Расчеты максимального стока весеннего половодья при отсутствии данных гидрометрических наблюдений (стр. 8 )

под уровнем расчетных и наибольших паводков понимают соответствующий вероятности превышения уровень, вызванный подпором от нижележащей реки, нагоном воды ветром, образованием заторов или прохождением паводков по руслам, покрытым льдом, и др.;

возвышение верха площадки для установки опорных частей определяют с учетом набега d потока на опору моста, который в зависимости от скорости набегающего потока n на опору приближенно можно принимать по данным :

n, м/с.............................. 0,5  1  2  3  4  5

d, м................................. 0,2  0,4  0,9  1,4  1,9  2,5

В несудоходных и несплавных зонах водохранилищ возвышение низа пролетных строений отсчитывают от наибольшего для водохранилища статического уровня (т. е. уровня свободной поверхности, который устанавливается на рассматриваемом участке водоема после окончания волнения) и принимают не менее 0,75 высоты расчетной ветровой волны с увеличением на 0,25 м.

10.3. Основные характеристики грунтов и наносов

1. При расчетах русловых деформаций грунты подразделяются на связные и несвязные и талые и оттаявшие.

К несвязным грунтам относятся крупнообломочные (валунный, галечниковый, гравийный) и песчаные грунты, не обладающие свойством пластичности (раскатывания).

К связным относятся:

глинистые, суглинистые и супесчаные грунты с числом пластичности более 0,01 (разница влажностей грунта в долях единицы на границе текучести и раскатывания);

глинистые и песчаные грунты при степени заторфованности (содержании растительных остатков) более 10%;

пылеватые пески, содержащие более 20% по массе пылеватых частиц (частиц мельче 0,1 мм).

В расчетах к оттаявшим относят только связные грунты, в которых после промерзания нарушаются структурные связи. Все несвязные грунты, при оттаивании практически не меняющие своих физико-механических свойств, относят к талым.

Далее, если не оговаривается, то речь идет о талых грунтах.

2. При расчетах размывов основной (интегральной) характеристикой несвязного грунта является средний диаметр частиц d, определяемый его механическим анализом по формуле:

  (10.5)

где di - средний диаметр частиц i-ой фракции, определяемый как полусумма диаметров круглых штампованных сит, на которых отсеяна данная фракция (если используются плетеные сита с квадратными отверстиями, то определенный по полусумме размеров отверстий диаметр di должен быть увеличен на 27%); ki - содержание (в долях единицы) по массе в грунте i-ой фракции; n - число фракций.

Если несвязный грунт содержит частицы мельче 0,1 мм, то к расчету принимают средний диаметр частиц грунта крупнее 0,1 мм

  (10.6)

где kn - содержание (в долях единицы) по массе в грунте частиц мельче 0,1 мм.

Анализ гранулометрических проб грунта проводят без растительных остатков.

3. В расчетах несвязный грунт считается однородным при соблюдении одного из (достаточных) условий:

а) Dmax/d=j, где j£2 при общем и j£3 при местных размывах;

б) средняя скорость потока больше не размывающей для частиц диаметром Dmax и к расчетному створу беспрепятственно поступают донные наносы.

В качестве Dmax принимают средний диаметр крупных по размеру частиц, которые составляют 2% массы грунта, или самую крупную (по размеру) фракцию, если она составляет 2 и более процента массы грунта.

Когда самая крупная по размеру частиц фракция составляет менее 2% массы грунта, средний диаметр крупных частиц определяют как

где k1 - содержание по массе в грунте самой крупной фракции со средним диаметром частиц d1; k2, kП - содержание по массе следующих по крупности (после d1) фракций со средним диаметром частиц d2 и dП.

При несоблюдении указанных условий следует учитывать неоднородность несвязного грунта, которая приводит в большинстве случаев к уменьшению глубин размывов.

4. При расчете размывов основной характеристикой связного грунта является расчетное удельное сцепление Ср, определяемое по формуле

Сp=CH/gg;  (10.7)

где СH - нормативное удельное сцепление, определяемое на основании стандартных методов испытаний согласно ГОСТ в состоянии капиллярного водонасыщения при полной влагоемкости; gg - коэффициент надежности по грунту, учитывающий вероятность отклонения величины сил сцепления от нормативного значения и определяемый по ГОСТу с учетом доверительной вероятности 0,90 [82]; при отсутствии данных испытаний образцов грунта можно приближенно принимать максимальное значение gg=2.

При отсутствии данных инженерно-геологических исследований допускается определять нормативное удельное сцепление глинистых грунтов по табл. 10.4 [82], где  Wl, Wp, W - влажность грунта (в долях единицы) соответственно на границах текучести и раскатывания и природная. При значениях коэффициента пористости е, выходящих за рамки таблицы, пользоваться ею не рекомендуется. При отсутствии данных инженерно-геологических исследований СН заторфованных грунтов допускается определять по табл. 10.5 в зависимости от вида торфа и содержания растительных остатков в грунте.

Таблица 10.4

Наименование грунтов и пределы нормативных значений их показателя текучести Il	Нормативное удельное сцепление СH, 105 Па (105 Па - 1 кгс/см2), при коэффициенте пористости, е
0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05
Супеси	0<Il£0,25	0,21	0,17	0,15	0,13	-	-	-
0,25£Il£0,75	0,19	0,15	0,13	0,11	0,09	-	-
Суглинки	0£Il£0,25	0,47	0,37	0,31	0,25	0,22	0,19	-
0,25£Il£0,5	0,39	0,34	0,28	0,23	0,18	0,15	-
0,5£Il£0,75	-	-	0,25	0,20	0,16	0,14	0,12
Глины	0£Il£0,25	-	0,81	0,68	0,54	0,47	0,41	0,36
0,25£Il£0,5	-	-	0,57	0,50	0,43	0,37	0,32
0,5£Il£0,75	-	-	0,45	0,41	0,36	0,33	0,29

Таблица 10.5

Характеристика заторфованного грунта	Нормативное удельное сцепление СH, 105 Па
Содержание растительных остатков в грунте, %	Вид торфа
Более 60	Древесный	0,01
Хвощевой	0,05
40-60 (сильнозаторфованный)	Осоковогипновый	0,05
Сфагновый	0,08
25-40 (среднезаторфованный)	Осоковогипновый	0,15
Сфагновый	0,20

5. Если в полевых условиях получено нормативное сцепление оттаявшего грунта СН(ОТ), то для перехода к соответствующему значению талого грунта можно пользоваться формулой

СН=kpСН(ОТ),  (10.8)

где коэффициент перехода kp определяют в зависимости от показателя текучести образца Il в оттаявшем состоянии:

Il......................................................................,25  0,25-0,75  свыше 0,75

kp........................................................................... 1,1  1,5  1,1

Коэффициент надежности по грунту gg, полученный для оттаявшего монолита, следует принимать в качестве искомого при определении расчетного сцепления талого грунта.

6. Гидравлическую крупность частиц несвязного грунта wl (т. е. скорость их осаждения в стоячей воде) определяют в зависимости от диаметра частиц d по графику (рис. 10.1).

Гидравлическую крупность грунта w, состоящего из разных фракций, определяют как средневзвешенную по аналогии с определением среднего диаметра частиц грунта (см. формулу 10.5).

7. Гидравлическую крупность отрывающихся отдельностей связного грунта принимают по табл. 10.6 в зависимости от их толщины d, определяемой по расчетному сцеплению Ср.

Таблица 10.6

Ср, 105 Па	d, мм	w, м/с	Ср, 105 Па	d, мм	w, м/с
0,001	0,36	0,067	0,10	0,91	0,12
0,005	0,38	0,07	0,25	1,85	0,15
0,01	0,41	0,077	0,50	3,35	0,20
0,025	0,50	0,086	0,75	4,85	0,25
0,05	0,65	0,10	1,0	6,35	0,31
0,075	0,80	0,11

Рис. 10.1. График для определения гидравлической крупности несвязных грунтов

Рис. 10.2. График для определения неразмывающей скорости для несвязных грунтов

Для пылеватых песков с содержанием пылеватых частиц kП³20% гидравлическую крупность определяют по эквивалентному расчетному сцеплению (в паскалях):

  (10.9)

где n0 - неразмывающая скорость частиц песчаной части грунта, определяемая по формуле (10.10); С - коэффициент Шези; e - коэффициент, учитывающий увеличение размываемости связного материала при влечении по нему несвязного (при грядовом движении по руслу песчаного материала e=1,16).

