Нормы допускаемых скоростей течения воды

Допускаемые скорости течения воды для грунтов используют при расчетах размыва в канавах, за малыми водопропускными сооружениями, при проверке возможностей геологического ограничения размыва под большими и средними мостами. Нормы допускаемых скоростей течения для укреплений необходимы, чтобы назначить виды укреплений канав, подмостовых русел и укреплений других различных сооружений, подверженных опасному воздействию воды.

В табл. 15.3 приведены допускаемые донные и средние скорости течения для несвязанных грунтов при плоском равномерном движении воды. Для грунтов с размером частиц крупнее d ³ 0,001 м донные неразмывающие скорости составляют:

где (15.1)

g - ускорение свободного падения, м/с²;

d - диаметр частиц, м.

Таблица 15.3.

Донные и средние допускаемые (неразмывающие) скорости для несвязанных грунтов

Грунт	Размер частиц, мм	Донная неразмывающая скорость, м/с	u 0 м/с, при значениях d для естеств. русел	Средние неразмывающие скорости v 0, м/с, воды при глубине искусственных русел, м
0,7	0,9	0,2	0,5
Песок:
мелкий	0,05	0,20	0,30	0,20	0,40	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,70	0,75	0,75	0,80	0,80	0,80	0,80	0,85	0,85	0,90	0,90
средний	0,25	0,20	0,30	0,20	0,45	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80	0,80	0,85	0,85	0,85	0,90	0,90	0,95	0,95	0,95	1,00
крупный	1,00	0,20	0,35	0,20	0,50	0,60	0,65	0,75	0,80	0,80	0,85	0,90	0,90	0,95	0,95	0,95	1,00	1,00	1,00	1,05	1,05
Гравий:
мелкий	2,50	0,25	0,35	0,30	0,50	0,60	0,70	0,75	0,80	0,85	0,90	0,90	0,95	0,95	1,00	1,00	1,05	1,05	1,10	1,10	1,10
средний		0,35	0,50	0,40	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,10	1,10	1,15	1,20	1,20	1,25	1,25	1,30	1,35	1,35	1,40	1,40
крупный		0,50	0,70	0,55	0,85	0,95	1,05	1,20	1,35	1,35	1,40	1,45	1,50	1,50	1,55	1,60	1,65	1,65	1,70	1,75	1,75
Галька:
мелкая		0,60	0,90	0,70	0,95	1,10	1,25	1,40	1,50	1,55	1,60	1,65	1,70	1,75	1,80	1,85	1,90	1,90	1,95	2,00	2,00
средняя		0,80	1,15	0,90	1,10	1,30	1,45	1,65	1,80	1,85	1,90	2,00	2,05	2,10	2,10	2,15	2,20	2,25	2,30	2,40	2,40
крупная		1,00	1,45	1,10	1,30	1,50	1,70	1,90	2,10	2,15	2,25	2,40	2,35	2,40	2,45	2,50	2,60	2,65	2,70	2,80	2,80
Булыжник:
мелкий		1,40	1,95	1,50	1,60	1,90	2,10	2,40	2,60	2,55	2,75	2,85	2,90	3,00	3,05	3,10	3,20	3,30	3,40	3,45	3,45
средний		1,60	2,25	1,75	1,75	2,05	2,30	2,60	2,85	2,90	3,05	3,10	3,20	3,30	3,35	3,40	3,50	3,60	3,70	3,75	3,80
крупный		1,95	2,80	2,15	2,05	2,40	2,65	3,00	3,30	3,35	3,50	3,60	3,65	3,75	3,85	3,90	4,05	4,15	4,25	4,30	4,40
Валуны:
мелкие		2,25	3,20	2,50	2,20	2,60	2,95	3,30	3,60	3,70	3,85	3,95	4,05	4,15	4,20	4,30	4,45	4,55	4,65	4,75	4,80
средние		2,75	3,95	3,05	2,55	3,00	3,35	3,80	4,15	4,25	4,40	4,55	4,65	4,75	4,85	4,95	5,10	5,20	5,35	5,45	5,50
крупные		3,15	4,50	3,50	2,80	3,30	3,70	4,10	4,55	4,65	4,80	4,95	5,10	5,20	5,30	5,40	5,60	5,70	5,85	5,95	6,05
		и более

Для более мелких грунтов эта скорость пропорциональна крупности частиц в степени 1/4, а для совсем мелких грунтов она не зависит от крупности. Наименьшая неразмывающая донная скорость не может быть меньше 0,2 м/с.

