Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

(27)

где – положение источника взвеси относительно нижней отметки ложа реки; – средняя скорость потока; – динамическая скорость потока; - гидравлическая крупность частиц.

Положение створа с максимальной мощностью отложения частиц с гидравлической крупностью , составляющих отмостку, вычисляется по формуле:

. (28)

Поверхность ложа динамически устойчивого русла формируется из более крупных фракций. Минимальная гидравлическая крупность частиц взвеси , формирующей отмостку на поверхности тела намыва, определяется по формулам:

, , (29)

– гидравлический уклон динамически устойчивого русла; – средняя глубина динамически устойчивого русла, – ускорение силы тяжести.

Подставляя значения переменных из формулы (29) в формулы (27 и 28), получим соотношения для расчета параметров тела намыва при формировании динамически устойчивого русла:

, (30)

.

Представленные выше формулы позволяют находить рациональные технические решения по отдельным операциям технологии русловыправительных работ.

Однако искусственная отмостка, создаваемая гидромеханизированным способом, подвергается воздействию потока, в результате чего частицы с d<d_{min отм} выносятся из тела намыва и его толщина уменьшается. Определены характеристики потока и фракционного состава грунта, при которых происходит разрушение тела отмостки.

Экспериментальное и теоретическое изучение условий оседания тела намыва проведено на Алешкинской протоке. Расчеты показали, что разрушение тела намыва происходило за счет уноса частиц диаметром d<d_{min отм} . Такие частицы составляли 20-25% от общего объема донных отложений. По данным фракционного состава можно оценить уменьшение толщины слоя намыва при использовании обычной, непофракционной укладки грунта.

Анализ экспериментальных данных показал, что способ формирования тела намыва без создания искусственной отмостки не является технологически совершенным, поскольку линейное отклонение между отметками тела намыва при различных способах укладки грунта составили м. Таким образом, защитный слой обеспечивает устойчивость тела намыва искусственно сформированного русла и является необходимым для предотвращения размыва. Тем не менее, при формировании тела намыва пофракционным способом необходимо учитывать «оседание» защитного слоя вследствие выноса мелких частиц при их высоком содержании в намываемом грунте (20-25% объема крупных фракций).

В тех случаях, когда содержание мелкозернистых фракций превышает содержание крупнозернистых фракций, необходимо рассчитать возможное значение размыва защитного слоя при половодьи 3% обеспеченности и провести повторный пофракционный намыв защитного слоя на толщину, равную величине уменьшения слоя в момент прохождения половодья. Результаты анализа экспериментальных данных (на Алешкинской протоке) показали, что половодье 3% обеспеченности не приведет к разрушению защитного слоя толщиной 0,5-0,7 м (будет наблюдаться только его «оседание»), что во многом обусловлено гидравлическим режимом транзитного потока. Действительно, разность транспортирующей способности потока для крупнозернистых фракций ( мм) в половодье (3% обеспеченности) на входном и выходном створах участков переходов через р.Обь и Алешкинскую протоку (по данным инструментальных измерений) невелика. Поэтому вынос крупнозернистых фракций незначителен.

В шестой главе приведены результаты практической реализации разработанных теоретических и методических положений, способов расчета деформаций русла и технических решений по защите русла от размыва на участках переходов магистральных газопроводов. Выполнена оценка эффективности предложенных решений, а также экономической эффективности ремонтных работ, выполненных гидромеханизированным способом по проектам, разработанным автором.

Методы расчета русловых деформаций и способы защиты гидротехнических сооружений были апробированы на подводных переходах через р.Обь и Алешкинскую протоку в процессе проведения ремонтных работ. Кроме комплекса работ по формированию динамически устойчивого русла было выполнено проектирование и строительство защитных гидротехнических сооружений (короткие разрезные шпоры, намыв косы), см. рис. 8.

При формировании динамически устойчивого русла гидромеханизированным способом путем срезки грунта в зоне заиления и его последующей укладки в зону размыва достигается выравнивание полей скоростей водного потока и их понижение до величины, близкой к величине неразмывающей скорости

Было установлено, что уложенные грунты могут быть размыты в половодье, если их поверхность не защищена слоем грунта из крупных фракций. Предложен способ выправления русла реки с защитой его от размыва (патент № 2108424), который впервые был апробирован при ликвидации аварийной ситуации на р.Оби (1992-1994гг.) и Алешкинской протоке (2000г.), рис. 9 - 11. Работы по срезке и намыву грунта выполнялись с помощью земснарядов производительностью по грунту 2,0-2,5 тыс.м³/ч. Всего было разработано и намыто в зону размыва 4,5 млн.м³.

Для сдерживания размыва берегов р.Оби на участке перехода были использованы дополнительные сооружения - берегозащитная намывная коса с наносозадерживающими дамбами (см. рис. 9 и 10), что позволило уменьшить поперечную циркуляцию потока, приводящую к значительному переформированию рельефа речного дна и его размыву на отдельных участках. Между коренным берегом и намывной косой были построены ныряющие дамбы, расположенные под углом 40-45^º к линии берега навстречу потоку. В паводковый период ныряющие дамбы обеспечивают гашение скорости потока, а транспортируемые рекой наносы осаждаются между дамбами. В дальнейшем пространство между коренным бере-

гом и косой заиливается речными наносами. Таким образом, берег реки на длительный период защищен от размыва, что было подтверждено результатами натурных наблюдений.

Проведенные в сентябре 1992 года русловыправительные мероприятия на р.Оби в зоне подводного перехода газопроводов вызвали изменение поперечного сечения русла, а следовательно, изменение гидравлических характеристик потока. В 1999 г. было исследовано состояние подводных переходов. Проведен комплекс гидрометрических работ, включая измерение полей скорости и промеры глубин на исследуемом участке.

Результаты натурных измерений сравнивались с расчетными полями скорости для условий, сложившихся после проведения работ по выравниванию русла (1992 г.). Анализ полученных данных свидетельствует о полном совпадении полей скорости, рассчитанных для условий 1992 г. с полями скорости, измеренными в 1999 г.

Полученные результаты показывают высокую эффективность предложенных инженерных мероприятий по защите переходов газопроводов через р.Обь.

Негативные деформации, приводящие к оголению газопроводов, обнаружены не были. Более того, разработанный способ не нарушает тип руслового процесса. В данном случае русловая многорукавность проявляется в продолжающемся смещении о. Низямский вниз по течению и развитии осередка, расположенного в средней части русла выше о. Низямский. Отмечено, что в левобережной части русла возобновилась тенденция образования побочня, развитие которого соответствует 50-летнему циклу существующей динамики русловых процессов.

Рис. 11. Русловыправительные работы в зоне подводных переходов через Алешкинскую протоку

(патент №2108424)

Технические решения по ремонту подводного перехода через Алешкинскую протоку включали создание динамически устойчивого русла путем перемещения грунта из зоны заиления в правобережной части в зону размыва в левобережной части для выравнивания полей скорости водного потока с ее понижением до величины, близкой к неразмывающей скорости, рис.11. Для защиты от размыва левого берега предусмотрены направляющие разрезные шпоры, обеспечивающие гашение энергии потока и его равномерное распределение за шпорой. Этот прием позволяет частично выровнять скорости по сечению и, тем самым, погасить поперечную циркуляцию потока, характерную для криволинейных участков русел.

Система берегозащитных шпор, возведенных у вогнутого берега, способствует местному изменению режима потока (за каждой шпорой образуются зоны водоворотных вторичных течений), что обеспечивает условия для сдерживания боковой эрозии в половодье, а также для отложения наносов в межполузапрудных пространствах. При берегозащитных шпорах формируется новая прерывистая пологая форма берега, для которой не опасны большие скорости течения.

Кроме того, в системе технических решений предусмотрен возврат точки слияния проток Большая и Нягыньпосл к положению, зафиксированному в 1980г. (т.е. на 200-250 м вверх по течению протоки Нягыньпосл), за счет срезки побочня у левого берега протоки Большая с одновременным замывом правого берега. В устье протоки Нягыньпосл создается трехступенчатый перепад для гашения энергии потока в точке слияния проток Большая и Нягыньпосл с одновременным замывом ямы размыва до отметок 2,0 м. Схемы рекомендуемых защитных мероприятий на Алешкинской протоке приведены на рис. 11.

Данные натурных исследований, проведенных в послеремонтный период на Алешкинской протоке, подтвердили высокую эффективность предложенных технических решений по защите подводного перехода от размыва. Точка слияния проток Большая и Нягыньпосл сместилась на 200 м вверх по течению; примерно на столько же сместилась и воронка размыва, обеспечив тем самым безопасность верхних ниток газопроводов.

Влияние предлагаемых в работе мероприятий по регулированию русла на гидравлику течения оценивалось с помощью математической модели Лятхера-Милитеева для расходов 3% и 10% - обеспеченности.

В диссертации приведена оценка эффективности реализации предложенных технических решений по результатам натурных исследований состояния русел на участках подводных переходов в послеремонтный период. Наблюдения показали, что на протяжении 5 лет русла р.Обь и Алешкинской протоки сохраняли динамически устойчивую форму, а провисы и оголения трубопроводов отсутствовали. В работе даны рекомендации по проведению русловыправительных работ для защиты магистральных газопроводов на реках Обь (у пос. Перегребное), Надым, Вятка, Сура и Белая (Краснодарский край), а также приведены схемы проектов ремонтных работ, выполненных на основе мониторинговых исследований за период 1995 - 2004 гг.

Характеристики

Список файлов диссертации