В расчетах kП принимают в долях единицы.

Если по формуле (10.9) получается отрицательная величина, то рекомендуется принимать СРЭ=0,001×105 Па.

8. Размываемость (устойчивость) грунтов дна характеризуется неразмывающей скоростью n0 течения, при которой еще не происходит движение несвязных частиц или отрыв отдельностей связного материала. При средней скорости потока n>n0 начинается размыв грунта на данной вертикали.

Неразмывающие скорости определяют в зависимости от связности, состава и температурного режима грунтов (талые и оттаявшие).

9. Неразмывающую скорость для однородного по крупности несвязного грунта рекомендуется определять по формуле (рис. 10.2):

  (10.10)

где g - ускорение свободного падения (g=9,8 м/с2); Н - глубина потока.

Неразмывающую скорость для пылеватых песков (при kП³0,03) определяют по формуле:

  (10.11)

где n0 - определяют по формуле (10.10) для частиц песчаной части (частиц крупнее 0,1 мм).

10. Неразмывающую скорость для связных и заторфованных грунтов определяют по графикам (рис. 10.3 и 10.4) или по формулам (в м/с): [65]

  (10.12)

Рис. 10.3. График для определения неразмывающей скорости связных грунтов по формуле

ЦНИИСа

  (10.13)

где e - коэффициент, принимаемый равным единице, когда в русле нет песчаных наносов и e=1,16, когда по руслу движутся песчаные донные наносы; С - коэффициент Шези, определяемый в зависимости от глубины потока Н и коэффициента шероховатости; Ср - расчетное сцепление в Паскалях.

Когда коэффициент шероховатости n¹0,03, значения неразмывающей скорости, полученные по графику (рис. 10.4), следует умножить на величину 0,03/n; при движении по руслу песчаных наносов - умножать на 1/e=0,865.

Рис. 10.4. График для определения неразмывающей скорости связных грунтов при e=1,0 и коэффициенте шероховатости n=0,03 по формуле ЦНИИС

11. Неразмывающую скорость для засоленных (при содержании легкорастворимых солей до 3%) несвязных и связных грунтов определяют по формуле

n0С=kСn0,  (10.14)

где kС - коэффициент уменьшения неразмывающей скорости для грунтов при наличии в них солей, принимаемый в зависимости от значения расчетного удельного сцепления Ср:

Ср, 105 Па....... £0,0005  0,01  0,02  0,03  0,04  0,05  0,075............................. ³0,10

kС..................... 0,92  0,90  0,80  0,75  0,72  0,67  0,63  0,59

Для несвязных грунтов (для которых Ср=0) kС=0,92.

При более высоком засолении неразмывающая скорость n0С должна устанавливаться на основании специальных исследований.

12. Неразмывающую скорость для оттаявших связных грунтов определяют по формуле

n0t=ktn0,  (10.15)

где kt - коэффициент уменьшения неразмывающей скорости потока для оттаявших грунтов по сравнению с талыми, определяемый по табл. 10.7 в зависимости от вида криогенной текстуры грунта в мерзлом состоянии, которую различают следующих видов для связных грунтов:

Таблица 10.7

Вид криогенной текстуры	Атакситовая	Слоисто-сетчатая	Массивная
Льдистость за счет ледяных включений	более 0,5	0,4-0,03	0,03 и менее
Вид грунта	связный	связный	связный	пылеватый песок с содержанием пылеватых частиц от 20% до 70%
kt	0-0,3	0,3-0,5	0,5-0,9	0,75-1

массивная - лед содержится в основном только в порах грунта, видимых прослоек льда нет;