Hướng dẫn sử dụng phần mềm SEEPW

Với module Seep/W, có thể thực hiện các phân tích sau: Module Seep/W có thể phân tích bài toán: dòng thấm có áp, dòng thấm không áp,dòng thấm do mưa, dòng thấm từ bồn chứa nước ảnh

Trang 1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

BÀI 1: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ ĐỂ TÍNH TOÁN THẤM 2

2.1 Các giả thuyết cho bài toán tính thấm không xét đến áp lực nước lỗ rỗng âm 2

2.2 Các giả thuyết cho bài toán tính thấm có xét đến áp lực nước lỗ rỗng âm 2

BÀI 2: ỨNG DỤNG SEEP/W ĐỂ TÍNH THẤM QUA NỀN CỐNG LẤY NƯỚC 3

2.1 Ví dụ tính toán 3

2.1.1 Tài liệu địa hình, địa chất 3

2.1.2 Kích thước kết cấu công trình 3

2.1.3 Tổ hợp mực nước và trường hợp tính toán 3

2.1.4 Chỉ tiêu tính toán thiết kế 4

2.1.5 Phương pháp tính toán 4

2.1.6 Mô hình tính toán 4

4

2.2 Trình tự giải quyết bài toán 5

2.2.1 Thiết lập vùng làm việc 5

2.2.2 Xác định tỷ lệ cho vùng làm việc 5

2.2.3 Thiết lập mật độ lưới bản vẽ 5

2.2.4 Lưu chương trình: File/Save 6

2.2.5 Chọn dạng bài toán để phân tích 6

2.2.6 Khai báo hàm thấm 7

2.2.7 Khai báo vật liệu 8

2.2.8 Tạo phần tử hữu hạn 9

2.2.9 Hiệu chỉnh phần tử 10

2.2.10 Thiết lập điều kiện biên 10

2.2.11 Vẽ mặt cắt để xác định lưu lượng 12

2.2.12 Vẽ trục tọa độ 13

2.2.13 Viết Text lên mô hình: Sketch/ Text 14

2.2.14 Copy hình vẽ sang word: Edit/ Copy all 15

Trang 2

2.3 Kết quả cần xuất ra theo yêu cầu của bài toán tính thấm qua cống 15

2.3.1 Giải bài toán và xem kết quả 15

2.3.2 Xem biểu đồ áp lực thấm qua cống 15

2.3.3 Xem Gradien thấm và lưu lượng thấm qua cống 16

2.2.4 Xem một số kết quả khác 17

2.4 So sánh kết quả tính toán với giá trị cho phép theo tiêu chuẩn 20

2.4.1 Độ bền thấm chung của nền kiểm tra theo công thức 20

2.4.2 Độ bền thấm cục bộ của nền tính theo công thức 20

BÀI 3: ỨNG DỤNG SEEP/W THỰC HIỆN BÀI TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 21

3.1 Mục đích tính thấm 21

3.2 Các trường hợp tính toán 21

3.3.1 Tài liệu về mực nước 21

3.3.2 Tài liệu mặt cắt ngang đập tính toán 21

3.3.3 Các chỉ tiêu về hệ số thấm 22

3.3.4 Mô hình tính toán 22

3.4.1 Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước thấp nhất tương ứng, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường 23

3.4.2 Trường hợp 3: Thượng lưu mực nước rút đột ngột 33

Trang 3

Hướng dẫn sử dụng phần mềm SEEP/W Số hiệu: HD – 17 – 05 - 01

r f

LỜI MỞ ĐẦU

Phần mền GEO-SLOPE International Ltd của Canada, là một bộ phần mềm ứngdụng để phân tích địa kĩ thuật Kết quả tính toán, phân tích của GEO-SLOPE đã được nhànước chấp nhận trong thiết kế công trình

GEO-SLOPE gồm các module chính sau:

- Seep/W : Phân tích thấm

- Slope/W: Phân tích ổn định mái dốc

- Sigma/W: Phân tích ứng suất nền, biến dạng nền

- Quake/W: Phân tích trạng thái của đất trong động đất

- Temp/W: Phân tích truyền nhiệt trong đất

- Wadose/W: Phân tích lớp đất bề mặt và đất trong vùng không bão hòa

- Ctran/W: Phân tích vận chuyển các chất gây ô nhiễm trong đất

- Seep 3D: Phân tích thấm theo phần từ hữu hạn 3D

Khi tính toán cho công trình thủy lợi, chủ yếu sử dụng 3 module: Seep/W, Slope/W,Sigma/W

Với module Seep/W, có thể thực hiện các phân tích sau:

Module Seep/W có thể phân tích bài toán: dòng thấm có áp, dòng thấm không áp,dòng thấm do mưa, dòng thấm từ bồn chứa nước ảnh hưởng đến mực nước ngầm, dòngthấm ổn định hoặc không ổn định

Tích hợp module Seep/W với module Slope/W để phân tích ổn định mái dốc trongđiều kiện có nước

Tích hợp module Seep/W với module Sigma/W để phân tích bài toán cố kết thấm.Trong phạm vị hướng dẫn này, sẽ trình bày module Seep/W để phân tích dòng thấm

ổn định và không ổn định qua công trình thủy lợi

Tài liệu tham khảo:

1 Bản dịch bài tập Seep/W của GS Nguyễn Công Mẫn

2 14 TCN 157 – 2005 – Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén

3 Theo TCXDVN 285-2002, Công trình thủy lợi – Các qui định chủ yếu vềthiết kế

4 Theo TCVN 4253-1986: Nền các công trình thủy công – Tiêu chuẩn thiết kế

Trang 4

r f

BÀI 1: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ ĐỂ TÍNH TOÁN THẤM

Tính toán thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn, dựa trên chương trình tính thấmSeep/W trong phần mền GEO-SLOPE International Ltd của Canada

2.1 Các giả thuyết cho bài toán tính thấm không xét đến áp lực nước lỗ rỗng âm

1 Dòng thấm trong đất bão hoà/ không bão hoà tuân theo Định luật Darcy

2 Qvào – Qra = biến thiên độ ẩm thể tích ��

Trường hợp đất bão hòa, Qvào = Qra → dòng thấm ổn định

3 Phương trình cơ bản:

2.2 Các giả thuyết cho bài toán tính thấm có xét đến áp lực nước lỗ rỗng âm

1 Dòng thấm trong đất bão hoà/ không bão hoà tuân theo Định luật Darcy

2 Qvào – Qra = biến thiên độ ẩm thể tích ��

Trường hợp đất không bão hòa, Qvào ≠ Qra → dòng thấm không ổn định

3 Phương trình cơ bản

0

=+

H k y x

H k

t

H m

t

Q y

H k y x

H k

Trang 5

r f

BÀI 2: ỨNG DỤNG SEEP/W ĐỂ TÍNH THẤM QUA NỀN CỐNG LẤY NƯỚC

Dòng thấm qua cống là dòng thấm ổn định, áp dụng bài toán tính thấm cho một côngtrình cụ thể theo số liệu sau, nhằm xác định:

- Xác định lưu lượng thấm q?.

- Lực thấm tác dụng lên đáy công trình W th ?→ Phục vụ cho tính toán ổn định cống.

- Gradien thấm trung bình và gradien thấm cục bộ tại cửa ra để kiểm tra độ bền

thấm chung và độ bền thấm cục bộ → Xác định biện pháp gia cố, bảo vệ nền hợp lý.

2.1 Ví dụ tính toán

2.1.1 Tài liệu địa hình, địa chất

Bảng 2.1: Chỉ tiêu trị tiêu chuẩn

Hệ số thấm (m/s) 5.80x10-8 4.50x10-7 7.30x10-6

Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất tại vùng nghiên cứu có các tầng chính như sau:

Lớp 1: Bùn sét kẹp cát lẫn thực vật hữu cơ màu xám xanh, xám đen, trạng thái chảy Lớp 2: Cát pha, sét pha màu xám trắng, xám xanh, trạng thái dẻo mềm.

Lớp 3: Cát mịn đến trung lẫn bụi, sét màu xám vàng, xám trắng, kết cấu xốp đến

chặt vừa

2.1.2 Kích thước kết cấu công trình

1 Bản đáy

2.1.3 Tổ hợp mực nước và trường hợp tính toán

Tính toán cho trường hợp bất lợi nhất : Chênh lệch mực nước phía đồng và phía sông

Trang 6

Hướng dẫn sử dụng phần mềm SEEP/W Sớ hiệu: HD – 17 – 05 - 01

r f

Mực nước phía sơng max = +2.15m ;

Mực nước phía đồng min = -1.5m

Đĩng một hàng cừ, chiều dài cừ Lcừ = 6.00m, bề rộng cừ Bcừ = 0.25m

2.1.4 Chỉ tiêu tính tốn thiết kế

Theo QCVN 04 – 05/2012 → xác định cấp cơng trình (cống là cơng trình cấp ?)Theo TCVN 4253-1986: Nền các cơng trình thủy cơng – Tiêu chuẩn thiết kế, xét cácchỉ tiêu:

- Hệ số tin cây, kn = … (Bảng 5 - cơng trình cấp ….)

- Gradien tới hạn trung bình tính tốn của cột nước, tb =

k

J (Bảng 2- TCVN 1986)

4253 Gradien tới hạn cục bộ của cột nước ở vùng dòng thấm thốt ra hạ lưu, đối với đấtkhơng xĩi ngầm, khơng cĩ thiết bị thốt nước , [ ]J cb =

Theo sách “Thiết kế cống (Trịnh Bốn – Lê Hòa Xướng)”, tra bảng 4.1 - với đất sétmềm, hệ số phụ thuộc vào đất nền C = 3 (Hoặc tham khảo Quy phạm thiết kế cống SD133-84)

2.1.5 Phương pháp tính tốn

-Tính tốn thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn, dựa trên chương trình tính thấm

Seep/W trong phần mềm GEO-SLOPE International Ltd của Canada

2.1.6 Mơ hình tính tốn

Tính thấm qua cống lấy nước như hình vẽ:

BIỂU ĐỒ ÁP LỰC THẤM

PHÍA SÔNG SÀI GÒN PHÍA ĐỒNG

- Tường cừ Lasen chống thấm

- Kích thước: Dài 6,0m, dày 0,125m.

Trang 7

r f

2.2 Trình tự giải quyết bài toán

2.2.1 Thiết lập vùng làm việc

- Xác định vùng làm việc: Set / Page

Giả thiết vùng làm việc của bài toán tương ứng với khổ giấy A4 (297x210), nên cóthể gán vùng làm việc là:

2.2.2 Xác định tỷ lệ cho vùng làm việc

- Xác định tỉ lệ vùng làm việc: Set / Scale

Với kích thước hình học của công trình và kích thước vùng làm việc đã nhập ở mụcSet/Page, có thể chọn tỷ lệ theo như sau ( Nên chọn tỉ lệ ngang và đứng bằng nhau):

Lưu y: Nên chọn tỷ lệ ngang và tỷ lệ đứng bằng nhau

2.2.3 Thiết lập mật độ lưới bản vẽ

- Xác định tỉ lệ vùng làm việc: Set / Grid / Snap to Grid

Trang 8

r f

2.2.4 Lưu chương trình: File/Save

1 Phác họa bài toán

a) Cách 1: Nếu mô hình đơn giản, vẽ trực tiếp trong Seep/W

Dùng lệnh: Sketch / Lines / Done

b) Cách 2: Phác thảo theo Autocad

- Chuyển bản vẽ cad về tỉ lệ 1:1

- Chuyển trục tọa độ về vị trí bản vẽ, chú ý phải đúng với cao độ thực của cống

- Vẽ đường polyline các điểm cần thiết để vẽ mô hình cống

- Dùng lệnh “ li ” lấy tọa độ các điểm trên đường polyline.

- Save các tọa độ vào Notepad

- Mở Excel file Notepad để lấy tọa độ

- Mở Key In/ Point/ Paste/ Ok.

- Dùng lệnh Sketch / Lines / Done, để nối các điểm với nhau.

2.2.5 Chọn dạng bài toán để phân tích

Key In / Analysis Settings / Type / Steady-State (Dùng phân tích bài toán ổn định

không phụ thuộc vào thời gian)

Trang 9

Cách thức khai báo: KeyIn / Hydraulic Function / Hydraulic Conductivity

Xuất hiện hộp thoại Conductivity:

- Gõ 1 vào Function Number để ký hiệu số thứ tự của hàm mà ta muốn khai báo

- Nhấp nút Edit Xuất hiện hộp thoại:

Trang 10

r f

- Giả sử lớp đất 1 có hệ số thấm K = 5,8.10-8m/s, khai báo số liệu vào như sau:

Bước 1:

+ Gõ 1 vào ô #, gõ giá trị nhỏ nhất của áp lực nước lỗ rỗng vào ô Pressure (0) và hệ

số thấm nhỏ nhất vào ô Conductivity (5.8e-8)

+ Nhấp nút Copy, tất cả các thông tin mới nhập sẽ xuất hiện trong hộp danh sách

Bước 2:

+ Gõ 2 vào ô #, gõ giá trị nhỏ nhất của áp lực nước lỗ rỗng vào ô Pressure (1) và hệ

số thấm nhỏ nhất vào ô Conductivity (5.8e-8)

+ Nhấp nút Copy, tất cả các thông tin mới nhập sẽ xuất hiện trong hộp danh sách.+ Nhấp nút View để xem đồ thị của hàm này

- Có thể đặt tên cho hàm này để ghi nhớ bằng cách gõ vào Description

- Nhấp OK trong hộp Conductivity Function để kết thúc việc khai báo hàm 1

- Làm tương tự với Lớp 2, lớp 3

2.2.7 Khai báo vật liệu

Để mô tả vùng tính toán thấm phải có các đặc trưng về thấm như hệ số thấm, độ chứanước thể tích … Nên cần khai báo các đặc trưng vật liệu để gán cho vùng thấm khi phát sinhcác phần tử

Cách thức khai báo: KeyIn/Material Properties

Xuất hiện hộp thoại:

- Gõ 1 vào hộp # (khai báo chỉ số vật liệu)

- Nhấp vào mũi tên sổ xuống bên cạnh hộp K-Fn (hàm hệ số thấm) Lúc này tronghộp sẽ xuất hiện tất cả các hàm hệ số thấm đã khai báo Nhập số thứ tự hàm thấm tương ứngvới lớp vật liệu đã chọn Nhập là giá trị bằng 1

Trang 11

r f

- Nhập 0 vào hộp W.C.Fn (hàm độ chứa nước thể tích): Vì lớp 1 có độ rỗng bằng 0

- Nhập 1 vào hộp K- Ratio (tỉ số giữa kx và ky)

- Nhập 0 vào hộp K-Direction (góc phương thấm chính)

- Nhấp vào Set để thay đổi màu của vật liệu

- Chọn nút copy Các tính chất vừa nhập xuất hiện trên hộp danh sách

- Chọn Ok để lưu lại thông tin trên và kết thúc việc khai báo vật liệu

- Làm tương tự với lớp 2, lớp 3.

2.2.8 Tạo phần tử hữu hạn

Cách thức khai báo: Draw / Regions

Con trỏ chuyển sang dạng chữ thập

- Bắt đầu xác định vùng phát sinh phần tử Kích chuột tạo vùng phần tử đối với lớp 1như đã định, xuất hộp thoại dưới:

- Nhập 1 vào ô Material Type

- Trong hộp “Mesh Pattern”:

No mesh: không chia phần tử hữu hạn

Unstructured: xác định bậc phân tích của phần tử tam giác

Structured Quad: xác định bậc phân tích của phần tử tứ giác

Chọn Unstructured.

- Để tăng độ dày của phần tử, chọn Edges, hộp thoại có dạng sau:

Trang 12

r f

+ Chọn cạnh muốn tăng độ dày phần tử hữu hạn

+Nhập số vào ơ Min để tăng hoặc giảm độ dày của phần tử hữu hạn

- Làm tương tự đối với lớp 2 và lớp 3.BIỂU ĐỒ ÁP LỰC THẤM

Lớp 1: K=5.8e-8m/s

Lớp 2: K=4.5e-7m/s Lớp 3: K=7.3e-6m/s

2.2.9 Hiệu chỉnh phần tử

Cách thức khai báo: Key In/ Regions

Xuất hiện hộp thoại: Region Number / Region #/ Properties

2.2.10 Thiết lập điều kiện biên

Điều kiện biên được thiết lập trên lưới các phần tử đã được phát sinh gồm cột nước H(total head), cột nước P (pressure head), lưu lượng nút Q (total nodal flow or flux), lưulượng trên một đơn vị dài theo dọc theo cạnh của một phần tử q (flow per unit length alongthe side of an element)

Trang 13

r f

- Cao trình cột nước “Phía đồng” là: -1,50m

- Cao trình cột nước “Phía sông” là: + 2,15m

- Tổng dòng chảy bằng 0 qua các biên đứng phía trái và phải, qua đáy lưới phân tửhữu hạn và dọc theo đáy cống

1 Gán chiều cao cột nước

Cách thức thực hiện: Draw/Boundary Conditions

Con trỏ đổi thành dạng hình chữ thập và 1 hộp thoại xuất hiện

- Để gán điều kiện biên cho mặt đất “Phía đồng” là H= -1,50m, thực hiện như sau:+ Trong Type chọn Head (H)

+ Trong Action gõ số: -1,50

- Lúc này, nhấp con trỏ vào điểm nào thì điểm đó sẽ là điều kiện biên như trên Cóthể chọn hàng loạt điểm bằng cách kéo lê một hình chữ nhật bao các nút đó Các nút đượcgán điều kiện biên là cột nước H thì sẽ có màu đỏ

- Tương tự, gán điều kiện biên H= + 2,15m cho mặt đất phía sông

2 Gán lưu lượng Q

Cách thức thực hiện: Draw / Boundary Conditions

Con trỏ đổi thành dạng hình chữ thập và 1 hộp thoại xuất hiện

+ Trong Type chọn Total Flux (Q)

+ Trong Action gõ số 0

+ Không đánh vào ô Potential Seepage Face Review

- Chọn nút có điều kiện biên, lưu lượng Q=0 (đã xác định ở trên) Những nút đượcgán điều kiện biên lưu lượng nút Q thì sẽ trở thành tam giác được tô kín màu xanh dương

- Chọn Done để kết thúc việc gán điều kiện biên Lúc này, có màn hình sau:

Trang 14

Lớp 1: K=5.8e-8m/s

Lớp 2: K=4.5e-7m/s Lớp 3: K=7.3e-6m/s

2.2.11 Vẽ mặt cắt để xác định lưu lượng

Mục đích : Để xác định lưu lượng thấm qua nền cống

Cách thức thực hiện:

- Tắt chế độ truy bắt lưới

- Draw / Flux Sections, hộp thoại xuất hiện.

- Trong Section Number (số thứ tự mặt cắt), mặc định là 1

- Nhấp OK Con trỏ chuyển sang chữ thập, vẽ 1 đường thẳng vuơng gĩc trục dọc đập.Đường mặt cắt lưu lượng là đường màu xanh, nét đứt, cĩ mũi tên

- Nhấp chuột phải để tắt chế độ này

Lưu ý: Khi vẽ mặt cắt lưu lượng, tuyệt đối khơng cắt qua nút phần tử hữu hạn Nếu

khơng khi chạy bài tốn sẽ báo lỗi.

Trang 15

Lớp 1: K=5.8e-8m/s

Lớp 2: K=4.5e-7m/s Lớp 3: K=7.3e-6m/s

2.2.12 Vẽ trục tọa độ

Vẽ hệ trục tọa độ XOY

- Sketch / Axes Một hộp thoại xuất hiện

- Trong Display, đánh vào ơ Left Axis (để thể hiện tọa độ thẳng đứng nằm bên trái,trục Y); đánh vào ơ Bottom Axis (để thể hiện tọa độ nằm ngang nằm dưới màn hình, trụcX); đánh vào ơ Axis Numbers (hiện thị số trên trục tọa độ)

- Trong Axis Titles: gõ tên thích hợp vào mục Bottom X, và Left Y

- Nhấp OK Con trỏ chuyển sang chữ thập Nhấp con trỏ vào vị trí thích hợp sao chobao trọn vẹn được phạm vi cần thể hiện trục tọa độ

Trang 16

Lớp 1: K=5.8e-8m/s

Lớp 2: K=4.5e-7m/s Lớp 3: K=7.3e-6m/s

2.2.13 Viết Text lên mơ hình: Sketch/ Text

Khi viết text nên chọn Font: VNI-times, trong hộp thoai :

Trang 17

r f

2.2.14 Copy hình vẽ sang word: Edit/ Copy all

2.2.15 Kiểm tra bài toán

Cách thức thực hiện: Tool / Verify

Một hộp thoại xuất hiện

- Nhấp Verify Nếu không cí lỗi gì thì việc khai báo đã thực hiện xong

2.3 Kết quả cần xuất ra theo yêu cầu của bài toán tính thấm qua cống

2.3.1 Giải bài toán và xem kết quả

- Nhấp vào biểu tượng:

- Nhấn Start Trong quá trình giả bài toán, nút xanh xuất hiện

- Nhấp vào biểu tượng:

2.3.2 Xem biểu đồ áp lực thấm qua cống

Mục đích: So sánh, kiểm tra lại kết quả tính thấm bằng tay trong phần thuyết minh

tính toán ổn định cống

Cách thức thực hiện: Draw / Contour Xuất hiện hộp thoại:

Trang 18

Lớp 1: K=5.8e-8m/s

Lớp 2: K=4.5e-7m/s Lớp 3: K=7.3e-6m/s

2.3.3 Xem Gradien thấm và lưu lượng thấm qua cống

Mục đích: Kiểm tra độ bền thấm chung ( Tìm Gradien thấm trung bình của nền dưới

thân cống) và độ bền thấm cục bộ (Tính định Gradien thấm ở của ra của cống → Xác định

cĩ ga cố phần thượng hạ lưu cống để đảm bảo điều kiện ổn định hay khơng)

Bước 1: Chọn Total Head

Bước 2: Apply

Trang 19

0.2

0 2

0 25

1) Để xem kết quả tính tại bất kỳ nút nào:

Chọn Node Information từ thực đơn View Các nút được hiển thị trên hình vẽ, và hộpthoại sau xuất hiện:

Chọn XY Gradient

Bấm Apply

Trang 20

r f

Nhấn chuột trên bất kỳ nút nào để xem kết quả được tính cho nút đó Ví dụ, nhấnchuột trên nút tại góc trái phía trên của lưới Nút được chọn trên hình vẽ, và thông tin sauđây được hiển thị trong hộp thoại:

Chọn nút Copy nếu muốn copy thông tin vào Windows Clipboard để nhập vào cácứng dụng khác , hoặc chọn nút Print nếu muốn in thông tin

Chọn Done khi muốn kết thúc hiển thị thông tin tại các nút

Các thông số SEEP/W tính tại các nút là: tổng cột nước, áp suất và cột áp Các thông

số còn lại, như thấm và tốc độ, được tính tại các miền Gauss và được đưa vào các nút bởiCONTOUR để hiển thị

2) Để xem kết quả tại các miền Gauss:

Chọn Element Information từ thực đơn View Hộp thoại View Element Informationxuất hiện

Nhấn chuột trong bất kỳ miền Gauss nào thuộc phần tử để xem kết quả tính tại điểmGauss thuộc phần tử đó Ví dụ, nhấn ở trong miền Gauss phần tủ tại góc trái phía trên củalưới Miền Gauss phần tử được chọn trên hình vẽ, và thông tin sau được hiển thị trong hộpthoại:

d) Vẽ đồ thị của kết quả tính toán:

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	8,2 MB