Tính toán lực và thấm của đập bê tông

Đồ án Thủy công SVTH: ĐỒ ÁN SỐ TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM CỦA ĐẬP BÊ TƠNG PHẦN A TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH I TÀI LIỆU: Trong thành phần cụm công trình đầu mối vùng núi có đập ngăn sông bê tông Các tài liệu thiết kế sau: Các mực nước cao trình: - Cao trình đáy đập (chỗ thấp nhất): + 100m - MNDBT hồ: + 147m - Cao trình bùn cát lắng đọng: hb = + 108m - Mực nước hạ lưu: h = +105m h Các tài liệu mặt cắt đập: (hình vẽ) - Cao trình đỉnh đập: Zđ = MNDBT + 5m = 147 + = 152m - Đỉnh phần mặt cắt (hình tam giác ) ngang MNDBT - Bề rộng đỉnh: b = 5m; đáy B = 0,8Hđ = 0,8.47 = 37,6m (Hđ - chiều cao mặt cắt bản) - Phần hình chiếu mái thượng lưu mặt bằng: nB, n = 0,2 nB = 0,2.37,6 = 7,52m (1 – n)B = (1 – 0,2)37,6 = 30,08m - Đập có chống thấm sát mép thượng lưu - Hệ số cột nước lại sau chống thấm: α1 = 0,5 - Vật liệu thân đập có dung trọng: γb = 2,4 T/m3 Các tài liệu khác: - Tốc độ gió tính toán: V = 29m/s - Chiều dài truyền sóng: D = 6,5km (ứng với MNDBT) - Thời gian gió thổi liên tục: t =    - Vùng xây dựng có động đất cấp  K = 20   - Các tiêu bùn cát lắng đọng: γk = 1,0 T/m3; mb = 0,45; ϕbh = 10° b= m MNDBT 5m 147 τ H d = 47 108 105 100 (n-1)B nB Màn chống thấm Hình A : Sơ đồ mặt cắt đập -1- Đồ án Thủy công SVTH: II CÁC YÊU CẦU TÍNH TOÁN: Xác đònh yếu tố sóng bình quân sóng có mức bảo đảm: P = 1% ( h , λ , τ , hs1%) Độ dềnh cao sóng ηs Vẽ giản đồ áp lực sóng lên mặt đập thượng lưu Tính trò số áp lực sóng nằm ngang (Pmax) mômen với đáy đập (Mmax) Tính cho 1m dài đập Xác đònh (trò số, phương chiều, điểm đặt) vẽ tất lực tác dụng lên 1m dài đập (trường hợp MNDBT, có động đất) III TÍNH TOÁN: Các yếu tố sóng trung bình: Vì ban đầu ta chưa biết sóng nước sâu sóng nước nông, ta phải giả sử để tính λ Giả sử trường hợp sóng nước sâu: (Hđ > ) - Tính giá trò không thứ nguyên: gt 9,81.6.3600 = 7306,8 V = 29 gD 9,81.5,5.10 = = 64,16 V2 29 - Tra đồ thò hình P2-1, ứng với đường bao xác đònh cặp trò số không thứ nguyên: gt gh gτ = 3.8 V = 7306,8 Tra bảng ta được: V = 0,07 V gD gh gτ = 64,16 Tra bảng ta được: = 1,35 = 0,016 V2 V V gh gτ Chọn cặp giá trò nhỏ : = 0,016 = 1,35 V V - Chiều cao sóng trung bình h s : V2 29 gh h = , 016 = , 016 = 1,37 (m) Từ = 0,016 ⇒ g 9,81 V2 - Chu kỳ sóng trung bình τ : V 29 gτ = (s) = 1,35 ⇒ τ = 1,35 = 1,35 g 9,81 V - Bước sóng trung bình: Từ gτ 9,81.4 = = 25 (m/s) 2π 2.3,14 - Kiểm tra lại điều kiện giả thiết ta thấy: λ Hđ = 47 > = 12,5 Vậy giả thiết sóng nước sâu λ= Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% : -2- Đồ án Thủy công SVTH: Xác đònh theo công thức: h1% = k1% h Trong k1% tra theo đồ thò P2-2 ứng với: gD = 64,16 ⇒ k1% = 2,05 V2 Thay vào công thức ta được: h1% = 2,05.1,37 = 2,8 (m) Độ dềnh cao sóng: η s = kηs h Trong đó: kηs tra đồ thò hình P2-4a 25 λ Ta có: H = = 0,53 47 d 1,37 h = = 0,055 25 λ ⇒ kηs = 1,18 Thay vào công thức ta được: η s = 1,18.1,37 = 1,62 (m) III XÁC ĐỊNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH: (Theo toán phẳng) Áp lực thủy tónh: tác dụng mặt thượng hạ lưu đập, bao gồm thành phần thẳng đứng nằm ngang a) Mặt thượng lưu: - Thành phần thẳng đứng: 1 2 + Giá trò: W1 = γ n n′H d = 1.0,16.47 = 176,72 (T/m) 2 7,52 nB Với n ′ = cotgα = H = = 0,16 d 47 nB = 7,52 = 2,5 + Điểm đặt: W1 cách mép trái đoạn là: (m) 3 + Phương chiều: hướng thẳng đứng từ xuống - Thành phần nằm ngang: 1 2 + Giá trò: W2 = γ n H d = 1.47 = 1104,5 (T/m) 2 H d 47 = = 15,67 (m) + Điểm đặt: W2 cách đáy đoạn là: 3 + Phương chiều: nằm ngang, có hướng vào mặt thượng lưu công trình b) Mặt hạ lưu: - Thành phần thẳng đứng : 1 + Giá trò: W3 = γ n m′.hh = 1.0,64.5 = 1,6 (T/m) 2 -3- Đồ án Thủy công Với m′ = cotgβ = SVTH: (1 − n) B 30,08 = 0,64 = Hd 47 + Điểm đặt : W3 cách mép phải hạ lưu đoạn là: + Phương chiều: hướng thẳng đứng từ xuống m' hh 0,64.5 = = 1,07 (m) 3 - Thành phần nằm ngang: 1 2 + Giá trò: W4 = γ n hh = 1.5 = 12,5 (T/m) 2 h + Điểm đặt: W4 cách đáy đoạn là: h = = 1,67 (m) 3 + Phương chiều: có phương nằm ngang, chiều vào đập (phía hạ lưu công trình) Điểm đặt lực trọng tâm biểu đồ phân phối áp lực Áp lực sóng: Nói chung sóng dềnh cao nhất, áp lực sóng lên mái đập lớn - Áp lực sóng lớn đạt ứng với độ dềnh: η d = K ηd h Trong đó: Kηđ xác đònh theo đồ thò hình (2-5c), GT Thủy công tập I, ứng với hai giá trò là: h1% 2,8 λ = 0,53 = = 0,11 Hd 25 λ ⇒ Kηđ = 0,15 Thay vào ta được: ηđ = Kηđ.h1% = 0,15.2,8 = 0,42 (m) - Trò số áp lực sóng lớn lên mặt đập : h Wsmax = Kđ.γn.h1%.(Hđ + 1% ) Trong đó: Kđ tra theo đồ thò hình P2-4c ĐATC 25 λ Ta có: H = = 0,53 47 d 1,37 h = = 0,055 25 λ ⇒ Kđ = 0,13 2,8 Thay vào ta được: Wsmax = 0,13.1.2,8.(47 + ) = 17,62 (T/m) - Mô men lớn chân đập sóng gây ra:  h1% h1% H d H d   + + Mmax = Km.γn.h1%   2   Trong đó: Km tra theo đồ thò hình P4-2d ĐATC 25 λ Ta có: H = = 0,53 47 d 1,37 h = = 0,055 25 λ -4- Đồ án Thủy công SVTH: ⇒ Km = 0,1 Thay vào công thức ta được: 2,8.47 2,8 47 Mmax = 0,1.1.2,8.( + + ) = 328,05 (T/m) 2 Áp lực nước thấm áp lực đẩy nổi: Do chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nên phát sinh dòng thấm từ thượng lưu hạ lưu công trình, gây nên áp lực thấm đáy Ngoài ra, đáy đập ngập mực nước hạ lưu nên đập chòu tác dụng lực đẩy thủy tónh - Lực thấm đẩy ngược: biểu đồ phân bố áp lực thấm ngược coi gần hình tam giác có cường độ lớn đầu (sau chống thấm): Pmax = γn.α1H = 1.0,5.42 = 21 (T/m2) Trong H chênh lệch cột nước thượng hạ lưu công trình: H = Hđ – hh = 47 – = 42 (m) + Tổng áp lực thấm đẩy ngược là: 1 Wth = γ nα H B = 1.0,5.47.37,6 = 441,8 (T/m) 2 37,6 B + Điểm đặt cách mép trái thượng lưu đoạn là: = = 12,53 (m) 3 - Áp lực thủy tónh đẩy ngược là: W5 = γnBhh = 1.37,6.5 = 188 (T/m) + Điểm đặt cách mép trái thượng lưu đoạn là: 37,6 B = = 18,8 (m) 2 Áp lực bùn cát: khối bùn cát lắng đọng trước gây Do mái đập thượng lưu nghiêng nên áp lực bùn cát có thành phần: thẳng đứng nằm ngang - Thành phần thẳng đứng: 1 W6 = γ bc hbc n′ = 0,45.8 2.0,16 = 2,3 (T/m) 2 Trong đó: γbc trọng lượng riêng bùn cát nước (dung trọng đẩy nổi): γ bc = γ k − γ n (1 − nb ) = 1,0 − 1.(1 − 0,45) = 0,45 + Phương chiều: hướng thẳng đứng từ tên xuống + Điểm đặt cách mép trái thượng lưu đoạn là: n ′hbc 0,16.8 = = 0,43 (m) 3 - Thành phần nằm ngang: 1 W7 = γ bc hbc K a = 1,0.8 2.0,7 = 22,4 (T/m) 2 Trong đó: Ka hệ số áp lực ngang (áp lực chủ động): ϕ  10°    K a = tg  45° − bh  = tg  45° −  = 0,7 (T/m)     + Phương chiều: nằm ngang, hướng vào mái đập h + Điểm đặt: cách đáy đoạn là: bc = = 2,67 (m) 3 -5- Đồ án Thủy công SVTH: Trọng lượng thân đập : Để dễ dàng tính toán lực trọng lượng thân điểm đặt nó, mặt cắt đập chia thành phần hình tam giác chữ nhật Trọng lượng phần đập có diện tích mặt cắt Ωi Gi = γb.Ωi Trọng lượng toàn đập G = ∑Gi Điểm đặt G tìm theo quy tắc hợp lực song song Ta chia mặt cắt đập thành phần hình vẽ, gồm phần tam giác phần hình chữ nhật, ứng với trọng tâm tương ứng G1, G2 G3 hình vẽ: b=5m MNDBT 5m (2) Hd G2 108 G1 O (1) 105 (3) nB Màn chống thấm G3 (n-1)B Hình A : Sơ đồ mặt cắt đập - Trọng lượng phần hình tam giác thứ nhất: 1 G1 = nB.H d γ b = 7,52.47.2,4 = 424,13 (T/m) 2 - Trọng lượng phần hình chữ nhật thứ hai: G2 = b.(Hđ + 5).γb = 5.(47+5).2,4 = 624 (T/m) - Trọng lượng phần hình tam giác thứ ba: G3 = [ ( n − 1) B − b]( H d − a ).γ b = [ (1 − 0,2).37,6 − 5].( 47 − 7,8).2,4 = 1179,76 (T/m) - Trọng lượng toàn đập là: G = G1 + G2 + G3 = 424,13 + 624 + 1179,76 = 2227,89 (T/m) + Tìm điểm đặt G: chọn gốc tọa độ O hình vẽ Ta có: nB = 0,2.37,6 = 7,52 (m) (1 – n)B = (1 – 0,2)37,6 = 30,08 (m) 2 nB = 7,52 = 5,01 (m) 3 1 YG1 = H d = 47 = 15,67 (m) 3 b XG2 = nB + = 7,52 + = 10,02 (m) 2 XG1 = -6- Đồ án Thủy công SVTH: H d + 47 + = = 26 (m) 2 1 XG3 = nB + b + [ (1 − nB ) B − b] = 7,52 + + 25.05 = 20,88 (m) 3 1 YG3 = ( H d − a ) = 39,2 = 13,07 (m) 3 X G1 Ω1 + X G Ω + X G Ω 5,01.176,72 + 10,02.260 + 20,88.491,57 = = 14,82 (m) XG = Ω1 + Ω + Ω 176,72 + 260 + 491,57 YG1 Ω1 + YG Ω + YG Ω 15,67.176,72 + 26.260 + 13,07.491,57 = = 17,19 (m) YG = Ω1 + Ω + Ω 176,72 + 260 + 491,57 YG2 = Lực sinh có động đất: bao gồm thành phần sau: a) Lực quán tính động đất công trình: Fđ = K.α.G Với: (tra bảng 2-6 với cấp động đất cấp 8) 20 G = 2227,89 (T/m) h α = + 0,5 h0 K= h1: khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt h0: khoảng cách từ trọng tâm công trình đến mặt Khi tính lực quán tính động đất cho trọng tâm công trình h = h0 nên: h α = + 0,5 = 1,5 h0 Vậy: Fđ = 1,5.2227,89 = 167,09 (T/m) 20 Lực quán tính động đất phương ngược chiều với gia tốc động đất, điểm đặt trọng tâm mặt cắt tính toán, cách đáy đoạn h0 Ở chọn chiều bất lợi lực động đất chiều từ thượng hạ lưu đập (phương ngang) b) Áp lực nước tăng thêm có động đất: 1 Wd = Kγ n H d = 47 = 55,23 2 20 + Điểm đặt W2 + Phương chiều W2 (T/m) c) Áp lực bùn cát tăng thêm có động đất: Theo chiều bất lợi chọn, động đất làm tăng áp lực chủ động bùn cát thượng lưu Trò số áp lực tăng thêm là: W8 = Ktgϕ W7 = .tg (10°).22,4 = 0,39 (T/m) 20 + Điểm đặt, phương chiều W7 Tổng hợp tất lực tác dụng lên công trình (bài toán phẳng) mômen chúng mép biên hạ lưu đế đập (điểm A) theo bảng sau: -7- Đồ án Thủy công SVTH: BẢNG TỔNG KẾT CÁC LỰC TÁC DỤNG VÀO ĐẬP STT Lực tác dụng cho 1m chiều dài đập ALTT thượng lưu ALTT hạ lưu p lực bùn cát Trọng lượng đập AL sóng AL thấm đẩy ngược ALTT đẩy ngược Lực QT động đất AL tăng thêm Trò số lực (T/m) (+) W1 = 176,72 W3 = 1,6 W6 = 2,3 G = 2227,89 Momen gây lật công trình Cánh tay đòn (+) W2 = 1104,5 W4 = -12,5 W7 = 22,4 D1 = D3 = D6 = DG = Ws = 17,62 Wth = -441,8 W5 = -188 D2 = D4 = D7 = Ds = Dth = D5 = Fđ = 167,09 Wđ = 55,23 W8 = 0,39 Σ -8- Dđ = Dđ = D8 = Trò số Dương Âm Đồ án Thủy công SVTH: nB/3 W1 τ Hd Mmax/ Ws W3 W6 Ws Wđ o Fđ W2 hb Hđ KγHđ W3 m'hh/3 G W8 W7 W4 α hh/3 γHđ (n-1)B nB B/2 W5 hh α1H B/3 Wth Hình - : Sơ đồ lực tác dụng lên đập -9- H hh Đồ án Thủy công SVTH: PHẦN B TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH: I Tài liệu: Cống B có sơ đồ kích thước thên hình B bảng B Nền cống đất cát pha (đồng đẳng hướng) có tiêu sau: γk = 1,55T/m3; n = 0,35; K = 2.10-6m/s; ϕ = 20°; C = 0; d 60 η= = 15; d50 = 0,15mm; l1 = 18,0m; l2 = 13,0; S1 = 7,5m; d10 z1 = 9,0m; z2 = 3,5m; T = 13,0m Z1 = 9,0m Z2 = 3,5 m 0,0 0.5m A B C E 1,0m S1 = 7,5 m T=13m L1 = 18,0 m D F H S2 =3.0m G L2 = 13,0 m Hình B: Sơ đồ mặt cắt dọc cống B II Yêu cầu tính toán : Dùng phương pháp tính thấm học (tỷ lệ đường thẳng, hệ số sức kháng đồ giải) để: - Xác đònh lưu lượng thấm q - Vẽ biểu đồ tính tổng áp lực đẩy ngược lên đáy cống - Tính gradien thấm bình quân gradien thấm cục cửa So sánh kết giải phương pháp nêu cho nhận xét Kiểm tra khả ổn đònh thấm nêu biện pháp xử lý (nếu cần) 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 nhung chênh lệch cột nước H thay đổi kết tính toán thay đổi nào? Nếu cống xây dựng vùng triều (làm việc chiều) chênh lệch cột nước đổi chiều (giả sử trò số tuyệt đối H không đổi) kết tính toán sử dụng được, sao? Các kết cấu đường viền thấm có cần thay đổi không, sao? III CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN: Theo yêu cầu đầu bài, tiến hành tính thấm theo phương pháp: - Tỷ lệ đường thẳng - 10 - Đồ án Thủy công SVTH: - Hệ số sức kháng - Vẽ lưới Việc tính toán tiến hành cho toán phẳng IV TÍNH THẤM THEO PHƯƠNG PHÁP TỶ LỆ ĐƯỜNG THẲNG: Theo Lence đoạn 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 đònh theo công thức: L Ltt = Ld + n m Trong đó: - Lđ chiều dài tổng cộng đoạn thẳng đứng đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn bằng45° Lđ = 0,5 + 2.S1 + 2.S2 = 0,5 + 2.7,5 + 2.3 = 21,5 (m) - Ln chiều dài tổng cộng đoạn nằm ngang đoạn xiên có góc nghiêng nhỏ 45° Ln = L1 + L2 = 18 + 13 = 31 (m) - m hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ sơ đồ đường viền thấm Vì đáy có hàng cừ nên ta chọn m = Thay tất vào công thức ta được: 31 Ltt = 21,5 + = 37 (m) 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 (Xtt xác đònh tương tự Ltt): X tt H hx = Ltt Trong đó: H cột nước thấm toàn bộ, H = Z1 - Z2 = – 3,5 = 5,5 (m) Ltt = 37 (m) L 13 tt X E = S + = 2.3 + = 12,5 (m) m tt X F = S = 2.3 = (m) tt XE 12,5 H = 5,5 = 1,86 (m) ⇒ hE = Ltt 37 tt XF H = 5,5 = 0,89 (m) hF = Ltt 37 Theo sơ đồ công trình, tổng áp lực thấm lên đáy cống là: h + hF Wt = γn E L2 Trong đó: γn = (T/m3) - 11 - Đồ án Thủy công SVTH: hE = 1,86 (m) hF = 0,89 (m) L2 = 13 (m) Thay tất vào ta : 1,86 + 0,89 Wt = .13 = 17,88 ( T/m) b) Tính áp lực thủy tónh đẩy ngược: Wtt = γn.(H2 + t).L2 = 1.(3,5 + 1).13 = 58,5 (T/m) Tính gradien thấm lưu tốc thấm bình quân: - Trên đoạn đường viền thẳng đứng: H 5,5 = = 0,15 Jđ = Ltt 37 Vđ = K.Jđ = 2.10-6 0,15 = 3.10-7 (m/s) - Trên đoạn đường viền nằm ngang: J 0,15 Jn = d = = 0,075 m Vn = K.Jn = 2.10-6.0,075 = 1,5.10-7 (m/s) Tính lưu lượng thấm: Khi chiều dài đáy lớn, tính lưu lượng thấm đơn vò theo công thức sau đây: q = K.Jn.T2 = K.Jn.(T – t) = 2.10-6.0,075.(13 – 1) = 1,8.10-6 (m2/s) Với T1 chiều dày tầng thấm đáy cống, T2 = T – t Kiểm tra độ bền thấm nền: Theo phương pháp sơ kiểm tra độ bền thấm chung theo công thức: Ltt ≥ C.H Trong đó: C hệ số phụ thuộc tính chất đất nền, với đất cát pha (hạt trung bình), tra theo bảng P3-1 ta được: C = ⇒ C.H = 5.5,5 =27,5 (m) Ta có: Ltt = 37m > C.H = 27,5m Vậy điều kiện thấm thỏa mãn, có nghóa chiều dài đường viền thấm đủ dài để đảm bảo độ bền thấm chung III Tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng: Phân đoạn: Dùng đường qua điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang ngược lại để chia miền thấm thành miền (bộ phận) khác nhau: - Bộ phận cửa vào (1) cửa (5) - Bộ phận gồm đoạn nằm ngang (2), (4) - Bộ phận gồm đoạn thẳng đứng (3) Xác đònh hệ số sức kháng phận: a) Bộ phận cửa vào cửa ra: Tại cửa vào (1) : có bậc, cừ nên S = a 0,5 ξv = 0,44 + = 0,44 + = 0,48 To 13 - 12 - Đồ án Thủy công SVTH: Với a độ cao bậc cửa vào, a = 0,5m Tại cửa (5) : bậc, có cừ nên a= S 0,5 0,5 S2 T2 12 ξr = 0,44 + 1,5 + = 0,44 + 1,5 + S2 T2 12 − 0,75 − 0,75 12 T2 ξr = 0,925 Với T2 = T0 – t = 13 - = 12 (m) b) Bộ phận thẳng đứng: Chứa đoạn thẳng đứng thỏa mãn điều kiện sau đây: T2 S1 7,5 12 = = 0,63 ≤ 0,8 0,5 ≤ = = 0,96 ≤ 1,0 ≤ T1 12,5 T2 12 S 7,5 0,5 0,5 a1 S1 T2 7,5 12 = 1,53 + Khi đó: ξg = + 1,5 + = + 1,5 S 7,5 T1 T2 12 − 0,75 − 0,75 12 T2 Với a1 độ cao bậc, a1 = c) Bộ phận nằm ngang: Khi khoảng cách l hàng cừ S1, S2 thỏa mãn điều kiện: l ≥ l − 0,5( S1 + S ) T - Đoạn sân trước: + 7,5 l = L1 = 18m ≥ = 3,75m 18 − 0,5( + 7,5) ξ n1 = = 1,14 Vậy: 12,5 - Đoạn đáy công trình: 7,5 + l = L2 = 13m ≥ = 5,25m 13 − 0,5( 7,5 + 3) ξ n2 = = 0,65 Vậy: 12 S1 + S thì: ξn = Tính áp lực thấm: - Cột nước thấm qua phận xác đònh theo công thức: H hi = ξ i ∑ξ i Trong đó: ξi hệ số sức kháng phận xét ∑ ξ i tổng hệ số sức kháng toàn hệ thống, ∑ ξ i = ξ v + ξ r + ξ n1 + ξ n = 0,48 + 0,925 + 1,53 + 1,14 + 0,65 = 4,73 H cột nước thấm, H = – 3,5 = 5,5m - 13 - Đồ án Thủy công SVTH: + Cột nước thấm thứ nhất: H 5,5 h1 = ξ v = 0,48 = 0,558 (m) 4,73 ∑ξ i + Cột nước thấm thứ 2: H 5,5 h2 = ξ r = 0,925 = 1,075 (m) 4,73 ∑ξ i + Cột nước thấm thứ 3: H 5,5 h3 = ξ g = 1,53 = 1,78 (m) 4,73 ∑ξ i + Cột nước thấm thứ 4: H 5,5 h4 = ξ n1 = 1,14 = 1,326 (m) 4,73 ∑ξ i + Cột nước thấm thứ 5: H 5,5 h5 = ξ n = 0,65 = 0,756 (m) 4,73 ∑ξ i - Theo hình vẽ ta tính được: hE = H – (h1 + h2 + h3) = 5,5 – (0,558 + 1,075 + 1,78) = 2,087 (m) hF = h5 = 0,756 (m) - Áp lực thấm đẩy ngược lên đáy là:  h + hF   2,087 + 0,756  Wt = γ n  E .L2 = 1. .13 = 18,48 (T/m)     - Áp lực thủy tónh đẩy ngược lên đáy là: Wtt = γn.(H2 + t).L2 = 1.(3.5 + 1).13 = 58,5 (T/m) - Tổng áp lực thấm đẩy ngược tác dụng vào đáy công trình là: Wdn = Wt + Wtt = 18,48 + 58,5 = 76,98 (T/m) Tính lưu lượng thấm: Theo phương pháp này, lưu lượng thấm đơn vò xác đònh theo công thức: H − 5,5 = 2,33.10 −6 (m2/s) q = K ξ = 2.10 4,73 ∑ i Tính gradien thấm: Theo phương pháp phân đoạn này, xác đònh trò số J V bình quân đoạn miền thấm Còn để tìm J V cục bộ, cần sử dụng phương pháp khác - 14 - Đồ án Thủy công SVTH: - 15 - Đồ án Thủy công SVTH: H H1 a To H2 t (1) (2) T1 S2 T2 (5) (3) W1 γn(H2 + t) h5 h4 h1 h3 h2 Wth Sơ đồ tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng -1- Z2 H Z2 H1 L2 L1 H2 10 13 12 11 14 16 15 W1 γn(H2 + t) hG hF Wth Sơ đồ lưới thấm biểu đồ áp lực đẩy ngược lên đáy cống VI TÍNH THẤM THEO PHƯƠNG PHÁP VẼ LƯỚI: Xây dựng lưới thấm: Lưới thấm xây dựng phương pháp vẽ dần Để kiểm tra độ xác lưới thấm cần dựa vào điều kiện sau: - Tất đường dòng đường đẳng phải trực giao - Các ô lưới phải hình vuông cong (các trung đoạn ô lưới phải nhau) - Tiếp tuyến đường đẳng vẽ từ điểm góc đường viền phải trùng với phân giác góc - Các giới hạn lưới thấm: + Đường đầu tiên: mặt thấm phía thượng lưu + Đường cuối cùng: mặt thấm phía hạ lưu + Đường dòng đường viền thấm đáy công trình + Đường dòng cuối cùng: mặt tầng không thấm Miền thấm đường kề gọi dải Miền đường dòng kề gọi ống dòng Sơ đồ lưới thấm hình vẽ có 24 dải ống dòng Xác đònh áp lực thấm: H 5,5 = = 0,23 (m) n 24 Cột nước thấm điểm x cách đường cuối i dải (i số thập phân x không nằm đường lưới) là: H hx = i = 0,23.i n Vậy mổi điểm sơ đồ lưới thấm ta có: hE = 0,23.9 = 2,07 hF = 0,23.3,3 = 0,76 Áp lực thấm lên đáy công trình: 2,07 + 0,76 h + hF Wt = γn E L2 = .13 = 18,4 (T/m) 2 Gọi n số dải lưới thấm, tổn thất qua dải ∆H = Xác đònh lưu lượng thấm: Gọi m số ống dòng lưới thấm Lưu lượng thấm đơn vò là: m q = K .H = 2.10-6 .5,5 = 3,2.10-6 (m2/s) n 24 Xác đònh gradien thấm: Gradien thấm ô lưới có trung đoạn ∆S là: ∆H H JTB = = ∆S n.∆S Dựa công thức vẽ biểu đồ Gradien thấm cửa ∆H H 5,5 = 0,21 ∆S1 = T/12 = 13/12 = 1,08 ⇒ J1 = = = ∆S1 n.∆S1 24.1,08 ∆H H 5,5 = 0,176 ∆S = T/10 = 13/10 = 1,3 ⇒ J2 = = = ∆S n.∆S 24.1,3 ∆H = ∆S ∆H ∆S = T/6 = 13/6 = 2,17 ⇒ J4 = = ∆S ∆H ∆S = T/6 = 13/4 = 3,25 ⇒ J5 = = ∆S ∆S = T/8 = 13/8 = 1,63 ⇒ J3 = ∑ ∆S = ∆S Jtb = H 5,5 = 0,14 = n.∆S 24.1,63 5,5 H = 0,106 = n.∆S 24.2,17 5,5 H = 0,07 = n.∆S 24.3,25 + ∆S + ∆S + ∆S + ∆S = 0,21 + 0,176 + 0,14 + 0,106 + 0,07 = 0,702 H 5,5 ∆H = 0,326 = n = ∆S ∑ ∆S 24.0,702 Kiểm tra độ bền thấm nền: Có biểu đồ Jra kiểm tra độ bền thấm cục cửa Vì đất cống đất pha nên khả phá hoại dòng thấm xói mòn ngầm học Điều kiện bền thấm là: J ≤ [J] Trong đó: J gradien thấm cục bộ, Jcửa = J1 = 0,21 [J] gradien thấm cho phép không xói ngầm, xác đònh theo biểu đồ d 60 = 15 Tra biểu Ixtômina, theo [J] phụ thuộc vào hệ số không hạt đất η = d10 đồ P3-1 [J] = 0,35 Vậy: J = 0,21 ≤ [J] = 0,35 Do cống không bò xói ngầm học Tại khu vực cửa mà điều kiện không thỏa mãn, cần phải xử lý cách làm tầng lọc ngược (hoặc thay đổi đường viền thấm) [...]... nằm ngang và các đoạn xiên có góc nghiêng nhỏ hơn 45° Ln = L1 + L2 = 18 + 13 = 31 (m) - m là hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ trong sơ đồ đường viền thấm Vì dưới đáy có 2 hàng cừ nên ta chọn m = 2 Thay tất cả vào công thức trên ta được: 31 Ltt = 21,5 + = 37 (m) 2 1 Tính toán lực đẩy ngược lên bản đáy: a) Áp lực thấm: Cột nước thấm tại một điểm cách điểm cuối của đường viền thấm một đoạn dài tính toán Xtt... Hệ số sức kháng - Vẽ lưới Việc tính toán tiến hành cho bài toán phẳng IV TÍNH THẤM THEO PHƯƠNG PHÁP TỶ LỆ ĐƯỜNG THẲNG: Theo Lence đoạn đường viền thấm thẳng đứng có khả năng tiêu hao cột nước thấm lớn hơn đoạn nằm ngang m lần Chiều dài tính toán của đường viền thấm xác đònh theo công thức: L Ltt = Ld + n m Trong đó: - Lđ là chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng... biểu đồ áp lực đẩy ngược lên bản đáy cống VI TÍNH THẤM THEO PHƯƠNG PHÁP VẼ LƯỚI: 1 Xây dựng lưới thấm: Lưới thấm có thể được xây dựng bằng phương pháp vẽ đúng dần Để kiểm tra độ chính xác của lưới thấm cần dựa vào các điều kiện sau: - Tất cả các đường dòng và đường đẳng thế phải trực giao nhau - Các ô lưới phải là các hình vuông cong (các trung đoạn của mỗi ô lưới phải bằng nhau) - Tiếp tuyến của các... góc của đường viền phải trùng với phân giác của góc đó - Các giới hạn của lưới thấm: + Đường thế đầu tiên: là mặt nền thấm phía thượng lưu + Đường thế cuối cùng: là mặt nền thấm phía hạ lưu + Đường dòng đầu tiên là đường viền thấm dưới đáy công trình + Đường dòng cuối cùng: là mặt tầng không thấm Miền thấm giữa 2 đường thế kề nhau gọi là dải Miền giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng Sơ đồ lưới thấm. .. 18,4 (T/m) 2 2 Gọi n là số dải của lưới thấm, tổn thất qua mỗi dải sẽ là ∆H = 3 Xác đònh lưu lượng thấm: Gọi m là số ống dòng của lưới thấm Lưu lượng thấm đơn vò sẽ là: m 7 q = K .H = 2.10-6 .5,5 = 3,2.10-6 (m2/s) n 24 4 Xác đònh gradien thấm: Gradien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là ∆S sẽ là: ∆H H JTB = = ∆S n.∆S Dựa và công thức này sẽ vẽ được biểu đồ Gradien thấm tại cửa ra ∆H H 5,5 = 0,21... Kiểm tra độ bền thấm của nền: Có biểu đồ Jra sẽ kiểm tra được độ bền thấm cục bộ của nền ở cửa ra Vì đất nền cống là đất pha nên khả năng phá hoại do dòng thấm có thể là xói mòn ngầm cơ học Điều kiện bền thấm của nền khi đó là: J ≤ [J] Trong đó: J là gradien thấm cục bộ, Jcửa ra = J1 = 0,21 [J] là gradien thấm cho phép không xói ngầm, có thể xác đònh theo biểu đồ d 60 = 15 Tra biểu của Ixtômina, theo... lưu lượng thấm: Khi chiều dài bản đáy khá lớn, có thể tính lưu lượng thấm đơn vò theo công thức sau đây: q = K.Jn.T2 = K.Jn.(T – t) = 2.10-6.0,075.(13 – 1) = 1,8.10-6 (m2/s) Với T1 là chiều dày tầng thấm dưới bản đáy cống, T2 = T – t 4 Kiểm tra độ bền thấm của nền: Theo phương pháp này chỉ có thể sơ bộ kiểm tra độ bền thấm chung của nền theo công thức: Ltt ≥ C.H Trong đó: C là hệ số phụ thuộc tính chất... (T/m) 2    2  - Áp lực thủy tónh đẩy ngược lên bản đáy là: Wtt = γn.(H2 + t).L2 = 1.(3.5 + 1).13 = 58,5 (T/m) - Tổng áp lực thấm đẩy ngược tác dụng vào bản đáy công trình là: Wdn = Wt + Wtt = 18,48 + 58,5 = 76,98 (T/m) 4 Tính lưu lượng thấm: Theo phương pháp này, lưu lượng thấm đơn vò xác đònh theo công thức: H − 6 5,5 = 2,33.10 −6 (m2/s) q = K ξ = 2.10 4,73 ∑ i 5 Tính gradien thấm: Theo phương pháp... > C.H = 27,5m Vậy điều kiện thấm được thỏa mãn, có nghóa là chiều dài đường viền thấm đủ dài để đảm bảo độ bền thấm chung III Tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng: 1 Phân đoạn: Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang hoặc ngược lại để chia miền thấm thành các miền con (bộ phận) khác nhau: - Bộ phận cửa vào (1) và cửa ra (5) - Bộ phận giữa... 12 S1 + S 2 thì: 2 ξn = 3 Tính áp lực thấm: - Cột nước thấm qua mỗi bộ phận xác đònh theo công thức: H hi = ξ i ∑ξ i Trong đó: ξi là hệ số sức kháng của bộ phận đang xét ∑ ξ i là tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống, ∑ ξ i = ξ v + ξ r + ξ n1 + ξ n 2 = 0,48 + 0,925 + 1,53 + 1,14 + 0,65 = 4,73 H là cột nước thấm, H = 9 – 3,5 = 5,5m - 13 - Đồ án Thủy công SVTH: + Cột nước thấm thứ nhất: H 5,5 h1 = ... lưu công trình, gây nên áp lực thấm đáy Ngoài ra, đáy đập ngập mực nước hạ lưu nên đập chòu tác dụng lực đẩy thủy tónh - Lực thấm đẩy ngược: biểu đồ phân bố áp lực thấm ngược coi gần hình tam... cầu tính toán : Dùng phương pháp tính thấm học (tỷ lệ đường thẳng, hệ số sức kháng đồ giải) để: - Xác đònh lưu lượng thấm q - Vẽ biểu đồ tính tổng áp lực đẩy ngược lên đáy cống - Tính gradien thấm. .. thuộc vào số hàng cừ sơ đồ đường viền thấm Vì đáy có hàng cừ nên ta chọn m = Thay tất vào công thức ta được: 31 Ltt = 21,5 + = 37 (m) Tính toán lực đẩy ngược lên đáy: a) Áp lực thấm: Cột nước thấm