Tài liệu CHƯƠNG 3 : THẤM DƯỚI ĐÁY VÀ HAI BÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI doc

CHƯƠNG 3 : THẤM DƯỚI ĐÁY VÀ HAI BÊN
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
GVC. ThS. Phạm Quang Thiền

§3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
I. Sự hình thành dòng thấm
- Đất nền và hai bên công trình thường là loại thâm nước.
- Khi có ∆H thì có dòng thấm: dòng nước qua các kẽ rỗng giữa các
hạt.
- Bất lợi do dòng thấm gây ra.
• Mất nước.
• Lực tác dụng lên công trình.
• Có thể gây biến hình nền và vai CT. Từ đó gây mất ổn định CT.
• Gây sình lầy.
- Có hai loại dòng thấm:
• Dòng thấm có áp: Giới hạn trên là biên không thấm
• Dòng thấm không áp: thấm có mặt thoáng.

§2.1. KHÁI NIỆM CHUNG
II. Vấn đề nghiên cứu dòng thấm:
- Nhiệm vụ nghiên cứu dòng thấm:
• Tìm ra luật chuyển động của dòng thấm.
• Xác định các đặc trưng dòng thấm: v, J, q
• Chọn kết cấu đường viền hợp lý.
• Biện pháp đảm bảo ổn định nền.
- Đã nghiên cứu từ lâu (Thế kỷ 18)
- Ngày càng phát triển mạnh

§3.2.THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
I. Những vấn đề chung

1. Các giới hạn của miền thấm (hình 3-1):
- Giới hạn trên: là đường viền thấm (đường
viền dưới đất)
ABCDEF: Sâu trước
GHIKLM: Đáy công trình
MN: Sân tiêu năng
PQ: Sân sau
- Giới hạn dưới: Đường 00’ có thể là cong,
thẳng, nằm ngang.
H
t
a
b
c
d
e
f
g
h
i
k
l
m
n
p
Q
O'
o

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

2. Các giả thiết cơ bản:
- Đất nền đồng chất đẳng hướng.
- Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được.
- Dòng thấm ổn định.
-
Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Đắcxi:
V = KJ (3.1)
- Với dòng thấm có áp cần thêm 2 giả thiết:
• Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước.
• Bài toán thấm phẳng.

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
II. Tính thấm bằng phương pháp giải tích
1. Phương pháp cơ học chất lỏng:
- Cho lời giải chính xác, do viện sĩ N.N.Pavlopxki khởi xướng.
- Phương trình vi phân cơ bản (theo giả thiết trên):
(3-2)
- Giải phương trình (3-2) cho ta cột nước thấm h tại mỗi điểm (x,y) và có
lời giải trong trường hợp đơn giản:
+ Bản đáy đặt ngay trên mặt nền (nền thấm hữu hạn hay vô hạn; dưới
bản đáy có 1 hàng cừ hoặc không có cừ) (Hình 3-2) (3-3).
2 2
2 2
h h
0
x y
∂ ∂
+ =
∂ ∂

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
b b
T
y
-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
O
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
b
T
8
=
T
b
=2,0
=1,0
b
T
=0,5
b
T
=0 hoÆc

b
T
8
H
h
b
x
Hình 3-2: Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy
đặt ngay trên mặt nền

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
+ Bản đáy công trình cắm vào nền một đoạn t, bản đáy không cừ, nền
thấm vô hạn hay hữu hạn (Hình 3-4)
b b
0.9H
0.7H
0.2H
H
H
9
10
8
10
H
7
10
H
6
10
H

5
10
H
4
10
H
3
10
H
2
10
H
1
10
H
y
x
=0,6
b
H
h
=0,4
=0,2
=0
b
T
=
t
b
t

t
b
t
b
8
b
b
x
t
-0,6-0,8-1,0 0,80,0-0,2-0,4 0,60,40,2 1,0
0,4
1,0
0,7
0,9
0,8
0,6
0,5
0,1
0,3
0,2
Hình 3-4: Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy
Phẳng chôn xuống nền một độ sâu t
Hình 3-3: Lưới thấm trong trường hợp nền thấm sâu
vô hạn dưới đáy không
đóng cừ

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
2. Phương pháp cơ học chất lỏng
gần đúng:
- Khi đường viền thấm phức tạp:

