thiết kế hồ chứa nước nậm ngần

Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình TÌNH HÌNH CHUNG CHƯƠNG 1:ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Vị trí địa lý: Công trình hồ chứa nước Nậm Ngần nằm sông Hội Nguyên thuộc xã Nậm Ngần huyện Vị Xuyên tỉnh Hà Giang Sông Hội Nguyên phụ cấp Sông Lô , hai sông nhập lưu mà thành sông Nâm Ngàn từ phía đông Nâm Chou từ phía tây, sau Hội Nguyên qua Trung Thắng có thêm sông Chỏm nhánh nhập lưu đáng kể vào sông Nguyên Tiếp sông Nguyên chảy uốn khúc cuối đổ vào Sông Lô ( Sông Lô ).Vị trí nhập lưu sông Hội Nguyên với Sông Lô nằm Đình Tiến, xã Nậm Ngần Công trình hồ chứa Nậm Ngần dự kiến xây dựng sông Hội Nguyên với vị trí đầu mối phương án kiến nghị có tọa độ địa lý sau: Đầu mối: 19016’00’’ vĩ độ Bắc 104039’25’’’ kinh độ Đông Địa hình, địa mạo: Lưu vực suối Hội Nguyên thuộc loại địa hình miền núi vùng Đông Bắc Trường Sơn độ cao trung bình 460m Địa hình bị chia cắt mạnh với khối núi đá cao xen kẽ lũng sâu, sông suối ngắn, độ dốc lòng sông lớn núi cao nhô sát biển Khúc suối Hội Nguyên thuộc loại suối có độ dốc không lớn, i = 0.33% Chạy dài dọc theo hai sườn núi Cao độ đáy suối thay đổi từ 90m từ xã Yên Hoà, nơi bắt đầu suối Hội Nguyên đến 40m, nơi suối Hội Nguyên nhập lưu với Sông Lô Lòng suối có chiều rộng biến đổi liên tục tuyến suối nhiều uốn khúc Độ dốc lòng suối tương đối thoải, mặt cắt lòng suối mở rộng có thềm suối phẳng Từ vị trí tuyến đập đến lòng hồ lòng suối mở rộng xuất bãi bồi nhỏ chạy dọc theo ven suối Cao độ lòng suối đến đỉnh chia nước có độ chênh lệch khoảng 100 – 300m Đây khu vực có rừng thứ sinh phát triển trung bình, cối chủ yếu bụi mọc đồi núi Sườn dốc tự nhiên tương đối ổn định Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Điều kiện địa chất: Địa tầng địa chất: Khu vực dự án chủ yếu nằm đá phiến thạch anh, đá cát kết hạt nhỏ, màu xám nhạt, phân lớp vài centimét đến vài chục centimét, đá phiến sét – serisit màu xám đen, xen bột kết màu xám tro, xám sáng thuộc Phân hệ tầng – Hệ tầng Sông Lô (O3 – S1 sc2) Phía nam tiếp giáp với Hệ tầng Khe Bố (N kb) Phía đông bắc tiếp giáp với hệ tầng La Khê (C 1lk) hệ tầng Bắc Sơn (C – P bs) hệ tầng Đồng Trâu (T2a đt) Phía bắc tiếp giáp với thành tạo granit hai mica, granit biotit sẫm màu granođiorit thuộc Phức hệ Phia Bioc (γa T3n pb1) Ngoài có trầm tích đệ tứ phát triển không rộng rãi, chủ yếu phân bố bậc thềm ven Sông suối vài thung lũng suối lớn Có thể chia thành phân vị địa tầng địa chất từ già đến trẻ sau: Giới Paleozoi: * Hệ tầng Sông Lô (O3 – S1 sc) + Phân hệ tầng (O3 – S1 sc1) Là trầm tích cổ tờ Xiêng Khoảng - Vị Xuyên Chúng phân bố phần trung tâm nếp lồi Phu Cô, Phu Tô, Xiềng Líp Mặt cắt tốt lộ dọc suối Chà Là, chia làm tập Tập 1: Đá phiến thạch anh – sericit, xen lớp quaczit Dày 250m Tập 2: Cát kết dạng quaczit xen kẽ đá phiến thạch anh – sericit, chuyển dần lên đá phiến thạch anh – sericit xen kẹp lớp cát kết dạng quaczit mỏng Dày 200m Tập 3: Chủ yếu đá phiến thạch anh – sericit màu xám lục, xen kẹp lớp cát kết màu xám sẫm Dày 300 – 350m Chiều dày chung phân hệ tầng mặt cắt 750 – 800m + Phân hệ tầng (O3 – S1 sc2) Tập 1: Cát kết hạt nhỏ, màu xám nhạt, phân lớp từ vài centimét đến vài chục centimét, xen đá phiến thạch anh – sericit Dày 60 – 70m Tập 2: Đá phiến thạch anh – sericit, xen lớp mỏng cát kết hạt nhỏ Dày 300m Tập 3: Cát kết hạt nhỏ phân lớp mỏng Dày 60m Tập 4: Đá phiến thạch anh – sericit, xen kẽ nhịp nhàng với lớp cát kết đa khoáng hạt nhỏ, phân lớp mỏng Dày 450m Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Tập 5: Đá vôi sét, đá vôi màu xám đen phân lớp mỏng, xen đá phiến sét vôi màu xám lục Dày 20 – 30m Tập 6: Đá phiến sét – sericit màu xám đen, xen bột kết xám tro, xám sáng đôi lớp cát kết hạt nhỏ màu xám tro Dày 60 – 80m Nhìn chung, trầm tích thuộc phân hệ tầng có tính phân nhịp rõ, phần mặt cắt, đôi nơi gặp thấu kính đá phun trào axit + Phân hệ tầng (O3 – S1 sc3) Tập 1: Sạn kết hạt nhỏ với hạt sạn thạch anh, xi măng cát kết bột kết (dày 0,5 – 3m) Chuyển lên phía cát đa khoáng hạt thô đến vừa, phân lớp mỏng Dày 50m Tập 2: Đá phiến sét màu xám tro, kẹp lớp bột kết, cát kết, màu xám sẫm Dày 100m Tập 3: Chủ yếu bột kết màu xám xen kẽ nhịp nhàng với đá phiến sét đen, cấu tạo phân nhịp Dày 500m Tập 4: Đá phiến sét màu xám đen, xám tro, phân lớp mỏng với bề dày khoảng 300m Tổng bề dày phân hệ tầng mặt cắt Nậm Mo khoảng 950m * Hệ tầng La Khê (C1 lk) Mặt cắt hệ tầng gồm tập với tổng chiều dày 300 – 380m Tập 1: Cát kết chứa vôi màu đen, chuyển lên lớp bột kết màu xám đen, xám tro, xen kẹp lớp cát kết hạt vừa màu xám sẫm Dày 100m Tập 2: Đá phiến sét màu đen, xám tro xen bột kết, cát kết màu xám đen phân lớp mỏng Dày 120m Tập 3: Đá phiến sét – silic màu xám đen, xám tro, phân lớp mỏng, đá phiến silic màu xám tro đến xám trắng, cấu tạo phân dải, xen lớp mỏng đá vôi đen Dày 40 – 60m Tập 4: Đá phiến silic màu đen, xám đen, xen sét vôi phân lớp mỏng Dày 60 – 80m Hệ tầng La Khê xếp vào Carbon hạ * Hệ tầng Bắc Sơn (C - P bs) Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Tập 1: Đá vôi xám, xám sáng, hạt vừa, cấu tạo trứng cá, đôi chỗ bị tái kết tinh yếu Dày 90m Tập 2: Đá vôi xám sáng, xám trắng, tái kết tinh yếu, hạt nhỏ, phân lớp 0,1 – 0,3m Dày 80 – 100m Tập 3: Đá vôi màu xám trắng, tái kết tinh yếu, xen đá vôi bị hoa hoá màu xám trắng, phân lớp dày Dày 120 – 150m Tập 4: Đá hoa màu trắng có cấu tạo dạng đường, phân lớp đến dạng khối Dày 130 – 150m Giới Mezozoi: * Hệ tầng Đồng Trâu – Phân hệ tầng (T2a đt) Ở phía Bắc Sông Cả, diện lộ hệ tầng Đồng Trâu thường nhỏ thấy vùng Nậm Chon, Phu Cơ, Phu Công, Nga Mi Mặt cắt lộ tốt dọc theo Suối Chà Lạp gồm tập Tập 1: Cuội kết, sạn kết, cát kết, đá phiến sét Dày 240m Tập 2: Ryolit, đacit tuf chúng Dày 250m Tập 3: Bột kết xen đá phiến sét, cát kết màu xám lục đến xám tro, xen lớp phun trào ryolit Dày khoảng 200m Bề dày chung phân hệ tầng khoảng 690m 3.Giới Kainozoi: * Hệ tầng Khe Bố (N kb) Mặt cắt chuẩn Khe Bố gồm tập, với bề dày 300 – 350m Tập 1: Cuội kết, dăm kết, chuyển lên cuội kết, sét kết xen cát kết hạt thô, trầm tích đa khoáng, có độ mài tròn lựa chọn Dày 40 – 50m Tập 2: Cát kết hạt không đều, màu xám nâu, chuyển lên bột kết, sét kết màu nâu đen, xám đen, lớp mỏng than Dày 80m Tập 3: Chủ yếu bột kết, kẹp lớp sét kết đa khoáng, màu xám, chuyển lên bột kết, sét kết vỉa than dạng lớp hay thấu kính (có vỉa than dày 0,4 – 13m) Dày 65m Tập 4: Cát kết hạt vừa xen bột kết màu xám nâu, phân lớp không đều, kẹp lớp mỏng sạn kết màu xám đến xám vàng Dày 35m Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Tập 5: Cuội kết, sạn kết cát kết hạt thô có màu xám nâu, phân lớp dày, thành phần hỗn tạp, độ mài tròn Dày 100m Hệ tầng Khe Bố xếp vào Neogen * Hệ Đệ Tứ (Q) Trầm tích đệ tứ không phát triển rộng rãi, chủ yếu phân bố bậc thềm ven Sông Lô vài thung lũng suối lớn Đó tích tụ aluvi, đêluvi, proluvi Thành phần gồm cuội, sạn sỏi cát bở rời Chúng xếp chung vào tuổi Đệ Tứ không phân chia Đứt gãy phá hủy kiến tạo: 1.1 Các phức hệ thạch kiến tạo: – Phức hệ Paleozoi hạ - trung: Gồm thành tạo lục nguyên dạng flysh thuộc hệ tầng Sông Lô (O – S1 sc) Huổi Nhị (S2 – D1hn), với tổng bề dày 3700m Các đá phức hệ bị biến chất yếu, song lại bị uốn nếp biến vị mạnh mẽ tạo nếp uốn cấp khác Trong thành tạo lục nguyên dạng flysh vắng mặt thể magma tuổi, đôi chỗ gặp cá hoá thạch thuộc hệ sinh vật bơi lội, thể chúng hình thành điều kiện biển rìa lục địa – Phức hệ Paleozoi thượng: Bao gồm hệ tầng La Khê hệ tầng Bắc Sơn với tổng chiều dày khoảng 1000m Chúng bị biến vị yếu, dạng lớp phủ nền, tạo nếp uốn đoản với kích thước nhỏ Các thành tạo lục nguyên – silic phức hệ chứa vật chất hữu có thành phần đồng bề dày thay đổi, chứng tỏ chế độ kiến tạo ổn định, kiểu thềm lục địa yên tĩnh – Phức hệ Mesozoi hạ: Được cấu thành trầm tích lục nguyên xen phun trào axit thuộc hệ tầng Đồng Trầu (T2a đt) với tổng bề dày khoảng 1000m phức hệ magma, granitoiđ Sông Mã (γτT2 sm), gabroiđ Núi Chúa (νaT3npb), hình thành trình hoạt hoá tọa rift Các thành tạo bị biến chất yếu, bị biến vị mạnh Các thành tạo magma đáng kể khối Nậm Kiền, có dạng batholit, diện lộ đạt 470km2 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình – Phức hệ tạo núi Trias thượng: Được cấu thành thành tạo lục nguyên chứa than hệ tầng Đồng Đỏ (T 3n – r đđ), phân bố vùng Cò My – Bản Pung với bề dày 400m Các đá bị uốn nếp, góc dốc nếp uốn có chỗ 30 – 400 – Phức hệ cấu trúc hoạt hoá tân kiến tạo Kainozoi: Bao gồm trầm tích lục nguyên chứa than hệ tầng Khe Bố (N kb) trầm tích bở rời Đệ tứ, phân bố địa hào hẹp ven theo đứt gãy Sông Cả Tổng bề dày đạt 300 – 350m Các đá tuổi Neogen bị biến vị mạnh, gần đứt gãy kiến tạo 1.2 Các hệ thống đứt gãy: Có hệ thống đứt gãy phương tây bắc - đông nam đông bắc – tây nam, hướng cắm mặt trượt thường phía đông bắc Riêng đứt gãy Sông Lô có mặt trượt cắm phía tây nam với góc 650, đạt độ sâu 35km Hệ thống đứt gãy phương đông bắc – tây nam có quy mô mức độ hoạt động hệ thống đứt gãy phương tây bắc - đông nam, hầu hết đứt gãy thuận, mặt trượt dốc đến 800 * Hệ thống đứt gãy khu vực nghiên cứu dự án Trong khu vực nghiên cứu dự án khu vực thượng lưu lòng hồ có đứt gãy Sông Lô chạy cắt qua, đứt gãy sâu cần nghiên cứu chi tiết giai đoạn sau để đánh giá mức độ ảnh hưởng đứt gãy đến hoạt động hồ chứa Hiện tượng phong hóa địa chất động lực: 1.1 .Hiện tượng phong hoá phân chia đới phong hoá: Tại khu vực nghiên cứu đá gốc thuộc đá phiến sét, bột kết, cát kết, đá phiến sericit, đá phiến sericit thạch anh màu xám xanh, xám đen, xám tro, nằm có góc dốc khoảng 45 – 700 Chiều sâu phong hoá không đồng theo chiều sâu Theo mức độ phong hoá chia thành đới sau: 1-Lớp sườn tàn tích (edQ) Đây sản phẩm phong hoá từ đá gốc thuộc đá phiến sét, bột kết, cát kết, đá phiến sericit, đá phiến sericit thạch anh đá tảng lăn lẫn dăm sạn, lẫn rễ lớp phủ thực vật, chiều dày trung bình 0,2 – 0,5mét, thành phần chủ yếu sét màu đỏ gụ, phớt vàng trạng thái nửa cứng Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình 2-Đới phong hoá mãnh liệt (IA1) Đá gốc bị phong hoá hoàn toàn thành đất, dạng sét lẫn dăm sạn, đào biện pháp thủ công Đất trạng thái nửa cứng Chiều dày lớp thay đổi mạnh, có chỗ dày 20 – 30m Đới tập trung toàn khu vực dự án, đặc điểm đất đới thay đổi theo vị trí, trạng thái đất từ dẻo cứng đến nửa cứng 3-Đới phong hoá mạnh (IA2) Đá gốc phong hoá, màu sắc bị biến đổi, đôi chỗ thành sét, mức độ phong hoá đá phụ thuộc vào đá mẹ, đá nứt nẻ mạnh, vỡ vụn, đôi chỗ gặp nước bị phong hoá bở rời thành cát Bản thân đá giảm độ bền lớn Đới có chiều dày trung bình khoảng - 40m Diện phân bố diện rộng 4-Đới phong hoá trung bình (IB) Đá bị phong hoá biến đổi màu sắc biến đổi nhẹ so với đá mẹ, đới chủ yếu hình thành khe nứt bị oxít hoá bám sắt lấp nhét sét, giảm dần theo chiều sâu làm mức độ cứng đá không đồng đều, loại đá 5-Đới nứt nẻ (IIA) Đá giữ nguyên màu sắc nứt nẻ yếu, mức độ phong hoá ảnh hưởng theo mặt phân lớp làm biến màu nhẹ, mức độ rắn đá không đồng 1.2 Các tượng địa chất động lực Nhìn chung địa hình khu vực dự án có sườn dốc tương đối thoải Các sườn dốc tương đối ổn định dấu hiệu sạt trượt khu vực dự án Hiện rừng thứ sinh phát triển, tượng địa chất động lực sói mòn, rửa trôi sạt trượt xảy ảnh hưởng phong