книги / Местный размыв у опор мостов

Рис. 3.1. Кинематическая структура по­ тока у опоры по данным разных иссле­ довании:

принятая о работах [10. 11]; ж — А. Кпадарл

ций освещались вопросы кинематики набегающего на преграду потока (И. И. Агроскии [1]; И. А. Ярославцев [38]; А. М. Латышенков [20]; А. Ж. Тизои [64]; X. К. Лыо [49]; Ж. А. Маза-Аль- варес [51]; X. В. Шеи [61]; М. Бонаусондас [39]; Б. В. Мслвнлл [50] ; А. Квадар [54]; Г. С. Пичугов [28]. В части этих работ за­ дача исследования кинематики потока возле опоры ис стави­ лась, а фиксировалась лишь приблизительная картина распре­ деления струй при эксперименте главным образом в условиях размываемого и редко жесткого дна (рис. 3.1). В других рабо­ тах, однако, были выполнены подробные экспериментальные наблюдения и попытки теоретического обобщения. К последним относятся работы И. А. Ярославцева [38], А. М. Латышенкова {20], Л. Ж. Тизона [64], X. В. Шена [61], Ж- А. Маза-Альвареса [51] , М. Бонасоундаса [39], А. Квадара [54].

Обобщенный анализ перечисленных работ показывает, что при набеге потока на опору с верховой ее стороны образуется один или два объемных вихря с горизонтальными осями (ко­ личество вихрей зависит от скорости и глубины набегающего потока, и от формы передней части опоры). При двух вихрях верхний, противоположно вращающийся, вихрь смещен относи­ тельно нижнего в верховую сторону.

Описанное распределение струй возможно только в преде­ лах ширины опоры. За ее пределами вихри деформируются в донный валец с горизонтальной осью вращения, подковообраз­ но опоясывающий опору с обеих сторон. Такая кинематическая картина позволила выделить [10, 11] с верховой стороны опоры некоторое условное тело вращения (рис. 3.1, е) — дисперсоид *.

Главнейшую роль в формировании донного вихря — дисперсоида перед опорой — играют струи средней и нижней частей потока. После удара об опору и в результате трения струи изменяют свое направление и устремляются ко дну — как бы стекают по передней и боковым плоскостям опоры, а на уров­ не дна закручиваются в вихрь, нижняя образующая которого

1 М. А. Великанов [9] этим термином называет вообще смесь однородной жидкости с твердыми частицами наносов.

у лобовой грани опоры направлена против течснш.. Диспср^о- ид имеет пониженное давление, способствующее всасыванию в него наносов, высота поднятия которых тем больше, чем меньше частицы. Плотность дисперсоида поэтому уменьшается до плотности жидкой фазы в его верхней части.

По мере разработки грунта дисперсоид врезается в дно во­ ронки, постепенно теряя свою энергию. Интенсивность размыва при этом падает, что объясняется все большей потерей энергии для подъема наиосов с возрастающей глубины, где плотность, а часто и крупность наносов по сравнению с верхними слоями увеличены. По наблюдениям Ж. А. Мазы-Альвареса [51], место интенсивного захвата донных наносов, находится на нижней образующей вихря (см. рис. 3.3).

Четкие очертания дисперсоид имеет только при прямоуголь­ ных и тупоносых опорах (с полуциркульным торцом, цилинд­ рических), широкие лобовые плоскости коюрых собирают мощ­ ный ноток нисходящих струй. При обтекаемых остроносых опо­

вращающихся вихрей можно проследить также в. опытах Ин­ ститута физики атмосферы АН СССР [37], выполнявшихся в прозрачных сосудах в форме эллипсоида. Формирование вих­ рей происходит после мгновенной остановки вращающихся росудов. С помощью этих опытов изучаются некоторые пара­ метры, характеризующие гидродинамическую неустойчивость жидкости.

3.2.ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Энергетический смысл критериальной взмучивающей скоро­ сти потока станет ясным, если ее донную составляющую срав­ нить с гидравлической крупностью [13]:

ние наносов — переход их во взвешенное состояние. Выраже­ ние (3.3) можно также записать в виде

где а'= 0,06' (см. п. Г.4).

Зависимость (3.4) дает возможность выразить взмучиваю­ щую скорость через гидравлическую крупность

(3 .0)

Устойчивость донных наносов в. зоне турбулентного потока перед опорой (см. п. 1.4) определяется тангенсом угла откло­ нения равнодействующей скорости ьн от вертикали (рис. 3.3):

(1956). Однако, как показали исследования, выполненные в Союздорнии [13], приведенная этими авторами графическая зави­

Решим уравнение (4.12) относительно параметра А\ и ис­ следуем этот параметр по данным натурных, крупномасштаб­ ных и лотковых опытов в зависимости от коэффициента формы грузовой площади ,р. Выше упоминалось, что при разном режи­ ме наносов влияние формы грузовой площади на размыв про­ является по-разному. Зная это, для построения зависимости Л1= /:(р) вначале отбираем только те наблюдения (рнс. 3.6), которые соответствуют случаю о>по (размыв в условиях по­ ступления наносов).

По рис. 3.6

= А 2 0 ) 1'6 = Д, (й ///)1'6,

В выражении (3.13) параметр Лг, если не учитывать влия­ ние формы опоры, зависит только от устойчивости донных на­

носов.

Для исследов!ания этого условия рассмотрим векторный треугольник скоростей, действующих на частицы наносов (рис. 3.7). Удерживающий частицы наносов вектор выражен гидравлической крупностью т, а сдвигающий — донной состав­

ляющей скорости потока V, выраженной соотношением {ЛШ)Х',Л Из рис. 3.7 следует, что устойчивость донных наносов определя­ ется отклонением равнодействующей векторов 13 и о на угол ср' к вертикали. Тогда

Рнс. 3.6. Зависимость параметра А { от 0 при V>V0 для рек:

68