Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 2 - PGS.TS. Nguyễn Thống

nhaân cuûa söï eùp thaûi laø do aùp löïc nöôùc khoâng ñeàu trong caùc loã roãng döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc (troïng löôïng baûn thaân, gia taûi,…).. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂ[r]

Trang 1

9/6/2014 1

PGS TS NGUYỄN THỐNG

Web : http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

NỘI DUNG MƠN HỌC

Chương 1: Thấm qua cơng trình

Chương 2: Áp lực khe rỗng Chương 3: Đập vật liệu địa phương

Chương 3a: Mơ phỏng Monte Carlo áp

dụng trong đánh giá ổn định mái dốc

Chương 4: Đập bê tơng trọng lực Chương 4a: Đập bê tơng đầm lăng (RCC)

NỘI DUNG MƠN HỌC

Chương 4b: Bài tốn toả nhiệt 3D

Chương 5: Phân tích ứng suất trong đập

bê tơng khi xảy ra động đất

Chương 6: Đường hầm thủy cơng

Chương 6b: Giếng điều áp

Chương 7: Đường ống áp lực – Nước va

trong đường ống

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

NỘI DUNG THỰC HÀNH

1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính nước va trong đường ống áp lực

2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính khuếch tán nhiệt 3D trong bê tơng thủy cơng

3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm mơ phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính

ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình Công trình thủy

2 Giáo trình Cơ học đất

3 Phần mềm SIGMA

4 Phần mềm SLOPE.

5 Phần mềm SEEP

6 Phần mềm CRYSTAL BALL

NỘI DUNG

1 Giới thiệu hiện tượng vật lý

2 Lý thuyết cố kết & áp lực khe rỗng

3 Ví dụ

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 2 : Áp lực khe rỗng

Trang 2

2

GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ

Xét một môi trường xốp:

- Dưới tác dụng của ngoại lực (lực

bên ngoài, trọng lượng bản thân,…)

trường “dần dần” bị đẩy thoát ra

giảm xuống  hiện tượng “CỐ

KẾT” của môi trường

Chương 2 : Áp lực khe rỗng

- Khi các lỗ rỗng chứa tỷ lệ nước vừa phải (G=12-14%), còn lại là khí &

t/hợp này xảy ra cố kết nhanh khi

này không khí bị “ép” thoát ra ngoài rất nhanh (các loại cát)

PGS Dr Nguyễn Thống

- Khi các lỗ rỗng chứa tỷ lệ nước nhiều

(G>85%), còn lại là khí quá ít  khí

không liên thông với khí trời  khí tồn

tại ở dạng “bóng khí”  đầm nén chỉ

làm bóng khí bị nén đàn hồi “tạm

thời”  t/hợp này xảy ra cố kết chậm

khi chịu tác dụng tải trọng

- Đất cát  cố kết nhanh

- Đất thiên về sét  cố kết chậm

Xét môi trường có độ ẩm lớn (không khí có rất

ít & ở dạng bóng khí)

Quá trình cố kết xuất hiện khi nước từ trong lỗ rỗng của đất được ép thải ra ngoài Nguyên nhân của sự ép thải là do áp lực nước không đều trong các lỗ rỗng dưới tác dụng của ngoại lực (trọng lượng bản thân, gia tải,…)

- Do đó, đối với loại đất có độ rỗng càng

bé (sét, á sét…)  ép thải nước ra càng

khó, càng chậm  áp lực nước phân

bố không đều trong kẽ rỗng càng lớn

 Áp lực nước xuất hiện trong kẽ rỗng

trong quá trình cố kết được gọi là “ ÁP

LỰC KẼ RỖNG ” hay còn gọi là áp lực

(suất) dư

- Thời gian kéo dài áp lực kẽ rỗng có thể hàng năm đến nhiều năm

- Áp lực khe rỗng thay đổi theo quá trình ép thải nước ra ngoài và ngày càng giảm dần

- Có thể xem đây là quá trình thấm không ổn định trong môi trường rỗng biến dạng  lý thuyết hiện tượng thấm “cổ điển” không thể sử dụng  thiết lập p/trình cơ bản mô tả hiện tượng và giải theo hướng khác

Trang 3

9/6/2014 13

- Nội dung của lý thuyết cố kết là nghiên cứu

sự phân bố tải trọng tác dụng lên khối đất

đối với pha rắn và pha lỏng diễn ra như thế

nào theo không gian và thời gian

- Chỉ có tải trọng truyền lên pha rắn  tạo ra

nội ma sát trong đất  tạo ra sự cố kết của

đất & khả năng chịu tải (tức cuờng độ) của

đất

- Gọi h ứng suất pháp trung bình tác dụng lên hạt đất (pha rắn), còn gọi là ứng suất hiệu quả

- Gọi tr ứng suất pháp trung bình truyền cho nước (pha lỏng), gọi là ứng suất trung hoà hay còn gọi ÁP LỰC KHE RỖNG

- Gọi  là ứng suất tổng:

tr







 Vì module nén thể tích của nước >> so với

module nén thể tích của đất  nước không

nén được

 Khi tải trọng mới bắt đầu tác dụng lên khối

đất 2 pha (t=0):

 h =0 (hạt) & tr =  (nước)

- Khi t>0 : h > 0 & tr < 

- Khi t >>1 : h =  & tr =0  pha rắn nhận

toàn bộ tải trọng ngo ại lực

Đối với pha lỏng, sau khi tiếp nhận tải trọng

 nước “từ từ” tiết ra khỏi phạm vi khối đất chịu tải Hiện tượng kéo dài phụ thuộc hệ số thấm của đất

Aùp lực trung hoà (áp lực lỗ rỗng) giảm dần từ

tr = về cho tới khi bằng tr =0

 Về lý thuyết, hiện tượng giảm áp lực khe rỗng kéo dài vô tận (t>>1)

Xét đến áp lực khe rỗng, định luật Coulomb có

dạng:

 Ưùng suất tiếp,  góc nội ma sát, c lực dính

đơn vị

 Với mô hình 3 pha, tại t=0 thì tr < , vì do

không khí bị nén  tạo ra một phần ứng

suất trong pha rắn  hệ số nước bão hoà

giảm  đ/kiện làm việc đất thuận lợi hơn

c tg c









SƠ ĐỒ CỐ KẾT THẤM 1 HƯỚNG

dz z

q q



t=0

tr,t

p 0<t t>>1

tr,t

h,t

Tầng không thấm

dh

q

dz

Trang 4

4

MỘT SỐ KÝ HIỆU QUY ƯỚC Chương 2 : Áp lực khe rỗng

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Trọng lượng riêng:

Trọng lượng riêng ướt:

Trọng lượng

Thể tích

V k

V n

V h

V r

W h

W n

W k

Hạt Nước Khí

) m / kN ( V





) m / kN ( V W

Wh n 3





Trọng lượng riêng bão hòa:

Với W n’ trọng lượng nước chiếm đầy V r

Trọng lượng riêng đẩy nổi:

Chứng minh:

) m / kN ( V

W

bh









) m / kN ( V

V

dn









1

bh



Độ ẩm của đất: Tỷ lệ giữa nước trong đất và trọng lượng hạt

Độ bão hoà của đất :

G<0,5  đất hơi ẩm 0,5<G<0,8  đất ẩm G>0,8  đất bão hoà PGS Dr Nguyễn Thống

% W

W 100

%

h n





r

n V

V

G 

Độ rỗng: Tỷ lệ giữa thể tích lỗ rỗng và tổng thể

tích mẫu

Hệ số rỗng :

% V

V 100

%

h

r V

V

KHÁI NIỆM VỀ VẬN TỐC THẤM TRUNG BÌNH VÀ THỰC TRONG MÔI TRƯỜNG RỖNG

Trang 5

9/6/2014 25

Kí hiệu n, m, s là tỷ số thể tích của 3

thành phần tương ứng của nước, hạt

và khí trong 1 đơn vị thể tích của đất:

Vn, Vm, Vs thể tích các thành phần tương

ứng của nước, hạt rắn và khí trong

toàn bộ thể tích khối đất V

Với môi trường 3 pha: n+m+s=1 và môi

trường 2 pha n+m=1

V

V s V

V m V

V

n  n ;  m;  s

Quan hệ giữa vận tốc trung bình và vận

tốc thực của các thành phần

NƯỚC: Vận tốc thấm trung bình u qua tiết diện  là:

Vận tốc thấm thực u’:









u

n n

u Q

Q







Tiết diện thành phần nước



Trong không gian 3 chiều:

u n u V

V u





z z

y y

x x

u n u













Tương tự cho thành phần hạt:

z z

y y

v x

v m v













 Đối với thành phần khí (bong bóng

khí) cũng tương tự như trên w=sw’

 Mặt khác, giả thiết bóng khí trộn lẫn

với các hạt rắn và có cùng vận tốc

chuyển động hạt rắn  w’ = v’

z z

y y

x x

v m

s v s w s w

v m

s v s w s w

v m

s v s w s w



























KHÍ

Trang 6

6

QUAN HỆ NÉN ÉP

Bỏ qua từ biến:

 hệ số rỗng

a hệ số cố kết,  ứng suất

Môi trường 3 pha:

(vì m+n+s=1)

Môi trường 2 pha:

(vì m+n=1)

const

a  



















1

m m

s n













1

m m n

ĐỊNH LUẬT CÂN BẰNG GIỚI HẠN

h

W

q

Z

p 

q ngoại lực

W áp lực nước

, p ứng suất sườn đất và áp suất nước tại đáy trụ

vi phân tại t

Hình trụ

vi phân

KHƠNG THẤM

Gọi ’ và p’ là giá trị tương ứng tại thời

điểm đã cố kết hoàn toàn

Xét hình trụ vi phân (xét cho 1 đv diện tích

nằm ngang), phương trình cân bằng giới

hạn trong quá trình cố kết:

Khi cố kết hoàn toàn:

p Z

h W

q   bh(  )   

p Z

h W

q   bh(  )    

Trọng lượng cột đất hình trụ vi phân

Từ đó:

 hình chiếu p/t trên xuống các phương:

p

p    





yz yz z

z

xy xy y

y

zx zx x

x

p p

















































; ) (

Trang 7

9/6/2014 37

LÝ THUYẾT

DARCY

Lý thuyết Darcy

Trong trường hợp thấm qua môi trường không biến dạng:

us vận tốc thấm trung bình theo phương

s, n hệ số rỗng, k hệ số thấm

u’ vận tốc thấm thực

s

H n

k n

u u s

H k

s s

















Trong môi trường biến dạng, sườn đất

chuyển động cùng phương dòng nước 

vận tốc thấm tương đối của nước so với

sườn đất:

s

H n

k m

v n

u v

s s

















s

H k v m

n











Trong môi trường hai pha ta có:















1

;

n

x

H k v













)

( );

m

n pha

ba m

s





Tương tự cho các phương còn lại:

y

H k v













z

H k v













Nếu thấm qua môi trường không biến dạng, nhưng có kể đến ảnh hưởng của gradient thấm ban đầu i0, vận tốc thấm trung bình và thực như sau:



































s

H n

k n

u u i s

H k

s s

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	418,55 KB