Проект волнозащитной плотины

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1 % по накату, h_run1%, м, для фронтально подходящих волн при глубине перед сооружением d ³ 2∙h_1%  надлежит определять по формуле:

 

h_run1% = k_r ∙k_p∙k_sp∙k_run∙h_1% ,    (3.3)

 

где k_r и k_p – коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл. 3.2;

k_sp – коэффициент, принимаемый по табл. 3.3;

k_run – коэффициент, принимаемый по рис. 3.3 в зависимости от пологости волны на глубокой воде. При глубине перед сооружением d < 2h_1% коэффициент k_run необходимо принимать для значений пологости волны, указанной на рис. 3.3 в скобках и определяемой при глубине d = 2∙h_1%;

h_1% – высота волны при обеспеченности равной 1 %.

 

Таблица 3.2

Значения коэффициентов шероховатости и проницаемости откоса

Конструкция крепления откоса	Относительная шероховатость, r/h1%	Коэффициент, kr	Коэффициент kp
Бетонные (железобетонные) плиты	–	1	0,9
Гравийно-галечниковое, каменное крепление или крепление бетонными (железобетонными)  блоками	Менее 0,002	1	0,9
	0,005-0,01	0,95	0,85
	0,02	0,9	0,8
	0,05	0,8	0,7
	0,1	0,75	0,6
	Более 0,2	0,7	0,5

Примечание: характерный размер шероховатости r, м, следует принимать равным среднему диаметру зерен материала крепления откоса или среднему размеру бетонных (железобетонных) блоков

 

 

 

Таблица 3.3

Значения коэффициента k_sp

Значение ctg j	1 – 2	3 – 5	Более 5
Коэффициент ksp при скорости ветра Vw, м/с:
20 и более	1,4	1,5	1,6
10	1,1	1,1	1,2
5 и менее	1	0,8	0,6

Примечание:j - угол наклона откоса к горизонту, град.

 

Высоту наката на откос волн обеспеченностью i, h_{run i %}, %, необходимо определять умножением значения h_run1%, м, полученного по формуле (3.3), на коэффициент k_i принимаемый по табл. 3.4 в зависимости от угла наклона откоса j к горизонту:

h_{run i %} =h_run1% ∙k_i.  (3.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.4

Значения коэффициента k_i

Обеспеченность  по накату i, %	0,1	1	2	5	10	30	50
Коэффициент ki	1,1	1	0,96	0,91	0,86	0,76	0,68

 

При подходе фронта волны к сооружению под углом α_i, град, со стороны открытой акватории величину наката волн на откос следует уменьшать умножением на коэффициент k_a, принимаемый по табл. 3.5.

 

h_{run i % (при a≠0)} =h_{run i %} ∙k_a                                                                    (3.5)

 

 Таблица 3.5

Значения коэффициента k_a

Значение угла a, град	0	10	20	30	40	50	60
Коэффициент ka	1	0,98	0,96	0,92	0,87	0,82	0,76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчетные уровни воды

 

Расчетный уровень воды – уровень, назначаемый с учетом сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона воды, приливов и отливов. При определении нагрузок и воздействий, на гидротехнические сооружения обеспеченности расчетных уровней должны быть по наивысшим годовым уровням в безледный период не более: для сооружений I класса –1% (1 раз в 100 лет); II и III классов – 5 % ( 1 раз в 20 лет); IV класса –10% (1 раз в 10 лет).

2.4 Расчетные характеристики ветра

 

Высоту ветрового нагона Dh_set, м, следует принимать по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии (без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна d) допускается определять по формуле

 

,    (3.6)

 

где  a_w – угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град;

v_w – расчетная скорость ветра;

L – разгон, м;

d – глубина воды в верхнем бьефе, м.; 

k_w – коэффициент, принимаемый по табл. 3.6.

 

Таблица 3.6

Значения коэффициента k_w

Vw, м/с	20	30	40	60
kw ×10-6	2,1	3	3,9	4,8

 

Расчетную скорость ветра v_w (м/с) следует определять по формуле:

 

v_w = k_fl  k_l  v_l,     (3.7)

где v_l – скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (водоема), соответствующая 10-минутному интервалу осреднения и обеспеченности, принимаемой для сооружений I, II классов – 2 % обеспеченности (1 раз в 60 лет) и III, IV классов – 4 % (1 раз в 25 лет.);

k_fl – коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру, принимаемый по формуле (3.8), но не более 1;

 

;   (3.8)

 

k_l – коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверхности для водоемов (в том числе проектируемых) с характерной протяженностью до 20 км, принимаемый: равным единице при измерении скорости ветра v_l над водной поверхностью, над ровной песчаной (пляжи, дюны и прочее) или над покрытой  снегом  местностью; по табл. 3.7 – при измерении скорости ветра над местностью типа А, В или С, устанавливаемого в соответствии с ветровыми нагрузками:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Разгон волн, L, м – протяженность охваченной ветром акватории, измеренная по направлению ветра до расчетной точки. При предварительном определении элементов волн среднее значение разгона для заданной расчетной скорости ветра v_w допускается определять по формуле:

,  (3.9)

 

где k_vis – коэффициент, принимаемый равным 5×10¹¹;

– коэффициент кинематической вязкости воздуха, принимаемый равным 10^-5 м²/с.

Таблица 3.7

Значения коэффициента k_l

Скорость ветра vl, м/с	Значения коэффициента kl  при типе местности
	А	В	С
10	1,1	1,3	1,47
15	1,1	1,28	1,44
20	1,09	1,26	1,42
25	1,09	1,25	1,39
30	1,09	1,24	1,38
35	1,09	1,22	1,36
40	1,08	1,21	1,34

Значения предельного разгона, L_u, допускается принимать по табл. 3.8 для заданной расчетной скорости ветра v_w.

 

Таблица 3.8

Значения предельного разгона L_u

Скорость ветра vw, м/с	20	25	30	40	50
Значения предельного  разгона Lu ×10-3,м	1600	1200	600	200	100

 

 

2.5 Расчет элементов волн

 

Волны бывают нерегулярные, регулярные, поступательные, стоячие. Нерегулярные волны – волны, элементы которых изменяются случайным образом. Регулярные волны – волны, высота и период которых остаются неизменными в данной точке пространства. Поступательные (бегущие) волны – волны, видимая форма которых перемещается в пространстве. Стоячие волны – волны, видимая форма которых в пространстве не перемещается.

Профиль волны (главный) – линия пересечения взволнованной поверхности с вертикальной плоскостью в направлении луча волны показан на рис. 3.4. Ниже приведен ряд определений элементов волны.

Высота волны – превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле.

Длина волны – горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле.

Период волны – интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль.

Гребень волны – часть волны, расположенная выше средней волновой линии.

 

Рис. 3.4. Профиль  и элементы волны

 

Средняя волновая линия – линия, пересекающая запись волновых колебаний так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы. Для регулярной волны – горизонтальная линия, проведенная на уровне полусуммы отметок ее вершины и подошвы.

Вершина волны – наивысшая точка гребня волны.

Ложбина волны – часть волны, расположенная ниже средней волновой линии.

Подошва волны – наинизшая точка ложбины волны.

Фронт волны – линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны.

Луч волны – линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке.

Скорость волны – скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения.

Основными элементами волн являются: высота (h, м), период (Т, с), длина (l, м) и скорость распространения (v, м/с). Различают следующие основные характеристики волнения: геометрические – с размерностью длины (средняя высота и высоты h_i заданной обеспеченности F_%, средняя длина и длины l_i заданной обеспеченности F_%); частотные – с размерностью времени (средний период и периоды заданной обеспеченности Т_i); частота ( ); кинематические – с размерностью длины и времени (средняя скорость распространения.

Средние параметры волн определяются в следующем порядке. Предварительно определяются безразмерные параметры ξ и τ по формулам:

 

 

    (3.10) ,

 

                         (3.11),

где t – продолжительность действия ветра, предварительно допускается принимать равной 6 ч=21 600 с.

По значениям ξ  и τ по кривой c рис. 3.5 получим по два значения                ξ = / и τ = , и по меньшим из полученных величин принимаем среднюю высоту и средний период волн по следующим формулам.

Рис. 3.6. Величина безразмерной средней высоты волны

 

По меньшему значению η_min вычисляем высоту волны h:

 

     (3.12)

 

По меньшему значению ε_min вычисляем средний период волн Т:

 

     (3.13)