Bài tập lớn đập vật liệu địa phương DE 18

Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

SỐ ĐỀ : 18
BÀI 1:
Tính toán ổn định đập tại cuối thời đoạn thi công, đập trên nền đá, chiều cao H, mái
dốc thượng hạ lưu m .
Biết:
- Đất đắp đập có độ ẩm ban đầu So= 90%, độ rỗng ban đầu no= 0,4
- Khối lượng riêng của đất đắp đập là 1,8T/m3.
- Đập được đắp liên tục đến hết chiều cao H
- Quan hệ ứng suất hiệu quả-biến dạng thể tích được cho như sau:
-V/V (%)

1

2

3

4

4,5

4,75

5

’ (kg/cm2)

0,5

1,25

2,3

4,0

5,45

6,6

8,0

Cho biết Hệ số Henry H=0,02, áp lực khí trời Pa = 1kg/cm2
Theo đề bài ta có : H = 40m ; m = 3,75 ; φ = 23 ; C = 1,5 (T/m2)
BÀI 2:
Viết công thức và xác định các thông số của mô hình đàn hồi phi tuyến
(hyperbole) dựa trên kết quả thí nghiệm nén 3 trục sau. (cho pa=1kg/cm2)
Thí nghiệm thứ nhất 1: 50 kPa
Biến dạng
dọc trục

Biến dạng
thể tích

   
(kPa)

0

0
0.65
140
1
185
1.4
205
1.7
210
2
195
3
170
4
165
Thí nghiệm thứ nhất 2: 100 kPa
Biến dạng
dọc trục
0
1
1.2
2
2.5
3
4
GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

0
0.45
0.4

0
-0.25
-0.43
-1
-1.3
Biến dạng
thể tích
0
1.1
1.2
0.8
0.4
0
-0.9

   
(kPa)

0
300
330
360
340
310
295
1

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C

Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

Thí nghiệm thứ nhất 3: 200 kPa
Biến dạng
dọc trục
0
1
2
3
4
5

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

Biến dạng
thể tích
0
1.3
1.5
1.4
1
0.6

   
(kPa)

0
420

550
625
615
615

2

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

BÀI LÀM
BÀI 1 : Tính toán ổn định đập tại cuối thời đoạn thi công :
a . Tính trị số gia tăng áp lực kẽ rỗng:
Đập được đắp liên tục tới độ cao H = 40m, ta giả sử áp suất ban đầu trong kẽ
rỗng là P0 chính là áp suất khí trời. P0 = Pa = 1 kg/cm2 = 10T/m2 .
Trị số gia tăng áp lực kẽ rỗng :

u 

Trong đó :

V
* P0
V

V

 n0 * 1  S 0  S 0 * H 
V

.

U : Giá trị tăng của áp lực kẽ rỗng . V = P – P0
V : Lượng thể tích thay đổi .
V0 : Thể tích ban đầu của khối đất .
P0 : Áp suất ban đầu trong lỗ rỗng .
n0 : Độ rỗng ban đầu .
S0 : Độ bảo hoà ban đầu .

Với : n0*(1-S0) = 0,4*(1-0,9) = 0.04 < Max 
công thức tính U vẫn đúng cho đến khi 

V
0,05 . Do đó ta sử dụng
V0

V
n0 * (1  S 0 ) . Sau thời điểm này đất
V0

bảo hoà hoàn toàn và tiếp tục tăng tải trọng áp lực kẽ rỗng sẽ tăng một giá trị tương
ứng .
Ta có : H = 0,02 ; Pa = 1kg/cm2 = 10T/m2 ; n0 = 0,4 ; S0 = 0,9
Thay các giá trị đã cho vào ta tính được:

u 

V
*1
V

V
 0,41  0,9  0,9 * 0,02
V




V
V

V
 0,0472
V

Ta có trị số ứng suất tổng được tính theo công thức :   ,  u
Ta lập bảng quan hệ ứng suất hiệu quả, tổng và áp lực khe rỗng
STT
1
2
3
4
5
6
7
GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái



V
V0

0.010
0.020
0.030
0.040
0.045
0.0475
0.050

'
((T/m2)
5.00
12.50
23.00
40.00
54.50
66.00
80.00
3

u
(T/m2)
2.69
7.35
17.44
55.56

204.55
-1583.33
-178.57

='+u
(T/m2)
7.69
19.85
40.44
95.56
259.05
-1517.33
-98.57
HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Ta vẽ đường quan hệ 

Bài tập lớn mơn học : Thiết kế Đập VLĐP

V
,  , , u , 
V

b. Tính hệ số an tồn ổn định trượt :
1. Mục đích tính toán :
Xác đònh được hệ số an toàn chống trượt , tìm ra hệ
số an toàn chống trượt nhỏ nhất (Kmin ) để so sánh với

hệ số an toàn cho phép [ K ]của công trình , xem khả năng
ổn đònh của đấp đất.
2. Phương pháp tính toán :
- Phương pháp Filennit .
- Phương pháp Fanđeep .
* Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm :
Kết hợp cả 2 phương án Filennit và Fanđeep để xác
đònh cung trượt nguy hiểm
* Phư ơng pháp Filennit :
Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM 1 như hình
vẽ .
Các trò số : α , β = f (độ dốc mái m), ta tra từ bảng (6 -5)
Giáo trình thủy công tập I , ta có : α = 36o , β = 25o . Từ đó
xác đònh được điểm M 1 bằng cách kẻ 2 đường hợp với
phương ngang của đỉnh đập 1 góc α và hợp với mái đập
hạ lưu 1 góc β , giao điểm của 2 đường thẳng này là đểm
M1 . Điểm M = f(m , Hđ) , cách đỉnh đập bằng 2*H đ và cách
chân đập 1 khoảng bằng 4,5* Hđ .
* Phương pháp Fanđeep :
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang
cong . Qua điểm giữa của mái đập , vẽ một đường thẳng
đứng và một đường thẳng hợp với mái dốc 1 góc 85 o , từ
điểm đó làm tâm vẽ cung tròn có bán kính r và R . Trò số
GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

4

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C

Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn mơn học : Thiết kế Đập VLĐP

r, R = f(m , Hđ) được trảng (6 -6) Giáo trình thủy công tập I ,
ta có :

R
r
và
.
H
H

Với Hđ = 40m ; m=3,75 ta nội suy được :
 R = 3 * 40 = 120 m và

R
r
= 3 và = 1,375
H
H

r
= 1  r = 1,375* 40 = 55 m .
H

Các cung này cắt các đường thẳng trên tạo thành
hình thang cong , tâm cung tròn nguy hiểm được giới hạn bởi
hình cong đó .

Kết hợp cả 2 phương án , ta tìm được phạm vi có khả
năng chứa cung tâm trượt nguy hiểm nhất là đoạn thẳng
EF. Trên đoạn thẳng EF ta giả đònh các tâm O 1 ,O2, vạch các
cung trượt đi qua điểm đã chọn , tính toán các hệ số an
toàn K1, cho các cung tương ứng .
* Xác đònh hệ số an toàn (K) về ổn đònh mái đập
cho 1 cung trượt bất kỳ :
- Bước 1 : Vẽ 1 cung tròn tâm O bán kính R như hình vẽ .
- Bước 2 : Chia khối trượt thành nhiều dải có chiều
rộng : b =

R
.
m

Chọn m= 10,20, 30….
R = 100 : Bán kính cung trượt (m) .
- Bước 3 : Tính các lực tác dụng lên từng dải :
+ Trọng lượng bản thân dải :
Gn = γ*h* b .
Dời Gn xuống đáy giải , ta phân G n thành 2 thành
phần :
+ Thành phần pháp tuyến ( chống trượt ) : N n =
Gn*cosαn .
+ Thành phần tiếp tuyến vuông góc với cung trượt
(Tn ) (gây trượt ) :
Tn = Gn*sinαn .
Trong đó :
αn : Góc hợp bởi đường thẳng qua tâm O và góc hợp
bởi đường thẳng đi qua tâm dải n.

n
Từ cách chia dải ta có : sinαn =
; cosαn =
m

2

n
1   .
m

n : Số thứ tự của dải .
m : Số nguyên được chọn .
p lực thủy tónh tại 1 dải được tính như sau :
Wn = γ* h* ln .
Trong đó :
γ : Trọng lượng riêng của đất (T/m3) .
h : Chiều cao cột nước thấm tại dải tính toán .
ln : Chiều dài của cung trượt đáy dải .
GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

5

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn mơn học : Thiết kế Đập VLĐP

ln =

b
.
cos  n

Lực dính = Cn * ln .
Trong đó :
Cn : Lực dính của đất ở đáy dải .
- Bước 4 : Xác đònh hệ số an toàn chống trượt (K) :
p dụng công thức tính hệ số an toàn của
Ghecxevanop :
 ( N n  Wn )tg n  C n * l n 
K=
.

