Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
По значениям, данным из наблюдений за уровнем воды на водомерном посту, составим ранжированный ряд уровней Н, и найдем эмпирические вероятности превышения Р по формуле
Р=m/(n+1)*100% , где
m- порядковый номер члена ранжированного ряда,
n - число лет наблюдений.
|
№ |
Год |
H ранж.см |
P,% |
|
1 |
1994 |
680 |
5 |
|
2 |
1985 |
610 |
10 |
|
3 |
1990 |
600 |
15 |
|
4 |
1997 |
595 |
20 |
|
5 |
1986 |
585 |
25 |
|
6 |
1993 |
570 |
30 |
|
7 |
1989 |
550 |
35 |
|
8 |
2003 |
520 |
40 |
|
9 |
2000 |
500 |
45 |
|
10 |
1996 |
470 |
50 |
|
11 |
1988 |
465 |
55 |
|
12 |
1999 |
450 |
60 |
|
13 |
1992 |
425 |
65 |
|
14 |
2001 |
415 |
70 |
|
15 |
1998 |
410 |
75 |
|
16 |
1995 |
400 |
80 |
|
17 |
2002 |
395 |
85 |
|
18 |
1987 |
370 |
90 |
|
19 |
1991 |
350 |
95 |
Данные значения уровней Н и соответствующие эмпирические вероятности превышения Р наносим на клетчатку вероятностей, по ней определяем расчетный уровень воды вероятностью превышения 1% (H1%), а затем находим абсолютную отметку расчетного уровня высокой воды РУВВ:
РУВВ = H1% +"0", где "0" - отметка нуля водопоста
H1% =677 см
"0"=16.5 м
РУВВ1% =16.5+6.77=23.27 м.
2. Морфометрические расчёты
По эмпирической кривой вероятности находим для расчетной вероятности превышения Рэ= 1% расчетное значение уровня (в отсчетах реки водопоста) H1% = 6.77 м.
Определяем абсолютную отметку расчетного уровня высокой воды РУВВР%по формуле:
РУВВР%=Н Р% +"0"
где H1%= 6.77 м - уровень расчетной вероятности превышения;
"0" = 16.5 м отметка "0" графика водопоста.
РУВВ1% =16.5+6.77=23.27 м.
По имеющемуся морфоствору, морфологическому и геометрическому описанию русла и пойм, вычисляем на j-ом уровне воды для каждого i-го характерного участка:
>среднюю глубину потока hij
hij=ωij/Вij ,
где ωij- площадь живого сечения долины на i-ом участке при j-ом уровне воды; Вij– ширина i-го участка при j-ом уровне;
>среднюю скорость течения vij:
vij=mih2/3ijI1/б2 ,
где тi-показатель ровности; hij- средняя глубина потока на i-ом участке при j-ом уровне воды;Iб - бытовой уклон свободной поверхности;
>расход Qy:
Qy= ωijvij;
>общий расход Qi:
Qi= ∑Qij .
Результаты расчета приведены в табл. 2.
Таблица 2.
|
№ |
Отметка Hi,м |
Показатель |
Левая пойма |
Русло |
Правая пойма |
Всего Q м^3/c |
|
1 |
17,5м |
Bi,м |
|
80,464 |
|
|
|
|
|
wi,м^2 |
|
42,930 |
|
|
|
|
|
hi,м |
|
0,534 |
|
|
|
|
|
vi,м/с |
|
0,2256 |
|
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
|
9,68429 |
|
9,684 |
|
2 |
18,5м |
Bi,м |
|
167,384 |
|
|
|
|
|
wi,м^2 |
|
166,728 |
|
|
|
|
|
hi,м |
|
0,996 |
|
|
|
|
|
vi,м/с |
|
0,342 |
|
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
|
57,027 |
|
57,027 |
|
3 |
19,5м |
Bi,м |
|
277,144 |
|
|
|
|
|
wi,м^2 |
|
394,822 |
|
|
|
|
|
hi,м |
|
1,425 |
|
|
|
|
|
vi,м/с |
|
0,434 |
|
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
|
171,422 |
|
171,422 |
|
4 |
20,5м |
Bi,м |
49,821 |
277,144 |
20,025 |
|
|
|
|
wi,м^2 |
29,076 |
671,966 |
10,012 |
|
|
|
|
hi,м |
0,584 |
2,425 |
0,500 |
|
|
|
|
vi,м/с |
0,128 |
0,619 |
0,116 |
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
3,730 |
415,890 |
1,159 |
415,890 |
|
5 |
21,5м |
Bi,м |
83,154 |
277,144 |
39,880 |
|
|
|
|
wi,м^2 |
95,564 |
949,110 |
40,050 |
|
|
|
|
hi,м |
1,149 |
3,425 |
1,004 |
|
|
|
|
vi,м/с |
0,202 |
0,779 |
0,184 |
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
19,262 |
739,482 |
7,378 |
739,482 |
|
6 |
22,5м |
Bi,м |
116,487 |
277,144 |
68,650 |
|
|
|
|
wi,м^2 |
195,384 |
1226,255 |
94,424 |
|
|
|
|
hi,м |
1,677 |
4,425 |
1,375 |
|
|
|
|
vi,м/с |
0,259 |
0,924 |
0,227 |
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
50,672 |
1133,359 |
21,454 |
1133,359 |
|
7 |
23,27м |
Bi,м |
141,9785 |
277,1444 |
90,4834 |
|
|
|
|
wi,м^2 |
294,1999 |
1438,1588 |
155,2639 |
|
|
|
|
hi,м |
2,0721 |
5,1892 |
1,7159 |
|
|
|
|
vi,м/с |
0,2986 |
1,0279 |
0,2633 |
|
|
|
|
Qi,м^3/с |
87,8468 |
1478,2379 |
40,8829 |
1606,9676 |
По полученным данным строим кривые расходов: общего Qобщ=f(H), руслового бытовогоQрб=f(H), правой поймы Qпп=f(H), левое поймы Qлп=f(H) и скоростей V=f(H) течения в русле и на поймах
Рис. Кривые русловых, пойменных и общего расходов
Рис. Кривые общего, пойменного и руслового скоростей
3.1 Определение ширины срезки
На клетчатке вероятностей по кривой H = f(P) определяем частоту затопления пойм: Hп = 484 см, тогда Pп = 49 % < 75 %, река не принимает никакого искусственного уширения русла:
, где
β% - степень стеснения потока на пике паводка с рассчитываемой вероятностью превышения (%) при отверстии моста, близком к ширине устойчивого русла под мостом,
Qр% - полный расчетный расход, Qр% = 1606,9676 м3/с,
Qрб% - бытовой расход в русле, Qрб% = 1478,2379 м3/с.
, следовательно срезку устраивать не надо.
Проверяем целесообразность устройства срезки:
, следовательно срезка нецелесообразна.
Определяем ширину устойчивого русла:
, где
Врб – бытовая ширина русла, Врб= 277,14 м,
Кп – коэффициент, учитывающий влияние полноты расчетного паводка
так как <4,5, Рп<95%
П – полнота расчетного паводка
,
1,004 м – средняя высота водомерного графика над поймой,
hmax = 1,45м – максимальная высота водомерного графика над поймой,
П = 0,69
Кр% - коэффициент, учитывающий частоту затопления пойм в месте перехода
так как Рп <95%,
(м),
Определяем степень уширения русла:
, где
qрб – бытовой погонный расход в русле,
(м2/с)
qпб – бытовой погонный расход на пойме,
(м2/с).
,
3.2 Определение отверстия моста
Отверстие моста определяется по формуле:
, где
δ – гарантийный коэффициент запаса на возможную погрешность, δ = 1.1,
Σbоп – суммарная ширина опор, Σbоп = 0,
Σlукр – ширина укреплений подошв конусов, Σlукр = 10м,
m – коэффициент заложения конусов, m = 2,
hп – глубина на пойме у конусов при РУВВ, hп = 1,93 м.
(м).
Схема к определению отверстия моста:
4. Расчет общего размыва
4.1 Определение нижнего предела общего размыва и времени, необходимого для его достижения
Нижний предел общего размыва – наибольший размыв, вызываемый длительным воздействием на подмостовое русло расчетного паводка постоянной высоты.
Глубина нижнего предела общего размыва тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту β.
Глубина нижнего предела общего размыва определяется по расчетному паводку постоянной высоты или по формуле:
,где
hрб – средняя глубина в русле до размыва, hрб = 5,18 м,
β – степень стеснения потока подходами
λ – относительная ширина русловой опоры, , принимается λ = 0.05,
(м).
