Thiết kế đập đất đồng chất

PHẦN I
SỐ LIỆU BAN ĐẦU
Trường hợp 1 : Thiết kế đập đất đồng chất ( không có thiết bị thoát nước )
Số liệu :
• Mực nước thượng lưu : H
1
= 38 m
• Mực nước hạ lưu : H
2
= 0
• Chiều sâu tầng thấm : T = 9 .2 m
• Hệ số thấm của tường : K
t
= 10
-5
cm/s
• Đất sét pha cát có : γ
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
Trường hợp 2 : Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và sân phủ ( không có
thiết bị thoát nước ) .
Số liệu :

• Mực nước thượng lưu : H
1
= 53 m
• Mực nước hạ lưu : 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 tường và sân phủ : K
vl
= 10
-6
cm/s
• Đất sét pha cát có : γ
Đ
= 1.6 T/m
3

• Trọng lượng riêng của tường : γ
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
Trường hợp 3 : Thiết kế đập đất có tường lõi
Số liệu :
• Mực nước thượng lưu : H
1
= 53 m
• Mực nước hạ lưu : H
2
= 19 m
• Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m
• Hệ số thấm của tường : K
t
= 10
-6
cm/s
• Hệ số thấm của đập : K
đ
= 10
-4
cm/s
• Đất sét pha cát có : γ
Đ
= 1.6 T/m
3

• Trọng lượng riêng của tường : γ
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
CHƯƠNG I
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT
I. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP :
1- Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d
Hoặc :
CTĐĐ = CTMN_lũ + d’
Trong đó :
d , d’ - độ vượt 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 được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhưng bề
rộng nhỏ nhất phải ≥ 3 ÷ 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 như sau :
Khi H = 39.6 m < 40 m thì :
• Mái thượng lưu m = 0.05*H + 2 = 3.975

• Mái hạ lưu m = 0.05*H + 1.5 = 3.475
Nhưng đập cao > 15 m , để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc , mái
đập thường 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 người đi lại và thoát nước dễ dàng .
II. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN :
Loại đập đất trên nền thấm nước , 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 lưu lượng thấm qua thân đập xem như nền không thấm nước ( q
1
)
• Tính toán thấm qua nền với giả thiết thân đập là không thấm nước ( q
2
)
1- Tính toán lưu lượng thấm qua thân đập ( nền không thấm nước )
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 :
2
1*2
*
1
+
=∆
m
Hm
L
Trong đó :
m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3.975 )
H1 – mực nước thượng lưu ( H1 = 38m )
Vậy : ∆L = 16.93m
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 quy đổi: L = 143.225 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 = 38 m )
m – mái dốc hạ lưu đập ( m = 3.475 )
L – chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 143.275 m )
Giải phương trình trên ta có :
a = 11.5m
q
1
= 2.57*10
-7
m/s
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
⋅






→
2- Tính lưu lượng thấm qua nền :
Lưu lượng thấm qua nền được xem như là chảy qua đường 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 lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và qua nền :
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 tường
e
P = 38 T/m

Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :
P = γ
2
*H = 38 T/m

2
W
1
= P*H/2 = 38*38/2 = 722 T
e = H/3 = 12.67 m
Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :
4
W
1
W
2
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
−
×=
W
2
= V
n
*γ
n
= 1*301.17*38*1/2 = 5722.33 T
Trọng lượng bản thân của đập là:
+)Trên dòng thấm với γ
đ
=1.5 T/m
2
=>G
1
=345.3T
+)Dưới dòng thấm với γ
đn
=γ
đ
-1=0.5T/m
2

=>G
2
=2721.5775T
Kiểm tra ổn định :
Kiểm tra ổn định trượt :
Theo điều kiện : P
chống trượt
> P
gây trượt
P
chống trượt
= ( 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 trượt
Kiểm tra điều kiện lật : tính với điểm lật tại mép đáy hạ lưu :
M
giữ
= 5722.3*153.5 + 345.3*137.1125 + 1413.63*147.274+1307.94*183.1875= =
1373559.44 Tm
M
trượt
= 772*12.6+ 38*294.275.5
2
/3 = 102914.3 Tm
M
giữ
/ M
tật

= 13.3
Vậy đập thoả mãn điều kiện trượt
5
Chương II : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT CÓ TƯỜNG NGHIÊNG VÀ SÂN PHỦ
( Trường hợp không có thiết bị thoát nước )
Số liệu :
- Mực nước thượng lưu : H
1
= 53 m
- Mực nước hạ lưu : 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 tường và sân phủ : K
vl
= 10
-6
cm/s
- Đất sét pha cát có trọng lượng riêng : γ
Đ
= 1.6 T/m
3

- Trọng lượng riêng của tường : γ
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 thước 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 tường thượng lưu : m = 3.5
Mái dốc đập thượng lưu : m
1
= 3.0
Mái dốc đập hạ lưu : m
1
= 3.0
3. Lưu lượng thấm qua đập :
Thường thì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ rất nhỏ nên bỏ qua lưu
lượng thấm qua các bộ phận này . Khi đó lưu lượng thấm được tính như sau :
Lưu lượng thấm qua tường thượng lưu :
Lưu lượng thấm qua thân đập :
Lưu lượng thấm qua thân đập hạ lưu :
Giải 3 phương trình trên ta tìm được : 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 thượng lưu ( m
1
= 3 )
m
2
– mái dốc đập đất hạ lưu ( m
2
= 3 )
6
0
2
0
2

3
2
1
*
sin**2
K
S
zhH
q
α
−−
=
d
K
maS
ah
q *
)*(*2
20
2
0
2
3
+
−
=
d
K
m
a

q *
5.0
2
0
+
=