thiết kế đập bê tông trọng lực theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng , thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước ,thiết kế đập đá có tường lõi

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền 4 Kiểm tra ổn định của đập : 3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền 4 Kiểm t

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CễNG TRèNH THUỶ

2 Thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc

3 Thiết kế đập đá có tờng lõi

Giáo viên hớng dẫn : THS.trầnhuy thanh Sinh viên : PHạM Đức ĐAM Lớp : CTT46 - DH1

Nhiệm vụ bài tập lớn

Dạng đề tài:

4 Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng

5 Thiết kế đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nớc

6 Thiết kế đập đá có tờng lõi

Sinh viên: Phạm Đức Đam

Ngày giao đề: …/…/…

Ngày nộp: …/…/…

I Số liệu ban đầu:

1 Trờng hợp 1: TK đập BT trọng lực theo phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng

Chiều sâu tầng thấm : T = 7 m

Hệ số thấm của tờng : Kt = 4.10-2 m/24h

Chiều sâu tầng thấm : T = 7 m

Hệ số thấm của tờng : Kt = 4.10-1 cm/s

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền

4 Kiểm tra ổn định của đập :

3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền

4 Kiểm tra ổn định của đập :

2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trớc khi tính

2.2.2.Các hình vẽ minh hoạ , bảng biểu ,đồ thị phải có tên và đánh số thứ tự

2.2.3.Các công thức phải đánh số thứ tự

2,2,4 Nếu áp dụng tin học vào tính toán phải đa vào phụ lục

2.2.5.Thuyết minh khổ A4, bìa nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ li(khuyến khích làm bằng máy tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:

- Bìa ngoài;

- Nhiệm vụ BTL;

- Mục lục;

- Nội dung tính toán;

- Phụ lục tính toán;

- Tài liệu tham khảo

2.3 Thởng, phạt:

2.3.1.Thởng

- áp dụng tin học

- Nộp sớm

- Trình bày đẹp, đúng quy cách

- Lí do khác

2.3.2.Phạt - Không áp dụng tin học

- Chậm tiến độ

- Trình bày xấu, không đúng quy cách

- Lí do khác

2.3.3.Đánh giá của giáo viên hớng dẫn

Giáo viên hớng dẫn

Phạm Huy Thanh

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

Ch ơng I:Thiết kế đập bê tông trọng lực

Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lợng công trình là nhỏ nhất

II Xác định bè dày đế đập theo điều kiện ứng suất:

- Xét 1 đoạn đập có chiều dài 1m, tiết diện ngang là ABC, chiều cao h, chiềuABC, chiều cao h, chiềurộng đáy B Hình chiếu mái TL là nB, hình chiếu mái HL là (1-n)B, MN TL ngang

đỉnh đập, HL đập không có nớc Các lực tác dụng lên đập gồm có:

- Trọng lợng bản thân đập: G

- áp lực nớc nằm ngang và thẳng đứng: W1, W2

- áp lực thấm dới đáy đập có chiều cao là 1.h1 (1: hệ số áp lực thấm)

Nhiệm vụ là tìm Bmin khi biết h

ứng suất nén theo phơng thẳng đứng lên mặt cắt ngang đập đợc xác định theo nénlệch tâm

2 0

6

B

M B

2

.

1 1

h B h

B n h B

G      



1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm

1 : Trọng lợng riêng của vật liệu làm thân đập

 : Trọng lợng riêng của nớc

3

nB 2 B 2

Bh )

3

nB 2

B ( 2

h B n 6

B 2

h B 3

h 2

h

2 0

) n 2 ( n ) n 1 (

h B

) n 2 ( n ) n 1 (     





và cho = 0

0 )

n 2 ( n ) n 1

1 n

BT là tam giác vuông có mái TL thẳng đứng (n = 0)

Trờng hợp này bề rộng đáy đập tính theo công thức

đáy công trình để làm giảm áp lực thấm

III Xác định chiều dày đế đập theo điều kiện ổn định trợt:

Điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định là:

KC.W1 = f  G

Trong đó:

f - hệ số ma sát giữa đập và đất nền

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

C

n f

h K B

Nếu n = 0, f = 0,6; 1/  =2,2 ;  1 = 0,5 ; KC = 1  B = 0,72h

Nếu n = 0, f = 0,6; 1/  =2,2 ;  1 = 0 ; KC = 1  B = 0,59h

Nhận xét: từ kết quả tính B nh trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đế đập theo

điều kiện cờng độ quyết định, nếu áp lực thấm thì bề rộng đế đập theo điều kiện ổn

định khống chế

Với nền đá có hệ số ma sát nhỏ, để thỏa mãn điều kiện ổn định trợt thì bề rộng đế

đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0) Vì vậy để tăng c ờng ổn

định ngời ta đào móng nghiêng về phía TL

fsin.Wcos

.G

sin.Wcos

.G

IV Phơng pháp tỉ lệ đờng thẳng ( phơng pháp kéo dài đờng chu vi thấm):

- Nguyên tắc: kéo dài toàn bộ chu vi thấm dới đáy công trình thành đờng nằmngang

- Sau khi kéo dài chu vi thấm thành đờng nằm ngang, từ điểm 7 ta dóng lên cột

n-ớc H = H1 - H2 Vì tổn thất cột nớc tỉ lệ bậc nhất với chiều dài đờng viền nên ta nối

điểm O với điểm 1

- Muốn tìm áp lực thấm tại 1 điểm nào đó ta kẻ 1 đờng thẳng góc với đờng 7-1.Cột nớc thấm tại 1 điểm cách mép HL đờng viền 1 đoạn x là:

H L

x h

C - hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền đợc tra bảng 3.2/GT Thủy công

m - hệ số tiêu hao cột nớc trên các đoạn thẳng đứng hoặc nằm ngang Hệ số nàylấy theo sơ đồ đờng viền thấm dới đáy công trình

Khi có 1 hàng cừ: m = 1 - 1,5

Khi có 2 hàng cừ: m = 2 - 2,5

Khi có 3 hàng cừ: m = 3 - 3,5

2 Điều kiện áp dụngiều kiện áp dụng

I Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất :

2 , 2 2 2

1 1

3 Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất

ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thểxác định theo công thức nén lệch tâm

2 0

B

M.6B

h B n 2

h B

G  1    1



1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (= 0,5)

1 : Trọng lợng riêng của vật liệu làm thân đập (= 2,2T/m3)

2 1

2

2 2

B

M6B

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

max=879T/m2

min=-795T/m2

II Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất

- Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt, theo điều kiện tối thiểu

để đảm bảo ổn định của đập



 f G W

Cột nớc thấm tại tại một điểm cách mép hạ

lu đờng viền thấm một đoạn dài tính toán x là:

H L

x

hx 

Ltt > C.H

IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình

Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng do sóng, trọng lợng

) 25

5 4 15 , 1 028 , 0 (

3 25

5 4 8 , 4 85 , 0

) 15 , 1 028 , 0 (

8 , 4 85 , 0

1 m 2 1 ( m

1 A

25 023 , 0 47 , 0 ( 5 4

1 ) 023 , 0 47 , 0

B = .0 , 95  ( 0 , 84  0 , 25 ).  



h m

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

29 , 334901

l 





Vậy đập ổn định lật

Ch ơng II :Thiết kế đập đá có t ờng lõi

- 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

- 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

II Tính thấm cho đập đá:

Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lu lợng thấm qua tờngnghiêng hoặc tờng lõi

Giả sử có 1 môi trờng đá đổ, do các khe rỗng đá lớn nên sự chuyển động của nớckhông tuân theo định luật Đacxy, dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính toángần 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:

x

y H K

H H K

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

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

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 t ờng 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

b 65

, 0

 - góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang

J - gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu

 - góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét

Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức

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 ờng có độ dốc thay đổi, trị số thay đổi m = 0,5, ngoài ra còn bố trí các cơ đập cóchiều rộng 1,5 m để ngời đi lại và thoát nớc dễ dàng

th-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

5 , 50

65 , 0 90

tg 1

b

Bµi t¹p lín m«n häc c«ng tr×nh thuû lîi

0,761

0,783 0,821 0,872 0,955 1,072

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công thức:

).

m / T ( h P k k

) 14

5 , 2 15 , 1 028 , 0 (

5 , 2 14

5 , 2 8 , 4 85 , 0

) h 15 , 1 028 , 0 (

m h 8 , 4 85 , 0

1 m 2 1 ( m

1 A

5 , 2 1 ) 5 , 4

25 023 , 0 47 , 0 ( 5 , 4 1

) 023 , 0 47 , 0

2 2



h m

h 0 , 95 ( 0 , 84 0 , 25 ). 2.78

Thay A, B và m = 2,5 vào công thức 2-5 ta có z2 = 0.596m

Xác định các khoảng cách li:

l1=0,0125L ;l2=0,0265L ; l3=0,0325L ; l4=0,0675L (2-6)

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

1 5 , 2

25 5 , 2 1

Tổng lực gây trợt :

Ptr = W1 + 2.Pd.sin = 180,5 + 2.5,105.sin21,8 = 184,29 Tα).0,7 = (1722,525 + 451,25 – 472,63 +

Hệ số ổn định trợt : Ktr = 6 , 50 K  1 , 5

29 , 184

44 , 1197 P

P

tr tr

Mlật = W1.e5 + W3.e6 = 180,5.6,33 + 472,63.66,33 = 32492,1 Tm

Hệ số ổn định lật Kl = 3 , 9 K  1 , 5

1 , 32492

4 , 126801 M

M

l l

Ch ơng III:

Thiết kế đập đất đồng chất

1 Cơ sở lí thuyết

I Khái niệm về đập đất:

Đập đất là loại đập đợc xây dựng rất sớm khoảng 3000 năm ở Trung Quốc, ấn

Độ Hiện nay, đập đất vẫn đợc sử dụng phổ biến vì nó có nhiều u điểm nh : Dùng vậtliệu tại chỗ, cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, bền, chống thấm và chốn chấn động tốt, dễquản lí, dễ tôn cao, dễ đắp

Đập đất là loại đập không tràn nớc, để đảm bảo tháo lũ lấy nớc phải xây dựng cáccông trình riêng : công trình tháo lũ, đờng ống

Đập đất đợc phân loại theo nhiều cách Phân loại theo cấu tạo ta có các loại

đậpnh sau:

1 Đập đất đồng chất: Toàn bộ thân đập đợc đắp bằng một loại đất

2 Đập đất không đồng chất : Thân đập đợc đắp bằng nhiều loại đất

3 Đập đất có tờng nghiêng mềm hoặc cứng

4 Đập đất có tờng lõi mềm hoặc cứng

5 Đập hỗn hợp

II Sơ đồ tính thấm đập đất đồng chất trên nền không thấm

Lời giải của phơng pháp thuỷ lực

1 Trờng hợp không có thiết bị thoát nớc

x E

Trong trờng hợp này, đờng bão hoà AC thoát ra ở hạ lu tại C, nằm cao hơn mặtnền một đoạn a0 Căn cứ vào tình hình dòng thấm qua đập đất, dùng đờng đẳng thếphân đập thành một số đoạn để tính Đối với đập đất không có thiết bị thoát nớc thấyrằng đờng CE có độ dốc 1:0,5 gần trùng với đờng đẳng thế và đờng này chia đập thành

2 đoạn để tính

Chọn hệ trục XOY nh hình vẽ Trớc hết xét đoạn thân đập tại một mặt cắt thẳng

đứng bất kì cách gốc toạ độ một đoạn x, tung độ đờng bão hoà y Độ dốc mặt nớc tạimặt cắt đó là dy/dx Lu lợng thấm q qua diện tích y (đoạn đập dài 1 m ) Theo định luật

Đacxy ta có :

q = - k.y.dy/dx

Trong đó :

+ k: Hệ số thấm qua thân đập

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi+ q:lu lợng thấm

Vì q = conts nên ta có thể giải phơng trình trên bằng cách tích phân nh sau:

q 2

k x

dy y k dx

Phơng trình trên là phơng trình đờng bão hoà AC

Lu lợng thấm qua 1 đơn vị chiều dài đập có thể suy từ phơng trình (*) với điềukiện y=a0

Khi y= a0 thì x= L- a0m0

) a m L ( 2

a h k y

0 1

2 0 2 1

z k q

1 0 a

h K q

) a m L (

2

) h h (

K q

1 0

0 1

2 0 2 1

2 Trờng hợp có thiết bị thoát nớc

Nếu hạ lu đập có thiết bị thoát nớc (đờng bão hoà là 1 parabol đổ vào điểm Ccủa vật thoát nớc, cách điểm đầu vật thoát nớc 1 đoạn l, và nhận điểm đầu vật thoát nớc

là tiêu điểm parabol

2

2 2 0

a k ) L L (

2

a H k q

) L L ( H ) l L ( l 2 a

Phơng trình đờng bão hoà viết dới dạng gần đúng:

y2 = 2.a0 x

Với hệ trục toạ độ gốc tại điểm O

III Tính toán thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm

Phơng trình đờng bão hoà viết dới dạng gần đúng:

Đờng bão hoà đi thẳng góc với mái thợng lu, nó hạ thấp khá nhanh trong đoạn

AE Sau mặt cắt EF, đờng bão hoà gần nh nằm ngang rồi thoát ra hạ lu tại điểm C theophơng tiếp tuyến với mái đập Građien thấm ở cửa vào và cửa ra có một số đặc điểmsau:

JA = cos JB =0

JC = sin JC =

Để giải bài toán xác định lu lợng thấm q và đờng bão hoà, ngời ta thay thợng lu

đập bằng hình chữ nhật rộng L với điều kiện vẫn đảm bảo lu lợng thấm không đổi

L có rất nhiều học giả nghiên cứu

h m

L1 L

l

H1

A' y

x

Bài toán thấm qua đập đất với mái nghiêng TL đợc chuyển thành thẳng đứng đã

đợc giải quyết ở phần trên Lu lợng thấm qua phần thân đập TL là:

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

)]

h a ( m L L [ 2

) h a ( h K

q

2 0 1

2 0 1

a K q

h m a ) 5 , 0 m (

a

h K q

1

2 1 0 1

0 2

0 2

h 1 5 , 0 m

a K q q

q

2 1

1

) 5 , 0 m ( 2

Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu cấu tạo, giao thông nhng bề rộngnhỏ nhất phải  3  5 m

th-II Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền :

Loại đập đất trên nền thấm nớc, hệ số thấm của nền và của đập khác nhau, do vậytheo đề nghị của Pavơlôpxki, khi tính toán ta chia làm hai phần :

Tính toán lu lợng thấm qua thân đập xem nh nền không thấm nớc (q1)

Tính toán thấm qua nền với giả thiết thân đập là không thấm nớc (q2)

Tính toán lu lợng thấm qua thân đập (nền không thấm nớc)

Để giải bài toán xác định lu lợng thấm, tạm thay thABC, chiều cao h, chiều ợng lu đập bằng một hìnhchữ nhật có chiều rộng L L đợc xác định theo công thức :

1 m 2

H m

2

a H K q

2 2 d 1







5 , 0 m

a K

T H K

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

s m m

a K

q

HL

/ 10 82 , 3 5 , 0 95 , 3

9 , 12 10 5 , 0

IV.Xác định tải trọng tác dụng lên công trình

Tải trọng tác dụng lên1m dài công trình gồm có: tải trọng do sóng, trọng lợng

) 25

5 4 15 , 1 028 , 0 (

3 25

5 4 8 , 4 85 , 0

) 15 , 1 028 , 0 (

8 , 4 85 , 0

1 m 2 1 ( m

1 A

Trong đó:

3

10 ) 5 4

25 023 , 0 47 , 0 ( 5 4

1 ) 023 , 0 47 , 0

B = .0 , 95  ( 0 , 84  0 , 25 ).   2 44



h m

Bài tạp lớn môn học công trình thuỷ lợi

6 , 2827

29 , 334901

Tại K là trung điểm mái dốc ta kẻ một đờng với mái dốc đê một góc 850 và một

đờng thẳng đứng Tâm trợt nguy hiểm nhất nằm trong vùng dẻ quạt giới hạn bởi 2 cung

R1 = H = 50,5m và R2 = 48,3m

Trong đó các giá trị R1, R2 đợc tra theo Bảng 4.2 giáo trình “Thuỷ công” Sau đó

ta chọn một tâm O nh hình vẽ sau:

1 sin

W

sin ).

tg ).

cos(

W l C

(

i i

i i

i '

i i

(9-9)

Trong đó :

K- Hệ số ổn định trợt, với đê mái nghiêng K >1,3

R - Bán kính cung trợt( = 48,3m)

Ci-Lực dính của đất lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.( Ci=1T/m2)

i-Góc nội ma sát lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.( i=190)

li-Chiều dài đoạn cung trợt tròn của phân tố thứ i

i-Gradien của đờng đáy phân tố thứ i

H-Ngoại lực tối đa theo phơng ngang (áp lực sóng, áp lực thuỷ tĩnh )

a - Cánh tay đòn của ngoại lực

W’- Tổng trọng lợng thực của phân tố thứ i

Wi- Tổng trọng lợng hữu hiệu của phân tố chia thứ i

Ta chia nhỏ phạm vi cung trợt làm 5 mảnh nhỏ có bề rộng nh nhau.Dựa vàohình vẽ ta xác định đợc 1=-320; 2=-130; 3=30; 4=180; 5=370.Trong tính toán ta coi

nh bỏ qua áp lực sóng (vì áp lực này gây ổn định hơn) , áp lực thuỷ tĩnh phân bố hìnhtam giác khi tham gia vào ổn định làm đê càng ổn định vì vậy giá trị ở mẫu của thànhphần này mang giá trị âm Đất nền có  = 1,7T/m3 Xét các lực tác dụng lên mảnh thứ

4 nh sau: