Гидравлические элементы живого сечения в канале

трапецеидальное сечение

 

 

Прямойгольное сечение

 

Треугольное сечение

 

 

Параболическое счение

34. Гидравлически наивыгоднейший поперечный профиль канала.

Гидравлически наивыгоднейший поперечный профиль канала.

 

Гидравлически наивыгоднейшим профилем (сечением) канала называется профиль, который при одинаковом уклоне дна, расходе, шероховатости, коэффициенте откоса обеспечивает максимальную среднюю скорость, пропускает наибольший расход. Этот вывод следует из формулы Шези

(1)

При разных площадях живого сечения ω, уклонах i и шероховатости больший расход пропустит канал, который имеет большее значение С. Но С возрастает с увеличением R, Однако R зависит от χ, а это значит, что гидравлически наивыгоднейший канал имеет наименьший смоченный периметр.

Задача выбора геометрически наивыгоднейшего сечения канала сводится к выбору формы сечения с минимальным периметром χ. Такой фигурой является круг, а для открытого канала – это полукруг. Поэтому при строительстве небольших каналов (лотков) из металла, бетона им придают форму полукруга, эллипса, параболы. Для каналов большого сечения трудно сделать выемку грунта, обеспечив полукруглое сечение; в верхней части такого сечения стенки почти вертикальные, они могут оказаться неустойчивыми при нескальных грунтах, поэтому каналы полукруглого сечения почти не применяют; в естественных грунтах строят каналы трапецеидального сечения.

Для трапецеидального гидравлически наивыгоднейшего профиля значения относительной ширины по дну определяют по формуле

(2)

Гидравлически наивыгоднейшие профили относительно узкие и глубокие, поэтому не всегда оказывается экономически наивыгоднейшими. Действительно, экономически наивыгоднейший профиль канала должен характеризоваться минимумом объема земляных работ; для канала, выполняемого в выемке, – минимальным значением площади выемки ,а не площади живого сечения. Крупные каналы не проектируют с гидравлически наивыгоднейшим профилем.

При проектировании больших каналов вводят понятие "практически наивыгоднейший профиль" , для которого величина ω будет отличаться от ω_min менее чем на 3 – 4%, причем каналы будут получаться сравнительно малой глубины. Величина может иметь любое значение, лежащее в пределах

где

Рисунок 1. Поперечный профиль земляной выемки

 

35. Основные задачи при расчете трапецеидальных каналов.

.Основные задачи при расчете трапецеидальных каналов.

Характеристики поперечного сечения канала. Поперечное сече­ние канала может быть полигональ­ным или с криволинейным очерта­нием смоченного периметра. Форму сечения канала принимают в зави­симости от его назначения, разме­ров, способа производства земля­ных работ и вида крепления русла. В практике гидротехнического строительства и строительства железных дорог чаще всего сооружают каналы с трапецеидальной формой поперечного сечения. При этом могут применяться и несимметричные формы трапецеидальных сечений. На­пример, на косогоре сооружают каналы с несимметричной формой сече­ния, у которых одна из сторон – бетонная стенка. Поэтому получа­ются не только разные откосы канала, но и переменная шероховатость по длине смоченного периметра. При проектировании земляного по­лотна железных дорог для отвода поверхностных вод предусматрива­ют продольные канавы (каналы), в том числе несимметричные (ча­ще кюветы).

 

Рис. 1 Поперечное сечение трапецеидального канала

 

 

Представляя площадь трапецеидального сечения канала ω с коэф­фициентами откоса т₁ и т₂ (рис. 1) как сумму прямоугольника и двух треугольников, получим

 

 

где b– ширина канала по дну; h – глубина воды в канале; т = ctgα_K – коэффициент откоса канала, зависящий от рода грунта и облицовки (крепле­ния) канала.

 

Ширина канала поверху

 

 

Длина смоченного периметра

 

Коэффициент откоса m принимают по данным расчета устойчивости каналов или по аналогии с существующими каналами, имеющими хо­рошие эксплуатационные показатели в сходных грунтовых и гидрогео­логических условиях.

Основные задачи по гидравлическому расчету каналов. Решают следующие основные задачи.

1. При заданных размерах канала (b,h и т), его коэффициенте шероховатости п и уклоне поверхности воды J требуется определить сред­нюю скорость потока v и пропускную способность канала (расход воды).

Вычисляют площадь ω и гидравлический радиус R, коэффициент С, скорость v и расход.

2. По заданному расходу Q, размерам канала и коэффициенту п требуется определить уклон J.

 

Искомый уклон

 

 

3. Требуется рассчитать размеры поперечного сечения канала – глубину h и ширину b при известных Q, J, п. Задачи этого типа наиболее часто встречаются в проектной практике. Так как здесь неиз­вестными величинами являются h и b, то одной из них задаются, а вторую определяют. Задачу решают графоаналитическим способом или при помощи специальных вспомогательных таблиц или графиков. Для решения задачи графоаналитическим способом при назначенной, например, ширине b задаются рядом значений (тремя или четырьмя) глубины h и находят ω, , R, С, К. Вычисления рекомендуется делать в табличной форме.

По значениям расходной характеристики К и глубинам h строят график К=К(h), который должен проходить через начало координат. По этой кривой, отложив на оси К заданную расходную ха­рактеристику К₀ определяют искомую величину h₀ и про­веряют ее вычислением расхода воды. Затем подсчитывается скорость v. Глубину потока при равномерном движении жидко­сти называют нормальной глубиной (обозначается в дальнейшем h₀).

 

36. Ограничение скорости движения воды в каналах. Перепады.

Ограничение скорости движения воды в каналах. Перепады.

Средняя скорость движения воды в канале должна находиться в пределах v_min<v<v_max

v_max - максимально допустимая скорость (скорость при которой не происходит разрушения русла канала);

v_min - минимально допустимая скорость (скорость при которой не происходит отложений взвешенных частиц).

Действительная скорость зависит от уклона дна канала, а максимальная только от материала, из которого выполнены стенки канала и от глубины воды в нем.

песок - 0,2-0,6; гравий - 0,6-1,2; глина - 1,0-1,8; осадочные скальные породы - 2,5-4,5; бетон - 5-10 м/с.

мероприятия по увеличению максимально допустимой скорости. покрытие стенок и дна канала покрытием в виде каменных мостовых и бетонной облицовки.

мероприятия по снижению скорости. чтобы уменьшить скорость необходимо уменьшить либо R, либо C или i.

1) изменение формы поперечного сечения с целью уменьшения R. Это мероприятие малоэффективно, т.к. за счет изменения R мало удается снизить скорость;

2) создание искусственной шероховатости, в результате увеличивается n и уменьшается C. Экономически неэффективно;