автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА РАЗМЫВЫ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ

А- 3059г

МШИСЛЕРСХВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ '

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ПУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ДИАЛЛО АЛЬФА УЫАР СЕГОН

УДК 627.83.662.5,

ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА РАЗМЫВЫ В НИКНЕМ ЕЬЕФЕ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность №.23.07 - Гидротехническое и ,. мелиоративное строительство

А в тор е. ф' е р а .т ■ диссертации иа соискание.ученой • степени /кандидата технических наук

Ыооква - .1992 г

Работа выполнена' на^каф^дре'TTC Московского ордена - - ."V / , Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

/ г: : ' Научный руководитель - кандидат технических наук, *^ - V

';;t?V 1 ■ ..." ,, ■ у* ■ Профессор С.Н,К0РЮКИН:. . .

Научный консультант - доктор технических наук, . -I ; i профессор Е,Н. МАСС '

Официальные оппоненты доктор технических наук, j .. - ' - i

' профессор,'А.В.1.;ММПУЕВ ^ " - j ■

.,„'*"." -V"; '.' ■■ ■ ' кандидат .технических назлс "

■ V : ; ' . Ю.Н.НАТАЛЬЧУК

Ведущая•организация - Росгипроводхоз

, , ■ . " " » " • :

■'*"*■ , " ,- " 1 * ' ' ' * > ь . . -,

V \ •• • • ' . > * f .'.-,.

. 'Л'.*,'■/, Защита состоится " 02 " ноября 1992г. в 15.00 часов

на заседании специализированного совета КЛ20Л6.01 при Московс- .

* ' > • ' 1 ' "

^ ком.гидромелиоративном институте по адресу: 127550,Москва»

Ул*Прянишникова»19. •■'■■ : *

,1 " 'С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московс-'

' кого гидромелиоративного института.

Автореферат разослан " " 1992г.

Ученый • секретарь специализированного совета : кандидат технических неук С.Е.Кузьмин-

- .СШЯ 'ЗСАРАКТЬРИСГ^КА РАБОТУ

Актуальность твыц.* Гвинейская Ресдуо лика нь ллется страной развивающе1№я гидротехники. Она владеет океанский посеоеяьеи Атлантического океана и .'располагает значительном, количеств ои крупных и средних рек'.': Водные ресурсы республики используются' для транспортных; цишй.дяя.по лучения зниргии, для ьодоснайкания и др. В будущем предстоит серьезное-развитие водного хозяйства,, проодиьи г;щраълики и 'г вдр оте хники пни об па тают -пе чв ост епянн ос значение. : . ' ..-'-'

. а 1990 г. в Гвинее "' Началось строительство' крупиеиоего в западной Африке порогом порта' Бен'ти;■ Он строится в 160 кы от столицы Гвинеи - г.Конакри, расположен на райе Ыелокоре и предназначен для приаиа крупных1 судов^'!1,три 1чисп8 контайнероводов 3 и 4 поколении. Порт свяжет западную вчюжную части Африки и будет иметь большое значение для всего региона. З&вероение строительства нзыечено в 2000 году, ьто один'из призеров,крупного иорско-го гидротехнического строительства -ъ Гвинеей

Проблей ой для Гвинеи является, и'энергетика; Н'насхопщае вре ыя значительная часть анергии пояучоотся прйыш' с»ганиеу горю' чего, что является чрезвычайно дорогиы и не-: э^фактивныи -способоу Необходимо развитие гидро- и тепловой энергетики^/ ;

При строительстве гидроузлов в нижних течения*; рек," когда никним бьеф располагается в устьевой части -(или'вблизи ее), возникают слоднце процессы взаимодействия поступательного/движуие-гося потока с надвигающимися на .него волнами со стороны моря. Такие процессы могут встречаться также при сосредоточенных выцу-

уатации берзго-

сках воды в море иг додоьыпусков, концевых участков каналов и

ЦЕНТРАЛЬНАЯ

других сооружениях. Поэк«Ш^^ВШ^Й^Я1"

Моск. селыжбхоз. академии Ш. К. А. Тимирязева.

бол зоны при указанных ¿гсяоьилх необходим прогноз деформации, возникающих ох волновых, воздействий и разработка мероприятий по

. предотвращению их вредных последствии.

*

Актуальность исследований обусловливается задачами гидротехнического и народнохозяйственного строительства и экологии морского-побережья Гвинеи. | >

. Цель работы. Заключается в разработке практических методов расчета и конструктивных предложений на участках нкених бьефов гидроузлов, расположенных ь устьях рек в условиях ь за и .¿одеистлмя потоке со встречнши ветровьш волнами со стороны моря. Для дос-_ .тикеная поставленной цели решались следующие задачи:

необходимо было оценить гидравлические и гидрометеорологические условия, при которых ветровые волны могут сказаться ь нижней бьефе речного водосбросного сооружения и повлиять на размыв. Дли этого, в свою очередь, необходимо разработать модель взаимодействия ъетровых волн с относительно сильный встречный течением, эта иодель должна учитывать нерегулярный характер ветровых волн и турбулентность течения.

' 2.' От известного спектра ветровых волн необходимо перейти к "спектрам придонных волновых скоростей, давлений и придонных тангенциальных напряжения. Такой переход может быть выполнен, если для-навдой частоты спектра будет определен соответственный передаточный коэффициент от воле бани И поверхности к скорости, давлению, ■тенгенциальному напряжению. ° свою очередь, эти величины позволят /оценить^нагрузки ох потока на размываемый грунт.

