5 Mơc lơc Mơc lơc Lêi giíi thiƯu Mơc lục A Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi 13 Chương Phân loại, phân cấp giai đoạn hình thành công trình thủy lợi 1.1 Phân loại phân cấp công trình thủy lỵi 17 17 17 18 22 27 27 28 30 32 1.1.1 Phân loại công trình thủy lợi 1.1.2 Phân cấp công trình thủy lợi (gọi tắt công trình thủy: CTT) 1.1.3 Tiêu chuẩn thiết kế 1.2 Giai đoạn hình thành khai thác công trình thủy lợi 1.2.1 Giai đoạn quy hoạch xác định hệ thống CTT 1.2.2 Giai đoạn lập dự án CTT 1.2.3 Giai đoạn thực dự án xây dựng CTT 1.2.4 Giai đoạn quản lý vận hành bảo trì CTT Chương chọn tuyến bố trí công trình 2.1 Tuyến công trình đầu mối thủy lợi 2.1.1 Các khái niệm tuyến 2.1.2 Tuyến loại bố trí công trình 2.1.3 Tuyến đập 2.1.4 Tuyến công trình xả lũ 2.1.5 Tuyến lượng 2.1.6 Tuyến công trình ngăn mặn 2.1.7 Mét sè vÊn ®Ị chung vỊ chän tun 2.2 Bè trí tổng thể công trình đầu mối 2.2.1 Những nguyên tắc chung 2.2.2 Bố trí công trình đập ngăn sông 2.2.3 Bố trí công trình với cột nước thấp 2.2.4 Bố trí công trình với cột nước trung bình 2.2.5 Bố trí công trình với cột nước cao 2.2.6 Một số nhận xét chung 2.3 Đặc tr-ng số công trình thủy lợi Việt Nam 2.3.1 Các công trình thủy điện 2.3.2 Các công trình thủy lợi đầu mối 2.3.3 Các công trình ngăn mặn 34 34 34 35 37 40 42 43 45 46 46 48 48 49 51 51 54 54 63 72 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 2.4 Một số mặt bố trí công trình 73 Chương tải trọng tác động 95 95 97 3.1 Tổng quát tải trọng, tác động tổ hợp chúng 3.2 Trọng l-ợng thân công trình 3.3 áp lực thủy tĩnh thủy động 3.4 Lực tác dụng dòng thấm lên đập bê tông bê tông cốt thÐp 3.5 T¸c dơng cđa sãng (do giã) 3.5.1 C¸c thông số tính toán sóng vùng mặt nước thông thoáng 3.5.2 Tải trọng sóng đứng lên công trình có mặt chịu áp thẳng đứng 3.5.3 Độ cao sóng leo 3.5.4 Độ dềnh gió 3.6 áp lực bùn cát 3.7 Tải trọng động đất 3.7.1 Đánh giá cấp động đất địa điểm xây dựng công trình thủy 3.7.2 Xác định tải trọng động đất Chương Tính toán thấm qua vòng quanh công trình thủy lợi 4.1 Tổng quát 4.1.1 Nhiệm vụ tính toán thấm toán thấm 4.1.2 Lý thuyết thấm 4.2 Tính toán thấm có áp công trình thủy ph-ơng pháp học chất lỏng 4.2.1 Đáy CTT có cừ không thấm thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.1 a) 4.2.2 Đáy CTT có cừ thấm nước có chiều dày hữu hạn (hình 4.1 b) 4.2.3 Công trình có đáy phẳng cừ thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.2 a) 4.2.4 Bản móng phẳng thấm nước chiều dày hữu hạn (hình 4.2 b) 4.2.5 Bản móng phẳng đặt chìm vào thấm nước có chiều dày vô hạn (hình 4.5) 4.2.6 Bản móng phẳng có cừ không thấm thấm nước chiều dày hữu hạn (hình 4.6) 4.2.7 Bản móng phẳng có vật thoát nước nửa hình tròn thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.7) 4.2.8 Bản móng phẳng có vật thoát nước phẳng thấm nước chiều dày vô hạn (hình 4.8) 4.3 Tính toán thấm có áp d-ới công trình thủy theo ph-ơng pháp phân đoạn 4.3.1 Bản móng có cừ không thấm thấm nước chiều dày hữu hạn (hình 4.9) 4.3.2 Bản móng có cừ thấm nước thấm nước chiều dày hữu hạn (tính toán theo V.P Nedriga) 4.4 Sử dụng l-ới thấm để tính toán thấm có áp d-ới công trình thủy 98 99 102 102 111 113 114 115 115 115 117 125 125 125 126 128 128 129 130 131 133 134 135 136 136 137 139 141 Mơc lơc 4.4.1 VÏ líi thấm phương pháp đồ giải 4.4.2 Tính toán thông số dòng thấm theo lưới thủy động lực 4.5 Tính thấm có áp d-ới công trình thủy theo ph-ơng pháp hệ số cản Tsugaép R.R 4.6 Thấm bán áp d-ới công trình thủy 4.6.1 Bản móng phẳng tầng lót không thấm (hình 4-19, a) 4.6.2 Bản móng phẳng có tầng lót không thấm (hình 4-19, b) 4.6.3 Bản móng phẳng có cừ tầng lót không thấm (hình 4-19, c) 4.6.4 Bản móng phẳng có cừ, có vật thoát nước sau cừ thấm có tầng lót không thấm (hình 4-19, d) 4.7 Thấm không áp vòng quanh khu vực nối tiếp công trình thủy với bờ có xét đến ảnh h-ởng dòng n-ớc ngầm bờ 4.7.1 Sơ đồ tính toán thấm theo V.P Nedriga (hình 4-20) 4.7.2 Màn chống thấm dạng tường đơn không thấm nước (hình 4-21) 4.7.3 Tường biên có chống thấm đặt vị trí (hình 4-22) 4.7.4 Trụ biên có ngăn nước phía thượng lưu đường mép nước hồ chứa có dạng gy khúc (hình 4-27) 4.8 Thấm không áp vòng quanh vùng nối tiếp đập bê tông với đập đất tầng lót không thấm (Tính toán theo V.P Nedriga) 4.8.1 Phương pháp tính 4.8.2 Phân đoạn loại I (hình 4-31) 4.8.3 Phân đoạn loại II, III IV 4.8.4 Phân đoạn loại V 4.8.5 Phân đoạn loại VI (hình 4-33) 4.8.6 Chiều sâu dòng thấm biên phân đoạn kề 4.8.7 Tường biên nối tiếp có chắn không thấm Chương Một số phương pháp tính toán kết cấu thiết kế công trình thủy lợi 5.1 Khái niệm chung 5.2 Ph-ơng pháp ứng suất cho phép 5.3 Ph-ơng pháp hệ số an toàn 5.4 Tính toán công trình theo trạng thái giới hạn 5.4.1 Tải trọng tính toán 5.4.2 Tính sức chịu tải vật liệu 5.5 Tính toán công trình theo lý thuyết độ tin cậy 5.5.1 Cơ sở đánh giá độ tin cậy công trình 5.5.2 Bài toán tính độ bền kết cấu bê tông 5.5.3 Bài toán ổn định đập bê tông trọng lực tường chắn đất 5.5.4 Bài toán khả tháo nước 141 143 144 146 147 148 148 148 149 149 150 152 157 160 160 160 161 163 164 164 166 169 169 170 170 170 171 171 172 172 174 175 176 sỉ tay KTTL * PhÇn - công trình thủy lợi * Tập 5.5.5 Bài toán tuổi thọ công trình 5.6 Quan hệ tần suất đảm bảo với hệ số dự trữ 177 B - Đập đất đá 179 177 Chương Đập đất 181 1.1 Tổng quát phân loại đập đất 181 1.1.1 Tổng quát đập đất 1.1.2 Phân loại ®Ëp ®Êt 1.2 VËt liƯu ®Ĩ x©y dùng ®Ëp 1.2.1 Tổng quát 1.2.2 Tính chất lí đất 1.2.3 Tính thấm nước đất 1.2.4 Tính biến dạng đất 1.2.5 Cường độ đất 1.2.6 Yêu cầu đập đất 1.3 Cấu tạo mặt cắt ngang đập đất 1.3.1 Đỉnh đập 1.3.2 Mái dốc đập đất 1.3.3 Cơ đập 1.4 Gia cố mái dốc đập đất 1.4.1 Gia cố mái dốc thượng lưu 1.4.2 Gia cố mái dốc hạ lưu 1.5 Vật chống thÊm (VCT) 1.5.1 NhiƯm vơ cđa vËt chèng thÊm 1.5.2 VËt chèng thÊm (VCT) b»ng ®Êt 1.5.3 VËt chèng thÊm (VCT) đất 1.6 Vật thoát n-ớc (VTN) 1.6.1 Tổng quát 1.6.2 Cấu tạo bố trí VTN 1.7 Nối tiếp đập đất với nền, bờ với công trình bê tông 1.7.1 Nối tiếp đập với bờ 1.7.2 Kết cấu nối tiếp 1.8 Đặc điểm cấu tạo thi công đập đất 1.8.1 Đập đất đắp khô 1.8.2 Đập đất đắp nước 1.8.3 Đập ®Êt båi 181 182 185 185 187 191 192 194 197 198 198 200 200 201 201 201 202 202 203 204 205 205 206 210 210 211 212 212 215 217 Mục lục Chương Đập hỗn hợp đất đá, đập đá đổ, đập đá xây 2.1 Tổng quát phân loại 2.1.1 Tổng quát đập đá đổ 2.1.2 Phân loại đập đá đổ 2.2 Vật liệu để xây dựng đập đá đổ 2.2.1 Tổng quát 2.2.2 Tính chất vật liệu đá 2.3 Lựa chọn loại đập 2.4 Mặt cắt ngang đập đá đổ 2.4.1 Đỉnh đập 2.4.2 Mái dốc đập đá đổ 2.5 Kết cấu chống thấm đập đá đổ 2.5.1 Tổng quát 2.5.2 Vật chống thấm đất 2.5.3 Vật chống thấm đất 2.6 Đập đá đổ t-ờng trọng lực 2.7 Biện pháp kết cấu chống thấm đập đá đổ 2.7.1 Đá gốc lộ bề mặt đất bị che phủ lớp trầm tích có độ dày nhỏ 2.7.2 Nền đá gốc nằm cách mặt đất độ sâu lớn với tới 2.7.3 Đá gốc nằm độ sâu khả với tới thực tế 2.8 Biện pháp tháo lũ thi công qua đập đá đổ xây dựng 2.8.1 Tháo lũ thi công theo sơ đồ dốc nước 2.8.2 Tháo lũ thi công theo sơ đồ đập tràn ngưỡng rộng 2.8.3 Tháo lũ phương pháp thấm nước qua đá đổ 2.9 Đập đất đá thấm n-ớc tràn n-ớc 2.9.1 Khả thấm nước qua đập đá đổ 2.9.2 Đập đá đổ có bề mặt gia cố để tràn nước 2.10 Đập đất đá xây dựng nổ mìn định h-ớng 2.10.1 Điều kiện xây dựng 2.10.2 Loại đập thi công nổ mìn định hướng 2.10.3 Tính chất lí đất đập đá đổ thi công nổ mìn định hướng 2.10.4 Tính toán thông số nổ mìn 2.11 Đập đá xây 2.11.1 Phân loại đập đá xây 2.11.2 Ưu nhược điểm đập đá xây Chương Kết cấu gia cố mái dốc đập đất đá 3.1 Tổng quát 3.2 Thiết kế tầng đệm d-ới kết cấu gia cè 3.2.1 Tỉng qu¸t 230 230 230 232 233 233 234 238 239 239 240 241 241 241 246 252 253 253 256 256 257 258 259 262 265 265 266 267 267 268 269 269 273 273 274 278 278 280 280 10 sæ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 3.2.2 Tầng đệm kết cấu gia cố lớp che phủ liên tục 3.2.3 Tầng đệm gia cố bê tông có khe nối hở 3.2.4 Chiều dày lớp đệm gia cố bê tông cốt thép 3.2.5 Tầng đệm gia cố ®¸ 3.3 ThiÕt kÕ gia cè b»ng ®¸ 3.3.1 Tỉng quát 3.3.2 Tính gia cố đá đổ 3.3.3 Gia cố đá xếp 3.4 Thiết kế gia cố lớp phủ bê tông cốt thép đổ liền khối ®ỉ theo tÊm lín sau ®ã lÊp kÝn c¸c khe nối bê tông 3.4.1 Tính toán ổn định chung lớp gia cố 3.4.2 Tính độ bền biến dạng lớp gia cố bê tông cốt thép 3.4.3 Cấu tạo lớp gia cố bê tông cốt thép ®ỉ liỊn khèi 3.5 ThiÕt kÕ gia cè hë b»ng bê tông cốt thép lắp ghép 3.5.1 Tính ổn định cường độ gia cố 3.5.2 Cấu t¹o cđa gia cè hë 3.6 Mét sè lo¹i gia cố khác 3.6.1 Gia cố bê tông atphan 3.6.2 Gia cố vữa cát nhựa đường liên kết với đá 3.6.3 Gia cố mái dốc đất xi măng 3.6.4 Gia cố mái dốc dầm gỗ 3.6.5 Sử dụng mái dốc thoải gia cố 3.7 Thiết kÕ gia cè nhÑ 281 281 284 284 288 288 289 293 295 295 296 299 300 300 301 303 303 304 305 305 305 306 Ch¬ng thÊm qua đập đất đá 307 4.1 Tổng quát 307 4.2 Những toán thấm ổn định đặc tr-ng đập đất 314 4.2.1 Thấm qua đập đất đồng chất không thấm, vật thoát nước 314 4.2.2 Thấm qua đập đất đồng chất không thấm, hạ lưu đập có vật thoát nước 318 4.2.3 Thấm qua đập không đồng chất không thấm 322 4.2.4 Thấm qua đập thấm nước chiều dày có hạn 331 4.2.5 Thấm qua đập đất có vật chống thấm (VCT) thấm nước chiều dày có hạn 340 4.3 Thấm không ổn định đập đất 346 4.4 ổn định thấm đất 4.4.1 Tổng quát 4.4.2 ổn định thấm đất rời 4.4.3 ổn định thấm đất dính (đất sét) 350 350 Chương ổn định biến dạng đập đất đá 363 5.1 ổn định mái dốc đập 363 353 357 Mục lục 5.1.1 Tổng quát 5.1.2 Tính ổn định mái dốc theo mặt trượt hình trụ tròn 5.1.3 Tính ổn định mái dốc theo mặt trượt phẳng theo mặt trượt gồm số mặt phẳng 5.1.4 Tính ổn định mái dốc theo mặt trượt hỗn hợp 5.1.5 Tính ổn định mái dốc đập theo trạng thái ứng suất biến dạng 5.1.6 Tính ổn định tường nghiêng lớp bảo vệ 5.1.7 Tính ổn định mái dốc hạ lưu theo điều kiện sạt lở dòng thấm gây 5.1.8 Đặc điểm tính toán ổn định mái dốc đập đất đá đập đá đổ 5.2 Tính toán áp lực kẽ rỗng 5.2.1.Tổng quát 5.2.2 Tính áp lực kẽ rỗng theo phương pháp đường cong nén 5.2.3 Tính áp lực kẽ rỗng theo lý thuyết thấm cố kết 5.3 Tính toán lún đập đất đá 5.3.1 Tổng quát 5.3.2 Tính toán lún đập phận đập cấu tạo đất sét 5.3.3 Tính toán lún phận cấu tạo đất hạt lớn đập đất đá đập đá đổ 5.4 Tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng đập đất đá 5.5 Tính ổn định đập đất đá có kể ®Õn lùc ®éng ®Êt 5.5.1 Tỉng qu¸t 5.5.2 T¸c ®éng môi trường nước ổn định công trình có động đất Phụ lục Tính toán ổn định trượt sâu công trình đất phần mềm slope/w 11 363 365 374 375 375 376 378 379 380 380 381 382 385 385 386 387 391 391 391 396 399 399 401 Giíi thiƯu phÇn mỊm Slope/w Xây dựng ví dụ mẫu cho phần mềm Slope/w ứng dụng phần mềm Slope/w tính toán ổn định trượt sâu công trình điều kiện Việt Nam 407 Tài liệu tham khảo 411 12 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập A Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Chương Phân loại, phân cấp giai đoạn hình thành công trình thủy lợi Chương Chọn tuyến bố trí công trình Chương Tải trọng tác động Chương Tính toán thấm qua vòng quanh công trình thủy lợi Chương Một số phương pháp tính toán kết cấu thiết kế công trình thủy lợi 14 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 385 B - Đập đất đá Nếu chiều rộng lõi lớn nửa chiều cao lõi, toàn thân đập cấu tạo đất dính, áp lực kẽ rỗng điểm với toạ độ (y,x) vào thời điểm kết thúc thi công xác định gần theo công thức sau: PK = agn (H® - y)sin p(ly - x) 2ly (5.45) Vì công thức (5.45) không xét đến cố kết đất giai đoạn thi công, giá trị Pk tính có độ xác lớn thời gian thi công ngắn 5.3 Tính toán lún đập đất đá 5.3.1 Tổng quát Lún đập bao gồm lún thân đập trình nén vật liệu thân đập lún Mục đích tính lún để xác định tổng khối lượng vật liệu cần thiết cho thi công đập cao trình thi công đỉnh đập phận cấu tạo đập Ngoài ra, tính lún cho phép xác định lún không phận khác đập để có biện pháp xử lý thời kỳ thi công, tránh hậu lún không phá vỡ tính toàn khối công trình, tạo điều kiện cho hình thành thấm cục tăng cường mặt tiếp xúc, tạo vết nứt làm giảm khả chịu lực phối hợp kết cấu Theo tiêu chuẩn TCVN 4253-1986, tính lún đập đất công trình đá cần tiến hành hai loại nền: a) Nền đất không dính nỊn ®Êt dÝnh cã Cv0³ (Cv0 - hƯ sè møc ®é cè kÕt); b) NỊn ®Êt dÝnh cã Cv0 < đất có từ biến Theo CHuP II- 53 - 73, tính lún cần thực đập có chiều cao lớn 40m Với đập có chiều cao nhỏ 40m tính lún tiến hành đập xây dựng vật liệu thấm nước (đất dính) đất sét mềm dẻo, dẻo chảy sệt chảy, đập bồi đập đất thi công đổ nước Những trường hợp khác tính dự báo lún công thức gần Tính lún tiến hành mặt cắt ngang đặc trưng đập theo số mặt thẳng đứng qua phận công trình có cấu tạo vật liệu khác nhau, ví dụ lõi giữa, tường nghiêng, khối tựa hình nêm v.v Trong thời kỳ thi công vận hành bên cạnh tượng lún xảy chuyển vị ngang dọc đập phận đập Việc dự báo chuyển vị ngang thường thực theo tài liệu quan trắc thực tế đập có kết cấu tương tự xây dựng điều kiện tương tự 386 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Theo kinh nghiệm, độ biến dạng (lún, chuyển vị ngang) đập đất đá đập đá đổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại vị trí kết cấu chống thấm (lõi giữa, tường nghiêng, v.v ), mức độ đầm chặt tính chất biến dạng vật liệu, cấu tạo thân đập, khả biến dạng nền, độ dốc hai bờ, tải trọng ngoài, thời gian, v.v Để đánh giá sơ biến dạng đứng (lún) đỉnh đập sử dụng biểu thức kinh nghiệm dựa kết quan trắc thực tế công trình Ví dụ ®Ëp cao, ®é lón cđa ®Ønh ®Ëp S cã thĨ xác định theo công thức kinh nghiệm sử dụng phổ biến Lauton Lester, thông qua phân tích xử lý số liệu 25 đập xây dựng giai đoạn 1941 1962, sau: S = 0,001 H3/2 ® (5.46) Trong ®ã: H® - chiỊu cao đập, tính mét Độ lún đập thấp trung bình thường không vượt 1% chiều cao đập Độ chuyển vị ngang đỉnh đập vật liệu hạt lớn (đá đổ) theo chiều vuông góc với trục đập, tuỳ thuộc vào dao động mực nước ë hå chøa, cã thĨ diƠn theo híng xu«i theo phía hạ lưu ngược lên thượng lưu Về giá trị tuyệt đối, độ chuyển vị ngang nhỏ chuyển vị đứng thường khoảng 0,3 - 0,5% chiều cao đập Sơ lấy gần (thiên an toàn) độ chuyển vị ngang đỉnh ®Ëp b»ng ®é lón cđa ®Ønh sau hoµn thµnh trình tích nước hồ chứa Độ chuyển vị dọc theo trục đập xảy lún không đểu theo chiều dọc công trình (phụ thuộc vào hình dạng tuyến cấu tạo địa chất dọc tuyến), ảnh hưởng trình điều tiết hồ chứa (tích xả nước từ hồ chứa), tác dụng động đất Theo tài liệu quan trắc thực tế đập Infernilo, Ser - Ponson, Gepatch đập khác, chuyển vị diễn sau: khu vực lòng sông có tượng nén, vùng cách bờ kéo, giá trị ứng suất kéo định gây nøt bé phËn chèng thÊm b»ng ®Êt Lu ý rằng, tính toán dự báo biến dạng công trình phụ thuộc vào chiều cao đập toán gần đúng, không xét tính chất biến dạng cđa vËt liƯu vµ u tè thêi gian Ngoµi ra, sử dụng tài liệu quan trắc đập có kết cấu điều kiện làm việc cần ý đến phương pháp phương tiện thi công 5.3.2 Tính toán lún đập phận ®Ëp cÊu t¹o b»ng ®Êt sÐt Theo TCVN 4253-1986, ®é lún cuối S công trình đất đồng chất không đồng chất (theo điều 7.9.1) xác định sau: a) Đối với toán không gian, theo phương pháp cộng lớp phạm vi lớp chịu nén H: S = 0,8 E tb E qđ si h i i =1 E i n å (5.47) 387 B - Đập đất đá Trong đó: Etb Eqđ - môđun biến dạng trung bình quy đổi toàn lớp chịu nén; n - số lớp chia để tính toán tầng chịu nén; si - øng st ph¸p cđa líp thø i tải trọng gia tải gây ra; hi - chiều dày lớp thứ i; Ei - mođun biến dạng lớp thứ i Độ lún thân đập xác định theo công thức (5.47), giá trị 0,8 E tb E qđ lấy b) Đối với biến dạng phẳng đập đất - theo phương pháp cộng lớp Theo CHuP II - 53 - 73, tính lún đập phận ®Ëp b»ng ®Êt sÐt ®ỵc thùc hiƯn cã xÐt ®Õn áp lực kẽ rỗng Độ lún thời điểm thời kỳ thi công vận hành xác định theo công thức sau: S t1 -t = i= Kt å i =1 Dh e1i - e2i + e1i (5.48) Trong ®ã: Kt2 - sè thứ tự lớp phân tố xây dựng thời điểm t2; Dh - chiều dày lớp đất phân tố; e1i, e2i - hệ số rỗng đất xác định theo đường cong nén phụ thuộc vào ứng suất nÐn cèt ®Êt ë líp thø i, øng st nén cốt đất lấy hiệu số ứng suất toàn phần (tổng) trừ áp lực kẽ rỗng thời điểm t1, t2; ứng suất tổng lấy tích số trọng lượng riêng đất nhân với chiều cao lớp đất nằm điểm tính toán, áp lực kẽ rỗng thời điểm xác định theo công thức (5.37), (5.41) 5.3.3 Tính toán lún phận cấu tạo đất hạt lớn đập đất đá đập đá đổ Độ lún phận cấu tạo vật liệu hạt thô đập đất đá đập đá đổ giai đoạn thi công vận hành phải tính toán sở thí nghiệm nén vật liƯu cã kĨ ®Õn u tè thêi gian Theo sè liệu thực nghiệm quan trắc thực tế lún đập đất đá đập đá đổ, đa số trường hợp có quan hệ tuyến tính biến dạng đất hạt thô với ứng suất quan hệ phi tuyến biến dạng với thời gian Phương trình trạng thái đất hạt thô điều kiện không cho phép nở hông, mô tả quan hệ biến dạng phụ thuộc vào thời gian ứng suất tác động tức thời có giá trị không đổi theo thêi gian, cã d¹ng nh sau: 388 sỉ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập e= s st + E t q + lt (5.49) Trong đó: e - biến dạng tương đối; s - ứng suất thẳng đứng, đơn vị MPa; t - thêi gian; q, l - c¸c tham sè thùc nghiƯm, đặc trưng biến dạng có tính từ biến, có đơn vị q (MPa - năm) l (MPa) Sử dụng biểu thức (5.49) giải toán biến dạng đứng (lún) khối đất hạt lớn có kể đến từ biến tác dụng tải phát triển dần (theo lớp đắp tăng dần) có tải trọng tức thời (khi đổ vật liệu) trọng lượng thân vật liệu Lời giải rút tương đối phù hợp với thực nghiệm sở giả thiết tải trọng thay đổi theo nguyên tắc cộng dồn, cho phép mô tả tính từ biến đất hạt thô Nếu xem đập thi công với tốc độ (cường độ đắp) không đổi, chuyển vị đứng mức y công trình vào thời điểm t xác định theo công thøc: ỉ 1ư q l ỉ + ÷ T - t y y + v y ln ç - t h ÷ + S y,t = v ỗ q ứ l ố ố Et l ứ ( + v2 q gl3 ) (AlnA - B ln B + C ln C - q ln q) (5.50) Trong đó: v = s/ t - tốc độ tăng ứng suất thẳng đứng, MPa/ năm; T- thời gian kéo dài giai đoạn xây dựng, năm; ty - thời gian xây dựng công trình đến độ cao y; th = t- T; g - trọng lượng riêng đất, N/ m3; A = q + l (t - ty); B = q lt; C = q + lty Vµo thời điểm kết thúc xây dựng, t = T: ổ 1ử v2 q S y,t = v ỗ + ÷ (T - t y )y + (AlnA - Bl n B + Cl n C - ql n q) gl è Et l ø Trong ®ã: (5.51) A = q + l(T - t y );B = q + lT Độ lún lớn sau giai đoạn xây dùng øng víi ®iĨm cã tung ®é y, ®ã dSy,T / dy = Điều kiện thực y = Hđ/ Như vậy, đồ thị lún đập sau hoàn thành xây dựng có dạng đường parabol với điểm cực đại y = H/ (xem h×nh 5-12 b) 389 B - Đập đất đá Hình 5-12 Đồ thị lún đập đá đổ a) Mặt cắt ngang đập Infernilo; b) Phân bố chuyển vị đứng (lún) cuối thời kỳ xây dựng; c) Độ lún vận hành điểm M1 M2; Đường liền nét số liệu quan trắc thực tế; Đường đứt nét số liệu tính toán Độ lún điểm thân đập tính cho thời gian vận hành thể công thøc sau: S y,t h l v2 q ỉ = v yl n ỗ - t h ÷ + (A ln A - Al n A + Bl n B - Bl n B) (5.52) q ứ gl l ố q Độ nén toàn phần (độ lún tổng cộng) tất lớp vật liệu đắp đập thời điểm hoàn thành xây dựng T, b»ng: ỉ 1 TH q v2 q S xd = v ỗ + ữ + vH l n q + éql n q - 1) - B (l n B + 1)ù (5.53) û l gl ë è Et l ø C«ng thøc (5.53) cã thể sử dụng để xác hoá khối lượng vật liệu cần đưa vào công trình ứng với độ chặt ban đầu để cuối đạt cao ®é thiÕt kÕ ë ®Ønh C¸c tham sè tÝnh to¸n biến dạng Et, q, l xác định theo kết xử lý số liệu thực nghiệm ứng với loại vật liệu Đối với tính toán sơ bộ, đại lượng Et, q, l lấy theo kết quan trắc thực tế đ qua xử lý biến dạng đập thực tế có điều kiện tương tự 390 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Trang để chèn bảng ngang cuối file, sau tài liệu tham khảo 391 B - Đập đất đá 5.4 Tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng đập ®Êt ®¸ Theo CHuP II - 53 - 73, ®èi với đập cấp I II có chiều cao 70 m cần tiến hành tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng Kết tính toán nói sử dụng để xác định độ lún chuyển vị ngang thân đập, tính toán cố kết lõi tường nghiêng đất dính, đánh giá cường độ độ ổn định thân đập nói chung Hiện tính toán trạng thái ứng suất biến dạng đập đất đá thường sử dụng phương pháp số phương pháp học công trình để giải phương trình mô tả dao động môi trường liên tục Phương pháp dùng phổ biến phương pháp phần tử hữu hạn sai phân hữu hạn Dạng phương trình phụ thuộc vào điều kiện làm việc công trình xem xét tính toán Trạng thái ứng suất thực tế đập bao gồm thành phần tĩnh động Dưới ảnh hưởng tác động tĩnh động lực điểm khác đập vào thời điểm định xảy trạng thái sau đất: chưa đến giới hạn (dưới giới hạn), giới hạn (sau) giới hạn Các biến dạng dư (không phục hồi) hình thành tích luỹ biến dạng giai đoạn giới hạn sau giới hạn Trong trường hợp có tác động mạnh lực động đất, việc tính toán đập trở nên phức tạp hình thành biến dạng dư