hoá vật lý hoá học Tầng phủ mỏng, mặt khác thảm thực vật phát triển Tính chất lý đất đá: Ta có số loại đất mềm rời đá nửa cứng đến đá cứng Các loại đất đá thí nghiệm xác định tính chất lý Điều kiện khí tượng: Khí hậu lưu vực Suối Nguyên nói chung lưu vực nghiên cứu nói riêng thuộc loại khí hậu nhiệt đới gió mùa Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Nhiệt độ: Chế độ nhiệt năm chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa đông mùa hè Mùa Đông từ tháng XII đến tháng III năm sau, tháng lạnh tháng I Biến đổi nhiệt độ mùa giảm dần từ đồng lên miền núi, nhiệt độ trung bình tháng từ 17 0C ÷ 210C Gió: Gió hoạt động lãnh thổ miền Bắc nói chung lưu vực Sông Lô nói riêng chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa Đông hướng gió Đông - Đông Nam, mùa hè hướng gió Tây Tây Bắc Tốc độ gió trung bình tháng mùa đông đạt từ 1.3 ÷ 2.0 m/s, mùa hè đạt từ 1.3 ÷ m/s Tốc độ gió trung bình vùng gần bờ biển lớn vùng miền núi, Vị Xuyênchỉ đạt từ ÷ m/s Từ tháng IV đến tháng VII khối không khí ẩm vịnh Bangan tràn sang nên gây mưa lớn phía Tây Trường Sơn, khối không khí sau vượt qua dãy Trường Sơn trở nên khô nóng tràn vào lưu vực Sông Lô tháng V đến tháng VIII gây nên lượng bốc lớn nhiệt độ cao Nhìn chung, hàng năm có từ đến đợt gió Tây khô nóng trì khoảng 30 – 35 ngày mà ta thường gọi gió Lào Bảng 1-1:Tốc độ gió mạnh hướng ứng với tần suất thiết kế trạm Vị Xuyên: Trạm P% N NE E SE S SW W NW Vị 20 50 18.2 15.5 9.40 5.80 15.4 14.1 10.7 8.30 18.9 17.2 13.1 10.1 17.7 16.2 12.6 9.90 13.7 12.2 8.70 6.20 18.4 15.8 10.0 6.70 24.4 21.6 14.6 9.90 27.3 23.6 15.2 10.0 Xuyên Vô Hướng 27.6 24.8 18.2 14.0 Bốc hơi: Tương ứng với chế độ nhiệt ẩm, lượng bốc khu vực biến đổi rõ rệt theo mùa chịu ảnh hưởng địa hình Lượng bốc trung bình tháng lớn xuất vào tháng V đo Vị Xuyênlà 103 mm Lượng bốc trung bình tháng nhỏ Vị Xuyênvào tháng XI 49.0 mm Mưa: Mùa mưa kéo dài từ tháng V tới tháng X với lượng mưa chiếm tới 80 85% tổng lượng mưa năm Ba tháng có lượng mưa lớn tháng VIII, IX, X Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Mùa khô kéo dài tháng, từ tháng XI tới tháng IV năm sau Trong thời kỳ lượng mưa chiếm từ 15% đến 20% lượng mưa năm Những tháng có lượng mưa nhỏ tháng XII, tháng I tháng II Tổng số ngày mưa năm trung bình đạt khoảng 130 - 150 ngày Lượng mưa trung bình tháng lượng mưa ngày lớn đo trạm sau: Bảng 1-2: Lượng mưa trung bình tháng trạm lân cận lưu vực suối Nguyên Trạm I Quỳ Châu II III IV 13.5 13.8 26.8 87.1 V 229 X tháng (mm) VI VII VIII 209 197 277 Năm IX X 318 220 XI XII 53.7 18.1 1669 Bảng 1-3: Lượng mưa ngày lớn ứng với tần suất thiết kế trạm Vị Xuyên HmaxTb (mm) 106 Cv Cs 0.34 0.1 277 3Cv 0.2 262 Hmaxp (mm) 0.5 234 215 172 10 153 1.4.5 Lượng bốc hơi: Bảng 1-4: Phân phối tổn thất bốc sau xây dựng hồ chứa Nậm Ngần Đặc trưng ∆Z I II II IV Z tháng (mm) V VI VII VIII 28.1 30.0 40.0 45.5 48.4 42.9 45.7 34.0 Năm IX X XI XII 27.1 25.2 23.1 25.6 416 Điều kiện thủy văn: Dòng chảy năm: Dòng chảy lưu vực biến đổi mạnh theo không gian thời gian, tăng dần từ hạ lưu đến thượng lưu Trong năm dòng chảy tháng lớn gấp từ ÷ lần dòng chảy tháng nhỏ Trong năm dòng chảy phân làm mùa: mùa lũ mùa kiệt - Mùa lũ tháng VI, kết thúc vào tháng XI chậm mùa mưa tháng Tổng lượng dòng chảy mùa lũ chiếm từ (70 ÷75)% tổng lượng dòng chảy năm Tháng có dòng chảy lớn thường xuất vào tháng IX, ba tháng liên tục có dòng chảy lớn VIII - X với tổng lượng dòng chảy chiếm khoảng 47% tổng lượng dòng chảy năm Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình - Mùa kiệt tháng XII - V năm sau, với lượng dòng chảy mùa kiệt chiếm từ (25÷30)% tổng lượng dòng chảy năm Ba tháng liên tục có dòng chảy kiệt từ tháng II đến tháng IV, với tổng lượng dòng chảy ba tháng chiếm từ (8 ÷ 10)% so với lượng dòng chảy năm Dựa vào chuỗi lưu lượng dòng chảy tuyến Nậm Ngầntheo phương pháp mô hình Tank xác định dòng chảy năm thiết kế tuyến đập Nậm Ngần Kết phân tích tần suất tuyến đập Nậm Ngầntrình bày bảng sau đây: Bảng 1-5:Dòng chảy năm thiết kế tuyến đập Nậm Ngần theo phương pháp mô hình Tank Đặc trưng thống kê Qo 12.3 Cv Cs 0.23 0.46 Dòng chảy lũ: Qp%(m3/s) 5% 15% 25% 50% 75% 80% 85% 90% 17.1 15.2 14.0 12.0 10.2 9.81 9.33 8.77 Dòng chảy lớn lưu vực Suối Nguyên hệ thống Sông Lô sông vùng Bắc Trung Bộ sinh từ nguyên nhân mưa rào Những trận mưa lớn xảy hoạt động mạnh gió mùa mùa Hạ kết hợp ảnh hưởng từ trận bão lớn đổ vào đất liền từ biển Đông nhiễu loạn thời tiết biển khác, đáng kể áp thấp nhiệt đới Từ nguyên nhân ta thấy hầu hết mưa lũ thường xảy tháng mùa mưa bão, tháng 7, hàng năm Lưu lượng đỉnh lũ: Theo Qui Phạm Thủy Lợi QPTL.C–6–77 lưu vực có diện tích lớn 100 km2 dùng công thức triết giảm công thức XôKôlôpxKi để xác định lũ thiết kế Sau kết tính toán lũ thiết kế tuyến đầu mối công trình thuỷ điện Nậm Ngầntheo công thức chọn - công thức XôKôlôpxKi Bảng 1-6: Lưu lượng đỉnh lũ Tuyến công trình Đập Qmaxp(m3/s) 0.5 2410 2172 0.1 0.2 2945 2758 1642 1.5.2.2.Tổng lượng lũ: Tổng lượng lũ thiết kế tuyến Nậm Ngần ghi bảng sau: 10 1404 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Phương pháp Filennit: Theo phương pháp tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM1 (hình vẽ), trị số α,β phụ thuộc vào hệ số mái dốc Với hệ số mái dốc đập với m1 = 3,5 m2 = (tra bảng 6-5 sách giáo trình thuỷ công tập I) ta có: α = 360, β = 25o Phương pháp Fanđêep: Theo phương pháp này, tâm cung trượt nằm lân cận hình thang cong (hình vẽ), trị số bán kính R,r phụ thuộc vào hệ số mái dốc chiều cao đập H đ = 32,96m, tra bảng 6-6 sách giáo trình thuỷ công tập I ta có: Với m = ⇒ R/Hđ = 2,3 ; r/Hđ = 1,0 ⇒ R = × 32,65 = 98,88 m ; r = 1,0 × 32,96 = 32,96 m Tâm hai đường tròn bán kính R r điểm giửa mái đập Kết hợp hai phương pháp ta tìm phạm vi có khả chứa tâm cung trượt nguy hiểm đoạn AB Trên đoạn AB ta giả định tâm O 1, O2, O3 … Vạch cung trượt qua điểm Q chân đập, tiến hành tính hệ số ổn định K 1, K2, K3 cho cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ Ki vị trí tâm Oi, ta xác định trị số Kmin ứng với tâm O đường thẳng MM Từ vị trí tâm O ứng với giá trị Kmin đó, kẻ đường NN1 vuông góc với đường MM1, sau lấy tâm Oi khác vạch cung trượt qua Q1 chân đống đá tiêu nước Vẽ biểu đồ K với tâm ta xác định Kmin Với điểm Qi khác hạ lưu đập làm tương tự, từ tìm Kmin khác Vẽ biểu đồ quan hệ K tìm Kminmin cho mái đập Do thời gian có hạn nên đồ án em chi tính với điểm Q chân đập tính Kmin so sánh với [ K ] Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình c 04 B 02 b 01 A M1 d MNLTK + 112.047 Hd m=3,5 e + 112.96 m=3, + 96 m=3 + 83.25 h2 h3 Hd 4,5.Hd M Hình 7-9: Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm mái đập b) Xác định hệ số an toàn K cho cung trượt bất kỳ: Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức để xác định hệ số an toàn K cho cung trượt Sự khác công thức chủ yếu cách xác định lực thấm Công thức Ghgexcevanop: giả thiết xem khối trượt vật thể rắn, áp lực thấm chuyển thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt vật trượt hướng vào tâm Chia khối trượt thành dải có chiều rộng b = R/m (R bán kính cung trượt, m số , m = {10 20} ta chọn m=15 Đường thẳng đứng O-O chia dải thành hai phần Các dải đất đánh số thứ tự hình : c B b A M1 d MNLTK + 112,047 Hd m=3,5 Y e + 112.96 h3 x m1h3 -1 + 83.25 h2 -2 L Hd 4,5Hd M Hình 7-10:Sơ đồ tính toán ổn định cho cung trượt Công thức tính hệ số ổn định: Kc = ∑ (G cos α − W ).tgϕ + ∑ C ∑ G sin α n n n n Trong đó: n n n l n Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình φn Cn: góc ma sát lực dính đơn vị đáy dải thứ n ln: bề rộng đáy dải thứ n Wn: áp lực thấm đáy dải thứ n; Wn = γn hn ln hn: chiều cao cột nước, từ đường bão hoà đến đáy dải l n: chiều dài theo phương mặt trượt đáy dải thứ n Nn Tn: thành phần pháp tuyến tiếp tuyến trọng lượng dải Gn Gn = b(Σγi.Zi)n ; Nn = Gn.cosαn ;Tn = Gn.sinαn Zi : chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng γi γi : lấy theo dung trọng tự nhiên đất đường bão hoà lấy theo dung trọng bão hoà đất đường bão hoà γn : trọng lượng riêng nước sinαn = n m ; cosαn = −  n  ; ln = m b cos α n n số thứ tự dải xét m tổng số dải cung trượt xét Đặt A = (Nn – Wn)tgϕn – lực ma sát lớp đất đáy dải Hình 7-11: Sơ đồ xác định hệ số an toàn K cho cung trượt b h0 h1 hn n Nn Ln Cn Tn Gn Trong đó: h0: Chiều cao phần đất khô h1: Chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy dải 7.10.6.Tính toán cụ thể: Trong đó: + γ ; γ ; γ ; γ : dung trọng tự nhiên đất đường bão hòa, dung trọng bão hòa đất đắp đập, dung trọng bão hòa lớp lớp Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình + z1; z2; z3; z4 : cột nước đường bão hòa, cột nước từ đường bão hòa đến đáy đập, cột nước từ đáy đập đến đáy lớp thứ nhất, cột nước từ đáy lớp thứ đến đáy dải dải xét Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình PHỤ LỤC I Sơ đồ tính toán ổn định cho cung trượt tâm O1 R = 107 m; m = 15; b = 7,1 m c B 01 b A M1 d MNLTK + 112,047 e + 112.96 m =3 + 96 Hd ,5 11 m=3 10 ,5 m=3 h3 + 83.25 h2 -3 -1 -2 Hd M 4,5.Hd Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Bảng tính hệ số ổn định mái đập tâm O1 Ứng với MNLTK = 112,047 m ;m =15;R= 10 m Dả i -3 -2 -1 Bdải 2.35 7.10 7.10 7.10 7.10 7.10 sin α cosα Ln Cn Cn*Ln -0.20 0.98 2.40 2.1 5.04 -0.13 0.99 7.16 2.1 15.04 -0.07 1.00 7.12 2.1 14.94 0.00 1.00 7.10 2.1 14.91 0.07 1.00 7.12 2.1 14.94 0.13 0.99 7.16 2.1 15.04 γ1 γ2 0 1.62 1.62 1.62 1.62 0 1.62 1.62 1.62 1.62 7.10 7.10 7.10 0.20 0.27 0.33 0.98 0.96 0.94 7.25 2.1 7.37 7.53 15.22 22.10 22.59 1.62 1.62 1.62 1.62 1.59 1.62 1.62 10 11 ∑ 7.10 7.10 7.10 7.10 7.10 2.02 0.40 0.47 0.53 0.60 0.67 0.73 0.92 0.88 0.85 0.80 0.75 0.68 7.75 8.03 8.39 8.88 9.53 2.97 23.24 24.08 25.18 26.63 28.58 8.91 276.45 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 0 0 3 3 3 K1 = γ3 γ4 Z1 0 2.55 3.52 4.74 Z2 0 4.09 6.08 7.48 8.62 0 6.09 7.45 8.06 9.63 1.68 9.32 0.51 7.98 0 0 0 9.86 5.77 11.63 2.97 12.9 10.4 6.99 2.21 1.59 2.0 1.59 2.0 1.59 2.0 1.59 1.59 1.59 0 0 0 ∑ (N n −w n Z3 Z4 0.5 1.18 1.7 4.23 2.41 0.17 2.65 2.65 2.41 )tgϕ n + ∑ C n l n ∑T n 0 0 0 = 0 Gn 8.98 95.98 123.06 160.41 193.39 222.06 243.4 231.53 218.53 0 0 0 206.68 185.50 155.70 125.53 84.37 7.59 Wn 1.20 12.18 46.25 61.98 72.08 79.02 Tn -1.80 -12.80 -8.20 0.00 12.89 29.61 15.76 15.76 15.76 15.76 15.76 15.76 tg ϕ 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 (NnWn)* tg ϕ 2.14 23.39 21.58 27.76 34.09 39.78 238.52 81.96 223.15 72.42 206.03 60.09 44.7 189.42 164.06 23.84 131.71 0.00 100.42 0.00 62.89 0.00 5.16 0.00 48.69 61.74 72.84 15.76 0.282 18.60 0.337 18.60 0.337 44.15 50.80 49.18 82.67 86.57 83.04 75.32 56.25 5.57 592.39 18.60 18.60 20.89 20.89 20.89 20.89 48.77 47.25 50.31 38.36 24.02 1.97 503.56 Nn 8.80 95.12 122.79 160.41 192.96 220.08 276,45 + 503,56 = 1,32 592,39 ϕ 0.337 0.337 0.382 0.382 0.382 0.382 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Sơ đồ tính toán ổn định cho cung trượt tâm O2 R =111,31 m; m = 15; b = 7,4 m c A 02 b A M1 d MNLTK + 112,047 + 112.96 m=3 + 96 ,5 ,5 m=3 10 Hd m=3 e h3 + 83.25 h2 -1 -2 Hd M1 4,5.Hd Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Bảng tính hệ số ổn định mái đập tâm O2 Ứng với MNLTK = 112,047m Dải Bdải sin α cosα Ln -2 -1 3.91 7.40 7.40 7.40 7.40 7.40 7.40 7.40 7.40 7.40 7.40 -0.13 -0.07 0.00 0.07 0.13 0.20 0.27 0.33 0.40 0.47 0.53 0.99 1.00 1.00 1.00 0.99 0.98 0.96 0.94 0.92 0.88 0.85 7.40 0.60 0.80 9.25 10 ∑ 6.44 0.67 0.75 8.64 3.95 7.42 7.40 7.42 7.47 7.55 7.68 7.85 8.07 8.37 8.75 Cn Cn*Ln 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 3 3 3 8.28 15.57 15.54 15.57 15.68 22.66 23.03 23.55 24.22 25.10 26.24 γ1 γ2 γ3 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 0 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.59 1.59 1.59 1.59 1.59 0 0 0 27.75 1.62 1.62 25.92 1.62 1.62 269.13 K1 = γ4 Z1 2.0 2.0 0.85 2.11 2.84 5.3 6.77 7.38 9.05 10.82 10.25 Z2 0 4.87 6.6 7.91 8.42 7.64 6.19 4.07 1.22 Z3 Z4 Gn Nn Wn Tn ϕ tg ϕ 0.59 1.95 22.87 22.66 2.33 -3.05 15.76 0.282 1.34 3.67 95.51 95.29 9.94 -6.37 15.76 0.282 1.58 126.82 126.82 47.73 0.00 15.76 0.282 1.34 159.88 159.52 58.89 10.66 15.76 0.282 0.59 184.23 182.58 63.47 24.56 15.76 0.282 0 200.01 195.97 63.59 40.00 18.60 0.337 0 206.15 198.69 58.66 54.97 18.60 0.337 0 190.87 179.95 48.58 63.62 18.60 0.337 0 178.30 163.42 32.86 71.32 18.60 0.337 0 155.44 137.47 10.21 72.54 18.60 0.337 0 128.95 109.08 0.00 68.77 20.89 0.383 (Nn-Wn)* tg ϕ 5.73 24.07 22.30 28.38 33.59 44.61 47.19 44.27 44.00 42.89 41.78 0 7.64 0 96.11 76.89 0.00 57.67 20.89 0.383 29.45 0 4.07 0 44.56 33.21 0.00 29.71 20.89 0.383 484.41 12.72 420.98 ∑ (N n −w n )tgϕ n + ∑ C n l n ∑T n = 269,13 + 420,98 = 1,42 484,41 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Sơ đồ tính toán ổn định cho cung trượt tâm O3 R = 103 m; m = 15; b = 6,9m c A b 03 A M1 d MNLTK + 112,046 + 112,96 ,5 m=3 + 96 Hd ,5 m=3 e 11 m=3 10 h3 + 83.25 h2 -1 -2 -3 Hd 4,5.Hd M Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình Bảng tính hệ số ổn định mái đập tâm O3 Ứng với MNLTK = 112,047m Dải Bdải -3 -2 -1 10 11 ∑ sin α cosα Ln Cn Cn*Ln γ1 γ3 γ2 7.19 -0.20 0.98 7.34 2.1 15.41 0 6.90 -0.13 0.99 6.96 2.1 14.62 1.62 1.62 6.90 -0.07 1.00 6.92 2.1 14.52 1.62 1.62 6.90 0.00 1.00 6.90 2.1 14.49 1.62 1.62 6.90 0.07 1.00 6.92 2.1 14.52 1.62 1.62 6.90 0.13 0.99 6.96 2.1 14.62 1.62 1.62 6.90 0.20 0.98 7.04 2.1 14.79 1.62 1.62 6.90 0.27 0.96 7.16 21.48 1.62 1.62 6.90 0.33 0.94 7.32 21.96 1.62 1.62 6.90 0.40 0.92 7.53 22.59 1.62 1.62 6.90 0.47 0.88 7.80 23.40 1.62 1.62 6.90 0.53 0.85 8.16 24.47 1.62 1.62 6.90 0.60 0.80 8.63 25.88 1.62 6.90 0.67 0.75 9.26 27.77 1.62 1.62 3.60 0.73 0.68 5.30 15.89 286,40 K1 = γ4 Z1 Z2 Z3 Z4 1.59 2.0 0 1.74 3.6 1.59 2.0 1.95 1.68 2.9 1.81 1.59 2.28 5.46 3.6 1.59 3.09 6.95 3.83 1.59 4.19 8.15 3.6 1.59 5.45 9.19 2.9 1.59 6.82 10.12 1.74 0 7.33 10.93 0 0 8.92 9.47 0 0 10.56 7.48 0 0 12.27 4.74 0 0 14.02 1.31 0 0 12.88 0 0 9.53 0 0 4.16 0 ∑ (N n −w n )tgϕ n + ∑ C n l n ∑T n = Gn 86.89 117.27 156.55 191.19 218.67 239.25 253.20 247.37 244.47 234.32 213.92 183.80 151.08 111.79 25.46 Nn 85.14 116.23 156.20 191.19 218.19 237.11 248.09 238.42 230.48 214.76 189.20 155.48 120.87 83.32 17.31 286,40 + 578,28 = 1,45 595,36 Sơ đồ tính toán ổn định cho cung trượt tâm O4 R = 113,58m; m = 15; b = 7,5m Wn Tn ϕ 12.77 -15.29 15.76 31.89 -13.76 15.76 62.65 -9.18 15.76 74.38 0.00 15.76 81.26 12.83 15.76 84.17 28.07 15.76 83.52 44.56 15.76 78.25 58.05 18.60 69.31 71.71 18.60 56.31 82.48 18.60 36.98 87.85 18.60 10.69 86.26 18.60 0.00 79.77 20.89 0.00 65.58 20.89 0.00 16.43 20.89 595.36 (Nn-Wn)* tg ϕ tg ϕ 0.282 20.41 0.282 23.78 0.282 26.38 0.282 32.94 0.282 38.61 0.282 43.13 0.282 46.41 0.337 53.98 0.337 54.32 0.337 53.40 0.337 51.30 0.337 48.79 0.383 46.29 0.383 31.91 0.383 6.63 578.28 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình c B 04 b A M1 d MNLTK + 112,046 + 112.96 ,5 m=3 + 96 Hd ,5 m=3 e m=3 10 h3 + 83.25 h2 -1 -2 -3 Hd 4,5.Hd M Bảng tính hệ số ổn định mái đập tâm O4 Ứng với MNLTK = 112,76m Đồ án tốt nghiệp Dải Bdải -3 -2 -1 10 ∑ sin α cosα Ln 8.79 -0.20 0.98 8.97 7.50 -0.13 0.99 7.57 7.50 -0.07 1.00 7.52 7.50 0.00 1.00 7.50 7.50 0.07 1.00 7.52 7.50 0.13 0.99 7.57 7.50 0.20 0.98 7.65 7.50 0.27 0.96 7.78 7.50 0.33 0.94 7.95 7.50 0.40 0.92 8.18 7.50 0.47 0.88 8.48 7.50 0.53 0.85 8.87 7.50 0.60 0.80 9.38 7.79 0.67 0.75 10.45 Ngành kỹ thuật công trình Cn Cn*Ln γ1 γ2 γ3 γ4 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 3 3 3 18.84 15.89 15.79 15.75 15.79 15.89 16.07 16.34 23.86 24.55 25.44 26.60 28.13 31.35 290.29 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 1.62 0 1.59 1.59 1.59 1.59 1.59 1.59 1.59 1.59 0 0 0 2.0 2.0 0 0 0 0 0 0 K1 = ∑ (N n −w Z1 Z2 0 1.99 3.84 2.56 6.11 3.6 7.57 4.91 8.77 6.37 9.81 7.29 10.71 8.67 11.5 10.49 10.21 12.39 7.89 14.36 4.85 16.38 1.05 14.84 9.45 n Z3 n Gn Nn Wn Tn ϕ 2.14 4.23 126.48 123.93 19.20 -23.02 15.76 3.4 0.34 143.61 142.33 54.79 -17.43 15.76 4.15 192.33 191.91 77.12 -11.67 15.76 4.4 232.74 232.74 89.78 0.00 15.76 4.15 264.99 264.40 97.12 16.08 15.76 3.4 289.16 286.58 99.97 35.08 15.76 2.14 296.62 290.63 98.36 53.99 15.76 0.36 300.46 289.58 92.29 72.91 15.76 0 297.62 280.60 81.22 90.28 18.60 0 284.61 260.85 64.57 103.60 18.60 0 260.93 230.78 41.13 110.81 18.60 0 225.70 190.92 9.31 109.54 18.60 0 189.21 151.37 0.00 103.31 20.89 0 125.15 93.28 0.00 75.92 20.89 719.40 )tgϕ n + ∑ C n l n ∑T Z4 = 290,29 + 688,71 = 1,36 719,40 Sơ đồ tính toán ổn định cho cung trượt tâm O5 R = 102,56 m; m = 15; b = 6,8 m tg ϕ 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.337 0.337 0.337 0.337 0.383 0.383 (Nn-Wn)* tg ϕ 29.53 24.69 32.37 40.32 47.17 52.62 54.22 55.64 67.19 66.15 63.91 61.20 57.97 35.73 688.71 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình c B b 05 A M1 d e MNLTK + 112,046 + 112.96 ,5 m=3 + 96 Hd ,5 m=3 m=3 10 h3 + 83.25 h2 -1 -2 Hd 4,5.H d M Bảng tính hệ số ổn định mái đập tâm O5 Ứng với MNLTK = 112,76m Đồ án tốt nghiệp Dải Bdải -2 -1 10 ∑ sin α cosα Ln Ngành kỹ thuật công trình Cn Cn*Ln γ1 γ3 γ2 4.61 -0.13 0.99 4.65 2.1 9.77 0 6.80 -0.07 1.00 6.82 2.1 14.31 1.62 6.80 0.00 1.00 6.80 2.1 14.28 1.62 1.62 6.80 0.07 1.00 6.82 2.1 14.31 1.62 1.62 6.80 0.13 0.99 6.86 2.1 14.41 1.62 1.62 6.80 0.20 0.98 6.94 20.82 1.62 1.62 6.80 0.27 0.96 7.06 21.17 1.62 1.62 6.80 0.33 0.94 7.21 21.64 1.62 1.62 6.80 0.40 0.92 7.42 22.26 1.62 1.62 6.80 0.47 0.88 7.69 23.07 1.62 1.62 6.80 0.53 0.85 8.04 24.12 1.62 6.80 0.60 0.80 8.50 25.50 1.62 6.78 0.67 0.75 9.10 27.29 1.62 252.93 K1 = γ4 Z1 Z2 Z3 Z4 Gn Nn Wn Tn ϕ 1.59 2.0 0 0.72 2.31 32.13 31.84 3.35 -4.28 15.76 1.59 2.0 0.95 1.4 3.59 88.42 88.22 9.54 -5.89 15.76 1.59 2.08 4.74 1.63 114.97 114.97 43.32 0.00 15.76 1.59 2.7 6.38 1.4 142.90 142.59 53.02 9.53 15.76 1.59 3.69 7.66 0.72 163.82 162.36 57.50 21.84 15.76 0 4.88 8.32 0 177.49 173.90 57.74 35.50 18.60 0 6.19 7.65 0 182.88 176.26 53.97 48.77 18.60 0 7.47 6.36 0 178.90 168.67 45.87 59.63 18.60 0 8.14 4.44 0 158.71 145.46 32.94 63.48 18.60 0 9.76 1.84 0 139.60 123.47 14.15 65.15 18.60 0 9.96 0 115.14 97.40 0.00 61.41 20.89 0 7.58 0 87.62 70.10 0.00 52.57 20.89 0 4.33 0 49.91 37.20 0.00 33.27 20.89 440.97 ∑ (N n −w n )tgϕ n + ∑ C n l n ∑T n = 252,93 + 380,15 = 1,44 440,97 (Nntg ϕ Wn)* tg ϕ 0.282 8.04 0.282 22.19 0.282 20.21 0.282 25.26 0.282 29.57 0.337 39.14 0.337 41.21 0.337 41.38 0.337 37.92 0.337 36.84 0.383 37.30 0.383 26.85 0.383 14.25 380.15 Đồ án tốt nghiệp Ngành kỹ thuật công trình 1.7.1 Đánh giá hợp lý mái: Từ kết tính ta xác định Kmin = 1,32 Điều kiện để mái đập đảm bảo an toàn trượt là: [K] Đối với công trình cấp III, ta có [ K ] = 1,3 < Kmin = 1,32 Điều kiện kinh tế Kmin ≤ 1,15 [ K ] = 1,495 (thỏa mãn) Kmin ≥ Vậy công trình đảm bảo ổn định kích thước đập chọn hợp lý