CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ VÀ DỐC NƯỚC
9.8 TÍNH ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN ĐẤT (TCĐ)
9.8.1 Mục đích tính toán:
Đảm bảo với kích thước tường chắn đã thiết kế, tường làm việc bình thường và ổn định trong mọi trường hợp.
9.8.2 Hạng mục tính toán:
Do cao trình ngưỡng tràn nằm thấp hơn đỉnh đập và mái đập thoải nên đoạn cửa vào ngưỡng tràn phải làm tường chắn đất và hướng nước vào ngưỡng tràn. Để đảm bảo cho tường làm việc an toàn trong mọi trường hợp cần kiểm tra khả năng mất ổn định của tường.
Cắt 1m chiều dài tường và tính toán theo bài toán phẳng, tính cho mặt cắt ngay sau ngưỡng tràn (chiều cao tường là lớn nhất)
9.8.3 Trường hợp tính toán:
Khi tính toán kiểm tra ổn định tường cần kiểm tra ổn định cho các trường hợp sau:
- Trường hợp thi công đất đắp ở ngang cao trình đỉnh tường;
- Trường hợp vận hành bình thường, mực nước trước và sau tường ở MNDBT có áp lực đất tác dụng hoặc động đất tác dụng theo hướng nguy hiểm nhất.
- Trường hợp sửa chữa (hoặc trường hợp nước rút nhanh ở thượng lưu.).
Trong phạm vi đồ án em tính toán với 2 trường hợp sau:
- Công trình vừa thi công xong, đất đắp ngang đỉnh tường.
- Mực nước thượng rút đột ngột từ MNLKT đến MNDBT.
9.8.4 Tính toán ổn định cho tường trường hợp:
Tính theo bài toán phẳng, xét cho 1m chiều dài tường.
Tính toán ổn định tường là đi kiểm tra khả năng chống trượt và khả năng chống lật của tường. Công thức kiểm tra hoàn toàn giống với trường hợp kiểm tra cho ngưỡng tràn.
9.8.4.1 Trường hợp vừa thi công xong, đất đắp ngang đỉnh tường:
Các kích thước của tường, các lực tác dụng thể hiện trên hình 10 – 20.
Hình 10 -20: Sơ đồ các lực tác dụng lên tường trường hợp vừa mới thi công xong
Các lực tác dụng lên tường:
* Trọng lượng bản thân của tường:
P1 = γbt. 0,5. 8,28. 1 = 2,5.0,5.8,28 = 10,35(T) P1’ = γbt. 0,5. 8,28. 0,5. 1 = 5,175(T) P2 = γbt. 1,2. 6 . 1 = 2,5. 1,2. 6. 1 = 18 (T)
* Trọng lượng đất đè lên tường:
P3’ = γtn. 4. 8,28. 1 = 1,79. 4. 8,28.1 = 59,285(T)
P3” = γtn. 0,5. 8,28. 0,5. 1 = 1,79. 0,5. 8,28. 0,5. 1 = 3,7(T)
* Áp lực đất tác dụng lên tường:
( )
γ + −ϕ − −ϕ
− +
= )
45 2 ( tg . C . 2 2 ) 45 ( tg ).
1 H .(
. Z 1 H 2.
N1 1 t o tn t 2 o tn tn o tn (10.8 - 1)
Trong đó:
Ht - Chiều cao tường: Ht = 8,28m
γtn, ϕtn, Ctn - trọng lượng riêng tự nhiên, góc ma sát trong tự nhiên và lực dính đơn vị tự nhiên của đất đắp đập: γtn = 1,79 (T/m3); ϕtn = 18o; Ctn = 2 (T/m2)
Zo - Độ cao áp lực đất âm:
) m ( 08 , 3 2 ) 45 18 ( tg . 79 , 1
2 . 2 2 )
45 ( tg .
C
Z 2 o
o o tn
tn
tn
o =
− ϕ =
− γ
=
N1= + − + − − − )
2 45 18 ( . 2 . 2 2 ) 45 18 ( ).
2 , 1 28 , 8 .(
79 , 1 ).
08 , 3 2 , 1 28 , 8 2(
1 2 0 0 0 0
tg
tg = 19,364T
Bảng 10 -11: Bảng tính ổn định TCĐ trường hợp vừa mới thi công xong TT Lực Giá trị lực Hệ số
vượt Giá trị Cánh tay đòn Mômen (T.m)
↓ → → ← Chống
lật Gây
lật
1 P1 10.35 1.05 10.86 1.25 13.58
2 P1’ 5.175 1.05 5.43 1.67 9.07
3 P2 18 1.05 18.90 3 56.70
4 P3’ 59.285 1.05 62.25 4 248.99
5 P3” 3.7 1.05 3.89 1.83 7.11
6 N1 19.364 1.2 0 1.733 40.269
TỔNG 96.51 19.364 101.34 335.46 40.269
Hệ số an toàn chống lật:
27 , 40
46 ,
= 335
∑∑
= gl cl
M
K M = 8,33 > [K] = 1,2 Điều kiện chống trượt :
Ntt = N1 = 19,364(T)
R = (P1 + P2 + P3).tgϕI + F.Ctn
Trong đó:
ϕI, CI -Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất nền: ϕI = 18o; CI = 2 (T/m2)
F - Diện tích bản đáy tường: F = 5.1 = 5 (m2)
=> R = 101,34.tg18o + 5.2 = 42,908(T) nc.Ntt = 1. 19,364 = 19,364(T) < . =42,909.1,151
Kn
R m = 37,31
Vậy trong trường hợp vừa thi công xong tường không bị mất ổn định trượt và lật.
9.8.4.2 Trường hợp mực nước thượng lưu rút xuống đột ngột
Hình 10 -21: Sơ đồ lực tác dụng lên TCĐ trường hợp mực nước rút đột ngột Đây là trường hợp đặc biệt thường xuất hiện khi có yêu cầu sửa chữa tràn, cửa bvan mở hoàn toàn nước trong hồ được tháo tới mực nước yêu cầu. Khi đó phía thượng lưu tường (tức phía ngưỡng tràn) không có nước, phía hạ lưu tường thì MNN chưa rút hết. Trường hợp này là rất nguy hiểm gây mất ổn định lớn nhất. Từ đó ta có sơ đồ tính toán như sau:
Các lực tác dụng lên tường:
* Trọng lượng bản thân của tường: P1, P1’, P2 giống như trường hợp 10.8.4.1
* Trọng lượng của đất đè lên tường:
P3’ = (γtn. h1 + γbh. h2). 4. 1
= (1,79. 4,28 + 1,97. 5,2). 4. 1 = 71,62(T) P3” = γtn. h1. (
2 5 , 0 27 ,
0 +
). 1 + γbh. h2. 0,27. 0,5 = 1,79. 4,28. (
2 5 , 0 27 ,
0 +
). 1 + 1,97. 5,2. 0,27. 0,5 = 4,33(T)
* Áp lực nước tác dụng lên bản mặt tường:
- Phía thượng lưu:
W .γn
2 1
1 = . t2. 1 = 2
1. 1. 1,22. 1 = 0,72(T) - Phía hạ lưu:
W2 = 2
1. γn. h22. 1 = 2
1. 1. 5,22. 1 = 13,52(T)
* Áp lực nước đẩy nổi dưới đáy:
Wđn = γn.t.5.1 = 1.1,2. 5.1 = 6 (T)
* Áp lực thấm dưới đáy:
Wth = 2
1. γn.h2. 5. 1 = 2
1. 1. 5,2. 5. 1 = 13(T)
* Áp lực đất:
Trong trường hợp này phía hạ lưu giữ MNN = MNDBT nên có 2 vùng đất có tính chất khác nhau tác dụng lên tường: Phần phía trên MNN và phía dưới MNN nên sơ đồ tính toán như hình (10 – 21)
N1’ = 2
1 .γtn.h12. Kc = 2
1.1,79. 4,282. tg2(45 - 2
ϕ) = 8,65(T)
N1” = γtn.h1. Kc = 1,79. 4,28. tg2(45 - 2
ϕ) = 4,04(T)
N2 = 2
1.γđn.h22. Kc = 2
1 . 0,97. 5,22. tg2(45 - 2 ϕbh
) = 7,45(T)
Sau khi tính toán các lực tác dung lên TCĐ ta đi tính mômen của ngoại lực tác dụng lên tường lấy với điểm A1 là điểm nguy hiểm nhất và lập được bảng tính tóan sau:
Bảng 10 -12: Bảng tính ổn định TCĐ trong trường hợp mực nước rút đột ngột TT Lực Giá trị lực Hệ số
vượt Giá trị Cánh tay đòn Mômen (T.m)
↓ → → ← Chống
lật
Gây lật
1 P1 10.35 1.05 10.87 1.25 13.58
2 P1’ 5.18 1.05 5.43 1.67 9.06
3 P2 18.00 1.05 18.90 3.00 56.70
4 P3’ 71.62 1.05 75.20 4.00 300.80
5 P3" 4,33 1.05 4,55 1.83 6.20
6 W1 -0.72 1.00 0.40 0.29
7 W2 13.52 1.00 1.73 23.43
8 Wđn -6 1.00 -6.00 2.50 15.00
9 Wth -13 1.00 -13.00 3.33 43.33
10 N1' 8.65 1.20 6.63 68.78
11 N1" 4.04 1.20 2.60 12.60
12 N2 7.45 1.20 1.73 15.50
Tổng 89.37 32.94 94.783 386.63 178.65
Hệ số an toàn chống lật:
gl cl
M K = ∑M =
65 , 178
63 ,
386 = 2,16 > [K] = 1,1 Kiểm tra khả năng trượt:
Ntt = ΣNi + W2 - W1 = 32,94(T) R = ΣP.tgϕI + F.Ctn
Trong đó:
ϕI,CI -Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất nền: ϕI =16o; CI =1,8 (T/m2)
F - Diện tích bản đáy tường: F = 5.1 = 5 (m2)
=> R = 94,783.tg16o + 5.1,8 = 36,164(T) nc.Ntt = 0,9. 32,94 = 29,646(T) <
Kn
R. m =
15 , 1 . 1 164 ,
36 = 31,43 (T)
Vậy trong trường hợp mực nước thượng lưu rút đột ngột thì tường không bị mất ổn định trượt và lật.