Công trình thủy - Chương 2: Cơ sở thiết kế công trình thủy

1 7/21/2014 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG E-mail: nthong56@yahoo.fr Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 7/21/2014 2 NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế cơng trình thủy lợi (CTTL). Chương 3. Hồ chứa nước. Chương 4. Đập dâng nước Chương 5. Cơng trình tháo lũ Chương 6. Cơng trình dẫn nước. Chương 7. Máy thủy lực. Chương 8. Thủy điện. Chương 9. Trạm bơm CÔNG TRÌNH THỦY PGS. Dr. Nguyễn Thống 7/21/2014 3 CƠ SỞ KỸ THUẬT THIẾT KẾ CTTL Bốn giai đoạn thực hiện dự án: 1- Khảo sát. 2- Thiết kế : - Lập Báo cáo kỹ thuật (nghiên cứu Tiền khả thi), Lập Dự án đầu tư (nghiên cứu Khả thi). - Thiết kế kỹ thuật. - Thiết kế thi công. 3- Thi công. 4- Quản lý. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 4 CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ 1- Địa hình (tỷ lệ 1/50000, 1/10000,1/2000, 1/1000, 1/500). 2- Địa chất: Địa chất kiến tạo, điạ chất thủy văn, địa chất công trình, địa chất thổ nhưỡng. 3. Khí tượng - Thủy văn. 4. Môi trường. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 5 CƠ SỞ TÍNH TOÁN 1. Phân cấp CTTL (cấp I, II,III,IV,V). - Công trình (CT) lâu dài. - CT tạm thời. - CT chủ yếu. - CT thứ yếu. ý nghĩa của phân cấp ??? PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 6 2. NỘI DUNG TÍNH TOÁN - Tính toán thủy văn; - Tính toán thủy năng; - Tính toán thủy lực; - Tính toán lực tác dụng lên CTTL; - Tính toán thấm; PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 2 7/21/2014 7 - Tính toán ổn định và biến dạng; - Tính toán kết cấu; - Tính toán và dự báo tác động môi trường; - Tính toán kinh tế. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 8 TẢI TROïNG, LỰC * Tải trọng và lực tác dụng thường xuyên: Bao gồm: Áp lực nước tỉnh, động, đẩy nổi, thấm, áp lực nước trong các lỗ rỗng... ứng với MNDBT và thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường, áp lực đất có xét đến tải trọng trên mặt, ứng suất trước của kết cấu. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 9 * Tải trọng và lực tác dụng tạm thời dài hạn: • (áp lực đất bổ sung do biến dạng nền, kết cấu, nhiệt, áp lực bùn cát, từ biến, co ngót kết cấu). * Tải trọng và lực tác dụng tạm thời ngắn hạn: • (Thiết bị nâng, tàu thuyền vật trôi va chạm, sóng, gió, nước va). * Tải trọng và lực tác dụng tạm thời đặc biệt: • (Động đất, nổ mìn, gió khi bão, nước va khi cắt tải hoàn toàn). PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 10 TỔ HỢP TẢI TRỌNG PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 11 1- Tổ hợp TT cơ bản = thường xuyên + tạm thời dài hạn + tạm thời ngắn hạn. 2- Tổ hợp TT đặc biệt = thường xuyên + một trong số tạm thời đặc biệt.  Xét cả 2 tổ hợp và chọn trường hợp nguy hiểm PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 12 ÁP LỰC NƯỚC PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 3 7/21/2014 13 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy A hA F M N pA=ghA Nước pA áp suất nước tác dụng tại A F lực tác dụng lên mặt MN 7/21/2014 14 ÁP SUẤT NƯỚC TÁC DỤNG LÊN THÀNH PHẲNG ÁP SUẤT: Biểu diễn bằng 1 vectơ: • Phương : thẳng góc với mặt tác dụng. • Chiều: hướng vào mặt tác dụng. • Cường độ: (p tỷ lệ tuyến tính với chiều sâu) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy PGS. Dr. Nguyễn Thống p h 2p gh(N / m ) Nước,  A 7/21/2014 15 1. ÁP LỰC THỦY TỈNH: Áp suất nước p tại độ sâu h so với mặt thoáng: với =1000kg/m3: khối lượng riêng nước. Áp lực tương đương tác dụng lên mặt phẳng S: p 0 : áp suất tại tâm mặt xét, S diện tích mặt xét. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy )/( 2mNghp  )N(SpF 0 7/21/2014 16 PGS. Dr. Nguyễn Thống 2H/3 H A B C A ’ H/2 p A p o Ap gH  F G p 0 =gH/2 F=p 0 S=p 0 bH= gbH2/2 CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 17 • Tính và vẽ áp lực tương đương F PGS. Dr. Nguyễn Thống A B H C h C p C Cc ghp  gHpA  0Bp  (vì h B =0) G F 2H/3   sin H .b. 2 H g)L.b.( 2 H gF AB  A ’ CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 18 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 4 7/21/2014 19 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 1H 1 Hệ sớ giảm áp Màng chớng thấm 7/21/2014 20 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy Bài tập: Cho một đập bê tông có kích thước như hình vẽ. Xác định áp lực nước tác dụng lên công trình (tính cho b=1m chiều rộng): - Thủy tỉnh. - Đẩy nổi. - Thấm (hệ số giảm áp lực  1 =1). - Bùn cát với dung trọng đẩy nổi  đn =0.7 t/m 3 và góc nội ma sát =200. !!! Đẩy nổi+Thấm  Áp lực ngược 7/21/2014 21 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy MNDBT=55m MNHL=20m C/t m/đ=15m a=5m b=25m A B C Bùn cát, +30m 7/21/2014 22 ÁP LỰC THỦY ĐỘNG Khi nước đến gần một vật cản cố định, ngoài áp lực thủy tỉnh còn có thêm một tác dụng lực bổ sung  áp lực thủy động P. với V vận tốc trung bình,  góc giữa hướng dòng chảy và mặt tác dụng, A diện tích, k v hệ số chảy vòng lấy như sau: PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy )N()cos1(AVkP 2V  7/21/2014 23 ÁP LỰC THỦY ĐỘNG PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy kv =1 kv =0.7 kv =0.4  7/21/2014 24 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy Bài tập: Xác định áp lực thủy động tác dụng lên trụ pin có dạng lượn tròn. Diện tích A=80m 2 , vận tốc trung bình dòng chảy là 4m/s, góc đến =750. 5 7/21/2014 25 ÁP LỰC SÓNG PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 26 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy λs Trục sóng Mực nước hồ tỉnh h's h s  Bước sĩng 7/21/2014 27 Vận tốc gió:  vận tốc gió thực đo ở cao độ Z,  10 tốc độ gió ở cao độ 10m so với mặt hồ. kω hệ số quy đổi khi Z khác cao độ 10 m so với mặt hồ. )/(10 smk   PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy Chiều cao thực đo (m) 2 6.5 8 10 12 17 20 k 1.25 1.05 1.03 1 .98 .94 .89 7/21/2014 28 Tần suất phụ thuộc cấp công trình: PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy Cấp CT Tần suất gió p% MNDBT MNGC I 2 20 II 2 20 II 4 30 IV 4 50 V 10 50 7/21/2014 29 ĐÀ GIÓ (D): Phụ thuộc hình dạng hồ. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 30 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 6 7/21/2014 31 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy H= s /2 H pg Khu sâu Khu cạn Khu xô va Khu tiếp bờ Đáy CÁC KHU NƯỚC TRONG VÙNG GÂY RA SÓNG 7/21/2014 32 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG - Khu nước sâu: H > λ s /2 đáy không ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước sóng. - Khu nước cạn: H pg < H < λ s /2 đáy có ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước sóng. với m=ctg(α) mái dốc bờ. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 2 s pg s 2 s 1 m H h (0,47 0,23 ) h m     7/21/2014 33 Công thức thực nghiệm tính thông số sóng: Andreanov: Đà gió D tính bằng km. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 5/ 4 1/3 s 10h 0,0208 D 1/ 2 s 100,304 D  7/21/2014 34 Lapzovski - Khu nước sâu: với  chỉ độ dốc sóng: PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 0s s 10h 0,073k D  0s 10 D 0,073    7/21/2014 35 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 10 0,4D sk 1 e     10 0s 14 0s h 1 9 19e        7/21/2014 36 Lapzovski - Khu nước cạn: s02ss01s k,hkh  PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy H/ s 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1 k 1 .119 .435 .652 .823 .904 1 k 2 .251 .564 .703 .832 .904 1 7 7/21/2014 37 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy BIỂU ĐỒ TÍNH ÁP LỰC SÓNG hs+h ' s 3hs P3h H P0 PH 3h s B A C D E 7/21/2014 38 Độ dâng cao trục sóng so với mực nước tỉnh: PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy ' 0 s sP (h h )  s H s h P 2 H ch    2 ' s s s s h 2 H h cth      7/21/2014 39 CÔNG THỨC GẦN ĐÚNG TÍNH ÁP LỰC TƯƠNG ĐƯƠNG P 2 H 2 )pH)(hhH( P 2 n Hss ns    PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy )x(sh )x(ch )x(cth; )x(ch )x(sh )x(th 2 ee )x(sh; 2 ee )x(ch xxxx       7/21/2014 40 Trường hợp mặt nghiêng PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy H 3hs hs p'3h β ' 3h 3h 0 P P ( 1) 45    7/21/2014 41 Bài tập: Cho biết vận tốc gió tại cao độ 10m so với mặt hồ là 20m/s. Đà gió hồ là D=2 km. Kích thước và mực nước hồ như hình vẽ sau. - Tính áp lực sóng (Andreanov) tác dụng lên mặt đập bê tông thẳng đứng. - Giả thiết bây giờ mặt đập nghiêng 60 0 so với phương ngang. Tính áp lực sóng tương ứng. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 42 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy H=15m 8 7/21/2014 43 TÍNH TOÁN THẤM PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 44 GIỚI THIỆU - Thấm là sự chuyển động của chất lỏng trong môi trường có các lỗ hoặc khe rỗng (đất, đá, bê tông,…). - Khi có công trình (cống, đập,…)  tạo nên chênh lệch cột nước thượng và hạ lưu công trình  xuất hiện dòng thấm trong môi trường rỗng. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 45 PGS. Dr. Nguyễn Thống THẤM CÓ ÁP DƯỚI CÔNG TRÌNH CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 46 PGS. Dr. Nguyễn Thống THẤM CÓ ÁP DƯỚI CÔNG TRÌNH CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 47 PGS. Dr. Nguyễn Thống THẤM VÒNG QUANH CÔNG TRÌNH (Nhìn từ trên xuống) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 48 PGS. Dr. Nguyễn Thống Đường bão hòa THẤM KHÔNG ÁP QUA CÔNG TRÌNH Vùng không có nước Vùng bão hòa nước CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 9 7/21/2014 49 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 50 TÁC HẠI DO THẤM GÂY RA PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 51 TÁC HẠI DO THẤM GÂY RA PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 52 LƯỚI THẤM PGS. Dr. Nguyễn Thống Đường dòng Đường thế CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 53 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 54 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 10 7/21/2014 55 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 56 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trọng lượng riêng: Trọng lượng riêng ướt: PGS. Dr. Nguyễn Thống Trọng lượng Thể tích V k V n V h V r W h W n W k V W Hạt Nước Khí )m/kN( V W 3 )m/kN( V WW 3nh  CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 57 Trọng lượng riêng bão hòa: Với Wn’ trọng lượng nước chiếm đầy Vr. Trọng lượng riêng đẩy nổi: Chứng minh: PGS. Dr. Nguyễn Thống )m/kN( V WW 3nh bh  )m/kN( V VW 3hnh dn   1bhdn  CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 58 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  CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 59 Độ rỗng: Tỷ lệ giữa thể tích lỗ rỗng và tổng thể tích mẫu. Hệ số rỗng: PGS. Dr. Nguyễn Thống % V V 100%n r h r V V  CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 60 2. Phương trình cơ bản của dòng thấm Trong lý thuyết thấm, vận tốc thấm V là giả định và xem dòng thấm đi qua cả môi trường thấm (V=Q/). V: vận tốc thấm trung bình. Q: lưu lượng thấm. : diện tích mặt cắt thấm thẳng góc với dòng thấm. Thực tế, dòng thấm đi qua các khe và lỗ rỗng có vận tốc thực V i >V. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 11 7/21/2014 61 MÔ HÌNH HOÁ TRONG NGHIÊN CƯÚ THẤM QUA MÔI TRƯỜNG RỖNG PGS. Dr. Nguyễn Thống u i THỰC, u i U MÔ PHỎNG dùng U V u i = U/n với n=V r /V U=Q/  diện tích thấm.  Q  CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 62 HỆ SỐ THẤM k PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 1: Thấm qua công trình 7/21/2014 63 PGS. Dr. Nguyễn Thống Loại đất X CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 64 PGS. Dr. Nguyễn Thống Aùp suất 0 H e ä s o á t h a ám -100 10 CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 65 PGS. Dr. Nguyễn Thống K = hằng số Aùp suất CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 66 Phương trình vi phân hiện tượng thấm phẳng – Công thức Darcy V= - kJ: U x , U y : hình chiếu vận tốc thấm V xuống x, y. k x , k y : hệ số thấm theo phương x, y. H =H(x,y)=y+p/ : cột nước tác dụng dòng thấm. p(x,y): áp suất. y: thế năng. PGS. Dr. Nguyễn Thống y H k)y,x(fU x H k)y,x(fU y2y x1x       (1) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 12 7/21/2014 67 Xét phương trình liên tục cho khối vi phân: PGS. Dr. Nguyễn Thống X Y U x dx x U U xx    dx dy U y dy y U U y y    0dxdz)dy y U (dydz)dx x U ( yx       Z dz CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 68 Phối hợp với hệ phương trình (1): Đây là phương trình vi phân cơ bản của dòng thấm phẳng ổn định. PGS. Dr. Nguyễn Thống 0) y H k( y ) x H k( x yx           (2) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 69 Xét trường hợp môi trường đồng chất : k x =k 1 : hằng số k y =k 2 : hằng số PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 y H k x H k 2 2 22 2 1       (3) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 70 Xét trường hợp môi trường đồng chất và đẳng hướng : k x =k y =k=hằng số Phương trình (4) trên gọi là phương trình Laplace. PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 y H x H 2 2 2 2       (4) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 71 Xét trường hợp môi trường đồng chất và đẳng hướng. Gọi hàm thế. kH PGS. Dr. Nguyễn Thống y U; x U yx       0 yx 2 2 2 2        const)y,x(   Đường đẳng thế CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 72 Xét trường hợp môi trường đồng chất và đẳng hướng. Gọi hàm dòng với:  PGS. Dr. Nguyễn Thống x U; y U yx       0 yx 2 2 2 2        const)y,x(   Đường dòng CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 13 7/21/2014 73 Họ đường: Tạo thành lưới thấm. PGS. Dr. Nguyễn Thống const)y,x(  const)y,x(  CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 74 Xét giữa 2 đường đẳng thế h 1 và h 2 ta có: PGS. Dr. Nguyễn Thống h 1 h 2 ds 1 ds 2  1  2 k 1 k 2 2 22 21 11 1 ds tg.ds dh kds tg.ds dh k    2 1 2 1 tg tg k k    CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy J1 7/21/2014 75 THẤM KHÔNG ÁP QUA MÔI TRƯỜNG XỐP PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 76 Công thức J. Dupuit PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy x y X H1 H2 H L k(m/s) V O h 7/21/2014 77 Công thức Darcy: k : hệ số thấm (m/s) J : độ dốc thủy lực dh : tổn thất năng lượng (mH 2 O) dx : vi phân đường đi dòng thấm. PGS. Dr. Nguyễn Thống (2) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy )s/m( dx dh kkJV  7/21/2014 78 Xét dòng thấm đi qua mặt phẳng cách O giá trị x. Lưu lượng thấm qua 1 đơn vị chiều rộng: PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy hdhdx k q )s/m)(1.h( dx dh kVq 2   14 7/21/2014 79 Tích phân phương trình với điều kiện biên tại x=0, h=H 1 và x=L, h=H 2 : Phương trình cho phép xác định l/lượng thấm q khi biết các tham số còn lại. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy )m/s/m( L2 HH kq 3 2 2 2 1  7/21/2014 80 Tích phân phương trình (1) với điều kiện biên tại (x=0, h=H 1 và x có cột nước h )  Phương trình xác định đường bão hòa.  Phương trình parabole nằm ngang. PGS. Dr. Nguyễn Thống (2) CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy x k q 2Hh x2 hH kq 21 22 1    7/21/2014 81 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy x y X H1 H2 H L k(m/s) V O h Đường bão hòa cĩ p/t như trước 7/21/2014 82 Tổng lưu lượng thấm qua công trình PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy li  i iilqQ iq 7/21/2014 83 Bài tập: Cho mợt khới đất hình chữ nhật cĩ L=100m và H=10m. Đất cĩ hệ sớ thấm k=10-6cm/s. Nước phía trước và sau khới chử nhật cĩ chiều sâu lần lượt là 9m và 4m. a. Tính lưu lượng thấm đơn vị q. b. Xác định phương trình đường bão hòa. c. Xác định vị trí đường bão hòa ở vị trí x=50m. Lấy x=0 tại mặt đứng chữ nhật phía trước. g=10m/s2. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 84 THẤM DƯỚI CÔNG TRÌNH PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 15 7/21/2014 85 1. Phương pháp Lane (1934). PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy A B C D H Nền thấm nước 7/21/2014 86 ABCD : đường viền thấm L ABCD : chiều dài đường viền thấm. L : chiều dài đường viền thấm quy đổi Với L d = L AB +L BC : đường viền thấm đứng L ng = L CD : đường viền thấm ngang. m=1,5-2 (có 1 bản cọc); m=2,5-3 (có 2 bản cọc) PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy ngd L m 1 LL  7/21/2014 87 Điều kiện không sinh ra xói ngầm theo Lane H : chênh lệch cột nước thượng và hạ lưu. C = 1.6  8.5: hệ số phụ thuộc loại đất nền (xem bảng sau). PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy CHL m 1 LL ngddoiquy  7/21/2014 88 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy Sét chặt Sét trung Sét dẻo Cuội lớn Cuội trung Cuội nhỏ Cát lớn Cát trung 1,8 2,0 3,0 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 Bảng xác định giá trị C P/P Lane 7/21/2014 89 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy A B C D LAB LBC LCD L H pc/γ Biến đổi pB/γ Chiều dài đường viền thấm tự nhiên: ABCD C D’ 7/21/2014 90 Chú ý: - Cột nước thấm tại các điểm dưới nền tính bằng quy tắc tam giác đồng dạng. - p B / chỉ áp suất tại B tính bằng m H 2 O. - : chiều dài đường viền ngang quy đổi. - Hệ số giảm áp qua màng chống thấm AB: • với p c / chỉ cột nước đo áp tại C. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy CDDC L 3 1 L  H /pc  16 7/21/2014 91 Bài tập: Cho cống ngăn nước như hình sau. Với H 1 =8m, H 2 =2m, L 1 =9m, L 2 =12m, a=b=0.5m. Nền là sét dẻo. Lấy m=3 (pp Lane). a. Xác định t min để không xãy ra xói ngầm. b. Tính áp lực thấm tác dụng lên đáy với t min câu a (T/m)  Áp lực thấm tác dụng lên L 1 và L 2 . PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy t t/2 a H 1 H 2 L 2 L 1 b H 7/21/2014 92 Bài tập: Cho cống ngăn nước như hình sau. Đất nền có C=4. Dùng phương pháp tính thấm của Lane. Lấy m=2. a. Tính áp lực thấm dưới đáy công trình. Kiểm tra điều kiện ổn định thấm theo Lane. b. Vẽ biểu đồ áp lực thấm. c. Tính hệ số giảm áp . PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 93 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy l1=3m l2=7m S1=4m a2=1m a1=0.5m H=4m H1=5m H2=1m 7/21/2014 94 Bài tập: Cho một đập có mặt cắt dạng tam giác vuông như sau. Nền có C=2.0. Chiều cao cột nước H=20m, đáy đập có chiều rộng b=12m. Chống thấm cho nền có một màng chống thấm sâu L AB =18m. Cho biết m=2. a. Kiểm tra điều kiện thấm theo Lane. b. Tính áp lực thấm tại C. Vẽ biểu đồ áp lực thấm và tính lực thấm trên 1m chiều rộng đáy. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 95 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy A B C D H Màng chớng thấm 7/21/2014 96 Bài tập: Số liệu như bài trên. Cho biết chiều sâu nước hạ lưu là 4m (hình sau). Tính áp lực ngược (thấm + đẩy nổi) tác dụng lên đáy công trình. Vẽ biểu đồ áp lực ngược. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 17 7/21/2014 97 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy A B C D H Màng chớng thấm h=4m 7/21/2014 98 Phương pháp hệ số cản Tsugaev PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 99 l1 l2 S2 a3=1m a1 H=4m H1=5m H2=1m S1 S3 S0= 4m l0 1 2 3 4 5 Tầng khơng thấm T T1 T2 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a2 7/21/2014 100 - Đường viền thấm : Tiếp xúc giữa đáy nền và CT (1-2-3-4-5-6-7-8-9) - Phần vào, phần ra : bản cọc vào (1-2-3), bản cọc ra (7-8-9). - Phần bản cọc trong : 4-5-6 - Phần nằm ngang : 3-4 và 6-7. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 101 Công thức Darcy. hệ số cản J độ dốc thủy lực PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy k q k q T dL dHT dL dH kkJTVTq  T dL  7/21/2014 102 Khi thấm qua nhiều vùng: Và ta có:  Tính được  I sẽ xác định dH i PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy k q dH ii     i i ii i i k q k q dHH      i i ii i i H dH H k q 18 7/21/2014 103 Xác định  i : Tổng quát ta có:  hệ số cản phần vào, ra  hệ số cản phần nội bản cọc và phần ngang. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy ra i ngang i cocvao i i   ravao, ngangcoc, 7/21/2014 104 Phần nội bản cọc: - Khi T 2 /T 1 >0,5 và S 2 /T 2 <0,8 Khi không có bản cọc S 2 =0 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 2 2 2 2 2 2 1 2 coc T S 75,01 T S 5,0 T S 5,1 T a   1 2 baccoc T a  7/21/2014 105 - Trường hợp 0,8<S 2 /T 2 <0,96 Phần vào, phần ra: 44,0&44,0 ra,cocravao,cocvao  PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 2,28,0 T S 2,1 T a 2 2 1 2 coc        7/21/2014 106 - Trường hợp chỉ có bậc Phần nằm ngang: - Khi l 2 >0,5(S 2 +S 3 ) - Khi l 2 <0,5(S 2 +S 3 ) 44,0&44,0 ra,bravao,bvao  PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 2 2 3 ng 2 l 0,5(S S ) T      ng 0  7/21/2014 107 Trường hợp tầng thấm sâu • Chiều sâu tính : T=min(T tt ,T) PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy l0/S0 >5 5-3,4 3,4-1 1-0 Ttt 0,5l0 2,5l0 0,8S0+0,5l0 S0+0,3l0 7/21/2014 108 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy Tổn thất cợt nước phần vào Tổn thất cợt nước Phần nằm ngang L1 19 7/21/2014 109 Bài tập: Dùng phương pháp hệ số cản Tsugaev tính áp lực thấm tác dụng lên đáy công trình: Vẽ biểu đồ áp suất thấm dưới đáy công trình. Vẽ biểu đồ lực đẩy nổi dưới đáy công trình. PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 7/21/2014 110 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy l1=3m l2=7m S1=4m a2=1m a1=0.5m H=4m H1=5m H2=1m T=10m Tầng khơng thấm 7/21/2014 111 HẾT CHƯƠNG 2 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy