Bài giảng thủy lực - Chương 6 doc

Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 35 CHƯƠNG DÒNG THẤM QUA CÔNG TRÌNH ĐẤT 6.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 6.1.1 Độ rỗng (n) Tỉ lệ phần trăm thể tích giữa phần rỗng và toàn thể phần đất đá W W n o 100 = Wo : Thể tích lỗ rỗng W : Thể tích đất đá bao gồm cả phần rỗng và phần rắn 6.1.2 Vận tốc thấm thực và vận tốc thấm trung bình (V): Vận tốc thấm thực tế là vận tốc thấm qua các khe rỗng của đất đá Vận tốc thấm trung bình là vận tốc thấm được xem như thấm qua cả phần đất và phần khe rỗng của đất đá At V Δ Δ = ϑ Δϑ : thể tích nước thấm trong thời gian Δt A : Diện tích mặt cắt cả phần rỗng và phần đất 6.1.3 Cột nước đo áp (thủy lực) : Mặt chuẩn p/γ z h A 6.1.4 Hệ số thấm (k) ( Độ dẫn thủy lực) z p h += γ Dòng thấm V : nhỏ V 2 /2g Cột nước đo áp ≈ cột nước năng lượng Lưu lượng thấm trêm một đơn vò tiết diện ngang của dòng thấm khi chòu tác động bởi một đơn vò cột nước thủy lực trên một đơn vò chiều dài thấm ( nghóa là có một độ dốc thủy lực bằng một đơn vò). Loại đất Hệ số thấm (k) (cm/s) Sét 10 -9 -10 -6 Bụi, bụi chứa cát 10 -6 -10 -4 Cát tuyển chọn tốt 10 -3 -10 -1 Đối với đất không đồng chất , dò hướng thì k thay đổi theo từng điểm và tại một điểm thì k x ≠ k y ≠ kz Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 36 6.2 ĐỊNH LUẬT DARCY (Henry Darcy ,1856 ) “Khi dòng thấm ổn đònh, lưu lượng thấm tỉ lệ với độ dốc cột nước đo áp (hydraulic gradient) và diện tích thấm A” Δh h 1 V ΔL Mặt chuẩn h 2 A L h kAQ Δ Δ −= L h kV Δ Δ −= V là vận tốc thấm (vận tốc Darcy) ds dh ku −= Tổng quát : vận tốc thấm tại từng điểm trong miền thấm Điều kiện ứng dụng đònh luật Darcy 5 ≤ e R 3/1 n Vd R e ν = Với : Re = 5 d n V 3/1 5 ν ≤ 6.3 CÔNG THỨC DUPUIT – FORCHERHEIMER Trong trường hợp thấm không áp với độ dốc nhỏ, các đường dòng trên một mặt cắt ướt được xem song song thì cột nước đo áp h = p/γ+z là hằng số tại các điểm trên một mặt cắt . Công thức Darcy trở thànhø công thức Dupuit - Forcherheimer ds dh kV −= Với: h :độ sâu dòng thấm V :vận tốc được xem phân bố đều trên mặt cắt Do đó : h Tầngkhôngthấm Tầng thấm u s Khi đáy tầng không thấm nằm ngang, chọn làm mặt chuẩn thì h chính là độ sâu mực nước ngầm ( z = 0) Mặt chuẩn Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 37 6.4 CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA DÒNG THẤM VÀO GIẾNG NƯỚC. 6.4.1. Giếng phun: Thấm có áp Rr r o h s Q Tầngkhôngthấm Tầng thấm nước b H Đường cột nước đo áp o Tầngkhôngthấm h o Xét một mặt trụ bán kính r đồng trucï với thành giếng Lưu lượng thấm qua mặt trụ bán kính r, cao b dr dh kV −= dr dh rbkQ )2( π −= Vận tốc r dr kb Q dh π 2 −= Tích phân từ r o đến r ứng với h từ h o đến h ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ =− o o r r Ln kb Q hh π 2 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ =− o o r R Ln kb Q hH π 2 Tích phân từ r o đến R ứng với h từ h o đến H Gọi : R bán kính ảnh hương, H chiều cột nước đo áp khi chưa bơm ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = o r R Ln kbS Q π 2 S = H – h o : chiều sâu hút nước 6.4.2 Giếng thường Xét mặt trụ tròn đồng tâm với thành giếng, bán kính r dr dh kV −= Vận tốc Lưu lượng dòng thấm qua mặt trụ dr dh krhQ π 2−= r dr k Q hdh π 2 −= 0 2 0 2 r r Ln k Q hh π =− Tích phân từ r o đến r ứng với h từ h o đến h ( ) 0 2 0 2 r R Ln hHk Q − = π Tích phân từ r o đến R ứng với h từ h o đến H 0 2 0 2 r R Ln k Q hH π =− ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −= H S r R Ln HS Q 2 1 2 0 π S = H - h o Khi S/2H≈0 0 2 r R Ln HS Q π = R r o h s Q ! Tầng thấm nước H o Tầng không thấm Đưởng bïảo hoà h o S Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 38 R được xác đònh : Theo từng loại đất mà lấy gần đúng như sau: - Đối với đất cỡ hạt trung bình R=250m÷500m -Đốivớiđấthạtto R=700m÷1000m Công thức kinh nghiệm ksR 3000= (Đi-các dơ ) 6.5 THẤM QUA ĐẬP ĐẤT H m A B C A’ O λH F E α a 0 h x α 1 m 1 L o Tầngkhôngthấm m = cotg α m 1 = cotg α 1 Biến đổi mái nghiêng AC thành thẳng đứng A’O, sao cho lưu lượng qua AC giống như A’O 12 + = m m λ Mikhailốp Dupuit-Forcherheimer: dx dh kV −= V dx dh khq −= hdhdx k q −= 2 22 hH x k q − = Tích phân từ 0 đến x tương ứng từ H đến h k Lấy gốc tọa độ tại O Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 39 2 22 hH x k q − = )(2 2 0 2 LH aH k q + − = λ H m A B C A’ O λH F E α a 0 h x α 1 m 1 L o Tầngkhôngthấm V L () 2 22 o aH LH k q − =+ λ 2)(2 22 1 2 0 2 hH x HL aH − = + − λ tại x = λH+L, h = a o x LH aH Hh + − −= λ 2 0 2 2 Cần xác đònh a o x amLH aH Hh oo 1 2 0 2 2 −+ − −= λ h Xác đònh vò trí đường bão hoà chiều dài của dải nguyên tố m 1 z dz L h kdq Δ Δ −= udzdq = m 1 z Darcy dz zm z kdq 1 )(− −= Lưulượngthấmqua MN dz zm z kq a ∫ = 0 0 1 Lưu lượng thấm này cũng bằng lưu lượng thấm đi qua đập đất )(2 1010 2 0 2 1 0 HamL aH m a λ +− − = )(2 1 2 0 2 HL aH k q λ + − = )(2 1 2 0 2 1 HL aH k m a k o λ + − = 1 22 1 2 00 0 )()( m HmHLHL a −+±+ = λλ Giải phương trình bậc 2 cho a 0 : Có a o, xác đònh được q và đường bão hoà ∫ = 0 0 1 a dz m k q 1 0 m ka q = dz z a 0 M N m 1 a o x amLH aH Hh oo 1 2 0 2 2 −+ − −= λ Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 40 6.6 THẤM CÓ ÁP QUA ĐẬP Tầngkhôngthấm Tầng thấm H 1 H 2 Để xác đònh vận tốc thấm (u) , cột nước đo áp (h), dựa vào phương trình thấm Darcy như sau: x h ku x ∂ ∂ −= z h ku z ∂ ∂ −= x z Phương trình liên tục 0 2 2 2 2 = ∂ ∂ + ∂ ∂ z h x h h(x,z) Đất đồng chất và đẳng hướng: CHƯƠNG DÒNG KHÔNG ỔN ĐỊNH TRONG KÊNH I.KHÁI NIỆM : Dòng không ổn đònh là dòng chảy mà các yếu tố của dòng chảy đều phụ thuộc vào thời gian, Độ sâu : h = h(x,t) Vận tốc : V = V(x,t) Lưu lượng: Q = Q(x,t) Dòng không ổn đònh thường xuất hiện Sông, kênh bò ảnh hưởng thủy triều Kênh xả nhà máy thủy điện khi lưu lượng xả thay đổi đột ngột Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com . vò cột nước thủy lực trên một đơn vò chiều dài thấm ( nghóa là có một độ dốc thủy lực bằng một đơn vò). Loại đất Hệ số thấm (k) (cm/s) Sét 10 -9 -1 0 -6 Bụi, bụi chứa cát 10 -6 -1 0 -4 Cát tuyển. Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 35 CHƯƠNG DÒNG THẤM QUA CÔNG TRÌNH ĐẤT 6. 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 6. 1.1 Độ rỗng (n) Tỉ lệ phần. chuẩn Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt bài giảng Thủy Lực- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa tp HCM 37 6. 4 CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA DÒNG THẤM VÀO GIẾNG NƯỚC. 6. 4.1. Giếng phun: