Thiết kế đập đất đồng chất có tường lỏi mềm - P2

Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng mềm

3 Xác định lưu lượng thấm và đường bão hoà của đập và nền.

Kiểm tra ổn định của đập:-Kiểm tra ổn định trượt phẳng.-Kiểm tra ổn định lật.

-Kiểm tra ổn định trượt của mái dốc theo phương pháp trượt cung tròn.

PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN.

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT CÓ TƯỜNG NGHIÊNGMỀM.

+ xoy : hệ trục toạ độ giả định khi tính toán thấm.2 Lý thuyết đập đất đồng chất có tường nghiêng mềm.a) Khái niệm:

Đập đất là loại đập được cấu tạo từ loại đất có khả năng chịu được ổn định nhờ trọng lượng bản thân Đặc điểm của đập đất là cho dòng thấm chảy qua.

b) Nguyên tắc và các bước thiết kế đập đất.+ Nguyên tắc:

Đập và nên phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc.

Thấm qua nền và thấm qua thân đập không tiêu hao cột nước qua lớn, không xói ngầm, nước thấm qua thân không làm hư hỏng đập

Đập phải đủ cao, phải có công trình tháo lũ đảm bảo hệ thống làm việc an toànCó thiết bị bảo vệ mái đập chống tác hại của sóng, gió, mưa, nhiệt độ…

Giá thành đập và kinh phi quản lý rẻ nhất.

Việc lựa chọn các loại đập, cấu tạo các bộ phận thời gia và phương pháp thi công phải dựa vào tình hình hệ thống công trình.

Tính toán khối lượng công trình và nhân công.(*) Tính toán thấm qua đập đất.

(*) Phương trình của đường bão hoà:

)( 1 2

II Ung dụng.

(*)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_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.

CTĐĐ = 30 + 2 = 32 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 :

Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 2 m

Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm nước : T = ∞ m : lấy T= 10m

Mặt cắt ngang đập như hình vẽ:

m = 3,5m = 330m

(*) Tính toán lưu lượng thấm qua đập và nền :

Trường hợp đập có tường nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng chảy ta thiết lập công thức tính lưu lượng như sau : Theo giáo trình Thuỷ Công Given

qk0 h1(−h3) Tt⋅ h1

h32−−z022⋅δ⋅sin( )α+

T : chiều dày tầng không thấm T = 10 mGiải 2 phương trình trên ta tìm được : q , h3

q = 0.39 m/ngđ = 4.47.10-6 m/s ; h3 = 2,70 m-)Đường bão hoà

o .(0,5)0,39.(30,5)1.05/245

Đường bão hoà như hình vẽ :

m = 3,5m = 330m

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :

W2 = Vn.γn = 30*9.3*30*1/2 = 3656 Táp lực đẩy nổi :

W3 = 0,5.30.(30.3 + 5 + 30.3)/2 = 1387.5 TTrọng lượng bản thân đập :

G1 = 32.3.32.1,45/2 = 2227.2 TG2 = 32.5.1,45 = 232 T

G3 = 32.3.32.1,45/2 = 2227.2 TTổng trọng lượng : G = 4686.4 T

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:

Trong đó:

.m

1)Kiểm tra ổn định trượt phẳng: Tổng lực giữ :

Pgiữ = (G + W2 – W3 + 2.Pd.cosα).0,7 = (4686.4 + 3656 – 1387.5 + 2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4281.02 T

Tổng lực gây trượt :

Ptr = W1 + 2.Pd.sinα = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 T

Vậy đập ổn đinh trượt

2)Kiểm tra ổn định lật :

Tổng mô men giữ :

Mgiữ = G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4 = 278385 TmTổng mô men lật :

Mlật = W1.e5 + W3.e6 = 65298 Tm

c.Công thức kiểm tra điều kiện ổn định trượt là:K=

Trong đó :

K- Hệ số ổn định trượt, với đê mái nghiêng K >1,3.

αi-Gradien của đường đáy phân tố thứ i.

H-Ngoại lực tối đa theo phương ngang (áp lực sóng, áp lực thuỷ tĩnh ).a-Cánh tay đòn của ngoại lực.

W’-Tổng trọng lượng thực của phân tố thứ i.

