Лабораторная работа № 3

«Гидравлический расчёт водоотводного сооружения»

Сооружения, отводящие воду от железнодорожного земляного полотна (водоотводные и нагорные канавы, искусственные русла, резервы), могут иметь различное поперечное сечение.

Наиболее распространённым поперечным сечением является трапецеидальное, реже применяется треугольное и прямоугольное.

Основные параметры трапецеидального сечения (рисунок 1):

ширина по дну - b;

ширина живого сечения поверху - В;

глубина наполнения - h;

строительная глубина - H;

коэффициент откоса - т = ctg а = a/h;

относительная ширина по дну – β = b/h;

относительная глубина по дну - ξ = h / b = 1/ β.

Рисунок 1 – Поперечное сечение канавы

Ширина канавы по дну принимается не менее 0,6 м,на болотах - не менее 0,8 м, а на лесовозных ветках и на путях карьеров - не менее 0,5 м.

Низовая бровка канавы должна возвышаться над уровнем расчётного горизонта воды не менее чем на 20 см.

С гидравлической точки зрения форма поперечного сечения канавы должна приниматься такой, чтобы условия протекания воды были наилучшими: канава должна иметь гидравлически наивыгоднейшее поперечное сечение, которое при одной и той же площади, шероховатости и уклоне дна пропускает наибольший расход.

Гидравлически наивыгоднейшая относительная ширина по дну:

(1)

где m' – длина откосной части кювета m' = , m – показатель откоса.

На основе опыта проектных и строительных организаций России С. А. Гиршкан вывел эмпирическую зависимость для определения относительной ширины β по расходу канала:

(2)

где Q – расход в конце участка.

М. И. Виноградовым (МИИТ) установлено, что для решения задач по определению размеров живого сечения по заданным значениям β и т при условии, если значение показателя степени у в формуле принять постоянным, могут быть использованы следующие формулы:

(3)

для гидравлически наивыгоднейшего сечения

(4)

где - расходная характеристика, n – коэффициент шероховатости дна канавы, y – показатель степени.

Для приближенных практических расчётов в соответствии с рекомендациями проф. М.Д. Чертоусова у принимается постоянным:

у = 1/6при 0,010< n £0,015;

у = 1/5при 0,015< n £0,025;

у = 1/4 при п >0,025.

Площадь живого сечения определяем по формуле

w = (b + mh)h = (β+ m)h² (5)

После определения площади живого сечения канавы необходимо выполнить гидравлический расчёт для контроля.

Для установившегося медленно изменяющегося движения потока основными формулами являются: формула неразрывности потока (6) и формула Шези для определения средней скорости (7).

Q = wv = const (6)

где Q - расход потока

Формула Шези для определения средней скорости по сечению

(7)