thiết kế hồ chứa nước dân tân p2

LỜI CẢM ƠNSau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu của bản thân và được sự hướngdẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, đặc biệt là thầygiáo PGS.TS.

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu của bản thân và được sự hướngdẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, đặc biệt là thầy

giáo PGS.TS.Lê Xuân Khâm, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài:

“ Thiết kế hồ chứa nước Dân Tân - P2”.

Thuyết minh thiết kế bao gồm 4 phần chính như sau:

1 Tài liệu cơ bản

2 Tính toán các thông số hồ chứa

3 Thiết kế kỹ thuật các công trình đầu mối

4 Chuyên đề kỹ thuật

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua là khoảng thời gian bổ ích để em có điều kiện

hệ thống lại kiến thức đã được học, vận dụng lý thuyết vào thực tế, làm quen với côngviệc thiết kế của một kỹ sư công trình thủy lợi

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Thủy Lợi, KhoaCông trình, Bộ môn Thủy công đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốtnghiệp Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo đã giảng dạy, chỉbảo em trong suốt những năm học vừa qua

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Lê Xuân Khâm đã dành thờigian, tâm sức hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án này

Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi, vận dụng tổng hợpcác kiến thức đã học Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do điều kiện thờigian không cho phép nên trong đồ án em chưa giải quyết được đầy đủ và sâu sắc cáctrường hợp trong thiết kế cần tính, mặt khác do trình độ và kinh nghiệm thực tế củabản thân còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót

Em xin kính mong nhận được ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy cô giáo giúpcho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Tháng 12 năm 2020Sinh viên Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 2

MỤC LỤC

PHẦN THỨ NHẤT TÀI LIỆU CƠ BẢN

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 3

1.1 Vị trí địa lý 3

1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 4

1.2.1 Lòng hồ 4

1.2.2 Tuyến đầu mối 4

1.2.3 Tuyến tràn xả lũ 5

1.2.4 Tuyến cống dưới đập 5

1.2.5 Đại hình khu tưới và tuyến kênh chính 5

1.3 Tình hình khí tượng thuỷ văn 5

1.3.1 Mạng lưới trạm thuỷ văn và tài liệu tính toán 5

1.3.2 Các đặc trưng khí tượng thuỷ văn 6

1.3.3 Đường đặc tính dung tích hồ 9

1.4 Tình hình địa chất 10

1.4.1 Điều kiện địa chất các hạng mục công trình 10

1.5 Tình hình vật liệu xây dựng 11

1.5.1 Vật liệu đất đắp đập 11

1.5.2 Đá hộc + đá 1x2 đổ bê tông 11

1.5.3 Cát đổ bê tông 12

1.5.4 Xi măng sắt thép 12

1.5.5 Nước dùng cho sinh hoạt và xây dựng 12

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 13

2.1 Tình hình dân sinh kinh tế 13

2.1.1 Dân số và lao động 13

2.2 Hiện trạng kinh tế 13

Trang 3

2.2.1 Nhiệp và đời sống nông thôn vùng dự án 13

2.2.2 Lâm nghiệp 13

2.2.3 Công nghiệp 14

2.2.4 Y tế 14

2.2.5 Giáo dục 14

2.2.6 Dịch vụ thương nghiệp 14

2.2.7 Giao thông vận tải 14

2.2.8 Hiện trạng thuỷ lợi 14

PHẦN THỨ HAI TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỒ CHỨA CHƯƠNG 3 PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH 17

3.1 Phương án sử dụng nguồn nước 17

3.2 Tình hình quy hoạch nguồn nước trong vùng 17

3.2.1 Lượng nước yêu cầu 17

3.2.2 Nhu cầu dùng nước tưới cho 722ha 17

3.2.3 Diện tích tưới vùng dự án các loại cây trồng 18

3.3 Phương hướng phát triển 18

3.4 Nhiệm vụ công trình thuỷ lợi hồ chứa Dân Tân 18

3.5 Sự cần thiết phải xây dựng công trình 18

CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC THÀNH PHẦN 20

4.1 Giải pháp công trình 20

4.1.1 Sử dụng trạm bơm 20

4.1.2 Sử dụng nguồn nước ngầm bằng các giếng khoan 20

4.1.3 Sử dụng hồ chứa 20

4.2 Hình thức các công trình đầu mối 20

4.2.1 Đập ngăn sông 21

Trang 4

4.2.2 Tràn xả lũ 22

4.2.3 Cống lấy nước 24

4.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 25

4.3.1 Cấp công trình 25

4.3.2 Các chỉ tiêu thiết kế 25

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 27

5.1 Tính toán điều tiết hồ 27

5.1.1 Xác định các thông số hồ chứa 27

5.2 Tính toán điều tiết lũ 38

5.2.1 Mục đích và nhiệm vụ 38

5.2.2 Nội dung tính toán 38

PHẦN THỨ BA THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÁC CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 49

