Войти
Схема образования отверстий размыва Размыв мостов - это удаление отложений таких как песок и гравий вокруг опор моста или опор. Размывание, вызванное стремительно движущейся водой, может вычерпывать выбоины, нарушая целостность конструкции.
В США размыв мостов является одной из трех основных причин разрушения мостов (остальные - столкновение и перегрузка). Было подсчитано, что 60% всех отказов мостов вызваны размывом и другими причинами, связанными с гидравликой. Это наиболее частая причина разрушения мостов шоссе в Соединенных Штатах, где 46 из 86 крупных повреждений мостов произошли в результате размыва у пирсов с 1961 по 1976 год.
шоссе Миссисипи 33 мост через реку Хомочитто разрушился из-за наводнения вызванная эрозия Вода обычно быстрее течет вокруг опор и устоев, что делает их уязвимыми для местного размыва. В отверстиях моста может возникать усадочный размыв, когда вода ускоряется, когда течет через отверстие, которое уже, чем канал перед мостом. Деградационный размыв происходит как выше, так и ниже по течению от моста на больших площадях. Через длительные периоды времени это может привести к опусканию русла ручья.
нестабильность русла реки, приводящую к эрозии и изменению углов атаки может способствовать размыву мостов. Мусор также может оказывать существенное влияние на размыв мостов несколькими способами. Наращивание материала может уменьшить размер водного пути под мостом, вызывая размыв от усадки в канале. Накопление мусора на абатменте может увеличить площадь закупорки и увеличить местное размытие. Мусор может отклонять поток воды, изменяя угол атаки, увеличивая местный размыв. Обломки могут также сместить весь канал вокруг моста, вызывая повышенный поток воды и размыв в другом месте.
Наиболее часто встречающиеся проблемы размыва моста обычно связаны с рыхлым наносным материалом, который легко разрушается. Однако не следует предполагать, что общий размыв связных или цементированных грунтов не будет таким большим, как в несвязных грунтах; чистка просто занимает больше времени, чтобы развиться.
Многие уравнения для размыва были получены в результате лабораторных исследований, диапазон применимости которых установить трудно. Большинство исследований было сосредоточено на опорах и свайных образованиях, хотя большинство проблем размыва моста связано с более сложной конфигурацией опоры моста. Некоторые исследования были проверены с использованием ограниченных полевых данных, хотя их также трудно точно масштабировать для целей физического моделирования. Во время полевых измерений после размыва размывающая яма, образовавшаяся на восходящей стадии паводка или на пике, может быть снова заполнена на стадии спада. По этой причине нельзя просто смоделировать максимальную глубину размыва после события.
Размыв также может вызвать проблемы при гидравлическом анализе моста. Размыв может значительно углубить канал через мост и эффективно уменьшить или даже устранить подпор. Однако на это сокращение подпора не следует полагаться из-за непредсказуемости происходящих процессов.
При рассмотрении размыва принято различать несвязные или несвязные (аллювиальные) отложения и связный материал. Первые обычно представляют наибольший интерес для лабораторных исследований. Связные материалы требуют специальных методов и плохо изучены.
Первая важная проблема при рассмотрении размыва - это различие между размывом «чистой водой» и размывом «живым дном». Критический вопрос здесь заключается в том, является ли среднее напряжение сдвига в слое потока перед мостом меньше или больше порогового значения, необходимого для перемещения материала слоя.
Если напряжение сдвига выше по потоку меньше порогового значения, материал слоя перед мостом находится в состоянии покоя. Это называется состоянием чистой воды, потому что приближающийся поток чистый и не содержит наносов. Таким образом, любой материал слоя, удаляемый из местной промывной скважины, не заменяется отложениями, переносимыми подходящим потоком. Максимальная местная глубина размыва достигается, когда размер размывающего отверстия приводит к локальному снижению напряжения сдвига до критического значения, так что поток больше не может удалять материал слоя из размываемой области.
Размыв живого слоя возникает там, где напряжение сдвига выше по потоку превышает пороговое значение и материал слоя перед переходом движется. Это означает, что приближающийся поток непрерывно переносит отложения в местную промывочную яму. Сам по себе живой слой в однородном канале не вызовет размыва - для его создания необходимо дополнительное увеличение напряжения сдвига, например, вызванное сжатием (естественным или искусственным, например мостом) или местное препятствие (например, опора моста). Равновесная глубина размыва достигается, когда материал перемещается в отверстие размыва с той же скоростью, с которой он выносится.
Обычно максимальный равновесный размыв чистой водой примерно на 10% больше, чем равновесный размыв живым дном. Условия, способствующие размыванию чистой водой:
Возможно, что происходит размыв как чистой воды, так и живого дна. Во время паводка напряжение сдвига в русле может измениться по мере изменения паводковых потоков. Возможны условия чистой воды в начале паводка, переход к живому дну перед возвращением к условиям чистой воды. Обратите внимание, что максимальная глубина размыва может иметь место при начальных условиях чистой воды, не обязательно во время пика паводков и размыва живого дна. Точно так же относительно высокие скорости могут наблюдаться, когда поток ограничивается только берегами, а не распространяется по пойме при пиковом расходе.
Эффект урбанизации заключается в увеличении силы наводнения и более раннем пике гидрографов, что приводит к более высокой скорости потока и ухудшению качества. Улучшение русла или добыча гравия (выше или ниже рассматриваемого участка) могут изменить уровни воды, скорость потока, уклоны дна и характеристики переноса наносов и, следовательно, повлиять на размыв. Например, если аллювиальный канал выпрямляется, расширяется или изменяется каким-либо иным образом, что приводит к усилению состояния потока энергии, канал будет стремиться вернуться к более низкому энергетическому состоянию за счет ухудшения состояния вверх по потоку, расширения и расширения вниз по потоку.
Значение деградации для проектирования моста заключается в том, что инженер должен решить, будет ли существующая высота канала постоянной в течение срока службы моста или изменится. Если изменение возможно, то его необходимо учесть при проектировании водного пути и фундаментов.
Боковая устойчивость русла реки также может влиять на глубину размыва, поскольку движение русла может привести к неправильному расположению или выравниванию моста по отношению к набегающему потоку. Эта проблема может быть значительной при любых обстоятельствах, но потенциально очень серьезна в засушливых или полузасушливых регионах и с эфемерными (прерывистыми) потоками. Скорость боковой миграции в значительной степени непредсказуема. Иногда канал, который оставался стабильным в течение многих лет, может внезапно начать движение, но на него оказывают значительное влияние наводнения, береговый материал, растительность на берегах и поймах рек и землепользование.
Размыв на участках мостов обычно классифицируется как размыв при усадке (или сужении) и местный размыв. Усадочный размыв происходит по всему поперечному сечению в результате повышенных скоростей и сдвиговых напряжений в основании, возникающих из-за сужения канала такой конструкцией, как мост. Как правило, чем меньше коэффициент открытия, тем выше скорость водного пути и выше вероятность размыва. Если сток сокращается из широкой поймы, может произойти значительный размыв и обрушение берегов. Относительно серьезные сужения могут потребовать регулярного обслуживания в течение десятилетий для борьбы с эрозией. Очевидно, что один из способов уменьшить размытие от сжатия - это сделать отверстие шире.
Местный размыв возникает из-за увеличения скорости и связанных с ним вихрей, когда вода ускоряется вокруг углов опор, опор и дамб. Схема обтекания цилиндрической опоры. Приближающийся поток замедляется по мере приближения к цилиндру, останавливаясь в центре пирса. Результирующее давление застоя является самым высоким у поверхности воды, где скорость приближения максимальна, и меньше ниже внизу. Нисходящий градиент давления на забое сваи направляет поток вниз. Местный размыв сваи начинается, когда скорость нисходящего потока вблизи точки торможения становится достаточно высокой, чтобы преодолеть сопротивление движению частиц слоя.
Во время наводнения, хотя фундамент моста может не пострадать, заливка за опорами может размываться. Этот тип повреждений обычно возникает у однопролетных мостов с вертикальными опорами стен.
Процесс проверки обычно проводится гидрологами и техниками-гидрологами и включает в себя анализ исторических данных инженерная информация о мосту с последующим визуальным осмотром. Записывается информация о типе горных пород или наносов, переносимых рекой, и о том, под каким углом река течет к мосту и от него. Область под мостом также проверяется на предмет дыр и других следов размыва.
Обследование моста начинается с служебного расследования. Следует отметить историю моста и любые предыдущие проблемы, связанные с размывом. Как только мост будет признан потенциальным мостом размыва, он перейдет к дальнейшей оценке, включая полевой обзор, анализ уязвимости и определение приоритетов. Мосты также будут классифицироваться по разным категориям и иметь приоритет по риску размыва. После того, как мост будет оценен как критический для размыва, владелец моста должен подготовить план действий для устранения известных и потенциальных недостатков. План может включать установку контрмер, мониторинг, проверки после наводнений и процедуры закрытия мостов, если это необходимо.
В качестве альтернативы для оценки размыва также используются сенсорные технологии. Уровень обнаружения размыва можно разделить на три уровня: общий осмотр моста, сбор ограниченных данных и сбор подробных данных. Существует три различных типа систем мониторинга размыва: стационарные, портативные и геофизические. Каждая система может помочь обнаружить повреждения от размыва, чтобы избежать разрушения моста, тем самым повышая общественную безопасность.
Циркуляр № 23 по гидротехнике (HEC-23) содержит общие рекомендации по проектированию в качестве мер защиты от размыва, которые применимы к опорам и опорам. Нумерация рекомендаций по проектированию в следующей таблице указывает на главу с рекомендациями по проектированию HEC-23.
| Таблица 1.. Описание типов контрмер в HEC-23 | |
|---|---|
| Описание | Рекомендации по проектированию |
| Изгибные водосливы / зазубрины | 1 |
| Цемент в грунте | 2 |
| Проволока в оболочке каменная наброска матрас | 3 |
| Система из бетонных блоков | 4 |
| Матрасы, заполненные цементным раствором | 5 |
| Бетонные элементы брони | 6 |
| Мешки с цементным раствором | 7 |
| Каменная каменная наброска на опорах и опорах | 8 |
| шпоры | 9 |
| Направляющие берега | 10 |
| Проверка плотин / структур падения | 11 |
| Отводы | 12 |
Изгиб водосливов, выступов и направляющих валов может помочь выровнять обратный поток, в то время как каменная наброска, габионы, шарнирные бетонные блоки и заполненные цементным раствором матрасы могут механически стабилизировать опоры и откосы примыкания. Каменная каменная наброска остается наиболее распространенной контрмерой, применяемой для предотвращения размыва опор моста. Ряд физических дополнений к опорам мостов может помочь предотвратить размыв, например установка габионов и просыпание камня перед фундаментом. Добавление шпунтовых свай или сборных бетонных блоков также может обеспечить защиту. Эти контрмеры не изменяют очищающий поток и являются временными, поскольку известно, что компоненты перемещаются или смываются при наводнении. FHWA рекомендует критерии проектирования в HEC-18 и 23, такие как предотвращение неблагоприятных схем потока, оптимизация опор и проектирование фундаментов опор, устойчивых к размыву, независимо от использования каменной наброски или других мер противодействия.
Каналы трапециевидной формы, проходящие через мост, могут значительно уменьшить локальную глубину размыва по сравнению с вертикальными стеновыми опорами, поскольку они обеспечивают более плавный переход через отверстие моста. Это устраняет крутые углы, которые вызывают турбулентность. Шпоры, зазубрины, гребни и лопасти - это тренировочные конструкции реки, которые изменяют гидравлику потока, чтобы уменьшить нежелательную эрозию или отложения. Они обычно используются на нестабильных каналах потока, чтобы помочь перенаправить поток потока в более желательные места через мост. Укладка свай или более глубоких опор также используется для укрепления мостов.
Циркуляр № 18 по гидротехнике (HEC-18) был опубликован Федеральным управлением шоссейных дорог (FHWA). Это руководство включает несколько методов оценки глубины размыва. Эмпирические уравнения размыва для размыва живого дна, размыва чистой водой и местного размыва на опорах и устоях показаны в главе 5, раздел «Общая размыва». Общая глубина размыва определяется путем добавления трех компонентов размыва, которые включают длительное разрастание и деградацию русла реки, общий размыв на мосту и местный размыв на опорах или устоях. Однако исследования показали, что стандартные уравнения в HEC-18 завышают глубину размыва для ряда гидравлических и геологических условий. Большинство соотношений HEC-18 основаны на лабораторных исследованиях лотков, проведенных с отложениями размером с песок, увеличенными с факторами безопасности, которые трудно распознать или изменить. Песок и мелкий гравий являются наиболее легко разрушаемыми пластовыми материалами, но потоки часто содержат гораздо более устойчивые к истиранию материалы, такие как плотная почва, жесткая глина и сланец. Последствия использования методов проектирования, основанных на одном типе почвы, особенно важны для многих крупных физико-географических провинций с совершенно разными геологическими условиями и материалами фундамента. Это может привести к чрезмерно консервативным расчетным значениям размыва при низком риске или некритических гидрологических условиях. Таким образом, продолжается усовершенствование уравнений, чтобы свести к минимуму недооценку и переоценку размыва.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Размыванием. |
