Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường nghiên cứu một số vấn đề thủy lực trong thi công công trình chỉnh trị sông dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ

1 Mục lục Mở đầu Chương Tổng quan đập khóa 1.1 Các vấn đề nghiên cứu đập khóa 1.1.1 Các vấn đề nghiên cứu lý thuyết 1.1.2 Các vấn đề nghiên cứu ứng dụng 1.2 Các phương pháp nghiên cứu đập khóa 1.2.1 Phương pháp nghiên cứu mơ hình vật lý ẠI Đ 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu mô hình tốn Ọ H 1.3 Các thành tựu nghiên cứu chuyên sâu đập khóa C 1.3.1 Kết cấu dịng chảy khu vực đập khóa .6 ÀN H 1.3.2 Diễn biến lịng sơng khu vực đập khóa G ẢI H 1.3.3 Khoảng cách hữu hiệu đập khóa ỆT VI 1.3.4 Cao trình đỉnh đập khóa AM N 1.3.5 Tính tốn dự báo hệ kỹ thuật cơng trình 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài Chương Các vấn đề thủy lực thi công đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ 2.1 Dự tính lượng dịng chảy bị chặn 2.2 Tính tốn cơng suất đơn vị dùng phương pháp lấp phương pháp lấp đứng để chặn dòng 13 2.2.1 Tính tốn thả vật liệu khơng theo phương pháp lấp 13 2.2.2 Công suất đơn vị dùng phương pháp lấp đứng để chặn dịng 16 2.3 Ngun lý tính tốn khả nước lịng sơng bị thu hẹp 18 2.3.1 Khái niệm ký hiệu 18 2.3.2 Tính tốn thu hẹp mặt bên dịng chảy 23 2.3.3 Đặc trưng hình học chủ yếu cơng trình chặn dịng thu hẹp dịng chảy 24 2.4 Tính tốn độ chênh mực nước nước dâng thu hẹp lịng sơng 26 2.4.1 Xác định độ chênh lệch mực nước .26 2.4.2 Tính tốn nước dâng z’ 31 2.5 Tính tốn hình dạng bên thuộc loại loại đập khóa 32 2.6 Tính tốn hình dạng bên ngồi thuộc loại đập khóa 37 2.7 Tính tốn hình dạng bên ngồi loại đập khóa 41 Chương 45 Ví dụ tính tốn minh họa 45 Đ ẠI 3.1 Tính tốn thủy lực lịng sơng bị thu hẹp 45 H C Ọ 3.2 Tính tốn khối lượng đá đổ theo phương pháp thi công 50 ÀN H Kết luận kiến nghị 54 G Tài liệu tham khảo 55 H ẢI Phụ lục 56 ỆT VI AM N Mở đầu 1) Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, Việt Nam, cơng trình đập khóa chưa phổ biến chưa có phần mềm chun dụng để tính tốn thủy lực đập khóa Tuy nhiên tương lai gần, ảnh hưởng biến đổi khí hậu, đoạn sơng phân nhánh lưu lượng khơng đảm bảo chạy tàu tất nhánh, đặc biệt vào mùa kiệt Điều ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành giao thông vận tải thủy nội địa kinh tế quốc dân Do vậy, đoạn sông phân nhánh cần phải xây dựng cơng trình chỉnh trị dạng đập khóa kè điều chỉnh lưu lượng để tăng lưu lượng mực nước bên nhánh chạy tàu Mặt khác, tính tốn thủy lực cơng trình nói chung chỉnh trị sơng nói Đ ẠI riêng phải quan tâm đến ảnh hưởng tượng nước dâng thượng lưu co hẹp Ọ H lòng dẫn, tượng vật liệu bị xói trơi tác dụng dịng chảy, tính thấm C Chính vậy, việc phân tích, tính toán vấn đề thủy lực độ dâng mực nước, so H G ÀN sánh khối lượng đá đổ theo phương án thi công cần thiết có ý nghĩa ỆT VI 2) Mục đính nghiên cứu ẢI H thực tiễn cao lĩnh vực chỉnh trị sông phục vụ giao thông vận tải thủy Nghiên cứu số vấn đề thủy lực thi cơng cơng trình chỉnh trị sơng phân AM N lạch dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ Minh họa ví dụ tính tốn cụ thể 3) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu cơng trình chỉnh trị đoạn sơng phân lạch dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ 4) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu, khảo sát thực địa, phương pháp chuyên gia sử dụng để tích lũy kiến thức, biết tổng quan tìm vấn đề nghiên cứu, bổ sung, kiểm tra số liệu kết tính tốn Phương pháp phân tích, xử lý tổng hợp số liệu thực đo thủy văn - thủy lực, địa hình, đồ lịch sử, phân tích diễn biến, hình thái đoạn sơng Phương pháp mơ hình tốn sử dụng để xác định điều kiện biển đổi thủy văn cho đoạn sơng nghiên cứu tiến hành tính tốn cho ví dụ 5) Đóng góp đề tài Dựa phân tích hệ thống lý thuyết trường thủy động lực học lịng sơng khu vực thi cơng cơng trình đập khóa, tác giả đề xuất lập chương trình tính tốn Mathcad nhằm đơn giản hóa việc tính tốn số vấn đề thủy lực thi cơng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ Qua phục vụ cho việc lựa chọn tham số thiết kế, thi cơng cơng trình đập khóa phục vụ cho việc chỉnh trị đoạn sông phân lạch giao thông vận tải thủy ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N Chương Tổng quan đập khóa 1.1 Các vấn đề nghiên cứu đập khóa 1.1.1 Các vấn đề nghiên cứu lý thuyết - Nguyên lý làm việc loại cơng trình đập khóa - Mơ chế độ thủy động lực học khu vực đập khóa - Tính tốn xói cục hạ lưu đập khóa bồi lắng lịng dẫn khu vực hạ lưu bên nhánh khơng chạy tàu 1.1.2 Các vấn đề nghiên cứu ứng dụng - Xác định phương án bố trí khơng gian cho hệ thống đập khóa, tính tốn kết Đ ẠI cấu ổn định cơng trình H C Ọ - Đánh giá ảnh hưởng hệ thống đập khóa đến dịng chảy diễn biến lịng ÀN H sơng so với yêu cầu chỉnh trị đặt G 1.2 Các phương pháp nghiên cứu đập khóa H ẢI Các nghiên cứu đập khóa thường tiến hành nhiều thí nghiệm AM N mơ hình tốn (MHT) ỆT VI mơ hình vật lý (MHVL), năm gần bắt đầu có nghiên cứu 1.2.1 Phương pháp nghiên cứu mơ hình vật lý Với vấn đề lý thuyết bản, thí nghiệm thường tiến hành máng nước phịng thí nghiệm thủy lực Đối với nghiên cứu ứng dụng, thường tiến hành mơ hình đoạn sơng thực tế, với điều kiện có tính địa phương đoạn sơng cần chỉnh trị Các thí nghiệm hệ thống đập khóa thường quy đinh hệ số biến hình để khơng ảnh hưởng đến tính tương tự khu nước hố xói cục Những kỹ thuật nghiên cứu kết cấu dòng chảy 3D, lưu hướng mặt, lưu hướng đáy, chuyển động bùn cát… ngày hoàn thiện thiết bị đại Gần đây, Viện Thủy lực Đại học Karlsruhe (CHLB Đức) sử dụng kỹ thuật việc đo kết cấu dòng chảy phương pháp Particle Tracking Velocimetry (PTV) nhằm tính tốn trường vận tốc nhanh xác, có tranh sống động kết cấu dòng chảy quanh khu vực xây dựng đập khóa Tuy vậy, bất cập việc sử dụng mơ hình vật lý nhiều chun gia đề cập đến nghiên cứu mình, tính tương tự mơ hình lịng động 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu mơ hình tốn Mơ hình tốn thay mơ hình vật lý tốn dự biến hình lịng dẫn 1D cho sơng có chiều dài lớn với ưu cho lời giải nhanh rẻ Với vấn đề diễn biến lịng sơng 2D cho đoạn sơng ngắn, mơ hình toán phát triển phức tạp mà quy luật chuyển động bùn cát 3D, điều kiện biên phức tạp, mà quy luật chuyển động bùn cát 3D chưa nghiên cứu đầy đủ, cịn phải tốn nhiều cơng sức để làm cho mơ hình tốn 3D ứng dụng vào thực tế ẠI Đ Điểm tồn nghiên cứu mơ hình tốn chủ yếu đề cập đến vấn Ọ H đề mở rộng phạm vi sử dụng mơ hình tốn, nâng cao độ xác tính tốn, bảo C đảm tính ổn định hội tụ nghiệm, giảm thiểu dung lượng nhớ tăng tốc ÀN H độ tính tốn G 1.3 Các thành tựu nghiên cứu chuyên sâu đập khóa ẢI H 1.3.1 Kết cấu dòng chảy khu vực đập khóa VI ỆT Vấn đề nghiên cứu sớm nhiều nhà khoa học giới Bức tranh AM N kết cấu dịng chảy mơ tả hồn chỉnh cơng trình nghiên cứu Hoa Kỳ Hiện chưa có phát chất tượng, có nghiên cứu phương pháp mô tả 1.3.2 Diễn biến lịng sơng khu vực đập khóa Các hố xói cục đập khóa, kè mỏ hàn hay trụ cầu sông nghiên cứu nhiều công trình C.L.N Sastry, G.Tixon (1962), M.A Gill (1968), mơ hình vật lý V.L Da Cunha (1971), Haancu (1976), S.C Jain (1981) cà dừng lại công thức kinh nghiệm 1.3.3 Khoảng cách hữu hiệu đập khóa Trong thực tế, tùy theo độ chênh mực nước thượng hạ lưu lớn hay nhỏ hệ thống đập khóa bố trí đa hay đơn Ở Việt Nam có 1, cơng trình đập khóa xây dựng đập khóa đơn (đập khóa rạch Nhà Thương, chặn nguồn dịng chảy sơng Tiền thúc vào rạch Sa Đéc) 1.3.4 Cao trình đỉnh đập khóa Trên giới, thơng thường tính tốn cho đập khóa khơng ngập cho rằng, biến hình lịng dẫn bất lợi xẩy trường hợp dịng chảy có mực nước ngang đỉnh đập khóa Dao động mực nước đỉnh đập khóa thường khơng lớn 1.3.5 Tính tốn dự báo hệ kỹ thuật cơng trình Trên giới, cơng trình chỉnh trị lớn nghiên cứu mơ hình tốn mơ hình vật lý Ở nước ta, mơ hình vật lý khơng phải dễ dàng thực Những mơ hình tốn lớn lại khó ứng dụng cho loại cơng trình đập khóa ẠI Đ kích thước cơng trình q nhỏ so với lưới tính tốn Những cơng trình, chưa nghiên C hậu xấu Ọ H cứu dự báo tốt hiệu kỹ thuật nó, nên khơng phát huy tác dụng dẫn đến H G ÀN 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài ẢI H Trong chuẩn tắc luồng tàu nói chung, quan trọng yếu tố độ sâu dòng chảy, VI độ sâu dòng chảy liên quan đến mực nước cao trình đáy sơng Trong chỉnh trị ỆT đoạn sơng phân lạch nói riêng biến động lịng dẫn, quan trọng độ dâng gây AM N mực nước lưu lượng bên nhánh chạy tàu tác dụng chặn dịng chảy đập khóa Với nhận thức phạm vi đề tài, tác giả sâu nghiên cứu vấn đề sau đây: Trong thực tế cơng trình đập khóa Việt Nam chưa phổ biến, gặp Việc tính tốn thủy lực đập khóa tính tốn thủ cơng, chưa có phần mềm tính tốn chun dụng, dự án lớn có điều kiện thí nghiệm mơ hình vật lý Vì vậy, để giảm thời gian khối lượng tính tốn nâng cao độ xác tính tốn thủy lực đập khóa, đề tài sâu nghiên cứu thiết lập chương trình tính tốn phần mềm Mathcad Chương trình sử dụng tính tốn thiết kế cơng trình chỉnh trị đoạn sơng phân lạch dạng đập khóa Chương Các vấn đề thủy lực thi cơng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ 2.1 Dự tính lượng dịng chảy bị chặn Đồng thời, xây đập chặn dòng từ đáy lên (h.7) dùng phương pháp lấp đứng, lấp từ hai bờ lại (h.8), để tiến hành nghiên cứu lượng, mà hai trường hợp khơng tính độ chênh khôi phục, tức giả định mặt nằm ngang mực nước hạ lưu kéo dài đến mặt cắt ngang chặn dịng Từ sơ đồ ta viết phương trình Bernoulli cho đơn vị trọng lượng chất lỏng mặt cắt I-I II-II sau: 2g  1  2g , (3) H 12 - hệ số sức cản cảu đoạn I-II C Ọ  ẠI h1 + g  ah Đ 1 12 ÀN H Đối với sơ đồ thu hẹo lịng sơng hình 8, có độ cao chặn dịng đáy sơng h G = ẢI H Nếu xét mặt hình học độ chênh lệch nước thượng hạ lưu, tức cột nước ỆT VI là: z = h1 - a - h AM N kí hiệu thường dùng là: 1 + 12 = 2 Trong φ - hệ số lưu tốc Do phương trình (3) viết dạng z=  v 1v12   2g 2g Như tính tốn ra, phương án chặn dòng thực tế, cột nước lưu tốc số hạng thứ hai phương trình này(tương ứng với lưu tốc tiến gần v 1), điều kiện chênh lệch không đáng kể, so với số hạng thứ bé, bỏ qua khơng tính, cịn số hạng thứ phụ thuộc tương đối lớn vào lưu tốc v sức cản Cho nên thực tế lấy:  v2  2g z= Để dự tính lượng dòng chảy 1m chiều rộng cửa hàn đơn vị thời gian, đem hai vế phương trình nhân với  q0 , được:  v2  q0 z =  q0 g Vế trái phương trình cơng suất trung bình dịng chảy qua 1m chiều rộng mặt nước dòng chảy bị chặn, tức cơng suất đơn vị N0 dịng chảy bị chặn: N0 =  q0 z ẠI Đ  Sau xét đến g =  (  - mật độ chất lỏng) mà  q0 = m khối lượng H C Ọ  chất lỏng chảy qua 1m chiều rộng cửa hàn đơn vị thời gian,  ÀN H trị số lớn Chúng ta viết biểu thức (4) thành dạng chung: G (5) ẢI mv 2 H N0  s VI ỆT Như công suất đơn vị dòng chảy độ chênh lệch tập trung AM N thay đổi lưu lượng đơn vị sinh ra, tương ứng với động khối lượng dòng chảy qua 1m chiều rộng cửa hàn Chúng ta biết rằng, phần lượng tổng tồn cơng phần dịng chảy gây Đối với kích thước phương án bố trí cơng trình thủy cơng đó, vào tài liệu tính tốn thủy lực (hoặc thí nghiệm) vẽ đường quan hệ yếu tố thủy lực chủ yếu dòng chẩy bị chặn với chiều cao thay đổi h đáy đập chặn dòng, với chiều rộng cửa hàn B đứng Theo chiều cao đập chặn dòng tăng lên với mức độ thu hẹp lịng sơng theo phương pháp lấp đứng, độ chênh mực nước z tăng lên, lưu lượng cửa hàn giảm đường dẫn dòng bắt đầu công tác Cho nên trị số công suất đơn vị thường dùng trị số công suất tới hạn lớn Ntb để biểu thị Trong hình biểu thị đường quan hệ chiều cao đập chặn dịng h ln thay đổi thi thả vật liệu chặn dịng xuống lịng sơng với độ chênh mực nước z, lưu 10 lượng đơn vị tràn ngập qua đập chặn dịng q, lưu tốc trung bình đỉnh đập chặn dịng v cơng suất đơn vị N Qua đường biểu diễn hình ta thấy, trị số lớn N tương ứng với chiều cao h đập chặn dòng, nhiều trường hợp, lúc xuất lưu tốc trung bình lớn v dòng chảy tràn qua Như vậy, trị số lớn tích số khối lượng lưu lượng đơn vị tràn qua đập chặn dòng độ chênh mực nước đập chặn dòng (tức Nth) biểu thị tích cực lớn dịng Dùng phương pháp lấy để chặn dòng vẽ đường biểu diễn theo công thức z N  f zmax  (6) Trong đó: ẠI Đ z - biến số; Ọ H zmax - độ chênh mực nước lớn đập chặn dòng C Đường cong dạng tương tự vẽ cho trường hợp chặn dòng theo phương pháp lấy H ÀN phương pháp lấp đứng * giúp so sánh cách khách quan G tình hình thủy lực lúc chặn dịng sơng, đồng thời giúp xét đến tác H ẢI dụng khả tháo nước thân đập chặn dịng Tài liệu hình 10 ỆT VI rõ, độ chênh lệch cuối zmax dịng sơng lưu lượng đơn vị rộng AM N qmax thời kỳ đầu để dự tính điều kiện thủy lực chặn dịng sơng thực tế, hồn tồn Phân tích hình thành đập chặn dịng dịng chảy, thấy rằng, nhân tố tác dụng chủ yếu phần dòng chảy thấm qua đập chặn dịng Do có phần dịng chảy thấm qua đập chặn dịng, nên cơng suất phần lưu lượng thấm giảm cách tương ứng Do đó, điều kiện giống nhau, mà dùng vật liệu chặn dịng có độ rỗng tương đối lớn có lợi cho việc chặn dịng Đối với vật liệu chặn dòng đá hộc khối bê tông, thả xuống vật liệu không đồng mà độ rỗng lại bé, tác dụng phần lưu lượng thấm nhỏ, khơng xét đến Nếu vật liệu lớn, đúc sẵn cấu kiện có hình dạng đặc biệt làm thành đập chặn dịng có độ rỗng lớn cần phải xét đến thấm Trong trường hợp này, lưu lượng thấm lưu lượng tràn bề mặt không giống 42 Trước hết cần nói rõ vấn đề: điều kiện vật chặn dịng từ hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ ba chuyển sang hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ tư (h.31) Rất rõ ràng, giả sử trị số q thực tế khơng đổi (ví dụ trường hợp khơng có đường tiêu nước), vật chặn dịng ta thả đá xuống chảy có độ dài ln ln thay đổi, ln giữ hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ ba mà khơng chuyển sang hình dạng bên thuộc loại thứ tư Cũng cần rõ thêm, số hạng biểu thị phát triển chiều dài vật chặn dịng – trị số li (xem hình 44), tỷ lệ thuận với độ chênh mực nước zđn tổn thất chiều dài vật chặn dòng Trên thực tế li = Ọ H li = Ezdn ẠI Đ z dn ho2 y 3 q y 1  2 z dn  2 y 3 z dn i n q n vmax C q = const, với viên đá cho biết trước (từ viên đá xác định H ẢI H q y 1 = const y 3 n v max G E= ÀN độ nhám n, tính lưu tốc vmax) ỆT VI Cơng thức tìm được, dùng để tính tốn sơ mức độ phát triển vật N chặn dịng, điều kiện nói vật chặn dịng ln ln trạng thái hình dạng bên AM ngồi thuộc loại thứ ba Chỉ trị số q giảm cách rõ ràng, hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ tư bắt đầu Ngoài tăng nhanh chiều cao đỉnh vật chặn dọng so với trước, chuyển tiếp mái dốc trước, mặt sau (hạ lưu) vật chặn dòng thực tế chấm dứt kéo dài; đặc trưng quan trọng biểu thị bắt đầu hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ tư Như nói, trị số li trị số chủ yếu để xác định mức độ phát triển phần hạ lưu vật chặn dòng Sau ta nghiên cứu, với điều kiện z dn q làm cho li bắt đầu giảm nhỏ Khi li đạt tới trị số lớn nhất, tất chữ, phía bên phải ghi thêm dấu “ ,” Điều kiện viết dạng li < l’i 43 z dn z ' dn  i i' Trị số z dn z dn q / z dn q /  10 /  i A n vmax đây, viên đá biết A = n2v 10max/ = const Tương tự, ta có z 'dn z 'dn q /  i' A Như vậy, bất đẳng thức viết thành Đ zdn q / z 'dn q /  A A ẠI Nói cách khác, tích zdnq4/3 bắt đầu nhỏ trị số trước đó, nghĩa C Ọ H zdnq4/3 < z’dnq’4/3 ÀN H dạng thơng thường, zdnq2y+1 < z’dnq’2y+1 li bắt đầu nhỏ trị G số lớn li mà hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ ba đạt tới, ẢI H thân vật chặn dịng chuyển sang dạng bên ngồi thuộc loại thứ tư VI Khi y = 0, trị số bất đẳng thức tỷ lệ thuận với công suất đơn vị ỆT mái dốc (bài 3) AM N Cách xác định đơn giản độ chênh mực nước thượng hạ lưu tương ứng với trị số lớn li dựa vào biểu thức sau để vẽ thành đường cong: zdnq4/3 = f(mntl - mnhl) Hình 46 sơ đồ tính tốn hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ tư vật chặn dịng Q trình tính tốn sau: trước hết vào mực nước thượng lưu cho, xác định q Tính tốn Ho (đối với đoạn chảy tràn khơng ngập) q Ho =   M  2/3 Đồng thời, để kết tính tốn độ chênh mực nước mà vật chặn dịng tạo nên khơng q lớn (điều kiện đặc biệt quan trọng hình dạng bên thuộc loại thứ tư), M chọn trị số lớn đập tràn đỉnh rộng, tức M= 1,72 Đối với viên đá biết trước, trị số vmax tính thử trước, ta được: 44 ho = q vmax zđt = Ho – ho - vo2 ; 2g Cuối cùng, giả sử đoạn tràn chảy không ngập, chiều cao vật chặn dòng vo2 h = mntl - đs – Ho ; 2g zdn = mntl - mnhl – zđt Căn công thức sau để tính độ dốc phận mái dốc hạ lưu: i= n2q ho10 / đồng thời tìm chiều dài đoạn đập tràn: g ẠI q Đ lđt  3 H C Ọ Phương pháp đơn giản để xác định phần tương đối dốc mái hạ lưu ÀN H giao điểm trước tìm dùng phương pháp đồ giải Trị số giới G hạn độ dốc mái dốc tìm tính tốn, cần tham khảo góc ổn định đống đá ẢI H xếp để chọn dùng ỆT VI Trước nghiên cứu giai đoạn sau cơng trình, cần nói rõ thêm là: mặt cắt tính tốn trường hợp hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ ba loại N AM thứ tư, số liệu thủy lực cần phải điều chỉnh cho thống Chẳng hạn, dùng phương pháp sau để đạt mục đích Giả thiết tìm trị số mực nước thượng lưu Căn trị số dựa vào sơ đồ hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ ba để tính trị số lớn li Tiếp đến, vào trị số mực nước thượng lưu ấy, dựa vào sơ đồ hình dạng bên ngồi thuộc loại thứ tư để tính tốn Lần tính tốn cho kích thước vật chặn dịng lớn so với lần tính tốn trước Mặt cắt tính tốn này, dùng làm mặt cắt ban đầu để tính tốn hình dạng bên ngồi tiếp sau hình dạng bên thuộc loại thứ tư 45 Chương Ví dụ tính tốn minh họa 3.1 Tính tốn thủy lực lịng sơng bị thu hẹp Thời kỳ thứ thu hẹp lịng sơng Qs  5600 Bs  980 htn  8.4 y  1.3  ns ns  0.025 Qs zmax  2000 zmax  2.8 Diện tích lịng sơng thiên nhiên:  Bs htn ẠI Đ s Chu vi ướt lịng sơng thiên nhiên: s C Ọ H  Bs  htn s Rs  s G ÀN H Bán kính thuỷ lực: s  8.232  10 s  996.8 Rs  8.258 y Rs ns Cs  Cs  61.734 ẢI H Hệ số Chezy: B  393 Lkt  ỆT VI Tính tốn hệ số thu hẹp μ:   o  1.06  0.31 q Trị số hiệu chỉnh σL: L  0.77  0.2  Trị số hiệu chỉnh σkt:  kt Trị số hiệu chỉnh σFr: vdc Fr  ghtn AM N q Lkt B o  0.874 L  0.772  1.18  Fr  0.92  0.3Fr Trị số hiệu chỉnh σe (thu hẹp bên): Hệ số lưu lượng μ: Fr  0.035 e  Fr  0.931  0.955    o  L kt  Fr e      0.707 46 Độ thu hẹp: '    (1   ) '  0.717 bth   B Chiều rộng thoát nước mặt cắt thu hẹp: bth  277.887  th  Diện tích nước mặt cắt thu hẹp:  th Chu vi ướt lịng sơng: bth htn  2.334  10  dc  bth  htn  dc  294.687 ẠI Đ  th Rdc   dc C Ọ H Bán kính thuỷ lực lịng sơng: H G ÀN Rdc  7.921 ẢI H y Rdc ns Cdc  ỆT VI Hệ số Chezy: AM N Cdc  61.207 Qs vtn  s Độ dốc ma sát lịng sơng thiên nhiên: itn  vtn Cs Rs Qs vth   th Tốc độ nước trung bình mặt cắt thu hẹp: Hệ số a, Λ: a  0.055 Độ dốc ma sát lịng sơng:  idc  vth  2.44 Cdc Rdc Góc khuếch tán hợp đường cong nước vật với trục dòng chảy ψ: 47      log       '   '   atan  a  Bs ' Lhl  tan (  ) Chiều dài đoạn mở rộng: Lhl  3.697  10 Trị số trung bình hình học độ dốc ma sát itb: itb  5 itn idc itb  5.34  10 ẠI Đ H ktl  C Ọ Các hệ số thường dùng: ÀN H G Độ chênh MN thượng - hạ lưu:   ẢI H v th z  itb  B  Lhl  idc Lkt  '  2g VI  ỆT Chiều cao nước dâng thượng lưu:     v th AM N z'  itb  itn B  Lhl  idc  itn Lkt  '  2g Thời kỳ thứ hai thu hẹp lịng sơng chặn dịng phương pháp lấp đứng Chiều rộng trung bình cửa hàn bắt đầu hàn đập lấp đứng Btb: Btb  m htn Độ thu hẹp lòng sông tương đương với chiều rộng là: Bs  Btb ''  Bs Tính tốn tình hình thu hẹp lịng sơng giai đoạn thứ lấp đứng đập đến độ thu hẹp θ``=0,991 Giả sử độ chênh cột nước z = 1m, tính tốn lưu lượng Qt đường dẫn dịng thi cơng (lưu lượng qua nhánh chạy tàu đề tài) 48 Qt  2000z Lưu lượng chảy qua cửa hàn khẩu: Q  Qs  Qt Hệ số lưu lượng đơn giản hoá:  g  Q  s 2gz Căn vào đường cong hình 20a, đồng thời vào hệ số μg tính được, đặc tính lịng sơng Λ = 2,44 (tính tốn thời kỳ thứ nhất), tính độ thu hẹp lịng sơng dẫn dịng θ` = 0,885 (carefully check) ẠI Đ Giả sử dòng nước chảy vịng qua đầu mố đập lấp đứng khơng thuận, đồng thời vào số liệu $5, dùng hệ số thu hẹp trung bình ε = 0,65 độ thu hẹp lịng sơng tính theo cơng thức (27) là: Ọ H C     ' G ÀN H  ẢI H Chiều rộng trung bình cửa hàn tương ứng với độ thu hẹp là: ỆT VI B' tb  (1   ) Bs AM N Lưu lượng đơn vị giả thiết phân bố chiều rộng cửa hàn khẩu: q  Q B' tb Chiều rộng trung bình dịng chảy nơi mặt cắt thu hẹp: b'th  B' tb Lưu lượng đơn vị phân bố theo chiều rộng mặt cắt thu hẹp: Q qtb  b'th Cơng suất đơn vị trung bình dịng chảy nơi mặt cắt thu hẹp: Ntb   n qtbz 49 Lưu lượng đơn vị lớn cửa hàn q`, xét đến tập trung lưu tốc đầu mố đập lấp đứng, thường dùng hệ số k = 1,1 - 1,3; lấy trung bình 1,2 để tính: q'  k q Cơng suất lớn dòng chảy cửa hàn khẩu: N   n q' z Khi độ thu hẹp thay đổi phạm vi θ = 0,991; tiến hành tính toán loạt trị số độ chênh z trị số θ = 0,991 tương ứng với lúc bắt đầu hàn đập theo phương pháp lấp đứng (độ dốc nối liền đáy sơng) ẠI Đ Căn vào kết tính được, vẽ đường cong quan hệ độ chênh mực nước z, lưu lượng đơn vị q, lưu tốc trung bình vtb, cơng suất đơn vị lớn dịng nước q trình chặn dịng với chiều rộng trung bình Btb cửa hàn (hình 21b) C Ọ H G ÀN H Trước tiến hành nghiên cứu thí nghiệm cách có hệ thống để kiểm tra kỹ khả nước cửa hàn hình tam giác, tính tốn cho giai đoạn hàn đập theo phương pháp lấp đứng nên tiến hành tính tốn tương tự giai đoạn đập lấp đứng giai đoạn thứ ẢI H VI ỆT Giả sử độ chênh mực nước z tương ứng với độ thu hẹp θ > 0,991, ví dụ z = 2,7m Khi đó, lưu lượng Qt chảy qua đường dẫn là: AM N Qt  2000z Lưu lượng chảy qua cửa hàn khẩu: Q  Qs  Qt Hệ số thu hẹp ε = 1:   Độ thu hẹp lịng sơng:    Q 4 s  z Diện tích cửa hàn xác định theo quan điểm hình học, vào cơng thức:  Bs(1   ) htn H Mặt khác diện tích biểu thị quan hệ: 50  Btb m Btb  Từ công thức dẫn đến: m  s (   ) Bhk  2Btb Chiều rộng phía cửa hàn (theo mặt nước): Lưu lượng đơn vi phân bố chiều rộng cửa hàn khẩu: q  Q Btb ẠI Đ N  1.2 n q z C Ọ H Cơng suất dịng chảy xét đến lưu tốc tập trung: G ÀN H Khi độ thu hẹp θ > 0,991 số trị số độ chênh z tiến hành tính tốn ẢI H Căn vào kết tính toán, vẽ đồ thị quan hệ z, q, N, vtb với chiều rộng trung bình cửa hàn Btb giai đoạn chặn dịng (hình 21b) VI ỆT Khi độ thu hẹp  > 0,991 trị số độ chênh z tiến hành tính tốn, AM N vẽ đồ thị quan hệ độ chênh lệch z, q, z N với chiều rộng trung bình cửa hàn giai đoạn chặn dịng (xem hình 21b) Trên đồ thị vẽ quan hệ lưu tốc trung bình v cửa hàn với chiều rộng B cửa hàn Qua ví dụ tính tốn đây, qua tài liệu nghiên cứu phòng thi nghiệm tài liệu chặn dòng phương pháp lấp đứng nhiều dòng song cho ta thấy rằng, giai đoạn chặn dòng cửa hàn căng thẳng, lúc hàn có cơng suất lớn, lưu tốc dịng nước lớn 3.2 Tính tốn khối lượng đá đổ theo phương pháp thi công 51 Phương pháp lấp Qs  5600 B  200  d  2.6 zmax  2.8 Qs qmax  B   1.0 vmax  1.2 2g  d   qmax n  0.1 Nth  19.6 Qs vmax  4.46 d Đ zth  ẠI qth  htn  8.4 d  0.44 Nth  0.25 qmaxzmax g  9.81 Bhtn  3.333 zmax C Ọ H h0  3.139 e  htn  h0 e  5.261 G ÀN H qth h0  vmax ẢI H n vmax Vlb  SccB AM  zth       1.25  htn  zmax 3 2e  N e Nth h0 ỆT VI Scc  Scc  349.649 Vlb  6.993  10 (m3) 52 Phương pháp lấp đứng vmin  0.75vmax vmin  3.345 h  htn  zmax h  11.2 a  m  1.25 B1  200 B2  112 Dùng phương pháp lấp đứng mặt cắt dày đặc để chặn dòng, chiều rộng cửa hàn từ B1 = 200m đến B2 = 112m   V1  1.676  10 V1  (a  m h )h  B1  B2 ẠI Đ Dùng lấp đứng để xây đập chặn dòng, vật liệu có khả bị xói rời, chiều rộng cửa hàn từ B2 = 112m đến B3 = 10m z  1.45 C Ọ H Giả sử B = 100m (tra hình 21b, 81a)q  26.7 Nmax  38.715 q h0  vmax h0  5.987 G ÀN H Nmax   q z ẢI H e  2.413 ỆT VI e  htn  h0 S2  e Nmaxh0   z 1    1.25  htn  zmax 3 2e  n vmax AM N S2  405.499 Vẽ đồ thị quan hệ B ~ S Sau tính tổng khối lượng đá đổ diện tích S = f(B) V2  46200 53 Trong giai đoạn hàn phương pháp lấp đứng, chiều rộng trung bình ban đầu cửa hàn B3 = 10m, đường kính đá đổ d = 1,15m Nthld  100 N  Nthld z  2.64 B3  10 dmax  1.15 q  37.8 vmax  1.2 2g d   vmax  7.21 dmax h0  5.243 ẠI Đ q h0  vmax  e  3.157 ẢI ỆT VI V3  S3 B3 S3  364.316 H n vmax G    z   1.25 h  z     tn max 3 2e  ÀN e N h0 H S3  C Ọ H e  htn  h0 V3  3.643  10 AM N Vld  V1  V2  V3 Vld  6.66  10 (m3) 54 Kết luận kiến nghị Đề tài xuất phát từ việc nghiên cứu, phân tích chất số vấn đề thủy lực thi công cơng trình chỉnh trị sơng phân lạch dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ Các tác giả xây dựng chương trình tính tốn phần mềm Mathcad để tính tốn số vấn đề thủy lực thi cơng đập khóa Chương trình tính thống thuận tiện cho việc tính tốn thủy lực đập khóa áp dụng cho cơng trình đập khóa xây dựng tương lai Việt Nam Kết đề tài sử dụng làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư, học viên, sinh viên chun ngành cơng trình thủy, thủy lợi ẠI đập khóa thực tế Đ Hướng phát triển đề tài tính tốn kiểm chứng cho cơng trình C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N 55 Tài liệu tham khảo Lương Phương Hậu, Nguyễn Thanh Hoàn, Nguyễn Thị Hải Lý (2011), Chỉ dẫn kỹ thuật cơng trình chỉnh trị sông, NXB Xây dựng, Hà Nội Phạm Thành Nam, Nguyễn Đình Lương, Lương Phương Hậu (2010), Thủy lực học cơng trình chỉnh trị sơng, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Tài, Lê Bá Sơn, Thủy lực, tập & 2, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2008 Nguyễn Viết Trung, Vũ Văn Toản, Trần Thu Hằng (2004), Tính tốn kỹ thuật xây dựng Mathcad, NXB Xây dựng, Hà Nội Đào Văn Tuấn (2002), Cơng trình đường thủy, NXB Xây dựng, Hà Nội Bộ môn Xây dựng đường thủy (2010), Bài giảng Động lực học sông biển, Trường ẠI Đ Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng H ÀN H nghiệp, Hà Nội C Ọ Viện Khoa học Thủy lợi (2008), Sổ tay kỹ thuật thủy lợi, phần tập 5, NXB Nông G B Przedwojski, R Blazejewski, K.W Pilarczyk (1994), River training techniques, ẢI H Delft/Poznan Washington D.C ỆT VI U.S Army Corps of Engineers, Engineering and Design (1994), River Hydraulics, AM N 56 Phụ lục ẠI Đ C Ọ H G ÀN H ẢI H ỆT VI AM N