nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực

B GIO DC V O TO B NễNG NGHIP V PTNT TRNG I HC THU LI Lấ C ANH NGHIÊN CứU TíNH TOáN Độ BềN Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG ĐầM LĂN TRọNG LựC LUN VN THC S K THUT H NI, 2010 B GIO DC V O TO B NễNG NGHIP V PTNT TRNG I HC THU LI Lấ C ANH NGHIÊN CứU TíNH TOáN Độ BềN Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG ĐầM LĂN TRọNG LựC Chuyờn ngnh : Xõy dng cụng trỡnh thu Mó s : 60 58 - 40 LUN VN THC S K THUT Ngi hng dn khoa hc: 1. GS. TS Ngụ Trớ Ving 2. TS. Nguyn Trớ Trinh H NI, 2010 - 1 - LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng công trình thuỷ với đề tài: “Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu quả của Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Công trình, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn. Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS Ngô Trí Viềng và TS Nguyễn Trí Trinh đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả có được kết quả như hôm nay là nhờ vào sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo, cũng như sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong những năm qua. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn được hoàn thành tại Khoa công trình và Phòng đào tạo Đại học và sau Đại hoc, Trường Đại học Thuỷ Lợi. Hà Nội, tháng 12 năm 2010 Tác giả Lê Đức Anh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 2 - 16TMỞ ĐẦU16T 16TCHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG SAU CÔNG TRÌNH 16T 9 16T1.1. Khái niệm tiêu năng sau công trình16T 9 16T1.2. Các biện pháp tiêu năng phòng xói và phương pháp tính toán tiêu năng sau công trình 16T 9 16T1.2.1. Sự cần thiết tính toán tiêu năng sau công trình16T 9 16T1.2.2. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng16T 10 16T1.2.3. Các biện pháp tiêu năng sau công trình16T 10 16T1.2.4. Hình thức tiêu năng đáy16T 12 16T1.2.5. Phương pháp nghiên cứu tiêu năng16T 16 16T1.2.6. Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình16T 17 16T1.3. Kết luận chương 116T 23 16TCHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRỌNG LỰC 16T 24 16T2.1. Khái niệm về phân tích độ bền, độ ổn định của bể tiêu năng16T 24 16T2.2. Xác định hệ số an toàn cho phép theo phương pháp trạng thái giới hạn16T25 16T2.3. Độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông16T 26 16T2.3.1. Ổn định lật của công trình16T 26 16T2.3.2. Ổn định trượt của công trình16T 27 16T2.3.3. Ổn định đẩy nổi của công trình16T 27 16T2.3.4. Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb16T 29 16T2.3.5. Nhận xét công thức tính toán hệ số ổn định theo tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb 16T 32 16T2.3.6. Phân tích ổn định trượt có xét đến sự phân bố ứng suất trên mặt trượt 16T 32 16T2.4. Độ bền của bể tiêu năng16T 33 16T2.4.1. Sự phát triển của lý thuyết bê tông cốt thép (BTCT)16T 33 16T2.4.2. Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại16T 35 16T2.4.3. Phân tích độ bền theo phương pháp trạng thái giới hạn16T 35 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 3 - 16T2.4.4. Phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng16T 38 16T2.4.5. Nhận xét đánh giá các phương pháp tính16T 45 16T2.5. Kết luận chương 216T 47 16TCHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CHO BỂ TIÊU NĂNG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI. 16T 49 16T3.1. Giới thiệu chung về công trình Hồ chứa nước Nước Trong16T 49 16T3.2. Các chỉ tiêu tính toán16T 52 16T3.2.1. Các hệ số lệch tải16T 52 16T3.2.2. Chỉ tiêu cơ lý của bê tông dùng trong tính toán16T 53 16T3.2.3. Đặc trưng kháng cắt của khối đá nền dùng trong tính toán16T 54 16T3.2.4. Đặc trưng chống trượt giữa bê tông và đá nền công trình16T 54 16T3.3. Tính toán độ ổn định bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp cổ điển và phương pháp phần tử hữu hạn 16T 55 16T3.3.1. Tính độ ổn định bể tiêu năng theo phương pháp cổ điển16T 55 16T3.3.2. Tính độ ổn định bể tiêu năng theo phương pháp phần tử hữu hạn16T 65 16T3.4. Tính toán độ bền bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp phần tử hữu hạn 16T 72 16T3.4.1. Các số liệu cơ bản16T 72 16T3.4.2. Tính toán kết cấu bể tiêu năng và mố16T 73 16T3.5. Kết luận chương 316T 81 16T3.5.1. Kết quả tính toán ổn định16T 81 16T3.5.2. Kết quả tính toán độ bền16T 82 16TKT LUẬN VÀ KIN NGHỊ16T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 4 - DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu 12 Hình 1.2. Hình thức bể tiêu năng 13 Hình 1.3. Tường tiêu năng 14 Hình 1.4. Bể và tường tiêu năng kết hợp 14 Hình 1.5. Hình thức các thiết bị tiêu năng 15 Hình 1.6. Các hình thức mố tiêu năng 16 Hình 1.7. Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh 17 Hình 1.8. Công trình thủy điện Tuyên Quang 18 Hình 1.9. Đập tràn hồ Lòng Sông – Bình Thuận 18 Hình 1.10. Đập thủy điện Yaly – Gia lai 19 Hình 1.11. Thủy điện Đại Ninh 19 Hình 1.12. Thủy điện Đồng Nai 3 20 Hình 1.13. Thủy điện Sơn La 20 Hình 1.14. Thủy điện Định Bình - Bình Định 21 Hình 1.15. Thủy điện Suối Đuốc - Bình Định 21 Hình 2.1. Sơ đồ áp lực thấm, đẩy nổi tác dụng vào bể tiêu năng 29 Hình 2.2. Đồ thị đường thẳng giữa cường độ chống cắt và ứng suất pháp 30 Hình 2.3. Đồ thị đường cong giữa cường độ chống cắt và ứng suất pháp 31 Hình 3.1. Sơ đồ bố trí bể tiêu năng 56 Hình 3.2. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bể tiêu năng 57 Hình 3.3. Sơ đồ tính toán ổn định bể tiêu năng 64 Hình 3.4. Biểu đồ ứng suất σ R x R 65 Hình 3.5. Biểu đồ ứng suất σ R y R 65 Hình 3.6. Biểu đồ ứng suất τ R xy R 66 Hình 3.7. Biểu đồ ứng suất σ R x R trong thân Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 5 - bể 66 Hình 3.8. Biểu đồ ứng suất σ R y R trong thân bể 66 Hình 3.9. Biểu đồ ứng suất τ R xy R trong thân bể 66 Hình 3.10. Biểu đồ ứng suất pháp đáy móng 66 Hình 3.11. Biểu đồ ứng suất tiếp đáy móng 67 Hình 3.12. Sơ đồ tính toán mố tiêu năng 72 Hình 3.13. Sơ đồ lực tác dụng lên mố tiêu năng 75 Hình 3.14. Biểu đồ mômen và lực cắt 75 Hình 3.15. Sơ đồ minh họa đoạn 3 bể tiêu năng 76 Hình 3.16. Sơ đồ vị trí mặt cắt xác định nội lực 77 Hình 3.17. Biểu đồ mômen M R y R(4-4) 77 Hình 3.18. Biểu đồ mômen M R y R(3-3) 77 Hình 3.19. Biểu đồ mômen M R y R(5-5) 78 Hình 3.20. Biểu đồ mômen M R x R(2-2) và MR x R(1-1) 78 Hình 3.21. TH2-Biểu đồ mômen M R y R 79 Hình 3.22. TH2-Biểu đồ lực cắt Q R y R 79 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 6 - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các hình thức tiêu năng của một số công trình thủy lợi, thủy điện nước ta………………………………………………………………….22 Bảng 3.1. Cấp công trình và các thông số kỹ thuật chính 50 Bảng 3.2. Hệ số vượt tải n R c R………………………………………………. 53 Bảng 3.3. Bảng chỉ tiêu cơ lý của bê tông và đá nền dùng trong tính toán…………………………………………………………………… 53 Bảng 3.4. Các đặc trưng kháng cắt của khối đá nền…………………… 54 Bảng 3.5. Các đặc trưng chống trượt giữa bê tông và đá nền…………….54 Bảng 3.6. Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp…………………………………… 55 Bảng 3.7. Tổng hợp lực theo phương thẳng đứng……………………… 63 Bảng 3.8. Bảng tính toán ổn định trượt theo phương pháp PTHH……….68 Bảng 3.9. Bảng tính toán ổn định đẩy nổi theo phương pháp PTHH 69 Bảng 3.10. Bảng tính hệ số ổn định trượt, đẩy nổi phối hợp phân tích ứng suất bằng PTHH 80 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 7 - MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các công trình dạng trọng lực khi nói đến khả năng mất ổn định toàn khối của công trình thường đề cập đến các khả năng mất ổn định sau: - Bị trượt theo một mặt nào đó, có thể là mặt tiếp xúc giữa công trình và nền, mặt nằm trong nền hay trong công trình. Mặt trượt được xét là mặt phẳng hoặc mặt nghiêng. - Bị lật quanh một trục nằm ngang khi mômen của ngoại lực gây lật lấy đối với trục này vượt quá mômen chống lật. - Bị đẩy nổi do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên trên (áp lực thấm, thủy tĩnh, động đất…). - Hệ thống tiêu năng sau công trình bị phá hoại do dòng chảy, do đó gây mất ổn định toàn bộ công trình Tuy nhiên khi thiết kế các công trình dạng trọng lực, nếu ta khống chế trong mọi trường hợp, tại các mép biên công trình không xuất hiện ứng suất kéo, hoặc có xuất hiện với trị số nhỏ thì nói chung công trình không bị lật đổ. Vì vậy việc kiểm tra khả năng lật thường là đảm bảo. Còn việc kiểm tra đẩy nổi thường chỉ tiến hành với các công trình có ngưỡng thấp. Chính vì vậy kiểm tra ổn định và độ bền của toàn bộ công trình trong đó có bể tiêu năng là rất quan trọng đối với việc thiết kế các công trình dạng trọng lực. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh [...]... nước tính toán độ ổn định của bể tiêu năng mới chỉ dừng lại ở công thức tính toán chung – xem ứng suất là phân bố đều mà chưa xét đến trường hợp ứng suất phân bố không đều Vì vậy Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng đập tràn bê tông đầm lăn trọng lực là cần thiết nhằm giải quyết tồn tại hiện nay trong công tác nghiên cứu độ bền và độ ổn định của bể tiêu năng đập bê tông đầm lăn trọng. .. chương sau tác giả nghiên cứu cụ thể hơn về điều kiện làm việc, ổn định cũng như độ bền của hình thức tiêu năng này Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh - 24 CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRỌNG LỰC 2.1 Khái niệm về phân tích độ bền, độ ổn định của bể tiêu năng Bể tiêu năng được xây dựng cả trên nền đất và nền đá, các đập có chiều cao... dựng trên nền đá Bể tiêu năng là một khối bê tông lớn liên kết chặt chẽ với nền Ổn định của bể khi chịu các tác động phụ thuộc vào khả năng chịu tải của nền và khả năng chịu tải của bản thân Phân tích ổn định bể tiêu năng nhằm đánh giá ổn định tổng thể của cả khối bể - nền: lật , trượt, đẩy nổi còn đánh giá độ bền bể tiêu năng nhằm xác định khả năng chịu lực của bể Tuỳ thuộc loại nền mà bể có thể bị trượt... đầm lăn trọng lực 2 Mục đích - Tổng quan được các phương pháp tính độ bền và độ ổn định bể tiêu năng sau công trình - Đề xuất, lựa chọn phương pháp tính độ ổn định và độ bền hợp lý cho bể tiêu năng sau công trình - Vận dụng các kiến thức đã học vào tính toán thiết kế và ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Khái quát tình hình sử dụng các hình thức tiêu năng sau công... năng sau công trình tràn nói chung và sau đập tràn bê tông đầm lăn nói riêng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh -9- - Nghiên cứu độ ổn định, độ bền bể tiêu năng theo phương pháp tính toán hiện đại với việc sử dụng phần mềm tính toán vào phân tích ổn định và độ bền hồ Nước Trong tỉnh Quảng Ngãi CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG SAU CÔNG TRÌNH 1.1 Khái niệm tiêu năng sau công trình Khi xây dựng... : hệ số ổn định đẩy nổi tính toán : tổng các lực tác dụng lên tấm đáy đang xét theo chiều thẳng đứng từ trên xuống dưới U : áp lực đẩy ngược, theo chiều thẳng đứng, từ dưới lên trên, bao gồm áp lực đẩy nổi P đn và áp lực thấm P th R [K] R R R : hệ số an toàn cho phép xác định theo 2.1 * Khi tính toán ổn định đẩy nổi cho bể tiêu năng của đập bê tông trọng lực thì áp lực đẩy nổi P đn được ước định như... trạng thái giới hạn về cường độ, về độ bền và ổn định trong điều kiện khai thác bất lợi nhất Nếu tải trọng vượt qua giới hạn này thì kết cấu, nền bị mất ổn định Để tính toán trạng thái giới hạn này sử dụng tải trọng tính toán và cường độ tính toán Tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải, đây là hệ số kể đến các trường hợp nguy hiểm nhất của tải trọng - Trạng thái giới hạn... các phương pháp tính độ bền và ổn định để lựa chọn phương pháp phù hợp với yêu cầu đặt ra 4 Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp tổng hợp thống kê các tài liệu lý thuyết, kết hợp với phương pháp tính toán hiện đại và phần mềm ứng dụng - Áp dụng cho một công trình thực tế 5 Kết quả đạt được - Lựa chọn được phương pháp tính hợp lý để tính toán độ bền và độ ổn định của bể tiêu năng sau công trình... đối với bể tiêu năng do bản đáy rộng, tải trọng ngang nhỏ hơn so với tải trọng đứng nên thông thường bể đảm bảo ổn định chống lật Ổn định về lật, trượt phải thoả mãn các điều kiện quy định của hệ thống tiêu chuẩn áp dụng - Ổn định đẩy nổi 2.3.1 Ổn định lật của công trình Kết cấu trên nền có khả năng mất ổn định về vị trí lật quanh trục qua mép đáy móng hạ lưu công trình do đó điều kiện ổn định của kết... làm việc phức tạp, áp lực thủy động và mạch động lớn do vậy đánh giá khả năng làm việc của bể tiêu năng trong quá trình vận hành là hết sức quan trọng Trong chương 1, tác giả tổng quan các điều kiện làm việc và sự cần thiết của đề tài Tác giả trình bày các hình thức tiêu năng, đặc biệt là tiêu năng dòng đáy, dạng tiêu năng bể, có thiết bị như mố tiêu năng Đây là hình thức tiêu năng được áp dụng ở một . ổn định bể tiêu năng đập tràn bê tông đầm lăn trọng lực là cần thiết nhằm giải quyết tồn tại hiện nay trong công tác nghiên cứu độ bền và độ ổn định của bể tiêu năng đập bê tông đầm lăn trọng. với đề tài: Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu quả của Phòng đào tạo Đại học và sau Đại. TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRỌNG LỰC 16T 24 16T2.1. Khái niệm về phân tích độ bền, độ ổn định của bể tiêu năng1 6T 24 16T2.2. Xác định hệ số an toàn cho