Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh Chương 1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU Dạng đề tài: 1. Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phương pháp hệ số sức kháng 2. Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và chân khay 3. Thiết kế đập đá có tường lõi 1.1 .Trường hợp 1: Thiết kế đập đá có tường lõi Mực nước thượng lưu: H 1 = 48,5 m Mực nước hạ lưu: H 2 = 0 Chiều sâu tầng không thấm: T = 8 m Hệ số thấm của tường: K t = 10 -6 cm/s Đất có: γ Đ = 1,7 T/m 3 Hệ số thấm của nền : K n = 0,1 cm/s Lực dính : C = 1 T/m 2 1.2 .Trường hợp 2: TK đập BT trọng lực theo phương pháp hệ số sức kháng: Mực nước thượng lưu: H 1 = 20m Mực nước hạ lưu: H 2 = 0 Trọng lượng riêng của tường : γ đ = 2,3 T/m 3 Hệ số thấm của nền: K n = 0,1cm/s Lực dính: C = 1T/m 2 Hệ số ma sát f = 0,7 1.3 . Trường hợp 3: TK đập đất đồng chất có tường nghiêng và chân khay Mực nước thượng lưu: H 1 = 32 m Mực nước hạ lưu: H 2 = 0 Chiều sâu tầng thấm: T = 8 m Hệ số thấm của tường: K t = 10 -6 cm/s Đất có: γ Đ = 1,52 T/m 3 Hệ số thấm của nền : K n = 0,1 cm/s Lực dính : C = 1 T/m 2 Trang 1 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh Chơng I : Thiết kế đập đá có tờng lõi 1. Cơ sở lí thuyết 1.3.1.1 I. Thiết kế đập đá: 1. Đỉnh đập: - Chiều rộng đỉnh đập đợc 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 đợc nhỏ quá 5m - Nếu có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 4m Cao trình đỉnh đập đ đ = MN_dâng bình thờng + d Hoặc : đ đ = MN_lũ + d Trong đó : d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ b. Mái dốc đập: - Độ dốc mái đập phụ thuộc vào tính chất của đá, chiều cao đập, cấu tạo thân đập và cấp động đất tại vị trí xây dựng - Đối với đập có tờng nghiêng thì + Mái HL = 1/1,25 - 1/1,5 + Độ dốc tờng ( mái trong) = 1/1 - 1/3,5 + Độ dốc tờng ( mái ngoài) = 1/2,5 - Đối với đấp có tờng lõi chống thấm mềm: + Mái HL m = 1/1,75 - 1/2 + Mái TL m = 1/1,75 - 1/2,5 - Đối với đập đá đổ: mái dốc đợc xác định bằng thí nghiệm, thờng lấy là 1/1,3 - 1/1,4. Nếu cần tăng tính ổn định ta làm thêm các cơ đập ở mái dốc HL. Cơ đập rộng từ 1 - 2m để thuận tiện cho việc đi lại, kiểm tra và thi công. 1.3.1.2 II. Tính thấm cho đập đá: Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lu lợng thấm qua tờng nghiêng hoặc tờng lõi. Giả sử có 1 môi trờng đá đổ, do các khe rỗng đá lớn nên sự chuyển động của nớc không tuân theo định luật Đacxy, dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính toán gần đúng theo công thức của Pavolopxki. Sơ đồ tính toán nh hình vẽ. Tại mặt cắt N-N có cột nớc thấm là y, ta có pt lu lợng thấm nh sau: x3 yH K q 33 1 2 2 = (phơng trình xác định đờng bão hoà) Khi x = L thì y = H 2 L3 HH K q 3 2 3 1 2 2 = Trong đó: Trang 2 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh q lu lợng thấm đơn vị K hệ số thấm của đá phụ thuộc vào độ rỗng p, hình dạng và kích thớc của viên đá, tra bảng 6-1/Tr 144/GT thủy công. 1.3.1.3 III. Tính thấm cho đập đá tờng lõi: Khi tính thấm qua đập đá có lõi giữa ta giả định rằng coi MN TL đến tận tâm tờng lõi tức là tổn thất cột nớc đến phần đá đổ và phần trớc lõi là không đáng kể. Khi tính thấm chỉ tính dòng thấm qua lõi dựa vào lới thấm. Khi 5,0 L H 1 < thì h o đợc xác định theo công thức sau: ) 2 (tg1 b 65,0h o = Trong đó: - góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang J - gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu J t = sin J p = sin .tg = cos sin J - góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức q = K. K hệ số thấm của tờng lõi - diện tích biểu đồ 2. Điều kiện áp dụng 1.3.1.4 I. Xác định các kích thớc cơ bản của đập : 1. Cao trình đỉnh đập : đ đ = MN_dâng bình thờng + d Hoặc : đ đ = MN_lũ + d Trong đó : d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ đ đ = 48,5 + 1,5 = 50 m 2. Chiều rộng đỉnh đập : Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộng nhỏ nhất phải không đợc nhỏ quá 5 m . Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m 3. Mái đập : Trang 3 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đá đổ, cấu tạo thân đập và cấp động đất tại vị trí xây dựng công trình. Sơ bộ chọn mái dốc đập nh sau: Mái thợng lu m = 2,5 Mái hạ lu m = 1,4 Nhng đập cao > 15 m, để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc, mái đập th- ờng có độ dốc thay đổi, trị số thay đổi m = 0,5, ngoài ra còn bố trí các cơ đập có chiều rộng 1,5 m để ngời đi lại và thoát nớc dễ dàng. 1.3.1.5 II. Tính thấm qua đập đá: Khi tính thấm qua đập đá có tờng lõi giữa ngời ta giả thiết rằng coi MN thợng lu đến tận tâm tờng lõi tức là tổn thất cột nớc đến phần đá đổ và phần trớc lõi là không đáng kể. Khi tính thấm chỉ tính dòng thấm qua lõi dựa vào lới thấm Vẽ hình và xác định L ta có: L = 196,1m Có 1 50 0,25 0,5 196,1 H L = = < thì h 0 đợc xác định theo công thức sau: ( ) ( ) m84,10 4790tg1 5 .65,0 90tg1 b .65,0h 000 0 = = = Trong đó: : góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang. Lấy = 47 0 Hỡnh 5.1. Đập đá có tờng lõi J : gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu J t = sin J p = sin .tg = cos sin J : góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét STT MN J 1 35,66 47 14 0,75 2 33 47 21 0,78 3 27,9 47 28 0,83 4 21,25 47 35 0,89 5 13,35 47 42 0,98 6 0 47 49 1,11 Trang 4 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh Hỡnh 5.2. Sơ đồ lới thấm Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức: q = K t . Trong đó: K t : hệ số thấm của tờng lõi (= 10 -6 cm/s) : diện tích biểu đồ (= 15,803m 2 ) q =13,03. 10 -3 m 3 /24h 1.3.1.6 III. Tải trọng tác dụng lên đập: 1. Tải trọng bản thân và áp lực thuỷ tĩnh : Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy: P = .H = 48,5 T/m 2 W 1 = P.H/2 = 48,5.48,5/2 = 1176 T e = H/3 = 17 m áp lực nớc tác dụng trên mái dốc : W 2 = V n . n = 48,5.48,5.1/2 = 1176 T áp lực đẩy nổi : W 3 = 0,5.48,5.(48,5.1 + 7,66 + 48,5.1,4)/2 = 1269 T Trọng lợng bản thân đập : G 2 = 7,66 230 .50 2 + .1,7 = 10100 T Tải trọng sóng : Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng: Trang 5 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh MNTT đỉnh đê f 0.1Pd 0.4Pd Pd 0.4Pd 0.1Pd Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức: ).m/T(h P.k.kP 2 2nbnod = (2-4). Trong đó: -Trọng lợng riêng của nớc ( =1T/m 3 ). h - Chiều cao sóng.( = 2,3m) 2 P - áp lực sóng tơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h = 2,3m 2 P =1,9. k nb -Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 0 0 2,5h = = ta có k nb =0. k no -Hệ số xác định theo công thức: Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P d = 0T/m 2 . 1.3.1.7 V. Kiểm tra ổn định của đập : 1. Kiểm tra ổn định trợt phẳng: Tổng lực giữ : P giữ = (G + W 2 W 3 ).0,7 = (10100+1176-1269 ).0,7 = 7005T Tổng lực gây trợt : P tr = W 1 = 180,5 = 1176 T Hệ số ổn định trợt : K tr = [ ] 7005 6 1,5 1176 giu tr tr P K P = = > = Vậy đập ổn đinh trợt 2. Kiểm tra ổn định lật : Tổng mô men giữ : M giữ = G.e 1 + W 2 .e 4 = 10100.115+1176.77 = 1252052 Tm Tổng mô men lật : M lật = W 1 .e 5 + W 3 .e 6 = 1176.17+1269.153 = 214572 Tm Trang 6 Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh HÖ sè æn ®Þnh lËt K l = [ ] 1252052 5,8 1,5 214572 giu l l M K M = = > = VËy c«ng tr×nh ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn æn ®Þnh lËt. Trang 7 Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh Chương 1 THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC (Phương pháp hệ số sức kháng) 1.4 .Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất: Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nước. 1.4.1 .Cao trình đỉnh đập: CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 20 + 1,5 = 21,5m Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 50m và chiều rộng đáy là B. Hình chiếu mái thượng lưu là nB, hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B. - Có 2,0 2 4,22 2 2 1 −= − = − = γ γ n . Vì n = - 0,2 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 21,5 16 2,3 0,5 h B m γ α γ = = = − − 1.4.2 . Mái dốc thân đập: Mái dốc đập thượng lưu: m 0 = 0 Mái dốc đập hạ lưu: m 1 = 0,7 1.4.3 . Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất: Ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo công thức nén lệch tâm: 2 0 B M.6 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 2 h.B . 2 h.B.n 2 h.B G 11 γα−γ+γ= ∑ α 1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (= 0,5) γ 1 : Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (= 2,3T/m 3 ) γ : Trọng lượng riêng của nước (=1T/m 3 ) Trang 8 Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh ( ) 3 nB2B . 2 Bh ) 3 nB 2 B ( 2 h.B.n . 6 B . 2 h.B 3 h . 2 h M 11 2 0 − γ−−γ−γα+γ= ∑ Thay số ta có: ΣG = 309,6 T ΣM 0 = 830 T.m Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập 2 0 B M6 B G ∑∑ ±=σ Thay số vào ta có: 2 309,6 6.830 16 16 σ = ± σ max = 38,8 T/m 2 σ min = 0 T/m 2 Ta thấy ứng suất max và min đều nhỏ hơn khả năng chịu kéo và nén của Bêtông nên bề rộng đáy đập chọn như trên là đúng. 1.5 . Xác định bề rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt: Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt, theo điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định của đập. B = k c . )( 1 1 α γ γ −+ nf h = 21,5 1. 17,1 0,7.(2,3 0 0,5) = + − m Trong đó: f : Hệ số ma sát giữa đập và nền(= 0,7) K c : Hệ số an toàn ổn định của đập ( = 1) Chọn B = 17,1m theo điều kiện ổn định trượt của đập. 1.6 .Tính lưu lượng thấm 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=21,5m). k-Hệ số thấm. (k=10 -4 cm/s). rcnnvi ξξξξξξ ++++= ∑ ''' Trang 9 Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh 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’ ξ n’’ -Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang. Trong trường hợp tổng quát ta có: ξ v = ξ r = 0,44 + 2 1 2 1 2 1 1 1 .75,01 .5,0 .5,1 T S T S T S T a − ++ ξ n = T SSl ).(5,0 12 +− Với: S 1 = 0m S 2 = 0 S 3 = 1,2m T 1 ; T 2 ; T Lần lượt là chiều sâu tầng thấm ở sân trước, sân sau và thượng lưu. a 1 ; ξ b -Lần lượt là chiều cao bậc và hệ số sức kháng của bậc. Theo giả thiết ta chọn công trình không có bậc a 1 = 0; ξ b = 0 và T = T 1 = T 2 = 8m. Ta có sơ đồ tính như sau: Hình 1.1. Sơ đồ tính Thay các giá trị trên vào công thức ta có: ξ v = 0,44 ; ξ n = 2,69 ; ξ r = 0,44 ( Cửa vào và cửa ra giống nhau ) ⇒ 3,56 i ξ = ∑ Ta có: Trang 10 [...]... 0,0 5.H + 2 = 3,6 -Mái hạ lu m1 = 0,0 5.H + 1,5 = 3,1 Vậy ta chọn m=4; m1=3.Ta tính toán cho trờng hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ II)Xác định kích thớc của tờng nghiêng và chân khay: 1) Kích thớc tờng nghiêng: Chọn bề dày t1 = 1 m t2 = 0,1 .H = 0,1 .32 = 3,2 m ,chọn t2 = 3 m 2) Kích thớc chân khay: Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 3 m Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập. .. kno -Hệ số xác định theo công thức: 0 = = 0 ta có knb=0 h 2,5 h h kno = 0,8 5 + 4,8 + m.( 0, 028 1,1 5 ) = 0 Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=0T/m2 V)Kiểm tra ổn định của đập : 1)Kiểm tra ổn định trợt phẳng: Tổng lực giữ : Pgiữ = (G + W2 W3 ). 0,7 = (5091+5632-1536). 0,7 = 6431 T Tổng lực gây trợt : Ptr = W1 = 512 T Hệ số ổn định trợt : Ktr = Pgiu Ptr = 6431 = 1 2, 6 > [ K tr ] = 1,5 512 Vậy đập ổn... 23 2,4 2. 8,4 + 0,4 5.41 5,3 8=2139 T.m Tng mụ men lt l: Ml = 1 2 1,5 1 2.2 1,5 2 1,5 .1 + ( 7, 03 4,3 4).2 1,5 2 3 2 3 Ml = 492 T.m H s n nh lt l: Trang 12 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li KL = Mg Ml = GVHD: K.S Trn Huy Thanh 2139 = 4,3 > [ K L ] = 1,5 492 Vy cụng trỡnh m bo n nh lt Chơng III : Thiết kế đập đất đồng chất có tờng nhiêng và chân khay I Xác định các kích thớc cơ bản của đập : 1.Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = CTMN_dâng bình thờng... Trong đó : d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ Ta chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1 CTĐĐ = 32 + 2 = 34 m 2.Chiều rộng đỉnh đập : Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhng bề rộng nhỏ nhất phải 3 ữ 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 nh sau... nhất tại đáy: P = .H = 32 T/m2 W1 = P.H/2 = 32.32/2 = 512 T e = H/3 = 11m áp lực nớc tác dụng trên mái dốc : W2 = Vn.n = 32.32.11.1/2 = 5632 T áp lực đẩy nổi : W3 = 0,5 .32.(34.3 + 5 + 34. 2,5 )/2 = 1536 T Trọng lợng bản thân đập : G1 = 34.3.34. 1,5 2/2 = 2636 T G2 = 34.5. 1,5 2 = 25 8,4 T G3 = 34. 2,5 .34. 1,5 2/2 = 2196 T Tổng trọng lợng : G = 5091 T 2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập : Sơ đồ tính áp lực sóng... ln: Cụng trỡnh thu li h1 = V H 2 1,5 = 0, 44 = 2,6 6 3,5 6 i h2 = n H 2 1,5 = 2, 69 = 1 6,2 4 3,5 6 i h3 = r GVHD: K.S Trn Huy Thanh H 2 1,5 = 0, 44 = 2,6 6 3,5 6 i Ta cú biu ỏp lc thm di ỏy cụng trỡnh nh sau: Hỡnh 1.2 Biu ỏp lc thm 1.7 Xỏc nh ti trng tỏc dng lờn cụng trỡnh Ti trng tỏc dng lờn 1m di cụng trỡnh gm cú: ti trng do súng, trng lng bn thõn p, ỏp lc y ni, ỏp lc nc 1.7.1 Ti trng do súng: Ti... ( h3 , q ) = Giải hệ : q = 0.386 m/ngđ = 4.468.10-6 m/s h3 = 2,6 74 m -)Đờng bão hoà Ta có q = ao a o = q.(m1 + 0,5 ) = 0,3 .86.( 2,5 + 0,5 ) = 1.158m m1 + 0,5 Đờng bão hoà nh hình vẽ : Trang 14 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh IV)Xác định các lực tác dụng lên đập: Tính cho một mét dài đập 1)áp lực thuỷ tĩnh : Tính cho một mét dài tờng W2 W1 G1 m=3 G2 G3 m = 2,5 W3 Thành phần lực thuỷ... mái nghiêng: Trang 15 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh đỉnh đê Pd MNTT 0.1Pd 0.4Pd 0.4Pd 0.1Pd f thức: Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công Pd = k no k nb P2 h( T / m 2 ) (2-4) Trong đó: -Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m3) h= 2,3 m-Chiều cao sóng P2 -áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h= 2,3 m P2 = 1,9 knb -Hệ số xác định theo. .. chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm nớc : T = 8m: Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ: m=3 m = 2,5 Trang 13 Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh III) Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền : Trờng hợp đập có tờng nghiêng và chân khay ,theo tính chất liên tục của dòng chảy ta thiết lập công thức tính lu lợng nh sau : Theo giáo trình Thuỷ Công Given q T t k0 ( h1 h3 ) k ( T + h3 ) T... ) 2 2 Trong đó : m mái dốc đập thợng lu ( m = 4) h1 mực nớc thợng lu ( h1 = 32m ) q lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s) K hệ số thấm của đập ( K = 0,1 m/24h) k0 : hệ số thấm của tờng (k0 = 0,0 00001 cm/s) : chiều dày trung bình của tờng = 2 m m1 mái dốc hạ lu đập ( m1 = 3 ) T : chiều dày tầng không thấm T = 8 m Giải 2 phơng trình trên ta tìm đợc : q , h3 k1 := 0.01 k0 := 0.004 k := . 1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU Dạng đề tài: 1. Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phương pháp hệ số sức kháng 2. Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và chân khay 3. Thiết kế đập đá có tường lõi 1.1. 0 Trọng lượng riêng của tường : γ đ = 2,3 T/m 3 Hệ số thấm của nền: K n = 0,1 cm/s Lực dính: C = 1T/m 2 Hệ số ma sát f = 0,7 1.3 . Trường hợp 3: TK đập đất đồng chất có tường nghiêng và chân. Chơng I : Thiết kế đập đá có tờng lõi 1. Cơ sở lí thuyết 1.3.1.1 I. Thiết kế đập đá: 1. Đỉnh đập: - Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu giao thông, theo điều kiện thi công và quản lí