Wi- Tổng trọng lượng hữu hiệu của phân tố chia nhỏ thứ i

Ta chia nhỏ phạm vi cung trượt làm 5 mảnh nhỏ có bề rộng như nhau.Dựa vào hình vẽ ta xác định được α1=360; α2=150; α3=50; α4=260; α5=510.Trong tính toán ta coi như bỏ qua áp lực sóng (vì áp lực này gây ổn định hơn) , áp lực thuỷ tĩnh phân bố hình tam giác khi tham gia vào ổn định làm đê càng ổn định vì vậy giá trị ở mẫu của thành phần này mang giá trị âm Coi đất nền và cát có γ=1,8T/m3.Ta coi Ci =0; ϕi=450 tại vị trí cung trượt đi qua phần đất của mảnh5.Xét các lực tác dụng lên mảnh thứ 5 như sau:

Tổng trọng lượng bản thân (hữu hiệu) là:

dniF ∑ F

+6,4.(1,8-1,025)=59T.Tổng trọng lượng thực là:

W’=2,5.7,85+4,7.2,5+21,73.2,2+6,4.1,8=90,7T.Chiều dài cung tròn trong đoạn 5 là:

f giò c i

W =57T5 f g©y tr¦ät

1

W 2

W W 3

4 W

o

Và tương tự với các mảnh còn lại dựa vào mặt cắt ta tính toán như bảng sau:

Tử số

Mẫu số

Vậy ta có :

Vậy đoạn đê tính toán đảm bảo ổn dịnh trượt cung tròn.

S1 , S2: chiều cao 2 hàng cừ.T: chiều sâu tầng không thấm.2 Lý thuyết đập bê tông trọng lực.a) Khái niệm chung.

Đập trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó Trọng lượng đập giữ cho đập không bị đẩy nổi, trượt và lật.

Đập bê tông trọng lực có khối lượng lớn nên không lợi dụng hết được khả năng làm việc của vật liệu Vì vậy vật liệu xây dựng đập không có yêu cầu cao như bê tông , không cần mác cao, một phần đập có thể dùng bằng đá…

Để đảm bảo tính ổn địhh cao người ta xây dựng đập bằng bê tông nên có thể gọi đập bê tông trọng lực.

b) Thiết kế mặt cắt ngang của đập bê tông trọng lực.

Mặt cắt ngang kinh tế của đập là mặt cắt ngang có chiều rộng nhỏ nhất và thoả mãn ba điều kiện:

+ Điều kiện ổn định: đảm bảo hện số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất phải lớn hơn trị số cho phép.

+ Điều kiện ứng suất: khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu hoặc có xuất hiện phải nhỏ hơn trị số cho phép

+ Điều khiện về kinh tế: đảm bảo điều kiện khối lượng công trình là nhỏ nhất.(*)Xác định bề dày đế đập theo điều kiện ứng suất:

Từ đó ta xác định được chiều rộng đáy đập theo công thức sau:

γγ + −=

Trong đó:

+ f: hệ số ma sát giữa đập và đất nền+ Kc: hệ số an toàn ổn định của đập

+ ∑G: tổng các lực tác dụng lên mặt cắt.

c) Tính toán ổn định trượt, lật của đập dọc theo nền.

WPk

b Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất và điều kiện trượt.

Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 30 m và chiều rộng đáy là B hình chiếu mái thượng lưu là nB ,hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B.

=>n=- 0.1.Vì n=- 0,1 nghĩa là mái dốc thượng lưu đập có độ dốc ngược ,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:

11αγγ −

(lấy α1=0,5)⇒B=0,77h.

=>B=24m.Và thoả mãn ổn định trựơt vì B∈[0,87.h;0,7.h].c Mái dốc thân đập :

Mái dốc đập thượng lưu : m0 = 0Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 0,55d Xác định ứng suất của đập.

ưng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo công thức nén lệch tâm

6* 2 0

=σTrong đó:

α1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5) γ1 :Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (=2,3T/m3)

γ :Trọng lượng riêng của nước (=1T/m3)

M = γ +α γ − γ + γ −γ + γ

Thay số ta có ΣG=1208,5 T ΣM0= 6989,5 T.m

Vậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập là: 6 2 0

Trong đó

f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.7) Kc:Hệ số an toàn ổn định của đập (=1) ΣG:Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt

W1:áp lực nước nằm ngang tác dụng lên mái đập thượng lưu W .H .γn

21 2

1= =>W1=450 TTa có:

ΣG= G- Wt

Trong đó:

G:Trọng lượng bản thân công trình:

G=1/2.(b+B).H.γđ=1/2*(10+24)*30*2.3=1020 T Wt: áp lực đẩy nổi dưới đáy đập

Vậy: ΣG= G- Wt=1020-180=840 T.

⇒Ta có :

W1=450T<f.ΣG=0,7.840=588T Đập là ổn định với kích thước trên (*)Xác định lưu lượng thấm qua đáy đập theo phương pháp hệ số sức kháng Đây là phương pháp gần đúng để xác định lưu lượng thấm qua đáy đập.Trong thực tế xây dựng các đoạn thẳng đường viền có thể chia làm 3 bộ phận:

-Bộ phận cửa vào có cừ thượng lưu.-Bộ phận giữa thường có cừ.

