также на' прорезях реки Кури. (Последние выполнялись при участии диссертанта).

Для наглядности распределения напряжений просчитан рад примеров по описанным каналам, расчеты выполнялись на ЭВМ по комплексу программ RIVER,PRNM, G-LАV . При проведении расчетов натурные профили русел приведены к гидравлически эквивалентный трапецеидальным руслам.

В диссертации представлены соответствующие поля нормальных и сдвигающих напряжений, распоров и критерия устойчивости для натурных поперечников. Особый интерес представляет анализ полей сдвигающих напряжений от касательного воздействия потока, построенных по результатам расчета по программе PRKIAK.

Анализ этих полей показал, что зона концентрации сдвига в основном располагается в углах русла, где и в природе идет наиболее активно переформирование трапецеидальных русел. Особенно наглядна эта картина для Верхне-Карабахского канала, цролояенного в глинистых грунтах с глубиной 4...5 м. В целом расчеты по комплексному методу подтвердили устойчивость русла этого канала.

В несвязных грунтах (Каракумский канал, р.Кура, участки у Али-Байраылинского водопровода и у ГРЭС им.В.И.Ленина) концентрация сдвигающих напряжений ЯГху появляется не только в углах русла, но и в цриурезной части откоса. Это явление наблюдается и в натуре, объяснение его обычно связывают с волновым и ветровым воздействиями. Комплексный метод оценки устойчивости русла показал, что опасность размыва приурезной зоны заложена уже в самом перераспределении напряжений в грунте под влиянием воздействия водного потока

Точность расчета оценена сравнением значений бу на правой границе исследуемой области со значениями ¿у-ТУ для новозг,¡ученного грунта. Расхождение не превышало 5...7%, коэффициент корреляции равен I.

В пятой главе изложены рекомендации по практической реализации предложенного метода расчета устойчивости канала, рассчитанные на использование широким кругом исследователей и проектиров-

тиков. Целью рекомендаций является повышение гарантии устойчивости русла под действием всего комплекса нагрузок, действующего на него: сил собственного веса грунта, фильтрации, взвешивания, поверхностной эксплуатационной нагрузки, а также касательной нагрузки по контуру русла от воздействия водного потока, что является существенным отличием от всех существующих методов.

Волновые воздействия на откос не рассматриваются, шток принимался свободным от наносов. Предполагается, что в грунте нет развитых зон пластических деформаций, так как в расчете заложено построение равновесного контура русла в 'пределах линейной дефор-м1фуемости грунта.

Для решения поставленной задачи использованы методы механики грунтов по определению и построению полей напряжений, перемещений и критерия устойчивости от всего комплекса рассмотренных нагрузок. Решение реализовано на языке Ф0РТРАН-1У; программа £чХУЕ(?. для массовых сил и поверхностной нагрузки на берме канала; программа РЯМК для контурного воздействия водного потока, программа &1М для суперпозиции обеих задач.

Исходные данные расчета:

Физико-механические характеристики грунтов: объемный вес Т, пористость ГЬ для несвязных или степень пластичности Зр для-связных грунтов, угол внутреннего трения *Р и сцепление С , модуль линейной деформации Е. и коэффициент поперечного расширения л) .

Все характеристики являются общепринятыми, определяемыми, в процессе предпроектных изысканий.

Характеристики водного потока: требуемый расход Ц. , допустимая скорость и^оа . уклон водной поверхности о , шероховатость русла Пш , касательные напряжения в потоке (если имеются). Данные задаются или определяются натурными наблюдениями на аналогах.

Базовые параметры русла:

а) при проектировании нового канала - по заданному расходу гидравлическим расчетом определяются ограничения на параметры русла, исходя из необходимости пропуска заданного расхода: Ё>,/Ь.ср,Ш'. Из условия производства работ задаются ширина и высота заложения берм. Форма русла обычно трапецеидальная, возможны - параболическая и полигональная;

б) при реконструкции канала - базовыми параметрами служат

размеры действующего «канала - максимальная глубина П-гтюх , ширина поверху £>, , заложение откоса пг или параметр параболы р . В этом случае исключается этап I схемы расчета, приведенной ниже.

Этапы расчета:

1. Проводится гидравлический расчет проектируемого канала. В результате определяются основные базовые параметры русла Ь,/1гср,

Ь-шо», К ср, В, ,6., т, 17, Ь.

2. В соответствии с исходными данными определяется контурная нагрузка от потока согласно формулам (3). Если имеются исходные экспериментальные данные по касательным напряжениям от водного потока на контуре русла, удельная касательная нагрузка определяется ими.

3. Рассчитываются поля напряжений, перемещений и критерия устойчивости от касательной нагрузки водного потока по программе РКЫАК.

4. Рассчитываются поля напряжений, перемещений и критерия устойчивости от массовых сил и поверхностной нагрузки на берме канала с помощью щхяраммн К.Т\/ЕЯ.

5. Строится суперпозиция полей с помощью обобщающей программы

6. На суммарных полях строятся изолинии сжимающих напряжений б у , распоров б * , сдвигов "ТГхУ » перемещений И* и Цу и

критерия устойчивости ^ .

7. Проводится анализ напряженного состояния грунтового массива, прилегающего к руслу канала с базовыми параметрами.

Если максимальные значения критерия по всей области,то

параметры канала заданы с запасом относительно прочностных свойств грунта. В этом случае возможен переход к более крутому заложению откоса (например, ПК-270...280 Верхне-Ширванского канала), для которого повторяется расчет заново, начиная с п.2.

Выход на откос изолинии ^ <I свидетельствует о наличии зоны неустойчивого состояния грунта. В этом случае необходимо перейти к более пологому откосу (например, ПК-2420 Каракумского канала) с контрольным пересчетом, начиная с п.2.

Изолиния р= 1 определяет область предельного состояния грунта. При выходе ее на откос обрисовывается зона потенциального переформирования русла. В этом случае на основании технико-экономического расчета должно определяться инженерное мероприятие для обеспечения устойчивости русла.

120 и0 х,м

У.М

Рис.4. Поле сдвигающих напряжений ЯГ* у для канала, проектируемого в несвязных грунтах: I - от воздействия комплекса сил, кН/м^; 2 - от касательного воздействия потока, н/м^

Рис.5. Поле критерия устойчивости ^ для канала, проектируемого в несвязных грунтах от воздействия комплекса сил

Для примера проведен расчет каналов с осветленным потоком, проложенных в связных и несвязных грунтах. Поле сдвигающих напряжений ^ху и критерия устойчивости £ для канала в несвязном грунте ( с1 = 0,00025 м, £ = 26,50 пН/м3) расходом 0 = 1000 ь^/с приведены на рис.4, 5.

Анализ результатов расчета показывает, что для указанного русла критерий устойчивости по всему полю ^ > 1 , следовательно,русло задано с запасом прочности. Однако, концентрация касательного воздействия потока и в этом случае создает'потенциальную опасность размыва. В связи с этим целесообразно перейти к параболичес -кому руслу, вдоль которого напряжения перераспределяются более равномерно.

вывода

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. Существующие методы гидравлического расчета русел каналов недостаточно учитывают изменения природного напряженного состоя -ния грунта в процессе прокладки трассы канала, а методы механики грунтов не рассматривают влияния воздействия водного потока на контур русла.

2. На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований- выделены зависимости для определения касательного напряжения на смоченной поверхности русел различной формы; предложена обобщенная формула для расчета максимальных касатель -ных напряжений, создаваемых водным потоком на оси канала.

3. Уточнена математическая модель по определению устойчивости смоченного периметра русла канала на базе исследования напряженного состояния прилегающего грунта под действием комплекса сил: собственного веса грунта, взвешивающего давления воды, фильтрационных сил, эксплуатационных нагрузок на бермах каналов и касательной нагрузки от водного потока.

4. Поставлена и решена задача об оценке устойчивости грунта на контуре русла и в массиве под воздействием водного потока. Отработан метод расчета устойчивости русла земляного канала, составлен пакет программ для ЭВМ на языке Ф0РТРАН-1У.

Расчетный метод апробирован по данным натурных наблюдений различных авторов по Верхне-Карабахеко?.у, Верхне-Шрванскому и Каракумскому каналам, кроме того для проверки расчетных зависимостей

диссертантом выполнялись натурные исследования на прорезях р. Куры.

5. Рекомендации по комплексному расчету устойчивости земля -них каналов, позволяют:

- выявить наиболее опасные зоны русла канала i ) под действием комплекса сил;

- определить области концентрации сдвигающих напряжений в грунте от касательного воздействия потока в углах трапецеидальной выемки и в приурезной части откоса.

6. Использование предложенного метода в практике проектирования позволит, спрогнозировать деформации русла канала в процессе эксплуатации, определить размеры зон его переформирования и обосновать мероприятия по обеспечению его устойчивости.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Анализ распределения касательных напряжений по смоченному периметру русла земляных каналов. //Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Научное обоснование повышения эффективности использования мелиорируемых земель". - M., 1987., с.151-152.

2.- Оценка влияния водного потока на земляное русло. //Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции молодых уче -ных" Экологическое совершенствование мелиоративных систем". - М., 1989., с.207-207.

3. Решение контактной задачи устойчивости русла с учетом силового воздействия водного потока. Деп.в ЦШТИ МВХ СССР № 642.

13 апреля 1989 г., соавтор И.С.Лапидовская.

4. Устойчивость русла земляного канала с учетом касательного воздействия водного потока. //Семинар "Проектирование, строительство и эксплуатация водохозяйственных систем". Пенза, 1989, с.16--17.

5. Комплексный расчет устойчивости земляного русла. Передо -вой производственный и научно-технический опыт в мелиорации и водном хозяйстве, рекомендуемый для внедрения. //Информационный сборник ДЕЛИ Минводстроя СССР. Вып. № 3, 1990 (соавтор И.С.Лапвдовс-кая).