Розроблення та удосконалення методів розрахунку деформації нерегулярних руслових форм та основ річкових споруд під дією повеневих течій

Опубліковано:
Номер: Випуск 25(2022)
Розділ: Гідротехнічне будівництво, водна інженерія та водні технології
Cторінковий інтервал статті: 132–148
Ключові слова: деформація, донний ґрунт, міст, повінь, річка, розмив, русло, течія, числовий метод
Як цитувати статтю: Башкевич І. В., Євсейчик Ю. Б., Корецький А. С., Онищенко А. М., Островерх Б. М., Потапенко Л. С. Розроблення та удосконалення методів розрахунку деформації нерегулярних руслових форм та основ річкових споруд під дією повеневих течій. Дороги і мости. Київ, 2022. Вип. 25. С. 132–148.
Як цитувати статтю (references): Iryna Bashkevych, Yurii Yevseichyk, Andrii Koretskyi, Artur Onyshchenko, Borys Оstroverh, Liudmila Potapenko. Development and improvement of methods of calculation of deformation of irregular rule forms and fundamentals of river structures under the action of flood flows. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2022. Iss. 25. P. 132–148 [in Ukrainian].

Автори

Національний транспортний університет (НТУ), м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-3507-4734
Національний транспортний університет, м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0001-7640-4317
Національний транспортний університет, м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0003-0307-0306
Національний транспортний університет, м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-1040-4530
Національний транспортний університет, м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-3373-5535
Інститут гідромеханіки НАН України, м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-1303-7801

Анотація

Вступ. У статті викладено результати дослідження нерегулярних донних річкових форм та основ споруд, а також берегових форм під дією поверхневих руслових течій. Припускається, що розвиток русел відбувається внаслідок дії природних гідроморфодинамічних річкових процесів протягом тривалих етапів існування річок, що утворюються відповідно до топографічних, геологічних і гідрометеорологічних умов.

Проблематика. Швидкості потоку визначаються системою рівняннь кінематики руслових потоків і транспорту наносів, що побудована на базі усереднення за глибиною потоку.

Мета. Застосування розроблених методів вирішення задачі у просторовому вимірі для дослідження турбулентних ефектів при взаємодії потоку з елементами конструкцій. Розвиток методів застосування просторової моделі буде проведено у наступному етапі.

Методи дослідження. Диференціальні рівняння, що описують нестаціонарну усереднену за глибиною течію, розв'язуються за допомогою числової моделі FST2DH, яка реалізує метод скінченних елементів. Кроки, які зазвичай проводяться при застосуванні FST2DH для дослідження потоку поверхневих вод і транспортування наносів, вимагають загальні необхідні засоби геоінформаційних систем для побудови сітки та призначення граничних умов. Також розглядаються рівняння розрахунку ерозії русла та розмиву мостових опор у зв’язаних ґрунтах, де показано, що ерозія в більшій мірі залежить від властивостей ґрунту, ніж для випадку незв’язних відкладень, але може досягати таких саме глибин розмиву при більш тривалих діях багатоповеневих розрахункових гідрографів.

Результати. Проведені розрахунки кінематики потоків розрахункового водопілля на прикладі перетину заплави трасою автодороги показали, що наявність великого кута естакади до повеневого потоку призводить до виникнення додаткових умов збільшення локального розмиву опор у вигляді суцільних прямокутних колон і у варіанті конструктивного рішення з колонами на суцільному цоколі. У зоні розташування опор поблизу руслової частини спостерігаються суттєві локальні розмиви.

Висновки. На базі проведених розрахунків та аналізу кінематики та гідроморфодинаміки потоків у створі мосту розроблені рекомендації про необхідні компоновочні та конструктивні заходи.

 

 

Посилання

  1. Островерх Б.М., Хомицький В.В. Розвиток теорії і методів моделювання руслових процесів в Інституті гідромеханіки НАН України. Прикладна гідромеханіка. Київ, 2007. Том 9, № 2-3. С. 139–149. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/4706/10-Ostroverkh.pdf?sequence=1 (дата звернення: 20.01.2022).
  2. Островерх Б.Н., Потапенко Л.С. Численный анализ гидроморфологических процессов с использованием вычислительных и геоинформационных систем. Матеріали п’ятої міжнародної науково-практичної конференції (29-30 вересня 2016 рокоу, Київ). Київ, 2016. С. 42–44.
  3. Візуалізація течії на нахиленою овальною лункою. URL: https://www.researchgate.net/profile/Vladimir-Voskoboinick/publication/308628162_Vizualizacia_tecii_nad_nahilenou_ovalnou_lunkou/links/57e929be08aef8bfcc9602ae/Vizualizacia-tecii-nad-nahilenou-ovalnou-lunkou.pdf  дата звернення: 20.01.2022).
  4. Гришанин В.К. Теория руслового процесса. Москва, 1972. С. 216.
  5. Милитеев А. Н., Базаров Д. Р. Двумерные (в плане) уравнения для размываемых русел. Сообщения по прикладной математике. Москва, 1997. 18 с.
  6. Милитеев А. Н., Базаров Д. Р. Математическая модель для расчета двумерных (в плане) деформаций русел. Водные ресурсы. Москва, 1999. Т. 26, № 1. С. 22–26.
  7. Briaud J.L., Chen H.C., Li Y., Nurtjahyo P., Wang J. Pier and Contraction Scour in Cohesive Soils. National Cooperative Highway Research Program, 2004, NCHRP Report 516, Transportation Research Board, National Academy of Science, Washington, D.C. DOI: https://doi.org/10.17226/13774.
  8. Slavinska, O., Tsynka А., Bashkevych, I. (2020). Predicting deformations in the area of impact exerted by a bridge crossing based on the proposed mathematical model of a floodplain flow. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 4 (7 (106), 75–87. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.208634.
  9. H. Shan, J. Shen, R. Kilgore, K. Kerenyi Scour in Cohesive Soils. Report No. FHWA-HRT-15-033 2015. URL: https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/structures/bridge/15033/15033.pdf (дата звернення: 20.01.2022).
  10. Churuksaeva V.V., Starchenko A.V. A mathematical model and numerical method for computation of a turbulent river stream. Journal of Mathematics and Mechanics. Tomsk St. Univ, 2015. № 6 (38). P. 100-114. URL: https://publons.com/publon/29723436/ (дата звернення: 20.01.2022).
  11. Guidance for Flood Risk Analysis and Mapping. Coastal Water Levels. FEMA Report, Federal Emergency Management Agency, Office of Risk Assessment, Federal Insurance Administration, Washington, 2016. 31 p.
  12. URL: https://www.fema.gov/sites/default/files/2020-02/Coastal_Water_Levels_Guidance_May_2016.pdf (дата звернення: 20.01.2022).
  13. Tolhurst, T. J., K. S. Black, S. A. Shayler, S. Mather, I. Black, K. Baker, and D. M. Paterson. Measuring the in situ Erosion Shear Stress of intertidal sediments with the cohesive strength meter (CSM). Estuarine Coastal Shelf Sci, 1999. № 49(2). Р. 281–294. DOI: https://doi.org/10.1006/ecss.1999.0512.
  14. Grabowski, R. C., G. Wharton, G. R. Davies, and I. G. Droppo. Spatial and temporal variations in the erosion threshold of fine riverbed sediments. Journal of Soils and Sediments, 2012. № 12(7). Р. 1174–1188. DOI: https://doi.org/10.1007/s11368-012-0534-9.
  15. L.A. Arneson, L.W. Zevenbergen, P.F. Lagasse, P.E. Clopper Armanini, A., and Di Silvio, G. A one-dimensional model for transport of a sediment mixture in non-equilibrium conditions. Journal of Hydraulic Research, 1988. № 26(3), р. 275-292. DOI: https://doi.org/10.1080/00221688809499212.
  16. Froehlich, D. C. Analysis of on-site measurements of scour at piers. Proceedings of the 1988 National Conference on Hydraulic Engineering, Colorado Springs, Colorado, August 15-19, 1988, American Society of Civil Engineers, New York, NY, р. 826-831. URL: https://pubs.er.usgs.gov/publication/70014448 (дата звернення: 20.01.2022).
  17. Нецик М. В., Гасьеквич В. Г. Торфові ґрунти Малого Полісся : монографія. Львів, 2015. 198 c.
  18. Tuukkanen, T., H. Marttila, and B. Klove. Effect of soil properties on peat erosion and suspended sediment delivery in drained peatlands. Water Resources Research, 2014. № 50. Р. 3523–3535. DOI: https://doi.org/10.1002/2013WR015206.
  19. Tolhurst T.J. et alt. A comparison and measurement standardisation of four in situ devices for determining the erosion shear stress of intertidal sediments. Continental Shelf Research, 2000. № 20. Р. 1397–1418. DOI: https://doi.org/10.1016/S0278-4343(00)00029-7.