Трудности моделирования гидравлических явлений существенно возрастают при необходимости прогнозирования результатов взаимодействия водных потоков с руслом. При проектировании мостовых переходов едва ли не самым важным является определение деформации русла (общих и местных размывов) в районе мостового перехода. От характера развития русловых деформаций зависит не только трансформация потока, но и надежность самого сооружения, стоимость строительных и эксплуатационных работ.
Вряд ли можно надеяться получить вполне достоверные данные на модели для столь сложного явления, как взаимодействие пространственного потока с размываемым руслом.
Лучше обстоит дело, если есть возможность обеспечить полное геометрическое подобие потока и слагающего русло материала. Но последнее применительно лишь к случаю, когда частицы материала являются достаточно крупными и несвязными (крупные и средние камни, обломки и т. п.). Если материал русла состоит из достаточно мелких несвязных частиц, например песка, то моделировать поведение такого русла в условиях его подвижности гораздо сложнее. Еще большие трудности возникают при моделировании размывов связных грунтов (суглинков, глин и т. п.).
|
|
При проектировании сооружений различают местные и общие размывы русла. Местные размывы образуются в окрестности какого-либо локального препятствия на пути движущегося потока, например крупного камня, мостовой опоры, и связаны с местным переформированием поля скоростей в потоке. Общие размывы происходят на участках значительной протяженности и обусловливаются либо типом руслового процесса, либо серьезным нарушением естественного режима водотока искусственным сооружением, например сжатием потока подходными насыпями мостового перехода.
При моделировании размыва грунта водным потоком должно быть обеспечено подобие движения частиц грунта в натуре и на модели: при этом различают влечение их по дну и взвешивание частиц потоком. Для взвешенных частиц необходимо обеспечить подобие действующих на них подъемной силы и силы тяжести. Значительную роль при этом играет гидравлическая крупность частиц w, т. е. скорость их осаждения в покоящейся воде. Очевидно, в подобных потоках соотношение vfw должно быть одинаковым. Следовательно, масштаб гидравлической крупности mw должен быть равен масштабу скорости тu. При моделировании «по Фруду»
Так как гидравлическая крупность w в общем случае зависит от числа Рейнольдса Red, где d диаметр частицы, то необходимо, чтобы выполнялось RedM=RedH, а это приводит к трудностям в подборе материала модельных частиц. Однако если Redн≥Redrpн, то, обеспечив условие Redм ≥RedГрм, можно при моделировании «по Фруду» рассчитывать на то, что форма и глубина местных размывов на модели будут подобны натуре. Обычно такие условия имеют место для дорожных водопропускных сооружений типа малых мостов, дорожных труб и т. п.
|
|
Если Redн<Redrpн или грунты являются связными, моделирование русловых деформаций резко осложняется. Сведения о приемах моделирования в этих случаях можно найти в специальной литературе.