Гидравлический расчет водопропускных сооружений

Введение

Из года в год расширяется строительство автомобильных дорог в различных регионах нашей страны, отличающихся климатическими, рельефными и гидрологическими особенностями. Современная автомобильная дорога представляет собой сложное инженерное сооружение. При проектировании автодорог большое внимание уделяют вопросам обеспечения устойчивости земляного полотна, необходимым условием которого является организация водоотводных и водопропускных сооружений.

Основными нормативными документами при проектировании водоотводных сооружений являются:

1) СНиП 2.05.02-85

2) СНиП 2.05.03-84

3) СНиП 2.01.14-83

4) ВСН 63-76

Цель работы – получение навыков по гидравлическим расчетам.

Курсовая работа предусматривает расчет канала (при равномерном движении потока), быстротока, гасителя энергии, многоступенчатого перепада.

 

 

Исходные данные

Вариант №0/8

- расход, м³/с =5,7

- ширина канала по низу, м = 2,3

- уклон подводящего канала =0,001

- уклон быстротока =0,20

- уклон отводящего канала =0,0036

- длина быстротока, м =35

- высота перепада, м =2,5

- коэффициент заложения откоса канала =1,5

- коэффициент шероховатости стенок канала =0,0200

Гидравлический расчет водопропускных сооружений

Подводящий канал.

 

Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, и подведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.

 

Определение нормальной глубины

Нормальная глубина - такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.

Основная расчетная формула – формула Шези:

,

где - площадь живого сечения, ; С – коэффициент Шези, ;

R – гидравлический радиус, м; - уклон канала

Для трапецеидального сечения

где h – глубина канала, м

 

 

h

m

 

 

 

b

 

Во всех случаях расчета каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Павловского:

где y=f(n,R)

Приближенно по Павловскому можно считать:

при R<1.0 м

при R> 1.0 м

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле:

,

где - смоченный периметр, м

для трапецеидального русла

Модуль расхода

Расчетные формулы	Ед. изм.	Назначаемые и определяемые величины
	м	0.8	1.1	1.5
		2.8	4.34	6.82
	м	5.18	6.27	7.71
	м	0.54	0.69	0.89
		43.88	46.22	48.78
		90.29	166.82	314.08

 

 

Определение критической глубины

Критической глубиной называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

,

где Э – удельная энергия сечения, м.

где g – ускорение свободного падения, ; - площадь живого сечения при критической глубине, ; - ширина канала поверху при критческой глубине, м

 

0.3	0.83	3.2	0.18
0.7	2.35	4.4	2.95
0.9	3.29		7.12

 

 

Определение критического уклона

Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной , т.е. при соблюдении равенства:

Из этого равенства выражаем

Сравнивая критическую и нормальную глубину, критический и нормальный уклон, делаем вывод о состоянии потока.

>

<

Следовательно спокойное состояние потока.

 

Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего профиля (поперечного сечения)

Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется такой, у которого при заданной площади поперечного сечения , уклоне , шероховатости и коэффициенте заложения откоса пропускная способность оказывается набольшей.

Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего сечения относительная ширина определяется по формуле:

При заданной площади живого сечения и уклона расход , средняя скорость течения , гидравлический радиус будут наибольшим, а смоченный периметр - наименьшим. Гидравлический радиус трапецеидального канала при этом равен , т.е. равен половине глубины канала.

0,9	0.54	1.7	0,45	42.21	1.52
1.3	0.78	3.55	0.65	45.64	4.13
1.7	1.02	6.07	0,85	48.31	8.55

 

 

 

Определение скорости течения в канале

 

Средняя скорость по живому сечению в канале, определяется из формулы:

где - площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.

- гравелистые и песчано-гравелистые грунты

- каналы в плотном гравии, плотной земле, затянутые илистой пленкой

<

<

Следовательно, канал не нуждается в дополнительном креплении.

 

 

Быстроток

При значительных расходах воды, больших уклонах и наличии в воде твердых включений при благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклоненного лотка, наиболее целесообразны быстротоки

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического ( > )

 

 

 

Входная часть быстротока в этом случае представляет собой участок сужения с прямолинейными в плане боковыми стенками, сопрягающий подводящий канал с водоскатом. Ширину лотка быстротока рекомендуют принимать ширины подводящего и отводящего каналов. Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) принимается равной критической , а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате глубина на изломе дна равна

Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения ()

При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется вводно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчетах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока приближенно определяется по формуле:

где а – коэффициент аэрации, зависит от значения уклона быстротока

 

Для прямоугольного сечения

где - удельный расход,

где - ширина лотка быстротока, принятая равной ширине понизу в подводящем канале

 

Отводящий канал

Для защиты от размыва низового откоса земляного полотна дороги и выходной части водопропускного сооружения часто устраивают водоотводные искусственные русла, по своей конструкции мало отличающиеся от подходных русел. Вода, выходящая из отверстия сооружения, часто обладает еще большой энергией, т.е. повышенной против его естественного состояния разрушительной силой.

Мерами против размывов водоотводных русел, т.е. способами гашения энергии водного потока, являются: рассеивание энергии потока в самом сооружении; сосредоточенное гашение энергии потока на выходе из трубы; укрепление отводных русел.

 

Расчет водобойного колодца

 

Гашение энергии в водобойном колодце осуществляется затоплением гидравлического прыжка, образующимся в колодце при выходе потока с быстротока.

Расчет гасителя энергии за быстротоком сводится к определению глубины и длины водобойного колодца

где - коэффициент запаса (1,05-1,10)

 

Т.к. расхождение между и менее 5%, то принимаем за сжатую глубину

Первая сопряженная глубина

Вторая сопряженная глубина

так разница больше 5% считаем дальше

Принимаем d=d =0.76м

Длина водобойного колодца

 

 

Литература

1 Методические указания к курсовой работе и практическим занятиям по гидравлике для студентов факультета АДМ: Омск, СибАДИ 2002

Введение

Из года в год расширяется строительство автомобильных дорог в различных регионах нашей страны, отличающихся климатическими, рельефными и гидрологическими особенностями. Современная автомобильная дорога представляет собой сложное инженерное сооружение. При проектировании автодорог большое внимание уделяют вопросам обеспечения устойчивости земляного полотна, необходимым условием которого является организация водоотводных и водопропускных сооружений.

Основными нормативными документами при проектировании водоотводных сооружений являются:

1) СНиП 2.05.02-85

2) СНиП 2.05.03-84

3) СНиП 2.01.14-83

4) ВСН 63-76

Цель работы – получение навыков по гидравлическим расчетам.

Курсовая работа предусматривает расчет канала (при равномерном движении потока), быстротока, гасителя энергии, многоступенчатого перепада.

 

 

Исходные данные

Вариант №0/8

- расход, м³/с =5,7

- ширина канала по низу, м = 2,3

- уклон подводящего канала =0,001

- уклон быстротока =0,20

- уклон отводящего канала =0,0036

- длина быстротока, м =35

- высота перепада, м =2,5

- коэффициент заложения откоса канала =1,5

- коэффициент шероховатости стенок канала =0,0200

Гидравлический расчет водопропускных сооружений

Подводящий канал.

 

Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, и подведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.