Để tỡm được hệ số Kmin thỡ khối lượng tớnh toỏn khỏ lớn, vấn đề này đĩ được nhiều người nghiờn cứu, tổng kết qua kinh nghiệm và đưa ra được phạm vi chứa tõm trượt nguy hiểm nhằm giảm khối lượng tớnh toỏn. Trong phạm vi của đồ ỏn tốt nghiệp này em ỏp dụng phương phỏp Filennớt kết hợp với phương phỏp V. V Fanđeep.
a). Phương phỏp Filennớt:
Tõm trượt nguy hiểm nằm lõn cận đường MM1. Cỏc trị số α, β phụ thuộc vào hệ số mỏi m, được xỏc định theo bảng (6 - 5) trang 146 sỏch thủy cụng tập I.
α = 35o β = 25o b). Phương phỏp V. V Fanđeep:
Tõm cung trượt nguy hiểm nằm lõn cận hỡnh thang cong bcde như trờn hỡnh vẽ. Để xỏc định hỡnh thang cong bcde này, từ điểm giữa của mỏi đập ta kẽ một đường thẳng đứng và một đường hợp với mỏi dốc 1 gúc 850 cũng từ điểm đú làm tõm kẽ cỏc
trỡnh
cung trũn cú bỏn kớnh R và r. Cỏc trị số bỏn kớnh R, r được tra theo bảng (6- 6) trang 147 sỏch Thủy Cụng I, nú phụ thuộc vào hệ số mỏi hạ lưu m2 và chiều cao Hđ
Với Hđ = 24,7m, ta cú: H R = 2,3→ R = 2,3.24,7 = 56,12 m Với m2=3, ta cú : H r = 1 → r =1.24,7 = 24,4 m
Kết hợp cả hai phương phỏp trờn ta cú được phạm vi chứa tõm trượt nguy hiểm nhất nằm lõn cận đường AB.
Trờn đường AB ta giả thiết cỏc tõm trượt O1, O2, O3 … vạch cỏc tõm trượt đi qua điểm Q1 nằm ở chõn đập, tiến hành tớnh toỏn hệ số an tồn ổn định K1, K2, K3… cho cỏc cung trượt tương ứng, vẽ đường quan hệ giữa Ki và vị trớ tõm Oi ta tỡm được một trị số Kmin ứng với cỏc tõm O trờn đường thẳng MM1. Từ vị trớ tõm O ứng với Kmin này ta tiến hành kẻ đường N-N vuụng gúc với đường MM1. Trờn đường N-N ta lại lấy cỏc tõm O khỏc nhau, vạch cỏc cung đi qua điểm Q1 ở chõn đập, tớnh K ứng với cỏc cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tõm O ta xỏc định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chõn đập.
Với cỏc điểm Q2, Q3…ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cỏch tương tự, ta cũng tỡm được trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki
min với cỏc điểm ra của cung Qi ta tỡm được hệ số an tồn nhỏ nhất Kmin cho mỏi đập. Cỏch tớnh toỏn như trờn thỡ khối lượng tớnh toỏn rất lớn, nờn để tiện cho việc tớnh toỏn ta xem như cỏc vũng cung trượt chỉ đi qua điểm Q ở chõn đập.
Kết hợp hai phương phỏp trờn ta được phạm vi cú chứa tõm cung trượt nguy hiểm nhất là lõn cận đoạn AB như hỡnh vẽ.
trỡnh MNLTK H1 T 26,7 d +2 c d M b e M A 1 d +8 H 2 B
Hỡnh 5-11 :Sơ đồ xỏc định vựng tõm trượt của mỏi đập.
5.4.5.1 Tớnh toỏn hệ số an tồn cho một cung trượt bất kỳ.
Theo phương phỏp mặt trượt trụ trũn, cú nhiều cụng thức xỏc định hệ số an tồn K cho một cung trượt. Với cụng thức tớnh hệ số ổn định
K = ∑ ∑ gtr ctr M M .
Để xỏc định cỏc thành phần của cụng thức trờn theo N.M Ghecxevanốp, giả thiết xem khối trượt là một vật thể rắn, ỏp lực thấm chuyển ra ngồi thành ỏp lực thủy tĩnh tỏc dụng vào mặt trượt và hướng vào tõm. Ta tiến hành chia khối trượt ra làm nhiều dải cú bề rộng b(m) với: b = m R Trong đú: R: bỏn kớnh cung trượt (m). m: hằng số ta lấy m = 10, 20, 30 …. Ta tiến hành tớnh toỏn cho:
- Áp lực thấm tham gia đẩy trượt mỏi dốc được xỏc định và ta chuyển ỏp lực thấm thành ỏp lực thủy tĩnh tỏc dụng lờn mặt trượt và hướng tõm được xỏc định theo cụng thức: Wn = γn.hn.cos( ) n b α Trong đú:
γn, hn: dung trọng và chiều cao cột nước tớnh từ đường bảo hũa đến đỏy dải thứ n. - Trọng lượng của cỏc dải đất bất kỳ:
trỡnh
Gn = b.(γ1.h1 + γ2.h2 + γ3.h3 + … ) Trong đú:
γi, hi: dung trọng và chiều cao của dải đất thứ i.
**Theo thiết kế đập đất của Nguyễn Xũn Trường:
+ Vựng đất nằm trờn đường bĩo hồ tớnh bằng dung trọng tự nhiờn γtn + Vựng đất nằm dưới đường bĩo hồ tớnh bằng dung trọng bĩo hồ
γbh = γtn + n.γn ; (n : hệ số rỗng của đất). - Dời lực này xuống đỏy dải và phõn ra hai thành phần:
+ Thành phần phỏp tuyến với cung trượt: Nn = Gn. cos(αn). + Thành phần tiếp tuyến: Tn = Gn.sin(αn).
Trong đú: sin(αn) = m n , cos(αn) = 1 ( )2 m n − (n : thứ tự dải ) Vậy: ∑Mctr = ∑(Nn – Wn).tg(ϕi).R + ∑Ci.li.R. ∑Mgtr = ∑Tn.R Cụng thức trờn được viết lại:
K = ∑ ∑ − +∑ n n n n n n T l C tg W N ). ( ) . ( ϕ Trong đú: tg(ϕn): hệ số ma sỏt
ϕn, Cn: gúc ma sỏt trong và lực dớnh của lớp đất thứ n cú cung trượt đi qua.
ln: chiều dài theo phương mặt trượt ở đỏy dải thứ n.
ln = cos( )
n
b
trỡnh Z 3 Z 4 b Gi Gi.cos αι Gi.sinα ι αι αι Oi ủửụứng baừo hoứa 5.4.5.2 Tớnh toỏn cụ thể.
Ta tớnh toỏn 5 tõm O ứng với MNDBT và 1 tõm ứng với MNLTK. Chi tiết cỏc bảng tớnh được thể hiện trong phụ lục. dưới đõy là kết quả tớnh toỏn.
Bảng 5.13 : Bảng chọn tõm trượt O và hệ số K Tõm trượt Bỏn kớnh Rn(m) Chiều rộng b(m) m K O1 65,53 6,55 10 1,311 O2 66,29 6,63 10 1,304 O3 67,1 6,71 10 1,313 O4 68,16 6,82 10 1,319 O5 64,65 6,47 10 1,328
*) Đỏnh giỏ tớnh hợp lý của mỏi
Mỏi đập đảm bảo ổn định thỏa mĩn điều kiện: Kminmin ≥ [K]
Tuy nhiờn để đảm bảo tớnh kinh tế, cần khống chế: Kminmin ≤ 1,15[K]
Theo 14TCN 157-2005 đối với cụng trỡnh cấp III: - Tổ hợp lực cơ bản (MNDBT, MNLTK): [K] = 1,3
→ [K] = 1,3 ≤ Kminmin≤ 1,15[K] = 1,5 Theo kết quả tớnh toỏn ổn định ta cú:
* Đối với trường hợp MNLTK, hạ lưu cú nước h2 = 2m. 1,3 ≤ Kminmin = K = 1,304 ≤ 1,5.
trỡnh
Kết luận: Đập thỏa mĩn điều kiện ổn định trong trường hợp tớnh toỏn, do vậy mỏi đập đĩ thiết kế là hợp lý.
trỡnh
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ
6.1 MỤC ĐÍCH – NHIỆM VỤ
Khi xõy dựng cụng trỡnh đầu mối như hồ chứa nước, ngồi đập, cụng trỡnh lấy nước và một số cụng trỡnh phục vụ cho mục đớch chuyờn mụn, cần phải xõy dựng cụng trỡnh tràn để thỏo một phần nước thừa từ hồ chứa xuống hạ lưu, đảm bảo nhiệm vụ và yờu cầu đặt ra cho tồn bộ cụng trỡnh.
Trong hệ thống cụng trỡnh đầu mối, cụng trỡnh tràn chiếm một tỉ trọng rất lớn. Hỡnh thức và quy mụ của cụng trỡnh tràn cú tỏc động trực tiếp đến việc xả lũ xuống hạ lưu, việc ngập lụt ở thượng lưu cũng như dung tớch hồ chứa và lưu lượng dũng chảy chảy dưới hạ lưu.
Tràn xả lũ cú nhiệm vụ thoỏt nước trong kho khi lũ về nhằm đảm bảo an tồn cho hệ thống cụng trỡnh, ảnh hưởng trực tiếp đến quy mụ, kớch thước của hệ thống cụng trỡnh đầu mối. Vỡ vậy cụng trỡnh tràn xả lũ cần được thiết kế, tớnh toỏn hợp lý để đảm bảo nhiệm xả lũ khi cần thiết và cú lợi nhất về mặt kinh tế.
6.2 VỊ TRÍ – HèNH THỨC TRÀN
6.2.1 Vị trớ.
Tuyến tràn đĩ được chọn nằm ở vai phải đập. Đõy là tuyến cú ưu điểm như nằm trờn lớp đẩt nền ổn định, độ thấm nước nhỏ, thuận lợi cho việc thỏo nước tiờu năng về hạ lưu. khối lượng đào đắp thuận lợi cho thi cụng, quản lý vận hành, tạo cho cụm đầu mối tập trung.
6.2.2 Hỡnh thức.
Hỡnh thức tràn đĩ được chọn là tràn tự do khụng cú cửa van, ngưỡng tràn đỉnh rộng kết hợp tiờu năng bằng bể, bề rộng ngưỡng tràn Btràn = 20,0m.kết cấu bằng BTCT M200. Đõy là hỡnh thức phự hợp với điều kiện địa hỡnh địa chất, thủy văn khu vực và cũng thuận lợi cho thi cụng quản lý vận hành sau này.
6.2.3 Cỏc bộ phận của tràn.
trỡnh
Hỡnh 6.1 : Sơ đồ đường tràn. 6.2.3.1 Sõn trước thượng lưu.
Sõn trước cú kết cấu bằng BTCT M200. Sõn cú mặt cắt hỡnh chữ nhật, cú bề rộng bằng bề rộng ngưỡng tràn. Tường bờn cú tỏc dụng hướng dũng, dạng tường bờ tụng trọng lực thẳng đứng, được làm liền khối với bản đỏy. Cỏc thụng số của sõn trước như sau: Chiều rộng: B = 20,0m ; Độ dốc đỏy: i = 0 ; Chiều dài: L = 15m ; Cao trỡnh đấy sõn bằng cao trỡnh ngưỡng tràn.
6.2.3.2 Ngưỡng tràn.
Tràn tự do khụng cửa van. Hỡnh thức ngưỡng: ngưỡng đỉnh rộng, tường bờn của ngưỡng dạng thẳng đứng, làm liền khối với bản đỏy. Kết cấu ngưỡng tràn bằng BTCT M200. Cỏc thụng số của ngưỡng như sau:
Chiều rộng ngưỡng: Bng = 20,0m Độ dốc đỏy: i = 0
Chiều dài: L = 15 m
Cao trỡnh đỏy ngưỡng: ∇ngưỡng = MNDBT = 20,37m
Lưu lượng xả lớn nhất qua tràn qmax = 243,44m3/s với Htr = 4,01m 6.2.3.3 Dốc nước.
Dốc nước được làm bằng BTCT M200, mặt cắt ngang dạng chữ nhật. Dốc dài 80m gồm 2 đoạn:
+ Đoạn thu hẹp cú chiều dài 20m. Bề rộng đỏy đầu đoạn thu hẹp bằng bề rộng ngưỡng tràn Btr = 20,0m, bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bc = 13,0m
+ Đoạn dốc lăng trụ cú chiều dài L = 60m Cỏc thụng số của dốc nước như sau:
trỡnh
Cao trỡnh đỏy cuối dốc: ∇cuối dốc = 12,37m Độ dốc đỏy dốc nước: i = 0,1
Độ nhỏm của dốc: ∆ = 0,017 ( dốc nước làm bằng bờ tụng) 6.2.3.4 Tiờu năng.
Căn cứ vào điều kiện địa hỡnh địa chất tuyến tràn , ta chọn hỡnh thức tiờu năng là bể tiờu năng.
6.2.3.5 Kờnh thỏo.
Kờnh thỏo cú tỏc dụng nối tiếp, đưa dũng chảy vào bể tiờu năng về lũng sụng thiờn nhiờn. Đoạn đầu của kờnh ngay sau bể tiờu năng được gia cố bằng bờ tụng. Cỏc thụng số của kờnh hạ lưu:
Cao trỡnh đỏy đầu kờnh: ∇đầu kờnh = +9,37m Chiều rộng đỏy kờnh: Bk = 13m
Độ dốc đỏy kờnh: i = 0,001 Mỏi kờnh: m = 1,5
6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC TRÀN XẢ LŨ
6.2.1 Mục đớch tớnh toỏn.
Tớnh thủy lực dốc nước nhằm mục đớch xỏc định được đường mực nước trờn dốc nước từ đú xỏc định cao trỡnh tường bờn dốc nước, chiều dày bản đỏy và kiểm tra điều kiện khụng xúi trờn dốc nước, vận tốc cuối dốc để tiến hành tiờu năng sau dốc.
6..2.2 Tài liệu tớnh toỏn
- Chiều dài tồn dốc nước : L = 80 m. - Chiều dài đoạn thu hẹp : Lth = 20m - Chiều dài đoạn khụng đổi : Lkđ = 60m - Độ dốc i = 10%
- Gúc thu hẹp θ = 13o.
- Độ nhỏm trong dốc nước : ∆ = 0,017 ( dốc nước làm bằng bờ tụng) - Cao trỡnh đoạn đầu dốc : +20,37 m( bằng cao trỡnh ngưỡng tràn ) - Cao trỡnh đoạn cuối dốc : +12,37m.
trỡnh
- Bề rộng dốc nước :
Bđầu dốc = Btràn = 20,0m Bcuối = 13,0m
Bcuoỏi
Bủầu ẹoán thu hép ẹoán laờng trú Ngửụừng traứn
Để tớnh toỏn thuỷ lực dốc nước ta tiến hành tớnh toỏn với cỏc cấp lưu lượng khỏc nhau từ 0 đến Qmax
Q = 48,7; 97,3; 145,8; 194,4; 243,44 .(m3/s).
Trong đú Q = 243,44 (m3/s) là lưu lượng thỏo ứng với MNLTK.