-Bộ phận cửa ra có cừ hạ lưu.

Khi đó lưu lượng thấm qua đập được xác định theo công thức sau:

(1-1).Trong đó:

H-Độ chênh cột nước trên các đoạn đường viền.(H=44m).k-Hệ số thấm (k=0,01 m/ngđ).

ξc=

Lo30m

Tải trọng tác dụng lên đập gồm có : Tải trọng bản thân , tải trọng sóng, áp lực nước áp lực đẩy nổi.

a Xác định tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng tường đứng.Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình là:

Mô men lớn nhất tác dụng lên công trình là:

H=30m-Chiều cao cột nước thượng lưu.

γ=1T/m3-trọng lượng riêng của nứơc.

Thay số vào các công thức ta có Pmax=114,4T; Mmax=3870Tm.b.Xác định tải trọng bản thân, áp lực nước, áp lực đẩy nổi.

Các tải trọng này được tính toán ở phần trên Vậy ta có sơ đồ lực như sau:

TÇng Kh«ng thÊm nuícFnc

(*).Tính toán ổn định công trình.

a.Xác định ổn định trượt của công trình.

Do việc xác định bề rộng đập thoả mãn điều kiện trượt phẳng Tuy nhiên công trình có thêm cừ càng làm tăng ổn định Vậy ta không cần kiểm tra điều kiện này.b.Tính toán ổn định lật của công trình quanh điểm A.

Từ sơ đồ lực như trên ta có:Tổng mô men giữ là:

Tổng mô men lật là:

Ml=968*14,67+347*22,67+3870=25937,05Tm.Hệ số ổn định lật là:

Vậy công trình đảm bảo ổn định lật.

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ ĐẬP ĐÁ CÓ TƯỜNG LÕI MỀM.I Cơ sở lý luận.

1 Sơ đồ tính.(Hình 3.1)

Đập đá có tường lõi mềm là dùng hình thức chống thấm bằng lõi đất mềm, mặt trước mặt sau tường lõi đều phảI làm tầng lọc ngược để chống thấm và xói ngầm.b) Thấm qua đập đá có lõi giữa.

Khi tính thấm qua đập đá có lõi giữa ngưòi ta giả thiết rằng mực nứơc thượng lưu kéo dài tới mép của lõi giữa, tức là tổn thất cột nước trong phần đá đổ trước lõi giữa là không đáng kể.

Khi tính thấm chỉ xét dòng thấm qua lõi, dựa vào lưới thấm qua lõi để tính Khi H1/L < 0.5 có thể xác định theo ct:

Gradien của dòng thấm khi ra ở mép thượng lưu:Jt=sinα ; JP= sinα tgβ=> J = sinα /cosβ

β: góc đường dòng tạo với mặt hạ lưu tại điểm đang xét.

Lưu lưọng thấm qua lõi được xác định theo công thức:Q= k1 Ω

K1 : hệ số thấm của lõiΩ : diện tích của biểu đồ J.II Ung dụng.

(*) 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_lũTa chọn d=2m với cấp công trình là cấp 1.

CTĐĐ = 30 + 2 = 32 m 2.Chiều rộng đỉnh đập :

Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo , giao thông B = 0.1 H

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 :

Mục đích chủ yếu tính thấm qua đập đá là xác định lưu lượng thấm qua tương lõi Do môi trường đá đổ có khe rỗng đá lớn cho nên sự chuyển động của nước không tuân theo định luật Đacxy dòng thấm qua đá là dòng chảy rối có thể tính gần đúng theo công thức của Pa vơ lốp ki sơ đồ tính như hình vẽ trên.

Ta có phương trình lưu lượng thấm như sau :

)2/(165.

Áp lực nước tác dụng trên mái dốc :

W2 = Vn.γn = 30*10*30*1/2 = 4500 Táp lực đẩy nổi :

W3 = 0,5.30.(30.3 + 5 + 30.2,5)/2 = 1365 TTrọng lượng bản thân đập :

G1 = 1957.5 TG2 = 217.5 TG3 = 1631.25 T

Tổng trọng lượng : G = 3806.25 T2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :

Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:

Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức:

2nbno

Vậy thay vào công thức 2-4 ta có Pd=4,75T/m2.Xác định tung độ z2:

Trong đó:

IV)Kiểm tra ổn định của đập

Việc kiểm tra ổn định của đập tương tự như đập đất đồng chất do đó ở đây ta không tính lại nữa.(do đậpcó trọng lượng lớn hơn đập đât và có áp lực đẩy nổi nhỏ hơn do co hệ số rỗng lớnnên ta coi là an toàn và không cân kiểm tra).