Гидротехнические сооружения. Том II

исходя из понятия этого термина, которое уста новлено в гидравлике надземных потоков. В последней, как известно, с изменением вели чины удельной энергии сечения связано чрезвы чайно важное в вопросах построения кривых свободной поверхности понятие о критической глубине потока, в связи с чем представляется существенным установить, насколько применимо это понятие мри изучении форм свободных поверхностей, т. е. кривых депрессии в грунто вых потоках. Удельная энергия сечения представляет собой, как известно, полную удельную энергию потока за вычетом удельной энергии положении и части удельной энергии давления, обусловливаемой давлением на свободной поверхности. Выражение удельной энергии сечения в гидравлике назем ных потоков имеет вид где А есть удельная потенциальная энергия давле ния без учета атмосферного давления, а 1 IS кинетическая энергия. Изменение удельной энергии сеченйя в зависи мости от изменения глубины потока А выражается практически известной диаграммой, изображен ной на рис. 61, причем критической глубиной потока называется значение аргумента А, соответ ствующее минимуму функции Э. Отметим, что, как не трудно видеть из выражения (94), части ординат этой кривой, лежащие в заштрихованной области выше прямой OA, представляют собой кинетическую энергию потока и определяются у 2 соответствующим значением члена 2 g ' части же ординат, лежащие ниже прямой OA, пред ставляют собой потенциальную энергию и опре деляются величиной А. Но так как в теории фильтрации величиной кинетической энергии, вследствие ее незначи тельности по сравнению с энергией потенциальной, обычно пренебрегают по Э = 1і а V 2 g a Q 2 2 g •А,

6. УСЛОВИЯ ВХОДА И ВЫХОДА ГРУНТОВОГО ПОТОКА Приведенные выше формулы предусматривают движение грунтового потока по схеме 1 рис. 60, где входное и выходное сечения потока пред ставляют собой плоскости, нормальные к напра влению потока и определяемые в условиях пло ской задачи соответственно высотой h{ и Л 2 Ч

(94).

Рис. 60

Схема эта однако достаточно теоретична, и дей ствительные условия движения потока в огром ном большинстве случаев соответствуют схемам 2 и 3, изображенным на рис. 60. За начальное и конечное живые сечения грунтоэого потока здесь следует принять сечения 1-1 и 2 - 2 , нормаль ные к направлению потока. Однако, как видно из схем, лишь линии токов, непосредственно грани чащие с кривой депрессии, здесь будут нахо диться в условиях, идентичных условиям схемы 1; все же остальные линии токов будут в действи тельности несколько длиннее, чем то предполагает сделанное нами допущение, так как вода, прежде чем вступить в область С, заключающуюся между сечениями 1-1 и 2-2, и выйти из этой области, должна пройти еще некоторые области А при входе и В при выходе из грунта. Указанные области А и В вызывают некоторую потерю напора, не учитываемую выведенными выше фор мулами. Однако в виду того, что обычно раз меры этих областей "весьма ничтожны по сравне нию с областью С, практически наличием этих областей можно свободно пренебречь и считать, что схемы 2 и 3 идентичны теоретической схеме 1. Указанное допущение аналогично таковому при расчете водопроводных труб, когда при опреде лении сопротивлений обычно пренебрегают по следними при входе и при выходе — в тех слу чаях, когда длина трубы достаточно велика. 7. УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ СЕЧЕНИЯ ГРУНТОВОГО ПОТОКА Прежде чем приступить к исследованию форм кривых депрессий, выясним, как выражается удельная энергия сечения грунтового потока,

чрезвычайной мЗлости ве личины скорости, а тем бо лее выражения скоростного напора, то очевидно, для грунтовых потоков вся за штрихованная часть графи ка рис. 61 будет отсутство

Рис . 61

вать, и изменение удельной энергии сечения бу дет характеризоваться прямой OA. Аналитически выражение удельной энергии сечения для грун товых вод представится в виде

Э гр = А'.

(95>

Выражение (95) есть уравнение прямой, прохо дящей через начало координат под углом в -15 е к осям координат, т. е. уравнение прямой OA на рис. 61. Из всего сказанного совершенно очевидно, что для грунтовых потоков понятие о критической глубине отсутствует, что и определяет собой раз личие, существующее в вопросах определения вида свободной поверхности для потоков надзем ных и грунтовых потоков.