III. Расчет образования прорана (процесса разрушения дамб)

H - максимальная разница между отметкой гребня ограждающей

max

дамбы и отметкой, до которой могут вытекать жидкие отходы, м;

F - площадь заполнения хранилища (определяется по графику

зависимости площади (F) и объема (V) от уровня заполнения), кв. м;

V - полный объем отходов в хранилище (определяется по

max

графику зависимости F и V от уровня заполнения), куб. м;

l - ширина гребня дамбы, м;

0

m - заложение внутреннего откоса дамбы (отношение длины

отк.

горизонтальной проекции откоса к высоте откоса), м/м;

n - заложение внешнего откоса дамбы, м/м;

отк.

ро - плотность частиц грунта, т/куб. м;

s

ро - плотность жидкости и неконсолидированных отходов (жидких

ж

отходов), т/куб. м;

ро - средняя плотность сухого грунта тела дамбы, т/куб. м;

d

ню - кинематический коэффициент вязкости жидкости и

неконсолидированных отходов (жидких отходов), кв. см/сек. (Для

воды кинематический коэффициент вязкости равен 0,0101, кв.

см/сек.);

d - средневзвешенный размер частиц грунта, мм.

y = b = h = 0,5 м, (1)

0 0 0

где:

y - начальная глубина прорана;

0

b - начальная ширина прорана;

0

h - начальная глубина потока.

0

На рис. 1 <*> представлена схема расчета размыва гребня и

пляжной зоны хвостохранилища.

--------------------------------

<*> Рисунки не приводятся.

Задавая приращение глубины прорана на каждом расчетном шаге

постоянным и равным ДЕЛЬТА y <= y , определяется приращение ширины

0

прорана:

b

0

ДЕЛЬТА b = ДЕЛЬТА y x -------------. (2)

y + ДЕЛЬТА y

0

Задавая приращения размеров прорана (ДЕЛЬТА y и ДЕЛЬТА b),

определяем уменьшение глубины вытекающего из прудка слоя ДЕЛЬТА H.

Расчет ведется методом итераций.

Определение параметров размыва прорана и потока производится в

расчетный i-ый промежуток времени:

глубина прорана: y = y + ДЕЛЬТА y; (3)

i i-1

ширина прорана: b = b + ДЕЛЬТА b; (4)

i i-1

длина прорана (м): l = y x (m + n ) + l . (5)

i i отк. отк. 0

При достижении y = H принимается, что увеличение прорана

i max

рассчитывается только за счет его расширения:

b = b + ДЕЛЬТА b', (6)

i i-1

y

0

где ДЕЛЬТА b' = 2,5 x ДЕЛЬТА y x -------------. (7)

y + ДЕЛЬТА y

0

2

Глубина потока в проране (м): h = - H , (8)

i 3 i

где H определяется по формуле (30).

i

Расход потока в проране (куб. м/с):

3/2 __

Q = mb H x \/2g, (9)

i i i

где m - коэффициент водослива, принимаемый равным 0,31.

Удельный расход потока в проране (кв. м/с):

Q

i 3/2

q = -- = 1,373 x H . (10)

i b i

i

Скорость потока в проране (м/с):

Q

i 1/2

u = ---- = 2,056 x H . (11)

i b h i

i i

Неразмывающая скорость u (м/с) определяется для заданного

0

значения d и гидравлических параметров потока по зависимостям

ср

В.С. Кнороза:

для 0,05 мм < d < 0,25 мм:

0,3 0,35 0,05

ню (g ро ) d

ж

u = 0,71 ------------------------; (12)

0i _____________________

/ -0,25

\/0,0008 + (0,006R )

i

для 0,25 мм < d < 1,5 мм:

0,7

660R ню

0,136 0,432 0,292 i

u = 1,8ню (g ро ) d lg(---------------------); (13)

0i ж 0,35 0,24 1,81

(g ро ) d k

ж

для d > 1,5 мм;

R

______ i

u = \/g ро d lg(11,5 --), (14)

0i ж k

где:

0,75

k = 0,785 x d ;

R - гидравлический радиус потока для прямоугольного сечения

i

прорана, определяемый по формуле:

b h

i i

R = -------- (м). (15)

i b + 2h

i i

Для частиц грунтов с d < 0,1 мм при определении значения

неразмывающей скорости необходимо учитывать силы сцепления между

частицами грунта.

