Определение размеров зоны мутности, возникающей при сбросе грунта в отвал

Определение размеров зоны мутности, возникающей при сбросе грунта в отвал

При сбросе грунта в отвал вследствие турбулентных вертикальных пульсаций скорости частицы грунта разносятся по акватории, образуя зону мутности. Эта зона не соханяется постоянно. Частицы выпадают в осадок ниже по течению и отлагаются на дне водоема.

Прежде всего стоит заметить, что при попадании частиц в воду теоретически они могут быть разделены на две группы: частицы с гидравлической крупностью w, большей вертикальной пульсации Uz, и частицы с гидравлической крупностью w, меньшей или равной вертикальной пульсации Uz. Первая часть будет преимущественно осаждаться, вторая образует зону мутности и разнесется по акватории и лишь потом осядет на дно.

Величина гидравлической крупности зависит от режима свободного падения частицы, от размера частицы k, от вязкости ц, от плотности частицы, взвешенной в воде (r_i - r), от температуры воды t Ниже приведены формулы гидравлической крупности для различных режимов падения частиц [I].

Для ламинарного режима:

Для переходного режима:

где k_o =0,0015м. Для турбулентного режима:

Режим падения частицы определяется исходя из ее размеров.

При крупности менее 0,15 мм у частицы наблюдается ламинарный режим падения, при крупности более 1,5 мм - турбулентный. В промежутке между этими величинами - переходный.

Средняя крупность определяется как

где pi - процент содержания г-той фракции в общей смеси. Вертикальную пульсацию принимаем равной:

где n - скорость течения.

Очевидно, что разбивая кривую гранулометрического составананебольшие участки, мы можем расчитать для каждого участка значения гидравлической крупности и сравнить их с вертикальной пульсацией.

Учитывая, что для оседающих частиц скорость будет равна:

мы можем определить траекторию частицы и время ее падения:

Следует учесть, что все выкладки являются довольно приблизительными и не учитывают всего многообразия процессов, имеющих место в действительности. Например, не учитывается состояние частиц грунта - слипшийся грунт или нет.

Хотя в этих двух случаях происходит принципиально разный процесс (рис. 6.6). В первом случае мутность возникает за счет привлечения дополнительной массы грунта со дна, а во втором - за счет частиц, вываливающихся из трюма. Можно выделить также некоторое промежуточное состояние, когда грунт с некоторым объемом воды можно представить, как струю жидкости более высокой плотности, чем вода (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Возникновение мутности при сбросе грунта в воду

Но учитывая, что сброс неслипшегося грунта дает максимальную мутность, будем вести расчет согласно этой модели. Порядок определения мутности:

1. Разбиваем кривую гранулометрического состава на 14 характерных участков. Определяем для каждого участка величину средней крупности, гидравлической крупности, процентное содержание и режим падения частиц.

2. Определяем величину вертикальной пульсации, среднюю глубину в районе работ и гидравлическую вязкость.

3. Учитывая, что частицы в каждой фракции имеют вертикальные

скорости в диапазоне от

можно предположить, что

распределение происходит по нормальному закону и следовательно, 99,97% скоростей попадают в вышеуказанный диапазон согласно правилу «3-х  сигм».

Тогда:

где математическое ожидание

среднеквадратичное отклонение

    Разбиваем поле скоростей на 10 участков и для каждого участка определяем вертикальную скорость vb, полную скорость v, длину трассы частицы L, угол си, образуемый трассой и вертикалью, время прохождения этой трассы t и горизонтальную проекцию трассы х (рис. 6.7).

4. Зная скорость движения частиц, задаем интервал времени, прошедший с момента выброса грунта и определяем положение частиц (для каждой группы из 140) по истечении этого интервала. Для учета распределенного выброса грунта (по всей длине баржи) разбиваем длину баржи на участки длиной 1 м и для каждого участка проводим отдельный расчет, как для точечного выброса. Затем все значения суммируем.

Расчет мутности, возникающей за счет разноса частиц на отвале

Определяя возможность разноса грунта по акватории с территории отвала во время шторма, рассчитаем критическую скорость разноса частиц ила по формуле Кнороза:

где R - гидравлический радиус.