Начальный профиль безвакуумной водосливной стенки нормального очертания, имеющей гладкое сопряжение с дном нижнего бьефа
Идея построения начального профиля безвакуумной стенки нормального очертания (профиль Кригера — Офицерова) заключается в том, что водосливную поверхность такой стенки очерчивают по нижней границе струи. получающейся при переливе воды через водослив с тонкой стенкой, когда давление под струей равно атмосферному. Ниже поясним построение различных профилей рассматриваемой стенки.
1. Начальный профиль безвакуумной стенки нормального очертания с вертикальной верховой гранью.
Профиль данной стенки плотины (рис. 14.2) образован пятью элементами: 1) вертикальным участком АВ высотой а; 12) прямолинейным участком ВС, наклоненным к горизонту под углом ав; 3) криволинейным участком CD, строящимся по особым координатам; 4) прямолинейным участком DE, наклоненным к горизонту под углом ан; 5) дугой окружности EF, описанной радиусом R и сопрягающей дно нижнего бьефа с участком ED. При построении данного профиля отметки дна верхнего и нижнего бьефов, а также отметку гребня плотины необходимо иметь заданными. Значения а, ав и ан назначают в соответствии, с теоретическим треугольным профилем; дополнительно здесь учитывают еще влияние коэффициент расхода водослива.
Радиус R не влияет на коэффициент расхода; его назначают по конструктивным соображениям, причем руководствуются, на пример, следующими формулами: а) для невысоких плотин на нескальном основании при больших напорах R=. (0,5...1,0); б) для высоких плотин на скальном основании при напорах менее 5 м R= (0,25...0,50), где — так называемый профилирующий напор, Zmax — наибольшая разность уровней верхнего и нижнего бьефов.
Основным элементом профиля Кригера — Офицерова является кривая CD (см. рис. 14.2), которую проводят с таким расчетом, чтобы она достаточно близко располагалась к кривой cd, представляющей собой нижнее очертание струи, получающейся при переливе воды через тонкую стенку abc (рис. 14.3), рождественную по очертанию ABC рассматриваемого профиля.
Отклонение кривой CD влево от кривой cd влечет за собой образование вакуума непосредственно на поверхности водосливной стенки, что нежелательно; отклонение же кривой CD вправо от кривой cd влечет за собой уменьшение коэффициента расхода, так как при таком отклонении давление под струей на поверхности гребня будет увеличиваться. Уменьшение коэффициента расхода также нежелательно. Из приведенных выше пояснений видно, что очертание кривой CD должно зависеть от значения Н (поскольку от напора на водосливе зависит очертание струи cd). Во время эксплуатации плотины напор Н гребне плотины изменяется. Для построения кривой CD выбирают некоторый определенный напор, исходя из которого и скроят профиль водосливной стенки. Этот напор называют профилирующим.
Значение принимают равным максимальному напору на водосливе Яшах, который имеет место при ФПУ. В случае на сливной поверхности CDE (см. рис. 14.2) вакуум не проявляется. Однако надо иметь в виду, что при напоре, большем профилирующего, вакуум на поверхности водосливной стенки уже может иметь место. Построение рассматриваемого безвакуумного профиля осуществляется следующим образом. Зная и наметив оси координат Ох и Оу (см. рис. 14.2), строим кривую, пользуясь табл. 14.1, в которой даются приведенные координаты кривой. Для получения действительных координат х и у кривой CD числовые данные, приводимые в таблице, следует умножить на Япроф. Как видно из таблицы, абсцисса х0 наивысшей точки гребня стенки (см. рис. 14.2) равна 0.
Кривую следует проводить по найденным точкам так, чтобы ось была касательна к ней в точке С. Далее проводят прямые ВС и DE, наклоненные к горизонту под углом ав и ан; эти прямые должны касаться намеченной кривой. После этого участки СС и DD кривой отбрасывают, затем проводят вертикаль АВ и дугу EF.
2. Начальный профиль безвакуумной стенки нормального очертания с наклонной верховой гранью. Эту стенку (рис. 14.4) можно рассматривать как частный случай стенки, приведенной на рис. 14.2 (когда а=0). Такого рода распластанный профиль может иметь место при нескальном основании, если коэффициент трения плотины по основанию невелик. В случае хорошего скального основания верховая грань плотины получается вертикальной.
3. Дополнительные частные случаи начального профиля безвакуумной стенки нормального очертания возможны, когда длина отрезка DE (см. рис. 14.2 и 14.4) обращается в нуль, причем кривые C0D и EF смыкаются, (прямолинейный участок DE профиля отсутствует), а также когда ав==90° (рис. 14.5).