Tài liệu Sổ tay Kỹ Thuật Thuỷ Lợi -Phần 2-Tập 1 -Mục A-Chương 4 docx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.67 MB, 44 trang )
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 125
Ch"ơng 4
Tính toán thấm qua nền
và vòng quanh công trình thủy lợi
!"#$%&'#($)*+$,* +$,/0#1$,/2#3$.4#$
4.1. Tổng quát
4.1.1. Nhiệm vụ tính toán thấm và các bài toán thấm
Tính toán thấm đối với công trình thủy (CTT) nhằm mục đích xác định các yếu tố
và các tham số sau đây:
1) áp lực thấm lên đáy CTT;
2) Vị trí mặt bo hoà của dòng thấm trong công trình đất và ở các khu vực nối tiếp
đất với bờ;
3) LWu lWợng thấm;
4) Građian và lWu tốc dòng thấm ở công trình bêtông, ở thân và nền công trình đất
và ở vùng thấm vòng quanh.
Những đại lWợng tính toán nhW áp lực thấm, vị trí mặt bo hoà của dòng thấm cùng
với các yếu tố khác sẽ cho phép đánh giá độ ổn định của công trình, trên cơ sở đó xác
định biện pháp nâng cao sự làm việc ổn định và tin cậy cho CTT. Giá trị lWu lWợng thấm
đWợc sử dụng để đánh giá tổn thất nWớc do thấm từ hồ chứa cũng nhW biện pháp hạn chế
thấm khi cần thiết. Đại lWợng građian và vận tốc dòng thấm khi ra hạ lWu hoặc đi vào vật
thoát nWớc (VTN) sẽ là những số liệu căn cứ để tình toán độ ổn định thấm của vật liệu
công trình và nền CTT về các mặt nhW xói ngầm, đùn đất, đẩy bục, xói tiếp xúc, v.v
Khi tiến hành tính toán thấm trong công trình thủy cần chú ý xây dựng sơ đồ tính
phản ảnh đúng đắn các điều kiện thủy văn địa chất của nền công trình và khu vực hai
bên bờ nối tiếp với công trình nhW cấu tạo đất nền, tính thấm của đất, chế độ nWớc ngầm
trong điều kiện tự nhiên, đồng thời phản ảnh đúng các đặc trWng và điều kiện làm việc
của kết cấu chống thấm nhW độ thấm của các bản cừ, màn phun vữa chống thấm, sân
trWớc, tWờng nghiêng, tWờng tâm của bê tông, khả năng hình thành các khe hở hay vết
nứt trong bộ phận chống thấm, vv
Sơ đồ tính toán thủy văn địa chất về thấm đWợc xây dựng dựa trên các tài liệu
khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn công trình.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
126 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Thấm qua nền dWới đáy công trình thủy với mặt bên trên bị chặn bởi lớp không
thấm nhW dWới đập bê tông hoặc dWới bản móng của các cống là thấm có áp, vì áp
suất tại biên phía trên của dòng thấm lớn hơn áp suất khi trời. Trong trWờng hợp này hệ
số thấm của vật liệu thân CTT hoặc bản đáy CTT nhỏ hơn nhiều lần so với hệ thấm
của nền.
Thấm qua thân đập và thấm vòng quanh công trình qua bờ là thấm không áp, có
bề mặt dòng thấm tự do với áp suất không đổi và bằng áp suất khi trời. ĐWờng giao cắt
mặt dòng thấm với mặt phẳng thẳng đứng gọi là đWờng bo hoà.
Tuỳ theo kích thWớc vùng thấm và chế độ mực nWớc thWợng hạ lWu, sự chuyển
động thấm có thể là ổn định hay không ổn định với bài toán thấm phẳng đơn hWớng hay
thấm không gian đa hWớng.
Trong quá trình thấm không áp có sự tham gia của nWớc trong lực và nWớc mao
dẫn. NWớc trọng lực thWờng choán đầy các kẽ hổng của môi trWờng thấm, nhWng cũng
có trWờng hợp không choán hết kẽ hổng. Hiện tWợng thấm không choán đầy kẽ hổng gọi
là ngấm hút.
Đối với môi trWờng đồng nhất, tính chất thấm ở mọi điểm của vùng thấm là nhW
nhau, còn với môi trWờng không đồng nhất - tính chất thấm phụ thuộc vào vị trí cụ thể
của điểm xem xét.
Trong môi trWờng đất đẳng hWớng tính chất thấm không phụ thuộc vào phWơng
chuyển động của dòng thấm (k
x
= k
y
), với đất dị hWớng - Tính chất thấm phụ thuộc vào
phWơng chuyển động (k
x
ạ k
y
).
4.1.2. Lý thuyết cơ bản về thấm
Sự chuyển động thấm trong môi trWờng rỗng của đất đWợc diễn ra dWới tác dụng
của lực trọng trWờng khi có chênh lệch cột nWớc giữa các điểm khác nhau.
Với trWờng hợp thấm tầng, chuyển động thấm tuân theo định luật Đacxy:
Q = K
t
.
w
. I (4.1)
Trong đó:
Q - lWu lWợng thấm;
K
t
- hệ số thấm của đất;
w
- diện tích toàn phần của mặt cắt dòng thấm (kể cả hạt đất);
I - građian thấm, là độ dốc thủy lực của dòng thấm,
I = H/L, H - cột nWớc tổn thất trên đWờng chuyển động thấm L.
Từ công thức (4.1) cho thấy lWu lWợng thấm tỷ lệ bậc nhất (hàm tuyến tính) với
građian thấm. Đó là trWờng hợp thấm tầng thWờng xảy ra trong môi trWờng đất hạt nhỏ.
Định luật Đacxy còn đWợc viết dWới dạng:
V = K
t
. I ( 4.2)
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 127
Mặt khác, vận tốc thấm có thể biểu thị qua công thức:
V =
w
Q
(4.3)
Trong đó: v - vận tốc thấm ảo với giả định dòng thấm đi qua toàn bộ tiết diện
w
.
Trong thực tế dòng thấm chỉ đi qua các khe hổng của môi trWờng đất, vì vậy vận
tốc thực của chuyển động thấm là:
v' = v/m (4.4)
Trong đó: m - độ rỗng hoạt động của đất.
Hệ phWơng trình vi phân cơ bản của chuyển động thấm đWợc rút ra trên cơ sở định
luật Đacxy, trong đó không kể đến lực quán tính. Đối với trWờng hợp thấm phẳng ổn
định, hệ phWơng trình thấm có dạng:
xt
yt
h
Vk
xx
h
Vk
yy
ảjả
ỹ
==-
ù
ảả
ù
ý
ảjả
ù
==-
ảả
ù
ỵ
(4.5)
y
x
v
v
0
x
y
ả
ả
+=
ảả
(4.6)
Trong đó:
V
x
và V
y
- thành phần vận tốc thấm theo phWơng x và y;
h - cột nWớc thấm;
j
- hàm thế có mối quan hệ với cột nWớc bằng biểu thức:
j
= -k
t
h (4.7)
Công thức (4.6) đWợc viết theo điều kiện chuyển động liên tục của dòng chất lỏng
không nén.
Thay giá trị của v
x
và v
y
tính theo (4.5) vào (4.6), ta có:
22
22
0
xy
ảjảj
+=
ảả
(4.8)
22
22
hh
0
xy
ảả
+=
ảả
(4.9)
NhW vậy các hàm j và h là những hàm điều hoà.
Trên nền tảng định luật thấm Đacxy, các nhà khoa học đ tìm lời giải cho hàng
loạt bài toán thấm trong môi trWờng đất dính và đất rời, kể cả trong môi trWờng đá với
độ nứt nẻ nhỏ và đẳng hWớng.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
128 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Chế độ chuyển động của dòng thấm trong môi trWờng đất khi tính toán CTT đWợc
xem là chảy tầng. Trong thực tế có thể có những nơi dòng thấm chuyển động nhanh hơn
hoặc chậm hơn với vận tốc không hoàn toàn tuân theo định luật Đacxy, song xét cho cả
miền thấm chung thì những hiện tWợng cá biệt này không ảnh hWởng đáng kể đến kết
quả tính toán.
DWới đây nêu kết quả lời giải cho một số bài toán thấm đặc trWng thWờng gặp
trong lĩnh vực CTT.
4.2. Tính toán thấm có áp ở nền công trình thủy bằng ph-ơng
pháp cơ học chất lỏng
Những bài toán thấm đWợc xét ở mục này với giả thiết môi trWờng đất nền là
đồng nhất.
Trong các công thức tính toán sử dụng các ký hiệu sau:
K và K' - tính phân elíp tích toàn phần loại một tWơng ứng với môđun
l
và
môđun phụ
l
' =
2
1
-l
;
f(
j
,
l
) - tích phân elíptích loại một với biên độ
j
và môđun
l
.
4.2.1. Đáy CTT có một bản cừ không thấm trên nền thấm n-ớc chiều dày vô hạn
(hình 4-1, a)
Lời giải theo N.N. Pavơlốpxki.
Cột nWớc ở mặt sau của bản cừ:
h = H
1
p
arcsin
y
s
(4.10)
Cột nWớc ở mặt trWớc của bản cừ:
h = H (1 -
1
p
arcsin
y
s
), với 0 y s (4.11)
.5#1$678+$*9$:;$<=#1$<&>#$<1?@$ABC!$DE#$FG$HC!$#I#$<1?@$A4J$HK$1'#$LMN$H4$1OP$1'#$LDN$
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 129
LWu lWợng thấm qua đáy công trình phía thWợng lWu:
Q = k
t
H
1x
arch,
y
ổử
-
ỗữ
p
ốứ
với
x 0
-ƠÊÊ
(4.12)
Vận tốc dòng thấm từ dWới đáy công trình ra hạ lWu:
v
y
= k
t
H
22
11
sx
p
+
, với
0 x
ÊÊƠ
(4.13)
4.2.2. Đáy CTT có một bản cừ trên nền thấm n-ớc có chiều dày hữu hạn (hình 4-1, b)
Lời giải theo N.N. Pavơlốpxki.
Cột nWớc ở các mặt của bản cừ
h =
22
ys
coscos
2T2T
H 1
1 F arcsin,
sy
2K
sincos
2T2T
ỡỹ
ộự
pp
ổửổử
-
ùù
ờỳ
ỗữỗữ
ùù
ốứốứ
ờỳ
l
ớý
ờỳ
pp
ổửổử
ùù
ờỳ
ỗữỗữ
ùù
ốứốứ
ờỳ
ởỷ
ợỵ
(4.14)
Với
0
ys
ÊÊ
Trong đó
s
sin
2T
p
ổử
l=
ỗữ
ốứ
Trong công thức (4.14) dấu cộng (+) đWợc tính cho mặt trWớc, còn dấu trừ (-) tính
cho mặt sau của bản cừ.
E#3$678+$)!>$</0$FQM$14@$R$
Giá trị P khi x/T
P/T
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 2 3
0,1 3,200 1,390 0,724 0,455 0,308 0,216 0,043 0,008
0,2 1,600 1,047 0,662 0,431 0,298 0,210 0,042 0,008
0,3 1,075 0,960 0,586 0,403 0,283 0,203 0,040 0,008
0,4 0,810 0,687 0,511 0,377 0,263 0,192 0,039 0,008
0,5 0,640 0,554 0,423 0,334 0,237 0,180 0,037 0,008
0,6 0,488 0,450 0,330 0,250 0,210 0,165 0,035 0,008
0,7 0,394 0,355 0,280 0,230 0,188 0,144 0,031 0,007
0,8 0,316 0,290 0,245 0,200 0,164 0,125 0,027 0,006
0,9 0,243 0,240 0,190 0,190 0,144 0,100 0,020 0,004
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
130 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
LWu lWợng thấm qua nền công trình: Q = k
t
H
K'
2K
(4.15)
Vận tốc dòng thấm từ đáy công trình ra hạ lWu: v
y
= k
t
H
T
P, (4.16)
Trong đó: P - hàm số phụ phuộc vào s/T và x/T (xem bảng 4-1).
4.2.3. Công trình có bản đáy phẳng không có bản cừ trên nền thấm n-ớc chiều dày
vô hạn (hình 4-2, a)
Lời giải theo N.N. Pavơlốpxki.
.5#1$67S+$*9$:;$<=#1$<&>#$<1?@$ABC!$DE#$:>J$T1U#3$</"#$#I#$<1?@$#BCF$
F1!IP$A4J$HK$1'#$LMN$H4$1OP$1'#$LDN$
Cột nWớc và vận tốc thấm theo mặt bản đáy:
h = H
1x
arccos
p
; (4.17)
v
x
= k
t
H
22
11
x
p
-
với -
Ê
x
Ê
+
(4.18)
LWu lWợng thấm qua đáy thWợng lWu CTT:
Q = k
t
H
1x
arccos
ổử
-
ỗữ
p
ốứ
với -
Ơ
Ê
x
Ê
-
(4.19)
Vận tốc dòng thấm từ đáy công trình ra hạ lWu:
v
y
= k
t
H
22
11
x
p
-
với
Ê
x
Ê
Ơ
(4.20)
Đối với sơ đồ thấm hình 4-2a, các yếu tố cột nWớc, lWu lWợng và vận tốc thấm
có thể đWợc xác định theo các đại lWợng tWơng đối ghi ở bảng 4-2 và bảng 4-3 do
E.A. Damarin tìm ra.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 131
E#3$67S+$VW<$#BCF$H4$HX#$<YF$<1?@$ZP!$:[!$A2F$<1\&$:>J$DE#$@]#3$T1U#3$$
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$FQM$V,,$^1!$#I#$F]$F1!IP$A4J$<1?@$#BCF$HK$1'#$
x/l
h/H v
x
/(k
t
H)
x/l
h/H v
x
/(k
t
H)
-1,00 1,00
Ơ
+0,20 0,44 0,33
-0,98 0,94 1,60 +0,40 0,37 0,35
-0,95 0,90 1,02 +0,60 0,29 0,40
-0,90 0,86 0,73 +0,80 0,21 0,53
-0,80 0,80 0,53 +0,90 0,14 0,73
-0,60 0,71 0,40 +0,95 0,10 1,02
-0,40 0,63 0,35 +0,98 0,06 1,60
-0,20 0,56 0,33 +1,00 0,00
Ơ
0,00 0,50 0,32
E#3$67_+$`BP$aBb#3$H4$HX#$<YF$<1?@$ZP!$:[!$A2F$<1\&$:>J$<1Bb#3$H4$1'$aBP$$
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$FQM$DE#$@]#3$T1U#3$</"#$#I#$<1?@$#BCF$A4J$HK$1'#$
!"
#"$%
&
'( )
*
"$%
&
'(
!"
#"$%
&
'( )
*
"$%
&
'(
+,
-,
Ơ +,./
-,01 -,23
+,-1
-,+- -,44
+,4-
-,3- -,2-
+,++
-,+1 -,.1
2,+5
-,31 -,+/
+,2-
-,2- -,35
2,1+
-,1- -,+3
+,02
-,21 -,0/
2,4-
-,11 -,+2
+,35
-,0- -,24
1,
-,/0 -,-/
4.2.4. Bản móng phẳng trên nền thấm n-ớc chiều dày hữu hạn (hình 4-2, b)
Lời giải theo N.N.Pavơlốpxki.
Cột nWớc theo mặt đáy của bản móng:
x
th
H 1
2T
h1Farcsin,
2K
th
2T
ỡỹ
ộự
p
ổử
ùù
ỗữ
ờỳ
ùù
ốứ
ờỳ
=-l
ớý
p
ổử
ờỳ
ùù
ỗữ
ờỳ
ùù
ốứ
ởỷ
ợỵ
với -
Ê
x
Ê
+
(4.21)
Trong đó: l = th
2T
p
ổử
ỗữ
ốứ
LWu lWợng thấm qua dWới nền bản móng CTT:
Q = k
t
H
K'
2K
(4.22)
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
132 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Cột nWớc và lWu lWợng thấm ứng với sơ đồ bản đáy phẳng trên nền thấm nWớc
có chiều dày hữu hạn (xem hình 4-2b) có thể đWợc xác định theo các đồ thị hình 4-3 và
hình 4-4.
.5#1$67_+$c;$<10$d>F$:0#1$FW<$#BCF$<1?@
$
$ZP!$:[!$1
Z
$A2F$DE#$@]#3$T1U#3$
.5#1$67
6+$c;$<10$d>F$:0#1$aBP$aBb#3$<1?@$
ZP!$:[!$e
Z
$f$#I#$DE#$@]#3$T1U#3$
Vận tốc dòng thấm từ dWới đáy bản móng phẳng ra hạ lWu:
v
y
= k
t
H
ch
2T
xx
4KTshsh
2T2T
p
ổử
p
ỗữ
ốứ
p+p-
ổửổử
ỗữỗữ
ốứốứ
với
Ê
x
Ê
Ơ
(4.23)
Biểu thức tính vận tốc dọc theo đáy bản móng ở thWợng và hạ lWu có thể đWợc viết
dWới dạng rút gọn sau:
v
y
= k
t
H
P
T
(4.24)
Trong đó: P - hàm số, phụ thuộc vào /T và (x-)/T
(xem bảng 4-4).
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 133
E#3$676+$)!>$</0$FQM$14@$R$
Giá trị P khi (x-l)/T
l/T
0,1 0,2 0,5 1 2
0,2 1,810 1,080 0,468 0,182 0,038
0,4 1,360 0,870 0,395 0,160 0,032
0,6 1,170 0,740 0,345 0,142 0,030
0,8 1,010 0,630 0,305 0,125 0,026
1,0 0,910 0,580 0,275 0,112 0,022
2,0 0,594 0,379 0,180 0,073 0,014
3,0 0,441 0,281 0,133 0,054 0,011
4,0 0,350 0,224 0,106 0,043 0,009
5,0 0,291 0,185 0,088 0,036 0,007
4.2.5. Bản móng phẳng đặt chìm vào nền thấm n-ớc có chiều dày vô hạn (hình 4-5)
$
.5#1$67g+$c;$<10$d>F$:0#1$FW<$#BCF$ZP!$:[!$1
Z
$A2F$<1\&$
:>J$DE#$@]#3$FK#3$</5#1$F1K#$H4&$#I#$f$:W$%hP$<$
Đối với trWờng hợp móng công trình chôn vào nền ở độ sâu t, cột nWớc qui đổi
h
q
có thể xác định theo đồ thị hình 4-5 hoặc theo số liệu ở bảng 4-5 do E.A. Damarin
tìm ra.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
134 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
E#3$67g+$)!>$</0$14@$%Y$di
l
$j$kL1
Z
l$<i
l
N$
Giá trị x/l ứng với h
q
t/l
0,859
0,813
0,8 0,786
0,7 0,6 0,5
0,4 0,3 0,214
0,2 0,187
0,141
0,0
-0,903
-0,833
-0,809
-0,783
-0,588
-0,309
0 0,309
0,588
0,783
0,809
0,833
0,903
0,2
-1,0 - -0,931
- -0,600
-0,372
0 0,372
0,696
- 0,931
- 1
0,4
- -1,0 -0,987
-0,968
-0,769
-0,415
0 0,415
0,769
0,968
0,987
1,0 -
0,6
- - - -1,0 -0,832
-0,453
0 0,453
0,832
1,0 - - -
4.2.6. Bản móng phẳng có một bản cừ không thấm trên nền thấm n-ớc chiều dày hữu
hạn (hình 4-6)
Lời giải theo N.N.Pavơlốpxki.
Cột nWớc dọc theo đáy thWợng lWu của bản móng:
h = H
2
11x
1arccosb1
as
ỡỹ
ộự
ùù
ổử
ờỳ
-++
ớý
ỗữ
p
ờỳ
ốứ
ùù
ởỷ
ợỵ
với -
1
Ê
x
Ê
0 (4.25)
Trong đó:
a = 0,5
( ) ( )
22'
12
1/s1/s
ộự
+++
ờỳ
ởỷ
b = 0,5
( ) ( )
22'
22
1/s1/s
ộự
+++
ờỳ
ởỷ
Cột nWớc dọc theo đáy hạ lWu của bản móng:
h = H
2
11x
arccos1b
2s
ỡỹ
ộự
ùù
ổử
ờỳ
+-
ớý
ỗữ
p
ờỳ
ốứ
ùù
ởỷ
ợỵ
với
0
Ê
x
Ê
2
(4.26)
.5#1$67m+$*9$:;$<=#1$<1?@$ABC!$@]#3$
$$T1U#3$F]$@W<$DE#$FG$
.5#1$67n+$*9$:;$<=#1$<1?@$ABC!$@]#3$
T1U#3$F]$HX<$<1&><$#BCF$#oM$15#1$</p#$
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 135
LWu lWợng thấm qua đáy thWợng lWu:
Q = k
t
H
2
11x
arch1b
as
ỡỹ
ộự
ùù
ổử
ờỳ
++
ớý
ỗữ
p
ờỳ
ốứ
ùù
ởỷ
ợỵ
với -
Ơ
Ê
x
Ê
-
1
(4.27)
Với tốc dòng thấm ra hạ lWu:
v
y
= k
t
H
( )
2
2
222
1x
s
sx1x/sab
p
ộự
++
ởỷ
(4.28)
với
2
Ê
x
Ê
Ơ
4.2.7. Bản móng phẳng có vật thoát n-ớc nửa hình tròn trên nền thấm n-ớc chiều dày
vô hạn (hình 4-7)
Tính toán theo N.T.Meleshenco và A.V.Rômanốp.
Cột nWớc dọc đáy móng công trình:
h =
( ) ( )
( )
2
2
2
1212
t
t
14x()/L12 /L.12x / L
Q
ln
k2xL/L
ộự
ộự
+
ởỷ
ờỳ
ờỳ
p-
ờỳ
ởỷ
+
+
( )
122
1Lx
arccos HHH
2
-+
p
(4.29)
LWu lWợng thấm đi vào vật thoát nWớc:
Q
t
=
( )
t
2
12
kH
8
2L
ln
D LD
pD
ộự
-
ờỳ
-
ờỳ
ởỷ
(4.30)
Trong đó:
D
H =
p
1
arccos
( )
122t
xL
HHHH
2
-+-
; (4.31)
k
t
- hệ số thấm của đất nền;
D - đWờng kính ống tiêu nWớc;
H
t
- cột nWớc trong ống tiêu nWớc.
Vận tốc thấm dọc theo đáy bản móng:
v
x
=
[ ]
2
t12
2
Q 12()/L
11
1.
2(xL)/ L
1(2x / L)
ỡỹ
ùù
-
ớý
p-
-
ùù
ợỵ
(4.32)
với -
L
2
Ê
x
Ê
+
L
2
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
136 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
4.2.8. Bản móng phẳng có vật thoát n-ớc phẳng trên nền thấm n-ớc chiều dày vô hạn
(hình 4-8)
Lời giải theo A.V.Rômanốp.
.5#1$67q+$*9$:;$<=#1$<1?@$ABC!$DE#$@]#3$T1U#3$$
F]$r,s$T1U#3
Cột nWớc dọc theo đáy bản móng đWợc xác định theo công thức (4.29), trong đó
lWu lWợng qua vật thoát nWớc Q
t
đWợc tính theo biểu thức:
Q
t
=
t
12
12
k H
16
ln
a()
pD
+
(4.33)
Trong đó:
D
H =
2
p
arcsin
( )
122t
La/2
HHHH
L
+
-+-
; (4.34)
a - bề rộng vật thoát nWớc.
Vận tốc thấm dọc theo đáy bản móng đWợc xác định theo công thức (4.32), trong
đó Q
t
tính theo công thức (4.33).
4.3. tính toán thấm có áp d-ới nền công trình thủy theo
ph-ơng pháp phân đoạn
Theo phWơng pháp phân đoạn, miền thấm đWợc chia thành những vùng phân tố
khác nhau gọi là phân đoạn sao cho trong mỗi phân đoạn có thể dễ dàng tìm đWợc lời
giải chính xác. Mặt phân chia giữa các phân đoạn đWợc lấy gần đúng theo các mặt đẳng
áp. Lời giải chung cho toàn miền thấm đWợc xác định bằng cách ghép nối những lời giải
riêng đối với từng phân đoạn, có sự điều chỉnh thích ứng theo mối quan hệ tWơng hỗ
giữa các phân đoạn kề nhau.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 137
4.3.1. Bản móng có các bản cừ không thấm trên nền thấm n-ớc chiều dày hữu hạn
(hình 4-9)
Tính toán theo N.N.Pavơlốpxki.
.5#1$67t+$*9$:;$<=#1$<1?@$ABC!$:>J$V,,$F]$DE#$FG$</\&$$
!"#$%&$%'()$*+#,$ /$-0#,$1'2#,$-'345$
Trong trWờng hợp này miền thấm đWợc chia thành 4 phân đoạn với mặt phân chia
dọc theo bản cừ và giữa các bản cừ.
Mặt phân chia giữa các bản cừ đWợc lấy song song với bản cừ, với cự ly cách các
bản cừ theo tỷ lệ độ dài của bản cừ. NhW vậy, mặt phân chia giữa phân đoạn 2 và 3
đWợc xác định bằng tỷ lệ nhW sau:
Khoảng cách từ mặt phân chia đến bản cừ thWợng lWu và bản cừ hạ lWu (hình 4-9a):
2
11
12
2
22
12
' .s
ss
' .s
ss
ỹ
=
ù
+
ù
ý
ù
=
ù
+
ỵ
(4.35)
Với cách phân chia nhW trên, toàn miền thấm sẽ gồm các phân đoạn thuộc một
trong hai loại: phân đoạn trong (hình 4-9b) và phân đoạn ngoài (hình 4-9c).
LWu lWợng thấm dWới nền CTT đWợc chia thành các phân đoạn:
Q = k
t
c
n
n1
H
=
f
ồ
(4.36)
Trong đó:
k
t
- hệ số thấm của đất nền;
H - cột nWớc tác dụng;
c
n
n1=
f
ồ
- tổng các hệ số cản của các phân đoạn nối tiếp nhau.
Hệ số cản của mỗi phân đoạn riêng rẽ:
f
1
= 1/Q
q,1
;
f
2
= 1/Q
q,2
; ;
f
n
= 1/Q
q,n
; (4.37)
Trong đó: Q
q,1
; Q
q,2
; Q
q,n
- các lWu lWợng qui đổi ứng với phân đoạn 1, 2, n
đWợc xác định theo đồ thị hình 4-10 và hình 4-11 của B.P.Nedriga.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
138 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Tổn thất cột nWớc trong phạm vi phân đoạn thứ m là:
D
H
m
=
m
c
n
n1
.H
=
f
f
ồ
(4.38)
Trong đó: f
m
- hệ số cản của phân đoạn thứ m đWợc xác định theo công thức (4.37).
.5#1$678u+$c;$<10$d>F$:0#1$aBP$aBb#3$ZP!$
:[!$e
Z
$f$T1h#$:&'#$</$$
6
7
$89$6
:
$;$%<-$#(.%$=$!/>#$?'@#$*AB#5
.5#1$6788+$c;$<10$d>F$:0#1$aBP$aBb#3$ZP!$
:[!$e
Z
$f$T1h#$:&'#$#3&4!
.5#1$678S+$c;$<10$d>F$:0#1$FW<$#BCF$$
ZP!$:[!$1
Z
$f$:!v@$8$FQM$T1h#$:&'#$</$
.5#1$678_+$c;$<10$d>F$:0#1$FW<$#BCF$$
ZP!$:[!$1
Z
$f$:!v@$8$FQM$T1h#$:&'#$#3&4!
$
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 139
Cột nWớc thấm ở điểm bất kỳ (c) của bản móng trong phạm vi mỗi phân đoạn bằng:
H
c
= H
H
+
D
H
m
. h
q,c
(4.39)
Trong đó:
H
H
- cột nWớc ở biên hạ lWu của phân đoạn xét;
D
H
m
- tổn thất cột nWớc trong phân đoạn, m;
h
q,c
- cột nWớc qui đổi ở điểm c của phân đoạn xét; đối với điểm góc 1 của
phân đoạn trong và ngoài (hình 4-9b) cột nWớc này đWợc xác định theo đồ
thị hình 4-12 và hình 4-13 của V.P. Nedriga.
4.3.2. Bản móng có các bản cừ thấm n-ớc trên nền thấm n-ớc chiều dày hữu hạn
(tính toán theo V.P. Nedriga)
A - Cơ sở tính toán
Trong phWơng pháp tính toán ở đây miền thấm đWợc chia thành các phân đoạn
tWơng tự nhW trWờng hợp ở mục 4.3.1 với mặt phân chia dọc theo bản cừ và giữa các bản
cừ (xem hình 4-9a), nhWng các bản cừ thấm nWớc đWợc qui Wớc thay bằng các tWờng đất
đồng chất ít thấm nWớc chiều dày 1 m. Độ thấm của tWờng cừ bằng đất đWợc đặc trWng
bởi hệ số thấm giả định qui đổi theo quan hệ sau:
h
k
=
h
k
đ
(4.40)
Trong đó:
h
- hệ số thấm không thứ nguyên của tWờng cừ do có kẽ hở ở các khớp nối của
bản cừ. Theo tài liệu của Viện VNIIVODGEO, với các bản cừ kim loại
đWợc thi công có chất lWợng trong nền đất cát và á cát, hệ số
h
= 0,0025
á
0,0050; với bản cừ gỗ
h
= 0,02
á
0,03;
k
đ
- hệ số thấm của đất ở vùng đặt tWờng cừ.
B - Tính toán thấm qua nền với bản cừ thấm n"ớc đóng đến tầng không thấm
(hình 4-14)
.5#1$6786+$*9$:;$<=#1$<1?@$ABC!$DE#$@]#3$V,,$F]$<Bw#3$FG$
$<1?@$#BCF$:]#3$:x#$<y#3$a]<$^1K#3$<1?@$
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
140 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Việc tính toán thấm dWới móng công trình trong trWờng hợp này đWợc thực hiện
theo phWơng pháp biến đổi miền thấm thực tế (hình 4-14a) thành miền thấm ảo,
trong đó bản cừ rộng 1m đWợc thay thế bằng đoạn bản móng giả định chiều dài
g
(hình 4-14b).
Các yếu tố thủy động lực của dòng thấm đối với miền thấm theo sơ đồ hình 4-14
đWợc xác định theo các công thức áp dụng cho bản móng phẳng trên nền thấm nWớc
chiều dày hữu hạn, hoặc bằng phWơng pháp phân đoạn.
Chiều dài ảo của tWờng cừ (tính bằng mét) đWợc xác định theo công thức:
g
= 1/
h
(4.41)
Trong đó: h - hệ số thấm không thứ nguyên nhW trong công thức (4.40).
C - Bản móng có bản cừ thấm n"ớc không đóng tới tầng lót không thấm
Tính toán thấm đWợc tiến hành theo các công thức (4.36) á (4.39), trong đó đặt
giá trị của lWu lWợng qui đổi Q
q,
h
và cột nWớc qui đổi h
q,1
ở các điểm góc đWợc xác định
cho mỗi phân đoạn theo các biểu thức do V.P.Nedriga đWa ra nhW sau:
a) Đối với phân đoạn trong (xem hình 4-9 b)
Q
q,
h
=
(
)
( )
q,o
2T1Q
121
h=-h
+-h
; (4.42)
h
q,1
=
(
)
( )
oo
q,1q,1
1hh
121
-h+
+-h
; (4.43)
Trong đó:
T và
- tWơng ứng là chiều cao và chiều dài của phân đoạn, m;
Q
q,o
- lWu lWợng qui đổi qua phân đoạn ứng với bản cừ không thấm nWớc
(
h
= 0) đWợc xác định theo đồ thị hình 4-10;
o
q,1
h
- cột nWớc qui đổi ở điểm 1 ứng với bản cừ không thấm (
h
= 0) xác định
theo đồ thị hình 4-12.
b) Đối với phân đoạn ngoài (xem hình 4-9c)
Q
q,
h
=
(
)
q,oq
q
2T1 QQ'
2T Q'
ộự
h+-h
ởỷ
h+
; (4.44)
h
q,1
=
o
q,1q
q
(1)h Q'
2T Q'
ộự
-h+h
ởỷ
h+
; (4.45)
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 141
Trong đó:
Q
q,o
- lWu lWợng qui đổi qua phân đoạn ứng với bản cừ không thấm (
h
= 0) xác
định theo đồ thị hình 4-11;
Q'
q
- lWu lWợng qui đổi qua phân đoạn khi không có bản cừ (S = 0) và
chiều dài đWờng viền không thấm nWớc
= 0,5 m xác định theo đồ thị
hình 4-11;
h
o
q,1
- cột nWớc qui đổi ở điểm 1 ứng với bản cừ không thấm (
h
= 0) xác định
theo đồ thị hình 4-13.
4.4. sử dụng l-ới thấm để tính toán thấm có áp d-ới nền
công trình thủy
LWới thấm cho phép xác định các yếu tố cơ bản của dòng thấm nhW cột nWớc,
građian và lWu lWợng thấm.
LWới thấm có thể đWợc xây dựng theo các biểu thức giải tích (đối với những sơ đồ
đWờng viền thấm đơn giản), bằng phWơng pháp tWơng tự điện thủy động lực (EGDA) và
phWơng pháp đồ giải gần đúng.
4.4.1. Vẽ l-ới thấm bằng ph-ơng pháp đồ giải
Đối với môi trWờng thấm đồng nhất đẳng hWớng có thể vẽ lWới thấm theo hai điều
kiện: 1) Các đWờng dòng và đWờng đẳng thế giao cắt nhau vuông góc; 2) Tỷ số giữa các
đWờng trung bình trong mỗi ô lWới là nhW nhau.
Trên hình 4-15 giới thiệu ví dụ về lWới thấm dWới bản móng phẳng có hai bản cừ ở
đầu thWợng và hạ lWu.
.5#1$678g+$`BC!$<1?@$ABC!$#I#$V,,$.5#1$678m+$*9$:;$:[!$1BC#3$:Bw#3$Ap#3$
f$/M#1$3!C!$1M!$a&'!$:?<$^1>F$#1MP$^
8
$
ạ
$^
S
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
142 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Cách vẽ lWới thấm nhW sau: Lấy đWờng viền thấm dWới đáy CTT làm đWờng dòng
thứ nhất, còn đWờng ranh giới nền với tầng lót không thấm làm đWờng dòng cuối cùng.
Sơ bộ vẽ đWờng dòng thứ hai uốn theo xu thế của đWờng dòng thứ nhất, rồi chia băng
nằm giữa hai đWờng dòng này thành những ô hình vuông cong. Tiếp theo, vẽ đWờng
dòng thứ ba tWơng tự nhW trên và chia băng thứ hai thành những ô vuông cong nối tiếp
với các ô của băng thứ nhất. Khi vẽ đWờng dòng thứ ba và vẽ các ô lWới ở băng thứ hai
tiến hành điều chỉnh để các ô lWới thoả mn điều kiện nêu ở trên. Cứ nhW vậy vẽ các
đWờng dòng tiếp theo và chia ô lWới trong phạm vi mỗi băng có kết hợp chỉnh sửa đWờng
dòng và các ô lWới (đWờng đẳng thế) cho phù hợp với hai điều kiện đ qui định. Băng
cuối cùng tiếp giáp với tầng lót có thể gồm những ô không đầy đủ (ô hình chữ nhật).
Đối với các ô có hình dạng phức tạp (ví dụ ở băng thứ hai hình 4-15) có thể kiểm
tra bằng cách kẻ thêm những đoạn trung bình trong phạm vi mỗi ô (đWờng đứt nét trên
hình 4-15).
Khi vẽ lWới thấm đối với miền thấm có các lớp đất khác nhau (xem hình 4-17) thì
vẫn tiến hành tWơng tự nhW trên, trong đó chú ý rằng dòng thấm sẽ đổi hWớng qua ranh
giới hai lớp đất theo quan hệ sau (xem hình 4-16):
11
22
tgk
tgk
a
=
a
(4.46)
ở
đây: k
1
và k
2
- hệ số thấm của lớp đất thứ nhất và lớp đất thứ hai;
a
1
và
a
2
- góc kẹp giữa phWơng đWờng dòng ở mỗi lớp đất với đWờng
thẳng đứng.
Ví dụ lWới thấm vẽ cho nền CTT có hai lớp đất khác nhau (k
1
ạ k
2
) đWợc mô tả
trên hình 4-17.
.5#1$678n+$*9$:;$aBC!$<1?@$$
f$#I#$3;@$1M!$aCT$
.5#1$678q+$*9$:;$aBC!$<1?@$$
</$@K!$</Bw#3$:?<$A0$1BC#3
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 143
Đối với trWờng hợp môi trWờng thấm (đất) không đẳng hWớng có hệ số thấm theo
các trục vuông góc nhau là k
max
và k
min
, việc tính toán thấm đWợc thực hiện gần đúng
bằng cách biến đổi vùng thấm dị hWớng thành đẳng hWớng, trong đó giảm kích
thWớc vùng thấm a lần theo phWơng có hệ số thấm tối đa. Hệ số a đWợc xác định theo
công thức:
a =
maxmin
k / k
(4.47)
Hệ số thấm của miền thấm biến đổi đWợc lấy là:
k
tb
=
maxmin
k.k
(4.48)
Với vùng thấm biến đổi tiến hành tính toán hoặc theo các phWơng pháp giải tích
hoặc đồ giải áp dụng cho môi trWờng đất đồng nhất và đẳng hWớng. LWới thấm đWợc vẽ
cho vùng thấm biến đổi (hình 4-18) sẽ đWợc kéo dn dài a lần theo phWơng hệ số thấm
k
max
(hình 4-18b). Các ô lWới sau khi kéo dn sẽ là những ô hình không vuông góc mà
chéo góc (hình 4-18b).
4.4.2. Tính toán các thông số của dòng thấm theo l-ới thủy động lực
Građian trung bình giữa các đWờng đẳng thế kề nhau:
J
tb
=
D
H/
D
S (4.49)
Trong đó:
D
H - độ giảm cột nWớc trong phạm vi ô lWới xem xét;
D
S - khoảng cách trung bình giữa hai đWờng đẳng thế trong phạm vi ô lWới
xem xét.
Vận tốc dòng thấm:
v
tb
= k
t
. J
t.b
= k
t
H
S
D
D
(4.50)
Trong đó: k
t
- hệ số thấm.
LWu lWợng thấm trên 1m chiều dài của công trình:
Q = k
t
.
D
H
'
m
ss'
DD
ổử
+
ỗữ
DD
ốứ
(4.51)
Trong đó:
m - số băng của các ô lWới đầy đủ;
D
/
D
s - tỷ số giữa các cạnh của ô lWới thấm đầy đủ;
D
'/
D
s' - tỷ số giữa các cạnh của ô lWới không đầy đủ.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
144 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
4.5. tính thấm có áp d-ới nền công trình thủy theo
ph-ơng pháp hệ số cản của tsugaép r.r.
Khi tầng lót không thấm nằm không sâu thì sự chuyển động thấm tWơng tự nhW
dòng chảy trong ống và có dạng biến đổi dần.
l
0
H
h
3
h
0
0
l
2
l
1
h
4
1
T
t
2
3
4
5
6
7
8
S
0
T
1
T
2
1
2
3
4
5
9
W
2
H
h
4
h
I
W
1
h
II
h
III
h
IV
h
V
h
2
h
3
J
J
.5#1$678qz+$*9$:;$<=#1$<1?@$<1\&$T1B9#3$T1>T$1{$%Y$FE#$
Với bài toán phẳng, thấm là chảy tầng, tổn thất cột nWớc thấm h
i
qua mỗi phân
đoạn (hình 4-18A) sẽ là:
i
ii
q
h H
K
x
=x=
ồx
Trong đó:
'"
vncnr
ồx=x+x+x+x+x
;
12n
q
Hhh h
K
=+++=ồx
;
q - lWu lWợng thấm đơn vị;
K - hệ số thấm của tầng thấm nWớc dWới nền CTT;
x
i
- hệ số cản của phân đoạn thứ i;
ồx - tổng hệ số cản;
x
v
, x
r
, x
c
- hệ số cản ở phân đoạn vào, phân đoạn ra và qua bản cừ.
Nếu hình dạng và kích thWớc của các phân đoạn vào và phân đoạn ra
bằng nhau, thì: x
v
= x
r
= x
c
+ 0,44;
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 145
ở
đây
2
c
12
2
S
0,5
T
aS
1,5
S
TT
10,75
T
x=++
-
trong đó:
S - chiều dài bản cừ ở phân đoạn tính;
T
1
và T
2
- chiều sâu tầng thấm dWới nền phía trWớc và sau bản cừ tính toán.
a = T
1
T
2
.
Nếu không có bản cừ nhWng bản đáy công trình có dạng bậc tụt (có độ dày khác
nhau) thì hệ số cản ở đoạn bậc tụt độ dày a tính theo công thức:
b1
aT
x= .
Nếu không có cả bản cừ và bậc tụt, thì:
x
v
=
x
r
= 0,44.
x
n
- hệ số cản ở đoạn nằm ngang. Với chiều dài đoạn nằm ngang
(
)
i12
0,5SS
+
(
)
i12
n
2
0,5SS
T
-+
x=
trong đó S
1
và S
2
- chiều dài của bản cừ ở bên trái và bên phải phân đoạn nằm
ngang xem xét tính toán.
Không nên đặt bản cừ gần nhau quá, vì nếu
(
)
i12
0,5SS
<+
thì
x
n
= 0, nghĩa là
hiệu quả giảm áp lực thấm của đoạn nằm ngang bằng không.
LWu lWợng thấm đơn vị bằng
H
qK
=
ồx
.
Građian thấm lớn nhất ở vị trí dòng thấm từ dWới nền ra hạ lWu bằng
r
1
H1
J .
T
=
aồx
,
Trong đó
2
11
T
S
sin1
2TT
ộự
ổử
p
a=b-+
ờỳ
ỗữ
ốứ
ởỷ
,
với b = 1,1 khi
""
th
TT
=
(xem bảng 4-6a).
Để thoả mn điều kiện tính toán ở trên cần xác định chiều sâu tính toán của tầng
lót không thấm T
t
. Độ sâu này có liên quan đến khái niệm chiều sâu hiệu quả T
h
, là độ
sâu giới hạn tối đa khi tầng lót tiếp tục nằm sâu thêm hơn nữa thì biểu đồ phản áp lực,
các giá trị građian ra, lWu lWợng thấm vẫn không thay đổi.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
146 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
Chiều sâu tính toán đWợc lấy tùy thuộc vào chiều sâu thực tế T
th
. Nếu chiều sâu
thực tế nhỏ hơn
'
h
T
và
"
h
T
thì lấy
'
t
T
và
"
t
T
bằng T
th
. Nếu T
th
lớn hơn
'
h
T
và
"
h
T
thì lấy
'
t
T
=
'
h
T
và
"
t
T
=
"
h
T
. Giá trị của
'''
t
T
luôn lấy bằng T
th
. Khi T
th
rất lớn thì lWu lWợng thấm
đWợc tính là gần đúng. Khi tính toán biểu đồ phản lực thì chiều sâu tính toán lấy bằng
T =
'
h
T
, khi tính građian dòng thấm ra lấy T =
"
h
T
, khi tính lWu lWợng thấm lấy T =
'''
t
T
.
Trong bảng 4-6a ghi các giá trị
'
h
T
và
"
h
T
ứng với các dạng sơ đồ đWờng viền thấm
khác nhau, trong đó
0
và S
0
là hình chiếu của đWờng viền thấm lên phWơng nằm ngang
và phWơng thẳng đứng (xem hình 4-18A).
E#3$67mM+$ E#3$</M$3!>$</0$
'
t
T
$H4$
"
t
T
$
Sơ đồ đFờng viền thấm
0
/S
0
'
h
T
"
h
T
Dạng kéo dài
5
0,5
0
Dạng trung gian
3,4 Ê
0
/S
0
Ê 5
2,5S
0
Dạng chôn sâu
1,0 Ê
0
/S
0
Ê 3,4 0,85S
0
+ 0,5
0
Khá sâu
0 Ê
0
/S
0
Ê 1,0 S
0
+ 0,3
0
Trình tự tính toán nhW sau: Chia đWờng viền thấm thực tế thành các phân đoạn
thẳng đứng và nằm ngang. Với ví dụ ở hình 4-18A ta có đoạn vào là 1, 2, 3; đoạn ra là
7, 8, 9; đoạn thẳng đứng bên trong là 4, 5, 6. Nếu không có bản cừ ở đầu và cuối thì ta
có bậc tụt 1, 3 và 7, 9. Nếu không có bản cừ ở bên trong thì ta có bậc tụt 4, 6. Các phân
đoạn nằm ngang là 3, 4 và 6, 7. Nếu sơ đồ đWờng viền có nhiều bản cừ bên trong thì sẽ
có nhiều phân đoạn nằm ngang. Sau khi đ vẽ sơ đồ đWờng viền thấm và đánh số thứ tự
các điểm mốc của đWờng viền nhW ví dụ hình 4-18A, ghi kích thWớc các phân đoạn, tiến
hành tính toán xác định các đại lWợng đặc trWng của dòng thấm. Trên ví dụ hình 4-18A
phía dWới sơ đồ đWờng viền thấm là biểu đồ áp lực thấm W
2
và biểu đồ áp lực đẩy nổi
W
1
tác dụng lên móng công trình.
4.6. Thấm bán áp d-ới công trình thủy
Nếu chuyển động thấm trong nền CTT gồm các đoạn với dòng chảy có áp và
không áp thì đWợc gọi là thấm bán áp.
Thấm bán áp thWờng xảy ra khi đáy công trình ở vị trí cao hơn mực nWớc hạ lWu.
Những ví dụ về dạng công trình nhW vậy là dốc nWớc, bậc nWớc hoặc bể áp lực của trạm
thủy điện.
DWới đây nêu một số sơ đồ tính toán theo V.I. Aravin và X.N. Numêrốp.
2 T
h
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 147
4.6.1. Bản móng phẳng khi không có tầng lót không thấm (hình 4-19, a)
Chiều dài phần chảy bao của bản móng công trình:
1
= 0,44 H
1
+
11
2
1
0,733(HH)lg(1 H/H )
(H/H )
-++
+
11
2
1
0,733(HH)lg(H/H 1)
(H/H )
+ (4.52)
.5#1$6+8t+$*9$:;$<=#1$<1?@$D>#$>T$ABC!$#I#$V,,$
1- đWờng bo hoà; 2- vật tiêu thoát nWớcC$
PhWơng trình đWờng bo hoà:
2
1
11
xy
0,441
HHH
ổửổử
=-++
ỗữỗữ
ốứốứ
1111
yyyy
0,7332lg2 0,733lg
HHHH
ổửổử
+++-
ỗữỗữ
ốứốứ
(4.53)
ứng với 0
Ê
y
Ê
H
-
H
1
LWu lWợng qua đáy phía thWợng lWu công trình:
2
1
11t1t1t1
x Q 2QQ
0,44arctg
HH kH kH kH
ổửổử
-=-+-
ỗữỗữ
p
ốứốứ
2
t1
Q
0,773lg1
kH
ộự
ổử
ờỳ
-+
ỗữ
ờỳ
ốứ
ởỷ
(4.54)
Tự cho giá trị Q hoặc Q/k
t
trong công thức (4.54), tìm hoành độ của các điểm theo
đáy thWợng lWu ứng với lWu lWợng đ cho.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
148 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 1
4.6.2. Bản móng phẳng khi có tầng lót không thấm (hình 4-19, b)
Chiều dài phần chảy bao của bản móng công trình
1
xác định từ công thức:
(l -
1
)
22
2
1
T H
K'
K2H
-
= (4.55)
Trong đó: K'/K - tỷ số giữa các tích phân eliptíc toàn phần loại một ứng mới
mođun cơ bản.
l
= th
1
2T
p
ổử
ỗữ
ốứ
Công thức (4.55) đWợc giải bằng thử dần.
LWu lWợng thấm ở nền bản móng:
Q = k
t
22
2
2
T H
2
-
(4.56)
PhWơng trình đWờng bo hoà
x = k
t
22
2
T H
2Q
-
(4.57)
ứng với H
2
Ê
y
Ê
T.
4.6.3. Bản móng phẳng có bản cừ và tầng lót không thấm (hình 4-19, c)
Chiều sâu dòng thấm ở mặt sau của bản cừ:
H
o
=
( ) ( )
2
2
22122
H 2 H TK'/ KK'/ KK'/ K
++- (4.58)
ứng với
l
= cos
22
1
SS
thtg
2T2T2T
ppp
ổử
ổửổử
+
ỗữỗữ
ỗữ
ốứốứ
ốứ
LWu lWợng thấm ở nền công trình:
Q = k
t
22
o2
2
HH
2
-
(4.59)
PhWơng trình đWờng bo hoà:
x = k
t
22
o
o
H y
2Q
-
(4.60)
4.6.4. Bản móng phẳng có bản cừ, có vật thoát n-ớc sau bản cừ trên nền thấm có tầng
lót không thấm (hình 4-19, d)
LWu lWợng thấm toàn phần dWới nền công trình:
Q = k
t
H
1
K'
K
(4.61)
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
A - Những vấn đề chung trong thiết kế công trình thủy lợi 149
ứng với
l
= cos
22
1
SS
thtg
2T2T2T
ppp
ổử
ổửổử
+
ỗữỗữ
ỗữ
ốứốứ
ốứ
LWu lWợng thấm đi vào ống thoát nWớc:
Q
t
= Q - k
t
22
0
2
T H
2
-
(4.62)
PhWơng trình đWờng bo hoà:
x = k
t
22
Ty
2Q
-
(4.63)
4.7. Thấm không áp vòng quanh khu vực nối tiếp giữa Công trình
thủy với bờ có xét đến ảnh h-ởng dòng n-ớc ngầm ở bờ
4.7.1. Sơ đồ tính toán thấm theo V.P. Nedriga (hình 4-20)
Tại khu vực nối tiếp đập bê tông với bờ, tính chất chuyển động của dòng thấm
phụ thuộc vào quan hệ tWơng hỗ giữa hai dòng chảy: 1) dòng nWớc ngầm tự nhiên từ
phía bờ đổ xuống; 2) dòng thấm vòng qua đầu đập từ phía thWợng lWu xuống hạ lWu.
Yếu tố ảnh hWởng đến trạng thái chung của thấm ở khu vực nối tiếp là: chiều sâu
nWớc ở thWợng và hạ lWu (h
1
và h
2
), chiều sâu cột nWớc ở dọc đWờng viền cấp nWớc từ
phía bờ đổ xuống (h
3
), vị trí đWờng viền cấp nWớc T
1
và T
2
, kích thWớc và hình dạng của
trụ đầu bờ (xem hình 4-20).
.5#1$67Su+$*9$:;$<1?@$Hp#3$ZPM#1$
$$$ 1 - đWờng viền cung cấp nWớc ngầm;
2 - vùng thấm vòng quanh;
3 - đập bê tông.
.5#1$67S8+$*9$:;$<=#1$<&>#$<1?@$Hp#3$
ZPM#1$^1!$F]$@4#$^1K#3$<1?@$A'#3$:9#$
DWới đây là lời giải đối với một số bài toán thấm trong môi trWờng đất đồng nhất
có tầng lót không thấm với giả thiết bờ phía thWợng lWu và hạ lWu thẳng đứng.
Chiều sâu dòng nWớc ngầm h
3
ở khoảng cách T
1
kể từ mép hồ chứa đWợc xác định
bằng cách vẽ đWờng cong nWớc dâng của nWớc ngầm chảy đến hồ. Trong tính toán lấy h
3
bằng chiều sâu cột nWớc ngầm chảy lộ ra mái bờ, nơi có độ chênh lệch giữa cao trình
mực nWớc dâng và mực nWớc tự nhiên không lớn hơn biên độ dao động mùa của mực
nWớc ngầm.
www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn
