кандидат технических наук, доцент, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин,
367026 г. Махачкала, пр. И.Шамиля, 70
Cand.Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of Oil and Gas Well Drilling,
70, I.Shamil Ave., Makhachkala 367026
соискатель,
367015 г. Махачкала, пр. М.Ярагского, 81а, 57
Aspirant,
81a, 57 M. Yaragsky Str., Makhachkala 367015
Цель. Задача состояла в получении модели для определения максимально возможной степени наполнения каналов круговой формы сечения в земляном русле, исходя из условия обеспечения устойчивости откосов и минимального объема выемки грунта при их возведении, а также в поиске оптимальной степени наполнения укрепленных каналов замкнутого профиля, соответствующей максимальной пропускной способности.
Метод. В работе использованы аналитические методы дифференциального исчисления и решения неявных уравнений.
Результат. Для решения поставленных задач, подборе методов исследования и критериев оптимизации параметров каналов учтен опыт отечественных и зарубежных исследователей. Рассмотрены два случая каналов круговой формы сечения: в земляном русле; укрепленный замкнутого поперечного профиля. Для случая гидравлически наивыгоднейшего кругового канала в земляном русле путем приравнивая первой производной уравнения окружности обратной величине допустимого коэффициента заложения откосов получено аналитическое решение для определения максимальной степени наполнения из условия устойчивости откосов, которая оказалась не зависящей от величины транспортируемого расхода воды и гидравлических элементов потока. В случае несвязных грунтов, слагающих русло, круговой канал можно наполнить на глубину, не превышающую 20 процентов от радиуса канала. При этом средняя скорость потока должна оставаться в пределах от незаиляющей до неразмывающей. Для возможности нахождения расхода даны аналитические выражения нахождения гидравлических элементов потока в круговом канале. При определении объема выемки грунта по возведению канала учтено превышение бровки канала над максимальным уровнем воды в канале. Для случая укрепленного канала замкнутого поперечного профиля путем взятия производных из формулы Шези получены оптимальные значения расхода и средней скорости.
Вывод. Укрепленный замкнутого кругового профиля канал имеет максимальную пропускную способность при относительной степени наполнения 0,938, а максимальная средняя скорость движения жидкости в безнапорном канале достигается при степени наполнения 0,815.. Для определения максимально допустимой относительной степени наполнения в случае канала кругового сечения в земляном русле получены аналитические зависимости, до применения которых по справочной литературе предварительно нужно принять величину коэффициента заложения откоса для данного вида грунта ложа канала.
Objectives The task was to obtain a model for determining the maximum possible degree of filling the circular section channels in the earthen channel based on the condition of ensuring the stability of slopes and the minimum volume of excavation during their construction, as well as finding the optimum degree of filling fortified channels of a closed profile corresponding to maximum throughput.
Method In work analytical methods of differential calculus and the solution of implicit equations are used.
Result The experience of domestic and foreign researchers was taken into account to solve the set tasks, select research methods and criteria for optimizing channel parameters. Two cases of circular-shaped channels are considered: 1) in the earth channel, 2) reinforced with a closed transverse profile. For the case of a hydraulically most advantageous circular channel in the earthchannel channel, equating the first derivative of the equation of a circle with the reciprocal of the allowable embedding coefficient of the slopes obtained an analytical solution for determining the maximum degree of filling from the slope stability condition, which was not dependent on hydraulic flow elements. In the case of non-cohesive soils that form the channel, the circular channel can be filled to a depth not exceeding 20 percent of the channel radius. At the same time, the average flow rate should remain in the range from non-venting to non-blurring. In order to be able to determine the flow rate, analytical expressions are given for finding hydraulic flow elements in a circular channel. When determining the volume of excavation for the construction of the channel, the excess of the channel edge above the maximum water level in the channel was taken into account. For the case of a fortified channel of a closed transverse profile, by taking the derivatives from the Chezy formula, we obtained the optimal values of flow rate and average velocity.
Conclusion A fortified closed circular profile channel has a maximum capacity with a relative degree of filling of 0.938, and the maximum average velocity of a fluid in a pressureless channel is achieved with a degree of filling of 0.815. To determine the maximum permissible relative degree of filling in the case of a circular section channel in the earthen channel, analytical dependences were obtained, before using which, according to the reference literature, it is necessary to take the value of the slope coefficient for this type of channel bed soil.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.