Đồ án công trình thủy

Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM SỐ ĐỀ: 56 _ B A TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH I Tài liệu Mực nước cao trình - Cao trình đáy đập: + 100 m - MNDBT hồ: 145 m - Hđ = H1= MNDBT - đáy = 145-100 = 45 m - Cao trình bùn cát lắng đọng: +108 m - Mực nước hạ lưu: +105 m Tài liệu mặt cắt đập (hình vẽ) - Cao trình đỉnh đập: = MNDBT+5 m = 150 m - Đỉnh mặt nằm ngang MNDBT - Bề rộng đỉnh B=5m; đáy B=0,8H1= 36 m - Hệ số cột nước lại sau chống thấm: α1= 0,5 - Thành phần hình chiếu mái thượng lưu mặt : nB, n = 0,2 - Dung trọng bê tông: �b = 2,4 T/m3 = 24 KN/m3 Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Các tài liệu khác Tốc độ gió tính toán: V = 28 m/s Chiều dài truyền sóng: D = km Thời gian gió thổi liên tục: Vùng xây dựng có động đất cấp 8: K= Chỉ tiêu bùn cát lắng đọng: ɣk = 1,0 T/m3; nbc =0,45; φbc = 10 II Các yêu cầu tính toán Xác định yếu tố sóng bình quân, độ dềnh cao sóng Vẽ giản đồ áp lực sóng lên mặt đập thượng lưu, tính P max Mmax Xác định trị số vẽ tất lực lên mét dài đập B TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH I Tài liệu Cống B có sơ đồ kích thước hình vẽ: L1=20 m, L2=11,5 m, S1=6 m, S2=3m, Z1=11 m, Z2=1 m, T0=12,5 m II Yêu cầu tính toán Dùng phương pháp tính thấm học để xác định lưu lượng thấm q, vẽ biểu đồ áp lực thấm lên đáy So sánh kết giải phương pháp cho nhận xét Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Kiểm tra khả ổn định thấm a – Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi hệ số thấm K thay đổi kết tính toán thay đổi nào? b - Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi chênh lệch cột nước H thay đổi kết tính toán thay đổi nào? Nếu cống xây dựng vùng triều, cột nước đổi chiều kết tính sử dụng được? sao? Các đường viền thấm có cần thay đổi không? Tại sao? A TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH I Xác định yếu tố sóng 1.Các yếu tố sóng trung bình Giả thiết sóng nước sâu: sử dụng đồ thị hình P2-1 (trang 115 Đồ án Thủy Công) Tính giá trị không thứ nguyên : Tra đồ thị hình P2-1 ta được: Lấy cặp giá trị nhỏ hơn: Bước sóng trung bình xác định theo công thức: Kiểm tra điều kiện ban đầu: H1= 45 m > = 6,75 (m) Vậy sóng sóng nước sâu với đặc trưng: Chiều cao sóng với mức đảm bảo i% xác định theo công thức: Trong ki% tra theo đồ thị hình P2-2 (trang 116 Giáo trình Đồ án Thủy Công) Với  ki = 2,1 Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Vậy hi% = h’ = 2,1.0,72 = 1,512 Độ dềnh cao sóng : ηs = kηs.h’ Trong : kηs xác định theo đồ thị P2-4a (trang 116 Đồ án Thủy Công) Với  kηs = 1,13 h : Chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng (1%) Vậy ηs = 1,13.1,512 = 1,71 (mực nước dâng bình thường nằm phần mái nghiêng Đập nên sóng leo) II Xác định lực tác dụng lên công trình (theo toán phẳng) Áp lực thủy tĩnh: tác dụng mặt thượng lưu hạ lưu đập, bao gồm thành phần thẳng đứng nằm ngang a) Mặt thượng lưu : H12 Trong : n’ - hệ số mái nghiêng thượng lưu n’ = cotgα = = - Khối lượng riêng nước (10KN/m3)  W1 = 10.0,16.452 = 1620 (KN) Điểm đặt cách A phía trái đoạn : x1 = B- = 36 - = 33,6 (m) Thành phần nằm ngang : H12 = 10.452 = 10125 (KN) Điểm đặt cách đáy : (m) b) Mặt hạ lưu : Thành phần thẳng đứng : h22 Trong :  (KN) Điểm đặt cách A phía trái : Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Thành phần ngang : h22 = 125 (KN) Điểm đặt cách đáy : Áp lực sóng Áp lực sóng lớn ứng với độ dềnh : ηd = kηd.h’ Trong : kηd tra theo đồ thị hình (3-7c),Giáo trình thủy công tập I; Với  kηs = 0,3 h : chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng (1%)  ηd = kηd.h’ = 0,454 Trị số áp lực sóng lớn tác dụng lên mặt đập xác định theo công thức : Trong : hệ số Kd xác định theo đồ thị hình P2-4c(trang 116 Đồ án Thủy Công) Với  kd = 0,14  = 96,86(KN) Momen lớn chân đập sóng gây : Trong hệ số Km xác định theo đồ thị P2-4d (trang 116 Đồ án thủy công) Với  Km =0,21  = 3324,12 (KNm) Điểm đặt cách đáy đoạn : Áp lực đẩy ngược Công trình chịu loại áp lực thấm đẩy ngược Lực thấm đẩy ngược Lực thủy tĩnh đẩy ngược (Do đập ngập phía hạ lưu) - Áp lực thấm đẩy ngược : Cường độ thấm đẩy ngược sau chống thấm Pmax = �n.α1.H Trong : α1 – hệ số cột nước lại sau chống thấm H – cột nước thấm , H= H1 – h2 = 40 (m) Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD  Pmax = �n.α1.H = 10.0,5.40 = 200(KN) Tổng áp lực thấm đẩy ngược : Điểm đặt cách A phía trái đoạn : Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược : W5 = �n.B.h2 = 10.36.5 = 1800 (KN) Điểm đặt cách A phía trái đoạn x5= B/2 = Áp lực bùn cát - Thành phần thẳng đứng : Với = 4,5 (KN/m3)  = 23,04 (KN) Điểm đặt cách A phía trái đoạn : - Thành phần nằm ngang: Điểm đặt cách đáy : Trọng lượng thân đập Chia đập làm hình nhỏ xác định trọng lượng phần cộng lại G= G1 + G2 + G3 Điểm đặt cách A phía trái đoạn: Điểm đặt cách A phía trái đoạn :  Tổng trọng lượng đập : G = 3888 + 6000 + 10620,75 = 20508,75(KN) Lực sinh có động đất a) Lực quán tính động đất công trình Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Fđ = Kđ.α.G Trong đó: K – hệ số động đất (1/20) α - hệ số đặc trưng động lực công trình α = + 0,5 h1 h0 = 1,5 Lực động đất phương ngược chiều với gia tốc động đất, điểm đặt trọng tâm mặt cắt tính toán Fđ = 20508,75 = 15381,56(KN) Điểm đặt cách đáy : b) Áp lực nước thượng lưu tăng thêm động đất Wdt = K.�n.H12 = 0,5.0,05.10.422 = 506,25 (KN) Điểm đặt cách đáy: c) Áp lực nước hạ lưu tăng thêm động đất Wđh = K.�n.h22 = 0,5.0,05.10.52 = 6,25(KN) Điểm đặt cách đáy : yđ = = 1,67(m) d) Áp lực bùn cát tăng thêm có động đất W8 = 2.K.tg.W7 K- hệ số động đất - góc ma sát bùn cát ( = 100) W7 – thành phần nằm ngang áp lực bùn cát  W8 = 2.0,05.tg100.101,39 = 1,79 (KN) Điểm đặt cách đáy : y8= h3 = = 2,67 m Sơ đồ lực tác dụng lên đập Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Bảng tổng hợp lực tác dụng lên công trình Trị số Thứ tự Lực tác dụng P↓ ( + ) W1 1620 W2 W3 W4 Ws Wth Q→ ( + ) Mômen A MA (+)↷ Tay đòn 33.6 10125 - 42336 15 151875 1.067 85.36 -125 1.67 -208.75 96.86 34.32 3324.24 -3600 24 86400 W5 -1800 18 32400 W6 23.04 35.57 819.533 W7 2.67 270.71 10 G1 3888 31.2 11 12 G2 G3 6000 10620,75 26.3 7.93 13 Fđ 15381,56 15 230723.4 14 Wđ 506.25 15 7593.75 15 Tổng W8 1.79 10706.3 2.67 80 101.39 6211.04 Trang -121305.6 -157800 -84222.55 4.7793 -107623.8 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD III Kiểm Tra Ổn Định Với hệ số an toàn: f = 0,65 Công trình cấp 3: Kn = 1,15 Điều kiện ổn định: f.∑P/∑Q ≥ Kn f.∑P/∑Q = 0,377 Vậy công trình bị trượt B TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH I Tính theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng Theo Lence đường viền thấm thẳng đứng có khả tiêu hao cột nước thấm lớn đoạn nằm ngang m lần Chiều dài tính toán đường viền thấm xác định theo công thức: Ltt = Lđ + Ln m Trong : Lđ – chiều dài tổng cộng đoạn thẳng đứng đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn 450 Ln – chiều dài tổng cộng đoạn nằm ngang đoạn xiên có góc nghiêng nhỏ 450 Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD m – hệ số phụ thuộc vào hàng cừ với hàng cừ lấy m = 2,5 Lđ = 0,5+2S1 + 2S2 = 0,5+2.6+2.3 = 18,5 (m) Ln = L1 + L2 = 20 +11,5 = 31,5 (m) 31,5 2,5 Ltt = 18,5 + = 31,1 (m) 1) Tính toán lực đẩy ngược lên đáy a) Áp lực thấm Cột nước thấm điểm cách điểm cuối đường viền thấm đoạn dài tính toán Xtt (xác định Ltt) : XE Ltt  hE = 10, 31,1 H = XF Ltt hF = 10 = 3,41(m) 31,1 H = 10 = 1,93 (m) Tổng áp lực thấm lên đáy cống: Wth = �n hE + hF L2 = 10 3, 41 + 1,93 11,5 = 307,05 (KN) b) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược W1 = �n (H2 +t).L2 = 10.(1+1).11,5 = 230 (KN) Trang 10 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 2) Tính gradient thấm lưu tốc thấm bình quân - Trên đoạn đường viền đứng H Ltt Jđ = 10 11,5 = = 0,87 Vđ = K.Jđ = 2.10-6 0,87 = 1,74.10-6 (m/s) - Trên đoạn đường viền ngang Jđ = Jđ m 0,87 2, = = 0,348 3) Tính lưu lượng thấm T1 - chiều dày tầng thấm đáy cống T1 = 11,5m q = K.J.T1 = 2.10-6 0,348.11,5 = 8.10-6(m2/s) 4) Độ bền thấm Nền cát pha (đồng đẳng hướng) Lấy C = Kiểm tra theo công thức: Ltt >C.H Trang 11 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD  31,1 < 5.10  Nền không đảm bảo độ bền II Tính theo phương pháp hệ số sức kháng 1) Phân đoạn Chia miền thấm thành phận khác 1, 2, 3, 4, hình vẽ 2) Xác định hệ số sức kháng phận a) Bộ phận cửa vào cửa - Cửa vào (không cừ) ξvào = 0, 44 + a 0, = 0, 44 + = 0, 48 T 12,5 - Cửa (không bậc) S2 = 3m , T3 = T2 = T-1 = 12,5-1 = 11,5 m 0,5 ξ = 0, 44 + 1,5 S2 T3 S2 + T3 − 0, 75 S T3 = 0,993 b) Bộ phận (không bậc, cừ S1 = 6m,T1 = 11,5m) Với điều kiện : T S 0,5 ≤ = ≤ T1 T2 0< < 0,8 => thỏa mãn Trang 12 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 0,5 ξ g = 1,5 S1 T2 S1 + T2 − 0, 75 S1 T2  = 1,21 c) Bộ phận nằm ngang (L1 = 20 m , S1 = m, T1 = 11,5 m) Kiểm tra điều kiện L1 = 20m > L − 0,5S1 ξ n1 = T1 = 1,48 S1 =3m Bộ phận nằm ngang Kiểm tra điều kiện L2 = 11,5 > S1 + S2 = 4,5 (L2= 11,5 m , S2 = 3m , T2 = 11,5m) ξn = L2 − 0,5( S1 + S2 ) T2 = 0,61 Vậy ∑ξ i = ξvào + ξ + ξ g + ξ n1 + ξ n = 0,48 + 0,993 + 1,21 + 1,48 + 0,61 = 4,773 3) Tính áp lực thấm Tổn thất qua phận xác định theo công thức ξi hi = H ∑ ξi ξi Trong : - hệ số sức kháng phận xét ; ∑ξ i - tổng hệ số sức kháng toàn hệ thống H – cột nước thấm (=10m) Trang 13 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 10 4, 773 h1 = 0, 48 = 1,005 m h2 = 0,993 10 4, 773 = 2,08 m h3 = 1, 21 10 4, 773 = 2,53 m h4 = 1, 48 10 4, 773 = 3,1 m h5 = 0, 61 10 4, 773 = 1,28 m Áp lực thấm lên đáy: Wth = �n ( h4 + h5 ) + h4 L2 = 430,1 KN Áp lực thủy tĩnh : Wtt = �n.(H2+t).L2 = 10(1+1)11,5 = 230 KN Trang 14 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 4) Tính lưu lượng thấm Công thức: q = K H ∑ ξi = 2.10-6.2,1 = 4,19.10-6 (m2/s) 5) Tính gradient thấm : Xác định theo công thức H T1 Jra = α ∑ ξi Với α - hệ số π S T α = β sin[ ( − + 1)] T1 T1 theo Antipov : ; T1 – lấy phía tầng thấm dày; T2 – lấy phía tầng thấm mỏng; S – chiều dày cừ cửa  = 0,085 10 11, 0, 085.4, 773 Vậy Jra = = 2,14 Trang 15 [...]... 8.10-6(m2/s) 4) Độ bền thấm của nền Nền là cát pha (đồng nhất đẳng hướng) Lấy C = 5 Kiểm tra theo công thức: Ltt >C.H Trang 11 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD  31,1 < 5.10  Nền không đảm bảo độ bền II Tính theo phương pháp hệ số sức kháng 1) Phân đoạn Chia miền thấm thành các bộ phận khác nhau 1, 2, 3, 4, 5 như trên hình vẽ 2) Xác định hệ số sức kháng của từng bộ phận a) Bộ phận cửa vào và cửa... ξ n 2 = 0,48 + 0,993 + 1,21 + 1,48 + 0,61 = 4,773 3) Tính áp lực thấm Tổn thất qua mỗi bộ phận được xác định theo công thức ξi hi = H ∑ ξi ξi Trong đó : - hệ số sức kháng của bộ phận đang xét ; ∑ξ i - tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống H – cột nước thấm (=10m) Trang 13 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 10 4, 773 h1 = 0, 48 = 1,005 m h2 = 0,993 10 4, 773 = 2,08 m h3 = 1, 21 10 4, 773... 773 = 1,28 m Áp lực thấm lên bản đáy: Wth = �n ( h4 + h5 ) + h4 2 L2 = 430,1 KN Áp lực thủy tĩnh : Wtt = �n.(H2+t).L2 = 10(1+1)11,5 = 230 KN Trang 14 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 4) Tính lưu lượng thấm Công thức: q = K H ∑ ξi = 2.10-6.2,1 = 4,19.10-6 (m2/s) 5) Tính gradient thấm : Xác định theo công thức 1 H T1 Jra = α ∑ ξi Với α - hệ số π S T α = β sin[ ( − 2 + 1)] 2 T1 T1 theo.. .Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 2) Tính gradient thấm và lưu tốc thấm bình quân - Trên đoạn đường viền đứng H Ltt Jđ = 10 11,5 = = 0,87 Vđ = K.Jđ = 2.10-6 0,87 = 1,74.10-6 (m/s) - Trên đoạn đường... 11,5 m 0,5 ξ ra = 0, 44 + 1,5 S2 T3 S2 + T3 1 − 0, 75 S 2 T3 = 0,993 b) Bộ phận giữa (không bậc, cừ S1 = 6m,T1 = 11,5m) Với điều kiện : T S 0,5 ≤ 2 = 1 ≤ 1 T1 T2 và 0< < 0,8 => thỏa mãn Trang 12 Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD 0,5 ξ g = 1,5 S1 T2 S1 + T2 1 − 0, 75 S1 T2  = 1,21 c) Bộ phận nằm ngang 1 (L1 = 20 m , S1 = 6 m, T1 = 11,5 m) Kiểm tra điều kiện L1 = 20m > L − 0,5S1 ξ n1 = 1 ... sóng với mức đảm bảo i% xác định theo công thức: Trong ki% tra theo đồ thị hình P2-2 (trang 116 Giáo trình Đồ án Thủy Công) Với  ki = 2,1 Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Vậy... xác định theo đồ thị hình P2-4c(trang 116 Đồ án Thủy Công) Với  kd = 0,14  = 96,86(KN) Momen lớn chân đập sóng gây : Trong hệ số Km xác định theo đồ thị P2-4d (trang 116 Đồ án thủy công) Với ... động đất a) Lực quán tính động đất công trình Trang Đồ án Thủy Công SVTH : Lê Trung Hùng – 08THXD Fđ = Kđ.α.G Trong đó: K – hệ số động đất (1/20) α - hệ số đặc trưng động lực công trình α = + 0,5