III. Tính toán thấm cho đập và nền
4.4.Nội dung tính toán
2. Phương pháp tính
4.4.Nội dung tính toán
4.4.1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm:
Để tìm được hệ số Kmin thì khối lượng tính toán khá lớn, vấn đề này đã được nhiều người nghiên cứu, tổng kết qua kinh nghiệm và đưa ra được phạm vi chứa tâm trượt nguy hiểm nhằm giảm khối lượng tính toán. Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp này em áp dụng phương pháp Filennít kết hợp với phương pháp V. V Fanđeep.
a). Phương pháp Filennít:
Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận đường MM1. Các trị số α, β phụ thuộc vào hệ số mái m, được xác định theo bảng (6 - 5) trang 146 sách thủy công tập I.
α = 35o β = 25o
b). Phương pháp V. V Fanđeep:
Tâm cung trượt nguy hiểm nằm lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ. Để xác định hình thang cong bcde này, từ điểm giữa của mái đập, kẻ một đường thẳng đứng và một đường hợp với mái dốc 1 góc 850 cũng từ điểm đó làm tâm kẽ
các cung tròn có bán kính R và r. Các trị số bán kính R, r được tra theo bảng (6- 6) trang 147 sách Thủy Công I, nó phụ thuộc vào hệ số mái hạ lưu m2 và chiều cao Hđ
Với Với m2 =2,625 ; Hđ = 20,10m, có: H R = 2,620→ R = 2,620.20,10 = 52,67 m H r = 0,992→ r =0,992.20,10 = 17,94 m
Kết hợp cả hai phương pháp trên ta có được phạm vi chứa tâm trượt nguy hiểm nhất nằm lân cận đường AB.
Trên đường AB ta giả thiết các tâm trượt O1, O2, O3 … vạch các tâm trượt đi qua điểm Q1 nằm ở đỉnh của thiết bị thoát nước (vì đập nằm trên nền đá), tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3… cho các cung trượt tương ứng, vẽ đường quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta tìm được một trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng MM1. Từ vị trí tâm O ứng với Kmin này, tiến hành kẻ đường N-N vuông góc với đường MM1. Trên đường N-N lại lấy các tâm O khác nhau, vạch các cung đi qua điểm Q1 nằm ở đỉnh của thiết bị thoát nước.Tính K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tâm O , xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 nằm ở đỉnh của thiết bị thoát nước.
Với các điểm Q2, Q3…ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự, cũng tìm được trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki
min với các điểm ra của cung Qi tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin cho mái đập. Cách tính toán như trên thì khối lượng tính toán rất lớn, nên để tiện cho việc tính toán thì xem như các vòng cung trượt chỉ đi qua điểm B nằm ở đỉnh của thiết bị thoát nước.
Kết hợp hai phương pháp trên sẽ được phạm vi có chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là lân cận đoạn AB như hình vẽ.
a0 24.84 MNHL A c b d e B M M1 Hd 4.5Hd MNLTK
Hình 8-8 : Sơ đồ xác định vùng tâm trượt nguy hiểm.
4.4.2. Xác định hệ số an toàn cho một cung trượt bất kỳ:
Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt. Với công thức tính hệ số ổn định
K = ∑∑ gtr ctr M M .
Để xác định các thành phần của công thức trên theo N.M Ghecxevanốp, giả thiết xem khối trượt là một vật thể rắn, áp lực thấm chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng vào mặt trượt và hướng vào tâm.Tiến hành chia khối trượt ra làm nhiều dải có bề rộng b(m) với:
b = m R Trong đó: R: bán kính cung trượt (m). m: hằng số ta lấy m = 10, 20, 30 …. Ta tiến hành tính toán cho:
- Áp lực thấm tham gia đẩy trượt mái dốc được xác định và ta chuyển áp lực thấm thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng tâm được xác định theo công thức:
Wn = γn.hn.cos( )
n
b
α Trong đó:
γn, hn: dung trọng và chiều cao cột nước tính từ đường bảo hòa đến đáy dải thứ n. - Trọng lượng của các dải đất bất kỳ:
Gn = b.(γ1.h1 + γ2.h2 + γ3.h3 + … ) Trong đó:
γi, hi: dung trọng và chiều cao của dải đất thứ i.
**Theo thiết kế đập đất của Nguyễn Xuân Trường trang 408:
+ Vùng đất nằm trên đường bão hoà tính bằng dung trọng tự nhiên γtn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
γtn = 1,8 (T/m3)
+ Vùng đất nằm dưới đường bão hoà tính bằng dung trọng bão hoà γbhđập = 2,01 (T/m3)
- Dời lực này xuống đáy dải và phân ra hai thành phần:
+ Thành phần pháp tuyến với cung trượt: Nn = Gn. cos(αn). + Thành phần tiếp tuyến: Tn = Gn.sin(αn).
Trong đó: 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 Công thức trên được viết lại:
K = ∑ ∑ − +∑ n n n n n n T l C tg W N ). ( ) . ( ϕ Trong đó: tg(ϕn): hệ số ma sát
ϕn, Cn: góc ma sát trong và lực dính của lớp đất thứ n có cung trượt đi qua.
ln = cos( )
n
b
α .
Tiến hành tính toán trên, chọn 5 điểm bất kỳ trên đường AB: O1,O2,O3, O4,O5
Bảng 8.8: Tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định. STT Tâm trượt Bán kính K Hệ số Kmin 1 O1 62,578 1,469 1,459 2 O2 63,859 1,459 3 O3 65,279 1,592 4 O4 61,969 1,543 5 O5 65,943 1,520
Kết quả tính toán cụ thể trong phụ lục (4.1), (4.2) , (4.3) , (4.4) , (4.5) . ⇒ Kmin = 1,459
4.4.3. Đánh giá tính hợp lý của mái đập.
Hệ số mái đập chọn hợp lý khi thoả mãn 2 điều kiện sau:
- Điều kiện kỹ thuật: Mái đập đảm bảo an toàn về trượt khi thoả mãn điều kiện: Kmin≥ [K]
Trong đó: [K] phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng. Theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN157-2005 với công trình cấp II và tổ hợp tải trọng cơ bản: [K] = 1,3
Vậy: Kminmin = 1,459≥ [K] ⇒ Thoả mãn điều kiện kỹ thuật. - Điều kiện kinh tế: Để đảm bảo kinh tế cần không chế: Kminmin ≤ 1,15[K]
Kminmin=1,459 ≤ 1,15.[K]=1,15.1,3=1,49 → Thỏa mãn điều kiện kinh tế. Vậy đập đảm bảo điều kiện ổn định mái hạ lưu và hệ số mái chọn hợp lý.