Nhiệm vụ bài tập lớnDạng đề tài: - Thiết kế đập đất đồng chất có tờng nghiêng mềm và sân phủ - Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp hệ số sức kháng - Thiết kế đập đá có tờng n
Trang 1Nhiệm vụ bài tập lớn
Dạng đề tài:
- Thiết kế đập đất đồng chất có tờng nghiêng mềm và sân phủ
- Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp hệ số sức kháng
- Thiết kế đập đá có tờng nghiêng
Sinh viên: Hà Văn Lợi
1 Số liệu ban đầu:
1.1 Tài liệu về địa chất:
Loại đất:
(T/m3) (T/m3) (Kg/cm2) (m) (m/24h) (m/24h) (m/24h) 1,52 1,7 0,08 8 10-6-10-7 4.10-1- 4.10
K1 – hệ số thấm của đất nền
K2 – hệ số thấm của nền đất 3
K3 – hệ số thấm của tờng
1.2 Tài liệu về thuỷ văn:
Mực nớc TL Mực nớc HL Chiều cao sóng Bớc sóng TB Hệ số thấm
2 Yêu cầu
2.1 Nội dung
2.1.1 Đập đất đồng chất có tờng nghiêng mềm và sân phủ
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thớc tờng và sân phủ
3 Xác định lu lợng thấm các đờng bão hoà của đập
và nền
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trợt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
2.1.2 Đập BT trọng lực theo phơng pháp hệ số sức kháng
1 Thiết kế mặt cắt kinh tế của đập
Trang 2- Kiểm tra trợt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
2.1.3 Đập đá có tờng nghiêng
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thớc của tờng và thiết bị tầng lọc
ng-ợc
3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập
4 Kiểm tra ổn định của đập :
- Kiểm tra trợt phẳng
- Kiểm tra ổn định lật
2.2 Quy cách
2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trớc khi tính
2.2.2.Các hình vẽ minh hoạ , bảng biểu ,đồ thị phải có tên và đánh số thứ tự
2.2.3.Các công thức phải đánh số thứ tự
2,2,4 Nếu áp dụng tin học vào tính toán phải đa vào phụ lục
2.2.5.Thuyết minh khổ A4, bìa nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ li(khuyến khích làm bằng máy tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:
- Bìa ngoài;
- Nhiệm vụ BTL;
- Mục lục;
- Nội dung tính toán;
- Phụ lục tính toán;
- Tài liệu tham khảo
2.3 Thởng, phạt:
2.3.1.Thởng
- áp dụng tin học
- Nộp sớm
- Trình bày đẹp, đúng quy cách
- Lí do khác
2.3.2.Phạt - Không áp dụng tin học
- Chậm tiến độ
- Trình bày xấu, không đúng quy cách
- Lí do khác
2.3.3.Đánh giá của giáo viên hớng dẫn
Trang 3Giáo viên hớng dẫn
Nguyễn Thị Bich Thảo
Chơng I : Thiết kế đập đất đồng chất có tờng
nhiêng và chân khay.
I Xác định các kích thớc cơ bản của đập :
1.Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = CTMN_dâng bình thờng + d Hoặc :
CTĐĐ = CTMN_lũ + d’
Trong đó :
d , d’ - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ
Ta chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.
CTĐĐ = 28 + 2 = 30 m
2.Chiều rộng đỉnh đập :
Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhng
bề rộng nhỏ nhất phải 3 5 m
Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m
3.Mái đập :
Trang 4- Mái thợng lu m = 0,05.H + 2 = 3,15 -Mái hạ lu m1 = 0,05.H + 1,5 = 1.65 Vậy ta chọn m=3; m1=2,5.Ta tính toán cho trờng hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ.
