Thiết kế công trình thủy (đại học thủy lợi )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ mơn: THỦY CƠNG BÀI GIẢNG: GIỚI THIỆU & CƠ SỞ THIẾT KẾ C.T.T.L Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Giảng viên: TS LÊ THANH HÙNG Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DÒNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH THỦY §3-3: LÝ THUYẾT THẤM §3-4: THẤM DƯỚI NỀN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-5: THẤM VỊNG QUANH BỜ VÀ BÊN VAI CƠNG TRÌNH §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG §3-7: CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG THẤM Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY I SỰ HÌNH THÀNH DỊNG THẤM Ở CTTL: * Cột nước thấm: lượng chênh lệch mực nước TL HL * Môi trường thấm: thân cơng trình vật liệu thấm nước Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY II ẢNH HƯỞNG CỦA DỊNG THẤM ĐẾN CTTL: Tác hại: - Dòng thấm gây nước hồ chứa - Gây áp lực thấm đẩy ngược lên đáy cơng trình, làm giảm khả chống trượt cơng trình - Gây biến hình đất nền, đặc biệt vùng cửa gây lún sụt, nghiêng lật cơng trình (biến hình thấm cơ, hóa học) - Dịng thấm gây lầy hoá hạ lưu, làm giảm khả chống trượt mái hạ lưu đập - Dòng thấm làm thay đổi ứng suất hiệu đất giảm độ bền đất Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY II ẢNH HƯỞNG CỦA DỊNG THẤM ĐẾN CTTL: Phòng chống: a) Làm giảm vận tốc dòng thấm, giảm nguy xói ngầm: Kéo dài đường viền thấm (bản cừ, màng vữa xi măng, tường ngăn bê tông átphan bê tông thường, sân phủ TL) Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY II ẢNH HƯỞNG CỦA DỊNG THẤM ĐẾN CTTL: Phòng chống (tiếp): b) Giảm áp lực thấm lên cơng trình: Làm phận tiêu nước thấm để nước phía hạ lưu cơng trình nhanh Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DÒNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH §3-3: LÝ THUYẾT THẤM §3-4: THẤM DƯỚI NỀN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-5: THẤM VỊNG QUANH BỜ VÀ BÊN VAI CƠNG TRÌNH §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG §3-7: CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG THẤM Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DỊNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH I TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DÒNG THẤM: - Đất môi trường gồm phần tử rắn lỗ rỗng - Các lỗ rỗng chứa đầy nước khơng khí nước khơng khí - Khi nghiên cứu tác động học dòng thấm, môi trường thấm xem môi trường hai pha, lỗ rỗng chứa đầy nước - Thấm tượng nước qua lỗ rỗng, dòng thấm chảy tầng, tuân theo Định luật H.Darcy Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DỊNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH I TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DỊNG THẤM: - Hai dòng (1), (2) xung quanh phân tử đất A - Các ống đo áp (Penzomet) có P1>P2>P3 có ma sát - Hình thành ứng suất pháp σ ứng suất tiếp τ Chương 3: THẤM Ở CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DỊNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH I TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DÒNG THẤM: - Áp lực F tác dụng trực tiếp lên A gọi áp lực nước đơn vị - Tổng áp lực nước ∑F tác động thể tích V, tác động dịng thấm → áp lực nước Fs = ∑F/ V - Fs gọi áp lực thủy động dịng thấm 10 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Xói ngầm học (tiếp): c Xử lý chống xói ngầm học: - Vùng nguy hiểm xói ngầm chỗ dịng thấm hạ lưu Để chống xói ngầm học, cần phải làm thiết bị thoát nước dạng tầng lọc ngược * Nguyên tắc thiết kế tầng lọc ngược: + Các hạt lớp không di động + Các hạt đất bảo vệ không lọt vào tầng lọc ngược + Các hạt lớp trước không chui qua kẽ hở lớp sau + Tầng lọc khơng bị tắc 67 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Xúi ngm c hc (tip): Lỗ thoát nớc Đá dăm - 20cm Cát thô - 20cm 68 Chng 3: THM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Xói ngầm học (tiếp): c Xử lý chống xói ngầm học: * Điều kiện thiết kế tầng lọc ngược: + Đất bảo vệ không trôi vào lớp lọc, vật liệu lớp hạt nhỏ không bị trôi vào kẽ hở lớp hạt lớn: D15 ≤5 d 85 D 15 + Đảm bảo khả thoát nước thấm: ≥5 d15 + Vật liệu lớp lọc có cấp phối hợp lý khả nén chặt tốt: η ≤ 20 + Chỉ cần thiết kế lọc lớp D85 > lần Dmax lỗ 69 nước bêtơng kẽ hở lớn viên đá lát Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Xói tiếp xúc: a Hiện tượng: - Khi dòng thấm chảy song song với mặt phân cách lớp vật liệu hạt rời,cấp phối hạt lớp khơng hợp lý, gradien thấm đủ lớn xảy tượng hạt lớp nhỏ bị trôi vào kẽ hở lớp hạt lớn bị trơi theo dịng thấm Hiện tượng gọi xói tiếp xúc b Biện pháp phòng tránh: - Cần chọn hệ số chuyển tiếp cỡ hạt lớp kề thoả mãn “Đồ thị để kiểm tra xói ngầm tiếp xúc” sau: 70 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: D 50 ξ= Xói tiếp xúc (tiếp): d 50 36 - Hệ số chuyển tiếp cỡ hạt: 32 D 50 Khu vùc kh«ng cho phÐp ξ= 28 d 50 24 - Hệ số không lớp hạt lớn: 20 Khu vùc cho phÐp D 60 16 H= D10 12 - Hệ số không lớp hạt nhỏ: d 60 η= d10 H J ≤ 1,3 η ξ ≤ ÷ 10 71 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Đẩy trồi đất (đùn đất thấm): a Hiện tượng: - Đẩy trồi đất xảy đất dính, vùng cửa dòng thấm, áp lực đẩy ngược dòng thấm vượt lực giữ khối đất (trọng lượng thân, lực dính ma sát với khối xung quanh) - Xét khối đất đơn vị có Wth = γ.J t B - Trọng lượng thân đất G = γđn.1 0.0 S γđn = γk - γ(1 - n) A 7H n 6H n H n 5H n 4H n 3H n 2H n 72 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THÔNG THƯỜNG: Đẩy trồi đất (tiếp): - Ở trạng thái cân giới hạn: Wth = G hay γ.J = γk - γ(1 - n) - Trị số gradien thấm giới hạn đẩy trồi đất là: b Tác hại: Jgh γk = − (1 − n) γ - Nếu vùng cửa dịng thấm có Jra > Jgh khối đất bị đẩy trồi từ lên trên, làm cho cơng trình bị ổn định (nghiêng, lật, trượt ) 73 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Đẩy trồi đất (tiếp): c Biện pháp phòng tránh: - Kéo dài đường viền thấm để giảm Jra - Làm tầng gia trọng khu vực cửa Điều kiện cân giới hạn cột đất có chiều cao S, bề rộng đáy toán phẳng sau: γhA.1 = γđn.S.1 + γp.t.1 + C.S hA - cột nước thấm đáy chân khay (điểm A); t - chiều dày lớp gia trọng; C - lực dính đơn vị; γp - trọng lượng riêng lớp gia trọng 74 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Đẩy trồi đất (tiếp): B t 0.0 S A 7H 6H 5H 4H n n n n H n 3H n 2H n 75 Chương 3: THẤM Ở CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG I CÁC BIẾN HÌNH THẤM THƠNG THƯỜNG: Đẩy trồi đất (tiếp): c Biện pháp phòng tránh: - Bỏ qua lực dính ta có: γ đn γ t≥ hA − S γP γP 76 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG II CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG: • • • • Tăng khả chịu đựng môi trường thấm Tăng chiều dài đường viền để giảm J Ngăn chặn đất, cho thoát nước giảm áp lực thấm ? Làm gia trọng để chống lại áp lực thấm cửa • Khi thiết kế cơng trình, vật liệu làm đập không đáp ứng yêu cầu chống thấm cần phải xử lý • Các cơng trình đưa vào xây dựng xuất hiện tượng thấm bất lợi tiến hành biện pháp xử lý chống thấm • Mục đích chống thấm: hạn chế q, Wt, Jr 77 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DÒNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH §3-3: LÝ THUYẾT THẤM §3-4: THẤM DƯỚI NỀN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-5: THẤM VỊNG QUANH BỜ VÀ VAI CƠNG TRÌNH §3-6: BIẾN HÌNH THẤM, BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG §3-7: CÁC BIỆN PHÁP PHỊNG CHỐNG THẤM 78 Toàn cảnh thi công hào chống thấm bentonit Thi công đào hào Sử dụng bê tông asphal làm lõi ®Ëp ... CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY §3-2: TÁC ĐỘNG CƠ HỌC CỦA DÒNG THẤM VÀ ĐỘ BỀN THẤM Ở NỀN VÀ CƠNG TRÌNH THỦY §3-3: LÝ THUYẾT THẤM §3-4: THẤM DƯỚI NỀN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI... CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-4: THẤM DƯỚI NỀN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI I THẤM Ở NỀN ĐỒNG CHẤT: Phương pháp số: a) Phương pháp sai phân: b) Phương pháp phần tử hữu hạn: 46 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI... thấm cục ( 1) Dòng thấm; ( 2) Mặt trượt trụ tròn, ( 3) Khối đất trượt; ( 4) Trượt cục mái đất; ( 5) Điểm dòng thấm 16 Chương 3: THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §3-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CƠNG TRÌNH THỦY §3-2: