5.3.1. Mục đớch tớnh toỏn
Đập đất là loại cụng trỡnh chắn nước cú mặt cắt ngang dạng hỡnh thang, mỏi dốc tương đối thoải, trọng lượng của đập lớn, khú cú thể bị nước đẩy trượt theo phương ngang. Sự mất ổn định về trượt của đập chỉ cú thể là trượt mỏi hoặc mỏi cựng trượt với một phần của nền.
Với đập đất khi mỏi dốc cú hệ số mỏi càng lớn thỡ độ ổn định càng cao nhưng khối lượng vật liệu xõy dựng đập lại càng lớn nờn giỏ thành xõy dựng đập sẽ càng cao. Vỡ vậy mục đớch của việc tớnh toỏn ổn định là trờn cơ sơ tớnh toỏn mà xỏc định được mặt cắt ngang của đập hợp lý nhất, nghĩa là đập vừa đảm bảo điều kiện ổn định, giỏ thành xõy dựng đập khụng cao.
5.3.2. Trường hợp tớnh toỏn
5.3.2.1. Đối với mỏi hạ lưu
+ Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sõu nước lớn nhất cú thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoỏt nước làm việc bỡnh thường - Tổ hợp lực cơ bản.
+ Khi thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là chiều sõu nước lớn nhất cú thể xảy ra, cỏc thiết bị làm việc bỡnh thường - Tổ hợp lực cơ bản.
+ Khi thượng lưu là MNLKT, hạ lưu là mực nước tương ứng - Tổ hợp lực đăc biệt. + Khi thượng lưu là MNLTK, sự là viờc bỡnh thường của thiết bị thoỏt nước bị phỏ hoại - Tổ hợp lực đặc biệt.
5.3.2.2. Đối với mỏi thượng lưu
+ Khi mực nước hồ rỳt nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất cú thể xảy ra – Tổ hợp cơ bản.
+ Khi mực nước thượng lưu ở cao trỡnh thấp nhất ( nhưng khụng nhỏ hơn 0,2H đập) - Tổ hợp cơ bản.
+ Khi mực nước hồ rỳt nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất cú thể xảy ra - Tổ hợp đặc biệt.
Trong phạm vi đồ ỏn này chỉ kiểm tra cho mỏi hạ lưu, cho một trường hợp bất lợi: Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu cú nước, cỏc thiết bị làm việc bỡnh thường ( tổ hợp cơ bản ) và kiểm tra cho cung cú Kmin với trường hợp thượng lưu là MNLKT.
5.3.3. Phương phỏp và số liệu tớnh toỏn.
Giả thiết một cung trượt tõm O bỏn kớnh R, để đảm bảo ổn định mỏi đập hệ số ổn định phải thoả món bất đẳng thức: [ ] C T M K K M = ∑ ≥ ∑ Trong đú:
∑MC: Tổng cỏc mụ men chống trượt đối với tõm O. ∑MT: Tổng cỏc mụ men gõy trượt đối với tõm O.
[K] : Hệ số an toàn chống trượt cho phộp, phụ thuộc cấp cụng trỡnh. Với cụng trỡnh cấp III:
[K] = 1,3: Tổ hợp lực cơ bản. [K] = 1,1: Tổ hợp lực đặc biệt.
5.3.4. Tớnh toỏn ổn định mỏi đập theo phương phỏp cung trượt
5.3.4.1.Tỡm vựng chứa tõm cung trượt nguy hiểm( Sử dụng hai phương phỏp)
+ Phương phỏp Filenit: Tõm trượt nguy hiểm nằm ở lõn cận đường MM1, cỏc điểm M, M1 được xỏc định như (hỡnh 5.5).
Với: Hđ = 23,79 m ; 4,5.Hđ = 4,5. 23,79 = 107,055 (m).
α , β phụ thuộc độ dốc mỏi đập với m2 = 2,5 và m'
2=3 (m=2,86).Tra bảng 6-5 (trang 146) giỏo trỡnh Thuỷ Cụng T1 ta cú α = 350, β = 250.
+ Phương phỏp Fandeep: Tõm cung trượt nguy hiểm nằm ở lõn cận hỡnh thang cong bcdf ( Hỡnh vẽ 5.5 ). Trong đú:
- Tia ad theo phương thẳng đứng.
- Tia ac theo phương tạo với mặt nghiờng trung bỡnh mỏi đập một gúc 850
- R, r phụ thuộc hệ số mỏi và chiều cao đập. Với m2 = 2,86. Tra bảng (6-6) (Trang 147) G.T Thuỷ cụng tập I ta được d R H = 2,223⇒ R = d R H .Hđ = 52,89 (m). d r H = 0,965 ⇒ r = d r H . Hđ = 22,96 (m). - Tõm của đường trũn bỏn kớnh R và r là điểm giữa của mỏi đập.
Hỡnh 5.5. Sơ đồ xỏc định vựng tõm trượt nguy hiểm.
Kết hợp cả 2 phương phỏp, xỏc định phạm vi cú khả năng chứa tõm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn EF. Trờn EF giả định cỏc tõm O1, O2, O3,...vạch cỏc cung trượt đi qua B1 ở đầu lăng trụ thoỏt nước, tiến hành tớnh hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3,... cho cỏc cung trượt tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ Ki và vị trớ tõm Oi xỏc định được Kmin tương ứng với cỏc tõm O trờn đường MM1. Từ vị trớ của tõm O ứng với Kmin đú, kẻ đường NN1 vuụng gúc với MM1, sau đú lấy cỏc tõm Oi khỏc rồi vạch cỏc cung trượt cũng đi qua B1 ở đỉnh đống đỏ tiờu nước. Vẽ biểu đồ K với cỏc tõm này xỏc định được Kmin. Với cỏc điểm Bi khỏc nhau ở hạ lưu đập cũng làm tương tự, từ đú tỡm được cỏc Kmin khỏc nhau. Vẽ biểu đồ quan hệ cỏc Kmin tỡm được Kminmin cho mỏi đập.
Trong đồ ỏn này do thời gian cú hạn nờn chỉ tớnh toỏn cho một điểm B1 ở trờn đỉnh lăng trụ tiờu nước. Khi tớnh ra Kmin so sỏnh với [K].
5.3.4.2. Xỏc định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ
Cú nhiều cụng thức để xỏc định hệ số an toàn K cho một cung trượt. Ở đõy ta dựng cụng thức N.M.Ghộcxờvanốp với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, ỏp lực thấm được chuyển ra ngoài thành ỏp lực thuỷ tĩnh tỏc dụng lờn mặt trượt và hướng vào tõm (như hỡnh vẽ).
Chia khối trượt thành cỏc dải cú chiều rộng b, b = R/m. (R – Bỏn kớnh cung trượt). Ta cú cụng thức tớnh hệ số ổn định: K = n n n n n n (N W )tg C .l T ∑ − ϕ + ∑ ∑ Trong đú :
+ ϕn , Cn – Gúc ma sỏt trong và lực dớnh đơn vị của dải thứ n. + ln – Chiều dài đỏy dải thứ n. ln =
n b
cosα
+ Wn - ỏp lực thấm ở đỏy dải thứ n Wn = γn*hn*ln
+ hn – Chiều cao cột nước, từ đường bóo hoà đến đỏy dải.
Hỡnh 5.6. Sơ đồ tớnh ổn định mỏi đập theo Ghecxờvanụp.
+ Nn , Tn – Thành phần phỏp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn
Gn = b.(Σγi hi)n ; Nn = Gn cos αn ;
Tn = Gn sin αn Với: - hi – Chiều cao của phần dải tương ứng cú dung trọng γi
- γi - Đối với đất ở trờn đường bóo hoà lấy dung trọng tự nhiờn, đối với đất ở dưới đường bóo hoà lấy dung trọng bóo hoà.
- Sin αn = n m ; Cos αn = 2 1 n m − ữ
- αn – Là gúc hợp giữa phương thẳng đứng và đường thẳng nối tõm đỏy dải thứ n với tõm cung trượt.
Từ kết quả tớnh toỏn cho năm cung trượt đối với trường hợp thượng lưu là MNLTK và kiểm tra cho một cung cú Kmin với trường hợp thượng lưu là MNLKT ta cú:
(Kết quả tớnh toỏn được thể hiện ở phụ lục P5-1;...;P5-6).
5.3.4.3. Đỏnh giỏ tớnh hợp lý của mỏi
Mỏi đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả món hai điều kiện sau: - Điều kiện ổn định trượt Kmin min ≥ [K]cp .
- Điều kiện kinh tế Kmin min ≤ 1,15.[K]cp
Trong đú:
[K]cp – Hệ số an toàn cho phộp về ổn định của mỏi đập. Theo “Tiờu Chuẩn thiết kế đập đất đầm nộn – 14 TCN 157 – 2005”, với cụng trỡnh cấp III ta cú: [K]cp = 1,30.
Vậy ta thấy 1,3 = [K]cp < Kmin min< 1,15.[K]cp = 1,495.
Kết luận: Cụng trỡnh đảm bảo ổn định, kớch thước đập chọn là hợp lý.