Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Kỹ thuật tài nguyên nước được viết với sự lựa chọn các nội dung phù hợp với chương trình của bậc học Cao đẳng Ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước. Trong giáo trình đã đề cập những kiến thức và thông tin về tài nguyên nước, các hình thức công trình thủy thường gặp. Nội dung giáo trình gồm 9 chương. Phần 1 sách gồm 4 chương đầu: Chương 1 Tài nguyên nước và các giải pháp kỹ thuật tài nguyên nước. Chương 2 Cơ sở thiết kế công trình thủy. Chương 3 Nguyên lý tưới, tiêu nước và phòng chống xói mòn. Chương 4 Công trình dâng nước.
Trƣờng Cao đẳng Công nghệ - Kinh tế Thủy lợi Miền Trung GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƢỚC Hệ Cao đẳng Ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước Nhóm tác giả: ThS Vũ Hoàng An - KS Lê Tấn Sơn - KS Lê Ngọc Nhuận KS Đặng Quốc Trịnh - KS Phạm Ngọc Dũng Hội An - 2011 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Kỹ thuật tài ngun nước viết với lựa chọn nội dung phù hợp với chương trình bậc học Cao đẳng Ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước Trong giáo trình đề cập kiến thức thông tin tài nguyên nước, hình thức cơng trình thủy thường gặp Giáo trình viết nhằm cung cấp cho người học kiến thức tài nguyên nước, biện pháp khai thác sử dụng tài nguyên nước, loại cơng trình thuỷ; hình thức bố trí, cấu tạo số nội dung tính tốn đập đất, đập bêtơng trọng lực, cơng trình tháo dẫn nước, cơng trình thủy điện Nội dung giáo trình gồm chương Chương Tài nguyên nước giải pháp kỹ thuật tài nguyên nước Chương Cơ sở thiết kế cơng trình thủy Chương Ngun lý tưới, tiêu nước phòng chống xói mòn Chương Cơng trình dâng nước Chương Cơng trình tháo lũ - Cửa van Chương Cơng trình lấy nước Chương Cơng trình dẫn nước Chương Tính tốn ổn định cường độ số phận cơng trình Chương Cơng trình thủy điện Trong đó: Chương Chương ThS Vũ Hoàng An biên soạn Chương Chương KS Đặng Quốc Trịnh biên soạn Chương 2, Chương 5, Chương Chương KS Lê Ngọc Nhuận biên soạn Chương KS Lê Tấn Sơn KS Phạm Ngọc Dũng biên soạn Giáo trình dùng làm tài liệu, học tập cho sinh viên bậc Cao đẳng Ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước Giáo trình dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên Ngành Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thuỷ Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng Công nghệ - Kinh tế Thủy lợi Miền Trung tích cực ủng hộ tạo điều kiện để giáo trình xuất bản, đồng nghiệp đóng góp ý kiến quý báu cho việc hoàn thành thảo giáo trình Nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp quý báu bạn đọc Các ý kiến xin gửi Khoa Kỹ thuật Cơng trình Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước Trường Cao đẳng Công nghệ - Kinh tế Thủy lợi Miền Trung Xin chân thành cảm ơn Nhóm tác giả MỤC LỤC CHƢƠNG TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƢỚC 1.1 TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ TÀI NGUYÊN NƢỚC 1.1.2 Tài nguyên nước trái đất 1.1.3 Tài nguyên nước Việt Nam [10] 1.1.4 Những vấn đề tài nguyên nước 1.1.5 Ý nghĩa việc nghiên cứu tài nguyên nước 1.2 NHU CẦU VỀ NƢỚC TRONG SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG 1.2.1 Nhu cầu dùng nước sản xuất đời sống 1.2.2 Nhu cầu thoát nước 12 1.2.3 Yêu cầu phòng tránh hạn chế tác hại nước gây ra: 14 1.2.4 Bảo vệ nguồn nước 14 1.3 GIẢI PHÁP KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN NƢỚC 15 1.3.1 Biện pháp điều tiết - phân phối lại nguồn nước 15 1.3.2 Hệ thống tưới, tiêu nước phục vụ nông nghiệp 16 1.3.3 Hệ thống cấp thoát nước phục vụ sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản 21 1.3.4 Biện pháp phòng tránh hạn chế tác hại nước gây 28 CHƢƠNG CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY 29 2.1 PHÂN LOẠI VÀ PHÂN CẤP CƠNG TRÌNH THỦY 29 2.1.1 Phân loại cơng trình thủy 29 2.1.2 Phân cấp cơng trình thủy 30 2.2 QUY TRÌNH KHẢO SÁT, THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỦY 31 2.2.1 Khái quát trình tự xây dựng 31 2.2.2 Trình tự, nội dung công tác thiết kế 31 2.2.3 Hồ sơ thiết kế 32 2.3 TÀI LIỆU VÀ NỘI DUNG TÍNH TỐN TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỦY 32 2.3.1 Tài liệu dùng thiết kế cơng trình thủy 32 2.3.2 Các nội dung cần tính tốn thiết kế cơng trình thủy 33 2.3.3 Ngun lý tính tốn cơng trình thủy theo trạng thái giới hạn 34 2.4 TẢI TRỌNG, TÁC ĐỘNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY 34 2.4.1 Tải trọng tác động tác dụng lên cơng trình thủy 34 2.4.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên cơng trình thủy 35 2.5 TÍNH TỐN SĨNG 36 2.5.1 Sóng yếu tố sóng 36 2.5.2 Tính tốn yếu tố sóng gió gây 36 2.5.3 Tính tốn áp lực sóng 38 2.6 TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT 39 2.6.1 Áp lực đất lên tường chắn cứng 40 2.6.2 Áp lực đất lên ống chôn 44 2.7 TÍNH TỐN ÁP LỰC THẤM 46 2.7.1 Khái quát chung thấm cơng trình thủy 46 2.7.2 Tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng 48 2.8 TÍNH TỐN MỘT SỐ TẢI TRỌNG KHÁC 50 2.8.1 Áp lực dòng chảy (Áp lực thuỷ động) 50 2.8.2 Áp lực gỗ trôi 50 CHƢƠNG NGUYÊN LÝ TƢỚI, TIÊU NƢỚC VÀ PHÕNG CHỐNG XĨI MỊN .52 3.1 NGUN LÝ TƢỚI NƢỚC 52 3.1.1 Khái niệm 52 3.1.2 Lượng nước hao mặt ruộng 53 3.1.3 Công thức tưới cho trồng 62 3.1.4 Xác định chế độ tưới cho trồng 63 3.1.5 Xác định lưu lượng yêu cầu tưới mặt ruộng 71 3.1.6 Xác định lưu lượng yêu cầu đầu hệ thống tưới 72 3.2 NGUYÊN LÝ TIÊU, THOÁT NƢỚC 79 3.2.1 Nhu cầu tiêu thoát nước phương châm tiêu thoát nước 79 3.2.2 Tính tốn tiêu nước cho đất nông nghiệp 81 3.2.3 Tính tốn nước cho thị khu dân cư 85 3.2.4 Tính tốn tiêu nước cho giao thông 88 3.2.5 Tính tốn tiêu nước cho loại diện tích khác 88 3.3 XÓI MÕN VÀ BIỆN PHÁP PHÕNG CHỐNG XÓI MÕN 89 3.3.1 Xói mòn ngun nhân sinh xói mòn 89 3.3.2 Tác hại xói mòn 90 3.3.3 Biện pháp phòng chống xói mòn, cải tạo đất bạc màu 91 3.3.4 Biện pháp phòng chống bồi lắng 93 CHƢƠNG CƠNG TRÌNH DÂNG NƢỚC .97 4.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠNG TRÌNH DÂNG NƢỚC 97 4.1.1 Đặc điểm 97 4.1.2 Điều kiện ứng dụng 97 A ĐẬP ĐẤT 98 4.2 KHÁI NIỆM VỀ ĐẬP ĐẤT 98 4.2.1 Ưu nhược điểm đập đất 98 4.2.2 Phân loại 98 4.2.3 Nền đập đất 98 4.2.4 Vật liệu đắp đập 99 4.2.5 Chọn loại đập 99 4.3 THIẾT KẾ SƠ BỘ MẶT CẮT NGANG ĐẬP ĐẤT 100 4.3.1 Nội dung thiết kế 100 4.3.2 Đỉnh đập 100 4.3.3 Mái đập đập 101 4.3.4 Gia cố mái thượng lưu 102 4.3.5 Gia cố mái hạ lưu 103 4.3.6 Bộ phận chống thấm 103 4.3.7 Bộ phận thoát nước 104 4.4 TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT VÀ NỀN 105 4.4.1 Những vấn đề chung 105 4.4.2 Công thức Dupuit 106 4.4.3 Sơ đồ tính toán thấm 106 4.4.4 Tính tốn thấm qua đập đất đồng chất không thấm 108 4.4.5 Tính thấm qua đập đất thấm nước 109 4.4.6 Tính tổng lưu lượng thấm 110 4.5 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT 111 4.5.1 Hình thức ổn định đập đất 111 4.5.2 Trường hợp tính tốn 112 4.5.3 Tính hệ số ổn định 112 B ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 116 4.6 KHÁI NIỆM 116 4.6.1 Đặc điểm 116 4.6.2 Phân loại 117 4.7 MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC 117 4.7.1 Mặt cắt đập bêtông trọng lực 117 4.7.2 Mặt cắt thực tế đập bêtông trọng lực 119 CHƢƠNG CƠNG TRÌNH THÁO LŨ - CỬA VAN 121 5.1 KHÁI NIỆM 121 5.1.1 Khái niệm cơng trình tháo lũ 121 5.1.2 Tần suất tính tốn kiểm tra 121 5.2 CƠNG TRÌNH THÁO LŨ TRÊN MẶT 121 5.2.1 Đường tràn dọc 121 5.2.2 Đường tràn ngang 124 5.2.3 Xi phông tháo lũ 124 5.2.4 Giếng đứng tháo lũ 125 5.3 CƠNG TRÌNH THÁO LŨ DƢỚI SÂU 125 5.4 CỬA VAN 125 5.4.1 Khái niệm 125 5.4.2 Thiết kế cửa van phẳng gỗ 126 CHƢƠNG CƠNG TRÌNH LẤY NƢỚC 128 6.1 KHÁI NIỆM 128 6.1.1 Mục đích xây dựng cơng trình lấy nước 128 6.1.2 u cầu cơng trình lấy nước 128 6.2 CƠNG TRÌNH LẤY NƢỚC KIỂU HỞ 128 6.2.1 Điều kiện xây dựng 128 6.2.2 Phân loại 129 6.2.3 Các hình thức bố trí 130 6.3 CƠNG TRÌNH LẤY NƢỚC KIỂU KÍN 135 6.3.1 Điều kiện xây dựng 135 6.3.2 Phân loại 135 6.3.3 Các hình thức bố trí 135 CHƢƠNG CƠNG TRÌNH DẪN NƢỚC 139 7.1 KHÁI NIỆM 139 7.2 KÊNH VÀ ĐƢỜNG ỐNG DẪN NƢỚC 139 7.2.1 Kênh 139 7.2.2 Đường ống dẫn nước 143 7.3 CƠNG TRÌNH TRÊN KÊNH 145 7.3.1 Khái qt cơng trình kênh thường gặp 145 7.3.2 Cầu máng 145 7.3.3 Cống luồn 149 CHƢƠNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ CƢỜNG ĐỘ MỘT SỐ BỘ PHẬN CƠNG TRÌNH 151 8.1 TÍNH TỐN NỀN CƠNG TRÌNH THỦY 151 8.1.1 Khái niệm 151 8.1.2 Tính tốn theo trạng thái giới hạn I - cường độ ổn định 151 8.1.3 Tính tốn theo trạng thái giới hạn II - biến dạng (lún) 153 8.1.4 Tính tốn cường độ cho 153 8.1.5 Thiết kế kích thước đáy móng cơng trình 153 8.1.6 Trình tự tính tốn ổn định 154 8.2 TƢỜNG CHẮN ĐẤT 155 8.2.1 Khái niệm chung 155 8.2.2 Cấu tạo số loại tường chắn đất thông dụng 155 8.2.3 Tính tốn ổn định cho tường 156 8.2.4 Tính tốn cường độ cho tường 157 8.3 ỐNG NGẦM BÊTÔNG CỐT THÉP 158 8.3.1 Tải trọng tác dụng lên ống 158 8.3.2 Chọn trường hợp bất lợi để tính cường độ ống 158 8.3.3 Tính tốn nội lực kết cấu cho ống 158 8.4 TÍNH TỐN TẤM ĐÁY CƠNG TRÌNH THỦY 159 8.4.1 Khái niệm 159 8.4.2 Tính tốn ổn định thân cống (tấm đáy) 159 8.4.3 Tính tốn cường độ đáy 159 CHƢƠNG CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 162 9.1 GIỚI THIỆU 162 9.2 HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐỒ PHỤ TẢI 162 9.2.1 Hệ thống điện 162 9.2.2 Đồ phụ tải 162 9.3 SO SÁNH GIỮA THỦY ĐIỆN VÀ NHIỆT ĐIỆN 162 9.3.1 Nhiệt điện 162 9.3.2 Thủy điện: 163 9.4 NĂNG LƢỢNG DÕNG CHẢY VÀ TRẠM THỦY ĐIỆN (TTĐ) 163 9.4.1 Năng lượng dòng chảy 163 9.4.2 Trạm thủy điện 164 9.5 NGUYÊN LÝ VÀ BIỆN PHÁP KHAI THÁC THỦY NĂNG 164 9.5.1 Nguyên lý khai thác thủy 164 9.5.2 Biện pháp khai thác thủy 164 9.6 PHÂN LOẠI CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 164 9.6.1 Trạm thủy điện kiểu đập 164 9.6.2 Trạm thủy điện kiểu đường dẫn 165 9.6.3 Trạm thủy điện kiểu kết hợp đập - đường dẫn 166 9.7 THÀNH PHẦN CƠNG TRÌNH CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 166 9.7.1 Thành phần cơng trình trạm thủy điện kiểu đập 166 9.7.2 Thành phần cơng trình TTĐ kiểu đường dẫn kiểu hỗn hợp đập - đường dẫn 166 9.8 CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN TUYẾN NĂNG LƢỢNG 167 9.8.1 Bể lắng cát (BLC) 167 9.8.2 Đường dẫn nước (ĐDN) 168 9.8.3 Bể áp lực (BAL) 170 9.8.4 Đường ống tuabin (ĐOT) 171 9.8.5 Giếng điều áp (GĐA) 173 9.9 NHÀ MÁY CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 175 9.9.1 Phân loại nhà máy thủy điện (NMTĐ) 175 9.9.2 Kết cấu nhà máy thủy điện 179 9.10 TUA BIN NƢỚC 180 9.10.1 Khái niệm tuabin nước 180 9.10.2 Phân loại, phạm vi sử dụng loại tuabin nước 184 9.10.3 Tua bin xung lực 185 9.10.4 Tuabin phản lực 186 9.10.5 Hiện tượng xâm thực tuabin 188 9.10.6 Máy phát điện thiết bị điện 192 Chƣơng TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƢỚC 1.1 TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ TÀI NGUYÊN NƢỚC 1.1.1 Khái niệm tài nguyên nƣớc Nước thành phần quan trọng môi trường, nguyên liệu sống, sản xuất; nước gắn bó, đồng hành tiến hố tự nhiên phát triển lịch sử loài người Trong tự nhiên, nước cần thiết cho tồn tại, sinh trưởng phát triển sinh vật, nước chiếm khoảng 70% đến 80% trọng lượng thể sinh vật, tham gia vào trình sống sinh vật (Quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng, vận chuyển chất dinh dưỡng, phản ứng tạo chất trao đổi chất thể sinh vật ); phát triển tiến hoá sinh vật tự nhiên phần có liên quan chịu ảnh hưởng nước, khơng có nước khơng có sống Chu trình tuần hồn nước tự nhiên yếu tố định đến ổn định môi trường sống đa dạng hệ sinh thái Sự vận động nước giữ cho điều kiện sinh thái vùng có tính ổn định tương đối, sở cho phát triển tiến hố lồi, q trình đóng vai trò quan trọng việc trì lành bền vững môi trường sống Lịch sử chứng minh phát triển xã hội loài người ln gắn bó với nguồn nước, người cần nước để trì sống phát triển sản xuất Nước sử dụng nông nghiệp, thuỷ sản, công nghiệp ngành dùng nước khác, nước điều kiện tiên để phát triển thuỷ điện, giao thơng thuỷ trì mơi trường sống cho mn loài Tuy nhiên, nước gây tác hại lớn người Thiếu nước làm cho mùa màng thất thu, công nghiệp chậm phát triển, điều kiện sống người khó khăn Thừa nước sinh lũ lụt tàn phá ruộng đồng, làng mạc, gây tổn thất lớn sinh mạng người, hạ tầng kỹ thuật.v.v Các khu dân cư, đô thị hình thành phát triển bên cạnh nguồn nước, nguồn nước cạn kiệt đồng nghĩa với suy thối khu dân cư thị Vì vậy, nước coi tài nguyên, tư liệu thiết yếu cho sống người Tài nguyên nước bao gồm tất dạng tồn nước thuỷ (mưa, băng, tuyết, nước sông suối, ao hồ, nước tầng chứa nước đất nước biển) Cùng với phát triển khoa học công nghệ, tài nguyên nước ngày bổ sung phong phú Trước người biết khai thác nguồn nước phạm vi sông, suối, ao, hồ để phục vụ cho nhu cầu thiết yếu sinh hoạt sản xuất giản đơn Ngày nay, người khoan sâu vào tầng đất lấy nước ngầm, biến nước mặn thành nước để sử dụng cho nhiều mục đích khác Trong tương lai gần, băng, tuyết núi cao vùng cực trở thành nguồn tài nguyên nước có tiềm lớn người Nước tài nguyên có khả tái tạo số lượng chất lượng, nhiên khả tái tạo nước vô tận Chu kỳ tái tạo tồn nước phụ thuộc vào dạng tồn điều kiện tự nhiên, khơng phụ thuộc vào mong muốn chủ quan người; chu kỳ tái tạo nước sơng, suối, ao hồ dài khoảng năm chu kỳ tái tạo nước ngầm tầng sâu kéo dài từ vài năm đến hàng nghìn năm Vì khai thác sử dụng nguồn nước vượt q khả tự tái tạo nguồn nước bị cạn kiệt Tiềm tài nguyên nước đánh giá đặc trưng trữ lượng nước, chất lượng nước động thái nước: - Trữ lượng nước khu vực tổng lượng nước khu vực tính khoảng thời gian (tuần, tháng, mùa, năm, nhiều năm) Trữ lượng nước biểu thị phong phú nguồn nước lưu vực sông, vùng lãnh thổ - Chất lượng nước thể hàm lượng chất hồ tan khơng hồ tan có nước, chất lượng nước có ảnh hưởng định đến mục đích sử dụng nước - Động thái nước thể thay đổi đặc trưng dòng chảy theo thời gian, vận chuyển, quy luật vận động trao đổi chất nước tự nhiên khu vực nghiên cứu vận động qua lại nước khu vực nghiên cứu với khu vực chứa nước lân cận Tài nguyên nước phân bố không theo không gian thời gian, phân bố trữ lượng, chất lượng nước động thái nước tự nhiên thường khơng phù hợp với mục đích sử dụng người Để thoả mãn nhu cầu dùng nước, phòng tránh, giảm thiểu tác hại nước gây ra; người phải biết cách điều tiết phân bố lại nguồn nước; khai thác, sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm, phù hợp với qui luật vận động khả tái tạo nước tự nhiên, đảm bảo phát triển bền vững tự nhiên người 1.1.2 Tài nguyên nƣớc trái đất Nước trái đất có trạng thái khác (nước thể lỏng, nước thể rắn, nước), tồn khắp nơi: nước khí quyển, nước đại dương, nước mặt đất (sông, suối, ao, hồ, đầm lầy), nước ngầm Khoảng không gian tồn vận động nước gọi thuỷ quyển, thuỷ phát triển đến độ cao 15 km sâu khoảng km so với bề mặt trái đất Dưới tác động yếu tố khí hậu, địa hình, địa mạo, nước lôn vận động thuỷ theo chu trình gọi chu trình thuỷ văn (Hình 1.1) Chu trình thuỷ văn thể động thái nước trái đất, khả tái tạo dạng nguồn nước, đồng thời phản ảnh phân bố không nước trái đất Theo số liệu ước tính UNESCO năm 1978, tổng lượng nước thuỷ 1386 triệu km3, phân bố sau: Bảng 1-1 Phân bố tổng lượng nước trái đất [10] Tổng lượng nước thuỷ 1386,0 100 Loại nước Trữ lượng (106 km3) Tỷ lệ (%) Nước mặn 1351,0 97,5 Nước Dạng rắn Dạng lỏng 24,3 10,7 1,75 0,75 Bảng 1-2 Phân bố nước dạng lỏng thuỷ [10] Loại nước Tổng Trữ lượng (106 km3) Tỷ lệ (%) 10,7 100 Nước ngầm 10,5 98,3 Hồ Đầm lầy 0,102 0,95 Thổ nhưỡng 0,047 0,44 Sơng ngòi 0,020 0,19 Khí 0,020 0,19 Sinh 0,011 0,10 Các số liệu cho thấy dạng tồn nước trái đất phân bố không đều, lượng nước mặn biển đại dương chiếm tỷ lệ lớn, lượng nước chiểm tỷ lệ nhỏ, phần lớn lượng nước tồn dạng băng tuyết, khó khai thác sử dụng 1.1.3 Tài nguyên nƣớc Việt Nam [10] Tài nguyên nước mưa: Tổng lượng mưa bình quân nhiều năm lãnh thổ Việt Nam khoảng 1900mm, tương ứng với tổng lượng nước 640 tỷ m3/năm Lượng mưa (45) tháng mùa mưa chiếm khoảng (7585)% tổng lượng mưa năm; lượng mưa tháng lại mùa khơ chiếm khoảng (1525)% tổng lượng mưa năm Có vùng lượng mưa lớn vùng Hoàng Liên Sơn, vùng núi bắc Trung Bộ, lượng mưa bình quân nhiều năm khoảng (20003000) mm; ngược lại có vùng mưa Phan Rang, Phan Rí, lượng mưa bình quân nhiều năm có khoảng 600mm Chất lượng nước mưa nhìn chung tốt, song thị khu công nghiệp lớn vùng lân cận nước mưa có độ pH thấp (pH 0) ta sơ phân hạ lưu đập thành hai phần (Hình 4.9b) Lưu lượng thấm qua phần tam giác nằm phía mặt nước hạ lưu: a0 q1 K (4.15) m 0,5 Lưu lượng thấm qua phần hình thang phía mặt nước hạ lưu: a0 q Kh (4.16) m2h (m 0,5)a 2m Lưu lượng thấm tổng cộng: a0 h2 1 q q1 q K (4.17) m 0,5 a h Trong đó: m2 2m 0,5 (4.18) 108 Mặt khác vận dụng cơng thức tính lưu lượng qua phần thân đập thượng lưu, ta có: h 12 a h (4.19) qK 2L L m a h Dựa vào hệ phương trình (4.17) (4.19) ta xác định hai ẩn số q a0 Phương trình đường bảo hồ theo hệ trục toạ độ xOy (Hình 4.9) là: K (4.20) x h1 y 2q Đập đồng chất hạ lưu có thiết bị nước Khi hạ lưu đập khơng có nước (Hình 4.10a) dựa vào lý luận toán thấm ta có: a 2l L L2 h12 L L (4.21) h 12 a 02 (4.22) Ka 2L L Phương trình đường bảo hồ lấy theo (4.9) Khi hạ lưu có nước trục hồnh Ox nằm ngang mực nước hạ lưu (Hình 4.10b) Lúc để tính a0 (hoặc l) dùng dạng cơng thức (4.21), song phải thay h1 h1 - h2 qK y h1 a/ a0 x l L+L O y h1 b/ L+L h2 x l Hình 4.10 Sơ đồ tính thấm qua đập đồng chất không thấm, hạ lưu có thiết bị nước Lưu lượng thấm xác định theo công thức: K q h 12 h a 2L L Phương trình đường bảo hồ: h1 h y x L L (4.23) (4.24) 4.4.5 Tính thấm qua đập đất thấm nƣớc Trong thực tế thường hay gặp loại đập đất thấm nước Hệ số thấm đập khác với hệ số thấm Đặc biệt đáng ý trường hợp thấm nước mạnh Hệ số thấm độ sâu tầng thấm nước có ảnh hưởng lớn đến lưu lượng thấm, vị trí hình dạng đường bảo hồ 109 Những tốn thuộc loại phức tạp, phải đề cập đến môi trường nhiều lớp điều kiện biên phức tạp Vì cách giải tốn thuộc loại bị hạn chế Phần lớn cho cách tính tốn gần đúng, đơn giản Trường hợp thấm hữu hạn, (Hình 4.11) Theo đề nghị N N Pavơlốpxki, tính tốn xem không thấm để xác định lưu lượng thấm qua thân đập q1 Cách tính tốn trường hợp trình bày phần trên, dễ dàng thiết lập lại công thức tuỳ theo sơ đồ thực tế đập L T h1 K Kn Hình 4.11 Sơ đồ tính thấm đập đồng chất thấm nước có chiều dày hữu hạn Sau tính thấm qua với giả thiết thân đập không thấm Lưu lượng q2 xem chảy qua đường ống h 1` (4.25) q2 Kn L 0,88T Trong đó: Kn: hệ số thấm T: chiều dày tầng thấm nước L: chiều dài đáy đập Khi đập có thiết bị nước chiều dài kể từ mép chân đập thượng lưu đến đầu vị trí thiết bị thoát nước 0,88T: đoạn hiệu chỉnh chiều dài tường thấm cửa vào cửa Lưu lượng tổng cộng hai phần lưu lượng hợp thành q = q1 + q2 4.4.6 Tính tổng lƣu lƣợng thấm Ở phần nghiên cứu giải toán phẳng Trong thực tế mặt cắt đập biến đổi nhiều theo dọc trục đập Nói cách khác tốn thấm qua đập đất tốn khơng gian Để tính lưu lượng thấm qua đập, người ta dựa vào địa hình phân đập thành nhiều đoạn (Hình 4.12) Lưu lượng thấm qua mặt cắt điển hình xác định theo công thức phần Sau tìm lưu lượng bình quân qua đoạn đập, người ta tính tổng lưu lượng thấm theo cơng thức đơn giản gần đúng: Q q1l1 q1 q l q n 2 q n 1 l n 1 q n 1l n (4.26) l1 l2 l3 ln-1 ln Hình 4.12 Sơ đồ tính tổng lưu lượng thấm 110 Trên nghiên cứu giải số trường hợp thấm qua đập đất điển hình Trong thực tế xây dựng gặp nhiều trường hợp khác, đắp đập nhiều loại đất, đập có tường lõi sân trước Ứng với trường hợp cụ thể cần vận dụng nguyên lý chung để giải phối hợp phương pháp lý luận, thí nghiệm đồ giải Cá biệt gặp vấn đề phức tạp đất không đồng chất, không đẳng hướng Đối với đất mà hàm lượng sét lớn, tác dụng mao dẫn làm thay đổi đường dòng, tăng lưu lượng thấm Do phải dựa vào tình hình địa chất thuỷ văn, địa chất cơng trình, thời gian thi công sử dụng đập để chỉnh lý kết tính tốn 4.5 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT 4.5.1 Hình thức ổn định đập đất Đập đất thường có mái thoải, khối lượng lớn, khơng có khả trượt tồn khối đập tác dụng tải trọng khác Khả ổn định xẩy trượt mái, mái với phần nền, trượt lớp bảo vệ mặt mái Tùy theo cấu tạo, vật liệu đắp đập nền, mặt trượt mặt cong bất kỳ, mặt phức hợp bao gồm đoạn cong phẳng nối với Trong tính tốn, để đơn giản thường giả thiết gần mặt trượt hình trụ tròn (trên mặt cắt ngang đập mặt trượt cung tròn bán kính R, gọi cung trượt) Trường hợp có lớp kẹp mềm yếu, đá mặt trượt thường có đoạn dọc theo lớp kẹp yếu hay mặt đá, buộc phải xét mặt trượt mặt phức hợp Các dạng ổn định đập đất sau: h1 h1 MNTL m2 Mặt trượt m1 Hình 4.13 Trượt qua chân đập Thường xảy đá hay đất tốt h1 h1 MNTL m2 Mặt trượt m1 Hình 4.14 Trượt ăn sâu vào Thường xảy đất xấu (cường độ thấp) sét mềm, sét nhão, bùn hh1 MNTL m2 Mặt trượt m1 Lớp kẹp mềm yếu Hình 4.15: Trượt qua lớp kẹp mềm yếu Thường xảy có lớp kẹp mềm yếu sét nhão, bùn 111 MNTL Mặt trượt hh1 m2 m1 Hình 4.16: Trượt phần mái đập Thường xảy mái đập dốc, mực nước thượng lưu hạ đột ngột Trong thực tế khối trượt có chiều dài hạn chế tính tốn, để đơn giản hóa thường xét theo tốn phẳng 4.5.2 Trƣờng hợp tính tốn Để đảm bảo cho đập làm việc an tồn trường hợp, tính tốn thiết kế cần dự kiến trường hợp bất lợi Thường xét đến trường hợp sau: Mái thượng lưu - Khi hồ tích nước đến khoảng 1/3 chiều cao Hđ - Khi hồ có MNDBT, hạ lưu có mực nước thấp - Khi mực nước hồ rút nhanh từ mực nước lớn đến cao trình xác định Trường hợp thường bất lợi phát sinh dòng thấm ngược từ đập phía thượng lưu, gây lực thấm kéo mái đập trượt theo hướng Mái hạ lưu - Khi hồ có MNDBT, mực nước hạ lưu thấp - Khi hồ có MNDGC, mực nước hạ lưu tương ứng tháo lũ - Khi hồ có MNDBT, đập có thiết bị chống thấm hay thiết bị nước khơng làm việc bình thường (làm cho đường bão hòa thân đập dâng cao) Ngoài ra, đập xây dựng vùng có động đất cần tính đến trường hợp 4.5.3 Tính hệ số ổn định Phương pháp tra bảng Golestêin Trường hợp đập có tải trọng đơn giản: Chỉ có trọng lượng thân, trước đập khơng có nước hay tồn ngập nước, khơng có áp lực thấm, khơng có áp lực khe rỗng Đập đồng chất cường độ đất khơng nhỏ cường độ đất thân đập, áp dụng phương pháp tra bảng Golestêin Hệ số an toàn ổn định mái đập: C (4.27) K f A B H Trong đó: A, B: hệ số quan hệ với độ xoải mái độ sâu khối trượt ăn sâu vào nền, xác định theo (Bảng 4.3) f: hệ số ma sát đất, f = tg C: lực dính đơn vị đất (N/m2) γ1: trọng lượng riêng đất (N/m3) H: chiều cao mái đất (m) Khi dùng phương pháp để tính tốn cần ý trường hợp sau: - Nếu đất có góc ma sát lớn ( > 100) điểm cung trượt xem qua chân đập - Nếu đất có góc ma sát nhỏ ( 100) cung trượt nguy hiểm ăn sâu vào đập Dưới có tầng đất cứng hay đá hạn chế ăn sâu cung nguy hiểm 112 Đập thuộc trường hợp tải trọng đơn giản thực tế có đập thấp thuộc cấp IV cấp IV dùng phương pháp để tính tốn Nhưng hệ số an toàn ổn định cho phép [K] = 2,0 Đối với đập thấp quan trọng (từ cấp IV trở xuống) thân đập khơng đồng chất dùng trị số bình quân gia quyền trọng lượng riêng, lực dính góc ma sát để tính ổn định theo phương pháp h h n h n i h i tb 1 h h h n H C h C h C n h n C i h i (4.28) C tb 1 h h h n H f h f h f n h n f i h i f tb 1 2 h h h n H Trong đó: h1, h2, , hn: chiều cao lớp đất (m) γ1, γ2, , γn: trọng lượng riêng đất (N/m3) C1, C2, , Cn: lực dính đơn vị đất thuộc lớp (N/m2) f1, f2, , fn: hệ số ma sát đất thuộc lớp H: chiều cao đập (m) Bảng 4.3 Các hệ số A B Độ dốc mái đập 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 Cung trượt qua chân đập A 2,34 2,64 2,64 2,87 3,23 3,49 3,53 3,59 3,59 B 5,79 6,05 6,50 6,58 6,70 7,27 7,30 8,02 8,81 Cung trượt qua độ sâu T có tầng đất cứng 1 T H T H T H T=H 2 A B A B A B A B 2,56 6,10 3,17 5,92 4,32 5,80 5,78 5,75 2,66 6,32 3,24 6,02 4,43 5,86 5,86 5,80 2,80 6,53 3,32 6,13 4,54 5,93 5,94 5,85 2,93 6,72 3,41 6,26 4,66 6,00 6,02 5,90 3,10 6,87 3,53 6,40 4,78 6,08 6,10 5,95 3,26 7,23 3,66 6,56 4,90 6,16 6,18 5,98 3,46 7,62 3,82 6,74 5,03 6,26 6,26 6,02 3,68 8,00 4,02 6,95 5,17 6,34 6,34 6,05 3,93 8,40 4,24 7,20 5,31 6,44 6,44 6,09 Tính tốn ổn định theo phương pháp cung trượt Đây loại mặt trượt thường gặp Phương pháp tính tốn sau: a Tính hệ số an toàn cho cung trượt Với cung trượt, khả ổn định đánh giá tỷ số tổng mômen chống trượt MC với tổng mômen gây trượt Mt lực tác dụng vào khối trượt, lấy tâm trượt 0: MC K (4.29) Mt Để xác định MC Mt, thường sử dụng phương pháp phân cột: chia khối trượt thành nhiều R cột thẳng đứng có chiều rộng b , m: số bất kỳ; bỏ qua lực tương tác cột (là nội lực m khối trượt), xét lực tương tác đáy cột phần cố định Trị số MC, Mt tổng cộng tất cột khối trượt 113 Với cột đất, trị số MC, Mt phụ thuộc vào trọng lượng cột, lực thấm, lực ma sát lực dính đáy cột Về áp lực thấm, có nhiều phương pháp tính tốn khác Ứng với phương pháp tính lực thấm cho ta cơng thức tính ổn định mái tương ứng Sau trình bày phương pháp tính áp lực thấm theo Ghecxêvanơp: Coi khối trượt vật rắn, áp lực thấm xét lực đẩy đáy cung trượt (hướng vào tâm) Đường bảo hòa R O n b N G Hình 4.17 Sơ đồ tính ổn định trượt mái đập theo Ghecxêvanơp Xét cung trượt Hình 4.17 Khối trượt chia thành cột có chiều rộng b (cột số có đường trung tâm trùng với đường thẳng đứng qua tâm trượt 0; thứ tự cột đánh tăng dần từ phải qua trái) Xét cột thứ n có trọng lượng là: Gn = (1h1 + 2h2 + …)b Trong i trọng lượng riêng phần đất có chiều cao hi cột Trên hình 4.17, h1 chiều cao phần đất thân đập nằm đường bảo hòa có trọng lượng riêng lấy theo đất ẩm (w); h2 chiều cao phần đất thân đập nằm đường bảo hòa (bh); h3 chiều cao phần đất cột, lấy theo trọng lượng riêng bảo hòa đất Trượt lực Gn xuống đáy cột phân tích thành phần: - Thành phần pháp tuyến: Nn = Gn cosn - Thành phần tiếp tuyến: Tn = Gn sinn Trong n góc nghiêng tia On (nối tâm trượt với điểm đáy cột thứ n) so với phương thẳng đứng Với cách đánh số cột nêu trên, ta có: n2 nb n cos R m m Lực thấm đẩy đáy cột xác định áp lực thủy tĩnh: b Wn h cos n Trong đó: : trọng lượng riêng nước h: chiều cao phần đất bảo hòa nước cột (khoảng cách thẳng đứng từ đường bảo hòa đến đáy cột) Chiều lực Wn hướng vào cung trượt, tức ngược chiều với lực Nn Chính lực pháp tuyến Cn b (Nn - Wn) gây ma sát đáy cột Còn lực dính đáy cột Các lực ma sát lực dính cos n gây mơmen chống trượt, lực tiếp tuyến Tn gây mơmen trượt sin 114 Cn b M C N n Wn tg n R cos n Trong n Cn góc ma sát lực dính đơn vị đất đáy cột thứ n Momen gây trượt: Mt = Tn R Thay vào (4.29) ta có: Mơmen chống trượt: Nn Wn tgn K bCn cos n (4.30) Tn Ngoài phương pháp nêu trên, thiết lập cơng thức tính hệ số ổn định cung trượt theo phương pháp khác như: áp lực trọng lượng, phương pháp Bishop, Janbu… b Tính hệ số an tồn nhỏ (Kmin) Trên lập cơng thức tính K cho cung trượt Với trường hợp tính tốn, cần xác định hệ số an tồn nhỏ Kmin Sau phương pháp kinh nghiệm để xác định nhanh Kmin * Xác định vùng chứa tâm trượt nguy hiểm - Phương pháp Philennit: Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM1, điểm M nằm độ sâu Hđ (chiều cao Bảng 4.4 Trị số góc , đập) cách chân mái khoảng m (độ) (độ) m (độ) (độ) 4,5Hđ phía mái đối diện Điểm M1 giao 1,0 37 28 3,0 35 25 tia Ax B1y (Hình 4.18) Tia Ax lập 1,5 35 26 4,0 36 25 với phương ngang góc ; tia B1y lập với 2,0 35 25 5,0 39 25 phương mái (trung bình) góc Trị số phụ thuộc vào hệ số độ nghiêng m mái xét, xác định theo (Bảng 4.4) b F c a r2 d r1 Kminmin Hđ 850 Hđ A M1 M 4,5Hđ Hình 4.18 Sơ đồ xác định tâm trượt nguy hiểm - Phương pháp Phanđêep: Coi tâm trượt nguy hiểm nằm phạm vi hình thang cong abcd (Hình 4.18) xác định sau: I điểm mái trung bình; tia Ib thẳng đứng; tia Ic 115 lập với phương mái góc 850; cung ad bc tương ứng có bán kính r1 r2 xác định theo (Bảng 4.5) Bảng 4.5 Trị số bán kính r1, r2 (Hđ: chiều cao đập) m r1/Hđ r2/Hđ 1,0 0,75 1,5 2,0 0,75 1,75 3,0 1,0 2,3 4,0 1,5 3,75 5,0 2,2 4,8 6,0 3,0 5,5 Chú ý: Các phương pháp nêu sơ để định hướng Vị trí tâm trượt nguy hiểm phụ thuộc nhiều vào địa chất nền, vật liệu đắp đập có trường hợp vị trí tâm trượt nguy hiểm không rơi vào vùng nêu * Quy trình tìm tâm trượt nguy hiểm Kmin Đầu tiên ta xét cung trượt có điểm chân mái (B1) Gọi E, F giao miền nêu trên, tức phạm vi dễ tìm thấy tâm trượt nguy hiểm Trên đoạn giả thiết tâm 01, 02, 03… tương ứng tìm hệ số an tồn ổn định K1, K2, K3…Vẽ biểu đồ quan hệ K0 (Hình 4.18) ứng với cực tiểu biểu đồ tìm tâm nguy hiểm (Ví dụ: 02) Tại tâm này, kẻ đường vng góc với đoạn EF đường lại giả thiết tiếp tâm 4, 05… tìm hệ số an tồn K tương ứng (K4, K5…) Tiếp tục vẽ biểu đồ quan hệ K0 hướng tìm cực tiểu tâm trượt nguy hiểm cần tìm, tương ứng với hệ số an toàn ổn định Kmin1 Lặp lại bước tương tự ứng với cung trượt có điểm B2, B3…, vẽ biểu đồ quan hệ KminB chân mái (Hình 4.18) Cực tiểu biểu đồ trị số Kmin cần tìm (ứng với trường hợp xét) Do khối lượng tính tốn lớn, thường sử dụng phần mềm máy tính kiểm tra ổn định mái đập Phần mềm sử dụng rộng rãi Geo-Slope Canada Khi sử dụng phần mềm tính ổn định, cần hiểu giới hạn nó, quy định cụ thể tiêu vật liệu đưa vào… B ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 4.6 KHÁI NIỆM Đập bê tông trọng lực loại đập có khối lượng bêtơng (hoặc đá xây) lớn giữ ổn định nhờ trọng lượng thân Loại đập thường xây đá Cũng có trường hợp đập xây đất, đáy đập phải mở rộng phải xử lý tốn 4.6.1 Đặc điểm - Có thể kết hợp tràn nước qua thân đập, bố trí cơng trình đầu mối, khơng cần phải đặt đường tràn xả lũ thân đập - Vật liệu làm đập có độ bền cao, tính biến dạng nhỏ - Có thể bố trí dẫn dòng thi cơng qua đập xây dở Việc thi cơng đập chịu ảnh hưởng thời tiết so với đập đất Một số điểm cần ý xây dựng loại đập yêu cầu tương đối cao, bêtông khối lớn khó tỏa nhiệt nên cần bố trí khối đổ khe thi công hợp lý để tránh cho bê tông khỏi bị nứt nẻ ứng suất nhiệt Trên giới, đập bê tông sử dụng rộng rãi Trong đập xây dựng khoảng 100 năm gần số lượng đập bê tông chiếm gần 50% Đập bê tông trọng lực cao đập Grand Diksans (Thụy Sĩ) cao 284m Ở Việt Nam, trước có số đập bê tơng (hoặc đá xây) tràn nước có chiều cao khơng lớn: đập Cầu Sơn, Bái Thượng, Thạch Nham… Gần đây, số đập bê tông trọng lực tương đối cao xây dựng: đập Tân Giang (Ninh Thuận) 39,5m; đập Lòng Sơng (Bình Thuận) 46m 116 α 1.h h Về vật liệu làm đập trước sử dụng đá xây bê tông thường Gần đây, công nghệ bê tông đầm lăn phát triển phổ biến rộng rãi 4.6.2 Phân loại Theo kết cấu, đập bê tơng có loại sau: Đập trọng lực đặc hay đập trọng lực truyền thống mặt cắt thường hình tam giác hay đa giác Loại có kết cấu đơn giản sử dụng nhiều vật liệu bê tơng, kết cấu bê tơng khối lớn khó tỏa nhiệt Để khắc phục nhược điểm này, xét đến loại đập trọng lực cải tiến sau Đập trọng lực khe rỗng Các đập thuộc loại chia thành nhiều đơn nguyên, đơn nguyên có khe mở rộng để giảm khối lượng bê tơng, tăng khả toả nhiệt Đập có khoét lỗ lớn sát Ngoài tác dụng tiết kiệm vật liệu dễ tỏa nhiệt, lỗ lớn sát kết hợp làm hành lang khoan vữa vào nền, hành lang thoát nước thấm hay bố trí gian máy trạm thủy điện (đối với đập lớn) Đập có neo vào Các thép ứng suất trước đặt sát mặt thượng lưu đập neo chặt vào đá tốt nên tăng cường ổn định loại trừ khả sinh ứng suất kéo mặt Nhờ bề rộng đáy đập làm nhỏ so với đập truyền thống Đập kiểu ngăn hộp Với loại đập này, vách ngăn hộp bê tông lắp ghép đổ chỗ, hộp đổ đầy đất, đá để tăng trọng lượng cho đập, đảm bảo điều kiện ổn định chống trượt 4.7 MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC 4.7.1 Mặt cắt đập bêtông trọng lực Mặt cắt đập khơng tràn có hình dạng tam giác, áp lực thủy tĩnh phía thượng lưu tác dụng vào đập dạng tam giác Khi thiết kế mặt cắt thường xuất phát từ ba điều kiện: - Điều kiện ổn định: Bảo đảm hệ số an toàn ổn định trượt mặt cắt nguy hiểm không nhỏ trị số cho phép - Điều kiện ứng suất: Không để xuất ứng suất kéo mép thượng lưu Ứng suất nén mép hạ lưu không vượt trị số cho phép - Điều kiện kinh tế: Bảo đảm khối lượng cơng trình nhỏ Dưới ta xét đoạn đập có chiều dài đơn vị (1m) tiết diện ngang hình tam giác ABC, chiều cao đập h, chiều rộng đáy đập b, hình chiếu mái thượng lưu n.b, mái hạ lưu (1-n)b n < (1- n)b n.b Ở ta xem mực nước thượng lưu ngang đỉnh đập, W hạ lưu khơng có nước A Các lực tác dụng lên đoạn đập gồm: - Trọng lượng thân đập G W1 - Áp lực nước nằm ngang thẳng đứng tác dụng lên G mái thượng lưu đập W1 W2 - Áp lực thấm đáy đập Wt (Hình 4.19) B C b/2 b/2 Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ứng suất b Ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt ngang đập xác định theo công thức nén lệch tâm Wt G 6M σ’ (4.31) σ" b b2 Trong đó: Hình 4.19 Sơ đồ tính tốn mặt cắt G: tổng lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt tính tốn 117 G = G + W2 - Wt bh nbh bh bh 1 n 1 1 2 2 γ, γ1: trọng lượng riêng nước vật liệu làm đập 1: hệ số áp lực thấm lại tác dụng cản trở màng chống thấm M0: tổng mômen lực trọng tâm mặt cắt tính tốn G 1 (4.32) b nb h h bh b nbh b nb bh M0 1 1 2 M b2h h 2 1 3n 2n 1 21n 12 b (4.33) Thay trị số G M0 vào công thức (4.31) lấy dấu trừ trước số hạng thứ hai ta có ứng suất mép thượng lưu đáy đập ’ hồ đầy nước h2 ' h 1 1 n n 2 n 1 (4.34) b Để thỏa mãn điều kiện mép thượng lưu đập không sinh ứng suất kéo, tức ’ = ta tìm chiều rộng đáy đập h (4.35) b 1 1 n n2 n 1 Khối lượng công trình nhỏ biểu thức công thức (4.35) đạt trị số cực đại Lấy đạo hàm biểu thức theo n cho không ta được: 2 n (4.36) Nếu γ1 = 2,4 T/m3 (bê tông), γ = T/m3 (nước) n = -0,2 nghĩa mái thượng lưu đập có độ dốc ngược Mặt cắt đập gây khó khăn thi cơng phát sinh ứng suất kéo mặt hạ lưu đập đập vừa thi công xong hay tháo cạn hồ, người ta thường lấy n = Khi mái thượng lưu thẳng đứng chiều rộng b là: h (4.37) b 1 1 Nếu 1 = 0,5, γ1 = 2,4 T/m3 (bê tông), γ = T/m3 (nước) b = 0,73h Nếu có biện pháp giảm áp lực thấm không (1 = 0) b = 0,65h Ta thấy trường hợp khơng có áp lực thấm chiều rộng đáy đập b nhỏ trường hợp có áp lực thấm khối lượng vật liệu làm đập giảm (10 25)% Vì cần thiết phải có biện pháp cơng trình để giảm áp lực thấm đáy đập Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định Điều kiện bảo đảm ổn định đập Kc.W1 = f.G (4.38) Trong : f : hệ số ma sát đập Kc : hệ số an toàn ổn định đập Thay trị số W1 G vào công thức (4.38) ta có : 118 h2 bh 1 n 1 f 2 h Do b K c (4.39) 1 f n 1 Nếu n = 0, f = 0,7 (nền đá), γ1 = 2,4 T/m3 (bê tông), γ = T/m3 (nước), 1 = 0,5 Kc =1 (điều kiện cân giới hạn) b = 0,75h Nếu 1 = b = 0,6h Ta thấy f = 0,7 (nền đá) áp lực thấm nhỏ chiều rộng đáy đập b điều kiện cường độ định, trường hợp áp lực thấm lớn b điều kiện ổn định khống chế Để định chiều rộng đáy đập hợp lý phải tiến hành tính tốn so sánh cụ thể Ta tìm n vừa thỏa mãn điều kiện ứng suất điều kiện ổn định sở cân hai phương trình (4.35) (4.39) Sau biến đổi ta có : 2 K c2 1 1 K c K2 K c 1 K c 2 1 n 21 1 1 1 n f f f f f Đây phương trình bậc hai theo n Với toán cụ thể tham số phương trình biết, ta xác định trị số n 4.7.2 Mặt cắt thực tế đập bêtông trọng lực Mặt cắt thực tế đập bê tông trọng lực cho nước tràn qua chọn xuất phát từ mặt cắt bản, có thêm bớt số phần cho phù hợp với điều kiện tháo nước nối tiếp dòng chảy hạ lưu Kc c) c/ b) b/ a/ a) OO xx O O xx RR RR yy yy Hình 4.20 Các dạng mặt cắt đập tràn a Đập có đầu hình elip (có chân khơng) b Đập tràn dạng khơng chân khơng c Đập khơng chân khơng có phần nhơ phía trước Đỉnh đập: Đỉnh đập tràn cấu tạo theo dạng khơng chân khơng hay có chân khơng (đầu tràn dạng tròn, elíp) Loại mặt cắt có chân khơng có tăng hệ số lưu lượng tràn, làm việc không ổn định dễ sinh chấn động phát sinh khí thực phần đầu tràn trị số chân không vượt mức cho phép Vì nên làm đỉnh tràn có chân khơng có luận chứng xác đáng Đối với cơng trình quan trọng, làm việc đập mức độ chân không đỉnh đập cần phải kiểm tra qua thí nghiệm mơ hình Dạng đỉnh tràn khơng chân khơng có chế độ làm việc ổn định thường sử dụng nhiều (Hình 4.20b) Khi cần mở rộng đoạn nằm ngang đỉnh để bố trí cửa van thiết bị, làm đỉnh tràn có phần nhơ phía trước (Hình 4.20c) 119 Mái đập: Để bảo đảm điều kiện ổn định nối tiếp liên tục với phần đập không tràn, mái thượng hạ lưu đập lấy theo trị số n mặt cắt tính Tại vị trí chuyển tiếp từ đường cong đỉnh tràn (đã xác định trên) sang đường thẳng mặt mái hạ lưu, đường thẳng phải tiếp tuyến với đường cong đỉnh tràn để tránh tạo điểm gẫy, tức tránh tạo nguồn sinh chân khơng, khí thực cục mặt tràn Chân mái hạ lưu: Tuỳ theo hình thức tiêu chọn, chân mái hạ lưu bể tiêu (tiêu đáy), mũi phun (tiêu phóng xa), hay bậc thụt (tiêu mặt) Nối tiếp mặt hạ lưu tràn phận tiêu phải qua đoạn chuyển tiếp, thường chọn cung tròn bán kính R Khi nối tiếp với bể tiêu năng, trị số R chọn sau: R = (0,2 0,5)(P + Ht) (4.40) Trong đó: P: chiều cao đập tính đến cao trình đáy bể tiêu Ht: cột nước đỉnh tràn Nếu nối tiếp với mũi phun, bán kính R chọn: R = (6 10)hc (4.41) Với hc độ sâu co hẹp mũi phun Câu hỏi ôn tập: 4.1 Nêu ưu nhược điểm phân loại đập đất 4.2 Trình bày yêu cầu đập đất vật liệu đắp đập đất 4.3 Nêu nguyên tắc chọn loại đập đất 4.4 Trình bày cách xác định kích thước đập đất: Cao trình đỉnh đập, chiều rộng đỉnh đập, độ xoải mái đập 4.5 Nêu cấu tạo, tác dụng, đặc điểm điều kiện ứng dụng phận thoát nước thường gặp đập đất: Kiểu lăng trụ, Kiểu áp mái 4.6 Trình bày sơ đồ cơng thức tính tốn qua đập đất khơng thấm 4.7 Nêu sơ đồ tính thấm cơng thức tính tốn qua đập đất thấm nước 4.8 Trình bày hình thức ổn định nguyên nhân chủ yếu gây ổn định đập đất 4.9 Trình bày sơ đồ tính tốn cơng thức tính tốn hệ số ổn định đập đất theo phương pháp cung trượt 4.10 Nêu đặc điểm phân loại đập bêtơng trọng lực 4.11 Trình bày cách xác định kích thước mặt cắt đập bêtơng trọng lực 4.12 Trình bày cách xác định kích thước mặt cắt thực tế đập bêtông trọng lực 120 ... âoản 2 010 2020 16 5 12 0 200 15 0 85 80 10 10 22 ÷ 45 < 25 ÷ 10 99 95 10 10 22 ÷ 45 < 20 ÷8 12 0 80 15 0 10 0 85 75 10 10 22 ÷ 45 < 25 8÷ 10 99 90 10 10 22 ÷ 45 < 20 ÷8 60 10 0 75 90 10 10 < 20 10 < 15 ... NGUYÊN NƢỚC 1. 1 TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ TÀI NGUYÊN NƢỚC 1. 1.2 Tài nguyên nước trái đất 1. 1.3 Tài nguyên nước Việt Nam [10 ] 1. 1.4 Những vấn đề tài nguyên nước... 0 ,10 4,50 0, 01 4,00 1, 60 0,20 0 ,15 4,00 0, 01 6,00 1, 40 0,25 0,20 3,50 0,02 10 ,0 1, 30 0,40 0,30 3,00 0,03 20,0 1, 20 0,50 0,50 2,50 0,05 50,0 1, 15 0,60 0,75 2,20 0,07 10 0 1, 10 0,70 1, 00 2,00 0 ,10