11. Tính toán độ bền thấm của đất đắp sau lưng trụ biên 1 Qui định chung
K.2. Tính toán dòng thấm qua đập đất trên nền thấm nước (theo phương pháp N.S.Numêrôp)
N.S.Numêrôp)
1) Trường hợp đập đất đồng nhất:
Khi trình bày phương pháp tính toán này, ta sử dụng hình K3 biểu thị mặt cắt ngang đập đất không có thiết bị tiêu nước, trên nền thấm nước.
Hình K3 - Sơ đồ tính toán thấm của đập đất
Ta ký hiệu vị trí mép nước tương ứng ở thượng lưu và hạ lưu là A và B. Đặt về phía trái và phía phải của A và B những đoạn tương ứng bằng 0,4 h1 và 0,4 h2, ở đây h1 và h2 là chiều cao mực nước thượng lưu và hạ lưu so với mặt tầng không thấm MN. Kết quả là ta nhận được một khối
đất hình chữ nhật 4’-4”-3”-3’ nằm trên tầng không thấm MN. Biết chiều sâu nước ở thượng lưu, hạ lưu khối đất này (h1,h2) tìm được lưu lượng đơn vị của dòng thấm qua đập đất đang xét theo công thức của Đuy-puy:
q = (h12 - h22) / 2Lo . K (138) trong đó: Lo = Lyp + 0,4h1 + 0,4h2 (139) Với:
Lyp - khoảng cách theo mặt nằm ngang giữa các điểm mép nước A và B; Lo - chiều rộng của khối đất chữ nhật mà ta thay thế cho đập đất.
Như đã biết, khi thay thế như trên, coi tổn thất cột nước ở nêm thượng lưu đập và nền của nó bằng tổn thất cột nước trong khối đất hình chữ nhật 1’-2’, 3’-4’ có chiều rộng bằng 0,4 h1; còn tổn thất cột nước ở nêm hạ lưu đập và nền của nó bằng tổn thất trong khối đất hình chữ nhật 1”-2”- 3”-4”, rộng 0,4 h2.
Biết lưu lượng q - xác định theo công thức (138) - ta thiết lập đường bão hòa A’-B’ đối với khối đất hình chữ nhật quy ước 4’-4”-3”-3’ bằng cách dùng công thức của Đuy-puy:
) h h ( L h h 2 2 2 1 o 2 1− ∆ − = (14)
trong đó: x và h - các kích thước như đã biểu thị ở hình K3.
Cuối cùng, ta lựa bằng mắt để uốn theo các đoạn cong chưa biết A-a và B-b sao cho A-a vuông góc với mái dốc thượng lưu tại A, b - B tiếp tuyến với mái dốc hạ lưu tại B (ở đây bỏ qua đoạn dòng thấm đi ra mái dốc hạ lưu)
Kết quả ta sẽ có đường bão hòa A-a-b-B đối với đập trên nền thấm nước.
Khi ở phần nêm hạ lưu của đập có bố trí thiết bị tiêu nước thì theo quan điểm thủy lực, ta sẽ có đập đất có mái dốc hạ lưu thẳng đứng a-b đặt theo trục thiết bị tiêu nước. Khi quy đổi đập đất loại này thành khối đất chữ nhật, ta sẽ có hình dạng đường bão hòa như ở hình K4.
Ghi chú: Trong trường hợp ở nêm hạ lưu không có thiết bị tiêu nước, trị số 0,4h2 không phải tính từ đường thẳng đứng 1”- 2” đi qua mép nước hạ lưu như ở hình K3, mà là từ đường thẳng đứng kẻ qua điểm ở giữa đoạn dòng thấm đi ra mái dốc hạ lưu.
Chiều cao So của đoạn dòng chảy đi ra, mái dốc hạ lưu trong trường hợp mái dốc hạ lưu khô (khi h2 = T) có thể xác định theo công thức: So = (0,7 + m2) . qo/K trong đó: ) h 4 , 0 ' L ( 2 T h K q 1 o 2 2 1 o − − =
Hình K4 - Sơ đồ để tính toán thấm của đập đất có “mái dốc” hạ lưu thẳng đứng
2) Trường hợp đập có lõi giữa:
Ở đây cũng như trường hợp trên, nêm thượng lưu và hạ lưu đập (cùng với nền của nó) được thay thế bằng các khối đất hình chữ nhật (hình K5, chỗ gạch chéo. Kết quả nhận được một khối đất hình chữ nhật 4’-4”-3”-3’ có lõi giữa.
Hình K5 - Sơ đồ để tính toán thấm của đập đất có lõi giữa
Ta xét khối đất hình chữ nhật này theo phương pháp quy ước mà nhiều người đã biết của N.N. Pavlôpski. Sau đó ta hiệu chỉnh đường bão hòa nhận được từ khối đất hình chữ nhật này và tìm đường bão hòa cần thiết.
CHÚ DẪN: Ở đây không xét trường hợp mà lõi giữa không đạt tới tầng không thấm. 3) Vùng hoạt động thấm ở nền đập:
Áp dụng phương pháp đã nêu trên, có thể dựng đường bão hòa đối với đập đất theo phương trình Đuy-puy trong điều kiện tầng không thấm ở một độ sâu hữu hạn. Tuy nhiên, tầng không thấm trên thực tế có thể nằm ở độ sâu vô hạn. Trong trường hợp này, để dựng đường bão hòa, phải sử dụng khái niệm vùng hoạt động thấm ở nền đập.
Nếu tầng không thấm nằm ở sâu thì chiều dày vùng hoạt động thấm lấy bằng:
Thđộng = 0,5L’ (141)
Trong đó L’ - chiều rộng đập ở mặt nền;
Thđộng - chiều sâu vùng hoạt động thấm dưới mặt đáy hạ lưu
Sau khi tính Thđộng theo (141), ta xác định vị trí tính toán của tầng không thấm (để vẽ đường bão hòa) như sau:
a) Nếu Tthực ≤ Thdđộng (142)
Thì trị số Ttt lấy bằng Ttt = T (143)
b) Nếu như Tthực > Thđộng (144)
Thì trị số Ttt lấy bằng: Ttt = Thđộng = 0,5L’ (145) Trong đó:
Tthực - chiều sâu thực của tầng không thấm; Ttt - chiều sâu tính toán của tầng không thấm; Các trị số Tthực và Ttt đo từ mặt đáy hạ lưu. Cần xét đến các trường hợp sau:
a) Khi Tthực > Thđộng thì vị trí đường bão hòa thực tế không phụ thuộc vào vị trí của tầng không thấm;
b) Khi 0 < Tthực < Thđộng (146) Thì khi Tthực tăng đường bão hòa của đập đất sẽ giảm một chút;
c) Khi thỏa mãn điều kiện (146) thì vị trí của đường bão hòa dẫu sao cũng ít phụ thuộc vào vị trí của tầng không thấm. Do đó, khi tính toán sơ bộ, để thiên về an toàn. Trị số T đôi khi lấy bằng 0, tức là sẽ về đường bão hòa đối với đập xây dựng trên nền thấm nước với giả thiết rằng nền đó không thấm nước (lúc này tất nhiên phải áp dụng phương pháp đã trình bày ở trên).