+ Điều kiện để cống làm việc như đập tràn đỉnh rộng Theo mục 3.1, QPTL C876, điều kiện làm việc như đập tràn đỉnh rộng: (2÷3)H < L < (8÷10)H Trong đó: + H: chiều sâu dòng chảy vào trên ngưỡng (m) Bài toán tưới: H = Zbiển Zđk Bài toán tiêu: H = Zđồng Zđk + L: chiều dài ngưỡng, chọn sơ bộ L = 20m + Điều kiện chảy ngập Theo mục 3.4, QPTL C876 chảy ngập khi: Trong đó: + : chiều sâu nước hạ lưu kể từ ngưỡng cống (m) + : cột nước trước cống, có xét đến lưu tốc tới gần (m)
1. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính khẩu diện cống hoặc kiểm tra khẩu diện cống? + Sơ đồ tính MNTL MNHL -2.50 -2.50 H h h n h h P=0 20m Z hp Sơ đồ chảy qua đập tràn đỉnh rộng + Điều kiện để cống làm việc như đập tràn đỉnh rộng Theo mục 3.1, QPTL C8-76, điều kiện làm việc như đập tràn đỉnh rộng: (2÷3)H < L < (8÷10)H Trong đó: + H: chiều sâu dòng chảy vào trên ngưỡng (m) Bài toán tưới: H = Z biển - Z đk Bài toán tiêu: H = Z đồng - Z đk + L: chiều dài ngưỡng, chọn sơ bộ L = 20m + Điều kiện chảy ngập Theo mục 3.4, QPTL C8-76 chảy ngập khi: 0n nHh ≥ Trong đó: + n h : chiều sâu nước hạ lưu kể từ ngưỡng cống (m) + 0 H : cột nước trước cống, có xét đến lưu tốc tới gần (m) 2g αV HH 2 0 0 += 1 + H : cột nước thượng lưu cống kể từ đỉnh ngưỡng (m) + 0 V : lưu tốc tới gần, T0 Q/ΩV = (m/s) + n : hệ số ngập, nằm trong phạm vi 0,75 ≤ n ≤ (0,83÷0,87). Theo R.R.Tsugaep, n=f( m,v H ). Trong đó, m là hệ số lưu lượng còn H v = B Hn /Ωh . Tra hình 3-4 (Thiết kế cống – Nhà xuất bản nông nghiệp – 1988) tìm n. + Lưu lượng tháo qua cống Chảy không ngập: 3/2 00 .H2.g.bm.εQ ∑ = Trong đó: + Q: lượng tháo qua cống (m 3 /s) + m: hệ số lưu lượng lấy gần đúng theo Cu-min, bảng 14-3 bảng tra thủy lực, với cửa vào tương đối thuận và có tường cánh thẳng thu hẹp dần m = 0,34÷0,36. Chọn m=0,35. + 0 ε : hệ số co hẹp bên do các mố trụ gây nên, tính theo công thức 1 07,5 7,5 ΣdΣb Σb ε 0 = + = + = + ∑ b : tổng bề rộng qua nước của các khoang cống (m) + 0 H : cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần (m) + g=9,81 (m/s 2 ): gia tốc trọng trường Chảy ngập: - Lưu lượng tháo qua cống: )h2g.(H.b h.Q 101gn −= ∑ ϕϕ Trong đó: 2 + g ϕ : hệ số co hẹp bên, g ϕ = 0,5 0 ε +0,5 = 0,5.1+0,5 = 1 + n ϕ : hệ số lưu tốc trường hợp chảy ngập, phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m. Tra theo bảng 14-3 giáo trình thủy công tập II ứng với m = 0,35 thì n ϕ =0,93 + h1: chiều sâu nước trên ngưỡng cống, hpn1 Zhh −= + hp Z : độ cao hồi phục khi dòng chảy ra khỏi cống, khphp .hξZ = + hp ξ : độ cao hồi phục tương đối xác định bởi biểu đồ 20 (QPTL C8-76) phụ thuộc vào hệ số mở rộng H v khi dòng chảy đi xuống hạ lưu và độ ngập tương đối n ξ . H n H Ω B.h v = k n n h h ξ = + hk : độ sâu phân giới (m) 3 2 k g αq h = + q: lưu lượng đơn vị qua cống, q=Q/Bc (m 2 /s) + Bc: chiều rộng thông nước của cống, Bc =7,5m + Tính khẩu diện cống – giả thiết Q và B. Kiểm tra khả năng tháo Chế độ chảy qua cống trong các trường hợp đều là chảy ngập nên lưu lượng tháo qua cống được tính theo công thức tính lưu lượng qua đập tràn 3 đỉnh rộng chảy ngập (theo QPTL C8-76) )h2g.(H.b h.Q 101gnkt −= ∑ ϕϕ Kiểm tra: Trong tất cả các trường hợp tính toán trên, khẩu diện cống đã chọn đều đảm bảo khả năng tháo yêu cầu ( kt Q >Q). Kết luận: Khẩu diện cống thỏa mãn. 2. Vẽ sơ đồ và trình bày phương pháp tính toán tiêu năng hạ lưu công trình? + Sơ đồ tính MNTL -2.50 -2.50 H P=0 20m MNHL h'' c h h h c Sơ đồ tính tiêu năng Khi đó các bước tính toán tiêu năng của cống như sau: + Bước 1: Xác định trạng thái chảy: Nếu trạng thái chảy là chảy ngập: Nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy. Nếu trạng thái chảy là chảy không ngập: Ta tiếp tục làm bước 2. + Bước 2: Xác định hình thức nối tiếp sau cống bằng cách so sánh '' c h và h h 4 Nếu '' c h > h h : Nối tiếp sau cống là nước nhảy phóng xa. Nếu '' c h = h h : Nối tiếp sau cống là nước nhảy phân giới. Nếu '' c h < h h : Nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập. + Bước 3: Nếu nối tiếp sau cống là nước nhảy phóng xa, phân giới thì phải thiết kế tiêu năng. Nếu nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập thì bố trí tiêu năng theo cấu tạo. + Công thức tính h’c và h”c Xác định hình thức nối tiếp sau cống: So sánh '' c h và h h . Trước tiên ta tính c τ F theo công thức : 3/2 0 τ .E q F c ϕ = Trong đó: + 0 E : Năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu cống so với đáy kênh hạ lưu. 2.g α.V HE 2 0 0 += + H: Chiều cao cột nước thượng lưu so với đáy kênh hạ lưu + 2.g α.V 2 0 : Cột nước lưu tốc tới gần. k 0 ω Q V = 5 + k ω : Diện tích mặt cắt ướt kênh thượng lưu. + Q: Lưu lượng tiêu năng + q: Lưu lượng đơn vị tính toán ∑ = b Q q + ϕ : Hệ số lưu tốc của cống. Đối với đập tràn đỉnh rộng thì lấy bằng 0,95÷ 0,85 ( theo giáo trình Thủy lực tập 2 trang 176). Chọn ϕ = 0,95 0cc .Eτh = 0 '' c '' c .Eτh = + c τ , '' c τ tra phụ lục 15-1 trang 62 – Các bảng tính thủy lực. + Tính chiều sâu bể tiêu năng Có thể tính theo các bước sau đây: 1. Tính d gần đúng lần thứ nhất theo biểu thức: h " c1 h-hd = hoặc giả định một trị số xấp xỉ trị số trên. 2. Với chiều sâu d 1 đã chọn, tính độ sâu co hẹp (h c ) và độ sâu liên hiệp (h” c ) theo cột nước E’ 0 =E 0 +d 1 bằng phương pháp được trình bày ở trên (PP của GS. I.I.Agơrôtskin) 3. Định chiều sâu nước trong bể tiêu năng: )h(h " cb σ = 6 4. Tính ΔZ theo CT: [ ] 2 " 2 22' 2 2 2 c h hg q hg q z σ ϕ −=∆ 5. Tính chiều sâu d 2 (gần đúng lần thứ hai) của bể theo CT: )()h(d " c2 zh h ∆+−= σ 6. Nếu giá trị d 2 tính ra bằng hay gần bằng giá trị d 1 đã chọn thì việc chọn d đã đúng và d 2 là độ sâu bể cần đào. Nếu hai giá trị d chưa bằng nhau cần lấy giá trị d 2 để tính lại lần nữa theo trình tự trên. + Tính chiều dài bể tiêu năng Trong thiết kế người ta thường dùng các công thức kinh nghiệm. Bể tiêu năng quá dài thì không cần thiết, nhưng nếu quá ngắn lại có thể không hình thành nước nhảy ở trong bể , bể không những không thực hiện được nhiệm vụ tiêu năng mà dòng chảy vọt ra có thể làm xói lở và phá hoại lớp gia cố lòng dẫn hạ lưu sau bể. Chiều dài bể theo công thức của GS. M.Đ. Tréctôuxốp: 1 . lll nb += β Với β =0,8 và l 1 =0 ta có: l b = 0,8l n Tính chiều dài nước nhảy l n theo công thức Saphơranét: l n = 4,5h” c + Tính chiều dài sân sau HqkL ∆= 2 Trong đó: ΔH: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m) q: Lưu lượng đơn vị cuối sân (m 3 /s.m) 7 k: hệ số phụ thuộc tính chất đất lòng sông. Khi lòng sông là cát mịn, cát pha k=10÷12, đất cát to, đất có tính dính k=8÷9, đất sét cứng k=6÷ 7. 3. Trình bày cách chọn, bố trí thiết bị tiêu năng. Nêu tác dụng của bể tiêu năng, ngưỡng tiêu năng, sân sau, hố xói…? + Bố trí thiết bị tiêu năng Bể tiêu năng phía biển và phía đồng làm bằng bê tông cốt thép M300, phía dưới có BT lót M100 dày 5cm, gia cố bằng cừ tràm. Do đặc điểm làm việc của cống làm việc 2 chiều nên ta bố trí bể tiêu năng ở cả 2 phía. Phía biển làm việc nhiều hơn do vậy kết hợp một phần thân cống phía biển làm bể tiêu năng. Cao trình đáy bể tiêu năng chọn -3.50 m ,thấp hơn cao trình ngưỡng cống 1 m. Phần cuối phần sân tiêu năng có bố trí lỗ thoát nước và ngưỡng. Các lỗ thoát nước bố trí thành hàng so le và phía dưới có đặt tầng lọc ngược để bảo vệ đất nền không bị mất ổn định thấm, khoảng cách giữa các lỗ thoát nước là 2 m. Chiều dài sân tiêu năng theo kết quả thí nghiệm mô hình L b = 12m. Chiều dày bể tiêu năng t = 0,5m (theo mục 6.3.4) Nhằm tăng độ mở cửa van, ở bể tiêu năng phía đồng thiết kế thêm 1 ngưỡng trong bể tiêu năng. + Tác dụng của các kết cấu tiêu năng: bể tiêu năng, ngưỡng, sân sau, hố xói… Bể tiêu năng: Tiêu năng và bảo vệ lòng kênh sau cống. Chiều dài bể: L 1 =(2÷3,5)ΔH ΔH: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu. Chiều dày sân tiêu năng theo công thức Đômbrôpxki: 8 11 15,0 hvt = Trong đó: t: chiều dày sân v 1 , h 1 : lưu tốc và chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy. Chiều dày khoảng 0,5-1,5m. Ngưỡng: Nhằm tăng độ mở cửa van, ở bể tiêu năng phía đồng thiết kế thêm 1 ngưỡng trong bể tiêu năng. Sân sau: Sân sau có tác dụng tiêu hao bớt phần năng lượng còn lại sau khi đi qua bể tiêu năng, bảo vệ lòng kênh. Hố xói: Để đảm bảo phân bố lại dòng chảy, tiêu hao hết năng lượng, phòng chống xói lở ở phía hạ lưu ta cần làm thêm hố phòng xói ở sau sân sau. 4. Trình bày các phương pháp tính thấm dưới đáy công trình? Phương pháp nào cho kết quả tin cậy nhất? + Sự cần thiết phải tính thấm Do có sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, nền và 2 bên bờ có tính thấm nước nên sẽ xuất hiện dòng thấm dưới đáy và 2 bên công trình. Ta phải tiến hành giải bài toán thấm nhằm mục đích: • Xác định lưu lượng thấm q • Lực thấm tác dụng lên đáy công trình W t • Gradient thấm trung bình và gradient thấm cục bộ ở cửa ra để tiến hành kiểm tra độ bền thấm chung và độ bền thấm cục bộ. + Các giả thiết cơ bản Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết cơ bản đơn giản hóa môi trường thấm và dòng thấm. Các giả thiết đó như sau: Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng 9 Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được Dòng thấm ổn định Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy Jkv .= Trong đó: v: Lưu tốc thấm bình quân trên m/c ướt k: Hệ số thấm của đất J: Gradien thủy lực Đối với các bài toán thấm có áp, còn có 2 giả thiết bổ sung: Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước Bài toán thấm phẳng + Các phương pháp tính thấm Hiện nay có rất Có nhiều phương pháp tính thấm như: _Tính thấm bằng phương pháp giải tích: Phương pháp cơ học chất lỏng (N.N.Pavlopxki) Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng: Do Trugaep đã phát triển phương pháp phân đoạn của N.N.Pavlopxki thành phương pháp hệ số sức kháng. Phương pháp tỉ lệ đường thẳng: Do Blai đề xướng sau đó Len đã đề xuất việc cải tiến phương pháp của Blai cho phù hợp với thực tế hơn. _Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm: Trong phương pháp này có thể xây dựng lưới thấm bằng các phương pháp khác nhau như: Phương pháp giải tích Phương pháp thí nghiệm tương tự điện 10 [...]... van Trọng lượng nước Áp lực nước: gồm có + Áp lực nước thấm + Áp lực nước đẩy nổi Các lực đứng được tính theo cơng thức : P = n × γ × V (T) Trong đó : + P : lực tác dụng thẳng đứng (T) + n : hệ số vượt tải 24 γ + : dung trọng vật liệu cấu tạo (T/m3) + V : thể tích của hạng mục cơng trình ( m3) Các lực ngang - Áp lực nước phía đồng - Áp lực nước phía biển T = n × γ ×V (T ) Các lực ngang được tính theo... ngăn mặn được thực hiện tương tự với chiều ngược lại d) Áp lực thấm Cột nước thấm tiêu hao qua mỗi bộ phận xác định theo cơng thức: hi = ξ i H ∑ξi Trong đó: H _Cột nước thấm (m) hi _Tổn thất cột nước thấm qua bộ phận thứ i (m) ξi ∑ξ _Hệ số sức kháng của bộ phận đang xét i _Tổng hệ số sức kháng tồn miền thấm e) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy được tính theo cơng... thấm tại một điểm x bất kỳ cách đường thế cuối cùng i dải (i có thể là số thập phân khi x khơng nằm trên một đường thế của lưới) h x = i H n (m) Trong đó: + H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m) + i: Dải thế thứ i (có thể là số ngun hay thập phân) + n: Số dải thế Xác định lưu lượng thấm Lưu lượng thấm xác định theo cơng thức q = k.H m n (m2/s) Trong đó: + K: Hệ số thấm K = 10-7 m/s + m: Số ống dòng... ngọt c) Xác định hệ số sức kháng từng bộ phận Với trường hợp giữ ngọt: Các hệ số sức kháng được xác định theo các biểu thức giải tích Chúng được rút ra trên cơ sở giải hàng loạt các bài tốn thấm có sơ đồ khác nhau bằng phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng Các cơng thức đó cụ thể như sau: - Bộ phận cửa vào và cửa ra: ζv,r = 0.44 + ζb + ζc Trong đó: ζb _Hệ số sức kháng của bậc (nếu có) 16 ξb = a T a _Chiều... nhất để đảm bảo cống được an tồn Các trường hợp bất lợi đó là: - TH1: Cống vừa thi cơng xong chưa thơng nước (Tổng lực đứng ƩG max) - TH2:Ngăn mặn (cửa đóng) – Tổng lực ngang ƩP max hướng từ biển ra đồng 22 TH3: Giữ ngọt (cửa đóng) – Tổng lực ngang ƩP max hướng từ đồng ra - biển 2 Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính tốn ứng suất bản đáy cống? + Phương pháp tính Tính ứng suất phần thân cống theo sơ đồ nén lệch... miền thấm mà khơng phụ thuộc vào hệ số thấm, cột nước, chiều dòng thấm và kích thước tuyệt đối của cơng trình Dựa vào các đặc điểm của lưới thấm như đã mơ tả ở trên trên mà ta tiến hành vẽ bằng tay và sửa dần cho đến khi đạt được một lưới thấm trực giao có các mắt lưới hình vng cong 20 Sơ đồ lưới thấm theo hình vẽ có 20 dải và 7 ống dòng Xác định áp lực thấm Gọi n là số dải của lưới thấm, cột nước thấm... thấm Khi khơng có hàng cừ thì : m = 1 Kiểm tra độ bền thấm của nền Theo phương pháp này thì để đảm bảo độ bền thấm chung, trị số Ltt phải thỏa mãn điều kiện: L tt ≥ C.H (m) Trong đó: + C: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền, theo bảng 2.2 trang 27 giáo trình Thủy cơng tập I với đất sét mềm lấy C =2,2 12 + H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m) Xác định áp lực thấm Cột nước thấm tại một điểm nào... có: Pc = 1.135.1225+2700.25,13 = 233226 kG = 233,23 T Xác định sức chịu tải dọc trục theo điều kiện đất bao quanh cọc (Pđ) Có 2 phương pháp để xác định là phương pháp phân tích lực và phương pháp thí nghiệm hiện trường Kết quả chính thức lấy theo kết quả thí nghiệm hiện trường Tuy nhiên trong phạm vi đồ án em xác định sức chịu tải dọc trục theo phương pháp phân tính lực Theo phương pháp phân tích lực, ... số thấm (m/s) H _Cột nước chênh lệch (m) ∑ξ i _Tổng hệ số sức kháng miền thấm f) Gradien thấm Ở phương pháp này chỉ có thể tính được gradien cột nước trung bình trong vùng thấm, theo cơng thức của Viện VNIIG: J tb = H T ∑ ξ i Trong đó: T _Chiều dày tầng thấm Kiểm tra độ bền thấm chung: để đảm bảo độ bền thấm chung cần phải thỏa mãn J tb < [ J k ] Trong đó: [ Jk ] 19 Tra bảng 2 TCVN 4253_86 PP này có. .. xiên có góc nghiêng α > 450 so với phương ngang (m) L = LAB + LCD + LFG + LKL + LNO + LPR + Ln : Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc nghiêng α < 450 so với phương ngang (m) Ln = LBC + LDE + LEF + LGH + LHI + LIJ + LJK + LLM + LMN + LOP + m : Hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên các đoạn thẳng đứng so với các đoạn nằm ngang, phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ . m/c ướt k: Hệ số thấm của đất J: Gradien thủy lực Đối với các bài toán thấm có áp, còn có 2 giả thiết bổ sung: Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước Bài toán thấm phẳng +. định hệ số sức kháng từng bộ phận Với trường hợp giữ ngọt: Các hệ số sức kháng được xác định theo các biểu thức giải tích. Chúng được rút ra trên cơ sở giải hàng loạt các bài toán thấm có sơ đồ khác. thấm qua bộ phận thứ i (m) i ξ _Hệ số sức kháng của bộ phận đang xét ∑ i ξ _Tổng hệ số sức kháng toàn miền thấm e) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy được