Giáo trình Thủy lực công trình

THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Biên tập bởi: ThS Trần Văn Hừng THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Biên tập bởi: ThS Trần Văn Hừng Các tác giả: unknown Phiên trực tuyến: http://voer.edu.vn/c/1bda0dc9 MỤC LỤC Dòng chảy ổn định đều không áp (Steady uniform flow in an open channel) 1.1 Khái niệm dòng chảy ổn định không áp, yếu tố thủy lực mặt cắt ướt mặt cắt có lợi thủy lực 1.2 Các toán kênh hở hình thang,tính toán theo phương pháp đối chiếu mặt cắt có lợi thủy lực dòng chảy ống 1.3 Lưu tốc cho phép không lắng không xói kênh, câu hỏi lý thuyết tập dòng chảy ổn định không áp Dòng chảy ổn định không đều kênh (A steady, non-uniform flow) 2.1 Tổng quan dòng chảy ổn định không kênh 2.2 Độ dốc phân giới, trạng thái chảy phương trình vi phân dòng chảy ổn định thay đổi dần 2.3 Các dạng đường mặt nước kênh lăng trụ 2.4 Cách tính vẽ đường mặt nước kênh 2.5 Câu hỏi lý thuyết tập dòng chảy ổn định không kênh Nước nhảy (Hydraulic jump) 3.1 Nước nhảy (Hydraulic jump) 3.2 Câu hỏi lý thuyết và bài tập về nước nhảy Đập tràn (Spillways) 4.1 Khái niệm và công thức chung đập tràn 4.2 Đập tràn thành mỏng (Sharp-creted weir) 4.3 Đập tràn mặt cắt thực dụng 4.4 Đập tràn đỉnh rộng (Broad-crested weir) 4.5 Câu hỏi lý thuyết và bài tập về đập tràn Nối tiếp và tiêu (Transitions and energy dissipators) 5.1 Nối tiếp tiêu (Transitions and energy dissipators) 5.2 Câu hỏi lý thuyết, bài tập về nối tiếp và tiêu Tính thấm Tham gia đóng góp 1/143 Dòng chảy ổn định đều không áp (Steady uniform flow in an open channel) Khái niệm dòng chảy ổn định không áp, yếu tố thủy lực mặt cắt ướt mặt cắt có lợi thủy lực KHÁI NIỆM Dòng chảy ổn định vận tốc không phụ thuộc thời gian không đổi từ mặt cắt sang mặt cắt khác Điều kiện để dòng chảy không áp: Lưu lượng không đổi theo thời gian dọc theo dòng chảy, Q(t,l)=Const Hình dạng mặt cắt, chu vi diện tích mặt cắt ướt không đổi dọc theo dòng chảy Nên độ sâu mực nước kênh không đổi; h(l)=const hay dh dl = Độ dốc đáy không đổi, i=const Hệ số nhám không đổi, n=const Sự phân bố lưu tốc mặt cắt không đổi dọc theo dòng chảy Nếu điều kiện không thỏa dòng chảy không Dòng chảy kênh hở thường dòng chảy rối, đồng thời thường khu sức cản bình phương, theo Chezy công thức tính vận tốc (mean flow velocity) : v = C√RJ , m/s (1-1) Trong đó: J Độ dốc thủy lực (slope of energy grade line); C Hệ số Chezy (Chezy coefficent), xác định theo công thức sau: C = n Ry, m0,5/s (1-2) với y xác định sau: • Theo công thức Poocơrâyme : y = 15 (1-3) • Theo công thức Manning: y = 16 (1-4) • Theo công thức Pavơlôpski : 2/143 • y = 2.5√n − 0.13 − 0.75√R(√n − 0.1) (1-5) • Theo Công thức Agơrôtskin (1890): ◦ C = 17,72(k+lgR), m0,5/s (1-6) 0,05643 = n (1-7) • k = 17,72n Ở đó: n hệ nhám ; R bán kính thủy lực (The hydraulic Radius), xác định theo công thức: A R = P , (m) (1-8) Với: A, P diện tích mặt cắt ướt (m2) chu vi ướt (m) Gọi: i độ dốc đáy kênh (slope of channel bed), góc lập đáy kênh đường nằm ngang, xác định i = sinα Theo điều kiện dòng đều, ta có: Vì dòng chảy không áp, nên áp suất tất mặt cắt Độ sâu dòng không đổi dọc theo dòng chảy, nên mặt nước song song với đáy kênh (độ dốc đo áp đốc đáy kênh nhau) Vận tốc dòng chảy không đổi, nên cột nước lưu tốc không đổi Điều chứng minh rằng: J = i, công thức Sedi dùng cho dòng kênh hở viết dạng: V = C√Ri, (m/s) (1-9) Công thức tính lưu lượng (discharge of flow ; flowrate) : Q = AC√Ri ,(m3/s ) (1-10) Gọi môđun lưu lượng : K = AC√R, (m3/s ) (1-11) Nên lưu lượng: Q = K√i, (m3/s) (1-12) 3/143 Do i thường nhỏ nên độ sâu kênh xem khoảng cách thẳng đứng từ điểm mặt nước tự đến đáy kênh Như mặt cắt ướt xem đứng không vuông góc đáy kênh CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC CỦA MẶT CẮT ƯỚT Mặt cắt hình thang đối xứng (hình 1-1) Hình thang hình tổng quát cho hình chử nhật hình tam giác Hơn nữa, thực tế thiết kế kênh đất tính theo mặt hình thang dễ ổn định loại mặt cắt hình dạng khác Vì chương này, nghiên cứu kỷ toán mặt cắt ướt hình thang Ta gọi m = cotgα hệ số mái dốc Xác định theo tính toán ổn định bờ kênh Hệ số: β = b h (1-13) Diện tích mặt cắt ướt ( flow Area): A = (b + mh)h, (m2) (1-14) hay A = (β + m)h2, (m2) (1-15) Chu vi mặt cắt ướt (wetted Perimeter): P = b + 2h√1 + m2, (m) (1-16) hay P = (β + 2√1 + m2)h, (m) (1-17) 4/143 Chiều rộng mặt thoáng ( free surface width ): B = b +2mh, (m) (1-18) Trong : b chiều rộng đáy kênh (bed width of channel); (m) h chiều sâu mực nước kênh ( flow depth) (m) Mặt cắt hình chữ nhựt Hình chữ nhật trường hợp riêng hình thang : Hệ số mái dốc m=0 Diện tích mặt cắt ướt (m2): A = bh (1-19) Chu vi mặt cắt ướt (m): P = b + 2h (1-20) Chiều rộng mặt thoáng (m): B = b (1-21) Mặt cắt hình tam giác Hình tam giác trường hợp riêng hình thang khi: Chiều rộng b=0 Diện tích mặt cắt ướt (m2): A = mh2 (1-22) Chu vi mặt cắt ướt (m): P = 2h√1 + m2 (1-23) Chiều rộng mặt thoáng (m): B = 2mh (1-24) MẶT CẮT CO LỢI NHẤT VỀ THỦY LỰC Trong điều kiện:n, i, m ω không đổi, mặt cắt dẫn lưu lượng lớn mặt cắt có lợi thủy lực Ta nhận thấy ứng với diện tích mặt ướt, lưu lượng lớn bán kính thủy lực R lớn Như để mặt cắt lợi thủy lực, bán kính thủy lực lớn nhất, có nghĩa chu vi ướt nhỏ 5/143 Trong kênh có diện tích hình tròn có chu vi bé Nhưng thực tế xây dựng kênh thi công khó khăn không đảm bảo, lúc sử dụng dễ bị sạt lở; mà sử dụng với kênh bê tông, gạch đá Đối kênh mặt cắt hình thang ta hay sử dụng, nên xét điều lợi thủy lực, tức xem quan hệ đại lượng:n, Q, i, ω? R Từ công thức (1-14), suy ra: b= A h − mh (1-25) Thay vào (1-16), ta có: P= A h + (2√1 + m2 − m)h (1-26) Để Pmin ta tính: dP dh ⇔ =0 dP dh ⇔ − = − A h2 + 2√1 + m2 − m = ( bh )ln + 2√1 + m2 − 2m = ⇔ − βln + 2√1 + m2 − 2m = βln = 2(√1 + m2 − m) (1-27) Tính: n, Q, i, βln Rln = (βln + m)h2 (βln + 2√1 + m2)h ⇔ Rln = [2(√1 + m2 − m) + m]h2 (2(√1 + m2 − m) + 2√1 + m2)h 2√1 + m2 − m)h2 ( ⇔ Rln = 2(2√1 + m2 − m)h Rln = h (1-28) Với mặt cắt chữ nhựt n, Q, i, ω , tức bề rộng hai lần độ sâu 6/143 Chú ý: Mặt cắt kênh lợi thủy lực khái niệm hoàn toàn thủy lực Còn mặt kinh tế kỹ thuật chưa có lợi nhất, ta thấy: • Đối với kênh có b nhỏ nên h nhỏ, lợi thủy lực lợi kinh tế kỹ thuật • Nhưng kênh có b lớn nên h lớn, kênh phải đào sâu nên khó thi công không kinh tế 7/143 Các toán kênh hở hình thang,tính toán theo phương pháp đối chiếu mặt cắt có lợi thủy lực dòng chảy ống CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN KÊNH HỞ HÌNH THANG Ta xét thấy: Q=f(n, i, b, h, m) Tính kênh biết Bài toán 1: có n, i, b, h, m ta cần tìm Q Ta tính trị số A, C, R thay vào (1-10) tìm Q Bài toán 2: có n, Q, b, h ta cần tìm i Ta tính trị số A, C, R thay vào (1-9) tìm theo công thức: i= Q2 A2C2R (1-29) Bài toán 3: Khi có Q, i, b, h ta cần tìm n Thiết kế kênh Khi thiết kế kênh, cần tính chiều rộng độ sâu mực nước kênh (b, h), cần thu thập số liệu sau: • Xác định độ dốc đáy kênh i, từ tuyến kênh theo đồ địa hình • Xác định hệ số nhám n hệ số mái dốc m, vào vật liệu lòng dẫn • Xác định lưu lượng Q, vào nhu cầu sử dụng nước hay tiêu thoát nước xác định toán thủy nông, thủy văn công trình, cân nước, v.v Sau xác định Q, m, n, i chọn thông số, tùy trường hợp, thường gặp toán có cách giải khác sau : Bài toán : Chọn β Từ công thức (1-10), tính theo Manning ta được: 8/143 đó: v lưu tốc thấm; ( cm/s ) J gradiên thấm ( độ dốc thủy lực); k hệ số thấm môi trường ( cm/s ) Trị số v công thức lưu tốc trung bình dòng thấm “tượng trưng” xem toàn dòng thấm chứa đầy chất lỏng Lưu tốc trung bình dòng thấm lỗ rỗng đất khe nứt đá tính theo công thức: v' = v n (6-2) đó: v’ lưu tốc thấm trung bình lỗ rỗng môi trường thấm; v lưu tốc thấm trung bình dòng tượng trưng, tính theo công thức; n độ rỗng môi trường ( đất đá nứt nẻ) n= W' W (6-3) Ở đó, W’ thể tích phần rỗng toàn thể tích môi trường W Lưu lượng thấm xác định theo công thức: q=v.A (6-4) đó: q lưu lượng thấm; ( cm3/s) v lưu tốc thấm; (cm/s) A diện tích mặt cắt ngang dòng thấm (cm2) 129/143 Phương trình thấm Đối với trường hợp thấm ổn định nghĩa lưu tốc, áp lực thấm không phụ thuộc thời gian thành phần lưu tốc thấm có dạng: ∂h vx = − k ∂ x ∂h vy = − k ∂ y ∂h vz = − k ∂ z (6-5) {{ đó: h cột nước thấm Mặt khác, nước thấm đất phù hợp với điều kiện liên tục chuyển động chất lỏng không nén thỏa mãn phương trình liên tục ∂ vx ∂x + ∂ vy ∂y + ∂ vz ∂z = (6-6) từ công thức Darcy liên tục ta có: ∂2 h ∂x + ∂2 h ∂y + ∂2 h ∂ z2 = (6-7) Nếu gọi lưu tốc thấm φ, ϕ = − k.h (6-8) Dựa vào (6-5) (6-8) ta có : vx = ∂ϕ ∂x vy = ∂ϕ ∂y vz = ∂ϕ ∂z (6-9) {{ Lấy đạo hàm (6-9) thay vào (6-6) ta có 130/143 ∂2 ϕ ∂ x2 + ∂2 ϕ + ∂ y2 ∂2 ϕ ∂ z2 = (6-10) Từ (6-6) (6-10) thấy hàm số cột nước h lưu tốc φ hàm điều hòa Giải phương trình Lapơlaxơ với điều kiện biên cụ thể, ta xác định cột nước h lưu tốc φ điểm môi trường thấm từ xác định đường đẳng cột nước h=const đường đẳng φ=const Trên sở mà tính áp lực lưu tốc thấm Phương trình thấm phẳng Trong trường hợp thấm chuyển động phẳng ( không phụ thuộc hướng trục oz) phương trình vi phân (6-5) trở thành: ∂h vx = − k ∂ x vy = − ∂h k ∂y (6-11) phương trình Lapơlaxơ (6-7), (6-10) có dạng ∂2 h ∂x ∂2 ϕ ∂ x2 + + ∂2 h ∂ y2 = (6-12) ∂2 ϕ = (6-13) ∂ y2 Nếu gọi ψ hàm số dòng thành phần lưu tốc thấm biểu thị theo ψ có dạng vx = ∂ψ ∂x vy = − ∂ψ ∂y (6-14) Sự liên hệ hàm số ( hàm số số dòng ( biểu thị theo hệ thức côsi-râyman: ∂ϕ ∂x ∂ϕ ∂y = ∂ψ ∂y = − ∂ψ ∂x (6-15) Cho nên hàm số dòng ( hàm điều hòa: ∂2 ψ ∂ x2 + ∂2 ψ ∂ y2 = (6-16) 131/143 Phương trình (4-16) xác định đường dòng có trị số không đổi ψ=const từ tính lưu lượng thấm theo công thức qn_m= ψn-ψm (6-17) đó: qn_m lưu lượng thấm hai đường dòng thứ n m; ψn, ψm trị số hai đường dòng thứ n m Hàm số dòng ψ lưu tốc φ có liên hệ: ∂ϕ ∂ψ ∂x ∂x + ∂ϕ ∂ψ ∂y ∂y = (6-18) Từ điều kiện trực giao (6-18) cho thấy, hai họ đường đẳng đường dòng trực giao với Hai họ tạo thành lưới thủy động hay gọi thấm MỘT SỐ SƠ ĐỒ HẠ MỰC NƯỚC NGẦM (MNN) TRONG HỐ MÓNG[5] Trong xây dựng cho dù loại công trình nào, lớn hay nhỏ công tác xây dựng công tác hố móng, vấn đề hút nước hạ mực nước ngầm chiếm vị trí quan trọng đặc biệt Hạ mức nước ngầm hố móng việc đảm bảo cho trình thi công dễ dàng, làm giảm áp lực đẩy gradien áp lực lên đáy hố móng, tránh tượng bục xói ngầm đáy móng, điều quan trọng thi công hố móng vùng có địa chất cát mịn Hạ nước ngầm làm giảm áp lực lỗ rỗng mái dốc hố móng làm cho mái dốc ổn định hơn, dẫn đến việc tăng hệ số mái dốc từ làm giảm kinh phí cho công tác đào hố móng, đặc biệt với hố móng có kích thước lớn với việc mở cửa gương lò , cửa nhận nước v.v (thậm chí giảm đến 10 ) Căn vào vào điều kiện địa chất thuỷ văn, sơ đồ hạ mức nước ngầm hố móng thường có dạng sau: Hố móng hoàn chỉnh, đất đồng chất Trong hình ghi chú: 1- ống kim lọc - Giếng hút sâu Đối với loại hình sơ đồ này, đáy hố móng đặt tầng không thấm (so với đất mái dốc hố móng) Trạm hạ nước ngầm bao gồm hệ thống giếng khoan quanh hố móng, giếng khoan trang bị bơm lọc sâu, hay bơm phun nước Khi chiều sâu lỗ khoan không lớn, thay bơm kim lọc ( hình 1) Tuy nhiên với hố móng hoàn chỉnh, việc hạ MNN dựa vào hệ thống giếng khoan (2), 132/143 hệ thống ngăn hết dòng thấm vào hố móng, cho dù số trường hợp đặt thêm hệ thống kim lọc tồn khu nước rỉ chân dốc Để bảo vệ chân mái dốc không bị xói, thíêt phải có vật tiêu nước bề mặt, dòng thấm vào hố móng cần tập trung lại bơm hút hình thức hút nước kiểu hở Như việc hạ nước ngầm hố móng hoàn chỉnh, tránh khỏi kết hợp hút nước kiểu kín ( sâu) kiểu hở ( lộ thiên) Để giải vấn đề cần phải kết hợp việc lựa chọn lưu lượng lỗ khoan hàng với việc xác định lưu lượng bơm hàng bơm kim lọc Trong trường hợp đó, việc hạ mực nước ngầm hố móng tiến hành theo bước sau: • Chọn trước khoảng cách giưã ống kim lọc σ1, lưu lượng bơm lỗ hoan hàng (2) mực nước lỗ khoan • Xác định lưu lượng hàng ống kim lọc khoảng cách lỗ khoan hàng • Tính toán theo phương pháp thủ dần đạt yêu cầu thiết kế Lưu lượng hàng ống kim lọc xác định là: Q1 = ( ) Q2 L 0,5k h2 − h2 − l σ 1l l3 A.σ (6-19) Trong : h- Mực nước ngầm ban đầu; (m) h1 , h2 - Mực nước ống kim lọc giếng hút; (m) σ , σ 2, - Khoảng cách ống kim lọc giếng; (m) 133/143 k - hệ số thấm tầng thấm; (m/h) Khoảng cách lỗ khoan tính theo: σ2 = Q2 l k L l2 + l3 − A.l1 ( l2 h l2 (1 + A) + h21 − A l L ) − h2 − 2 Q2 k (6-20) Φ2 Trong : A= l3 L l + l + σ1 Φ l (6-21) Với Ф , Ф nội sức kháng đường viền dòng thấm tương ứng với hàng lỗ khoan 2, xác định theo công thức: φ= σ 2π ln π.d (6-22) Với: d- đường kính giếng bơm (m) Đối với việc xác định σ , sơ ta lấy Ф = Điều cần quan tâm xác định lưu lượng đơn vị dòng chảy mái dốc hố móng Đối với sơ đồ này, giá trị q0 tính theo công thức : h2 q0 = k 2L − Q1 l + l σ1 L − Q2 l σ2 L (6-23) Trong trình tính toán, với việc lựa chọn công suất trạm hạ MNN, dòng thấm mái dốc, cần phải xem xét khu vực lộ nước ngầm để lựa chọn biện pháp bảo vệ mái dốc hố móng cách thích hợp Hố móng không hoàn chỉnh, đất đồng chất Trong trường hợp này, đáy hố móng chưa đạt tới tầng không thấm Việc hạ MNN thực việc bố trí giếng bơm hay hệ thống kim lọc bao quanh hố móng Đối với hố móng rộng có kích thước chiều đến hàng trăm mét, người ta bố trí thêm hàng giếng khoan bên hố móng, nhiên việc bổ sung giếng lại có ảnh hưởng tới trình đào móng, biện pháp sử dụng hạn chế 134/143 Hình 2: Hố móng không hoàn chỉnh đất đồng chất Trường hợp hố móng vây hệ thống giếng hoàn chỉnh, độ hạ mực nước ngầm tính theo: Q= ( ) 1,36 2H − S0 k.S0 lg ( ) R0 (6-24) A Với: R0 = 2S0√H.k (6-24) Trong H – Mực nước ngầm ban đầu (m) k – Hệ số thấm tầng thấm (m/s) Ngoài ra, ta xét sơ đồ đặc trưng loại hố móng sơ đồ hạ MNN bậc hai bậc thấm nhiều lớp ( hay lớp) Các hố khoan bố trí dọc theo đường viền hố móng a) Sơ đồ hạ MNN bậc ( Hình 6-3) 135/143 Hình 3: Sơ đồ hạ mực nước ngầm kiểu bậc Với dạng sơ đồ điều kiện biên nguồn cấp hai phía hố móng khác nhau, điều kiện thuỷ địa hai vùng khác , đáy hố móng nằm tầng thấm nước lỗ khoan đặt xuống hết tầng thấm (lỗ khoan dạng hoàn chỉnh) Lưu lượng bơm tính cho lỗ khoan dãy tính theo công thức: Q= k.B.Sk L σ1 (6-25) Lưu lượng bơm cho lỗ khoan dãy II tính sau: Qc1 = k.B.Sk L σ2 (6-25) Trong : σ , σ khoảng cách lỗ khoan dãy tương ứng B - Chiều dày tầng thấm nước Mực nước hạ thấp lỗ khoan tính theo: Sc = Sk + Q k.B Φk (6-26) Đối với trường hợp ta tính cho dòng thấm không áp độ hạ thấp lấy theo: Sc = Sk + Q k.hk Φk (6-27) Với: hk chiều sâu đường bão hoà tầng thấm Để xác định độ hạ thấp MNN tính toán miền nằm đường viền nguồn cấp đường viền hạ MNN , độ hạ thấp tính theo phương trình sau: ( S = Sk + x L ) (6-28) Trong khoảng cách x tính từ đường viền hạ nước ngầm b) Sơ đồ hạ mực nước ngầm hai bậc (Hình 6-4) 136/143 Hình 4: Sơ đồ MNN hai bậc Với sơ đồ này, lưu lượng hút lỗ khoan dãy I tính theo: Sc1 − Sk Qc1 = kB L1 L1 + L2 L1L2 ( ) σ1 L + L (6-29) + Φk1 Trong Sc1 độ hạ thấp tính toán lỗ khoan dãy I Lưu lượng bơm hút lỗ khoan dãy II tính theo: Qc2 = kB L Sk σ2 + L2 − L σ2 L + L σ1 (6-30) Độ hạ thấp Sc lỗ khoan dãy II xác định theo: Sc2 = Sk + Qc2 k.B Φk2 (6-31) Đối với tầng thấm không áp tính lưu lượng bơm cho dãy này, ta có: Qc2 = k.hk L Sk σ2 + L2 − L σ2 L + L σ1 (6-32) Với hk chiều sâu đường bão hoà so với tầng không thấm Hố móng có lớp đất xen kẹp (Hình 6-5) Với sơ đồ , hố móng có lớp xen kẹp chèn ngang mái dốc, lớp đất thấm, trạng thái bão hoà nước lớp có cường độ chịu lực , ngược lại trạng thái khô giữ mái dốc trạng thái ổn định với mái dốc Vì việc hạ nước ngầm trường hợp tiến hành theo hai sơ đồ với phần hố móng nằm lớp xen kẹp coi trường hợp hố móng hoàn chỉnh, ngược lại phần bên lại coi sơ đồ hố móng không hoàn chỉnh Từ việc hạ MNN lớp 137/143 thường dùng hệ thống kim lọc , đồng thời đắp thêm lớp gia tải thấm nước khu vực rỉ nước mái Phần hố móng bên thường dùng hệ thống lỗ khoan để bơm nước ra, nhằm làm hạ MNN xuống cao trình đáy móng Hình 5: Sơ đồ hố móng có lớp xen kẹp Trong nhiều trường hợp lớp xen kẹp có độ dày lớn, hệ số nhả nước cao giai đoạn đầu bơm làm việc, hầu sinh giảm áp suất tầng thấm mà có giếng xuyên qua, sau trình bơm tiếp theo, lượng nước lớp xen kẹp với lớp nước tham gia vào trình bơm, sau lượng nước bơm chủ yếu lớp lớp xen kẹp tạo thành Hố móng nằm tầng thấm có áp (Hình 6-6) Hình 6: Sơ đồ hố móng nằm tầng thấm có áp Đối với sơ đồ hố móng kiểu này, hố móng tồn dòng thấm có áp Khi tầng thấm có áp lực gần với đáy hố móng xảy tượng đùn đất (đối với cát) hay bục (đối với đáy móng thấm) Trong trường hợp 138/143 cần phải có giếng khoan hạ mực nước ngầm tầng thấm có áp ( thường gọi hố khoan giảm áp ) Khi tầng thấm có áp có hệ số thấm nhỏ, cần bố trí thêm hệ thống hàng khoan bên hố móng, trình đào hố móng, nhiên biện pháp gây khó khăn cho trình đào móng Với sơ đồ việc tính thấm vào hố móng giống trường hợp hố móng hoàn chỉnh(đối với việc hạ mực nước ngầm cho lớp trên) hạ mức nước ngầm tầng thấm nhiều lớp cho giếng giảm áp 139/143 Tham gia đóng góp Tài liệu: THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Biên tập bởi: ThS Trần Văn Hừng URL: http://voer.edu.vn/c/1bda0dc9 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Khái niệm dòng chảy ổn định không áp, yếu tố thủy lực mặt cắt ướt mặt cắt có lợi thủy lực Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/93475185 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Các toán kênh hở hình thang,tính toán theo phương pháp đối chiếu mặt cắt có lợi thủy lực dòng chảy ống Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/30db5f64 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Lưu tốc cho phép không lắng không xói kênh, câu hỏi lý thuyết tập dòng chảy ổn định không áp Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/c1a7e933 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Tổng quan dòng chảy ổn định không kênh Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/4be91358 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Độ dốc phân giới, trạng thái chảy phương trình vi phân dòng chảy ổn định thay đổi dần Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/08846fe5 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ 140/143 Module: Các dạng đường mặt nước kênh lăng trụ Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/f7fda4d1 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Cách tính vẽ đường mặt nước kênh Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/3f86ea3b Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Câu hỏi lý thuyết tập dòng chảy ổn định không kênh Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/75cbd49f Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Nước nhảy (Hydraulic jump) Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/0836c5c9 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Câu hỏi lý thuyết và bài tập về nước nhảy Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/32cdc6a5 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Khái niệm và công thức chung đập tràn Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/2d2215c6 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Đập tràn thành mỏng (Sharp-creted weir) Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/bca80239 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Đập tràn mặt cắt thực dụng 141/143 Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/0cefb4dc Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Đập tràn đỉnh rộng (Broad-crested weir) Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/b13f486a Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Câu hỏi lý thuyết và bài tập về đập tràn Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/42d97fb4 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Nối tiếp tiêu (Transitions and energy dissipators) Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/33bbbcef Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Câu hỏi lý thuyết, bài tập về nối tiếp và tiêu Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/9f0c90b6 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Module: Tính thấm Các tác giả: unknown URL: http://www.voer.edu.vn/m/af4f1d86 Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ 142/143 Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (Vietnam Open Educational Resources – VOER) hỗ trợ Quỹ Việt Nam Mục tiêu chương trình xây dựng kho Tài nguyên giáo dục Mở miễn phí người Việt cho người Việt, có nội dung phong phú Các nội dung đểu tuân thủ Giấy phép Creative Commons Attribution (CC-by) 4.0 nội dung sử dụng, tái sử dụng truy nhập miễn phí trước hết trong môi trường giảng dạy, học tập nghiên cứu sau cho toàn xã hội Với hỗ trợ Quỹ Việt Nam, Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER) trở thành cổng thông tin cho sinh viên giảng viên Việt Nam Mỗi ngày có hàng chục nghìn lượt truy cập VOER (www.voer.edu.vn) để nghiên cứu, học tập tải tài liệu giảng dạy Với hàng chục nghìn module kiến thức từ hàng nghìn tác giả khác đóng góp, Thư Viện Học liệu Mở Việt Nam kho tàng tài liệu khổng lồ, nội dung phong phú phục vụ cho tất nhu cầu học tập, nghiên cứu độc giả Nguồn tài liệu mở phong phú có VOER có chia sẻ tự nguyện tác giả nước Quá trình chia sẻ tài liệu VOER trở lên dễ dàng đếm 1, 2, nhờ vào sức mạnh tảng Hanoi Spring Hanoi Spring tảng công nghệ tiên tiến thiết kế cho phép công chúng dễ dàng chia sẻ tài liệu giảng dạy, học tập chủ động phát triển chương trình giảng dạy dựa khái niệm học liệu mở (OCW) tài nguyên giáo dục mở (OER) Khái niệm chia sẻ tri thức có tính cách mạng khởi xướng phát triển tiên phong Đại học MIT Đại học Rice Hoa Kỳ vòng thập kỷ qua Kể từ đó, phong trào Tài nguyên Giáo dục Mở phát triển nhanh chóng, UNESCO hỗ trợ chấp nhận chương trình thức nhiều nước giới 143/143 [...]... Cách 2: Tra bảng, từ công thức (1-61), (1-62) và (1-71) ta lập bảng tra Từ công thức (1-70) tính được h0(θ) dựa vào bảng ta tra ra giá tri cần tím a, tính h theo công thức sau: h=a.d (1-72) Từ các công thức (1-61a), (1-61), (1-62a) và (1-71), tiến hành lập bảng bằng excel Phụ lục 1-3 để tra, thuân tiện trong việc tính toán bằng máy tính tay Ta cũng thể dựa vào các công thức trên lập trình tính toán hay... dl = pa γ = const, giải phương trình đạo hàm ( ) + J (2-46) d α.v2 dl 2g Đây là phương trình biểu diễn sự thay đổi cao trình mực nước trong dòng chảy ổn định thay đổi dần Được nghiên cứu đối với kênh thiên nhiên Phương trình dạng thứ 2 Lấy đạo hàm như trên nhưng nếu xét đến năng lương đơn vị tại mặt cắt thì ta cũng có công thức như (2-14) là : de dl = i − J (2-47) Phương trình dạng thứ 3 33/143 Đối với... h) và h=f(l), phương trình vi phân toàn phần của năng lượng đơn vị là de = ∂e ∂e ∂ l dl+ ∂ h dh Phương trình trên có thể viết : de dl = ∂e ∂l + ∂ e dh ∂ h dl (2-48) Đạo hàm phương trình (2-9) dọc theo l, ta có : ∂e ∂l = − α.Q2 ∂ A g.A3 ∂ l Thay phương trình trên và các phương trình (2-41), (2-47) vào (2-48) biến đổi ta được : dh dl i−J+ = α.Q2 ∂A gA3 ∂l 1 − Fr (2-48) Đây là phương trình tổng quát đúng... và chú ý công thức (1-43), ta sẽ tìm được công thức (1-27) Điều này cho thấy mặt cắt lợi nhất thuỷ lực hình thang có thể biểu thịquan hệ khác nhau nhưng bản chất là như nhau Quan hệ giữa mặt cắt có lợi nhất về thủy lực và mặt cắt bất kỳ Xét phương trình cơ bản, ta có: Q = ωC√Ri = (ωC√R)ln√i ⇔ ωC√R = (ωC√R)ln Ta tính hệ số C theo công thức (1-5) của Pavơlôpski; còn A tính theo (1-49) thay vào công thức... hay a, cách này có thể lập trình hay dùng những phần mềm tính toán như Mathcad Cách thứ 2: Khi dùng máy tính tay, ta lập bảng tra theo công thức: k3 A sinθ = hk(θ) (2-30a) Có thể tham khảo bảng tra trong Phụ lục 1-3 Khi tính toán, ta có lưu lượng Q và đường kính ống d, tính theo công thức hk(θ) = α.Q2 g.d5 (2-30b) Từ đó tra bảng tìm được a, sau đó tính độ sâu phân giới theo công thức: hk=a.d (2-31) 30/143... phương trình, ta được: θ=1290 hay a=0,81 Các bài thường gặp Bài toán 1: Bài toán thiết kế, có Q, n và i Xác định đường kính ống Giải 17/143 Từ công thức (1-66), cho thấy Q=f(n, i, d, a), vì vậy bài toán có 2 ẩn số là d và a, nhưng chỉ có một phương trình, nên tuỳ yêu cầu thực tế ta cần lưu lượng lớn thì lấy a=0,94, còn tính theo vân tốc lớn nhất lấy a=0,81 Khi có a ta kính được θ và kA, tính theo công. .. σT 3 Xác định độ sâu phân giới theo công thức (2-23), cần tính hkCN theo (2-24) và (2-25) Tuy nhiên để tính được sT sN sT sN theo theo (2-25) là bài toán đúng dần, từ (2-24) tính hkCN, rồi thay vào (*) ta tính σN sau đó mới dùng công thức (2-25) để tìm σT Để đơn giản Agơrôtskin dựa đề nghị công thức: ( hk = 1 − σN 3 ) + 0,105σ2N hkCN (2-29) Mặt cắt hình tròn Từ các công thức (1-61) và (1-64) trong chương... (1-2) suy ra được: h RLn + Tính h theo công thức: h= h RLn RLn (1-59) Bài toán 2: Tìm b khi biết: Q, m, n, i và h + Trước tiên xác định RLn như trên + Lập tỉ: h RLn tra phụ lục (1-2) suy ra được: b RLn + Tính b theo công thức: b= b Rln Rln (1-60) Bài toán 3: Tìm b và h, khi biết: Q, m, n, i và β + Xác định RLn như trên + Tính đặc trưng mặt cắt hình thang theo công thức (1-51), tra phụ lục (1-2) suy... định đều là gì Cơ sở tính toán dòng ổn định đều không áp trong kênh, là công thức nào Tại sao ta phải nghiên cứu tính toán, kênh mặt cắt hình thang Mặt cắt như thế nào là lợi nhất về thuỷ lực Giải thích Công thức tính mặt cắt lợi nhất hình thang (Hệ số βLn) Hệ số βLn của hình nhật Mặt cắt lợi nhất, được ứng dụng cho trường hợp nào Các công thức tính hệ số Sedi Điều kiện thiết kế kênh thoả mãn vận tốc không... RLn , RLn + Tính h và b theo công thức: (1-59) và (1-60) Bài toán 4: Tìm b và h, khi biết: Q, m, n, i và R hoặc v + Xác định RLn như trên + Nếu có R thì lập tỉ số, tra phụ lục (8-3) suy ra được: h b RLn , RLn + Tính h và b theo công thức: (1-59) và (1-60) 14/143 • Nếu biết v: Tính vận tốc theo Chezy, hệ số Chezy xác định theo Manning Do đó tính bán kính thuỷ lực R theo công thức (1-35), tính ra b và