Сопряжение бьефов с отбросом струи для плотин на скальном основании

Гидравлический расчет сопряжения с отбросом струи сводится к выбору отметки носка и его очертания, отвечающих максимальной дальности полета струи, а также в определении зоны размыва и наибольшей возможной ее глубины (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема отброса струи в нижний бьеф с водосбросной плотины

Расстояние до центра воронки размыва можно определить по дальности полета струи:

,

(3.1)

где — скорость потока на сходе с носка, ( =0, 90 ÷ 0, 95 — скоростной коэффициент, — условно принимается как расстояние от горизонта верхнего бьефа до носка);

— угол наклона носка к горизонту, =10 ÷ 30°;

— высота уступа.

Для определения оптимальной длины отброса струи строят кривые дальности полета струи в зависимости от высоты носка для различных углов наклона в рекомендуемых пределах. При этом высоту уступа задают, начиная от максимального уровня нижнего бьефа.

Из графика 3.9, построенного по зависимости (3.1), можно увидеть, что дальность полета струи значительно возрастает с увеличением угла наклона, а влияние высоты уступа уменьшается при увеличении угла наклона носка. Можно отметить, что наибольшая дальность полета струи получается при наибольшем наклоне, а высота уступа по возможности намечается на 1 ÷ 3 м выше максимального уровня воды нижнего бьефа.

Рис. 3.9. Пример построения семейства графиков

Вторая часть гидравлического расчета состоит в определении размеров воронки. Проф. А. Н. Патрашев, рассматривая вертикально падающую струю, получил для несвязного грунта следующую зависимость:

,

где — расчетный удельный расход воды на водосливе;

— напор на плотину, исправленный на скорость подхода к гребню плотины;

— диаметр зерен грунта, меньше которых содержится 90 % по весу, мм.

При определении эквивалентной крупности грунта для скальных оснований можно придерживаться следующей последовательности:

1 Определить неразмывающую скорость грунта (Справочник по гидротехнике. М.: ВНИИ Водгео.— 1955 г.);

2 Считая, что размывающая скорость снижается при ударе струи под некоторым углом (25 ÷ 30°) к поверхности воды, определяют ее новое значение:

3 По принятой неразмывающей скорости определяют эквивалентную крупность несвязного грунта, соответствующую данной скорости.

После определения глубины воронки, задавшись величиной заложения откоса в пределах (2 ÷ 3), определяют расстояние от края воронки размыва до сооружения. Минимально допустимым предварительно можно считать расстояние 1, 5 B, где B — ширина плотины по основанию. Для принятия окончательного решения необходимо выполнить серию расчетов сооружения на глубинный сдвиг с заданными габаритами воронки размыва.