Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 6 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường dẫn nước (đầu đường ống áp lực).. Nguyễn Thống.[r]

(1)

4/26/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

Khoa KTXD-Bộ môn Kỹ thuật & Quản lý Tài Nguyên Nước

PGS TS. NGUYỄN THỐNG

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

Tél (08) 38 640 979 -098 99 66 719 4/26/2016 NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1: Thấm qua cơng trình Chương 2: Áp lực khe rỗng

Chương 3: Đập vật liệu địa phương Chương 3a: Mô Monte Carlo áp

dụng đánh giá ổn định mái dốc

Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4a: Đập bê tơng đầm lăng (RCC)

CơNG TRìNH THủY NâNG CAO

PGS Dr Nguy?n Th?ng

4/26/2016

NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 4b: Bài toán toả nhiệt 3D

Chương 5: Phân tích ứng suất đập bê tơng xảy động đất Chương 6: Đường hầm thủy công -

Giếng điều áp

Chương 7: Đường ống áp lực – Nước va trong đường ống

CơNG TRìNH THủY NâNG CAO

PGS Dr Nguy?n Th?ng

4/26/2016

NỘI DUNG THỰC HÀNH

1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính

nước va đường 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 mô

phỏng Monte Carlo ứng dụng tính ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

4/26/2016

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 địa Web:

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

4/26/2016

CƠNG TRÌNH ĐIỀU ÁP 1 Tổng quát

2 Hiện tượng dao động mực nước trong cơng trình điều áp (CTĐA) 3 Cấu tạo CTĐA.

PGS TS Nguyễn Thống

(2)

4/26/2016

TỔNG QUÁT

SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRONG DỰ ÁN THỦY ĐIỆN KIỂU ĐƯỜNG DẪN

 Hiện tượng nước va  Thay đổi áp suất lớn đường dẫn (đường hầm, đường ống áp lực)

Chương 7: Giếng điều áp

4/26/2016

TỔNG QUÁT

Mục đích:

- Giảm áp lực nước va đường ống áp lực

- Loại bỏ áp lực nước va đường hầm

4/26/2016

TỔNG QUÁT

 Giếng (tháp) điều áp

 Bể áp lực

Giếng điều áp sử dụng đường dẫn nước loại có áp (đường hầm)

Bể áp lực sử dụng đường dẫn nước loại không áp (kênh dẫn)

Cơng trình bố trí vị trí cuối đường dẫn nước (đầu đường ống áp lực)

4/26/2016 10

D=3,5m, L=9065m

i=0,0061

Giếng điều áp

Đường hầm

Đường ống AL

4/26/2016 11

Q

CÁC LOẠI GIẾNG ĐIỀU ÁP

4/26/2016 12

CÔNG TRÌNH THỦY NAÂNG CAO

(3)

4/26/2016 13

4/26/2016 14

COÂNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

4/26/2016 15

ĐƯỜNG CỘT NƯỚC ĐO ÁP H

Q

Q p/γ

p:áp suất nước vị trí xét

z Mặt chuẩn o- o

H

4/26/2016 16

HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC GiẾNG

Hồ chứa

Mực nước tỉnh

Đường hầm s (m2)

Giếng S (m2) z

t

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

G0 G1

Z(t)

Zmax

R R’

NM

L W(m/s)

V(m/s)

Q

4/26/2016 17

Chú ý :

• s : tiết diện hầm

• S : tiết diện giếng điều áp

• L : chiều dài hầm

• z : mực nước giếng thời điểm t Quy ước chiều dương hướng lên mực nước tỉnh

• w, v : vận tốc TB hầm giếng t

4/26/2016 18

MỤC ĐÍCH TÍNH

1 Xác định kích thước giếng (S) 

xác định D giếng hình trụ

2 Xác định mực nước cao trong giếng có nước va dương  xác định cao trình

miệng giếng  Nước KHÔNG bị

tràn ngồi

(4)

4/26/2016 19

MỤC ĐÍCH TÍNH

3 Xác định mực nước thấp trong giếng có nước va âm

 Cao trình đáy đường hầm

(đáy giếng) tại vị trí giếng điều áp  Tránh hiện tượng khơng khí vào đường ống áp lực

4/26/2016 20

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC TRONG GIẾNG KHI CÓ NƯỚC VA

Sơ đồ lý tưởng

 Sơ đồ thực

4/26/2016 21

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG (không lượng)

Giả thiết:

• S số (giếng điều áp hình trụ)

• Thể tích hồ TL lớn (MN khơng đổi khi có nước va)

• Bỏ qua tổn thất lượng đường hầm giếng

• Lưu lượng Q0 giảm (nước va dương) là tức

4/26/2016 22

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG Phương trình thiết lập với : - Luật Newton 2: F=ma

- Luật bảo tồn khối lượng vật chất (phương trình liên tục)

 Khảo sát khối chất lỏng giới

hạn G0và G1(trong đường

hầm)

4/26/2016 23

XÁC ĐỊNH TỔNG NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN G0G1

Hồ chứa

Mực nước tỉnh

Giếng S (m2) z

t

G0 G1 z

Zmax

R R’

L (H-z)

Q

KHỐI CHẤT LỎNG XEM XÉT TÍNH F

VỊ TRÍ XÉT PT

LIÊN TỤC

H

4/26/2016 24

Phương trình Newton (theo trục đ/hầm) : (1)

Phương trình liên tục : (2)

(w z ẩn số)

0   



 z

dt dw g L dt

dw sL g zs 



dt dz S Sv sw 

F

m

COÂNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

Thể tích nước khỏi đường hầm Thể tích nước vào giếng

(5)

4/26/2016 25

Từ (1) & (2):

Với

Lời giải phương trình vi phân có dạng: z = Zmsin(t+)

Đây chuyển động điều hồ có biên độ không đổi Zm tần số 

0

0 2

2

   

 z

dt z d z

dt z d s S g

L 

(3)

LS gs





4/26/2016 26

Chu kỳ :

Xác định biên độ chuyển động Zm dựa

vào nguyên lý sau :

Thế năng khối chất lỏng (trong giếng) so với mặt chuẩn động năng của khối chất lỏng đường hầm

s S g L T2

4/26/2016 27

Q

ĐỘNG NĂNG THẾ NĂNG

W (m/s)

4/26/2016 28

Từ đó:

2

2 1 2

. Lsw g Z

S Zm m



 

S s g L w

Zm  0



Thế

năng Động năng

4/26/2016 29

XÁC ĐỊNH 

Trong sơ đồ lý tưởng 

Khơng có lượng  Tại t=0, MN giếng = MN tỉnh  Z =0

0 = Zmsin()   = Tóm lại: z = Zmsin(t)

4/26/2016 30

Ví dụ : Cho hệ thống với

thông số : L=10km, s=10m2,

S=100m2, w

0=2m/s Tính T

biên độ dao động nước

giếng Zmax Lấy g=10m/s2

Lời giải : T=10’28’’, Zmax=20m

CÔNG TRÌNH THỦY NAÂNG CAO

(6)

4/26/2016 31

• Ví dụ 2 : Tương tự với : L=5km, s=15m2, S=250m2, w

0=4m/s

• Ví dụ 3 : Một hệ thống có thông số : L=3km, s=12m2, w

0=4m/s Tính

D của giếng để biên độ dao động của nước giếng Zmax= 15m

4/26/2016 32

Hồ chứa

MN tỉnh

Đường hầm

Giếng điều áp z

x

G0 G

1

z

Zmax

R R’

NM

HỆ THỐNG THỰC

4/26/2016 33

• Phương trình động lực: Theo phương X Fx =max (4)

Với

L chiều dài; s tiết diện hầm γ trọng lượng đơn vị nước, g gia tốc trọng trường Fx = Lực tỉnh (F1) + Lực ma sát (F2)

Ls m

g





4/26/2016 34

F1 =γs(z-dhg-dhv) : lực thuỷ tỉnh

: lượng cục giếng : mở rộng đột ngột.

: lực tương đương với h* w

: mất tổng hầm

g g

V V dh

2g

 

h h V

V V dh

2g



*

2 w

F sh

*

w L c

h h h

4/26/2016 35

Từ đó: Gọi:

Trong đường hầm:

(6)

(Z theo chiều từ xuống)

h h h h h h h h

*

w c c

V V V V L V V V V

L h

d 2g 2g C R 2g

  

   

*

w w g v

h h dh dh

 

h

w h

dV g z h dt L 

4/26/2016 36

PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC

Nguyên lý bảo toàn khối lượng: Qtuabin.dt = Vh s.dt + S.dz

đường hầm giếng điều áp

 tuabin h  dz 1

Q V s

dt S 

h h

Q V

s

 g

g

Q V

S



Lưu lượng vào giếng Lưu lượng

ra hầm

(7)

4/26/2016 37

Giả thiết:

(biên thiên tuyến tính Qtuabin)

Nếu chọn chiều (+) hướng lên, phương trình (6) là:

(6*)

Và phương trình (2) là:

(7*)

max

tuabin max

van

Q

Q t Q

T

  

 

h

w h

dV g

z h dt L  

 tuabin h 

dz

Q V s

dt  S 

4/26/2016 38

Với ẩn số z (mực nước giếng) Vh (vận tốc dòng chảy hầm) xác định được với phương trình (6)* (7)*

Tuy phi tuyến thực tế thường dùng phương pháp số (ví dụ sai phân hữu hạn) để giải

4/26/2016 39

Điều kiện D Thoma- Jaeger: Đó điều kiện để dao động mực nước giếng TẮT DẦN:

• H0 =H-h0 : cột nước tác dụng (A0B0) h0 :mật năng lượng hầm

0 0

2

) / 482 , 0 1 (

gcH H z Ls

F

F pg 

5 , 0 ( / )

2 / ) /

( L D g et z V Ls gF c    h

(giải lặp !!!!)

4/26/2016 40

Điều kiện D Thoma:

• H0 : cột nước tác dụng (A0B0)

• h0 lượng đường hầm với Vh

0

2gH h

Ls V F

F h

pg



g V D L

h0 ( / ). h2/2

4/26/2016 41

Bài tập 1: Tính đường kính tối thiểu giếng để dao động mực nước tắt dần theo Thoma theo Thoma-Jaeger (g=9,81m/s2):

a Vh =4m/s, L=4km, d=4m, H0=200m,

=0,005, =0,8

b Vh =3.5m/s, L=8km, d=3m, H0=400m, =0,006, =1,5

(xem Excel  Thoma)

4/26/2016 42

PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN

Sai phân

 Sai phân ẩn