thiết kế đập bttl theo phương pháp hệ số kháng, thiết kế đập đá có tường lõi mềm, thiết kế đập đồng chất có tường nghiêng và chân khay

Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Phần I : Nhiệm vụ bài tập lớn.
Đề bài:
-Thiết kế đập BTTL theo phơng pháp hệ số kháng.
-Thiết kế đập đá có tờng lõi mềm.
-Thiết kế đập đồng chất có tờng nghiêng và chân khay.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên.
Ngày giao:. / /2008.
Ngày nộp:/./2008.
I/ Số liệu ban đầu.
1.1.Tài liệu địa chất:
Loại đất:

0
(T/m
3
)

a
(T/m
3
)
{}
(T/m
2
)
T
(m)
k
1
(m/ngđêm)

k
2
(m/ngđêm)
k
3
(m/ngđêm)
1,52 1,7 0,8

10
-1

S
1
(m) S
2
(m) S
3
(m) C (T/m
2
) f t (m)
23 1,8 2,5 1,5 1 0,7
k
1
-Hệ số thấm của đất nền.k
2
-Hệ số thấm của đập. k
3
-Hệ số thấm của tờng.
1.2.Tài liệu về thuỷ văn:
Mực nớc TL

H
1
(m)
Mực nớc HL Chiều cao sóng
H
s
(m)
Bớc sóng TB
(m)
Hệ số thấm

1
30 0 3 14 0,5
II.Yêu cầu:
STT Công Việc Tiến độ
(tuần)
Thực hiện
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thớc của tờng
3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền.
4
Kiểm tra ổn định của đập:
-Kiểm tra ổn định trợt phẳng.
-Kiểm tra ổn định lật.
-Kiểm tra ổn định trợt của mái dốc theo phơng pháp trợt
cung tròn.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 1
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Phần II : Nội dung tính toán.

Chơng 1: thiết kế đập đất đồng chất có tờng nghiêng
mềm.
I. Cơ sở lý luận.
1. Sơ đồ tính.(Hình 1.1)

MNTK
m1
m
2
B
d
H1
y
x
O
L
L
a
o
Trong đó:
+ d: độ vợt cao của đỉnh so với mực nớc dâng bình thờng và mực nớc lũ.
+ B: chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu giao thông( 3-5 m).
+ m
1
, m
2
: mái dốc thọng lu và hạ lu đập.
+ xoy : hệ trục toạ độ giả định khi tính toán thấm.
2. Lý thuyết đập đất đồng chất có tờng nghiêng mềm.
a) Khái niệm:

Đập đất là loại đập đợc cấu tạo từ loại đất có khả năng chịu đợc ổn định nhờ trọng l-
ợng bản thân. Đặc điểm của đập đất là cho dòng thấm chảy qua.
b) Nguyên tắc và các bớc thiết kế đập đất.
+. Nguyên tắc:
Đập và nên phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc.
Thấm qua nền và thấm qua thân đập không tiêu hao cột nớc qua lớn, không
xói ngầm, nớc thấm qua thân không làm h hỏng đập
Đập phải đủ cao, phải có công trình tháo lũ đảm bảo hệ thống làm việc an
toàn
Có thiết bị bảo vệ mái đập chống tác hại của sóng, gió, ma, nhiệt độ
Giá thành đập và kinh phi quản lý rẻ nhất.
Việc lựa chọn các loại đập, cấu tạo các bộ phận thời gia và phơng pháp thi
công phải dựa vào tình hình hệ thống công trình.
+. Các bớc thiết kế:
So sánh lựa chọn các loại đập
Xác định các kích thớc chủ yếu các bộ phận của đập
Tính toán thấm ổn định và độ lún
Chọn cấu tạo chi tiết các bộ phận
Tính toán khối lợng công trình và nhân công.
(*) Tính toán thấm qua đập đất.
) (2
.
01
2
0
2
1
amL
ah
kq

=
(*) Phơng trình của đờng bão hoà:
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 2
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
x
LL
hh
y .
)(
)(
21
2
+

=
II. Ung dụng.
(*)Xác định các kích thớc cơ bản của đập :
1.Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = CTMN_dâng bình thờng + d
Hoặc :
CTĐĐ = CTMN_lũ + d
Trong đó :
d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ
Ta chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.
CTĐĐ = 30 + 2 = 32 m .
2.Chiều rộng đỉnh đập :
Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhng bề

rộng nhỏ nhất phải 3 ữ 5 m .
Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m
3.Mái đập :
Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền . Sơ bộ
chọn mái dốc đập nh sau :
Khi H = 30 m < 40 m thì :
Mái thợng lu m = 0,05.H + 2 = 3,5
Mái hạ lu m
1
= 0,05.H + 1,5 = 3
Vậy ta chọn m=3.5; m
1
=3.Ta tính toán cho trờng hợp mái dốc không đổi và không
có bậc cơ.
(*)Xác định kích thớc của tờng nghiêng và chân khay:
1) Kích thớc tờng nghiêng:
Chọn bề dày t1 = 1 m
t2 = 0,1.H = 0,1.30 = 3 m ,chọn t2 = 3 m
2) Kích thớc chân khay:
Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 2 m
Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm n-
ớc : T = m : lấy T= 10m
Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ:
m = 3,5
m = 3

30m
10m
(*). Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền :
Trờng hợp đập có tờng nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng

chảy ta thiết lập công thức tính lu lợng nh sau : Theo giáo trình Thuỷ Công
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 3
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Given
q k0 h1 h3( )
T
t

h1
2
h3
2
z0
2

2 sin
( )

+







q
k T h3+( )
2

T
2






2 m h3
( )

Trong đó :
m mái dốc đập thợng lu ( m = 3,5)
h
1
mực nớc thợng lu ( h
1
= 30m )
q lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)
K hệ số thấm của đập ( K = 0,1m/24h)
k
0
: hệ số thấm của tờng (k
0
= 0,001 m/24h)
: chiều dày trung bình của tờng = 2 m
m
1
mái dốc hạ lu đập ( m
1

= 3 )
T : chiều dày tầng không thấm T = 10 m
Giải 2 phơng trình trên ta tìm đợc : q , h
3
q = 0.39 m/ngđ = 4.47.10
-6
m/s ; h
3
= 2,70 m
-)Đờng bão hoà
Ta có q =
hmmqa
m
a
o
o
24/05.1)5,03.(39,0)5,0.(
5,0
1
1
=+=+=
+
Đờng bão hoà nh hình vẽ :
m = 3,5
m = 3

30m
10m
(*)Xác định các lực tác dụng lên đập:Tính cho một mét dài đập
1)áp lực thuỷ tĩnh :

Tính cho một mét dài tờng
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 4
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
m = 3
m = 2,5
W1
W2
W3
G1
G2
G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = .H = 30 T/m
2
W
1
= P.H/2 = 30.30/2 = 450 T
e = H/3 = 9.3m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
.
n
= 30*9.3*30*1/2 = 3656 T
áp lực đẩy nổi :
W3 = 0,5.30.(30.3 + 5 + 30.3)/2 = 1387.5 T
Trọng lợng bản thân đập :

G1 = 32.3.32.1,45/2 = 2227.2 T
G2 = 32.5.1,45 = 232 T
G3 = 32.3.32.1,45/2 = 2227.2 T
Tổng trọng lợng : G = 4686.4 T
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 5
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :
Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:
MNTT
đỉnh đê
f
0.1Pd
0.4Pd
Pd
0.4Pd
0.1Pd
Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức:
).m/T(h P.k.kP
2
2nbnod

=

Trong đó:
-Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m
3
).
h=2,5m-Chiều cao sóng.
2

P
-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với
h=2,5m
2
P
=1,9.
k
nb
-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
6,5
5,2
14
h
==

ta có k
nb
=0,85.
k
no
-Hệ số xác định
18,1)
14
3
15,1028,0.(5,3
14
3
.8,485,0).15,1028,0.(.8,485,0 =++=++=

h

m
h
k
no
Vậy
thay vào công thức 2-4 ta có P
d
=4,8T/m
2
.
Xác định tung độ z
2
:
).)(1.21(
1
2
2
2
BAm
m
Az +++=
(2-5).
Trong đó:
A=
88,4
9
10
)
5,2
14

.23,047,0(5,2
m
m1
)
h
23,047,0.(h
2
2
=+=
+
+

B=
.36,1
h
).25,0m84,0(95,0.h =








Thay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z
2
= 2,55m.
Xác định các khoảng cách l
i
:

l
1
=0,0125L

;l
2
=0,0265L

; l
3
=0,0325L

; l
4
=0,0675L

(2-6).
Với L

=
.m97,24
8
14.3
1m
.m
4
4 2
==

Thay L

vào hệ thống công thức 2-6 ta có l
1
=0,312m; l
2
=0,662m ; l
3
=0,812m;
l
4
=1,685m.
(*)Kiểm tra ổn định của đập :
1)Kiểm tra ổn định trợt phẳng:
Tổng lực giữ :
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 6
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
P
giữ
= (G + W2 W3 + 2.P
d
.cos).0,7 = (4686.4 + 3656 1387.5 +
2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4281.02 T
Tổng lực gây trợt :
P
tr
= W1 + 2.P
d
.sin = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 T

Hệ số ổn định trợt : K
tr
=
[ ]
5,17.10
1.401
02.4281
=>==
tr
tr
giu
K
P
P
Vậy đập ổn đinh trợt
2)Kiểm tra ổn định lật :
Tổng mô men giữ :
M
giữ
= G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4 = 278385 Tm
Tổng mô men lật :
M
lật
= W1.e5 + W3.e6 = 65298 Tm
Hệ số ổn định lật K
l
=
[ ]
5,126.4
65298

278385
=>==
l
l
giu
K
M
M
Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật.
3) Kiểm tra trợt cung tròn trên mái dốc:
Để kiểm tra điều kiện trên ta phải xác định tâm trợt và bán kính cung trợt.
a.Xác định tâm trợt.
Tại K là trung điểm mái dốc ta kẻ một đờng với mái dốc đập một góc 85
0
và
một đờng thẳng đứng. Tâm trợt nguy hiểm nhất nằm trong vùng dẻ quạt giới hạn bởi
2 cung R
1
=H=8,442m và R
2
=2,3H=19,417m. Sau đó ta chọn một tâm O nh hình vẽ
sau:
R
1
=
8
,
4
4
2

m
R
2
=
1
9
,
4
1
7
m
o
k
9m
3m
b.Xác định bán kính cung trợt.
Chọn t/H =0,25 và m=2,5 ta có: R/H=(2,3ữ3)
R=(19,4166ữ25,326)m.
Vậy ta chọn R=21m.
c.Công thức kiểm tra điều kiện ổn định trợt là:
K=


+
+
aH
R
W
tgWlC
ii

iiiii

1
sin.
sin).).cos( (
'



Trong đó :
K- Hệ số ổn định trợt, với đê mái nghiêng K >1,3.
R=21m-Bán kính cung trợt.
C
i
-Lực dính của đất lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.(Ta chọn
C
i
=1,5T/m
2
).

i
-Góc nội ma sát lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.(Ta chọn
i
=23
0
).
l
i
-Chiều dài đoạn cung trợt tròn của phân tố thứ i.

i
-Gradien của đờng đáy phân tố thứ i.
H-Ngoại lực tối đa theo phơng ngang (áp lực sóng, áp lực thuỷ tĩnh ).
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 7
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
a-Cánh tay đòn của ngoại lực.
W

-Tổng trọng lợng thực của phân tố thứ i.
W
i
- Tổng trọng lợng hữu hiệu của phân tố chia nhỏ thứ i .
Ta chia nhỏ phạm vi cung trợt làm 5 mảnh nhỏ có bề rộng nh nhau.Dựa vào hình vẽ
ta xác định đợc
1
=36
0
;
2
=15
0
;
3
=5
0
;
4
=26

0
;
5
=51
0
.Trong tính toán ta coi nh bỏ
qua áp lực sóng (vì áp lực này gây ổn định hơn) , áp lực thuỷ tĩnh phân bố hình tam
giác khi tham gia vào ổn định làm đê càng ổn định vì vậy giá trị ở mẫu của thành
phần này mang giá trị âm. Coi đất nền và cát có =1,8T/m
3
.Ta coi C
i
=0;
i
=45
0
tại
vị trí cung trợt đi qua phần đất của mảnh5.Xét các lực tác dụng lên mảnh thứ 5 nh
sau:
Tổng trọng lợng bản thân (hữu hiệu) là:
W
5
=
1 1
11
j
n
j
ji
n

i
dni
FF

==
+

=2,5.7,85+4,7.(2,5-1,025)+21,73.(2,2-1,025)
+6,4.(1,8-1,025)=59T.
Tổng trọng lợng thực là:
W

=2,5.7,85+4,7.2,5+21,73.2,2+6,4.1,8=90,7T.
Chiều dài cung tròn trong đoạn 5 là:
l
5
=
5
..R/180=51. .21/180=18,7m.

TtgWlC 31,4451sin).45).51cos( (
'
55
=+
W
5
.sin51=44,297T.
R
=
2

1
m
5
1

f
giũ
c
i
W =57T
5
f
gây trƯọt
1
W
2
W
3
W
4
W
o
Và tơng tự với các mảnh còn lại dựa vào mặt cắt ta tính toán nh bảng sau:
Mảnh C
i
(T/m
2
) l
i
(m) W

(T) W(T) H(T) a(m) R(m)
Tử
số
Mẫu
số
1 1.5 13.2 56 26 36 23
24 12
21 23 15
2 1.5 115 115 53 15 23 21 57 13.8
3 1.5 1.83 161 78 5 23 21 6.2 6.8
4 1.5 9.53 172 87 26 23 21 35 38.1
5 0 18.7 90.6 57 51 45 21 44 44.3
Nhận xét :
Ta thấy 2 mảnh 1 và 2 có xu thế giữ cho đê ổn định hơn tức là nó không có lực
gây trợt .Vì vậy các số hạng tham gia ở mẫu của mảnh 1 và 2 mang dấu âm. Mặt
khác lực ngang H giữ cho đoạn đập ổn định lên mang dấu âm.
Vậy ta có :
K=
.5,114,4
67,133,441,388,677,1305,15
3,441,352,66,569,22
>=
+++
++++
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 8
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Vậy đoạn đê tính toán đảm bảo ổn dịnh trợt cung tròn.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 9

Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Chơng2:Thiết kế đập bêtông trọng lực.
I. Cơ sở lý luận.
1. Sơ đồ tính. (Hình 2.1)
Tầng Không thấm nuớc

T
S1
Lo
H
MNTK
L1
b
B
S2
Trong đó:
H : mực nớc thợng lu.
B: bề rộng đáy đập.
b : bề rộng đỉnh đập.
S
1
, S
2
: chiều cao 2 hàng cừ.
T: chiều sâu tầng không thấm.
2. Lý thuyết đập bê tông trọng lực.
a) Khái niệm chung.
Đập trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lợng bản thân
của nó. Trọng lợng đập giữ cho đập không bị đẩy nổi, trợt và lật.

Đập bê tông trọng lực có khối lợng lớn nên không lợi dụng hết đợc khả năng
làm việc của vật liệu. Vì vậy vật liệu xây dựng đập không có yêu cầu cao nh bê tông
, không cần mác cao, một phần đập có thể dùng bằng đá
Để đảm bảo tính ổn địhh cao ngời ta xây dựng đập bằng bê tông nên có thể
gọi đập bê tông trọng lực.
b) Thiết kế mặt cắt ngang của đập bê tông trọng lực.
Mặt cắt ngang kinh tế của đập là mặt cắt ngang có chiều rộng nhỏ nhất và
thoả mãn ba điều kiện:
+ Điều kiện ổn định: đảm bảo hện số an toàn ổn định trợt trên mặt cắt nguy hiểm
nhất phải lớn hơn trị số cho phép.
+ Điều kiện ứng suất: khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thợng lu
hoặc có xuất hiện phải nhỏ hơn trị số cho phép
+ Điều khiện về kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lợng công trình là nhỏ nhất.
(*)Xác định bề dày đế đập theo điều kiện ứng suất:
2
0
*6
b
M
b
V

=

Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 10
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
n.b
(1-n).b
H

Dựa vào sơ đồ lực tác dụng vào đập và quá trình biến đổi toán học, ta có công thức
xác định chiều rộng b nh sau:

1
)2()1(



+
=
nnn
h
b
b
, khi b
min
=> n=
2
2


b

(*)Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt.

= GfWK
c

1
Từ đó ta xác định đợc chiều rộng đáy đập theo công thức sau:

).(
1



+
=
nf
h
kb
b
c
Trong đó:
+ f: hệ số ma sát giữa đập và đất nền
+ K
c
: hệ số an toàn ổn định của đập
+

G
: tổng các lực tác dụng lên mặt cắt.
c) Tính toán ổn định trợt, lật của đập dọc theo nền.
Q
FCWPf
k
i
t
).).(( +
=
25.115.1 ữ==

t
dn
W
P
k
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 11
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
II. Ưng dụng:
1. Số liệu :
-Mực nớc thợng lu : H
1
= 30m
-Mực nớc hạ lu : H
2
= 0
-Trọng lợng riêng của tờng :
đ
= 2,3m
3
-Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-1
cm/s
-Lực dính : C = 1,0 T/m
2

-Hệ số ma sát f=0,7
-Chiều sâu tầng không thấm : m

-Chiều sâu cừ giữa: 2,5m.
2. Tính toán.
(*)Xác định bề dày của đập :Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nớc .
a. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL => CTĐĐ = 30 m
b. Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất và điều kiện trợt.
Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 30 m và chiều rộng đáy là B hình
chiếu mái thợng lu là nB ,hình chiếu mái hạ lu là (1-n)B.
Có n=1-


2
1
=>n=- 0.1.Vì n=- 0,1 nghĩa là mái dốc thợng lu đập có độ dốc ngợc ,gây
khó khăn cho việc thi công ,mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên mặt hạ lu,do
đó lấy n=0. Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau:
1
1




=
h
B
(lấy
1
=0,5)B=0,77h.
=>B=24m.Và thoả mãn ổn định trựơt vì B[0,87.h;0,7.h].
c. Mái dốc thân đập :

Mái dốc đập thợng lu : m
0
= 0
Mái dốc đập hạ lu : m
1
= 0,55
d. Xác định ứng suất của đập.
ng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác
định theo công thức nén lệch tâm

2
0
*6
b
M
b
V

=

Trong đó:
V= W
2
+G- W
t
W
2
:áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu (=0)
G:Trọng lợng bản thân công trình
W

t
:áp lực đẩy nổi dới đáy đập

)(
2
.
11

=

hB
V

1
:Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)

1
:Trọng lợng riêng của vật liệu làm thân đập (=2,3T/m
3
)
:Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m
3
)

).22.32(
12
.
11
2
1

2
22
0
nnn
B
hhB
M

+++=

Thay số ta có G=1208,5 T
M
0
= 6989,5 T.m
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 12
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Vậy ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập là:

2
0
.6
B
M
B
G

=

Thay số vào ta có =

2
24
5,69896
24
5,1208 ì


max
= 123,16 T/m
2

min
=- 2.45 T/m
2
Các giá trị trên đều nhỏ hơn cờng độ tính toán của bê tông về khả năng chịu kéo và
nén.
e. Kiểm tra lại điều kiện ổn định trợt của đập.
Ta có điều kiện ổn định trợt của đập là:


= GfWK
c

1
Trong đó
f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.7)
K
c
:Hệ số an toàn ổn định của đập (=1)
G:Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt

W
1
:áp lực nớc nằm ngang tác dụng lên mái đập thợng lu

n
HW


2
1
2
11
=
=>W
1
=450 T
Ta có:
G= G- W
t
Trong đó:
G:Trọng lợng bản thân công trình:
G=1/2.(b+B).H.
đ
=1/2*(10+24)*30*2.3=1020 T.
W
t
: áp lực đẩy nổi dới đáy đập

1

2
1

nt
hBW =

1
:Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)
=>W
t
=1/2*24*30*1*0,5=180 T
Vậy: G= G- W
t
=1020-180=840 T.
Ta có :
W
1
=450T<f.G=0,7.840=588T. Đập là ổn định với kích thớc trên .
(*)Xác định lu lợng thấm qua đáy đập theo phơng pháp hệ số sức kháng.
Đây là phơng pháp gần đúng để xác định lu lợng thấm qua đáy đập.Trong thực tế
xây dựng các đoạn thẳng đờng viền có thể chia làm 3 bộ phận:
-Bộ phận cửa vào có cừ thợng lu.
-Bộ phận giữa thờng có cừ.
-Bộ phận cửa ra có cừ hạ lu.
Khi đó lu lợng thấm qua đập đợc xác định theo công thức sau:

=
i
Hk
q

.
(1-1).
Trong đó:
H-Độ chênh cột nớc trên các đoạn đờng viền.(H=44m).
k-Hệ số thấm. (k=0,01 m/ngđ).

rcnnvi

++++=

'''
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 13
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi

c
-Hệ số sức kháng của cừ.

v
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa vào.

r
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa ra.

n

n
-Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang.
Trong trờng hợp tổng quát ta có:

c
=
2
2
2
2
2
2
1
2
.75,01
.5,0
.5,1
T
S
T
S
T
S
T
a

++
;
v
=
r
=
1

1
1
1
1
1
0
1
.75,01
.5,0
.5,144,0
T
S
T
S
T
S
T
a

+++

Với:
S
1
=1,8 m ; S
2
=2,5m
T
1
;T

2
;T Lần lợt là chiều sâu tầng thấm ở sân trớc ,sân sau và thợng lu.
a
1
;
b
Lần lợt là chiều cao bậc và hệ số sức kháng của bậc.
Theo giả thiết ta chọn công trình không có bậc a
1
=a
2
= 0; và T=T
1
=T
2
= m.
Ta có sơ đồ tính nh sau:
Tầng Không thấm nuớc

T
1.8m
2.5m
Lo
30m
MNTK
L1
10m
24m

Thay các giá trị trên vào công thức trên ta có:

c
=0,56;
v
=
r
=0.83 ;
n
=3,37.
76,4=

i

Thay số ta có q=9,24.10
-2
m
2
/ngđ.
Vậy qua tính toán ta có lu lợng thấm qua nền công trình là q=9,24.10
-7
m
3
/ngđ.
(*).Xác định tải trọng tác dụng lên đập.
Tải trọng tác dụng lên đập gồm có : Tải trọng bản thân , tải trọng sóng, áp lực
nớc áp lực đẩy nổi.
a. Xác định tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng tờng đứng.
Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình là:
).
2

.(
max
h
HhkP
d
+=


Mô men lớn nhất tác dụng lên công trình là:
)
22
.
12
.(
22
max
HHhh
hkM
m
++=


Trong đó:
k
m
;k
d
- Là hệ số phụ thuộc vào tỷ số

h

và
H

đợc tra theo bảng 2.5 giáo trình
thuỷ công .Với

h
=0.214 và
H

=0.1 ta có k
m
=0,25 ; k
d
=0,11.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 14
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
-Chiều dài sóng (=14m).
h=3 m-Chiều cao sóng.
H=30m-Chiều cao cột nớc thợng lu.
=1T/m
3
-trọng lợng riêng của nứơc.
Thay số vào các công thức ta có P
max
=114,4T; M
max
=3870Tm.
b.Xác định tải trọng bản thân, áp lực nớc, áp lực đẩy nổi.

Các tải trọng này đợc tính toán ở phần trên .Vậy ta có sơ đồ lực nh sau:
Tầng Không thấm nuớc
Fnc
(*).Tính toán ổn định công trình.
a.Xác định ổn định trợt của công trình.
Do việc xác định bề rộng đập thoả mãn điều kiện trợt phẳng. Tuy nhiên công trình
có thêm cừ càng làm tăng ổn định. Vậy ta không cần kiểm tra điều kiện này.
b.Tính toán ổn định lật của công trình quanh điểm A.
Từ sơ đồ lực nh trên ta có:
Tổng mô men giữ là:
M
g
=968*29+1161,6*16=46657,6Tm.
Tổng mô men lật là:
M
l
=968*14,67+347*22,67+3870=25937,05Tm.
Hệ số ổn định lật là:
K
L
=
[ ]
2.18.1
1,26007
6,46657
=>==
L
l
g
K

M
M
Vậy công trình đảm bảo ổn định lật.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 15
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Chơng III : Thiết kế đập Đá có tờng lõi mềm.
I. Cơ sở lý luận.
1. Sơ đồ tính.(Hình 3.1)
m
2
m1
MNTK

l
b
L
H
2
H
0
H1
d
B
H
0
b
J
P
J

J
T

H
1
H
2
l
2. Lý thuyết đập đá có tờng lõi mềm.
a) Khái niệm chung.
Đập đá là loại đập đợc xây dựng bằng đá. Đá đợc đổ tự do hoặc đợc xây khan
không cần chất kết dính. Đây là một loại đập đợc xây dựng ở những nơi có nhiều đấ
giao thông thuận lợi. Những đập đợc xây dựng bằng đá theo một trình tự nhất định
gọi là đập đá xây khan.
Đập đá có tờng lõi mềm là dùng hình thức chống thấm bằng lõi đất mềm, mặt tr-
ớc mặt sau tờng lõi đều phảI làm tầng lọc ngợc để chống thấm và xói ngầm.
b) Thấm qua đập đá có lõi giữa.
Khi tính thấm qua đập đá có lõi giữa ngòi ta giả thiết rằng mực nứơc thợng lu kéo
dài tới mép của lõi giữa, tức là tổn thất cột nớc trong phần đá đổ trớc lõi giữa là
không đáng kể.
Khi tính thấm chỉ xét dòng thấm qua lõi, dựa vào lới thấm qua lõi để tính.
Khi H
1
/L < 0.5 có thể xác định theo ct:
)2/(1
65.0
0


=

tg
b
h
Gradien của dòng thấm khi ra ở mép thợng lu:
J
t
=sin

; J
P
= sin

.tg

=> J = sin

/cos


: góc đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 16
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Lu lọng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức:
Q= k
1
.

K
1

: hệ số thấm của lõi

: diện tích của biểu đồ J.
II. Ung dụng.
(*) Xác định các kích thớc cơ bản của đập :
1.Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = CTMN_dâng bình thờng + d
Hoặc :
CTĐĐ = CTMN_lũ + d
Trong đó :
d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ
Ta chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.
CTĐĐ = 30 + 2 = 32 m .
2.Chiều rộng đỉnh đập :
Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông
B = 0.1 H
Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m
3.Mái đập :
Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền . Sơ bộ
chọn mái dốc đập nh sau :
Khi H = 30 m:
Mái thợng lu m = 2.5
Mái hạ lu m
1
= 1.5
Ta tính toán cho trờng hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ.
4.Xác định kích thớc của tờng lõi.
Chọn bề dày b
lõi
= 3 m

Chọn bề dày l
lõi
= 5 m
Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ:
1
:
1
.
5
1:2.5
MNTK

67m
3m
128m
H
0
30m
2m
5m
(*). Tính toán lu lợng thấm qua đập :
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 17
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
H
1
1
N
2
1

N
2
x
L
y
H
2
Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lu lợng thấm qua tơng lõi. Do
môi trờng đá đổ có khe rỗng đá lớn cho nên sự chuyển động của nớc không tuân
theo định luật Đacxy dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính gần đúng theo
công thức của Pa vơ lốp ki sơ đồ tính nh hình vẽ trên.
Ta có phơng trình lu lợng thấm nh sau :

)452/(1
3
65.0
)2/(1
65.0
0
0

=

=


tg
tg
b
h

=1.95m
Trong đó :
Khi hạ lu đập không có nớc H
2
=0 lu lợng đợc tính gần đúng theo công thức :
J=0.82
28.05m
17.01m

Q= k
1
.

=0.001*250=0.25m/24h
(*)Xác định các lực tác dụng lên đập:Tính cho một mét dài đập
1)áp lực thuỷ tĩnh :
Tính cho một mét dài tờng
m = 2.5
m = 1,5
W1
W2
W3
G1
G2
G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = .H = 30 T/m
2
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 18
Lớp : CTT45ĐH1

Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
W
1
= P.H/2 = 30.30/2 = 450 T
e = H/3 = 10m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
.
n
= 30*10*30*1/2 = 4500 T
áp lực đẩy nổi :
W3 = 0,5.30.(30.3 + 5 + 30.2,5)/2 = 1365 T
Trọng lợng bản thân đập :
G1 = 1957.5 T
G2 = 217.5 T
G3 = 1631.25 T
Tổng trọng lợng : G = 3806.25 T
2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :
Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:
MNTT
đỉnh đê
f
0.1Pd
0.4Pd
Pd
0.4Pd
0.1Pd

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công
thức:
).m/T(h P.k.kP
2
2nbnod

=
(2-4).
Trong đó:
-Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m
3
).
h=2,5m-Chiều cao sóng.
2
P
-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,5m
2
P
=1,9.
k
nb
-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
6,5
5,2
14
h
==

ta có k
nb

=0,85.
k
no
-Hệ số xác định theo công thức:
176,1)
14
5,2
15,1028,0.(3
14
5,2
.8,485,0)
h
.15,1028,0.(m
h
.8,485,0k
no
=++=++=

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P
d
=4,75T/m
2
.
Xác định tung độ z
2
:
).)(1.21(
1
2
2

2
BAm
m
Az +++=
(2-5).
Trong đó:
A=
88,4
9
10
)
5,2
14
.23,047,0(5,2
m
m1
)
h
23,047,0.(h
2
2
=+=
+
+

B=
.36,1
h
).25,0m84,0(95,0.h =

Thay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z
2
= 2,55m.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 19
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Xác định các khoảng cách l
i
:
l
1
=0,0125L

;l
2
=0,0265L

; l
3
=0,0325L

; l
4

=0,0675L

(2-6).
Với L

=
.m97,24
8
14.3
1m
.m
4
4 2
==


Thay L

vào hệ thống công thức 2-6 ta có l
1
=0,312m; l
2
=0,662m ; l
3
=0,812m;
l
4
=1,685m.
IV)Kiểm tra ổn định của đập
Việc kiểm tra ổn định của đập tơng tự nh đập đất đồng chất do đó ở đây ta không

tính lại nữa.(do đậpcó trọng lợng lớn hơn đập đât và có áp lực đẩy nổi nhỏ hơn do co
hệ số rỗng lớnnên ta coi là an toàn và không cân kiểm tra).
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 20
Lớp : CTT45ĐH1