Thiết kế đập đất đồng chất

Thiết kế đập đất đồng chất

PHẦN I

SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Trường hợp 1 : Thiết kế đập đất đồng chất ( không có thiết bị thoát nước )

Số liệu :

• Hệ số thấm của tường : Kt = 10-5 cm/s

• Đất sét pha cát có : γĐ = 1.5 T/m3

• Hệ số thấm của nền : Kn = 10-4 cm/s

Trường hợp 2 : Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và sân phủ ( không có

thiết bị thoát nước )

Số liệu :

• Hệ số thấm của đập : Kđ= 10-3 cm/s

• Hệ số thấm của vật liệu làm tường và sân phủ : Kvl = 10-6 cm/s

• Đất sét pha cát có : γĐ = 1.6 T/m3

• Trọng lượng riêng của tường : γT = 1.7 T/m3

• Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s

Trường hợp 3 : Thiết kế đập đất có tường lõi

Số liệu :

• Hệ số thấm của tường : Kt = 10-6 cm/s

• Hệ số thấm của đập : Kđ = 10-4 cm/s

• Đất sét pha cát có : γĐ = 1.6 T/m3

• Trọng lượng riêng của tường : γT = 1.9 T/m3

• Hệ số thấm của nền : Kn = 10-4 cm/s

PHẦN II :

NỘI DUNG TÍNH TOÁN

CHƯƠNG I

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT

I XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP :

1- Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = CTMN_dâng bình thường + d Hoặc :

CTĐĐ = CTMN_lũ + d’

Trong đó :

d , d’ - độ vượt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ

CTĐĐ = 38 + 1.5 = 39.5 m

2- Chiều rộng đỉnh đập :

Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông nhưng bề rộng nhỏ nhất phải ≥ 3 ÷ 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 như sau :

Khi H = 39.6 m < 40 m thì :

Nhưng đập cao > 15 m , để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc , mái

đất có chiều rộng 1.5 m để người đi lại và thoát nước dễ dàng

II TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN :

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

1- Tính toán lưu lượng thấm qua thân đập ( nền không thấm nước )

Để giải bài toán xác định lưu lượng thấm , tạm thay tam giác thượng lưu đập

* 1

=

Trong đó :

m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3.975 )

H1 – mực nước thượng lưu ( H1 = 38m )

Bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu nghiêng được chuyển về bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu thẳng đứng

Chiều dài thân đập quy đổi: L = 143.225 m

Trong đó :

K – hệ số thấm của đập ( K = 10-5 cm/s = 10-7 m/s )

H – mực nước thượng lưu ( H = 38 m )

m – mái dốc hạ lưu đập ( m = 3.475 )

L – chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 143.275 m )

Giải phương trình trên ta có :

a = 11.5m

q1 = 2.57*10-7 m/s

K_d := 10 −7 H := 38 m := 3.975 L := 301.17

Given

K_d H

2

a2

−

2 L a m ⋅ ( − ⋅ )

K_d a

m + 0.5

Find a q_1 ( , )

11.489585151517499448 2.5675050617916199884 ⋅ 10-7

161.84566664704365163 3.6166629418333776901 ⋅ 10-6













→

2- Tính lưu lượng thấm qua nền :

Lưu lượng thấm qua nền được xem như là chảy qua đường ống

Trong đó :

Kn – hệ số thấm của nền đất ( Kn = 10-4 cm/s = 10-6 m/s )

L – chiều dài chân đập thực tế

T – chiều sâu tầng thấm ( T = 12m )

Vậy lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và qua nền :

Q = q1 + q2 = ( 2.57 + 10.55 )*10-7 = 13.12*10-7 m/s

III KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP :

1- Lực tác dụng lên công trình :

a- áp lực thuỷ tĩnh

Tính cho một mét dài tường

e

P = 38 T/m

Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :

P = γ2*H = 38 T/m2

e = H/3 = 12.67 m

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :

W1

W2

K_n := 10 −6 L := 301.17

n -He so dieu chinh chieu dai dong tham

L

T =32.736 Ta _co n:=1.1

q_2 K_n H ⋅ T

n L ⋅

⋅ :=

q_2 = 1.055 10 × −6

W2 = Vn*γn = 1*301.17*38*1/2 = 5722.33 T

Trọng lượng bản thân của đập là:

Kiểm tra ổn định trượt :

Theo điều kiện : Pchống trượt > Pgây trượt

Pchống trượt = ( 5722.3 + 345.3 + 2721.5775 –38*294.275/2 )*0.7 = 2238.6 T

Pgây lật = 772 T

Vậy thoả mãn điều kiện chống trượt

Kiểm tra điều kiện lật : tính với điểm lật tại mép đáy hạ lưu :

Mgiữ = 5722.3*153.5 + 345.3*137.1125 + 1413.63*147.274+1307.94*183.1875= = 1373559.44 Tm

Mtrượt = 772*12.6+ 38*294.275.52 /3 = 102914.3 Tm

Mgiữ / Mtật = 13.3

Vậy đập thoả mãn điều kiện trượt

Chương II : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT CÓ TƯỜNG NGHIÊNG VÀ SÂN PHỦ

( Trường hợp không có thiết bị thoát nước )

Số liệu :

- Hệ số thấm của đập : Kđ= 10-3 cm/s

- Hệ số thấm của vật liệu làm tường và sân phủ : Kvl = 10-6 cm/s

- Đất sét pha cát có trọng lượng riêng : γĐ = 1.6 T/m3

- Trọng lượng riêng của tường : γT = 1.7 T/m3

- Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s

1 Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 53 + 1.5 = 54.5m

2 Mái dốc thân đập :

Mái dốc tường thượng lưu : m = 3.5

Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 3.0

3 Lưu lượng thấm qua đập :

Thường thì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ rất nhỏ nên bỏ qua lưu lượng thấm qua các bộ phận này Khi đó lưu lượng thấm được tính như sau :

Lưu lượng thấm qua tường thượng lưu :

Lưu lượng thấm qua thân đập :

Lưu lượng thấm qua thân đập hạ lưu :

Giải 3 phương trình trên ta tìm được : q , h3 , a0 , S

Với : S = L – m1 *h3 – a0 *m2 Trong đó :

S – chiều dài dòng thấm qua đập

L – chiều dài đập đất ( L = 323.1m )

m1 – mái dốc đập đất thượng lưu ( m1 = 3 )

m2 – mái dốc đập đất hạ lưu ( m2 = 3 )

0

2 0

2 3

2

sin

*

*

z h H q

α

−

−

=

d

K m a S

a h

)

* (

*

2 0

2 3

+

−

=

d

K m

a

5 0

2

0

+

=

h3 – chìều cao dòng thấm ở phía thượng lưu đập

a0 – chiều cao dòng thấm ở phía hạ lưu đập

Ta có :

Chiều dài tầng thấm : S = 251,982 m

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

Trong đó :

K1 – hệ số thấm của đất nền ( K1 = 10-7 m/s )

S1 – chìều dài sân trước

n – hệ số hiệu chỉnh ( n = 1.15 )

T – chiều dày tầng thấm ( T = 12 m )

II)Tính lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân phủ

3 1 1

3 1

1 *S m *h

h H n

T K

q

+

−

=

q – lưu lượng thấm

2

a_o2

−

2 ⋅ ( S + a_o m_1 ⋅ )⋅K_d

m_1 + 0.5⋅K_d

S L m_2 h_3 − ⋅ − a_o m_1 ⋅

Nghiem := Find q S ( , , h_3 , a_o )

m s



 



m ( ) Nghiem

1.409 ì 10 −7

314.023 2.976 0.049





















=

m ( ) m ( ) Chiều dài sân phủ :

K_1 - hệ số thấm của nền đất

T - chiều sâu tầng thấm

K_1 := 10 −7 m

s



 

T := 12 ( ) m

n := 1.18

q (NghiemT)〈 〉 0 :=

h_3 (NghiemT)〈 〉 2 :=

q n ⋅

K_1 T ⋅ = (0.139) (H_10.139−h_3) = ( 359.883 )

S_1 := 359.883 8.929 −

m_1 h_3 ⋅ = ( 8.929 ) S_1 = 350.954

tính lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân phủ

m_1 := 3 m_2 := 3 H_1 := 53 ( ) m L := 323.1 ( ) Z_o m := 1 ( ) m

α 18.4349 π

180

⋅

K_o := 10 −8 m

s



 

 K_d := 10−5

m s



 



Nghiệm giả dịnh :

a_o := 30 h_3 := 40 q := 10 −7 S := 200 Given

q H_1

2

h_32

2 ⋅ S ⋅ sin( )α ⋅K_o

e

P = 53 T/m

Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :

P = γ2*H = 53 T/m2

e = H/3 = 17.67 m

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :

W2 = Vn*γn = 1*332*53*1/2 = 17596 T

W1

W2

Chương3:THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT TƯỜNG LÕI.

Số liệu :

- Hệ số thấm của đập : Kđ= 10-4 cm/s

- Hệ số thấm của vật liệu làm tường : Kvl = 10-6 cm/s

- Đất sét pha cát có trọng lượng riêng : γĐ = 1.6 T/m3

- Trọng lượng riêng của tường : γT = 1.9 T/m3

- Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s

I Xác định các kích thước cơ bản của đập :

1 Cao trình đỉnh đập :

CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 53 + 1.5 = 54.5m 2.Chiều rộng đỉnh đập : chọn sơ bộ chiều rộng đỉnh đập B = 5 m

3.Mái dốc thân đập :

Mái dốc tường thượng lưu : m = 3.5

- Theo tài liệu của Pavelốpki ta biến đổi đập có lõi với hệ số thấm K0 rất nhỏ thành đập đồng chất có cùng hệ số thấm K ,khi đó ta trở lại bài toán thấm của đập đồng chất Vì tính chất không thay đổi lưu lượng ,ta có thể viết phương trình lưu lượng thấm qua lõi thực và qua lõi biến đổi như sau

2 2

2 2 2

2

0 a b h a h b

T

K h h t

K

K

K

0

=

Như vậy sau khi biến đổi từ đập lõi ta được đập đồng chất qui ước và chiều rộng

( 1 )

0

− +

=

K

K t b B

Trong đó t:Chiều dày trung bình của tường lõi(=0.8m tại đỉnh đập,=2m tại chân đập)

Trong đó :

m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3 )

H1 – mực nước thượng lưu ( H1 = 53m )

Vậy : ∆L = 22.7

Bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu nghiêng được chuyển về bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu thẳng đứng

Chiều dài thân đập : L = 589.4 m

Trong đó :

K – hệ số thấm của đập ( K = 10-5 cm/s = 10-7 m/s )

H – mực nước thượng lưu ( H = 53m )

m – mái dốc hạ lưu đập ( m = 3 )

L – chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 589.4 m ) Giải phương trình trên ta có :

a = 8.5m

q1 = 2.42*10-7 m/s 2.Tính lưu lượng thấm qua nền :

Lưu lượng thấm qua nền được xem như là chảy qua đường ống

Trong đó :

Kn – hệ số thấm của nền đất ( Kn = 10-4 cm/s = 10-6 m/s )

L – chiều dài chân đập thực tế

T – chiều sâu tầng thấm ( T = 12 m )

K_d := 10 −7 H := 53 m := 3 L := 589.4

Given

K_d H

2

a2

−

2 L a m ⋅ ( − ⋅ )

K_d a

m + 0.5

Find a q_1 ( , )

8.4932457221250321487 2.4266416348928663282 ⋅ 10-7

463.02675427787496784 1.3229335836510713367 ⋅ 10-5













→

K_n := 10 −6 H := 53 L := 589.4 T := 12

n -He so dieu chinh chieu dai dong tham

L

T =49.117 Ta _co n:=1.1

q_2 K_n H ⋅ T

n L ⋅

⋅ :=

q_2 = 9.81 10 × −7

Vậy lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và qua nền :

Q = q1 + q2 = ( 2.42 + 9.81 )*10-7 = 12.23*10-7 m/s

III Kiểm tra ổn định của đập :

4 Lực tác dụng lên công trình :

e

P = 53T/m

Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) :

P = γ2*H = 53T/m2

e = H/3 = 17.6 m

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :

W2 = Vn*γn = 1*589.4*53*1/2 = 15619.1 T

Chương4:THIẾT KẾ ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC.

Số liệu :

- Trọng lượng riêng của tường : γđ = 2.4 T/m3

- Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s

W1

W2

- Có

2

2 1

γ

γ

−

=

,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 α γ

= h

B

=>B=51m

Mái dốc đập thượng lưu : m0 = 0

4.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

2 0

* 6

B

M B

= σ

2

*

* 2

*

1 1

h B h

B n h B

∑

3

2

* 2

) 3 2

( 2

*

*

* 6

* 2

* 3

*

2

0











 −

−

−

− +

=

B Bh nB

B h B n B

h B h

h

Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập

2 0

* 6

B

M B

= σ

2 51

87 15977

* 6 51

175 3464

±

= σ

σmin=31.875T/m2

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

K c*W1 =f *∑G

f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.3)

W *H * γn

2

1

1 =

=>W1=2450T

B=0.75h=>B=0.75*71.5=53.625m

Trong đó G:Trọng lượng bản thân công trình

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

2

1

α

γn

-Có W1=2450T<f*ΣG=2850.0325T=>Đập ổn định