автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние ветровых волн на размывы в нижнем бьефе водосбросных сооружений

министерство сельского хозяйства и продовольствия российской федерации

московский ордена трудового красного знамени гвдромелюративный институт

На правах рукописи

диалло альфа умар сегон

удк 627.83.582.5

ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА ВОДОСБРОСНЫХ

Специальность 05.23.07 -мелиоративное

РАЗМЫВЫ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ СООРУЖЕНИЙ

Гидротехническое и строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических на

Москва - 1992 г.

u»., .J". .'■iJJt./.n i-i..'«Lji4.lt Ii«..I»»«to. ifciuwor*»

Ii

Работа выполнена на кафедре ГТС Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор С.Н.КОРЮКИН

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор E.H. МАСС

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор A.B. МИШУЕВ

кандидат технических наук Ю.Н.НАТАЛЬЧУК

Ведущая организация - Росгипроводхоз

Защита состоится " 02 " ноября 1992г. в 15.00 часов, на заседании специализированного совета К.120.16.01 при Московс ком гидромелиоративном институте по адресу: 127550,Москва, ул.Прянишникова,19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского гидромелиоративного института.

Автореферат разослан " " ___________ 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

С,Б.Кузьмин

ОБСЛп ХЛРЛКТйР1;С?..ЯА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гвинейская Респуолика является страной развивающейся гидротехники. Она владеет океанский поОепеЕвем Атлантического океана и располагает значительней количеством крупных и средних рои. Водные ресурсы республики используются для транспортных целей, для получения.энергии, для водоснабжения и др. В будущем предстоит серьезное. развитие водного хозяйства,, пр оо л и 1.1 а гидравлики.и г ид потех ник и, приобретают первостепенное значение .

. а 1990 г. в Гвиное началось строительство крупнейаего в западной Африке морского порта Бенти.Он'строится в 160 км от столицы Гвинеи - г.Конакри, расположен на раке Иелокорэ и предназначен для приема крупных судов, ь том числе контейнер оводов 3 и 4 поколении. Порт свяжет западную и'кксную части Африки и будет иметь большое значоние для всего региона, завершение строительства намечено в 2000 году. Это один из приме ров крупного морского гидротехнического строительства в Гвинее.

Проблемой для Гвинеи является и энергетика. В настоящее время значительная часть энергии получается прямым сжиганием горючего, что является чрезвычайно дорогим и не зффвктизкки способам. Необходимо развитие гидро- и тепловой энергетики.

При строительстве гидроузлов в нижних точениях рек,' когда нижний бьеф располагается в устьевой части (или вблизи ее) возникают слокныв процессы взаимодействия поступательного двикуце-гося потока с надвигающимися на него волнами со стороны моря. Такие процессы могут встречаться таккэ при сосредоточенных выпусках воды в море из водоьыпусков, концевых участков каналов и других сооружениях. Поэтому при освоении и эксплуатации берего-

I

бой зоны при указанных, условиях необходим прогноз деформации, возникающих or волновых. воздействии и разработка мероприятий ] предотвращению их вредных последствий.

.Актуальность исследований обусловливается задачами гидро нического и народнохозяйственного строительства и экологии но; кого побережья Гвинеи.

Цель наботы. Заключается в разработке практических метод! расчета и конструктивных предложений на участках нижних бье<ро: гидроузлов, расположенных в устьях рек в условиях ъзаиыодиист. потока со встречными ветровыми волнами со стороны моря. Для д тижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. необходимо было оценить гидравлические и гидрометеоро гические условия, при которых ветровые волны могут сказаться никнем бьефе речного водосбросного сооружения и повлиять на р мыв. для этого, в сбою очередь, необходимо разработать модель взаимодействия ветровых волн с относительно сильным встречным течением, эта модель должна учитывать нерегулярный характер в ровых волн и турбулентность течения.

2. От известного спектра ветровых волн необходимо перейт спектрам придонных волновых скоростей, давлений и придонных т генциальных напряжений. Такой переход может быть выполнен, ее для каэдой частоты спектра будет определен соответственный пе даточный коэффициент от волебаний поверхности к скорости, дав нию, тенгенциальному напряжению. ° свою очередь, эти величины позволят оценить нагрузки от потока на размываемый грунт.

3. Необходимо построить модель взаимодействий нерегулярн волн ^спектральную модель) со струей морского водосброса. Ва» ший момент такой модели состоит в учете обрушения воин.

4. провести экспериментальные исследования по изучению влияния встречных волн на течении на параметры местных размывов 5 нижнем оьефо водосбросных сооружении. Выявить, каким образом изменений кинематики потока при наложении .волн изгоняет характер местных размывов. На основании данных экспериментов разработать гидрььйическии метод расчета характерных гшзмывов в никних бъе:*>?х гидротехнических водосбросных сооружении за креплением при нало-кекии волн на течение.

5. Дли конструкций откосных наменнонабросных соорудим и ь нижнем бьефе речных и морских водосбросов разработать методику расчета переформирования каменной наброски под действием волн и Точении.

Научная новизна работы.

Разработана автором математическая модель споктра ветровых волн на встречном течонии в никнем бьефе речного водосбросного сооружения. Впервые в диссертации получвна аппроксимация спектра ветровых волн на встречном течении в функции длины разгона волн.

Разработана автору^1 математическая модель трансформации норок их волн в зоне прибоя на встречной струе морского водосброса. Модель учитывает влияние встречного течения на обручение волн.

В результате проведенных автором экспериментальных исследований установлена зависимость.мевду придонным касательно напряке-ниыа и глубиной местного размыва за крепление!.; для условий волн на течении. Установлено влияние волновоЛ составляющей скорости потока на изменений параметров ямы местного размыва по сравнению с аналогичными условиями без волн. Предложены уточненные зависимости для расчета эффективных придонных касательных напрякений и удельного расхода наносов, предназначенные.для использования

/

при оценке иесуних. размывова условиях совместного де..ствиь вол;

и т8ч8нии. ....'.'•'

Дпн расчета устойчивости защитных каменнокабросных покрыти: £ русле. за ^одосороСои вместо традиционно»: код«ли критических kí сательных напряжении использована модель критического размыва.

Практическая ценность Чзаботы. ■ Практические методики, разработанный в диссертации, позволь ют определить волновые воздействия на сооружении и размываемое дно ь. ни.::не;.: бьефе водосбросных сооружений и рассчитывать конструкцию защитного откоса при проектировании оградитольных coopyS' ний морских водосбросов. Результаты работы представлены в виде практических рекомендаций и программ для sb!J.

L.остриццность научных положении, выводов и рекомендаций работы подтверждается сопоставлением расчетов с результатами со ственных экспериментов, а также с данными других исследователей

Аппобапия работы.

Основные результаты диссертации докладывались на научно-те нической конференции МГйИ в 1990 г., на семинаре'лаборатории мо тсдоб гидравлических исследований ЩйлС в 1991 г., на семинаре лаборатории плотин из земляных материалов ВНИИ ъодгео в 1991 г.

' lio результата!,: работы подготовлены к печати I статья в тру дах Университета Конакри, издание запланировано в 1992 г.

Диссертации состоит из введения, ь глав, выводов и списка литературы. Изложена на 155 страницах маыинописного текста, bkí чает графических иллюстрации, список литературы содержит

137 ссылок.

ОЗНОШОс; СОДЬТЗЖУ РАБОТЫ

1'д&дfa I диссертации посвящена анализу состояния птюблет» и аверцается формулировкой задач диссертации.

Съязь ветровых воли с размывами в нижнем бьефе водосбросних ооруглени.i, отраженная в тема настоящей диссертационно!; раооты, уцественно расширяет ре ним исследовании и приводит л не обходимо-ти анализа целои группы конструкции, предназначенных для сиросо. оды в ¡.¡opt. ii группе "морских".и к обшрноп группе водосбросов з естественных и искусственных водотоках добави» группу морских эдосбросов, подразумевая под этим понятием весь спектр существу-дкх конструкций включая морские водовыпуски, водоспуски, быстро-оки и отлодяцие каналы. Терцин "морские водосбросы" вводите« в ютоящсН диссертации исключительно как оиоощавщее понятие для удо-зтва дальнейшего изло&ения и не претендует на универсальность. К зуппе "морских", относятся также водосбросы на крупных внутренних адоемах (озера, водохранилища). Такой подход объясняется специ-жой работы речных и i.; зских водосбросных сооружений ¡1 особенно-'яиц местных размывов нижнего бьефа в условиях волновых воздем-

Речные водосбросы работают, как правило, б составе напорных щроузлов и определяющим фактором местного размыва нижнего бье^а ляются гидравлические параметры сбрасываемого потока. Наличие лн приводит в основном к интенсификации размывов береговых от-icob отводящих каналов и оградительных сооружении.

Ь морских водосбросах волновой фактор становится сущес.вен-м и по значимости не уступает размывающей способности сбрае^за-ого потока. Кроме того, в никнем бьефз морских водосбросов находимо учитывать тание явления как вдольбераговые волновые То-

чвний , транспорт наносов в продольно:.-, к поперечном направлении заносимость, сгонно-нагонные яьликил, дич)р&кцик>-рефракцию волн т.д. ью, в спою .очередь,' накладывает отпечаток на конструктив особенности морских водосбросов и, как следствие, характер мис ных размывов в никнем бье^е.

Исследованиями водосбросных сооружении в течение ряда лет занимались Л .Д.Саьоренскии, У .З.'^екюрояич, Ф.Ш.мухамеджанои, М.С.Вызго, /. .ь .йекслвр, и.ы.дониниорг, ч».Г.Г'^ны(о, ¿.А .замаран Л.С.ЛапиинкоЕ, Б.И.Студеничников, Н.П .Розанов, И .С .Румянцев и. другие, иднако, вопросы влияния ветровых волн на условия работ нижнего бьофа, как показано в главе X, исследованы нодостаючн

Рассмотрение вопроса транспорта наносов под действием вол: и течении б главе I позволяет заключить, что учет волн при опя лении размыв'оь у гидротехнических сооружении очень важен для и: надежной работы, процессы размывов в этих условиях очень слокн: и мало изучены. В связи с этим в первую очередь необходимо про: дение экспериментальных и натурных исследований.

Как известно, существует много работ, посвященных прогноз; местных размывов, однако до сих пор ощущаетдя необходимость со-вериенстЕовать методики таких прогнозов применительно к разлит схемам устройств нижнего бье^а и грунтам. Ь рамках традиционно: подхода к прогнозу местных размывов" существует два возможных а соба реиенип. задачи - по допускаемым актуальным (неразмывающим скоростям для данных грунтов и с использованием непосре^ственш для рассматриваемых условий данных о размывах, получелных 2 ла< рагории на моделях.- Эти приближенные методы прогноза размывов ; юг в основном-достаточно близкие результаты.

/

После того, как морские ьолны попадают в зону действия встречной струи морского водосброса, они взаимодействуют с этой струей и одновременно с размыв а емы:.; или закрепленным пля;:-:ным откосом. Возникающий гидравлические задачи изменения волн были сформулированы Алтуниным. Кантарки, Шаховым и частично рассматривались хассанои. Однако, анализ этих работ показывает, что задача трансформации спектра волн на встречной струи применительно к условия:.; морских водосбросов пока не рецена в тако.; степени, чтооы ее результат и они о оьшо использовать в расчетах размывов.

В главе 2 исследуются гидравлические характеристики ветровых волн, перемещающихся вдоль канала наветрвну потоку.

Нааеи задачей являлось выяснение условий,,при которых волны, Формируемые ветром, действующим вверх по течению, могут оказывать воздействие на размываемое дно и берега в нижней бьефе речного водосброса. Вначале рассмотрим закономерности формирования ветровых волн на встречной течении в никнем бье^е. о качестве основы для разработки расчетной методики использовались результаты экспериментов Пуруя, накано, 1надишима и мадунабу.

Последовательность определения параметров ветровых волн б нижнем бьефе на подходе к зоне размыва шеот следующий вид.

1. По рельефу местности, расчетной скорости ветра, размерам русла определяется эффективная скорость ветра _ , которая используется в расчетах.

2. По отношению скорости течения к эффективной скорости ветра и/^Л^ и безразмерной длине участка ) определяется эффективная длина разгона на встречном течении

3. По безразмерному эффективному разгону ^ )

' • 8

определяются параметры волн. ъ ' ниашл оьоуе.

В задачах воздействия, волн не дно ванны не столько спектральные характеристики волновой поверхности, сколько соответствующие характеристики скоростей, давлений и напр»^шм в придонной области. Показано.,'как получить спектры этих величин на любоп глубине, если спектр волновол поверхности известен.

Основные результаты главы 2 состоят в ■ сл&дуицеи.

- Предложена для расчета характеристик волн в канапе навет г чу потоку экспериментально проверенная методика расчета значительных и средних волн.на встречном течении в диапазоне до отноае-ния средней скорости течения и скорости ветра до 0,1. Методика учитывает кроме течения, влияние угла мезду направлением ветра V осью водостока, орографию местности, заглубление зеркала воды, методика была разраоотана ранее для условии крупных каналов с медленным течением.

- Получены зависимости для .частотного спектра волн на течении на стадия развития ветровых волн. Результат согласуется с дг.нными лабораторных опытов японских и сс ледовая еле и.

