BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI NỘI DUNG TÍNH TOÁN. Chương1: THIẾT KẾ ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC. Số liệu : Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ký hiệu Giá trị Đơn vị 0 γ 1,45 T/m 3 n K 0,01 m/24h a γ 1,7 T/m 3 T 8,5 m b γ 2,2 T/m 3 h s 5,5 m [ ] σ 0,6 λ 13,5 m f 0,6 H 1 48 m C 1,5 T/m 2 TN ϕ 19 độ I. Xác định bề dày của đập : -Ta thiết kế cho đẩp trọng lực tràn nước . 1. Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất và điều kiện trượt. Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 48 m và chiều rộng đáy là B hình chiếu mái thượng lưu là nB ,hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B. - Có n=1- γ γ 2 1 =>n=-0.1.Vì n=-0,1 nghĩa là mái dốc thượng lưu đập có độ dốc ngược ,gây khó khăn cho việc thi công ,mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên mặt hạ lưu,do đó lấy n=0. Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau: 1 1 α γ γ − = b h B (lấy α 1 =0,5)⇒ mB 8,36 5,0 2 2,2 48 = − = =>Chọn B = 37 m. 2.Mặt cắt ngang thân đập : 37 48 7 3.Xác định ứng suất của đập. - ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 1 BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI theo công thức nén lệch tâm 2 0 .6 B M B G ∑∑ ±= σ Trong đó ΣG= W 2 +G- W t W 2 :áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0) G:Trọng lượng bản thân công trình. W t :áp lực đẩy nổi dưới đáy đập : )(4445,0.1.48.37. 2 1 2 1 11 ThBW nt === αγ 2 . . 1 121 hB GGG γα −+= ∑ α 1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5) γ b :Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (=2,2T/m 3 ) γ :Trọng lượng riêng của nước (=1T/m 3 ) )(2,1879 2 48.37 .1.5,02,2.30.48. 2 1 2,2.48.7 2 . . 1 121 T hB GGG =−+=−+= ∑ γα ).(45491,2667,24.44420.15845,33.2,739 322110 mTWxGxGxM t =−+=−+= ∑ Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập là: 22 0 37 2,45491.6 37 2,1879 .6 ±=±= ∑∑ B M B G σ σ max = 250,166 T/m 2 và σ min = -148,588 T/m 2 Các giá trị trên đều nhỏ hơn cường độ tính toán của bê tông về khả năng chịu kéo và nén. 4.Kiểm tra lại điều kiện ổn định trượt của đập. - Ta có điều kiện ổn định trượt của đập là: ∑ = GfWK c 1 Trong đó f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.6) K c :Hệ số an toàn ổn định của đập (=1) ΣG:Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt W 1 :áp lực nước nằm ngang tác dụng lên mái đập thượng lưu : T 1152.1.48 2 1 2 1 22 11 === n hW γ Ta có: ΣG= W 2 +G 1 +G 2 - W t Trong đó: G:Trọng lượng bản thân công trình W 2 :áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0) Wt x1 x2 x3 W1 x4 b G1 G1 SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 2 BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI α 1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5) Ta có : W 1 =1152T< T02,118337.5,10,6.1879,2= C.B + Gf. =+ ∑ Đập là ổn định với kích thước trên . II.Xác định lưu lượng thấm qua đáy đập theo phương pháp hệ số sức kháng. Đây là phương pháp gần đúng để xác định lưu lượng thấm qua đáy đập.Trong thực tế xây dựng các đoạn thẳng đường viền có thể chia làm 3 bộ phận: -Bộ phận cửa vào có cừ thượng lưu. -Bộ phận giữa thường có cừ. -Bộ phận cửa ra có cừ hạ lưu. Khi đó lưu lượng thấm qua đập được xác định theo công thức sau: ∑ = i Hk q ξ . Trong đó: H-Độ chênh cột nước trên các đoạn đường viền.(H=48m). k-Hệ số thấm. (k=10 -7 m/s). rcnnvi ξξξξξξ ++++= ∑ ''' ξ c = -Hệ số sức kháng của cừ. ξ v -Hệ số sức kháng bộ phận cửa vào. ξ r -Hệ số sức kháng bộ phận cửa ra. ξ n -Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang. Trong trường hợp tổng quát ta có: ξ c = 2 1 2 1 2 1 1 1 .75,01 .5,0 .5,1 T S T S T S T a − ++ ξ v =ξ r = cb ξξ ++44,0 ξ n = T SSl ).(5,0 12 −− S 1 =3 S 2 =6m-Chiều sâu cừ giữa S 3 =3 T 1 ;T 2 ;T 3 -Lần lượt là chiều sâu tầng thấm ở sân trước ,sân sau và thượng lưu.T 1 =T 2 =T 3 =8(m) a 1 ; a 2 ;-Lần lượt là chiều dày của sân trước và sân sau. Lấy a 1 = a 2 = 0,5 (m) L 1 và L 2 lần lượt là chiều dày sân trước và sau. Lấy L 1 = L 2 = 20 (m) Thay các giá trị trên vào công thức 1-2 ;1-3; 1-4 ta có: SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 3 322,1 .75,01 .5,0 .5,144,044,0 1 1 1 12 = − +++=++= T S T S T S T a cb ξξξ BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Vậy Lưu lượng thấm qua đập được là:         === ∑ h mHk q i 24 038,0 575,12 48.01,0. 3 ξ III.Xác định tải trọng tác dụng lên đập. Tải trọng tác dụng lên đập gồm có : Tải trọng bản thân , tải trọng sóng, áp lực nước áp lực đẩy nổi. 3.1.Xác định tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng tường đứng. Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình là: ). 2 .( max h HhkP d += γ Mô men lớn nhất tác dụng lên công trình là: ) 22 . 6 .( 22 max HHhh hkM m ++= γ Trong đó: k m ;k d - Là hệ số phụ thuộc vào tỷ số λ h và H λ được tra theo đồ thị 2.5 giáo trình thuỷ công .Với λ h =0,407 và H λ =0,281 ta có k m =0,2 ; k d =0,15. λ-Chiều dài sóng (λ=13,5m). h s = 5,5m-Chiều cao sóng. H 1 = 48 m-Chiều cao cột nước thượng lưu. γ=1T/m 3 -trọng lượng riêng của nước. SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 4 313,2 ).(5,0 12 23 , = −− = T SSl ξ 982,1 .75,01 .5,0 .5,1 2 2 2 34 = − += T S T S T S ξ 8125,4 ).(5,0 23 45 , = −− = T SSl ξ 8234,0 .75,01 .5,0 .5,1 3 3 3 56 = − += T S T S T S ξ 322,1 .75,01 .5,0 .5,144,044,0 3 3 3 67 = − +++=++= T S T S T S T a cb ξξξ 575,12= ∑ i ξ BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Thay số ta có : )(869,41 2 5,5 48.5,5.1.15,0 max TP =       += ).(946,1417 2 48 2 48.5,5 6 5,5 .5,5.1.2,0 22 max mTM =         ++= 3.2.Xác định tải trọng bản thân, áp lực nước, áp lực đẩy nổi. Các tải trọng này được tính toán ở phần trên .Vậy ta có sơ đồ lực như sau: IV.Tính toán ổn định công trình. 4.1.Xác định ổn định trượt của công trình. Do việc xác định bề rộng đập thoả mãn điều kiện trượt phẳng. Tuy nhiên khi công trình công trình có thêm cừ càng làm tăng ổn định. Vậy ta không cần kiểm tra điều kiện này. 4.2.Tính toán ổn định lật của công trình quanh điểm A. Từ sơ đồ lực như trên ta có: Tổng mô men giữ là: Tổng mô men lật là: Do M giữ > M lật →Công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật. SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 5 TÇng Kh«ng thÊm nuíc Fnc ).(45491,2667,24.44420.15845,33.2,739 32211 mTWxGxGxM tgiu =−+=−+= ).(843211152.48. 3 1 . 14 mTWxM lat === BI TP LN :CễNG TRèNH THY LI Chng II : THIT K P T NG CHT Cể TNG LếI MM I. Xỏc nh cỏc kớch thc c bn ca p : 1.Cao trỡnh nh p : CT = CTMN_dõng bỡnh thng + d Hoc : CT = CTMN_l + d Trong ú : d , d - vt cao ca nh p so vi MN_dõng v MN_l. Ta chn d=2m . CT = 48 + 2 = 50 m . 2.Chiu rng nh p : Chiu rng nh p c xỏc nh theo yờu cu cu to , giao thụng nhng b rng nh nht phi 3 ữ 5 m . Ly chiu rng nh p : B = 5 m 3.Mỏi p : dc mỏi p ph thuc vo chiu cao p, loi t p, tớnh cht nn . S b chn mỏi dc p nh sau : Chiu cao p H = 50m : - Mỏi thng lu m = 2 -Mỏi h lu m 1 = 1,5 II)Xỏc nh kớch thc ca lừi mm v mt ct ngang p: 1) Kớch thc lừi mm: Chn b dy t 1 = 2 m 2) Mt ct ngang p: Mt ct ngang p nh hỡnh v: m = 1 , 5 50 5 2 m = 2 III. Tính toán l u l ợng thấm qua đập và nền : - Theo tài liệu của Pavelốpki ta biến đổi đập có lõi với hệ số thấm K 0 rất nhỏ thành đập đồng chất có cùng hệ số thấm K ,khi đó ta trở lại bài toán thấm của đập đồng chất .Vì tính chất không thay đổi lu lợng ,ta có thể viết phơng trình lu lợng thấm qua lõi thực và qua lõi biến đổi nh sau. 22 2 0 2 1 2 0 2 10 hh T K ah t K q = = 22 2 0 2 1 2 0 2 10 hh T K ah t K q = = t K K T . 0 = SV : Thỏi Ngc Hi _ Lp : CTT-46-H2 Trang : 6 BI TP LN :CễNG TRèNH THY LI Hệ số thấm của đập : K= 10 -2 cm/s Hệ số thấm của vật liệu làm tờng : K 0 = 10 -3 cm/s Nh vậy sau khi biến đổi từ đập lõi ta đợc đập đồng chất qui ớc và chiều rộng đỉnh đập B đợc tính theo công thức )1( 0 += K K tbB Trong đó t:Chiều dày của tờng lõi(t =2 m ) T:Chiều dày tính đổi )(202. 10 10 . 3 2 0 mt K K T === b: Chiều rộng đỉnh đập thực b=5m B: Chiều rộng đỉnh đập biến đổi )(231 10 10 .25)1( 3 2 0 m K K tbB = +=+= Ta tính toán nh đập đồng chất nh sau 1.Tính toán l u l ợng thấm qua thân đập ( nền không thấm nớc ) Để giải bài toán xác định lu lợng thấm , tạm thay tam giác thợng lu đập bằng một hình chữ nhật có chiều rộng L . L đợc xác định theo công thức : Trong đó : m mái dốc đập thợng lu ( m = 2 ) H 1 mực nớc thợng lu ( H 1 = 48m ) Vậy : )(2,19 12.2 48.2 1.2 . 1 m m Hm L = + = + = Mt khỏc: L =(0,3-0,4).m.H 1 = 0,4.2.48=38,4(m) Chọn L = 20m. Bài toán thấm qua đập có mái thợng lu nghiêng đợc chuyển về bài toán thấm qua đập có mái thợng lu thẳng đứng. Chiều dài thân đập : L=L+d.m+B+(H 1 +d).m 1 =20+2.2+23+(48+2).1,5=122 (m) Trong đó : q 1 lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s) H 1 mực nớc thợng lu ( H = 48 m ) Xác định q và a0 ).(2 . 01 2 0 2 1 0 amL ah Kq = 5,0 . 1 0 0 + = m a Kq Ta có phơng trình bậc 2 nh sau: 04608.244.1 0 2 0 =+ aa a 0 =20,629 (m) và a 0 =223,371 (m) Nhận a 0 =20,629 (m) q = 0,01 (m 3 /24h) 2.Tính l u l ợng thấm qua nền : Lu lợng thấm qua nền đợc xem nh là chảy qua đờng ống đợc tính theo công thức: Trong đó : K n hệ số thấm của nền đất L chiều dài thân đập thực tế .L = 50.2+5+50.1.5=180m SV : Thỏi Ngc Hi _ Lp : CTT-46-H2 Trang : 7 1.2 . 1 + = m Hm L Ln Th Kq nn . . . 1 = BI TP LN :CễNG TRèNH THY LI T chiều sâu tầng thấm ( T = 8,5 m ) n _ Hệ số điều chỉnh chièu dài dòng thấm (n = 1,1) Vậy lu lợng thấm tổng cộng qua đập và qua nền : Q = q + q n = 0,01 +0,021 = 0,031 (m 3 /24h) 3.Vẽ đ ờng bão hoà : Tiến hành vẽ đờng bão hoà cho đập giả định : Ta có : )(5,25 2 2023 2.220 2 . m TB mdLX b = ++= ++= 5,45205,25 =+=+= TXX bc Y b = 46,339 (m) và Y c = 44,97( m) IV)Xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn p: Tớnh cho mt một di p 1.p lc thu tnh : Tớnh cho mt một di tng Thnh phn lc thu tnh ln nht ti ỏy: p =.H 1 =1.48= 48 T/m 2 SV : Thỏi Ngc Hi _ Lp : CTT-46-H2 Trang : 8 Xb p thc p gi nh m = 2 m =1,5 b t m = 2 m = 1 , 5 50 A B C D E A A B C D a0 B T Xc == h m q n 24 021,0 180.1,1 5,8.48 .01,0 3 0 2 1 22 1 0 2 ).( .2 K xQ hyyh Q K x == BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI W 1 = = 2 . 1 H p 48.48/2 = 1152 T e 4 = H 1 /3 = 48/3=16m 2.Áp lực nước tác dụng trên mái dốc : W 2 = V n .γ n = 2.48.48.5,0 2 1 11 =mHH = 2304 T 3.áp lực đẩy nổi : W3 = = 11 2 1 αγ n HB = 2160 T 4.Trọng lượng bản thân đập : G1 = 0,5.50.50.2.2,2 = 5500 T → e 1 =113,333(m) G2 = 0,5.50.50.1,5.2,2 = 4125 T → e 2 =77,5 (m) G3 = 5.50.2,2 = 550 T → e 3 =25 (m) Tổng trọng lượng : G = 10175 T 5.Lực dính của đất : W 5 = C.B = 1,5.180= 270 T → e 4 =90(m) 2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập : Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng: MNTT ®Ønh ®ª f 0.1Pd 0.4Pd Pd 0.4Pd 0.1Pd Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức: ).m/T(h P.k.kP 2 2nbnod γ = (1). Trong đó: γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m 3 ). H =4,5m-Chiều cao sóng. 2 P -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=5,5m⇒ 2 P =1,7. k nb -Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 455,2 5,5 5,13 == h λ ta có k nb =0,25. k no -Hệ số xác định theo công thức: 925,1) 5,13 5,5 15,1028,0.(2 5,13 5,5 .8,485,0).15,1028,0.(.8,485,0 =−++=−++= λλ h m h k no Vậy thay vào công thức 1 ta có P d =4,499T/m 2 . Xác định tung độ z 2 : ).)(1.21( 1 2 2 2 BAm m Az ++−+= (2). Trong đó: SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 9 BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI A= 113,7 2 21 ) 5,5 5,13 .23,047,0(5,5 1 )23,047,0.( 2 2 2 2 = + += + + m m h h λ B= 021,2. 5,13 5,5 ).25,02.84,0(5,09.5,5).25,084,0(95,0. =       −−=       −− λ h mh Thay A, B và m=2 vào công thức (2) ta có z 2 = 2,546m. Xác định các khoảng cách l i : l 1 =0,0125L α ;l 2 =0,0265L α ; l 3 =0,0325L α ; l 4 =0,0675L α = (3). Với 516,20 12 5,13.2 1 . 4 2 4 2 = − = − = m m L λ α Thay L α vào hệ thống công thức 3 ta có l 1 =0,256 m; l 2 =0,544m ; l 3 =0,667m; l 4 =1,385m. V)Kiểm tra ổn định của đập : 1)Kiểm tra ổn định trượt phẳng: Tổng lực giữ : P giữ = (G + W2 – W3 + 2.P d .cosα).f+ W 5 = 6466,228 (T) Tổng lực gây trượt : P tr = W1 + 2.P d .sinα = 1156,02(T) Do P giữ > P tr → đập ổn đinh trượt 2)Kiểm tra ổn định lật : Tổng mô men giữ : M giữ = G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e5 = 1217890,8 (Tm) Tổng mô men lật : M lật = W1.e4 + W3.e6 = 212832 (Tm) Do M giữ > M lật →Công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật. Chương3:Thiết kế đập đá có tường lõi A. Cơ sở lí thuyết a. Đỉnh đập: - Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu giao thông, theo điều kiện thi công và quản lí khai thác. - Nếu không có giao thông thì B = 0,1.H và B không được nhỏ quá 5m - Nếu có giao thông thì B = 0,1.H và B không được nhỏ quá 4m Cao trình đỉnh đập ∇ đ đ = ∇ MN_dâng bình thường + d Hoặc : ∇ đ đ = ∇ MN_lũ + d’ Trong đó : SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 10 [...]... riêng của nớc (=1T/m3) h=5m-Chiều cao sóng P2 -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=5m P2 =1,7 knb-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với = 13,5 = 2,45 ta có knb=0,25 kno-Hệ số xác định theo công thức: k no = 0,85 + 4,8 h 5 h h 5,5 5,5 + m.(0,028 1,15 ) = 0,85 + 4,8 + 2.(0,028 1,15 ) = 1,92 13,5 13,5 Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=4,499 T/m2 Xác định tung độ z2: z2 = A + Trong... thm ca tng lừi - din tớch biu B iu kin ỏp dng I Xỏc nh cỏc kớch thc c bn ca p : a Cao trỡnh nh p : CTĐĐ = CTMN_dâng bình thờng + d d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng Ta chọn d =2m với cấp công trình là cấp 1 CTĐĐ = 48 + 2 = 50m b Chiu rng nh p : Chiu rng nh p c xỏc nh theo yờu cu cu to, giao thụng nhng b rng nh nht phi khụng c nh quỏ 5 m Ly chiu rng nh p : B = 5 m c Mỏi p : dc mỏi p ph... 7,11 2 h m 5,5 4 h B= h.0,95 (0,84m 0,25) = 2,02 Thay A, B và m=2 vào công thức 2-5 ta có z2= 2,546 m Xác định các khoảng cách li: l1=0,0125L ;l2=0,0265L ; l3=0,0325L ; l4=0,0675L (2-6) SV : Thỏi Ngc Hi _ Lp : CTT-46-H2 Trang : 15 BI TP LN :CễNG TRèNH THY LI Với L= 4 m. m2 1 = 2.13,5 4 3 = 20,516m Thay L vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1=0,256m; l2=0,544m ; l3=0,667m; l4=1,385m SV : Thỏi Ngc . thân công trình W 2 :áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0) Wt x1 x2 x3 W1 x4 b G1 G1 SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 2 BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI α 1 . ngang của đập có thể xác định SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 1 BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI theo công thức nén lệch tâm 2 0 .6 B M B G ∑∑ ±= σ Trong đó ΣG= W 2 +G- W t W 2 :áp. vào công thức 1-2 ;1-3; 1-4 ta có: SV : Thái Ngọc Hải _ Lớp : CTT-46-ĐH2 Trang : 3 322,1 .75,01 .5,0 .5,144,044,0 1 1 1 12 = − +++=++= T S T S T S T a cb ξξξ BÀI TẬP LỚN :CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Vậy