T

n

F

O
E

6

5

55

°
85

40

36°

m=3,75

7

m=3,75

100

120

M
5

25°

4

3 2
-3
1 0 -1 -2

305

M1

4,5H=180m

Hình vẽ: Sơ đồ tính tốn an tồn ổn định trượt mái đập
* KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CUNG TRƯT THỂ HIỆN
BẢNG SAU :

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

6

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

BẢNG TÍNH TOÁN HỆ SỐ AN TOÀN CHỐNG TRƯỢT

n

hn

sin

cos

-3

0.86

-0.300

0.954

-2

-0.200

0.980

-0.100

0.995

0.000

1.000

0.100

0.995

0.200

0.980

0.300

0.954

0.400

0.917

5

6.11
10.3
0
13.4
9
15.6
3
16.7
8
16.8
6
15.7
8
13.4
0

0.500

0.866

6

9.47

0.600

0.800

7

3.55

0.700

0.714

-1
0
1
2
3
4

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

Ln

Cn

10.4
83

10.2
06
10.0
50
10.0
00
10.0
50
21.5
86
10.4
83
10.9
11
11.5
47
12.5
00
14.0
03

1.500
1.500
1.500
1.500
1.500
1.500
1.500
1.500
1.500

1.500
1.500
7

Gn
15.4
8
109.
98
185.
40
242.
82
281.
34
302.
04
303.
48
284.
04
241.
20
170.
46
63.9
0

Nn

Tn

Wn

tg n

(Nn Wn)tg

Cn*Ln

14.767
107.75
8
184.47
1
242.82
0
279.93
0
295.93
8
289.50
1
260.32
7
208.88
5
136.36
8

-4.644
21.996
18.540

-0.449

0.424

6.459

15.724

0.839

0.424

45.384

15.309

1.869

0.424

77.510

15.076

0.000

2.698

0.424

101.926

15.000

28.134

3.343

0.424

117.404

15.076

60.408

8.108

0.424

122.177

32.379

91.044
113.61

6
120.60
0
102.27
6

4.164

0.424

121.119

15.724

4.316

0.424

108.670

16.366

4.249

0.424

86.863

17.321

3.868

0.424

56.243

18.750

45.634 44.730

2.955

0.424

18.116

21.004

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn mơn học : Thiết kế Đập VLĐP

Tổn
g

515.63

863.68

180.66

Theo bảng tính tốn ở trên ta tính được
863,68  180,66
2,03
515,63
- Căn cứ chiều cao từ (25 ÷ 70) m theo bảng 2- 2 : TCVN : 285– 2002 ; đất nền lọai A : Ta được công
trình cấp III với [ K ] = 1,3
K

Để mái đập đảm bảo an toàn về ổn đònh trượt , phải thỏa mãn điều kiện :
[ K ] ≤ Kmin
Vậy : Hệ số ổn định đập Kmin = 2,03 > [K] = 1,3

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

8

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

BÀI 2:
Viết công thức và xác định các thông số của mô hình đàn hồi phi tuyến
(hyperbole) dựa trên kết quả thí nghiệm nén 3 trục sau. (cho pa=1kg/cm2)

Thí
nghiệm
1

 =50kPa

Biến
dạng
dọc
trục  a

   
(kPa)

Biến
dạng
thể
tích  v

0
0.65
1
1.4
1.7
2
3
4

0
140

185
205
210
195
170
165

0
0.45
0.4
0
-0.25
-0.43
-1
-1.3

Thí
nghiệm  =100kPa
2

Thí
nghiệm
3

Biến
dạng
dọc
trục  a

   

(kPa)

Biến
dạng
thể tích
v

Biến
  
dạng

dọc trục
(kPa)
a

0
1
1.2
2
2.5
3
4

0
300
330
360
340
310
295

0
1.1
1.2
0.8
0.4
0
-0.9

0
1
2
3
4
5

 =200kPa

0
420
550
625
615
615

Biến
dạng
thể tích
v
0

1.3
1.5
1.4
1
0.6

Bước 1 : Xác định các trị số ( 1   3 ) f ứng với mỗi giá trị  3 :
- Vẽ quan hệ ( 1   3 ) f và ứng với các giá trị  3 .
- Từ 3 điểm cao nhất trên các đường cong, ta vẽ 3 đường nằm ngang tiếp tuyến
đường cong đó cắt trục ( 1   3 ) tại 3 điểm. 3 điểm đó chính là giá trị của ( 1   3 ) f
ứng với mỗi  3
- Ghi các giá trị  3 và ( 1   3 ) f vào cột (1) và cột (2) .
Bước 2 : Xác định thông số môdun độ lệch ứng suất: Với 70% sức kháng cắt
- Cột (3) = 70% *cột (2)
-Từ 3 giá trị ( 1   3 ) tìm được ở trên, lấy trên trục tung 3 giá trị = ( 1   3 ) , kẽ
3 đường nằm ngang cắt 3 đường cong tại 3 điểm, từ 3 điểm nằm kẻ đường thẳng đứng
xuống dưới cắt trục hoành tại 3 điểm 3 điểm này chính là giá trị của  a và ghi vào cột
(4)
- Cột (5) =

côt (4)
côt (3)

- Với 95% sức kháng cắt: ta cũng làm tương tự như trên và thiết lập được 3 cột
(6),(7),(8) .
Bước 3 : Xác định thông số môđun thể tích :
- Cột (9) lấy = cột (3)
- Từ 3 giá trị  a tìm được ở cột (4) , kẻ 3 đường thẳng xuống dưới cắt 3 đường
cong tại 3 điểm , từ 3 điểm này giống ngang qua , ta sẽ được 3 giá trị  v và điền vào
cột (10) .

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

9

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

- Cột (11) =

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

côt (9)
3 * côt (10)

Bước 4 :. Xác định các thông số để vẽ đường quan hệ:
- Cột (12) =
- Cột (13) =

3
Pa

(Pa là áp suất khí quyển)

1
côt (8)  côt (5)

( 1   3 ) ult côt (7)  côt (4)

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái
CH19C

10

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

- Cột (14) = cột (2)* cột (13)=
Ei
Pa
B
- Cột (16) =
Pa

- Cột (15) =

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

( 1   3 ) f

( 1   3 )ult
2
1

*
côt (8)  côt (5)  côt (13) * [côt (7)  côt (4)] Pa

côt (11)

Pa

Bước 5 :. Xác định Rf:
GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

11

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

- Lấy giá trị trung bình của Rf ở cột (14) ta xác địn được Rf
Bước 6 : Xác định K và n:
- Vẽ các điểm có tọa độ (x =

3
Ei
, y = ) lên giấy lôgarit
Pa
Pa

- Kẻ 1 đường thẳng tương đối đi qua 3 điểm này (đ1)
- Đường thẳng đứng đia qua điểm có

3

=1 (đ2) cắt đ1 tại 1 điểm, tung độ của
Pa

điểm này chính là giá trị K
- Từ 1 điểm bất kì trên đường thằng đ1, ta vẽ 1 đoạn thẳng = 1đơn vị, từ cuối
đoạn thẳng này, ta vẽ 1 đường thẳng vuông góc với nó cắt d1 tại 1 điểm. Độ dài đoạn
thẳng này chính là n (chú ý : đo bằng thước kẻ, không lấy tung độ của nó trừ cho nhau)
Bước 7 : Xác định các thông số của mô đun biến dạng thể tích
Bt 

1   3
3. v

Theo Duncan (1980), mô đun biến dạng được xác định là:
m

� �
Bt  K b .Pa . � 3 �
�Pa �

Giá trị Bt được xác định tại:

  1   3   0, 7.  1   3  f

Từ biểu đồ trên, xác định được các thông số mô hình: Kb = 100 và m = 0.017
STT
1
2
3

Thí nghiệm
50
100
200

Bảng 4: Bảng xác định quan hệ  3~Bt
( 1- 3)
 v (%)
Bt
Bt/Pa
147
252
441

0.0043
0.0085
0.0130

11395.35
9882.35
11307.69

 3/Pa

110.63
95.95
109.78

0.485
0.971

1.942

Bước 8 : . Xác định lực dính C và góc ma sat
Thiết lập vòng tròn Mohr từ kết quả thí nghiệm:
Bảng 5: Số liệu thí nghiệm xác định vòng tròn Mohr
STT
1
2
3

Thí nghiệm (3)
(kPa)
50
100
200

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái
CH19C

12

( 1- 3)f
(kPa)
210
360
630

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –

Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

1 
400

c= 18,38
 = 35029'

350

300

200

150

100

50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

3

Hình 5: Đường tròn Mohr xác định C, 
Dựa vào vòng tròn Mohr, xác địmh đuợc hai thông số C=18,38kPa và  = 35o29’
Bảng 6: Bộ thông số mô hình (Hyperbolic elastic)
K

n

Kb

m

Rf



C (kPa)

95,95

0.12

4,30

0.1

0.5594

34o29’

18,38

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái
CH19C

13

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

70% mức ưs

95% mức ưs
Pa =


1
50
100
200

f f
2
210
360
630

3
147
252
441

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

a a


4
0.75
0.85
1.05

5
0.0051
0.0034
0.0024

14


6
199.5
342.0
598.5

a a



7
1.20
1.40
2.50

8
0.006
0.004
0.004

f v
9
147
252
441

10
0.0043
0.0085
0.0130

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C

f /
e
11
11395.35
9882.35
11307.69

1,03

1/

/Pa ult
12
0.485
0.971
1.942

13
0.0020
0.0013
0.0012
Rf=

Rf
14
0.426
0.472
0.780
0.5594

Ei/Pa
15
2.71
4.30
8.99

B/Pa
16
110.63
95.95
109.78


Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở 2

Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP

103
B/p

a

Ei/pa

B/P a

1cm

102
B/p

0.12cm

a
Ei /P a

1cm 0.1cm

0.1
Ei/pa

1

s3 pa
/

10

GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái
CH19C

15

HVTH: Nguyễn Văn Tấn –