Đồ án môn học thủy công

ĐỒ ÁN SỐ 1: TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM

PHẦN I – ĐỀ BÀI


A - TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
I. Tài liệu: Trong thành phần của cụm công trình đầu mối ở vùng núi có một
đập ngăn sông bằng bê tông. Các tài liệu thiết kế như sau:
1. Các mực nước và cao trình
- Cao trình đáy đập ( chỗ thấp nhất ): +100.
- MNDBT của hồ: Xem bảng A.
- Cao trình bùn cát ( CTBC ) lắng đọng: +108.
- Mực nước hạ lưu: +105.
2. Tài liệu mặt cắt đập ( xem hình A )
- Cao trình đỉnh đập = MNDBT + 5m.
- Đỉnh của phần mặt cắt cơ bản ( hình tam giác ) ở ngang MNDBT.
- Bề rộng đỉnh: b = 5 ( m ); đáy B = 0,8. Hd với Hd là chiều cao mặt cắt cơ bản.
- Phần hình chiếu của mái thượng lưu trên mặt bằng: nB ; trong đó n =
0,2( xem hình vẽ )
- Đập có màn chống thấm ở sát mép thượng lưu.
- Hệ số cột nước còn lại sau màn chống thấm α 1 = 0,5.
- Vật liệu thân đập có dung trọng

γb

= 2,4 T/ m 3


b

5m

MNDBT

τ

Hd
CTBC = 108

MNHL = 105

100
(1-n)B

nB
Mµn chèng thÊm

Hình A : Sơ đồ mặt cắt đập
Bảng A – Số liệu bài tập phần lực
Đề số

MNDBT ( m )

V ( m/s )

D ( km )

148

25

5,0

3.Các tài liệu khác
- Tốc độ gió tính toán: V ; Chiều dài truyền sóng: D ( ứng với MNDBT );
xem bảng A.
- Thời gian gió thổi liên tục: 6 giờ
- Vùng xây dựng có động đất cấp 8; ( K =
- Các chỉ tiêu bùn cát lắng đọng:

γk =

1
20

)

0
1,0 T/ m 3 ; nb = 0, 45 ; γ bh = 10 ;


II. Các yêu cầu tính toán
1. Xác định các yếu tố của sóng bình quân
• Sóng có mức bảo đảm : P = 1% ( h , λ , τ , hs1% )
• Độ dềnh cao nhất của sóng η s
2. Vẽ giản đồ áp lực sóng lên mặt đập thượng lưu. Tính trị số áp lực tác dụng
sóng nằm ngang (

pmax

) và mô men của nó vói đáy đập (

M max

) – Tính cho một

mét dài của đập.
3. Xác định ( trị số, phương, chiều, điểm đặt ) và vẽ tất cả các lực tác dụng lên
1 mét dài của đập ( trường hợp MNDBT, có động đất ).
B. TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
I. Tài liệu: Các cống B và C có sơ đồ và kích thước như trên hình B, hình C
và bảng B. Nền cống và đát cát pha ( đồng nhất đẳng hướng ) có các chỉ tiêu
như sau:
γ k = 1,55 T/ m 3 ; n = 0,35;

K = 2.10−6 ( m / s )

;

ϕk

=

20 0 ;

C=0;

η=

d 60
= 15 ; d 50 =

d10

0,15 m
II. Yêu cầu tính toán
1. Dùng các phương pháp tính thấm đã học ( tỷ lệ đường thẳng, hệ số sức
kháng và đồ giải ) để xác định lưu lượng thấm q , vẽ biểu đồ và tính tổng áp
lực đẩy ngược lên bản đáy cống, tính gradien thấm bình quân và gradient
thấm cục bộ ở cửa ra.
2. So sánh các kết quả giải được bằng phương pháp nêu trên và cho nhận xét.
3. Kiểm tra khả năng mất ổn định về thấm của nền và nêu biện pháp xử lý
(nếu cần)
4. a- Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi nhưng hệ số thấm K thay đổi thì
các kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào?
b- Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi nhưng chênh lệch cột nước H
thay đổi thì kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào?


5. Nếu cống xây dựng ở vùng triều (làm việc 2 chiều) khi chênh lệch cột nước
đổi chiều ( giả sử trị số tuyệt đối của H không đổi ) thì các kết quả tính toán
nào còn có thể sử dụng được, tại sao? Các kết cấu đường viền thấm có cần
thay đổi gì không, tại sao?

Z1

Z2
A

0,00

0,5 m

1m

B

F H
G

C E
S1

T
D

L1

S 2 = 3,0 m

L2

Hình B: Sơ đồ cắt dọc cống B
Bảng B – Số liệu bài tập phần thấm

Đề số

Sơ đồ

L1( m )

53

B

17,0

L2
(m)
8,5

S1 ( m ) Z1( m )
7,0

8,0

Z2
(m)
2,5

T(m)
15,5


PHẦN 2 – BÀI LÀM
A-TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
I. Xác định các yếu tố của sóng
Có nhiều công thức khác nhau để xác định các đặc trưng của song. Ở đây trình
bày cách tính theo quy phạm hiện hành QPTL C1-78, theo đó có thể xác định
được các yếu tố của sóng trung bình ( h , λ , τ ) và sóng có mức đảm bảo P%
(theo đề ra, ở đây P =1%)
1. Các yếu tố của sóng trung bình

Cần phân biệt hai trường hợp: Sóng nước sâu (
H1 ≤

λ
2

) .Vì ban đầu chưa biết

λ

H1 >

λ
2

) và sóng nước nông (

nên có thể giả thiết là sóng nước sâu để tính.

Trường hợp sóng nước sâu: Sử dụng đồ thị hình P2-1 ( phụ lục 2 )
- Tính các giá trị không thứ nguyên

gt
V

và

gD
V2

Trong đó: g = 9,81 là gia tốc trọng trường ( m/ s 2 )
t = 6 giờ = 21600 giây là thời gian gió thổi liên tục ( giây )
V = 25 ( m/s ) là vận tốc gió tính toán ( m/s )
D = 5,0 ( km ) = 5000 ( m ) là chiều dài truyền sóng
Thay các giá trị vào ta được:


−

−
gh
gt 9,81.21600
=
0,079
g
τ
2
=
= 8476
• V
Tra đồ thị P2-1 ta được: V
; v = 3,9
25

(1)
−

•

gD 9,81.5000

=
= 78,5
V2
252

Tra đồ thị P2-1 ta được:

−
gh
=
0,
016
g
τ
V2
= 1, 49
;

v

(2)

So sánh 2 kết quả ( 1 ) và ( 2 ) ta chọn kết quả nhỏ nhất là ( 2 ) ứng với
−

gD
= 78,5
V2

gh

= 0,016 ;
2
V

;

−

gτ
=1, 49
v

Từ 2 giá trị này ta xác định được chiều cao sóng trung bình

−

h

và chu kỳ sóng

−

trung bình τ

−

- Chiều cao sóng trung bình h là:
g h  V2
252
h =  2 ÷.

= 0, 016.
≈ 1, 02 ( m )
9,81
V  g
−

−

- Chu kỳ sóng trung bình τ

 −
gτ ÷ V
25
τ =
. = 1, 49.
≈ 3,8 ( s )
 V ÷g
9,81


−

- Bước sóng trung bình xác định theo công thức
2

gτ
9,81.3,82
λ=
=
≈ 22,55 (m)

2π
2.π

- Từ đó kiểm tra được điều kiện sóng nước sâu đã giả thiết ban đầu H1 >

λ
2


Ta có mực nước dâng trước hồ là :
Ta thấy rằng

H1 = H d = ∇MNDBTĐáy
−∇
λ 20, 0
H1 = 48 ( m ) > =
= 10 ( m )
2
2

= 148 − 100 = 48
m

( )

Vậy thỏa mãn điều kiện sóng nước sâu ( giả thiết đúng )
Vậy sóng tác dụng lên công trình là sóng nước sâu với các thông số sau:
+ Bước sóng là: λ = 22,55 ( m )
+ Chu kì sóng là:

τ = 3,8 ( s )

2. Chiều cao sóng và mức bảo đảm i%:
Xác định theo công thức: hi % = ki % .h

(

1-

2)
Trong đó

ki %

tra theo đồ thị hình P2-2 ( phụ lục 2 ).

Với i = 1% ta có công thức xác định chiều cao sóng là:
Trong đó:

h

h1% = k1%. .h

là chiều cao sóng trung bình ( h = 1,02 m )

k1%. Tra

theo đồ thị hình P2-2 với p = 1% và

gD

= 78,5 ⇒k1% = 2, 4
V2

⇒ h1% = 2, 4.1,02 = 2, 44 ( m)

3. Độ dềnh cao nhất của sóng
Xác định theo công thức: ηs =kη .h1%
Trong đó : h1% - chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1%.
kηs tra đồ thị hình P2-4
s

λ

Để tra giá trị kηs ta tính giá trị H và
1

h1%
λ

( 1-3 )


λ

Ta có

H1

=

22, 55
= 0, 47
48

;

h1%

λ

=

2, 44
= 0,1
22, 55

Tra P2-4a ta được: ⇒ kη = 1, 22 thay vào công thức (1-3) ta được:η s =
s

1,22.2,44=2,97(m).
Ta có bảng kết quả
H1 (

m)

48

h1% (

m)

2,44

h(

m)

1,02

ηs (

m)

2,97

λ(

m)

22,55

τ

(m)
3,8


b

nB/2

5m

hs

τ
W1
H
H1

W2
WS

W6

Wd

O
M max
W

s

H1
3

h3

W8

G

α
W7

m'h2/3

Fd

100
(1-n)B

nB

W5

B/2

Wth

B/3

Hình 1-1 : Sơ đồ các lực tác dụng lên đập

W3

β

W4

h2


II. Xác định các lực tác dụng lên công trình ( theo bài toán phẳng )
1. Áp lực thủy tĩnh: Tác dụng ở mặt thượng và hạ lưu đập, bao gồm các
thành phần thẳng đứng và nằm ngang ( xem hình 1-1 ).
a) Mặt thượng lưu:
• Thành phần thẳng đứng:
+ Phương : Thẳng đứng.
+ Chiều : Hướng vào mái đập.
+ Điểm đặt
: Tại trọng tâm của tam giác phân bố áp lực cách chân mái
hạ lưu 1 đoạn
=>

bằng

2nB
+ ( n − 1) B
3

Với B = 0,8.H1 = 0,8.48 = 38, 4 (

m );

n = 0,2

2nB
2.0, 2.38, 4
0, 2.0,8.48

+ ( 1− n) B =
+ ( 1 − 0, 2 ) .38, 4 =
≈ 35,84 ( m )
3
3
3

+ Độ lớn:

1
W1 = .γ n .n, H12
2

( 1-4 )

n, -

α

Trong đó: γ n : Trọng lượng riêng của nước: γ n = 9,81 ( KN/m3 )
H1: Mực nước thượng lưu ; H1 = 48 ( m ).
Hệ số mái nghiêng thượng lưu ; n’ = cotg

⇒ n, =

nB

=H

1

nB n.0,8.H1
=
= n.0,8 = 0,16
H1
H1

1
1
⇒ W1 = .γ n .n, H12 = .9,81.0,16.482 = 1808,1 (kN )
2
2

• Thành phần nằm ngang:
+ Phương : Ngang.
+ Chiều : Hướng vào mái đập.
+ Điểm đặt

: Cách đáy công trình một khoảng là:

+ Độ lớn : Tính theo công thức:

H1 48
=
= 16 ( m )
3
3

1
W2 = .γ n .H12

2

1
⇒ W2 = .9,81.482 = 11301,1 ( kN )
2

( 1-5 )


b)Mặt hạ lưu
• Thành phần đứng
+ Phương : Thẳng đứng
+ Chiều : Từ trên xuống
+ Điểm đặt
: Tại trọng tâm biểu đồ phân bố áp lực cách mép hạ lưu đập
1 đoạn bằng

m '.h2
3

(1 − n) B (1 − 0, 2).38, 4
=
= 0,64
H1
48
h 2 =∇MNHLĐáy
−∇
= 105 − 100 =
m5( )

Trong đó : m’ là hệ số mái nghiêng hạ lưu ; m' = cotg β .
h2 là mực nước dâng sau đập ;
⇒

m '.h2 0,64.5
=
≈ 1, 07 ( m )
3
3
1

+ Độ lớn : Tính theo công thức W3 = 2 . γ n . m’.h22

( 1-6 )

1
⇒ W3 = .9,81.0, 64.52 = 78, 48 ( kN )
2

• Thành phần ngang:
+ Phương : Nằm ngang.
+ Chiều : Hướng vào mái hạ lưu đập.
+ Điểm đặt
+ Độ lớn :

: Cách đáy công trình 1 khoảng
W4 =

h2 5
= ≈ 1, 67

3 3

1
.γn .h22
2

( m)

( 1-7 )

⇒ W4 = 0,5.9,81.52 = 122, 63 ( kN )

2. Áp lực sóng
Khi xác định áp lực sóng tác dụng lên công trình cần xác định: độ dềnh
lên η s ; độ hạ thấp so với mực nước tĩnh η ch ; áp lực sóng lớn nhất

Pmax ;

mômen

đẩy M max .
Nói chung khi sóng dềnh cao nhất, áp lực sóng lên mái đập không phải là
lớn nhất.
+ Áp lực sóng lên mái đập lớn nhất ứng với độ dềnh: η d = kη d h
Trong đó: h – chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng 1%.

( 1-8 )


kη d có thể xác định đồ thị hình 3-7c( giáo trình thủy công tập 1 )

Để tra được

kη d ta

tính các giá trị

λ
H1

và

h1%
λ

λ 22,55
=
= 0, 46
H1
48

Ta có

h1% 2, 44
=
= 0,1
λ
22,55



Tra biểu đồ 3-7c ta được kη =0, 2
 ηd = kη .h = 0, 2.2, 44 = 0, 48
- Trị số áp lực sóng lớn nhất lên mặt đập xác đập xác định theo công thức
d

d

Ws = kd .γ n .h.( H1 +

h
)
2

( 1-9 )

Với hệ số kd = 0,19 tra ở đồ thị hình 3-7d ( Giáo trình thủy công tập 1)
Các đại lượng khác như đã giải thích ở trên.
h
2, 44 

=> Ws = kd .γ n .h.( H1 + 2 ) = 0,19.9,81.2, 44.  48 + 2 ÷ ≈ 223,85 ( kN )


- Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra:
M max = k mγ n h(

h 2 hH1 H12
+
+
)

6
2
2

( 1 −10 )

Với hệ số km = 0,22 tra ở đồ thị hình 3-7 d ( Giáo trình thủy công tập 1 )
=>M max

 2, 442 2, 44.48 482 
h 2 hH1 H12
= k m γ n h( +
+
) = 0, 22.9,81.2, 44. 
+
+
÷ ≈ 6380, 04 ( kN.m )
6
2
2
2
2 
 6

• Vậy áp lực sóng lớn nhất tác dụng lên đập được xác định :
+ Phương : Ngang
+ Chiều

: Hướng vào thân đập

+ Điểm đặt

: Cách mép đáy của công trình đoạn


M max
6380, 04
=
≈ 28, 5 ( m )
Ws
223,85

+ Độ lớn :

Ws = 223,85 ( kN )

+ Mô men áp lực sóng lớn nhất tác dụng lên công trình là
M max = 6380, 04(kN .m)

3. Áp lực nước thấm
- Do có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nên phát sinh dòng thấm từ
thượng về hạ lưu công trình, gây nên áp lực thấm dưới đáy của nó. Ngoài ra,
do đáy đập ngập dưới mực nước hạ lưu nên đập còn chịu tác dụng của lực
đẩy nổi thủy tĩnh.
- Lực thấm đẩy ngược: Biểu đồ phân bố áp lực thấm ngược coi gần đúng là
hình tam giác ( hình 1-1 ) có cường độ lớn nhất ở đầu (sau màn chống

Pmax = γ n .α 1.H
thấm):
Trong đó: α1 = 0,5 là hệ số cột nước thấm còn lại sau màn chống thấm;

H = H1- h2 = 48 – 5 = 43 ( m ) là cột nước thấm
γn = 9.81 ( kN/m3 ) là trọng lượng riêng của nước
⇒ Pmax = 9,81.0, 5.48 = 235, 44 ( kN )
1
Tổng áp lực thấm đẩy ngược sẽ là: Wth = .γ n .α1.H .B
2

( 1-11 )

Với B = 0,8.H1 = 0,8.48 = 38,4 ( m ) là bề rộng đáy đập
⇒Wth =

1
.9,81.0, 5.43.38, 4 = 4049, 56 ( kN )
2

• Áp lực thấm đẩy ngược dưới đáy đập phân bố dạng tam giác có:
+ Phương : Thẳng đứng;
+ Chiều : Hướng từ dưới lên;


+ Điểm đặt

: Tại trọng tâm của tam giác phân bố áp lực cách mép đáy

2 B 2.38, 4
=
≈ 25, 6 ( m
3
3

- Lực thủy tĩnh đẩy ngược: W5 = γ n .B.h2

hạ lưu một khoảng

)
(1-12)

⇒ W5 = 9,81.38, 4.5 = 1883,52 ( kN )

• Áp lực thấm đẩy ngược dưới đáy đập phân bố dạng hình chữ nhật có:
+ Phương : Thẳng đứng;
+ Chiều : Hướng từ dưới lên;
+ Điểm đặt : Tại trọng tâm của hình chữ nhật cách mép đáy hạ lưu một
khoảng

B 39, 2
=
= 19, 6
2
2

(m)

4. Áp lực bùn cát:
Do tính chất của đập là ngăn nước ngang dòng chảy. Bởi vậy nó sẽ làm
cho các hạt bùn cát chuyển động trong nước lắng đọng ngay trước thượng
lưu đập. Khối bùn cát này sẽ gây ra áp lực tác động lên thân đập.
Do khối bùn cát lắng đọng trước đập gây ra. Do mái đập thượng lưu
nghiêng nên áp lực bùn cát có 2 thành phần: Thẳng đứng và nằm ngang.
• Thành phần thẳng đứng

+ Phương : Thẳng đứng
+ Chiều : Từ trên xuống
+ Điểm đặt
: Cách mép chân đập phía hạ lưu một khoảng bằng :
B−

n '.h3
0,16.8
= 38, 4 −
= 37,9
3
3

(

m

)

Với: h3 = 108 - 100 = 8 ( m ) là chiều sâu bùn cát lắng đọng trước công trình;
n’- Hệ số mái nghiêng thượng lưu ; n’ = cotg

α

nB

=H =
1

0, 2.38, 4

= 0,16
48


+ Độ lớn :

1
W6 = γ bc .h32 .n '
2

( 1-13 )

Với γbc là trọng lượng riêng của bùn cát trong nước ( dung trọng đẩy nổi )
γbc = γk – γn.( 1-nb )
Với:

( 1-14 )

γk = 1,0T/m3 = 10 kN/ m3 là trọng lượng riêng khô của bùn cát
nb = 0,45là độ rỗng của bùn cát lắng đọng
 γbc = 10 – 9,81 ( 1 – 0,45 ) = 4,6 kN/ m3
 W6 = 0,5.4,6.82.0,16 = 23,55 kN

• Thành phần nằm ngang:
+ Phương : Ngang
+ Chiều : Hướng từ thượng lưu về phái hạ lưu;
+ Điểm đặt

: Cách đáy đập một đoạn:
1

2

+ Độ lớn : W7 = .γ bc h32 K a

h3 8
= ≈ 2,67 ( m )
3 3

( 1-15 )

Trong đó : Ka là hệ số áp lực ngang ( áp lực chủ động ) ; với
ϕ 

⇒ K a = tg 2 .  450 − bh ÷
2 


ϕbh = 100

( 1-16 )


100 
2
0
K a = tg 2 .  450 −
÷ = tg . ( 40 ) ≈ 0, 7
2



1
⇒ W7 = .4,6.82.0,7 = 103, 04 ( kN )
2

5. Trọng lượng của thân đập
Để dễ dàng tính toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó, mặt
cắt đập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật.


Trọng lượng của phần đập có diện tích mặt cắt F i sẽ là Gi = γb. Fi ; Trọng
lượng của toàn đập sẽ là G = ∑Gi .Điểm đặt của G được tìm theo quy tắc hợp
các lực song song.
5m

Y
G

5m

MNDBT = 149 m

H

B
0,1
6

E
n' =

C2

Hd

m
'=

C1

C3

G2

A

G1
α

0,
6

4

G3
100
O

nB

F

β

X
D

(1-n)B

Hình 1-2. Sơ đồ tính toán trọng lượng thân đập
Gọi hệ trục tọa độ Oxy có O ( 0 ; 0) là hệ trục tọa độ gốc.
C1 ( x1 ; y1 ) là tọa độ trọng tâm của phần tam giác thượng lưu.
C2 ( x2 ; y2 ) là tọa độ trọng tâm của phần hình chữ nhật.
C3 ( x3 ; y3 ) là tọa độ trọng tâm của phần tam giác hạ lưu.
F1 ; F2 ; F3 lần lượt là diện tích của: Hình tam giác thượng lưu, hình chữ nhật
và hình tam giác hạ lưu.
- Tìm C1 ( x1 ; y1 )

x1 =

2
2
nB = .0, 2.38, 4 = 5,12 ( m )
3
3


1
1
y1 = H d = .48 = 16 ( m )

3
3
x2 = AO +

- Tìm C2 ( x2 ; y2 )
y2 =

OF
OF
5
= nB +
= 0, 2.38, 4 + = 10,18 ( m )
2
2
2

OG H d + 5 48 + 5
=
=
= 26,5 ( m )
2
2
2

- Tìm C3 ( x3 ; y3 )
FD = ( 1 − n ).B − OF = ( 1 - 0,2 ). 38,4 – 5 = 25,72 ( m )

Ta có:

m’ = cotg β = 0,64

FD = EF.m’ ⇒ EF =

FD 25, 72
=
= 40,18 ( m )
m'
0, 64

1
1
x3 = AO + OF + .FD = 0, 2.38, 4 + 5 + .25, 72 = 21, 25 ( m )
3
3
1
1
y3 = EF = .40,18 = 13,33 ( m )
3
3

- Tính diện tích:

F1 =

1
1
1
AO.OB = .n.B.H d = .0, 2.38, 4.48 = 184,32 ( m2 )
2
2
2

F2 = OF .OG = 5.( H d + 5) = 5.(48 + 5) = 265 ( m 2 )

F3 =

1
1
FD.EF = .25, 72.40,18 = 516, 71 ( m 2 )
2
2

Vậy tọa độ trọng tâm của cả hình là C ( xc ;yc )
xc =

x1.F1 + x2 .F2 + x3 .F3 5,12.184,32 + 10,18.265 + 21, 25.516, 71
=
= 15,13 ( m )
F1 + F2 + F3
184,32 + 265 + 516, 71

yc =

y1.F1 + y2 .F2 + y3 .F3 16.184,32 + 26,5.265 + 13,33.516,71
=
= 17, 45 ( m )
F1 + F2 + F3
184,32 + 265 + 516,71


Vậy tọa độ trọng tâm đập là C ( 15,13 ; 17,45 )

- Tính trọng lượng thân đập:
+ Phần tam giác thượng lưu:
Trong đó:

γb-

G1 = γ b .F1

Trọng lương riêng vật liệu làm đập;

γ b =2,4

T/m3 = 24 kN

⇒ G1 = 24.184,32 = 4423,68 ( kN )

+ Phần hình chữ nhật trong thân đập:
⇒ G2 = γ b .F2 = 24.265 = 6360 ( kN )

+ Phần tam giác hạ lưu đập:
⇒ G3 = γ b .F3 = 24.516, 71 = 12401,04 ( kN )

Vậy trọng lượng của đập là:
G = G1 + G2 + G3 = 4423, 68 + 6360 + 12401, 04 = 23184, 72 ( kN )

Điểm đặt cách mép chân đập phía hạ lưu một đoạn bằng :
B - xc = 38,4 - 15,13 = 23,27 ( m )
6. Lực sinh ra khi có động đất:
Công trình được xây dựng phải đảm bảo ổn định ngay cả trong trường
hợp bất lợi nhất. Đó là khi có sự xuất hiện của các lực đặc biệt như lực động

đất. Vì vậy khi tính toán ta phải tính đến cả lực này mặc dù nó ít xuất hiện.
Bao gồm các thành phần sau:
a) Lực quán tính động đất của công trình.
- Phương
: Ngang
- Chiều
: Từ phía thượng lưu về phía hạ lưu;


- Điểm đặt

: Tại trọng tâm mặt cắt tính toán, cách đáy đập một

đoạn bằng yc = 18,06 ( m )
- Độ lớn
:
Fđ = K.α.G
Trong đó: K =

1
= 0,05 là hệ số động đất của vùng xây dựng
20

α =1 + 0,5

h1
h0

là hệ số đặc trưng động lực của công trình

Với: h1 là khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt nền
h0 là khoảng cách từ trọng tâm công trình đến mặt nềnTa có h1 = h0
⇒ α =1+0,5 = 1,5
G là trọng lượng công trình.
⇒ Fđ = K .α .G = 0, 05.1,5.23184, 72 = 1738,85 ( kN )

Lực quán tính động đất cùng phương ngược chiều với gia tốc động đất, điểm
đặt tại trọng tâm mặt cắt tính toán.
Ở đây chọn chiều bất lợi của lực động đất là chiều từ thuợng về hạ lưu đập
( phương ngang ).
b) Áp lực nước tăng thêm khi động đất
- Phương
: Ngang
- Chiều
: Hướng từ phía thượng lưu về phái hạ lưu đập
- Điểm đặt
- Độ lớn

: Cách đáy đập một khoảng:
1
2

H1 48
= = 16
3
3

(

m

)

1
2

: Wd = K .γ n .H12 = 0, 05.9,81.482 = 565,50 ( kN )

c) Áp lực bùn cát tăng thêm khi có động đất
Theo chiều bất lợi đã chọn, động đất làm tăng áp lực chủ động của bùn cát
thượng lưu. Trị số áp lực tăng thêm là: W8 = 2.K .tgϕ bh .W7
Trong đó:
K là hệ số động đất
ϕbh là góc ma sát trong của bùn cát
W7 là thành phần áp lực đất nằm ngang, như đã xác định ở trên.
⇒ W8 = 2.0,05. tg100.103,04 = 1,82 ( kN )


Áp lực bùn cát tăng thêm W8 có
- Phương : Ngang
- Chiều : Hướng từ thượng lưu về hạ lưu
- Điểm đặt

: Cách đáy công trình một đoạn:

h3 8
= = 2,67
3 3

( m)

- Độ lớn : W8 = 1,82 ( kN )

Tổng hợp tất cả các lực tác dụng lên công trình ( bài toán phẳng ) và
mômen của chúng đối với mép biên hạ lưu đế đập ( điểm D ) theo bảng sau:
Trị số ( kN )
TT Lực tác dụng Ký hiệu
P ↓ (+)
W1
1

Áp lực thủy
tĩnh

1808,1
11776,9
0

W2
W3

Q → (+)

78,48

Mômen đối với A
( kN.m )
Tay đòn
(m)

MA(+)

33,23

62615,29

14,83

174651,4
3

1,07

-83,97


2

3

4

5

Áp lực sóng

Áp lực bùn cát
Trọng lượng
thân đập
Lực sinh ra khi

có động đất

Tổng

W4

-122,63

1,67

-204,79

Ws

219,78

20,68

4545,05

Wth

-4049,56

25,07

106047,8
5

W5

-1922,76

17,80

34224,06

W6

23,55

35,23

-829,67

2,67

275,12

19,50

470325,9
6

W7
G

103,04
24119,28

Fđ

1808,95

16,12

29160,27

Wđ

588,84

14,83

8732,49

W8

1,82

2,67

4,86

14376,8
19953,47
1

176418,5
5

B- TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
Đất nền và hai bên bờ công trình thuỷ lợi là loại đất thấm nước chỉ trong
một số trường hợp đặc biệt là đất sét hoặc đá được xử lý tiếp giáp tốt thì mới
được coi là không thấm nước. khi công trình làm việc sẽ tạo ra chênh lệch
mực nước thượng hạ lưu dòng nước di động qua các kẽ rỗng hai bên vai và
qua đất nền tạo thành dòng thấm.
Tác hại của dòng thấm:


+ Gây mất nước cho hồ chứa.
+ Gây ra những áp lực tác động lên công trình.
+ Gây ra biến dạng đất nền và hai vai công trình.
+ Đối với dòng thấm hai vai công trình khi thoát nước ra ở hạ lưu sẽ
gây ra hiện tượng làm ngập lụt trong một khu vực rộng lớn ở thượng
I.
1.
-

lưu.
Nhiệm vụ và các phương pháp tính toán
Nhiệm vụ: Giải các bài toán thấm dưới đáy công trình cần xác định
Lưu lượng thấm q
Áp lực thấm lên bản đáy công trình Wt
Trị số gradien thấm bình quân toàn miền thấm và cục bộ ở cửa ra để kiểm

tra độ bền thấm của nền J
- Vận tốc thấm V
Căn cứ vào các đại lượng tính toán người thiết kế sẽ xác định được các cách
bố trí các bộ phận của công trình mang tính hợp lý về cả mặt kinh tế và kỹ

thuật.
2. Các phương pháp tính toán
Theo yêu cầu của đầu bài, ở đây tiến hành tính thấm theo các phương pháp :
o Tỷ lệ đường thẳng
o Hệ số sức kháng
o Vẽ lưới
Việc tính toán tiến hành cho bài toán phẳng
II. Tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng ( sơ đồ hình 1-2 )


Z1
H
H1

Z2

A

H2

0,00

0,5 m

t =1 m

B

F

C E
D

L1

S 2 = 3,0 m

G

S1

T

H

L2

W1
( H2 + t )
HF
HE

Wth

Hình 1-2 : Sơ đồ tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng
Theo Lence đoạn đường viền thấm thẳng đứng có khả năng tiêu hao cột
nước thấm lớn hơn đoạn nằm ngang m lần. Chiều dài tính toán của đường
viền thấm xác định theo công thức:

Ltt = Ld +

Ln
m

Trong đó: Ld là chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn
xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn hơn 450.
Ln là chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn
xiên có góc nghiêng so với phương ngang nhỏ hơn 450.
m là hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ trong sơ đồ đường viền thấm
Ta có:
o Ld = AB + CD + DE + FG + GH
Ld = 0,5 + 6 + 6 + 3,0 + 3,0 = 18,5 ( m )
o Ln = BC + EF


BC2 = L12 + ( t – AB )2

Với t =1,0 m là chiều dày bản đáy

BC2 = 16,02 + ( 1- 0,5 )2 = 256,25
=> BC ≈ 16,00 ( m )
=> Ln = 16,00 + 8,00 = 24 ( m )
Vì công trình có hai hàng cừ nên m = 2
Ltt = Ld +

Ln
24
= 18, 5 +
= 30,5 ( m )
m

2

1. Tính toán lực đẩy ngược lên bản đáy
a) Áp lực thấm
Cột nước thấm tại mỗi điểm cách điểm cuối của đường viền một đoạn dài

tính toán Xtt ( Xtt xác định tương tự như Ltt ) là:
Trong đó

:

hx =

X tt
H
Ltt

H là cột nước thấm toàn bộ; H = Z1 – Z2 = 9 - 3 = 6

(m)
Ltt = 30,5 ( m ) chiều dài tính toán đường viền thấm.
Xtt là chiều dài tính toán đường viền thấm tại điểm tính
toán, tổng áp lực thấm lên bản đáy công trình là : X tt = Xd +
Xn
m

• Tại E:

XE

hE = L H
tt