Высота наката волны на откос

Учитывая недопустимость перелива воды через гребень земляной плотины, отметку его прежде всего определяют по высоте наката ветровой волны на откос (рис. 27). Преуменьшение значения высоты наката волны может привести к переливу воды через гребень, а затем и деформации его, а излишний запас дает неоправданное увеличение объема земляных работ по плотине.

Высота наката волны на откос зависит от параметров волны, крутизны откоса, наличия берм, шероховатости и непроницаемости откоса, а также угла подхода волны. Для определения высоты наката волны на откос


Рис. 27. Схема наката волны на откос

существует ряд эмпирических формул, по-разному учитывающих перечисленные факторы. Из числа наиболее распространенных можно отметить следующие.

1.  Формула Н. Н. Джунковского:

(70)

где коэффициент k, характеризующий шероховатость откоса, принимается для гладких поверхностей (бетонных плит и мостовой) равным единице, а для каменной наброски k = 0,77.

2.  Формула Б. А. Пышкина:

(71)

где п - коэффициент шероховатости по шкале Гангилье-Куттера;
m0 - так называемый виртуальный коэффициент откоса, зависящий от наличия бермы и коэффициента откоса (выше и ниже ее); определяется по формуле:

(72)

где    b - ширина бермы;          
s - глубина воды над бермой;
m1 - коэффициент, заложения откоса ниже бермы;
m2 - то же, выше бермы.

Для прямолинейного откоса без берм значение виртуального откоса будет  равно   действительному   заложению.

3. Формула А. Г. Сидоровой:

(73)

Влияние шероховатости и проницаемости покрытия откосов в формуле А. Г. Сидоровой учитывается путем введения в формулу (73) экспериментального коэффициента:

(74)

где    е - основание натуральных Логарифмов;
- абсолютная шероховатость, равная нулю для гладких непроницаемых откосов; для каменной наброски может быть принята равной размеру камней, преобладающих в покрываемом слое; для наброски из массивов равна меньшему измерению массива.

4.  Формула П. А. Шанкина

(75)

Значение коэффициента Ко, учитывающего шероховатость и проницаемость крепления откоса, для различных типов покрытия, приведено ниже:

наброска из колотых камней.............         0.72
наброска из округлых камней   .............    0.82
наброска из разных камней...............         0,77
мостовая или плотная укладка ..............    1,00
бетонное покрытие из отдельных плит …1,25
сплошное непроницаемое покрытие …… 1,40

В формуле П. А. Шанкина может быть учтено влияние берм на высоту наката волны введением коэффициента Кб, который вычисляется по формуле:

(76)

где обозначения те же, что и в предыдущих формулах, а Н, - глубина воды у основания откоса. При отсутствии берм, как это следует из формулы (76), значение

5.  Формула СН 92-60

(77)

где      kш - коэффициент, зависящий от типа покрытия откоса, приведен ниже:

сплошное непроницаемое гладкое покрытие
(асфальтобетон)..................................................         1
бетонное покрытие.................................................     0,9    
мостовая (каменная кладка)................................    0,75 -  0,80
наброска из округлых камней   (булыжник)….     0,60-0,65
наброска из рваного камня…………………....        0,55
наброска из массивов.........................................        0,5

Значения высоты наката волн на откосы по приведенным формулам, вычисленные при одних и тех же исходных данных, дают заметное расхождение. Это можно объяснить структурой формул, которые в одних случаях учитывают факторы крутизны волны, а в других нет. Кроме того, сказываются условия проведения опытов, на основе которых получены формулы. Расхождения в высоте наката становятся особенно заметными с увеличением высоты волны. Наибольшее расхождение дают формулы Н. Н. Джунковского и Б. А. Пышкина, причем по первой формуле получаются заниженные значения, а по второй завышенные. Две формулы -СН 92- 60 и П. А. Шанкина - практически дают одинаковые результаты в любом диапазоне крутизны волн. Высота наката волн по формуле А. Г. Сидоровой незначительно отклоняется от результатов, полученных по формулам СН 92-60 и П. А. Шанкина, но учет влияния шероховатости и проницаемости по ней затруднителен как по технике вычисления, так и по некоторой неопределенности при подстановке размера абсолютной шероховатости.

Формулы СН 92-60 и П. А. Шанкина полнее учитывают факторы, от которых зависит высота наката волны на откос, по сравнению с другими формулами и в то же время дают близкое совпадение вычисленных значений hн наблюденными величинами. Поэтому для водохранилищ малой и средней протяженности высоту наката волны рекомендуется определять по этим формулам (последняя из них удобна еще и тем, что она учитывает влияние берм на высоту наката).

При накате волны на откос скорости потока воды имеют переменное значение. Для ряда характерных точек по откосу, которыми являются точки В, 1, 2 и3 могут   быть   вычислены   значения   скоростей,   а   по ним построена эпюра (рис. 28).


Рис. 28  Эпюра скоростей по откосу

Изменение скоростей между характерными точками принимают по линейному закону.

Максимальная скорость соответствует точке В,положение которой определится координатами хВ и уВ (рис. 22). Значение скорости в этой точке находят по формуле 46. Для точки 1, расположенной на откосе при пересечении со статическим уровнем воды, скорость равна

(78)

где   kш - то же, что и в формуле (77).

В точке 2, положение которой определяется высотой наката волны, скорость равна нулю. Промежуточные значения скоростей между точками 1 и 2, исходя из линейного характера их распределения, находят по формуле:

(79)

где l - расстояние по откосу вверх от статического уровня.

Как видно из формулы (79), при l =0 скорость равна VI и определится по формуле (78), а в точке 2 скорость равна нулю.

Положение точки 3, ниже которой происходит значительное уменьшение скоростей на откосе, вычисляют по формуле:

(80)

где H1 отсчитывают от статического уровня.

Скорость в точке 3 равна,

(81)

где   п - коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения  

Скорости ниже точки 3 по откосу определяются также по формуле (81) с подстановкой в нее вместо H1 величины H, отсчитываемой от статического уровня. Совершенно очевидно, что H должно быть больше, чем H1.

Эпюра скоростей по откосу в момент удара волны может быть построена при любом статическом уровне воды в водохранилище, причем параметры волн при подстановке в формулы должны соответствовать принятому расчетному уровню воды. Эпюра волновых скоростей для минимального уровня воды в водохранилище позволит определить нижнюю границу крепления, исходя из допустимых неразмывающих скоростей для неукрепленного грунта откоса. Значение допустимых неразмывающих скоростей берется из таблиц или графиков, один из которых (для песчаных грунтов) приведен на рисунке 29.


Рис. 29.  График начальной   размывающей   волновой   скорости  для   несвязного грунта