-З; Необкодицо построить модель взаиыодеиствия нерегулярных ¿одн дспектральйую иоде ль), со. струей морского водосброса* Вакней^ щий иоы0нт*1аяой иоделя состои1'в ,учв18 обрушения волн.

4. ирогести энспериглентальние ксоле^оьан^п по изучению влиянии ьстричнык волн на течении на параметры местных размывов в | ниянеи оьефо водосбросных сооружений. Выявить, каким образом из- |

■ I

мвнение кинеыаллди погона при налокении яолн изгоняет характер местних размыэол. на основании данных экспериментов разработать гмдрьл^чвспип не ход расчета характерных ра&чывоь в нижних бьефах ; гидротехнических ьодосброснах соорушниа за креплением при нало- '! Кении волн на течение. " ■ ,

5. Л ли конструкции откосных каыеннонаброснцх соорукеши! ь никнем бьефе речных и морских водосбросов разработать матодику расчета переформирования каменной наброски под действием волк и

ТоЧВНИИ.

^аучнап новизна работы.

разработана автором математическая модель спектра, ветровых волн на .встречном течении в ниннеы бьефе речного .водосбросного сооружении. Впервые в диссертации получона аппроксимация спектра ветровых волн на встречном течении и функции, длины''разгона, волн.

Разработана автор,..* математическая модель траисформада: корен их волн в зоне прибоя на встречной струе морского'водбеброзг. Модель учитывает влияние встречного течения на обруи'еЕие волн..

В результате проведенных автороц .эяспериаектальных^исскедо-ьани:! установлена зависимость.иевду-придонным' касате'яыйы напрякениец и глубинол местного размыва" за крепкениеудля ^условии, 'воли на течения. Установлено влвпнлв/Боккоьо^'Сомавшй^е^ Скорости

потока на изменении параметров' ямы честного.разыдаа по. сравнению с аналогичными условиями без волн. Првдло£ёни, уто.чненаые, зависимости для расчета эффективных.-придонных^ касательных напрякекиа и удельного расхода наносоь,;:прёдназнвчвннае;ддй;:испопьзо2вниа .

при.оценке 'LecîHyx.разминав: л усяоьинх. совестного дс„стьии ъо;:ц и течении. ■ ^

Для. расчете устойчивости. защитник- яаменнонабросник noupL'iiiii в русле. з3'ьодосоросог.'^£ые:сто градвционно;! модели критически к ха-сагсдьних'ньпрь'иени^гиспоаьзоьвиа коде ль кри ти ve ск ого размыве. .Иранг'ич&еиьи''ценность 'тюбот» . |

■ Практические ивтодик«».разработанный ь диссертации, поэьо/in-¡от онруделитъ:ьолиоьые воздействия на сооружения и размываемое дно liiii.Htfii Оъсге водосбросных сооружении и рассчитывать конструкций заиуагнбго откоса при проектировании огради тельник соор^ло-нийыорских'водосбросов, Результаты'работы представлены в виде практических'рекомендации и программ для ЭВМ.

iiqctoi)otihoctb научных положении, буьодоб и рекомендаций" работы подтверадаетсн сопоставлением расчетов с результатами собственных акспориминтов, а такие с данными других исследователей.

Апробация работы.

Основное результаты диссертации докладывалась на научно-тех- : нич^ской конференции ИГШ s $90 г., на секиЙ^Гре'лаборатории ые- ^ тодов гидравлических исследований ШИиС в 1991 г.» на семинаре j лаборатории плотин из зеиляных цатериалов ШШ îjOXTLO я £991 г.

■ По результатам работы подготовлены к печати I сгатья в трудах Университета 'Конакри, издание запланировано в 1992 г.

Диссертации состоит из введения, 5 глаь, ьшодов и сшска .■ -■ литературы. Изношена на 155 страницах иашшохшоного текста, вкию- : .чает графических иллюстраций, список литературы содеркит

137 ссылок.

(СНОШШ СОДЬТААНИК РАБОТЫ i

i

■ !

JtoLi дкооепгаши: посвящена анализу состояния птзобяетг и i заъераватся формулировкой задач диссертации. >

I

СЪЛЗЬ ЬВТрОБЫХ ВОЛН С рЭЗМЫ5аМИ £ НИйШОН 0Ь0фО ВОДОСбрОСНИХ

сооружении, отраженная в теми настоящей диссертационной работы, суцдаственно'ргсюириет. реким исследозснии и пряъодих к необходкио- | сти еиагиаа цьло;1 группы конструкции, предназначению: дяп сароса I поди ь мора. ji группе "морских",« к осширнои группе водосбросов на естестьенних и искусственных водотоках добавим группу морских ■ водосбросов, подразумевая под этим понятием весь спектр существующих конструкций включая морские ьодоБшусяи, водоспуски, бистро-токи и отаоднцие каналы. Теркин "морские водосбросы" вводится в. настоящей диссертации-исключительно мак оооощащее понт и в длн удсг бства дальнейшего изложения и не претендует на универсальность. К группе "морских", относятся такав водосбросы на крупных внутренних водоемах (озера, водохранилища). Таной подход объясняется спецификой работы речных и и _юких водосбросных сооружений и особенностями местных размывов нижнего бьефа в условиях волновых BosEeil- ■ ствии. Речные водосбросы работа»!, дек прэгило, в составе напорних гидроузлов и определяющим факторои цветного разицза нижнего бье^а нвляются гидравлические параметры сбрасываемого потокаНаличии волн приводит в основном к интенсификации размывов береговых откосов отводящих каналов и оградительных сооружении.

Ь морских водосбросах волновой Фактор сте-новится .существенный и по значимости не уступает размывающей способности сбрасываемого потока. Кроме ¡coro, в никнем бьефе морсвах.водосбросов необходимо учитывать такие явления как вдолъбереговые волновые То-

\

.чения, транспорт наносов ь продольной к поперечно; направлении, заносимость, сгонно-нагонные явлении, дифракцию-рефракцию волн и т.д.-&то,:-в слою,очередь,'накладывает отпечаток на конструктивные особенности корских водосбросов и, как следствие, характер местных. размывов в кианец йье^е.

Исследованиями водосбросных сооружен« 11 в течоние ряда кэт занимались Л .Д.Саьоренскщь и .э.Факюрояич, Ф.Ь.мухамед^иоо»,

Ц.С.Визго, Л.и.лексиор, и.14.АО)шниоЩ', ч'.Г-Г.уНЬЛО, £.А.Ьамарш1, Ь.С.Лгпаенкоь, Е.И.Студеничниксш, Н.Д.Розанов, Ц.С.Румянцев и-другие. Ццдака, вопросы влияния ветровых волн на условия работы циане го бьо^а, как показано в главе I, исследованы недостаточно.

' 'Рассмотрение вопроса транспорта наносов под действием волн и течение в глава I'позволяет заключить, что учет волн при определении размывов у.гидротехнических сооруванкй очень важен для их надежной работы, процессы размывов в этих услсьипх очень слохны и'мало изучены. В связи с этим в первую очередь необхедимопрове-дение экспериментальных и натурных исследований.

Как известно, существует много работ, посвященных прогнозам, местных раз^ыБОь, однако до сих пор оадщаетля необходимость совершенствовать метсдикв таких прогнозов применительно я различным схеы&м. устройств, нижнего бье^уа и грунтам. Ь рамках традиционного подхода.к прогнозу местных .раааывов' существует два возможных способа реыениа задачи - по допускаемым актуальным {неразмываюцим) скоростям'для данных.грунтов-и с использоъинийц непосретеаланно для рассматриваемых условий данных.о размывах, получедиых в лабо-рахории 'на 'цодепяк^ эги приближенные метода прогноза размывов дают б' основной' достаточно: близкие-результаты.

После того, как морские юяш попадают'в зону действия встречной струи морского водосброса, они взаимодействуют с этой струей и одновременно с разиывсекш ил» зэк реп венный пшшшм откосом. возникающие гидравлические задачи иэменения волн были с.^ормулированы Дл1униным. Канкарки, Щахоъш и частично рассматривались хассенон. Однако, анализ этих работ показываем, что задача трансформации спектра волн на встречной струе применитепыю к условиям морских водосбросов пока не реоень I тако.< степзни, чтооы ее результаты иожно оило использоьать I расчетах разрывов.

В главе 2 иссшздтотсп гидравлические характеристики ветровых волн, перемещающихся вдоль канала нзветрону потоку.

Нашей задачей являлось выяснение условаЯ,.при которых волки, формируемые ветром, действующим вверх по, течении, могут оказывать воздайстьие нь размываемое дво и берега в нихнеи бьефе речного водосброса. Вначале рассмотрим закономерности формирования ветровых волн на встречной течении в никнем бье^е. х> качестве основы для разработки расчетной'методики использовались результаты экспериментов Пуруя, накано,; Лнадимима и кадувабу.

Последовательность определения параметров ветровых волн в никнем бьефе на подходе к зоне раздыва имеет следующий вид.

1. По рельефу местности, расчетной скорости ветра, размерам 'р^сли определяется эффективная скорость ветра; МЬ// , Которая

используется в расчетах.

2. Но отношению скорости течения и эффективной скорости ветра1 и безразмерной длине участка ^определяется

ч

эффективная длина разгона на встречном течении . .

• 3. До безразмерному эффективному разгону 3)

/ \

'■ \ 1

I

/ ;

опред'елнптся/па]раивтрй вопв'.д 'ни;ш«зь; ,оьсфэ.

'В задачах в оздо'кствкя, ьолн на. дно веяны на столько спектральные характеристики' волновой поверхности, сколько соответствующие характеристик¿.скоростей, даьлении и напрпкенкл в придонной области;; 11оп'ззано.,':как'-.получить .спектры этих величин на любой глуоина^если 'спектр^вЬ'лновр^ поверхности изьестон.

■ OcHCiHua' резуйьта^ы гдььы¿состо« т ь • j

Ьредлоиена.для расчета характеристик воли в канале настрочу потоку,эксперицвнтально проьереннац методика расчета значительных и средни^: волн, ва встречном.точении ь диапазоне до отношения средне!!.скорости речения и скорости ветра до 0,1. Методика учитываеккроие течонин, влияние угла иезду направлениеи ветра и осью водостока, ;орографи» местности, заглубление зеркала'води, методика была разработана ранее для условии крупных каналов с медленным течением,

- Получены-зависимости для частотного спектра волн на течении на стадии развития ветровых волн; Результат согласуется с данными лабораторных опытов японских исследоваэелей. - ■■ ~..а

- показан переход от спектра поверхности к спектрам скоростей к давлении на задиннш горизонте. Ь свою очередь, это позволяет получить необходимые расчетные параметры, как момент спектра В частности,-интегрированием спектральное! плотности определяются дисперсия или среднеквадратичные параметры. Дна» их, молно Пореши

д функциям распределения, например .

/ & Jh -

- зная оценки влияния волн наг разные в никнем бьефе и используя методики настоящей главы, лзгяо вычислить насколько существенно влияние ветровых волн на процесс размыва. i

Глада, ^ пооьтчина иссльисшанмлц ьзаишщ.ешЛ'.вал «орскмх лолк со струйным потоком открытого водосброса.

Нерегулярное волнение ь отличие от регулярного проявляется в июбои точке мелководной зоны как совокупность составлмежих. находящихся на различных стадиях процосса трансдор^ацт эолн. Относительно ыьлие по высоте волны проходят, сохраняя устойчиЕую фор-иу, аогды как болев крупные на данной глубине могут р?зпуааться, С приближением к берегу доля разрушающихся воли растет* Параметры последних на обычнш береголои откоса определяются в основной вокально;^ глубиной. Следовательно, разнообразие волн к берегу -уменьшается и волнение приближается к регулярному.

Разрушение рассматривается как фактор, приводной к ограничению максимальных высох лолн. При этом от исходного распределения высот как бы отсекается та его часть, которая содеркит наиболее высокие ^наименее обеспеченные) значения // . По пера уменьшения глубины, лимитирующей верхний предел возможных высот, отсекаемая область расширяется в сторону меньших М *

Рассмотрим задачу о рас; .юстранении нерегулярных волн на встречнол струе открытого морского водосброса. Дополнительным Фактором является здесь струя водосброса, которую предполагаем стационарной и однородной по глубине.

Начнем с критерия обруиения волн для наией задачи, так как ясно, что этот критерий должен зависать и от расхода течения. В. главе I учитывался критерий, получении!] Кантср^и и Лумельской •' для подобных условие. Для нашх-целеп этот критерий целесообразно представить в-несколько болае простой форме:

где' • // - ьисота волн, £ - глубине, А - тпгшетп, & - уклон ПОДВОДНОГО ^СКЛОНЕ. <

; Заменим в (I) коэффициент функцикИ • .

"а■ > и)

где .-'*., - глубина обруиения'при наличии течении. Коэффициент " является функцией числа Фруда

предстш>л«етсл в виде

Л Я"3/* '

f-B,S5f /4 : . ) * ¿>г/> ' 0* * ,

- ^

зде _ $ \ - безразыерниа расход, а ^ безразмерная глубина. При этой критерий обрушения-запишется как

Неоору'цетше волна подчиняются закону сохранения волнового .де^ивийу. который £ рамках сделанных предложение записывается следувдим-образом;

/Главный выводом-по гдалв 3 является следующее, разработана новая модель "трансформации нерегулярных волн на береговом откосе при наличии.встречного- течения^ В предельном случае отсутствии теченин.;Цодель' согласуемся с..теющииися теоретическими и опытными реадпьтатаии.;ыодвль.дозволяет получить любые цементы Функции распределения вы'сог 'волн на откосе со встречный течением, а так гад

величину сгони/нагони. Разработанная ¡-одч ль представляет зьл^у интерес для в заори и и учиогкоь сопрнаени» водостока с водсецш.

Ъ глг:де 4 описаны методика и результаты экспериментальных исследование цветных размывов от волн и течений,

ьксаори^онтильние исследования проводились в лаборатория методов гидравлических исследований и б лаборатории гадрсь-лических ¡исследований и ледовых покатай ШЕиСа.

Гидравлический поток дао оратора к ¡¿Г^Ь имеет диапазоны ргс-ходов от 25 до 72 л/с. Длина поткь - 9 и, ыарана 1,5 и, высота -X и.

Экспериментальные исследовании цеса-них размывов пр;; ггаимэ-действии волн и течении проводились в мялссл русловом лотке лаборатории гидравлических исследовании и ладовых покрытия Ьсвсоюзного научно-исследоБа1одьсксго института транспортного строительст-ьа (ЦшиС;. металлическим потоп со стеклпнкаги стендами иисет еле дующие основние-разкеры: длина 13,6 и, вирина 1,0 и, высота стенок 0,Ь ы. Пределы возможного изменения уклона дна составляют / я 0,0- 0,1. Подача води лоток осуществляется насосали из си стены оборотного водоснабжения, по трубопроводу диаметром 300 мм Пропускная способность лотка от I до 200 л/с.

Для генерации регулярных ьоли на течении лоток был оснацен переносным Болнспродукгором типа кечаацегося щита. Рабочая часть волнопродунтора представляет собой щит, который при включении иолнопродуйюрг. в работу ссвегщг.ет долеб^телънме дв:;мзн*:я, перемещаясь по напргьляющик:, укрепленным на внутренней стороне стенок лотка. Пвркод генерируемых в опытах волн составлял 0,67 с.

Измерения параметров зоян/проводились с помоги ьолномероз емкостного типа,' предварительно протарированных статический спо-

собой.

Эксперименты проводили-на диух подолышх устьно^ках. Первая была-построена ь лаборатории гидравлики 1«Гм11. Она представляла coüón модель двухпролетнои водосливной плохи ни с креплением в mi ¡s-HKil бье^. Ъодослиьная часть плотины очерчивалась по координатам пробили ¿ригера-Офицерово и была изготовлена из оргстекла. Высоте плотины состав лила lü.ssicií, ширина одного пролета - 25 cu, ,■ толщина бычка 6,25 см. Бикif, водобой и сопрягающие открылки выполнялись иа оргстекла. ьодоооЛ шел угол-расширении И имел днвиу 110 см . ;

модельная установка, построенная в ШиИСе, представ as л а собой плоскую рисберму, выполненную из железобетонных плит постоянном длины,- аа которой располагался песок. Расходы воды подавались со стороны рисбермы И: для. кагдок серии опытов дискретно увепичи-__ машись, доиец рисберми располагался на расстоянии 7 м от головы лотка« что составляло более 25 глубин И: исключало влияние условий входа.

Волиопродуктор располагался на противополокнои стороне лот-ва и о его помощью генерировали встречную волну, периодом 0,67 е.

И на первой.и на второй иодельних установках эксперименты проводили в два этапа. На первом этапе проводили изучение образования нм.местного размыва за:плоской рисбермой в однонаправленной потоке. На второй этапе Проводили изучение формирования нм ьгисгного-разиЫЕб при-наличии .факторов, изменяющих реши потока: для-первой исдельной установку это была водосливная плотина; для второЙ--;.яал0кение -встречных волн на течение. При обработке данных! эн/спвриментга-выпоили сопоетаклекиа результатов по двум рассмотренным режимам. ' ■

- В в ач eciB е'на н ос ног о материала был в эпт Аесокдвух крупное-

0,3 иц к ^ а 2,02 мы. Кюсыатриьаеиые пески являются однородном по своему составу, т.е.

Дли определения глубины.воронки размыва при заданных гидравлических: условиях необходимо знать время продолжительности опытов, за которое происходит.практическая стабилизация воронки ' рьзьшы». и цепью были проведены специальные методические -опыты, которое ионе, за ли, что время стабилизации находится в пределах 3,5 чесав, При этой глубина разаыъЕ составляет около 952 ыаксииальиод. Аналогичные данные получены ранее в опытсх Н.П.Розьнс®а, Ъ.С.Аятунина и др.

Зксиарименты проводили в следующей последовательности, лоток • заполняли, размываемым материалш, который закачивали;и уплотняли. 1 После этого заполняли коток водоИ с помощью дублирующего трубопровода расчетной отметки. Бытом постепенно подавали расход до расчетной величины* Остановку модели выполняли в '.обратном* попадио. как только обнажался релш ф воронки размыва, .но ышценыас штабу устанавливали отметку одной из горизонталей, которои-проклады- , вали шнур и сникали характер \ '>ронки размыва. ; .• : ' ; •

Во время эксперимента одновременно у л ев ли ва ли:; аш ты е'. час ти-цы песка с помощью специально установленной' ловуани.в конце 'лотка. Удельный расход наносов определяли \Ьвъвинда\мвтодои .взвешиванием смытого материала. ■■'; Ч '

Ь дальнейшем под придонным касательным ;.нснр!)рением-;будем'' пошшать эффективное-придонное касатаньноегнапряяенве й,,'обоз-■ начать его* как 2~ '* • ' V.; ""V^^■ .:-Г'^" ' Чтобы получить кр ив у ю . св я э и . при донн ых*'й а саке лвн ых.'.н апря к е-

ний в конце крепления с. г лу би но'Й воронки; ра зыша^быви пр оа н али зи-рованы все ~~ " --■ ; ■* --■-■■

(

..-. -,■■>';.. - ..- ->■■■ ; .

л ■ .

«ого расх.одь, как без дополнительных факгороа, из^а^яюдах пе:::^ течони», эз креплением Vолноннправленнуи поток), так к при кали- | чии таковых (л первом случае водосливная плотина, во второе - ! наложение ьетринных. волн.

В результате обработки данных получены зависимости вкди

>>■ • - | (в) где - придонное касательное напряжение, соответствующее

началу лрогания частиц.

По результатам предварительных экспериментов по началу -трогания наноссш

0,23 н/м2. дл»1 Д.* = О,в мм

для в 2,02 мм

При обработке данных измерения скоростей на конце кесткоН' рисбермы расчет придонных касательных напряжений как в однонаправленном потоке (без водослива}, так и в турбулязованном потоке (.с водосливов) рассчитывали по излокекноИ выае методике* График зависимостей л°йсих режимов очень хорошо согласуется ыеад соСоА, давая почти полное совпадение. Таков результат важен,: гак как показывает идентичность процессов размывов при обоих режимах для одних и тех ко значении придонных касательных яапрнжзни^

Обработка экспериментальных данных в ШийСв осуществлялась с пшощью измерительно-вычислительного комплекса йВК-З» представляющего собо.1 систему технических и программных средств, организованную на база эШ Сы-4.

Сравнивая характер зависимости' = для

волн на течение о той же зависимостью для однонаправленного пото-

2- | 0,23 н/м2, * 1 0,74'НД|г,

«а длл киски крупностью - 2,02 ми, очевидно их прсктичес

кое совпадение. хакоь! результат подтзердеег принятую нами гипо- ; тезу от эдентичности проциссс^ раэмыьа зри одинансшых для.

потоков с волнением и без него. Запишем в обща« виде выражение да*» длл волн на течении '

Используя экспериментальные данше длд , получим •

Для выяснения характера изменения-явы*размыва г результате наложения волн на исходный однонаправленный поток.нами была проведена специальная серия опытов. Сначала размываемыл материал подвергался воздействию потока. При стабилизации ямы размыва ее профиль закрепляли реперами. Затем на этот поток:накладывали волну и, выдерживали этот реши до новоИ -стабилизации разима. Наложение волн сноза активизировало движение наносов^ и.яма размыва увеличивалась, как в длину;-так и в глубину, шзика.'какого 'Поведения наносного материала становится-податна,при рассмотрении зависимости {7). В результата наложения.Болн-.на искодный^одкоаап-равданный поток со скоростью ;.-, ,;;Происхода1"'уве'личение'. 2" ' на величину 1. ■;--V

Оценивая соотношение глубины;Я1Ш'.йеС^ного)^азМыБа 1

ее длины ^ в экспериментах. сб хмеоаннык^'потоком, 'получали

Отклонение ОТ. ЭI Ой ЗЕВ И С ИМ О С Т И Вг ;отда льйых:. опы Т а X' Н9 превааало Ю-12#,, ■ - г;/:•*'•'•.

Результаты экспериментальной за( креплением показывают,. ч т о' е э ав и сим & о? ^того;в^- какои;;потоке ■

они формируются ^однонаправленном, с волнами, с повышенной тур-булизацией) глубина ямы размыва для одного класса наносов идентична для, одинаковых ридонных касательных напрнаеты и харакири- . эуотся ьнолне определенной величиной удельного расхода наносов. Тако;) результат очень важен, поскольку дает возможность дальнии-

иего исследования местных размывов под .действием смешанного, и

1

высоко хуроулизоьанного потока. г

а глс'ьа., 5 приводите« практические методики расчета креплений русла и откосных сооружении в нидаи бье(?е речных и морских водосбросов, основанные на практических результатах диссертационной работы. Предложена методика оценки надакности каиеннонабросных' занятных покрытий для условий смешанных потоков.

При проектировании.облогченных креплений русла за водобоем

шрадиционно используемся предложение о том, что действую©)в на'

>

элементы крепления нагрузки мояно охарактеризовать и "максимальными возмогшими касательными напряжениями", а прочность покрытия -"критическими касательными напряжениями".

На самом деле отдельные подвижные элементы защитного-крепления наблюдается при величине касательных напряжений виге критическое, а при закритических значениях касательных напряжении в движение приходят не все частицы. Шисанные явления мокко учесть с помоцью некоторой "деталировки" уровней неустойчивости, допуская, нсприквр, диапазон от "перемещения отдельных зерен время от ьреиъни" до' "движения всех зйр*;н, слагакдах поверхностно« ско4, осыпки". Однако описание подобных уровней неустойчивости носит сугубо объективный характер и существенно зависит от условии проведения экспериментов и собственного мнения авторов. .

Еще одним ванным аспектом рассматриваемой проблемы является

понято ■••р&эруыини*" ионелцйч;,иро^а^ьсего; кел011 ори 1 ] усло^нии уровень неустойчивости, '.'■иценуекый те р;л1н01!: "р а з ру а в ни о ", зависит . | от пр одо ЛШ т е л ъ ноо ¿и" о'пр еде ле нн ого; состоя кип н е у ст ойч и б ости. нал- | ример, условии "все ьлеаенту берхтего-саои'-криптнип находятся в дьикении" мокетбыть при ен ле н о: с^.' т о чйк' ,'зр шптобща йу ст ой чи д; о с га конструкцииесли это'сос!ткиъд лится.течение нескольких се-к^д*,» з^ л се ^]1 оцл'■ эксплуоз;пц1П1:Соорукения..7'0 д руто,ч. стороня, состояние 1 "иереьесшния ';отда л>ных',з,1(зц!ан10й;; ¿peUR.pT б роив ни" ко- ■ | кет привести к серьезным'фа&руыенивм:в^^ ' |

Обобщи в иве сказани ов^, отие т ий'^ ■■ ч тгоесгатрн'.* на" очевидную' эффективность метода -при тй чески хна саг е л ь ни к' на пря к е н и й с практи- ; ческой точки зрения, он-т рабу а т. ;пр им е наци пно рнр ав да нн о заьиаан-1 ; них аначенив»козФФициента>наде^оЬти^{до* На^практике, как ■ правило, у слоен н с т р о и т о ль ст ьа/ д икту ю.^- н вой х одм и ос т ь .подбора 'им- | нимального рази ара э ла м е н т шо т с ы га и-' ¿р'е пмк и)н и^е го, б ьефа и' .'. ; ; существующие методики становятся:.цалоэ^фэк1ИЕнымй..1'В .,условиях. * морских водосбросов преобладающа»: .не'опро'деленноегь у связана с ограниченностью информации о парймехрах' ^,етр0Вюс..'Ь0)ж:^ учитывая, такяе, влияние на об ади у с той'чив ость;;о1сУ^кп* ни ин»:, в а, , СЛОеЬ.. - ■ '■.'' .^^^^' ";

Таким образом, становится очевидной несбходмцость^разрабрг--' ! ки методики, способной учитывать от оа н а ли з ир ов анн ка,*; в ы ае. ^осо бе н-". ности взаимодействия потока с э дефектам и крепни ни ."-З'этом' 'отне^- ' мении наиболее уцостноЯ, на наш взгляд, будет'аналогия-с известной методикой оценки устойчивости защитного крепления. морских' .-воянолшов, находящегося под ударными воздействиями ветровых волн. Согласно этой методики критерий разрушения определяется не-. . устойчивостью отдельного элемента крепления по откоаению-к,расчет-

во», ьолне, а процентный отношением смещенных элементов защитного слоя 1А их общеау количеству. йнши словами, критерием разрушения является описанное аналитически состояние критического размыва занятного слоя, при котором еще «окно говорить об общей устойчивости сооруаения.

предлагаемая в главе 5 методика критического размыва основана на предположении о возможности вписанав внешних возд|истзнН со стороны потша величиной размыва ( £ ), т.е. объемом смытых частиц с единицы плоцади защицаеиои поверхности. При это« прочность .покрытия будет определяться критическим.размывом С ). Безразмерные прздонные касательные напряжения ^ У" • ) определяются на основе информации о-параметрах потока и ветровых волн, а также зерновой составе наброски. —

Данные касательные напряжения используются далее для расчета транспорта ( Т ) частиц и-дслее размыва ( ) при заданной величине длины размыва рассчитанный таким образом раз-

мыв (.или нагрузка) следует сравнить с критическим значением которое определяется модностью защитного покрытия & .

Разработанная методика существенно расширяет возможности проектирования креплении из каменной наброски в нижнем бьефе гидроузлов. Методика учитывает реальные процессы, происходящие в толща камвннонабросного покрытия в процессе; его взаимодействия с по- токоы.-Достоинством методики является возможность учета волновых эффектов, накладывающихся среди множества внесших факторов в случав волн на течении.

. Полученные в диссертации решения относительно трансформации и Фильтрации спектра ветровых волн на пояогш (пляжнш) берего-■вом откосе при наличии встречного течения, сформированию^ струей

cL.pcOijj>üe;:oro потшu, по'ло^яит иолсе рационально подходить к задаче проектировании водноусю^чиього профиля оградите льнах сооружении нижнего бьефа морских водосбросов♦

Анализируя процесс взаимодействия волн с крутым откосом из лаиипио,. неброски по аналогии с пляжника откocatin, í.iosho ответить что максимальные нагрузки, приводящие й разруиению защитного пок-TLiiHJí могут наблвдогься в двух точках по длине откоса.,Перьея • ны.олитсн'в-М'аорв ¡лалсииздышх скоростей скЕТЫьаюисгося потока и соответствует mlakcüc-ьн^: гидродинамическим нагрузка;: ни от-дв льн^е элемент:.! как параллельно, так и перпендикулярно откосу.' &та точка расположена мевду урезом и точкой максимального'отката■ волны и характеризуется максимума! взвеоиъаюцнх Фильтрационных . одл, действующих на элементы крепления' со сторонм ядра, хакое- ■ состояние модет возникнуть только при ус.-.аыш равенства времени наката-откста волны на откосе я периоде волны. Предполагаете«,-что в случае рчзонаноа osuu-í: достигаем сь оо и ■ иьк c.i ль но .i ъ чины и последующи волна, обращается.практи.ческ|{ на *.сухой> откос.

Хакмы образой, разэнанеш назыэае.. зя-. услаЕЦе',;-при которой соотношение ¿&/T принимает значения в диаиазоне;-0,95-1,00., Известно, что этог.у диапазону, соотззтствует-'-диатгон^чисел;^-,;;' Крибаррене t X = ). ^'^Й&Ш^М-^-''1

2 ¿.Ih ¿ 5 ' : ~ ;: v"-:^ í Í ^

где - угол заложения откоса;- • '' '

• . Я» - высота ьолны на г луб он ол-ъоде;' ■:-" - .'• •* "

- длина в олны: на глубок ол' в оде ¿'[г У--:■■■.. ." В условиях реального ветров ого-' в олн ен I хар акт е'р'издвце г ося существенной нарегулярностьп, 'в6зникнОБ*ение.^словия^резонанса на откосе еЬть величина случайная; й/описыьаеtсaеJj'piopраспределе•

'- .-.•':.>: •-••-.•'•• к':. "

ниемверся^ности. Не углубляясь подробно в анализ стохастического характера явления резонанса (что выходит за рапьи настоящви рабо-тыЛ отметим следующие: для рационального проектирования откосоь каменнонаброзных сооружений, работающих в условиях волновыа воздействий, необходимы мероприятия, позволяющие минимизировать вепо-ятность появления резонанса, на откоса. Заметим, что в параметр ирябаррена, определявши условие, резонанса, в качистле пири-и^пи входит залогенис откоса ( Таким: образа;, мо*но вл^нть на

условия взаимодействия обрубающихся волн:с откосом, придавая последнему соответствующее заложение. А поскольку под действием резонансных волновых колебаний каменнонабросные'откосы стреляться принять .5 -образную Форму за счет размыва верхней части откоса и отложен»;* этого материала в нижней, было бы разумно проектировать изначально ьолноустойчивый 5 -образный профиль волнолома.

Заким образом, на основе анализа физических закономерностей процесса взаимодеиствия ветровых волн с камоннонабросным откосов разработана методика построения вовноустоИчивого 3 -образного профиля, исключающего возиокность возникновения резонанса на откосе. Получены функциональные и графические зависимости, позволяющие оценить оптимальную зону элективной работы конструкции, что совместно с результатами исследований трансформации параметров воли на подход» к сооружении представляет собой законченную ин-аенернуп методику проектирования оградительных волноустойчилых. соррутжпий в ниашм омфе морских водосбросов.

< • ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Сменка размеров ветровых волн в ниннец бьефе речного водосбросного сооруаения на встречном течении может быть подучена с

з^йятиьн.а; джи^ разгон- волн .в известных эмыира-чвски>; Формулах для ирогноза-ве трбьцх.волн.. Как показывает анализ данных лабораторных опатов^яполсаиглкслодоьатолсН-такой подход спрсьедкаь и на сль ¡5 и х .'вст р ё вд ых/теч'е н кь к*с':,о т но а о н 1;е и средне!; са^рос-« к- рцсче^но:кскррооти ае? ра'до О, С6. Ь'ст; з'ппспть

апролсимации одиокодоъогс спектр ьитрсьых.волн через значительные высоту и-перавд'Брдн»:до.'нсгно пол^чиьь-.ейпроиишациа частот-1 лого снеиьра ьетроьих ьолн в'с.тричиш '.течении.На различных ден-нмх разбега, но сие к х р у * в о л и ойпоь ир.хн о с там о а ко опридегшть спектры скоросте;) на заданноМ-горизопте к.давлений. путем численных опытов устаншлено,''Ч^р;4астрта:пика"'сйе1{тра .уксньщаетсй, а \ соответствующее значение-спектрально!!:плотносаи.растет по разгону. Такой анализ сделан в. диссертации^'. : .■ ■ ■'■'■

2. Дли описания-морских 'Е0лн-;.на-'встр*е;чн0^Г струе' морского ьодосороса- и с п о ль зу а т с яи од е льч а с тччн ого ^ об р у п е ни я .-вол я в Функции распределения, цри ¡¡юл необходй^..кр;1херйи'обруиешн волн на' встречном откосе" с течением.'Численная* модель, реелизована з диссертации, она дает разумные -результаты- >:■. позволяв г получить характеристики волн в любой точке нижнего Рьефа, морскйго'водосбрбга,, ,.

3.. Разраоотана методики и проведены, экспери№иты.'по'''Нэученкв местных размывов за креплением водосбросса:пр:Свз^.ц:одейств:1;г воля и течени;]. иридлагеется при эксперкменгзльных.иссл^оБг.нпг.х местных размывов под воздействием волн на. течениях'продлить.¡серию опытов со стационарным течением дл;) увязки пде нтичре мен-ду собой. Показана необходимость тарирований экспериментального лотка ло порогу трогания наносов. Такая методологическая особен^ ■ ность экспериментальных исследований местных размывов отелов лена ■ индивидуальностью применяемой лабораторной'базы и позволял: венлю-

Z'c

чить некоторую субъективность в оциияе денки:-; знспбрииектси.

4. Для каносоь одного класса величина придонного касательного.выпрягания для разных потоков ^однонаправленного, смешанного, ьисокоагурСулизованного,) остается постоянной характерно:! величины удельного расходü кйносоь. Пройдена состоит лиоь в правильности оприде лени;« 2- * .

!

■ При изучении ьистных раььывоь шоухоцИиО püCüiUi'piíiítiib не мгновенное првдонноо касательное шшрининв«, а эффективное при.до:1-нов кесйтельиой нспрпкеняь, воздействующее на массив грунта. .

5. параметры местного размыва зььисят от: двух пграыетро»: 2*и «fí* . Для используемых ь экспериментах грунзса установлен

вид'связи Zp/z-> который для характерного класса наносов.постоянен независимо от pe ai иг течение.

6. предложена расчетная зависимость для определения придонного касательного напряяения в волнах на течениях при оценках параметров местных размывов, Остановлена связь кеаду удельный расходом наносов и.прздонным-касатеньнш напряжением в■ условиях волн на 'течении.

.7*.На1 основе анализа достоинств и недостатков известного метода-критических касательных напряжений дли расчета устойчкьости донных'частиц в..однонаправленном потоке установлено преимущество разработанного.метода критического размыва. Катод существенно расши ряет возможности проектирования.креплении из каменное наброски в ! нигяеи cSbcie гидроузлов. Практическая расчетная методика учитывает реальные, процессы; пршсходяцие ь слое зауиного кеценн она броского .покрытиг ;в процессе, его взаимодействия с потоком. Достоинством: методики:авляе1ся.:.возыонность'учета волновых эффектов, накладываю- 1 щйхсн ,ср»ди;ын0нас1ьа;;внеиних. факторов в случае смешанного пртока. \

гз -

ь. Разработана методика вероятностной оцунки устойчивости кемвянонабросних креплении а ниннеи бьефа водосбросных сооруконин. аороптностный подход позволяет рассчитан, максимальную глубину размылв защигного покрытии за время эксплуатации сооружения с учетом стохастического характера внешних.факторов.

9. Не основе анализа физических закономерностей процесса взаимодействия ветровых волн с каменнонабросным откосом разработана ыо!одина построения ьолноустоичивого б -образного'про*ики, исключающего возможность возникновения резонансных колебаний не откосе. ■ •

Получены функциональные и графические зависимости, поз^ол::»-иде оценить оптимальную зону эффективной работы конструкции, что совместно с результатами исследований трансформации парию трое волн на подходи к сооружению представляет собой законченную инженерную методику проектирования-оградительных волноустойчивых сооружений в нижнем-бьефе морских водосбросов. '.у.1

* flommcjao в WwtfcSftM 3g.ТирЛОО -, '> ! МИИСП «и. В.П. Горвиски» \ v. . '-,■ -