Неразмывающая скорость для связанных грунтов определяется по

формуле:

____________________________________

/ 2gm

u = 1,25\/------- x [(ро - ро )d + 0,044C k], (16)

0i 2,6ро n s ж э гр

ж

где:

m - коэффициент условий работы, принимаем равным 1;

d - эквивалентный диаметр отрывающихся отдельностей

э

связанного грунта (для супесей d = 3 мм, для суглинков d = 4 мм,

э э

для глины d = 5 мм);

э

C - нормативная усталостная прочность связанного грунта на

гр

H

разрыв (Па): C = 0,35С ;

гр

H

C - нормативное удельное сцепление грунта (Па);

k - коэффициент однородности, допускается принимать равным

0,5;

d

э

n = 1 + -----------------.

(0,00005 + 0,3d )

э

Значение неразмывающей скорости определяется по справочнику

проектировщика "Гидротехнические сооружения" (под ред. В.П.

Недриги. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.).

Величина гидравлической крупности W (м/с) для размываемых

0

грунтов в проране определяется в зависимости от диаметра частиц

грунта по формулам:

2

g x d x ро

ж

при d <= 0,1 мм: W = ------------; (17)

0 18 x ню

g x ро

ж 1/1,5

при 0,1 мм < d < 0,6 мм: W = d x (-----------) ; (18)

0 __

11,2 x \/ню

1,2

g x d ро

ж 1/1,8

при 0,6 мм < d < 2,0 мм: W = (-----------) ; (19)

0 0,2

4,4 x ню

___________

при d >= 2,0 мм: W = 1,2 x \/g x d x ро , (20)

0 ж

где g - ускорение силы тяжести (g = 981 см/кв. с).

Время размыва элементарного объема прорана (с):

2 x ро x ДЕЛЬТА W

d i

ДЕЛЬТА t = -------------------, (21)

i мю x Q

i i

где ДЕЛЬТА W - увеличение объема размытого прорана (куб. м):

i

ДЕЛЬТА W = W - W = 0,5(b y l - b y l ); (22)

i i i-1 i i i i-1 i-1 i-1

мю - транспортирующая (размывающая) способность потока.

i

В зависимости от гидравлических параметров потока и диаметра

частиц размываемого грунта они могут переноситься потоком либо во

взвешенном, либо в донном состоянии.

Если скорость потока u >= 2,7u и все частицы d <= 0,15 мм

i 0i

(переносятся во взвешенном состоянии), то величина мю может быть

i

определена как:

u - u

крi 0i 4 d 1,6

мю = (----------) x (--) x 0,01, (23)

i 3W R

0 i

где u - критическая скорость потока (м/с) определяется:

кр

0,5

при y < H : u = 2,63 x h ; (24)

i max крi i

0,2

при y = H : u = 3,77 x h . (25)

i max крi i

Если u < 2,7u и все частицы d > 0,15 мм (движутся в донном

i 0i

режиме), то величина мю определяется по формуле:

i

u u d

i 3 0i 1,25

мю = 0,002 x (----) x (1 - ---) x (--) , (26)

i __ u h

\/gd i i

где g - ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/кв. с).

Объем жидкости, вытекающей из прудка за время ДЕЛЬТА t :

i

2 x ро x ДЕЛЬТА W

d i

ДЕЛЬТА V = Q x ДЕЛЬТА t = -------------------. (27)

i i i мю

i

Общий объем, вытекший за время Т = SUM ДЕЛЬТА t :

i

V = SUM ДЕЛЬТА V . (28)

i

Понижение уровня в прудке:

ДЕЛЬТА V

i

ДЕЛЬТА H = ---------. (29)

i F

Глубина слоя, вытекающего из прудка:

H = H + ДЕЛЬТА y - ДЕЛЬТА H . (30)

i i-1 i-1

Глубину слоя, вытекающего из прудка ДЕЛЬТА H , можно также

i

определить по графикам зависимости V и F от уровня заполнения.

При i = 1 принимаем, что H = y и ДЕЛЬТА H = 0.

0 0 0

Расчет ведется до того момента, когда V достигает значения

i

V или величина транспортирующей способности мю становится

max i

меньше 0,003.