Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng mềm
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ LợiPHẦN I : NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN.Đề bài:-Thiết kế đập BTTL theo phương pháp hệ số kháng.-Thiết kế đập đá có tường lõi mềm.-Thiết kế đập đồng chất có tường nghiêng và chân khay.Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên.Ngày giao:…. /… /2008.Ngày nộp:…/…./2008.I/ Số liệu ban đầu.1.1.Tài liệu địa chất:Loại đất:γ0(T/m3)γa(T/m3){σ}(T/m2)T(m)k1(m/ngđêm)k2(m/ngđêm)k3(m/ngđêm)1,52 1,7 0,8 ∞ 10-1θS1 (m) S2 (m) S3 (m) C (T/m2) f t (m)23 1,8 2,5 1,5 1 0,7k1-Hệ số thấm của đất nền.k2-Hệ số thấm của đập. k3-Hệ số thấm của tường.1.2.Tài liệu về thuỷ văn:Mực nước TLH1(m)Mực nước HL Chiều cao sóngHs(m)Bước sóng TB λ(m)Hệ số thấmα130 0 3 14 0,5II.Yêu cầu:STT Công Việc Tiến độ(tuần)Thực hiện 1 Thiết kế mặt cắt của đập2 Xác định kích thước của tường 3Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và nền.4Kiểm tra ổn định của đập:-Kiểm tra ổn định trượt phẳng.-Kiểm tra ổn định lật.-Kiểm tra ổn định trượt của mái dốc theo phương pháp trượt cung tròn.Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 1Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Cơng Trình Thuỷ LợiPHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TỐN.CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT CĨ TƯỜNG NGHIÊNGMỀM.I. Cơ sở lý luận.1. Sơ đồ tính.(Hình 1.1) MNTKm1m2BdH1yxOLLaoTrong đó:+ d: độ vượt cao của đỉnh so với mực nước dâng bình thường và mực nước lũ.+ B: chiều rộng đỉnh đập được xác định theo u cầu giao thơng( 3-5 m).+ m1, m2: mái dốc thưọng lưu và hạ lưu đập.+ xoy : hệ trục toạ độ giả định khi tính tốn thấm.2. Lý thuyết đập đất đồng chất có tường nghiêng mềm.a) Khái niệm: Đập đất là loại đập được cấu tạo từ loại đất có khả năng chịu được ổn định nhờ trọng lượng bản thân. Đặc điểm của đập đất là cho dòng thấm chảy qua.b) Ngun tắc và các bước thiết kế đập đất.+. Ngun tắc: Đập và nên phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc.Thấm qua nền và thấm qua thân đập khơng tiêu hao cột nước qua lớn, khơng xói ngầm, nước thấm qua thân khơng làm hư hỏng đậpĐập phải đủ cao, phải có cơng trình tháo lũ đảm bảo hệ thống làm việc an tồnCó thiết bị bảo vệ mái đập chống tác hại của sóng, gió, mưa, nhiệt độ…Giá thành đập và kinh phi quản lý rẻ nhất.Việc lựa chọn các loại đập, cấu tạo các bộ phận thời gia và phương pháp thi cơng phải dựa vào tình hình hệ thống cơng trình.+. Các bước thiết kế:So sánh lựa chọn các loại đậpXác định các kích thước chủ yếu các bộ phận của đậpTính tốn thấm ổn định và độ lúnChọn cấu tạo chi tiết các bộ phậnSinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 2Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ LợiTính toán khối lượng công trình và nhân công.(*) Tính toán thấm qua đập đất.) (2.012021amLahkq−−=(*) Phương trình của đường bão hoà:xLLhhy .)()(212∆+−=II. Ung dụng.(*)Xác định các kích thước cơ bản của đập :1.Cao trình đỉnh đập :CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :CTĐĐ = CTMN_lũ + d’Trong đó :d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.CTĐĐ = 30 + 2 = 32 m . 2.Chiều rộng đỉnh đập :Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhưng bề rộng nhỏ nhất phải ≥ 3 ÷ 5 m .Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m 3.Mái đập :Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền . Sơ bộ chọn mái dốc đập như sau :Khi H = 30 m < 40 m thì :Mái thượng lưu m = 0,05.H + 2 = 3,5Mái hạ lưu m1 = 0,05.H + 1,5 = 3Vậy ta chọn m=3.5; m1=3.Ta tính toán cho trường hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ.(*)Xác định kích thước của tường nghiêng và chân khay:1) Kích thước tường nghiêng:Chọn bề dày t1 = 1 mt2 = 0,1.H = 0,1.30 = 3 m ,chọn t2 = 3 m 2) Kích thước chân khay:Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 2 mChiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm nước : T = ∞ m : lấy T= 10mMặt cắt ngang đập như hình vẽ: Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 3Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợim = 3,5m = 3 30m10m(*). Tính toán lưu lượng thấm qua đập và nền : Trường hợp đập có tường nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng chảy ta thiết lập công thức tính lưu lượng như sau : Theo giáo trình Thuỷ Công Givenq k0 h1 h3−( )Tt⋅h12h32− z02−2 δ⋅ sin α( )⋅+⋅qk T h3+( )2T2−⋅2 δ m h3⋅−( )⋅Trong đó :m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3,5)h1 – mực nước thượng lưu ( h1 = 30m )q – lưu lượng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)K – hệ số thấm của đập ( K = 0,1m/24h)k0 : hệ số thấm của tường (k0 = 0,001 m/24h)δ : chiều dày trung bình của tường δ = 2 m m1 – mái dốc hạ lưu đập ( m1 = 3 )T : chiều dày tầng không thấm T = 10 mGiải 2 phương trình trên ta tìm được : q , h3 q = 0.39 m/ngđ = 4.47.10-6 m/s ; h3 = 2,70 m-)Đường bão hoàTa có q = hmmqamaoo24/05.1)5,03.(39,0)5,0.(5,011=+=+=⇒+Đường bão hoà như hình vẽ :Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 4Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợim = 3,5m = 3 30m10m(*)Xác định các lực tác dụng lên đập:Tính cho một mét dài đập 1)Áp lực thuỷ tĩnh : Tính cho một mét dài tường m = 3m = 2,5W1W2W3G1G2G3Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:P = γ.H = 30 T/m2W1 = P.H/2 = 30.30/2 = 450 Te = H/3 = 9.3mÁp lực nước tác dụng trên mái dốc :W2 = Vn.γn = 30*9.3*30*1/2 = 3656 Táp lực đẩy nổi :W3 = 0,5.30.(30.3 + 5 + 30.3)/2 = 1387.5 TTrọng lượng bản thân đập :G1 = 32.3.32.1,45/2 = 2227.2 TG2 = 32.5.1,45 = 232 TG3 = 32.3.32.1,45/2 = 2227.2 TTổng trọng lượng : G = 4686.4 TSinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 5Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập : Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:MNTT®Ønh ®ªf0.1Pd0.4PdPd0.4Pd0.1PdTải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:).m/T(h P.k.kP22nbnodγ= Trong đó:γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3).h=2,5m-Chiều cao sóng.2P-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,5m⇒2P=1,9.knb-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 6,55,214h==λ ta có knb=0,85.kno-Hệ số xác định 18,1)14315,1028,0.(5,3143.8,485,0).15,1028,0.(.8,485,0=−++=−++=λλhmhknoVậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=4,8T/m2.Xác định tung độ z2:).)(1.21(1222BAmmAz++−+= (2-5).Trong đó:A=88,4910)5,214.23,047,0(5,2mm1)h23,047,0.(h22=+=++λB=.36,1h).25,0m84,0(95,0.h=−−λThay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z2= 2,55m.Xác định các khoảng cách li:l1=0,0125Lα ;l2=0,0265Lα ; l3=0,0325Lα ; l4=0,0675Lα (2-6).Với Lα=.m97,24814.31m.m44 2==−λThay Lα vào hệ thống công thức 2-6 ta có l1=0,312m; l2=0,662m ; l3=0,812m; l4=1,685m.(*)Kiểm tra ổn định của đập :Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 6Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi1)Kiểm tra ổn định trượt phẳng: Tổng lực giữ :Pgiữ = (G + W2 – W3 + 2.Pd.cosα).0,7 = (4686.4 + 3656 – 1387.5 + 2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4281.02 TTổng lực gây trượt :Ptr = W1 + 2.Pd.sinα = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 THệ số ổn định trượt : Ktr = [ ]5,17.101.40102.4281=>==trtrgiuKPPVậy đập ổn đinh trượt 2)Kiểm tra ổn định lật :Tổng mô men giữ :Mgiữ = G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4 = 278385 TmTổng mô men lật :Mlật = W1.e5 + W3.e6 = 65298 TmHệ số ổn định lật Kl = [ ]5,126.465298278385=>==llgiuKMMVậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật. 3) Kiểm tra trượt cung tròn trên mái dốc: Để kiểm tra điều kiện trên ta phải xác định tâm trượt và bán kính cung trượt.a.Xác định tâm trượt.Tại K là trung điểm mái dốc ta kẻ một đường với mái dốc đập một góc 850 và một đường thẳng đứng. Tâm trượt nguy hiểm nhất nằm trong vùng dẻ quạt giới hạn bởi 2 cung R1=H=8,442m và R2=2,3H=19,417m. Sau đó ta chọn một tâm O như hình vẽ sau: R1=8,442mR2=19,417mo k 9m3mb.Xác định bán kính cung trượt.Chọn t/H =0,25 và m=2,5 ta có: R/H=(2,3÷3)⇒R=(19,4166÷25,326)m.Vậy ta chọn R=21m.c.Công thức kiểm tra điều kiện ổn định trượt là:K=∑ ∑∑++aHRWtgWlCiiiiiii 1sin.sin).).cos( ('ααϕα Trong đó :K- Hệ số ổn định trượt, với đê mái nghiêng K >1,3.Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 7Lớp : CTT45ĐH1 Bi Tp Ln: Cụng Trỡnh Thu LiR=21m-Bỏn kớnh cung trt.Ci-Lc dớnh ca t ly theo quy nh trng thỏi gii hn I.(Ta chn Ci=1,5T/m2).i-Gúc ni ma sỏt ly theo quy nh trng thỏi gii hn I.(Ta chn i=230).li-Chiu di on cung trt trũn ca phõn t th i.i-Gradien ca ng ỏy phõn t th i.H-Ngoi lc ti a theo phng ngang (ỏp lc súng, ỏp lc thu tnh .).a-Cỏnh tay ũn ca ngoi lc.W-Tng trng lng thc ca phõn t th i.Wi- Tng trng lng hu hiu ca phõn t chia nh th i .Ta chia nh phm vi cung trt lm 5 mnh nh cú b rng nh nhau.Da vo hỡnh v ta xỏc nh c 1=360; 2=150; 3=50; 4=260; 5=510.Trong tớnh toỏn ta coi nh b qua ỏp lc súng (vỡ ỏp lc ny gõy n nh hn) , ỏp lc thu tnh phõn b hỡnh tam giỏc khi tham gia vo n nh lm ờ cng n nh vỡ vy giỏ tr mu ca thnh phn ny mang giỏ tr õm. Coi t nn v cỏt cú =1,8T/m3.Ta coi Ci =0; i=450 ti v trớ cung trt i qua phn t ca mnh5.Xột cỏc lc tỏc dng lờn mnh th 5 nh sau:Tng trng lng bn thõn (hu hiu) l:W5=1 1 11jnjjinidniFF==+=2,5.7,85+4,7.(2,5-1,025)+21,73.(2,2-1,025)+6,4.(1,8-1,025)=59T.Tng trng lng thc l:W=2,5.7,85+4,7.2,5+21,73.2,2+6,4.1,8=90,7T.Chiu di cung trũn trong on 5 l:l5=5 R/180=51. .21/180=18,7m.TtgWlC 31,4451sin).45).51cos( ('55=+W5.sin51=44,297T.R=21m51f giũ c i W =57T5 f gây trƯọt1 W 2 W 3 W 4 W o V tng t vi cỏc mnh cũn li da vo mt ct ta tớnh toỏn nh bng sau:Mnh Ci(T/m2) li(m) W(T) W(T) H(T) a(m) R(m)T sMu s1 1.5 13.2 56 26 36 23 24 12 21 23 15Sinh viờn: Nguyn Trung Kiờn Trang: 8Lp : CTT45H1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi2 1.5 115 115 53 15 23 21 57 13.83 1.5 1.83 161 78 5 23 21 6.2 6.84 1.5 9.53 172 87 26 23 21 35 38.15 0 18.7 90.6 57 51 45 21 44 44.3Nhận xét : Ta thấy 2 mảnh 1 và 2 có xu thế giữ cho đê ổn định hơn tức là nó không có lực gây trượt .Vì vậy các số hạng tham gia ở mẫu của mảnh 1 và 2 mang dấu âm. Mặt khác lực ngang H giữ cho đoạn đập ổn định lên mang dấu âm. Vậy ta có :K=.5,114,467,133,441,388,677,1305,153,441,352,66,569,22>=−+++−−++++Vậy đoạn đê tính toán đảm bảo ổn dịnh trượt cung tròn.Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 9Lớp : CTT45ĐH1 Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ LợiCHƯƠNG2:THIẾT KẾ ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC.I. Cơ sở lý luận.1. Sơ đồ tính. (Hình 2.1)TÇng Kh«ng thÊm nuíc TS1LoHMNTKL1bBS2Trong đó:H : mực nước thượng lưu.B: bề rộng đáy đập.b : bề rộng đỉnh đập.S1 , S2: chiều cao 2 hàng cừ.T: chiều sâu tầng không thấm.2. Lý thuyết đập bê tông trọng lực.a) Khái niệm chung.Đập trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó. Trọng lượng đập giữ cho đập không bị đẩy nổi, trượt và lật.Đập bê tông trọng lực có khối lượng lớn nên không lợi dụng hết được khả năng làm việc của vật liệu. Vì vậy vật liệu xây dựng đập không có yêu cầu cao như bê tông , không cần mác cao, một phần đập có thể dùng bằng đá…Để đảm bảo tính ổn địhh cao người ta xây dựng đập bằng bê tông nên có thể gọi đập bê tông trọng lực.b) Thiết kế mặt cắt ngang của đập bê tông trọng lực.Mặt cắt ngang kinh tế của đập là mặt cắt ngang có chiều rộng nhỏ nhất và thoả mãn ba điều kiện:+ Điều kiện ổn định: đảm bảo hện số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất phải lớn hơn trị số cho phép.+ Điều kiện ứng suất: khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu hoặc có xuất hiện phải nhỏ hơn trị số cho phép+ Điều khiện về kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng công trình là nhỏ nhất.(*)Xác định bề dày đế đập theo điều kiện ứng suất:Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 10Lớp : CTT45ĐH1 [...]... tốn thấm. 2. Lý thuyết đập đất đồng chất có tường nghiêng mềm. a) Khái niệm: Đập đất là loại đập được cấu tạo từ loại đất có khả năng chịu được ổn định nhờ trọng lượng bản thân. Đặc điểm của đập đất là cho dòng thấm chảy qua. b) Nguyên tắc và các bước thiết kế đập đất. +. Nguyên tắc: Đập và nên phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc. Thấm qua nền và thấm qua thân đập không tiêu hao cột nước qua... Ưng dụng: 1. Số liệu : -Mực nước thượng lưu : H 1 = 30m -Mực nước hạ lưu : H 2 = 0 -Trọng lượng riêng của tường : γ đ = 2,3m 3 -Hệ số thấm của nền : K n = 10 -1 cm/s -Lực dính : C = 1,0 T/m 2 -Hệ số ma sát f=0,7 -Chiều sâu tầng không thấm : ∞ m -Chiều sâu cừ giữa: 2,5m. 2. Tính tốn. (*)Xác định bề dày của đập :Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nước . a. Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = MNTL =>... THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT CĨ TƯỜNG NGHIÊNG MỀM. I. Cơ sở lý luận. 1. Sơ đồ tính.(Hình 1.1) MNTK m1 m 2 B d H1 y x O L L a o Trong đó: + d: độ vượt cao của đỉnh so với mực nước dâng bình thường và mực nước lũ. + B: chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu giao thông( 3-5 m). + m 1 , m 2 : mái dốc thưọng lưu và hạ lưu đập. + xoy : hệ trục toạ độ giả định khi tính tốn thấm. 2. Lý thuyết đập đất. .. CTĐĐ = 30 m b. 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 30 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 cơng ,mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên mặt... khơng làm hư hỏng đập Đập phải đủ cao, phải có cơng trình tháo lũ đảm bảo hệ thống làm việc an tồn Có thiết bị bảo vệ mái đập chống tác hại của sóng, gió, mưa, nhiệt độ… Giá thành đập và kinh phi quản lý rẻ nhất. Việc lựa chọn các loại đập, cấu tạo các bộ phận thời gia và phương pháp thi công phải dựa vào tình hình hệ thống cơng trình. +. Các bước thiết kế: So sánh lựa chọn các loại đập Xác định các... với cấp cơng trình là cấp 1. CTĐĐ = 30 + 2 = 32 m . 2.Chiều rộng đỉnh đập : Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhưng bề rộng nhỏ nhất phải ≥ 3 ÷ 5 m . Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m 3.Mái đập : Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền . Sơ bộ chọn mái dốc đập như sau : Khi H = 30 m < 40 m thì : Mái thượng lưu m = 0,05.H + 2... bản của đập : 1.Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc : CTĐĐ = CTMN_lũ + d’ Trong đó : d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ Ta chọn d=2m với cấp cơng trình là cấp 1. CTĐĐ = 30 + 2 = 32 m . 2.Chiều rộng đỉnh đập : Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông B = 0.1 H Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m 3.Mái đập : Độ dốc mái đập phụ... hạn I.(Ta chọn C i =1,5T/m 2 ). ϕ i -Góc nội ma sát lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.(Ta chọn ϕ i =23 0 ). l i -Chiều dài đoạn cung trượt tròn của phân tố thứ i. α i -Gradien của đường đáy phân tố thứ i. H-Ngoại lực tối đa theo phương ngang (áp lực sóng, áp lực thuỷ tĩnh ). a-Cánh tay đòn của ngoại lực. W ’ -Tổng trọng lượng thực của phân tố thứ i. W i - Tổng trọng lượng hữu hiệu của phân tố... hạ lưu,do đó lấy n=0. Vậy chiều rộng đáy đập tính theo cơng thức sau: 1 1 α γ γ − = h B (lấy α 1 =0,5)⇒B=0,77h. =>B=24m.Và thoả mãn ổn định trựơt vì B∈[0,87.h;0,7.h]. c. Mái dốc thân đập : Mái dốc đập thượng lưu : m 0 = 0 Mái dốc đập hạ lưu : m 1 = 0,55 d. Xác định ứng suất của đập. ưng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo cơng thức nén lệch... 3.Mái đập : Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền . Sơ bộ chọn mái dốc đập như sau : Khi H = 30 m: Mái thượng lưu m = 2.5 Mái hạ lưu m 1 = 1.5 Ta tính tốn cho trường hợp mái dốc khơng đổi và khơng có bậc cơ. 4.Xác định kích thước của tường lõi. Chọn bề dày b lõi = 3 m Chọn bề dày l lõi = 5 m Mặt cắt ngang đập như hình vẽ: Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: . VỤ BÀI TẬP LỚN.Đề bài: -Thiết kế đập BTTL theo phương pháp hệ số kháng. -Thiết kế đập đá có tường lõi mềm. -Thiết kế đập đồng chất có tường nghiêng và chân. tính tốn thấm.2. Lý thuyết đập đất đồng chất có tường nghiêng mềm. a) Khái niệm: Đập đất là loại đập được cấu tạo từ loại đất có khả năng chịu được ổn định