thiết kế kè mỏ hàn đá đổ bằng phương pháp giải tích tính thủy lực kè

TKMH: Công trình đường thủy TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CÔNG TRÌNH THUỶ BỘ MÔN XÂY DỰNG ĐƯỜNG THUỶ o0o THIẾT KẾ MÔN HỌC CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG THUỶ THIẾT KẾ KÈ MỎ HÀN ĐÁ ĐỔ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH TÍNH THỦY LỰC KÈ Giáo viên hướng dẫn: Th.S LÊ TÙNG ANH Sinh viên: TIÊU HÀ ĐỊNH MSV: 35867 Lớp: BĐA50-ĐH SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 1 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy HẢI PHÒNG, THÁNG 11/2013 SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 2 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC Môn học: Công trình đường thuỷ Sinh viên: Tiêu Hà Định Lớp: BDA50-DH Ngày giao đề: 6-11-2-13 Ngày nộp: 1.1 Tài liệu xuất phát: 1.1.1 Loại đề tài: Thiết kế kè mỏ hàn đá đổ bằng phương pháp giải tích và tính toán thuỷ lực kè. 1.1.2 1.2. Mục đích: - Xác định kích thước tuyến chỉnh trị; - Bố trí công trình chỉnh trị; - Xác định kích thước kè đá đổ (cao trình kè theo phương giải tích); - Tính toán thủy kè 1.1.3 1.3. Số liệu thiết kế: -Bình đồ Sông Lô Km 7+500 - 10+900 -Tài liệu địa chất: Số liệu kèm theo -Tài liệu đội tàu: Loại: 2 -Tài liệu thuỷ văn: Tài liệu kèm theo MNTK = +4.88 1.2 Yêu cầu: 1.2.1 Nội dung và trình tự tính toán: STT Nội dung Thời hạn thực hiện (tuần thứ) Đánh giá Phôtô, can lại bình đồ 4 1. Tính toán thuỷ văn. 5 1.1. Xây dựng các quan hệ Q~H, Q~p, H~I 5 1.2. Xây dựng quan hệ Q~Q 2 Ip 5 1.3. Xác định Q TL và MNTT: -Xác định Q TL , chọn Q TL lũ hoặc kiệt. -Chọn mực nước tính toán H TT 5 2. Xác định kích thước cơ bản của tuyến. 6 - 7 2.1 Xác định kích thước cơ bản của tuyến chạy tàu. 6 SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 3 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy 2.2 Xác định kích thước cơ bản của tuyến chỉnh trị: -Phương pháp HTH, phương pháp TL - HTH 7 2.3 Kết luận về kích thước cơ bản của tuyến. 7 3. Vạch tuyến và bố trí công trình 8 3.1 Vạch tuyến chỉnh trị, tuyến chạy tàu, tuyến nạo vét lên bình đồ 8 3.2 Bố trí công trình tại các vị trí xung yếu 8 3.3 Tính khoảng cách sơ bộ giữa các kè 8 3.4 Bố trí công trình trên toàn tuyến 8 Bản vẽ vạch tuyến, bố trí công trình 8 4. Thiết kế chi tiết 01 kè 9 - 10 4.1 Xác định cao trình đỉnh kè bằng phương pháp Giải tích: -Giải phương trình xác định A. -Xác định Z k 9 4.2 Xác định góc tối ưu, chiều dài thực tế 10 4.3 Xác định vận tốc tại các vị trí xung yếu 10 5. Kiểm tra ổn định công trình 11 5.1 Tính hố xói đầu kè 11 5.2 Tính đường kính viên đá tại các vị trí xung yếu 11 5.3 Tính ổn định trượt phẳng thân kè 11 5.4 Tính toán bè chìm 11 5.5. Tính toán khối lượng vật liệu làm kè: khối lượng đá đổ, khối lượng bè chìm 11 5.6 Kết luận về kết cấu kè -Kích thước chi tiết các bộ phận của kè: cao trình đỉnh, mái dốc thượng hạ lưu, mái dốc đầu kè, -Kích thước bè chìm, đường kính viên đá làm kè 11 6. Tính toán thuỷ lực kè 12 6.1 Xác định lưu tốc tại mặt cắt có kè 12 6.2 Xác định lưu tốc tại mặt cắt co hẹp 12 6.3 Kiểm tra thủy lực tại kè sau 12 Bản vẽ kết cấu kè và đồ thị thuỷ lực 13 1.2.2 Quy cách trình bày: Thiết kế môn học gồm 01 quyển thuyết minh và 02 bản vẽ. a). Thuyết minh chế bản vi tính trên 1 mặt giấy khổ A4 có đánh số trang, đóng quyển dập ghim dán gáy, gồm các phần sau: SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 4 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy +Bìa ngoài +Nhiệm vụ thiết kế. +Mục lục. +Nội dung tính toán. +Phụ lục tính toán (nếu có). +Tài liệu tham khảo (nếu có). -Đồ thị vẽ trên giấy kẻ ly. Khuyến khích lập trình máy tính. b). Bản vẽ: -Tuyến chỉnh trị, bố trí công trình, tuyến chạy tàu, khu vực nạo vét (vẽ trực tiếp lên bình đồ). -Kết cấu kè: mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, mặt bằng, kết cấu bè chìm, các đồ thị tính toán thuỷ lực nạo vét (bản vẽ khổ A1). c). Các chú ý khác: -Các nội dung tính toán đều phải trình bày ngắn gọn cơ sở lý thuyết trước khi tính. -Công thức phải đánh số thứ tự bằng chữ số Lamã theo dạng (Số chương. Số công thức) (Ví dụ: 1.1; 2.10 ) -Hình vẽ, bảng biểu phải có tên và đánh số thứ tự theo nguyên lý trên (ví dụ: Bảng 3.1: Các kích thước cơ bản của tuyến ). 1.3 Nhận xét đánh giá. 1.3.1 Thưởng: -Áp dụng tin học: -Nộp sớm : -Trình bày đẹp, đúng quy cách: -Lý do khác : 1.3.2 Phạt: -Không áp dụng tin học : -Chậm tiến độ: -Trình bày xấu, sai quy cách : -Lý do khác: 1.3.3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 5 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy Giáo viên hướng dẫn ThS Lê Tùng Anh SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 6 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy SỐ LIỆU TÍNH TOÁN A.Mục đích: - Xác định kích thước tuyến chỉnh trị; - Bố trí công trình chỉnh trị; - Xác định kích thước kè đá đổ (cao trình kè theo phương pháp giải tích); - Tính toán thủy lực kè. B.Số liệu địa chất thuỷ văn đoạn cạn 1/Tên đoạn cạn: Sông Lô Km 7+500 - 10+900 a) Vị trí đoạn cạn b) Hình thái đoạn cạn. 2/ Kích thước tàu tính toán Các kích thước vủa tàu tính toán được lấy như sau: - Chiều dài tàu tính toán: L t = 91,56 m - Chiều rộng tàu tính toán: B t = 15 m - Mớn nước tàu tính toán: T t = 1,5 m 3/ Mực nước thiết kế: +4.88m 4/ Số liệu địa chất: Cấp phối hạt: φ(mm) < 0,01 0,01 ÷ 0,02 0,02 ÷ 0,1 0,1 ÷ 0,2 0,2 ÷ 0,5 0,5 ÷ 1 1 ÷ 2 P (%) 1,87 5,21 20,13 45,25 85,62 92,29 99,56 5/ Số liệu thuỷ văn: STT Q (m 3 /s) P(%) H (m) I (10 -4 ) 1 250 0.008 2.92 1,39 2 300 0.01 3.16 1,41 3 350 0.07 3.39 1,42 4 360 0.09 3.44 1,42 5 400 0.14 3.62 1,43 6 450 0.19 3.84 1,44 7 500 0.23 4.06 1,45 8 600 0.29 4.48 1,47 9 700 0.32 4.88 1,48 10 850 0.33 5.44 1,51 11 900 0.32 5.62 1,51 12 1000 0.29 5.96 1,52 13 1300 0.18 6.89 1,55 14 1500 0.1 7.43 1,56 15 1800 0.05 8.12 1,59 16 2000 0.04 8.51 1,60 17 2250 0.04 8.92 1,61 SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 7 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy 18 2800 0.03 9.58 1,63 19 3000 0.03 9.75 1,63 20 3100 0.03 9.92 1,64 21 3500 0.02 10.03 1,64 22 4000 0.01 10.17 1,64 SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 8 GVHD: ThS Lê Tùng Anh Q H I H F Q TKMH: Công trình đường thủy 1 Tính toán thủy văn 1.4 Khái niệm chung và phương pháp xác định. 1.4.1 Khái niệm về lưu lượng tạo lòng Lưu lượng tạo lòng là lưu lượng có khả năng tải bùn cát lớn nhất trong một thời gian dài. Khả năng tải bùn cát lớn nhất đồng nghĩa với khả năng tạo xói lớn nhất với lòng sông, còn thời gian dài có nghĩa là hàng chục năm ( tối thiểu 25 năm ). Nếu trong một năm ta xác định được lưu lượng có khả năng tải cát lớn nhất thì đó chưa phải là lưu lượng tạo lòng. Hiện nay, phương pháp xác định lưu lượng tạo lòng thông dụng nhất là các phương pháp của Macaveev vì nó phản ánh đúng bản chất vật lý của lưu lượng tạo lòng, đối với sông ảnh hưởng triều cần xử lý số liệu. 1.4.2 Phương pháp xác định. Để xác định được lưu lượng tạo lòng trong trường hợp có đầy đủ số liệu thuỷ văn là các đồ thị quan hệ: H~Q, H~I và Q~F Các bước tiến hành như sau: - Xây dựng các đường quan hệ H~Q, H~I và Q~F dựa vào số liệu thủy văn đã có. Cần chú ý đường của Q~F có dạng hình chuông, đường H~I không có dạng đường đặc trưng, vì hình dạng của nó phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt tại nơi đo, đường H~Q có dạng Parabol thể hiện mực nước tăng chậm hơn so với lưu lượng ( mực nước càng tăng thì bề rộng sông sẽ tăng ). Hình 1.4.2.1.1. Đường quan hệ thủy văn - Chia đường H~Q thành 20 - 25 dải bằng nhau, tương ứng với mỗi dải ta xác định được một giá trị tương ứng Hi và Qi , dựa vào hai giá trị này xác định được Ii và Fi ¬tương ứng. Tính giá trị SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 9 GVHD: ThS Lê Tùng Anh TKMH: Công trình đường thủy - Xây dựng đồ thị Q~QmIF xác định lưu lượng ứng với đỉnh max. Thông thường có hai đỉnh max tương ứng với lưu lượng tạo lòng lũ ( max1 ), với mực nước có suất bảo đảm 5-10% ( mực nước trung bình lũ hàng năm ) và lưu lượng tạo lòng kiệt ( max2 ), với mực nước có suất bảo đảm 25-50% ( mực nước cao mùa kiệt ). Tuy nhiên, điều khẳng định ngược lại là không đúng, hay trong mỗi mùa không nhất thiết phải có một lưu lượng tạo lòng, vì đồ thị có thể có ít hoặc nhiều hơn 2 đỉnh Max. Thông thường giá trị max1 > max2, hay nói cách khác khả năng tác động vào lòng dẫn của lưu lượng tạo lòng lũ thường lớn hơn lưu lượng tạo lòng kiệt. Do có hai lưu lượng tạo lòng nên người thiết kế phải chọn một trong hai. Cơ sở để chọn lưu lượng tạo lòng phụ thuộc vào các công trình cụ thể sao cho tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật. - Đối với các sông không gây ngập lụt hoặc vùng hoang dã, khi chỉnh trị theo phương thức tự phát huy, người ta chọn lưu lượng tạo lòng ứng với max ( max1, max2 ) nhằm đạt nhanh đến độ sâu thiết kế, thường là lưu lượng tạo lòng lũ. - Đối với sông có khả năng gây lụt, người ta chọn lưu lượng tạo lòng kiệt vì ứng với lưu lượng tạo lòng lũ công trình sẽ cao gây cản trở thoát lũ, lợi ích của việc bảo đảm chạy tàu không thể so sánh so với thiệt hại do lụt gây ra. - Đối với công trình chỉnh trị theo phương thức hỗn hợp, vai trò của công trình chỉ giữ vững độ sâu đã đạt được, người ta chọn lưu lượng tạo lòng kiệt (max2) với lý do công trình thấp hơn và giá thành rẻ hơn 1.5 Trình tự tính toán 1.5.1 Xây dựng các đường quan hệ Q-H, Q-F, H-I 1.5.1.1 Đường quan hệ H-Q SV: Tiêu Hà Định Lớp BDA50DH 10 GVHD: ThS Lê Tùng Anh [...]... TKMH: Công trình đường thủy So sánh với phương pháp Hình thái học ta có : - Theo phương pháp Hình thái học có : BT = 100 (m) - Phương pháp TL-HTH có : BT =68.61 (m) Độ chênh lệch của 2 phương pháp là 100 − 68.61 100 = 31.39% 100 > 25% Khi đó kết quả cuối cùng là kết quả hình thái học Vậy: BT = 100 (m) 2.2.3 Xác định bán kính cong của tuyến chỉnh trị Sử dụng phương pháp thủy lực theo công thức của Macareev,... vào bình đồ ta bố trí các kè ở hai bên bờ của đoạn cạn Tại phía bờ trái ta bố trí các kè T1, T2, bờ phải bố trí các kè P1,P2,P3, P4 có tác dụng hướng dòng chảy nhằm đảm bảo luồng tàu chạy Chương 4 Thiết kế chi tiết 1 kè 4.1 Xác định cao trình đỉnh kè bằng phương pháp giải tích 4.1.1 Xác định vận tốc tính toán Cao trình đỉnh kè được xác định sao cho vận tốc của phần diện tích tự do đạt V tt - vận... trái đến hết đoạn cạn Theo phương án này, ta có thể tận dụng được các hố sâu bên bờ phải để lựa chọn, thiết kế tuyến chạy tàu một cách hợp lý, giảm khối lượng nạo vét.( thể hiện trên bình đồ ) 3.2 Bố trí công trình chỉnh trị Do kè mỏ hàn có tác dụng thu hẹp mặt cắt lòng sông và làm tăng lưu tốc của dòng chảy do đó có thể xói hoắc giữ vững lòng sông ở độ sâu thiết kế Kè mỏ hàn được xây dựng từ bờ cho... 500 hk T 4.2.2 Xác định chiều dài kè Sau khi tìm được góc tối ưu của kè với dòng chảy , ta phải hiệu chỉnh lại chiều dài kè Chiều dài thực của kè được xác định theo bình đồ : L’k= LK 138.2 = = 180.4 sin 50 sin 50 (m) 4.2.3 Độ dốc dọc thân kè Trong tính toán cao trình kè không đổi dọc theo chiều dài kè, tuy nhiên để cho kè không gây tác động bất thường đến lòng dẫn thì kè sẽ có một độ dốc dọc nào đó,... 1.67 Từ bảng trên ta lập đường quan hệ B- Tmax bằng cách vẽ đường tiệm cận dưới của các điểm: Hình 2.2.1.1.17 Đồ thị quan hệ B~Tmax Với TT= 2,2m gióng theo đồ thị ta được BT= 100m 2.2.2 Xác định theo phương pháp thủy lực hình thái học Điều kiện áp dụng là: d50% ≤ 10− 3 T Để xác định bề rộng tuyến chỉnh trị theo phương pháp Thủy lực Hình thái học ta tiến hành theo các bước sau : a) Xây dựng đường hình... đoạn cong vẽ bằng compa với bán kính bằng bán kính của tuyến chỉnh trị - Đối với bờ lồi của đoạn sông cong vẽ đường biên của tuyến chỉnh trị bằng cách tịnh tiến đường biên phía bờ lõm một đoạn bằng chiều rộng của tuyến chỉnh trị - Dựa vào kết quả phân tích tuyến chỉnh trị và dựa vào đặc điểm tình hình của tuyến sông, dựa vào bình đồ và kết quả tính toán kích thước tuyến chỉnh trị ta đề ra phương án tuyến... cao trình kè là giao của mặt kè thực tế và mặt kè lý thuyết Trên cơ sở đó ta chọn độ dốc i=1:300 Kiểm tra lại: Khoảng cách từ giao điểm trên đến đầu kè là : X=L’k/2 = 90.2 (m) Khoảng cách từ cao trình kè lý thuyết đến cao trình kè thực tế là : h=X*i =0.3 Cao trình kè thực tế : Zktt=Zk-h= 2.78-0.3=2.48(m) Chiều cao đầu kè : Tk= Zktt-0.88 = 1.6m →Như vậy Zktt>MNTTK nên ta chọn mái dốc dọc thân kè là i=1/300... ( 2-1 ), ta được: B = 21,35 + 2 x 7,5 = 36,35 (m) 2.1.2 Độ sâu luồng tàu Độ sâu thiết kế của luồng tàu được tính theo công thức sau: SV: Tiêu Hà Định GVHD: ThS Lê Tùng Anh Lớp BDA50DH 14 TKMH: Công trình đường thủy T H = Tt + ∆T ( 2-3 ) Trong đó: T H - chiều sâu thiết kế của luồng tàu Tt - mớn nước đầy tải của tàu thiết kế ( 1,5 m ) ∆T - chiều sâu dự phòng Đối với lòng sông có bề mặt cát bùn thì độ... A − + Giải phương trình : QL =0 QTL ta được nghiệm A =0.47 + Diện tích mặt nước trên mặt kè , ωL xác định như sau : A= ωL ω − ωK ωL = ⇒ với ωL = A.(ωTD+ωL) ⇒ ωL(1-A) = A ωTD A ωTD 0.47 * 607.04 = = 538.32( m 2 ) 1− A 1 − 0.47 + Cao trình đỉnh kè xác định như sau : Z K = MNTT − ωL 538.32 = 6.68 − = 2.78(m) LK 138.2 4.2 Xác định góc tối ưu, chiều dài thực tế của kè 4.2.1 Xác định góc tối ưu của kè với... Chiều rộng luồng tàu Tính toán cho luồng tàu 1 chiều: B = Bd + 2.b (2.1) Trong đó: Bd - bề rộng dải hoạt động của tàu tính toán, có tính đến tàu chệch hướng chuyển động do tác dụng ngang của gió, được xác định khi tàu chạy không tải b - khoảng cách giữa tàu với bờ, cho phép lấy bằng 0.5Bt Kích thước tàu thiết kế được xác định theo thông số đã cho ( chọn các giá trị lớn nhất của phương tiện lưu thông . đường thủy TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CÔNG TRÌNH THUỶ BỘ MÔN XÂY DỰNG ĐƯỜNG THUỶ o0o THIẾT KẾ MÔN HỌC CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG THUỶ THIẾT KẾ KÈ MỎ HÀN ĐÁ ĐỔ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH TÍNH THỦY LỰC KÈ Giáo. 6-11-2-13 Ngày nộp: 1.1 Tài liệu xuất phát: 1.1.1 Loại đề tài: Thiết kế kè mỏ hàn đá đổ bằng phương pháp giải tích và tính toán thuỷ lực kè. 1.1.2 1.2. Mục đích: - Xác định kích thước tuyến chỉnh. định kích thước kè đá đổ (cao trình kè theo phương giải tích) ; - Tính toán thủy kè 1.1.3 1.3. Số liệu thiết kế: -Bình đồ Sông Lô Km 7+500 - 10+900 -Tài liệu địa chất: Số liệu kèm theo -Tài liệu