Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án thủy công với các thông số:-Đường quan hệ “ dung tích Vhồ (m3) – Mực nước hồ Z (m) ” : Vhồ = 28 Z3.8 -Đường quá trình lũ thiết kế, lũ kiểm tra có dạng đường cong và được mô phỏng dạng hình thang: Q = f(t)-Đường quan hệ “ Mực nước sông hạ lưu ZHL (m) – Lưu lượng Q (m3/s) ” : ZHL = Q0.41-Cao trình đáy sông : +0.00m . Cao trình đáy đập : -2.00m-Mực nước chết : MNC = 12m-Mực nước dâng bình thường : MNDBT = 36m-Mực nước lũ thiết kế được xác định qua tính toán điều tiết lũ và được không chế theo điều kiện ngập ở thượng lưu hồ: MNLTK = MNDBT + (1 ÷ 1.5m)-Mực nước lũ kiểm tra được xác định qua tính toàn điều tiết lũ và được không chế theo điều kiện ngập ở thượng lưu hồ : MNLKT = MNLTK + (0.4÷0.8m)-Vận tốc gió 10 = 32 (m/s) , đà gió D = 5.4 (km) ứng với MNDBT và 10 = 26 (m/s) , đà gió D = 6.2 (km) ứng với MNLTK-Đập tràn thực dụng có hệ số lưu lượng m = 0.45
Đồ án thủy cơng 1 GVHD: SVTH: Trang 1 ĐỒ ÁN THỦY CƠNG 1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG NƯỚC Sơ đồ mặt bằng G7 Các thơng số đã biết: - Đường quan hệ “ dung tích V hồ (m 3 ) – Mực nước hồ Z (m) ” : V hồ = 28 Z 3.8 - Đường q trình lũ thiết kế, lũ kiểm tra có dạng đường cong và được mơ phỏng dạng hình thang: Q = f(t) - Đường quan hệ “ Mực nước sơng hạ lưu Z HL (m) – Lưu lượng Q (m 3 /s) ” : Z HL = Q 0.41 - Cao trình đáy sơng : +0.00m . Cao trình đáy đập : -2.00m - Mực nước chết : MNC = 12m - Mực nước dâng bình thường : MNDBT = 36m - Mực nước lũ thiết kế được xác định qua tính tốn điều tiết lũ và được khơng chế theo điều kiện ngập ở thượng lưu hồ: MNLTK = MNDBT + (1 † 1.5m) - Mực nước lũ kiểm tra được xác định qua tính tồn điều tiết lũ và được khơng chế theo điều kiện ngập ở thượng lưu hồ : MNLKT = MNLTK + (0.4†0.8m) - Vận tốc gió 10 = 32 (m/s) , đà gió D = 5.4 (km) ứng với MNDBT và 10 = 26 (m/s) , đà gió D = 6.2 (km) ứng với MNLTK - Đập tràn thực dụng có hệ số lưu lượng m = 0.45 t=2 Qmax Q(m3/s) Đường quá trình lũ trong hồ Vm qmax Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 2 Phần 1 : Tính toán điều tiết lũ I. Xác định mực nước lũ thiết kế (MNLTK) : Dùng phương pháp điều tiết lũ đơn giản. Do điều kiện khống chế ngập ở thượng lưu hồ chứa nên chọn MNLTK = MNDBT + 1.2m = 36 + 1.2 = 37.2m Tổng lượng lũ : = 1 2 (+ ) = 1 2 160 18 + 2 3600 = 5760000 3 Có MNDBT và MNLTK dựa vào đường quan hệ V hồ =28Z 3.8 ta tìm được : V MNDBT = 28 36 3.8 = 22967173 3 V MNLTK = 28 37.2 3.8 = 26014843 3 Lượng nước giữ lại trong hồ : V m = V MNLTK - V MNDBT = 3047670 3 = (+) = 0.9 Suy ra lượng lũ tháo qua công trình tháo lũ : q max = (1 ) = 160 0.9 1 3047670 5760000 = 83.7 3 Cao trình ngưỡng = MNDBT = 36 m Cột nước tràn H o = MNLTK – MNDBT = 1.2m Bề rộng đỉnh đập tràn : = 2 3/2 = 83.7 0.45 2 9.81 1.2 3/2 = 31.9495 II. Xác định mực nước lũ kiểm tra (MNLKT) : Dùng phương pháp điều tiết lũ đơn giản Do điều kiện khống chế ngập ở thượng lưu hồ chứa nên chọn MNLKT = MNLTK + 0.6m = 37.2 + 0.6 = 37.8m Tổng lượng lũ : = 1 2 (+ ) = 1 2 240 24 + 2 3600 = 11232000 3 Có MNDBT và MNLKT dựa vào đường quan hệ V hồ =28Z 3.8 ta tìm được V MNDBT = 28 36 3.8 = 22967173 3 V MNLKT = 28 37.8 3.8 = 27645654 3 Lượng nước giữ lại trong hồ : V m = V MNLKT - V MNDBT = 4678482 3 = (+) = 0.923 Suy ra lượng lũ tháo qua công trình tháo lũ : q max = (1 ) = 240 0.923 1 4678482 11232000 = 151.7 3 Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 3 Cao trình ngưỡng = MNDBT = 36 m Cột nước tràn H o = MNLKT – MNDBT = 1.8m Bề rộng đỉnh đập tràn : = 2 3/2 = 151.7 0.45 2 9.81 1.8 3/2 = 31.5 Chọn = Phần 2 : Thiết kế đập dâng nước I. Chọn loại đập : Nền đá nên dùng đập không đồng chất. Đập có lõi giữa. Vật liệu làm đập: Đất đắp đập 1 Đất đắp đập 2 Địa chất nền C K C K (kG/cm 2 ) (cm/s) (%) (kG/cm 2 ) (cm/s) (%) 0,70 22- 24 0,12-0,14 3.10 -4 10 0,62 13-14 0,40-0,44 2.10 -6 12 Đá tốt Dùng đất có hệ số thấm bé hơn để làm lõi giữa ( K = 2.10 -6 cm/s) C, dùng tn thì lấy giá trị max, bh thì lấy giá trị min. II. Cao trình đỉnh đập : Cột nước trước đập: H 1 = H MNDBT = MNDBT - đáy đập = 36 – (-2) = 38m H 2 = H MNLTK = MNLTK - đáy đập = 37.2 – (-2) = 39.2m H 3 = H MNLKT = MNLKT - đáy đập = 37.8 – (-2) = 39.8m Cao trình đỉnh đập( đđ ) chọn giá trị lớn nhất trong 3 giá trị sau : đđ = MNDBT + h l + h + a đđ = MNLTK + h‟ l + h‟ + a‟ đđ = MNLKT + h” + a” Theo TCXD VN 285:2005 , đập xây dựng trên nền A (nền đá) có chiều cao > 25 – 70m thuộc cấp III . Do vậy : Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 4 a = 0.7m a‟ = 0.5m a” = 0.2m Tính chiều cao sóng leo dùng công thức của Lavzovski h s = 0.073 10 s = 0.073 10 Với K s : hệ số cường độ phát triển chiều cao sóng dọc theo đường khuếch tán. K s = 1 + 0.4 10 = 1 (9 + 19 14 10 ) h l = 2 1 3 Gia cố mái dốc TL bằng đá lát : k sl = 0.75 Hệ số mái dốc thượng lưu : sơ bộ m 1 = 3.5 Gió : MNDBT : 10 = 32 m/s D = 5.4 km MNLTK : 10 = 26 m/s D = 6.2 km 10 : vận tốc gió ở độ cao 10m trên mực nước tĩnh D : Chiều dài khuếch tán của sóng hay đà gió (km) Xác định độ dềnh do gió: h = k d 10 2 3 k d =0.01 : hệ số = 0 (gió thổi vuông góc trục đập) K s h s s H/ s h l h MNDBT 1.935 0.047 2.28 25.03 1.52 2.17 0.049 MNLTK 1.909 0.050 2.02 21.18 1.85 1.89 0.036 Sóng trong khu nước sâu do H/ s > 0.5 Vậy = + + + + + + + + = 36 + 2.17 + 0.049 + 0.7 = 38.92 37.2 + 1.89 + 0.036 + 0.5 = 39.63 37.8 + 0 + 0.2 = 38 Chọn đđ = 39.7 m Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 5 Giới hạn trên của lớp gia cố thượng lưu đập: tới đỉnh đập Giới hạn dưới của lớp gia cố thượng lưu đập = MNC – 2h s = 12 - 2 2.28 = 9.72(m) III. Mặt cắt ngang của đập: Bề rộng cơ đập 3m để tiện thi công và sửa chữa, giúp tăng ổn định đập. Bề rộng đỉnh đập chọn B = 10m Cao trình đáy sông: +0.00m Cao trình đáy đập : -2.00m Mái thượng lưu có 3 hệ số mái dốc : m 1 = 3 với chiều cao tương ứng h 1 = 11.7 m m 1 „ = 3.5 với chiều cao h 1 ‟ = 14 m m 1 “ = 4 với chiều cao h 1 ” = 14 m Mái hạ lưu có 3 hệ số mái dốc : m 1 = 2.5 với chiều cao tương ứng h 2 = 10.7 m m 1 „ = 3 với chiều cao h 2 ‟ = 11 m m 1 “ = 3.5 với chiều cao h 2 ” = 11 m Cuối mái hạ lưu là vật thoát nước. Tính thấm : Đập cao nên chọn đập không đồng chất có lõi giữa và do lõi giữa có ưu điểm : - Ổn định trượt tốt hơn tường nghiêng. - Khối lượng ít hơn. Đỉnh lõi cách đỉnh đập 0.5m Hệ số thấm : K đ = 3.10 -4 cm/s K l = 2.10 -6 cm/s Các trường hợp tính toán : MNTL = MNDBT , MNHL min Z HL = 0 MNTL = MNLTK , MNHL max Z HL = q max 0.41 = 83.7 0.41 = 6.142m Chọn vật thoát nước lăng trụ. Cao trình vật thoát nước (VTN) : +7m Do vậy chiều cao VTN là : 9m Hệ số mái dốc VTN : m 3 = 1.5 Độ dốc mái thượng lưu : m TL = (3+3.5+4)/3 = 3.5 Độ dốc mái hạ lưu : m HL = (2.5+3+3.5)/3 = 3 Chiều rộng đáy đập : L = 280.35m Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 6 Bề rộng lõi trên 1 = 5 Bề rộng dưới lõi 2 = 15 Bề rộng trung bình = 10 Bề rộng biến đổi tương đương ứng với K đ = = 10 3. 10 4 2. 10 6 = 1500 1. Tính thấm cho trường hợp MNTL = MNDBT , MNHL min = 0 L o = 0.4H 1 + ( đđ – MNDBT)3.5 + 1500 + ( đđ – 7)3 – 91.5 = 0.438+(39.7 – 36)3.5 + 1500 + (39.7 – 7)3 – 13.5 = 1612.75 m = 1 2 2 2 = = ( 1 2 + 2 ) 0.5 = (38 2 + 1612.75 2 ) 0.5 1612.75 = 0.447 Lưu lượng thấm q = k đ h o 1 m = 3.10 -6 1.3410 -6 m 3 /s Phương trình đường bão hòa : = 2 1 2 = 1444 0.894 x 0 28.15 328.15 628.15 928.15 1228.15 1528.15 1546.9 1565.65 1584.4 1612.75 x‟ 0 28.15 30.15 32.15 34.15 36.15 38.15 56.9 75.65 94.4 122.75 h 38 37.67 33.92 29.71 24.78 18.60 8.82 7.81 6.66 5.25 1.48 Chiều dài lõi giữa biến đổi là 1500, tỷ lệ là 150. Tọa độ x ta chọn cách đều 300m, từ phương trình đường bão hòa ta tính được y tương ứng (chính là h). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 7 Tọa độ x‟ được suy ra từ tọa độ x như sau : - Đối với những điểm trước khi vào lõi biến đổi : bằng x - Đối với những điểm năm trong lõi biến đổi : x‟ = (x – 28.15)/150 – 28.15 - Đối với những điểm nằm sau lõi giữa x‟ = x – 1500 + 10 Vẽ đường bão hòa theo x‟ và h. 2. Tính thấm cho trường hợp MNTL = MNLTK, MNHL max = 6.142m H TL = 39.2 m , H HL = 8.142 m Trong trường hợp khi hạ lưu có nước, công thức tính thấm qua đập có dạng: = 2 2 2 Với L‟ o = 0.4H TL + L + l o l o = (m 3 H HL )/3 = 4.071 m L = m 1 ( đđ – MNLTK) + + m 2 ( đđ – 7) – m 3 H HL ) = 3.5 (39.7 – 37.2) + 1500 (39.7 – 7) – 1.5 6.14) = 1605.56m L‟ o = 1625.315 m = 39.2 2 8.142 2 3250.63 = 0.452 Lưu lượng thấm qua đập q = 1.3610 -6 m 3 /s Ngoài ra còn có thể viết công thức lưu lượng = 2 ( + ) 2 2 Trị số a o được xác định theo công thức a o = f(m 3 )q/K – H HL = 0.28 0.452 – 8.142 = -8.02 < 0 a o = 0 Với f(m 3 ) tra bảng sau : m 0 0.5 1 1.5 2 2.5 f(m) 0.71 0.51 0.36 0.28 0.22 0.18 L o = 0.4H TL + L = 0.4 39.2 + 1605.56 = 1621.24m = 2 ( + ) 2 2 = 39.7 2 (8.142 + 0) 2 2 1621.24 = 0.466 ường bão hòa được xác định = 2 + ( + ) 2 = 0.931 1621.24 + 66.29 = 1576.09 0.931 Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 8 x 0 24.43 324.43 624.43 924.43 1224.43 1524.43 1543.18 1580.68 1599.43 1621.24 x' 0 24.43 26.43 28.43 30.43 32.43 34.43 53.18 90.68 109.43 131.24 y 39.7 39.41 35.69 31.54 26.75 20.88 12.52 11.81 10.22 9.33 8.17 IV. Tính ổn định mái dốc : Đất đắp đập 1 (đập): = 2.7 = (1 + ) 1 + = 2.7(1 + 0.1) 1 + 0.7 = 1.747/ 3 = (1) 1 + = 2.7 1 0.981 1 + 0.7 = 0.981/ 3 = + = 0.981 + 1.747 = 2.728/ 3 C = 14 =24 o Đất đắp đập 2 (lõi giữa): = 2.7 = (1+) 1+ = 2.7(1+0.12) 1+0.62 = 1.867/ 3 = 18.67kN/m 3 = (1) 1 + = 2.7 1 0.981 1 + 0.62 = 1.029/ 3 = 10.29 = + = 1.029 + 1.867 = 2.896/ 3 C = 44 =14 o Kiểm tra ổn định mái dốc bằng chương trình Geo – Slope : Trường hợp MNTL = MNDBT , MNHL min = 0 K = 1.799 > 1.3 : ổn định 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 9 Hình cung trượt nguy hiểm nhất và các đường đồng hệ số K: Trường hợp MNTL = MNLTK, MNHL max = 6.142m K = 1.719 > 1.3 : ổn định Hình cung trượt nguy hiểm nhất và các đường đồng hệ số K: V. Lớp gia cố mái dốc thượng lưu : Chiều dày lớp đá lát : = 1.7 2 + 1 (+ 1) = 1 T/m 3 = 2.6 T/m 3 m = 3.5 h = h s = 2.28 d l = 0.56m Đối với mái hạ lưu : Mái hạ lưu cũng cần gia cố để đề phòng tác hại của gió, mưa và động vật đào hang . Hình thức gia cố là : Đồ án thủy công 1 GVHD: SVTH: Trang 10 + Rải một lớp đá dăm hoặc cuội sỏi dày 0.2 m + Phủ một lớp đất màu dày 0.2 m rồi trồng cỏ lên ( lưu ý phải thiết kế các rãnh thoát nước làm bằng đá xây, bố trí chéo nhau và xiên góc 45 0 ). Phần 3: Thiết kế công trình tháo lũ I. Thiết kế kênh dẫn thượng lưu: Chọn độ dốc dọc I = 0.0039 , hệ số nhám n = 0.014, [V kx ] = 35 m/s, cho [V kx ] = 3.51 m/s, m =1 Q = Q tràn = 83.7 m 3 /s = Q/V = Q/V kx = 83.7 / 3.5 = 23.85 m 2 = = 1 2/3 = 3/2 = 0.014 3.5 0.0039 3/2 = 0.7 Chu vi ướt = = 34.17 Ngoài ra = + 2 1 + 2 = + b = 2 2 1 + 2 + = 0 (2 2 1) 2 34.17+ 23.85 = 0 h 1 = 17.96 m, b = -16.63 m (loại) h 2 = 0.73 m, b = 32.1m (chọn) Vậy kênh dẫn thượng lưu có các kích thước như sau : h = 0.73m , b = 32.1 m . m = 1 II. Kênh dẫn hạ lưu: Chọn độ dốc dọc I = 0.0018 , hệ số nhám n = 0.014, [V kx ] = 35 m/s, cho [V kx ] = 3 m/s, m =0 Q = Q tràn = 83.7 m 3 /s = Q/V = Q/V kx = 83.7 / 3 = 27.9 m 2 = = 1 2/3 = 3/2 = 0.014 3 0.0018 3/2 = 0.98 Chu vi ướt = = 28.33 Ngoài ra = + 2 [...]... trong dốc nước (m/s) ; v SVTH: Q Trang 15 Đồ án thủy công 1 (4) 𝑣2 2𝑔 GVHD: − động năng của tiết diện đang xét (m) (5) ∋ – năng lượng đơn vị tại mặt cắt đang tính toán (m) (6) ∆∋ – chênh lệch năng lượng đơn vị giữa 2 tiết diện (m) ∆∋ = ∋i+1 – ∋i (7) R – bán kính thủy lực (m) ; R (9) J – độ dốc thủy lực ; J n2Q 2 P P4 / 3 10 / 3 (10) Jtb – bán kính thủy lực trung bình giữa 2 mặt cắt.; Jtb =... 83.71 m3/s ; SVTH: Trang 12 Đồ án thủy công 1 GVHD: ωk = bd × hk = 21 × 1.17 = 24.57 m2 𝐶𝑘 = 1 𝑛 𝑅1/6 (n = 0.014 do dốc làm bằng bê tông cốt thép) 𝑅= 𝜔𝑘 𝑏𝑑 ×ℎ𝑘 21 × 1.17 = = = 1.056𝑚 𝑃𝑘 𝑏 𝑑 + 2ℎ 𝑘 21 + 2.34 Ck = 72.08 ik = 0.2 % idn > ik , vậy đường mặt nước trong dốc nước là đường nước hạ 3 Vẽ đường mặt nước theo phương pháp sai phân : SVTH: Trang 13 Đồ án thủy công 1 H (m) (1) 𝛚 (m2) (2) GVHD:... : Góc mở đoạn thu hẹp chọn 22o để tránh tách dòng và xoáy nước Đoạn thu hẹp có chiều dài : L = cotan(11o) × (32 – 21 )/2 = 28 m SVTH: Trang 16 Đồ án thủy công 1 GVHD: Tại đầu dốc nước h = hk , có bd tính được v0, R0, C0, ∋0, J0 Tại mặt cắt 1 – 1 có b1, giả sử h1 , ta tính được v1, R1, C1, E1, J1 Sau đó tính Jtb = ( J0 + J1)/2 , rồi tính L So sánh L tính toán với L thực tế , i J tb nếu sai... (13) 0.0028 0.04 19.95 ∆L (m) (12) 0.0035 0.05 0.95 i-Jtb (11) 0.0021 0.91 Jtb (10) 36.60 0.0822 Trang 14 Đồ án thủy công 1 0.3602 7.56 GVHD: 11.07 6.25 6.61 0.35 35.34 0.0982 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Đường mặt nước trong dốc nước Sau khi tính toán ta có chiều dài dốc nước là L = 217.65 (m) hcuối dốc = 0.3602 (m) (1) h – chiều sâu lớp nước trong... 67.84 0.0034 0.0036 0.89 66.24 0.0038 0.0040 0.86 64.82 0.0043 ∆L 7.02 7.10 7.01 7.06 = 0.785 < 0.8 Nước chảy không ngập Trang 17 Đồ án thủy công 1 GVHD: 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Đường mặt nước trong đoạn thu hẹp V Tính toán tiêu năng sau dốc nước Dựa vào bảng tính đường mặt nước trong dốc nước ta có hcuối dốc = 0.36 (m) Chiều sâu cột nước trong kênh... sâu phân giới : SVTH: Trang 18 Đồ án thủy công 1 GVHD: ℎ𝑘 = 3 𝑄2 = 𝑏2 𝑔 3 83.712 = 1.046𝑚 252 × 9.81 Chiều sâu nước liên hiệp sau co hẹp là : ℎ"𝑐 = ℎ𝑐 2 1 + 8( ℎ𝑘 3 0.306 ) −1 = ℎ𝑐 2 1 + 8( 1.046 3 ) − 1 = 2.584𝑚 0.306 hh = 1.06 (m) < hc‟‟ = 2.584 (m) nước nhảy phóng xa Thiết kế bể tiêu năng để chuyển nước nhảy phóng xa thành nước nhảy ngập nhằm tiêu năng tốt hơn và tránh xói lở hạ lưu Thiết kế sơ.. .Đồ án thủy công 1 𝜔 = 𝑏ℎ → b = GVHD: 𝜔 ℎ 2 → 2ℎ − 𝑃ℎ + 𝜔 = 0 2ℎ2 − 28.33ℎ + 27.9 = 0 h1 = 13.1 m, b = -10.97 m (loại) h2 = 1.06m, b = 25.1 m (chọn) Vậy kênh dẫn hạ lưu có các kích thước như sau : h = 1.06m... 0.3072 0.3852 0.4728 0.57 0.6768 0.7932 0.9168 1.0476 1.1844 1.3296 1.482 1.6428 1.8096 1.9836 2.2728 2.352 Hình vẽ mặt cắt ngang đập dựa vào tọa độ x,y : 0 0 1 2 3 4 5 -1 -2 -3 -4 -5 -6 Trang 11 Đồ án thủy công 1 GVHD: 3.12 2.5464 3.24 2.7468 3.36 2.9544 3.48 3.168 3.6 3.3888 3.72 3.6156 3.84 3.8484 3.96 4.086 4.08 4.3308 4.2 4.5816 4.32 4.8372 4.44 5.0988 4.56 5.3652 4.68 5.6376 Vậy đập tràn rộng... (m) Tiếp tục chọn lại d2 = 1.557 (m) ta lặp lại các bước tính tương tự ta có : d2‟ = 1.554 (m) tạm dừng và chọn bể có chiều sâu là 1.55 (m) Chiều dài bể tiêu năng : lb = l1 + lngập SVTH: Trang 19 Đồ án thủy công 1 GVHD: Trong đó : l1 = 0 do sử dụng đập tràn mặt cắt thực dụng lngập = (0,7 0,8 )lhc lhc = 0.45 hc‟‟ = 0.45 2.8383 = 1.277 (m) : chiều dài nước nhảy lngập = 0.7 1.277 = 0.894 (m)... J tb nếu sai số không quá lớn thì chọn kết quả h vừa tính Nếu sai thì tiếp tục thử dần tìm h Tương tự ta tính tiếp các giá trị h2, h3, h4 vẽ đường mặt nước trong đoạn co hẹp Bảng kết quả tính toán : h ω V v2/2g ∋ ∆∋ ho 1.174 24.66 3.39 0.59 1.76 0.02 h1 1.065 22.37 3.74 0.71 1.78 0.02 h2 1.015 21.32 3.93 0.79 1.80 0.03 h3 0.976 20.50 4.08 0.85 1.83 0.03 h4 0.942 19.78 4.23 0.91 1.85 Thấy ℎ4 𝐻