thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước, thiết kế đập đất có tường lõi, thiết kế đập bê tông trọng lực theo phương pháp tỉ lệ đường

Đập BT trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng độ Thựchiện 1 Thiết kế mặt cắt của đập 2 Xác định kích thớc của tờng 3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền theo phơng

Nhiệm vụ bài tập lớnDạng đề tài:

1 Thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc

2 Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng

3 Thiết kế đập đá có tờng lõi

Sinh viên: Đỗ Thị Hải Yến

Ngày giao đề:

Ngày nộp:

I Số liệu ban đầu:

1 Trờng hợp 1: TK đập đá có tờng lõi

Mực nớc thợng lu : H1 = 25 m

Mực nớc hạ lu : H2 = 0

Chiều sâu tầng thấm : T = 9,2 m

Hệ số thấm của tờng : Kt = 10-7 m/24h

Chiều sâu tầng thấm : T = 9,2 m

Hệ số thấm của tờng : Kt = 10-5 cm/s

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 tỉ lệ đờng thẳng

độ Thựchiện

1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thớc của tờng

3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền

theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng

4 Kiểm tra ổn định của đập :

- Kiểm tra trợt phẳng

- Kiểm tra ổn định lật

2.1.3 Đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc

độ Thựchiện

1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thớc của tờng

3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền

4 Kiểm tra ổn định của 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 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

Gi¸o viªn híng dÉn

NguyÔn ThÞ BÝch Th¶o

mục lục

Chơng I : 5

Thiết kế đập đá có tờng lõi 5

1 Cơ sở lí thuyết 5

I Thiết kế đập đá: 5

II Tính thấm cho đập đá: 5

III Tính thấm cho đập đá tờng lõi: 6

1 Điều kiện áp dụng 6

I Xác định các kích thớc cơ bản của đập : 6

II Tính thấm qua đập đá: 7

III Tải trọng tác dụng lên đập: 8

V Kiểm tra ổn định của đập : 10

Chơng II: 12

Thiết kế đập bê tông trọng lực 12

11 Cơ sở lí thuyết 12

I Thiết kế mặt cắt đập: 12

II Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất: 12

III Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trợt: 14

IV Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng ( phơng pháp kéo dài đờng chu vi thấm): 14

1 Điều kiện áp dụng 15

I Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất : 15

II Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất 16

III Tính lu lợng thấm theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng 17

IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình 17

V Kiểm tra ổn định của đập 19

Chơng III: 21

Thiết kế đập đất đồng chất 21

1 Cơ sở lí thuyết 21

I Khái niệm về đập đất: 21

II Sơ đồ tính thấm đập đất đồng chất trên nền không thấm 21

III Tính toán thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm 23

1 Điều kiện áp dụng 24

I Xác định các kích thớc cơ bản của đập : 24

II Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền : 25

III Vẽ đờng bão hoà: 26

IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình 26

V Kiểm tra ổn định của đập 28

VI Kiểm tra ổn định trợt mái dốc theo phơng pháp trợt cung tròn 29

- Nếu không có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 5m

- Nếu có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 4m

- Độ dốc mái đập phụ thuộc vào tính chất của đá, chiều cao đập, cấu tạo thân

đập và cấp động đất tại vị trí xây dựng

- Đối với đập có tờng nghiêng thì

+ Mái HL = 1/1,25 - 1/1,5

+ Độ dốc tờng ( mái trong) = 1/1 - 1/3,5

+ Độ dốc tờng ( mái ngoài) = 1/2,5

- Đối với đấp có tờng lõi chống thấm mềm:

+ Mái HL m = 1/1,75 - 1/2

+ Mái TL m = 1/1,75 - 1/2,5

Đối với đập đá đổ: mái dốc đợc xác định bằng thí nghiệm, thờng lấy là 1/1,3 1/1,4 Nếu cần tăng tính ổn định ta làm thêm các cơ đập ở mái dốc HL Cơ đập rộng

-từ 1 - 2m để thuận tiện cho việc đi lại, kiểm tra và thi công

II Tính thấm cho đập đá:

Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lu lợng thấm qua tờngnghiêng hoặc tờng lõi

Giả sử có 1 môi trờng đá đổ, do các khe rỗng đá lớn nên sự chuyển động của

n-ớc không tuân theo định luật Đacxy, dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tínhtoán gần đúng theo công thức của Pavolopxki Sơ đồ tính toán nh hình vẽ Tại mặt cắtN-N có cột nớc thấm là y, ta có pt lu lợng thấm nh sau:

x3

yHK

Trong đó:

q – lu lợng thấm đơn vị

K – hệ số thấm của đá phụ thuộc vào độ rỗng p, hình dạng và kích thớc củaviên 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 giữa ta giả định rằng coi MN TL đến tận tâm ờng lõi tức là tổn thất cột nớc đến phần đá đổ và phần trớc lõi là không đáng kể.Khi tính thấm chỉ tính dòng thấm qua lõi dựa vào lới thấm

b65

,0

α - góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang

J - gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu

β - góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét

Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức

Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộngnhỏ nhất phải không đợc nhỏ quá 5 m

Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m

3 Mái đập :

Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đá đổ, cấu tạo thân đập và cấp

động đất tại vị trí xây dựng công trình Sơ bộ chọn mái dốc đập nh sau:

Mái thợng lu m = 2,5

Mái hạ lu m = 1,4

Nhng đập cao > 15 m, để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc, mái đậpthờng có độ dốc thay đổi, trị số thay đổi ∆m = 0,5, ngoài ra còn bố trí các cơ đập cóchiều rộng 1,5 m để ngời đi lại và thoát nớc dễ dàng

II Tính thấm qua đập đá:

Khi tính thấm qua đập đá có tờng lõi giữa ngời ta giả thiết rằng coi MN thợng lu

đến tận tâm tờng lõi tức là tổn thất cột nớc đến phần đá đổ và phần trớc lõi là không

5,26L

5

65,090

tg1

b

65,

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo côngthức:

)

m/T(h P.k.k

)14

5,215,1028,0.(

5,214

5,2.8,485,0

)

h.15,1028,0.(

m

h.8,485,0

kno

=

−+

+

=

λ

−+

λ+

1m.21(m

1A

Trong đó:

5,2

5,21)5,2

14.23,047,0(5,2m

m1)h23,047,0.(

2 2

2

=

++

=+λ+

14.5,21m

.m

Tổng lực gây trợt :

Ptr = W1 + 2.Pd.sinα = 180,5 + 2.5,105.sin21,8 = 184,29 T

Hệ số ổn định trợt : Ktr = 6,50 [ ]K 1,5

29,184

44,1197P

P

tr tr

Mlật = W1.e5 + W3.e6 = 180,5.6,33 + 472,63.66,33 = 32492,1 Tm

Hệ số ổn định lật Kl = 3,9 [ ]K 1,5

1,32492

4,126801M

M

l l

Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật

Điều kiện ứng suất: khống chế không đợc xuất hiện ứng suất kéo ở mép thợng

l-u, hoặc có xuất hiện nhng phải nhỏ hơn một trị số cho phép ứng suất nén chính ở méphạ lu phải không đợc lớn hơn trị số cho phép

Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lợng công trình là nhỏ nhất

II Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất:

- Xét 1 đoạn đập có chiều dài 1m, tiết diện ngang là ∆ABC, chiều cao h, chiềurộng đáy B Hình chiếu mái TL là nB, hình chiếu mái HL là (1-n)B, MN TL ngang

đỉnh đập, HL đập không có nớc Các lực tác dụng lên đập gồm có:

- Trọng lợng bản thân đập: G

- áp lực nớc nằm ngang và thẳng đứng: W1, W2

- áp lực thấm dới đáy đập có chiều cao là α1.h1 (α1: hệ số áp lực thấm)

Nhiệm vụ là tìm Bmin khi biết h

ứng suất nén theo phơng thẳng đứng lên mặt cắt ngang đập đợc xác định theonén lệch tâm

2

0

B

M6B

h.B.n2

h.B

G =γ1 +γ −α1γ

∑

α1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm

γ1 : Trọng lợng riêng của vật liệu làm thân đập

γ : Trọng lợng riêng của nớc

3

nB2B.2

Bh)

3

nB2

B(2

h.B.n.6

B.2

h.B3

h.2

h

2 0

−γ

−

−γ

−γ

α+γ

=

∑

ứng suất theo phơng thẳng đứng ở mép thơng lu và hạ lu đập khi hồ đầy nớc

α

−

−+

−γγ

=

đập có B min khi

1

1 (1−n)+n(2−n)−αγ

γ

và cho = 0

0)

n2(n)n1

1 n

−γ

đập BT là ∆ vuông có mái TL thẳng đứng (n = 0)

Trờng hợp này bề rộng đáy đập tính theo công thức

1 1

hB

α

−γγ

=

Với mặt cắt cơ bản là D vuông mái TL thẳng đứng, thì ứng suất mép TL, HL đậplà:

- Khi hồ đầy nớc σ1 = 0 σ2 = (γ1 - α.γ).h

Nếu α1 = 0,5 ; γ1/γ = 2,4 ⇒ B = 0,72.h

Nếu α1 = 0 ; γ1/γ = 2,4 ⇒ B = 0,65.h

Khi α1 = 0, trờng hợp không có áp lực thấm thì bề rộng B nhỏ hơn áp lực thấmdới nền, khối lợng vật liệu giảm từ 10 - 25% Vì vậy 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:

=

1 1

C

nf

hKB

Nếu n = 0, f = 0,7; γ1/γ=2,4 ; α1 = 0,5 ; KC = 1 ⇒ B = 0,75h

Nếu n = 0, f = 0,7; γ1/γ=2,4 ; Q1 = 0 ; KC = 1 ⇒ B = 0,6h

Nhận xét: từ kết quả tính B nh trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đế đập theo

điều kiện cờng độ quyết định, nếu áp lực thấm thì bề rộng đế đập theo điều kiện ổn

định khống chế

Với nền đá có hệ số ma sát nhỏ, để thỏa mãn điều kiện ổn định trợt thì bề rộng

đế đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0) Vì vậy để tăng c ờng

ổn định ngời ta đào móng nghiêng về phía TL

fsin.Wcos

.G

sin.Wcos

.G

β+

β

=

IV Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng ( phơng pháp kéo dài đờng chu vi thấm):

- Nguyên tắc: kéo dài toàn bộ chu vi thấm dới đáy công trình thành đờng nằmngang

- Sau khi kéo dài chu vi thấm thành đờng nằm ngang, từ điểm 7 ta dóng lên cộtnớc H = H1 - H2 Vì tổn thất cột nớc tỉ lệ bậc nhất với chiều dài đờng viền nên ta nối

điểm O với điểm 1

- Muốn tìm áp lực thấm tại 1 điểm nào đó ta kẻ 1 đờng thẳng góc với đờng 7-1.Cột nớc thấm tại 1 điểm cách mép HL đờng viền 1 đoạn x là:

HL

xh

tt

x =

Trong đó:

Ltt > C.H

C - hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền đợc tra bảng 3.2/GT Thủy công.

m - hệ số tiêu hao cột nớc trên các đoạn thẳng đứng hoặc nằm ngang Hệ số nàylấy theo sơ đồ đờng viền thấm dới đáy công trình

Khi có 1 hàng cừ: m = 1 - 1,5

Khi có 2 hàng cừ: m = 2 - 2,5

Khi có 3 hàng cừ: m = 3 - 3,5

12 Điều kiện áp dụng

I Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất :

3,222

2n

5,27h

B

1 1

=

−

=α

−γγ

=

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 thểxác định theo công thức nén lệch tâm

2

0

B

M.6B

h.B.2

h.B.n2

h.B

Bh)

3

nB2

B(2

h.B.n.6

B.2

h.B3

h.2

h

2 0

−γ

−

−γ

−γ

α+γ

25,

=σ

σmax=28,53T/m2

σmin=20,97T/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 tốithiểu để đảm bảo ổn định của đập

∑

=f GW

W2 : áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu (=0)

Wt : áp lực đẩy nổi dới đáy đập

1 n

III Tính lu lợng thấm theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng

Đối với nền cát, không có tầng lọc ngợc ở hạ lu, lấy J = 0,2

x

hx =

Ltt > C.H

J = 1

IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình

Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng do sóng, trọng lợng

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức:

)

m/T(h P.k.k

5,14

)5,14

6,215,1028,0.(

35,14

6,2.8,485,0

)

h.15,1028,0.(

m

h.8,485,0

kno

=

−+

+

=

λ

−+

λ+

1m.21(m

1A

5,14.23,047,0(6,2m

m1)h23,047,0.(

2

=+

=+λ+

.m

4

4 2 = =

−λ

2) Xác định áp lực nớc (W2)

áp lực nớc tác dụng lên tờng nghiêng ta coi nh theo phơng ngang và ta có:

W2= 25.1.25 312,5T.2

6,2827

tr =

<

=Vậy đập ổn định trợt

Hệ số lật là: Kl = 16,5 [ ]K 1,5

06,20239

29,334901

l =

>

=Vậy đập ổn định lật

Chơng III:

Thiết kế đập đất đồng chất

11 Cơ sở lí thuyết

I Khái niệm về đập đất:

Đập đất là loại đập đợc xây dựng rất sớm khoảng 3000 năm ở Trung Quốc, ấn

Độ Hiện nay, đập đất vẫn đợc sử dụng phổ biến vì nó có nhiều u điểm nh : Dùng vậtliệu tại chỗ, cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, bền, chống thấm và chốn chấn động tốt,

dễ quản lí, dễ tôn cao, dễ đắp

Đập đất là loại đập không tràn nớc, để đảm bảo tháo lũ lấy nớc phải xây dựngcác công trình riêng : công trình tháo lũ, đờng ống

Đập đất đợc phân loại theo nhiều cách Phân loại theo cấu tạo ta có các loại

đậpnh sau:

1 Đập đất đồng chất: Toàn bộ thân đập đợc đắp bằng một loại đất

2 Đập đất không đồng chất : Thân đập đợc đắp bằng nhiều loại đất

3 Đập đất có tờng nghiêng mềm hoặc cứng

4 Đập đất có tờng lõi mềm hoặc cứng

5 Đập hỗn hợp

II Sơ đồ tính thấm đập đất đồng chất trên nền không thấm

Lời giải của phơng pháp thuỷ lực

1 Trờng hợp không có thiết bị thoát nớc

x E

Trong trờng hợp này, đờng bão hoà AC thoát ra ở hạ lu tại C, nằm cao hơn mặtnền một đoạn a0 Căn cứ vào tình hình dòng thấm qua đập đất, dùng đờng đẳng thếphân đập thành một số đoạn để tính Đối với đập đất không có thiết bị thoát nớc thấyrằng đờng CE có độ dốc 1:0,5 gần trùng với đờng đẳng thế và đờng này chia đậpthành 2 đoạn để tính

Chọn hệ trục XOY nh hình vẽ Trớc hết xét đoạn thân đập tại một mặt cắt thẳng

đứng bất kì cách gốc toạ độ một đoạn x, tung độ đờng bão hoà y Độ dốc mặt nớc tạimặt cắt đó là dy/dx Lu lợng thấm q qua diện tích y (đoạn đập dài 1 m ) Theo địnhluật Đacxy ta có :

q = - k.y.dy/dx

Trong đó :

+ q:lu lợng thấm

Vì q = conts nên ta có thể giải phơng trình trên bằng cách tích phân nh sau:

1 2

kx

dy.ykdx

Phơng trình trên là phơng trình đờng bão hoà AC

Lu lợng thấm qua 1 đơn vị chiều dài đập có thể suy từ phơng trình (*) với điềukiện y=a0

Khi y= a0 thì x= L- a0m0

)amL(2

ahky

0 1

2 0

2 1

zk

q

1 0 a

hKq

)amL.(

2

)hh.(

Kq

1 0

0 1

2 0

2 1

2 Trờng hợp có thiết bị thoát nớc

Nếu hạ lu đập có thiết bị thoát nớc (đờng bão hoà là 1 parabol đổ vào điểm Ccủa vật thoát nớc, cách điểm đầu vật thoát nớc 1 đoạn l, và nhận điểm đầu vật thoát n-

ớc là tiêu điểm parabol

=

∆+

−+

∆+

=

=

0

2 0

2 1

2 1

2 0

a.k)LL.(

2

aH.kq

)LL(H)lL(l

2a

Phơng trình đờng bão hoà viết dới dạng gần đúng:

y2 = 2.a0 x

Với hệ trục toạ độ gốc tại điểm O

III Tính toán thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm

Phơng trình đờng bão hoà viết dới dạng gần đúng:

Đờng bão hoà đi thẳng góc với mái thợng lu, nó hạ thấp khá nhanh trong đoạn

AE Sau mặt cắt EF, đờng bão hoà gần nh nằm ngang rồi thoát ra hạ lu tại điểm Ctheo phơng tiếp tuyến với mái đập Građien thấm ở cửa vào và cửa ra có một số đặc

điểm sau:

JA = cosα JB =0

JC = sinα JC =∞

Để giải bài toán xác định lu lợng thấm q và đờng bão hoà, ngời ta thay thợng lu

đập bằng hình chữ nhật rộng ∆L với điều kiện vẫn đảm bảo lu lợng thấm không đổi

∆L có rất nhiều học giả nghiên cứu

h.m

l

H1

A' y

x

Bài toán thấm qua đập đất với mái nghiêng TL đợc chuyển thành thẳng đứng đã

đợc giải quyết ở phần trên Lu lợng thấm qua phần thân đập TL là:

)]

ha(mLL[2

)ha(hK

q

2 0 1

2 0 1

+

−

∆+

a.Kq

h.ma

)5,0m(

a

h.Kq

1

2 1 0

1

0 2

2

++

++

=+

=

2 0

2 1

0 2

h1

5,0m

a.Kqq

q

2 1

1

)5,0m(2

m+

Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộngnhỏ nhất phải ≥ 3 ữ 5 m

II Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền :

Loại đập đất trên nền thấm nớc, hệ số thấm của nền và của đập khác nhau, dovậy theo đề nghị của Pavơlôpxki, khi tính toán ta chia làm hai phần :

Tính toán lu lợng thấm qua thân đập xem nh nền không thấm nớc (q1)

Tính toán thấm qua nền với giả thiết thân đập là không thấm nớc (q2)

Tính toán lu lợng thấm qua thân đập (nền không thấm nớc)

Để giải bài toán xác định lu lợng thấm, tạm thay ∆ thợng lu đập bằng một hìnhchữ nhật có chiều rộng ∆L ∆L đợc xác định theo công thức :

1m.2

H.m

2

aH.Kq

2 2 d 1

−

−

=