Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ ĐỨC ANH NGHI£N CứU TíNH TOáN Độ BềN Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG ĐầM LĂN TRọNG LựC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ ĐỨC ANH NGHI£N CøU TíNH TOáN Độ BềN Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG ĐầM LĂN TRọNG LựC Chuyờn ngành : Xây dựng cơng trình thuỷ Mã số : 60 – 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS TS Ngô Trí Viềng TS Nguyễn Trí Trinh HÀ NỘI, 2010 -1- LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chun nghành Xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài: “Nghiên cứu tính tốn độ bền độ ổn định bể tiêu đập bê tông đầm lăn trọng lực” hồn thành với giúp đỡ nhiệt tình, hiệu Phòng đào tạo Đại học sau Đại học, Khoa Cơng trình, thầy giáo, bạn bè, đồng nghiệp gia đình Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến quan đơn vị cá nhân truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu công bố tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt tác giả xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS TS Ngơ Trí Viềng TS Nguyễn Trí Trinh trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả q trình thực luận văn Tác giả có kết hôm nhờ vào bảo ân cần thầy cô giáo, động viên cổ vũ quan, gia đình, bạn bè đồng nghiệp năm qua Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo, Quý vị quan tâm bạn bè đồng nghiệp Luận văn hồn thành Khoa cơng trình Phịng đào tạo Đại học sau Đại hoc, Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, tháng 12 năm 2010 Tác giả Lê Đức Anh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh -2- MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG SAU CƠNG TRÌNH 1.1 Khái niệm tiêu sau cơng trình 1.2 Các biện pháp tiêu phịng xói phương pháp tính tốn tiêu sau cơng trình 1.2.1 Sự cần thiết tính tốn tiêu sau cơng trình 1.2.2 Nhiệm vụ tính toán tiêu 10 1.2.3 Các biện pháp tiêu sau công trình 10 1.2.4 Hình thức tiêu đáy 12 1.2.5 Phương pháp nghiên cứu tiêu 16 1.2.6 Một số hình ảnh hình thức tiêu sau cơng trình 17 1.3 Kết luận chương 23 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRỌNG LỰC 24 2.1 Khái niệm phân tích độ bền, độ ổn định bể tiêu 24 2.2 Xác định hệ số an toàn cho phép theo phương pháp trạng thái giới hạn25 2.3 Độ ổn định bể tiêu đập bê tông 26 2.3.1 Ổn định lật cơng trình 26 2.3.2 Ổn định trượt cơng trình 27 2.3.3 Ổn định đẩy cơng trình 27 2.3.4 Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb 29 2.3.5 Nhận xét cơng thức tính tốn hệ số ổn định theo tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb 32 2.3.6 Phân tích ổn định trượt có xét đến phân bố ứng suất mặt trượt 32 2.4 Độ bền bể tiêu 33 2.4.1 Sự phát triển lý thuyết bê tông cốt thép (BTCT) 33 2.4.2 Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại 35 2.4.3 Phân tích độ bền theo phương pháp trạng thái giới hạn 35 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T T T Lê Đức Anh -3- 2.4.4 Phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng 38 2.4.5 Nhận xét đánh giá phương pháp tính 45 2.5 Kết luận chương 47 T T T T T T CHƯƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TỐN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CHO BỂ TIÊU NĂNG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI 49 3.1 Giới thiệu chung cơng trình Hồ chứa nước Nước Trong 49 3.2 Các tiêu tính tốn 52 3.2.1 Các hệ số lệch tải 52 3.2.2 Chỉ tiêu lý bê tơng dùng tính tốn 53 3.2.3 Đặc trưng kháng cắt khối đá dùng tính tốn 54 3.2.4 Đặc trưng chống trượt bê tông đá cơng trình 54 3.3 Tính tốn độ ổn định bể tiêu hồ Nước Trong theo phương pháp cổ điển phương pháp phần tử hữu hạn 55 3.3.1 Tính độ ổn định bể tiêu theo phương pháp cổ điển 55 3.3.2 Tính độ ổn định bể tiêu theo phương pháp phần tử hữu hạn 65 3.4 Tính tốn độ bền bể tiêu hồ Nước Trong theo phương pháp phần tử hữu hạn 72 3.4.1 Các số liệu 72 3.4.2 Tính tốn kết cấu bể tiêu mố 73 3.5 Kết luận chương 81 3.5.1 Kết tính tốn ổn định 81 3.5.2 Kết tính toán độ bền 82 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T Lê Đức Anh -4- DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các hình thức nối tiếp dòng chảy hạ lưu 12 Hình 1.2 Hình thức bể tiêu 13 Hình 1.3 Tường tiêu 14 Hình 1.4 Bể tường tiêu kết hợp 14 Hình 1.5 Hình thức thiết bị tiêu 15 Hình 1.6 Các hình thức mố tiêu 16 Hình 1.7 Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh 17 Hình 1.8 Cơng trình thủy điện Tuyên Quang 18 Hình 1.9 Đập tràn hồ Lịng Sơng – Bình Thuận 18 Hình 1.10 Đập thủy điện Yaly – Gia lai 19 Hình 1.11 Thủy điện Đại Ninh 19 Hình 1.12 Thủy điện Đồng Nai 20 Hình 1.13 Thủy điện Sơn La .20 Hình 1.14 Thủy điện Định Bình - Bình Định 21 Hình 1.15 Thủy điện Suối Đuốc - Bình Định 21 Hình 2.1 Sơ đồ áp lực thấm, đẩy tác dụng vào bể tiêu 29 Hình 2.2 Đồ thị đường thẳng cường độ chống cắt ứng suất pháp .30 Hình 2.3 Đồ thị đường cong cường độ chống cắt ứng suất pháp 31 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí bể tiêu 56 Hình 3.2 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bể tiêu 57 Hình 3.3 Sơ đồ tính tốn ổn định bể tiêu 64 Hình 3.4 Biểu đồ σ x 65 ứng suất Hình 3.5 Biểu đồ σ y 65 ứng suất R R R R Hình 3.6 Biểu đồ ứng suất τxy 66 Hình 3.7 Biểu R đồ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật R ứng suất σx R R thân Lê Đức Anh -5- bể .66 Hình 3.8 Biểu đồ ứng bể .66 Hình 3.9 suất σy R R thân Biểu đồ ứng suất τxy thân bể 66 R R Hình 3.10 Biểu đồ ứng suất pháp đáy móng .66 Hình 3.11 Biểu đồ ứng suất tiếp đáy móng 67 Hình 3.12 Sơ đồ tính tốn mố tiêu 72 Hình 3.13 Sơ đồ lực tác dụng lên mố tiêu 75 Hình 3.14 Biểu đồ mơmen lực cắt 75 Hình 3.15 Sơ đồ minh họa đoạn bể tiêu 76 Hình 3.16 Sơ đồ vị trí mặt cắt xác định nội lực 77 Hình 3.17 Biểu đồ mơmen M y(4-4) 77 R R Hình 3.18 Biểu đồ mômen M y(3-3) 77 R R Hình 3.19 Biểu đồ mômen M y(5-5) 78 R R Hình 3.20 Biểu đồ mơmen M x (2-2) M x (1-1) 78 R R R R Hình 3.21 TH2-Biểu đồ mơmen M y 79 R R Hình 3.22 TH2-Biểu đồ lực cắt Q y 79 R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật R Lê Đức Anh -6- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các hình thức tiêu số cơng trình thủy lợi, thủy điện nước ta………………………………………………………………….22 Bảng 3.1 Cấp cơng trình thơng số kỹ thuật 50 Bảng 3.2 Hệ số vượt tải n c ……………………………………………… R R 53 Bảng 3.3 Bảng tiêu lý bê tông đá dùng tính tốn…………………………………………………………………… 53 Bảng 3.4 Các đặc trưng kháng cắt khối đá nền…………………… 54 Bảng 3.5 Các đặc trưng chống trượt bê tông đá nền…………….54 Bảng 3.6 Chỉ tiêu lý đất đắp…………………………………… 55 Bảng 3.7 Tổng hợp lực theo phương thẳng đứng……………………… 63 Bảng 3.8 Bảng tính tốn ổn định trượt theo phương pháp PTHH……….68 Bảng 3.9 Bảng tính tốn ổn định đẩy theo phương pháp PTHH .69 Bảng 3.10 Bảng tính hệ số ổn định trượt, đẩy phối hợp phân tích ứng suất PTHH 80 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh -7- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các cơng trình dạng trọng lực nói đến khả ổn định tồn khối cơng trình thường đề cập đến khả ổn định sau: - Bị trượt theo mặt đó, mặt tiếp xúc cơng trình nền, mặt nằm hay cơng trình Mặt trượt xét mặt phẳng mặt nghiêng - Bị lật quanh trục nằm ngang mômen ngoại lực gây lật lấy trục vượt mômen chống lật - Bị đẩy tác dụng lực hướng từ lên (áp lực thấm, thủy tĩnh, động đất…) - Hệ thống tiêu sau cơng trình bị phá hoại dịng chảy, gây ổn định tồn cơng trình Tuy nhiên thiết kế cơng trình dạng trọng lực, ta khống chế trường hợp, mép biên công trình khơng xuất ứng suất kéo, có xuất với trị số nhỏ nói chung cơng trình khơng bị lật đổ Vì việc kiểm tra khả lật thường đảm bảo Còn việc kiểm tra đẩy thường tiến hành với cơng trình có ngưỡng thấp Chính kiểm tra ổn định độ bền tồn cơng trình có bể tiêu quan trọng việc thiết kế cơng trình dạng trọng lực Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh ... tác nghiên cứu độ bền độ ổn định bể tiêu đập bê tông đầm lăn trọng lực Mục đích - Tổng quan phương pháp tính độ bền độ ổn định bể tiêu sau cơng trình - Đề xuất, lựa chọn phương pháp tính độ ổn định. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ ĐỨC ANH NGHI£N CứU TíNH TOáN Độ BềN Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG ĐầM LĂN TRọNG LựC Chun ngành : Xây... TÔNG ĐẦM LĂN TRỌNG LỰC 2.1 Khái niệm phân tích độ bền, độ ổn định bể tiêu Bể tiêu xây dựng đất đá, đập có chiều cao lớn chủ yếu xây dựng đá Bể tiêu khối bê tông lớn liên kết chặt chẽ với Ổn định