Tài liệu Sổ tay Kỹ Thuật Thuỷ Lợi -Phần 2-Tập 1 -Mục A-Chương 4 docx

ww.vncold.vn 125 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Chương Tính toán thấm qua vòng quanh công trình thủy lợi Biên soạn: GS TSKH Trịnh Trọng Hàn 4.1 Tổng quát 4.1.1 Nhiệm vụ tính toán thấm toán thấm Tính toán thấm công trình thủy (CTT) nhằm mục đích xác định yếu tố tham số sau đây: 1) áp lực thấm lên đáy CTT; 2) Vị trí mặt bo hoà dòng thấm công trình đất khu vực nối tiếp đất với bờ; 3) Lưu lượng thấm; 4) Građian lưu tốc dòng thấm công trình bêtông, thân công trình đất vùng thấm vòng quanh Những đại lượng tính toán áp lực thấm, vị trí mặt bo hoà dòng thấm với yếu tố khác cho phép đánh giá độ ổn định công trình, sở xác định biện pháp nâng cao làm việc ổn định tin cậy cho CTT Giá trị lưu lượng thấm sử dụng để đánh giá tổn thất nước thấm từ hồ chứa biện pháp hạn chế thấm cần thiết Đại lượng građian vận tốc dòng thấm hạ lưu vào vật thoát nước (VTN) số liệu để tình toán độ ổn định thấm vật liệu công trình CTT mặt xói ngầm, đùn đất, đẩy bục, xói tiếp xúc, v.v Khi tiến hành tính toán thấm công trình thủy cần ý xây dựng sơ đồ tính phản ảnh đắn điều kiện thủy văn địa chất công trình khu vực hai bên bờ nối tiếp với công trình cấu tạo đất nền, tính thấm đất, chế độ nước ngầm điều kiện tự nhiên, đồng thời phản ảnh đặc trưng điều kiện làm việc kết cấu chống thấm độ thấm cừ, phun vữa chống thấm, sân trước, tường nghiêng, tường tâm bê tông, khả hình thành khe hở hay vết nứt phận chống thấm, vv Sơ đồ tính toán thủy văn địa chất thấm xây dựng dựa tài liệu khảo sát địa chất công trình địa chất thủy văn công trình www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 126 sæ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Thấm qua đáy công trình thủy với mặt bên bị chặn lớp không thấm đập bê tông móng cống thấm có áp, áp suất biên phía dòng thấm lớn áp suất trời Trong trường hợp hệ số thấm vật liệu thân CTT đáy CTT nhỏ nhiều lần so với hệ thấm Thấm qua thân đập thấm vòng quanh công trình qua bờ thấm không áp, có bề mặt dòng thấm tự với áp suất không đổi áp suất trời Đường giao cắt mặt dòng thấm với mặt phẳng thẳng đứng gọi đường bo hoà Tuỳ theo kích thước vùng thấm chế độ mực nước thượng hạ lưu, chuyển động thấm ổn định hay không ổn định với toán thấm phẳng đơn hướng hay thấm không gian đa hướng Trong trình thấm không áp có tham gia nước lực nước mao dẫn Nước trọng lực thường choán đầy kẽ hổng môi trường thấm, có trường hợp không choán hết kẽ hổng Hiện tượng thấm không choán đầy kẽ hổng gọi ngấm hút Đối với môi trường đồng nhất, tính chất thấm điểm vùng thấm nhau, với môi trường không đồng - tính chất thấm phụ thuộc vào vị trí cụ thể điểm xem xét Trong môi trường đất đẳng hướng tính chất thấm không phụ thuộc vào phương chuyển động dòng thấm (kx = ky), với đất dị hướng - Tính chất thấm phụ thuộc vào phương chuyển động (kx ky) 4.1.2 Lý thuyết thấm Sự chuyển động thấm môi trường rỗng đất diễn tác dụng lực trọng trường có chênh lệch cột nước điểm khác Với trường hợp thấm tầng, chuyển động thấm tuân theo định luật Đacxy: Q = Kt w I (4.1) Trong ®ã: Q - l­u l­ỵng thÊm; Kt - hƯ sè thÊm đất; w - diện tích toàn phần mặt cắt dòng thấm (kể hạt đất); I - građian thấm, độ dốc thủy lực dòng thấm, I = H/L, H - cột nước tổn thất đường chuyển động thấm L Từ công thức (4.1) cho thấy lưu lượng thấm tỷ lệ bậc (hàm tuyến tính) với građian thấm Đó trường hợp thấm tầng thường xảy môi trường đất hạt nhỏ Định luật Đacxy viết dạng: V = Kt I www.vncold.vn www.vncold.vn ( 4.2) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 127 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Mặt khác, vận tốc thấm biểu thị qua công thức: Q (4.3) w Trong đó: v - vận tốc thấm ảo với giả định dòng thấm qua toàn tiết diện w V= Trong thực tế dòng thấm qua khe hổng môi trường đất, vận tốc thực chuyển động thấm là: v' = v/m (4.4) Trong đó: m - độ rỗng hoạt động đất Hệ phương trình vi phân chuyển động thấm rút sở định luật Đacxy, không kể đến lực quán tính Đối với trường hợp thấm phẳng ổn định, hệ phương trình thấm có dạng: ảj = - kt ảx ảj Vy = = - kt ¶y Vx = ¶h ü ¶x ï ï ảh ý ù ảy ỵ ù (4.5) ảv x ảv y + =0 ả x ảy (4.6) Trong đó: Vx Vy - thành phần vận tốc thấm theo phương x vµ y; h - cét n­íc thÊm; j - hµm thÕ cã mèi quan hƯ víi cét n­íc b»ng biểu thức: j = -kth (4.7) Công thức (4.6) viết theo điều kiện chuyển động liên tục dòng chất lỏng không nén Thay giá trị vx vy tính theo (4.5) vào (4.6), ta có: ả2j ả2j + =0 ¶x ¶y (4.8) ¶2 h ¶2 h + =0 ¶x ¶y (4.9) Nh­ vËy hàm j h hàm điều hoà Trên tảng định luật thấm Đacxy, nhà khoa học đ tìm lời giải cho hàng loạt toán thấm môi trường đất dính đất rời, kể môi trường đá với độ nứt nẻ nhỏ đẳng hướng www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 128 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Chế độ chuyển động dòng thấm môi trường đất tính toán CTT xem chảy tầng Trong thực tế có nơi dòng thấm chuyển động nhanh chậm với vận tốc không hoàn toàn tuân theo định luật Đacxy, song xét cho miền thấm chung tượng cá biệt không ảnh hưởng đáng kể đến kết tính toán Dưới nêu kết lời giải cho số toán thấm ®Ỉc tr­ng th­êng gỈp lÜnh vùc CTT 4.2 TÝnh toán thấm có áp công trình thủy ph-ơng pháp học chất lỏng Những toán thấm xét mục với giả thiết môi trường đất đồng Trong công thức tính toán sử dụng ký hiệu sau: K K' - tính phân elíp tích toàn phần loại tương ứng với môđun l môđun phụ l' = - l ; f(j,l) - tích phân elíptích loại với biên độ j môđun l 4.2.1 Đáy CTT có cừ không thấm thấm n-ớc chiều dày vô hạn (hình 4-1, a) Lời giải theo N.N Pavơlốpxki Cột nước mặt sau cõ: h=H y arcsin s p (4.10) Cét n­íc mặt trước cừ: h = H (1 - y arcsin ), víi ≤ y ≤ s p s (4.11) Hình 4-1 Sơ đồ tính toán thấm cừ với thấm dày vô hạn (a) hữu hạn (b) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 129 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Lưu lượng thấm qua đáy công trình phía thượng lưu: Q = kt H ổ xử arch ỗ - ữ , với -Ơ £ x £ p è yø (4.12) VËn tèc dòng thấm từ đáy công trình hạ lưu: vy = kt H 1 , víi £ x £ ¥ p s2 + x (4.13) 4.2.2 Đáy CTT có cừ thấm n-ớc có chiều dày hữu hạn (hình 4-1, b) Lời giải theo N.N Pavơlốpxki Cột nước mặt cõ ì é ỉp ỉ p s ùü cos2 ỗ - cos2 ỗ ù ữ ữ ỳù Hï ê è2 Tø è T ø úï ,l ý h = í1 ± F arcsin ú 2ï K ổp s ổp yử sin ỗ cos ç ê úï ÷ ÷ ï è2 Tø è2 Tø ỳù ỷỵ ợ Với (4.14) ÊyÊs ổp s Trong l = sin ỗ ữ ố2 Tứ Trong công thức (4.14) dấu cộng (+) tính cho mặt trước, dấu trừ (-) tính cho mặt sau cừ Bảng 4-1 Giá trị hàm P P/T Giá trị P x/T 0,2 0,4 0,6 0,8 0,1 3,200 1,390 0,724 0,455 0,308 0,216 0,043 0,008 0,2 1,600 1,047 0,662 0,431 0,298 0,210 0,042 0,008 0,3 1,075 0,960 0,586 0,403 0,283 0,203 0,040 0,008 0,4 0,810 0,687 0,511 0,377 0,263 0,192 0,039 0,008 0,5 0,640 0,554 0,423 0,334 0,237 0,180 0,037 0,008 0,6 0,488 0,450 0,330 0,250 0,210 0,165 0,035 0,008 0,7 0,394 0,355 0,280 0,230 0,188 0,144 0,031 0,007 0,8 0,316 0,290 0,245 0,200 0,164 0,125 0,027 0,006 0,9 0,243 0,240 0,190 0,190 0,144 0,100 0,020 0,004 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 130 sỉ tay KTTL * PhÇn - công trình thủy lợi * Tập Lưu lượng thấm qua công trình: Q = kt H K' 2K H P, T Trong đó: P - hàm số phụ phuộc vào s/T x/T (xem bảng 4-1) Vận tốc dòng thấm từ đáy công trình hạ lưu: vy = kt (4.15) (4.16) 4.2.3 Công trình có đáy phẳng cừ thấm n-ớc chiều dày vô hạn (hình 4-2, a) Lời giải theo N.N Pavơlốpxki Hình 4-2 Sơ đồ tính toán thấm đáy phẳng thấm nước chiều dày vô hạn (a) hữu hạn (b) Cột nước vận tốc thấm theo mặt đáy: x h = H arccos ; p  v x = ktH (4.17) 1 víi - £ x £ +  p - x2 (4.18) Lưu lượng thấm qua đáy thượng lưu CTT: ổxử Q = kt H arccos- ỗ ÷ víi -¥ £ x £ - p èø (4.19) Vận tốc dòng thấm từ đáy công trình hạ l­u: vy = kt H 1 víi  £ x Ê Ơ p x2 - (4.20) Đối với sơ đồ thấm hình 4-2a, yếu tố cột nước, lưu lượng vận tốc thấm xác định theo đại lượng tương đối ghi bảng 4-2 bảng 4-3 E.A Damarin tìm www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 131 A - Nh÷ng vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Bảng 4-2 Cột nước vận tốc thấm qui đổi dọc theo đáy móng phẳng CTT có chiều dày thấm nước vô hạn x/l h/H vx/(ktH) x/l h/H vx/(ktH) -1,00 1,00 ¥ +0,20 0,44 0,33 -0,98 0,94 1,60 +0,40 0,37 0,35 -0,95 0,90 1,02 +0,60 0,29 0,40 -0,90 0,86 0,73 +0,80 0,21 0,53 -0,80 0,80 0,53 +0,90 0,14 0,73 -0,60 0,71 0,40 +0,95 0,10 1,02 -0,40 0,63 0,35 +0,98 0,06 1,60 -0,20 0,56 0,33 +1,00 0,00 Ơ 0,00 0,50 0,32 Bảng 4-3 Lưu lượng vận tốc thấm qui đổi dọc theo đáy thượng hạ lưu móng phẳng thấm nước dày vô hạn x/ Q/(ktH) vy/(ktH) x/ Q/(ktH) vy/(ktH) 1,00 0,00 ¥ ±1,67 0,35 0,24 ±1,05 0,10 0,99 ±1,90 0,40 0,20 ±1,11 0,15 0,65 ±2,18 0,45 0,17 ±1,20 0,20 0,48 ±2,51 0,50 0,14 ±1,32 0,25 0,37 ±2,90 0,55 0,12 ±1,48 0,30 0,29 5,00 0,73 0,07 4.2.4 Bản móng phẳng thấm n-ớc chiều dày hữu hạn (hình 4-2, b) Lời giải theo N.N.Pavơlốpxki Cột nước theo mặt đáy móng: ỡ ộ ổ p x ựỹ th ỗ ï ï ÷ ê Hï T ø úï h = í1 - F ê arcsin è , l ú ý víi - £ x £ + 2ï K ổ p ỳù th ỗ ữ ỳ ù ố T ứ ỷù ợ ỵ (4.21) ổp Trong đó: l = th ỗ ữ ố2 Tứ Lưu lượng thấm qua mãng CTT: Q = kt H www.vncold.vn K' 2K www.vncold.vn (4.22) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 132 sæ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Cột nước lưu lượng thấm ứng với sơ đồ đáy phẳng thấm nước có chiều dày hữu hạn (xem hình 4-2b) xác định theo đồ thị hình 4-3 hình 4-4 Hình 4-3 Đồ thị xác định cột nước thấm Hình 4-4 Đồ thị xác định lưu lượng thấm qui đổi hq dọc móng phẳng qui đổi Qq móng phẳng Vận tốc dòng thấm từ đáy móng phẳng hạ lưu: ổp pch ç ÷ è2 Tø vy = kt H víi  £ x £ ¥ ỉp x+ư ỉp x-ư 4KT sh ç ÷ sh ç ÷ è2 T ø è2 T ứ (4.23) Biểu thức tính vận tốc dọc theo đáy móng thượng hạ lưu viÕt d­íi d¹ng rót gän sau: vy = kt H P T (4.24) Trong đó: P - hàm số, phụ thuộc vào /T (x-)/T (xem bảng 4-4) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 133 A - Nh÷ng vÊn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Bảng 4-4 Giá trị hàm P l/T Giá trị P (x-l)/T 0,1 0,2 0,5 0,2 1,810 1,080 0,468 0,182 0,038 0,4 1,360 0,870 0,395 0,160 0,032 0,6 1,170 0,740 0,345 0,142 0,030 0,8 1,010 0,630 0,305 0,125 0,026 1,0 0,910 0,580 0,275 0,112 0,022 2,0 0,594 0,379 0,180 0,073 0,014 3,0 0,441 0,281 0,133 0,054 0,011 4,0 0,350 0,224 0,106 0,043 0,009 5,0 0,291 0,185 0,088 0,036 0,007 4.2.5 Bản móng phẳng đặt chìm vào thấm n-ớc có chiều dày vô hạn (hình 4-5) Hình 4-5 Đồ thị xác định cột nước qui đổi h q dọc theo đáy móng công trình chôn vào độ sâu t Đối với trường hợp móng công trình chôn vào độ sâu t, cột nước qui đổi hq xác định theo đồ thị hình 4-5 theo số liệu bảng 4-5 E.A Damarin t×m www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 134 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Bảng 4-5 Giá trị hàm số x/l = f(hq, t/l) Giá trị x/l ứng víi hq t/l 0,859 0,813 0,8 0,6 0,5 0,0 -0,903 -0,833 -0,809 -0,783 -0,588 -0,309 0,309 0,588 0,783 0,809 0,833 0,903 0,2 -1,0 - -0,600 -0,372 0,372 0,696 0,4 - -1,0 -0,987 -0,968 -0,769 -0,415 0,415 0,769 0,968 0,987 0,6 - - -0,453 0,453 0,832 -0,931 - 0,786 -1,0 0,7 -0,832 0,4 0,3 0,214 1,0 0,2 0,931 - 0,187 0,141 - 1,0 - - - 4.2.6 Bản móng phẳng có cừ không thấm thấm n-ớc chiều dày hữu hạn (hình 4-6) Lời giải theo N.N.Pavơlốpxki Cột nước dọc theo đáy thượng l­u cđa b¶n mãng: ü ì é ï1 ê ỉ x ùï h = H - arccos b + + ỗ ữ ỳ ý p ố s ứ ỳù ùa ỷỵ ợ víi -1 £ x £ (4.25) Trong ®ã: 2' a = 0,5 é + (  / s ) + + (  / s ) ù ê ú ë û 2' b = 0,5 é + (  / s ) + + (  / s ) ự ỳ ỷ Cột nước dọc theo đáy hạ lưu móng: ỡ ộ ựỹ ï1 ê ï ỉxư h = H arccos í + ỗ ữ - b ỳ ý với Ê x Ê p ỳù ốsứ ù2 ỷỵ ợ Hình 4-6 Sơ đồ tính thấm móng phẳng có cừ www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn (4.26) Hình 4-7 Sơ đồ tính thấm móng phẳng có vật thoát nước nửa hình tròn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 154 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Lưu lượng thấm đơn vị dọc theo đường mép nước thượng lưu hạ lưu (biên 1-8 5-6, hình 4-22): kM q= t ( ) ( ) 2 h - h (1 + x ) P - h3 - h1 (1 - x ) x - nx (4.82) ´ T2 (1 + x ) + T1 (1 - x ) N ( x - d )( x + l ) -1 Ê x Ê l biên - d Ê x Ê +1 biên - 6, đó: M= (1 - l )(1 - d ) 1- n P= (1 + l )(1 - d ) ; (1 + d )(1 - l ) N= ; 1+ n ; 1- n (4.83) Tung độ hoành độ điểm biên vùng thấm: a) Trên đường viền chảy bao ngăn nước (viền 2-3-4): y= T2 - w1 x T1 - wx P arcsin - arcsin ± , p 1- x p 1+ x (4.84) £ x £ n DÊu céng (+) trước số hạng thứ ba vế phải lấy T1 > T2, dÊu trõ (-) lÊy T1 < T2; b) Trên đường viền trụ biên phía thượng lưu (đoạn - 2) đường mÐp n­íc ë hå chøa (biªn 1-8): x= - w1 x T1 T2 - w2 x arch arch ; p 1-x p 1+ x (4.85) l £ x Ê đường viền 1-2 -1 Ê x Ê l biên 1-8; c) đường viền trụ biên phía hạ lưu (đường 4-5) dọc theo đường mép nước hạ lưu (biên 5-6): x= w x - T1 T2 w x -1 arch arch p 1-x p 1+ x (4.86) n £ x £ d ®èi víi ®­êng viền 4-5 d Ê x Ê +1 biªn 5-6; www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 155 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi d) Trên đường viền cấp nước ngầm (biªn 6-7-8): x= - w1 x T1 T2 w x -1 arch arch p 1-x p 1+ x (4.87) -Ơ Ê x Ê -1 +1 Ê x Ê +Ơ đ) Hoành độ điểm phân chia e dòng thấm biên 1-8: xe = ®ã: T2 - w2 g - wg T1 arch arch , p 1- g p 1+ g (h g= (h ) ( ) P + (h 2 - h P - h - h1 -h 2 -h ) ) (4.88) (4.89) Tỉn thÊt n­íc thấm từ hồ chứa vòng quanh công trình: Qe = kt A2 arch a - a4 g -a1 - a2 g - kt A1 arch 1- g 1+ g (4.90) Hình 4.24 Đồ thị hàm số l = f(l1/T2, S/T2) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 156 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Hình 4-25 Đồ thị hàm số d = f (l2/T2, S/T2) Những công thức tính toán sơ đồ trụ biên có hình dạng phức tạp áp dụng cho sơ đồ trụ biên dạng đơn giản hình 4-26 Các sơ đồ cụ thể lấy theo sơ đồ loại bỏ chi tiết tương ứng Ví dụ, sơ đồ hình 4-26a tham số n xác định theo công thức giản hoá từ biểu thức (4.74) thừa nhận m = 0, nghÜa lµ: n=± - ( T1 T2 ) + ( T1 T2 ) , (4.91) ®ã T1 < T2 lÊy dÊu céng, T1 > T2 lÊy dÊu trõ ViÖc tÝnh toán đại lượng l d ứng với sơ đồ hình 4-26 đơn giản Ví dụ, với sơ đồ hình 4-26b giá trị l = 0; sơ đồ hình 4-26c giá trị l = 0, d = n; với sơ đồ hình 4-26d giá trị d = n www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 157 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Hình 4-26 Những sơ đồ đường viền nối tiếp công trình với bờ có khả xảy 1- dạng trụ biên; 2- đường cấp nước ngầm 4.7.4 Trụ biên có ngăn n-ớc phía th-ợng l-u đ-ờng mép n-ớc hồ chứa có dạng gy khúc (hình 4-27) Sơ đồ tương ứng với trường hợp nối tiếp đập đất với bờ Hình 4-27 Sơ đồ tính thấm vòng quanh trụ biên có ngăn nước 1- đập; 2- đường biên cấp nước ngầm Các số A1, A2, w1, w2, a1 - a4 xác định theo công thức (4.71) (4.73), thay giá trị n, l d tính theo biÓu thøc: n=- www.vncold.vn - ( T1 T2 ) + ( T1 T2 ) www.vncold.vn ; www.vncold.vn (4.92) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 158 sæ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập d= T1 w l - T1 - w2 l P arcsin + arcsin + p 1-l p 1+ l (4.93) = - w1 l T1 T2 - w2 d arcsin arcsin 1+ d p 1-d p (4.94) Từ công thức (4.93) (4.94) tìm l d thử dần, cho l d phạm vi n < l < < d < +1 Các đại lượng l d xác định theo đồ thị hình 4-28 hình 4-29 Hình 4-29 Đồ thị hàm số d = f (T1/T2, l/T2) Hình 4-28 Đồ thị hàm l = f (T1/T2, S/T2) Khi S = S = p ta có tương ứng l = vµ l = n øng víi l = d = Chiều sâu dòng chảy dọc theo đường viền không thấm 2-3-4 (hình 4-27) xác định theo công thức (4.78) Lưu lượng thấm tổng cộng biên 2-1-7 tính theo công thức (4.79), biên 4-5 tính theo công thức (4.80) biên 5-6-7 tính theo công thức (4.81) Lưu lượng thấm đơn vị theo đường mép nước thượng lưu hạ lưu (trên biên 2-1-7 4-5): kM q=- t ( ) ( ) 2 h - h (1 + x ) P - h - h (1 - x ) x - nx (4.95) T2 (1 + x ) ± T1 (1 + x ) N ( d - x )( l - x ) n £ x £ l ®èi víi biªn 2-1; -1 £ x £ n ®èi với biên 1-7; d Ê x Ê biªn 4-5 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 159 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Trước số hạng thứ hai mẫu số vế phải lấy dấu trừ (-) biên 1-2 dấu cộng (+) biên 1-7 4-5; giá trị M, P N tìm theo công thức (4.83) Tung độ hoành độ điểm biên vùng thấm xác định sau: a) Trên đường viền ngăn nước đường mép nước hå chøa (biªn 1-2-3) y= w x - T1 T2 - w1x P arcsin arcsin + + , p 1-x p 1+ x (4.96) n Ê x Ê ; b) Trên đường mép nước ë hå chøa theo biªn 1-7 x= w x - T1 T2 w x -1 arch arch , p 1-x p 1+ x (4.97) -1 £ x Ê n ; c) Trên đường viền trụ biên đường mép nước hạ lưu (biên 3-4-5) x= - w1 x T1 T2 - w2 x arch + arch , 1+ x p 1-x p (4.98) £ x £ +1; d) Trªn đường viền cấp nước ngầm (biên 5-6-7) x= w x - T1 T2 - w2 x arch arch , p p 1+ x 1-x (4.99) -¥ Ê x Ê -1 +1 Ê x Ê +Ơ Điểm phân chia dòng thấm e đường mép nước thượng lưu xác định biên 1-2 biên 1-7, tuỳ thuộc vào giá trị g tÝnh theo c«ng thøc: (h g= (h ) ( ) P + (h 2 - h P - h - h1 2 - h2 2 - h1 ) ) (4.100) Khi g > n điểm e nằm biên - tung độ e tính theo c«ng thøc: yc = w g - T1 - w2 g P T2 arcsin arcsin + + p 1- g p 1+ g (4.101) Khi g < n điểm e nằm biên 1-7 hoành độ tính theo công thức: xc = www.vncold.vn w x - T1 w g -1 P T2 arcsin arcsin + p 1- g p 1+ g www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn (4.102) www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 160 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 4.8 Thấm không áp vòng quanh vùng nối tiếp đập bê tông với đập đất tầng lót không thấm (Tính toán theo V.P Nedriga) 4.8.1 Ph-ơng pháp tính Tính thấm thân đập đất sau tường biên tiến hành theo phương pháp phân đoạn - cách chia miền thấm phức tạp thành phân đoạn đơn giản Sơ đồ chia phân đoạn thể đường đứt nét hình 4-30 Mái dốc thực đập thay đường thẳng đứng Hình 4-30 Sơ đồ nối tiếp đập bê tông với đập đất 1- sân trước; 2- sân tiêu năng; 3- sân sau; 4- đập đất Chiều sâu dòng thấm biên phân đoạn xác định theo điều kiện cân lưu lượng phân đoạn riêng Sau giới thiệu công thức tính toán áp dụng cho sáu phân đoạn đặc trưng gặp thực tế 4.8.2 Phân đoạn loại I (hình 4-31) Hình 4-31 Sơ đồ phân đoạn nối tiếp trụ biên loại I Chiều sâu dòng thấm dọc theo đường viền phân đoạn: a) đoạn 3' - 1' h= www.vncold.vn h2 + h2 h2 - h2 sin( px / ) - n + m T H H - T arcsin , p n+m www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn (4.103) www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 161 A - Nh÷ng vÊn đề chung thiết kế công trình thủy lợi b) đoạn - h2 + h2 h2 - h2 2ch(py / ) - m + n T H H , arcsin + T p n+m (4.104) h2 + h2 h2 - h2 2sh( py / ) + m - n T H H - T arcsin , p n+m (4.105) m = ch(pST/) ; (4.106) h= c) đoạn - h= đó: n = ch(pSH/) ; Trong công thức (4.103) (4.105) sử dụng ký hiệu sau: hT hH - chiều sâu dòng chảy biên thượng lưu biên hạ lưu phân đoạn; x y - toạ độ điểm phân đoạn Lưu lượng thấm tổng cộng Q lưu lượng thấm đơn vị q dọc theo đường ranh giới phân đoạn (đường 3-4 1-2, hình 4-31) tương ứng bằng: 2ch ( py ) ± ( m - n ) h2 - h2 H Q = kt T arch 2p n+m Q= ( k t h2 - h2 T H (n + m) ) (4.107) sh(( py  ) (4.108) é 2ch ( py  ) ± (n - m) ù ê ú -1 n+m ë û Trong ®ã: kt - hƯ sè thấm đất Trước số hạng (m - n) công thức (4.107) (4.108) lấy dấu cộng (+) biên - lấy dấu trừ (-) biên 1-2 4.8.3 Phân đoạn loại II, III IV Các công thức (4.103) (4.108) sử dụng để tính thấm cho phân đoạn loại II, III IV lấy giá trị m n ghi bảng 4-8 tương ứng với phân đoạn Lưu lượng thấm tổng cộng Q lưu lượng thấm đơn vị q đường viền thấm nước (trên đoạn 3-3 1-1) phân đoạn loại III (xem bảng 4-8) tương ứng: é2 sin ( px  ) - n + m ù h2 - h2 û H Q = kt T arch ë 2p n+m q= www.vncold.vn ( kt hT - h2 H (n + m) ) www.vncold.vn (4.109) cos ( px  ) ì ± é2 sin ( px  ) - n + m ù ü ï ỷù -1 ý n+m ù ù ợ ỵ www.vncold.vn www.vncold.vn (4.110) www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 162 sæ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Trong công thức (4.109) (4.110) trước ngoặc vuông lấy dấu cộng (+) phân đoạn bên trái lấy dấu trừ (-) phân đoạn bên phải Bảng 4-8 Các sơ đồ phân đoạn loại II - IV công thức tính toán Loại phân đoạn Sơ đồ phân đoạn m II trái pS T II phải ch III trái - sin III phải ch pa  pS T  -1 ch IV ph¶i www.vncold.vn ch IV tr¸i www.vncold.vn n pS T  www.vncold.vn pS H  ch pS H  sin Sè hiƯu c«ng thøc (4.103) ; (4.105) ; (4.107) (4.103) ; (4.104) ; (4.107) (4.108) (4.103) ; (4.105) ; (1.107) (4.109) ; (4.110) pa  (4.103) ; (4.104) (4.107) ¸ (4.110) pS H  (4.105) ; (1.107) ; (1.110) -1 ch (4.104) ; (4.107) ; (4.110) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 163 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Hình 4-32 Sơ đồ phân đoạn nối tiếp tường biên loại V đồ thị để tÝnh cét n­íc qui ®ỉi h q däc theo t­êng nối tiếp ứng với góc nghiêng q khác so với trục x chiều dài S khác nhau; 1- đập đất; 2- công trình tháo nước (đập tràn) 4.8.4 Phân đoạn loại V Đối với phân đoạn loại việc tính toán thực theo đồ thị xây dựng từ tài liệu nghiên cứu thí nghiệm thiết bị EGDA Chiều sâu dòng chảy dọc theo đường viền không thấm phân đoạn: H= (h T ) - h2 hq + h2 H H (4.111) Trong công thức (4.111): hT hH - chiều sâu dòng thấm tương ứng với phía thượng lưu hạ lưu phân đoạn; hq - cột nước qui đổi điểm tính toán (xem hình 4-32) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 164 sỉ tay KTTL * PhÇn - công trình thủy lợi * Tập 4.8.5 Phân đoạn loại VI (hình 4-33) Chiều sâu dòng thấm đường viền chảy bao a-2-3 tính theo công thức (4.111), hq xác định theo biểu thức đây: a) Trên đường viền a-2 hq = p arccos S2 - y2 £ y £ S ; S + 2 (4.112) S - x2 £ x £ l ; S + (4.113) b) Trên đường viền 2-3 hq = p arccos Hình 4-33 Sơ đồ phân đoạn nối tiếp tường biên loại VI Hình 4-34 Sơ đồ tính dòng thấm vòng quanh tường biên 1- chắn; 2- tường biên; 3- đường dòng; 4- đường đẳng áp; 5- đập đất; 6- ranh giới phân đoạn Lưu lượng thấm tổng cộng Q lưu lượng thấm đơn vị q xác định theo công thức sau: a) Trên biªn thÊm n­íc 1- a Q = kt h2 - h2 T H arch p h2 - h2 H q = kt T p www.vncold.vn www.vncold.vn y2 - S 2 + S (4.114) y (y + 2 )( y www.vncold.vn - S2 ) S £ y £ +¥ www.vncold.vn (4.115) www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 165 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi b) Trên biên thấm nước 3-4 h2 - h2 H arch Q = kt T p q = kt h2 - h2 T H p S + x2 S + 2 (4.116) x ( x2 - S )( x2 - 2 ) l Ê x Ê +Ơ (4.117) 4.8.6 Chiều sâu dòng thấm biên phân đoạn kề Toạ độ điểm tính toán xác định sau: Cho tung độ đường biên dòng chảy y1 y2 (hình 4-34) số đường phân cách (đường c-d e-f) đặt giá trị vào công thức (4.107), giả thiết rằng: h2 - h2 T H =1 ta nhận lưu lượng qui đổi đoạn kể từ cuối chắn tới điểm xem xét là: kt = Qq,i = 2ch( py i ) ± (m - n) arch p n+m (4.118) Trong trước số hạng (m-n) lấy dấu trừ (-) phía bên trái (thượng lưu) chắn lấy dấu cộng (+) phía bên phải (hạ lưu) Tung độ thứ hai nối với tung độ đ cho xác định theo công thức sau đây, đặt giá trị Qq,i tìm từ công thức (4.118) vào biểu thức tính yi: yi = ( m + n ) ch ( pQ q,i ) ± ( m - n ) arch p (4.119) trước số hạng (m-n) lấy dấu cộng (+) phía trái chắn lấy dấu trừ (-) phía bên phải Tung độ y2 xác định theo công thức (4.119) cho phép tính lưu lượng qui đổi Qq,2 Nếu miền thấm có chắn tiến hành tính tung độ yi ứng với đường phân cách theo chắn đó, đồng thời xác định Qq,i Trong sơ đồ hình 4-34 có chắn Theo giá trị Qq,1 Qq,2 tìm giá trị hệ số cản phân đoạn, cụ thể là: f1 = 1/Qq,1; vµ f2 = 1/Qq,2 fp = 1/Qq,p (4.120) Đối với phân đoạn loại V, hệ số cản tính gần theo công thức với phân ®o¹n lo¹i II, ®ã lÊy: Si = S - www.vncold.vn tgq www.vncold.vn (4.121) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 166 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Chiều sâu dòng thấm đường phân chia thuộc vế phải phân đoạn xem xét xác định theo công thức: hc = ( c