Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN
Dạng đề tài:
1. Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng
2. Thiết kế đập đất có tường nghiêng và sân phủ
3. Thiết kế đập đá có tường nghiêng
Sinh viên: Bùi Thị Thuận
Ngày giao đề:
Ngày nộp:
I . Số liệu ban đầu:
1. Trường hợp 1: TK đập bê tông trọng lực theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng
Mực nước thượng lưu : H
1
= 30 m
Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
Chiều sâu tầng thấm : T = 5 m
Đất sét có : γ
Đ
= 1,61 T/m
3

Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-3
m/ngd
Lực dính : C = 2 T/m
2
2. Trường hợp 2: TK đập đất có tường nghiêng và sân phủ

Mực nước thượng lưu : H
1
= 30m
Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
Hệ số thấm của nền : K
n
= 0,001 m/ngđ
Lực dính : C = 2T/m
2
Hệ số ma sát f = 0,6
3. Trường hợp 3: TK đập đá có tường nghiêng
Mực nước thượng lưu : H
1
= 30 m
Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
Chiều sâu tầng thấm : T = 5 m
Đất sét: γ
Đ
= 1,61 T/m
3

Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-3
m/ngd

Lực dính : C = 2T/m
2
2. Yêu cầu
2.1 . Nội dung
2.1.1. Đập đá có tường lõi:
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
STT Công việc Tiến
độ
Thực
hiện
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thước của tường
3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và
nền
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trượt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
2.1.2. Đập BT trọng lực theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng
STT Công việc Tiến
độ
Thực
hiện
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thước của tường
3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và
nền theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trượt phẳng

- Kiểm tra ổn định lật
2.1.3. Đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước
STT Công việc Tiến
độ
Thực
hiện
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thước của tường
3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và
nền
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trượt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
- Kiểm tra ổn dịnh mái dốc theo phương pháp trươt
cung tròn
2.2 Quy cách
2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trước 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 đưa 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. Thưởng, phạt:
2.3.1.Thưởng

SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
- 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 hướng dẫn
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

Giáo viên hướng dẫn
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
Chương I:
THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
(Phương pháp tỉ lệ đường thẳng)
⇓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 thường xét tới 3 điều kiện:
- Điều kiện ổn định:
Đảm bảo hệ số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất phải lớn

hơn một trị số cho phép.
Điều kiện ứng suất: khống chế không được xuất hiện ứng suất kéo ở mép
thượng lưu, hoặc có xuất hiện nhưng phải nhỏ hơn một trị số cho phép. ứng
suất nén chính ở mép hạ lưu phải không được lớn hơn trị số cho phép.
Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng 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 nước. Các lực tác dụng lên đập
gồm có:
- Trọng lượng bản thân đập: G
- Áp lực nước nằm ngang và thẳng đứng: W
1
, W
2
.
- Áp lực thấm dưới 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 phương thẳng đứng lên mặt cắt ngang đập được xác định
theo nén lệch tâm
2
0

B
M6
B
G
∑
∑
±=σ
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
γα−γ+γ=
∑
α
1
: Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm

γ
1
: Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập
: Trọng lượng riêng của nước
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
Ứng suất theo phương thẳng đứng ở mép thương lưu và hạ lưu đập khi hồ đầy
nước

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 nước (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
α−−+−

γ
γ
=
đập có B
min
khi
1
1
)n2(n)n1(
α−−+−
γ
γ
max
Đạo hàm
1
1
)n2(n)n1(
α−−+−
γ
γ
và cho = 0
0)n2(n)n1(
1
1
n
=







α−−+−
γ
γ
∂
∂
⇒
0n.22
1
=−+
γ
γ
−
⇒
2
2
n
1
γ
γ
−
=
Cho g
1
= 2,4; g = 1 ⇒ n = -0,2 ⇒ n< 0. Mái TL dốc ngược. Xét về mặt
thực tế mặt cắt như vậy là không ổn định khi TL không có nước. Do vậy
người ta chọn mặt cắt đập BT là  vuông có mái TL thẳng đứng. (n = 0)
Trường hợp này bề rộng đáy đập tính theo công thức
1

1
h
B
α−
γ
γ
=
Với mặt cắt cơ bản là D vuông mái TL thẳng đứng, thì ứng suất mép TL,
HL đập là:
- Khi hồ đầy nước 
1
= 0. 
2
= (
1
- ).h
- Khi hồ không có nước 
o1
= 
1
.h , 
o2
= 0
Nếu 
1
= 0,5 ; 
1
/ = 2,4 ⇒ B = 0,72.h
Nếu 
1

= 0 ; 
1
/ = 2,4 ⇒ B = 0,65.h
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
Khi 
1
= 0, trường hợp không có áp lực thấm thì bề rộng B nhỏ hơn áp lực
thấm dưới nền, khối lượng vật liệu giảm từ 10 - 25%. Vì vậy cần có biện
pháp chống thấm dưới đáy công trình để làm giảm áp lực thấm.
III. Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trượt:
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

( )
γα−γ+γ=γ
11
2
c
n.
2
h
.B.f
2
h
..K








α−+
γ
γ
=
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 như trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đế
đập theo điều kiện cường 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 trượt thì bề
rộng đế đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0). Vì vậy
để tăng cường ổn định người ta đào móng nghiêng về phía TL.
f
sin.Wcos.G

sin.Wcos.G
K
C
∑∑
∑∑
β−β
β+β
=
IV. Phương pháp tỉ lệ đường thẳng ( phương pháp kéo dài đường chu vi thấm):
- Nguyên tắc: kéo dài toàn bộ chu vi thấm dưới đáy công trình thành đường
nằm ngang
- Sau khi kéo dài chu vi thấm thành đường nằm ngang, từ điểm 7 ta dóng
lên cột nước H = H
1
- H
2
. Vì tổn thất cột nước tỉ lệ bậc nhất với chiều dài
đường viền nên ta nối điểm O với điểm 1.
- Muốn tìm áp lực thấm tại 1 điểm nào đó ta kẻ 1 đường thẳng góc với
đường 7-1. Cột nước thấm tại 1 điểm cách mép HL đường viền 1 đoạn x là:
H
L
x
h
tt
x
=
Trong đó:
L
tt

> C.H
L
tt
= L
d
+ L
n
/m
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
L
d
- chiều dài tổng cộng các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên so với
đường nằm ngang có góc > 45
0
L
n
- chiều dài tổng cộng của đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc so
với phương nằm ngang < 45
0
C - hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền được tra bảng 3.2/GT Thủy
công.
m - hệ số tiêu hao cột nước trên các đoạn thẳng đứng hoặc nằm ngang. Hệ
số này lấy theo sơ đồ đường viền thấm dưới 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
⇓2 : áp dụng tính toán
Số liệu thiết kế:

Mực nước thượng lưu : H
1
= 30m
Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
Trọng lượng riêng của tường : γ
đ
= 2,4 T/m
3
Hệ số thấm của nền : K
n
= 0,001 m/ngđ
Lực dính : C = 2T/m
2
Hệ số ma sát f = 0,6
S1=0; S2=0; S3=0; T=5,5; hs=3,5;
λ
=11,5;
[ ]
8,0;8,1;61,1
0
===
σγγ
a
I. Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất :
Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nước .
1. Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = MNTL
CTĐĐ = 30m

Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 30m và chiều rộng đáy là B.
Hình chiếu mái thượng lưu là nB, hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B.
- Có
2,0
2
4,22
2
2
1
−=
−
=
−
=
γ
γ
n
. Vì n = - 0,2 nghĩa là mái dốc thượng lưu
đập có độ dốc ngược, gây khó khăn cho việc thi công, mặt khác có thể phát
sinh ứng suất kéo trên mặt hạ lưu, do đó lấy n = 0. Vậy chiều rộng đáy đập
tính theo công thức sau:
m
h
B 27
5,04,2
30
1
1
=
−

=
−
=
α
γ
γ

2. Mái dốc thân đập:
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2
Bài tập lớn môn: Công trình thuỷ lợi GVHD: Nguyễn Thị Bích Thảo
Mái dốc đập thượng lưu : m
0
= 0
Mái dốc đập hạ lưu : m
1
= 0,7
3. Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất
Ứng suất theo phương 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
∑∑
±=σ
Trong đó
ΣG = W

2
+ G - W
t
W
2
: áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu ( = 0)
G : Trọng lượng bản thân công trình
W
t
: áp lực đẩy nổi dưới đáy đập
2
h.B
.
2
h.B.n
2
h.B
G
11
γα−γ+γ=
∑

α
1
: Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (= 0,5)
γ
1
: Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (= 2,4T/m
3
)

: Trọng lượng riêng của nước (=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
−
γ−−γ−γα+γ=
∑
-Thay số ta có ΣG = 9517.5T
ΣM
0
= 31837.5 T.m
Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập
2
0
B
M6
B
G
∑∑
±=σ
Thay số vào ta có
2
27
5,31837.6
27
5,9517
±=
σ
σ
max
=614.53T/m
2

σ
min
=90,46T/m
2
II. Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất
Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt, 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(= 0,6)
K
c
: Hệ số an toàn ổn định của đập ( = 1)
SV: Bùi Thị Thuận
Lớp: CTT-46-DH2