Báo cáo khoa học: "Tính xói d-ới cầu đối với dòng chảy không cuốn theo bùn cát "

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo trình bày nguyên lý ứng tiếp giới hạn để tính xói d-ới cầu đối với dòng chảy không cuốn theo bùn cát khi độ dốc đáy nhỏ hơn độ dốc phân giới ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Tính xói d-ới cầu đối với dòng chảy không cuốn theo bùn cát "

TÝnh xãi d−íi cÇu ®èi víi dßng ch¶y kh«ng cuèn theo bïn c¸t TS. trÇn ®×nh nghiªn Bé m«n Thuû lùc - Thñy v¨n - §H GTVT Tãm t¾t: B¸o c¸o tr×nh bμy nguyªn lý øng tiÕp giíi h¹n ®Ó tÝnh xãi d−íi cÇu ®èi víi dßng ch¶y kh«ng cuèn theo bïn c¸t khi ®é dèc ®¸y nhá h¬n ®é dèc ph©n giíi (i0 < ic). C«ng thøc xuÊt ph¸t tõ nguyªn lý do t¸c gi¶ ®Ò nghÞ lμ mét c«ng cô h÷u Ých cho kü s− cÇu ®−êng gi¶i quyÕt vÊn ®Ò c«ng tr×nh v−ît s«ng suèi. Summary: The equylibrium clear-water localized depth at briged stream crossings estimated by equating bed shear stress to the critical shear stress for particles on streamwise bed slope less than critical slope (i0 < ic). Formula proposed by the writer is an effective device for engineering engineers for solving bridged stream crossings. phÇn cã cïng ®é nh¸m) ®Ó x¸c ®Þnh l−u l−îng 1. Giíi thiÖu thiÕt kÕ toµn mÆt c¾t. Trong bµi b¸o [1] vµ [2] t¸c gi¶ ®· tr×nh 2. X©y dùng biÓu thøc bµy c¬ së rót ra ®iÒu kiÖn ph©n giíi ®èi víi sù ¸p dông nguyªn lý øng suÊt tiÕp dßng khëi ®éng cña h¹t ë ®¸y dßng ch¶y khi ®¸y ch¶y ë [1] th× tèc ®é ®éng lùc øng víi tr¹ng b»ng vµ ®¸y cã ®é dèc nhá h¬n ®é dèc ph©n th¸i khëi ®éng cña h¹t lµ: giíi (i0 < iC) theo nguyªn lý øng suÊt tiÕp ph©n giíi kh«ng ®¬n vÞ τ ∗c , ®ång thêi còng chØ ra u * c = 0,2 Δgd 50 (1) c«ng thøc tèc ®é ph©n giíi trung b×nh Vc khi sö dông quan hÖ vÒ nh¸m n víi ®−ßng kÝnh h¹t Khi tèc ®é ph©n phèi theo chiÒu s©u lµ trung b×nh d50 theo STRICKLER vµ c«ng thøc quy luËt logarÝt th× tèc ®é trung b×nh mÆt c¾t lµ: x¸c ®Þnh xãi d−íi cÇu ®èi víi dßng ch¶y kh«ng Vc h cuèn theo bïn c¸t ®èi víi tõng ®−êng thuû trùc = 5,75 lg(5,53 tb ) (2) u *c d 50 nhê vµo quan hÖ gi÷a l−u l−îng thuû trùc vµ vµ l−u l−îng trung b×nh: thay (1) vµo (2) rót ra: hi 5 / 3 q i = q tb ( ) h tb Vc = 1,15 Δgd lg(5,53 h tb (3) ) d 50 Bµi b¸o nµy còng xuÊt ph¸t tõ nguyªn lý BiÕt r»ng: øng suÊt tiÕp ph©n giíi τ ∗c , song sö dông τ c ρgh tb J quan hÖ ph©n phèi tèc ®é theo quy luËt logarÝt u∗c = = 2 ρ ρ x¸c ®Þnh tèc ®é Vc, sö dông nh¸m t−¬ng ®−¬ng ntd toµn mÆt c¾t (hay l−u l−îng tõng
trong ®ã τc lµ øng suÊt tiÕp khëi ®éng cña h¹t Thay (8) vµo (6b) ta cã tèc ®é trung b×nh mÆt c¾t t−¬ng øng víi tr¹ng th¸i khëi ®éng cña ë ®¸y dßng ch¶y, hay: h¹t: 2 u∗c hJ = tb (4) Δgd 50 Δd 50 Vc = 18 lg(0,365 / J) h tb J (9) tõ (4) rót ra ®−êng kÝnh h¹t t−¬ng øng víi L−u l−îng thiÕt kÕ khi kh«ng ®o trùc tiÕp tr¹ng th¸i khëi ®éng cña h¹t [1] lµ: tèc ®é, ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−−ong ph¸p h×nh th¸i, b»ng tæng l−u l−îng cña tõng phÇn mÆt d 50 = 15,152h tb J (5) c¾t cã ®é nh¸m gièng nhau. thay (5) vµo (3) ta ®−îc: Q = Vω = ∑ Vi ωi (10) ⎛ ⎞ h Vc = 1,15 Δg 15,152h tb J lg⎜ 5,53 tb ⎟ Víi gi¶ thiÕt ®é dèc cña tõng phÇn mÆt ⎜ ⎟ ⎝ d 50 ⎠ c¾t b»ng ®é dèc chung toµn dßng ch¶y: Ji =J ω hay: vµ R = , tèc ®é theo Maning th× ®é nh¸m p h tb Vc = 14 Δh tb J lg(5,53 t−¬ng ®−¬ng toµn mÆt c¾t lµ: (6a) ) d 50 pR 5 / 3 n td = (11) ρh − ρn PR5/ 3 Th«ng th−êng Δ = = 1,65 do ®ã: ∑ i ni ρn i h tb Vc = 18 h tb J lg(5,53 thay (11) vµo (10) ta cã l−u l−îng thiÕt kÕ: (6b) ) d 50 1 Q= ωR1/ 6 RJ (12) So s¸nh víi c«ng thøc Sªdi (Chezy): n td V = C h tb J L−u l−îng nµy ch¶y qua mÆt c¾t d−íi cÇu, do ®ã: th×: 1 Q= h tb L oc h1/ 6 h tb J (13) h tb C c = 18 lg(5,53 tb ) n td (7) d 50 hay: Sö dông quan hÖ (5) th× (7) ®−îc viÕt l¹i: 1 7/6 Q= C c = 18 lg(0,365 / J) (14) h tb L oc h tb J (8) n tb BiÓu thøc (8) cho thÊy hÖ sè Sªdi øng víi Thay Vc ë (9) vµo (13) rót ra chiÒu s©u tr¹ng th¸i khëi ®éng cña h¹t phô thuéc vµo ®é xãi trung b×nh d−íi cÇu: dèc dßng ch¶y J, vµ kh«ng cßn xuÊt hiÖn ®−êng kÝnh h¹t t−¬ng øng víi tr¹ng th¸i khëi ®éng cña h¹t. J ®−îc x¸c ®Þnh nh− lµ ®é dèc mÆt n−íc t−¬ng øng víi lò thiÕt kÕ.
Δω lµ diÖn tÝch gi÷a hai ®−êng thuû 2/3 ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ trùc; n td Q =⎜ ⎟ (15) h xtb ⎜ ⎟ 0.365 ⎜ L oc 18 lg J⎟ Vhtb lµ tèc ®é trung b×nh cña hai ⎝ ⎠ J ®−êng thuû trùc giíi h¹n Δω ; Thay l−u l−îng Q ë c«ng thøc (12) vµo Vh min c«ng thøc (15) th× chiÒu s©u xãi trung b×nh k lµ hÖ sè phô thuéc vµo ; Vh max d−íi cÇu lµ: Vhmin vµ Vhmax lµ gi¸ trÞ nhá vµ lín cña 2/3 ⎛ ⎞ ωR 7 / 6 =⎜ ⎟ tèc ®é ë hai ®−êng thuû trùc giíi h¹n h xtb (16) ⎜ n L 18 lg(0,365 / J) ⎟ Δω . ⎝ ⎠ td oc L−u l−îng chung: Theo (16) ta vÏ ®−êng xãi chung ë mÆt c¾t d−íi cÇu. NÕu l−u l−îng ®−îc ®o trùc tiÕp Q = ∑ k i ωi Vhtbi (20) th× tÝnh l−u l−îng tæng b»ng tæng l−u l−îng th«ng qua tõng phÇn mÆt c¾t, l−u l−îng tõng Gi¸ trÞ ki cho trong b¶ng 1. phÇn mÆt c¾t ®−îc x¸c ®Þnh theo quan hÖ. B¶ng 1 b ΔQ = ∫ Vhhdx B¶ng cho k trong c«ng thøc (20) (17) 0 Vhmin/Vhmax k Vhmin/Vhmax k trong ®ã: 0,00 - 0,17 0,75 0,72 - 0,74 0,88 Vh lµ tèc ®é trung b×nh thuû trùc; 0,18 - 0,3 0,76 0,75 - 0,77 0,89 h lµ chiÒu s©u dßng ch¶y. 0,31 - 0,36 0,77 0,78 - 0,79 0,90 Cho r»ng h vµ Vh thay ®æi trong ph¹m vi chiÒu réng côc bé b, ®ång thêi gi¶ thiÕt quan 0,37 - 0,42 0,78 0,80 - 0,81 0,91 hÖ cña ®é s©u dßng ch¶y trong ph¹m vi b lµ tuyÕn tÝnh th×. 0,43 - 0,46 0,79 0,82 - 0,84 0,92 h2 − h1 h = h1 + ( 0,47 - 0,50 0,80 0,85 - 0,86 0,93 (18) )x b 0,51 - 0,53 0,81 0,87 - 0,88 0,94 1 2 / 3 1/ 2 X¸c ®Þnh Vh = = ah 2 / 3 th×: hJ n 0,54 - 0,57 0,82 0,89 - 0,90 0,95 b h 2 − h1 5 / 3 ΔQ = a∫ (h1 + ( 0,58 - 0,60 0,83 0,91 - 0,92 0,96 )x) dx b 0 0,61 - 0,64 0,84 0,93 - 0,94 0,97 ΔQ = kΔωVhtb (19) 0,65 - 0,66 0,85 0,95 - 0,96 0,98 trong ®ã: 0,67 - 0,69 0,86 0,97 - 0,98 0,99 1 a = J1/ 2 ®−îc coi lµ h»ng sè; n 0,70 -0,71 0,87 0,99 - 1,00 1,00
Q 3. Tr×nh tù tÝnh xãi q tb = (24) L oc - C¨n cø vµo sè liÖu kh¶o s¸t t¹i vÞ trÝ dù ®Þnh lµm cÇu tÝnh tèc ®é khëi ®éng cña h¹t 4. KÕt luËn theo (9): - Ph−¬ng ph¸p kiÕn nghÞ cã c¬ së lý 0,365 Vc = 18 lg h tb J thuyÕt vµ thùc nghiÖm rót ra øng suÊt tiÕp khëi J ®éng tõ biÓu ®å Shields vµ quy luËt ph©n phèi - TÝnh tèc ®é trung b×nh dßng lò t−¬ng tèc ®é theo quy luËt logarÝt. øng víi lò thiÕt kÕ, nÕu Vlò < Vc th× dßng ch¶y - Ph−ong ph¸p nªu ra ®èi víi hai tr−êng lµ dßng n−íc trong. hîp x¸c ®Þnh l−u l−îng lµ ph−¬ng ph¸p h×nh th¸i mÆt c¾t th«ng qua ®é nh¸m t−¬ng ®−¬ng - Gi¶ ®Þnh Lc, tõ ®ã cã chiÒu dµi tho¸t vµ ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh theo l−u l−îng trùc n−íc d−íi cÇu Loc. tiÕp th«ng qua ®o tèc ®é dßng ch¶y hay x¸c - X¸c ®Þnh vµ x©y dùng ®−êng xãi chung ®Þnh l−u l−îng dùa vµo l−îng m−a vµ diÖn tÝch theo (16). l−u vùc (ph−¬ng ph¸p m−a rµo dßng ch¶y). - NÕu l−u l−îng lµ l−u l−îng thùc ®o theo - Ph−¬ng ph¸p ®· ®−a ra c«ng thøc x¸c (20) th× tÝnh vµ vÏ ®−êng xãi chung d−íi cÇu ®Þnh tèc ®é khëi ®éng cña h¹t t−¬ng øng víi theo biÓu thøc sau: ®−êng kÝnh h¹t ë cïng mét tr¹ng th¸i khëi ®éng. ChiÒu s©u xãi chung trung b×nh: - Ph−¬ng ph¸p tr×nh bµy tr−íc hÕt ®−îc Q = ¸p dông cho ®Þa chÊt lµ ®ång nhÊt, ®èi víi ®Þa h xtb (21) 0,365 1/ 2 chÊt lµ kh«ng ®ång nhÊt th× cã thÓ tham kh¶o h xtb J L oc 18 lg J ë môc [1] vµ [2]. hay - Ph−¬ng ph¸p cã thÓ ¸p dông cho tr−êng hîp b¶o toµn chiÒu réng b·i s«ng d−íi 2/3 ⎡ ⎤ cÇu vµ x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng xãi cña b·i s«ng ⎢ ⎥ Q =⎢ ⎥ (22) h xtb d−íi cÇu ®èi víi cÇu qua lßng s«ng lµ n−íc ⎢ L 18 lg 0,365 J ⎥ ®ôc. ⎢ oc ⎥ ⎣ ⎦ J NÕu l−u l−îng cña ®−êng thuû trùc thø i Tµi liÖu tham kh¶o quan hÖ víi l−u l−îng thuû trùc trung b×nh [1] T. §. Nghiªn. C«ng thøc x¸c ®Þnh chiÒu s©u xãi h chung d−íi cÇu víi dßng ch¶y n−íc trong - theo biÓu thøc q i = q tb ( i ) 5 / 3 th× chiÒu s©u h tb kh«ng t¶i phï sa. T¹p chÝ KHGTVT sè 1, 11/2002. xãi ®èi víi ®−êng thuû trùc thø i: [2] T. §. Nghiªn. C«ng thøc míi dù ®o¸n xãi n−íc 2/3 ⎡ q (h / h ) 5 / 3 ⎤ trong (kh«ng t¶i bïn c¸t) d−íi cÇu. T¹p chÝ h xi = ⎢ tb i tb ⎥ (23) ⎢18 lg(0,365 / J) J ⎥ GTVT, 6/2003. ⎣ ⎦ [3] T. §. Nghiªn. S¸ch thuû v¨n cÇu ®−êng. Tr−êng trong ®ã: §HGTVT, 1983