CSThietKeCTT chuong3 thamduoidaycongtrinh

Những vấn đề chung 2  Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng;  Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được;  Dòng thấm ổn định;  Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy:

Trang 1

KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC

1

Trang 2

I Sự hình thành dòng thấm

3 Ths.NCS Lê Ngọc Anh

1 Tác hại của dòng thấm

Khi công trình làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa

thượng và hạ lưu Nước sẽ di động qua các kẽ rỗng trong đất nền

và hai bên vai công trình tạo thành dòng thấm

 Làm mất nước

 Gây ra áp lực thấm lên các bộ phận của công trình

 Phá hoại kết cấu công trình và làm mất ổn định công trình

2 Phân loại dòng thấm

 Dòng thấm có áp: dòng thấm không có mặt thoáng (VD: thấm

dưới đáy công trình)

 Dòng thấm không áp: dòng thấm có mặt thoáng (VD: thấm qua

thân đập đất, thấm qua vai đập)

3.1 Khái niệm chung

II Mục đích nghiên cứu dòng thấm

1 Xác định lưu lượng thấm.(Đánh giá tổn thất nước và xác định

các hình thức chống thấm cho công trình)

2 Xác định vị trí đường bão hòa thấm. (Đánh giá sự ổn định

của công trình và bố trí vật liệu, xác định các hình thức thoát

nước cho công trình)

3 Tính toán gradient thấm. (Đánh giá mức độ xói ngầm chung

và xói ngầm cục bộ, xác định kết cấu chống thấm, thoát nước

và thành phần của tầng lọc ngược)

3.1 Khái niệm chung

3

Trang 3

3.2 Thấm qua nền đất đồng chất dưới đáy

Giới hạn trên:

 Đoạn ABCDEF: sân trước;

 Đoạn GHIKLM: đáy công trình với đoạn thoát nước IK;

 Đoạn MN: sân tiêu năng;

 Đoạn PQ: sân sau

Giới hạn dưới (tầng không thấm): đoạn O – O’

1 Các giới hạn của miền thấm

3.2.1 Những vấn đề chung (1)

5

Trang 4

3.2.1 Những vấn đề chung (2)

 Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng;

 Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được;

 Dòng thấm ổn định;

 Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy: V = kJ

(V: lưu tốc thấm bình quân trên mặt cắt ướt; k: hệ số thấm; J:

Trang 5

I Tính thấm bằng phương pháp giải tích (2)

1 Phương pháp hệ số sức kháng

Cột nước thấm tiêu hao:

: hệ số sức kháng tại bộ phận iq: lưu lượng thấm

k: hệ số thấm

q h

 

 Khi S2≠ 0, a2= 0 thì (T1= T2= T) 

2 2

0 2

T

S S L

Trang 6

Xác định hệ số sức kháng tại các bộ phận

1 Phương pháp hệ số sức kháng (3)

Khi chiều dày tầng thấm rất lớn, thường người ta chỉ xét đến

phần dòng thấm trong phạm vi “tầng thấm mạnh” Chiều dày

giới hạn của tầng thấm T tt phụ thuộc vào các trị số hình

chiếu ngang L 0 và hình chiếu đứng S 0 của đường viền

thấm, được lấy theo bảng dưới

 Nếu T0< Tttthì tính toán các hệ số sức kháng theo T0

 Nếu T0> Tttthì tính theo trị số Ttt

Xác định trị số gradient

1 Phương pháp hệ số sức kháng (4)

Trị số gradient thấm lớn nhất tại cửa ra

T1lấy phía tầng thấm dày, T2lấy phía tầng thấm mỏng (T2≤ T1)

S: chiều dài cừ tại cửa ra

= 1,1 khi tính theo Ttt; = 1,0 khi tính với trường hợp khác

Trang 7

2 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng (PP Len) (1)

Chiều dài tính toán của dòng thấm

 Lđ: chiều dài tổng cộng của các đoạn viền thẳng đứng, hoặc

nghiêng góc α >= 450so với phương ngang

 Ln: chiều dài tổng cộng của các đoạn viền nằm ngang, hoặc

nghiêng góc α < 450so với phương ngang

 m: hệ số phụ thuộc vào dạng đường viền thấm

 Khi có 1 hàng cừ m = 1÷1,5;

Điều kiện để đảm bảo độ bền thấm chung

Trang 8

Biểu đồ áp lực thấm lên đáy công trình

 Trị số cột nước thấm tại một điểm cách mép hạ lưu đường viền

thấm một đoạn x

x tt

x

L

 (Qui tắc x tính giống như L tt )

a) Sơ đồ tính toán; b) Biểu đồ áp lực thấm

L

 



Ti là chiều dày bình quân của tầng thấm tương ứng dưới đoạn

đường viền nằm ngang có chiều dài Li

15

Trang 9

II Phương pháp sử dụng lưới thấm (1)

 Lưới thấm

Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng, lưới thấm được hình

thành bởi hai họ đường cong trực giao nhau

 Đường dòng: biểu diễn quỹ đạo của các phần tử nước chuyển

động trong miền thấm

 Đường thế (gọi tắt của đường đẳng thế hay đường đẳng cột

nước): tập hợp các điểm có cùng cột nước thấm

a) Lưới thấm; b) Biểu đồ gradient thấm J r

3 Phương pháp sử dụng lưới thấm (2)

 Lưới thấm

 Đường dòng đầu tiên: là đường viền thấm dưới đáy công trình

 Đường dòng cuối cùng là mặt tầng không thấm

 Đường đáy sông phía thượng lưu là đường thế đầu tiên

 Đường đáy thoát nước phía hạ lưu là đường thế cuối cùng

 Phần miền thấm giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng

 Phần miền thấm giữa 2 đường thế kề nhau gọi là giải thế

 Tại những vị trí mà các đường dòng, đường thế gần sát vào

nhau là nơi có dòng thấm mạnh (gradient thấm lớn); ngược lại,

tại vị trí có các đường dòng, đường thế thưa là nơi có dòng

thấm yếu

 Lưới thấm chỉ phụ thuộc vào dạng hình học của miền thấm mà

không phụ thuộc vào hệ số thấm, cột nước, chiều dòng thấm,

và kích thước tuyệt đối của công trình

17

Trang 10

3 Phương pháp sử dụng lưới thấm (3)

 Xác định các đặc trưng của dòng thấm

Lưới thấm có m ống dòng, n giải thế Số thứ tự được đánh từ hạ

lưu lên thượng lưu

 Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ cuối giải thế thứ i

i

H

h i n



• i: số thứ tự đường thế (khi vị trí xác định không nằm trên đường

thế có thể nội suy i)

 Lưu lượng thấm đơn vị 1

Gradient thấm bình quân tại một mắt lưới:

Lưới thấm vẽ càng dày thì mức độ chính xác khi tính J càng cao

19

Trang 11

PT sai phân viết tại một điểm trên mắt lưới (PT *)

PT * được viết cho tất cả các điểm trên mắt lưới và kết hợp với điều kiện

biên để giải hệ PT để tìm ra cột nước h tại các vị trí

Theo phương pháp này, miền tính được chia thành các ô lưới chữ nhật

có kích thước bằng nhau a x b

III Phương pháp số (2)

 Phương pháp phần tử hữu hạn

Theo phương pháp này, miền thấm được chia thành những hình tam

giác có kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với các biên và tính

chất của dòng thấm ở các khu vực khác nhau (khu vực có cường độ

thấm mạnh thì chia thành các phần tử có kích thước nhỏ và ngược lại)

Cột nước h(x, y) tại một điểm bất kỳ được xác

định khi biết giá trị cột nước h tại 3 đỉnh i, j, m của

• Nk(k=i,j,m): hàm hình dạng phụ thuộc vào tọa độ điểm đang xét

• hk: cột nước thấm tại vị trí k của phần tử đang xét

21

Trang 12

III Phương pháp số (3)

 Phương pháp phần tử hữu hạn

Nghiệm của bài toán là cực tiểu của hàm:

• p: số phần tử được chia trong miền tính

 

1

p e

E h   E

2 2

i i

E h

Trang 13

I Nền thấm gồm các lớp đồng nhất với hệ số thấm khác nhau (1)

 Hệ số thấm trung bình

Điều kiện áp dụng: khi các lớp đất xếp song song và dòng thấm

chảy dọc theo các lớp đất hoặc chảy theo phương thẳng góc với

o Lưu lượng thấm chung bằng tổng các

lưu lượng thấm trong mỗi lớp

Ví dụ: cho sơ đồ tính như hình vẽ, xác định hệ số thấm trung bình

và lưu lượng thấm dưới đáy?

L = 20m

25

Trang 14

i i

L k

l k



I Nền thấm gồm các lớp đồng nhất với hệ số thấm khác nhau (3)

 Sự đổi hướng của dòng thấm khi vượt qua ranh giới giữa 2 lớp đất

Xét một bó dòng phân tố có lưu lượng thấm dq, ta có:

Trang 15

II Nền thấm là môi trường thấm dị hướng (xem sách)

Trong thực tế, hệ số thấm theo các phương là không giống nhau

 Hệ số thấm theo phương ngang: kn= kmax

 Hệ số thấm theo phương đứng: kđ= kmin

Biến đổi bài toán thấm dị hướng về bài toán thấm đẳng hướng

bằng phương pháp biến đổi tương đương

Trang 16

I Khái niệm chung

1 Mục đích phòng chống thấm

 Giảm áp lực thấm dưới bản đáy để tăng ổn định cho công trình;

 Giảm gradien thấm ở cửa ra để tránh các biến hình thấm cho đất nền.

2 Nhận xét

 Khi tăng chiều dài đường viền thấm thì gradien thấm bình quân và lưu

lượng thấm sẽ giảm và ngược lại.

các bộ phận khác thì áp lực thấm dưới bản đáy công trình giảm.

bộ phận khác thì áp lực thấm dưới bản đáy công trình giảm nhanh.

trong việc tiêu hao cột nước thấm so với các đoạn nằm ngang có cùng

độ dài.

II Các biện pháp phòng chống thấm (1)

1 Sân trước

 Điều kiện áp dụng: tầng thấm dày, hoặc địa chất nền không

cho phép đóng cừ

 Cấu tạo: Sân trước có thể làm bằng đất sét, đất pha sét, vải

chống thấm, bêtông átphan, bêtông thường hoặc bêtông cốt

thép Loại sân bằng bêtông và bêtông cốt thép có khi được neo

chặt vào bản đáy để tăng ổn định chống trượt của công trình

(đối với công trình nhẹ trên nền đất)

Sơ đồ bố trí sân trước bằng đất xét

31

Trang 17

 Xác định kích thước sân trước

 Chiều dài L s

Ls= (3 ÷ 5)H H: chênh lệch cột nước thượng hạ lưu

Chiều dài tối đa của sân trước:

T: chiều dày tầng thấm

 Xác định kích thước sân trước

 Chiều dài dày (t s )

H t J





 Với bê tông ts ≥ 0,4m;

 Với đất sét: ở đầu sân ts ≥ 0,5 ÷ 1,0 m; ở cuối sân chỗ tiếp giáp với

bản đáy ts ≥ 1,0m;

 Với đất thịt: tăng bề dày lên hơn 20 ÷ 30 % so với đất sét.

33

Trang 18

2 Cự chống thấm

 Bố trí cừ

 Đối với nền đất có tầng thấm dày: thường làm sân trước và

đóng một hàng cừ ở mép thượng lưu bản đáy (S2)

 Nền là cát nhỏ: cần đóng thêm một hàng cừ ở mép thượng

lưu sân trước (S1) để giảm áp lực thấm lên bản đáy

 Có thể đóng thêm một hàng cừ S3 để giảm gradient thấm tại

cửa ra

Xem video

• Khoảng cách giữa 2 cừ thõa điều kiện: L > (S1+ S2)

• Nếu dưới đáy công trình có thiết bị thoát nước thì phải đặt xa

15 10

1 1

viền thấm

35

Trang 19

 Cừ thép

 Ưu điểm nổi bật là chống thấm tốt, bền, có thể dùng cho mọi

loại nền không phải đá, nền có lẫn cuội, sỏi Loại cừ này có

khả năng liên kết giữa các bản tốt, chịu được áp lực cao Các

khớp cừ rất khoẻ và đủ lớn, tăng được độ cứng của cừ

nhưng vẫn cho phép ván cừ quay được một góc độ nhất định

quanh khớp nối

 Cừ thép có nhược điểm là giá thành cao nên chỉ được sử

dụng cho những công trình quan trọng

 Cấu tạo

 Cừ thép

 Độ sâu đóng cừ có thể đạt 25m; khi dùng biện pháp hàn

nối cừ thì có thể đóng sâu tới 40m Ván cừ có các loại:

phẳng, chữ u, chữ z.

 Cấu tạo

37

Trang 20

 Cừ bê tông cốt thép

 Cừ này có thể đóng trong mọi loại nền không phải đá

 Có thể dùng loại có mộng hình tam giác, hình thang, hoặc dạng

khớp theo kiểu cừ thép

 Tuỳ theo công dụng và điều kiện chịu lực của cừ mà lựa chọn

kích thước của cừ cho phù hợp Thường bề dày bêtông cốt thép

từ 10 - 50cm; bề rộng 50 - 60cm

 Cấu tạo

3 Chân khay

 Chân khay được đúc liền với bản đáy công trình, bấm sâu vào

nền để tăng ổn định cho công trình, về mặt chống thấm, chân

khay có tác dụng như một cừ ngắn

 Chân khay thường bố trí ở 2 đầu bản đáy Chiều sâu 2 chân

khay thường là bằng nhau, nhưng khi cần tăng ổn đinh chống

trượt cho công trình thì có thể làm chân khay thượng lưu sâu

hon để tạo mặt trượt nghiêng về phía thượng lưu

 Cấu tạo

39

Trang 21

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	498,25 KB