Bài Giảng tính toán Thấm seepw 2012 Đại học Thủy Lợi

SeepWThấmSlopew, Bài giảng tính toán thấm đập đất, công trình Thủy lợi, trường đại học Thủy Lợi Hà Nội, tính toán ổn định mái dốc, tính toán ứng suất và biến dạng, tích hợp Modul, dòng thấm, dòng thấm trong môi trường đất đá

Trang 1

WATER RESOURCES UNIVERSITY – Southern Campus

Geo-Studio in Engineering Practice

Tp Hồ Chí Minh - 2016

Division of Civil Engineering

Trang 2

NỘI DUNG

• Tính toán thấm (Module SEEP/W)

• Tính toán ổn định mái dốc (Module

SLOPE/W)

• Tính toán ứng suất và biến dạng

(Module SIGMA/W)

• Tích hợp Module

Trang 3

Chương I

DÒNG THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG

ĐẤT ĐÁ VÀ MODULE SEEP/W

Trang 4

Lún, đùn, sủi hạ lưu tường ngoặt Lún, sụt cơ đê hạ lưu

Lún, nghiêng nhà để tủ điện điều hành

Trang 5

Nội dung:

• Dòng thấm trong môi trường đất đá

• Giới thiệu module SEEP/W

• Các bước tiến hành khi giải bài toán thấm

• Ví dụ và thực hành trên máy với bài toán thực tế

Trang 6

1 Dòng thấm trong môi trường đất đá

Đất được cấu tạo từ các hạt, trong đất có nhiều lỗ rỗng, trong các lỗ rỗng chứa khí và nước Nước chảy từ vùng có áp lực cao tới vùng có áp lực thấp Vì vậy, tính thấm của đất là khả năng của đất cho nước đi qua

Hạt đất, nước, khí

Trang 7

Dòng thấm có thể là ổn định hoặc không ổn định, tương ứng với các điều kiện là hằng số hoặc biến đổi theo thời gian Trong Địa kỹ thuật, dòng thấm sinh ra trong trường ứng suất là dòng không

ổn định trong môi trường có lỗ rỗng thay đổi theo thời gian.

1 Dòng thấm trong môi trường đất đá

Trang 8

v u

• Tæng thÕ n¨ng cña dßng thÊm t¹i A

2 PT Bernoulli – N¨ng lượng dßng thÊm

v Darcy = ki

(Nếu i quá lớn?)

Trang 9

Cơ chế và trạng thái dòng thấm trong MT đất đá

1 Dòng thấm từ A đến B do hiệu thế năng  h:

2.Tuỳ theo quan hệ v  i dòng thấm:

• Chảy tầng – Laminar flow  Phần lớn đất ;

• Chảy rối – Turbulent flow  Chảy trong đá

nứt nẻ, sỏi cuội, cát rất thô,

3 Tuỳ theo trạng thái của dòng thấm:

• Dòng ổn định – Steady flow  vectơ tốc

độ dòng thấm không đổi về độ lớn - hướng

theo thời gian tại 1 điểm hoặc 1 mặt cắt;

Trang 11

• Hàm thấm: thể hiện quan hệ giữa áp lực nước lỗ rỗng và hệ số

giảm khi độ ẩm giảm

• Do vậy, hệ số thấm giảm nếu áp lực nước lỗ rỗng tăng theo chiều âm

Trang 12

● Các đặc trưng về thấm cần chú ý ?

5- Cột nước thấm tổng (đường viền thấm)

Trang 14

Tại sao cần phải nghiên cứu về “Thấm”?

1 Vấn đề mất nước

- Làm giảm hiệu quả tích nước của hồ chứa

- Ảnh hưởng đến thi công do nước chảy vào hố móng

Trang 15

15

Hồ Am Chúa – huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa xuất hiện mạch đùn, mạch sủi nền hạ lưu đập (ảnh

chụp từ video) http://hungkcct.wordpress.com/

Trang 16

16

Thấm bùng nhùng ngang thân đập tại vị trí số 2, hồ Núi Cốc – huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên (Ảnh: hung.kcct)

Trang 17

2 Tính toán thấm dùng SEEP/W

Là phần mềm dùng để mô hình hóa chuyển động của nước & phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong môi trường đất đá theo phần tử hữu hạn

+ Có thể phân tích các bài toán:

1 Dòng thấm có áp, không áp; Ngấm do mưa; Áp lực nước lỗ rỗng dư; Thấm ổn định, không ổn định

2 Kết hợp với SLOPE/W phân tích ổn định mái dốc trong điều kiện có áp lực lỗ rỗng phức tạp

3 Kết hợp với CTRAN/W phân tích lan truyền ô nhiễm trong đất đá

Đặc điểm của SEEP/W

Trang 18

Cơ sở lý thuyết của SEEP/W

Các giả thiết cơ bản của PT thấm

1 Dòng thấm trong đất bão hòa/không bão hòa tuân theo

2 Qvào – Qra = biến thiên độ ẩm thể tích 

Trường hợp đất bão hòa, Qvào = Qra → dòng thấm ổn định, không ảnh hưởng đến độ ẩm thể tích ;

2 Tính toán thấm dùng SEEP/W

3 Chỉ có biến thiên áp lực nước lỗ rỗng là ảnh hưởng tới 

Trang 20

Lưu lượng dòng ra khỏi phân tố vi phân theo phương x

Tương tự, theo phương y và Z

Lưu lượng dòng ra khỏi phân tố:

Gọi là độ ẩm thể tích (hàm lượng nước)

Tại thời điểm t bất kỳ, thể tích nước trong thể tích phân tố đất:

Trang 21

Tại (t+dt):

Gia tăng thể tích nước trong thời gian dt:

Theo nguyên lý bảo toàn thể tích (khối lượng) nước:

Suy ra:

Trang 23

Phương trình thấm – Bài toán phẳng

H k

y x

H k

t

H m

t

Q y

H k

y x

H k

Trang 24

Cơ sở của SEEP/W là làm rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài toán Các miền liên tục được chia thành nhiều miền con (phần tử) Các miền này được liên kết với nhau tại các điểm nút

Trên miền con này,

dạng biến phân tương

đương với bài toán

được giải xấp xỉ dựa

trên các hàm xấp xỉ

trên từng phần tử,

thoả mãn điều kiện

trên biên cùng với sự

cân bằng & liên tục

giữa các phần tử

Trang 25

VD minh họa khả năng của SEEP/W V.5

11

11.5

12

12.5

3.5

4

4.5

15

Hệ đường thấm, vectơ thấm & đường đẳng thế

0

0 1

.1 0

.15

.1

0 2

0 25

0 3

5 1.25

Vùng nguy hiểm

d/2

Phù hợp TN của R.F Craig, 1995

Trang 26

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

0.1

0

0 1

5

0 2

0 3

0.4

0 75

30 Hệ đường thấm, đẳng

thế & vecto thấm

VD minh họa khả năng làm việc của SEEP/W V.5

Trang 39

Giới thiệu phần mềm SEEPW version 2012v8.15

I Màn hình giao diện làm

việc

Trang 40

Cấu trúc lệnh DEFINE

SEEP/W dùng thanh thực đơn và các thanh công cụ để điều khiển

Thanh thực đơn buông (Menu Bar): File, Edit, Set, View,

 Thanh công cụ chính (File Toolbar)

 Thanh công cụ chế độ (Mode Toolbar)

 Thanh công cụ lệnh(Command Toolbar)

 Thanh công cụ phác họa (Sketch Toolbar)

 Thanh công cụ xem ưu tiên (View Preference Toolbar)

File Toolbar: gồm các nút để thao tác tệp, in, sao chép,….v.v

40

Trang 41

Thanh công cụ chế độ (Mode Toolbar): chỉ gồm 2 nút nhập chế độ thao tác (DEFINE) và xuất kết quả (RESULTS)

Thanh công cụ lệnh(Command Toolbar): gồm các nút lệnh tạo mới

và chỉnh sửa đối tượng

Thanh công cụ phác họa (Sketch Toolbar): gồm các nút lệnh để

phác thảo văn bản, phác họa mô hình bài toán

Thanh công cụ xem ưu tiên (View Preference Toolbar): gồm những

nút dùng để tắt ưu tiên hiển thị

Trang 42

42

*

Thanh công cụ Zoom (grid toolbar): điều khiển phóng to – thu nhỏ

Thanh công cụ (Grid Toolbar): điều khiển hiển thị ô lưới

X coordinate

Y coordinate

X,Y Grid Spacing Snap Grid

Trang 43

II Sơ đồ khối giải BT địa kỹ thuật dùng SEEP/W

Giới thiệu bộ phần mềm SEEPW

Trang 44

Bµi to¸n vÝ dô

Trang 46

Xác định vùng làm việc Set  Page

XĐ lưới làm việc

Trang 47

47

Chú ý: nên chọn tỷ lệ ngang và tỷ lệ đứng bằng nhau

Xác định lưới vùng làm việc

Trang 48

Vùng làm việc

48

Trang 49

2 Phác thảo mô hình hình học của bài toán

Sketch/Polylines (Lines)

Trang 50

3 Khai báo hàm thấm

Trang 51

Hàm thấm trong SEEP/W

• Hàm thấm được định nghĩa bằng cách nhập tọa độ

của ít nhất 2 điểm Trong SEEP/W, hàm thấm có

thể được định nghĩa theo các cách:

+ Nhập trực tiếp điểm trong SEEP/W (ít nhất 2)

+ Tùy loại đất, có thể lấy hàm thấm mẫu trong thư

viện

+ Import 1 hàm sẵn có từ các bài toán khác

Chú ý: Đối với bài toán thấm qua nền cống, đất dưới thân cống

nhưng khác nhau về áp lực nước lỗ rỗng

Trang 53

Name Tên hàm thấm

Parameters Tham số

Hyd K Data Points Function Hàm các điểm dữ liệu hệ số thấm Matric Suction AL Nước lỗ rỗng

Trang 54

54

Trang 55

4 Khai báo & gán vật liệu Draw  Materials

 Click vào vùng cần gán vật liệu

Trang 56

56

 con trỏ chuyển sang

hình chữ thập

Trang 57

Trang 58

Trang 59

5 Tạo phần tử hữu hạn (tiếp) 5.2 Draw  Mesh Properties

Chú ý: SEEP tự tạo lưới mặc định cho những Region đã được gán vật liệu

Tùy chỉnh lưới cho từng vùng phần tử

 None: không chia phần tử hữu hạn

 Quads & Triangles: chia thành phần tử

tứ giác + tam giác

 Triangles Only: chỉ phần tử tam giác

 Rectangular Grid of Quads:

 Triangular Grid of Quads/Triangles:

Trang 60

6 Thiết lập điều kiện biên

Gán điều kiện biên trong SEEP/W thường chỉ sử dụng 1 trong 2 lựa chọn cơ bản:

1) Điều kiện biên về cột nước

2) Điều kiện biên về lưu lượng

Giữa H và Q có mối quan hệ qua lại lẫn nhau và có cùng vai trò

Trang 61

Cột nước tổng:

u: áp lực nước lỗ rỗng,

z : tọa độ của điểm T”

Vậy, luôn nhập điều kiện biên về cột nước cho thượng, hạ lưu = cao trình điểm tính + với chiều cao cột nước nó phải chịu

Ít nhất 1 nút trong phân tích thấm ổn định cần phải được

gán điều kiện biên về cột nước để bài toán có nghĩa

a Chú ý điều kiên biên về cột nước:

Trang 62

Trang 63

Lưu lượng của dòng thấm qua biên của 1 phân tố như

lượng ngấm do mưa; lưu lượng thấm ra ở hạ lưu Loại này

chỉ dùng khi biết được lưu lượng thấm tại biên các phần

tử, nên thực tế ít dùng,

thường chỉ để gán vùng không thấm hoặc mặt cho phép thấm ra (mặt phẳng thấm)

b Chú ý điều kiên biên về lưu lượng

Trang 64

Khai báo điều kiện biên KeyIn  Boundary Condition

Điều kiện biên cột nước

Điều kiện biên về lưu lượng

Trang 65

Trang 66

Gán điều kiện biên Draw  Boundary Condition

Trang 67

Trang 68

8 Vẽ trục tọa độ Sketch  Axes

Trang 69

9 Chạy mô hình Start / Solve Manager

Trang 70

Trang 71

Hiển thị các đường đẳng thế

/Total Head

Trang 72

10 Hiển thị kết quả tính

Dán giá trị các đường đẳng trị, lưu lượng thấm tại các mặt cắt

Draw  Contour Labels Draw  Flux label

Trang 73

10 Hiển thị kết quả tính

Đường thấm (đường dòng): quỹ đạo chuyển động của vectơ thấm

Draw  Flow Paths

View Vectors

Trang 74

11 Xuất các kết quả theo yêu cầu bài toán thấm

1 Biểu đồ áp lực thấm qua cống

Mục đích: so sánh, kiểm tra lại kết quả tính thấm trong thuyết minh

Tùy chỉnh tham số

Trang 75

1 Biểu đồ áp lực thấm qua cống

Trang 76

2 Gradient thấm và lưu lượng thấm qua cống

Mục đích: Kiểm tra độ bền thấm chung & độ bền thấm cục bộ

Tên &

Tham số:

XY - Gradient

Trang 77

2 Gradient thấm và lưu lượng thấm qua cống

Mục đích: Kiểm tra độ bền thấm chung & độ bền thấm cục bộ

Trang 78

CÁC CÁCH XEM KẾT QUẢ KHÁC

1 Xem kết quả tại nút, miền Gauss, đường thấm bất kỳ…

View Result Infomation

Kết quả tại nút 374 có tọa độ (10;0)

Trang 79

View Result Infomation

Kết quả tại miền Gauss số 1376 ngay dưới cửa ra

1 phần tử tứ giác = 4 miền Gauss

1 Xem kết quả tại nút, miền Gauss, đường thấm bất kỳ…

Trang 80

2 Xuất kết quả tính toán bằng đồ thị

Draw Graph…

Tên dạng kết quả

Tham số

thiếp lập vị trí (nút)

Trang 81

2 Xuất các kết quả tính toán bằng đồ thị

Trang 82

Biểu đồ gradient thấm tại cửa ra

Trang 83

Biểu đồ quan hệ cột nước áp lực – phương ngang

Trang 84

Trang 85

TểM LẠI CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH

• Kiểm tra số liệu

SOLVE CONTOUR

• Lưu trữ bài toán;

• Phác hoạ bài toán, xác định bài toán,

Trang 86

BTVN: Bài toán thấm qua đập đất

Trang 87

KÕt thóc SEEP/W

Tiêu đề	Bài Giảng tính toán Thấm seepw 2012 Đại học Thủy Lợi
Trường học	Water Resources University – Southern Campus
Chuyên ngành	Civil Engineering
Thể loại	Lecture Notes
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	4,05 MB
File đính kèm	bai-giang-seep-2012_compress.rar (4 MB)