Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN

Dạng đề tài:

1 Thiết kế đập bê tông theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

2 Thiết kế đập đất có tường nghiêng và sân phủ

3 Thiết kế đập đá có tường nghiêng

Sinh viên: Bùi Thị Thuận

Ngày giao đề:

Ngày nộp:

I Số liệu ban đầu:

1 Trường hợp 1: TK đập bê tông trọng lực theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Mực nước thượng lưu : H1 = 30 m

2 Trường hợp 2: TK đập đất có tường nghiêng và sân phủ

Mực nước thượng lưu : H1 = 30m

Mực nước hạ lưu : H2 = 0

Hệ số thấm của nền : Kn = 0,001 m/ngđ

Lực dính : C = 2T/m2

Hệ số ma sát f = 0,6

3 Trường hợp 3: TK đập đá có tường nghiêng

Mực nước thượng lưu : H1 = 30 m

STT Công việc Tiến

độ Thực hiện

1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thước của tường

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và

nền

4 Kiểm tra ổn định của đập :

- Kiểm tra trượt phẳng

- Kiểm tra ổn định lật

2.1.2 Đập BT trọng lực theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng

độ

Thực hiện

1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thước của tường

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và

nền theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng

4 Kiểm tra ổn định của đập :

- Kiểm tra trượt phẳng

- Kiểm tra ổn định lật

2.1.3 Đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước

độ

Thực hiện

1 Thiết kế mặt cắt của đập

2 Xác định kích thước của tường

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và

nền

4 Kiểm tra ổn định của đập :

- Kiểm tra trượt phẳng

- Kiểm tra ổn định lật

- Kiểm tra ổn dịnh mái dốc theo phương pháp trươt

cung tròn

2.2 Quy cách

2.2.1.Nêu ngắn gọn lí thuyết áp dụng trước 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 đưa 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:

- 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 hướng dẫn

Giáo viên hướng dẫn

Phân tích mặt cắt kinh tế của đập

Khi thiết kế mặt cắt của đập thường xét tới 3 điều kiện:

Điều kiện kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng 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 rộng 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 nước Các lực tác dụng lên đập gồm có:

h B n 2

h B

G = γ1 + γ − α1γ

∑

α1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm

γ1 : Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập

: Trọng lượng riêng của nước

Ứng suất theo phương thẳng đứng ở mép thương lưu và hạ lưu đập khi hồ đầy nước

α

−

− +

− γ γ

n 2 ( n ) n 1

1 n

− γ

1 1

h B

α

− γ γ

=

Với mặt cắt cơ bản là D vuông mái TL thẳng đứng, thì ứng suất mép TL,

HL đập là:

- Khi hồ đầy nước 1 = 0 2 = (1 - ).h

- Khi hồ không có nước o1 = 1.h , o2 = 0

Nếu 1 = 0,5 ; 1/ = 2,4 ⇒ B = 0,72.h

Nếu 1 = 0 ; 1/ = 2,4 ⇒ B = 0,65.h

Khi 1 = 0, trường hợp không có áp lực thấm thì bề rộng B nhỏ hơn áp lực thấm dưới nền, khối lượng vật liệu giảm từ 10 - 25% Vì vậy cần có biện pháp chống thấm dưới đáy công trình để làm giảm áp lực thấm.

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

Điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định là:

h K

=

1 1

C

n f

h K B

Nếu n = 0, f = 0,7; 1/=2,4 ; 1 = 0,5 ; KC = 1 ⇒ B = 0,75h

Nếu n = 0, f = 0,7; 1/=2,4 ; Q1 = 0 ; KC = 1 ⇒ B = 0,6h

Nhận xét: từ kết quả tính B như trên, nếu áp lực thấm nhỏ thì bề rộng đế đập theo điều kiện cường 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 trượt thì bề rộng đế đập phải tăng nhiều đồng thời mái TL phải nghiêng ( n > 0) Vì vậy

để tăng cường ổn định người ta đào móng nghiêng về phía TL

fsin.Wcos

.G

sin.Wcos

.G

β+

β

=

IV Phương pháp tỉ lệ đường thẳng ( phương pháp kéo dài đường chu vi thấm):

- Nguyên tắc: kéo dài toàn bộ chu vi thấm dưới đáy công trình thành đường nằm ngang

- Sau khi kéo dài chu vi thấm thành đường nằm ngang, từ điểm 7 ta dóng lên cột nước H = H1 - H2 Vì tổn thất cột nước tỉ lệ bậc nhất với chiều dài đường viền nên ta nối điểm O với điểm 1

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

L

x h

Ld - chiều dài tổng cộng các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên so với đường nằm ngang có góc > 450

Ln - chiều dài tổng cộng của đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc so với phương nằm ngang < 450

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

m - hệ số tiêu hao cột nước trên các đoạn thẳng đứng hoặc nằm ngang Hệ

số này lấy theo sơ đồ đường viền thấm dưới đáy công trình

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

Ta thiết kế cho đập trọng lực tràn nước

m

h

5 , 0 4 , 2 30 1

2 Mái dốc thân đập:

Mái dốc đập thượng lưu : m0 = 0

Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 0,7

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

0B

M.6B

W2: áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu ( = 0)

G : Trọng lượng bản thân công trình

Wt : áp lực đẩy nổi dưới đáy đập

2

h B 2

h B n 2

h B

G = γ1 + γ − α1γ

∑

α1 : Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (= 0,5)

γ1 : Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (= 2,4T/m3)

: Trọng lượng riêng của nước (=1T/m3)

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

− γ

−

− γ

− γ

α + γ

M6B

5 ,

II Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất

Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt, theo điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định của đập

ΣG : Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt

W1 : áp lực nước nằm ngang tác dụng lên mái đập thượng lưu

n

2 1

W2 : áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0)

Wt : áp lực đẩy nổi dưới đáy đập

1 n

⇒Wt =1/2.27.30.1.0.5 = 202,5T

Vậy ΣG = W2 + G - Wt = 1152 – 202,5 = 949,5T

Có W1 = 450T < f.ΣG = 569,7T ⇒ Đập ổn định

III Tính lưu lượng thấm theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng

Đối với nền cát, không có tầng lọc ngược ở hạ lưu, lấy J = 0,2

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 lượng nước đè, trọng lượng bản thân đập, áp lực đẩy nổi, áp lực nước

1 Xác định tải trọng do sóng:

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

).

m / T ( h P k k

) 5 , 11

5 , 3 15 , 1 028 , 0 (

3 5 , 11

5 , 3 8 , 4 85 , 0

) 15 , 1 028 , 0 (

8 , 4 85 , 0

=

− +

+

=

− +

+

=

λ λ

h m

1 m 2 1 ( m

1 A

5 , 11 23 , 0 47 , 0 ( 5 , 3 1

) 23 , 0 47 , 0

2

= +

= + +

m

m h

B = 0 , 95−( 0 , 84 −0 , 25 ) λ = 0 , 9

h m

V Kiểm tra ổn định của đập.

1 Kiểm tra ổn định trượt phẳng:

Dựa vào sơ đồ lực đã tính toán ở trên ta có :Tổng các lực gây trượt là Ftr=457T

Tổng các lực đứng là N = 949,5T

Tổng lực giữ là Fg = N.fmas= 949,5.0,6 = 569,7T

Vậy ta có hệ số ổn định trượt là:

Ktr= 1 , 54 [ ] 1 , 5 457

7 ,

569 = > K tr =

Vậy đập ổn định trượt

2 Kiểm tra ổn định lật:

Kiểm tra ổn định lật quanh A

Tổng mô men giữ là :

1) Khái niệm chung

Đập đất là loại đập được xây dựng sớm nhất khoảng 3000 năm ở Ai Cập, Trung quốc, ấn độ Hiện nay đập đất vẫn được dùng phổ biến hơn

cả Đập đất có những ưu điểm sau:

- Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm vật liệu quý: sắt , bêtông, ximăng

- Cấu tạo dơn giản , giá thành rẻ

- Bền, chống thấm, chống chấn động tốt

- Dễ bảo quản, dễ tôn cao đắp dày thêm

- Trên mỗi loại nền đều có thể đắp loại đập đất

- Nhờ phát triển của nhiều ngành khoa học: địa chất công trình, cơ học đất nền móng, lý thuyết thấm nên chất lượng thiết kế ngày càng cao mặt khác việc xây dựng đập đất đã có những tích luỹ nhiều phong phú

2) Các lích thước cơ bản mặt cắt ngang đập

Bmin=(3_5m)c) Mái đập

Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đất đập, tính chất nền, khi thiết kế phải tính ổn định để chọn mái dốc

Nếu chiều cao đập H<40m thì có thể tính mái dốc theo công thức sau

Mái thượng lưu: m=0,05H+2Mái hạ lưu: m1=0,05H+1,5Những đập cao<15m mái có 1 độ dốcNhững đập cao>15m mái thường làm có độ dốc biến đổi3) Đập đất có tường nghiêng và sân phủ

a) Trường hợp không có thiết bị thoát nước

tÇng kh«ng thÊm

Thường hệ số thấm củ tường nghiêng và sân phủ rất to nên bỏ qua lưu lượng thấm ở bộ phận này được tính theo công thức

) 1 2

2 3 ( 2 3 3

3 1 1

k h h T S

h h h m S

h h n

T k

L tra bảng 5-4 nhưng thay L=S+m.h3

b) Trường hợp có thiết bị thoát nước

Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s Lực dính : C = 2 T/m2

1 Xác định các kích thước cơ bản của đập :

a.Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

2)Xác định kích thước của tường nghiêng và sân phủ:

Kích thước tường nghiêng:

Chọn bề dày t1 = 1 m

t2 = 0,1.H = 0,1.30= 3 m

3)Lưu lượng thấm qua đập :

Chiều dày tường giả định T=t.K/Ko=2 53

Lưu lượng thấm qua tường thượng lưu :

Lưu lượng thấm qua thân đập :

00001 , 0 31 , 0 2

30

* sin

*

* 2

2 2 3 2 0

2 0

2 3

2 1

S

h K

S

z h H

α

Lưu lượng thấm qua thân đập hạ lưu :

Giải 3 phương trình trên ta tìm được : q , h3 , h0 , S

h3 – chìều cao dòng thấm ở phía thượng lưu đập

h0 – chiều cao dòng thấm ở phía hạ lưu đập

Ta có :

Lưu lượng thấm qua đập : q = 1.051*10-7 m/s

Chiều dài tầng thấm : S = 251,982 m

Chiều cao tầng thấm phía thượng lưu : h3 = 2.312 m

Chiều cao tầng thấm phía hạ lưu : h0 = 0.194 m

Xác định chiều dài sân trước , ta dựa vào công thức sau :

2

* )

* (

* 2

2 2 3 2

0

2 0

2 3

o

o d

h S

h h K

m h S

h h q

+

−

= +

−

=

001 , 0 3

* 5 0

0 2

3 1

1 *S m *h

h H n

T K

q

+

−

=

knb - Hệ số xác định theo bảng 2.4 với 3 , 28

5 , 3

5 , 11

) 5 , 11

5 , 3 15 , 1 028 , 0 (

3 5 , 11

5 , 3 8 , 4 85 , 0

) 15 , 1 028 , 0 (

8 , 4 85 , 0

=

− +

+

=

− +

+

=

λ λ

h m

1 m 2 1 ( m

1 A

5 , 11 23 , 0 47 , 0 ( 5 , 3 1

) 23 , 0 47 , 0

2

= +

= + +

m

m h

c) Kiểm tra ổn định của đập

- Kiểm tra ổn định trượt phẳng:

Dựa vào sơ đồ lực đã tính toán ở trên ta có :Tổng các lực gây trượt là Ftr=457T.

Tổng các lực đứng là N = 949,5T

Tổng lực giữ là Fg = N.fmas= 949,5.0,6 = 569,7T

Vậy ta có hệ số ổn định trượt là:

Ktr= 1 , 54 [ ] 1 , 5 457

7 , 569

Kiểm tra ổn định lật quanh A

Tổng mô men giữ là :

1) Khái niệm chung

Đập đá là loại đập được xây dựng bằng đá Đá đổ tự do hoặc xếp xây khan, không cần chất kết dính Đây là một loại đập được xây dựng ở nhiều nơi có nhiều đá giao thông thuận lợi

Những đập được xây dựng bằng đá, khai thác ở mỏ không gia công được gọi là đập đá đổ Những đập được xây dựng bằng đá theo một trình tự nhất định gọi là đập đá xây khan

Cao trình đỉnh đập: không cho tràn nước và độ vượt cao của đập xác định giống như đập đất

3) Tính them đập đá có tường nghiêng

Đối với đập đá hỗn hợp có tường nghiêng mềm bằng đất sét và phần hạ lưu đá đổ trên nền không them Theo Pvơlôpki dùng công thức để tính lưu lưọng thấm:

a: bề dày trung bình của tường nghiêng

k: hệ số thấm của tường nghiêng

II) áp dụng tính toán

1) Xác định các kích thước cơ bản của đập :

a).Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

Ta tính toán cho trường hợp mái dốc không đổi và không có bậc cơ

d).Xác định kích thước của tường nghiêng :

Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lưu lượng thấm qua tương

nghiêng Do môi trường đá đổ có khe rỗng đá lớn cho nên sự chuyển động của nước không tuân theo định luật Đacxy dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính gần đúng theo công thức của Pa vơ lốp ki sơ đồ tính như hình vẽ trên

Ta có phương trình lưu lượng thấm như sau :

α

α

sin 2

sin 2

2 2

2 1

a

H t

H k

2

1

a

H k q a

H

k

q

57 , 2 004 0 5 20 sin

* 2

* 2

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

).

m / T ( h P k k

2 nb no

Trong đó:

γ - Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3)

) 5 , 11

5 , 3 15 , 1 028 , 0 (

3 5 , 11

5 , 3 8 , 4 85 , 0

) 15 , 1 028 , 0 (

8 , 4 85 , 0

=

− +

+

=

− +

+

=

λ λ

h m

1 m 2 1 ( m

1 A

5 , 11 23 , 0 47 , 0 ( 5 , 3 1

) 23 , 0 47 , 0

m

m h

B = 0 , 95−( 0 , 84 −0 , 25 ) λ = 0 , 9

h m

4)Kiểm tra ổn định của đập

Việc kiểm tra ổn định của đập tương tự như đập đất đồng chất do đó ở đây ta không tính lại nữa.(do đậpcó trọng lượng lớn hơn đập đât và có áp lực đẩy nổi nhỏ hơn do co hệ số rỗng lớnnên ta coi là an toàn và không cân kiểm tra)