Bài tập môn thủy văn công trình

Xây dựng đường tần suất lý luận theo Hàm Pearson III - Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo Hàm Pearson III 3.. Xây dựng đường tần suất lý luận theo Hàm Kritxky – Menken... Xây dự

BÀI TẬP MÔN THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

Họ và tên: Nguyễn Công Đức

Mã sinh viên: 1302509

Lớp: Đường bộ K54

BÀI LÀM

I. XÂY DỰNG ĐƯỜNG TẦN SUẤT.

1. Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm.

- Lập bảng tính dải điểm tần suất kinh nghiệm như sau:

-Giá trị tần suất kinh nghiệm được tính theo công thức Vọng số(K-M)

1

m P n

= +

(với n =20)

- Giá trị trung bình cộng:

3 23148

1157.4( / ) 20

i Q

n

- Hệ số phân tán:

2 (K 1) 16.467

0.9309

i V

C

n

−

−

∑

- Hệ số lệch: Do n = 20 nên ta có:

3

( 1) 31.533

2.299 ( 3) (20 3).0.9309

i S

V

K C

−

∑

Trong đó :

i i

Q K Q

=

Xét bất đẳng thức kép

2.Cv=1.86 < 2.299 < 2Cv/1- Kmin=3,23

=> thỏa mãn

2. Xây dựng đường tần suất lý luận theo Hàm Pearson III

- Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo Hàm Pearson III

3.

Xây dựng đường tần suất lý luận theo Hàm Kritxky – Menken.

- Tính tỷ số m:

2.299

2.469 0.9309

S

V

C m C

Chọn m = 2.5

- Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo K-M

Kp 9,445 8.11 7.49 6.705 5.5 4,97 4.275 3.22

Qp 10931.64 9386.51 8668.93 7760.37 6365.70 5729.13 4947.89 3726.83

P% 5 10 20 25 30 40 50 60

Kp 2.74 2.14 1.525 1.33 1.18 0.935 0,745 0.585

Qp 3171.28 2476.84 1765.04 1539.34 1365.73 1082.17 862.26 677.08

P%

Kp 0.38 0.32 0.195 0.145 0.11 0,05 0,035 0.03 0,015

Qp 439.81 370.37 225.69 167.82 127.31 57.87 40.51 34.72 17.36

4. Xây dựng đường tần suất lý luận theo hàm LogaPearson III.

- Lập bảng tính các thông số như sau:

- Tính trị số trung bình:

log 59.096

20

i Q Q

n

- Độ lệch tiêu chuẩn:

2

log

(log Q log ) 1.469

0.278

Q

Q n

−

∑

- Hệ số lệch:

3

log

(log log ) 11,18

1,521 ( 1).( 2) 29.18.0, 278

i S

Q

C

−

∑

- Lập bảng tọa độ đường tần suất lý luận theo Hàm LogaPIII

K -0.254 0.675 1.329 2.163 2.78 3.388 3.99 logQp 2.884 3.142 3.324 3.556 3.727 3.896 4.064

Qp 765.95 1388.25 2109.98 3598.58 5341.43 7882.82 11588.78

II. XÂY DỰNG QUAN HỆ LƯU LƯỢNG MỰC NƯỚC.(Q-H)

Cho một đoạn sông thượng lưu cách tim cầu 100m như bảng Cho độ dốc lòng sông là

i = 0.0025 và hệ số nhám n = 0.03

Từ bảng trên ta có mặt cắt sơ bộ ngang cầu như sau:

+ Lập bảng tính như sau:

Hi ∆

- Từ bảng số liệu vẽ được biểu đồ quan hệ lưu lượng mực nước:

Ứng với

3 1% 5316,26( / )

tra tương ứng ta có 1%

41,955( )

Ta có độ sâu dòng chảy lớn nhất ứng với

1%

Q

là:

1% 41,955 31 10,955( )

- Từ 1%

10,955( )

ta tính ngược lại được bề rộng mặt nước và diện tích mặt cắt ngang sông:

- Bo=Bl=149,0483

- Ao=Al=875,92

Chiều sâu trung bình lòng sông là

875,92

5,876( ) 149,0483

o l o

A

B

III. TÍNH TOÁN THỦY LỰC CẦU.

1. Tính khẩu độ cầu tối thiểu.

- Khi đó khẩu độ cầu tối thiểu có thể tính gần đúng như sau:

( )

b

h

−

= +

Do sông không có bãi sông nên khi đó

149,0483( )

b = =b m

2. Lựa chọn khẩu độ cầu thiết kế và chọn số nhịp cầu.

- Chọn khẩu độ cầu thiết kế là

160( )

c

L = m

- Chọn 5 nhịp thiết kế, mỗi nhịp dài 32(m)

- Chọn bề rộng trụ cầu là 1.2m

- Chọn hình dạng trụ cầu là: trụ đầu tròn

3. Tính xói chung dưới cầu.

a. Tính xói chung theo Andreev.

- Kiểm tra cơ chế xói:

Ta có: + Vận tốc sông khi chưa làm cầu là

6,069( / )

l

v = m s

+ Vận tốc không xói tính theo vật liệu đáy sông:

0x 3,6.( l 50) 3,6(5,876.0,3.10 ) 0,737( / )

Ta thấy ltn 0x

v >v

=> Xói nước đục

 Lưu lượng lòng sông là

3 1% 5316,26( / )

l

- Hệ số xói chung theo chiều sâu là

h

P

Trong đó:

, :

B B

là bề rộng lòng sông trước và sau xói

149,0483( )

151,2 4.1, 2 144, 2483( )

l

=

Do giả thiết trước và sau khi làm cầu lưu lượng mặt cắt ngang lòng sông là không đổi nên

3 5316,26( / )

Khi đó:

149,0483 5316, 26

144, 2483 5316, 26

h

- Chiều sâu trung bình lòng sông sau xói chung là:

1,022.5,876 6,005( )

h = P h = = m

b. Tính xói chung theo Lausen.

- Kiểm tra cơ chế xói:

+ Vận tốc sông khi chưa làm cầu là

6,069( / )

l

v = m s

+ Vận tốc cho phép không xói theo vật liệu đáy sông:

3

0x 6,19 l 50 6,19 5,876 (0,3.10 ) 0,56( / )

Ta thấy ltn 0x

v >v

=> Xói nước đục

- Xói chung tính theo Lausen (không phân biệt bộ phận lòng sông và bãi sông) Khi

đó hệ số xói chung theo chiều sâu sẽ là:

6 7 1%

k

h

P

Trong đó:

:

l

B

là bề rộng lòng sông khi chưa xảy ra xói

:

c

L

là chiều dài thoát nước thực tế dưới cầu(đã được trừ đi phần chiều rộng của

trụ cầu)

149,0483( )

149,0483 4.1, 2 144, 2483( )

l

=

+ k: hệ số mũ phụ thuộc vào phương thức vận chuyển bùn cát hay tỉ số u*/ω

* ( )l (9,81.5,876.0,0025) 0,379( / )

(trong đó J = i =0.0025) + ω

: là độ thô thủy lực của hạt bùn cát lòng sông có thể xác định theo công thức:

ω

= 1,068 (∆

.g d50)0.5 = 0.074

Ta có tỷ số

* 0,386

5, 22 0,074

u

>2,0

 k= 0,69 (phần lớn lưu lượng bùn cát là bùn cát lơ lửng)

- Hệ số xói chung tính theo chiều sâu là:

6

0,69 7

5316, 26 149,0483

5316, 26 144, 2483

lc h l

h P h

- Chiều sâu trung bình lòng sông sau xói chung là:

1,023.5,876 6,011( )

h = P h = = m

Ta có mặt cắt ngang cầu sau xói chung là:

4. Tính xói cục bộ trụ cầu.

a. Tính xói cục bộ trụ cầu theo CT ĐHXD

Ta có

1

n m

d

ox

K K

 

   

Trong đó: + b = 1,2(m) : bề rộng trụ cầu

+

0x 3,6.( lc 50) 3,6.(6,011.0,3.10 ) 0,741( / )

là vận tốc không xói theo vật liệu đáy sông(trước xói cục bộ)

+ Kd : là hệ số xét đến hình dạng trụ; K

0,1

Tra phụ lục 6-3 với trụ đầu tròn và

0

α=

ta có

8,5

Kξ=

Khi đó : K

0,1

= 0,85

-x

V

là tốc độ nước chảy tại trụ cầu trước khi có xói cục bộ(sau xói chung): được tính theo công thức sau:

6,069 13,73( / )

6,011

x

lc

h

h

Ta có Xói nước đục (vx 0x

v

≥

) => K1=0,52; m= 0,12; n= 1,16

- Thay vào công thức tính xói cục bộ ta có:

0,12 1,16

1

11,09 13,73

1,2 0,741

n m

d

ox

K K

 

- Chiều sâu hố xói tại trụ cầu là:

17,061 1, 2 20,4732( )

cb

b. Tính xói cục bộ trụ cầu theo CT ĐHGTVT

- Ta có

0.5

n

d

ng

K K K

 

Trong đó: + Kα; Kd: là các hệ số xét tới ảnh hưởng của hướng dòng chảy và hình dạng trụ Do

0

α=

và mũi trụ đầu tròn nên K

1,0

α=

; K

1,0

d=

+ V

0.06 3

50

x ( / )

h

d

Với ω

= 1,068 (∆

.g d50)0.5 = 0.074 và

11,09

x

h = m

Thay vào ta có:

ng

3,76 (m/s)

- Ta có: Xói nước đục (

V V>

) => K = 1,11; n = 1,0

- Thay vào công thức tính xói cục bộ ta có:

0.5

11,09 13,73 1,11 1,0 1,0 12,321

1, 2 3,76

n

d

ng

K K K

 

Chiều sâu hố xói tại trụ cầu là:

12,321 1,2 15,877( )

cb

c. Tính xói cục bộ trụ cầu theo Richarson.

Ta có:

0.35 0.43

1 2 3 4

 

 

Trong đó: + Fr là thông số động lực dòng chảy được tính như sau:

0.5 r

( )

x

x

V F

g h

=

Ta có:

13,73

( ) (9,81.11,09)

x

x

V F

g h

+ K1 : hệ số hình dạng mũi trụ

Do mũi trụ hình đầu tròn nên K1= 1,0

Do mặt cắt ngang cầu vuông góc với dòng chảy nên

0o

θ=

=> K2=1,0 + K3: là hệ số phụ thuộc vào chiều cao sóng cát

Ta có đáy sông phẳng có sóng cát ngược nên K3=1,1 + K4: là hệ số hiệu chỉnh để giảm bớt chiều sâu hố xói cục bộ

Do d 50

0,3mm

=

nên K4=1,0

- Thay vào công thức tính xói cục bộ ta có:

0,35 0.35

1 2 3 4

11,09

2 2.1.1.1,1.1 .1,316 5,391

1, 2

 

- Chiều sâu hố xói tại trụ cầu là:

5,391 1,2 6,4692( )

cb

d. Tính xói cục bộ trụ cầu theo T.PaulTeng

Ta có:

0.66 0.17 0.72

1 2 3.K 0.97.4 h

Trong đó: các hệ số 1 2 3 4

; ; ; K

K K K

lấy giống trong công thức Richarson

ψ

: là thông số cường độ dòng chảy; với các hạt vật liệu đáy sông là đồng nhất thì ψ

=0,6

- Thay vào công thức tính xói cục bộ ta có:

1 2 3.K 0.97.4 h 1.1.1,1 1.0,97 1,2 11,09 0,6 1,254( )

Ta có hình vẽ mặt cắt ngang cầu sau xói cục bộ là:

5. Tính nước dâng trước cầu.

a. Tính nước dâng trước cầu theo Đobinson.

- Trị số nước dềnh lớn nhất phía thượng lưu cầu là:

2 2 (v )

+ c

v

là tốc độ bình quân dưới cầu; Với đất trung bình(cát, sỏi nhỏ ) thì

khi đó tốc độ bình quân dưới cầu đạt 50% Ta có:

x

2 1

P

V V

P

=

+

Khi đó

x

6,069 6,138 ( / )

1 1,023 1

P

P

+ η

là hệ số xác định theo từng loại sông và năng lực thoát nước của bãi sông; Do sông không có bãi nên ta lấy

0,05

η=

- Khi đó ta có trị số nước dềnh lớn nhất phía thượng lưu cầu là:

.(v ) 0,05.(6,138 6,069 ) 0,0421( )

b. Tính nước dâng trước cầu theo Andreev

- Ta có:

2 3

( 1) 2

tn

θ

−

Trong đó: θ

: là số bãi sông

- Do sông không có bãi nên β

=1 ; khi đó không có nước dâng ở phía thượng lưu cầu