Введение к работе
Актуальность работы. При проектировании водохозяйственных и мелиоративных объектов и разработке природоохранных мероприятий возникают вопросы, связанные с расчетом и прогнозом устойчивости русел оросительных каналов и зарегулированных рек. В последнем десятилетии выполнялись прикладные исследования целевого совершенствования и развития методов расчета устойчивости русел водотоков, повышения научной обоснованности и надежности расчетов. По результатам этих исследований разработаны практические рекомендации по гидравлическому
расчету земляных русел и прогнозированию общих русловых деформаций. Несмотря на достигнутые успехи современные методы для решения прикладных (инженерных)'задач еще далеки от совершенства.
В натурных условиях на русловой процесс оказывают влияние многие факторы, такие как уклон, шероховатость русла и состав донных отложений, турбулентность и мутность потока и др. Более полный учет их является важной задачей.
Одним из таких малоизученных, но важных факторов, влияющих как на кинематику потока, так и на формирование рельефа водотока, является фильтрация грунтовых вод в русла каналов, рек через откосы.
Фильтрация грунтовых вод в русло приводит к нежелательным деформациям русла, к изменению его поперечного сечения и ухудшению условий эксплуатации всего комплекса гидротехнических сооружений. Таким образом, объектом исследования являются каналы, работающие на притоке воды извне, где наиболее опасна нормальная составляющая силы фильтрации, вызывающая отрыв частиц грунта по периметру русла.
В разделах гидравлики и динамики русловых потоков влияние
фильтрации наряду с турбулентными характеристиками потоков на
устойчивость русел водотоков рассмотрено недостаточно. Поэтому
необходимо рассмотреть механизм взаимодействия между потоком и руслом
при влиянии фильтрации в русло и. процесс развития русла, в, итоге
которого достигается „ соответствие между расходом руслового потока и
размерами поперечных сечений. .'.,
Изучение закономерностей эрозионных процессов невозможно не
только без учета показателей физико-механических свойств фунтов русла
водотоков, но и фильтрационных и кинематических характеристик
Фунтовых вод и водных потоков. Проблемой устойчивости земляных русел
в инженерных целях занимаются разделы отдельных отраслей наук -
гидравлика, механика грунтов, инженерная геология, гидрогеология,
динамика русловых потоков. Анализ современной "литературы позволяет
сделать вьгвод, что недостаточно полно рассмотрены вопросы, связанные с
взаимодействием потока и русла при наличии фильтрации б канал через его
откосы. Например, в механике грунтов рассматриваются условия
статической устойчивости откосов земляных сооружений, в том числе и
каналов, что не дает ответа на вопрос о динамической устойчивости, ибо не
учитывается фактор одновременного влияния фильтрации и руслового
потока в рамках гидравлического приближения на состояние устойчивости
русла. В гидравлике и инженерной гидрогеологии вопросы устойчивости
русел рек и каналов в основном рассмотрены без учета фильтрации в русло,
г-которая является одним из важных факторов, определяющих состояние
устойчивости русла.
Указанные выше обстоятельства диктуют необходимость проведения
исследований, направленных на изучение воздействия фильтрации в русло
и динамических характеристик потока воды на частицы грунта береговых
откосов водотока, а также разработку способа расчета устойчивости каналов
~к зарегулированных рек с учетом влияния фильтрации в русло через откосы. Целью диссертации является разработка способа расчета устойчивости каналов, зарегулированных рек, работающих на притоке воды извне, т.е. с учетом фактора одновременного влияния фильтрационного и руслового потока.
Для достижения поставленной цели рассмотрены и решены следующие задачи:
- разработка физической схемы и создание математической модели расчета гидравлических параметров и формы поперечного профиля русла канала при влиянии фильтрации в русло; /
- выполнение численных расчетов гидравлических параметров
канала, его равноустойчивого профиля, испытывающего влияние
фильтрации; сравнение ігх с данными экспериментов;
- разработка способа расчета гидравлических параметров каналов в
однородных несвязньк грунтах с учетом влияния фильтрации в русло
через откосы.
Решение перечисленных задач осуществлялось на основе анализа работ в области отдельных отраслей наук: гидравлики, механики грунтов, инженерной геологии, гидрогеологии, геомеханики, динамики русловых потоков, а также на основе экспериментальных исследований с использованием системного подхода при анализе данных численных экспериментов.
Защищаемые положения. На защиту выносятся:
формулы для расчета гидравлических параметров канала, зарегулированных рек, сложенных несвязными грунтами, при фильтрации в русло через откосы;
зависимость для построения поперечного профиля русел этих водотоков; ' *
- формула для расчета неразмывающей скорости при наличии
, фильтрации в руслр канала; . . . .
- способ расчета устойчивости каналов и зарегулированных рек при
наличии фильтрации через откосы.
Научная новизна заключается в том, что предложен способ для расчета гидравлических параметров каналов, зарегулированных рек, при фильтрации в русло через откосы;
- уточнены формулы для расчета гидравлических параметров канала,
сложенного однородными по крупности несвязными грунтами, а также
уравнение для построения равноустойчивого поперечного профиля русла
при влиянии фильтрации в русло;
- введен поправочный коэффициент, учитывающий фильтрацию грунтовых вод в русло при расчете гидравлических параметров канала, пределы его изменения для различных грунтов, слагающих русло;
- получена формула4 расчета коэффициента откоса русла при действии фильтрации грунтовых вод в канал;
- получено выражение для расчета неразмывающей скорости и на основе, перечисленных результатов разработан способ расчета гидравлических параметров водотока с учетом влияния фильтрации через откосы.
Практическая значимость работы. Разработанный способ расчета . устойчивости русел предназначен для использования при проектировании и эксплуатации объектов водохозяйственного и мелиоративного назначения.
Публикация работы. Содержание диссертации опубликовано в 3 статьях.
Реализация результатов исследований. Результаты диссертации использованы при разработке методических указаний по обоснованию природоохранных мероприятий в бассейнах малых рек РФ, а также при разработке проекта инженерной защиты г. Бабаево Вологодской области от паводковых вод р. Колпь.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на: заседании секции гидротехники и мелиоративного строительства Ученого Совета ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова, секции гидравлики, инженерной гидрологии (1995 г.), ПО "Совинтервод" (1994 г.), 1У конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних ,и окраинных морей" (1994 г.).
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 140 страниц содержит 105 страниц машинописного текста, 12 рисунков, 13 таблиц, список литературы в 120 наименований.
