Trong thực tế, đập đất th−ờng lμ không đồng chất vì ngay đối với đập đắp cùng một loại đất khi dâng n−ớc có dòng thấm qua đập, sẽ lμm cho các chỉ tiêu cơ lý nh− góc ma sát ϕ, lực dính C, trọng l−ợng riêng γ của phần đất nằm d−ới vμ trên đ−ờng bão hoμ khác nhau. Mặt tr−ợt trong đập đất lμ một mặt cong. Để đơn giản tính toán ta xem nó lμ một phần của mặt trụ vμ giải theo bμi toán phẳng, nghĩa lμ xét một đoạn đập có chiều dμi thân đập bằng một đơn vị (1m).
Đất nằm trên vμ d−ới đ−ờng bão hoμ CB vμ ở trong nền nh− ở hình vẽ (6-34) có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau: Góc ma sát trong lμ ϕ1, ϕ2, ϕ3, lực dính đơn vị lμ C1, C2, C3 vμ trọng l−ợng riêng lμ γ1, γ2, γ3.
Hình 6-34: Sơ đồ tính ổn định mái đập hạ l−u
Giả thiết một cung tr−ợt bất kỳ tâm O bán kính R. Nguyên tắc để đảm bảo ổn định mái đập lμ thoả mãn bất đẳng thức sau: c t M K [K] M = ∑ ≥ ∑ , (6-51) Trong đó:
∑Mc - tổng các mô men chống tr−ợt đối với tâm O; ∑Mt - tổng các mô men gây tr−ợt đối với tâm O;
[K] - hệ số an toμn chống tr−ợt cho phép, phụ thuộc cấp bậc của công trình, xác định theo quy phạm.
www.vncold.vnĐể lập công thức tính toán, nghĩa lμ tính tổng số mô men chống tr−ợt vμ mô men gây tr−ợt Để lập công thức tính toán, nghĩa lμ tính tổng số mô men chống tr−ợt vμ mô men gây tr−ợt của khối đất ta chia phần đất tr−ợt thμnh nhiều dải đất có chiều rộng b. Để tiện tính toán có thể lấy chiều rộng b R m = , Trong đó: R - bán kính cung tr−ợt. m - số bất kỳ nên lấy bằng 10 ữ 20.
Đ−ờng thẳng đứng O - O chia chiều rộng của một dải ra lμm hai phần bằng nhau. Các dải đất đ−ợc đánh số thứ tự trong hình 6-34.
Ta xét một dải đất, ví dụ dải có số thứ tự n = 3. Trọng l−ợng của dải đất, tổng quát có thể viết:
Gn =( h + h + h + ....)γ1 a′ γ2 a′′ γ3 a′′′ (6-52) Ta dời lực Gn xuống đáy dải (tức lμ mặt tr−ợt) rồi phân tích thμnh hai thμnh phần lực theo
ph−ơng tiếp tuyến Tn = Gnsinαn, lực theo ph−ơng pháp tuyến Nn = Gncosαn. Lực pháp tuyến sẽ gây nên lực ma sát Sn có tác dụng chống tr−ợt Sn = Nntgϕn. Lực tiếp tuyến lμ lực gây tr−ợt.
áp lực thấm tham gia đẩy tr−ợt mái dốc có thể tính theo các ph−ơng pháp khác nhau tuỳ theo quan niệm về sự tác dụng của áp lực lên khối tr−ợt.
1. Xem áp lực thấm tác dụng lên toàn bộ phần đất nằm d−ới đ−ờng bão hoà và phụ thuộc vào gradien thấm của mỗi điểm gradien thấm của mỗi điểm
Đối với một dải đất bất kỳ áp lực thấm sẽ lμ:
Wn = γnJbh, (6-53)
Trong đó:
J - gradien trung bình của dòng thấm trong phạm vi chiều cao cột đất nằm d−ới đ−ờng bão hoμ;
h - chiều cao cột đất; b - chiều rộng cột đất; γn - dung trọng của n−ớc.
Lực thấm tác dụng lên khối đất tr−ợt tính theo công thức:
W = γnΩJtb, (6-54)
Trong đó:
Ω - diện tích của vùng thấm;
Jtb - gradien trung bình của vùng thấm Ω.
Điểm đặt của W ở trọng tâm diện tích Ω vμ h−ớng theo độ dốc trung bình của dòng thấm. Theo sơ đồ hình 6-33 áp lực thấm có 2 thμnh phần:
www.vncold.vn
W1 = γnΩ1J1, (6-55)
W2 = γnΩ2J2, (6-56)
Trong đó:
Ω1, Ω2 - diện tích phần cung tr−ợt nằm trong phạm vi có n−ớc thấm lần l−ợt kể từ đầu thiết bị thoát n−ớc về phía tr−ớc vμ từ thiết bị thoát n−ớc về phía sau (khi không có thiết bị thoát n−ớc có thể xem Ω2 = 0);
J1, J2 - gradien trung bình của mỗi khu vực xác định chính xác bằng cách vẽ l−ới thấm. J1 có thể lấy gần đúng lμ độ dốc của đ−ờng thẳng CB; J2 xác định trên cơ sở vẽ l−ới thấm của vùng Ω2.
Để tiện tính toán, ph−ơng của W2 có thể xem nh− thẳng đứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
n n n n 1 2 n n 1 1 n 2 2 N tg C l K r r T .J .J R R Σ ϕ + Σ = Σ + γ Ω + γ Ω (6-57) Trong đó:
ϕn, Cn - góc ma sát trong vμ lực dính đơn vị của loại đất tại đáy dải thứ n; ln - chiều dμi đoạn cung tr−ợt tại dải thứ n;
r1, r2 - cánh tay đòn của lực thấm W1, W2 đối với tâm O của vòng cung tr−ợt; R - bán kính cung tr−ợt.
Bằng cách chia dải nh− đã trình bμy ở trên ta dễ dμng thấy rằng: 2 n n n n Sin vμ Cos 1 m m ⎛ ⎞ α = α = − ⎜ ⎟⎝ ⎠ Do đó công thức (6-57) có thể viết d−ới dạng:
2n n n n n n n n 1 2 n n 1 n 2 n G 1 tg G l m K n r r G J J m R R ⎛ ⎞ Σ −⎜ ⎟ ϕ + Σ ⎝ ⎠ = Σ + γ + γ (6-58)
Theo cách tính trên vùng đất có khối tr−ợt chia lμm 2 phần. Vùng đất trên đ−ờng bão hoμ đ−ợc tính với dung trọng tự nhiên. Phần d−ới đ−ờng bão hoμ đ−ợc tính với dung trọng đẩy nổi trong n−ớc.
www.vncold.vn
2. Ngoài ra, khi tính toán còn biến áp lực thấm thành lực trọng biến áp lực thấm thành lực trọng l−ợng
Dùng trọng l−ợng G của khối n−ớc có diện tích afcb biểu thị trong hình (6-35) nhân với cánh tay đòn r thay cho mômen do áp lực thấm gây ra biểu thị trong công thức (6- 57), (6-58).
Hình 6-35: Sơ đồ tính lực thấm theo áp lực trọng l−ợng.
3. Theo đề nghị của N.M. Ghecxêvanôp, giả thiết xem khối tr−ợt là một vật thể rắn và nh−vậy có thể chuyển áp lực thấm thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt tr−ợt và h−ớng tâm (hình vậy có thể chuyển áp lực thấm thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt tr−ợt và h−ớng tâm (hình 6-36).
Trị số áp lực nμy tại một điểm bằng γnh, trong đó: γn - trọng l−ợng riêng của n−ớc;
h - chiều cao cột n−ớc từ đ−ờng bão hoμ tới điểm đang xét nằm ở mặt tr−ợt.
Hình 6-36: Sơ đồ tính ổn định mái đập theo Ghecxêvanôp
Ta có công thức tính toán sau đây:
n n n n n n (N W ).tg C l K T Σ − ϕ + Σ = Σ (6-59) Trong đó:
www.vncold.vnn n n n n b W h cos = γ α (6-60) Các ký hiệu khác nh− trên.
Khi dùng công thức nμy, phần đất kể từ đ−ờng bão hoμ trở xuống tính theo trạng thái bão hoμ.
Đối với mái th−ợng l−u, khi mực n−ớc
dâng cao, áp lực thấm có tác dụng tăng thêm
ổn định. Khi n−ớc hồ rút, n−ớc trong thân
đập có thể thoát ra phía th−ợng l−u vμ có tác
dụng bất lợi cho điều kiện ổn định mái đập.
Dựa vμo tốc độ hạ thấp của mực n−ớc hồ,
ng−ời ta phân ra hai tr−ờng hợp: n−ớc rút từ
từ vμ n−ớc rút đột ngột. Mỗi tr−ờng hợp có
tác dụng khác nhau đối với ổn định của
mái đập.
Nếu mực n−ớc hồ hạ thấp từ từ, đ−ờng bão hoμ cũng xuống theo. Khi đất mμ n−ớc vừa thoát còn ở trạng thái −ớt có trọng l−ợng riêng lớn. Trong công thức tính ổn định, ta thấy có một phần đất tr−ớc kia chịu lực đẩy nổi, giờ đây ở trạng thái −ớt. Bộ phận đất −ớt nμy lại nằm ở phần trên cao trong những dải tính toán có α0 > ϕ. Vì vậy sẽ lμm tăng mô men tr−ợt nhanh hơn so với mô men chống tr−ợt vμ do đó tác dụng lμm giảm ổn định của mái đập th−ợng l−u.
Khi mực n−ớc hồ rút nhanh, n−ớc trong những kẽ rỗng của đất thoát không kịp, do đó hình thμnh dòng thấm chảy về phía hồ. Trong tr−ờng hợp nμy lực thấm sẽ có tác hại, lμm mất ổn định mái. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cơ sở để xác định n−ớc rút nhanh hay chậm lμ tính thấm của đất vμ tốc độ rút n−ớc. Đối với các loại đất có hệ số thấm K > 0,001 cm/s nếu tốc độ hạ thấp mực n−ớc hồ < 1m/ngμy đêm thì coi lμ tr−ờng hợp n−ớc rút từ từ; nếu tốc độ hạ thấp mực n−ớc > 3 m/ngμy đêm thì gọi lμ n−ớc rút đột ngột.
Trong thực tế, có những tr−ờng hợp trung gian, n−ớc hồ hạ thấp t−ơng đối nhanh, n−ớc trong đập có thoát đi một phần lμm hạ đ−ờng bão hoμ xuống chút ít nh−ng khá lâu mới đạt tới vị trí ổn định. Trong tr−ờng hợp đó ta có dòng thấm không ổn định vμ phải tính toán bằng cách chia lμm nhiều thời đoạn.
Phân quá trình n−ớc rút thμnh nhiều thời đoạn. t = Δt1 + Δt2 + Δt3 + ....
với: Δt1 = t1 - t0; Δt2 = t2- t1 ...
Trong mỗi thời đoạn coi đ−ờng bão hoμ nh− không đổi, ta tính đ−ợc l−ợng n−ớc thấm thoát đi:
V1 = q1Δt1 ...
Hình 6-37: N−ớc thấm ở mái th−ợng l−u đập khi hồ rút nhanh
www.vncold.vnTừ đó tính đ−ợc diện tích nó chiếm chỗ. Từ đó tính đ−ợc diện tích nó chiếm chỗ. 1 1 V A n = (n - độ rỗng của đất).
Đó cũng lμ phần giảm đi của diện tích n−ớc thấm. Trên cơ sở đó ta tính đ−ợc vị trí mới của đ−ờng bão hoμ tại thời điểm t1. Tiếp tục nh− vậy với các thời đoạn Δt2, Δt3... Cuối cùng ta đ−ợc vị trí của đ−ờng bão hoμ sau thời gian t, biết vị trí của đ−ờng bão hoμ ta tìm đ−ợc lực thấm để xác định ổn định của mái đập.
Vì phải bảo đảm khai thác th−ờng xuyên, nên rất ít khi mực n−ớc th−ợng l−u rút xuống đến chân đập. Bởi vậy mặt tr−ợt nguy hiểm không nhất thiết bao gồm cả mái đập mμ có thể lμ một phần trên của mái. Để đảm bảo chống tr−ợt khi n−ớc hồ rút nhanh, mái th−ợng l−u th−ờng lμm thoải hơn, lớp bảo vệ th−ợng l−u dμy một chút (chủ yếu để phòng xói) nhằm tăng c−ờng lực chống tr−ợt. D−ới lớp bảo vệ mái th−ợng l−u, có khi có đặt thêm thiết bị thoát n−ớc để n−ớc thân đập thoát nhanh, giảm áp lực thấm.