Phân tích ổn định đập BTTL

Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐẬP BTTL
MẶT TRƯỢT PHỨC HỢP
I. Số liệu tính toán
1. Kích thước mặt cắt đập như hình 1 và bảng 1
Bảng 1: Kích thước mặt cắt đập
Thông số
A

B

C

D

E

B1

m1

m2

3

200

83.25

130.0

56.46

195

10.0

0.75

0.15

10o

Hình 1: Kích thước mặt cắt đập
2. Chỉ tiêu vật liệu được lấy theo bảng 2
Bảng 2: Chỉ tiêu của vật liệu dùng trong tính toán
STT

Chỉ tiêu

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Dung trọng của nước

n

(T/m3)

1

2

Dung trọng của đá phía trên TL

1

(T/m3)

1.8

3

Dung trọng của đá phía trên HL

3

(T/m3)

2.3

4

Dung trọng lớp đá nền đập

2

(T/m3)

2.0

5

Dung trọng của bêtông

b

(T/m3)

2.5

6

Góc ma sát trong của đá phía trên

1

(độ)

20

7

TL ma sát trong của đá phía trên
Góc

3

(độ)

30

8

HL
Góc ma sát trong của đá nền đập

2

(độ)

35

Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

1


Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL
2

Diện tích mặt cắt ngang đập Sd = 7454.27 (m )
3. Yêu cầu:
Tìm hệ số an toàn chống trượt theo mặt trượt phức hợp - áp dụng tiêu chuẩn thiết
kế đập BTTL của Mỹ (EM 1110-2-2200)

Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

2


Phân tích ổn định đập BTTL
Bi lm
I.Lí THUYT
1) TNH THEO H THNG TIấU CHUN VIT NAM LIấN BANG NGA,
TRUNG QUC.
1.1. S tớnh toỏn:
a) Dng mt trt:
Cỏc cụng trỡnh thy cụng bng bờ tụng nh p bờ tụng trng lc xõy trờn nn
ỏ khụng ng nht, cc b nn p cú th hỡnh thnh khu vc cú cng suy
gim.
Trong trng hp ny ngoi vic kim tra lt ca p quanh trc qua mộp chõn
h lu ca p cũn phi xt n nh hng ca vựng suy gim cng .
S tớnh toỏn:
MNTL

W1


T
h' h

Peq

E1

MNHL

W2

P G

L'
L

aC



D

dC

B
dC

W3

C'

aC



C

b) Ti trng tỏc dng:
Lc chng lt:
- Trng lng cụng trỡnh G
- p lc nc h lu W2
Lc gõy lt:
- p lc nc thng lu W1
- p lc y ni W3
- p lc bựn cỏt E1
- Lc ng t Peq
c) Cụng thc tớnh toỏn:
Theo s ny iu kin an ton chng lt ca p vit nh sau:

Học viên: Nguyễn Thị Chung - Nhóm 1 CH15C2

3


Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL
nc M gl 

m
M cl
kn

(1.1)

Trong đó: Mgl và Mcl là tổng momen gây lật và chống lật đối với tâm
quay.
Vị trí Oc được xác định từ điểm B với các tham số hình học dc, ac, w và Oc là
điểm giữa của DC’.

d c  (0,5h  ac cos  )2  ac (l  ac )  (0,5h  ac cos  )
ac 

(1.2)

P
2bRtt

Trong đó:
P: Tổng hợp lực
b: Chiều rộng đáy đập
h: Cánh tay đòn của hợp lực T lấy đối với điểm B
l: Cánh tay đòn của hợp lực P lấy đối với điểm B
w: góc giữa dc và ac bằng góc hợp lực P và T
Rtt: cường độ đá nền tính toán.
2
 2   gh
b
Rtt 
.
(1.3)
l  h gh 2
Trong đó:
P
là ứng suất pháp trung bình
A
Tgh

là ứng suất tiếp, A là diện tích đáy móng
A



 gh

l;h: Cánh tay đòn của lực P và Tgh lấy đối với điểm B
Khi cường độ đá nền tính toán lớn hơn 20 lần giá trị trung bình, theo CHu
2.02.02.85 chỉ cần xét ổn định lật đối với điểm B.
1.2. Các loại tải trọng:
- Tải trọng và tác động thường xuyên
- Các tải trọng và tác động tạm thời ngắn hạn
- Các tải trọng và tác động tạm thời dài hạn
- Các tải trọng và tác động đặc biệt
2) TÍNH THEO HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN MỸ.
2.1. Phân tích ổn định theo mặt trượt phẳng
Khi mặt trượt nằm ngang,  = 0, hệ số ổn định trượt theo phương pháp cân
bằng giới hạn được tính:
(W  U )tg  CL
K
(2.1)
H

Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

4


Phân tích ổn định đập BTTL
Khi mt trt nm nghiờng, 0, h s an ton c tớnh:
(W cos U H sin )tg CL

K
(2.2)
H cos s w sin

w

w

H

w

H

T

n

U

H

U

T

T

n

U

n

2.2. Phõn tớch n nh theo phng phỏp mt trt góy phc hp
Khi phõn tớch n nh p cú mt trt sõu di nn, cỏc khi trt v chng
trt c chia thnh tng phn t, tng t nh phng phỏp phõn thi s sau:

m1=0.7








L1

L5
L4

L2

L3

Hình dạng mặt trượt

HL 3

W3
V2
P1

W1
P1



U1

W4

W2

V1

T1
N1

W5

(i = 3)
P3



T2

P2

P2

P4


(i = 2)

Học viên: Nguyễn Thị Chung - Nhóm 1 CH15C2

U5

U4

T3
U3

T5
N5

N4




T4

U2
N2

(i = 1)

P4
P3

N3

(i = 4)

(i = 5)

5


Phân tích ổn định đập BTTL
Tớnh theo phng phỏp cõn bng gii hn, cụng thc h s an ton l cụng thc:
{[(Wi Vi ) cos ( H Li H Ri ) sin ( Pi 1 P i ) sin i U i ]tg C i l i }
K
(2.3)
[( H Li H Ri ) cos i ( Pi 1 Pi ) cos i (Wi Vi ) sin i
Trong ú:
i: l th t ca phn t
Pi-1 Pi: l tng cỏc lc theo phng ngang
Wi : l tng trng lng nc, bựn cỏt, ỏ, bờ tụng ti phn t tớnh toỏn
Vi : l lc thng ng ca kt cu bờ tụng tỏc dng trờn phn t tớnh toỏn (nu cú).
= tg/Fs
Gúc l gúc gia mt trt v phng ngang
Ui : l ỏp lc y ngc tỏc ng lờn ỏy phn t
Hli v Hri l lc tỏc ng lờn phớa trỏi hoc phớa phi p hoc nn
Li: chiu di theo mt trt ca tng phn t

2.3. Phõn tớch an ton chng lt
An ton chng lt cn c vo v trớ ca hp lc (R), ch s tớnh toỏn l t s gia
tng mụmen M ca cỏc lc thng ng v nm ngang ly vi chõn p trờn tng cỏc
lc thng ng V.
R

M
V

(2.4)

Ch s khi tớnh toỏn nm ngoi 1/3 phn gia tit din, khụng tha món iu kin chu
nộn.

R

pmin

R

R

pmax
pmax
pmax

Hỡnh v
2.4. Phõn tớch n nh trt
Quan im tớnh v gi thit
H s n nh tớnh theo phng phỏp cõn bng gii hn l t s gia ng sut tip gii

hn trờn mt trt vi ng sut phỏt sinh trờn mt trt nh cụng thc sau:
f tg c
K

(2.5)


Trong ú: F = tg + c theo tiờu chun phỏ hoi Mohr couloml

Học viên: Nguyễn Thị Chung - Nhóm 1 CH15C2

6


Phân tích ổn định đập BTTL
Khi tớnh toỏn trờn ton b mt trt, h s n nh l t s gia lc ct gii hn ln
nht TF v lc ct phỏt sinh trờn mt trt T
Tf
Ntg CL
(2.6)
K

T

T

Trong ú:
N: Tng cỏc lc thng ng tỏc dng lờn mt trt
: Gúc ma sỏt trong
C: Lc dớnh

L: Chiu di mt trt
2.5. Xỏc nh cỏc loi ti trng
Cỏc ti trng tỏc dng c tớnh phự hp vi trng hp tớnh toỏn
- Trng lng bn thõn v cỏc thit b t trong p
- p lc nc thng h lu p
- p lc y ngc
- Nhit
- p lc t v bựn cỏt
- Lc ng t
- Lc giú
- p lc chõn khụng phỏt sinh trong dũng chy qua p
- p lc song
- Phn lc nn
- Lc do va p vt ni v bng
2.6. Tiờu chun ỏnh giỏ n nh
Bng 1: Tiờu chun ỏnh giỏ an ton v n nh tng th v ng sut cho phộp ca p
ng sut bờ
im t hp
H s an ton ng sut nn tụng
Trng hp ti trng
lc ỏy
C
C=0
nộn
kộo
Bỡnh thng
1/3 gia
2
1,5
UScp

0,3fc
0
UScp
0,5fc
Khụng bỡnh thng
1/2 gia
1,7
1,5
0,6f12/3
1,33UScp
0,9fc
c bit
Trong ỏy
1,3
1,3
1,5f12/3
Sau ng t
1,3
II. Thnh lp cụng thc tớnh toỏn
Tớnh toỏn cho bi toỏn phng, chiu dy mt ct tớnh toỏn l 1m
Mt trt góy khỳc gm 5 thi
Cỏc lc tỏc dng lờn cỏc thi gm:
+ Trng lng ca thi W
+ Phn lc gia cỏc thi Pi-1; Pi

Học viên: Nguyễn Thị Chung - Nhóm 1 CH15C2

7

Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL
+ Áp lực nước theo phương đứng V và theo phương ngang HL
+ Áp lực thấm U

Hình 2: Các lực tác dụng lên các thỏi (nêm)
Thành lập công thức
Xét cân bằng trên mặt trượt. Chọn hệ toạ độ mới là tOn trong đó:
+ Trục Ot có phương song song với phương mặt trượt
+ Trục On có phương vuông góc với mặt trượt
Tiến hành chiếu các lực lên phương vuông góc và song song với mặt trượt ta được:
* Fn = 0
0=Ni +Ui - Wicosi - Vicosi - HLisini + HRisini +…- Pi-1sini + Pisini
 Ni=(Wi +Vi)cosi - Ui + (HLi - HRi)sini +(Pi-1- Pi)sini

(1)

* Ft = 0
0=-Ti - Wi sini - Visini + HLicosi - HRicosi +…+ Pi-1cosi - Picosi
 Ti=(HLi - HRi)cosi - (Wi +Vi)sini +(Pi-1- Pi)cosi

(2)

Mô hình phá hoại trên mặt trượt Mohr-Coulomb
TF = Nitani +CiLi
FSi 

(3)

TF N i tanφ i  c i L i


Ti
Ti

(4)

(Wi  Vi )cosα i  Ui  (H Li  H Ri )sinαi  tanφi  (H Li  H Ri )cosαi  (Wi  Vi )sinα i 
Pi 1  Pi 

FSi


tanφ i 
 cosα i  sinα i

FSi 


Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

8

ci
Li
FSi


Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL
III. Tính toán chi tiết
1. Tính bổ sung các số liệu
- Bề rộng theo phương ngang của đáy đập (B2)

B2 = m2(C-B)+B1+m1(E-B) = 95.24 (m)
- Cao trình đáy chân đập phía hạ lưu: F = 73.25 (m)
- Cao trình đáy chân đập phía thượng lưu:
D = F – B2tan3 = 73.25-95.24*tan10o = 56.46 (m)
- Chiều sâu nước phía thượng lưu đập:
H1 = E-B = 195-83.25 = 111.75 (m)
- Chiều sâu nước phía hạ lưu đập:
H2 = B–B = 0
2. Vẽ biểu đồ áp lực thấm tác dụng lên đập
- Cột nước thấm:
ht = E – B = 195 – 83.25 = 111.75 (m)
- Chiều dài đường viền thấm:
Lt = (B-D) + L3 + (B-F) = (83.25-56.46) + 96.71 + (83.25-73.25) = 133.50 (m)
- Gradien thấm:
i = ht/Lt = 111.75/133.5 = 0.8371
Tính cột nước thấm tại các điểm 1; 2; 3; 4; 5; 6
+ h6 = 0
+ h5 = i*T3 = 4.1855 (m)
+ h4 = i*(T3+T4) = 8.371(m)
+ h3 = i*(T3+T4+L3) = 89.3269 (m)
+ h2 = i*(T3+T4+L3+T2) = 107.567 (m)
+ h1 = ht = 111.75 (m)

Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

9


Phân tích ổn định đập BTTL

Hỡnh 3: Biu ỏp lc nc tỏc dng lờn p
3. Tớnh toỏn
Tin hnh tớnh toỏn vi h s an ton FS1 = 1.5; FS2 = 2.0; FS3 = 2.5; FS4 = 3.0
a. Tớnh cho nờm s 1 (i = 1): HL1 = HR1 = 0;
- Gúc ma sỏt trong ca nn ỏ 1 = 20o;
- tan d

tan1 tan20o

d 1 = -(45o+d/2) sin1; cos1
FS
FS

- Chiu di theo phng mt trt ca nờm s 1: L1

T1
sin1

Cỏc lc tỏc dng lờn nờm s 1
- Trng lng bn thõn: W1 = 0.5*1*T1 *L1*cos1
- p lc nc theo phng ng: V1 = (E-B)*n*L1*cos1
W1+V1
- p lc thm U1 n *

(h1 h 2 )
* T1 * sin1
2

Thay s ta c:

(W1 V1 )cos1 U1 tan1 (W1 V1 )sin1
P0 P1

FS
tan1

cos1 sin1

FS


Học viên: Nguyễn Thị Chung - Nhóm 1 CH15C2

10


Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL
b. Tính cho nêm số 2 (i = 2): HL2 = HR2 = 0;
- Góc ma sát trong của nền đá 2 = 35o;
- tanφ d 

tanφ 2
 d  2 = -(45o+d/2) sin2; cos2
FS

- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 2: L 2 

T2
sinα 2

Các lực tác dụng lên nêm số 2
- Trọng lượng bản thân:
W2 = [1*T1 +0.5*2*T2]*L2*cos2
- Áp lực nước theo phương đứng:
V2 = (E - B)*n*L2*cos2
 W2+V2
- Áp lực thấm U 2  γ n *

(h 2  h 3 )
* T2 * sinα 2
2

Thay số ta được:

(W2  V2 )cosα 2  U 2  tanφ 2  (W2  V2 )sinα 2
FS
tanφ 2 

 cosα 2  sinα 2

FS 


P1  P2 

b. Tính cho nêm số 3 (i = 3): HR3 = 0;
- 3 = 10o  sin3; cos3
- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 3: L 3 

( F   D )

sinα 3

Các lực tác dụng lên nêm số 3
- Trọng lượng bản thân:
W3 = b*Sd
- Áp lực nước theo phương đứng:
V3 = 0.5*n*[(E-C) +(E-B)]*(C-B)*m2
 W3+V3
- Áp lực nước theo phương ngang:
HL3 = 0.5*n*(E-B)2
- Áp lực thấm U 3  γ n *

(h 3  h 4 )
* B2 * cosα 3
2

Thay số ta được:

(W3  V3 )cosα 3  U 3  H L3 * sinα 3  tanφ 3  H L3cosα 3  (W3  V3 )sinα 3
P2  P3 

FS
tanφ 3 

 cosα 3  sinα 3

FS 


Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

11


Phân tích ổn định đập BTTL
d. Tớnh cho nờm s 4 (i = 4): HL4 = HR4 = 0;
- Gúc ma sỏt trong ca nn ỏ 4 = 35o;
- tan d

tan 4
d 4 = (45o-d/2) sin4; cos4
FS

- Chiu di theo phng mt trt ca nờm s 4: L 4

T4
sin 4

Cỏc lc tỏc dng lờn nờm s 4
- Trng lng bn thõn:
W4 = 3*T3 +0.5*2*T4 ]*L4*cos4
- p lc thm U 4 n *

(h 4 h 5 )
* T4 * sin 4
2

Thay s ta c:

W4 * cos 4 U 4 tan 4 W4 * sin 4

FS
tan 4

cos 4 sin 4

FS


P3 P4

e. Tớnh cho nờm s 5 (i = 5): HL5 = HR5 = 0;
- Gúc ma sỏt trong ca nn ỏ 5 = 30o;
- tan d

tan 5
d 5 = (45o-d/2) sin5; cos5
FS

- Chiu di theo phng mt trt ca nờm s 5: L5

T3
sin 5

Cỏc lc tỏc dng lờn nờm s 5
- Trng lng bn thõn:
W5 = 0.5*3*T3 *L5*cos5
- p lc thm U 5 n *

(h 5 h 6 )
* T3 * sin 5

2

Thay s ta c:

W5 * cos 5 U 5 tan5 W5 * sin 5
P4 P5

FS
tan 5

cos 5 sin 5

FS


Tng hp kt qu tớnh toỏn xem bng 3
4. Kt lun:
Vi s liu ó cho h s an ton chng trt theo mt trt phc hp l FS = 2.01

Học viên: Nguyễn Thị Chung - Nhóm 1 CH15C2

12


Ph©n tÝch æn ®Þnh ®Ëp BTTL

Häc viªn: NguyÔn ThÞ Chung - Nhãm 1 CH15C2

13