Время, необходимое для достижения нижнего предела общего размыва – важнейшая характеристика мостового перехода и определяется по следующей формуле:
, где
lсж – длина зоны сжатия потока перед мостом
,
В0 – ширина разлива реки
(м),
lмп – ширина разлива малой поймы, lмп = 90,48 м,
lбп – ширина разлива большой поймы, lбп = 141,98 м,
(м),
Кф – коэффициент формы ямы перед мостом
χ – относительная длина верховых струенаправляющих дамб, χ = 0, т.к. β% < 1.2,
qб – погонный бытовой расход руслоформирующих наносов при РУВВ
, где
Ад, Ав – функции свойств аллювия
- для донных наносов
r – порозность наносов – отношение объема пор к объему беспустотной среды,
r = 0.65,
g – ускорение свободного падения, g = 9,81м/с2,
dср – средняя крупность наносов, т.к. песок мелкий, то dср = м,
γ- плотность материала наносов, γ = 2650кг/м3,
- для взвешенных наносов
W- гидравлическая крупность наносов (скорость выпадения частиц в стоячей воде), определяется по шкале Архангельского в зависимости от среднего диаметра частиц (dср),
W = 0,0018м/с,
Vнер – неразмывающая средняя скорость течения, для несвязных грунтов определяется по формуле:
,
Vнд – неразмывающая донная скорость, определяется по таблицам в зависимости от разновидности грунта,
(м/с),
Vрб – средняя русловая бытовая скорость течения, Vрб = 1,03 м/с,
(м2/с),
(сут.).
4.2 Определение гипотетического предела общего размыва
Гипотетический предел общего размыва – размыв, возникающий в результате воздействия на подмостовое русло многих реальных (имеющих подъем и спад) и проходящих одним за другим расчетных паводков.
Глубина гипотетического предела общего размыва тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту β и полнота расчетных паводков П.
Глубина гипотетического предела определяется по формуле:
,
(м).
4.3 Определение верхнего предела общего размыва
Верхний предел общего размыва – размыв, вызываемый единичным расчетным паводком, который проходит первым по неразмытому дну.
Глубина верхнего предела общего размыва тем больше, чем больше степень стеснения потока подходами к мосту β, длительность расчетного паводка (tпв) и его полнота (П), чем меньше крупность размываемого грунта (dср) и длина зоны сжатия (lсж).
Глубина верхнего предела определяется по формуле:
, где
Кt – коэффициент, учитывающий влияние длительности паводка
tпв – длительность расчетного паводка над поймой, определяемая по водомерному графику, tпв = 14 сут,
Все мостовые переходы делятся на 4 группы в зависимости от потенциальной размывающей способности паводка Э. которая определяется по формуле:
Наш мостовой переход относится к 1 группе, т.к выполняются следующие условия принадлежности к этой группе:
1. hрв ≥ hрг 5,9 ≥ 5,54
2. Э ≥ 1,18 15.7 ≥ 1,695
Для перехода от расчетной средней глубины после размыва к максимальной используют физический показатель – коэффициент формы русла , который определяется по формуле:, тогда
Общий (максимальный) размыв будет определяться по формуле:
(м).
Глубина размыва:
hp=hрм-hрб=7.2-5.18=2.02
5. Расчет местного размыва
Местный размыв является результатом локального нарушения гидравлической структуры потока при обтекании опор мостов, голов струенаправляющих дамб и т.д. Местный размыв наиболее опасен для опор мостов. Развиваясь у передней грани, он может привести к потере устойчивости.
Существуют два метода определения местного размыва, их разработали Ярославцев и Журавлев.
Журавлев в механизме формирования местного размыва выделил две главные составляющие: лобовое давление потока на опору и турбулентный перенос наносов.
Если Vоп > Vнер, то местный размыв считается по формуле:
.
Если Vоп < Vнер, то местный размыв считается по формуле:
.
Кζ – коэффициент, учитывающий форму опоры , принимаем Кζ = 1,
bоп – средняя ширина опоры, bоп = 2 м.
Vоп – скорость набегания потока на опору
Vрм – средняя скорость течения в русле под мостом после завершения общего размыва
(м/с)
(м/с),
Vвзм – взмучивающая скорость турбулентного потока перед опорой, для несвязных грунтов определяется по формуле:
(м/с),
n – показатель степени, принимаемый равным
n = 1 при
n = 0,67 при
, следовательно n = 0,67.
Так как Vоп > Vнер (1,21>0,715), то местный размыв будет равен:
(м).
Метод Ярославцева. Империческая формула расчета для не связных грунтов:
Выберем наибольший из двух методов местный размыв:
6. Расчет подпора на мостовом переходе
Стеснение паводочного потока подходами к мосту приводит к нарушению его бытового режима на значительном протяжении вверх и вниз от оси моста: увеличению скоростей течения, деформациям русла и свободной поверхности потока. Расчет кривых свободной поверхности на мостовых переходах - одна из наиболее сложных и важных задач. Для оценки величины деформации свободной поверхности необходимо определить величину подпоров (см. рисунок):
Начальный подпор необходимо знать для построения кривой сво бодной поверхности вверх и вниз по течению от начала сжатия потока. Без знания величины
полного подпора невоз можно вычислить подпор у насыпи, необходимый для назначения мини мальной отметки бровки земляного полотна на подходах к мосту. В соответствии с величи ной подмостового под пора назначают отметки бровок струенаправляющих дамб.
6.1 Определим начальный подпор:
, (1)
К – корректив начального подпора
при
при
Рω – коэффициент размыва под мостом на пике расчетного паводка
Wпр, Wдр – площади живых сечений под мостом до и после размыва
, так как Рω>1,2
ε – относительный начальный подпор
(2)
hб – средняя глубина всего потока, hб = 3.7 м.
Начальный подпор по формуле (1) определяется методом последовательных приближений. На первом этапе задаются ε1 = 1, затем вычисляется начальный подпор ΔZ01 при ε1= 1. На втором этапе по формуле (2), подставив в нее значение ΔZ01, находят относительный подпор ε2 и соответствующий ему подпор ΔZ02. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет выполнено условие /εi- εi-1/0,01.
ε1 = 1, тогда
(м),
.
(м),
Принимаем ΔZ0 =0,0003м.
6.2 Полный подпор определяется по формуле:
, где
lz – расстояние от моста до створа полного подпора
6.3 Определим подпор у насыпи:
6.4 Определим подмостовой подпор:
, где
Км – корректив подмостового подпора, так как Рω>1.2, то
αб, αм – коэффициенты Кориолиса определяются по формулам:
- в бытовом сечении, где
Vб – средняя скорость течения всего потока, Vб = 0,85 м/с
- в подмостовом сечении
εм – относительный подмостовой подпор
.
Подмостовой подпор определяется методом последовательных приближений.
εм1 =1, тогда
.
Принимаем ΔZм = 0,028 м
Насыпи подходов проектируются исходя из самых неблагоприятных условий их работы. Пойменная насыпь может быть разделена на характерные участки: спуск с берега речной долины на пойму (проектируется как обычная дорога), участок насыпи с минимальным допустимым возвышением бровки насыпи над водой, подъем к мосту (обычно возвышается над уровнем воды). Большая высота уровня проезда по мосту по сравнению с участком насыпи минимальной высоты объясняется необходимостью выдержать подмостовой гарбарит, а также значительной конструктивной высотой пролетных строений, особенно с ездой поверху.
Минимальную отметку бровки насыпи определяют по формуле:
, где
hнаб – высота набегания волны на откос
Кш – коэффициент относительной шероховатости откоса, зависит от типа покрытия, принимаем Кш = 0,9 (для сборных бетонных плит)
– высота волны
м
м
– конструктивный запас, =0,5 м
м
Минимальная отметка проезжей части для мостов через судоходные реки:
, где
hкон – высота конструкции, hкон = 3 м
Г – судоходный габарит, для V класса водных путей Г=10,5 м
РСУ – расчетный судоходный уровень
Для определения РСУ сначала находим расчетную продолжительность навигации Т = 180 сут, затем определяем дополнительное время стояния уровней воды выше РСУ
, где
К – коэффициент дополнительного уменьшения продолжительности навигации ( для V класса водных путей К = 3), тогда суток. Наносим на водомерный график t и получаем РСУ= 22,49 м.
м.
Находится ширина опора при откосах круче 1:2 по следующей формуле:
, где
– искомая ширина упора,=0,526
l = 27,2м – длина укрепления по откосу
hукр – толщина укрепления вместе с подстилающим слоем щебня или гравия (толщину подстилающего слоя приму равной 0,1м)
hукр = 0.1+0.1=0.2
hв – ожидаемая глубина размыва
β – угол наклона откоса к горизонту ()
f – коэффициент трения при подвижке укрепления по грунтовому откосу (f ≈ 0,5)
- объемный вес камня и воды (= 2600кг/ м3, = 1000 кг/ м3)
Ожидаемая глубина размыва может быть определена для несвязанных грунтов по формуле:
, где
V0 – скорость набега потока на откос (м/c), определяемая по формуле:м/c
α – угол набега потока на откос (α=)
g = 9,81 м/ – ускорение свободного падения
m=2 – крутизна откоса
– крупность частиц ( м)
м
Необходимая толщина плит укреплений определяется по формуле:
, где
bпл – размер сторон плиты
m – крутизна откоса
– плотность бетона и воды соответственно (, )
м .
Тип укреплений – сборные бетонные плиты размером 1.0x1.0м, с толщиной всего слоя настила – 0,2м (толщина плиты и насыпи).
Так как ожидаемый размыв = > м, тогда укрепление подошвы откоса не устраиваются.
Неблагоприятное развитие русловых деформаций на мостовом переходе может привести к повреждению сооружения. Чтобы сделать эти деформации безопасными, в состав мостового перехода включают регуляционные сооружения различной формы конструкции и назначения (струенаправляющие дамбы, валы и траверсы).
Так как степень стеснения потока подходами β = 1,07 ≤ 1,2, то регуляционные сооружения устраивать не надо.