thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước, thiết kế đập đất có tường lõi, thiết kế đập bê tông trọng lực theo phương pháp tỉ lệ đường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (332.79 KB, 30 trang )
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Nhiệm vụ bài tập lớn
Dạng đề tài:
1. Thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc
2. Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng
3. Thiết kế đập đá có tờng lõi
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến
Ngày giao đề:
Ngày nộp:
I . Số liệu ban đầu:
1. Trờng hợp 1: TK đập đá có tờng lõi
Mực nớc thợng lu : H
1
= 25 m
Mực nớc hạ lu : H
2
= 0
Chiều sâu tầng thấm : T = 9,2 m
Hệ số thấm của tờng : K
t
= 10
-7
m/24h
Đất sét pha cát có :
Đ
= 1,5 T/m
3
Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-4
cm/s
Lực dính : C = 2,5 T/m
2
2. Trờng hợp 2: TK đập BT trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng
Mực nớc thợng lu : H
1
= 26m
Mực nớc hạ lu : H
2
= 0
Trọng lợng riêng của tờng :
đ
= 2,3 T/m
3
Hệ số thấm của nền : K
n
= 0,1 m/ngđ
Lực dính : C = 1T/m
2
Hệ số ma sát f = 0,7
3. Trờng hợp 3: TK đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc
Mực nớc thợng lu : H
1
= 25 m
Mực nớc hạ lu : H
2
= 0
Chiều sâu tầng thấm : T = 9,2 m
Hệ số thấm của tờng : K
t
= 10
-5
cm/s
Đất sét pha cát có :
Đ
= 1,5 T/m
3
Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-4
cm/s
Lực dính : C = 2,5 T/m
2
2. Yêu cầu
2.1 . Nội dung
2.1.1. Đập đá có tờng lõi:
STT Công việc Tiến
độ
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
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trợt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
2.1.2. Đập BT trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng
STT Công việc Tiến
độ
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
theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trợt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
2.1.3. Đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc
STT Công việc Tiến
độ
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 trợt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
- Kiểm tra ổn dịnh mái dốc theo phơng pháp trơt cung
tròn
2.2 Quy cách
2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trớc khi tính.
2.2.2.Các hình vẽ minh hoạ , bảng biểu ,đồ thị phải có tên và đánh số thứ tự.
2.2.3.Các công thức phải đánh số thứ tự.
2,2,4. Nếu áp dụng tin học vào tính toán phải đa vào phụ lục.
2.2.5.Thuyết minh khổ A4, bìa nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ li(khuyến khích làm
bằng máy tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:
- Bìa ngoài;
- Nhiệm vụ BTL;
- Mục lục;
- Nội dung tính toán;
- Phụ lục tính toán;
- Tài liệu tham khảo.
2.3. Thởng, phạt:
2.3.1.Thởng
- áp dụng tin học
- Nộp sớm
- Trình bày đẹp, đúng quy cách
- Lí do khác
2.3.2.Phạt
- Không áp dụng tin học
- Chậm tiến độ
- Trình bày xấu, không đúng quy cách
- Lí do khác
2.3.3.Đánh giá của giáo viên hớng dẫn
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Giáo viên hớng dẫn
Nguyễn Thị Bích Thảo
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
mục lục
Chơng I : 5
Thiết kế đập đá có tờng lõi 5
1 . Cơ sở lí thuyết 5
I. Thiết kế đập đá: 5
II. Tính thấm cho đập đá: 5
III. Tính thấm cho đập đá tờng lõi: 6
1 . Điều kiện áp dụng 6
I. Xác định các kích thớc cơ bản của đập : 6
II. Tính thấm qua đập đá: 7
III. Tải trọng tác dụng lên đập: 8
V. Kiểm tra ổn định của đập : 10
Chơng II: 12
Thiết kế đập bê tông trọng lực 12
1 1. Cơ sở lí thuyết 12
I. Thiết kế mặt cắt đập: 12
II. Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất: 12
III. Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trợt: 14
IV. Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng ( phơng pháp kéo dài đờng chu vi thấm): 14
1 . Điều kiện áp dụng 15
I. Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất : 15
II. Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất 16
III. Tính lu lợng thấm theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng 17
IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình 17
V. Kiểm tra ổn định của đập 19
Chơng III: 21
Thiết kế đập đất đồng chất 21
1 . Cơ sở lí thuyết 21
I. Khái niệm về đập đất: 21
II. Sơ đồ tính thấm đập đất đồng chất trên nền không thấm 21
III. Tính toán thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm 23
1 . Điều kiện áp dụng 24
I. Xác định các kích thớc cơ bản của đập : 24
II. Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền : 25
III. Vẽ đờng bão hoà: 26
IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình 26
V. Kiểm tra ổn định của đập 28
VI. Kiểm tra ổn định trợt mái dốc theo phơng pháp trợt cung tròn 29
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Chơng I :
Thiết kế đập đá có tờng lõi
11. Cơ sở lí thuyết
I. Thiết kế đập đá:
1. Đỉnh đập:
- Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu giao thông, theo điều kiện thi
công và quản lí khai thác.
- Nếu không có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 5m
- Nếu có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 4m
Cao trình đỉnh đập
đ đ
=
MN_dâng bình thờng
+ d
Hoặc :
đ đ
=
MN_lũ
+ d
Trong đó :
d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ
b. Mái dốc đập:
- Độ dốc mái đập phụ thuộc vào tính chất của đá, chiều cao đập, cấu tạo thân
đập và cấp động đất tại vị trí xây dựng
- Đối với đập có tờng nghiêng thì
+ Mái HL = 1/1,25 - 1/1,5
+ Độ dốc tờng ( mái trong) = 1/1 - 1/3,5
+ Độ dốc tờng ( mái ngoài) = 1/2,5
- Đối với đấp có tờng lõi chống thấm mềm:
+ Mái HL m = 1/1,75 - 1/2
+ Mái TL m = 1/1,75 - 1/2,5
- Đối với đập đá đổ: mái dốc đợc xác định bằng thí nghiệm, thờng lấy là 1/1,3 -
1/1,4. Nếu cần tăng tính ổn định ta làm thêm các cơ đập ở mái dốc HL. Cơ đập rộng
từ 1 - 2m để thuận tiện cho việc đi lại, kiểm tra và thi công.
II. Tính thấm cho đập đá:
Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lu lợng thấm qua tờng
nghiêng hoặc tờng lõi.
Giả sử có 1 môi trờng đá đổ, do các khe rỗng đá lớn nên sự chuyển động của n-
ớc không tuân theo định luật Đacxy, dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính
toán gần đúng theo công thức của Pavolopxki. Sơ đồ tính toán nh hình vẽ. Tại mặt cắt
N-N có cột nớc thấm là y, ta có pt lu lợng thấm nh sau:
x3
yH
K
q
33
1
2
2
=
(phơng trình xác định đờng bão hoà)
Khi x = L thì y = H
2
L3
HH
K
q
3
2
3
1
2
2
=
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Trong đó:
q lu lợng thấm đơn vị
K hệ số thấm của đá phụ thuộc vào độ rỗng p, hình dạng và kích thớc của
viên đá, tra bảng 6-1/Tr 144/GT thủy công.
III. Tính thấm cho đập đá tờng lõi:
Khi tính thấm qua đập đá có lõi giữa ta giả định rằng coi MN TL đến tận tâm t-
ờng lõi tức là tổn thất cột nớc đến phần đá đổ và phần trớc lõi là không đáng kể.
Khi tính thấm chỉ tính dòng thấm qua lõi dựa vào lới thấm.
Khi
5,0
L
H
1
<
thì h
o
đợc xác định theo công thức sau:
)
2
(tg1
b
65,0h
o
=
Trong đó:
- góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang
J - gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu
J
t
= sin
J
p
= sin.tg
=
cos
sin
J
- góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét
Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức
q = K.
K hệ số thấm của tờng lõi
- diện tích biểu đồ
12. Điều kiện áp dụng
I. Xác định các kích thớc cơ bản của đập :
1. Cao trình đỉnh đập :
đ đ
=
MN_dâng bình thờng
+ d
Hoặc :
đ đ
=
MN_lũ
+ d
Trong đó :
d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ
đ đ
= 25 + 1,5 = 26,5 m
2. Chiều rộng đỉnh đập :
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộng
nhỏ nhất phải không đợc nhỏ quá 5 m .
Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m
3. Mái đập :
Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đá đổ, cấu tạo thân đập và cấp
động đất tại vị trí xây dựng công trình. Sơ bộ chọn mái dốc đập nh sau:
Mái thợng lu m = 2,5
Mái hạ lu m = 1,4
Nhng đập cao > 15 m, để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc, mái đập
thờng có độ dốc thay đổi, trị số thay đổi m = 0,5, ngoài ra còn bố trí các cơ đập có
chiều rộng 1,5 m để ngời đi lại và thoát nớc dễ dàng.
II. Tính thấm qua đập đá:
Khi tính thấm qua đập đá có tờng lõi giữa ngời ta giả thiết rằng coi MN thợng lu
đến tận tâm tờng lõi tức là tổn thất cột nớc đến phần đá đổ và phần trớc lõi là không
đáng kể.
Khi tính thấm chỉ tính dòng thấm qua lõi dựa vào lới thấm
Vẽ hình và xác định L ta có: L = 54,4
Có
5,0478,0
4,54
5,26
L
H
1
<==
thì h
0
đợc xác định theo công thức sau:
( ) ( )
m84,10
4790tg1
5
.65,0
90tg1
b
.65,0h
000
0
=
=
=
Trong đó:
: góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang. Lấy = 47
0
Đập đá có tờng lõi
J : gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu
J
t
= sin
J
p
= sin.tg
=
cos
sin
J
: góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
STT MN
0
0
J
1 14,16 47 16 0,761
2 9 47 21 0,783
3 5,6 47 27 0,821
4 3,2 47 33 0,872
5 1,4 47 40 0,955
6 0 47 47 1,072
0,761
0,783
0,821
0,872
0,955
1,072
Sơ đồ lới thấm
Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức:
q = K
t
.
Trong đó:
K
t
: hệ số thấm của tờng lõi (= 10
-7
m/24h)
: diện tích biểu đồ (= 11,803m
2
)
q =11,803. 10
-7
m
3
/24h
III. Tải trọng tác dụng lên đập:
1. Tải trọng bản thân và áp lực thuỷ tĩnh :
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = .H = 25 T/m
2
W
1
= P.H/2 = 25.25/2 = 312,5 T
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
e = H/3 = 8,33 m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
.
n
= 25.2,5.25.1/2 = 781,25 T
áp lực đẩy nổi :
W
3
= 0,5.25.(26,5.2,5 + 7,66 + 26,5.1,4)/2 = 693,81 T
Trọng lợng bản thân đập :
G
1
= (26,5.2,5 20).26,5.1,7/2 = 580,125 T
G
2
=
21.
2
402 +
.1,7 = 749,70 T
G3 = (21.2 20).21.1,7/2 = 392,70 T
Tổng trọng lợng : G = 1722,525 T
Tải trọng sóng :
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 - Chiều cao sóng.( = 2,5m)
2
P
- áp lực sóng tơng 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:
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
264,1
)
14
5,2
15,1028,0.(5,2
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
= 5,105T/m
2
.
Xác định tung độ z
2
:
).BA)(1m.21(
m
1
Az
2
2
2
+++=
(2-5)
Trong đó:
A=
09,5
5,2
5,21
)
5,2
14
.23,047,0(5,2
m
m1
)
h
23,047,0.(h
2
2
2
2
=
+
+=
+
+
B=
.55,1
h
).25,0m84,0(95,0.h =
Thay A, B và m = 2,5 vào công thức 2-5 ta có z
2
= 2,248m.
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
=
.m12,23
15,2
14.5,2
1m
.m
4
2
4
2
=
=
Thay L
vào hệ thống công thức 2-6 ta có l
1
=0,289 m; l
2
=0,612m ; l
3
=0,751m;
l
4
=1,561m.
V. Kiểm tra ổn định của đập :
1. Kiểm tra ổn định trợt phẳng:
Tổng lực giữ :
P
giữ
= (G + W
2
W
3
+ 2.P
d
.cos).0,7 = (1722,525 + 451,25 472,63 +
2.5,105.cos21,8 ).0,7 = 1197,44T
Tổng lực gây trợt :
P
tr
= W
1
+ 2.P
d
.sin = 180,5 + 2.5,105.sin21,8 = 184,29 T
Hệ số ổn định trợt : K
tr
=
[ ]
5,1K50,6
29,184
44,1197
P
P
tr
tr
giu
=>==
Vậy đập ổn đinh trợt
2. Kiểm tra ổn định lật :
Tổng mô men giữ :
M
giữ
= G
1
.e
1
+ G2.e
2
+ G
3
.e
3
+ W
2
.e
4
= 580,125.72,5 + 749,7.48,75 + 392,7.28,5 + 451,25.82 = 126801,4 Tm
Tổng mô men lật :
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
M
lật
= W
1
.e
5
+ W
3
.e
6
= 180,5.6,33 + 472,63.66,33 = 32492,1 Tm
Hệ số ổn định lật K
l
=
[ ]
5,1K9,3
1,32492
4,126801
M
M
l
l
giu
=>==
Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật.
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Chơng II:
Thiết kế đập bê tông trọng lực
(Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng)
1 1. Cơ sở lí thuyết
I. Thiết kế mặt cắt đập:
Phân tích mặt cắt kinh tế của đập
Khi thiết kế mặt cắt của đập thờng xét tới 3 điều kiện:
- Điều kiện ổn định:
Đảm bảo hệ số an toàn ổn định trợt trên mặt cắt nguy hiểm nhất phải lớn hơn
một trị số cho phép.
Điều kiện ứng suất: khống chế không đợc xuất hiện ứng suất kéo ở mép thợng l-
u, hoặc có xuất hiện nhng phải nhỏ hơn một trị số cho phép. ứng suất nén chính ở mép
hạ lu phải không đợc lớn hơn trị số cho phép.
Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lợng công trình là nhỏ nhất.
II. Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất:
- Xét 1 đoạn đập có chiều dài 1m, tiết diện ngang là ABC, chiều cao h, chiều
rộng đáy B. Hình chiếu mái TL là nB, hình chiếu mái HL là (1-n)B, MN TL ngang
đỉnh đập, HL đập không có nớc. Các lực tác dụng lên đập gồm có:
- Trọng lợng bản thân đập: G
- áp lực nớc nằm ngang và thẳng đứng: W
1
, W
2
.
- áp lực thấm dới đáy đập có chiều cao là
1
.h
1
(
1
: hệ số áp lực thấm)
Nhiệm vụ là tìm B
min
khi biết h.
ứng suất nén theo phơng thẳng đứng lên mặt cắt ngang đập đợc xác định theo
nén lệch tâm
2
0
B
M6
B
G
=
Trong đó:
G - tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt ngang
M
0
- tổng mô men các lực thẳng đứng đối với điểm O
G = G + W
2
- W
t
2
h.B
.
2
h.B.n
2
h.B
G
11
+=
1
: Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm
1
: Trọng lợng riêng của vật liệu làm thân đập
: Trọng lợng riêng của nớc
( )
3
nB2B
.
2
Bh
)
3
nB
2
B
(
2
h.B.n
.
6
B
.
2
h.B
3
h
.
2
h
M
11
2
0
+=
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
ứng suất theo phơng thẳng đứng ở mép thơng lu và hạ lu đập khi hồ đầy nớc
1
= h.[
1
.(1-n) +
n
.(2-n) -
1
- h
2
/B
2
]
2
= n.h(
1
- - n.) + .h
3
/B
2
Khi Tl không có nớc (mới thi công) ứng suất pháp tại mép TL và HL:
o1
=
1
.h.(1-n)
o2
=
1
.h.n
Khi ta thấy khả năng chịu kéo của BT nhỏ tại mép TL không cho phép xuất hiện
khe nứt nên
1
= 0
h.[
1
(1-n) + .(2-n) - a
1
g - g.h
2
/B
2
]
1
1
)n2(n)n1(
h
B
+
=
đập có B
min
khi
1
1
)n2(n)n1( +
max
Đạo hàm
1
1
)n2(n)n1( +
và cho = 0
0)n2(n)n1(
1
1
n
=
+
0n.22
1
=+
2
2
n
1
=
Cho g
1
= 2,4; g = 1 n = -0,2 n< 0. Mái TL dốc ngợc. Xét về mặt thực tế
mặt cắt nh vậy là không ổn định khi TL không có nớc. Do vậy ngời ta chọn mặt cắt
đập BT là vuông có mái TL thẳng đứng. (n = 0)
Trờng hợp này bề rộng đáy đập tính theo công thức
1
1
h
B
=
Với mặt cắt cơ bản là D vuông mái TL thẳng đứng, thì ứng suất mép TL, HL đập
là:
- Khi hồ đầy nớc
1
= 0.
2
= (
1
- .).h
- Khi hồ không có nớc
o1
=
1
.h ,
o2
= 0
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Nếu
1
= 0,5 ;
1
/ = 2,4 B = 0,72.h
Nếu
1
= 0 ;
1
/ = 2,4 B = 0,65.h
Khi
1
= 0, trờng hợp không có áp lực thấm thì bề rộng B nhỏ hơn áp lực thấm
dới nền, khối lợng vật liệu giảm từ 10 - 25%. Vì vậy cần có biện pháp chống thấm dới
đáy công trình để làm giảm áp lực thấm.
III. Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trợt:
Điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định là:
K
C
.W
1
= f.G
Trong đó:
f - hệ số ma sát giữa đập và đất nền
K
C
- hệ số an toàn của đập.
K
C
.
g.h
2
/2 = f.B.h/2
( )
+=
11
2
c
n.
2
h
.B.f
2
h
K
+
=
1
1
C
nf
hK
B
Nếu n = 0, f = 0,7;
1
/
=
2,4 ;
1
= 0,5 ; K
C
= 1 B = 0,75h
Nếu n = 0, f = 0,7;
1
/
=
2,4 ; Q
1
= 0 ; K
C
= 1 B = 0,6h
Nhận xét: từ kết quả tính B nh trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đế đập theo
điều kiện cờng độ quyết định, nếu áp lực thấm thì bề rộng đế đập theo điều kiện ổn
định khống chế.
Với nền đá có hệ số ma sát nhỏ, để thỏa mãn điều kiện ổn định trợt thì bề rộng
đế đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0). Vì vậy để tăng cờng
ổn định ngời ta đào móng nghiêng về phía TL.
f
sin.Wcos.G
sin.Wcos.G
K
C
+
=
IV. Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng ( phơng pháp kéo dài đờng chu vi thấm):
- Nguyên tắc: kéo dài toàn bộ chu vi thấm dới đáy công trình thành đờng nằm
ngang
- Sau khi kéo dài chu vi thấm thành đờng nằm ngang, từ điểm 7 ta dóng lên cột
nớc H = H
1
- H
2
. Vì tổn thất cột nớc tỉ lệ bậc nhất với chiều dài đờng viền nên ta nối
điểm O với điểm 1.
- Muốn tìm áp lực thấm tại 1 điểm nào đó ta kẻ 1 đờng thẳng góc với đờng 7-1.
Cột nớc thấm tại 1 điểm cách mép HL đờng viền 1 đoạn x là:
H
L
x
h
tt
x
=
Trong đó:
L
tt
> C.H
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
L
tt
= L
d
+ L
n
/m
L
d
- chiều dài tổng cộng các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên so với đờng nằm
ngang có góc > 45
0
L
n
- chiều dài tổng cộng của đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc so với ph-
ơng nằm ngang < 45
0
C - hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền đợc tra bảng 3.2/GT Thủy công.
m - hệ số tiêu hao cột nớc trên các đoạn thẳng đứng hoặc nằm ngang. Hệ số này
lấy theo sơ đồ đờng viền thấm dới đáy công trình
Khi có 1 hàng cừ: m = 1 - 1,5
Khi có 2 hàng cừ: m = 2 - 2,5
Khi có 3 hàng cừ: m = 3 - 3,5
12. Điều kiện áp dụng
I. Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất :
Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nớc .
1. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 26 + 1,5 = 27,5m
Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 27,5m và chiều rộng đáy là B.
Hình chiếu mái thợng lu là nB, hình chiếu mái hạ lu là (1-n)B.
- Có
15,0
2
3,22
2
2
n
1
=
=
=
. Vì n = - 0,15 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:
m27
5,03,2
5,27h
B
1
1
=
=
=
2. Mái dốc thân đập:
Mái dốc đập thợng lu : m
0
= 0
Mái dốc đập hạ lu : m
1
= 0,7
3. Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất
ứng 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
B
M.6
B
G
=
Trong đó
G = 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
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
2
h.B
.
2
h.B.n
2
h.B
G
11
+=
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
)
( )
3
nB2B
.
2
Bh
)
3
nB
2
B
(
2
h.B.n
.
6
B
.
2
h.B
3
h
.
2
h
M
11
2
0
+=
-Thay số ta có G = 668,25T
M
0
= 459,02 T.m
Vậy ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập
2
0
B
M6
B
G
=
Thay số vào ta có
2
27
02,459.6
27
25,668
=
max
=28,53T/m
2
min
=20,97T/m
2
II. Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất
- Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt, theo điều kiện tối
thiểu để đảm bảo ổn định của đập.
= G.fW.K
1c
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
2
11
.H.
2
1
W =
W
1
= 338T
Trờng hợp n
0
= 0,
1
= 0.5, K
c
= 1,
đ
= 2,3T/m
3
thì lấy B = 0,75h
B = 0,75.27,5 = 20,625m
G= W
2
+ G - W
t
Trong đó
G : Trọng lợng bản thân công trình
G =1/2.(b+B).H.
đ
= 1/2.(5+27).27,5.2,3 = 1012T
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
W
2
: áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu (=0)
W
t
: áp lực đẩy nổi dới đáy đập
1nt
h.B.
