VIỆN KHOA HỌC TH ỦY LỢI ■ ■ ■ PGS TS TRẦN QUỐC THƯỞNG (Chủ biên) PGS TS VŨ THANH TE Đ T Ậ P T Ỉ Ỉ ự C • T T T T -T V * Đ H Q G H N 01030 R À D N Ụ • N - G VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI • • • PGS.TS TRẦN QUỐC THƯỞNG (Chủ biên) PGS.TS VŨ THANH TE ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI - 0 ■ LỜI NÓI ĐẨU H iện thiết k ế đập tràn trọng lực theo quy p h m tính tốn thủy lực đập tràn QP.TL.C-8-76 Quy p h m p h ù hợp với m ặ t cắt tràn dạng Ơphixêrơp T năm 1999 đến nhiều đập tràn thiết kẽ xây dựng với m ặ t cắt dạng W ES, n h : B in h Điền, Sông T ranh 2, K anak, Cửa Đ ạt, Sơn La Trong q trình thiết kê vỉ chưa có quy p h m nên người thiết k ế chưa có sở đê vận dụng, kh i thiết k ế loại đập tràn vừa qua chưa thống Cuốn sách viết sở tập hợp phư ơng p h p xác đ ịn h thơng sơ thủy lực đê lựa chọn m ặ t cắt tràn dạng W E S M ỹ T rung Quốc; củng n h n h ữ n g kết áp d ụ n g ban đầu Việt N am Cuốn sách củng nêu m ột s ố kết nghiên cứu thực nghiệm dòng lưu tốc cao lần tiến hà n h Việt N am ; có đóng góp tác giả Cuốn sách tài liệu tham khảo cho cán nghiên cứa, học viên cao học, nghiên cứu sinh sinh viên đại học ngành cơng trình thủy; n h kỹ sư thiết k ế công trình thủy lợi, thủy điện Các tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân th n h G S.TSK H T rịn h Trọng H àn (Hội đồng chức d a n h giáo sư N h nước), G S.TS N guyễn Cảnh c ầ m (Trường đ i học T hủy lợi) đọc góp nhiều ý kiến quý báu cho thảo Các tác giả chăn th n h cảm ơn KSCC Lê D uy Hà.m (Viện Khoa học T hủy lợi) giú p đ d p h ầ n tài liệu th a m khảo tiếng T ru n g Các tác giả chân th n h cảm ơn cử nh ả n Tô V ĩnh Cường, Trần Tiêu Vân (Phòng N g h iên cứu T h ủ y lực Công trin h - Viện Khoa học T hủy lợi) g iú p đỡ p h ầ n c h ế Đây vấn đề khoa học chuyên său, chuyên ngành m ang đặc thừ riêng, nên chắn chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu người đọc K h i biên soạn sách, tác giả đả có nhiều găng, khơng tránh khỏi thiếu sót C húng tơi m ong n h ậ n n h ữ n g đóng góp chăn th n h độc giả M ọi ý kiến đóng góp xin gử i về: Phòng B iên tập sách K hoa học kỹ th u ậ t - N h xu ấ t X ảy dự ng - 37 Lê Đ ại H n h H Nội Điện thoại: 04.9741954 Các tá c giả DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU p: Khối lượng riêng nước v: Hệ số nhót động học C: Hệ số Sêdy X: Hệ số sức cản dọc đường n: Hệ số nhám Fr: Số Frút Fr = -p=r Vgh Re: Số Reynol Re„h: Số Reynol giới han Re h Số Reynol giới hạn Regh dưứi: Số Reynol giới hạn Fị.i: WES: Lực nhớt Waterways Experiment Station (trung tâm thí nghiệm đường thúy) v„: Vận tốc dòng khí qa: Lưu lượng đơn vị dòng khí ck: Nồng độ trộn khí P: Hệ số trộn khí c : Hệ số giảm áp Chương I GIỚI THIỆU CHƯNG Đ Ậ P T R À N T H C DNG Đ1.1 K H Ả I Q U Á T Việt Nam từ năm 1960 đến năm 1998 đập tràn trọng lực theo quy phạm trước (quy phạm biên soạn từ tài liệu Liên Xô Trung Quốc) thiết kế mặt cất tràn theo dạng Ôphixêrốp, như: + Đập tràn hồ chứa nước Thác Nhồno; + Đập tràn Thơng Gót; + Đập tràn hồ chứa nước Cam Ranh; + Đập tràn hồ chứa nước Mỹ Bình; + Đập tràn hồ chứa nước Ngòi Nhì; + Đập tràn thủy điện Sông Hinh; + Đập tràn thủy điện Yaly; + Đập hồ chứa nước Tân Giang; + Đập tràn hồ chứa nước Núi Cốc; + Đâp tràn thúy điên Thác Rà; + Đập tràn hồ chứa nước Định Bình; + Đập tràn hồ chứa nước Thuận Ninh; + Đập tràn hồ chứa nước sông Mực; + Đập tràn thủy điện Hòa Bình Từ năm 1999 đến u cầu cung cấp nghiệp, đô thị dân sinh kinh tế điện, nước cho khu cơng nhiều cơng trình thủy lợi, thúy điện lớn thiết kế xây dựng Đồng thời với trao đổi khoa học kỹ thuật tư vấn chuyên gia nước nên nước ta thiết kế xây dựng số đập tràn với mặt cắt dạng WES, như: + Đập tràn thủy diện Sơn La; + Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt; + Đập tràn thủy điện Bình Điền; + Đập tràn thủy điện Ba Hạ; + Đập tràn thủy điện Sông Tranh II; + Đập tràn thủy điện Kanak; + Đập tràn thủy điện Sê San Trong q trình thiết kế chưa có quy phạm nên người thiết kế chưa có sở để vận dụng, thiết kế đập tràn số cồng trình vừa qua chua thống §1.2 ĐẬP TRÀN MẶT CẮT DẠNG ƠPHIXÊRỐP I Xác định mặt cắt tràn dạng Ơphixcrốp Đập tràn kiểu hình cong gọi kiểu đập tràn thực dụng dùng nhiều nhất, loại dòng chảy nối tiếp tương đối thuận, đường viền lưỡi nước bám sát theo mặt đập chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu, hệ số lưu lượng tháo qua đập tràn lớn đập tràn đỉnh rộng dạng hình thang Trong cơng trình Ihực tế thường gặp loại: + Loại thứ đỉnh tràn khơng bố trí trụ pin cửa van, ta gọi cơng trình đập tràn tự do, như: đập Bái Thượng sơng Chu, Thanh Hóa; đập sông Tiêm, Hà Tĩnh; đập Xu Pha Nu Vông, Quảng Bình; đập Liễn Sơn, Vĩnh Phúc; đập Thác Huống, Thái N guyên Loại đập chiều cao đập không lớn thường từ 5+20m, nhiệm vụ chủ yếu là: mùa kiệt dâng mực nước sông, tạo đầu nước để lấy nước tưới; mùa lũ tháo lũ xuống hạ lưu với cấp lưu lượng lũ ứng với tần suất khác + Loại thứ hai mặt đập có bố trí trụ pin, đỉnh tràn có cửa gọi đập tràn có cửa van nhằm tạo dung tích hồ chứa: phát điện, phòng lũ, cấp nước tưới, cấp nước phục vụ công nghiệp sinh hoạt Ngày yêu cầu: nâng cao đầu nước cho đập dâng; nhằm tăng thêm cột nước lưu lượng cấp nước lại đảm bảo khả tháo lũ, người ta lắp thêm đinh đập tràn đập cao su cao 2-í-3m để lũ vụ đến cho đập cao su xẹp xuống đảm bảo khả nãng thoát lũ; cuối mùa lũ dâng đập cao su lên để tích thêm nước mà khơng dùng biện pháp cải tạo trụ pin lắp cửa van điều tiết Đập tràn thực dụng thiết kế theo hai dạng: dạng mặt cắt có chân khơng dạng mặt cắt không chân không Phần lớn thiết kế mặt cắt tràn iheo dạng không chân không để giảm bớt khả bê tông mặt tràn bị xâm thực Cũng xin nói rõ mặt cắt tràn khơng bị chân khơng tương đối mặt cắt tràn thiết kế ứng với cột nước HTK định, song trình vận hành xả lữ với nhiều cột nước tác dụng mặt tràn khác nên xuất áp suất chân không với giá trị khác nhau;, giá trị áp suất âm lớn mà tỷ số cột nước tác dụng đỉnh tràn so với cột í H .ì Đối với loại mặt cắt đập tràn thực dụng khống chân không dòng chảy mặt đập êm, áp suất dọc theo mặt đập thường dương Còn mặt cắt đập tràn thực dụng có chân khơng, đỉnh mặt đập có áp lực chân khơng, chân khơng lớn sinh tượng khí thực nên bê tơng bị xâm thực Hệ số lưu lượng đập tràn có chân khơng lớn đập tràn khơng chân khơng khoảng 7-4-15% Để đảm bảo an tồn cho cơng trình, tránh tượng khí thực người ta khơng cho phép trị số chân không lớn, thường nhỏ -6.Om cột nước, theo quy phạm thiết kế đập tràn nước ngồi phạm vi cột nước chân khơng -6.0-r-3.0m Loại mặt cắt đập khơng chân khơng gọi phi chân khơng dạng Cơrighe - Ơphixêrốp ứng dụng rộng rãi nước phe xã hội chủ nghĩa trước như: Liên Xô, Trung Quốc, Hungari, Anbani, Việt Nam v.v hình 1.1 / Ai , Hình 1.1 Mật củt tràn dạng Cơrighe - Ophixêrôp II Phưưng pháp xác định mặt cát đập tràn Ôphixêrốp Muốn vẽ mặt cắt đập tràn Ôphixêrốp trước hết xác định cột nước HXK sau vào tọa độ hình 1.1 để vẽ đường cong ’B, tiếp vẽ đường thảng BC DE tiếp tuyến với đường cong cù r^ với đường thẳng nằm ngang tạo thành góc a , Đoạn cong ngược có bán kính R khơng ảnh hưởng tới khả tháo mà vếu có liên quan đến việc nối tiếp dòng chảy với hạ lưu Nếu nối tiếp tốt lấy giá trị R theo bảng 1, HIr cột nước đỉnh đập tràn Khi thiết kế lấy giá trị R sau: + Đối với đập thấp mềm có cột nước đỉnh tràn lớn : R = (0.50*1.0) (HTK+Zmax) (1.1) + Đối với đập cao đá, cột nước đỉnh nhỏ 5m thì: R = (0.25-0.50) (HTK+Zmax) (1.2) Trong đó: Zmax - Độ chênh cột nước lớn thượng, hạ lưu; Hxk - Cột nước thiết kế đỉnh đập tràn Hình dạng mặt cắt cong CDE (hình 1.2a) phải vào HTK mà xác định Trị số HTK thường cột nước thiết kế để xả lưu lượng lũ theo tần suất lũ thiết kế Trong q trình vận hành cơng trình cột nước tác dụng đỉnh tràn ln ln thay đổi Nếu H,r > H tk mặt tràn CDE xảy tượng chân khơng, tức khơng có áp suất âm Nếu Htr < H xk xảy tượng chân không mặt tràn, tức xuất áp suất âm Ngoài cần ý gần điểm B đoạn BC có chân khơng cột nước Hlr < Ht k Có loại hình dạng mặt cắt sau: + Dạng khơng có tường thẳng đứng AB tức a = hình 1.2b + Khơng có đoạn thẳng DE hình 1,2C + Mặt thượng lưu thẳng đứng a B= 90° hình 1.2d + Mặt cắt thượng lưu nhơ hình 1.2e c) aj a = 0; DE = ũ c c Iỉình 1.2 Cúc dạng mặt cắt đập trùn plii chân khơng Bảng 1.1 Trị sỏ bán kính R thay đổi theo p Htr Cột nước Htr Chiéu cao đâp tràn p, (m) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 3.0 4.2 4.0 6.5 7.5 8.5 9.6 10.6 11.6 20 4.0 6.0 6.5 8.9 10.0 11.0 12.2 13.3 14.3 30 4.5 7.5 8.9 11.0 12.4 13.5 14.7 15.8 16.8 40 4.7 8.4 11.0 13.0 14.5 15.8 17.0 18.0 19.0 50 4.8 8.8 12.2 14.5 16.5 18.0 19.2 20.3 21.3 60 4.9 8.9 13.0 15.5 18.0 20.0 21.2 22.2 23.2 Bảng 1.2 Tọa độ điểm đường viền Tên điểm X y Tên điểm X y 0.0 0.126 21 2.0 1.235 0.1 0.036 22 2.1 1.369 0.2 0.007 23 2.2 1.653 0.3 0.000 24 2.3 1.653 0.4 0.006 25 2.4 1.894 0.5 0.027 26 2.5 1.960 0.6 0.006 27 2.6 2.112 0.7 0.1000 28 2.7 2.289 0.8 0.146 29 2.8 2.462 10 0.9 0.198 30 2.9 2.460 11 1.0 0.256 31 3.0 2.824 12 1.1 0.321 32 3.1 3.013 13 1.2 0.394 33 3.2 3.207 14 1.3 0.457 34 3.3 3.405 15 1.4 0.464 35 3.4 3.069 16 1.5 0.661 36 3.5 3.818 17 1.6 0.764 37 3.6 4.031 18 1.7 0.873 38 CO mật tràn loại phi chân Ồphixêrốp (dạng A) 4.249 19 1.8 0.987 39 3.8 4.471 20 1.9 1.108 40 3.9 4.689 Ghi chú: Các trị số tọa độ bảng ứng với cột nước H = l,0m, thiết kế phải nhân với cột nước đập tràn HTK để tọa độ thực mặt cắt tràn theo đồ án thiết kế Loại mặt cắt đập tràn chân mặt thượng lưu mặt phẳng thẳng đứng, hạ lưu mặt nghiêng (hệ số mái thường 3:2), đỉnh đập hình êlíp (có hình tròn hình bầu dục); trục dài hình êlíp 2e song song với mặt hạ lưu trục ngắn 2f hình 1.3 Bảng 1.3 ghi tọa độ điểm đường cong mặt chân khơng có tỷ số e/f khác 10 tràn loại đập 77 Biểu thức tính tốn L Tác già Ghi Z- chênh lệch mực nước thương hạ lưu (m) P- chênh lệch độ cao từ mũi hất đến mặt nước hạ lưu (m) - góc mũi hất (°) - góc mũi hất (°) E.A Eleva z c - chênh lệch độ cao từ đỉnh L = 1,9Zcsin20 mũi hất đến mặt nước thượng Toroki lưu (m) k - hệ số hiệu chỉnh L v^sinOcosG + v cC0S ^ s i n B + 2gp k ■■ — g p - chênh lệch độ cao từ mũi phun đến mặt nước hạ lưu (m) k = L thực do/L lý thuyết g - gia tốc trọng trường (m/s2) Khi dòng pha thỉ k = 0,92 z Khi dòng phun khuếch tán cửa máng tháo nước / Viện Khoa học Thủy lợi ,— \ 0,105 k = 1.05 ^ l q ^ > thỉ k >1 - chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m) vc - vận tốc trung bỉnh cuối mũi hất (m/s) Hc - cột nước mũi hất (m) - góc hất (°) q An Huy Phạm vi ứng dụng cho trường Khi dòng phun máng treo: hợp bèn: Í V g ^ ì 0,075 k = 0,78 -v — l ^ Vp = 9,15-27,2 ghc kh i 1J^ > i , t h i k > q v/gZp q < , thỉ k N -o Ệo II x Fr=4.0 • 2.6m/s ỏ F = 5.0 Af|=5.75 ^ — Ế o3.3m/s o • —^ r 0.02 0.01 10 15 20 25 30 35 40 x/h1 45 50 55 / Hình 3.11 Giá trị áp lực thủy động bình quản thời gian mạch động cường độ phân bố dọc theo đáy hố xói 155 Hình 3.12 Tỷ sơ cường độ mạch dộng úp lực tììủy động bình quàn đáy hố xói cỏ quan hệ với mực nước phía sau Hình 3.14 Mật độ tần số phổ áp lực mạch động đáy hố xói 156 Hình 3.13 Phán bơ áp lực mạch động dọc theo chiều dài hơ xói H ình 3.15 Tương quan kích thước khơng gian áp lực mạch động đáy hố xói §111.6 PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HỐ VẬT LIỆU XĨI NEN đ Tuy dã có nhiều cơng thức tính chiều sâu xói dạng tiêu dòng phun, nhung hình thức mũi hất phức tạp hình dạng, vị trí hố xói, khó xác định xác lv thuyết Vì vậy, cơng trình tháo lũ lớn phái tiến hành thí nghiệm Trong mơ hình tn thủ tương tự hình học dể chế tạo mơ cơng trình tháo nước, dòng chảy tuân theo luật tương tự vc trọng lực, ngoại trừ vấn đề hàm khí khơng có cách mỏ hình hố chịu anh hướng cùa tỷ lệ thu nhỏ Đối với đá phương pháp mơ hình hố đến đề tài khó Như ta biết đá tự nhiên hình thành nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm ihành phần khoáng chất khác nhau, lại kinh qua nhiều niên đại địa chất, kinh qua vận động kiến tạo địa chất hình thành địa chất phức tạp, có chỗ vết nứt nhỏ thưa, giữ kết cấu chinh thể, có chỗ khe nứt khống hồn tồn xun qua hết hình thành kết cấu bán chỉnh thể, có chỗ lại nằm vào nếp gãy giao khu vực chuyên động cấu tạo mãnh liệt, hình thành kết cấu viên rời rạc Khoảng cách giũa vết nứt chí có ý nghĩa thống kê, thực tế phân bố ngẫu nhiên, dựa vào kết quan trắc bề mặt tài liệu số lỗ khoan khơng có cách chế tạo thu nhỏ phòng thí nghiệm được, lực lác động nước truyền khe nứt trình phân giải đá khơng thể có cách diễn lại mơ hình Đe phản ánh đặc tính chống xói cách gần mơ hình, nhiều nhà nghiên cứu thủy lực đá nêu hai cách giản hoá: Một giả thiết đá tảng đá rời cấu thành, dùng phương pháp thống kc kích thước để chọn mẫu cho vật liệu xói Rồi mơ hình dựa theo kích thước hình học thu nhỏ theo tỷ lệ mơ hình (Ả.L) Thứ hai giả thiết đá có lực chống xói để dùng vận tốc chống xói làm đặc trưng, từ tính vận tốc chống xói cho mơ hình để chọn vật liệu thích hợp Hai phương pháp dựa vào khe nứt dòng thưa, cường độ đá, mức độ dính kết, tham khảo kinh nghiệm thành cơng cơng trình để đưa phán đốn Xác định kích thước đá lưu tốc chống xói cho phép, trước mắt chưa có phương pháp nghiêm khắc để tuân thủ Nếu kích thước phiến đá lưu tốc chống xói cho phép chọn thoả đáng chiều sâu xói mơ hình gần tương tự với ngun hình 157 Vật liệu xói mơ hình có loại: vật liệu xói rời, vật liệu dạng phiến vật liệu dính kết I Tương tự vật liệu rời Sử dụng vật liệu xói rời thay cho đá áp dụng sớm, phương pháp áp dụng rộng rãi Nói chung dựa vào nguyên tắc tính để thu nhỏ cho mơ hình theo vận tốc xói cho phép đá để tính vận tốc chống xói cho phép mơ hình nên dùng cơng thức để chọn đường kính hạt cho vật liệu rời: (3.17) Trong đó: V - Lưu tốc (m /s); d - Đường kính hạt (m) Biểu thức (3.17) xói đá lòng sơng rộng định tính chọn hiệu tiêu nãng biện pháp tiêu phụ mố phun áp dụng tương đối phổ biến Vào thập kỷ 50 kỷ trước, Rigunski Liên Xô đưa phương pháp mơ hố hình đá tự nhiên theo hình dạng hình học phiến đá, mơ hình dựa theo ngun dạng đá xếp theo phạm vi xói mơ hình Gần Nga Trung Quốc có nhiều nơi áp dụng Ở Việt Nam áp dụng vào sơ' mơ hình, như: tràn thủy điện Sông Hinh, hố tiêu sau dốc nước tràn thủy điện Yaly thực Viện Khoa học Thủy lợi Viện Năng lượng Nhưng chế tạo kết cấu đá theo dạng phiến xếp vào mơ hình việc lao động vất vả, cần tính kiên trì Khi kích thước phiến nhỏ, theo ngun dạng để xếp xếp tuỳ ý kết thí nghiệm khơng có khác biệt rõ rệt Dùng kết cấu phiến làm vật liệu xói mái hố xói dốc hon so với vật liệu đá rời Khi kích thước phiến tương đối lớn mái biên so với mái bờ đá sai số góc mái tương đối nhỏ II Tưưng tự vật liệu xói dính Trường hợp cần mơ hình hố xói lòng sơng mái bờ dùng vật liệu dính làm vật liệu xói cho mơ hình Cấp phối vật liệu dùng thí 158 nghiệm xác định lưu tốc khởi động máng để lựa chọn Nhược điểm cua phương pháp công nghệ chế tạo phức tạp nhân cõng lao động lớn Xói đá tiêu theo dạng dòng phun vấn đề quan trọng imhièn cứu cơng trình thủy cơng, nên nói phương pháp tính tốn hay phưưng pháp mơ hình hố chưa thành thục, đặc biệt vấn đề ảnh hướng hàm khí đến xói quy luật chuyển động cúa lực nước nên đá lớp đá bị trình phân giải cần nghiên cứu thêm, điều mơn khoa học có liên quan thơng qua tài liệu trắc để phân tích Gần số nhà nghiên cứu nhiều nước thựctế quan đãvận dụng lý thuyết mơ hình địa chất, sử dụng số chi tiêu lý đá để chế tạo vật liệu xói, thành phần vật liệu xói dính yếu dùng tổ hợp cấp phối loại sau đây: Đá xay + Cát + Thạch cao + Xi măng + Nước Đá xay + Cát + Bột sét + Bột sắt + Xi măng + Nước Đá + Cát + Thạch cao + Dầu nhờn + Xi măng + Nước Sú dụng loại tổ hợp vật liệu người nghiên cứu hiểu rõ tính chất lý cứa loại nén đá mà ta mơ hình hố, số tiêu lý chủ yếu ứng suất nén n, dung trọng y, mơ đuyn đàn tính E, góc xếp, kích thước hình học yếu tố cần đề cập việc mỏ hình hố Dưới trình bày ví dụ thiết kế vật liệu xói §111.7 VÍ DỤ T H IẾ T K Ế VẬT L IỆ U NEN đ m ô h ì n h I Tài liệu còng trìn h Đập tràn xả lũ có đầu nước 65,Om; lưu lượng đơn vị q = 210 rrr/s.m, đập tràn thiết kế theo dạng WES có mũi hất p = 25° Nền đá sau tràn đá bazan pcfirít riolit đới điabaz gồm loại: + Trẽn mặt lòng sơng lớp bồi tích Aluvi, kí hiệu aQ, thành phần chủ yếu cát cuội sỏi dày 3~5m + Dưới lớp Aỉuvi lớp iB bị phong hố mạnh, kích thước đá là: , 12mx0,15mx0,20m có chiều dày 3~4m; móng cơng trình lớp bóc đi, hạ lưu để dòng chảy tự xói trơi 159 + Tiếp theo lớp IIA phong hố nhẹ, đá có dung trọng p = 2,85 H2,93g/cm'đá có kích thước là: 0,35m X 0,35m X 0,4m -r 0,4m X 0,45m X 0,6m Ngoài lớp đá phân phiến dung trọng p = 2.70 -r 2,72g/cm ’ kích thước phân phiến nhỏ hơn: 0,35m X 0,20m X 0,40m II Chẻ tạo vật liệu xói rời mơ hình Với loại kích thước đá nêu tính chuyển sang kích cỡ đá cho mơ hình xói vật liệu rời có đường kính quy đổi: dm =0 ,9 1~ l,l8 cm 0,7~0,8cm Với tỷ lệ mơ hình chọn XL= 50 nên kích thước đá dùng cho mơ hình loại đá xay nghiền máy có kích thước: d = 5mm~10mm Đê gia cơng vật liệu xói rời cần sử dụng hai loại sàng tiêu chuẩn: + Sàng có mắt sàng d = lOmm + Sàng có mắt sàng d = 7mm Sau sàng dùng loại đá lọt qua sàng d l0 nằm sàng d dùng vào làm vật liệu xói v ề loại đá dùng loại đá xanh có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng đá nguyên dạng y = 2,65 T /m \ ỉ Thí nghiệm phụ trợ đ ể xác định vật liệu xói ròi Về vật liệu xói rời cần thí nghiệm phụ trợ là: + Xác định dung trọng đá làm vật liệu xói mơ hình: Dùng thùng tơn tích 50 lít để làm thí nghiệm Trước tiên cân trọng lượng đá đổ đầy thùng 50 lít G (gam) dùng biểu thức sau để tính: G (gam ) p=— — (g /cm ) V Trong đó: V - Thể tích 50 d m ’ hay 50.000cm 3; p - Dung trọng đá; G - Tổng trọng lượng đá Thùng có tác dụng xác định độ rỗng đá cách: 160 (3.18) + Đổ đá vào thùng dùng thước phẳng gạt ngang miệng thùng + Đem nước đổ vào thùng đầy ngang miệng thùng + Dùng vòi vặn cho nước tháo đong lấy dung tích nước tức biết tích nước choán chỗ khe rỗng đá thùng M d rrr + Dùng biểu thức sau tính độ rỗng đá: (3.19) tính chuyển hệ số rỗng n ta có: n = — 100% (3.20) Chúng ta biết độ rỗng khe nứt đá tầng nham thạch thường chí từ 5^-8%, độ rỗng cúa đá rời đạt tới 32-^40% Sự sai khác ảnh hưởng tới chiều sâu hố xói Một số thí nghiệm mơ hình thí nghiệm vật liệu xói rời theo cách đổ đá phương pháp cắt viên rời cho kết chiều sâu xói vật liệu đá rời so với phương pháp cắt viên 12-^15% Ngồi vật liệu xói đá mái hố xói khơng gần với thực tế phụ thuộc vào góc nghiêng đá Mái soải đá rời lớn mái soải loại đá cắt viên Khối lượng gia công đá phụ thuộc vào kích thước ước tính phạm vi hố xói theo tỷ lệ mơ hình mà xác định: (3.21) Tương tư ứng suất (T x: (3.22) Trong đó: Ầ.ơ = Ằ.y.?tL Nếu chọn loại vật liệu làm vật liệu xói cho mơ hình có dung trọng tương đương dung trọng đá ngun thể thì: X0 =Ì X L(Xy =l ) (3.23) III C hế tạo vật liệu xói dính mơ hình Đối với lớp IIA có tiêu lý để thiết kế vật liệu xói dính cho mỏ hình 161 + v ể kích thước hình học: L X b X h = ,3 m X ,3 m X ,4 m p = ,8 g /c m \ Tính quy đổi thể tích tương đương với d N= 0,45m + Về ứng suất nén: ƠN = 30 ~ 50MPa + v ề mô đun đàn tính: E n = 3000 ~ 5000MPa + |i = 0,22, tgcp = 0,70, c = 0,20MPa Từ tiêu lý đá nguyên thể theo tỷ lệ mơ hình ẤL tính tiêu lý cho loại vật liệu xói dính mơ hình Ví dụ: tỷ lệ mỏ hình chọn = 50 thì: + Kích thước đá mơ hình chọn loại có dung trọng p = 2,85g/cm3 đường kính hạt: H - d N - Q dm= T — = 9,lm m L + ứng suất nén tạm thời mẫu vật liệu xói dính: ƠN 50MPa m = —1- = — —— = 1, OMPa m ka 50 + Môđuyn đàn hồi mẫu vật liệu: E E^E^M Ọ OM P XE XL 50 Dựa vào tiêu lý tính cho vật liệu mơ hình để chọn đá, cát, nước, xi mãng chất dính kết phụ cho thích hợp, từ vật liệu chọn đưa số tỷ lệ cấp phối để đúc mẫu thí nghiệm thử mẫu Sau đúc mẫu thí nghiệm chọn tổ hợp cấp phối gần với tiêu lý tính cho mơ hình đưa vào để gia công vữa làm vật liệu xói dính mơ hình vật liệu xói mơ hình sau đắp vào ưiỏ hình phải chờ sau 12 đến 18 thời sian mẫu có ứng suất ổn định để tiến hành thí nghiệm Nhóm nghiên cún chọn cấp phối bảng 3.9 3.11 đây: 162 Báng 3.9 Cấp phối vật liệu dính TT Cát Thạch cao Xi măng Cuội sỏi Nước 50 Vừa phải 50 12 Vừa phải Lương nước vừa 35 15 Vừa phải phải đủ dính 50 15 Vừa phải 65 15 Vừa phải Ghi thành máng trộn Các loại mẫu kết thử nghiệm tiêu lý bảng 3.10 Bảng 3.10 Chỉ tiêu lý vật liệu xói ^ Thời gian 12 15 18 24 30 36 48 0,82 1,12 1,45 1,39 1,15 1,02 0,83 0,85 0,86 1,11 1,26 1,21 1,04 0,97 0,86 0,95 0,90 1,09 1,12 1,06 1,03 0,98 0,93 1,09 1,02 1,38 1,59 1,40 1,31 1,30 1,17 1,34 0,47 0,73 0,97 0,84 0,69 0,66 0,78 0,70 Nhóm Báng 3.11 Cấp phối vật liệu dính TT Đá xaỵ Cát Vàng Thach cao Xi mãng Bột sắt Nước p (kg/cm 3) 0,40 0,30 0,060 0,010 0,07 0,14 2,93 0,995 0,39 0,25 0,060 0,015 0,06 0,16 2,89 1,08 0,35 0,25 0,060 0,010 0,05 0,15 2,86 0,89 Từ kết thử nghiệm mâu vật liệu, dựa vào để xác định mẫu vật liệu thích hợp Trên chí ví dụ để giúp cho người nghiên cứu tham khảo, có trường hợp khơng sử dụng thạch cao mà lại cần thay bằn^ bột sét đạt yêu cầu 163 IV N hận xét Qua nghiên cứu thí nghiệm nhiều mơ hình thí nghiệm xói rút số nguyên tắc chung sau: + Khái qt hố khơng cần phục chế cách phức tạp tượng tự nhiên, giản hoá tượng nguyên hình phải thể đặc tính, chất lớp địa tầng, nhân tố quan trọng để tạo phá hoại hay xói lở gần với thực tế + Mơ hình mơ tương đối đầy đủ tham số để thể mặt phức tạp không liên tục ngun hình, tính biến dạng lực học khối nham thạch, dựa vào nguyên tắc có hệ số vượt tải ổn định đá - Mô diều kiện địa chất mô hình phải rõ ràng, qua bước giản hố khơng thể cho IT IƠ phức tạp giải vấn đề mà phải qua thí nghiệm phân tích nghiên cứu để giải mục đích vấn đề, mà khơng nên phân biệt thứ tượng tự nhiên để tái tạo có cho kết thí nghiệm nsược lại Cấu tạo địa chất lớp nham thạch cơng trình vùng khác quy thành loại: + Loại đá khó xói: có cấu tạo dạng khối lớn, khe nứt không phát triển, đá rắn chắc: đá hoa cương, đá granít (đá loại I) + Loại đá khó xói: Cấu tạo dạng tảng to, khe nứt phát triển, nhiều chỗ rắn chắc, chỗ khe nứt có chất nhét đá vơi, pcfiarit điabaze (loại II) + Loại đá dễ xói: cấu tạo dạng tảng vỡ, khe nứt phát triển rõ làng, phần có chất nhét sa thạch, đá vơi bị phong hố (loại III) + Loại đá dễ xói: cấu tạo dạng phiến tảng vỡ, khe nứt phát triển mạnh, khe nứt lớn to đến ~ cm có đất cát nhét vào khe: đá gan gà, sa thạch, phấn hồng (loại IV) Trong thực tế giải mô tươníỉ tự loại đá thứ tư (loại IV) dùng vật liệu rời có kích thước tương đương với nguyên dạng đá cộng thêm 30-35% cát để giảm bớt hệ số khe rỗng cho kết thí nghiệm gần sát với thực tế Để tăng thêm độ tin cậy nên dùng 164 hai loại kích thước hạt có giới hạn giới hạn đê thí nghiệm so sánh kết Đối với loại đá thứ II nên dùng tổ hợp vật liệu có chất dính kết để tái tạo song nén mô theo phân lớp, phân tầng địa chất nguyên dạng phương pháp cắt phân lớp dùng bột sét thay thạch cao Đối với loại đá thứ I nên đúc viên đám bảo dung trọng theo kích thước mơ tảng nguyên dạng dung dịch chất dính kết xếp theo phương cấu tạo nham thạch Với kinh nghiệm phương pháp nêu nghiên cứu thành công sát với tình hình xói thực tế cơng trình xảy theo tần suất lũ thực tế xuất kiểm nghiệm đối chiếu với kết mơ hình 165 ... Ôphixêrốp, như: + Đập tràn hồ chứa nước Thác Nhồno; + Đập tràn Thơng Gót; + Đập tràn hồ chứa nước Cam Ranh; + Đập tràn hồ chứa nước Mỹ Bình; + Đập tràn hồ chứa nước Ngòi Nhì; + Đập tràn thủy điện... kế xây dựng số đập tràn với mặt cắt dạng WES, như: + Đập tràn thủy diện Sơn La; + Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt; + Đập tràn thủy điện Bình Điền; + Đập tràn thủy điện Ba Hạ; + Đập tràn thủy điện... §1.3 ĐẬP TRÀN MẬT CẮT DẠNG WES I Sơ lược lịch sử phát triển Phần trình bày đập tràn thực dụng mặt cắt dạng Cơrighe Ôphixêrốp Dưới giới thiệu đập tràn thực dụng mặt cắt dang WES 27 Đối với đập tràn