Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM SỐ ĐỀ: 46 _ B A. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH I. Tài liệu 1. Mực nước và cao trình - Cao trình đáy đập: + 100 m - MNDBT của hồ: 145,5 m - H đ = H 1 = MNDBT -  đáy = 145,5-100=45,5 m - Cao trình bùn cát lắng đọng: +108 m - Mực nước hạ lưu: +105 m 2. Tài liệu mặt cắt đập (hình vẽ) MNDBT=145,5 MNHL=105 Hd CTBC=108 Màn ch?ng th?m 100 b nB (1-n)B 5 - Cao trình đỉnh đập: = MNDBT+5 m = 150,5 m - Đỉnh mặt cơ bản nằm ngang MNDBT - Bề rộng đỉnh B=5m; đáy B=0,8H 1 = 36,4 m - Hệ số cột nước còn lại sau màn chống thấm:  1 = 0,5. - Phần hình chiếu của mái thượng lưu lên mặt bằng: nB, trong đó n=0,2 - Dung trọng bê tông:  b = 2,4 T/m 3 = 24 KN/m 3 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 2 3. Các tài liệu khác Tốc độ gió tính toán: V = 24 m/s Chiều dài truyền sóng: D = 4,5 km Thời gian gió thổi liên tục: 6 giờ Vùng xây dựng có động đất cấp 8: K= 20 1 Chỉ tiêu bùn cát lắng đọng: ɣ k = 1,0 T/m3; n bc =0,45; φ bc = 10 0 . II. Các yêu cầu tính toán 1. Xác định các yếu tố của sóng bình quân, độ dềnh cao nhất của sóng 2. Vẽ giản đồ áp lực sóng lên mặt đập thượng lưu, tính P max và M max 3. Xác định trị số và vẽ tất cả các lực lên 1 mét dài đập B. TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH I. Tài liệu Cống B có sơ đồ và kích thước như hình vẽ: L 1 =17,5 m, L 2 =14 m, S 1 =8 m, S 2 =3m, Z 1 =10,5 m, Z 2 =2,5 m, T 0 =12 m. L2 L1 S1=8 m 0.5 S2=3 m Z1 Z2 A B C D E F G 0.00 T 1 II. Yêu cầu tính toán 1. Dùng các phương pháp tính thấm đã học để xác định lưu lượng thấm q, vẽ biểu đồ áp lực thấm lên bản đáy 2. So sánh kết quả giải được bằng các phương pháp và cho nhận xét. 3. Kiểm tra khả năng mất ổn định về thấm của nền. 4. a – Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi nhưng hệ số thấm K thay đổi thì các kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào? Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 3 b - Nếu kết cấu đường viền thấm không đổi nhưng chênh lệch cột nước H thay đổi thì các kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào? 5. Nếu cống xây dựng ở vùng triều, khi cột nước đổi chiều các kết quả tính nào còn sử dụng được? tại sao? Các đường viền thấm có cần thay đổi gì không? Tại sao? A. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH I. Xác định các yếu tố của sóng 1. Các yếu tố sóng trung bình Giả thiết là sóng nước sâu: sử dụng đồ thị hình P2-1 (trang 115 Đồ án Thủy Công). Tính các giá trị không thứ nguyên 8829 24 3600.6.81,9  V gt 64,76 24 4500.81,9 22  V gD Tra đồ thị hình P2-1 ta được:           078,0 9,3 8829 2 V hg V g V gt            016,0 46,1 64,76 2 2 V hg V g V gD  Lấy cặp giá trị nhỏ hơn:           016,0 46,1 2 V hg V g  h = m g V V hg 94,0 81,9 24 .016,0).( 22 2  Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 4 _  = m g V V g 57,3 81,9 24 .46,1).(   Bước sóng trung bình được xác định theo công thức: 20 14,3.2 57,3.81,9 2 . 2 _ 2 _     g m Kiểm tra điều kiện ban đầu: H 1 = 45,5 m > 2  =10 m Vậy sóng là sóng nước sâu với các đặc trưng: h = 0,94 m _  = 20 m _  = 3,57 m. 2. Chiều cao sóng với mức đảm bảo i% xác định theo công thức: h i% = k i% .h Trong đó k i% tra theo đồ thị hình P2-2 (trang 116 Giáo trình Đồ án Thủy Công) Với        64,76 %1 2 V gD i  k i = 2,1 Vậy h i% = h’ = 2,1.0,94 =1,97 m 3. Độ dềnh cao nhất của sóng:  s = k s .h’ Trong đó: k s xác định theo đồ thị P2-4a (trang 116 Đồ án Thủy Công). Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 5 Với          047,0 20 94,0 44,0 5,45 20 1   h H  k s = 1,13 h – chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng (1%). Vậy  s = 1,13.1,97 = 2,23 m (mực nước dâng bình thường nằm trên phần mái nghiêng của Đập nên không có sóng leo) II. Xác định các lực tác dụng lên công trình (theo bài toán phẳng) 1. Áp lực thủy tĩnh: tác dụng ở mặt thượng lưu và hạ lưu đập, bao gồm các thành phần thẳng đứng và nằm ngang. a) Mặt thượng lưu: - Thành phần thẳng đứng: W 1 = 2 1 . n .n’.H 1 2 Trong đó: n’- hệ số mái nghiêng thượng lưu n’ = cotg = 1 H nB = 16,0 45,5 0,2.36,4   n – khối lượng riêng của nước (10 KN/m 3 ).  W 1 = 2 1 .10.0,16.45,5 2 =1656,2 KN Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: x 1 =B - 3 ' 1 Hn =36,4 - 3 5,45.16,0 = 33.97 m. - Thành phần nằm ngang: W 2 = 2 1 . n .H 1 2 = 2 1 .10.45,5 2 =10351,25 KN Điểm đặt cách đáy: 3 1 2 H y  = 17,15 3 5,45  m b) Mặt hạ lưu: Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 6 - Thành phần thẳng đứng: W 3 = 2 1 . n .m’.h 2 2 Trong đó: m’= cotg = 1 ).1( H Bn  = 64,0 5,45 4,36).2,01(    W 3 = 2 1 .10.0,64.5 2 = 80 KN Điểm đặt cách A về phía trái: x 3 = 3 '. 2 hm = 3 5.64,0 = 1,07 m. - Thành phần ngang: W 4 = 2 1 . n .h 2 2 = 2 1 .10.5 2 = 125 KN Điểm đặt cách đáy: y 4 = 3 2 h = 1,67 m. 2. Áp lực sóng Áp lực sóng lớn nhất đạt được ứng với độ dềnh: '.hk dd    Trong đó: d k  tra theo đồ thị hình (3-7c), Giáo trình thủy công tập I; Với          047,0 20 94,0 44,0 5,45 20 1   h H → d k  = 0,3 h- chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng (1%). → '.hk dd    = 0,3.1,97 = 0,591 m Trị số áp lực sóng lớn nhất tác dụng lên mặt đập xác định theo công thức: W s = ) 2 ' '.( 1 h HhK nd   Trong đó: hệ số K đ xác định theo đồ thị hình P2-4c (trang 116 Đồ án Thủy Công). Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 7 Với          047,0 20 94,0 44,0 5,45 20 1   h H →K đ = 0,14  W s = ) 2 ' '.( 1 h HhK nd   = 0,14.10.1,97.(45,5+ 2 97,1 ) = 128,2 KN - Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra: ) 22 '. 6 ' '.( 2 11 2 max HHhh hKM nm   Trong đó hệ số K m xác định theo đồ thị hình P2-4d (trang 116 Đồ án Thủy Công). Với          047,0 20 94,0 44,0 5,45 20 1   h H → K m = 0,21  M max = 0,21.10.1,97.( 6 97,1 2 + 2 5,45.97,1 + 2 5,45 2 ) = 4470,4 KNm Điểm đặt cách đáy 1 đoạn: y s = M max /W s = 4470,4/128,2 = 34,87 m. 3. Áp lực đẩy ngược Công trình chịu 2 loại áp lực thấm đẩy ngược là Lực thấm đẩy ngược và Lực thủy tĩnh đẩy ngược (do Đập ngập phía hạ lưu). - Áp lực thấm đẩy ngược: Cường độ lực thấm đẩy ngược sau màn chống thấm là P max =  n . 1 .H Trong đó:  1 - hệ số cột nước còn lại sau màn chống thấm H - cột nước thấm, H = H 1 - h 2 = 45,5 – 5 = 40,5 m.  P max =  n . 1 .H = 10.0,5.40,5 = 202,5 KN. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 8 Tổng áp lực thấm đẩy ngược là: W th = 2 1 .  n . 1 .H.B = 2 1 .10.0,5.40,5.36,4 = 3685,5 KN Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: x th = 2B/3 = 2.36,4/3 = 24,27 m. - Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược: W 5 =  n .B.h 2 = 1820 KN Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn x 5 = B/2 = 36,4/2 = 18,2 m. 4. Áp lực bùn cát - Thành phần thẳng đứng: W 6 = 2 1 . bc đn .h 3 2 .n’ Với  bc đn =  k –  n (1 - n bc ) = 10 – 10.(1 - 0,45) = 4,5 KN/m 3  W 6 = 2 1 .4,5.8 2 .0,16 = 23,04 KN Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: x 6 =B - 3 ' 3 hn =36,4 - 3 8.16,0 = 35.97 m. - Thành phần nằm ngang: W 7 =        2 45 2 1 022 3   tgh đn bc = 2 1 .4,5.8 2 .tg 2 (45 0 - 2 10 0 ) = 101,4 KN Điểm đặt cách đáy: y 7 = 3 3 h = 3 8 =2,67 m. 5. Trọng lượng thân đập Chia đập ra làm 3 hình nhỏ rồi xác định trọng lượng của từng phần rồi cộng lại. G = G 1 + G 2 + G 3 G 1 =  b . 2 1 .(H 1 n’.B) = 24. 2 1 .(45,5.0,2.36,4) = 3974,88 KN Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 9 Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: x G1 = B – 3 2nB = 36,4 – 3 2.0,2.36,4 = 31,55 m. G 2 =  b .(H 1 + a).b = 24.(45,5 + 5).5 = 6060 KN Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: x G2 = (1-n).B – 2 b = 26,62 m. G 3 =  b . 2 1 .(H - m b ).[(1-n).B-b] = 24. 2 1 .(45,5 - 64,0 5 ).[(1-0,2).36,4-5]= 10908,27 KN Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: x G3 = 3 b-n)B-(1 = 3 5-0,2)36,4-(1 = 8.04 m.  Tổng trọng lượng đập: G = 3794,88 + 6060 + 10908,27 = 20763,15 KN. 6. Lực sinh ra khi có động đất a) Lực quán tính động đất của công trình F đ = K đ ..G Trong đó: K – hệ số động đất ( = 20 1 = 0,05) −hệ số đặc trưng động lực công trình  = 1 + 0,5. 0 1 h h = 1,5 Lực động đất cùng phương ngược chiều với gia tốc động đất, điểm đặt tại trọng tâm mặt cắt tính toán. F đ = 20 1 .1,5.11888,38 = 891,63 KN Điểm đặt cách đáy: 3 1 H y đ  = 17,15 3 5,45  m. b) Áp lực nước thượng lưu tăng thêm do động đất W đ t = 56,5175,45.10.05,0 2 1 2 1 2 2 1 HK n  KN Điểm đặt cách đáy: 3 1 H y đ  = 17,15 3 5,45  m. c) Áp lực nước hạ lưu tăng thêm do động đất Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 10 W đ h = 25,65.10.05,0 2 1 2 1 2 2 2 hK n  KN Điểm đặt cách đáy: y đ = 3 2 h = 1,67 m. d) Áp lực bùn cát tăng thêm khi có động đất W 8 = 2.K.tg.W 7 K – hệ số động đất  – góc ma sát trong của bùn cát (  = 10 0 ) W 7 - thành phần nằm ngang của áp lực bùn cát.  W 8 = 2.0,05.tg10 0 .101,4 = 1,78 KN Điểm đặt cách đáy: y 8 = 3 3 h = 3 8 =2,67 m.  Sơ đồ các lực tác dụng lên đập h s Ws Wd W8 Wd2 W3 W2 W7 W6 W1 W4 nB B/2 (1-n)B B/3 Wth W5 H 1 H 1/ 3 h 3 /3 nB/3 a 1 H m'h 2 /3 h 2 /3 H h 2 Fd G t Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) [...]... [J] 21 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 Với  = d 60 = 15 tra hình P3-1 trang 118 Đồ Án Thủy Công d10 Ta được [ J ] = 0,2 Từ đó ta vẽ được biểu đồ áp lực dưới đáy công trình như hình vẽ sau: 22 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)... Vậy công trình không bị lật III Kiểm Tra Ổn Định Với hệ số an toàn: f = 0,65 Công trình cấp 3: Kn = 1,15 Điều kiện ổn định: f.∑P/∑Q ≥ Kn f.∑P/∑Q = 0,65.17196,89/11866.28 = 0,94 < 1,15  Vậy công trình bị trượt 11 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 B TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG... 3 Tính áp lực thấm Tổn thất qua mỗi bộ phận được xác định theo công thức 17 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 hi=  i H  i trong đó: ξi – hệ số sức kháng của bộ phận đang xét; ∑ ξi – tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống (=4,54) H – cột nước thấm (= 8 m) h1 = 0,476... 4.8 =32  Nền đảm bảo độ bền II Tính theo phương pháp hệ số sức kháng 1 Phân đoạn Chia miền thấm thành các bộ phận khác nhau 1, 2, 3, 4, 5 như trên hình vẽ 2 Xác định hệ số sức kháng của từng bộ phận 15 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 Z1 Z2 A 0.5 T 0.00 1 B F S2=3 m... thấm thẳng đứng có khả năng tiêu hao cột nước thấm lớn hơn đoạn nằm ngang m lần Chiều dài tính toán của đường viền thấm xác định theo công thức: Ltt = Lđ + Ln m Trong đó: 12 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 Lđ – chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên... h2 h4 h5 W th h1 4 Tính lưu lượng thấm Công thức: q = K H  = 2.10-6 i 8 4,54 =3,52 m2/s 5 Tính gradient thấm: xác định theo công thức Jra = Với  1 T1    i – hệ số  S T = sin[ (  2  1)] theo Antipov: 2 T1 T1 = 1; 19 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 T1 – lấy... Đường dòng đầu tiên: Đường viền thấm dưới đáy công trình - Đường dòng cuối cùng: Mặt tầng không thấm Miền thấm giữa 2 đường thế kế nhau gọi là dải, miền thấm giữa 2 đường kề nhau gọi là ống dòng → Sơ đồ lưới thấm như hình vẽ 20 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 2 Xác định... printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 - Trên đoạn đường viền ngang Jn = Jd 0.228 = = 0,091 m 2,5 3 Tính lưu lượng thấm T1- chiều dày tầng thấm dưới bản đáy cống, T1=13 m q = K.Jn.T1 = 2.10 -6.0,091.13= 2,37.10-6 m2/s 4 Độ bền thấm của nền Nền là cát pha (đồng nhất đẳng hướng) Lấy C = 5 Kiểm tra theo công thức: Ltt > C.H  35,1 > 4.8... 2,6 m = 1,13 m 8 4,54 = 1,63 m Áp lực thấm lên bản đáy: Wth = = 10 Áp lực thủy tĩnh: Wtt = n (h 4  h 5 )  h 4 L 2 2 (1,13  1,63)  1,13 14 = 272,3 KN 2 n.(H2+t).L2=10.(2,5 + 1).14 = 490 KN 18 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 Z1 Z2 A 0.5 0.00 B 1 E C F S2= 3 m S1= 8...Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2  Bảng tổng hợp lực tác dụng lên công trình Thứ tự Lực tác dụng Trị số P↓ ( + ) 1656.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 W1 W2 W3 W4 Ws Wth W5 W6 W7 10 G1 3974.88 11 12 13 14 15 G2 G3 Fđ Wđ W8 Q→ ( . Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: Đào Văn Nhượng _ 49CT2 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰC VÀ THẤM SỐ ĐỀ: 46 _ B A. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH. theo đồ thị P2-4a (trang 116 Đồ án Thủy Công) . Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công. kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào? Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Đại Học Thủy Lợi _ 2010 Đồ án môn học Thủy Công Sv: