NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CỦA ĐẬP TRÀN TRỌNG LỰC CAO, ỨNG DỤNG CHO THỦY ĐIỆN LAI CHÂU

NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CỦA ĐẬP TRÀN TRỌNG LỰC CAO, ỨNG DỤNG CHO THỦY ĐIỆN LAI CHÂU

L I C M N

Sau quá trình h c t p và nghiên c u làm lu n v n Th c s , v i s giúp đ c a phòng ào t o i h c và Sau đ i h c, Khoa công trình tr ng i h c Th y l i, Công ty CP T v n Xây d ng i n 1, cùng các th y cô giáo, b n bè, đ ng nghi p,

đ n nay Lu n v n Th c s chuyên nghành Xây d ng Công trình th y v i đ tài:

”Nghiên c u các v n đ th y l c c a đ p tràn tr ng l c cao, ng d ng cho

Th y đi n Lai Châu” đã đ c hoàn thành

Trong khuôn kh ph m vi nghiên c u c a Lu n v n, tuy k t qu nghiên c u đ t

đ c còn khiêm t n, song Tác gi hy v ng đ tài s đóng góp m t ph n không nh cho vi c nghiên c u khoa h c c ng nh trong ng d ng th c ti n s n xu t

đ t đ c nh ng k t qu trên, Tác gi xin g i l i c m n chân thành đ n các

C quan, đ n v , các th y cô giáo, b n bè, đ ng nghi p và gia đình đã cùng chia s

ki n th c, cùng ph i h p công vi c, cung c p các thông tin và s li u cho Tác gi trong su t th i gian h c t p và nghiên c u làm Lu n v n

c bi t Tác gi xin đ c bày t lòng bi t n sâu s c đ n GS TS Nguy n Chi n, ng i đã tr c ti p h ng d n, giúp đ t n tình cho tác gi trong quá trình

th c hi n lu n v n này

Trong ph m vi th i gian quy đ nh và trình đ ki n th c khoa h c, kinh nghi m

th c ti n c a Tác gi ch đ t m c đ nh t đ nh nên Lu n v n không tránh kh i

nh ng thi u sót Tác gi r t mong nh n đ c s quan tâm đóng góp ý ki n c a các

th y cô giáo, c a các Quý v quan tâm và b n bè đ ng nghi p

M C L C

M U……….… 8

1 Tính c p thi t c a đ tài 8

2 M c đích nghiên c u đ tài 8

3 N i dung và ph ng pháp nghiên c u……… 9

3.1 N i dung……….… 9

3.2 Ph ng pháp nghiên c u 9

CH NG 1T NG QUAN V XÂY D NG P TRÀN CAO VÀ CÁC V N TH Y L C C N GI I QUY T 10

1.1 Tình hình xây d ng các đ p tràn tr ng l c cao……… 10

1.2 Các v n đ thu l c khác bi t đ p tràn cao……… ….12

1.3 Nh ng h h ng c a đ p tràn do các nguyên nhân v th y l c…… ….… 13

1.4 Gi i h n ph m vi nghiên c u……… 14

CH NG 2 NGHIÊN C U CÁC V N TH Y L C C A P TRÀN TR NG L C CAO 15

2.1 M t c t đ p và kh n ng tháo n c qua đ p 15

2.1.1 Các lo i đ p tràn th ng dùng 15

2.1.2 Kh n ng tháo n c qua đ p tràn 20

2.2 V n đ tiêu n ng sau đ p tràn 26

2.2.1 Tiêu n ng dòng m t 27

2.2.2.1 Hình th c dòng m t không ng p 28

2.2.2.2 Hình th c dòng m t ng p 29

2.2.2 Tiêu n ng phóng xa 30

2.2.2.1 c đi m tiêu n ng phóng xa 30

2.2.2.2 Hình th c k t c u tiêu n ng phóng xa 31

2.2.2.3 Tính toán th y l c 33

2.3 V n đ khí th c trên m t đ p tràn 35

2.3.1 Hi n t ng khí hóa 35

2.3.2 Ph ng pháp ki m tra khí hóa 36

2.3.3 Hi n t ng khí th c 40

2.3.4 Ph ng pháp ki m tra khí th c 40

2.4 Nghiên c u t ng quát v gi i pháp phòng khí th c đ p tràn cao 44

2.4.1 Nguyên lý tr n khí gi m xâm th c 44

2.4.2 Hình th c tr n khí gi m khí th c trong công trình đ p tràn cao 45

2.4.2.1 V trí đ t b ph n ti p khí 45

2.4.2.2 Hình th c k t c u c b n c a b ph n ti p khí 45

2.4.2.3 Hình th c c a h th ng ng d n khí 46

2.4.3 Tính toán gi i pháp ti p khí đ phòng khí th c cho đ p tràn cao 47

2.4.3.1 L u l ng tính toán khí th c 47

2.4.3.2 Quy trình tính toán b ph n ti p khí trên d c n c 48

2.4.4 Bi n pháp ch ng xâm th c b ng cách t ng đ b n v t li u 52

2.4.4.1 Quan h v c ng đ ch u nén và c ng đ ch ng xâm th c c a bê tông 52

2.4.4.2 Tính ch t ch ng xâm th c c a kim lo i 53

2.4.4.3 Tính n ng ch ng xâm th c c a v t li u m i 54

CH NG 3 NG D NG CHO P TRÀN TH Y I N LAI CHÂU

……… 55

3.1 Gi i thi u công trình th y đi n Lai Châu 55

3.1.1 Qui mô và thông s công trình th y đi n Lai Châu 57

3.1.2 K t c u c a đ p tràn 58

3.2 Xác đ nh m t c t đ p tràn 61

3.2.1 M t c t đ p tràn theo d ng WES 61

3.2.2.M t c t đ p tràn theo d ng Creager – Ophixerov 62

3.3 Tính toán th y l c m t c t đ p tràn 64

3.3.1 Tính toán kh n ng x c a tràn x m t 64

3.3.2 Tính toán kh n ng x c a tràn x sâu 66

3.3.3 K t qu tính toán kh n ng x tràn 67

3.4 Tính toán n i ti p và tiêu n ng 68

3.4.1 S li u tính toán 68

3.4.2 Tính toán đ ng m t n c trên tràn: 69

3.4.3 Các thông s dòng ch y trong ph m vi m i phun: 69

3.4.4 Tính toán chi u dài phun xa và kích th c h xói: 70

3.5 Ki m tra khí th c trên b m t c a đ p tràn 72

3.6 Tính toán bi n pháp phòng khí th c 75

3.6.1 L a ch n hình th c công trình 75

3.6.2 B trí thi t b ti p khí 75

3.6.3 Tính toán các kích th c c a b ph n ti p khí 76

3.6.4 Tính toán kích th c máng d n khí sau m i h t 79

3.6.5 K t c u b ph n ti p khí 80

3.7 Phân tích k t qu tính toán 82

CH NG 4K T LU N……… ………… 83

4.1 Các k t qu đ t đ c c a lu n v n 83

4.2 M t s đi m t n t i 84

4.3 H ng ti p t c nghiên c u 85

TH NG KÊ CÁC B NG BI U

B ng 1-1 Th ng kê các đ p tràn cao các công trình th y l i-th y đi n xây

d ng t i Vi t Nam 10

B ng 2-1 Giá tr c a k và n trong m t c t WES 17

B ng 2-2 Thông s xác đ nh m t c t tràn WES khi m1=1/3 và m2=2/3 18

B ng 2-3 H s co h p đ ng khi n c ch y d i c a van 21

B ng 2-4 Tr s k P Z ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ xác đ nh tr ng thái phân gi i ch y ng p 24

