Прогрессивные волны на глубокой воде

При наличии условия, когда дно не влияет на формир-е волн, рассм-ся двумерные волны. Исследуя их, вытекают 3 осн. задачи:

1. Опред-е высоты hв и длины 𝛌 волны.

2. Построение своб. поверхности воды (волн), определение скорости С и времени .

3. Выявление распределения гидромеханич. давления по вертикали.

 

Определение высоты и длины волны .

Величины и предст. наибольший практ. интерес. Вместе с тем эти основные параметры волн приходится устанавливать при помощи относительно грубых эмпирических зависимостей существующих СНиП и СН, посвященных волновому воздействию, по особым графикам, носящим эмпирический характер.

Как видно из этих графиков, величины и зависят от след. факторов:

1) От скорости ветра, которая на различных высотах бывает различной; на приведенных графиках скорость ветра принято учитывать на высоте 10 м над водной поверхностью.

2) От продолжительности действия ветра; иногда этот фактор не учитывается.

3) От величины разгона D волны.

Дополнительно в указанных нормах приводятся приближенные величины крутизны волны:

Для водохранилищ откосы боковых берегов создают крутизну волны

32. Плавноизменяющееся установившееся безнапорное движение грунтовой воды. Водопрониц-й грунт состоит из отдельных частиц (песчинок). Между ними имеются поры. Суммарный объём этих пор сост-ет 30-40% от объёма всего грунта. Явление дв-я воды в этих порах наз-ся фильтрацией. (напр., от дождя вода просач-ся в грунт). Вода может задерживаться водопрониц. слоем (глиной, скалой), и тогда дв-е происходит по пов-ти водопрониц-го слоя.

Водопрониц-й слой (водоупор) образует как бы русло потока грунтовой воды. В этом русле движется вода, причём здесь получается фильтрац-й поток со своб. пов-тью, в каждой точке которой имеем атм. давление. Такой поток наз.б езнапорным. Здесь дв-е воды ламинарное. Рассм-я это дв-е, мы можем наблюдать как равномерный, так и неравномерный режим. На предыдущем рисунке был представлен равномерный режим движения. Но на практике часто встреч-ся неравномерное движение, которое обусловлено:

- или неравномерностью формы русла;

- или ;

-или в цилиндрич. русле с прямым уклоном дна каким-либо образом фиксир-ся глубина h_ф, отличная от глубины h₀ равномерного дв-я. Например из траншеи откачивается вода:

Свободная пов-ть фильтрац-го потока наз-ся депрессионной пов-тью. Кривая своб. пов-ти АВ наз-ся кривой депрессии. При рассмотрении грунтовых потоков рассм-ся плоская задача, т.е.

q[м²/с]=Q/b;

где b- ширина грунт. потока. Для того, чтобы найти закон дв-я грунтовых вод, поступают след. образом. Вначале рассм-ют открытый поток. Здесь:

а) потери напора рассчит-ют по ф-ле Шези:

; , согласно которой υ прямо пропорционально .

б) учитывают скоростной напор ;

В случае грунтового потока:

а) вместо ф-лы Шези пользуются ф-лой Дарси, согласно которой υ прямо пропорционально I.

б) скоростной напор υ²/2g не учитывается, т.е. Е-Е совпадает с Р-Р (напорная и пьезометрическая линии).

33. Коэффициент фильтрации и методы его определения. Равномерное и неравномерное движение грунтовых вод.

Скорость фильтрации определяем по формуле Дарси: U=KI, где I- пъезометрический уклон свободной пов-ти. Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости, и при I=1 предст-ет собой скорость фильтрации. Зная фиктивную скорость, мы можем опр-ть расход фильтрац. потока: ;

Для опред-я коэф-та фильтрации существует 3 метода:

1. Лабораторный метод: К_ф опред-ся в спец. приборах, в которые закладываются образцы грунта.

2. Расчётный метод: К_ф опред-т расчётом по эмпирич. формулам.

3. Полевой метод: К_ф опр-т в поле путём откачки воды из спец-но устроенного колодца (шурфа).

=0,1-0,01см/с 100-10 м/сут

=0,00001-0,000001 см/с 0,01-0,001 м/сут

При равномерном дв-ии Е-Е совпадает с Р-Р и картина дв-я грунтовых вод имеет след. вид:

 

-гидравлический уклон, I-пьезометрический уклон, i – геодезический уклон.

 

Для плоской задачи , -при равном. режиме движения. - это основное ур-е безнапорного устан-гося дв-я грунтовых вод в случае плоской задачи.

При неравномерном плавноизмен. дв-ии грунт. вод картина имеет вид:

Изучение плавноизмен. безнапорного дв-я грунт. вод основано на 2-х допущениях:

а) Живые сечения считаются плоскими, т.к. кривизна невелика.

б) живые сечения считаются верт-ми, т.к. i мало.

Учитывая сказанное, расчётная модель имеет вид:

Пьезом. уклон для данной пов-ти можно записать в виде:

Подставив это значение в ф-лу Дарси, получим:

Приняв, что средняя скорость по сечению=υ, т.е. U=υ можно записать:

- формула Дюпии. - уклон кривой депрессии в точке, принадлежащей данному живому сечению.

34. Диф. уравнение неравномерного движения грунтовых вод..

При движении грунтовой воды в цилиндрич. русле пьезом. линия совпадает со свободной пов-тью. Уклон своб. пов-ти потока I может быть представлен 2-мя различными зависимостями.

Рассм. след. схему:

В этих формулах i – уклон дна водоупора. Учитывая эти соотношения ф-лу Дюпии можно переписать в виде:

где h – глубина в рассм-м сечении, υ – ср. скорость в этом сечении.

Если кривая своб. пов-ти имеет подъём, то ф-ла примет вид:

Зная ср. скорость υ можно опр-ть расход грунтового потока:

- это ДУ, относящееся к общему случаю цилиндрич. русла с прямым уклоном дна. Для случая плоской задачи ур-е примет вид:

Если i=0, то