Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 1 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Trong lyù thuyeát thaám, vaän toác thaám V laø giaû ñònh vaø xem doøng thaám ñi qua caû moâi tröôøng thaám (V=Q/ ω ω ω ω ). V: vaän toác thaám trung bình[r]

(1)

10/25/2010

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN

PGS TS.NGUYỄN THỐNG

Email: nguyenthong@hcmut.edu.vnor nthong56@yahoo.fr Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 10/25/2010

NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Thấm qua cơng trình. Chương 2: Áplực khe rỗng.

Chương 3: ðập vật liệuñịa phương. Chương 3a: Mơ phỏng Monte Carlo áp

dụng trongđánh giá ổn ñịnh mái dốc.

Chương 4: ðập bê tơng trọng lực Chương 4a: ðập bê tơngđầm lăng (RCC)

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

PGS Dr Nguy?n Th?ng

10/25/2010

NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 4b: Bài toán toảnhiệt 3D.

Chương 5: Phân tíchứng suất trongđập bê tơng xảy rađộngđất. Chương 6: ðường hầm thủy cơng

-Giếngđiều áp.

Chương 7: ðườngống áp lực – Nước va trongñườngống.

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

PGS Dr Nguy?n Th?ng

10/25/2010

NỘI DUNG THỰC HÀNH

1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính nước va trong ñường ống áp lực WaterHammer_BK.

2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính khuếch tán nhiệt 3D bê tông thủy công.

3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm mơ phỏng Monte Carlo ứng dụng tính

ổn ñịnh mái dốc ñập vật liệu ñịa phương.

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

10/25/2010

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Thủy cơng – Tập Trường ĐHXD T/g Nguyễn Xuân Đặng.

2 Cơ học đất – Trường ĐHTL. 3 Phần mềm SIGMA.

4 Phần mềm SLOPE.

5 Phần mềm SEEP.

6 Phần mềm Crystal Ball.

Tài liệu download tạiđịa chỉWeb:

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

10/25/2010

MÔN HỌC TRƯỚC

Cơ học chất lỏng

Cơng trình thủy (Thủy cơng & Thủy công 2).

(2)

10/25/2010

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

1 Bổ sung kiến thức lý thuyết liên quan đến Cơng trình thủy.

2 Thực hành ứng dụng kiến thức nâng cao với phần mềm phù hợp phổ biến.

PGS Dr Nguyễn Thống

10/25/2010

Chương 1

1 Giới thiệu.

2 Phương trình dịng thấm. 3 Các phương pháp giải tốn

thấm.

4 Tính thấm với phần mềm Seep. PGS Dr Nguyễn Thống

Chương 1: Thấm qua công trình

10/25/2010

GIỚI THIỆU

- Thấm chuyển động chất lỏng môi trường có lỗ hoặc khe rỗng (đất, đá, bê tơng,…).

- Khi có cơng trình (cống, đập,…) tạo

nên chênh lệch cột nước thượng và

haï lưu công trình xuất dòng

thấm mơi trường rỗng.

10/25/2010 10

THẤM CĨ ÁP DƯỚI CƠNG TRÌNH

10/25/2010 11

THẤM CĨ ÁP DƯỚI CƠNG TRÌNH

h

10/25/2010 12

(3)

10/25/2010 13

Đường bão hịa

THẤM KHÔNG ÁP QUA CÔNG TRÌNH

Vùng khơng có nước Vùng bão

hòa nước

10/25/2010 14

pA/ρρρρg

A

ðườngñẳng cột nước H2

ðườngñẳng cột nước H1

H=z+p/ρρρρg

Cột nướcño áp tổng

10/25/2010 15

TÁC HẠI DO THẤM GÂY RA

10/25/2010 16

TÁC HẠI DO THẤM GÂY RA

10/25/2010 17

LƯỚI THẤM

Chương 1: Thấm qua cơng trình Đường dòng

Đường thế

10/25/2010 18

h(x,z)

(4)

10/25/2010 19

10/25/2010 20

10/25/2010 21

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Trọng lượng riêng:

Trọng lượng riêng ướt:

Trọng lượng

Thể tích Vk Vn Vh Vr

Wh Wn Wk

V W

Hạt Nước Khí

) m / kN ( V

W

= γ

) m / kN ( V

W

Wh+ n

= γω

10/25/2010 22

Trọng lượng riêng bão hòa:

Với Wn’trọng lượng nước chiếm đầy Vr. Trọng lượng riêng đẩy nổi:

Chứng minh: PGS Dr Nguyễn Thống

) m / kN ( V

W

Wh n

bh

′ + = γ

) m / kN ( V

V

Wh n h

dn

γ − = γ

1

bh dn =γ −

γ

10/25/2010 23

Độ ẩm đất: Tỷ lệ nước đất và trọng lượng hạt.

Độ bão hoà đất: G<0,5 đất ẩm 0,5<G<0,8: đất ẩm G>0,8 đất bão hoà

% W W 100 %

h n = ω

r n

V V

G=

10/25/2010 24

Độ rỗng: Tỷ lệ thể tích lỗ rỗng tổng thể tích mẫu.

Hệ số rỗng:

% V V 100 %

n = r

h r

V V

(5)

10/25/2010 25

2 Phương trình dòng thấm

Trong lý thuyết thấm, vận tốc thấm V là giả định xem dịng thấm qua cả mơi trường thấm (V=Q/ωωωω).

V: vận tốc thấm trung bình. Q: lưu lượng thấm.

ω ω ω

ω: diện tích mặt cắt thấm thẳng góc với dịng thấm.

Thực tế, dòng thấm qua khe lỗ rỗng có vận tốc thực Vi>V.

10/25/2010 26

MƠ HÌNH HỐ TRONG NGHIÊN CƯÚ THẤM QUA MÔI TRƯỜNG RỖNG

ui THỰC, ui

U

MÔ PHỎNGdùng U V uvớii= U/nn=Vr/V

U=Q/ωωωω ωdiện tích thấm.

⇒

Q ⇒

10/25/2010 27

HỆ SỐ THẤM k

10/25/2010 28

Loại đất X

10/25/2010 29

p suất 0

H

ệ

so

át

ha

ám

-100 10

10/25/2010 30

K = số

(6)

10/25/2010 31

THIẾT LẬP

PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN THẤM 2D

10/25/2010 32

Phương trình vi phân tượng thấm phẳng 2D Công thức Darcy V= - kJ

Ux, Uy: hình chiếu vận tốc thấm V xuống x, y.

kx, ky: hệ số thấm theo phương x, y.

H =H(x,y)=y+p/γγγγ: cột nước tác dụng dòng thấm. p(x,y): áp suất, p/γγγγcột nươc áp tương đương. y: năng.

y H k ) y , x ( f U x H k ) y , x ( f U y y x x ∂ ∂ − = = ∂ ∂ − = = (1)

10/25/2010 33

dy y U Uy ∂ y

∂ +

Xét phương trình liên tục cho khối vi phân 2D (X,Y):

X Y Ux dx x U U x x ∂ ∂ + dx dy Uy 0 dxdz ) dy y U ( dydz ) dx x U

( x y =

∂ ∂ + ∂ ∂ Z dz

10/25/2010 34

Phối hợp với hệ phương trình (1):

Đây phương trình vi phân của dòng thấm phẳng 2D ổn định.

Với H=z+p/γγγγ PGS Dr Nguyễn Thống

0 ) y H k ( y ) x H k (

x x y ∂ =

∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ (2)

10/25/2010 35

Xét trường hợp mơi trường đồng chất :

kx=k1: số ky=k2: soá

0 y H k x H k 2 2 2 = ∂ ∂ + ∂ ∂ (3)

k1 k2

x y

10/25/2010 36

Xét trường hợp môi trường đồng chất và đẳng hướng :

kx=ky=k=hằng số

Phương trình (4) gọi phương trình Laplace.

0 y H x H 2 2 = ∂ ∂ + ∂ ∂ (4)

CÔNG TRÌNH THỦY NAÂNG CAO

(7)

10/25/2010 37

Xét trường hợp môi trường đồng chất và đẳng hướng.

Gọi ϕ=−kH hàm thế.

y U ; x

Ux y

∂ ϕ ∂ = ∂ ϕ ∂ = 0 y x 2 2 = ∂ ϕ ∂ + ∂ ϕ ∂ ⇒ const ) y , x ( =

ϕ Đường đẳng thế

10/25/2010 38

Xét trường hợp môi trường đồng chất và đẳng hướng.

Gọi ψ hàm dòng với:

x U

; y

Ux y

∂ ψ ∂ − = ∂ ψ ∂ = 0 y x 2 2 = ∂ ψ ∂ + ∂ ψ ∂ ⇒ const ) y , x ( =

ψ Đường dịng

10/25/2010 39

Họ đường:

Tạo thành lưới thấm.

const ) y , x ( = ψ const ) y , x ( = ϕ

10/25/2010 40

THẤM PHẲNG (2D) KHÔNG ỔN ĐỊNH

Nghiên cưú tượng thấm đó biến số H phụ thuộc khơng những vào khơng gian mà cịn phụ thuộc vào thời gian.

H =f(x,y,t)

10/25/2010 41

10/25/2010 42

dy y U Uy y

∂ ∂ +

Xét phương trình liên tục cho khối vi phân trong thời gian dt:

X Y Ux dx x U U x x ∂ ∂ + dx dy Uy Z dz