P 1 )( ) 2 - å f å f h1 - h + h 2 (4.122) Trong ®ã: c å f - tổng hệ số cản phân đoạn nằm thượng lưu đường phân chia xem xét để tính độ sâu dòng chảy; p f - hƯ sè c¶n tỉng céng b»ng tỉng hƯ sè cản p phân đoạn; h1 h2 - độ sâu dòng thấm thượng lưu hạ lưu công trình so với mặt tầng lót không thấm Sau xác định chiều sâu dòng thấm biên, dễ dàng tính toán yếu tố thấm phân đoạn theo công thức 4.8.7 T-ờng biên nối tiếp có chắn không thấm Trên hình 4-35 giới thiệu đồ thị xác định giá trị hàm lưu lượng qui đổi tuỳ thuộc vào tỷ số s/ c/ Hình 4-35 Đồ thị hàm số Qq = f(s/l, c/l); S/l > lưu lượng qui đổi Qq = 0,53 + 0,15 (S/l - 2) Trong b¶ng 4-9 cung cấp công thức tính toán hai trường hợp nối tiếp đập bê tông với đập đất đá lòng sông bi bồi thường gặp không thấm (tầng lót không thấm) nằm ngang, có chắn nước (không thấm) Những công thức tính toán thiết lập sở lời giải đ nêu phần trước phân đoạn nối tiếp riêng www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 167 A - Những vấn đề chung thiết kế công trình thủy lợi Bảng 4-9 Các công thức tính thấm đoạn nối tiếp đập đất với đập bê tông Sơ đồ nối tiếp Đập tràn nối với đật đất lòng sông Công thức tính toán Chiều sâu dòng thấm điểm a: (h Ha = - h2 2 ) Qq Qq1 + H ; (4.123) + Qq Qq1 vµ Qq2 tìm theo đồ thị hình 4-35 Chiều sâu dòng thấm däc ®­êng a-4-5 (H h= a ) - H2 hq + H2 ; 2 (4.124) đây, hq - cột nước qui đổi, bằng: a) đường a-4: hq = 2ch ( py  ) - l + d 1 + arcsin p l+d Ê y Ê S2 ; b) đoạn 4-5: hq = (4.125) sin ( px  - p ) + l - d 1 - arcsin p l+d £ x £ c2 ; Trong công thức (4.125) (4.126) l = ch (4.126) ổ pc pử pS ; d = sin ỗ - ữ 2ứ ố Lưu lượng đơn vị: a) Trên biên 5-6 q=k t ổ px p cos ỗ - ữ ố 2 ứ H -H  (l + d) é ù æ px p - ÷+l-d ú ê sin ç è 2 ø ê ú -1 ê ú l+d ê ú ê ú ë û a 2 c2 £ x £ 2 ; (4.127) b) trªn biªn 6-7 q = kT sh ( py  ) H2 - H2 a  (l + d) é 2ch py  + l + d ù ( 2) ê ú -1 l+d ë û £ y £ +¥ www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn (4.128) www.vncold.vn www.vncold.vn ww.vncold.vn 168 sỉ tay KTTL * PhÇn - công trình thủy lợi * Tập Sơ đồ nối tiếp Công thức tính toán Đập tràn nối tiếp với đập đất bÃi bồi Chiều sâu dòng chảy điểm a tính theo công thức (4.123), Qq,1 tính theo đồ thị hình 4-35, Qq,2 tÝnh theo c«ng thøc sau: Qq2 = arch p y2 - S2 2 - S 2 (4.129) Chiều sâu dòng chảy biên a-4-5 tính theo công thức (4.124) với giá trị hq tính theo công thøc sau: S2 - y2 S - 2 2 hq = arccos p £ y £ S2 ; b) trªn biªn 4-5 hq = (4.130) S - x2 S - 2 2 arccos p £ x £ 2 ; (4.131) Lưu lượng đơn vị biên 5-6: H2 - H2 q = kT a p (x 2 £ x £ +¥ www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn S2 x 2 + S2 )( x - 2 ) (4.132) www.vncold.vn www.vncold.vn ... (4 .10 7) (4 .10 8) (4 .10 3) ; (4 .10 5) ; (1. 107) (4 .10 9) ; (4 .11 0) pa  (4 .10 3) ; (4 .10 4) (4 .10 7) ¸ (4 .11 0) pS H  (4 .10 5) ; (1. 107) ; (1. 110 ) -1 ch (4 .10 4) ; (4 .10 7) ; (4 .11 0) www.vncold.vn www.vncold.vn... 0,000 0 ,1 0,2 31 0 , 14 1 0 ,10 0 0,078 0,0 64 0,055 0, 042 0,035 0,2 0,336 0,232 0 ,17 3 0 , 14 4 0 ,12 0 0 ,10 2 0,083 0,070 0 ,4 0 ,45 8 0, 344 0,283 0,2 41 0, 213 0 ,18 8 0 ,15 6 0 ,13 5 0,6 0,529 0, 240 0,357 0, 3 14 0,282... 0,00 ¥ ? ?1, 67 0,35 0, 24 ? ?1, 05 0 ,10 0,99 ? ?1, 90 0 ,40 0,20 ? ?1, 11 0 ,15 0,65 ±2 ,18 0 ,45 0 ,17 ? ?1, 20 0,20 0 ,48 ±2, 51 0,50 0 , 14 ? ?1, 32 0,25 0,37 ±2,90 0,55 0 ,12 ? ?1, 48 0,30 0,29 ±5,00 0,73 0,07 4. 2 .4 Bản