MC LC M U CHNG 1: CC CH THY LC NI TIP H LU I NC NHY V CC THễNG S C BN CA NC NHY 1.1 nh ngha: Hin tng thu lc ny sinh quỏ trỡnh dũng chy chuyn t trng thỏi chy xit sang chy ờm gi l nc nhy Hin tng ny c c trng bi khu lung chớnh chy xuụi, m rng t ngt v khu chy xoỏy chuyn ng vũng quanh ti ch trờn mt khu lung chớnh 1.2 Phõn loi nc nhy 1.3 Nc nhy hon chnh: 1.4 Nc nhy mt: 10 1.5 Nc nhy súng: 14 II NI TIP DềNG CHY THNG H LU 15 III NI TIP DềNG CHY H LU CễNG TRèNH 3.1 Ni tip chy ỏy: 16 3.2 Ni tip chy mt 17 3.3 Ni tip phúng xa 18 16 CHNG 2: TIấU NNG SAU CễNG TRèNH THO NC 20 I KHI NIM CHUNG V TIấU NNG SAU CễNG TRèNH THO NC 20 c im dũng chy h lu: 20 Nhim v tớnh toỏn tiờu nng l phi tỡm c bin phỏp tiờu hu ton b nng lng tha, iu chnh li s phõn b lu tc v lm gim mch ng, cho dũng chy tr v trng thỏi t nhiờn ca nú trờn mt on ngn nht, gim chiu di on gia c h lu 20 Tiờu hao nng lng tha da trờn nguyờn tc 20 Cỏc hỡnh thc tiờu nng thng c ỏp dng l tiờu nng ỏy, tiờu nng phúng xa, tiờu nng mt v cỏc hỡnh thc tiờu nng c bit Tiờu nng ỏy cú cỏc hỡnh thc o b, xõy tng, b tng kt hp 21 Tiờu chun thit k 21 Phng phỏp nghiờn cu tiờu nng 21 II TIấU NNG DềNG Y 21 2.1 Tớnh toỏn chiu sõu b 22 2.2 Tớnh toỏn chiu cao tng tiờu nng 27 2.3 Tớnh toỏn b tng tiờu nng kt hp : 28 2.4 Chiu di b L 29 2.5 Sõn sau th hai 31 2.6 Lu lng tớnh toỏn tiờu nng 31 III TIấU NNG DềNG MT 3.1 Khỏi nim 35 35 3.2 B trớ v tớnh toỏn tiờu nng dũng mt 35 3.3 Tiờu nng dũng phu 36 3.4 Phũng chng xúi h lu 38 IV TIấU NNG PHểNG XA 40 4.1 Khỏi nim v tiờu nng phúng xa 40 4.2 Tớnh toỏn cỏc thụng s ca tiờu nng phúng xa 41 4.3 Mt s hỡnh thc kt cu tiờu nng phúng xa 44 V CC THIT B TIấU NNG PH 47 5.1 M nhỏm dựng lũng mỏng dn 47 5.2- M tiờu nng dựng b hoc ngng tiờu nng 50 5.3 Tng phõn dũng 53 CHNG 3: TNH TON XểI LềNG DN H LU CễNG TRèNH THO NC 55 I.KHI NIM CHUNG 55 II XC NH KCH THC C BN CA H XểI N NH 58 1.Chiu sõu ln nht ca h xúi n nh: dx 58 Chiu di h xúi n nh: Lx 3.V trớ sõu nht ca h xúi 61 62 Chiu sõu h xúi cui sõn gia c cng 63 Hỡnh dng h xúi : 63 III XểI THEO THI GIAN 64 CU HI CC CHNG 65 THễNG TIN TC GI 67 M U Nc v dũng chy ca nú cú nhng li ớch to ln, nhng cng cú nhng bt li Nhim v ca nhng nh khoa hc thy li l tn dng nhng li ớch v hn ch nhng bt li ca nú Nhim v ú c thc hin bng nhiu gii phỏp, ú cú vic xõy dng cỏc cụng trỡnh khỏc ú l cỏc cụng trỡnh dõng nc, dn nc, ly nc, cụng trỡnh bo v, cụng trỡnh giao thụng Bng gii phỏp kt cu c thự ca mỡnh cỏc cụng trỡnh thy li to v m bo mc nc hoc lu lng, ng thi thỏo l, thỏo lng nc tha v phớa h lu, dn nc ỏp ng cỏc yờu cu, hoc ngn nga nhng nh hng bt li t phớa h lu Cỏc cụng trỡnh thy li cũn to ng giao thụng thy v to chờnh lch u nc trung phc v cho phỏt in Nc chy qua cỏc cụng trỡnh thỏo thng l dũng chy xit cú lu tc ln Dũng chy ú cú nng lng tha ln Khi chy xung h lu, nú cú th gõy xúi l lũng dn nu khụng c gia c y T ú cú th mt n nh ca cụng trỡnh Bi vy phi chuyn dũng chy xit thnh dũng chy ờm ngha l to nc nhy h lu Chỳng ta c gng nh v nc nhy chõn cụng trỡnh bng nhiu loi thit b khỏc nhau, hoc cho dũng chy phun vo khụng khớ ri ri xung h lu Trong phm vi ti liu ny chỳng tụi c gng cp n cỏc thy lc thuc v ni tip v tiờu nng h lu cụng trỡnh thỏo nc Ni dung ú th hin qua chng Chng trỡnh by túm tt lý lun c bn v nc nhy v ni tip dũng chy gia thng v h lu cụng trỡnh Tiờu nng h lu vi nhiu hỡnh thc khỏc c nờu chng Mt s kin thc tng quỏt v xúi khụng d bỏo trc c trỡnh by chng v cng l chng cui cựng ca cun sỏch Ni tip v tiờu nng va mang tớnh kinh in va mang tớnh thi s vic xõy dng cỏc cụng trỡnh thy li t nc chỳng ta Cun sỏch ny dựng ging dy chuyờn ngnh cụng trỡnh v l ti liu cho cỏc cỏn b khoa hc k thut nghiờn cu, tham kho Nhõn dp ny chỳng tụi xin by t lũng cm n chõn thnh i vi PGS TS Nguyn Chin Trng i hc Thy li v TS Trn Quc Thng Vin Khoa hc Thy li ó c v gúp nhiu ý kin quý bỏu cho bn tho, cỏm n th B mụn Thy cụng, khoa Cụng trỡnh, khoa Sau i hc, Ban Giỏm hiu trng i hc Thy li v nh xut bn Xõy dng ó to mi iu kin giỳp cun sỏch c n hnh Chỳng tụi khụng cú hy vng cun sỏch ó cp y cỏc v chc chn cũn cú thiu sút Bi vy rt mong nhn c nhng úng gúp chõn tỡnh ca c gi Mi gúp ý xin gi v b mụn Thy cụng Trng i hc Thy li H Ni Tỏc gi CHNG 1: CC CH THY LC NI TIP H LU I NC NHY V CC THễNG S C BN CA NC NHY 1.1 nh ngha: Hin tng thu lc ny sinh quỏ trỡnh dũng chy chuyn t trng thỏi chy xit sang chy ờm gi l nc nhy Hin tng ny c c trng bi khu lung chớnh chy xuụi, m rng t ngt v khu chy xoỏy chuyn ng vũng quanh ti ch trờn mt khu lung chớnh Khu nớc xoáy C K K a A B h'' hk h' Khu luồng Hình - 1: Nớc nhảy v đặc trng Nhng phn t cht lng hai khu xõm nhp vo rt mónh lit xung quanh mt ranh gii ABC (mt ranh gii cú ý ngha trung bỡnh thi gian) S m rng t ngt ca dũng chy phm vi nc nhy ó lụi kộo rt mnh khụng khớ vo khu nc xoỏy to nờn nhng bt trng xúa, di ng khụng theo quy lut Khu nc xoỏy luụn luụn bin i v th tớch s co dón ca cỏc bt khớ v luụn di dch xuụi ngc dũng chy, dao ng xung quanh mt v trớ trung bỡnh thi gian, ú tng cng nhng mch ng v ỏp sut v v lu tc Cựng vi s xỏo trn mónh lit cỏc phn t cht lng xung quanh mt phõn chia, nhng mch ng t khu nc xoỏy truyn vo khu lung chớnh lm cho dũng chy khu lung chớnh tr thnh dũng chy ri cú mch ng ln, ú nng lng ca dũng chy b tiờu hao rt ln phm vi nc nhy Hỡnh thc quỏ t trng thỏi chy xit sang chy ờm vt qua sõu phõn gii hk bt buc phi qua nc nhy [1] Cỏc thụng sụ c bn ca nc nhy: - sõu trc nc nhy: h'; sõu sau nc nhy: h''; - cao nc nhy a = h'' - h'; - Chiu di nc nhy: Ln 1.2 Phõn loi nc nhy a) Theo iu kin ny sinh v cu trỳc ca nc nhy [1] cú: + Nc nhy hon chnh h''/ h'>2 + Nc nhy dõng: L hỡnh thc ca nc nhy hon chnh xy cú mt vt chng ngi t ngang ỏy, lm dõng cao mc nc sau nc nhy to nờn khu xoỏy mt ln hn so vi nc nhy hon chnh + Nc nhy mt: Khi nc nhy cú khu lung chớnh trờn mt v khu xoỏy cun li bờn di + Nc nhy súng: Khi chờnh lch mc nc gi dũng chy ờm v dũng chy xit l nh (h''/ h' hh + Nc nhy ti ch h''c = hh + Nc nhy ngp h''c < hh Vi: hh l chiu sõu dũng chy h lu; h''c l sõu liờn hip vi sõu dũng chy ti mt ct co hp c) Theo tr s Froude trc nc nhy [7]: [Fr1 = v 12 ]cú: 2gh + Nc nhy súng Fr1 = ữ 3; + Nc nhy yu Fr1 = ữ 6; + Nc nhy dao ng Fr1 = ữ20; + Nc nhy n inh Fr1 = 20 ữ 80; + Nc nhy mnh Fr1 80 1.3 Nc nhy hon chnh: Nc nhy hon chnh l dng nc nhy c bn (hỡnh 1-1) Sau õy s nghiờn cu nc nhy hon chnh v cỏc c trng ca nú lũng dn lng tr a) Hm s nc nhy: Xột nc nhy hon chnh xy kờnh lng tr cú dc ỏy rt nh hoc bng khụng vi dũng chy n nh p dng nh lý ng lng cho khu nc nhy hon chnh vi kờnh lng tr, ỏy lũng dn nm ngang, b qua lc ma sỏt gia dũng nc v lũng dn, ỏp lc nc ti cỏc mt ct phõn b theo qui lut thu tnh, h s sa cha ng lng 01 = 02 = , chỳng ta cú: Q 01Q + y1 = 02 + y g g1 (1-1) Vi: Q (m3/s) - lu lng nc; y1, y2 (m) - chiu sõu trng tõm mt ct cú din tớch t 1, (m2) 0Q Gi: (h) = + y. l hm s nc nhy g (1-2) Vi mi nc nhy hon chnh u cú: (h) = 2(h) T ú chỳng ta xỏc nh c sõu liờn hip ca nc nhy b) sõu trc v sau nc nhy: h', h'' (1-3) T phng trỡnh (1-1) v phng trỡnh liờn tc chỳng ta xỏc nh c h', h'' vi lũng dn lng tr cú hỡnh dng bt k Riờng vi mt ct ch nht, gii ta cú: q h'' = 0,5h' + gh'3 (1-4) 8q h' = 0,5h'' + gh ' ' (1-5) ( ) h' ' = 0,5 + 8Fr1 h' h' h' ' Nu gi: 'k = ; ''k = hk hk = (1-6) Thỡ: k' k'' ( k' + k'' ) = (1-7) k' = 0,5 k'' + '' k (1-8) k'' = 0,5 k' + '3 k (1-9) c) Chiu di nc nhy: Khong cỏch gia hai mt ct gii hn ca khu nc nhy xoỏy gi l chiu di nc nhy, kớ hiu l Ln Chiu di nc nhy ch cú th xỏc nh bng cụng thc kinh nghim: + Theo Smetana [4]: Ln = 6a = (h''-h') + Theo Trectouxp: Ln = 10,3h' + Theo Saphoranet [1]: + Theo Pavlopxki: + Theo Picalp: ( ) Fr , 81 Ln = 4,5h'' Ln = 2,5 (1,9h'' - h') Ln = 4h' + Fr1 2(10 + Fr1 ) ( h' ' h' ) Fr1 h' '.h' (1-10) (1-11) (1-12) (1-13) (1-14) + Theo Ajvazjan: Ln = + Theo Saumian: h' h' Ln = 3,6h'' + h' ' h' ' (1-16) h' ' + Theo Poliaka Woycixki: Ln = (h'' - h') 0,05 h' (1-17) + Theo Nadaza Einwachtina: Ln = 8,3 Fr1 (Fr1 1) (1-18) (1-15) d) Tn tht nng lng nc nhy: hw hw = (h' 'h')3 (1-19) h' '.h' e) Chiu di sau nc nhy: Lsn Chiu di t mt ct sau nc nhy n mt ct ú mch ng lu tc cú nhng giỏ tr thng thy dũng chy u gi l chiu di sau nc nhy Lsn Chiu di sau nc nhy ch cú th xỏc nh bng cỏc cụng thc thc nghim: Theo Vdgo: Lsn = 0,4 hh n (1-20) Theo Trectouxop: Lsn = (2,5 ữ 3)Ln (1-21) Theo Cumin (1-22) : Lsn = 32,5hh - Ln g) Nc nhy ngp: Khi mt ct trc nc nhy hon chnh b ngp thỡ cú nc nhy ngp (hỡnh 1-2) Vit phng trỡnh cho on nc nhy ngp (kờnh lng tr mt ct ch nht) vi: h h h S = h ; K = z ; Frc = k hc hc hc Ta cú: K2 = S2 - 2Frc B A S hz hc V2 h = hh (1-23) Vc Nu ly K =1 (tc l hz = hc) thỡ (1-23) s v (1-4) Hình - Nớc nhảy ngập Chiu di nc nhy ngp Lnng cú th xỏc nh : Theo Smetana [4]: Lnng = 6hc (S-1) (1-24) 2 S sin S Theo Lờvi: Lnng = 4,2 hcSlg (1-25) 1.4 Nc nhy mt: Nc nhy mt xut hin dũng xit ni tip vi dũng ờm trờn mt ca chỳng c trng c bn ca nc nhy mt l khu lung chớnh trờn mt, cũn khu xoỏy nc di Chỳng ta thng gp nc nhy mt cui ng trn cú bc thng ng m nh bc thp hn mc nc h lu õy ch cp n bi toỏn phng Mt c trng quan trng l chiu cao nh nht ca bc amin Khi gúc gia tip tuyn ca ng cong ti ch dũng chy i qua mi phun v phng ngang bng ( = 0), theo Skladnev [7]: amin = 2,7hk - 4,32- h (1-26) Khi 120 , theo Stepan : ( ) amin = 4,053 Frc h (1-27) Vi: hk - sõu phõn gii; 10 h - chiu dy lp nc trờn mi bc; V12 Frc = ú V1 l lu tc trờn mi bc; gh = 0,4 + 8,4 Mt khỏc ch dũng chy sau bc c n nh phi tho iu kin a/p 0,2 (vi p l chiu cao ca ngng trn so vi ỏy ca h lu) a) Cỏc ch nhy mt: Tựy theo mi tng quan gia lu lng thỏo qua trn, mc nc lũng dn h lu, kớch thc v hỡnh dng bc m nc nhy cú cỏc dng sau: a1) Nc nhy ỏy (hỡnh 1-3a): Dng nc nhy ỏy tng ng vi ch chy ỏy Cú th cú nc nhy ỏy xa, gn hoc ngp Hỡnh 1-3a biu th nc nhy ỏy ngp xy < vi = hp/h = 16 1,75 0, + 10 Fr1 (1-28) = a/h Trong ú: hp - ct nc o ỏp mt di dũng chy trờn bc Theo Patrocka [7] kh nng nc nhy hon chnh vi ch nhy ỏy hh < h1 Trong ú h1 l sõu gii hn th nht cú th xỏc nh theo Astafitrev: a h1 = 0,82a + 2,44 hk p Hoc h1 = 0,82a + 3,44 V /2g (1-29) a a hk < 0,2 p p (1-30) a H H P P h a hh hh lo c H b H d P P hh hh l1 lo e H P Hình - : Các dạng nớc nhảy mặt hh Dng nc nhy ỏy c c trng bi lung nc xung ỏy to nờn sõu co hp v xut hin nc nhy hon chnh thng gp a2) Nc nhy mt khụng ngp (hỡnh 1-3b): 11 di ti thiu ca b (LIII) c xỏc nh theo hỡnh 2-27 v cng c xỏc nh th hỡnh 2-28 Chiu cao ca m nhỏm tiờu nng gia b v cui theo kiu III c xỏc nh theo hỡnh 2-30 4 0,2a a3 h" a3 1:1 a4 h" 2 1:2 a4 2 10 12 14 Fr 16 18 Hình - 30: Xác định chiều cao mố v ngỡng theo kiểu III Cỏc kt qu gii thiu trờn ch nờn s dng vi lu lng n v q < 183/sm v < lu tc trờn nh m V < (15 18) m/s Nc nhy b l n nh Vi lu tc ln hn phi cú iu chnh hỡnh dng m chng xõm thc 5.3 Tng phõn dũng nhiu cụng trỡnh thỏo, x, dn chuyn nc vỡ nhiu lý khỏc cú ch cú mt s khoang ca nht nh hot ng Trong nhng trng hp ny lu lng n v tng thờm t 50% 100% (hỡnh 2-31) q (1,5 2,0)q Hình - 31 : Co hẹp mở cửa Bi vy chỳng ta phi cú gii phỏp c bit trỏnh dũng chy quanh co, un ln v nhanh chúng khuch tỏn u B cú b trớ tng phõn dũng, hng dũng c mụ t hỡnh 2-32 l theo ngh ca Karaulov Tng di ti 10m cao 2,5m cỏc khoang biờn c b trớ nghiờng theo mt phớa vi gúc nghiờng gim dn xa biờn Vic la chn thớch hp nht ch cú th tỡm thy qua thớ nghim mụ hỡnh Chỳng ta cú th xem xột kiu tng phõn dũng Fomitrev ngh (hỡnh 2-23) hoc Cumin ngh (hỡnh 2-34) 53 0 14 14 0 12 12 10 10 0 10 10 0.35 hK Hình - 32 : Hớng dòng vo bể theo Karaulov Hình - 33 : Thiết bị hớng dòng vo bể theo Fomitrev 0,9b 1,3hK 1200 b 0.7hK Hình - 34 : Hớng dòng vo bể theo Cumin 54 CHNG 3: TNH TON XểI LềNG DN H LU CễNG TRèNH THO NC I.KHI NIM CHUNG Vic xõy dng cụng trỡnh thy li trờn sụng, trờn kờnh ó phỏ hy trng thỏi cõn bng ca lũng dn v cú th dn n xúi h lu Xúi xut hin chõn cụng trỡnh, ni cú lu tc rt ln li phõn b khụng u, ni cú mch ng lu tc v ỏp lc rt ln t xúi mt phn b cun lc vo cỏc xoỏy nc, phn khỏc c mang v h lu ri lng ng to thnh cỏc bói bi Quỏ trỡnh xúi [8] cú th chia thnh ba giai on: Giai on u: Xúi khong thi gian tng i ngn, h xúi c to nờn rt nhanh (cỏc kớch thc hỡnh hc ca h xúi tng rt nhanh theo thi gian) Giai on hai: Tip theo giai on u, xúi giai on ny din t t S phỏ hu lũng dn din tng i chm Thi gian din giai on ny l rt ln Giai on ba: S m rng ca xúi n mt chiu di nht nh h lu dn n gim cao trỡnh ỏy ca lũng dn Giai on ny kộo di bao lõu tu thuc vo dc ca lũng dn Xúi cc b ca lũng dn sau chõn cụng trỡnh thỏo nc rt nhiu nguyờn nhõn khỏc : Do khụng tiờu hao ht nng lng tha ca dũng nc chy t thng lu v Vic co hp lũng dn (do xõy dng cụng trỡnh) ó dn n vic tng lờn mt cỏch ỏng k lu lng n v v lu tc dũng chy sau cụng trỡnh s so sỏnh vi lu lng, lu tc nhng iu kin t nhiờn h lu cụng trỡnh xut hin dũng chy vi mch ng rt ln ca lu tc v ỏp lc Chớnh mch ng ny lm tng kh nng xúi ca dũng chy lờn nhiu ln Do hỡnh thc, kớch thc v vt liu khụng hp lý nhiu b phn kt cu cụng trỡnh to nờn nhng hin tng thu lc cú li cho s xut hin xúi S dng cụng trỡnh khụng theo quy trỡnh, cỏ bit li khụng cú quy trỡnh Khụng kp thi bo dng, tu sa cụng trỡnh Dũng chy qua cụng trỡnh vt qua sc chu theo thit k ca nú Xúi khụng cú d bỏo trc, cú th xy vi ch chy ỏy v c ch chy mt h lu cụng trỡnh Xúi sau cỏc cụng trỡnh dn nc, thỏo nc, ly nc ó c nhiu nh khoa hc quan tõm Cỏc nh ngiờn cu thy lc, thy cụng nhiu nc khỏc ó thu c nhng kt qu nht nh v nguyờn nhõn, bn cht c xúi v cỏc kớch thc hỡnh hoc ca h xúi, hỡnh dng h xúi v xúi theo thi gian 55 Ter - Arakelian ó phõn tớch cỏc kt qu thớ nghim ca Tarajmovic v Ixbas v i ti kt lun: Xúi l hm s ca chờnh lch ng nng dũng nc ti mt ct cui on gia c v mt ct sau h xúi Chalunina khụng ng ý vi kt lun ca Ter - Arakelian, m cho rng khụng th thit lp mt cỏch n gin, phn no ng nng to nờn h xúi v phn no bin i thnh th nng Chalunina lu ý ti lu tc khụng xúi m Ter - Arakelian cha cp n Vzgụ nghiờn cu ca mỡnh v xúi sau on sõn gia c ó rỳt kt lun: Xúi ph thuc trc tiờn vo mc nc h lu v s phõn b lu tc sau nc nhy Nghiờn cu ca Cumin c bit nhn mnh h s c trng cho s phõn b lu tc vựng nc nhy Trong xúi, Cumin ó thõu túm h s phõn b tng hp cú nh hng ca s phõn b lu tc trung bỡnh mt ct v c nh hng ca mch ng lu tc xy vi mc cao: = v + p (3-1) Trong ú: v: H s k n s phõn b khụng u ca lu tc; p: H s k n mch ng ca lu tc Chớnh mch ng v sau nc nhy ó lm tng kh nng xúi ca dũng chy iu ú ó c ch nhng kt qu nghiaan cu ca Lờ vi Grund ch mt thc t l: Nghiờn cu s xut hin xúi trc tiờn phi tỡm nhng tớnh cht c bit ca cu trỳc bờn nc nhy ễng khỏi quỏt trng lu tc ca nc nhy bng ba cú tỏc dng tng h ln Novak bng kt qu thớ nghim ca mỡnh ó ch nh hng ca mc nc h lu, ngng, b tiờu nng n h xúi Xúi cc b sau cụng trỡnh thu li ph thuc vo nhiu yu t khỏc Cỏc yu t ca cụng trỡnh: - Chiu cao ngng trn; - Hỡnh dng kớch thc v v trớ ca van; - Chiu di ton b on gia c; - Hỡnh thc v kớch thc thit b tiờu nng; - Chiu rng trn nc v chiu rng lũng dn h lu; - Hỡnh dng v kớch thc m tr; - Hỡnh dng mt trn; - Hỡnh dng v kớch thc cụng trỡnh ni tip; - dc dũng dn Cỏc yu t thu lc, thu vn: - Khi lng riờng ca nc, h s nht ng hc; 56 - Lu tc trung bỡnh mt ct; - S phõn b ca lu tc biu th qua h s Coriolis: ; - Mc chy ri ca dũng chy; - Mc nc h lu; - Chờnh lch mc nc thng h lu; - Lu lng n v; - Hm lng bựn cỏt dũng nc; Cỏc yu t ca t nn: - Khi lng riờng ca t nn; - Hỡnh dng, kớch thc ht; - ng cong cp phi ht; - Cỏc ch tiờu c lý khỏc ca t nn Cỏc yu t trờn ng thi nh hng n xúi sau cụng trỡnh thy li Cho nờn cú th nú xúi l kt qu ca s tỏc ng tng h gia cụng trỡnh, dũng chy v t nn p trn, cng v nhiu loi cụng trỡnh khỏc cú th b phỏ hy bi s xut hin xúi khụng tớnh trc Cng Islam n c xõy dng trờn sụng Xatlei vo nm 1927 Cng cú 24 ca, mi ca rng 18,3m Nm 1929 cng b s c ln b xut hin xúi khụng tớnh trc h lu Lỳc u l h xúi nh nhng sau ln dn lờn lm mc nc h lu gim, bng cỏch ú nc nhy xy ngoi b Nguyờn nhõn s c Islam l khụng tiờu hao hon ton nng lng tha sụng Yabe (bang California USA) nm 1904 ngi ta xõy dng mt p trn ct nc thp Nm 1970 p ny b gy v ngng hot ng vỡ h lu xut hin h xúi vi chiu sõu ln nht ca h xúi l 5,8m nc ta cú hng lot cng b xúi h lu (bng 3-1) Cú cng khc phc xúi nhiu ln xúi Mt s cụng trỡnh trn x l cng gp xúi l nghiờm trng [12]: 57 Bng 3-1: Xúi l h lu mt s cng l thiờn TT Tờn cng Chiu rng trn nc (m) Ct nc trn thit k (m) Chiu sõu ln nht ca h xúi (m) Chiu di h xúi (m) Cng Lõn - TB 30.0 4.5 6.8 75 Cng Tr Linh - TB 20.0 5.5 3.2 45 Cng Rng - NH 22.0 3.9 3.3 100 Cng Am Sa - NH 10.0 3.0 3.5 45 Cng Ngụ ng - NH 10.0 3.0 4.2 80 Cng Ngụ Xỏ - NH 11.0 3.0 5.0 50 Cng Hi Hng - HH 2.0 1.5 5.0 50 Cng n Riờng - HP 9.0 2.4 1.5 50 Cng Cu Xe - TB 56.0 7-9 70 10 Cng Võn n - BT 15.0 7.38 105 Xúi sau cụng trỡnh (xúi cc b) núi chung c phõn loi nh sau: - Xúi n nh v xúi khụng n nh - Xúi vi nn t v xúi vi nn ỏ - Xúi cú bói bi v xúi khụng cú bói bi - Xúi khụng bi hon v xúi cú bi hon tr li - Xúi cú d bỏo trc v xúi khụng cú d bỏo trc Vic nghiờn cu v xúi cú bin phỏp khụng cho xúi xut hin hoc khc phc h xúi khụng cú d bỏo trc; la chn cỏc kớch thc, hỡnh thc thớch hp ch ng cho xúi xut hin II XC NH KCH THC C BN CA H XểI N NH Kớch thc hỡnh hc ca h xúi bao gm: - Chiu sõu ln nht ca h xúi : dx; - Chiu di h xúi: Lx; - V trớ sõu nht ca h xúi; - Chiu sõu h xúi ca cui sõn gia c cng: d0; - Hỡnh dng h xúi Trong phm vi ti liu ny chỳng tụi trỡnh by cỏc kớch thc trờn i vi h xúi n nh (xúi n nh l xúi m cỏc c trng ca nú khụng thay i theo thi gian) v ch xột vi bi toỏn phng) Hỡnh 3-1 1.Chiu sõu ln nht ca h xúi n nh: dx 58 Chiu sõu ln nht ca h xúi n nh l khong cỏch theo phng ng t mt nn n ỏy sõu nht ca h xúi n nh Cú nhiu cụng thc khỏc tớnh dx a) Chiu sõu ln nht ca h xúi n nh gn ỳng coi bng chiu sõu b tiờu nng [1] : dx = hc'' hh ( Theo Vzgụ: d x = hc hh '' (3-2) ) (3-3) Trong ú: = 2,7 l h s k n nh hng ca nn = 1,05 1,1 H Z P hh Lx dx Lv x di Lmax Lo Hình - 1: Sơ đồ hố xói v kích thớc b) Cỏc cụng thc thc nghim [5] : - Theo Schoklitsch: d x = - Theo Veronese: d x = 4,75 , ,57 Z q hh d 900 ,32 3,68 , 225 0, 54 Z q hh d 900, 42 h - Theo Jaeger: d x = 6.Z , 25 q , h d 90 6,2 - Theo Patrasev: d x = g d k d 90 (3-4) (3-5) 1/ hh (3-6) , 25 q ,5 Z 0, 25 hh (3-7) Z , q , - Theo Eggenberger: d x = 22,88 hh d 900 , (3-8) - Theo Smolianinov: d x = K q ,5 Z , 25 0,265.Z ,5 d s (3-9) - Theo mt s tỏc gi (c a vo hng dn tớnh toỏn xúi cc b ca Liờn Xụ c): 59 d x = K1 q Vkx (3-10) Trong cỏc cụng thc trờn: dx: chiu sõu ln nht ca cúi n nh (m); dk: = 3mm; d90 ng kớnh m trng lng ca cỏc ht khụng ln hn nú chiu 90% (mm); ds ng kớnh trung bỡnh ht t (trong cụng thc ds tớnh l cm); Z chờnh lch ct nc thng h lu (m); q lu lng n v (m3/sm) hh chiu sõu mc nc h lu (m); Vkx lu tc cho phộp khụng xúi (m/s); K h s ph thuc vo lu lng v ch chy h lu; K = 1,4 1,95; KI h s xột n tng kh nng xúi ca dũng chy dũng ri Tt c cỏc cụng thc t (3-4) n (3-10) u dựng cho t khụng dớnh v h lu khụng cú b tiờu nng Trong trng hp cú b tiờu nng thỡ tớnh theo cụng thc ca Vzgụ: d x = hh (10, 25 1) (3-11) Trong ú l h s c trng cho s phõn b lu tc Hoc theo cỏc cụng thc sau õy, giỏo s Novak da trờn cỏc kt qu thớ nghim ca mỡnh ó a ra: dx = K1 dxj dx = K2 dxp (3-12) dx = K3.dxE Trong ú dxj, dxp, dxE l chiu sõu ln nht ca h xúi n nh tớnh theo Jaegor, Patrasev v Eggenberger Cũn K1 = 0,45 0,65, K2 = 0,32 0,37; K3 = 0,1 0,123 Ngoi cỏc kt qu trờn giỏo s Novak cũn a mt s kt lun: 1) ng vi mt lu lng khụng i, tng mc nc h lu thỡ dx s gim Khong cỏch t cui b tiờu nng n v trớ xúi sõu nht l nh nht hh /p = 0,5 (vi p l chiu cao ca ngng trn so vi ỏy b tiờu nng) P t d m hh S L Hình - : Xói sau công trình thao nớc có bể tiêu 60 2) Bng vic tng dc ca mỏi thng lu ngng cui b, vi bt k mt lu lng no, u cho thy xúi tng lờn v cng y xúi xa ngng 3) Vic tng chiu sõu o b (d) qua mt gii hn cn thit khụng lm gim xúi Khi tng chiu di b tiờu nng (L) thỡ xúi gim v v trớ sõu nht ca h xúi cng gn ngng cui b hn 4) Nu tng chiu cao ca ngng ca b (S) thỡ xúi gim (khi ng vi mt mc nc no h lu ó cú) nhng sõu trờn ngng (t) phi m bo luụn luụn ln hn sõu phõn gii trờn ngng (hỡnh 3-2) Chiu di h xúi n nh: Lx Chiu di h xúi (Lx) chớnh l phm vi xúi trờn mt bng theo phng dũng chy (vi gi thit s phỏt trin xúi theo phng vuụng gúc vi dũng chy l nh Bi toỏn phng) Cng cú nhiu nh nghiờn cu ó quan tõm ti Lx trờn c s phõn tớch lý thuyt v tin hnh thc nghim Phng phỏp xỏc nh Lx [9] cú th phõn thnh hai nhúm: a) Nhúm th nht: Xỏc nh chiu di Lx da trờn chiu sõu ln nht ca h xúi ú Thuc v nhúm ny cú cỏc kt qu nghiờn cu ca Damazin, Patrasev, Yuricki Theo Yuricki, chiu di h xúi trờn nn ỏ ó ddwwcj tớnh theo (2-49): Lx = 4,5dx + 2.hk Vi hk l sõu phõn gii - Theo Damazin thỡ chiu di ton b h xúi l: (3-13) Lx = b + 4dx Vi b = q/Vkx - chiu rng ỏy h xúi; Vkx - lu tc cho phộp khụng xúi (m/s); q - lu lng n v (m3/sm); Theo mt s tỏc gi khỏc : Lx = (9 ữ 10) dx Lx :2 Lx 1, dx 1: :2 2hpg dx :2 b Hình - : Hình dạng hố xói Hình - : Hình dạng hố xói b) Nhúm th hai : Chiu di h xúi xỏc nh theo cỏc yu t ca dũng chy, t nn v cụng trỡnh Thuc v nhúm ny cú kt qu nghiờn cu ca Vzgụ, Lờ Vi 61 I.I Lờ vi cho rng chiu di h xúi l hiu s gia chiu di din tiờu hao hon ton nng lng tha (L0) v chiu di gia c tớnh t chõn cụng trỡnh Lv ngha l: Lx = L0 - Lv (3-14) Bng thớ nghim ca mỡnh Lờ vi a cụng thc thc nghim : L0 = 22.hh (3-15) Fr c Vi Frc l s Froud ti mt ct co hp C-C v vỡ th : Lx = 22.hh Lv F rc (3-16) 3.V trớ sõu nht ca h xúi V trớ sõu nht ca h xúi c xỏc nh bi khong cỏch Lmax t cui sõn gia c n ni cú chiu sõu ln nht ca h xúi Da trờn quan h gia t s Lmax/dx vi U/Vk (bng 3-2) ta cú: L Lmax = max .d x dx (3-17) Trong ú U - lu tc mch ng ln nht cui sõn gia c; Vk = q/hk l lu tc ng vi chiu sõu phõn gii Bng 32: Quan h gia Lmax/dmax vi U/Vk U/Vk 0.05 0.1 0.15 0.2 Lmax/dx 5,5 5,0 4,5 3,8 0.3 0.8 3,5 Khi chiu di on gia c Lv < 2,5.h2 (vi h2 l chiu sõu dũng chy cui on gia c ng vi lu lng thit k) thỡ : Lmax = 3,5.dx (3-18) Cng cú nh nghiờn cu núi rng, thiờn v an ton ly Lmax = ngha l h xúi cú chiu sõu ln nht sau on gia c (hỡnh 3-5) H E0 P hh d0 di Lv x Lo Hình - : Chiều sâu đầu hố xói 62 Lx Chiu sõu h xúi cui sõn gia c cng Vic xỏc nh ỳng chiu sõu h xúi cui sõn gia c cng (cng cú th gi l chiu sõu u h xúi d0) giỳp cho vic chn cao trỡnh ỏy chõn khay cui sõn giỏ c cng c hp lý, trỏnh lóng phớ (nu chõn khay cm quỏ sõu) hoc h xúi phỏt trin vo gm sõn gia c cng, t ú phỏ hy sõn sau lm mt n nh cụng trỡnh (nu chiu sõu chõn khay khụng ) Mt khỏc cú d0, dx, Lx, Lmax giỳp chỳng ta cú th xỏc nh hỡnh dng h xúi V d0 cú nhng quan im khỏc Quan im th nht cho rng chiu sõu u h xúi d0 = Coi d0 = ỳng l n gin, nhng nu theo ú thỡ rt d dn n cụng trỡnh mt an ton Quan im th hai cho rng chiu sõu u h xúi chớnh l chiu sõu ln nht d0 = dx Rừ rng quan im ny quỏ an ton cho chõn khay, song khụng phn ỏnh ỳng thc t h xúi (hớnh 3-5) Quan im th ba cho rng l mt giỏ tr no ú tho < d0 < dx vi nn khụng dớnh: d0 = K0 q Vkx (3-19) Trong ú K0 l h s xột n kh nng xúi ca dũng ri (K0 u tớnh theo cỏc cụng thc thc nghim) Hỡnh dng h xúi : Hỡnh dng h xúi chớnh l phm vi xúi, vi bi toỏn phng cú th xỏc nh hỡnh dng h xúi theo cỏc quan im sau õy : H xúi l mt a giỏc cú b l b rng ỏy, mỏi thng lu m1, mỏi h lu m2 nh hỡnh 3-3; 3-4 Theo quan im ny thỡ ch cn bit dx l hon ton xỏc nh c hỡnh dng h xúi vi b = 2.hk hoc b = q/Vkx cỏ bit cú tỏc gi ngh b = 0; m1 = 3; m2 = 1,5 2 Bng thớ nghim ca mỡnh Lờ vi ó ngh (v sau ú Trectouxop iu chnh) hỡnh dng h xúi cú dng hỡnh 3-5 x x = 0,76 + 0,24 0.08. Kx L0 L0 (3-20) Vi L0 xỏc nh theo (3-15) = E0 ; hk Kx = + di hh (3-21) hk sõu phõn gii di chiu sõu h xúi ti v trớ cỏch mt ct co hp C-C (ca dũng chy t thng lu v) so vi mt nn h lu Cú 0, L0 ly x = Lv n L0 t phng trỡnh (3-20) ta cú Kx ri t (3-21) ta cú di tng ng 63 Hỡnh dng h xúi l mt ng cong no ú tho Lx, dx, d0, Lmax ó tỡm c t trờn (cú tỏc gi ngh l mt Parabol) III XểI THEO THI GIAN ng vi mt lu lng nc khụng i, s to thnh h xúi din khỏ lõu, ú mt phn ln h xúi c to thnh thi gian u Hỡnh 3-6 biu th s thay i ca dx quỏ trỡnh xúi v hỡnh 3-7 mụ t s phỏt trin ca hỡnh dng xúi theo thi gian Giỏo s Novak khng nh rng cú th biu th xúi theo thi gian ca dx theo kt qu thớ nghim bng mt quan h [5]: t +1 dx = 1,65 e 0, 23 t d x1 (3-22) Vi dx - chiu sõu ln nht ca h xúi ti thi im t ca quỏ trỡnh thớ nghim dx1 - chiu sõu ln nht ca h xúi ti thi im t1 = gi tớnh t bt u thớ nghim dx h1 h2 Sau 10h 11h 12h Đ ổn định t Hình - : Đờng trình dx ~ t Hình - : Hố xói theo thời gian Xúi sau cụng trỡnh thỏo nc l mt hin tng phc tp, nghiờn cu v xúi khụng th ch dựng lý lun, nhng iu c trỡnh by trờn ch l nhng hp ban u cỏc kt qu nghiờn cu c bn v xúi ca mt s tỏc gi Vỡ vy xúi sau cụng trỡnh thy li cũn cn rt nhiu s quan tõm ca cỏc nh khoa hc v k thut 64 CU HI CC CHNG Chng I Ch thy lc ni tip h lu Th no l nc nhy thy lc? Cỏch xỏc nh cỏc thụng s c bn ca nc nhy hon chnh? iu kin h lu cụng trỡnh thỏo cú nc nhy mt? Cỏc dng ch nc nhy mt? Cỏch xỏc nh sõu liờn hip ca nc nhy mt? Nc nhy súng: iu kin , cỏch xỏc nh sõu liờn hip ca nc nhy súng? Lp v nờu ý ngha ca phng trỡnh ni tip dũng chy thng h lu cụng trỡnh thỏo? Nờu c im ca ni tip chy ỏy? c im ca ni tip chy mt? Nờu c im ca ni tip phúng xa? Chng 2:Tiờu nng sau cụng trỡnh thỏo nc c im dũng chy h lu cụng trỡnh thỏo? Cỏc phng phỏp nghiờn cu tiờu nng? Nờu tiờu chun thit k tiờu nng? c im, u nhc im v phm vi ng dng ca tiờu nng ỏy? Cỏch xỏc nh cỏc thụng s c bn ca tiờu nng dũng ỏy c im, u nhc im v phm vi ng dng ca tiờu nng dũng mt? Cỏch xỏc nh cỏc thụng s c bn ca tiờu nng dũng mt? c im, u nhc im v phm vi ng dng hỡnh thc tiờu nng phúng xa? Cỏch xỏc nh cỏc thụng s c bn ca tiờu nng phúng x? 10 Bỡnh lun v tớnh thng nht gia gii phỏp cụng trỡnh v s tớnh toỏn xỏc nh chiu sõu b tiờu nng? 11 Cỏc loi thit b tiờu nng ph? Vai trũ ca cỏc thit b ny tiờu nng phũng xúi? Khi tớnh toỏn tiờu nng phũng xúi, ngi ta k ti nh hng ca cỏc thi b tiờu nng ph ny th no? Chng 3: Tớnh toỏn xúi lũng dn h lu cụng trỡnh thỏo nc Cỏc giai on phỏt trin v nguyờn nhõn xut hin xúi h lu cụng trỡnh thỏo? Xỏc nh cỏc kớch thc c bn ca h xúi n nh? Trỡnh by nhng hiu bit v xúi theo thi gian? 65 NI TIP V TIấU NNG H LU CễNG TRèNH THO NC Chu trỏch nhim xut bn: BI HU HNH Biờn tp: TRNH KIM NGN Ch bn: Lấ TH HNG Sa bn in: TRN HNG THU TRNH KIM NGN Bỡa: NGUYN HU TNG In 2000 cun kh 19 x 27cm ti Xng in Nh xut bn Xõy dng Giy chp nhn ng kớ k hoch xut bn s 89-2006/CXB/09-07/XY DNG ngy 24-1-2006 In xong v np lu chiu thỏng 11-2006 66 THễNG TIN TC GI Giỏo trỡnh: NI TIP V TIấU NNG H LU CễNG TRèNH THO NC Ch biờn: GS.TS PHM NGC QUí Ngy sinh: 01 thỏng nm 1953 Quờ quỏn:Hoa l, Ninh Bỡnh C quan cụng tỏc: Trng i hc Thy Li a ch liờn h: B mụn Thy cụng khoa Cụng trỡnh trng i hc Thy Li -175 Tõy Sn - ng a - H Ni S in thoi liờn lc: TCQ: 043.852.3774 D: 0903.205.575 Phm vi v i tng s dng giỏo trỡnh: Ngnh hc: Cụng trỡnh thy, K thut ti nguyờn nc, Cu ng, cụng trỡnh Thy in, K thut bin, cp thoỏt nc, k thut c s h tng .Trng i hc Thy Li Yờu cu kin thc trc hc mụn ny: trc nghiờn cu mụn ny cn cú kin thc v C hc cht lng, Thu lc, C s cụng trỡnh thu li, Cụng trỡnh trờn h thng, H p, Cụng trỡnh thỏo nc S ln xut bn: Nh xut bn: Nh xut bn Xõy dng - nm 2006 T khúa tra cu: Nc nhy, sõu liờn hip, Chiu di nc nhy, mch ng, chiu di sau nc nhy, tiờu nng, lu lng, hm s nc nhy, b tiờu nng, chiu sõu b, chiu cao tng, tiờu nng mt, tiờu nng phúng xa, xúi cc b 67