II)Xác định kích thớc của tờng nghiêng và chân khay:
1) Kích thớc tờng nghiêng:
Chọn bề dày t1 = 1 m
t2 = 0,1.H = 0,1.28 = 2.8 m ,chọn t2 = 3 m
2) Kích thớc chân khay:
Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 2 m
Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm nớc :
T = 9,5 m :
Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ:
m = 3 m = 2,5
III) Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền :
Trờng hợp đập có tờng nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng chảy ta thiết lập công thức tính lu lợng nh sau : Theo giáo trình Thuỷ Công Given
q k0 h1 ( h3 ) T
t
h12 h32 z02
2 sin
q k T( h3)
2
T2
2 m h3
Trong đó :
m – mái dốc đập thợng lu ( m = 3)
h1 – mực nớc thợng lu ( h1 = 28m )
q – lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)
K – hệ số thấm của đập ( K = 0,4m/24h)
k0 : hệ số thấm của tờng (k0 = 0,004 m/24h)
δ : chiều dày trung bình của tờng δ = 2 m
m1 – mái dốc hạ lu đập ( m1 = 2,5 )
T : chiều dày tầng không thấm T = 9,5 m
Giải 2 phơng trình trên ta tìm đợc : q , h3
Trang 5k10.01 k00.004 k0.4 h119 T9.5 t2 18.43
180
z00.95 m3 q0 h30 Given
q k0 h1( h3) T
t
h12 h32 z02
2 1.5 sin
q k T( h3)
2
T2
2 1.5 m h3( )
Find h3 q( ) 0.296
1.874
Giải hệ : q = 0.386 m/ngđ = 4.468.10-6 m/s
h3 = 2,674 m
-)Đờng bão hoà
m
a
o
o .( 0 , 5 ) 0 , 3 86 ( 2 , 5 0 , 5 ) 1 158 5
,
1
Đờng bão hoà nh hình vẽ :
IV)Xác định các lực tác dụng lên đập:
Tính cho một mét dài đập
1)áp lực thuỷ tĩnh :
Tính cho một mét dài tờng
Trang 6m = 3 m = 2,5
W1
W2
W3 G1 G2 G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = γ.H = 28 T/m2
W1 = P.H/2 = 28.28/2 = 392 T
e = H/3 = 9.3m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W2 = Vn.n = 28*9.3*28*1/2 = 3645.6 T
áp lực đẩy nổi :
W3 = 0,5.28.(30.3 + 5 + 30.2,5)/2 = 1365 T
Trọng lợng bản thân đập :
G1 = 30.3.30.1,45/2 = 1957.5 T
G2 = 30.5.1,45 = 217.5 T
G3 = 30.2,5.30.1,45/2 = 1631.25 T
Tổng trọng lợng : G = 3806.25 T
2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :
Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:
MNTT
đỉnh đê
f
0.1Pd
0.4Pd
Pd
0.4Pd 0.1Pd
Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức:
).
m / T ( h P k k
2 nb no
Trong đó:
-Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m3).
h=2,5m-Chiều cao sóng.
2
P -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,5mP2
=1,9.
knb-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 5 , 6
5 , 2
14
ta có knb=0,85.
kno-Hệ số xác định theo công thức:
176 , 1 ) 14
5 , 2 15 , 1 028 , 0 (
3 14
5 , 2 8 , 4 85 , 0 ) h 15 , 1 028 , 0 (
m h 8 , 4
85
,
0
Trang 7Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=4,75T/m2.
Xác định tung độ z2:
).
)(
1 2 1 (
2
m A
Trong đó:
9
10 ) 5 , 2
14 23 , 0 47 , 0 ( 5 , 2 m
m 1 ) h 23 , 0 47 , 0 (
2
B=h 0 , 95 ( 0 , 84 m 0 , 25 ). h 1 , 36
Thay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z2= 2,55m.
Xác định các khoảng cách li:
l1=0,0125L ;l2=0,0265L ; l3=0,0325L ; l4=0,0675L (2-6).
Với L= 24 , 97 m
8
14 3 1 m
m
4
Thay L vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1=0,312m; l2=0,662m ; l3=0,812m;
l4=1,685m.
V)Kiểm tra ổn định của đập :
1)Kiểm tra ổn định trợt phẳng:
Tổng lực giữ :
Pgiữ = (G + W2 – W3 + 2.Pd.cosα).0,7 = (3806.25 + 3645.6 – 1365 +
2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4267.2 T
Tổng lực gây trợt :
Ptr = W1 + 2.Pd.sinα = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 T
Hệ số ổn định trợt : Ktr = 10 6 1 , 5
1 401
2 4267
tr
giu
K P
P
Vậy đập ổn đinh trợt
2)Kiểm tra ổn định lật :
Tổng mô men giữ :
Mgiữ = G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4
= 278486 Tm
Tổng mô men lật :
Mlật = W1.e5 + W3.e6 = 65315 Tm
-)Hệ số ổn định lật Kl = 4 26 1 , 5
65315
278486
l
M M
Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật
Trang 8Chơng II:
Thiết kế đập bê tông trọng lực
Phơng pháp hệ số sức kháng có 1 tờng cừ
I.Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất:
Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nớc
1.Cao trình đỉnh đập:
CTĐĐ = MNTL + d
CTĐĐ = 24 + 1,5 = 25,5m
Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 25,5m và chiều rộng đáy là B Hình chiếu mái thợng lu là nB, hình chiếu mái hạ lu là (1-n)B
- Có
2 , 0 2
4 , 2 2 2
gây khó khăn cho việc thi công, mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên mặt hạ lu, do đó lấy
n = 0 Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau:
m h
5 , 0 4 , 2
5 , 25
1 1
2 Mái dốc thân đập:
Mái dốc đập thợng lu: m0 = 0
Mái dốc đập hạ lu: m1 = 0,7
3 Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất:
ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo công thức nén lệch tâm:
2 0
B
M 6 B
Trong đó:
G = W2 + G - Wt
W2: áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu ( = 0)
G : Trọng lợng bản thân công trình
Wt : áp lực đẩy nổi dới đáy đập
2
h B 2
h B n 2
h B
G 1 1
1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (= 0,5)
1 : Trọng lợng riêng của vật liệu làm thân đập (= 2,4T/m3)
: Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m3)
3
nB 2 B 2
Bh )
3
nB 2
B ( 2
h B n 6
B 2
h B 3
h 2
h
2 0
Thay số ta có: G = 448,163 T
M0 = 1381,73 T.m
Trang 9Vậy ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập
2 0
B
M 6 B
5 , 18
73 , 1381 6 5 , 18
163 , 448
max = 48,45 T/m2
min = 0 T/m2
Ta thấy ứng suất max và min đều nhỏ hơn khả năng chịu kéo và nén của Bêtông nên bề rộng
đáy đập chọn nh trên là đúng
II Xác định bề rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt:
Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt, theo điều kiện tối thiểu để đảm bảo
ổn định của đập
1 1
n f
h
= 1.0,6.(2,425,50 0,5) 22,4
Trong đó:
f : Hệ số ma sát giữa đập và nền(= 0,6)
Kc : Hệ số an toàn ổn định của đập ( = 1)
Chọn B = 22,5m theo điều kiện ổn định trợt của đập
III.Tính lu lợng thấm theo phơng pháp hệ số sức kháng:
Đây là phơng pháp gần đúng để xác định lu lợng thấm qua đáy đập Trong thực tế xây dựng các đoạn thẳng đờng viền có thể chia làm 3 bộ phận:
- Bộ phận cửa vào có cừ thợng lu
- Bộ phận giữa thờng có cừ
- Bộ phận cửa ra có cừ hạ lu
Khi đó lu lợng thấm qua đập đợc xác định theo công thức sau:
i
H
k
q
.
Trong đó:
H-Độ chênh cột nớc trên các đoạn đờng viền.(H=24m)
k-Hệ số thấm (k=10-7m/ngđ)
r c n n v
i
c-Hệ số sức kháng của cừ
v-Hệ số sức kháng bộ phận cửa vào
r-Hệ số sức kháng bộ phận cửa ra
n’ n’’ -Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang
Trong trờng hợp tổng quát ta có:
Trang 10v = r = 0,44 +
2 1 2 1
2
1 1
1
75 , 0 1
5 , 0
5 , 1
T S T S T
S T
a
n =
T
S S
l 0 , 5 ( 2 1)
Với:
S1 = 3m
S2 = 0
S3 = 0
T1; T2; T Lần lợt là chiều sâu tầng thấm ở sân trớc, sân sau và thợng lu
a1; b-Lần lợt là chiều cao bậc và hệ số sức kháng của bậc
Theo giả thiết ta chọn công trình không có bậc a1 = 0; b = 0 và T = T1 = T2 = 5,5m
Ta có sơ đồ tính nh sau:
Thay các giá trị trên vào công thức ta có:
v = 1,72 ; n = 0,273 ; r = 0,44 ( Cửa vào và cửa ra không giống nhau )
i 2 , 433
Ta có:
h1 = . 1,72.2,24433
i
V
H
h2 = . 0,273.2,24433
i n
H
h3 = . 0,44.2,24433
i r
H
Ta có biểu đồ áp lực thấm dới đáy công trình nh sau:
Trang 11IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình.
Tải trọng tác dụng lên 1m dài công trình gồm có: tải trọng do sóng, trọng lợng bản thân đập,
áp lực đẩy nổi, áp lực nớc
1.Tải trọng do sóng:
Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình có tờng đứng là:
).
2 (
.
max
h H h k
Mô men lớn nhất tác dụng lên công trình là:
) 2 2
6 (
.
2 2
max
H H h h h k
Trong đó:
km; kd: Là hệ số phụ thuộc vào tỷ số
h
và
H
đợc tra theo đồ thị P2-4 giáo trình Đồ
án thuỷ công Với
h
= 0,181 và
H
= 0,646 ta có km = 0,28 ; kd = 0,25
: Chiều dài sóng ( = 15,5m)
h = 2,8m Chiều cao sóng
H = 24 m-Chiều cao cột nớc thợng lu
= 1T/m3 trọng lợng riêng của nớc
Thay số vào các công thức ta có:
Wmax = 17,78T; Mmax = 253,16Tm
2.Tải trọng bản thân, áp lực nớc, áp lực thấm:
Trọng lợng bản thân đập tính cho 1m dài đập:
Trang 12G2 = 287,64 T; G1 = 544,68 T
Ta có sơ đồ tải trọng tác dụng lên đập nh sau:
V.Tính toán ổn định công trình:
1.Tính ổn định trợt phẳng:
Do kích thớc đập ta chọn là theo điều kiện ổn định trợt, trong trờng hợp này ta còn bố trí thêm
1 hàng cừ nên không cần kiểm tra điều kiện này
2.Tính ổn định lật:
Từ sơ đồ lực nh trên ta có:
Tổng mô men giữ là:
Mg = 287,64.20,15 + 544,68.11,87 = 12261,3 T.m Tổng mô men lật là:
Ml =
3
5 , 22 2 5 , 22 ).
34 , 4 03 , 7 (
2
1 2
5 , 22 5 , 22 34 , 4 16 , 253 3
24 24 24 2
1
3268,5625 T.m
Hệ số ổn định lật là:
5625 , 3268
3 , 12261
l
g
K M
M
Vậy công trình đảm bảo ổn định lật
Trang 13Chương III : THIẾT KẾ ĐẬP ĐÁ CÓ TƯỜNG NGHIÊNG
I Xác định các kích thước cơ bản của đập :
1.Cao trình đỉnh đập :
CTĐĐ = +60m
2.Chiều rộng đỉnh đập :
Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông
B = 0.1 H
Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m
3.Mái đập :
Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền Sơ
bộ chọn mái dốc đập như sau :
Khi H = 60 m:
- Mái thượng lưu m = 3
-Mái hạ lưu m1 = 2
Ta tính toán cho trường hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ
4.Xác định kích thước của tường nghiêng :
Chọn bề dày t1 = 1 m
Chọn bề dày t2 = 3 m
Trang 14B = 5m
m
=2
A
Mặt cắt ngang đập
II) Tính toán lưu lượng thấm qua đập :
H 1
L
y
H 2
Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lưu lượng thấm qua tương nghiêng Do môi trường đá đổ có khe rỗng đá lớn cho nên sự chuyển động của nước không tuân theo định luật Đacxy dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính gần đúng theo công thức của Pa vơ lốp ki sơ đồ tính như hình vẽ trên.
Ta có phương trình lưu lượng thấm như sau :
sin 2
2 2
2 2 1
a
H t
H k
Trong đó :
q-lưu lượng thấm đơn vị
k-hệ số thấm của đá
a-bề dày trung bình của tường nghiêng (a=
2
2
t
=2 m )
-góc nghiêng của đường trung bình trong tường nghiêng so với đường nằm ngang(18,43o)
Khi hạ lưu đập không có nước H2 =0 lưu lượng được tính gần đúng theo công thức :
sin
2
2 1
2
1
a
H k q a
H
k
0.001 2,66 2*2*sin18, 43 m/ngđ
Trang 15)Xỏc định cỏc lực tỏc dụng lờn đập:
Tớnh cho một một dài đập
1)Áp lực thuỷ tĩnh :
Tớnh cho một một dài tường
W1
W2
W3 G1 G2 G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đỏy:
P =.H = 58T/m2
W1 = P.H/2 = 58.58/2 = 1682 T
e = H/3 = 19,33 m
Áp lực nước tỏc dụng trờn mỏi dốc :
W2 = Vn.n = 40.120.1/2 = 2400 T
ỏp lực đẩy nổi :
W3 = 0,5.58.(60.3 + 5 + 60.2)/2 = 4422,5 T
Trọng lượng bản thõn đập :
G1 = 60.3.60.1,7/2 = 9180T
G2 = 60.5.1,7 = 255 T
G3 = 60.2.60.1,7/2 = 6120 T
Tổng trọng lượng : G = 15555 T
2)Tải trọng súng tỏc dụng lờn đập :
Sơ đồ tớnh ỏp lực súng lờn cụng trỡnh dạng mỏi nghiờng:
MNTT
đỉnh đê
f
0.1Pd
0.4Pd
Pd
0.4Pd 0.1Pd
Tải trọng súng tỏc dụng lờn đập dạng mỏi nghiờng được xỏc định theo cụng thức:
Trang 16-Trọng lượng riêng của nước (=1T/m3).
h=1m -Chiều cao sóng.
2
P -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=1mP2
=1,6.
knb-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 10 10
1
h
ta có knb=0,95.
kno-Hệ số xác định theo công thức:
328 , 1 ) 15
5 15 , 1 028 , 0 (
3 15
5 8 , 4 85 , 0 ) 15 , 1 028 , 0 (
8 , 4
85
,
h m
h
k no
Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=5,25 T/m2.
Xác định tung độ z2:
).
)(
1 2 1 (
2
m A
Trong đó:
9
10 ) 5
15 23 , 0 47 , 0 ( 5
1 ) 23 , 0 47 , 0
2
m
m h
B= .0 , 95 ( 0 , 84 0 , 25 ). 0 , 967
h m
h
Thay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z2= 3,65 m
Xác định các khoảng cách li:
l1=0,0125L ;ll2=0,0265L ;l l3=0,0325L ;l l4=0,0675L (2-6)
8
15 3 1
.
4
m
m
Thay L vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1=0,33 m;l l2=0,7m ;l l3=0,87m;l l4=1,8m
IV)Kiểm tra ổn định của đập
Việc kiểm tra ổn định của đập tương tự như đập đất đồng chất do đó ở đây ta không tính lại nữa.(do đậpcó trọng lượng lớn hơn đập đât và có áp lực đẩy nổi nhỏ hơn do co hệ số rỗng lớn nên ta coi là an toàn và không cân kiểm tra)
