Научная статья на тему 'Исследование размывающих скоростей водного потока для несвязного грунта на дне и на откосе каналов'

Исследование размывающих скоростей водного потока для несвязного грунта на дне и на откосе каналов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
100
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НЕРАЗМЫВАЮЩАЯ (ДОПУСТИМАЯ) СКОРОСТЬ ВОДЫ / ALLOWED VELOCITY OF WATER / НЕСВЯЗАННЫЙ ГРУНТ / ПУЛЬСАЦИЯ / UNBOUNDED SOIL / PULSATION

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Эшев С.С., Рахимов Б.Б., Султонов Н.Н.

На базе проведенных лабораторных опытов описывается кинематическая структура размывающих скоростей водного потока в условиях несвязного грунта пролегающих в трапецеидальных каналах. Приводится методика проведения лабораторных опытов и анализ результатов исследований. Описано влияние пульсационных и вертикальных скоростей на размыв русла трапецеидального канала.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Эшев С.С., Рахимов Б.Б., Султонов Н.Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EKSPERIMENTAL RESEARCH OF WASHOUT SPEED OF WATER STREAM FOR INCONSISTENT GROUND IN THE BOTTOM AND ON THE RIVERBED OF CHANNELS

In this article on the basis of laboratory experiments the kinematics structure of washing away speeds of a water stream in the conditions of an inconsistent ground adjoining in trapeze form channels is described. It is given the carrying out technique laboratory experiences and the analysis of results of researches. In this article it is described the influence of pulsation and vertical speeds on riverbed washout of the trapeze form channels.

Текст научной работы на тему «Исследование размывающих скоростей водного потока для несвязного грунта на дне и на откосе каналов»

List of the references:

1. Pugin K.G., Jushkov W.S. Construction of highways with use materials // Bulletin PGTU «Preservation of the environment, transport, safety of ability to live» Perm 2011 № 1. P. 35-43.

2. Pugin K.G., Jushkov W.S. Use of firm waste products of ferrous metallurgy in materials for construction of highways // Magazine «In the world of discoveries» Krasnoyarsk 2010 № 5 part of 4. P. 53-57.

3. URL: http://www.74rif.ru/concept-ua.html.

4. Rjabova T.V. New technical decisions on preservation of the environment in ferrous metallurgy// News of ferrous metallurgy abroad. - 2002. - № 2 P. 104-105.

5. Pugin K.G., Jushkov W.S. Application of waste products of metallurgy for road construction // Materials of the international conference devoted 1000 Yaroslavl «Safety of the city environment» Yaroslavl of 2010 P. 269-273.

УДК 627.11

С. С. Эшев

канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений», Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан

Б. Б. Рахимов

соискатель, кафедра «Геология и разведка нефтегазовых месторождений», Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан

Н.Н. Султонов

соискатель, кафедра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЫВАЮЩИХ СКОРОСТЕЙ ВОДНОГО ПОТОКА ДЛЯ НЕСВЯЗНОГО ГРУНТА НА ДНЕ И НА ОТКОСЕ КАНАЛОВ

Аннотация. На базе проведенных лабораторных опытов описывается кинематическая структура размывающих скоростей водного потока в условиях несвязного грунта пролегающих в трапецеидальных каналах. Приводится методика проведения лабораторных опытов и анализ результатов исследований. Описано влияние пульсационных и вертикальных скоростей на размыв русла трапецеидального канала.

Ключевые слова: неразмывающая (допустимая) скорость воды, несвязанный грунт, пульсация.

S.S. Eshev, Karshi ingineering-economic institute (Uzbekistan)

B.B. Rahimov, Karshi ingineering-economic institute (Uzbekistan)

N.N.Sultonov, Karshi ingineering-economic institute (Uzbekistan)

EKSPERIMENTAL RESEARCH OF WASHOUT SPEED OF WATER STREAM FOR

INCONSISTENT GROUND IN THE BOTTOM AND ON THE RIVERBED OF CHANNELS

Abstract. In this article on the basis of laboratory experiments the kinematics structure of washing away speeds of a water stream in the conditions of an inconsistent ground adjoining in trapeze form channels is described. It is given the carrying out technique laboratory experiences and the analysis of results of researches. In this article it is described the influence of pulsation and vertical speeds on riverbed washout of the trapeze form channels.

Keywords: Allowed velocity of water, unbounded soil, pulsation.

В настоящее время существуют различные формулы для определения нераз-мывающих скоростей, как чисто эмпирические, так и формулы, имеющие некоторое теоретическое обоснование.

К числу формул [1], имеющих теоретическое обоснование, относятся следующие формулы для несвязных грунтов, полученные Ц.Е. Мирцхулавой на основании анализа условия равновесия сил, действующих со стороны турбулентного потока на неровности поверхности ложа канала, и сил сопротивления сдвигу и отрыву отдельной частицы из общей массы с учетом усталостных явлений в грунте:

Л 'д (р-р) + 2Супкс

= 125.

0,22рту9

ус [д (р - рт

V

д (р-р.)^т + 2Супкс

(1)

(2)

0,22рту9

где Суп - усталостная прочность на разрыв, учитывающая появление ощутимых сил сцепления при мелкозернистости грунта (Ь < 0,25 мм), для несвязного грунта приближенно Суп = 1,72 10-4 1бт\

dm - средний размер частиц несвязного грунта; д - ускорение свободного падения; р - плотность воды;

рю - плотность частиц материала грунта; Л - глубина потока.

кс - коэффициент отклонения сил сцепления от среднего значения, обычно кс = 0,5; ус - коэффициент условий работы, учитывающий влияние наносов в коллоидном состоянии на размывающую способность потока; у9 - коэффициент перегрузки

под влиянием пульсационного характера скоростей и других случаев изменения размывающей способности потока

Уа=(Д тах^Дт ) ,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где 3Дтах, 3Дт - соответственно максимальная мгновенная и осредненная (по времени) донные скорости.

Трогание частиц и их последующее перемещение водным потоком - очень сложный процесс [1]. Действующая сила водного потока на частицу на дне и на откосе подвержена мгновенным изменениям из-за турбулентного характера движения.

Насчет природы турбулентности потоков, до сих пор не существует детального ответа на вопрос о характере закономерностей пульсации.

С целью изучения влиянии пульсационного характера нагрузки для размыва дна и откосы каналов были проведены специальные лабораторные исследования на малом гидравлическом лотке (параметры лотка 13,6 х 1,0 х 0,8 м). На этом лотке воспроизводилась модель трапецеидального канала, который имеет следующие размеры: длина - 8,5 м; ширина по дну - 0,30 м; высота - 0,15 м; заложение откоса - т = 2. На откосах и на дне канала были устроены гнезда для металлических кассет с размерами

0,33 х 0,15 х 0,10 м в центральной части дна канала. В кассетах укладывались исследуемые грунты.

Методика проведения экспериментальных исследований полностью соответствовала методике Ц.Е. Мирцхулавы, изложенной в работе [1].

Исследовались на размыв песок диаметром С < 0,315 мм; 0,315 < С< 0,63 мм; 0,63 < с1 < 1,25 мм; 1,25 < с1 < 2,5 мм; 2,5 < с1 < 5,0 мм.

Все серии опытов проводились в следующем порядке: 1) подготовка модели к работе, укладка кассет образца грунта на откосе и дне канала, установка используемых датчиков и приборов; 2) установление нужного гидравлического (расхода воды О) режима; 3) измерение параметров потока в намеченных створах; фиксировалась продолжительность опытов. При исследовании образцов грунта оставались постоянными следующие характеристики: качество воды, шероховатость дна и откосов канала, условия укладки образцов модели. Поэтому влияния этих факторов не исследовались. За размывающую скорость принималась та минимальная средняя скорость потока, при которой начавшийся отрыв частиц (агрегатов) не прекращается и постепенно разрушается поверхность грунта. Опыт считался законченным, когда с поверхности грунта полностью размывался выступающий слой в 2 мм. Измерялись глубина потока шпицен-масштабом и скорости по вертикали потока микровертушкой ТНИСГЭИ-Х-6, а средняя скорость рассчитывалась объемным способом. Результаты некоторых опытов приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что значение среднего квадратичного отклонения и отношение а! & увеличиваются от поверхности ко дну, а также мгновенные пульсационные скорости в точке больше чем осредненных скоростей. Пульсационные скорости в точке определялись расстояниями между пиками.

Опыты по определению размывающих скоростей для несвязных грунтов, показывают, что с повышением пульсации размывающая способность потока увеличивается при равных средних скоростях по сечению. А также анализ данных по пульсации скоростей показывает, что мгновенные пульсационные скорости примерно в два раза больше осредненных. Как указывает Ц.Е. Мирцхулава [1], этот фактор надо учитывать при определении активной нагрузки на частицу, расположенную на дне канала.

При отсутствии данных специальных исследований можно принять приближенное значение для у9, полученное по данным экспериментальных исследований [1]: 6

7 ч = 1 +-,

& 0,00005 + 0,36

где С выражен в метрах.

Результаты опытных данных по средним вертикальным скоростям показывают, что размыв трапецеидального канала начинался со стыка (зона пересечения откоса и дна), а затем размыву подвергались откосы и дно.

По результатам опытных данных построены эпюры распределения скоростей по глубине потока (рис. 1). Эти эпюры показывают, что при различных режимах потока характер изменения скорости по глубине потока сохраняется. Во всех опытах наименьшая скорость потока наблюдалась у дна лотка. На глубине 0,8 И от поверхности потока скорость движения воды имеет наибольшее значение.

lO

s

I

M

о

M

со со

w м -

со со сл сл сл сл сл сл о о о о о о о о о о о о

СП СП 00 00 со со со со со со со со

->■ со СО -si ->■ СО СЛ -si со -si сл со ->■ СО СЛ -si СО -si сл со

0,54 0,28 о о о о N) V О) 00 о о о о N) V О) 00

0,41 0,44 о о о о СЛ СЛ 4*. 4*. м о -ч -ч о о о о сл К) 00 со ^

0,094 0,043 о о о о о о о о О) О) О) О) СЛ M M ->■ о о о о о о о о О) 00 00 -si О) 00 СЛ О)

0,644 0,546 о о о о Vi о» о» сл со —ь —ь со ю-чом о о о о "-si "-si "-si О) со со со w СЛ 00 00 00

0,229 0,098 0 о о о MWWW 01 А МО о о о о W 00 -si -si -si СО -si W

1,571 1,241 V N) СО W W О СО ->■ Ю Ю Ю 4b. "сл "сл 4*. со со w СО 00 00 -si

2,489 2,465 1,016 2,29 1,79 3,369 со w со w "w "со "о 4*. СЛ СО СО -si 00 W СЛ 4*.

0,425 0,49 0,48

4*. со ю - 0 = 87/сек; Н = 66 мм, ,9 = 0,28 м/сек ср - N° вертикали

со со со со СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ о о о о о о о о о о о о м Расстояние вертикали от канала, мм

4ь. 4ь- 4ь- 4ь-4ь. 4ь- 4ь- 4ь-О О О о СЛ СЛ СЛ СЛ 4b.4b.4b.4b. о о о о О) О) О) О) О) О) О) О) о о о о О) О) О) О) О) О) О) О) о о о о со Глубина потока, Н мм

ю ю ы - 00 СЛ ° о о о Ю СО 4Ь. ->■ М Ю СО о о о о ->■ Ю 4*. СЛ 4*. 00 ->■ 4*. О о о о ->■ Ю 4*. СЛ ^ 00 —^ со о о о о 4*. Глубина измерения У, мм

о о о о К) V о» оо о о о о о о о о К) 4Ь. 4Ь. 00 о о о о К) V V ОЭ о о о о К) V о» оо СЛ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

о о о о со со со со СО О) со со О о о о 4^- СО со со -»О) ОО) о о о о со со со со 00 00 О) СЛ о о о о 4^. 4^. 4^. СО О) 1ЧЭ ->■ со СО Средняя скорость потока и, м/сек

о о о о о о о о 4*. СО СО СЛ 4*. СО 1ЧЭ О О О О о о о о СО 4*. СЛ СЛ СЛ о ю о о о о о о о о о СЛ СЛ 4*. СЛ Ю СЛ со о о о о о о о о о СЛ 4*. 4*. 4*. О) О СЛ 1ЧЭ Средне квадратичное отклонения ст

о о о о V V V V СО Ю О -»■ 4^. Ю о о о о V V V V СО Ю О) СЛ СЛ 00 4^- со 0,467 0,44 0,458 0,50 о о о о СЛ V V V СП -ч ОЭ -ч д ч и ^ 00 £ о

о о о о о -чв-чо СЛ 4*. 00 о о о о о 00 4^ со СЛ —^ ^ со о о о о СО 4*. -»■ 4*. СЛ СО СО о о о о о 1ЧЭ СЛ О 00 СО I Ч

К) К) К) —1 —1 —^ о> 4*. 00 4*. К) К) X) О 00 00 СЛ СО СО 00 СО К) К) со ->■ О 1ЧЭ со (ЯШМА К) К) м и ч о О) 00 00 00 О <Ь| 3 а й-

ю ->■->■ ю СО 00 00 о 00 4Ь. ИМО)-» 1,86 2,00 1,7 2,423 2,34 1,86 1,418 2,308 00 V О) ~<о СЛ м ю ю СЛ ю со - С| 3 а й- I

0,35 0,37 0,37 0,418 ю Средняя скорость по вертикали

ш

СТ1 -Л

ш

I

Т1 а>

(л) ^

сг н ш ч

(Г ^

ш о\ о тз ш н

0 тз

1

г

X

о ^

г н о го

тз

го о

X о

£ X

а> <

£ X

5<

го ф

о

Таким образом, пульсационный характер нагрузки является одним из важных факторов при размыве трапецеидальных каналов, пролегающих в несвязных грунтах, который необходимо учитывать при расчете земляных каналов на размыв.

Список литературы:

1. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. М., Колос, 1967. 179 с.

List of references:

1. Mirshulava S.Y. Erosion riverbed and methods of the estimation to their stability. M., Colos, 1967. 179 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.