К.т.н. Шинибаев А.Д., д.т.н. Касымбеков Ж.К.

                Казахский национальный технический университет  им.К.И.Сатпаева

 

Изучение  размеров воронки размыва за многопролетным шлюзом-регулятором в зависимости

 от состояния потока

 

В целях  установления влияния режимов работы сооружений на размеры воронки размыва были исследованы различные варианты симметричной и несимметричной работы трехпролетного сооружения на модели с размываемым отводящим руслом /1/. Это связано с тем, что местный размыв берегов русла представляет собой одно из наибо­лее сложных русловых явлений. Прогнозирование ширины воронки paзмыва имеет определяющее значение для определения  возможности повреж­дения и прорыва дамб канала за сооружением.

  При исследовании, расход на единицу   ши­рины открытого пролета был принят равным удельному расходу всех пролетов и пропуске максимального рас­хода, т.е.  q=0,27л/с. Глубина потока в нижнем бьефе во всех опытах  равнялась hнб  =9,5 см, а глубина в верхнем бьефе -hвб =11 см. Продолжительность каждого опыта составляла 6–7 часов.

Эпюры распределения скоростей в плане на глубине 0,4 hнб и поперечные профили русла за креплением в створах  с наибольшим размывом дна (круглые точки) и боковых откосов (треугольные точки), построенные по результатам опытов, приведены на рисунках 1–8.

Как видно из этих данных, при работе сооружения всеми пролетами в указанных выше условиях, удельные расходы в конце крепления нижнего бьефа распределяются равномерно и глубина размыва, как по дну,  так и на откосах составляет не больше  2см, что в пересчете в натуру равна около 98 см.(рис.1,а).При симметричном сжатии потока сооружением в плане (при перекрывании  центрального пролета и работе крайними) глубина размыва по дну уменьшается, а на боковых откосах  увеличивается. (рис.1,б).

В конце крепления удель­ные расходы концентрируются в центральной части русла и распреде­ляются равномерно по сечению на расстоянии 70-80 см от конца крепления. Сбойное течение, т.е. искривление динамической оси потока, при этом не наблюдается. Глубина воронки в створе с наибольшим размывом по дну составляет около 3 см, а ширина воронки в створе с наибольшим размывом боковых откосов равна 2,5 см. (рис.1,б).

Степень расширения потока на дне русла для ство­ра  I-I,  расположенного на расстоянии 5 см от конца крепления составляет  h=в/втр=2,5.

а)

 

 

 

 

б)

 

 

в)

 

 

 

а – при работе сооружения всеми пролетами; б – при работе с двумя крайними пролетами ; в – с центральным пролетом.       

Рис. 1 – Поперечные профили русла в сечении с наибольшим размывом дна (круглые точки) и откосов (треугольные точки)

Сосредоточение удельных расходов в конце крепления у левого бе­рега приводит к увеличению воронки размыва до 3,2см на дне и до 4,5см (по вертикали) на откосе отводящего русла, а ширина планового размыва доходит до 8см. Поперечные профили русла на расстоянии 10см (круглые точ­ки) и 46см (треугольные точки) от конца крепления нижнего бьефа показаны на рис.1,в., следовательно глубина размыва при  центральном пролете происходит по дну и по бокам почти равномерно.

Таким образом, симметричное сжатие потока сооружением с боков при сопряжении бьефов участком сбойного течения приводит к размыву преимущественно  берегов отводящего русла.

При несимметричном сжатии потока в плане, т.е. при работе сооружения одним крайним пролетом степень расширения потока в конце крепления равна h=в/втр=2,25.Полное расширение потока в плане и распределение удельных расходов по ширине русла близкое к равномерному, наблюдается в створе расположенном на расстоянии 200-205см от конца крепления нижнего бьефа.

Наибольшая глубина размыва на две русла равна 3,5см и на откосе (по вертикали) 4,5см. Поперечные профили русла на расстоянии 5см (круглые точки) и 31см (треугольные точки) от конца крепления показаны на рис. 2,а.

а)

 

 

 

 

 

 

б)

а) – при работе сооружения одним крайним пролетом.

б) – при работе двумя крайними пролетами.

Рис. 2 – Поперечные профили русла за креплением

 

Как видно из рисунка 2,при равной глубине в отводящем канале, расходе в ширине потока на выходе из сооружения, работа его крайним пролетом приво­дит к большему размыву боковых откосов, чем при работе сооружения центральным пролетом.

При несимметричной работе четырехпролетного сооружения двумя крайними пролетами степень расширения потока в конце крепления приблизительно равна степени сжатия потока сооружением по дну h=в/втр=1,7. Наибольшая глубина воронки размыва по дну при этом равна 3,5см, а на откосе 4,0 см. Ширина воронки по зеркалу доходит до 75см (рис.2,б). Равномерное распределение удельных расходов по сечению наблюдается на расстоянии 185 см от конца крепления.

Наибольший размыв по дну имеет место на расстоянии 12см, наибольший плановый размыв на расстоянии 50см от конца крепления нижнего бьефа.                                    

      Найболее характерные эпюры распределения средних по глубине скоростей в плане при работе сооружения двумя крайними пролетами и центральным пролетом показаны на рисунках 3 и 4.

Рис. 3 – Эпюра распределения скоростей в плане за креплением нижнего бьефа при работе сооружения двумя крайними пролетами

                              

Рис. 4 – Эпюра распределения скоростей в плане при работе сооружения центральным пролетом

 

Результаты этих опытов хорошо сходятся с данными Н.Н.Суровой/2/.

Выводы:

1. При равной глубине в отводящем канале, расходе в ширине потока на выходе из сооружения, работа крайними пролетами приво­дит к большему размыву боковых откосов, чем при работе сооружения центральным пролетом.

2. При симметричной работе сооружения сте­пень расширения струи в конце крепления несколько больше, а длина  участка сопряжения и значения донных осредненных скоростей меньше, чем в случае несимметричной работы.

3. При симметричной работе  сооружений и отсутствии сбойного течения в нижнем бьефе происхо­дит в основном размыв дна русла и частично одного из берегов русла.

Несимметричная работа трехпролетного сооружения (одним или двумя пролетами), а так же симметрич­ная работа при образовании сбойного течения в нижнем бьефе сопро­вождается размывом одного из берегов и дна русла, при этом глубина размыва боковых откосов больше глубины размыва дна русла.

Литература:

1. Шинибаев А.Д. Влияния конструкции сооружения и условий их эксплуатации на размыв русла// 2-я Центрально-Азиатская международная конференция. Тезисы докладов. - Алматы, 2001.

2. Сурова Н.Н., Двухпролетный выпуск в русле трапециедального сечения // Труды САНИИРИ. - Ташкент, 1976.