Công trình tháo nước

Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" ĐỀ SỐ 20 BÀI TẬP " TÍNH TOÁN KHÍ THỰC TRÊN CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC" I- Đề 1- Tài liệu ban đầu - Dốc nước sau đập tràn có sơ đồ NHV - Chiều dài từ ngưỡng tràn đến đầu dốc L0 = 30m - Chiều dài dốc L = 200m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20m - Độ dốc i = 0,21 - Vật liệu thân dốc: BTCT M20 - Độ nhám bề mặt n = 0,017 (∆ = 0,5 mm) - Gồ ghề cục khớp nối (dự kiến) Zm = 5mm - Độ cao đầu dốc: ∇d = 300,0m; nhiệt độ nước T = 250 - Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật B = 20m - Lưu lượng thiết kế: QTK = 552 (m3/s) - Độ sâu đầu dốc: hd = 3,24m - Hình thức tiêu cuối dốc: mũi phun 2- Yêu cầu - Kiểm tra khả khí hóa dòng chảy dốc vị trí khớp nối tháo Q TK - Kiểm tra khả khí thực dốc - Thiết kế phận tiếp khí đề phòng khí thực (nếu có) Học viên: Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" II- Bài làm 1- Vẽ đường mực nước dốc tháo với lưu lượng thiết kế 1.1 - Vẽ định tính đường mặt nước Xác định hk h0 - Độ sâu phân giới hk , xác định theo (1) Với: a - Hệ số động dòng chảy, a = 1,1 q (m2/s) - Lưu lượng đơn vị, q = Q/B = 552/20 = 27,6 Thay vào (1), ta có hk = 4,404m - Xác định chiều sâu nước h0 Xét điều kiện lợi thủy lực (2) Với: Thay vào (2), ta có: Rln = 1,4226 Lập tỷ số B/Rln = 20/1,4226 = 14,0592 Tra phụ lục 1-2 , giao trinh thủy lực công trình, ta có: h0/Rln = 0,7485 Suy ra: Nhận thấy: h0 = 0,7485*Rln = 1,0648 m h0 = 1,06m < h1 = 3,24m < hk = 4,4m Vậy đường mực nước dốc đường nước hạ bII 1.2- Vẽ định lượng đường mực nước Dùng phương pháp sai phân, xuất phát từ mặt cắt đầu dốc có hd = 3,24m, tính độ sâu nước mặt cắt cách thử dần theo phương trình: Học viên: Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" Trong đó: ∆L (m) - Khoảng cách (theo phương ngang) mặt cắt tính toán ∆E (m) = E2 - E1 h1, h2 (m) - Độ sâu tương ứng mặt cắt (đầu đoạn) (cuối đoạn) V1, V2 (m/s) - Lưu tốc bình quân mặt cắt (đầu đoạn) (cuối đoạn) i - Độ dốc đáy dốc nước JTB - Độ dốc thủy lực JTB = (J1 + J2)/2 J1, J2 - Độ dốc thủy lực mặt cắt Vi Ji = Ci Ri Vi (m/s) - Vận tốc dòng chảy mặt cắt thứ i, Vi = Q/ωι Ri (m) - Bán kính thủy lực mặt cắt thứ i, Ri = ωι/χι ωι (m2) - Diện tích ướt mặt cắt thứ i, ωι = Bxhi χι (m) - Chu vi ướt mặt cắt thứ i, χι = B+2hi hi (m) - Chiều sâu nước mặt cắt thứ i B (m) - Chiều rộng tràn C - Hệ số C= y R n ; y = 2,5 n − 0,13 − 0,75 R ( n − 0,1) Kết tính vẽ đường mực nước (bảng 1) Học viên: Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" Bảng - Kết tính đường mực nước dốc nước Mặ t cắt 10 11 12 h (m) 3.240 2.109 1.753 1.558 1.432 1.345 1.282 1.235 1.199 1.170 1.148 1.130 Học viên: ω (m2) 64.800 42.181 35.068 31.159 28.650 26.909 25.644 24.696 23.970 23.406 22.962 22.609 χ (m) 26.480 24.218 23.507 23.116 22.865 22.691 22.564 22.470 22.397 22.341 22.296 22.261 R (m) 2.447 1.742 1.492 1.348 1.253 1.186 1.136 1.099 1.070 1.048 1.030 1.016 V (m/s) 106.215 85.116 76.845 71.840 68.426 65.955 64.102 62.680 61.570 60.695 59.999 59.441 8.519 13.087 15.741 17.716 19.267 20.513 21.525 22.352 23.029 23.584 24.040 24.415 J 0.006 0.024 0.042 0.061 0.079 0.097 0.113 0.127 0.140 0.151 0.161 0.169 Jtb E (m) 6.939 10.838 14.382 17.554 20.353 22.793 24.898 26.699 28.228 29.520 30.604 31.512 0.015 0.033 0.051 0.070 0.088 0.105 0.120 0.134 0.145 0.156 0.165 ∆E (m) 3.899 3.544 3.172 2.799 2.440 2.105 1.801 1.529 1.291 1.085 0.908 ∆ L (m) 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 Li (m) 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" 2- Tính toán độ gồ ghề cho phép mặt dốc - Lập tỷ số L/∆ ∆ - Chiều cao nhám tương đương bề mặt ∆ = 0,5mm = 0,5*10-3 (m) L(m) - Chiều dài từ ngưỡng tràn đến mặt cắt tính toán L = L0 + Li - Tra đồ hình 3.17, ta có giá trị δ/∆ Tính δ = ∆ δ/∆ - Tra đồ hình 3.17, ta có giá trị ξ2 = f(δ/∆) Tính ξ2 - Tính φv theo công thức - Tính Vng Tra theo đồ thị hình 3.11, với bê tông bề mặt lòng dẫn có R b = 20 Mpa, độ hàm khí nước S = 0, t a có Vng = 9,5 (m/s) - Tính ξ1 theo công thức với: Vcp = Q/b.h Tra đồ thị hình 3.11, ta có giá trị y/∆ - Tính độ gồ ghề cục cho phép mặt cắt xét Kết tính độ gồ ghề cho phép Zcp (bảng 2) Học viên: Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" Bảng - Kết tính độ gồ ghề cho phép Zcp Mặ t cắt 10 11 12 L (m) 30.0 50.0 70.0 90.0 110.0 130.0 150.0 170.0 190.0 210.0 230.0 250.0 Học viên: h (m) 3.240 2.109 1.753 1.558 1.432 1.345 1.282 1.235 1.199 1.170 1.148 1.130 V (m/s) (L/∆)∗1 03 8.519 13.087 15.741 17.716 19.267 20.513 21.525 22.352 23.029 23.584 24.040 24.415 60.0 100.0 140.0 180.0 220.0 260.0 300.0 340.0 380.0 420.0 460.0 500.0 δ /∆ 800.0 1400.0 1800.0 2400.0 2600.0 3100.0 3500.0 3900.0 4500.0 4600.0 5100.0 5600.0 δ ( m) 0.400 0.700 0.900 1.200 1.300 1.550 1.750 1.950 2.250 2.300 2.550 2.800 ξ2 0.00180 0.00130 0.00105 0.00098 0.00096 0.00094 0.00092 0.00091 0.00090 0.00089 0.00088 0.00087 φv ξ1 0.983 0.962 0.945 0.922 0.910 0.890 0.873 0.856 0.834 0.828 0.810 0.793 668.169 375.069 309.610 249.292 209.676 180.600 161.255 145.529 131.610 124.919 116.406 109.377 y/∆ 300.000 48.000 26.000 17.000 13.000 9.500 7.500 6.600 5.000 4.500 4.100 3.700 Ζ cp (mm) 149.500 23.500 12.500 8.000 6.000 4.250 3.250 2.800 2.000 1.750 1.550 1.350 Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" 3- Kiểm tra khả khí hóa dốc vị trí khớp nối tháo Qtk - Xác định hệ số khí hóa phân giới - Xác định hệ số khí hóa thực tế Trong đó: Hpg - Cột nước áp lực phân giới, với T = 250C, có Hpg = 0,32m HDT - Cột nước áp lực toàn phần đặc trưng (m) HDT = Ha + h.cosψ Ha - Cột nước áp lực khí trời, tương ứng với cao độ mặt nước vị trí tính toán (m) Zmn = Zday + h h - Chiều sâu dòng chảy vị trí tính toán (m) ψ - Góc nghiêng đáy dốc nước so với phương ngang (độ) ψ = arctan0.21 = 120 VDT - Lưu tốc đặc trưng vị trí xét (m/s) Với: ξ2 = f(δ/∆), xác định φv - Xác định ξ1 = f(y/∆), xác định sau: Tại khớp nối có dạng mấu gồ ghề cục bộ, nên y = Zm + ∆ = + 0,5 = 5,5 m y/ ∆ = 5,5/0.5 = 11, Tra đồ thị hình 3.11, ta có ξ1 = 200 V - Xác định theo công thức: Kết tính toán hệ số khí hóa thực tế (bảng 3) Học viên: Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" Bảng - Kết tính toán hệ số khí hóa thực tế Mặ t cắt 10 11 12 L (m) 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 Học viên: h (m) 3.240 2.109 1.753 1.558 1.432 1.345 1.282 1.235 1.199 1.170 1.148 1.130 Zday (m) 300.0 295.8 291.6 287.4 283.2 279.0 274.8 270.6 266.4 262.2 258.0 253.8 Zmn (m) Ha (m) HDT (m) ξ2 φv ξ1 303.24 297.91 293.35 288.96 284.63 280.35 276.08 271.83 267.60 263.37 259.15 254.93 9.98 9.98 9.99 9.99 10.00 10.00 10.01 10.01 10.02 10.02 10.02 10.03 13.15 12.05 11.70 11.52 11.40 11.32 11.26 11.22 11.19 11.17 11.15 11.14 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.983 0.962 0.945 0.922 0.910 0.890 0.873 0.856 0.834 0.828 0.810 0.793 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 200.0 V (m/s) VDT (m/s) K 8.709 13.379 16.092 18.111 19.698 20.972 22.006 22.851 23.543 24.111 24.577 24.960 5.314 7.092 7.806 8.699 9.485 10.221 10.816 11.386 11.973 12.289 12.731 13.133 8.915 4.574 3.665 2.903 2.416 2.066 1.835 1.650 1.488 1.409 1.311 1.230 Khả khí hóa Không Không Không Không Không Có Có Có Có Có Có Có Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" 4- Kiểm tra khả khí thực dốc nước Khi khí hoá trì thời gian đủ dài, dòng chảy có lưu tốc cục đỉnh mấu ghồ ghề VDT> Vng thành dốc nước có khả bị xâm thực Trị số VĐT lấy theo bảng Trị số Vng = 9,5 (m/s) Từ giá trị VĐT bảng cho thấy: Tại mặt cắt (1-5)có VĐT < Vng: không bị xâm thực Tại mặt cắt (5 -12) cóVĐT > Vng: có khả xâm thực Vậy đoạn từ sau mặt cắt đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực - Thiết kế biện pháp chống khí thực Với dòng chảy có đường biên xác định, khả xâm thực phụ thuộc vào độ bền vật liệu lòng dẫn Đối với vật liệu bê tông, quan hệ hình 3.11 Sự phá hoại bề mặt lòng dẫn xẩy hội đủ điều kiện: - Có khí hóa đủ mạnh trì thời gian đủ dài; - Có lưu tốc đạc trưng VĐT > Vng Vì trường hợp đường biên công trình không đủ thoải, tránh khỏi khí hóa chọn vật liệu có độ bền cao để gia cố vị trí phát sinh khí thực Trong trường hợp để chống phát sinh khí thực, cách ta tăng cường độ bê tông thân dốc Phương án dùng bê tông M20 Ta sử dụng bê tông M30 Nếu dùng bê tông M30, tra đồ thị 3.11 với độ hàm khí nước S = 0, ta có Vng = 14,0 (m/s), toàn dốc có VĐT < Vng, đảm bảo khí thực Vậy để đảm bảo khí thực dốc nước tải với Q TK ta sử dụng bê tông M30 để gia cố thân dốc nước Học viên: ...Bài tập " Tính toán khí thực công trình tháo nước" II- Bài làm 1- Vẽ đường mực nước dốc tháo với lưu lượng thiết kế 1.1 - Vẽ định tính đường mặt nước Xác định hk h0 - Độ sâu phân giới... toán khí thực công trình tháo nước" 3- Kiểm tra khả khí hóa dốc vị trí khớp nối tháo Qtk - Xác định hệ số khí hóa phân giới - Xác định hệ số khí hóa thực tế Trong đó: Hpg - Cột nước áp lực phân... " Tính toán khí thực công trình tháo nước" 4- Kiểm tra khả khí thực dốc nước Khi khí hoá trì thời gian đủ dài, dòng chảy có lưu tốc cục đỉnh mấu ghồ ghề VDT> Vng thành dốc nước có khả bị xâm thực