THỦY VĂN CẦU CỐNG - CHƯƠNG 3 docx

16 April 2011 Xác định khẩu độ cầu nhỏ vàcống 12 Bài 3.2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC XÁC • Cao độ mực nước dâng trước cống – Khi đặt cống sẽ làm dòng chảy tự nhiên bị thu hẹp nên vùng phía trư

Trang 1

THỦY VĂN CẦU CỐNG - CHƯƠNG 3

Trang 2

16 April 2011 Xác định khẩu độ cầu nhỏ và

hiện tượng tích nước trước công trình.

4 Tính toán xác định khẩu độ cầu nhỏ.

5 Tính xói và gia cố lòng suối hạ lưu cống,

cầu nhỏ

Trang 3

cống

2

1 Một số khái niệm cơ bản.

• Diện tích ướt ω: là diện tích của phần chất lỏng

theo mặt cắt vuông góc với hướng dòng chảy

– Cống hình chữ nhật có chiều rộng đáy là b, chiều cao mực nước cống là hc

ω = bhc– Cống hình tròn:

2 2

Trang 4

cống

3

• Mương hở hình tam giác có mái dốc taluy hai bên là

1:m, chiều cao mực nước h

Trang 5

Trang 6

1 2

dl

dE

J tl

2 1

1 2

dl

dH

2 1

1 2

dl

dZ i

χ

ω

=R

Trang 7

v h

z g

v h

2 2

2 2 2

2

2 1 1

1

ϕ ϕ

w

hE

E1 = 2 + z1+ ∋1= z2 + ∋2 +hw

Trang 8

cống

7

• Là độ sâu làm cho năng lượng đơn vị của mặt cắt ∋ nhỏ nhất ứng với một lưu lượng Q đã cho

Biểu đồ quan

hệ ∋ = f(h)

∋

∋min

Trang 9

cống

8

Cách 2: Phương pháp giải tích

– Đối với tiết diện chữ nhật có cạnh đáy là B

– Đối với tiết diện tam giác có mái dốc m

m g

Q

=

Trang 10

cống

9

– Mặt cắt hình thang có đáy B và mái dốc m

0 3

Qk

ϕ

ξ =

Trang 11

cống

10

• Là độ dốc đáy kênh sao cho độ sâu chảy đều

RC

Trang 12

cống

11

d Các trạng thái dòng chảy

Trang 13

cống

12

Bài 3.2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC XÁC

• Cao độ mực nước dâng trước cống

– Khi đặt cống sẽ làm dòng chảy tự nhiên bị thu hẹp nên vùng phía trước cống sẽ bị ảnh hưởng bởi nước dâng

– Xác định chiều cao nước dâng trước cống là quan trọng bởi vì nó liên quan tới những rủi ro

có thể xảy ra

Trang 14

cống

13

• Chiều sâu dòng chảy sau cống

– Quyết định chế độ chảy: đầy hoặc một phần – Mực nước hạ lưu có thể kiểm soát được bởi các công trình khác ở hạ lưu.

• Tốc độ dòng chảy ra khỏi cống

– Thường lớn hơn tốc độ dòng chảy tự nhiên – Gây xói đáy dòng chảy sau cống, phá hủy cống,phá hoại nền đường…

Trang 15

cống

14

• Thủy lực cống

lưu, sự kiểm soát cột nước trước cống sẽ tính toán được kích thước cống và loại cống

– Chế độ dòng chảy trong cống hết sức phức tạp, phải được nghiên cứu kỹ để thỏa mãn tốt nhất các điều kiện kinh tế và kỹ thuật.

Trang 16

– Miệng cống theo dạng dòng chảy : H ≤ 1.4hcv

• H (m): là chiều sâu mực nước dâng trước cống.

• Hcv (m): là chiều cao cửa vào của cống.

Trang 17

Trang 18

cống

17

Đặc điểm của dòng chảy qua cống

• Tại cửa cống : nước chảy như qua đập tràn đỉnh rộng, trên toàn chiều dài cống nước chảy có mặt thoáng tự do.

• Sau khi qua cửa cống : dòng chảy bị thu hẹp, chiều sâu mực nước thu hẹp có thể lấy

hc = 0,9 hk.

• Nếu độ dốc đặt cống i0 ≤ ik thì sau khi qua mặt cắt thu hẹp chiều sâu mực nước trong cống là hk và chiều sâu mực nước ra khỏi cống là hd = (0,7 ÷ 0,8)hk.

Trang 19

Trang 20

cống

19

b Cống chảy bán áp

Đặc điểm của dòng chảy qua cống

• Nước sẽ ngập toàn bộ cửa cống nhưng trên toàn chiều dài cống nước chảy có mặt thoáng tự do

• Xuất hiện xoáy nước hình phễu lúc ẩn lúc hiện tại thượng lưu, chiều sâu nước chảy trong cống không ổn định

• Dòng chảy sau khi qua cửa cống cũng bị thu hẹp, chiều sâu mực nước thu hẹp khi tính toán hc=0,6hcv

• Nếu i0 ≤ ik thì sau khi qua mặt cắt thu hẹp chiều sâu mực nước trong cống và khi ra khỏi cống là hk

Trang 21

o i

Q i

Trang 22

cống

21

2 Các công thức cơ bản tính toán khả

năng thoát nước của cống.

Q V

c +

=

Trang 23

555 ,

Q =

2

127 ,

0

B Q

Trang 24

422,

1 BH

Q =

2

140 ,

0 Vc

H =

H

hc = 0,537

Trang 25

cống

24

iii Cống tròn.

• Xác định chiều sâu phân giới hk

• Xác định diện tích ướt dựa theo toán đồ quan hệ giữa

Trang 26

• ωd (m 2 ): Tiết diện nước chảy.

• hd (m): Chiều cao phần cơ bản của ống (khẩu độ ống).

• ϕ: Hệ số vận tốc khi cống chảy có áp, 0.95

( d )

d g H h

Q = ϕ.ω 2 −

Trang 27

• Xác định lưu lượng nước cần thoát

• Chọn loại cấu tạo cho cống

• Chọn các phương án khẩu độ và tính toán thủy lực Tính được

– Chiều cao nước dâng H trước cống

– Vận tốc nước chảy V trong cống

• Dựa vào H và V

– Xác định cao độ nền đường

– Các biện pháp gia cố thượng, hạ lưu cống

– So sánh để chọn phương án tốt nhất

Trang 28

• Trường hợp 2: Bài toán kiểm tra

– Biết mực nước dâng cho phép – Tốc độ nước chảy cho phép (biết loại vật liệu gia cố

ở thượng và hạ lưu cống) – Yêu cầu xác định khả năng thoát nước của cống

Trang 29

• Khi nước lũ đang lên

và một thời gian sau khi nước lũ bắt đầu xuống thì lưu lượng chảy qua công trình

Qc nhỏ hơn lưu lượng từ khu vực chảy về Q

Trang 30

cống

29

• Phương trình cân bằng nước tại thời điểm bất kỳ:

WQ = WQc + Wa (m3)– WQ (m3): Lượng nước do lưu vực cung cấp Khi biết được lưu lượng đỉnh lũ Qp% và phương trình đường quá trình lũ Q=f(t) thì ta xác định được WQ

– WQc (m3): Lượng nước thoát qua cống Qc = f(H) nên

WQc=f(H)

– Wa (m3): Lượng nước dâng trước công trình do cống chưa thoát kịp, Wa = f(H)

Trang 31

cống

30

Công thức đơn giản để xác định Qc, Wa

a.Công thức D.I Kacherin

(m3)

(m3/s)

• Qc (m3/s): Lưu lượng lớn nhất thoát qua công trình.

• Q (m3/s): Lưu lượng lớn nhất từ lưu vực chảy về.

• Wa (m3): Thể tích nước tích lại trước công trình.

• W (m3): Tổng thể tích dòng chảy.

2

.T Q

2

.T Q W

Trang 32

7 , 0 1

Qc 0 , 62 1 a

Trang 33

cống

32

Công thức của I.G.Kutsmirôm:

(m3)

• ω (m 2 ): Tiết diện dòng chảy trước công trình

• is (‰): Độ dốc suối trong phạm vi bị ngập do nước dâng

• α (độ): Góc tạo bởi giữa tim đường và trục vuông góc với suối.

• A: Hệ số phụ thuộc vào xác định theo bảng 3.2

• B (m): Chiều rộng suối khi ngập.

W =

Trang 34

• Phân tích các trị số lưu lượng Qc tại các giao điểm của

2 đường cong Qc = f(H) và Qcống=f(H) sẽ có H và Qcứng với các cống có khẩu độ khác nhau từ đó sẽ chọn khẩu độ cống thiết kế phù hợp

Trang 35

cống

34

Bài 3.4: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KHẨU

1.Chế độ dòng chảy dưới cầu, sơ đồ tính toán

• Khi hδ ≤ 1,3 hk: chảy theo chế độ tự do, chiều sâu nước chảy dưới cầu là hk

• Khi hδ > 1,3 hk: chảy ngập, chiều sâu nước chảy dưới cầu bằng chiều sâu nước chảy lúc tự nhiên

ở hạ lưu

Trang 36

Trang 37

• Từ hδ đã giả định tính được các thông số ω, χ và R

• Tính lưu lượng Qδ ứng với hδ

• So sánh Qδ và Qp% với sai số cho phép là ± 5%

• Vận tốc nước chảy lúc tự nhiên

Ri C

Trang 38

C = 1

6

1

= y

75,013

,05

,

y

Trang 39

Trang 40

• Tương ứng với phương án gia cố đã chọn sẽ xác định được vận tốc dòng chảy cho phép dưới cầu Vcp

Trang 41

cống

40

c Xác định chiều sâu phân giới hk của tiết diện suối sau khi gia cố.

Đối với tiết diện hình chữ nhật

• α: Hệ số hiệu chỉnh động năng, lấy bằng 1,0 ÷ 1,1.

• Vk (m/s): Vận tốc ứng với chế độ nước chảy phân giới, được lấy bằng vận tốc cho phép (Vcp) của vật liệu gia cố lòng suối Cần lưu ý chọn Vk > Vδ.

Trang 42

cống

41

Đối với tiết diện hình thang:

• Bk, ωk: Chiều rộng lòng suối và tiết diện chảy ứng với hk

• ε: Hệ số thu hẹp dòng chảy

• Qp (m3/s): Lưu lượng thiết kế ứng với tần suất p%.

m

m B

p k

V

gQB

εα

=

k

p k

Trang 43

• n: Số trụ cầu giữa sông

• d (m): Bề dày chắn nước của mỗi trụ giữa

• Vcp (m/s): Vận tốc cho phép không xói dưới cầu, phụ thuộc biện pháp gia cố lòng sông

nd V

gQ B

L

cp

p k

c = = 3 +

εα

Trang 44

Mặt cắt ngang cầu có trụ giữa sông (trường

hợp chảy tràn không ngập)

Trang 45

• Khi VH ≤ 1m/s có thể bỏ qua số hạng cuối

• Do VH thay đổi theo H nên việc tính H trong công thức trên phải thực hiện theo phương pháp thử dần

α

g

Vg

Vh

Trang 46

h

Q B

L

cp

p tb

Trang 47

cống

46

Tiết diện hình thang

Khẩu độ

• m: Hệ số mái taluy gia cố bờ suối.

• hδ (m): Chiều sâu tự nhiên của dòng chảy phía hạ lưu.

nd

mhV

h

QL

d L

Chiều sâu nước dâng trước cầu:

2

2 2

2

αϕ

α

δ

g

V g

V h

H = + cp − H

Trang 48

– Hmin (m): Cao độ thiết kế vai đường.

– Hd (m): Cao độ mực nước dâng, bằng cao độ đáy sông cộng chiều sâu nước dâng trước cầu H

– hmđ (m): Tổng chiều dày các lớp kết cấu mặt đường.

Trang 49

– T (m): tĩnh không dưới cầu, tùy thuộc vào yêu cầu thông thủy của từng sông Trường hợp không thông thủy lấy bằng 0.5m.

– K (m): chiều cao kết cấu nhịp – Hd (m): cao độ mực nước dâng

3 Tính toán thủy lực cầu nhỏ khi lòng sông dưới cầu không gia cố

• Tính toán như đối với cầu trung và lớn

Trang 50

cống

49

SUỐI HẠ LƯU CỐNG, CẦU NHỎ

1 Khái niệm

• Vận tốc tại cửa ra của cống và cầu nhỏ khá lớn dẫn đến hiện tượng xói mòn ⇒ cần phải gia cố

2 Các công trình gia cố

• Thường sử dụng phương pháp kéo dài phần xây hoặc lát

đá hạ lưu và xây tường chống xói

Trang 51

cống

50

Cách xác định kích thước hình học

a Chiều dài phạm vi gia cố Lgc

• Trường hợp lòng suối không dốc có thể lấy chiều dài gia cố Lgc sau cống và cầu nhỏ như sau

– Lưu lượng đơn vị

– Trạng thái dòng chảy ở hạ lưu

Trang 52

cống

51

• Chiều dày h1 phụ thuộc vào vận tốc cho phép của loại vật liệu sử dụng gia cố Nếu gia cốmột lớp bằng đá hộc, đá chẻ, thường h1 = 20-

Trang 53

– Lgc (m): chiều dài đoạn gia cố

gc

x

L B

B H

h

5 2

2

+

=

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	689,04 KB