 |
Определение нормальной глубины
|
|
|
|
Содержание
Введение. 4
1. Исходные данные 5
1.1. Общие замечания к исходным данным 5
1.2. Исходные данные по вариантам 6
2. Гидравлический расчет водопроводящнх сооружений 6
2.1. Подводящй канал. 6
2.1.1. Определение нормальной глубины 7
2.1.2. Определение критической глубины 9
2.1.3. Определение критического уклона. 11
2.1.4. Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего профиля
(поперечного сечения) 12
2.1.5. Определение скорости течения в канале 14
2.2. Быстроток. 14
2.2.1. Определение критической глубины 17
2.2.2. Определение критического уклона 17
2.2.3. Определение нормальной глубины 17
2.2.4. Расчет кривой свободной поверхности на быстротоке 17
2.2.5. Построение кривой свободной поверхности на водоскате
быстротока 20
2.3. Отводящий канал 21
2.3.1. Определение гидравлических характеристик потока 22
2.3.2. Расчет гидравлического прыжка 22
2.3.3. Расчет водобойного колодца 24
2.4. Многоступенчатый перепад 25
3. Укрепление русла 27
Список литературы 29
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, предназначенное для интенсивного движения транспортных средств с большими скоростями при обеспечении безопасности движения. Для этого при проектировании автомобильных дорог большое внимание уделяют опросам обеспечения устойчивости земляного полотна, необходимым условием которого является организация водоотводных и водопропускных сооружений.
Основными нормативными документами при проектировании водоотводных сооружений являются:
|
|
|
1) строительные нормы и правила. Автомобильные дороги (СНиП 2.05.02-85);
2) строительные нормы и правила. Мосты и трубы (СНиП 2.05.03 -84);
3) строительные нормы и правила. Определение гидрологических характеристик (СНиП 2.01.14 - 83);
4) инструкция по расчету стоков с малых бассейнов (ВСН 63 - 76).
Предлагаемое пособие содержит описание выполняемых студентами домашних заданий. Цель работы - получение навыков по гидравлическим расчетам.
Домашние задания предусматривают расчет целого комплекса взаимосвязанных сооружений: канала (при равномерном движении потока), быстротока, гасителя энергии, многоступенчатого перепада. При расчете перечисленных сооружений необходимо решить много побочных вопросов, а именно: исследование дифференциального уравнения неравномерного движения жидкости, построение кривой свободной поверхности, необходимость гасителя энергии и т.д.
Из вышеизложенного следует, что выполнение домашних заданий требует знания практически всего курса гидравлики и закрепляет эти знания.
Домашние задания по курсу гидравлики должны быть изложены в виде отдельных пояснительных записок (формат записки - стандартный лист писчей бумаги А4). Записка должна иметь титульный лист. После титульного листа в записке помещаются исходные данные, затем (на отдельной странице) оглавление, в котором необходимо перечислить наименования отдельных разделов и параграфов записки и указать страницы.
Записка должна быть написана чисто, разборчиво и иметь поля у корешка для замечаний преподавателя при проверке работы. Все мысли надлежит излагать кратко, стремясь однако к тому, чтобы лицо, читающее записку, могло бы самостоятельно, без дополнительных разъяснений автора, разобраться во всем изложенном материале и понять происхождение любой приведенной в записке величины.
Формулы гидравлики, как и формулы других технических дисциплин, являются в большинстве своем приближенными, измерения гидравлических величин тоже. Поэтому нельзя приводить результаты с большей точностью, чем может дать точность исходной формулы и точность измерения соответствующих величин. Как правило, в гидравлических расчётах при вычислении тех или других чисел ограничиваются только тремя значащими цифрами, однако в ряде случаев приходится ограничиваться и меньшим числом значащих цифр (например, глубины и скорости потока вычисляются обычно с точностью до одного сантиметра).
|
|
|
В записке должны быть оговорены те расчетные графики и таблицы, которыми пользовались при расчете со ссылкой на литературный источник.
Все расчеты и решения обязательно иллюстрировать расчетными схемами. При использовании графических методов решения все графики выполнять на миллиметровой бумаге. По возможности расчеты представлять в виде таблиц, что очень удобно для анализа.
В пояснительной записке представить схему продольного профиля канала, быстротока, перепада, гасителя энергии с указанием уклонов, линий нормальных и критических глубин, с формированием кривой свободной поверхности на протяжении всего комплекса искусственных сооружений.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Общие замечания к исходным данным
а) вариант работы выбирается по последней цифре номера зачетной книжки студента, кроме уклона отводящего канала, который находится по предпоследней цифре номера зачетной книжки;
б) быстроток, перепад в гаситель энергии – прямоугольной формы, материал стенок – бетон (n = 0,014) [1,4,8];
в) длина каналов не ограничена;
г) буквенные обозначения исходных данных следующие:
Q 0 – расход, м3/ с; b – ширина канала понизу, м; i 01 – уклон подводящего канала; i 02 – уклон быстротока; i 03 – уклон отводящего канала; l – длина быстротока, м; P – высота перепада, м; m – коэффициент заложения откоса канала; n – коэффициент шероховатости стенок канала.
1.2. Исходные данные по вариантам
Исходные данные для курсовой работы выбираются по табл. 1.1.
Таблица 1.1
| № варианта | Обозначение величин | ||||||||
| Q 0 | b | i 01 | i 02 | i 03 | l | P | m | n | |
| 2,4 | 1,2 | 0,001 | 0,10 | 0,0020 | 2,0 | 1,5 | 0,0250 | ||
| 7,1 | 2,2 | 0,002 | 0,15 | 0,0025 | 2,5 | 2,0 | 0,0200 | ||
| 8,8 | 2,3 | 0,003 | 0,20 | 0,0036 | 2,3 | 3,0 | 0,0225 | ||
| 6,3 | 1,5 | 0,001 | 0,17 | 0,0016 | 3,0 | 1,5 | 0,0250 | ||
| 5,8 | 2,0 | 0,002 | 0,19 | 0,0025 | 3,2 | 2,0 | 0,0225 | ||
| 7,4 | 2,5 | 0,003 | 0,11 | 0,0036 | 2,8 | 3,0 | 0,0200 | ||
| 2,9 | 1,0 | 0,002 | 0,12 | 0,0025 | 2,5 | 1,5 | 0,0250 | ||
| 3,8 | 1,5 | 0,003 | 0,13 | 0,0036 | 3,0 | 2,0 | 0,0225 | ||
| 4,3 | 2,2 | 0,001 | 0,15 | 0,0015 | 2,5 | 3,0 | 0,0250 | ||
| 5,7 | 2,3 | 0,001 | 0,20 | 0,0015 | 2,5 | 1,5 | 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.
Расчет подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубины, критического уклона, анализа состояния потока, определению средней скорости и обоснованию укрепления русла. Кроме этого необходимо привести расчет гидравлически наивыгоднейшего профиля канала.
Определение нормальной глубины
Нормальная глубина h 0 – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [2,10].
Эта глубина никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому се также называют бытовой глубиной hб.
Основная расчетная формула - формула Шези:
Q 0 = ω · C ·, (2.1)
где ω – площадь живого сечения, м2; С – коэффициент Шези, м0,5/с;
R – гидравлический радиус, м; i 0 - уклон канала.
Для трапецеидального сечения (рис. 2.1)
ω = (b + m · h) · h, (2.2)
где h - глубина канала, м.
Рис. 2.1
Согласно рекомендациям [2.4] во всех случаях расчета каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Н.Н. Павловского:
С = · R y, (2.3)
где y = f (n, R).
Приближенно можно по Н.Н. Павловскому считать:
при R < 1,0 м у = 1,5, (2.4)
при R > 1,0 м y = 1,3. (2.5)
Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле
R =, (2.6)
где χ – смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определен
|
|
|
χ = b + 2 · h. (2.7)
Важным показателем при расчете является расходная характеристика (модуль расхода) К 0, м3/с:
К 0 =, м3/с. (2.8)
Расчет выполняют в следующем порядке:
а) определяем необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине h 01, вычисляя:
К 01 =;
б) задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин h 1, h 2, h 3, …, вычисляем соответствующие расходные характеристики К 1, К 2, К 3, … по формуле
К = ω · C ·. (2.9)
Для удобства расчет сводится в табл. 2.1.
Таблица 2.1
| Расчетные формулы | Ед. изм. | Назначаемые и определяемые величины | ||||
| h 1 | h 2 | h 3 | h 4 | h 5 | ||
| h ω = (b + m · h) · h χ = b + 2 · h R = ω/χ С = · R y К = ω · C · | м м2 м м м0,5/с м3/с | К 1 | К 2 | К 3 | К 4 | К 5 |
Примечание. Перед вычислением коэффициента Шези С необходимо определять числовое значение показателя степени у;
в) строим кривую K = f (h) по значениям глубин и
соответствующих расходных характеристик: h 1 → К 1, h 2 → К 2, h 3 → К 3, …
Масштаб для построения графика выбирается следующий: для оси глубин в 1 см по вертикали вкладывается 0,2 м (1:20), для оси расходных характеристик масштаб произвольный (рис.2.2);
г) на построенном графике по оси расходных характеристик откладываем числовое значение К 0, поднимаем вертикаль до пересечения с кривой К = f (h) и слева с оси глубин снимаем числовое значение, соответствующее нормальной глубине h 0 (рис.2.3).
 |
Рис. 2.2 Рис. 2.3
|
|
|
