Thiết kế đập đất đồng chất có tường lỏi mềm - P1

Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
PHẦN I : NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN.
Đề bài:
-Thiết kế đập đồng chất có tường lỏi mềm.
-Thiết kế đập BTTL theo phương pháp hệ số kháng.
-Thiết kế đập đồng chất có tường lỏi mềm.
Sinh viên: Nguyễn Văn Định.
Ngày giao:…. /…../2010.
Ngày nộp:…/…./2010.
I/ Số liệu ban đầu.
1.1.Tài liệu địa chất:
Loại đất:

Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 1
Lớp : CTT47ĐH
0
γ
(T/m
3
)
a
γ
(T/m
3
)
bt0
γ
(T/m
3
)
[ ]

σ
(T/m
2
)
f C
(T/m
2
)
1,45 1,7 2,2 0,6 0,6 1,5
k
n
(m/24h)
T
(m)
0
tn
ϕ
h
s
(m)
λ
1
α
0,01 5
19
0
13,5 21,5 0,5
S
1
(m)

S
2
(m)
S
3
(m)
k
t
(m/24h)
ϕ
0
tb
16,5 18,5 16,5 16
H
1bt
(m)
H
dđât
(m)
H
dđa
(m)
k
đ
(m/24h)
31,5 26,5 26,5
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN.
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT CÓ TƯỜNG LỎI MỀM
Số liệu :

- Mực nước thượng lưu : H
1
= 26,5 m
- Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
- Chiều sâu tầng thấm : T = 5 m
- Hệ số thấm của đập : K
đ
- Hệ số thấm của vật liệu làm tường : K
vl

- Đất sét pha cát có trọng lượng riêng : γ
Đ
= 1.7 T/m
3

- Trọng lượng riêng của tường : γ
T
= 2,2 T/m
3
- Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-2
cm/s
Lực dính : C = 1,5 T/m
2

I . Xác định các kích thước cơ bản của đập :

1. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 26,5 + 1.5 = 28m
2.Chiều rộng đỉnh đập : chọn sơ bộ chiều rộng đỉnh đập B = 5 m
3.Mái dốc thân đập :
Mái dốc tường thượng lưu : m = 3.5
Mái dốc đập thượng lưu : m
1
= 3.0
Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 3.0
II. Tính toán lưu lượng 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 lưu lượng ,ta có thể viết phương trình lưu lượng thấm qua lõi
thực và qua lõi biến đổi như sau.

22
2222
0 baba
hh
T
K
hh
t
K
q
−
=

−
=

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

)1(
0
−+=
K
K
tbB
Trong đó
t:Chiều dày trung bình của tường 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 được :B=84.2m.Ta tính toán như đập đồng chất như sau
1.Tính toán lưu lượng thấm qua thân đập ( nền không thấm nước )
Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 2
Lớp : CTT47ĐH
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Để giải bài toán xác định lưu lượng thấm , tạm thay tam giác thượng lưu đập bằng
một hình chữ nhật có chiều rộng ∆L . ∆L được xác định theo công thức :

Trong đó :
m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3 )
H
1
– mực nước thượng lưu ( H
1
= 26,5m )
Vậy : ∆L = 11,37
Bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu nghiêng được chuyển về bài toán thấm qua
đập có mái thượng lưu thẳng đứng
Chiều dài thân đập : L = 589.4 m
Trong đó :
q
1
– lưu lượng 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 nước thượng lưu ( H = 26,5m )
m – mái dốc hạ lưu đập ( m = 3 )
L – chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 589.4 m )
Giải phương trình trên ta có :
a = 8.5m
q
1
= 2.42*10
-7
m/s

2.Tính lưu lượng thấm qua nền :
Lưu lượng thấm qua nền được xem như là chảy qua đường ống
Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 3
Lớp : CTT47ĐH
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
⋅







→
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
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 = 5 m )
Vậy lưu lượng 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

II.Kiểm tra ổn định của đập:
(*)Xác định các lực tác dụng lên đập:Tính cho một mét dài đập
1)Áp lực thuỷ tĩnh :
Tính cho một mét dài tường
m = 3
m = 2,5
W1
W2
W3
G1
G2
G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = γ.H = 26,5 T/m
2
W
1
= P.H/2 = 26,5.26,5/2 = 351,1 T
e = H/3 = 8,8m
Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
.γ
n
= 26,5*8,8*26,5*1/2 = 3090 T
áp lực đẩy nổi :
W3 = 0,5.26,5.(26,5.3 + 5 + 26,5.3)/2 = 1086,5 T
Trọng lượng 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 lượng : G = 4686.4 T
Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 4
Lớp : CTT47ĐH
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−
×=
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
®Ønh ®ª
f
0.1Pd
0.4Pd

Pd
0.4Pd
0.1Pd
Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:
).m/T(h..P.k.kP
2
2nbnod
γ
=

Trong đó:
γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m
3
).
h=13,5m-Chiều cao sóng.
2
P
-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với
h=13,5m⇒
2
P
=1,9.
k
nb
-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
6,1
5,13
5,21
==
h

λ
ta có k
nb
=0,85.
k
no
-Hệ số xác định
18,1)
5,21
5,13
15,1028,0.(5,3
5,21
3
.8,485,0).15,1028,0.(.8,485,0
=−++=−++=
λλ
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
)
5,13
5,21
.23,047,0(5,13
1
)23,047,0.(
2
2
=+=
+
+
m
m
h
h
λ

B=
.36,1
h
).25,0m84,0(95,0.h
=






−−
λ
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
α
;l
2
=0,0265L
α
; l
3
=0,0325L

α
; l
4
=0,0675L
α
(2-6).
Với L
α
=
.m97,24
8
14.3
1m
.m
4
4 2
==
−
λ
Thay L
α
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 :
Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 5
Lớp : CTT47ĐH
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
1)Kiểm tra ổn định trượt phẳng:
Tổng lực giữ :
P
giữ
= (G + W2 – W3 + 2.P
d
.cosα).0,7 = (4686.4 + 3656 – 1387.5 +
2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4281.02 T
Tổng lực gây trượt :
P
tr
= W1 + 2.P
d
.sinα = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 T
Hệ số ổn định trượt : K
tr
=
[ ]
5,17.10
1.401
02.4281
=>==
tr
tr
giu

K
P
P
Vậy đập ổn đinh trượt
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.
CHƯƠNG2:THIẾT KẾ ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC THEO PHƯƠNG PHÁP HỆ
SỐ SỨC KHÁNG

Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 6
Lớp : CTT47ĐH
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
I. Cơ sở lý luận.
1. Sơ đồ tính. (Hình 2.1)
TÇng Kh«ng thÊm nuíc

T
S1
Lo
H
MNTK
L1
b
B
S2
Trong đó:
H : mực nước thượng lưu.
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 lượng bản thân
của nó. Trọng lượng đập giữ cho đập không bị đẩy nổi, trượt và lật.

Đập bê tông trọng lực có khối lượng lớn nên không lợi dụng hết được khả
năng làm việc của vật liệu. Vì vậy vật liệu xây dựng đập không có yêu cầu cao như
bê tông , không cần mác cao, một phần đập có thể dùng bằng đá…
Để đảm bảo tính ổn địhh cao người 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 trượt 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 thượng
lưu hoặc có xuất hiện phải nhỏ hơn trị số cho phép
+ Điều khiện về kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng công trình là nhỏ nhất.
(*)Xác định bề dày đế đập theo điều kiện ứng suất:
2
0
*6
b
M
b
V
∑∑
±=
σ
Sinh viên: Nguyễn Văn Định Trang: 7
Lớp : CTT47ĐH