Thiết kế đập đất đồng chất

PHẦN I SỐ LIỆU BAN ĐẦU Trường hợp 1 : Thiết kế đập đất đồng chất ( không có thiết bị thoát nước ) Số liệu : Mực nước thượng lưu : H1 = 38 m Mực nước hạ lưu : H2 = 0 Chiều sâu tầng thấm : T = 9 .2 m Hệ số thấm của tường : Kt = 10-5 cm/s Đất sét pha cát có : gĐ = 1.5 T/m3 Hệ số thấm của nền : Kn = 10-4 cm/s Lực dính : C = 2.5 T/m2 Trường hợp 2 : Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và sân phủ ( không có thiết bị thoát nước ) . Số liệu : Mực nước thượng lưu : H1 = 53 m Mực nước hạ lưu : H2 = 19 Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m Hệ số thấm của đập : Kđ= 10-3 cm/s Hệ số thấm của vật liệu làm tường và sân phủ : Kvl = 10-6 cm/s Đất sét pha cát có : gĐ = 1.6 T/m3 Trọng lượng riêng của tường : gT = 1.7 T/m3 Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s Lực dính : C = 2.7 T/m2 Trường hợp 3 : Thiết kế đập đất có tường lõi Số liệu : Mực nước thượng lưu : H1 = 53 m Mực nước hạ lưu : H2 = 19 m Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m Hệ số thấm của tường : Kt = 10-6 cm/s Hệ số thấm của đập : Kđ = 10-4 cm/s Đất sét pha cát có : gĐ = 1.6 T/m3 Trọng lượng riêng của tường : gT = 1.9 T/m3 Hệ số thấm của nền : Kn = 10-4 cm/s Lực dính : C = 3.0 T/m2 PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN CHƯƠNG I THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐỒNG CHẤT I. 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_lũ CTĐĐ = 38 + 1.5 = 39.5 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 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 : Khi H = 39.6 m < 40 m thì : Mái thượng lưu m = 0.05*H + 2 = 3.975 Mái hạ lưu m = 0.05*H + 1.5 = 3.475 Nhưng đập cao > 15 m , để thi công thuận tiện và tăng ổn định mái dốc , mái đập thường có độ dốc thay đổi , trị số thay đổi Dm = 0.5 , ngoài ra còn bố trí các cơ đất có chiều rộng 1.5 m để người đi lại và thoát nước dễ dàng . II. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN : Loại đập đất trên nền thấm nước , hệ số thấm của nền và của đập khác nhau , do vậy theo đề nghị của Pavơlôpxki , khi tính toán ta chia làm hai phần : Tính toán lưu lượng thấm qua thân đập xem như nền không thấm nước ( q1 ) Tính toán thấm qua nền với giả thiết thân đập là không thấm nước ( q2 ) 1- Tính toán lưu lượng thấm qua thân đập ( nền không thấm nước ) Để giải bài toán xác định lưu lượng thấm , tạm thay tam giác thượng lưu đập bằng một hình chữ nhật có chiều rộng DL . DL được xác định theo công thức : Trong đó : m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3.975 ) H1 – mực nước thượng lưu ( H1 = 38m ) Vậy : DL = 16.93m Bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu nghiêng được chuyển về bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu thẳng đứng Chiều dài thân đập quy đổi: L = 143.225 m Trong đó : q1 – lưu lượng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s) K – hệ số thấm của đập ( K = 10-5 cm/s = 10-7 m/s ) H – mực nước thượng lưu ( H = 38 m ) m – mái dốc hạ lưu đập ( m = 3.475 ) L – chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 143.275 m ) Giải phương trình trên ta có : a = 11.5m q1 = 2.57*10-7 m/s 2- Tính lưu lượng thấm qua nền : Lưu lượng thấm qua nền được xem như là chảy qua đường ống Trong đó : Kn – hệ số thấm của nền đất ( Kn = 10-4 cm/s = 10-6 m/s ) L – chiều dài chân đập thực tế . T – chiều sâu tầng thấm ( T = 12m ) Vậy lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và qua nền : Q = q1 + q2 = ( 2.57 + 10.55 )*10-7 = 13.12*10-7 m/s III. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP : 1- Lực tác dụng lên công trình : a- áp lực thuỷ tĩnh Tính cho một mét dài tường W1 W2 e P = 38 T/m Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) : P = g2*H = 38 T/m2 W1 = P*H/2 = 38*38/2 = 722 T e = H/3 = 12.67 m Áp lực nước tác dụng trên mái dốc : W2 = Vn*gn = 1*301.17*38*1/2 = 5722.33 T Trọng lượng bản thân của đập là:+)Trên dòng thấm với gđ=1.5 T/m2 =>G1=345.3T+)Dưới dòng thấm với gđn=gđ-1=0.5T/m2 =>G2=2721.5775TKiểm tra ổn định : Kiểm tra ổn định trượt : Theo điều kiện : Pchống trượt > Pgây trượt  Pchống trượt = ( 5722.3 + 345.3 + 2721.5775 –38*294.275/2 )*0.7 = 2238.6 T Pgây lật = 772 T Vậy thoả mãn điều kiện chống trượt Kiểm tra điều kiện lật : tính với điểm lật tại mép đáy hạ lưu : Mgiữ = 5722.3*153.5 + 345.3*137.1125 + 1413.63*147.274+1307.94*183.1875= = 1373559.44 Tm Mtrượt = 772*12.6+ 38*294.275.52 /3 = 102914.3 Tm Mgiữ / Mtật = 13.3 Vậy đập thoả mãn điều kiện trượt Chương II : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT CÓ TƯỜNG NGHIÊNG VÀ SÂN PHỦ ( Trường hợp không có thiết bị thoát nước ) Số liệu : Mực nước thượng lưu : H1 = 53 m Mực nước hạ lưu : H2 = 19 Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m Hệ số thấm của đập : Kđ= 10-3 cm/s Hệ số thấm của vật liệu làm tường và sân phủ : Kvl = 10-6 cm/s Đất sét pha cát có trọng lượng riêng : gĐ = 1.6 T/m3 Trọng lượng riêng của tường : gT = 1.7 T/m3 Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s Lực dính : C = 2.7 T/m2 I . Xác định các kích thước cơ bản của đập : 1. Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 53 + 1.5 = 54.5m Chiều rộng đỉnh đập : chọn sơ bộ chiều rộng đỉnh đập B = 5 m Mái dốc thân đập : Mái dốc tường thượng lưu : m = 3.5 Mái dốc đập thượng lưu : m1 = 3.0 Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 3.0 Lưu lượng thấm qua đập : Thường thì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ rất nhỏ nên bỏ qua lưu lượng thấm qua các bộ phận này . Khi đó lưu lượng thấm được tính như sau : Lưu lượng thấm qua tường thượng lưu : Lưu lượng thấm qua thân đập : Lưu lượng thấm qua thân đập hạ lưu : Giải 3 phương trình trên ta tìm được : q , h3 , a0 , S Với : S = L – m1 *h3 – a0 *m2 Trong đó : S – chiều dài dòng thấm qua đập L – chiều dài đập đất ( L = 323.1m ) m1 – mái dốc đập đất thượng lưu ( m1 = 3 ) m2 – mái dốc đập đất hạ lưu ( m2 = 3 ) h3 – chìều cao dòng thấm ở phía thượng lưu đập a0 – chiều cao dòng thấm ở phía hạ lưu đập Ta có : Lưu lượng thấm qua đập : q = 1.051*10-7 m/s Chiều dài tầng thấm : S = 251,982 m Chiều cao tầng thấm phía thượng lưu : h3 = 2.312 m Chiều cao tầng thấm phía hạ lưu : a0 = 0.194 m Xác định chiều dài sân trước , ta dựa vào công thức sau : Trong đó : K1 – hệ số thấm của đất nền ( K1 = 10-7 m/s ) S1 – chìều dài sân trước n – hệ số hiệu chỉnh ( n = 1.15 ) T – chiều dày tầng thấm ( T = 12 m )II)Tính lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân phủ.  q – lưu lượng thấm Thay số vào ta tính được : S1 = 350.954 m. II)Kiểm tra ổn định của đậpLực tác dụng lên công trình :Áp lực thuỷ tĩnh : Tính cho một mét dài tường W1 W2 e P = 53 T/m Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) : P = g2*H = 53 T/m2 W1 = P*H/2 = 53*53/2 = 1404.5 T e = H/3 = 17.67 m Áp lực nước tác dụng trên mái dốc : W2 = Vn*gn = 1*332*53*1/2 = 17596 T Chương3:THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT TƯỜNG LÕI. Số liệu : Mực nước thượng lưu : H1 = 53 m Mực nước hạ lưu : H2 = 19 Chiều sâu tầng thấm : T = 12 m Hệ số thấm của đập : Kđ= 10-4 cm/s Hệ số thấm của vật liệu làm tường : Kvl = 10-6 cm/s Đất sét pha cát có trọng lượng riêng : gĐ = 1.6 T/m3 Trọng lượng riêng của tường : gT = 1.9 T/m3 Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s Lực dính : C = 3.0 T/m2  I . Xác định các kích thước cơ bản của đập : 1. Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 53 + 1.5 = 54.5m 2.Chiều rộng đỉnh đập : chọn sơ bộ chiều rộng đỉnh đập B = 5 m 3.Mái dốc thân đập : Mái dốc tường thượng lưu : m = 3.5 Mái dốc đập thượng lưu : m1 = 3.0 Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 3.0 II. Tính toán lưu lượng thấm qua đập và nền :- Theo tài liệu của Pavelốpki ta biến đổi đập có lõi với hệ số thấm K0 rất nhỏ thành đập đồng chất có cùng hệ số thấm K ,khi đó ta trở lại bài toán thấm của đập đồng chất .Vì tính chất không thay đổi lưu lượng ,ta có thể viết phương trình lưu lượng thấm qua lõi thực và qua lõi biến đổi như sau.  Như vậy sau khi biến đổi từ đập lõi ta được đập đồng chất qui ước và chiều rộng đỉnh đập B được tính theo công thức  Trong đó  t:Chiều dày trung bình của tường lõi(=0.8m tại đỉnh đập,=2m tại chân đập) T:Chiều dày tính đổi  b: Chiều rộng đỉnh đập thực b=5m B: Chiều rộng đỉnh đập biến đổi Thay số vào ta tính được :B=84.2m.Ta tính toán như đập đồng chất như sau1.Tính toán lưu lượng thấm qua thân đập ( nền không thấm nước ) Để giải bài toán xác định lưu lượng thấm , tạm thay tam giác thượng lưu đập bằng một hình chữ nhật có chiều rộng DL . DL được xác định theo công thức : Trong đó : m – mái dốc đập thượng lưu ( m = 3 ) H1 – mực nước thượng lưu ( H1 = 53m ) Vậy : DL = 22.7 Bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu nghiêng được chuyển về bài toán thấm qua đập có mái thượng lưu thẳng đứng Chiều dài thân đập : L = 589.4 m Trong đó : q1 – lưu lượng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s) K – hệ số thấm của đập ( K = 10-5 cm/s = 10-7 m/s ) H – mực nước thượng lưu ( H = 53m ) m – mái dốc hạ lưu đập ( m = 3 ) L – chiều dài chân đập sau khi quy đổi ( L = 589.4 m )Giải phương trình trên ta có : a = 8.5m q1 = 2.42*10-7 m/s 2.Tính lưu lượng thấm qua nền : Lưu lượng thấm qua nền được xem như là chảy qua đường ống Trong đó : Kn – hệ số thấm của nền đất ( Kn = 10-4 cm/s = 10-6 m/s ) L – chiều dài chân đập thực tế . T – chiều sâu tầng thấm ( T = 12 m ) Vậy lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và qua nền : Q = q1 + q2 = ( 2.42 + 9.81 )*10-7 = 12.23*10-7 m/s III. Kiểm tra ổn định của đập : Lực tác dụng lên công trình : Áp lực thuỷ tĩnh : Tính cho một mét dài tường W1 W2 e P = 53T/m Áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy buồng âu ( tính cho 1 m dài đập ) : P = g2*H = 53T/m2 W1 = P*H/2 = 53*53/2 = 1404.5 T e = H/3 = 17.6 m W2 = gn*1*589.4*1930.4 = 1137777.76 T Áp lực nước tác dụng trên mái dốc : W2 = Vn*gn = 1*589.4*53*1/2 = 15619.1 T Chương4:THIẾT KẾ ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC. Số liệu : Mực nước thượng lưu : H1 = 70m Mực nước hạ lưu : H2 = 0 Trọng lượng riêng của tường : gđ = 2.4 T/m3 Hệ số thấm của nền : Kn = 10-5 cm/s - Lực dính : C = 1.5 T/m2 - Hệ số ma sát f=0.7 I. Xác định bề dày của đập theo điều kiện ứng suất :-Ta thiết kế cho đẩp trọng lựu tràn nước . 1. Cao trình đỉnh đập : CTĐĐ = MNTL + d CTĐĐ = 70 + 1.5 = 71.5 m2.Mặt cắt thân đập dạng tam giác có chiều cao là 71.5m và chiều rộng đáy là B hình chiếu mái thượng lưu là nB ,hình chiếu mái hạ lưu là (1-n)B.- Có =>n=-2.4.Vì n=-2.4 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: =>B=51m3.Mái dốc thân đập : Mái dốc đập thượng lưu : m0 = 0 Mái dốc đập hạ lưu : m1 = 0.74.Xác định chiều rộng của đập theo điều kiện ứng suất- ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác định theo công thức nén lệch tâm Trong đó SG= W2+G- WtW2:áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0)G:Trọng lượng bản thân công trìnhWt :áp lực đẩy nổi dưới đáy đập  a1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)g1 :Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (=2.4T/m3)g :Trọng lượng riêng của nước (=1T/m3) -Thay số ta có SG=3464.175T SM0= 15977.87 T.mVậy ứng suất theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập  Thay số vào ta có  smax=104.78T/m2 smin=31.875T/m2 II.Xác định đáy đập theo điều kiện ứng suất -Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt,theo điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định của đập  Trong đó  f:Hệ số ma sát giữa đập và nền(=0.3) Kc:Hệ số an toàn ổn định của đập (=1) SG:Tổng các lực tác dụng lên mặt cắt  W1:áp lực nước nằm ngang tác dụng lên mái đập thượng lưu =>W1=2450TTrường hợp n0=0, a1=0.5,Kc=1,gđ=2.4T/m3 thì lấy B=0.75h=>B=0.75*71.5=53.625m  SG= W2+G- Wt Trong đó  G:Trọng lượng bản thân công trình G=1/2*(b+B)*H*gđ=1/2*(5+53.625)*71.5*2.4=5030.025T W2:áp lực nước thẳng đứng tác dụng lên mái đập thượng lưu (=0) Wt :áp lực đẩy nổi dưới đáy đập  a1 :Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (=0.5)=>Wt=1/2*53.625*71.5*2.4*0.5=958.55T Vậy SG= W2+G- Wt=5030.025-958.55=4071.475T-Có W1=2450TĐập ổn định .