Delist.ru

Оценка условий и эффективности работы боковых водоотводных канав автомобильных дорог (19.10.2009)

Автор: Ву Туан Ань

Сила сцепления и угол внутреннего трения в зависимости от коэффициента уплотнения

Коэффициент уплотнения, К Сила сцепления

Рис. 8. График зависимости силы сцепления от коэффициента уплотнения

Проведённое исследование свойств грунтов показало, что они обладают относительно не высокой силой сцепления частиц, которая сильно зависит от степени уплотнения грунта (К). Повышение степени уплотнения от уровня, характеризуемого коэффициентом уплотнения К = 0,85, до уровня, характеризуемого коэффициентом уплотнения К = 1,0, сопровождается ростом силы сцепления частиц грунта в 4,74 (для грунта карьера 1) – 7,1 (для грунта карьера 3) раза.

Угол внутреннего трения практически не зависит от степени уплотнения грунта (например, для грунта 1 карьера при определенной величине угла внутреннего трения 35,880 его изменение при разных уплотнениях не превосходит 3,1%).

Это позволяет сделать вывод, что рассмотренные грунты склонны к размыву текущей водой и в случае прокладки в нём кюветов требуют укрепления.

В главе 3 представлены результаты исследования влияния загрязнителей, находящихся в кюветах, на параметры водного потока, протекающих в них.

Исследование включает 2 вида работ:

Исследование в лабораторных условиях.

Теоретический анализ.

Лабораторные исследования были проведены с целью получения качественной оценки влияния препятствий, находящихся в канаве (русле), на его параметры. Для этого в лаборатории кафедры Гидравлики МАДИ (ГТУ) в одном из лотков была построена модель участка канавы с трапецеидальной (наиболее массовой) формой поперечного сечения. Модель имела размеры – ширину по дну 0,2 м, глубину – 0,3м, заложение откосов (стенок) 1:1,5; продольный уклон – 0,02. Длина модели – 1,10м, что позволяло помещать модели препятствий в зоне установившегося потока, т.е. за пределами влияния зон входа и выхода. Были рассмотрены 3 случая: - чистое состояние канавы, дно и стенки гладкие (модель – из органического стекла); - чистое (т.е. без препятствий) состояние канавы, но с шероховатым дном и стенками (моделировали песком); - в канаву помещали препятствия в виде вертикальных гибких столбиков (моделировавших стебли трав и малого кустарника).

Лабораторное исследование подтвердило наличие заметного влияния препятствий в канаве на ширину и глубину водного потока. Они увеличивались.

Теоретические исследования проведены с целью количественной оценки влияния препятствий. В проведённых расчётах рассматривалось такое же, как в лабораторной модели, трапецеидальное поперечное сечение, но с размерами, близкими к фактическим: ширина 0,4 м, глубина – 0,6 м, заложение откосов 1:1,5. Расчёт сделали по 6 вариантам, различающимся между собой следующим:

1-й вариант рассчитывается при чистом состоянии канавы, обеспечивающем свободное течение потока воды.

В 5 следующих вариантах расчёт проведен из условия ограничения течения воды в результате появления в канаве препятствий в виде столбиков различной высотой (от 0,1 до 0,25 м) с постоянной шириной (0,02м).

Расчёты выполнялись путём построения расходной характеристики потока К, позволяющей оценить влияние наличия и высоты препятствий на глубину воды.

Рис. 9. График зависимости расходной характеристики (К) от глубины потока воды (h) в кювете по различным видам ограничения течения потока

По рисунку видно, что для принятого расчётного расхода (например Q = 0,046 м3/с) при отсутствии препятствий она возрастает (рис. 10).

Рис. 11. График зависимости скорости течения воды от высоты препятствий в кювете

Одновременно изменяется (уменьшается) скорость течения воды (рис. 11).

В конечном итоге кювет переполняется водой, так как снижается его пропускная способность – в зависимости от исходного начального расхода и параметров канавы. Для условий расчётов пропускная способность канавы (при сохранении расчётной глубины) уменьшалась в 2,4...3,1 раза (табл. 4):

Таблица 4

Пропускная способность канавы (м3/с) при расчётной глубине воды (м).

Высота препятствий, м 0,20 0,22 0,24

0 0,072 0,088 0,105

0,05 0,050 0,069 0,084

0,10 0,038 0,048 0,060

0,15 0,030 0,038 0,048

0,20 Переполнение канавы (превышение расчётной глубины) 0,032 0,040

Переполнение канавы 0,034

Далее начинается переполнение канавы (т.е. превышение расчётной глубины) или, при малой глубине канавы, выход воды на прилегающую поверхность.

Важным фактором гидравлического расчёта является учёт сил сопротивления, возникающих при протекании воды в них: трения воды с дно и стенки (откосы), препятствий, находящихся в русле. Это сопротивление при гидравлических расчётах учитывается коэффициентом шероховатости.

Величина этого коэффициента для открытых русел была объектом исследований многих авторов. На основании результатов многочисленных экспериментов установлено, что препятствия в руслах (разного вида) оказывают существенные влияния на числовую величину этого коэффициента. Например, в естественных руслах, заросших, с камнями и тому подобными препятствиями этот коэффициент изменяется от 1,75...4,00 до 0,075...0,150, т.е. в 23...27 раз. Для земляных каналов в хороших условиях – от 0,017...0,025 до 2,50, т.е. в 100...147 раз. Таким образом, из этого следует, что содержание русел (поддержание их в чистоте) оказывает очень большое влияние на величины коэффициента гидравлической шероховатости. В качестве примера приведём данные для коэффициента гидравлической шероховатости по Н.Н. Павловскому и Маннингу (табл. 5).

Таблица 5

Коэффициенты гидравлической шероховатости

(по Н.Н.Павловскому и Маннингу)

Характер поверхности n для состояния поверхности

очень хорошего хорошего обычного плохого

Бетонированные каналы, облицовка 0,012 0,014 0,016 0,018

Земляные каналы правильной формы 0,017 0,020 0,0225 0,025

загрузка...