Pavlopski dùng phương pháp phân
đoạn;
Trugaep dùng phương pháp hệ số sức
kháng; Lavorenchiep dùng phương
pháp biến đổi các cừ.
- Với phương pháp hệ số sức kháng
(phương pháp Trugaep):
+ Xác định rõ phần nước vào, nước
thoát ra và phần không có vào ra
(Hình 3-5)
h
To
So
a
S
T
a
S
t
T
a
S
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
1
1
1
1
2
2
2
3
3
1 2 3 4 5
L L
Lo
1
2
h
H
2
0
Hình 3-5: Sơ đồ phân miền thấm theo
phương pháp hệ số sức kháng

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
+ Chia miền thấm ra thành từng bộ phận, gianh giới giữa 2 bộ phận là
đường thế.
+ Có 3 loại bộ phận:
• Bộ phận cửa vào hoặc cửa ra (có cừ hoặc không).
• Bộ phận thẳng đứng ở giữa.
• Bộ phận nằm ngang.

+ Dọc theo mỗi bộ phận cột nước tiêu hao tuân theo quy luật đường
thẳng. Cột nước tiêu hao trong mỗi bộ phận là (3-3):
(3-3)
+ Tổng cột nước tiêu hao ở các bộ phận bằng chênh lệch mực nước
thượng hạ lưu theo (3-4)
H = ∑hi = (3-4)
k
q
h
ii
ξ=
i
k
q
ξΣ

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
+ Thay (3-4) vào (3-3) ta có (3-6):
. (3-6)
+ Từ (2-6) ta sẽ vẽ được biểu đồ áp lực thấm (wt) tác dụng lên đáy)
+ Ngoài ra còn áp lực tĩnh: htt = γ.y. Từ đây có wtt.
+ Tổng áp lực đẩy ngược là wđn = wt + wtt.
+ Xác định các hệ số sức kháng ξi
i
ii
H
h
ξΣ
ξ=

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH


§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH


§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH


§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
3. Phương pháp tỷ lệ đường thẳng:
a) Lịch sử phương pháp:
+ Đây là phương pháp ra đời sớm.
+ Do Blai (1910) đề xướng dựa trên tài liệu quan trắc thực tế:
- Dọc theo đường dòng đầu tiên, J không đổi và không phụ thuộc vào hình dạng của
đường viền thấm.
- Tốc độ trung bình của dòng thấm: V = KJ
- Cột nước thấm tại 1 điểm là hx = .x (x: tính từ hạ lưu)
+ Sau đó Len (1934) đã quan trắc chi tiết hơn và thấy mức độ tiêu hao cột nước
thấm ở một đơn vị đường viền thấm theo phương đứng gấp m lần theo phương
ngang và đưa ra phương pháp Len.
+ Hiện nay, vẫn dùng phương pháp trong những trường hợp sau:
- Với công trình nhỏ, tầng thấm nhỏ, đường viền thấm đơn giản.
- Với công trình lớn dùng trong tính toán sơ bộ.
- Với nền đá cho kết quả tương đối chính xác.
L
H

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
b) Nội dung phương pháp Len:

- Chiều dài tính toán theo (3-15): (3-15)
Với m hệ số tuỳ thuộc vào số hàng cừ:
Có 1 hàng cừ m = 1÷1,5
Có 2 hàng cừ m = 2÷2,5
Có 3 hàng cừ m = 3÷3,5
- Để đảm bảo độ bền chung thì phải thoả mãn (3-16). Với C là hệ số phụ
thuộc vào đất nền: Ltt ≥ CH, (3-16)
- Cột nước thấm tại một điểm cách hạ lưu xtt theo (3-17):

(3-17)
n
tt d
L
L L ,
m
= +
x
tt
x
h H
L
=

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
- Đường dòng: Biểu diễn quỹ đạo của cùng cột nước thấm.
- Đường thế: Tập hợp các điểm có cùng cột nước thấm.

- Họ đường dòng gặp họ đường thế tạo thành những hình chữ nhật cong có
∆L/∆S = const; khi là hình vuông cong có ∆L/∆S = 1
* Ở những góc, các đường có tiếp tuyến là phân giác.
- Có: đường đầu tiên: là đường viền thấm dưới đáy.
đường dòng cuối cùng: là tầng không thấm.
đường thế đầu tiên: là đáy thấm nước thượng lưu.
đường thế cuối cùng: là đáy thấm nước hạ lưu.

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH

§3.2. THẤM QUA NỀN ĐẤT ĐỒNG CHẤT DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH