Bài tập môn thủy văn công trình

BÀI TẬP MƠN THỦY VĂN CƠNG TRÌNH Họ tên: Nguyễn Công Đức Mã sinh viên: 1302509 Lớp: Đường K54 BÀI LÀM I XÂY DỰNG ĐƯỜNG TẦN SUẤT Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm Lập bảng tính dải điểm tần suất kinh nghiệm sau: - Giá trị tần suất kinh nghiệm tính theo cơng thức Vọng số(K-M) P= m n +1 (với n =20) - Giá trị trung bình cộng: Q= - ∑ Q = 23148 =1157.4(m i n 20 / s) Hệ số phân tán: ∑ (K CV = - i − 1) n −1 = 16.467 = 0.9309 19 Hệ số lệch: Do n = 20 nên ta có: CS ( K −1) =∑ i (n − 3).CV Ki = = 31.533 = 2.299 (20 − 3).0.93093 Qi Q Trong : Xét bất đẳng thức kép 2.Cv=1.86 < 2.299 < 2Cv/1- Kmin=3,23 => thỏa mãn Xây dựng đường tần suất lý luận theo Hàm Pearson III - Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo Hàm Pearson III - Xây dựng đường tần suất lý luận theo Hàm Kritxky – Menken C 2.299 m= S = = 2.469 CV 0.9309 Tính tỷ số m: Chọn m = 2.5 Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo K-M P% 0,01 0,03 0,05 0,1 0,3 0,5 Kp 9,445 8.11 7.49 6.705 5.5 4,97 4.275 3.22 10931.64 9386.51 8668.93 7760.37 6365.70 5729.13 4947.89 3726.83 Qp P% 10 20 25 30 40 50 60 Kp 2.74 2.14 1.525 1.33 1.18 0.935 0,745 0.585 Qp 3171.28 2476.84 1765.04 1539.34 1365.73 1082.17 862.26 677.08 75 80 90 95 97 99 99,5 99,7 99,9 0.38 0.32 0.195 0.145 0.11 0,05 0,035 0.03 0,015 439.81 370.37 225.69 167.82 127.31 57.87 40.51 34.72 17.36 P% Kp Qp Xây dựng đường tần suất lý luận theo hàm LogaPearson III - Lập bảng tính thơng số sau: - Tính trị số trung bình: log Q = ∑ log Q = 59.096 = 2.9548 i n 20 - Độ lệch tiêu chuẩn: ∂ log Q = - n −1 i = 1.469 = 0.278 20 − n ∑ (log Qi − log Q )3 (n − 1).(n − 2) ∂ log Q = 11,18 =1,521 29.18.0, 2783 Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo Hàm LogaPIII P% K logQp 50 -0.254 2.884 Qp 765.95 II i Hệ số lệch: CS = - ∑ ( log Q − log Q ) 20 0.675 3.142 10 1.329 3.324 2.163 3.556 2.78 3.727 3.388 3.896 1388.25 2109.98 3598.58 5341.43 7882.82 0,5 3.99 4.064 11588.7 XÂY DỰNG QUAN HỆ LƯU LƯỢNG MỰC NƯỚC.(Q-H) Cho đoạn sông thượng lưu cách tim cầu 100m bảng Cho độ dốc lịng sơng i = 0.0025 hệ số nhám n = 0.03 Lý trình 30 100 170 200 Cao độ 50 40 31 41 50 Từ bảng ta có mặt cắt sơ ngang cầu sau: + Lập bảng tính sau: ∆ Hi Hi (m) 10 (m) 41 40 38 36 35 34 - Ai (m2) 736,5 598,5 362,05 184,7 118,22 66,495 Bi (m) 143 133 103,44 73,88 59,11 44,33 hi (m) 5,15 4,5 3,5 2,5 1,5 Qi (m3/s) 3660,66 2718,86 1391 567,033 312,77 145,22 Từ bảng số liệu vẽ biểu đồ quan hệ lưu lượng mực nước: Q1% = 5316, 26( m3 / s) Ứng với tra tương ứng ta có H1% = 41,955(m) Q1% Ta có độ sâu dịng chảy lớn ứng với là: ∆H1% = 41,955 − 31=10,955(m) ∆H1% =10,955( m) - Từ cắt ngang sông: Bo=Bl=149,0483 Ao=Al=875,92 ta tính ngược lại bề rộng mặt nước diện tích mặt Chiều sâu trung bình lịng sơng hl = Ao 875,92 = = 5,876(m) Bo 149,0483 III TÍNH TỐN THỦY LỰC CẦU Tính độ cầu tối thiểu - Khi độ cầu tối thiểu tính gần sau: bc = bl + Atn − Al ( m) hb Do sông khơng có bãi sơng nên bc = bl =149,0483(m) Lựa chọn độ cầu thiết kế chọn số nhịp cầu Lc = 160(m) a - Chọn độ cầu thiết kế Chọn nhịp thiết kế, nhịp dài 32(m) Chọn bề rộng trụ cầu 1.2m Chọn hình dạng trụ cầu là: trụ đầu trịn Tính xói chung cầu Tính xói chung theo Andreev Kiểm tra chế xói: Ta có: + Vận tốc sông chưa làm cầu vl = 6,069( m / s) + Vận tốc khơng xói tính theo vật liệu đáy sông: v0x = 3,6.(hl d50 ) 0.25 = 3,6(5,876.0,3.10 −3 ) 0,25 = 0,737 (m / s) Ta thấy vltn > v0x => Xói nước đục Ql = Q1% = 5316, 26(m3 / s )  Lưu lượng lịng sơng - Hệ số xói chung theo chiều sâu h Ph = lc hl  B   Q 9 =  l ÷  lc ÷  Blc   Ql  Trong đó: Bl , Blc : bề rộng lịng sơng trước sau xói Bl = 149,0483(m) Blc = Bl − ∑ b =151, − 4.1, = 144, 2483( m) Do giả thiết trước sau làm cầu lưu lượng mặt cắt ngang lịng sơng khơng Ql = Qlc = 5316, 26( m3 / s ) đổi nên Khi đó: -  149,0483   5316, 26  Ph =  ÷  ÷ =1,022  144, 2483   5316, 26  Chiều sâu trung bình lịng sơng sau xói chung là: hlc = Ph hl =1,022.5,876 = 6,005( m) b Tính xói chung theo Lausen - Kiểm tra chế xói: vl = 6,069( m / s) + Vận tốc sông chưa làm cầu + Vận tốc cho phép khơng xói theo vật liệu đáy sông: 1 1 v0x = 6,19 hl d 50 = 6,19 5,876 6.(0,3.10 −3 ) = 0,56( m / s) vltn > v0x Ta thấy - => Xói nước đục Xói chung tính theo Lausen (khơng phân biệt phận lịng sơng bãi sơng) Khi hệ số xói chung theo chiều sâu là: h Ph = lc hl k  Q 7  B  =  1% ÷  l ÷  Ql   Lc  Trong đó: Bl : bề rộng lịng sơng chưa xảy xói Lc : trụ cầu) chiều dài thoát nước thực tế cầu(đã trừ phần chiều rộng Bl = 149,0483( m) Lc = Bl − ∑ b =149,0483 − 4.1, = 144, 2483( m) * + k: hệ số mũ phụ thuộc vào phương thức vận chuyển bùn cát hay tỉ số u / ω u* = ( g hl J ) 0.5 = (9,81.5,876.0,0025) 0.5 = 0,379( m / s) (trong J = i =0.0025) + ω : độ thơ thủy lực hạt bùn cát lịng sơng xác định theo cơng thức: ω Ta có tỷ số 50 ∆ = 1,068 ( g d )0.5 = 0.074 u* 0,386 = = 5, 22 ω 0,074 >2,0  k= 0,69 (phần lớn lưu lượng bùn cát bùn cát lơ lửng) - Hệ số xói chung tính theo chiều sâu là: h Ph = lc hl -  5316, 26  = ÷  5316, 26  0,69  149,0483   ÷  144, 2483  =1,023 Chiều sâu trung bình lịng sơng sau xói chung là: hlc = Ph hl =1,023.5,876 = 6,011(m) Ta có mặt cắt ngang cầu sau xói chung là: Tính xói cục trụ cầu a Tính xói cục trụ cầu theo CT ĐHXD n m hcb h   v  = K1 K d  x ÷  x ÷ b  b   vox  Ta có Trong đó: + b = 1,2(m) : bề rộng trụ cầu v0x = 3,6.( hlc d50 )0.25 = 3,6.(6,011.0,3.10 −3 ) 0,25 = 0,741( m / s) + vận tốc khơng xói theo vật liệu đáy sơng(trước xói cục bộ) d = 0,1 Kξ d + K : hệ số xét đến hình dạng trụ; K Kξ = 8,5 α =0 Tra phụ lục 6-3 với trụ đầu trịn ta có d = 0,1 Kξ Khi : K = 0,85 Vx - tốc độ nước chảy trụ cầu trước có xói cục bộ(sau xói chung): tính theo cơng thức sau: 4 h 3  11,09  Vx =Vlc  x max ÷ = 6,069. ÷ =13,73( m / s )  6,011   hlc  x - Ta có Xói nước đục (v ) => K =0,52; m= 0,12; n= 1,16 Thay vào cơng thức tính xói cục ta có: m hcb h  = K1 K d  x ÷ b b - ≥ v0x n 0,12 1,16 v   11,09   13,73   x ÷ = 0,52.0,85  ÷  ÷  1,   0,741   vox  Chiều sâu hố xói trụ cầu là: = 17,061 hcb = 17,061 1, = 20, 4732( m) b Tính xói cục trụ cầu theo CT ĐHGTVT n - Ta có 0.5 hcb  hx   vx  = K Kα K d  ÷  ÷ b  b   vng ÷  α d Trong đó: + K ; K : hệ số xét tới ảnh hưởng hướng dòng chảy α=0 α = 1,0 d =1,0 hình dạng trụ Do mũi trụ đầu tròn nên K ;K 0.06 ng +V Với ω h  = g h x ω  x ÷  d50  ∆ (m / s) 50 0.5 = 1,068 ( g d ) = 0.074 hx =11,09 m vng = Thay vào ta có: 3,76 (m/s) Vx >Vng - Ta có: Xói nước đục ( ) => K = 1,11; n = 1,0 Thay vào cơng thức tính xói cục ta có: n 0.5 1,0 0.5 hcb  11,09   13,73   hx   vx  = K Kα K d  ÷  ÷ = 1,11 1,0 1,0  ÷  3,76 ÷ =12,321 b 1,  b   vng ÷      sâu hố xói trụ cầu là: hcb = 12,321 1, =15,877 ( m) c Tính xói cục trụ cầu theo Richarson 0.35 hcb h  = K1 K K K  x ÷ Fr 0.43 b b Ta có: Trong đó: + Fr thơng số động lực dịng chảy tính sau: Vx Fr = ( g hx )0.5 Fr = Vx 13,73 = =1,316 0.5 ( g hx ) (9,81.11,09)0,5 Ta có: + K : hệ số hình dạng mũi trụ Do mũi trụ hình đầu trịn nên K = 1,0 Chiều θ = 0o Do mặt cắt ngang cầu vng góc với dịng chảy nên => K =1,0 + K : hệ số phụ thuộc vào chiều cao sóng cát Ta có đáy sơng phẳng có sóng cát ngược nên K =1,1 - + K : hệ số hiệu chỉnh để giảm bớt chiều sâu hố xói cục 50 = 0,3mm Do d nên K =1,0 Thay vào công thức tính xói cục ta có: 0,35 0.35 hcb h  = K1 K K K  x ÷ b b - Fr 0.43  11,09  = 2.1.1.1,1.1  ÷  1,  1,3160,43 = 5,391 Chiều sâu hố xói trụ cầu là: hcb = 5,391 1, = 6, 4692( m) d Tính xói cục trụ cầu theo T.PaulTeng Ta có: hcb = K1 K K K 0.97.b 0.66 h x 0.17 ψ 0.72 K1 ; K ; K ; K - Trong đó: hệ số lấy giống công thức Richarson ψ : thông số cường độ dịng chảy; với hạt vật liệu đáy sơng ψ đồng =0,6 Thay vào cơng thức tính xói cục ta có: hcb = K1 K K K 0.97.b 0.66 h x 0.17 ψ 0.72 = 1.1.1,1 1.0,97 1,20,66 11,090,17 0,60,72 =1, 254(m) Ta có hình vẽ mặt cắt ngang cầu sau xói cục là: Tính nước dâng trước cầu a Tính nước dâng trước cầu theo Đobinson - Trị số nước dềnh lớn phía thượng lưu cầu là: ∇hz =η (vc2 − vo2 ) vc + tốc độ bình quân cầu; Với đất trung bình(cát, sỏi nhỏ ) Vc =Vsx tốc độ bình qn cầu đạt 50% Ta có: Vc = Vsx 2P P +1 2P 2.1,023 = 6,069 = 6,138 ( m / s) P +1 1,023 +1 Khi + η hệ số xác định theo loại sơng lực nước bãi η = 0,05 sơng; Do sơng khơng có bãi nên ta lấy - Khi ta có trị số nước dềnh lớn phía thượng lưu cầu là: ∇hz =η (v c2 − vo2 ) = 0,05.(6,1382 − 6,069 ) = 0,0421( m) b Tính nước dâng trước cầu theo Andreev ∆h = - Ta có: Trong đó: Bo − Lc I tn ( β − 1) θ θ : số bãi sông - Do sơng khơng có bãi nên cầu β =1 ; khơng có nước dâng phía thượng lưu