Đang tải... (xem toàn văn)
SỐ ĐỀ : 18 BÀI 1: Tính toán ổn định đập tại cuối thời đoạn thi công, đập trên nền đá, chiều cao H, mái dốc thượng hạ lưu m . Biết: Đất đắp đập có độ ẩm ban đầu So= 90%, độ rỗng ban đầu no= 0,4 Khối lượng riêng của đất đắp đập là 1,8Tm3. Đập được đắp liên tục đến hết chiều cao H Quan hệ ứng suất hiệu quảbiến dạng thể tích được cho như sau:
Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP SỐ ĐỀ : 18 BÀI 1: Tính tốn ổn định đập cuối thời đoạn thi công, đập đá, chiều cao H, mái dốc thượng hạ lưu m Biết: - Đất đắp đập có độ ẩm ban đầu So= 90%, độ rỗng ban đầu no= 0,4 - Khối lượng riêng đất đắp đập 1,8T/m3 - Đập đắp liên tục đến hết chiều cao H - Quan hệ ứng suất hiệu quả-biến dạng thể tích cho sau: -V/V (%) 4,5 4,75 ’ (kg/cm2) 0,5 1,25 2,3 4,0 5,45 6,6 8,0 Cho biết Hệ số Henry H=0,02, áp lực khí trời Pa = 1kg/cm2 Theo đề ta có : H = 40m ; m = 3,75 ; φ = 23 ; C = 1,5 (T/m2) BÀI 2: Viết công thức xác định thơng số mơ hình đàn hồi phi tuyến (hyperbole) dựa kết thí nghiệm nén trục sau (cho pa=1kg/cm2) Thí nghiệm thứ 1: 50 kPa Biến dạng dọc trục Biến dạng thể tích (kPa) 0 0.65 140 185 1.4 205 1.7 210 195 170 165 Thí nghiệm thứ 2: 100 kPa Biến dạng dọc trục 1.2 2.5 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái 0.45 0.4 -0.25 -0.43 -1 -1.3 Biến dạng thể tích 1.1 1.2 0.8 0.4 -0.9 (kPa) 300 330 360 340 310 295 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP Thí nghiệm thứ 3: 200 kPa Biến dạng dọc trục GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Biến dạng thể tích 1.3 1.5 1.4 0.6 (kPa) 420 550 625 615 615 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP BÀI LÀM BÀI : Tính tốn ổn định đập cuối thời đoạn thi cơng : a Tính trị số gia tăng áp lực kẽ rỗng: Đập đắp liên tục tới độ cao H = 40m, ta giả sử áp suất ban đầu kẽ rỗng P0 áp suất khí trời P0 = Pa = kg/cm2 = 10T/m2 Trị số gia tăng áp lực kẽ rỗng : u Trong : V * P0 V V n0 * 1 S S * H V U : Giá trị tăng áp lực kẽ rỗng V = P – P0 V : Lượng thể tích thay đổi V0 : Thể tích ban đầu khối đất P0 : Áp suất ban đầu lỗ rỗng n0 : Độ rỗng ban đầu S0 : Độ bảo hoà ban đầu Với : n0*(1-S0) = 0,4*(1-0,9) = 0.04 < Max cơng thức tính U V 0,05 Do ta sử dụng V0 V n0 * (1 S ) Sau thời điểm đất V0 bảo hoà hoàn toàn tiếp tục tăng tải trọng áp lực kẽ rỗng tăng giá trị tương ứng Ta có : H = 0,02 ; Pa = 1kg/cm2 = 10T/m2 ; n0 = 0,4 ; S0 = 0,9 Thay giá trị cho vào ta tính được: u V *1 V V 0,41 0,9 0,9 * 0,02 V V V V 0,0472 V Ta có trị số ứng suất tổng tính theo cơng thức : , u Ta lập bảng quan hệ ứng suất hiệu quả, tổng áp lực khe rỗng STT GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái V V0 0.010 0.020 0.030 0.040 0.045 0.0475 0.050 ' ((T/m2) 5.00 12.50 23.00 40.00 54.50 66.00 80.00 u (T/m2) 2.69 7.35 17.44 55.56 204.55 -1583.33 -178.57 ='+u (T/m2) 7.69 19.85 40.44 95.56 259.05 -1517.33 -98.57 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Ta vẽ đường quan hệ Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP V , , , u , V b Tính hệ số an tồn ổn định trượt : Mục đích tính toán : Xác đònh hệ số an toàn chống trượt , tìm hệ số an toàn chống trượt nhỏ (Kmin ) để so sánh với hệ số an toàn cho phép [ K ]của công trình , xem khả ổn đònh đấp đất Phương pháp tính toán : - Phương pháp Filennit - Phương pháp Fanđeep * Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm : Kết hợp phương án Filennit Fanđeep để xác đònh cung trượt nguy hiểm * Phư ơng pháp Filennit : Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM hình vẽ Các trò số : α , β = f (độ dốc mái m), ta tra từ bảng (6 -5) Giáo trình thủy công tập I , ta có : α = 36o , β = 25o Từ xác đònh điểm M cách kẻ đường hợp với phương ngang đỉnh đập góc α hợp với mái đập hạ lưu góc β , giao điểm đường thẳng đểm M1 Điểm M = f(m , Hđ) , cách đỉnh đập 2*H đ cách chân đập khoảng 4,5* Hđ * Phương pháp Fanđeep : Tâm cung trượt nguy hiểm nằm lân cận hình thang cong Qua điểm mái đập , vẽ đường thẳng đứng đường thẳng hợp với mái dốc góc 85 o , từ điểm làm tâm vẽ cung tròn có bán kính r R Trò số GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP r, R = f(m , Hđ) trảng (6 -6) Giáo trình thủy công tập I , ta có : R r H H Với Hđ = 40m ; m=3,75 ta nội suy : R = * 40 = 120 m vaø R r = vaø = 1,375 H H r = r = 1,375* 40 = 55 m H Các cung cắt đường thẳng tạo thành hình thang cong , tâm cung tròn nguy hiểm giới hạn hình cong Kết hợp phương án , ta tìm phạm vi có khả chứa cung tâm trượt nguy hiểm đoạn thẳng EF Trên đoạn thẳng EF ta giả đònh tâm O ,O2, vạch cung trượt qua điểm chọn , tính toán hệ số an toàn K1, cho cung tương ứng * Xác đònh hệ số an toàn (K) ổn đònh mái đập cho cung trượt : - Bước : Vẽ cung tròn tâm O bán kính R hình vẽ - Bước : Chia khối trượt thành nhiều dải có chiều rộng : b = R m Chọn m= 10,20, 30… R = 100 : Bán kính cung trượt (m) - Bước : Tính lực tác dụng lên dải : + Trọng lượng thân dải : Gn = γ*h* b Dời Gn xuống đáy giải , ta phân G n thành thành phần : + Thành phần pháp tuyến ( chống trượt ) : N n = Gn*cosαn + Thành phần tiếp tuyến vuông góc với cung trượt (Tn ) (gây trượt ) : Tn = Gn*sinαn Trong : αn : Góc hợp đường thẳng qua tâm O góc hợp đường thẳng qua tâm dải n n Từ cách chia dải ta có : sinαn = ; cosαn = m n 1 m n : Số thứ tự dải m : Số nguyên chọn p lực thủy tónh dải tính sau : Wn = γ* h* ln Trong : γ : Trọng lượng riêng đất (T/m3) h : Chiều cao cột nước thấm dải tính toán ln : Chiều dài cung trượt đáy dải GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP ln = b cos n Lực dính = Cn * ln Trong : Cn : Lực dính đất đáy dải - Bước : Xác đònh hệ số an toàn chống trượt (K) : p dụng công thức tính hệ số an toàn cuûa Ghecxevanop : ( N n Wn )tg n C n * l n K= T n F O E 55 ° 85 40 36° m=3,75 m=3,75 100 120 M 25° -3 -1 -2 305 M1 4,5H=180m Hình vẽ: Sơ đồ tính tốn an tồn ổn định trượt mái đập * KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CUNG TRƯT THỂ HIỆN BẢNG SAU : GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn mơn học : Thiết kế Đập VLĐP BẢNG TÍNH TỐN HỆ SỐ AN TOÀN CHỐNG TRƯỢT n hn sin cos -3 0.86 -0.300 0.954 -2 -0.200 0.980 -0.100 0.995 0.000 1.000 0.100 0.995 0.200 0.980 0.300 0.954 0.400 0.917 6.11 10.3 13.4 15.6 16.7 16.8 15.7 13.4 0.500 0.866 9.47 0.600 0.800 3.55 0.700 0.714 -1 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Ln Cn 10.4 83 10.2 06 10.0 50 10.0 00 10.0 50 21.5 86 10.4 83 10.9 11 11.5 47 12.5 00 14.0 03 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 1.500 Gn 15.4 109 98 185 40 242 82 281 34 302 04 303 48 284 04 241 20 170 46 63.9 Nn Tn Wn tg n (Nn Wn)tg Cn*Ln 14.767 107.75 184.47 242.82 279.93 295.93 289.50 260.32 208.88 136.36 -4.644 21.996 18.540 -0.449 0.424 6.459 15.724 0.839 0.424 45.384 15.309 1.869 0.424 77.510 15.076 0.000 2.698 0.424 101.926 15.000 28.134 3.343 0.424 117.404 15.076 60.408 8.108 0.424 122.177 32.379 91.044 113.61 120.60 102.27 4.164 0.424 121.119 15.724 4.316 0.424 108.670 16.366 4.249 0.424 86.863 17.321 3.868 0.424 56.243 18.750 45.634 44.730 2.955 0.424 18.116 21.004 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP Tổn g 515.63 863.68 180.66 Theo bảng tính tốn ta tính 863,68 180,66 2,03 515,63 - Căn chiều cao từ (25 ÷ 70) m theo baûng 2- : TCVN : 285– 2002 ; đất lọai A : Ta công trình cấp III với [ K ] = 1,3 K Để mái đập đảm bảo an toàn ổn đònh trượt , phải thỏa mãn điều kiện : [ K ] ≤ Kmin Vậy : Hệ số ổn định đập Kmin = 2,03 > [K] = 1,3 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP BÀI 2: Viết công thức xác định thông số mô hình đàn hồi phi tuyến (hyperbole) dựa kết thí nghiệm nén trục sau (cho pa=1kg/cm2) Thí nghiệm =50kPa Biến dạng dọc trục a (kPa) Biến dạng thể tích v 0.65 1.4 1.7 140 185 205 210 195 170 165 0.45 0.4 -0.25 -0.43 -1 -1.3 Thí nghiệm =100kPa Thí nghiệm Biến dạng dọc trục a (kPa) Biến dạng thể tích v Biến dạng dọc trục (kPa) a 1.2 2.5 300 330 360 340 310 295 1.1 1.2 0.8 0.4 -0.9 =200kPa 420 550 625 615 615 Biến dạng thể tích v 1.3 1.5 1.4 0.6 Bước : Xác định trị số ( ) f ứng với giá trị : - Vẽ quan hệ ( ) f ứng với giá trị - Từ điểm cao đường cong, ta vẽ đường nằm ngang tiếp tuyến đường cong cắt trục ( ) điểm điểm giá trị ( ) f ứng với - Ghi giá trị ( ) f vào cột (1) cột (2) Bước : Xác định thông số môdun độ lệch ứng suất: Với 70% sức kháng cắt - Cột (3) = 70% *cột (2) -Từ giá trị ( ) tìm trên, lấy trục tung giá trị = ( ) , kẽ đường nằm ngang cắt đường cong điểm, từ điểm nằm kẻ đường thẳng đứng xuống cắt trục hoành điểm điểm giá trị a ghi vào cột (4) - Cột (5) = côt (4) côt (3) - Với 95% sức kháng cắt: ta làm tương tự thiết lập cột (6),(7),(8) Bước : Xác định thơng số mơđun thể tích : - Cột (9) lấy = cột (3) - Từ giá trị a tìm cột (4) , kẻ đường thẳng xuống cắt đường cong điểm , từ điểm giống ngang qua , ta giá trị v điền vào cột (10) GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở - Cột (11) = Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP côt (9) * côt (10) Bước : Xác định thông số để vẽ đường quan hệ: - Cột (12) = - Cột (13) = 3 Pa (Pa áp suất khí quyển) côt (8) côt (5) ( ) ult côt (7) côt (4) GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái CH19C 10 HVTH: Nguyễn Văn Tấn – Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở - Cột (14) = cột (2)* cột (13)= Ei Pa B - Cột (16) = Pa - Cột (15) = Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP ( ) f ( )ult * côt (8) côt (5) côt (13) * [côt (7) côt (4)] Pa côt (11) Pa Bước : Xác định Rf: GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái 11 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP - Lấy giá trị trung bình Rf cột (14) ta xác địn Rf Bước : Xác định K n: - Vẽ điểm có tọa độ (x = 3 Ei , y = ) lên giấy lôgarit Pa Pa - Kẻ đường thẳng tương đối qua điểm (đ1) - Đường thẳng đứng đia qua điểm có 3 =1 (đ2) cắt đ1 điểm, tung độ Pa điểm giá trị K - Từ điểm đường thằng đ1, ta vẽ đoạn thẳng = 1đơn vị, từ cuối đoạn thẳng này, ta vẽ đường thẳng vng góc với cắt d1 điểm Độ dài đoạn thẳng n (chú ý : đo thước kẻ, không lấy tung độ trừ cho nhau) Bước : Xác định thông số mô đun biến dạng thể tích Bt 1 3. v Theo Duncan (1980), mô đun biến dạng xác định là: m � � Bt K b Pa � � �Pa � Giá trị Bt xác định tại: 0, 1 f Từ biểu đồ trên, xác định thơng số mơ hình: Kb = 100 m = 0.017 STT Thí nghiệm 50 100 200 Bảng 4: Bảng xác định quan hệ 3~Bt ( 1- 3) v (%) Bt Bt/Pa 147 252 441 0.0043 0.0085 0.0130 11395.35 9882.35 11307.69 3/Pa 110.63 95.95 109.78 0.485 0.971 1.942 Bước : Xác định lực dính C góc ma sat Thiết lập vòng tròn Mohr từ kết thí nghiệm: Bảng 5: Số liệu thí nghiệm xác định vòng tròn Mohr STT Thí nghiệm (3) (kPa) 50 100 200 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái CH19C 12 ( 1- 3)f (kPa) 210 360 630 HVTH: Nguyễn Văn Tấn – Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP 1 400 c= 18,38 = 35029' 350 300 200 150 100 50 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 3 Hình 5: Đường tròn Mohr xác định C, Dựa vào vòng tròn Mohr, xác địmh đuợc hai thông số C=18,38kPa = 35o29’ Bảng 6: Bộ thơng số mơ hình (Hyperbolic elastic) K n Kb m Rf C (kPa) 95,95 0.12 4,30 0.1 0.5594 34o29’ 18,38 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái CH19C 13 HVTH: Nguyễn Văn Tấn – Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP 70% mức ưs 95% mức ưs Pa = 50 100 200 f f 210 360 630 147 252 441 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái a a 0.75 0.85 1.05 0.0051 0.0034 0.0024 14 199.5 342.0 598.5 a a 1.20 1.40 2.50 0.006 0.004 0.004 f v 147 252 441 10 0.0043 0.0085 0.0130 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C f / e 11 11395.35 9882.35 11307.69 1,03 1/ /Pa ult 12 0.485 0.971 1.942 13 0.0020 0.0013 0.0012 Rf= Rf 14 0.426 0.472 0.780 0.5594 Ei/Pa 15 2.71 4.30 8.99 B/Pa 16 110.63 95.95 109.78 Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP 103 B/p a Ei/pa B/P a 1cm 102 B/p 0.12cm a Ei /P a 1cm 0.1cm 0.1 Ei/pa s3 pa / 10 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái CH19C 15 HVTH: Nguyễn Văn Tấn – ... Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP BÀI LÀM BÀI : Tính tốn ổn định đập cuối thời đoạn thi cơng : a Tính trị số gia tăng áp lực kẽ rỗng: Đập đắp liên tục tới độ cao... 0.424 56.243 18. 750 45.634 44.730 2.955 0.424 18. 116 21.004 HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP Tổn g 515.63 863.68 180 .66 Theo bảng... Vậy : Hệ số ổn định đập Kmin = 2,03 > [K] = 1,3 GVHD :PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HVTH: Nguyễn Văn Tấn –CH19C Trường Đại học Thủy Lợi –Cơ sở Bài tập lớn môn học : Thiết kế Đập VLĐP BÀI 2: Viết công