phá vỡ quan hệ thông thường ứng suất biến dạng Vì cần phân biệt ba khu vực làm việc công trình 1) Tương ứng với giai đoạn làm việc đàn hồi xung lực nhỏ; 2) Khu vực tương ứng với xuất trượt môi trường rời với biến dạng lớn thân đập; 3) Tương ứng với môi trường rời, xảy tượng nén mức hạt tạo cho đập có độ cứng tăng cường Đối với hai trường hợp sau, quan hệ biến dạng vµ øng suÊt lµ phi tuyÕn Qui luËt phi tuyÕn xác định thí nghiệm Tóm lại, để tính toán trạng thái ứng suất biến dạng đập đất đá cần phải thiết lập phương trình học tổng quát môi trường liên tục bao gồm phương trình chuyển động phương trình liên tục Phương trình trạng thái đất xem xét khép kín hệ phương trình tính toán 5.5 Tính ổn định đập đất đá có kể đến lực động đất 5.5.1 Tổng quát Để đánh giá độ ổn định động đập đất đá thường xác định tải trọng động đất xem tải trọng bổ sung vào tổ hợp tải trọng tĩnh gây trượt Trong trường hợp này, biểu thức hệ số dự trữ ổn định cột đất trượt có dạng: ka = Mc M tr + M ® (5.54) Trong ®ã: Mc, Mtr, Mđ - momen lực chống trượt, lực gây trượt lực động đất, tác động lên cột đất 392 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Tải trọng động đất S xác định cách nhân gia tèc ®éng lùc S* (theo tû K lƯ cđa gia tốc trọng lực g) điểm tác dụng lực với trọng lượng tương ứng cột đất (có kể đến níc ®Êt) Gia tèc ®éng ®Êt ë ®iĨm k đập xác định theo công thức sau: S* k = n å (S* )2 ik (5.55) i =1 Trong đó: n - số dạng dao động kể ®Õn tÝnh to¸n; S* - gia tèc ®éng ®Êt với nhịp dao động thứ i điểm k, S* xác định ik ik cách giải phương trình dao động cưỡng công trình theo sơ đồ tính toán lựa chọn Sơ tính theo công thức sau: Sik = Qk mkđ bo hik, i (5.56) Trong đó: Qk - trọng lượng phần công trình tÝnh cho ®iĨm k; m - hƯ sè kĨ ®Õn điều kiện làm việc đặc biệt công trình thủy, m = 1,3 đập đất đá cấp I, m =1,0 công trình cấp II IV; kđ- hệ số động đất, kđ = 0,025 0,100 ứng với động đất cấp 9; đồng thời kể đến thành phần nằm ngang thẳng đứng lực động đất hệ số kđ nhân với cosa (a - góc tạo phương lực động đất với mặt nằm ngang); bo - hệ số động học phụ thuộc vào chu kỳ dao động thân công trình; i hik - hệ số phụ thuộc vào dạng dao động thân công trình (chi tiết xem chương tải trọng động đất phần Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy) Để xác định đại lượng bo hik công thức (5.56) cần phải giải phương i trình dao ®éng tù cđa ®Ëp Chu kú dao ®éng thân theo phương nằm ngang đập vật liệu đồng chiều dài l0 theo đỉnh chiều cao H ứng với trường hợp l0 4Hđ, xác định theo công thức: Ti = 2p Hđ a i cs (5.57) Trong ®ã: Ti - chu kú dao động thân theo dạng thứ i; - hệ số (nghiệm hàm Besselli), lấy giá trị bảng 5-4; cs- tèc ®é lan trun sãng ngang vËt liệu đập, lấy giá trị tài liệu nghiên cứu thực nghiệm tác động nổ 393 B - Đập đất đá Bảng 5-4 Giá trị hệ số bốn nhịp dao động thân Số nhịp dao động Số nhịp dao động 2,40 5,52 8,65 11,79 Khi ®Ëp cã dạng hình nêm xây dựng thung lũng hẹp, nghĩa l0