Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 3 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.13 MB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

10/25/2010 1

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN

PGS. TS.NGUYỄN THỐNG

Email: 
Web: />

Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 10/25/2010 2

NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 1: Thấm qua cơng trình.
Chương 2: Áplực khe rỗng.

Chương 3: ðập vật liệịa phương.
Chương 3a: Mơ phỏng Monte Carlo áp

dụng trongñánh giá ổn ñịnh
mái dốc.

Chương 4: ðập bê tơng trọng lực
Chương 4a: ðập bê tơngđầm lăng (RCC)

CơNG TRìNH THủY NâNG CAO

PGS. Dr. Nguy?n Th?ng

10/25/2010 3

NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 4b: Bài tốn toảnhiệt 3D.

Chương 5: Phân tíchứng suất trongđập
bê tơng khi xảy rộngđất.
Chương 6: ðường hầm thủy cơng

-Giếngđiều áp.

Chương 7: ðườngống áp lực – Nước va
trongđườngống.

CơNG TRìNH THủY NâNG CAO

PGS. Dr. Nguy?n Th?ng

10/25/2010 4

N

Ộ

I DUNG TH

Ự

C HÀNH

1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính
nước va trong ñường ống áp lực

WaterHammer_BK.

2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính
khuếch tán nhiệt 3D trong bê tơng thủy
cơng.

3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô

phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính

ổn định mái dốc đập vật liệu địa
phương.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

10/25/2010 5

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thủy cơng – Tập 1. Trường ĐHXD. T/g.

Nguyễn Xuân Đặng.

2. Cơ học đất – Trường ĐHTL.
3. Phần mềm SIGMA.

4. Phần mềm SLOPE.

5. Phần mềm SEEP.

6. Phần mềm Crystal Ball.

Tài liệu download tạiđịa chỉWeb:

Web: />CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

10/25/2010 6

NỘI DUNG

1. Giới thiệu.

2. Ứng suất & biến dạng.

3. Các phương pháp tính ổn định mái dốc

đất, đất đá hỗn hợp.

4. Ví dụ tính với phần mềm Sigma.

5. Cơng nghệ & vật liệu liệu mới trong

xây dựng đập VLĐP.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

10/25/2010 7
GIỚI THIỆU

- Đập vật liệu địa phương (VLĐP) dùng để chỉ
đập được xây dựng bằng vật liệu có sẵn tại
nơi xây dựng (đất cát, á cát, á sét, sét,…).
-Ưu điểm:

* Sử dụng vật liệu tại chổphong phú

rẽ tiền.

* Kết cấu đơn giản.

* Độ bền vững ngày càng cao (nhờ tính chất
cố kết tự nhiên của đất đá dưới tác dụng
của tải trọng).

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 8

PHÂN LOẠI THEO

MẶT CẮT ĐẬP

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 9

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 10

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 11

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

Trường hợp tầng thấm
nước KHƠNG Q DÀY

10/25/2010 12

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

10/25/2010 13

MỘT SỐ ĐẬP

VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

CÔNG TRÌNH THỦY NAÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 14

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

ĐẬP ĐẤT ĐÁ ĐỔ
HOÀ BÌNH

10/25/2010 15

ĐẬP ĐÁ ĐỖ

Hmax>(40-50)m
CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/25/2010 16

CÔNG TRÌNH THỦY NAÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 17

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

ĐẬP ĐẤT ĐÁ HỖN HỢP

10/25/2010 18

NỘI DUNG TÍNH TỐN ĐẬP VẬT

LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

- Tính ổn định thấm.

-Tính ổn định mái dốc.

thượng và hạ lưu trong các trường hợp

khai thác khác nhau (bình thường, có

khơng có thấm, động đất, sự cố các bộ

phận kết cấu đập: vật thốt nước,

màng chống thấm…).

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

10/25/2010 19

LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH

MÁI DỐC ĐẤT

- Phương pháp cân bằng giới hạn.

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 20

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 21

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

Tầng nền có tính cơlý TỐT

m

i

m

i

m

j

Mặt trươt cong

10/25/2010 22

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH 
MÁI ĐẤT RỜI

Đây là loại đất ở đó lực dính c(N/m2) xem như

bằng 0. Mặt trượt dạng mặt phẳng.

* Mái đất rời khơ hoặc ngập nước:
CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

β

=

β

=

cos

sin

W

N

W

T

W

T N

ββββ
ββββ

10/25/2010 23

T lực gây trượt

N.tg(ϕϕϕϕ) lực chống trượt.
Hệ số ổn định chống trượt k:

Khiϕϕϕϕ> ββββk > 1

mái dốc ổn định

& ngược lại.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

β

ϕ

=

β

ϕ

β

=

ϕ

=

tg

W

tg

W

T

Ntg

k

sin

.

cos

W

T N

ββββ
ββββ

10/25/2010 24

* Mái đất rời có lực thấm

:

Lực thấm Fthtại vị trí

đường dịng đi ra
khỏi mái dốc:

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

J

F

th

=

γ

n

W=Vγγγγđn

Tββββ N
θθθθ

∆h
∆L

ββββ

V thể tích phân tố đất
Jđộ dốc thủy lực tại vị trí

ra khỏi mái dốc dòng thấm

n
th

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

10/25/2010 25

θ

Góc hợp bởi phương đường dòng ra

khỏi mái dốc và phương ngang.

Lực thấm F

th

sẽ cùng phương đường dịng.

Xét thể tích V, hình chiếu của tổng lực

thấm xuống phương thẳng góc mái dốc

là:

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

).

sin(

JV

)

sin(

V

F

thn

=

tn

β

−

θ

=

γ

n

β

−

θ

10/25/2010 26

Hệ số ổn định mái dốc k trong trường hợp
này:

COÂNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

[

]

[

]

)

cos(

sin

)

sin(

cos

)

cos(

sin

)

sin(

cos

θ

−

β

γ

+

β

γ

ϕ

θ

−

β

γ

−

β

γ

=

θ

−

β

γ

+

β

γ

ϕ

θ

−

β

γ

−

β

γ

=

J

tg

J

V

tg

J

V

truot

gay

Luc

truot

chong

Luc

k

n
dn
n
dn
n
dn
n
dn
N

Fthn

T

10/25/2010 27

Xét trường hợp đường dòng thấm đi ra men 
theo mặt dốc thìθθθθ= ββββvà:

∆h chỉ độ chênh cột nước áp lực, ∆L độ dài
đường thấm.

COÂNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

β

=

∆

=

sin

L

h

J

β

ϕ

γ

+

γ

=

β

ϕ

β

γ

+

γ

=

⇒

tg

k

n
dn
dn
n

dn
dn

sin

.

cos

10/25/2010 28

Nhận xét: Khi có dịng thấm thì mái dốc kém ổn
định hơn. Một cách gần đúng ta thấy k chỉ còn
khoảng 1/2 so với trường hợp khơng có dịng
thấm (γγγγdn=1).

Tóm lại, khi có dịng thấm để mái dốc của đất rời ổn
định thì gócββββphải thỏa điều kiện sau:

ββββ< arctg(0.5tgϕϕϕϕ) để k>=1

Ví dụϕϕϕϕ=240

ββββ< 12.550.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

β

ϕ

tg
tg
5
.
0
k≈
⇒
10/25/2010

10/25/2010 2929

PHÂN T

Í

CH

O

Å

N

Đ

ỊNH

MA

Ù

I

Ù

I

Đ

A

Á

T

D

Í

NH

Đ

O

À

NG CHA

Á

T

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 30

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

10/25/2010 31
CÁC PHƯƠNG PHÁP

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

(X)
X
(X)

X
X

X
(x)

X
X

Fellenius
Bishop
Janbu đ/giản
Spencer
Morgenstern & 
Price

Janbu c/xác

M/trượt khơng
trịn
M/trượt trịn

P/pháp

10/25/2010 32

CÁC PHƯƠNG PHÁP
CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

Hợp lực//cột đất
Nằm ngang
Nằm ngang
Độ nghiêng k.đổi

X/E=λλλλ.f(x)

X/định đường áp lực

X
X
X

X
X

Fellenius
Bishop
Janbu đ/giản
Spencer

Morgenstern 
& Price
Janbu c/xác

G/thiết lực hơng
(ZL,R)
C/bằng

lực
C/bằng
Moment
P/pháp

10/25/2010 33

ĐỊNH NGHĨA HỆ SỐ AN TOÀN ỔN ĐỊNH

k

Khi phân tích sự ổn định mái dốc, độ bền cắt
phát triển dưới những đ/kiện bằng NHỎ
HƠN độ bền cắt có thể chịu lớn nhất của
mái dốc. Ta định nghĩa hệ số an toàn k:

k = độ bền cắt giới hạn (tối đa)/ độ bền cắt
cần cho sự ổn định

Với mái dốc xác địnhKhảo sát một số mặt

trượtxác định kminta gọi đây là hệ

số an toàn của mái dốc xét.

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 34

PHƯƠNG PHÁP FELLENIUS

Cịn gọi là p/p thông thường (ordinary method) 
hay p/p Thụy điển (Swedish method).

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

α
αα
α

ZR

ZL W

R

P

T l

Sơ đồ & kí hiệu
dùng trong p/p
Fellenius

Cung trượt

10/25/2010 35

Các tính chất của đất: c

’

,

φφφφ

’

,

γγγγ

.

Tại đáy cột đất có:

- Ứng suất pháp

σσσσ

- Ứng suất cắt (tiếp tuyến)

ττττ

- Aùp lực lỗ rỗng u

Hệ số án tồn k:

với

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

k

s

k

⇒

τ

=

τ

=

s

=

c

′

+

(

σ

−

u

)

tg

ϕ′

ssức chống cắt giới hạn 10/25/2010 36

CHÚ Ý

Hệ số an tồn k

k

F

trong trường hợp

dùng phương trình cân bằng lực để

xét ổn định khối đất.

Khi dùng phương trình cân bằng

moment để xác định cân bằng khối

đất k

k

M

chỉ hệ số ổn định.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

10/25/2010 37
Xét cho 1 đ/v chiều rộng:

P=Wcos(αααα) σσσσl = Wcos(αααα)

Cân bằng moment tổng thể quanh điểm o & chú

ý rằng các lực hông là những nội lực và do 
đó moment thực sự của chúng bằng 0.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

[

c

u

tg

]

l

k

sl

l

T

=

τ

=

/

=

′

+

(

σ

−

)

ϕ′

/

∑

α

=

∑

i i

TR

WR sin

[

c

l

P

ul

tg

]

k

T

=

′

+

(

−

)

ϕ′

/

10/25/2010 38

PHƯƠNG PHÁP FELLENIUS (TERZAGHI ?)
Thay vào ta có:

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

[

]

∑

α

=

∑

′

+

α

−

ϕ′

i i

M

k

tg

ul

W

l

c

W

sin

(

cos

)

/

[

]

∑

α

ϕ′

−

α

+

′

=

i
i

M

W

tg

ul

W

l

c

k

sin

)

cos

(

10/25/2010 39

NHẬN XÉT

- kMkhơng chứa ở vế phải nên khơng tính thử

dầnđơn giản (một số phương pháp khác,

kM sẽ xuất hiện trong vế phải của p/t xác

định kM).

- Giả thiết lực hơng khơng thỏa mãn đ/kiện cân
bằng tĩnh họccó thể làm hệ số ổn định k 
giảm nhỏ đến 60% ít được sử dụng hiện
nay.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 40

VỀ CÁC P/P CỘT ĐẤT TRƯỢT
Với các p/p này, khối đất trượt được chia thành

một số cột đất với các kí hiệu lực tác dụng
như sau:

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

W

ZL

θθθθL

uL

uR

θθθθR

ZR

uB

P
T

hL

hR

a

10/25/2010 41

ZL, ZRáp lực hông bên trái & phải.

hL, hRvị trí áp lực hơng bên trái & phải.

θθθθL, θθθθRgóc nghiêng áp lực hơng bên trái &

phải.

uL, uR, uBáp lực kẻ rỗng bên trái & phải và

đáy.

P phản lực tại đáy.

T lực tiếp tuyến tại đáy

a vị trí lực P

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

PGS. Dr. Nguyễn Thống

10/25/2010 42

NHẬN XÉT

Giả sử khối đất trượt chia thành n cột đất:

Số ẩn số:

1 hệ số k liên kết lực cắt T & lực pháp tuyến P.
n lực pháp tuyến P

n vị trí a của lực P
n-1 lực hơng
n-1 góc nghiêngθθθθ

n-1 vị trí các áp lực hơng.

Tổng các ẩn số: (5n-2)

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

</div>

Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 3 - PGS.TS. Nguyễn Thống

<b>N</b>

<b>Ộ</b>

<b>I DUNG TH</b>

<b>Ự</b>

<b>C HÀNH</b>

<b>NỘI DUNG</b>

<b>1. Giới thiệu.</b>

<b>2. Ứng suất & biến dạng.</b>

<b>3. Các phương pháp tính ổn định mái dốc</b>

<b>đất, đất đá hỗn hợp.</b>

<b>4. Ví dụ tính với phần mềm Sigma.</b>

<b>5. Cơng nghệ & vật liệu liệu mới trong</b>

<b>xây dựng đập VLĐP.</b>

<b>PHÂN LOẠI THEO </b>

<b>MẶT CẮT ĐẬP</b>

<b>MỘT SỐ ĐẬP </b>

<b>VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG</b>

<b>NỘI DUNG TÍNH TỐN ĐẬP VẬT </b>

<b>LIỆU ĐỊA PHƯƠNG</b>

<b>- Tính ổn định thấm.</b>

<b>-Tính ổn định mái dốc.</b>

<b>thượng và hạ lưu trong các trường hợp</b>

<b>khai thác khác nhau (bình thường, có</b>

<b>khơng có thấm, động đất, sự cố các bộ</b>

<b>phận kết cấu đập: vật thốt nước, </b>

<b>màng chống thấm…).</b>

<b>LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH </b>

<b>MÁI DỐC ĐẤT</b>

<b>- Phương pháp cân bằng giới hạn.</b>

<b>m</b>

<b>m</b>

<b>m</b>

β

=

β

=

cos

sin

<i>W</i>

<i>N</i>

<i>W</i>

<i>T</i>

β

ϕ

=

β

ϕ

β

=

ϕ

=

<i>tg</i>

<i>tg</i>

<i>W</i>

<i>tg</i>

<i>W</i>

<i>T</i>

<i>Ntg</i>

<i>k</i>

sin

.

cos

<b>* Mái đất rời có lực thấm</b>

<b>:</b>

J

F

=

γ

θ

<b>Góc hợp bởi phương đường dòng ra</b>

<b>khỏi mái dốc và phương ngang.</b>

<b>Lực thấm F</b>

<b>sẽ cùng phương đường dịng.</b>

<b>Xét thể tích V, hình chiếu của tổng lực</b>

<b>thấm xuống phương thẳng góc mái dốc</b>

<b>là:</b>

).

sin(

JV