Жолдасов С.Қ., Сарбасова Г.А., Дүбірбаева Г.А., Есенгелдиева П.Н.

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати, Казахстан

Селге қарсы құрылым мен ағын арасындағы өзара байланыс ТУРАЛЫ

Селдің түзілуі мен қозғалысы – өте күрделі және экологиялық зияны өте қауіпті табиғи құбылыс, оны зерттеу және сандық түсінігін беру кезінде болатын процестердің өзін де, және әсер ететін күштердің механизмін қысқарту және нобайын келтірмесе болмайды. Бұл жерде зерттеулер екі бағыт бойынша жүргізіледі. Біріншісі селдің өтімдері мен көлемін сел түзілу ошақтарындағы тасымалданатын сел ағынының сулық тасқынының тиісті параметрлерімен байланыстырады. Екінші бағыт, бұл жұмыста қабылданған, мейлінше қатаң математикалық тәсіл ерекшеленді, әсер ететін күштердің сипаты туралы айқын физикалық тұрғыларға сүйемелденеді және құбылысты тұтас орта механикасы тұрғысынан қарастырады. Құрылымға ұрынатын селдің соққы динамикасы айтарлықтай күрделі және көп жағдайда экспериментті түрде зерттеледі. Құрылымға ұрынатын селдің соққы динамикасын зерттеуді - қатты тосқауылға түсетін жоғарғы қысымды анықтау, соққы жүктемелерінің эпюраларын нобайлау (схемасын жасау), соққының кейбір кезеңдерінің ұзақтылығын бағалау; селдің, құрылымының түрі мен конструкциясының параметрлеріне байланысты соққының жалпы созылу ұзақтығын анықтау бағытында жалғастырған жөн.

Үлкен Алматы өзеніндегі 1977 жылы болған сел осы аудандағы сел құбылыстары табиғаты туралы түсінікті түбегейлі өзгертті [1]. 1977 жылғы сел, тура 1973 жылғы болған сел сияқты, мұздық көлінің жарылуымен туындағанына қарамастан, сол кездегідей көліктік-жылжитын селдік процес схемасы бойынша дамуы керек еді, бірақ селдің түзілу көрінісі күткендей болмай шықты. Ең маңыздысы – жарып шыққан тасқын мен сел ағынының жүріп өту қайталанғыштығы (синхрондығы) болмады. Мысалы, егер Шымалған тәжірибелерінде сел ошағына су беруді тоқтатқанда сел түзілу процесі тоқтаған еді [2], ал 1973 жылғы сел кезінде селмен шыққан ағынынң басым бөлігі (80-90%) алғашқы 30-40 минутта Медеу сел қоймасына түсті, 1977 жылғы сел кезінде мұндай өзара байланыс жоқ болды.

1977 жылғы сел Іле Алатауындағы тасты-лайлы селдердің түзілуіндегі қозғалу процестерінің ролі туралы мәселені қиындата түсті. Мынау айқын болды, ернеулік сырғымалар 1973 жылғы Кіші Алматы өзеніндегі селдің толысуына маңызды роль атқарған, тек олардың басым бөлігі бірмезетте арнаның селмен тереңдеуімен қатар жүрген. «Кешіккен» сырғымалардың бірі, біздіңше, сел аяқталғаннан бір күн кейін 1973 жылы 16 шілдеде Медеу сел қоймасына енген сел үйіндісі.

Селге қарсы құрылымы мен сел ағыны арасындағы өзара байланыс – селден қорғану тәжірибесіндегі ең күрделі құбылыстардың бірі. Қарастырылып отырған процесті айтарлықтай толық және негіздеп жазып көрсететін байланыстылықтар алу мақсатында құбылысты зерттеу, - селге қарсы құрылыстағы өзекті мәселелердің бірі.

Селден болатын жүктеме тосқауылды айналып өтетін ақпаның гидродинамикалық қысымы ретінде қарастырылды. Кейінгі жылдары селдің әсер ету нобайлары (схемалары) бірнеше рет тексерілді, модификацияланды және толықтырылды, бірақ селден болатын динамикалық жүктеме түзілу принципі (қағидасы), айналып өту қысымы ретінде өзгеріссіз қалды. Бұл қағида С.М.Амирджанова, У.Р.Мирза-заде, Г.М.Беручашвили [3] және де басқа зерттеушілердің формулаларын қорыту негізі болып табылады.

Қозғалыс мөлшерінің сақталу заңы негізінде төмендегі түрде сел ағыны параметрлері мен тік (вертикаль) тұтас тосқауылға түсетін динамикалық жүктемені байланыстыратын тәуелділік алынды:

, (1)

мұнда - сел массасы тығыздығы = (1,8-2,3)10³ кг/м³ кезіндегі байланысқан сел ағынының соққы күші; - экспериментпен табылатын коэффициент, ; -селмен қамтылатын аудан; - сел жылдамдығы, м/с.

коэффициенті сел ағысының жылдамдығы 1,5-4,3 м/с, ағын тереңдігі 4-10см аралығында өзгеру диапазонында лабораториялық қондырғыда эксперименттер жүргізу жолымен анқталды. Жазық қалқанға түсетін селдің торлық қысымы динамометр және тензодатчиктермен өлшенді.

Г.И. Херхеулидзенің [4] есептік тәуелділіктері бойынша, жалпы жағдайда құрылымға түсетін сел ағынының қысымы үш құраушыдан тұрады: гидростатикалық қысымнан; гидродинамикалық қысымнан; жеке тастардың соққысынан болатын салмақтан. Соңғылары нормаларға сәйкес анықталады, бірақ, төмендегі формуламен соққы энергиясын жұтудың қосымша коэффициент енгізлуімен былай да табылады

(2)

мұнда - қалпына келу коэффициенті; - соққы энергиясын жұту коэффициенті; - тастың көлемі; - қысымның есептік ауданы деңгейіндегі ағынның максимал жылдамдығы.

Сонымен бірге, тастың соққысы айналып өту қысымына соқтығады, яғни бұл жүктемелер қосылады деген болжам бар.

Жапон зерттеушілері [5] төмендегідей түрдегі, ірі тастардың соққы әсерін есептудің тәуелділігін ұсынады

(3)

мұнда - соқының үйкеліс коэффициенті, ол сел массасы құрамындағы лайлы-тасты құраушылардың салыстырмалы тығыздығына, және де басқа да бірқатар параметрлерге байланысты, ; - сел массасының тығыздығы; - селдің орташа жылдамдығы; - ірі тас қоспаларының радиусы.

Кіші Алматы өзеніндегі 1973 жылғы сел ағындары, теория жүзінде көрсетілетін, селдің тосқауылға динамикалық әсерінің проблемасы әлдеқайда күрделі екенін көрсетті. 1977 жылы Үлкен Алматы өзеніндегі селмен ЭЖЖ (ЛЭП) тіреулері, ГЭС каскадтарының бастоғандары, кірпіш үйлер бүлінген болатын, сонымен қатар осы бүлінген құрылымдар төтеп беруі қажет жүктемлер, айналып өту ағынын есептеуге арналған белгілі формулалар бойынша есептелген қысымнан бірнеше асып түсті. Біздіңше, бұл құрылымдардың бүлінуінің себебі, қар көшкіндері үшін жан-жақты зерттелген импульстік салмақтар.

Құрылымға түсетін қар көшкінінің динамикалық қысым құраушысы жалпы қабылданған теорияға сәкес келесі формуламен есептеледі

(4)

С.А.Христианович формуласы бойынша

, (5)

мұнда - қар көшкінідегі қардың соққыға дейінгі және одан кейінгі тығыздығы.

Қар көшкіні есептерінің негізіне, дәл селдік ағынды есептеуге арналған принцип қойылған – жүктеме айналып өту қысымы ретінде түзіледі.

Сел мен тосқауыл арасындағы өзара байланыстың механизмінде толық түсініктің жоқтығы, эмпирикалық есептеу формулаларының көптігіне қарамастан, селдермен күресудің тиімді тәсілдерін жасауды, селге қарсы конструкцияларды жетілдіруді қажет етеді. Бұдан кейінгі зерттеулердің міндеті - сел тосқауылға соғылғанда болып өтетін процестердің физикалық мағынасын түсіндіру және олардың сандық түсіндірмесінің қолайлы әдістерін жасау болып табылады.

Литература:

1. Квасов А.И. Развитие представлений о природе селевых явлений и характере необходимых противоселевых мероприятий в районе г.Алма-Аты//Проблемы противоселевых мероприятий. Алма-Ата, 1986. С.62-71.

2. Хонин Р.В. Экспериментальный полигон в бассейне р.Чемолган и история его создания//Селевые потоки. 1976. Сб.1. С.7-25.

3. Беручашвили Г.М. Некоторые вопросы динамики селевого потока и его взаимодействие с сооружениями //Материалы ІV Всесоюзной конфереции по селевым потокам. Алма-Ата, 1959. С.132-144.

4. Херхеулидзе Г.И. Селевые нагрузки и способы их определния//Тр.ЗакНИГМИ. 1984. Вып.83(90). С.77-112.

5. Hashimoto H., Tsubaki T.//Memoir of the Faculti of Engineering, Kyushu Unibersity. V.44. N3.P.273-289.