Kiến trúc xây dựng - Chương 3: Thấm dưới đáy công trình

8/7/2015 1 1 Chương 3 THẤM DƯỚI ÐÁY CÔNG TRÌNH 1) Định luật Darcy 2) Phương pháp hệ số sức kháng trugaep 3) Phương pháp tỷ lệ đường thẳng 4) Phương pháp lưới thấm 5) Tác hại của dòng thấm và biện pháp khắc phục 2 1) Chuyển động có áp: khi dòng thấm bị giới hạn bởi các biên cứng, dòng thấm không có mặt thoáng, chuyển động giống như chui qua một đường ống có áp; 2) Chuyển động không áp: khi dòng thấm có mặt thoáng. Trên đó áp lực tương đương áp lực khí trời (thấm qua đập đất). Mặt thoáng này nằm theo đường cong gọi là đường bão hòa. 8/7/2015 2 3 Các giả thiết cơ bản: 1) Nước ngầm chuyển động theo định luật Darcy: V = k×J trong đó: V: lưu tốc, m/s; k: hệ số thấm của đất nền; J: độ dốc thuỷ lực (gradient thuỷ lực) tại điểm tính toán. 2) Ðất nền là môi trường đồng nhất và đẳng hướng. 3) Dòng thấm ổn định. 4) Nước chứa đầy các khe rỗng trong đất và không thể ép co được. 4 Ðối với thấm qua nền và thấm qua đập đất, ta thêm 2 giả thiết sau: 1) Trong miền thấm không có điểm tiếp nước cũng không có điểm rút nước; 2) Bài toán thấm phẳng. Các yếu tố của dòng thấm cần tìm là: - Cột nước thấm; - Lưu lượng thấm; - Gradient và vận tốc thấm. 8/7/2015 3 5 1) Phương pháp hệ số sức kháng Trugaep - Bộ phận cửa vào và bộ phận cửa ra (thường có cừ hoặc có bậc); - Bộ phận giữa (thường có cừ đứng hoặc bậc thẳng đứng); - Bộ phận ngang. 6 Cột nước tiêu hao trong mỗi bộ phận tính theo công thức: 8/7/2015 4 7 8 8/7/2015 5 9 10 8/7/2015 6 11 12 8/7/2015 7 13 14 2) Phương pháp lưới thấm Cơ sở của phương pháp này là bảo đảm xây dựng được một lưới thấm điển hình có các mắt lưới đều là hình vuông cong (các đường đẳng thế và các đường dòng vuông góc nhau). Ðường dòng Tổn thất Ðường thế Ống dòng Tỷ số không đổi giữa các cạnh của từng ô lưới khi vẽ lưới thường lấy bằng 1 (DS = DL) 8/7/2015 8 15 H T S 16 a) Vẽ đường dòng: - Ðường viền dưới đáy công trình là đường dòng đầu tiên; - Mặt tầng không thấm là đường dòng cuối cùng; - Miền thấm giữa hai đường dòng liên tiếp gọi là ống dòng; - Có m+1 đường dòng tạo thành m ống dòng. 1 2 3 4 5 8/7/2015 9 17 b) Vẽ đường thế: - Ðường thế đầu tiên: h = H1 là đáy sông thượng lưu công trình (H1: cột nước thượng lưu); - Ðáy sông hạ lưu công trình là đường thế cuối cùng: h = H2 (H2: cột nước hạ lưu); - Miền thấm giữa hai đường thế liên tiếp gọi là dải; - Có n+1 đường thế tạo thành n dải và mỗi ống dòng có n mắt lưới. 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 18 8/7/2015 10 19 20 m = ? n = ? 8/7/2015 11 21 m = ? n = ? 22 m = ? n = ? 8/7/2015 12 23 m = ? n = ? 24 m = ? n = ? 8/7/2015 13 25 Mực nước tại ALớp sạn sỏi Tầng không thấm 26 8/7/2015 14 27 28 8/7/2015 15 29 30 8/7/2015 16 31 32 8/7/2015 17 33 34 8/7/2015 18 35 36 8/7/2015 19 37 38 THẤM TRONG NỀN KHÔNG ÐỒNG NHẤT Hướng dọc các lớp Hướng thẳng góc các lớp 8/7/2015 20 39 THẤM TRONG NỀN KHÔNG ÐỒNG NHẤT Hướng dọc các lớp Hướng thẳng góc các lớp 40 XÁC ÐỊNH BỀ DÀY CỦA BẢN ÐÁY 8/7/2015 21 41 42 TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Tác hại của dòng thấm - Dòng thấm gây tác hại đối với công trình như sau: + Làm mất nước đối với công trình trữ nước; + Giảm ổn định công trình như: đẩy trượt công trình; + Giảm ổn định hoặc làm mất ổn định nền: đẩy trượt công trình kéo theo một bộ phận đất nền, gây xói ngầm, trôi đất. 8/7/2015 22 43 - Phân tích tác hại của dòng thấm, ta có một số kết luận sau: + Tăng chiều dài đường viền thấm thì gradient thấm và lưu lượng thấm bình quân giảm. + Tăng chiều dài đoạn thượng lưu thì áp lực thấm dưới đáy công trình giảm nhỏ. + Giảm chiều dài đoạn hạ lưu thì áp lực thấm dưới đáy công trình giảm nhanh. + Các đoạn đường viền thẳng đứng có tác dụng tiêu hao cột nước thấm lớn hơn các đoạn đường viền nằm ngang có cùng độ dài. 44 Biện pháp khắc phục Xói ngầm Thiết kế đường viền thấm đủ dài để gradient thấm trong đất nền không vượt quá gradient thấm cho phép. - Phương pháp Lane: Ltt ≥ C×H - Phương pháp Trugaep: khi phân tích vấn đề thấm ổn định của đất nền, Trugaep đưa ra khái niệm thấm toàn bộ và thấm cục bộ. Việc thiết kế đường viền thấm trước hết phải bảo đảm ổn định thấm toàn bộ đất nền, sau đó kiểm tra lại ổn định thấm cục bộ. 8/7/2015 23 45 46 8/7/2015 24 47 48 8/7/2015 25 49 50 8/7/2015 26 51 52 8/7/2015 27 53 Figure 9.13 Uplift and seepage This diagram represents the flow of water under a floodwall. The equipotential lines represent the drop in pressure and the flow lines represent the seepage paths. In this illustrative example, 30% of the differential hydrostatic head (H) is dissipated over the depth of the wall base on the landward side. This yields a high exit gradient and hence the potential for piping. Note that the uplift pressure at Point A is calculated as (h − 0.4H). It is the hydrostatic head (h) less the dissipation of differential head (40% of H). 54 Figure 9.14 Effect of a cutoff The cutoff (in this case positioned on the landward side of the wall) has two impacts: it increase the seepage path length and thus reduces the exit gradient (the rate of dissipation of headin the soil on the defended side), in this case to about half; but it also increases the uplift pressure under the base of the wall (which acts together with the horizontalhydrostatic force to overturn the wall). The uplift pressure at point A is now about (h − 0.2H).