THIẾT KẾ ĐÊTHIẾT KẾ ĐÊ
IV. Kiểm tra độ bền thấm của thân đê và nền đê
a. Xói ngầm cơ học
- Xảy ra ở phần dòng thấm thoát ra - Đất rời (cát, á cát)
- Điều kiện kiểm tra : Jra< Jcp (*)
Jcp phụ thuộc loại đất, xác định theo biểu đồ Ixtômina : Jcp = f( )
Tại những vị trí có J lớn (VD điểm B) thường điều kiện (*) không thoả mãn nên phải có biện pháp phòng xói ngầm (ví dụ làm tầng lọc ngược)
d10 η d60
b. Đùn đất thấm (đảy bục tầng phủ)
- Xảy ra với tầng phủ đất dính, khi áp lực phía dưới tầng phủ lớn
-Việc đẩy bục sẽ xảy ra tại vị trí xung yếu nhất của tầng phủ (tầng phủ bị khoét mỏng bởi các thùng đấu, giếng, vết nứt...)
q1 hc
Phương trình cân bằng giới hạn viết cho cột đất có chiều cao S, tiết diện F - Cột đất chịu lưc đẩy ngược từ dưới lên: Wđn = .hc.F
- Các lực giữ : Trọng lượng bản thân: G = đn.S.F Lực ma sát từ 2 bên Fms = Fx.tg1
1
q2
S
hc
1: Góc ma sát trong của đất tầng phủ Fx: Tổng hợp lực ngang, Fx =
: Ứng suất pháp theo phương ngang
: Ứng suất pháp theo phương đứng (trị số bình quân) đn. : Hệ số áp lực hông, xét trường hợp nén không nở hông
1 .
x.S
x
z
x z.
z
2 S
: Hệ số Poatxong
Thay vào trên ta có: Fms = đn.
(Nếu có vết nứt thì bỏ qua ma sát và lực dính) Lực dính từ 2 bên : Fd = C1..S = C1.S
: Chu vi của phần bị đẩy bục, với bài toán phẳng = 1 ; F = 1.
1
1 2
2 .tg ξ.S
Hệ số an toàn :
Kđn =
Trường hợp chỗ xung yếu có vết nứt Fms = 0 ; Fd = 0 ta có : Kđn =
Nên tính cho từng cột đất cụ thể (theo điều kiện thực tế) thì mới xác định được đúng yếu tố lực ma sát và lực dính 2 bên.
dn
d ms
W
F F
G
c dn
dn γ.h
.S γ W
G
yếu tố lực ma sát và lực dính 2 bên.
- Điều kiện an toàn đẩy bục: Kđn Kcp Với : nc : Hệ số tổ hợp tải trọng
Kn : Hệ số tin cậy (phụ thuộc cấp công trình)
m: hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào đặc điểm làm việc của tầng phủ : Đê bình thường: m = 1; Tầng phủ có khuyết tật (kẽ nứt, hang hốc, rễ cây): m = 0,9;
Tầng phủ xung yếu (nhiều khuyết tật) : m = 0,85
* Cách vẽ biểu đồ áp lực đẩy ngược để tìm hc: Xét bài toán phẳng, dùng phương pháp kéo dài đường viền: Ltt = L0 + 0,88Ttt
hc = Lc Trong đó :
L0 : chiều dài đáy tầng phủ từ cửa vào đến cửa ra của dòng thấm
cửa ra: coi dòng thấm kết thúc ở vị trí nào có thể thoát nước được (ao, hồ, thùng Ltt
H
cửa ra: coi dòng thấm kết thúc ở vị trí nào có thể thoát nước được (ao, hồ, thùng đấu…)
Lc : chiều dài từ cửa ra đến điểm tính toán H : cột nước thấm
Ttt : chiều dầy tầng thấm tính toán dưới lớp phủ, Ttt = min(T0, T) T : chiều dầy tầng thấm thực
T0 : chiều dầy tầng thấm mạnh, T0 = f(L0/t0) t0 : chiều dầy tầng phủ
2. Độ bền thấm đặc biệt
a. Khái niệm về hang thấm tập trung
- Do động vật đào hang, kẽ nứt, rễ cây mục…
- Mang đặc điểm ngẫu nhiên (ẩn hoạ khó lường)
- Khi có hang thấm tập trung dòng thấm sẽ đi theo đường ngắn nhất nối các hang thấm này do vậy chiều dài dòng thấm bị rút ngắn gây biến hình thấm nguy hiểm.
- Có thể xảy ra trong thân đập, nền đập.
b. Nguyên lý kiểm tra đê theo độ bền thấm đặc biệt
Bề rộng thân đê và nền phải đủ lớn để nếu có xuất hiện ẩn hoạ trong đó thì phần còn lại của đường thấm cũng còn đủ để chống lại biến hình thấm
Nguyên lý kiểm tra :
- Cho thân đê : Jkđ < [Jkđ] - Cho nền đê : Jkn < [Jkn]
Jkđ và Jkn là các giá trị của Gradien thấm trung bình trong thân đê và nền đê.
[Jkđ] và [Jkn] là các trị số cho phép (an toàn) của Jkđ và Jkn. [Jkđ] và [Jkn] phụ thuộc vào loại đất và cấp công trình, xác định theo phương pháp thống kê từ thực tế các công trình vẫn giữ được an toàn mặc dù có ẩn hoạ.
c. Xác định Jkđ và Jkn (Theo Trugaep) + Thân đê đồng nhất
- Không có thiết bị thoát nước Jkđ =
L’ : Khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến mép nước hạ lưu
2 1 0,4 4
, 0
' h h
L
H
L’ : Khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến mép nước hạ lưu h1, h2 : Độ sâu nước thượng, hạ
H : cột nước thấm M
N
0,4h1 L' 0,4h2
h1
h2
-Trường hợp có thoát nước kiểu lăng trụ
M
h1 N
h2
-Jkđ =
-L : Khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến mép trong của thiết bị thoát nước
0,4h1 L
0,4h1
L H
+ Cho nền đê
- Nền đồng chất : Jkn =
Trong đó: L0: chiều rộng đáy đê giáp nền
Ttt: chiều dày tầng thấm tính toán trong nền đê; Ttt = min( T0, T) - Nền không đồng chất (nhiều lớp): Jkn cũng xác định như trên. Tuy nhiên,
tt 0 0,88T L
H
- Nền không đồng chất (nhiều lớp): Jkn cũng xác định như trên. Tuy nhiên, [Jkn] phải nhân với hệ số <1 (dự phòng khả năng xói ngầm dọc theo mặt phân cách giữa các lớp).
V. Tính thấm không ổn định khi mực nước sông rút nhanh 1. Sự hạ thấp đường bão hoà khi mực nước sông rút xuống
- Khi mực nước sông rút thì đường bão hoà trong đê cũng xuống theo nhưng thường chậm hơn so với nước mặt.
- Đại lượng đặc trưng cho mức độ rút nhanh chậm của đường bão hoà trong đê là
k: hệ số thấm của đất thân đê (m/s); v: tốc độ rút nước mặt phía sông (m/s); : hệ số cấp nước của khối đất phụ thuộc vào loại đất, có thể xác định theo công thức kinh nghiệm μ.v θ k
nước của khối đất phụ thuộc vào loại đất, có thể xác định theo công thức kinh nghiệm hoặc tra bảng (3 – 11)
+ Nếu 1/10: nước mặt rút nhanh, trong tính toán có thể coi đường bão hoà trong đê chưa kịp rút bất lợi cho ổn định mái thượng lưu.
+ Nếu 60: nước mặt rút chậm, trong tính toán có thể coi đường bão hoà rút cùng với nước mặt không gây nguy hiểm về mặt thấm ngược làm mất ổn định mái thượng lưu.
+ Nếu 1/10 60: nước mặt rút từ từ, cần thông qua tính toán (thấm không ổn định) để xác định vị trí đường bão hoà trong từng thời điểm.
2. Xác định vị trí đường bão hoà khi nước sông rút từ từ a. Tung độ đường bão hoà tại vị trí x = 0
Xác định theo công thức gần đúng: 0 4
T θ 0,31 t H 2
t
h
m1
h
H
Trong đó: H: Mức hạ xuống của nước sông (m)
T: Thời gian cần thiết để mực nước sông đạt mức hạ max t: Thời điểm tính toán vị trí đường bão hoà
h0(t): Tung độ đường bão hoà ở thời điểm t, tại vị trí x = 0.
h (t)e h(x,t) h (t)0 H0
x O
L
x
b. Tung độ đường bão hoà tại x 0:
h(x,t) =
q(t) xác định từ hệ 2 phương trình:
(Duypuy) (1)
K t 2x q t
h0 2
h t
2
t h t
h0 2 e 2
m L
K t q
(Nêm thượng lưu) (2) q(t): Lưu lượng thấm ngược về thượng lưu
he(t): Cao độ điểm thấm ra mái thượng lưu ở thời điểm t
h t
2 L m1 e
K
0 e
e 1
0 e
t h
t ln h
1 t .
h
H m
H K
t q
Hệ phương trình trên có thể giải bằng đồ thị q(t)
1
2