- Độ dốc của đáy dốc nước: ta chọ ni =25% là độ dốc gần với độ dốc tự nhiên
4.2.2 Tính toán ổn định
4.2.2.1 Mục đích tính toán ổn định
Để đảm bảo đồng thời yêu cầu về kĩ thuật và yêu cầu về kinh tế cần phải xác định được mặt cắt ngang đập sao cho hợp lí. Nếu đập có hệ số mái dốc lớn thì độ ổn định sẽ cao tuy nhiên khối lượng đắp đập lớn dẫn đến gia tăng giá thành đập. Mặt khác, nếu đập có hệ số mái dốc bé sẽ không đảm bảo độ ổn định cho công trình. Vì vậy việc xác định mặt cắt ngang đập đóng vai trò rất quan trọng.
4.2.2.2 Trường hợp tính toán
Trong tính toán ổn định đập đá đổ bê tông bản mặt ta sử dụng 14 TCN 157-2005 để tham khảo phần tính ổn định cho đập đất.
a. Đối với mái hạ lưu
- Trường hợp 1: Ở thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước lớn nhất có thể -tổ hợp tính toán cơ bản.
- Trường hợp 2: Ở thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước tương ứng với Qmax thiết kế- tổ hợp tính toán cơ bản.
- Trường hợp 3: Ở thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là mực nước tương ứng với Qxả kiểm tra (tổ hợp đặc biệt)
b. Đối với mái thượng lưu
- Trường hợp 4: Mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra, có xét đến lực thấm phát sinh ở mái (tổ hợp lực cơ bản)
- Trường hợp 5: Mực nước thượng lưu rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra, có xét đến lực thấm phát sinh ở mái (tổ hợp đặc biệt)
Trong đồ án này do thời gian có hạn, khối lượng tính toán nhiều nên chỉ tính ổn định cho mái hạ lưu với một mặt cắt ngang đại diện là mặt cắt lòng sông trong hai trường hợp 2 và trường hợp 3. Bảng 4-1: Các trường hợp tính toán ổn định Trường hợp tính toán Tổ hợp tính toán Mái đập MNTL (m) MNHL (m) 2 Cơ bản Hạ lưu 625,8462 572,912 3 Đặc biệt Hạ lưu 628,0236 573,9341 4.2.2.3 Phương pháp tính toán
a. Lí thuyết tính toán: ta sử dụng phương pháp cung trượt trụ tròn để tính toán và giải theo bài toán phẳng.
Giả thiết một cung trượt tâm O bán kính R bất kỳ. Mái đập ổn định thì phải thỏa mãn bất đẳng thức: CT [ ] GT M K K M = ∑ ≥ ∑ (4-1) Trong đó:
K: Hệ số ổn định của cung trượt.
[ ]K : Hệ số ổn định cho phép, lấy theo quy phạm.
∑MCT : Tổng mô men chống trượt của khối trượt đối với tâm cũng trượt. ∑MGT: Tổng mô men gây trượt của khối trượt đối với tâm cung trượt.
Xác định hệ số an toàn
Giả thiết xem khối trượt là một vật thể rắn, áp lực thấp được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt hướng vào tâm.
Công thức tính hệ số ổn định: d ( n W )n n n n o n N tg C l K T ϕ − + = ∑ ∑ ∑ (4-2) Trong đó:
+ φn, Cn : Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của loại vật liệu tại vị trí mặt trượt đi qua đáy dải thứ n
+ ln : Chiều rộng đáy dải thứ n, ln = b/cosαn
+ αn : Góc hợp bởi phương thẳng đứng và đường thẳng nối tâm đáy dải thứ n với tâm trượt.
→ sinαn = n m và cosαn = 2 1 n m − ÷ với n là số thứ tự dải
+ Wn : áp lực thủy tĩnh tác dụng theo hướng tâm cũng trượt tại dải thứ n Wn = γn.hn.ln
+ hn: chiều cao cột nước từ đường bão hòa tới đáy dải thứ n
+ Nn, Tn : thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải thứ n Nn = Gn.cosαn
Tn = Gn.sinαn
Gn = b(∑γi.Zi)n
Với Zi là chiều cao của phần có dung trọng γi
Z1Z2 Z2 Gn Nn Tn Cn Wn b
Hình 4-1: Sơ đồ các lực tác dụng lên đáy dải thứ n của của cung trượt
b. Để chính xác hoá quá trình tính toán, ta sử dụng bộ phần mềm SLOPE OFFICE 5.14 để giải quyết bài toán.
-Nhập các thông số đầu vào để tính toán cung trượt trên SLOPE/W - Mô hình hoá đập và nền trên từng mặt cắt.
1,2,3,4,5,6,7,812 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 MNTL=625.846 MNHL=572.912 2A 3A IB IA 3B 3C
Hình 4-2. Sơ đồ giả thiết các cung trượt mô hình hoá bằng phần mềm SLOPE/W
c. Tính toán cung trượt nguy hiểm
Mặt cắt ngang chính:Vì đập có cơ hạ lưu nên cần phải xét cả 3 trường hợp sau khi tính toán cung trượt nguy hiểm nhất:
+ Cung trượt phía trên cơ đập hạ lưu.
+Cung trượt phía dưới cơ đập hạ lưu kéo dài đến ngay sát trên lớp đá nền IA. +Cung trượt đi qua toàn bộ vùng cơ đập hạ lưu.
Mặt cắt sườn núi: Do mặt cắt thiết kế có lớp đá nền IA trong khi mặt cắt sườn lại có phần đất nền edQ khá dày từ 10-20m nên việc kiểm tra cho mặt cắt sườn là cần thiết.
d. Yêu cầu: Hệ số an toàn ổn định Kminminphải thoả mãn hai điều kiện sau: - Điều kiện đảm bảo an toàn về trượt: Kminmin ≥[ ]K
Với [ ]K là hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo 14 TCN 157-2005, ứng với công trình cấp II
+ Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản thì [ ]K =1,35 + Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt thì [ ]K =1,15 + Điều kiện kinh tế: Kminmin ≤1,15 K[ ]
4.2.2.4 Các thông số tính toán
Loại đá nằm trong phạm vi cung trượt thuộc vào vùng đá đổ 3C ở phía mái hạ lưu đập. Đây là loại đá tận dụng khi đào móng (là đá granit sáng màu, xem chỉ tiêu cơ lí ở bảng 3-16)
Dung trọng tự nhiên của đá: γ đá = 2,0 T/m3
Dung trọng bão hoà của đá: '
bh da γ = 2,2 T/m3 Góc ma sát trong của đá: 42o TN ϕ = và 40o bh ϕ = Lực dính đơn vị của đá: C = 0 T/m2
Chỉ tiêu cơ lí của nền (tham khảo tài liệu Tạp chí phát triển Khoa học công nghệ về chỉ tiêu cơ lí đất đá tỉnh Lâm Đồng)
Tên đất/đá Dung trọng khôγ k (KN/m3)
Góc ma sát trong ϕ (o) Lực dính đơn vị C ( KPa) (KN/m2) edQ 14,4 16 35 IA 15 34 2 IB 25 36 3 4.2.2.5 Kết quả tính toán ổn định đập
Kết quả tính toán ổn định đập được trình bày ở phụ lục 3. - Trường hợp tổ hợp tính toán cơ bản:
Kminmin = 1,392 nên
[ ]K =1,35<Kmin min <1,15[ ]K =1,5525
- Trường hợp tổ hợp tính toán đặc biệt: Kminmin = 1,314 nên
[ ]K =1,15<Kmin min <1,15[ ]K =1,3325
Nhận xét: Quá trình tính toán cho thấy hệ số ổn định tính được là khá hợp lí. Kết quả tính toán mặt cắt sườn cho thấy mặc dù có lớp đất sườn tàn tích, tuy nhiên hệ số ổn định tính được tại các mặt cắt này vẫn là khá lớn, tức là đảm bảo sự ổn định.
Kết luận: Hệ số ổn định đã tính toán với các trường hợp đã nêu đảm bảo điều kiện ổn định và kinh tế và hệ số mái thiết kế là hợp lí.