Интенсивность гидравлического воздействия при распространении волн цунами на берегу

 

Последствия цунами – результат воздействия волн на берег и расположенные на нем объекты. Масштабы воздействий зависят от раз­рушительной силы волны, характера и природных особенностей берега и побережья, эффективности и своевременности предпри­нятых спасательных и других мер по снижению размеров ущерба. Сила воздействия цунами может быть снижена лесными массива­ми и пересеченным рельефом местности побережья. Хорошо защи­щены от цунами закрытые бухты, огражденные узкими скалисты­ми воротами, где во время цунами наблюдается лишь повышение уровня воды (бухты Авачинская, Владивостокская).

Наибольшему воздействию катастрофической волны подверже­ны равнинные побережья. При клинообразной в плане формы за­лива и рельефа прибрежной территории (например, в долине реки) высоты водяных валов сильно возрастают.

Основными разрушающими факторами при воздействии цуна­ми являются:

– гидростатическое давление;

– давление гидравлического потока;

– размывающее действие;

– транспортирующее действие.

Интенсивность гидравлического воздействия на сооружения можно оценить давлением гидравлического потока. Цунами сопро­вождаются мощными потоками воды по равнинным побережьям и долинам рек. Рассмотрим распространение цунами на берегу.

Глубину гидропотока у уреза воды ориентировочно можно при­нять равным:

 

, м,

(3.3)

 

где h₀ – высота волны цунами (табл. 3.1).

Давление гидравлического потока в основном зависит от скоро­сти потока по берегу. Скорость распространения потока у уреза воды приблизительно можно определить по формуле:

 

, м/с,

(3.4)

 

где 3 – коэффициент с размерностью, м^1/2/с.

Сопротивление движению потока в гидравлических расчетах учитывается коэффициентом шероховатости:

 

,

(3.5)

 

где i – уклон берега.

Дальность S _K распространения воды по берегу зависит от укло­на берега, шероховатости, а также глубины потока в конечной рассматриваемой точке. Хорошую сходимость по определению дальности распространения потока воды с натурными данными получают по формуле:

 

, м,

(3.6)

 

где h _K – глубина потока в конечной рассматриваемой точке;

n – коэффициент шероховатости.

Обычно принимают глубину, при которой ущерба практически не наблюдается (h _k=0,5 м).

Высота волны h на различных расстояниях S от берега может быть определена по формуле:

 

, м,

(3.7)

 

Скорость распространения гидравлического потока U, где вы­сота волны равна h, составляет:

, м/с,

(3.8)

 

где U _ур – скорость потока у уреза воды, м/с.

Приведенной методикой пользуются для прогнозирования воздействия цунами с известными характеристиками (зародившееся цунами).

Для заблаговременного прогнозирования используются, как правило, карты цунами районирования Дальневосточного побере­жья России. По этой карте принимают максимально возможные уровни воды и максимальные площади затопления прибрежных районов при воздействии цунами.

При прохождении гидравлического потока мимо здания возни­кает сложная картина взаимодействия. Поле давлений в основном зависит от параметров волны (глубины потока, скорости), разме­ров и ориентации объекта относительно фронта волны.

После достижения подходящей волной фронтальной стены в первый момент происходит удар о стену. На лобовую поверхность фронтальной стены действует давление Р:

 

, Па,

(3.9)

 

где P_s – среднее гидростатическое давление Па;

P_d – гидродинамическое давление Па.

Среднее гидростатическое давление может быть определено по формуле:

 

, Па,

(3.10)

 

где ρ – плотность воды ρ =1000, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

h – высота волны, м (формула 3.7).

Гидродинамическое давление определяется из выражения:

 

, Па,

(3.11)

 

где ρ – коэффициент лобового сопротивления (β =1.4);

U – скорость потока, м/с (формула 3.8).

Тогда выражение для определения давления потока на сооруже­ние будет иметь вид:

 

, Па,

(3.12)

 

Пример расчета.

Исходные данные:

– магнитуда землетрясения М = 8;

– расстояние до берега L = 500 км;

– средняя глубина океана Н = 4000 м;

– уклон берега N = 0,001.

Определить: давление гидропотока на здание на расстоянии S = 2 км от уреза воды.

Расчет:

1. По табл. 5.1. h₀ =6м;
2. 
3. Т = L/c = 500000/280 = 1786 с (30 мин);
4. h _ур=1,5 ^. h ₀=1,5 ^. 6 = 9м/с;
5. 
6. 
7. 
8. 
9. 
10. 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: