CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
8.2 TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT
8.2.2 Tính toán thấm cho mặt cắt lòng sông
+ MNDBT = 353.2m.
+ MNDGC = 356.37m +∇ đỉnh đập = 356.99 m +∇đáy đập = 337.4m
+∇ MNC = 346.91m
+ Cao trình cơ thượng lưu : 349 m
+ Cao trình thiết bị thoát nước: 343 m
+ Hệ số mái thiết bị thoát nước : m1 = 2,0; m2 = 1.5 + Hệ số thấm của đất đắp đập : Kđ = 5.10-7m/s
+ Hệ số thấm của đất nền đập: nền được cấu tạo từ 2 lớp có chiều dày các lớp như sau:
- Lớp 1: dày 1.8m có hệ số thấm K = 5.10-4 m/s - Lớp 2: dày 2.2m có hệ số thấm K = 1,2.10-6 m/s Các chỉ tiêu khác xem phần tài liệu chung ở chương 1
+ Tầng thấm tại mặt cắt lòng sông có chiều dày trung bình là T = 4 m 8.2.2.2 Sơ đồ tính toán:
Hình 9 – 12: Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt lòng sông 8.2.2.3 Phương pháp tính toán
Đối với đập đồng chất có tường răng trên nền thấm nước khi hệ số thấm của thân đập (Kđ)và nền (Kn)khác nhau, kết quả nghiên cứu thí nghiệm thấy rằng những đường dòng không đi thẳng song song nằm ngang mà bị uốn cong rất nhiều nhất là ở đoạn có tường răng. Điều đó không cho phép chia đập và nền thành 2 phần riêng biệt để tính toán như nhiều tác giả đã làm. Để hạn chế khuyết điểm đó ta dùng phương pháp biến đổi đập đồng chất có tường răng trên nền thấm nước không có tường răng mà hệ số thấm của nền và đập là như nhau.
Để thuận tiện tính toán thì mái dốc của tường răng có thể xem như thẳng đứng với chiều rộng trung bình l’ và cột đất có chiều rộng l’ được xem như một lõi giữa có hệ số thấm K1 bằng hệ số thấm của thân đập (K1 = Kđ)
Đầu tiên, biến đổi nền thấm nước có hệ số thấm kn và chiều dày T ra hệ số thấm giống như thân đập. Như vậy chiều dày nền phải thay đổi và trị số chiều dày biến đổi của nền Tbđ có thể tính theo công thức:
) m ( 10 1805
. 5
10 . 2 , .1 2 , 10 2 . 5
10 . .5 8 , K 1 .K K t
.K t
T 7
6 7
4
d n 2 2 d n 1 1
bd = + = −− + −− =
Trong trường hợp này coi đập có một lõi ở giữa với hệ số thấm bằng hệ số thấm của đập. Khi chiều dày nền thay đổi thì hệ số thấm của lõi cũng phải thay đổi, vì lõi giữa bây giờ đã bị kéo dài theo nền biến đổi. Hệ số thấm của lõi biến đổi tính bằng:
'' 1 ' 1 '' d
1 ' 1 l bd
l H
K H H K H
K = = Trong đó:
H1’ = H1 + T H1’’ = H1 + Tbđ
Để đưa về trường hợp đập và nền có cùng hệ số thấm (không có lõi giữa) cần biến đổi lõi giữa có hệ số thấm Klbđ thành một lõi tượng trưng có hệ số thấm bằng hệ số thấm thân đập với chiều rộng:
' 1
'' 1 bd
l d
bd H
'lH K
'l K
'l = =
l’ - Chiều rộng trung bình của chân khay thực: l’ = 12 + 1,0.4 = 16 (m) - Lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và nền được xác định theo công thức:
+
− +
= −
L H 1
'l H H 4 , 0 2
'' H '' K H
q
' 1
'' 1 ''
1
2 2 2 1 d
Trong đó:
L - Khoảng cách từ mép nước thượng lưu đến điểm C ở mái thượng lưu đống đá thoát nước (điểm giao giữa mái đống đá và đường kéo dài mực nước hạ lưu )
o
d n 2
''
2 a
K TK H
H = + + ao - Chiều cao hút nước hạ lưu. Vì lớp trên cùng của nền có hệ số thấm rất lớn so với hệ số thấm của đập (tỷ số Kn/Kđ rất lớn), nên có thể bỏ qua chiều cao hút nước ao (ao = 0).
d n d
2
d n
1 K
TK K x
q 2 K
TK H
y − −
+
=
Từ công thức trên có thể vẽ được đường bão hòa A’BC (hình9 - 12), trong đó đoạn A’B là đoạn đường bão hòa tượng trưng trong “đập tượng trưng”. Còn đoạn BC là đoạn đường bão hòa thực ứng với đập thực. Để có đường bão hòa thực ABC cần xác định vị trí của đoạn AB trên cơ sở đoạn A’B đã có. Cách xác định như sau:
- Dịch chuyển các điểm m’, n’, k’... bất kỳ trên đoạn A’B đến các điểm tương ứng m, n, k... với một tỷ lệ tương ứng sao cho khoảng cách của các đoạn mm’, nn’, kk’... tỷ lệ với đoạn thẳng AA’ theo quan hệ tam giác đồng dạng, ta có:
B A
B ' m
y y
y '.y
AA '
mm −
= − ;
B A
B ' n
y y
y '.y AA '
nn −
= − ;
B A
B ' k
y y
y '.y AA '
kk −
= −
- Nối các điểm m, n, k,...B ta có đoạn đường bão hòa thực AB.
Vị trí điểm B phụ thuộc vào các tỷ số ' 1 '' 1
H H và
' L
'l . 5 ,
0 , tra hình 3-36 (Thiết kế đập đất - Nguyễn Xuân Trường).
8.2.2.4 Tính toán cụ thể cho từng trường hợp:
a) Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước tương ứng:
MNDBT = 353,2; H1 = 353,2 - 337,4 = 15,8 (m) Hạ lưu không có nước: H2 = 0
H1’ = H1 + T = 15,8 + 4 = 19,8 (m)
H1’’ = H1 + Tbđ = 15,8 + 1805,28 = 1821,08 (m)
l'bđ = 1501,36
8 , 19
8 , 161820 '. '
1 ''
1 = =
H
l H (m)
L = 61.83 (m)
Giải hệ 2 phương trình ta có kết quả:
ao = 0
q = 63,78.10-7 (m3/s.m)
- Phương trình đường bão hòa viết cho đập tượng trưng như sau:
28 , 1805 51
, 25 08 .
1821 2 − −
= x
y
Từ phương trình đường bão hòa này ta vẽ được đường bão hòa A’B. Để vẽ đường bão hòa trên đập thực thì trên đường bão hòa A’B ta lấy các điểm M’, N’, K’… sau đó tìm tọa độ của các điểm M, N, K… tương ứng. Nối các điểm đó lại ta được đường bão hòa thực.
Quá trình tính toán được thực hiện qua các bảng tính sau:
Bảng 9 – 1:Tọa độ các điểm trên đường bão hòa thực.
Điểm A' K' M' N' O' P' B
X 0 500 1000 1500 2000 2100 2217
Y 15.8 12.2943 8.781772 5.262456 1.73629 1.03023 0.2038
Bảng 9 – 2:Bảng xác định các điểm trên đường BH thực.
AA' KK' MM' NN' OO' PP' BB'
2184.0118 1693.09 1201.216 708.3896 214.603 115.73 0 Bảng 9 – 3: Tọa độ các điểm trên đường BH thực
Điểm A K M N O P B
X(so với điểm A’) 2184.01 2193.1 2201.21 2208.39 2214.6 2215.7 2217 X(so với điểm A) 0 9.0765 17.204 24.377 30.59 31.71 32.9
Y 15.8 12.294 8.781 5.2624 1.736 1.030 0.204
b) Trường hợp thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng:
MNDGC = 356,37; H1 = 356,37- 337,4 = 18,97 (m) Chiều sâu mực nước hạ lưu lớn nhất: H2 = 4,1 (m) H1’ = H1 + T = 18,97 + 4 = 22,97 (m)
H1’’ = H1 + Tbđ = 18,97 + 1805 = 1823,97 (m)
lbđ’ = 1270,51
97 , 22
97 , 161823 '. '
1 ''
1 = =
H
l H m
L = 47,56 (m)
Giải hệ 2 phương trình, ta có kết quả:
ao = 0 (m)
q = 66,01.10-7 (m3/s.m)
Phương trình đường bão hòa viết cho đập tượng trưng như sau:
y= 1823,972 −25,08x−1805 Tương tự như TH a), tìm được tọa độ của các điểm trên đường bão hòa thực như sau: (bảng 9 – 4)
Bảng 9 – 4: Tọa độ các điểm trên đường BH thực (MNDBT)
Điểm A K M N O B
X(so với điểm A’) 1984.40 1991.15 1996.91 2001.68 2005.46 2005.5
X(so với điểm A) 0 6.74 12.51 17.28 21.06 21.09
Y 18.97 15.34 11.72 8.08 4.43 4.39