Tính toán chọn mặt cắt kinh tế

- λ 1: hệ số cản trong đoạn ∆l i, xácđịnh như sau :4 lg 4,

CÁC CÔNG TRÌNHĐẦU MỐ

4.1.2. Tính toán chọn mặt cắt kinh tế

Cấu tạo mặt cắt kinh tế như sau: mặt thượng lưu có mộtđoạn thẳngđứng chiều dàiξH, tiếp theo làđoạn có mái dốc n, hạ lưu có hệ số mái m, chiều cao mặt cắtđược tínhđến MNLTK. Với các thông sốξ, n,m đã biết bề rộngđáy và diện tích mặt cắtđập xácđịnh như sau :

+ Chiều rộngđáy: B = n.(1 – ξ).H + m.H = H.[m + n(1 – ξ)] (4.1) + Diện tích:

A = 0.5.(mH.H) + 0.5.[n(1 – ξ)H].[(1 – ξ)H] = 0.5H2[m + n(1 – ξ)2] (4.2) Khi tính toán mặt cắt kinh tế các tải trọng tácđộng như sau:

+ Áp lực nước thượng lưu: thành phần ngang W11, thành phầnđứng (W12, W13). + Áp lực nước hạ lưu: thành phần ngang W21, thành phầnđứngW`22.

+ Áp lực bùn cát: thành phần ngang W31, thành phầnđứngW32. + Áp lực sóng: WS.

+ Trọng lượng bản thân: G1, G2.

+ Áp lực thấm dưới đáy công trình: Wth. + Lựcđẩy nổi: Wđn.

H1G1 G1 HS B Wth Wdn Ws W31 W32 W13 W12 W11 W22 O W21 G2 MNLTK MNHL γh2 γαH1 h2 (1 - ξ)nH H h = ξH n m Hình 4.3 – Sơ đồ lực tác dụng lên mặt cắt đập

Tính toán xácđịnh mặt cắt kinh tế với MNLTK = + 477.36 (m), cao trìnhđáyđập Zđ= 354.00 (m), cao trình mực nước hạ lưu (ứng với lưu lượng xả max qua tràn trong trường hợp lũ thiết kế) Zh = + 379.56 (m).

Trình tự tính toán xácđịnh mặt cắt kinh tế như sau:

1 – Tính toán lực tác dụng

 Áp lực nước thượng lưu:

+ Thành phần nằm ngang: W11 = 0.5.γ.H2 (4.3) + Thành phần thẳngđứng gồm hai phần:

W12 = γ.[(1 – ξ)nH].[ξH] = γ.n.H2.ξ(1 – ξ) (4.4) W13 = 0.5.γ.[(1 – ξ)nH].[H(1 – ξ)] = 0.5.γ.n.H2(1 – ξ)2 (4.5) Cánh tay đòn của các thành phần lực so với trọng tâm đáyđập xácđịnh như sau:

d11 = H/3 (4.6)

d12 = B/2 – [(1 – ξ)nH]/2 = mH/2 (4.7) d13 = B/2 – [(1 – ξ)nH]/3 = mH/2 + [(1 – ξ)nH]/6 (4.8) Trong các công thức trên ta có:

+ ξ, n, m: các thông số của mặt cắt kinh tế. + γ = 1 (T/m3): trọng lượng riêng của nước.

 Áp lực nước hạ lưu

+ Thành phần ngang: W21 = 0.5.γ.(h2)2 (4.9) + Thành phầnđứng: W22 = 0.5.γ.h2,mh2 = 0.5γ.m(h2)2 (4.10)

Cánh tay đòn xácđịnh như sau : d21 = (h2)/3 (4.11)

d22 = B/2 – [m.(h2)]/3 (4.12) Trong các công thức trên ta có:

+ B (m): bề rộngđáyđập.

+ h2 (m): chiều sâu mức nước hạ lưu.

h2 = MNHL – Zđ = 379.56 – 354.00 = 25.56(m).

 Áp lựcđẩy nổi

Xácđịnh như sau: Wdn = γ.(h2).B (4.13)

Cánh tay đòn: ddn = 0. (4.14)

 Áp lực thấm

Xem áp lực thấm dưới đáyđập phân bố dạng tam giác ta có công thức xácđịnháp lực thấm như sau: Wth = 0.5.α1.γ.H1.B (4.15)

Cánh tay đòn: dth= B/2 – B/3 = B/6 (4.16) Trong các công thức trên α1 là hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vìđập cao (H > 120 m) và công trình quan trọng nên phải tính toán xử lý chống thấm bằng cách khoan phụt vữa tạo màng chống thấm. Trị sốα1được xácđịnh chính xác trong xử lý nền, để tính toán sơ bộ lấyα1 = 0.50.

 Áp lực bùn cát

+ Thành phần ngang: W31 = 0.5.γbc.(hbc)2.Kcđ 4.17) + Thành phầnđứng: W32 = 0.5.γbc.(hbc)2.n (4.18) Cánh tay đòn xácđịnh như sau:

d31 = (hbc)/3 (4.19)

d32 = B/2 – [n.(hbc)]/3 (4.20) Trong các công thức trên ta có:

+ Kcđ = tg2(45o – ϕ/2) (T/m3): Hệ sốáp lựcđất chủđộng. + ϕ = 10o: là góc ma sát trong của bùn cát bão hoà nước.

 Trọng lượng bản thân đập

+ Thành phần: G1 = 0.5γ1.[(1 – ξ)nH].[(1 – ξ)H] = 0.5.γ1.H2.n(1 – ξ)2(4.21)

+ Thành phần: G2 = 0.5.γ1.H.(mH) = 0.5.γ1.mH2 (4.22) Cánh tay đòn xácđịnh như sau:

d1 = B/2 – 2.[(1 – ξ)nH]/3 = (mH)/2 – [(1 – ξ)nH]/6 (4.23) d2 = B/2 – n(1 – ξ)H – (mH)/3 = (mH)/6 – [n(1 – ξ)H ]/2 (4.24)

 Áp lực sóng

Áp lực sóng max được xácđịnh như sau:

WS = Kd.γ.hS1%.[H + (hS1%)/2] (4.25) Mô men do áp lực sóng gây ra lấy với chân đập là:

MS = Km.γ.hS1%.[(hS1%)2/6 + (H.hS1%)/2 + H2/2] (4.26) Trong (4.25) và (4.26) ta có:

+ hS1% (m): chiều cao sóng với mứcđảm bảo 1%.

+ Kd, Km: là các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào (λ/H;h/λ).

+ h, λ (m): là các thông số chiều dài và chiều cao sóng trung bình.

2 – Tính toán các thông số bùn cát, sóng

Trong phần tính toán các lực tác dụng ta có:

+ Mực nước thượng lưu: H = MNLTK – Zđ = 477.36 – 354.00 = 123.36 (m). + Mực nước hạ lưu: h2 = MNHL – Zđ = 379.56 – 354.00 = 25.56 (m). + Trọng lượng riêng nướcγ = 1(T/m3); bê tông γ1 = 2.4 (T/m3).

 Các thông số bùn cát

+ Cao trình bùn cát (Zbc): Là cao trìnhứng với dung tích bùn cát lắngđọng trong hồ trong thời gian vận hành của nó. Cao trình bùn cát xácđịnh bằng cách tra quan hệW∼Z ứng với tổng lượng bùn cátW = T.Vbc.

Trong đó:- T = 100 (năm): thời gian vận hành công trình.

- Vbc = 0,28.106(m3) : lượng bùn cát trung bình năm đến tuyến công trình Vậy ta có: W = 100.1,24.106 = 28.106 (m3).

Tra quan hệW∼Z vớiW = 28.106 (m3) ta được cao trình bùn cát Zbc = 391.91 (m). + Chiều sâu bùn cát: hbc = Zbc – Zđ = 391.91 – 354 = 37.91 (m).

+ Trọng lượng riêng đẩy nổi của bùn cát (γbc): γbc = γk – 1 = 1,5 – 1 = 0,5 (T/m3). + Góc ma sát trong của bùn cátϕ =10o (ứng với trường hợp bão hào nước).

 Các thông số của sóng

+ hS1% = 0.850 (m): đãđược tính toánở phần tính cao trìnhđỉnhđập cho các phương án (Bảng 3.8)

+ Vớiλ_{/H = 0.059,} h_/λ _{= 0.05 tra biểuđồ P 2 – 4 (Sáchđồán môn học thuỷ}

công) ta có: Kđ = 0.13, Km = 0.20.

3 – Xác định các quan hệ m = f1(n), σ’1 = f2(n)

 Theo điều kiện ổn định :

Đập thoả mãn điều kiện ổn định khi : K =

∑^∑

FF F

≥ KC (4.27) Trong đó: + KC = 1.316: là hệ số an toàn cho phép.

Tính toán các lực gây trượt và chống trượt:

ΣFGT= W11 + W31 + WS – W21 (4.28)

ΣFCT = f.ΣP = f[W32 + W12 + W13 + G1 + G2 + W22 – (Wth +Wdn)] (4.29) Trong đó f là hệ số ma sát giữađáyđập và nềnđá: sơ bộ lấy f = 0.75.

Tính toán các lực trong (4.28) và (4.29) thay vào (4.27) tính thử dần ta tìmđược m.

 Tínhứng suấtở mép biên thượng lưu

Ứng suất chính mép biên thượng lưu chính làáp suấtđáy móng tại vị trí thượng lưu vàđược tính theo công thức nén lệch tâm như sau:

σ’1 =

∑

∑

FP P

(4.30) Trong (4.30):+ ΣP: tổng lực theo phương đứng.

ΣP = W32 + W12 + W13 + G1 + G2 + W22 – (Wth +Wdn) (4.31) + F = 1.B: diện tíchđáy móng.

+ W = B2/6: mô đun chống uốn tại mặt cắtđáy móng.

+ ΣMo: tổng mô men các lực lấy với tâm O (chiều + cùng chiều KĐH).

ΣMo = MS + (W31.d31 – W32.d32) + (W11.d11 – W12.d12 –W13.d13) – (G1.d1 + G2.d2) + (W22.d22 – W21.d21) + Wth.dth (4.32) Dựa vào các thông số của mặt cắt kinh tế (ξ, n, m) đã biết tính toán các lực thay vào (4.30) ta cóđược quan hệσ’1 = f2(n).

4 – Kết quả tính toán

Bảng 4.1 – Kết quả tính toán mặt cắt kinh tế

PA ξ n m _(m)^B σ’1 (T/m2) A (m2) ^KC 1 0.5 0.20 0.91 122.13 68.72 7076.23 1.316 2 0.6 0.30 0.86 120.89 61.89 6908.83 1.316 3 0.7 0.30 0.9 122.13 68.99 7053.4 1.316 4 0.8 0.30 0.94 123.36 77.93 7243.62 1.316

Tính toán chi tiết cho các giá trịξI khác nhau được trình bày trong phụ lục PL 4.1 đến PL 4.5.Từ kết quả tính toán ta chọn ra được mặt cắt đập kinh tế nhất đó là PA 2.

PA ξ n m _(m)^B σ’1

(T/m2)

A

(m2) ^KC