6.1 Xác định kích thước cơ bản của đập 49

6.1.1 Tài liệu tính toán 49

6.1.2 Xác định cao trình đỉnh đập 49

6.1.3 Bề rộng đỉnh đập 58

6.1.4 Mái đập 58

6.1.5 Cơ đập 58

6.1.6 LBảo vệ mái thượng lưu, hạ lưu 59

6.1.7 Thiết bị thoát nước 60

6.2 Tính toán thấm qua đập và nền 62

6.2.1 Ý nghĩa và mục đích của tính toán thấm 62

6.4.2 Các trường hợp tính toán 62

6.2.2 Các mặt cắt tính toán 63

6.2.3 Các số liệu dùng trong tính toán 63

Trang 5

6.2.4 Phương pháp tính toán 63

6.2.5 Nội dung tính toán 64

6.3 Tính toán ổn định mái đập 73

6.3.1 Mục đích 73

6.3.2 Các trường hợp tính toán 74

6.3.3 Tính toán thấm và ổn định đập đất bằng Geostudio 2012 74

6.3.4 Đánh giá tính hợp lý của mái đập 80

6.3.5 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt 80

6.3.6 Đánh giá tính hợp lý của mái đập 88

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ TRÀN XÃ LŨ 89

7.1 Bố trí chung 89

7.1.1 Vị trí 89

7.1.2 Hình thức công trình 89

7.2 Thiết kế đường tràn tháo lũ 89

7.2.1 Tính toán thủy lực tràn xả lũ 89

7.2.2 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn 115

7.2.3 Kiểm tra ổn định tường bên tràn 118

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 128

8.1 Nhiệm vụ và các thông số tính toán 128

8.2 Tính toán thủy lực xác định khẩu diện cống 130

8.2.1 Thiết kế kênh hạ lưu cống 130

8.2.2 Tính toán khẩu diện cống 132

8.2.3 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống 140

8.3 Kiểm tra trạng thái chảy, tính toán tiêu năng cống 141

8.3.1 Mục đích tính toán 141

Trang 6

8.3.2 Trường hợp tính toán 141

8.3.3 Xác định độ mở cống 142

8.3.4 Kiểm tra chế độ chảy trong cống 143

8.3.5 Xác định vị trí và chiều cao nước nhảy 148

8.3.6 Tiêu năng sau cống 151

8.4 Cấu tạo chi tiết cống 152

8.4.1 Cấu tạo cửa vào, cửa ra 152

8.4.2 Thân cống 153

8.4.3 Nối tiếp thân cống với nền và đập 155

8.4.4 Tháp van 155

8.5 Tính toán ngoại lực tác dụng lên cống 155

8.5.1 Mục đích 155

8.5.3 Tài liệu tính toán 156

8.5.4 Xác định vị trí đường bão hòa trên trần cống 156

8.5.5 Sơ đồ ngoại lực tác dụng 158

8.5.6 Tính toán ngoại lực tác dụng 159

PHẦN THỨ TƯ CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT CHƯƠNG 9 TÍNH TOÁN KẾT CẤU TƯỜNG BÊN NGƯỠNG TRÀN 164

9.1 Tài liệu cơ bản 164

9.1.1 Thông số kết cấu tường chắn 164

9.1.2 Số liệu tính toán 165

9.1.4 Tải trọng tác dụng 166

9.1.5 Tổ hợp tải trọng 167

9.1.6 Các yêu cầu tính toán thiết kế 167

Trang 7

9.2 Tính toán kết cấu tường chắn 167

9.2.1 Trình tự thực hiên mô hình PTHH trong Sap 2000V14 167

9.2.2 Kết quả mô hình bài toán trong Sap 2000 168

9.2.3 Kết quả tính nội lực 170

9.2.4 Tính toán và bố trí cốt thép 176

9.2.5 Kiểm tra nứt 181

CHƯƠNG 10 KHỐI LƯỢNG VÀ DỰ TOÁN HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 184

10.1 Tính toán khối lượng hạng mục dốc nước tràn xả lũ 184

10.1.1 Phạm vi tính toán: Đoạn dốc nước 184

10.1.2 Tính toán khối lượng đào, đắp tràn 184

10.1.3 Tính toán công tác xây lát 188

10.2 Tính dự toán hạng mục dốc nước tràn xả lũ 190

10.2.1 Mục đích 190

10.2.2 Ý nghĩa 190

10.2.3 Cơ sở pháp lý lập dự toán 190

6.2.1 Phương pháp, phần mềm tính toán 191

10.2.4 Sơ bộ phương án thi công 191

6.2.2 Dự toán xây lắp hạng mục dốc nước tràn xả lũ 192

TÀI LIỆU THAM KHẢO 200

Trang 8

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1-1 Bản đồ hành chính vùng xây dựng công trình 15

Hình 5-1 Sơ đồ xác định mực nước chết theo cao trình bùn cát 40

Hình 5-2 Quá trình xả lũ khi không có cửa van 52

Hình 6-1 Các mặt cắt tính toán 76

Hình 6-2 Sơ đồ tính toán với MNDBT cho mặt cắt lòng sông 77

Hình 6-3 Sơ đồ tính toán cho mặt cắt sườn đồi I-I 80

Hình 6-4 Sơ đồ tính toán cho mặt cắt sườn đồi III-III 83

Hình 6-5 Sơ đồ tính tổng lưu lượng thấm 85

Hình 6-6 Minh họa phân tích ổn định theo phương pháp cân bằng giới hạn 89

Hình 6-7 Mô hình bài toán PTHH phân tích thấm mặt cắt lòng sông 92

Hình 6-8 Gradient thấm qua mặt cắt lòng sông ứng với MNLTK 92

Hình 6-9 Kết quả phân tích ổn định mái hạ lưu tại mặt cắt lòng sông 92

Hình 6-10 Xác định M và M1 94

Hình 6-11 Xác định hình thang cong abcd 95

Hình 6-12 Sơ đồ xác định phạm vi chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất 95

Hình 6-13 Sơ đồ tính toán cung trượt tâm O ứng với K minmin tính bằng Geostudio 98

Hình 7-1 Sơ đồ tính toán thủy lực ngưỡng tràn 103

Hình 7-2 Sơ đồ tính toán thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp 105

Hình 7-3 Sơ đồ thể hiện dạng đường mặt nước 113

Hình 7-4 Sơ đồ tính toán bể tiêu năng 126

Hình 7-5 Chi tiết ngưỡng tràn 129

Hình 7-6 Chi tiết cầu giao thông 130

Hình 7-7 Cấu tạo kênh hạ lưu 131

Hình 7-8 Sơ đồ tính toán ổn định cho trường hợp 1 134

Hình 7-9 Sơ đồ tính toán ổn định cho trường hợp 2 137

Hình 8-1 Sơ đồ tính toán thủy lực xác định khẩu diện cống 146

Hình 8-2 Biểu đồ quan hệ Bc ~ ∑Zi 153

Hình 8-3 Sơ đồ tính toán thủy lực cống 155

Hình 8-4 Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống 161

Hình 8-5 Biểu đồ xác định nước nhảy trong cống 164

Trang 9

Hình 8-6 Mặt cắt ngang cống 167

Hình 8-7 Chi tiết khớp nối 167

Hình 8-8 Mặt cắt ngang thân cống 169

Hình 8-9 Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt qua cống 170

Hình 8-10 Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên cống 172

Hình 8-11 Sơ đồ lực cuối cùng tác dụng lên cống 175

Hình 9-1 Mô phỏng tường bên ngưỡng tràn 177

Hình 9-2 Cắt dọc tường bên ngưỡng tràn 178

Hình 9-3 Sơ đồ tải trọng tác dụng 179

Hình 9-4 Mô hình tính toán PTHH 181

Hình 9-5 Gán áp lực đất (ALĐ) tác dụng vào mặt sau bản mặt 182

Hình 9-6 Gán trọng lực đất (TLĐ) tác dụng vào bản đáy 182

Hình 9-7 Biểu đồ chuyển vị của tường chắn, 183

Hình 9-8 Momen M11 bản mặt tường 183

Hình 9-9 Biểu đồ momen M11 cắt cách đáy 3,96m 184

Hình 9-10 Momen M22 bản mặt tường 184

Hình 9-11 Biểu đổ momen M22 cắt giữa 2 tường sườn 184

Hình 9-12 Momen M11 bản đáy tường 185

Hình 9-13 Biểu đổ momen M11 bản đáy tường 185

Hình 9-14 Momen M22 bản đáy tường 186

Hình 9-15 Biểu đổ momen M22 bản đáy tường 186

Hình 9-16 Biểu đồ lực dọc F11 sườn chống 187

Hình 9-17 Biểu đồ lực dọc F22 sườn chống 187

Hình 9-18 Biểu đổ momen M11 sườn chống 188

Hình 9-19 Biểu đổ momen M22 sườn chống 188

Hình 10-1 Phạm vi tính toán 197

Trang 10

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1-1: Đặc trưng thuỷ văn lưu vực 16

Bảng 1-2: Dòng chảy năm 17

Bảng 1-3: Dòng chảy năm tần suất 85% 17

Bảng 1-4: Phân phối dòng chảy năm 85% 17

Bảng 1-5: Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế 17

Bảng 1-6: Quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế (P = 1%) 17

Bảng 1-7: Quá trình lũ ứng với tần suất kiểm tra (P = 0,2%) 18

Bảng 1-8: Phân phối lượng bốc hơi mặt nước theo các tháng 18

Bảng 1-9: Thống kê nhiệt độ trung bình trong tháng của năm tại trạm Tĩnh Gia 19

Bảng 1-10: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm trạm Tĩnh Gia 19

Bảng 1-11: Lượng mưa trung bình trạm Tĩnh Gia 20

Bảng 1-12: Đường đặc tính lòng hồ 20

Bảng 2-1: Dân sinh lao động của 4 vùng dự án 23

Bảng 3-1: Nhu cầu dùng nước của vùng 27

Bảng 5-1: Tính V khi chưa kể đến tổn thất h 43

Bảng 5-2: Tính V có kể đến tổn thất lần 1 h 46

Bảng 5-3: Tính V có kể đến tổn thất lần 2 h 47

Bảng 5-4: Bảng tính tính toán điều tiết lũ thiết kế ( P = 1%) 54

Bảng 5-5 Bảng tính toán điều tiết lũ kiểm tra ( P = 0,2%) 55

Bảng 6-1 Lưu lượng thấm đơn vị qua các mặt cắt 82

Bảng 6-2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của đất 88

Bảng 6-3: Tổng hợp kết quả tính thấm 90

Bảng 6-4: Tổng hợp kết quả tính ổn định 90

Bảng 6-5: Kết quả tính toán ổn định hệ số K cho cung trượt tâm O 97

Bảng 7-1: bảng giá trị các cấp lưu lượng 99

Bảng 7-2: bảng tính độ sâu phân giới h k 100

Bảng 7-3: Bảng tổng hợp thông số thiết kế dốc nước 101

Bảng 7-4: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với Q TK 105

Bảng 7-5: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với 0,8Q TK 105

Trang 11

Bảng 7-9: Bảng tổng hợp kết quả tính thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp 107

Bảng 7-10: Kết quả tính toán độ sâu dòng đều trên đoạn dốc nước không đổi 108

Bảng 7-11: Kết quả tính toán độ sâu phân giới hk, độ dốc phân giới ik 109

Bảng 7-12: Bảng tổng hợp xác định dạng đường mặt nước 109

Bảng 7-13: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với Q TKmax 111

Bảng 7-14: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với 0,8Q TK 112

Bảng 7-18: Bảng tổng hợp kết quả tính toán dốc nước đoạn không đổi 116

Bảng 7-19: tính chiều cao tường bên dốc nước 117

Bảng 7-20: Kết quả tính toán chiều cao tường bên tràn xả lũ 118

Bảng 7-21: Chiều dày bản đáy dốc nước 118

Bảng 7-22: Kết quả tính toán mặt cắt cơ bản của kênh xả sau tràn 120

Bảng 7-23: Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng 122

Bảng 7-24: Tính toán chiều sâu bể 124

Bảng 7-25: Thông số tường bên của ngưỡng tràn 129

Bảng 7-26: Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp 129

Bảng 7-27: Lực tác dụng lên tường của trường hợp 1 132

Bảng 7-28: Lực tác dụng lên tường của trường hợp 2 136

Bảng 8-1: Kết quả tính toán tổn thất dọc đường 145

Bảng 8-2: Kết quả tính toán tổn thất khe van 146

Bảng 8-3: Kết quả tính toán tổn thất qua lưới chắn rác 147

Bảng 8-4: Kết quả tính toán tổn thất qua khe phai 148

Bảng 8-5: Kết quả tính toán tổn thất cửa vào 149

Bảng 8-6: Kết quả tính toán tổn thất ứng với các giá trị bc 149

Bảng 8-7: Kết quả tính toán định lượng đường nước dâng C trong cống I 157

Bảng 8-8: Kết quả tính độ sâu liên hiệp CI’ , CI” 159

Bảng 8-9: Kết quả tính toán định lượng đường nước hạ BI trong cống 160

Trang 12

Bảng 8-10: Kết quả tính toán ngoại lực tác dụng lên cống 171

Bảng 9-1: Kết quả tổng hợp nội lực 186

Bảng 9-2: Kết quả tính toán và chọn thép bản đáy 188

Bảng 9-3: Kết quả tính toán và chọn thép bản mặt 189

Bảng 9-4: Kết quả tính toán và chọn thép bản chống 191

Bảng 10-1: Khối lượng đào, đắp dốc nước tràn 198

Bảng 10-2: Khối lượng xây lát dốc nước tràn 199

Bảng 10-3: Tổng hợp khối lượng xây lát dốc nước tràn 199

Bảng 10-4: Bảng tổng hợp khối lượng công tác xây dựng 202

Bảng 10-5: Bảng tổng hợp vật liệu 203

Bảng 10-6: Bảng tổng hợp nhân công 204

Bảng 10-7: Bảng tổng hợp máy thi công 204

Bảng 10-8: Tính chi phí xây dựng theo đơn giá gốc ( đơn vị: đồng) 205 Bảng 10-9: tổng hợp dự toán chi phí xây dựng dốc nước tràn xả lũ ( đơn vị: đồng) 207

Trang 13

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Trang 14

Kết luận: Vậy đập đảm bảo độ bền thấm

Bảng 6-23: Tổng hợp kết quả tính ổn định

6.3.4 Đánh giá tính hợp lý của mái đập

Mái đập đảm bảo tính hợp lý nếu thỏa mãn hai điều kiện sau:

+ Điều kiện ổn định trượt: Kminmin³ [K]

+ Điều kiện kinh tế: Kmimmin 1,15.[K]

Công trình đảm bảo điều kiện về kinh tế

Vậy công trình thỏa mãn hai điều kiện về an toàn và kinh tế nên kích thước đập

là hợp lý

6.3.5 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt

a Tìm vùng cung trượt nguy hiểm

Để tìm vùng có cung trượt nguy hiểm, có nhiều phương pháp của nhiều tác giảkhác nhau, trong đồ án này ta sử dụng kết hợp hai phương pháp :

Tra bảng 6-5 sách Thủy Công tập I, trang 146:

35

25

Trang 15

- Xác định điểm M và M :1

+ Kẻ một đường thẳng hợp với phương ngang một góc α tại điểm F

+ Kẻ một đường thẳng hợp với phương AB một góc β tại điểm Q

Hai đường thẳng này cắt nhau tại M1

+ Điểm M cách diểm B theo phương thẳng đứng một khoảng H = 26,5(m)đ+ Điểm M cách diểm B theo phương ngang một khoảng:

- Qua O kẻ 2 đường tròn bán kính r và R với r,R=f(mHL;H ).đ

- Xác định được vùng hình thang cong abcd

→ Vùng tâm cung trượt nguy hiểm nằm trong vùng abcd

Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd như hình.Các trị số bán kính r và R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập H đTra bảng 6-6 tr147 GT Thủy công ứng với m = 3:

Trang 16

Hình 6-14 Xác định hình thang cong abcd

Kết hợp cả hai phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cungtrượt nguy hiểm nhất là đoạn AB

Hình 6-15 Sơ đồ xác định phạm vi chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất

b xác định hệ số an toàn K cho 1 cung trượt bất kỳ

- Trên đoạn AB giả định các tâm cung trượt O , O , O Từ tâm cung trượt các1 2 3, ,cung trượt đi qua điểm Q ở chân đập Tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K , K , ,1 1 2K3 cho các cung trượt tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ giữa K theo tâm O , xác địnhi iđược trị số Kmin tương ứng với tâm O trên đoạn AB Từ vị trí tâm O ứng với K đó kẻmin

Trang 17

đường thẳng vuông góc với với AB Trên đó lấy các tâm O khác, vạch các cung trượt

đi qua Q ở chân đập Tính hệ số an toàn ứng với các cung này Vẽ biểu đồ K theo tâm1

O Ta xác định được hệ số K ứng với điểm Q min 1

- Làm tương tự với các điểm Q2, Q3… Xác định được các trị số Kmin tương ứng

Vẽ biểu đồ quan hệ giữa K với các điểm ra của cung Q , ta tìm được hệ số an toàn nhỏinhất Kminmin cho mái đập

- Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, vì thời gian có hạn nên chỉ tìm K ứng với mộtmin điểm ra Q ở chân đập.1

Các bước xác định hệ số an toàn K:

Theo phương pháp của Ghécxêvannốp với giả thiết xem khối trượt là vật thểrắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặttrượt và hướng và tâm

Bước 1: Giả thiết mặt trượt là mặt trượt trụ tròn tâm O, bán kính R

Bước 2: Tiến hành phân dải, với bề rộng mỗi dải là Trong đó:

Trong đó: R: bán kính cung trượt; m: là số nguyên, chọn m=10

Bước 3: Đánh số thứ tự dải

Bước 4: Xác định các lực tác dụng lên dải

Bước 5: Xác định hệ số an toàn K dùng công thức N.M.Ghecxevanop với giả thiếtxem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnhtác dụng lên trên mặt trượt và hướng vào tâm

n; C – Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của dải thứ n;n

Trang 18

l – chiều dài đáy dải thứ n, n

nblcos ;

W – áp lực thấm ở đáy dải thứ n, W = n n n.h ln ;

h – chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy dải ;n

N , T - Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải G ;n n n

G b( h ); Nn G cosn n; Tn G sinn n

Với: h – Chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng γ ;i i

γ – Đối với đất ở trên đường bão hòa lấy dung trọng tự nhiên; i

Đối với đất ở dưới đường bão hòa lấy dung trọng bão hòa ;

2sin( ) n;cos( ) 1 n

Trang 19

Hình 6-16 Sơ đồ tính toán cung trượt tâm O ứng với K minmin tính bằng Geostudio

- Cột 4 : h – Chiều cao đất nền ( bão hòa)2

- Cột 5: h – Chiều cao lăng trụ trên đường bão hòa nằm trong giới hạn cung3trượt;

- Cột 6: h - Chiều cao lăng trụ dưới đường bão hòa nằm trong giới hạn cung4trượt;

- Cột 7: h – chiều cao cột nước trong dảin

- Cột 8: n

nsin

m

- Cột 9:

2 n

n

- Cột 10: l - Chiều dài đáy dải;n

- Cột 11: C – Lực dính đơn vị ở đáy dảin

- Cột 12: Cn.ln - Lực dính ở đáy dải;

- Cột 13: φ – Góc ma sát của đáy dải;n

- Cột 14: tgφ - hệ số ma sát trong của đất đáy dải;

- Cột 15: G – Trọng lượng dải đất, G = n n b.( i Z ) i n

Trang 20

- Cột 16: T n G sin n n;

- Cột 17: N n G cos n n ;

- Cột 18: W n n h l n n;

- Cột 19: (N – Wn n).tgφn - lực ma sát trong giữa lớp đất;

Trang 21

Bảng 6-24: Kết quả tính toán ổn định hệ số K cho cung trượt tâm O

CUNG TRƯỢT TÂM O

(T/m 3

) (T/m 3

1.81 1.86 1.92 2.5 2.85

110.9411.09

Trang 22

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 102 Lớp: 58CTL1

Trang 23

6.3.6 Đánh giá tính hợp lý của mái đập

Mái đập đảm bảo tính hợp lý nếu thỏa mãn hai điều kiện sau:

+ Điều kiện ổn định trượt: Kminmin³ [K]

+ Điều kiện kinh tế: Kmimmin 1,15.[K]

Công trình đảm bảo điều kiện về kinh tế

Vậy công trình thỏa mãn hai điều kiện về an toàn và kinh tế nên kích thước đập

là hợp lý

Trang 24

7.1.2 Hình thức công trình

Do điều kiện địa hình và địa chất của khu vực tuyến tràn, ta chọn hình thức tràn

xả lũ là tràn dọc với hình thức ngưỡng tràn là tràn đỉnh rộng, có mặt cắt hình chữ nhật,không có cửa van, chảy tự do

Phía trước ngưỡng tràn có sân trước nối tiếp cùng tường cánh và kênh dẫnthượng lưu hướng dòng chảy vào ngưỡng tràn được thuận lợi Phía sau ngưỡng tràn làdốc nước, tiêu năng cuối dốc nước dùng bể tiêu năng Sau đó là kênh dẫn hạ lưu đưanước ra dòng suối

7.2 Thiết kế đường tràn tháo lũ

Ta tính với 5 cấp lưu lượng sau : 0,2Q ; 0,4Q ; 0,4Q ; 0,8Q ; Qtk tk tk tk tk

Bảng 7-25: bảng giá trị các cấp lưu lượng

0,2.Qtk (m 3/s) 0,4.Qtk(m3/s) 0,6.Qtk(m3/s) 0,8.Qtk(m3/s) Qtk(m /s)3

Trang 25

7.2.1.2 Tính toán thủy lực ngưỡng tràn

Mục đích của việc tính toán thủy lực ngưỡng tràn là đi xác định các độ sâudòng chảy trên ngưỡng, từ đó xác định được chế độ chảy ở trên ngưỡng

Hình thức tràn là đỉnh rộng không ngưỡng, phía trước ngưỡng tràn coi nhưdòng chảy xuôi thuận vì vậy có thể coi dòng chảy trên ngưỡng là dòng đều Saungưỡng, do có độ dốc lớn nên dòng chảy là dòng chảy xiết Từ dòng chảy đều chuyểnsang chảy xiết phải qua trạng thái phân giới h Vì vậy độ sâu tại cuối ngưỡng tràn, đầukđoạn thu hẹp là độ sâu hk

Hình 7-17 Sơ đồ tính toán thủy lực ngưỡng tràn

Độ sâu phân giới h trên ngưỡng tràn:k

2

k q h g

Trong đó:

+ q: lưu lượng đơn vị qua tràn,

Q q

B (m /s/m)3+ B: Tổng bề rộng các khoang tràn, B =41 (m)tr

+ g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s )2

+ : hệ số sửa chữa động năng ( chọn = 1 )

Độ sâu dòng chảy trên ngưỡng : h tr =Z - Z ngưỡng

với Z: là cao trình mực nước ứng với cấp lưu lượng Q; Zngưỡng = +24,32m

Bảng 7-26: bảng tính độ sâu phân giới h k

Q(m 3 /s) QmaxTK 0,8QmaxTK 0,6QmaxTK 0,4QmaxTK 0,2QmaxTK

Trang 26

Do h > h nên dòng chảy trên ngưỡng là dòng chảy êm.tr k

7.2.1.3 Tính toán thủy lực dốc nước

7.2.1.3.1 Thông số thiết kế

Ngay sau ngưỡng tràn ta thiết kế dốc nước để dẫn nước về hạ lưu Căn cứ vàođiều kiện địa hình, địa chất trên tuyến tràn ta thiết kế dốc nước với các thông số nhưsau:

Bề rộng dốc nước được chia chia làm 2 đoạn: Đoạn có bề rộng thu hẹp và đoạn

có bề rộng không đổi Việc thu hẹp đoạn đầu dốc nước có lợi ích về kinh tế kỹthuật:

Kinh tế: Khối lượng thi công giảm, vật liệu giảm

Kỹ thuật: chế độ thủy lực tốt đảm bảo ổn định dốc nước

Xác định kích thước đoạn thu hẹp:

+ Bề rộng ở đầu đoạn thu hẹp lấy bằng bề rộng tràn : B = B + đ tr dgiữa

+ Bề rộng ở cuối đoạn thu hẹp theo kinh nghiệm thường được chọn:

Bc =

2 3

3 4 Btr + Góc thu hẹp theo kinh nghiệm lấy giới hạn =190, vì với trị số góc này dòngchảy không bị co hẹp đột ngột

+ Chiều dài đoạn thu hẹp L được xác định : th

d22

c th

B B L tg

Ứng với mỗi phương án tràn khác nhau ta có các B , B , chiều dài đoạn thu hẹpđ cLth khác nhau Qua tính toán ta có bảng tổng hợp kết quả sau :

Bảng 7-27: Bảng tổng hợp thông số thiết kế dốc nước

Trang 27

7.2.1.3.2 Xác định đường mặt nước trên đoạn thu hẹp của dốc nước

Mục đích: Xác định đường mặt nước , độ sâu và vận tốc dòng chảy tại cuối dốcnước

Bi sao cho tổng khoảng cách giữa các mặt cắt ∑∆L = Ltt th=30m

Trình tự các bước tính toán như sau:

Bước 1: Chia L thành n đoạn ngắn bằng nhau có chiều dài L th

th

gt L L n

Chia đoạn có chiều rộng dốc thay đổi thành 5 đoạn, n=5, L gt 6m

Bước 2: Độ sâu mặt cắt đầu dốc là h , giả thiết độ sâu tại mặt cắt thứ 2 là h1 2 Bước 3: Xác định khoảng cách giữa hai mặt cắt tính toán

Trang 28

i i

J J J

;

Ji: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt i:

2 2

2 2 2

j j

v Q J

: chênh lệch tỷ năng giữa hai mặt cắt tính toán: j1 j

j- Năng lượng tại mặt cắt thứ j;

2.2

j

j j V h

- Hình thức tràn là tràn đỉnh rộng không ngưỡng, phía trước ngưỡng tràn coi như

dòng chảy xuôi thuận vì vậy có thể coi dòng chảy trên ngưỡng là dòng đều Saungưỡng, do có độ dốc lớn nên dòng chảy là dòng chảy xiết Từ dòng chảy đềuchuyển sang chảy xiết phải qua trạng thái phân giới h Vì vậy độ sâu tại cuốikngưỡng tràn, đầu đoạn thu hẹp là độ sâu h k

+ Cột 4: Diện tích ướt tại mặt cắt tính toán = B h (m )i i i 2

+ Cột 5: Chu vi ướt tại mặt cắt tính toán = B + 2h (m)i i i

+ Cột 6: Bán kính thủy lực R = i i

i

(m) + Cột 7: Hệ số Cedi C = i

6 / 1

1R

n , n = 0,017

Trang 29

+ Cột 8: Giá trị lưu tốc tại mặt cắt tính toán v = i i

+ Cột 10: Năng lượng đơn vị tại mặt cắt tính toán i = h + gi

v i

2.2

+ Cột 11: Chênh lệch cột nước năng lượng giữa 2 mặt cắt = i - i-1 + Cột 12: Độ dốc thuỷ lực J = i C R

v i i

.2 2

Trang 30

Bảng 7-28: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với Q TK

QTK = 324,74(m /s); B = (41-31)m; n = 0,017; i = 12%3

Trang 32

Bảng 7-31: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với 0,4Q TK

QTK = 129,896(m /s); B = (41-31)m; n = 0,017; i = 12%3

Trang 33

3 0.2997 37 11.089 37.599 0.295 47.992 5.857 1.748 2.048 0.477 0.0505 0.0404 6

4 0.2868 35 10.038 35.574 0.282 47.64 6.47 2.134 2.421 0.373 0.0654 0.0579 6

5 0.2848 33 9.3987 33.57 0.28 47.578 6.91 2.434 2.719 0.298 0.0753 0.0704 6

6 0.289 31 8.9581 31.578 0.284 47.682 7.25 2.679 2.968 0.249 0.0815 0.0784 6

Bảng 7-33: Bảng tổng hợp kết quả tính thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp

Q xả Q xả (m 3 /s) H đầu đoạntd (m) H cuối đoạntd (m) v cuối đoạntd (m/s)

Trang 34

7.2.1.3.3 Xác định đường mặt nước trên đoạn không đổi của dốc nước

a Định tính đường mặt nước trên đoạn bề rộng không đổi của dốc nước

Để định tính đường mặt nước trên dốc nước ta tính và so sánh các đại lượng h , h ,o k

P ;

- P: Chu vi mặt cắt ướt ứng với độ sâu h (m), P = b+2h ( mặt cắt hình chữ nhật)0 0

- i độ dốc dốc nước; i = 0,012

Giải thử dần h 0

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng dưới

Bảng 7-34: Kết quả tính toán độ sâu dòng đều trên đoạn dốc nước không đổi

Xác định độ sâu phân giới h : k

Độ sâu phân giới h của dốc nước mặt cắt hình chữ nhật tính theo công thức:k

2

3α.qg

k h

Trong đó:

là hệ số sửa chữa động năng: = 1

Trang 35

g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s 2

q là lưu lượng đơn vị:

QB

TK d q

i =

ω C R

Trong đó:

Q là lưu lượng xả qua tràn ứng với từng cấp lưu lượng (m3/s)

là diện tích ướt ứng với độ sâu h :k kω =B×hk d k

là chu vi ướt ứng với độ sâu phân giới h :k kχ =B +2×hd k

R là bán kính thuỷ lực: k

k k k

ω

R =χ

C là hệ số Cedi ứng với h : C = k k k

1/6 k1.RnKết quả tính toán được thể hiện ở bảng dưới

Bảng 7-35: Kết quả tính toán độ sâu phân giới hk, độ dốc phân giới ik

6 0.68

1.0787

2.24

h <h <h ;0 cth ki>i >0k

Đường nước hạBII0,8Qma

1.59

x

129.89 0.002 0.39 0.497

1

1.2 h0<h <h ;cth ki>i >0k

Đường nước hạBII

Trang 36

Đường nước hạBII

Kết luận: Đường mặt nước trên dốc nước là đường nước hạ B II

Hình 7-19 Sơ đồ thể hiện dạng đường mặt nước

b Định lượng đường mặt nước đoạn bề rộng không đổi của dốc nước

Tính toán định lượng đường mặt nước sử dụng phương pháp cộng trực tiếp Chiadốc nước thảnh các mặt cắt nhỏ Hai mặt cắt liên tiếp cách nhau ∆L, độ sâu dòng chảy

là h và h , lưu tốc dòng chảy lần lượt là V và V Phương trình xác định khoảngi-1 i i-1 icách giữa 2 mặt là:

Trang 37

Để thuận tiện cho tính toán ta lập bảng và tính toán tương tự như đoạn thu hẹpnhưng với bề rộng không đổi là Bd=31m.

Trang 38

Bảng 7-37: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với Q TKmax

QTK = 324,74(m /s); B = 31m; n = 0,017; i = 12%3

5.8854

0.0269

2 1.0079 31 31.245 33.016 0.946

4 58.286

10.393

5.5056