2
1
W =
1
: Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)
W
t
=1/2.27.27,5.2,3.0.5 = 426,9375T
Vậy G = W
2
+ G - W
t
= 1012 - 426,9375 = 585,0625T
- Có W
1
= 338T < f.G = 292,53125T Đập ổn định.
III. Tính lu lợng thấm theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng
Đối với nền cát, không có tầng lọc ngợc ở hạ lu, lấy J = 0,2
J.kv2,0
L
H
J ===
k - hệ số thấm của đất nền ( = 0,1)
v = 0,02m/s
Cột nớc thấm tại tại một điểm cách mép hạ lu đờng viền thấm một đoạn dài
tính toán x là:
H.
L
x
h
x
=
L
tt
> C.H
J = 1
IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình.
Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng do sóng, trọng lợng
nớc đè, trọng lợng bản thân đập, áp lực đẩy nổi, áp lực nớc.
1. Xác định tải trọng do sóng:
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức:
).m/T(h P.k.kP
2
2
nbno2
=
(2-4).
Trong đó:
- Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m
3
).
h - Chiều cao sóng(= 2,6m).
2
P
- áp lực sóng tơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h = 2,6m
2
P
2
P
=1,9.
k
nb
- Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
6,5
6,2
5,14
h
==
ta có k
nb
=0,85.
k
no
- Hệ số xác định theo công thức:
176,1
)
5,14
6,2
15,1028,0.(3
5,14
6,2
.8,485,0
)
h
.15,1028,0.(m
h
.8,485,0k
no
=
++=
+
+=
Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P
2
= 4,94T/m
2
.
Xác định tung độ z
2
:
).BA)(1m.21(
m
1
Az
2
2
2
+++=
(2-5).
Trong đó:
A=
73,1
3
10
)
6,2
5,14
.23,047,0(6,2
m
m1
)
h
23,047,0.(h
2
2
=+=
+
+
B =
.412,1
h
).25,0m84,0(95,0.h =
Thay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z
2
=0,56m.
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
=
.m87,25
8
5,14.3
1m
.m
4
4
2
==
Thay L
vào hệ thống công thức 2-6 ta có l
1
= 0,323m; l
2
= 0,69m ; l
3
= 0,84m; l
4
= 1,746m.
2. Xác định trọng lợng nớc đè, áp lực nớc, áp lực đẩy nổi.
1) Trọng lợng nớc đè ở phía thợng lu là:
W
1
=
T5,9371.25.25.3.
2
1
=
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
2) Xác định áp lực nớc .(W
2
)
áp lực nớc tác dụng lên tờng nghiêng ta coi nh theo phơng ngang và ta có:
W
2
=
.T5,31225.1.25.
2
1
=
3) Xác định áp lực nớc đẩy nổi.(W
3
).
Ta có W
3
= 0,5 .W
2
= 156,25T.
3. Xác định trọng lợng bản thân công trình:
Sau khi đã vẽ đợc đờng bão hoà để thiên về an toàn ta coi đờng bão hoà là đ-
ờng thẳng từ thợng lu tới hạ lu. Công trình có một phần bị đẩy nổi do ngập nớc và một
phần không bị đẩy nổi ở trên đờng bão hoà.
Trọng lợng của phần trên mực nớc là:
G
1
=96,85.1,7.1=164,645T.
Trọng lợng phần dới mực nớc ngầm là:
G
2
=2209,14.1,4.1=3092,796T.
Qua tính toán tải trọng ở trên ta có sơ đồ lực nh sau:
m
T
L
=
3
.
3
2
5
m
H
L
=
2
.
8
7
5
G
2
= 3092,796T
G
1
= 164,645
W
2
= 312,5T
W
1
= 937,5T
W
3
= 156,25T
P
2
= 4,94T
0,1P
2
0,4P
2
V. Kiểm tra ổn định của đập.
1. Kiểm tra ổn định trợt phẳng:
Dựa vào sơ đồ lực đã tính toán ở trên ta có :
- Tổng các lực gây trợt là F
tr
=317,224T.
- Tổng các lực đứng là N = 4039,44T
- Tổng lực giữ là F
g
= N.f
mas
= 4039,44.0,7 = 2827,6T.
Vậy ta có hệ số ổn định trợt là:
K
tr
=
[ ]
5,1K9,8
224,317
6,2827
tr
=<=
Vậy đập ổn định trợt.
2. Kiểm tra ổn định lật:
Kiểm tra ổn định lật quanh A.
Tổng mô men giữ là :
M
g
=334901,29Tm.
Tổng mô men lật là:
M
l
=20239,06Tm.
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Hệ số lật là: K
l
=
[ ]
5,1K5,16
06,20239
29,334901
l
=>=
Vậy đập ổn định lật.
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
Chơng III:
Thiết kế đập đất đồng chất
11. Cơ sở lí thuyết
I. Khái niệm về đập đất:
Đập đất là loại đập đợc xây dựng rất sớm khoảng 3000 năm ở Trung Quốc, ấn
Độ. Hiện nay, đập đất vẫn đợc sử dụng phổ biến vì nó có nhiều u điểm nh : Dùng vật
liệu tại chỗ, cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, bền, chống thấm và chốn chấn động tốt,
dễ quản lí, dễ tôn cao, dễ đắp.
Đập đất là loại đập không tràn nớc, để đảm bảo tháo lũ lấy nớc phải xây dựng
các công trình riêng : công trình tháo lũ, đờng ống.
Đập đất đợc phân loại theo nhiều cách. Phân loại theo cấu tạo ta có các loại
đậpnh sau:
1. Đập đất đồng chất: Toàn bộ thân đập đợc đắp bằng một loại đất.
2. Đập đất không đồng chất : Thân đập đợc đắp bằng nhiều loại đất.
3. Đập đất có tờng nghiêng mềm hoặc cứng
4. Đập đất có tờng lõi mềm hoặc cứng
5. Đập hỗn hợp.
II. Sơ đồ tính thấm đập đất đồng chất trên nền không thấm
Lời giải của phơng pháp thuỷ lực
1. Trờng hợp không có thiết bị thoát nớc
m
1
a
0
1:0,5
m
1
A
C
y
x
E
Trong trờng hợp này, đờng bão hoà AC thoát ra ở hạ lu tại C, nằm cao hơn mặt
nền một đoạn a
0
. Căn cứ vào tình hình dòng thấm qua đập đất, dùng đờng đẳng thế
phân đập thành một số đoạn để tính. Đối với đập đất không có thiết bị thoát nớc thấy
rằng đờng CE có độ dốc 1:0,5 gần trùng với đờng đẳng thế và đờng này chia đập
thành 2 đoạn để tính .
Chọn hệ trục XOY nh hình vẽ. Trớc hết xét đoạn thân đập tại một mặt cắt thẳng
đứng bất kì cách gốc toạ độ một đoạn x, tung độ đờng bão hoà y. Độ dốc mặt nớc tại
mặt cắt đó là dy/dx. Lu lợng thấm q qua diện tích y (đoạn đập dài 1 m ). Theo định
luật Đacxy ta có :
q = - k.y.dy/dx
Trong đó :
+ k: Hệ số thấm qua thân đập
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
+ q:lu lợng thấm
Vì q = conts nên ta có thể giải phơng trình trên bằng cách tích phân nh sau:
( )
2
1
2
x
0
y
1
h
yh
q2
k
x
dy.ykdx.q
=
=
(*)
Phơng trình trên là phơng trình đờng bão hoà AC
Lu lợng thấm qua 1 đơn vị chiều dài đập có thể suy từ phơng trình (*) với điều
kiện y=a
0
Khi y= a
0
thì x= L- a
0
m
0
( )
)amL(2
ahk
y
01
2
0
2
1
=
(**)
Trong đoạn thứ 2 hình nêm hạ lu, giả thiết rằng các bó dòng nằm ngang lu lợng
đợc tính theo công thức sau:
( )
5.0m
a
kdz
z5,0m
z
kq
1
0
a
0
1
+
=
+
=
Trục z có gốc toạ độ tai C, và hớng xuống dới. Tóm lại ta có hệ 2 phơng trình
xác định 2 ấn số q, a
0
5,0m
h
Kq
)amL.(2
)hh.(K
q
1
0
01
2
0
2
1
+
=
=
2. Trờng hợp có thiết bị thoát nớc
Nếu hạ lu đập có thiết bị thoát nớc (đờng bão hoà là 1 parabol đổ vào điểm C
của vật thoát nớc, cách điểm đầu vật thoát nớc 1 đoạn l, và nhận điểm đầu vật thoát n-
ớc là tiêu điểm parabol
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
=
+
=
+++==
0
2
0
2
1
2
1
2
0
a.k
)LL.(2
aH
.kq
)LL(H)lL(l.2a
Phơng trình đờng bão hoà viết dới dạng gần đúng:
y
2
= 2.a
0
. x
Với hệ trục toạ độ gốc tại điểm O.
III. Tính toán thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm
Phơng trình đờng bão hoà viết dới dạng gần đúng:
y
2
= 2.a
0
. x
Với hệ trục toạ độ gốc tại điểm O.
A
D
C
E
F
1:
m
1:m1
Đờng bão hoà đi thẳng góc với mái thợng lu, nó hạ thấp khá nhanh trong đoạn
AE. Sau mặt cắt EF, đờng bão hoà gần nh nằm ngang rồi thoát ra hạ lu tại điểm C
theo phơng tiếp tuyến với mái đập. Građien thấm ở cửa vào và cửa ra có một số đặc
điểm sau:
J
A
= cos J
B
=0
J
C
= sin J
C
=
Để giải bài toán xác định lu lợng thấm q và đờng bão hoà, ngời ta thay thợng lu
đập bằng hình chữ nhật rộng L với điều kiện vẫn đảm bảo lu lợng thấm không đổi.
L có rất nhiều học giả nghiên cứu.
Theo E.A.Zamarin dùng công thức:
L = (0,3 -0,4)mh
1
m - cotg mái thợng lu.
h
1
- cột nớc mái thợng lu.
Theo cơ học chất lỏng và công thức kinh nghiệm của C.K.Mikhailov:
1m2
h.m
L
1
+
=
Sơ đồ tính toán thấm qua đập đồng chất trên nền không thấm.
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
1:m1
1:
m
A
C
h1
a
H1
L1
L
l
H1
A'
y
x
Bài toán thấm qua đập đất với mái nghiêng TL đợc chuyển thành thẳng đứng đã
đợc giải quyết ở phần trên. Lu lợng thấm qua phần thân đập TL là:
)]ha(mLL[2
)ha(h
Kq
201
201
++
+
=
(5-10)
Khi hạ lu đập có nớc (h
2
> 0). Sơ bộ phân hạ lu đập thành phần sau:
Lu lợng thấm qua phần phía trên MN HL
5,0m
a
.Kq
1
0
1
+
=
Lu lợng thấm qua phần hình thang dới MN HL q
2
:
1m2
h.m
a)5,0m(
a
.h.Kq
1
21
01
0
22
+
++
=
+
+
+
=+=
20
2
1
0
21
ha
h
1
5,0m
a
.Kqqq
2
1
1
)5,0m(2
m
+
=
(5-11)
Từ (5-10) và (5-11) ta xác định đợc q và a
0
Phơng trình đờng bão hoà theo hệ trục xOy nh sau:
)yh(
q2
K
x
22
1
=
12. Điều kiện áp dụng
I. Xác định các kích thớc cơ bản của đập :
Cao trình đỉnh đập :
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
Bài tập lớn Công trình thủy lợi
đ đ
=
MN_dâng bình thờng
+ d
Hoặc :
đ đ
=
MN_lũ
+ d
Trong đó :
d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ
đ đ
= 25 + 1,5 = 26,5 m
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
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 = 26,5 m < 40 m thì :
Mái thợng lu m = 0,05.H + 2 = 3,325
Mái hạ lu m = 0,05.H + 1,5 = 2,875
Nhng đập cao > 15 m, để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc, mái đập
thờng có độ dốc thay đổi, trị số thay đổi m = 0,5, ngoài ra còn bố trí các cơ đất có
chiều rộng 1,5 m để ngời đi lại và thoát nớc dễ dàng .
II. Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền :
Loại đập đất trên nền thấm nớc, hệ số thấm của nền và của đập khác nhau, do
vậy theo đề nghị của Pavơlôpxki, khi tính toán ta chia làm hai phần :
Tính toán lu lợng thấm qua thân đập xem nh nền không thấm nớc (q
1
)
Tính toán thấm qua nền với giả thiết thân đập là không thấm nớc (q
2
)
Tính toán lu lợng thấm qua thân đập (nền không thấm nớc)
Để giải bài toán xác định lu lợng thấm, tạm thay thợng lu đập bằng một hình
chữ nhật có chiều rộng L . L đợc xác định theo công thức :
1m.2
H.m
L
1
+
=
Trong đó :
m - mái dốc đập thợng lu ( m = 3,325 )
H
1
- mực nớc thợng lu ( H
1
= 25m )
Vậy : L = 10,866m
Bài toán thấm qua đập có mái thợng lu nghiêng đợc chuyển về bài toán thấm
qua đập có mái thợng lu thẳng đứng
Chiều dài thân đập quy đổi: L = 97,014 m
( )
)m.aL.(2
aH
.Kq
22
d1
=
Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến Trang:
