Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi TRNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CƠNG TRÌNH THUỶ BµI TËP lớn MÔN HọC MÔN: công trình thuỷ lợi Đề TàI: Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng Thiết kế đập đất đồng chất thiết bị thoát nớc Thiết kế đập đá có tờng lõi Giáo viên hớng dẫn : THS.trầnhuy Sinh viên : PHạM §øc §AM Líp : CTT46 - DH1 Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Nhiệm vụ tập lớn Dạng đề tài: Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng Thiết kế đập đất đồng chất thiết bị thoát nớc Thiết kế đập đá có tờng lõi Sinh viên: Phạm Đức Đam Ngày giao đề: // Ngày nộp: // I Số liệu ban đầu: Trờng hợp 1: TK đập BT trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng Mực nớc thợng lu : H1 = 49m Mực nớc hạ lu : H2 = Trọng lợng riêng cđa têng : γ® = 2,2 T/m3 HƯ sè thÊm cđa nỊn : Kn =4.10-1 m/ng® Lùc dÝnh : C = 1.5T/m2 HƯ sè ma s¸t f = 0,6 Trờng hợp 2: TK đập đá có tờng lõi Mực nớc thợng lu : H1 =49 m Mực nớc hạ lu : H2 = Chiều sâu tầng thấm : T = m HƯ sè thÊm cđa têng : Kt = 4.10-2 m/24h Đất thịt có : Đ = 1,45 T/m3 HƯ sè thÊm cđa nỊn : Kn =10-6 cm/s Lùc dÝnh : C = 1.5T/m2 Trêng hỵp 3: TK đập đất đồng chất thiết bị thoát nớc Mực nớc thợng lu : H1 =49 m Mực nớc hạ lu : H2 = Chiều sâu tÇng thÊm : T = m HƯ sè thÊm tờng : Kt = 4.10-1 cm/s Đất thịt có : γ§ = 1,45 T/m3 HƯ sè thÊm cđa nỊn : : Kn =10-6 cm/s Lùc dÝnh : C = 1.5T/m2 Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Yêu cầu 2.1 Nội dung 2.1.1 Đập BT trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng STT Công việc Tiến độ Thực Tiến độ Thực Thiết kế mặt cắt đập Xác định kích thớc tờng Xác định lu lợng thấm đờng bÃo hoà đập theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng Kiểm tra ổn định đập : - Kiểm tra trợt phẳng - Kiểm tra ổn định lật 2.1.2 Đập đá có têng lâi: STT C«ng viƯc ThiÕt kế mặt cắt kinh tế đập Xác định kích thớc tờng Xác định lu lợng thấm đờng bÃo hoà đập Kiểm tra ổn định đập : - Kiểm tra trợt phẳng - Kiểm tra ổn định lật 2.1.3 Đập đất đồng chất thiết bị thoát nớc STT Công việc Tiến độ Thực Thiết kế mặt cắt đập Xác định kích thớc tờng Xác định lu lợng thấm đờng bÃo hoà đập Kiểm tra ổn định đập : - Kiểm tra trợt phẳng - Kiểm tra ổn định lật - Kiểm tra ổn dịnh mái dốc theo phơng pháp trơt cung tròn 2.2 Quy cách 2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trớc tính Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi 2.2.2.Các hình vẽ minh hoạ , bảng biểu ,đồ thị phải có tên 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, đồ thị vẽ giấy kẻ li(khuyến khích làm máy tính) bao gồm phần theo trình tự sau: - Bìa ngoài; - Nhiệm vụ BTL; - Mơc lơc; - Néi dung tÝnh to¸n; - Phơ lục tính toán; - Tài liệu tham khảo 2.3 Thởng, phạt: 2.3.1.Thởng - áp dụng tin học - Nép sím - Trình bày đẹp, quy c¸ch - LÝ kh¸c 2.3.2.Ph¹t - Không áp dụng tin học - ChËm tiÕn ®é - Trình bày xấu, không quy c¸ch - LÝ kh¸c 2.3.3.Đánh giá giáo viªn híng dÉn Giáo viên hớng dẫn Phạm Huy Thanh Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Chơng I:Thiết kế đập bê tông trọng lực (Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng) Cơ sở lí thuyết I Thiết kế mặt cắt đập: Phân tích mặt cắt kinh tế đập Khi thiết kế mặt cắt đập thờng xét tới điều kiện: - Điều kiện ổn định: Đảm bảo hệ số an toàn ổn định trợt mặt cắt nguy hiểm phải lớn trị số cho phép Điều kiện ứng suất: khống chế không đợc xuất ứng suất kéo mép thợng lu, có xuất nhng phải nhỏ trị số cho phép ứng suất nén mép hạ lu phải không đợc lớn trị số cho phép Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lợng công trình nhỏ II Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất: - Xét đoạn đập có chiều dài 1m, tiÕt diƯn ngang lµ ABC, chiỊu cao h, chiỊu réng đáy B Hình chiếu mái TL nB, hình chiếu mái HL (1-n)B, MN TL ngang đỉnh đập, HL đập nớc Các lực tác dụng lên đập gồm có: - Trọng lợng thân đập: G - áp lực nớc nằm ngang thẳng đứng: W1, W2 - áp lực thấm dới đáy đập có chiều cao 1.h1 (1: hệ số áp lực thấm) Nhiệm vụ tìm Bmin biết h ứng suất nén theo phơng thẳng đứng lên mặt cắt ngang đập đợc xác định theo nén lệch tâm = G M B B Trong ®ã: ∑ ∑ G - tổng lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt ngang M0 - tổng mô men lực thẳng ®øng ®èi víi ®iĨm O ∑ G = G + W2 - Wt ∑G = γ B.h n.B.h B.h +γ − α1γ 2 α1 : HÖ số áp lực thấm lại tác dụng cản trở màng chống thấm : Trọng lợng riêng vật liệu làm thân đập : Trọng lợng riêng nớc Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi h2 h B h B n.B.h B nB Bh ( B − nB ) ( − )− γ1 ∑ M = γ + α γ − γ 2 3 øng suÊt theo ph¬ng thẳng đứng mép thơng lu hạ lu đập hồ đầy nớc = h.[ 1.(1-n) + γ n.(2-n) - γ γ - γ h2/B2] σ = n.h( γ - γ - n γ ) + γ h3/B2 Khi Tl kh«ng cã níc (mới thi công) ứng suất pháp mép TL HL: σ o1 = γ 1.h.(1-n) σ o2 = γ 1.h.n Khi ta thấy khả chịu kéo BT nhỏ mép TL không cho phép xuất khe nøt nªn σ = ⇒ σ = h.[ γ 1.(1-n) + γ n.(2-n) - γ γ - γ h2/B2] = h B= γ1 γ (1 − n ) + n(2 − n ) − α đập có B Đạo hàm γ1 (1 − n) + n(2 − n) − α1 max γ (1 − n ) + n(2 − n ) − α vµ cho = ∂ γ1 (1 − n ) + n(2 − n ) − α = ∂n γ ⇒− ⇒ γ1 γ + − 2.n = 2− n= γ1 γ Cho γ = 2,2; γ = ⇒ n = -0,1 ⇒ n< Mái TL dốc ngợc Xét mặt thực tế mặt cắt nh không ổn định TL nớc Do ngời ta chọn mặt cắt đập BT tam giác vuông có mái TL thẳng đứng (n = 0) Trờng hợp bề rộng đáy đập tính theo công thức B= h Với mặt cắt D vuông mái TL thẳng đứng, ứng suất mép TL, HL đập là: - Khi hồ đầy nớc = σ = ( γ - α ).h Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi - Khi hồ nớc σ o1 = γ 1.h , σ o2 = NÕu α = 0,5 ; γ 1/ γ = 2,2 ⇒ B = 0,76.h NÕu α = ; γ 1/ γ = 2,2 ⇒ B = 0,67.h Khi = 0, trờng hợp áp lực thấm bề rộng B nhỏ áp lực thấm dới nền, khối lợng vật liệu giảm từ 10 - 25% Vì cần có biện pháp chống thấm dới đáy công trình để làm giảm áp lực thấm III Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trợt: Điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định là: KC.W1 = f G Trong đó: f - hệ số ma sát đập đất KC - hệ số an toàn đập KC g.h2/2 = f.B.h/2 K c γ ( h2 h = f B γ + γ.n − α γ 2 B= ) KC h γ f + n − α1 γ NÕu n = 0, f = 0,6; γ 1/ γ = 2,2 ; α = 0,5 ; KC = ⇒ B = 0,72h NÕu n = 0, f = 0,6; γ 1/ γ = 2,2 ; α = ; KC = ⇒ B = 0,59h Nhận xét: từ kết tính B nh trên, áp lực thấm nhỏ bề rộng đế đập theo điều kiện cờng độ định, áp lực thấm bề rộng đế đập theo điều kiện ổn định khống chế Với đá có hệ số ma sát nhỏ, để thỏa mÃn điều kiện ổn định trợt bề rộng đế đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0) Vì để tăng c ờng ổn định ngời ta đào móng nghiªng vỊ phÝa TL KC = ∑ G cos β + ∑ W sin β f ∑ G cos β W sin IV Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng ( phơng pháp kéo dài đờng chu vi thấm): - Nguyên tắc: kéo dài toàn chu vi thấm dới đáy công trình thành đờng nằm ngang - Sau kéo dài chu vi thấm thành đờng nằm ngang, từ điểm ta dóng lên cột nớc H = H1 - H2 V× tỉn thÊt cét níc tØ lệ bậc với chiều dài đờng viền nên ta nối điểm O với điểm - Muốn tìm áp lực thấm điểm ta kẻ đờng thẳng góc với đờng 7-1 Cột nớc thấm điểm cách mép HL đờng viền đoạn x là: Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi hx = x H L tt Trong đó: Ltt > C.H Ltt = Ld + Ln/m Ld - chiều dài tổng cộng đoạn thẳng đứng đoạn xiên so với đờng nằm ngang có góc > 450 Ln - chiều dài tổng cộng đoạn nằm ngang đoạn xiên có góc so với phơng n»m ngang < 450 C - hƯ sè phơ thc vào tính chất đất đợc tra bảng 3.2/GT Thủy công m - hệ số tiêu hao cột nớc đoạn thẳng đứng nằm ngang Hệ số lấy theo sơ đồ đờng viền thấm dới đáy công trình Khi có hàng cừ: m = - 1,5 Khi cã hµng cõ: m = - 2,5 Khi cã hµng cõ: m = - 3,5 Điều kiện áp dụng I Xác định bề dày đập theo điều kiện ứng suất : Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nớc Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 49 + 0= 49m Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao 50,5m chiều rộng đáy B Hình chiếu mái thợng lu nB, hình chiếu mái hạ lu (1-n)B - Cã − 2,2 V× n = - 0,1 nghĩa mái dốc thợng lu đập có độ n= = = 0,1 2 dốc ngợc, gây khó khăn cho việc thi công, mặt khác phát sinh ứng suất kéo mặt hạ lu, ®ã lÊy n = VËy chiỊu réng ®¸y ®Ëp tÝnh theo c«ng thøc sau: 2− B= h γ1 − α1 γ = 49 2,2 − 0,5 = 37 m Mái dốc thân đập: Mái dốc đập thợng lu : m0 = Mái dốc đập hạ lu : m1 = 0,75 Xác định chiều rộng đập theo điều kiện ứng suất ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt ngang đập xác định theo công thức nén lệch tâm Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lỵi σ= ∑ G ± 6.∑ M B2 B Trong ®ã ΣG = W2 + G - Wt W2: áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu ( = 0) G : Trọng lợng thân công trình Wt : áp lực đẩy dới ®¸y ®Ëp ∑ G = γ1 B h n.B.h B h +γ − α γ 2 α1 : Hệ số áp lực thấm lại tác dụng cản trở màng chống thấm (= 0,5) : Trọng lợng riêng vật liệu làm thân đập (= 2,2T/m3) : Trọng lợng riêng nớc (=1T/m3) bh ∑ M = 12 h2 2.γ + α h − 3γ n + 2γ n − γ + 2.γ n b -Thay sè ta cã ΣG = 1541T ΣM0= 191056 T.m VËy øng suÊt theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập σ= ∑ G ± 6∑ M B B2 Thay sè vµo ta cã σ = 1541 191056 ±6 37 37 max=879T/m2 min=-795T/m2 II Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất - Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt, theo điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định đập K c W1 = f ∑ G Trong ®ã f : Hệ số ma sát đập nền(= 0,6) Kc : Hệ số an toàn ổn định đập ( = 1) G : Tổng lực tác dụng lên mặt cắt W1 : áp lực nớc nằm ngang tác dụng lên mái đập thợng lu Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi H γ n W1 = ⇒W1 = 1200,5T Trêng hỵp n0 = 0, α1 = 0.5, Kc = 1, đ = 2,4T/m3 lấy B = 0,72h B = 0,72.49 = 35,28m ΣG= W2 + G - Wt Trong G : Trọng lợng thân công trình G =1/2.(b+B).H.đ = 1/2.(12+37).49.2,2 = 2641,1T W2 : áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu (=0) Wt : áp lực đẩy dới đáy đập Wt = B.h.γ n α α1 : HÖ số áp lực thấm lại tác dụng cản trë cđa mµng chèng thÊm (=0.5) ⇒Wt =1/2.37.49.1.0.5 = 543,25T VËy ΣG = W2 + G - Wt = 2641,1 – 543,25 = 2097,85T - Cã W1 = 1200,5T < f.G = 1258,7T Đập ổn định III Tính lu lợng thấm theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng Đối với cát, tầng lọc ngợc hạ lu, lÊy J = 0,2 ⇒ J= H = 0,2 ⇒ v = k.J L k - hÖ sè thÊm cđa ®Êt nỊn ( = 0,001) ⇒ v = 0,0002m/s Cột nớc thấm tại điểm cách mép hạ lu đờng viền thấm đoạn dài tính toán x lµ: hx = x H L Ltt > C.H IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng sóng, trọng lợng nớc đè, trọng lợng thân đập, áp lực đẩy nổi, áp lực nớc 23.5 Xác định tải trọng sóng: Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức: Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 10 17.0 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Chơng II :Thiết kế đập đá có tờng lõi Cơ sở lí thuyết I Thiết kế đập đá: Đỉnh đập: - Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu giao thông, theo điều kiện thi công quản lí khai thác - Nếu giao thông B = 0,1.H B không đợc nhỏ 5m - Nếu có giao thông B = 0,1.H B không đợc nhỏ 4m Cao trình đỉnh đập đ đ = MN_dâng bình thờng + d Hoặc : đ đ = ∇MN_lị + d’ Trong ®ã : d , d’ - độ vợt cao đỉnh đập so với MN_dâng MN_lũ b Mái dốc đập: - Độ dốc mái đập phụ thuộc vào tính chất đá, chiều cao đập, cấu tạo thân đập cấp động đất vị trí xây dựng - Đối với đập có tờng nghiêng + Mái HL = 1/1,25 - 1/1,5 + §é dèc têng ( m¸i trong) = 1/1 - 1/3,5 + Độ dốc tờng ( mái ngoài) = 1/2,5 - §èi víi ®Êp cã têng lâi chèng thÊm mỊm: + M¸i HL m = 1/1,75 - 1/2 + M¸i TL m = 1/1,75 - 1/2,5 - Đối với đập đá đổ: mái dốc đợc xác định thí nghiệm, thờng lấy 1/1,3 1/1,4 Nếu cần tăng tính ổn định ta làm thêm đập mái dốc HL Cơ đập rộng từ - 2m để thuận tiện cho việc lại, kiểm tra thi công II Tính thấm cho đập đá: Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá xác định lu lợng thấm qua tờng nghiêng tờng lõi Giả sử có môi trờng đá đổ, khe rỗng đá lớn nên chuyển động nớc không tuân theo định luật Đacxy, dòng thấm qua đá dòng chảy rối tính toán gần theo công thức Pavolopxki Sơ đồ tính toán nh hình vẽ Tại mặt cắt N-N có cột nớc thấm y, ta có pt lu lỵng thÊm nh sau: 3 q H1 y (phơng trình xác định đờng bÃo hoà) = 3x K Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 13 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Khi x = L y = H2 3 q H1 − H ⇒ = 3L K Trong ®ã: q – lu lợng thấm đơn vị K hệ số thấm đá phụ thuộc vào độ rỗng p, hình dạng kích thớc viên đá, tra bảng 6-1/Tr 144/GT thủy công III Tính thấm cho đập đá tờng lõi: Khi tính thấm qua đập đá có lõi ta giả định coi MN TL đến tận tâm t ờng lõi tức tổn thất cột nớc đến phần đá đổ phần trớc lõi không đáng kể Khi tÝnh thÊm chØ tÝnh dßng thÊm qua lâi dùa vào lới thấm Khi H1 L < 0,5 ho đợc xác định theo công thức sau: h o = 0,65 b π − tg( − α ) Trong đó: - góc hợp tờng nghiêng đáy nằm ngang J - gradien dòng thấm ®i qua ë mÐp h¹ lu Jt = sin Jp = sin.tg J= sin α cos β - gãc đờng dòng tạo với mặt hạ lu điểm xét Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo c«ng thøc q = K.Ω K – hƯ sè thÊm cđa têng lâi Ω - diƯn tÝch biĨu ®å Điều kiện áp dụng I Xác định kích thớc đập : Cao trình đỉnh đập : đ đ = MN_dâng bình thờng + d Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 14 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Hoặc : đ đ = MN_lũ + d Trong : d , d - độ vợt cao đỉnh đập so với MN_dâng MN_lũ đ đ = 49 + 1,5 = 50,5 m ChiÒu réng đỉnh đập : Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộng nhỏ phải không đợc nhỏ m LÊy chiỊu réng ®Ønh ®Ëp : B = m Mái đập : Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đá đổ, cấu tạo thân đập cấp động đất vị trí xây dựng công trình Sơ chọn mái dốc đập nh sau: Mái thợng lu m = 2,5 Mái hạ lu m = 1,4 Nhng ®Ëp cao > 15 m, ®Ĩ thi công thuận tiện tăng ổn định mái dốc, mái ®Ëp thêng cã ®é dèc thay ®ỉi, trÞ sè thay đổi m = 0,5, bố trí đập có chiều rộng 1,5 m để ngời lại thoát nớc dễ dàng II Tính thấm qua ®Ëp ®¸: Khi tÝnh thÊm qua ®Ëp ®¸ cã têng lõi ngời ta giả thiết coi MN thợng lu đến tận tâm tờng lõi tức tổn thất cột nớc đến phần đá đổ phần trớc lõi không đáng kể Khi tính thấm tính dòng thấm qua lõi dựa vào lới thấm Vẽ hình xác định L ta có: L = 54,4 Có H 50,5 = = 0,478 < 0,5 h0 đợc xác định theo công thức sau: L 54,4 h = 0,65 b = 0,65 = 10,84 m − tg 90 − α − tg 90 − 47 ( ) ( ) Trong ®ã: : góc hợp tờng nghiêng đáy nằm ngang Lấy = 470 Đập đá có tờng lõi Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 15 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi J : gradien dòng thấm qua ë mÐp h¹ lu Jt = sin Jp = sin.tg J= sin α cos β : gãc cđa ®êng dòng tạo với mặt hạ lu điểm xét STT MN J 14,16 47 16 0,761 47 21 0,783 5,6 47 27 0,821 3,2 47 33 0,872 1,4 47 40 0,955 47 47 1,072 0,761 0,783 0,821 0,872 0,955 1,072 Sơ đồ lới thấm Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức: q = Kt. Trong ®ã: Kt : hƯ sè thÊm cđa têng lâi (= 10-7 m/24h) Ω : diƯn tÝch biĨu ®å (= 11,803m2) q =11,803 10-7 m3/24h III Tải trọng tác dụng lên đập: Tải trọng thân áp lực thuỷ tĩnh : Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 16 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn đáy: P = .H = 49 T/m2 W1 = P.H/2 = 49.49/2 = 312,5 T e = H/3 = 8,33 m áp lực nớc tác dụng mái dốc : W2 = Vn.γn = 49.2,5.49.1/2 = 781,25 T ¸p lùc ®Èy nỉi : W3 = 0,5.49.(50,5.2,5 + 7,66 + 50,5.1,4)/2 = 693,81 T Trọng lợng thân đập : G1 = (50,5.2,5 - 20).50,5.1,7/2 = 580,125 T G2 = + 40 21 1,7 = 749,70 T G3 = (21.2 - 20).21.1,7/2 = 392,70 T Tỉng träng lỵng : G = 1722,525 T Tải trọng sóng : Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng: Pd MNTT đỉnh đê 0.1Pd 0.4Pd 0.4Pd 0.1Pd f Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức: Pd = k no k nb P2 γ.h(T / m ) Sinh viªn: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 (2-4) Trang: 17 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Trong đó: -Trọng lợng riêng nớc ( =1T/m3) h - ChiỊu cao sãng.( = 4,5m) P2 - ¸p lùc sóng tơng đối lớn điểm theo bảng 2.5 víi h = 4,5m ⇒ P2 =1,7 knb-HƯ sè xác định theo bảng 2.4 với 25 = = 5,56 ta có knb=0,85 h 4,5 kno-Hệ số xác định theo c«ng thøc: h h + m.(0,028 − 1,15 ) λ λ 2,5 2,5 = 0,85 + 4,8 + 2,5.(0,028 − 1,15 ) 14 14 = 1,264 k no = 0,85 + 4,8 Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd= 5,105T/m2 Xác định tung độ z2: z2 = A + m (1 − 2.m + )(A + B ) (2-5) Trong ®ã: λ + m2 25 + 2,52 = 3.12 A= h.(0,47 + 0,023 ) = 4,5(0,47 + 0,023 ) h m 4,5 2,5 h B= h.0,95 − (0,84m − 0,25) = 2.78 λ Thay A, B m = 2,5 vào công thức 2-5 ta có z2 = 0.596m Xác định khoảng cách li: l1=0,0125L ;l2=0,0265Lα ; l3=0,0325Lα ; l4=0,0675Lα (2-6) Víi Lα= m.λ m2 − = 2,5.25 2,52 − = 41.29m Thay L vào hệ thống công thức 2-6 ta cã l 1=0,516 m; l2=1.09m ; l3=1.34m; l4=2.77m V KiÓm tra ổn định đập : Kiểm tra ổn định trợt phẳng: Tổng lực giữ : Pgiữ = (G + W2 – W3 + 2.Pd.cosα).0,7 = (1722,525 + 451,25 – 472,63 + 2.5,105.cos21,8 ).0,7 = 1197,44T Tỉng lùc g©y trợt : Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 18 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Ptr = W1 + 2.Pd.sin = 180,5 + 2.5,105.sin21,8 = 184,29 T Hệ số ổn định trợt : Ktr = Pgiu Ptr = 1197,44 = 6,50 > [ K tr ] = 1,5 184,29 VËy ®Ëp ỉn đinh trợt Kiểm tra ổn định lật : Tổng mô men giữ : Mgiữ = G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4 = 580,125.72,5 + 749,7.48,75 + 392,7.28,5 + 451,25.82 = 126801,4 Tm Tỉng m« men lËt : MlËt = W1.e5 + W3.e6 = 180,5.6,33 + 472,63.66,33 = 32492,1 Tm Hệ số ổn định lật Kl = M giu Ml = 126801,4 = 3,9 > [ K l ] = 1,5 32492,1 Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 19 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Chơng III: Thiết kế đập đất đồng chất Cơ sở lí thuyết I Khái niệm đập đất: Đập đất loại đập đợc xây dựng sớm khoảng 3000 năm Trung Quốc, ấn Độ Hiện nay, đập đất đợc sử dụng phổ biến có nhiều u điểm nh : Dùng vật liệu chỗ, cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, bền, chống thấm chốn chấn động tốt, dễ quản lí, dễ tôn cao, dễ đắp Đập đất loại đập không tràn nớc, để đảm bảo tháo lũ lấy nớc phải xây dựng công trình riêng : công trình tháo lũ, đờng ống Đập đất đợc phân loại theo nhiều cách Phân loại theo cấu tạo ta có loại đậpnh sau: Đập đất đồng chất: Toàn thân đập đợc đắp loại đất Đập đất không đồng chất : Thân đập đợc đắp nhiều loại đất Đập đất có tờng nghiêng mềm cứng Đập đất có tờng lõi mềm cứng Đập hỗn hợp II Sơ đồ tính thấm đập đất đồng chất không thấm Lời giải phơng pháp thuỷ lực Trờng hợp thiết bị thoát nớc y A m1 C 1:0,5 E m1a0 x Trong trờng hợp này, đờng bÃo hoà AC thoát hạ lu C, nằm cao mặt đoạn a0 Căn vào tình hình dòng thấm qua đập đất, dùng đờng đẳng phân đập thành số đoạn để tính Đối với đập đất thiết bị thoát nớc thấy đờng CE có độ dốc 1:0,5 gần trùng với đờng đẳng đờng chia đập thành đoạn để tính Chọn hệ trục XOY nh hình vẽ Trớc hết xét đoạn thân đập mặt cắt thẳng đứng cách gốc toạ độ đoạn x, tung độ đờng bÃo hoà y Độ dốc mặt nớc Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 20 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi mặt cắt dy/dx Lu lợng thấm q qua diện tích y (đoạn đập dài m ) Theo định luật Đacxy ta có : q = - k.y.dy/dx Trong ®ã : + k: HƯ số thấm qua thân đập + q:lu lợng thấm Vì q = conts nên ta giải phơng trình cách tích phân nh sau: x y h1 ∫ q.dx = − k ∫ y.dy ( k x= h − y2 2q ) (*) Ph¬ng trình phơng trình đờng bÃo hoà AC Lu lợng thấm qua đơn vị chiều dài đập suy từ phơng trình (*) với điều kiện y=a0 Khi y= a0 th× x= L- a0m0 ( k h1 − a y= ) 2( L − m a ) (**) Trong đoạn thứ hình nêm hạ lu, giả thiết bó dòng nằm ngang lu lợng đợc tính theo công thức sau: a q=∫k ( a0 z dz = k m + 0,5 z m + 0.5 ) Trôc z có gốc toạ độ tai C, hớng xuống dới Tóm lại ta có hệ phơng trình xác ®Þnh Ên sè q, a0 q= K.( h − h ) 2.(L − m a ) q=K h0 m + 0,5 Trờng hợp có thiết bị thoát nớc Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 21 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Nếu hạ lu đập có thiết bị thoát nớc (đờng bÃo hoà parabol đổ vào điểm C vật thoát nớc, cách điểm đầu vật thoát nớc đoạn l, nhận điểm đầu vật thoát nớc tiêu điểm parabol a = 2.l = (L + ∆l) + H − (L + ∆L) 2 H − a0 = k.a q = k 2.(L + L) Phơng trình đờng bÃo hoà viết dới dạng gần đúng: y2 = 2.a0 x Với hệ trục toạ độ gốc điểm O III Tính toán thấm qua đập đất đồng chất không thấm Phơng trình đờng bÃo hoà viết dới dạng gần đúng: y2 = 2.a0 x Với hệ trục toạ độ gốc điểm O A 1:m1 E 1: m C D F Đờng bÃo hoà thẳng góc với mái thợng lu, hạ thấp nhanh đoạn AE Sau mặt cắt EF, đờng bÃo hoà gần nh nằm ngang thoát hạ lu điểm C theo phơng tiếp tuyến với mái đập Građien thấm cửa vào cửa có số đặc điểm sau: JA = cos JB =0 JC = sin JC = Để giải toán xác định lu lợng thấm q đờng bÃo hoà, ngời ta thay thợng lu đập hình chữ nhật rộng L với điều kiện đảm bảo lu lợng thấm không đổi L có nhiều học giả nghiên cứu Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 22 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Theo E.A.Zamarin dïng c«ng thøc: ∆L = (0,3 -0,4)mh1 m - cotg mái thợng lu h1- cột nớc mái thợng lu Theo học chất lỏng công thức kinh nghiƯm cđa C.K.Mikhailov: ∆L = m.h 2m + Sơ đồ tính toán thấm qua đập đồng chất nỊn kh«ng thÊm y A' H1 A 1:m1 C 1: m l h1 a H1 x L1 L Bài toán thấm qua đập đất với mái nghiêng TL đợc chuyển thành thẳng đứng đà đợc giải phần Lu lợng thấm qua phần thân đập TL là: q=K h − (a + h ) (5-10) 2[L + ∆L − m (a + h )] Khi hạ lu đập có nớc (h2 > 0) Sơ phân hạ lu đập thành phần sau: Lu lợng thấm qua phần phía MN HL q = K a0 m + 0,5 Lu lợng thấm qua phần hình thang dới MN HL q2: q = K.h a0 (m + 0,5)a + q = q + q = K Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - §H1 m h 2m + h2 1 + m + 0,5 a + αh a0 Trang: 23 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lỵi α= m1 (5-11) 2(m + 0,5) Tõ (5-10) (5-11) ta xác định đợc q a0 Phơng trình đờng bÃo hoà theo hệ trục xOy nh sau: x= K (h − y ) 2q Điều kiện áp dụng I Xác định kích thớc đập : Cao trình đỉnh đập : đ đ = MN_dâng bình thờng + d Hoặc : đ đ = MN_lũ + d Trong ®ã : d , d’ - ®é vỵt cao cđa đỉnh đập so với MN_dâng MN_lũ đ đ = 49 + 1,5 = 50,5 m ChiỊu réng ®Ønh ®Ëp : Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộng nhỏ phải ữ m Lấy chiều rộng ®Ønh ®Ëp : B = m M¸i ®Ëp : Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất Sơ chọn mái dèc ®Ëp nh sau : Khi H = 50,5 m : Mái thợng lu m = 0,05.H + = 4,45 Mái hạ lu m = 0,05.H + 1,5 = 3,95 Nhng ®Ëp cao > 15 m, ®Ĩ thi công thuận tiện tăng ổn định mái dốc, mái ®Ëp thêng cã ®é dèc thay ®ỉi, trÞ sè thay đổi m = 0,5, bố trí đất có chiều rộng 1,5 m để ngời lại thoát nớc dễ dàng II Tính toán lu lợng thấm qua đập : Loại đập ®Êt trªn nỊn thÊm níc, hƯ sè thÊm cđa nỊn đập khác nhau, theo đề nghị Pavơlôpxki, tính toán ta chia làm hai phần : Tính toán lu lợng thấm qua thân đập xem nh không thấm nớc (q1) Tính toán thấm qua với giả thiết thân đập không thấm nớc (q2) Tính toán lu lợng thấm qua thân đập (nền không thấm nớc) Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 24 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Để giải toán xác định lu lợng thấm, tạm thay thợng lu đập hình chữ nhật có chiều rộng L L đợc xác định theo công thức : L = m.H 2.m + Trong : m - mái dốc đập thợng lu ( m = 4,45 ) H1 - mùc níc thỵng lu ( H1 = 49m ) Vậy : L = 10,866m Bài toán thấm qua đập có mái thợng lu nghiêng đợc chuyển toán thấm qua đập có mái thợng lu thẳng đứng Chiều dài thân đập quy đổi: L = 97,014 m q1 = K d (H ) − a2 2.(L − a.m) q1 = K d a m + 0,5 Trong : q1 - lu lợng thấm qua ®Ëp tÝnh cho m dµi ( m/s) K - hƯ sè thÊm cđa ®Ëp ( K = 10-5 cm/s = 10-7 m/s ) H - mùc níc thỵng lu ( H = 49 m ) m - m¸i dèc hạ lu đập ( m = 3,95 ) L - chiều dài chân đập sau quy đổi ( L = 143.275 m ) Giải phơng trình ta cã : a = 12,9m q1 = 3,83.10-7 m/s TÝnh lu lỵng thÊm qua nỊn : Lu lỵng thÊm qua đợc xem nh chảy qua đờng ống q = K n H T n.L Trong ®ã : Kn - hƯ sè thÊm cđa nỊn ®Êt ( Kn = 10-2 cm/s = 10-4 m/s ) L - chiÒu dài chân đập thực tế T - chiều sâu tÇng thÊm (T = 9,2 m) q2 = 2,155.10-7 VËy lu lợng thấm tổng cộng qua đập qua : Q = q1 + q2 = ( 3,83 + 2,155 ).10-7 = 5,985.10-4 m/s Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 25 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi q=K a 12,9 = 10 −4 = 3,82.10 −4 m / s mHL + 0,5 3,95 + 0,5 III Vẽ đờng bÃo hoà: x= ( K h1 − y 2q ) y 49 47 45 43 41 39 37 35 x 0,00 12,57 24,08 34,55 43,98 52,36 59,69 60,02 Đờng bÃo hoà nh h×nh vÏ y 49 mHL= 3,95 ,45 mTL=4 35 x IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng sóng, trọng lợng nớc đè, trọng lợng thân đập, áp lực đẩy nổi, áp lực nớc Xác định tải trọng sóng: Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo c«ng thøc: P2 = k no k nb P γ.h(T / m ) (2-4) Trong ®ã: γ - Trọng lợng riêng nớc (=1T/m3) h - Chiều cao sóng(= 2,6m) P - áp lực sóng tơng đối lớn điểm theo bảng 2.5 với h = 2,6m P ⇒ P =1,9 knb - Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 25 = = 5,56 ta cã knb=0,85 h 4.5 kno - Hệ số xác định theo công thức: h h + m.(0,028 − 1,15 ) λ λ 4.5 4.5 = 0,85 + 4,8 + 3.(0,028 − 1,15 ) 25 25 = 1,177 k no = 0,85 + 4,8 Sinh viªn: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - ĐH1 Trang: 26 Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P2 = 4,94T/m2 Xác định tung độ z2: z2 = A + (1 − 2.m + )(A + B ) (2-5) m Trong ®ã: λ + m2 25 10 A= h.(0,47 + 0,023 ) = 4.5(0,47 + 0,023 ) = h m 4.5 h B = h.0,95 − (0,84m − 0,25) = 2.44 Thay A, B m=3 vào công thức 2-5 ta có z2=0,48m Xác định khoảng cách li: l1=0,0125Lα ;l2=0,0265Lα ; l3=0,0325Lα ; l4=0,0675Lα (2-6) Víi Lα= m.λ m −1 = 3.25 = 44.6m Thay L vào hệ thống công thức 2-6 ta có l = 0,56m; l2 = 1.18m ; l3 = 1.45m; l4 = 3.01m Xác định trọng lợng nớc ®Ì, ¸p lùc níc, ¸p lùc ®Èy nỉi 4) Träng lợng nớc đè phía thợng lu là: W1= 3.49.49.1 = 937,5T 5) Xác định áp lực nớc (W2) áp lực nớc tác dụng lên tờng nghiêng ta coi nh theo phơng ngang ta có: W2= 49.1.49 = 312,5T 6) Xác định áp lực nớc ®Èy næi.(W3) Ta cã W3 = 0,5 W2 = 156,25T Xác định trọng lợng thân công trình: Sau đà vẽ đợc đờng bÃo hoà để thiên an toàn ta coi đờng bÃo hoà đờng thẳng từ thợng lu tới hạ lu Công trình có phần bị đẩy ngập nớc phần không bị đẩy đờng bÃo hoà Trọng lợng phần mực nớc là: G1=96,85.1,7.1=164,645T Trọng lợng phần dới mực nớc ngầm là: G2=2209,14.1,4.1=3092,796T Qua tính toán tải trọng ta có sơ đồ lực nh sau: Sinh viên: Phạm đức Đam Lớp : CTT46 - §H1 Trang: 27 ... Nhiệm vụ tập lớn Dạng đề tài: Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng Thiết kế đập đất đồng chất thiết bị thoát nớc Thiết kế đập đá có tờng lõi Sinh viên: Phạm Đức Đam Ngày... phân loại theo nhiều cách Phân loại theo cấu tạo ta có loại đậpnh sau: Đập đất đồng chất: Toàn thân đập đợc đắp loại đất Đập đất không đồng chất : Thân đập đợc đắp nhiều loại đất Đập đất có tờng... MN J 1 4,1 6 47 16 0,7 61 47 21 0,7 83 5,6 47 27 0,8 21 3,2 47 33 0,8 72 1,4 47 40 0,9 55 47 47 1,0 72 0,7 61 0,7 83 0,8 21 0,8 72 0,9 55 1,0 72 Sơ đồ lới thấm Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công