Переход от донной неразмывающей скорости v_од к средней v_о осуществляют делением на переходный коэффициент d. Для русел d = 0,7 и 8 = 0,9 (соответственно в меженной и побочневой его частях). Для искусственных русел, канав и т.д. (см. табл. 15.3) переходный коэффициент вычисляют по формуле:

d = (h / d)^1/6, где

h - глубина потока, м.

При расчетах удобно пользоваться значениями допускаемых элементарных расходов, а не скоростей, т.е.

q_o = v_о h, где

v_о - неразмывающая средняя скорость, м/с.

Данные о значениях q_o для разных глубин при плоском равномерном движении воды приведены в табл. 15.4.

Таблица 15.4.

Допускаемые (неразмывающие) элементарные расходы для несвязанных грунтов

Грунт	Средний диаметр частиц, мм	Неразмывающие элементарные расходы, м3/с, при глубине русел, м
0,2	0,5
Песок:
мелкий	0,05	0,10	0,25	0,55	1,25	1,95	2,80	3,60	4,45	5,30	6,20	7,10	8,10	10,00	12,00	14,00	16,00	18,00
средний	0,25	0,10	0,25	0,60	1,35	2,15	3,00	3,90	4,83	5,85	6,75	7,70	8,80	10,80	13,00	15,70	17,45	18,80
крупный	1,00	0,10	0,30	0,65	1,45	2,30	3,30	4,25	5,25	6,25	7,35	8,35	9,35	11,70	14,15	16,50	18,90	21,50
Гравий:
мелкий	2,50	0,10	0,30	0,70	1,55	2,50	3,45	4,50	5,55	6,60	7,70	8,85	10,00	12,60	14,80	17,35	19,90	22,40
средний		0,15	0,40	0,85	1,90	3,15	4,30	5,60	6,95	8,25	9,65	11,10	12,60	14,70	18,60	21,80	25,00	28,10
крупный		0,15	0,50	1,05	2,40	4,00	5,45	7,05	8,75	10,40	12,15	13,95	15,85	18,35	20,40	27,45	31,50	35,40
Галька:
мелкая		0,20	0,55	1,25	2,75	4,55	6,20	8,10	10,00	11,95	13,90	16,00	18,15	21,00	26,80	31,50	36,10	40,50
средняя		0,20	0,65	1,45	3,30	5,40	7,35	9,60	11,95	14,15	16,50	19,00	21,55	25,00	31,80	37,30	42,85	48,10
крупная		0,25	0,75	1,70	3,85	6,30	8,60	11,20	13,80	16,50	19,25	22,15	25,20	29,10	37,10	43,50	50,00	56,05
Булыжник:
мелкий		0,30	0,95	2,10	4,75	7,80	10,65	13,90	17,15	20,50	23,85	27,50	31,20	36,10	46,00	54,00	62,00	69,50
средний		0,35	1,05	2,30	5,20	8,55	11,65	15,20	18,65	22,40	26,10	30,05	34,10	39,50	50,40	59,00	66,80	76,10
крупный		0,40	1,20	2,65	5,95	9,80	13,40	17,45	21,60	25,80	30,00	34,50	39,15	45,30	57,85	67,90	77,80	87,45
Валуны:
мелкие		0,45	1,30	2,95	6,55	10,80	14,75	19,20	24,70	28,30	33,00	38,00	43,05	49,85	63,50	74,50	85,50	96,05
средние		0,50	1,50	3,35	7,55	12,40	16,95	22,05	27,30	32,50	37,80	43,60	49,50	57,40	73,00	85,50	98,45	110,50
крупные		0,55	1,65	3,70	8,25	13,55	18,50	24,10	29,80	35,60	41,45	47,60	54,05	62,55	80,00	90,50	107,50	120,00
		и более

Для связанных грунтов неразмывающая скорость течения зависит не от крупности частиц грунта, а от его плотности и внутреннего сцепления, меньшего в супесях и большего в глинах. Значение величины допускаемых донных и средних скоростей при различных коэффициентах перехода 8 и плоском равномерном движении воды приведены в табл. 15.5.

Таблица 15.5.

Допускаемые (неразмывающие) скорости для связанных грунтов

Грунт	Донная неразмывающая скорость, м/с	Средние неразмывающие скорости, м/с, при значениях d для естественных русел	Средние неразмывающие скорости, м/с, при глубине русел, м
0,7	0,9	0,2-0,5			3 и более
Супесь:
малоплотная	0,20	0,30	0,20	0,20	0,25	0,30	0,35
среднеплотная	0,30	0,45	0,35	0,30	0,40	0,45	0,50
плотная	0,40	0,55	0,45	0,40	0,50	0,55	0,60
очень плотная	0,50	0,70	0,5*5	0,50	0,60	0,70	0,80
Глина и суглинок:
малоплотные	0,35	0,50	0,40	0,35	0,40	0,45	0,50
среднеплотные	0,70	1,00	0,80	0,70	0,85	0,95	1,10
плотные	1,00	1,40	1,10	1,00	1,20	1,40	1,50
очень плотные	1,40	2,00	1,55	1,55	1,40	1,90	2,10
Лесс:
малоплотный	0,30	0,45	0.35	0,30	0,40	0,45	0,50
среднеплотный	0,60	0,85	0,65	0,60	0,70	0,80	0,85
плотный	0,80	1,15	0,90	0,80	1,00	1,20	1,30
очень плотный	1,10	1,55	1,20	1,10	1,30	1,50	1,70

Допускаемые скорости течения воды для некоторых типов укреплений приведены в табл. 15.6.

Таблица 15.6.

Допускаемые скорости воды для укреплений

Тип укрепления	Размер камня, см	Допускаемые скорости течения, м/с, при средней глубине потока, м
0,4	1,0	2,0	3,0
Одерновка плашмя	-	0,9	1,1	1,3	1,4
То же в стенку	-	1,5	1,8	2,0	2,2
Одиночное мощение на щебне		2,5	3,0	3,5	4,0
Тоже		3,0	3,5	4,0	4,5
То же		3,5	4,0	4,5	5,0
Одиночное мощение с подбором лица и грубым
приколом:
на щебне		3,5	4,5	5,0	5,5
то же		4,0	4,5	5,5	5,5
то же		4,0	5,0	6,0	6,0
Двойное мощение из рваного камня на щебне	15-20	3,5	4,5	5,0	5,5
Бутовая кладка из известняка	-	3,0	3,5	4,0	4,5
Бетон класса В30	-	6,0	7,0	8,0	9,0
Бутовая кладка из камня крепких пород	-	6,5	8.0	10,0	12,0

Примеры использования таблиц 15.3-15.5.

1. Элементарный расход воды в отверстии малого моста без укрепления q = 2,8 м³/с. Грунт - мелкий песок. Глубина до размыва 2 м.

Необходимо определить глубину после размыва.

По табл. 15.4 устанавливаем интерполяцией, что q = 2,8 м³/с соответствует глубине после размыва h = 4 м.

2. Средняя скорость течения в русле под большим мостом после размыва 1,45 м/с. Ожидаемая глубина после размыва h = 14 м. На глубине 10 м размывом вскрыт пласт мелкой гальки. Необходимо установить, будет ли галька ограничивать размыв.

По таблице 15.3 устанавливаем, что средняя неразмывающая скорость для мелкой гальки в русле (при d = 0,7) равна всего v_o = 0,90 м/с.

Следовательно, мелкая галька размыва не ограничит.

3. Определить по условиям примера 1, при какой скорости течения прекращается размыв.

По таблице 15.3 находим, что мелким пескам при h = 4 м соответствует средняя неразмывающая скорость v_o = 0,7 м/с.