thiết kế đập đất đồng chất, thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và sân phủ , thiết kế đập đất có tường lõi

Phần i
Số liệu ban đầu
Trờng hợp 1 : Thiết kế đập đất đồng chất ( không có thiết bị thoát nớc )
Số liệu :

Mực nớc thợng lu : H
1
= 38 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
Trờng hợp 2 : Thiết kế đập đất đồng chất có tờng nghiêng và sân phủ ( không có thiết
bị thoát nớc ) .
Số liệu :

Mực nớc thợng lu : H
1
= 53 m

Mực nớc hạ lu : H
2
= 19

Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m

Hệ số thấm của đập : K
đ
= 10
-3
cm/s

Hệ số thấm của vật liệu làm tờng và sân phủ : K
vl
= 10
-6
cm/s

Đất sét pha cát có :
Đ
= 1.6 T/m
3


Trọng lợng riêng của tờng :
T
= 1.7 T/m
3

Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-5
cm/s

Lực dính : C = 2.7 T/m
2
Trờng hợp 3 : Thiết kế đập đất có tờng lõi
Số liệu :

Mực nớc thợng lu : H
1
= 53 m

Mực nớc hạ lu : H
2
= 19 m

Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m

Hệ số thấm của tờng : K
t
= 10
-6
cm/s

Hệ số thấm của đập : K
đ
= 10
-4
cm/s

Đất sét pha cát có :
Đ
= 1.6 T/m
3


Trọng lợng riêng của tờng :
T
= 1.9 T/m
3

Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-4
cm/s

Lực dính : C = 3.0 T/m
2
1
Phần II :
Nội dung tính toán
Chơng I
Thiết kế đập đất đồng chất
I. 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
CTĐĐ = 38 + 1.5 = 39.5 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 = 39.6 m < 40 m thì :
Mái thợng lu m = 0.05*H + 2 = 3.975
Mái hạ lu m = 0.05*H + 1.5 = 3.475
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
)
1- Tính toán lu lợng thấm qua thân đập ( nền không thấm nớc )
Để giải bài toán xác định lu lợng thấm , tạm thay tam giác thợng lu đập bằng
một hình chữ nhật có chiều rộng L . L đợc xác định theo công thức :
Trong đó :
m mái dốc đập thợng lu ( m = 3.975 )
H1 mực nớc thợng lu ( H1 = 38m )
Vậy : L = 16.93m
2
1*2
*
1
+
=
m
Hm
L
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 = 143.225 m
Trong đó :
q
1

lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)
K hệ số thấm của đập ( K = 10
-5
cm/s = 10
-7
m/s )
H mực nớc thợng lu ( H = 38 m )
m mái dốc hạ lu đập ( m = 3.475 )
L chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 143.275 m )
Giải phơng trình trên ta có :
a = 11.5m
q
1
= 2.57*10
-7
m/s
2- Tính lu lợng thấm qua nền :
Lu lợng thấm qua nền đợc xem nh là chảy qua đờng ống
Trong đó :
K
n
hệ số thấm của nền đất ( K
n
= 10
-4
cm/s = 10
-6
m/s )
L chiều dài chân đập thực tế .
T chiều sâu tầng thấm ( T = 12m )

Vậy lu lợng thấm tổng cộng qua đập và qua nền :
3
K_d 10
7
:= H 38:= m 3.975:= L 301.17:=
Given
K_d
H
2
a
2

( )
2 L a m( )
q_1
K_d
a
m 0.5+
q_1
Find a q_1,( )
11.489585151517499448
2.567505061791619988410
-7

161.84566664704365163
3.616662941833377690110
-6

H 38
:=
T 9.2
:=
K_n 10
6

:=
L 301.17
:=
n - He so dieu chinh chieu dai dong tham
L
T
32.736
=
Ta _co
n 1.1
:=
q_2 K_n H

T
n L

:=
q_2 1.055 10

6

ì=
Q = q
1
+ q
2
= ( 2.57 + 10.55 )*10
-7
= 13.12*10
-7
m/s
III. Kiểm tra ổn định của đập :
1- Lực tác dụng lên công trình :
a- áp lực thuỷ tĩnh
Tính cho một mét dài tờng
e
P = 38 T/m

áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :
P =
2
*H = 38 T/m
2
W
1
= P*H/2 = 38*38/2 = 722 T
e = H/3 = 12.67 m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W

2
= V
n
*
n
= 1*301.17*38*1/2 = 5722.33 T
Trọng lợng bản thân của đập là:
+)Trên dòng thấm với
đ
=1.5 T/m
2
=>G
1
=345.3T
+)Dới dòng thấm với
đn
=
đ
-1=0.5T/m
2
=>G
2
=2721.5775T
Kiểm tra ổn định :
Kiểm tra ổn định trợt :
Theo điều kiện : P
chống trợt
> P
gây trợt
P

chống trợt
= ( 5722.3 + 345.3 + 2721.5775 38*294.275/2 )*0.7 = 2238.6 T
P
gây lật
= 772 T
Vậy thoả mãn điều kiện chống trợt
Kiểm tra điều kiện lật : tính với điểm lật tại mép đáy hạ lu :
M
giữ
= 5722.3*153.5 + 345.3*137.1125 + 1413.63*147.274+1307.94*183.1875= =
1373559.44 Tm
M
trợt
= 772*12.6+ 38*294.275.5
2
/3 = 102914.3 Tm
M
giữ
/ M
tật
= 13.3
Vậy đập thoả mãn điều kiện trợt
4
W
1
W
2
Ch ơng II : thiết kế đập đất có tờng nghiêng và sân phủ
( Trờng hợp không có thiết bị thoát nớc )
Số liệu :

-
Mực nớc thợng lu : H
1
= 53 m
-
Mực nớc hạ lu : H
2
= 19
-
Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m
-
Hệ số thấm của đập : K
đ
= 10
-3
cm/s
-
Hệ số thấm của vật liệu làm tờng và sân phủ : K
vl
= 10
-6
cm/s
-
Đất sét pha cát có trọng lợng riêng :
Đ
= 1.6 T/m
3

-
Trọng lợng riêng của tờng :

T
= 1.7 T/m
3
-
Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-5
cm/s
-
Lực dính : C = 2.7 T/m
2

I . Xác định các kích th ớc cơ bản của đập :
1. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 53 + 1.5 = 54.5m
1. Chiều rộng đỉnh đập : chọn sơ bộ chiều rộng đỉnh đập B = 5 m
2. Mái dốc thân đập :
Mái dốc tờng thợng lu : m = 3.5
Mái dốc đập thợng lu : m
1
= 3.0
Mái dốc đập hạ lu : m
1
= 3.0
3. L u l ợng thấm qua đập :
Thờng thì hệ số thấm của tờng nghiêng và sân phủ rất nhỏ nên bỏ qua lu lợng thấm
qua các bộ phận này . Khi đó lu lợng thấm đợc tính nh sau :
Lu lợng thấm qua tờng thợng lu :

Lu lợng thấm qua thân đập :
Lu lợng thấm qua thân đập hạ lu :
Giải 3 phơng trình trên ta tìm đợc : q , h
3
, a
0
, S
Với : S = L m
1
*h
3
a
0
*m
2
Trong đó :
S chiều dài dòng thấm qua đập
L chiều dài đập đất ( L = 323.1m )
m
1
mái dốc đập đất thợng lu ( m
1
= 3 )
m
2
mái dốc đập đất hạ lu ( m
2
= 3 )
h
3

chìều cao dòng thấm ở phía thợng lu đập
a
0
chiều cao dòng thấm ở phía hạ lu đập
5
0
2
0
2
3
2
1
*
sin**2
K
S
zhH
q


=
d
K
maS
ah
q *
)*(*2
20
2
0

2
3
+

=
d
K
m
a
q *
5.0
2
0
+
=
Ta có :
Lu lợng thấm qua đập : q = 1.051*10
-7
m/s
Chiều dài tầng thấm : S = 251,982 m
Chiều cao tầng thấm phía thợng lu : h
3
= 2.312 m
Chiều cao tầng thấm phía hạ lu : a
0
= 0.194 m
Xác định chiều dài sân trớc , ta dựa vào công thức sau :
Trong đó :
K
1

hệ số thấm của đất nền ( K
1
= 10
-7
m/s )
S
1
chìều dài sân trớc
n hệ số hiệu chỉnh ( n = 1.15 )
T chiều dày tầng thấm ( T = 12 m )
II)Tính l u l ợng thấm qua t ờng nghiêng và sân phủ.
6
311
31
1
*
*
hmS
hH
n
T
K
q
+

=
q lu lợng thấm
Thay số vào ta tính đợc : S
1
= 350.954 m.

II)Kiểm tra ổn định của đập
Lực tác dụng lên công trình :
á p lực thuỷ tĩnh : Tính cho một mét dài tờng
7
q
h_3
2
a_o
2

2
S a_o m_1
+
( )

K_d

q
a_o
m_1
0.5
+
K_d

S L m_2 h_3

a_o m_1

Nghiem Find q S
,

h_3
,
a_o
,
( )
:=
m
s






m( )
Nghiem
1.409 10
7

ì
314.023
2.976
0.049

=
m( )
m( )
Chiều dài sân phủ :
K_1 - hệ số thấm của nền đất
T - chiều sâu tầng thấm
K_1
10
7

:=
m
s






T
12
:=
m( )
n
1.18
:=
q Nghiem

T
( )
0

:=
h_3 Nghiem
T
( )
2

:=
q n

K_1 T

0.139
( )
=
H_1 h_3

( )
0.139
359.883
( )
=
S_1
359.883 8.929
:=
m_1 h_3

8.929
( )
=
S_1
350.954
=
tính l u l ợng thấm qua t ờng nghiêng và sân phủ
m_1
3
:=
m_2
3
:=
H_1
53
:=
m( ) L
323.1
:=
m( ) Z_o
1
:=
m( )

18.4349

180
:=
rad( )
K_o

10
8

:=
m
s






K_d
10
5

:=
m
s






Nghiệm giả dịnh :
a_o
30
:=
h_3

40
:=
q
10
7

:=
S
200
:=
Given
q
H_1
2
h_3
2

Z_o
2

2
S

sin

( )

K_o

W

1
W
2
e
P = 53 T/m

áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :
P =
2
*H = 53 T/m
2
W
1
= P*H/2 = 53*53/2 = 1404.5 T
e = H/3 = 17.67 m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
*
n
= 1*332*53*1/2 = 17596 T
8
Ch ơng3:Thiết kế đập đất tờng lõi.
Số liệu :
-
Mực nớc thợng lu : H
1
= 53 m

-
Mực nớc hạ lu : H
2
= 19
-
Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m
-
Hệ số thấm của đập : K
đ
= 10
-4
cm/s
-
Hệ số thấm của vật liệu làm tờng : K
vl
= 10
-6
cm/s
-
Đất sét pha cát có trọng lợng riêng :
Đ
= 1.6 T/m
3

-
Trọng lợng riêng của tờng :
T
= 1.9 T/m
3
-

Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-5
cm/s
Lực dính : C = 3.0 T/m
2

I . Xác định các kích th ớc cơ bản của đập :
1. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 53 + 1.5 = 54.5m
2.Chiều rộng đỉnh đập : chọn sơ bộ chiều rộng đỉnh đập B = 5 m
3.Mái dốc thân đập :
Mái dốc tờng thợng lu : m = 3.5
Mái dốc đập thợng lu : m
1
= 3.0
-
Mái dốc đập hạ lu : m
1
= 3.0
II. Tính toán l u l ợng thấm qua đập và nền :
- Theo tài liệu của Pavelốpki ta biến đổi đập có lõi với hệ số thấm K
0
rất nhỏ thành
đập đồng chất có cùng hệ số thấm K ,khi đó ta trở lại bài toán thấm của đập đồng
chất .Vì tính chất không thay đổi lu lợng ,ta có thể viết phơng trình lu lợng thấm
qua lõi thực và qua lõi biến đổi nh sau.

22
2222
0 baba
hh
T
K
hh
t
K
q

=

=

t
K
K
T *
0
=
Nh vậy sau khi biến đổi từ đập lõi ta đợc đập đồng chất qui ớc và chiều rộng đỉnh
đập B đợc tính theo công thức

)1(
0
+=
K
K
tbB

Trong đó
t:Chiều dày trung bình của tờng lõi(=0.8m tại đỉnh đập,=2m tại chân đập)
T:Chiều dày tính đổi
b: Chiều rộng đỉnh đập thực b=5m
B: Chiều rộng đỉnh đập biến đổi
Thay số vào ta tính đợc :B=84.2m.Ta tính toán nh đập đồng chất nh sau
1.Tính toán l u l ợng thấm qua thân đập ( nền không thấm nớc )
Để giải bài toán xác định lu lợng thấm , tạm thay tam giác thợng lu đập bằng một
hình chữ nhật có chiều rộng L . L đợc xác định theo công thức :
Trong đó :
m mái dốc đập thợng lu ( m = 3 )
H
1
mực nớc thợng lu ( H
1
= 53m )
Vậy : L = 22.7
9
1*2
*
1
+
=
m
Hm
L
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 : L = 589.4 m
Trong đó :

q
1
lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)
K hệ số thấm của đập ( K = 10
-5
cm/s = 10
-7
m/s )
H mực nớc thợng lu ( H = 53m )
m mái dốc hạ lu đập ( m = 3 )
L chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 589.4 m )
Giải phơng trình trên ta có :
a = 8.5m
q
1
= 2.42*10
-7
m/s
2.Tính l u l ợng thấm qua nền :
Lu lợng thấm qua nền đợc xem nh là chảy qua đờng ống
Trong đó :
K
n
hệ số thấm của nền đất ( K
n
= 10
-4
cm/s = 10
-6
m/s )

L chiều dài chân đập thực tế .
T chiều sâu tầng thấm ( T = 12 m )
Vậy lu lợng thấm tổng cộng qua đập và qua nền :
Q = q
1
+ q
2
= ( 2.42 + 9.81 )*10
-7
= 12.23*10
-7
m/s
III. Kiểm tra ổn định của đập :
4. Lực tác dụng lên công trình :
a. á p lực thuỷ tĩnh : Tính cho một mét dài tờng
e
10
K_d 10
7
:= H 53:= m 3:= L 589.4:=
Given
K_d
H
2
a
2

( )
2 L a m( )
q_1

K_d
a
m 0.5+
q_1
Find a q_1,( )
8.4932457221250321487
2.426641634892866328210
-7

463.02675427787496784
1.322933583651071336710
-5








K_n 10
6
:= H 53:= L 589.4:= T 12:=
n - He so dieu chinh chieu dai dong tham
L
T
49.117=
Ta _co
n 1.1:=
q_2 K_n H

T
n L
:=
q_2 9.81 10
7
ì=
W
1
W
2
P = 53T/m

áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :
P =
2
*H = 53T/m
2
W
1
= P*H/2 = 53*53/2 = 1404.5 T
e = H/3 = 17.6 m
W
2
=
n
*1*589.4*1930.4 = 1137777.76 T
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V

n
*
n
= 1*589.4*53*1/2 = 15619.1 T
Ch ơng4:Thiết kế đập bêtông trọng lực.
Số liệu :
-
Mực nớc thợng lu : H
1
= 70m
-
Mực nớc hạ lu : H
2
= 0
-
Trọng lợng riêng của tờng :
đ
= 2.4 T/m
3
-
Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-5
cm/s
- Lực dính : C = 1.5 T/m
2

- Hệ số ma sát f=0.7
I. Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất :

-Ta thiết kế cho đẩp trọng lựu tràn nớc .
1. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 70 + 1.5 = 71.5 m
2.Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 71.5m và chiều rộng đáy là B hình
chiếu mái thợng lu là nB ,hình chiếu mái hạ lu là (1-n)B.
- Có
2
2
1



=n
=>n=-2.4.Vì n=-2.4 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 l-
u,do đó lấy n=0. Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau:

1
1




=
h
B
=>B=51m
3.Mái dốc thân đập :
Mái dốc đập thợng lu : m

0
= 0
Mái dốc đập hạ lu : m
1
= 0.7
4.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
*6
B
M
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
11
W

t
:áp lực đẩy nổi dới đáy đập

2
*
*
2
**
2
*
11
hBhBnhB
G

+=



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 (=2.4T/m
3
)
:Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m
3
)
3
2

*
2
)
32
(
2
**
*
6
*
2
*
3
*
2
11
2
0







+=

nB
B
BhnBBhBnBhBhh

M

-Thay số ta có G=3464.175T
M
0
= 15977.87 T.m
Vậy ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập

2
0
*6
B
M
B
G

=

Thay số vào ta có
2
51
87.15977*6
51
175.3464
=


max
=104.78T/m
2

min
=31.875T/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


= GfWK
c
**
1
Trong đó
f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.3)
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
=2450T
Trờng hợp n
0
=0,
1
=0.5,K
c
=1,
đ
=2.4T/m
3
thì lấy B=0.75h=>B=0.75*71.5=53.625m
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+53.625)*71.5*2.4=5030.025T
W
2
:áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu (=0)
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*53.625*71.5*2.4*0.5=958.55T
Vậy G= W
2
+G- W
t
=5030.025-958.55=4071.475T
-Có W
1
=2450T<f*G=2850.0325T=>Đập ổn định .
12