- показан переход от спектра поверхности к спектрам скоростей и давлении на заданном горизонте. В свою очередь, это позволяет получить необходимые расчетные параметры, как моменты спект В частности, интегрированием спектральной плотности определяются дисперсия или среднеквадратичные параметры. Днан их, полно перек к функциям распределения, например

-ялг е *

- Знав оценки влияния волн на разные в никнем бьвфв и испол зуя методики настоящей главы, легко вычислить насколько существе но влияние ветровых волн на процесс размыва. |

Глава Р посънщина исиледо^анипь взаиыодецстдйя морских лолн со струйном потоком открытого водосброса.

Нерегулярное волнение в отличие от регулярного проявляется в любои точке мелководной зоны как совокупность составляющих, находящихся на различных стадиях процесса трансформации волн. Относительно мьлые по высоте волны преходят, сохраняя устойчивую форму, аогди как более крупные на дгино.! глубине когуг разпузг-ться. С прибликониом к берегу доля разрушающихся волн растет. Параметры последних на обычно:.; береговой- откосе определяются в оснозно:: вокальной, глубиной, ипедоьатвлько, разнообразие волн к берегу -уменьшается и волнение приближается к регулярному.

Разрушение рассматривается как фактор, приводящий к ограничению максимальных высот волн. При этом от исходного равпределе-«1я высот как бы отсекается та его часть, которая содеркит наиболее высокие ^.наименее обеспеченные) значения // . Номере уменьшения глубины, лимитирующей верхний предел возмонкых высот, >тсекаемая область расширяется в сторону меньших //

Рассмотрим задачу о ра^ устранении нерегулярных волн на стречно.1 струе открытого морского водосброса. Дополнительным •актором является здесь струя водосброса, которую предполагаем :тационарной и однородной но глубине.

Начнем с критерия обрушения волн для нашей задачи, так как сно, что этот критерий должен зависеть и от расхода течения. Б лаве I учитывался критерий, полученный Кантарида и Лумельской ля подобных условии. Для наших целей этот критерий цвлесообраз-о представить в несколько более простой форме:

(т~)( = > (I)

Где // - высота волк, - глубина, А - нппаметп, 5 - уклон подводного склона.

Заменим в (I) коэффициент 1,57" функциий

а = а^-^кУ ; (2)

¿-/VI '

где - глубина обрущения при наличии течении.

Коэффициент " &11, является функцией числа Фруда ¿¿¿./т/з/ц' представлпетс/т в виде

а =

где % - безразмерный расход, а ^ - безразмерная глубине При этом критерий обрушения запицется как

л.

+ (4)

неоор^иенные водны подчиняются закону сохранения волнового .действий, который в рамках сделанных предложений записывается следующим образом:

¿-г* [Г- ЯГ'-* >]

(5)

Главным выводом по главе 3 является следующее, разработана новая модель трансформации нерегулярных волн на береговом откосе при наличии встречного течения. В предельном случае отсутствия течения.модель согласуемся с имеющимися теоретическими' и опытным результатами, модель позволяет получить любые моменты функции распределения высот оболн на откосе со встречным течением, а гака

^личину сгона/нагона. Разраоотанная модель привставллет днторес для взморий и участков сопряжения водостока с водоемом.

Ь главе 4 описаны методика и результаты экспериментальных -юслодоьанИ;, местных разливов от волн и течении.

¿экспериментальные исследования проводились в лаборатории иетодов гидравлических исследований ыГиИ и в лаборатории гидравлических исследовании и ледовых покрытии ЦШиСа.

Гидравлический поток лаборатории ьГьЬ имеет диапазоны расходов от 25 до 72 л/с. Длина лотка - 3 м, ширина 1,5 м, высота -I 1.1.

Экспериментальные исследования местных размывов при взаимодействии волн и течении проводились в калом русловом лотке лаборатории гидравлических исследований и ледовых покрытии Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (ЩМС;. шеталлическии лотод со стеклянными стендами имеет следующие основные размеры: длина 13,6 м, ширина 1,0 м, высота стенок 0,Ь и. Пределы возможного измекония уклона дка составляют / = 0,0 - 0,1. Подача воды лоток осуцествлнетск насосами из системы оборотного водоснабжения по трубопроводу диаметром 300 мм. йропускная способность лотка от I до 200 л/с.

Для генерации регулярных волн на течении лоток был оснащен переносным волнопродуктором типа качающегося щита. Рабочая часть волнопподуктора представляет собой щит, который при включении с олнопро^уктопа в ргботу сехерзг.ег яолебьтельное движения, пет1С--мещаясь по направляющ!':!/., укрепленном на внутренне.; стороне стенок лотка. Период генерируемых в опытах волн составлял 0,67 с.

Измерения параметров волн проводились с помощью волномеров емкостного типа, предварительно препарированных статическим спо-

собой.

Эксперименты проводили на двух модилышх установках. Нерва: была построена б лаборатории гидравлики КГыИ. Она представляла собоа модель дьухпролетной водосливной плотины с креплением ь н: кий бье^. аодосливная часть плотины очерчивалась по координатам пробили Лригьра-Офицероьа и была изготовлена из оргстекла. Высота плотины составляла 18,25!си, ширина одного пролета - ¡25 си, толщина бичкг. 6,25 см. БыкН, водобой и сопрягающие открылки выполнились из оргстекла, ьодобоп имея угол-расширения и имел длину НО см.

модельная установка, построенная в ШийСе, представляла собой плоскую рисберму, выполненную из же лез обе тонных плит постоя] ной длины, за которой располагался песок. Расходы воды подавалш со стороны рисбермы и для каждой серии опытов дискретно увеличивались. лонец рисбермы располагался на расстоянии 7 м от головы лотка, что составляло более 25 глубин и исключало влияние услоы входа.

Волнопродуктор располагался на противоположной стороне лотка и с его помощью генерировали встречную волну, периодом 0,67 с

И на первой и на второй модельных установках эксперименты проводили в два этапа. На первом этапе проводили изучение образования ям местного размыва за плоской рисбермой в однонаправле* ном потоке. На .втором этапе проводили изучение формирования ям местного размыва при наличии факторов, изменяющих режим потока: для .первой моде,;ьнол установки это была водосливная плотина; для второй - наложение встречных волн на течение. При обработке данных экспериментов выполняли сопоставление результатов по двум рассмотренным режимам.

В качестве наносного материала был взят 1есок двух друпнос-

0,3 мм и = 2,02 мы. Рассматриваемые пески являются

однородными по своему составу, т.е. 0/$,о к. £

Дли определения глубины воронки размыва при заданных гидравлических условиях необходимо знать время продолкительности опытов, за которое происходит практическая стабилизация воронки размыва. и ътои целью били проведены специальные иезодическис опыты, которье показали, что время стабилизации находится в пределах 3,5 часов. При этом глубина размыва составляет около 95£ максимальное. Аналогичные данные получены ранее в опытах Н.П.Розанова, Ъ.С.Алтунина и др.

Эксперименты проводили в следующей последовательности. Лото; заполняли размываемым материалом, который закачивали и уплотняли После этого заполняли лоток водой с помощью дублирующего трубопровода расчетной отметки. Затем постепенно подавали расход до расчетной величины. Остановку модели выполняли в обратном порядке Как только обнажался ролвзф воронки размыва,.по шпиценмасштабу устанавливали отметку одной из горизонталей,,по которой прокладывали шнур и снижали характер ; ^ронки размыва.

Во время эксперимента одновремонно улавливали смытые частицы песка с помощью специально установленной ловушки.в конце лотка. Удельный расход наносов определяли объемным методом взвешиванием смытого материала. •: \

В дальнейшем под придонным касательным напряжением 'будеи понимать эффективное придонное касательное напрянение п., обозначать его, как . ' '

Чтобы получить кривую связи придонных касааельныхднапряке-ний в конце крепления с. глубиной воронки размыва были проанализированы все опыты, отличающиеся глубиной воды, величиной подавае-

«ого расхода, как без дополнительных факторов, изменяющих пи-.ли? течанин, за креплением ^однонаправленный поток), так и при наличии таковых (в первом случае водосливная плотина, во второ;.: -наложение ветренных волн.

Б результате обработки данных получены зависимости виде.

где - придонное касательное напряжение, соответствующее

началу арогания частиц. По результатам предварительных экспериментов по началу трогания наносов

При обработке данных измерения скоростей на конце жесткой рисбермы расчет придонных касательных напряжении как в однонсшр& ленном потоке (без водослива), так и в турбулизованном потоке (.е водослива.:) рассчитывали по изложенной выше методике. График зя-

между собой, давая почти полное совпадение. Такой результат заал сак как показывай! идентичность процессов размывов при обоих режимах дли одних и тех гее значении придонных касательных напри каш Обработка экспериментальных данных в ЩиИСе осуществлялась < помощью измерительно-вычислительного комплекса йВК-3, представля* щего собой систему технических и программных средств, орган^зова! ную на базе ьвм См-Ч.

Сравнивая характер зависимости' - ) ДДЯ

волн на течение с той же зависимостью для однонаправленного пото-

| (6)

обоих режимов очень хорошо согласуется

ка дл» писка крупностью <&50 = 2,02 мм, очевидно их практиче кое совпадение. Такой результат подтверждает, принятую нами гипотезу от эдентичности процесса^ размыва при одинаковых дл потоков с волнением и без него. Запишем в общем виде выражение дли длл волн на течении

+ 1уА. и?- С1)

Используй экспериментальные данные для IV , получим

Уу= + о,об &

Для выяснения характера изменения ямы размыва в результате наложения волн на исходный однонаправленный поток.нами была проведена специальная серия опытов. Сначала размываемый материал подвергался воздействию потока. При стабилизации ямы размыва ее профиль закрепляли реперами. Затем на этот поток накладывали волну и, выдерживали этот реним до новой стабилизации размыва. Наложение волн снова активизировало движение наносов,' и яма размыва увеличивалась, как в длину ,,-так и в глубину. Физика какого поведения наносного материала становится понятна при рассмотрении зависимости {7). В результате наложения волн на исходный'однонаправленный поток со скоростью ¿2 , происходит'увеличение на величину Уу= .

Оценивая соотношение глубины ямы-местного размыва и

ее длины ^ в экспериментах со смешанным' потоком, получали Отклонение от этой зависимости й. отдельных опытах не превышало 10-12$. '■•■.':.

Результаты экспериментальных' исследования, местных'ра'змывоа за креплением показывают, что'независимо.от.-того,-.з .каком потоке

они формируются однонаправленном, с волнами, с повышенной тур-булизацией) глубина ямы размыва для одного класса наносов идентична для одинаковых ридонных касательных напряжении и характеризуется вполне определенном величиной удельною расхода наносов. Такой результат очень важен, поскольку дает возможность дальнейшего исследования местных размывов под .действием смвпанного, и

I

высоко турбулизоъанного потока. ;

а главе 5 приводятся практические методики расчета креплений русла и откосных сооружений в нижнем бьефе речных и морских водосоросов, основанные на практических результатах диссертационной работы. Предложена методика оценки надежности каменнонабросн! защитных покрытий для условий смешанных потоков.

При проектировании облегченных креплений русла за водобоем традиционно используется предложение о том, что действующие на' элементы крепления нагрузки можно охарактеризовать и "максимальными возможными касательными напряжениями", а прочность покрытия "критическими касательными напряжениями".

На самом деле отдельные подвижные элементы защитного"крепления наблюдается при величине касательных напряжений ниже критической, а при закритических значениях касательных напряжении в движение приходят не все частицы. Описанные явления можно учесть с помощью некоторое "деталировки" уровней неустойчивости, допуская, например, диапазон от "перемещения отдельных зёрен время от времени" до "движения всех зерен, слагающих поверхностный ело» ссыпки". Однако описание подобных уровней неустойчивости носит сугубо субъективный характер и существенно зависит от условий проведения экспериментов и собственного мнения авторов. .

Еще одним вакныы аспектом рассматриваемой проблемы является

• ' ..i' "' ■ IIOH ; TИ b "ptiSPi'auHHii" ЛОКе^лцЙИ .. upe >vi,tí ¿caro, нейоаоры»! yCílOaHUl уровень неустойчивости, именуемый терциной, "разрушение", зависит от продолжительности опреде данного состоянии неустойчивости. Например, условие "все ьлементы верхнего слои.крепления накопятся в движении" мог:ет быть приемлемо, с'точки зрения общей устойчивости конструкции, если зто ссстолние длится в-, течение нескольких се-KjHa, 3ú л ce iipeün эксплуатации сооружения. и другой. стороны, состояние "аероьещеиия отдельных элементов время .от времени" коже т привести к серьезным разрушениям в процессе'эксплуатации.

Обобщая вышесказанное-»;', отиетиь,что' несмотря на очевидную эффективность метода -критических касательных напряжений с практической точки зрения, он трибуёт применения 'неоправданно завьшин-1 ных значении коэффициента-надежности-\до'Ц-). На практике, как правило, условия строительства диктуют'-необходимость подбора'минимального размера элементов отсыпки крепления низшего .бьефа и. существующие методики становятся .малоэффективными... В условиях •юрских водосбросов преобладающая неопределенность связана с ограниченностью информации о параметрах .етровых- волн и течений. Но /читывал, также, влияние на общую устойчивость отсыпки шшшх.ее

Таким образом, становится очевидной необходимость разработ-|и методики, способной учитывать проанализированные'ьыне.'особен-юсти взаимодействия потока с элементами крепления. В этом отно-1ении наиболее уместной, на наи взгляд, будет аналогия с нзвест-[0/1 методикой оценки устойчивости защитного крепления морских олноломов, находящегося под ударными воздействиями ветровых волн. :огласно этой методики критерий разрушения определяется не стойчивостью отдельного элемента крепления по отношению к расчет-

I

Г

но»1 волке, а процентным отношением смещенных элементов защитного слон к их общему количеству. Ьньм словами, критерием разрушения является описанное аналитически состояние критического размыва защитного слоя, при котором еще можно говорить об общей устойчивости сооружения.

предлагаемая в главе 5 методика критического размыва основа' на на предположении о возможности ©писания внешних воздействии с стороны потока величиной размыва \ & ), т.е. объемом смытых час тиц с единицы площади защищ&ешои поверхности. При это..! прочность покрытия будет определяться критическим размывом ( Ц^. ). Безра мерные придонные касательные напряжения ^ V ) определяются на основе информации о параметрах потока и ветровых волн, а также зерновом составе наброски.

Данные касательные напряжения используются далее для расчета транспорта ( Т ) частиц и далее размыва ( й ) при ззданн величине длины размыва ^ ). Рассчитанный таким образом размыв (или нагрузка) следует сравнить с критическим значением которое определяется модностью защитного покрытия &

Разработанная методика существенно расширяет возможности проектирования креплений из каменной наброски в никнем бьефе гид роузлов. Ызтодика учитывает реальные процессы, происходящие в то ще каменнонабросного покрытия в процессе его взаимодействия с по ■ током. Достоинством методики является возможность учета волнобых эффектов, накладывающихся среди множества внешних факторов в случав волн на течении.

Полученные в диссертации решения относительно трансформации и фильтрации спектры ветровых волн на пологом (пляжном) берего-•вом откосе при наличии встречного течения, сформированного струе

copaсиъ&емoro но с oír., позволит йояае рационально подходить к задаче проектирования волноусто^чивего профиля оградительных ооо-руКении нижнего бъе...и морских водосбросов.

Анализируя процесс взаимодействия волн с крутил откосом из ксл-инно., наброски по аналогии с п ля ним ми откосами, можно отметить, что максишльние нагрузки, приводящие к разруазнию защитного покрытия ;.:огут наилэдсться в двух, точках но длине откоса. Первая не:.од:,ится в стаоре максимальных скоростей скатывающегося потока и соответствует тиксиыальпйй гидродинамический нагрузка:.: ни отдельное элемент:.: как параллельно, тек и перпендикулярно откосу. Эта точка расположена мегду урезом к точкой максимального отката волны и характеризуется максимума! взвешивающих фильтрационных сил, действующих на элементы крепления со стороны ядра, некое состояние мо;:сет возникнуть только при ус.-.овии равенства времени наката-отката волны на откосе и периоде волны. Предполагаете;:, что в случае резонанса откат достигает сьови иаксвальной чины и последующая волна обращается практически на .сухой откос.

таким образом, резонансом называе :я условие, при которое соотноаение ¿а/Т принимает значения в диапазоне;0,9£rl,00. Известно, что этому диапазону соответствует, диапазон-..чисел. йрибаяренв v = . .. ).

/ШГ ' '-, • " ... v"

2 ± Гн < 5 ■ (9)

где d- - угол заложения откоса;' ' ..

. & - высота волны на глубокой воде; ;•.; • .

Lo - длина волны на глубокой воде.

В условиях реального ветрового волнения, характеризующегося существенной нерегулярностью, возникновение условия резонанса на эткоре еЬть величина случайная-к' списывается некоторым распроделе-

нием вероятности. Не углубляясь подробно в анализ стохастическогс характера явления резонанса (что выходит за райки настоящей рабе ты), отметим следующие: для рационального проектирования откосов каменнонабросных сооружений, работающих в условиях волновых воздействии, необходимы мероприятия, позволяющие минимизировать вепс ятность появления резонанса на откосе. Заметим, что в параметр Ирибарренн, определяющий условие резонанса, в качестве параметра входит зало.::енпе откоса ( ¿у ). Таким образа:, можно влиять на условия взаимодействия обрущанцихся волн с откосом, придавая последнему соответствующее заложение. А поскольку под действием резонансных волновых колебаний каменнонабросныб'откосы стремиться принять .5 -образную Форму за счет размыва верхней части откоса и отложения зтого материала в нижней, было бы разумно проектирово изначально волноустойчивый Б -образный профиль волнолома.

1акиы образом, на основе анализа физичвеких закономерностей процесса взаимодействия ветровых волн с каыоннонабросным откосом разработана методика построения волноустойчивого Б -образного профиля, исключающего возможность возникновения резонанса на откосе. Получаны функциональные и графические зависимости, позволяю цие оценить оптимальную зону эффективной работы конструкции, что совместно с результата:,^ исследований трансформации параметров волн на подходе к сооружению представляет собой законченную инженерную иетодику проектирований оградительных волноустопчиьых сооружений б нижнем ове^е морских водосбросов.

ОСНОВНЫЙ ВЫВОДЫ

I. Оценка размеров ветровых волн в нижнем бьефе речного водосбросного сооружений на встречном течении может быть получена с

I

•«сг.олвзованл.см ¿,:< ..ект;;;ьн.о:. д-ши; разгон;. волн г кззвсяких з~иирк-^еслI!формулах для прогноза ветровых волн. гСак показывав! анализ ¡;анных лабораторных опытов японских исследователей такой подход япг.ьецяиь в па сильных ьсгрвчких Точениях с .отноаеи&еп средне:;

^ичввии к расче'тно.-' скорости ветра до'О, СЕ. асг.в Ьг.ппсать ¡проксимации однокодоього спектра ветровых волн через значитель-ше высоту и период волн,.то можно Получить.еипроксииецип частот--юго спектр?: ветрсших волн Ни встречном ТОЧОИКЙ па Р&ЗЯНЧ1ШХ II-

х разбега, по спектру волной01. поверхности :,:о;:-:но определить щектри скоростей на заданной горизонте и. давлении, путем числен-1Ы>: опытов установлено, что частота пика .спектра уменьшается, а ¡оотъетстъуюцое значение спектральной плотности растет по разгону. :акой анализ сделан в диссертации.. .■'•■■

2. Для описания морских волн на встра'чной струе морского одосброса используется моде ль'частичного обручения волн в функции аспродеяения. при этой необходим критерии оор^мения волн на стречном откосе с течением. Чкспонная' .модель, реализована з диссертации, она дает разумные результаты .. позволяет получить хаичк-еристики волн в любой точке нижнего бьефа морского водосброса.

3«.Разраоотана методика и проведены эксперименты по изучению естннх размывов за креплением водосбросов при взаимодействии волн

течении. Предлагается при экспериментальнпх исследованиях ,.местих размывов под воздействием волн на течениях' проводить серию • питов со стационарным течением для увязки идентичных у в жимов мск-у собой. Показана необходимость тарирования экспериментального отка по порогу трогания наносов. Такая методологическая особен-ость экспериментальных исследований местных размывов обусловлена ндивидуальностью применяемой лабораторной базы и позволяв! искла-

чить некоторую субъективность ь оценке данких экспериментов.

4. Для наносов одного класса величина придонного касателы го напряжения для разных потоков ^однонаправленного, смеианноп высокохурбулизоьанного; остается постоянной длп характерной величины удельного расхода наносов. Проблема состоит лишь в прав! льности определения . ,

Ппи изучении ьистных разрывов неоиход»'шо рисс^аурнлать не мгновенное придонноо касательное направление, а эффективное прид! нов касательное напряжение, воздействующее на массив грунта. .

5. параметры местного размыва зависят от двух параметров: и £>« . Для используемых в экспериментах грунтов установлен

вид связи 2^,/т- => который для характерного кла наносов постоянен независимо от ре::;иые течения.

6. предложена расчетная зависимость для определения придон ного касательного напряжения в волнах на течениях при оценках параметров местных размывов. Установлена связь мевду удельны;,; расходом накосов и придонным касательным напряжением в- условиях волн на течении.

7. на основе анализа достоинств и недостатков известного метода критических касательных напряжении для расчета устойчиво донных частиц в однонаправленном потоке установлено преимуществ разработанного метода критического размыва. Ыотод существенно р; ряе? возможности проектирования креплений из вайеиной наброски : ниднем бье*е гидроузлов. Практическая расчетная методика учитыы реальные процессы, происходящие в слое защитного каменнонабросн го покрытия в процессе его взаимодействия с потоком. Достоинств методики является.возмонность учета волновых эффектов, накладыв! щихся среди множества внешних. Факторов б случае смешанного прто]