c a đ p tràn thành m ng và đ p tràn có m t c t th c d ng 24

B ng 2-5 H s n c a đ p tràn có m t c t th c d ng không chân không 25

B ng 2-6 Bi n đ i c t n c áp su t khí tr i theo đ cao 36

B ng 2-7 Bi n đ i c t n c Hpg theo nhi t đ 36

B ng 2-8 Các d ng m u g gh đ c tr ng và tr s Kpg t ng ng 39

B ng 2-9 nhám cho phép dòng tr n khí 47

B ng 3-1 T a đ m t c t tràn theo WES 61

B ng 3-2 T a đ m t c t tràn theo Creager – Ophixerov 62

B ng 3-3 B ng kh n ng x công trình – PA ki n ngh 67

B ng 3-4 K t qu tính toán h xói 72

B ng 3-5 Ki m tra kh n ng khí hóa t i các m t c t tính toán 74

B ng 3-6 K t qu tính toán b ph n ti p khí 80

TH NG KÊ CÁC HÌNH V

Hình 1-1 Hình nh đ p tràn h ch a n c C a t 12

Hình 1-2 Hình nh đ p tràn nhà máy th y đi n S n La 12

Hình 1-3 Hình nh s c đ p tràn nhà máy th y đi n H Hô 13

Hình 2-1 M t c t đ p tràn tiêu chu n c a WES v i m1=0 17

Hình 2-2 M t c t đ p tràn tiêu chu n c a WES v i m1=2/3, m2 = 1/3 17

Hình 2-3 M t c t đ p tràn tiêu chu n c a WES v i m1=1 18

Hình 2-4 Hình d ng m t c t đ p tràn Creager – Ophixerov 19

Hình 2-5 M t c t đ p tràn hình cong có chân không 20

Hình 2-6 M t c t c a đ p tràn có c a van 21

Hình 2-7 Các đ ng cong đ xác đ nh n c a đ p tràn m t c t th c d ng 23

Hình 2-8 Các hình th c n i ti p dòng ch y h l u 27

Hình 2-9 Tr ng thái dòng ch y h l u đ p tràn có b c th t 29

Hình 2-10 Tr ng thái dòng m t sát đ p, dòng đáy sau đ p 30

Hình 2-11 M i phun liên t c 31

Hình 2-12 M i phun không liên t c 32

Hình 2-13 S đ tính toán th y l c đ p tràn – tiêu n ng phóng xa 34

Hình 2-14 Quan h Vng = f(Rb,S) c a v t li u bê tông 41

Hình 2-15 Bi u đ quan h 1 ( ) Δ = f y ξ ; 2 ( ) Δ = δ ξ f ; ( ) Δ = Δ y f δ 43

Hình 2-16 Các lo i b ph n ti p khí 46

Hình 2-17 Các lo i h th ng ng d n khí 47

Hình 2-18 Quan h mác bê tông và l u t c ng ng xâm th c 53

Hình 3-1 Ph i c nh chung công trình th y đi n Lai Châu 57

Hình 3-2 Mô hình 3D đ p tràn Lai Châu 58

Hình 3-3 M t c t ngang đ p tràn 59

Hình 3-4 Chi ti t m t b ng đ p tràn 60

Hình 3-5 Chính di n đ p tràn 60

Hình 3-6 ng cong m t tràn d ng WES 62

Hình 3-7 ng cong m t tràn d ng Creager – Ophixerov 63

Hình 3-8 ng cong m t tràn thi t k theo m t c t WES và m t c t Creager – Ophixerov 63

Hình 3-9 th kh n ng x tràn, x sâu, x t ng – ph ng án ki n ngh 67

Hình 3-10 S đ v trí các đi m đo T6 đ n T14 73

Hình 3-11 C u t o m i h t và bu ng ti p khí 76

Hình 3-12.V trí b ph n ti p khí trên tràn 80

Hình 3-13 C u t o chi ti t b ph n ti p khí 81

Hình 3-14 M t c t 1-1 81

Hình 3-15 M t c t 2-2 81

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài

Trong nh ng n m g n đây, t i n c ta có hàng lo t các công trình th y l i

và th y đi n l n đ ng lo t xây d ng nh m ph c v cho phát tri n kinh t c a

đ t n c Do công trình th y l i có đ c thù riêng, m c đ nh h ng đ n h

du công trình khi x y ra s c là r t l n do đó yêu c u v đ m b o an toàn

đ c chú tr ng t giai đo n thi t k , thi công và trong quá trình khai thác

s c này là có th t, đã t ng x y ra t i m t s công trình V i s ti n b không ng ng c a khoa h c k thu t, đòi h i ng i thi t k , thi công và qu n

lý ph i đ c p đ y đ và quan tâm h n n a đ n các v n đ th y l c c a đ p tràn tr ng l c có nh h ng đ n s an toàn công trình

Qua đây có th th y đây là m t đ tài khoa h c có ý ngh a và tính th c ti n cao vì nó liên quan tr c ti p đ n hi u qu an toàn c m công trình đ u m i và

h du Vì v y đ tài: “Nghiên c u các v n đ th y l c c a đ p tràn tr ng

l c cao, ng d ng cho Th y đi n Lai Châu” đã đ c tác gi l a ch n

- Nghiên c u gi i quy t cho các tr ng h p c th

- Áp d ng tính toán th c t cho công trình th y đi n Lai Châu

CH NG 1

T NG QUAN V XÂY D NG P TRÀN CAO

VÀ CÁC V N TH Y L C C N GI I QUY T

1.1 Tình hình xây d ng các đ p tràn tr ng l c cao

Nh ng n m g n đây, do yêu c u cung c p đi n, n c cho nhu c u phát

tri n kinh t xã h i, nhi u công trình th y l i, th y đi n l n đã đ c thi t k

xây d ng Trong các h ng m c c a m t công trình th y l i, th y đi n thì đ p

tràn tháo l chi m m t v trí quan tr ng N u nh nh ng n m 70 – 80 c a th

k tr c, ch m i có đ p tràn cao 50 – 70 m thì ngày nay, v i s ti n b c a

khoa h c k thu t trong công ngh thi t k và thi công, n c ta đã có đ p tràn

cao trên 100m i n hình nh đ p tràn th y đi n S n La, đ p tràn h ch a

N m hoàn thành

20 Sông Bung 2 Qu ng Ngãi 95 2010-2012

22 Sông Tranh 2 Qu ng Ngãi 100 2010

M t c t đ p tràn s d ng trong các công trình có c t n c trên ng ng cao

th ng là ki u m t c t th c d ng, dòng ch y n i ti p t ng đ i thu n, h s

l u l ng tháo qua đ p tràn l n h n đ p tràn đ nh r ng hình thang p tràn

th c d ng đ c thi t k theo hai d ng: m t c t có chân không và d ng m t c t không chân không theo Ophixerov ho c theo WES

- Tính toán th y v n không phù h p v i th c t , nên tràn không đ n ng l c x l ,

ph i kh c ph c b ng cách làm thêm tràn ph nh h Phú Ninh (Qu ng Nam), h Núi

C c ( Thái Nguyên), h V c Tròn (Qu ng Bình)…

- C a van ho c thi t b đóng m gãy, k t Ví d nh tràn h Yên L p trong l c 3

c a van b k t, tràn h D u Ti ng c a van gi a b đ t v tai c a, tràn x l th y đi n

H Hô b k t, không x n c đ c khi l v

Hình 1-3 Hình nh s c đ p tràn nhà máy th y đi n H Hô

- Tính toán th y l c v kh n ng tháo, tiêu n ng sau tràn ch a h p lý, d n đ n h

h ng công tràn, xói b tiêu n ng

- Ngoài ra, các đ p tràn l n làm vi c v i c t n c cao, l u t c l n, ngoài các

v n đ th y l c nêu trên, ta còn đ c bi t quan tâm đ n v n đ khí th c gây xâm th c lòng d n

1.4 Gi i h n ph m vi nghiên c u

Các đ p tràn bê tông tr ng l c trên n n đá, có chi u cao t 60m tr lên (Công trình t c p II tr lên) Trong đó t ng quát nghiên c u các v n đ sau:

1 Hình th c và l a ch n m t c t đ p tràn th c d ng

2 Hình th c tiêu n ng sau đ p là tiêu n ng m t ho c tiêu n ng phóng xa

3 T p trung nghiên c u hi n t ng khí th c trên m t tràn và bi n pháp phòng khí th c

CH NG 2 NGHIÊN C U CÁC V N TH Y L C

áp l c trên m t tràn luôn luôn d ng khi c t n c tràn th c t H≤Hđ Khi c t

n c tràn H > Hđ, trên m t tràn có th xu t hi n áp l c âm, nh ng có tr s

nh , không nh h ng đ n an toàn c a m t đ p (không sinh ra khí hóa d n

đ n khí th c) Vi c kh ng ch tr s c a áp su t âm trên m t tràn ch y u ph thu c vào cách l a ch n tr s c a c t n c đ nh hình Tr s an toàn th ng

đ c l a ch n là l y theo c t n c tràn thi t k : Hđ = Htk Tuy nhiên, đ khai thác m t tích c c c a áp l c âm (làm t ng h s l u l ng), Qui ph m thi t k

c a m t s n c khuy n cáo ch n Hđ nh h n Ch ng h n qui ph m thi t k tràn x l c a Trung Qu c [10] khuy n cáo l y Hđ = (0,75 ÷ 0,95)Hmax đ i v i tràn ng ng cao vàHđ = (0,65 ÷ 0,85)Hmaxđ i v i tràn ng ng th p

Theo k t qu nghiên c u lý thuy t và th c nghi m c a nhi u nhà khoa h c,

d ng t ng quát c a đ ng cong m t tràn đ c cho b i ph ng trình sau [11]

5 ,

y

(2-2)

80 , 1

47 ,

461 ,

B ng 2-1 Giá tr c a k và n trong m t c t WES [11]

B ng 2-2 Thông s xác đ nh m t c t tràn WES khi m 1 =1/3 và m 2 =2/3 [11]

1/3 0,68 0,21 0,139 0,237 1,936 1,836 2/3 0,48 0,22 0,115 0,214 1,939 1,810

Hình 2-3 M t c t đ p tràn tiêu chu n c a WES v i m 1 =1

a = 0,1191Hd; R1 = 0,45Hd; k = 1,873; n = 1,776

- Trên c s công th c c a Creager và s li u thí nghi m, Ophixerov đã hi u

ch nh và đ ngh b ng t a đ không th nguyên c a m t tràn không chân không Creager – Ophixerov (xem [3]) Các giá tr c a h s s a ch a hình

d ng c a m t c t c ng đã đ c đ ngh c th trong [3]

Hình 2-4 Hình d ng m t c t đ p tràn Creager – Ophixerov

So sánh m t tràn d ng WES và d ng Creager – Ophixerov cho th y v c

b n chúng t ng đ ng v i nhau Khi chi u cao đ p l n thì m t tràn v theo WES có th p h n m t tràn Creager – Ophixerov m t ít nh ng kh i l ng bê tông đ p gi m không đáng k V l i, kh i l ng đ p có đ c gi m hay không còn ph thu c vào n đ nh ch ng tr t c a toàn đ p và đ c quy t

đ nh thông qua tính toán ki m tra n đ nh đ p Hi u qu đáng k nh t c a vi c

b p hình cong có chân không

p hình cong có chân không th ng đ c xây d ng t m t c t c b n hình thang có m t th ng l u th ng đ ng, mái h l u t ng đ i d c, đáy nh

c a hình thang ngang v i cao trình ng ng tràn; ph n l n cong trên đ nh là

m t cung elip ti p xúc v i m t tr c, m t trên và m t sau c a ng ng tràn (hình 2-5) Tr c dài c a elip song song v i m t h l u đ p Khi elip có hai

tr c b ng nhau thì đ nh đ p tràn là m t cung tròn bán kính R

Hình 2-5 M t c t đ p tràn hình cong có chân không

H s l u l ng c a đ p tràn chân không th ng l n h n c a đ p tràn không chân không Tr s c a m ph thu c vào t s các bán tr c c a elip (a/b) và đ c cho trong các s tay tính toán th y l c

Nh c đi m c b n c a đ p tràn chân không là làm vi c thi u n đ nh do

m ch đ ng làm thay đ i tr s chân không đ nh, làm cho h s l u l ng thay đ i Khi đ chân không l n có th làm cho đ p b rung đ ng và x y ra khí th c đ nh tràn Vì v y khi s d ng ng ng tràn chân không cho các đ p cao c n ph i r t th n tr ng và nói chung c n có lu n ch ng xác đáng khi s

Hình (2-7) cho các đ ng cong xác đ nh n theo thí nghi m c a Rozanop [3]:

- ng cong I: đ i v i đ p tràn có m t c t chân không, khi ≤

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,75 1,0 1,5 2,0 3,0 0,42 0,89 0,84 0,80 0,78 0,76 0,73 0,73 0,76 0,82 1,0 0,46 0,88 0,82 0,78 0,76 0,74 0,71 0,70 0,73 0,79 1,01 0,48 0,86 0,80 0,76 0,74 0,71 0,68 0,67 0,70 0,78 1,02

H s ch y ng p n trong công th c (2-7) đ c xác đ nh theo b ng 2-5

α

;

V0 – l u t c t i g n, l u t c dòng ch y th ng l u khi đ n g n đ p, H và V0 đ c l y v trí cách đ p m t kho ng b ng 3H;

B ng 2-5 H s n c a đ p tràn có m t c t th c d ng không chân không [3]

0,0 1,00 0,50 0,972 0,05 0,999 0,55 0,965 0,10 0,998 0,60 0,937 0,15 0,997 0,65 0,947 0,20 0,996 0,70 0,933

0,30 0,991 0,80 0,760 0,35 0,988 0,85 0,700 0,40 0,983 0,90 0,590 0,45 0,978 0,95 0,410

thì h s đ c xác đ nh theo bi u th c sau đây:

- i v i đ p tràn không có tr pin gi a ( có m t khoang):

Ta xác đ nh m theo t ng tr ng h p sau đây

- i v i đ p tràn không chân không Krige- Ofixêrôp, bi u th c (2-12) có

d ng:

m = 0,504 h, h (2-13)

2.2 V n đ tiêu n ng sau đ p tràn

Dòng ch y sau khi qua đ p tràn xu ng h l u có n ng l ng r t l n N ng

l ng đó đ c tiêu hao b ng nhi u d ng khác nhau: m t ph n n ng l ng

này phá ho i lòng sông và hai bên b gây nên xói l c c b sau đ p, m t

không khí có tác d ng tiêu hao n ng l ng và gi m xói l đ t đ c các

m c đích trên, th ng dùng các hình th c tiêu n ng sau đây: tiêu n ng dòng

đáy (hình 2-8a); tiêu n ng dòng m t (hình 2-8c); tiêu n ng dòng m t ng p

(hình 2-8d); tiêu n ng phóng xa (hình 2-8e)

i v i đ p tràn cao th ng đ t trên n n đá, n ng l ng th a h l u r t l n nên ít khi s d ng hình th c tiêu n ng đáy Lý do là ph i đào b m t kh i l ng

đá l n đ làm b tiêu n ng, ho c n u không đào b thì ph i làm nhi u hàng

t ng tiêu n ng phía sau; làm t ng kh i l ng công trình và kéo dài th i gian thi công Vì v y hình th c tiêu n ng đáy s không đ c nghiên c u trong lu n v n này

2.2.1 Tiêu n ng dòng m t

Dòng ch y hình th c tiêu n ng này tr ng thái ch y m t Th c t cho th y

hi u qu tiêu n ng trong hình th c tiêu n ng m t so v i hình th c tiêu n ng đáy không kém nhi u, nh ng chi u dài sân sau ng n h n 1/5 đ n 1/2 l n, l u t c đáy nh nên chi u dày sân sau có th bé Ngoài ra có u đi m có th tháo các

v t n i qua đ p mà không làm h ng sân sau Khi m c n c h l u thay đ i,

tr ng thái dòng ch y h l u đ p tràn có b c th t khác nhau, phân bi t nh sau:

- Tr ng thái th nh t: khi m c n c h l u th p h n đ nh b c th t, t c hh< a, dòng ch y h l u là dòng ch y phóng xa (hình 2-8e)

- Tr ng thái th hai: khi c t n c h l u hh nh h n đ sâu gi i h n th nh t hghI dòng ch y tr ng thái ch y đáy (hình 2-8b), lúc đó có th là n c nh y ng p

ho c nh y xa tùy theo hc’’ và hh

hh < hghI (2-14)

- Tr ng thái gi i h n th ba: g i là dòng ch y m t không ng p, khi c t n c h

l u tr ng thái gi a đ sâu gi i h n th nh t hghI và đ sâu gi i h n th hai hghII (hình 2-8c)

hghI < hh< hghII (2-15)

- Tr ng thái gi i h n th t : dòng ch y m t ng p, khi c t n c h l u l n h n đ sâu gi i h n hai hghII (hình 2-8d)

hh> hghII (2-16) Khi hh = hghI dòng ch y t tr ng thái đáy chuy n sang dòng ch y m t không

ng p Khi hh = hghII dòng ch y t tr ng thái ch y m t không ng p chuy n sang dòng ch y m t ng p

2.2.2.1 Hình th c dòng m t không ng p

X y ra khi hghI < hh < hghII, lúc đó đ sâu n c h l u hh c n ph i l n h n hc’’

c a n c nh y đáy, đ ng th i hh > a v i a – chi u cao b c th t, a = (0,25 ÷ 0,35) chi u cao đ p.Góc nghiêng θ chân h l u tràn l n hay nh có nh h ng l n

đ n tr ng thái dòng ch y N u θ l n quá có th sinh ch y phóng xa, θ nh quá

có th xu t hi n dòng ch y đáy Th ng dùng θ < 10 ÷ 150 là thích h p

h =1 , 22 +⎜⎜⎝⎛2 , 50−2 , 55 ⎟⎟⎠⎞ (2-18) Trong đó:

hpg – chi u sâu phân gi i

Các bi u th c (2-17) và (2-18) đ c tính v i tr ng h p khi c a van trên

đ nh đ p m hoàn toàn và c t n c trên đ nh đ p H ≤ C h

3

2, nh ng c ng có th

tính g n đúng cho tr ng h p m c a van v i m t đ m nào đó Bi u th c 18) ch đúng v i đi u ki n

h =0 , 82 +⎜⎜⎝⎛3 , 44−7 ⎟⎟⎠⎞ (2-19)

Hình 2-10 Tr ng thái dòng m t sát đ p, dòng đáy sau đ p

Theo k t qu thí nghi m, khi chi u cao b c th t a nh thì có th ch x y ra

tr ng thái ch y đáy mà không sinh ra dòng m t Khi a < 0,2Ch, tr ng thái n i

ti p dòng ch y h l u không n đ nh vì th chi u cao a không đ c nh h n 0,2Ch

2.2.2 Tiêu n ng phóng xa

2.2.2.1 c đi m tiêu n ng phóng xa

Tiêu n ng phóng xa đ c l i d ng m i phun chân đ p h l u đ dòng ch y

có l u t c l n phóng xa kh i chân đ p Dòng ch y đ c khu ch tán trong không khí, sau đó đ xu ng lòng sông Do dòng ch y đ c tiêu hao n ng l ng r t l n trong không khí nên gi m n ng l c xói lòng sông, đ ng th i dòng ch y đ c phóng kh i chân đ p t ng đ i xa nên dù có gây xói l c c b đáy sông h l u

c ng ít nh h ng nguy hi m đ n an toàn đ p

C u t o hình th c tiêu n ng phóng xa đ n gi n, không c n thi t b tiêu n ng sân sau, gi m kh i l ng đào đá, rút ng n th i gian thi công Hình th c tiêu

n ng này đ c áp d ng cho đ p tràn có c t n c cao và đi u ki n đ a ch t t t

+ Góc nghiêng c a m i phun đ c xác đ nh c n c vào đi u ki n chi u dòng phun xa, đ ng th i th tích bê tông chân đ p tràn t ng t ng đ i ít Th ng

≅ 300

÷ 350

+ Cao trình m i phun ph i cao h n m c n c cao nh t h l u ít nh t là 1m đ

đ m b o dòng ch y phun vào không khí và tránh n c h l u ng p m i phun + Bán kính cong R n i ti p gi a m t đ p và m i phun c n đ m b o sao cho dòng ch y không tách kh i m t đ p và m i phun, tránh hi n t ng áp l c thay

đ i đ t ng t, đ ng th i có chi u dài dòng phun xa Bán kính R không đ c nh

h n 6h và không l n h n 10h (h – chi u sâu c a n c t i m t c t co h p trên

m i phun)

- M i phun không liên t c

Hình 2-12 M i phun không liên t c

Theo tài li u thí nghi m, m i phun không liên t c có c i ti n h n lo i liên

t c Dòng ch y trên m i phun không liên t c đ c phân thành hai dòng: trên

đ nh r ng và gi a khe r ng Theo ph ng th ng đ ng dòng ch y đ c khu ch tán nhi u h n so v i hình th c m i phun liên t c, đ ng th i có s va ch m gi a các tia dòng nên có th tiêu hao m t ph n n ng l ng, gi m kh n ng xói l

h l u, chi u sâu h xói có th gi m đ c 35% so v i hình th c m i phun liên

t c, nh ng có nh c đi m là chi u dài phóng xa nh h n

Theo k t qu thí nghi m, kích th c h p lý đ i v i m i phun không liên t c

nên gi m tr s

h

d

(h - chi u sâu n c trên m i phun) đ t ng chi u sâu t ng

đ i, đ ng th i gi m áp l c âm hai bên r ng Khi l u t c l n h n 20m/s thì

th ng dùng 0,5 <

h

d

<1,0

Nh c đi m c a m i phun ki u r ng hình ch nh t là dòng ch y gi a khe

r t t p trung, khó khu ch tán, đ ng th i có áp l c âm l n hai bên r ng

kh c ph c nh c đi m đó dùng ki u r ng hình thang (hình 2-12b) c đi m

c a lo i này là chi u r ng đ nh r ng gi m d n và chi u rông khe t ng d n v phía h l u làm cho dòng ch y đ c gi a khe đ c khu ch tán, các tia dòng

đ c va ch m nhau mãnh li t, vì v y xói l đ c gi m b t, đ ng th i hai bên

r ng đ c vát nghiêng nên gi m đ c áp l c âm rõ r t

Q= ε (2-20)

- L u t c trên m t đ p tràn:

v=ϕ 2gZ i (2-21) Trong đó:

– h s l u t c;

Zi – đ chênh c t n c k t m c n c th ng l u đ n m t c t tính toán (hình 2-10)

Dòng ch y trên m t đ p tràn s có hi n t ng hàm khí khi tr s Frut:

αϕ

α

1

2 1

sin

1 1

1 1 2 sin

Z

Zo Z

k L

V

2

=

H

H H

h g

V Fr

ch t l ng đang xét ( đây là n c) Khi khí hóa ti p t c phát tri n, các b t khí

h i hình thành t p trung trong m t ph m vi nh t đ nh g i là đu c khí i u

ki n đ có khí hóa trong ch t l ng là:

p ≤ ppg (2-23)

ho c: H ≤ Hpg (2-24) Trong đó:

p – áp su t tuy t đ i t i đi m đang xét, p = H;

ppg – áp su t tuy t đ i gi i h n phát sinh khí hoá, ppg= Hpg

cao (m) H (m)

cao (m) H (m)

100,0 10,23 500,0 9,74 900,0 9,28 2000,0 8,14 200,0 10,09 600,0 9,62 1000,0 9,18 2500,0 7,70 300,0 9,98 700,0 9,52 1200,0 8,95 3000,0 7,37

Vi c ki m tra khí hóa là đ đ m b o cho các b ph n c a công trình tháo

n c làm vi c trong đi u ki n không có khí hóa, ho c có khí hóa nh ng

m c đ phát tri n ch a đ y đ đ gây nên khí th c nguy hi m

Vi c ki m tra c n ti n hành v i các ch đ làm vi c v i nhau c a công trình tháo n c trong đó ph i xét đ n:

- Công trình tháo v i các c p l u l ng thay đ i t 0 đ n Qmax, v i Qmax là l u

công trình tháo n c, trong đó tr c h t c n xét đ n:

- nh đ p tràn c a các công trình x m t

- Các g gh c c b trên m t đ p tràn, d c n c mà chúng phát sinh trong quá trình thi công hay trong quá trình khai thác

- Các m phân dòng cu i d c n c hay trong b tiêu n ng, t i đây có ch đ

ch y bao không thu n

ng v i m t ch đ làm vi c c a công trình tháo n c, đi u ki n đ không phát sinh khí hóa t i m t b ph n c a nó là: K> Kpg ;

Trong đó:

K – h s khí hóa xác đ nh theo công th c:

g V

H H K

dt

pg dt

ch y đã cho

V i dòng không áp m t c t ngang hình ch nh t:

3 ln

) 2 )(

{(

.

− Δ

− + Δ

+ + Δ

+

−

δδ

δδ

h h

B – b r ng dòng ch y trên d c

1 , 2 ph thu c vào t s

Δ

δ

và Δ

y

tra trên hình 2-23 ;

– chi u dày l p biên t i m t c t đang xét = min(h,B/2) ;

Zm - chi u cao m g gh c c b ,

Δ- chi u cao m nhám t ng đ ng c a m nhám phân b trên b m t,

ph thu c vào lo i v t li u và ch t l ng thi công

y = Zm + Δ

B ng 2-8 Các d ng m u g gh đ c tr ng và tr s K pg t ng ng [1]

2.3.3 Hi n t ng khí th c

Khí hóa đ m nh và duy trì trong m t th i gian nh t đ nh thì s d n đ n làm bong tróc v t li u, phá h y thành r n ó là hi n t ng khí th c

Quá trình t o nên khí th c nh sau: các b t khí đ c hình thành trong khu

h áp s đ c dòng ch y cu n theo đ n khu v c có áp l c cao h n, chúng s

li u khá b n nh bê tông mác cao, s t, thép, l p b c b ng ch t d o…

Các nghiên c u đã ch ra là t n t i m t s y u t có kh n ng gây nên khí

th c nh : tác đ ng c h c, n mòn, đi n hóa h c và tác d ng nhi t Tuy nhiên không có m t c s th c nghi m nào ch ng minh đ c r ng s nén đo n nhi t

Trong tr ng h p thi t k các b ph n c a công trình tháo n c theo đi u

ki n không cho phép phát sinh khí hóa, ho c ch cho phép phát sinh khí hóa giai đo n đ u mà d n đ n kích th c c a công trình quá l n, không đ m b o yêu c u kinh t thì có th xem xét tr ng h p ch p nh n có phát sinh khí hóa,

nh ng ph i l a ch n v t li u làm b ng b m t lòng d n có đ đ b n đ không

x y ra khí th c nguy hi m

Vi c tính toán ki m tra c ng ph i ti n hành v i các ch đ làm vi c khác