Do An Thuy Cong

5/14/2018 Do An Thuy Cong - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/do-an-thuy-cong 1/22

Đại Học Thủy Lợ i _ 2010 Đồ án môn học Thủy CôngSv: Đào Văn Nhượ ng _ 49CT2

1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÍNH TOÁN LỰ C VÀ THẤM

SỐ ĐỀ : 46 _ B

A. TÍNH TOÁN LỰ C TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNHI. Tài liệu

1. Mực nướ c và cao trình- Cao trình đáy đập: + 100 m- MNDBT của hồ: 145,5 m- Hđ = H1= MNDBT - đáy = 145,5-100=45,5 m- Cao trình bùn cát lắng đọng: +108 m- Mực nướ c hạ lưu: +105 m

2. Tài liệu mặt cắt đập (hình vẽ)

MNDBT=145,5

MNHL=105

HdCTBC=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=0,8H1= 36,4 m- Hệ số cột nướ c 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/m3 = 24 KN/m3

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

http://www.novapdf.com/







2

3. Các tài liệu khácTốc độ gió tính toán: V = 24 m/sChiều dài truyền sóng: D = 4,5 km

Thờ i gian gió thổi liên tục: 6 giờ Vùng xây dựng có động đất cấp 8: K=

20

1

Chỉ tiêu bùn cát lắng đọng: ɣk = 1,0 T/m3; nbc =0,45; φbc = 100.

II. Các yêu cầu tính toán1. Xác định các yếu tố của sóng bình quân, độ dềnh cao nhất của sóng2. Vẽ giản đồ áp lực sóng lên mặt đập thượng lưu, tính Pmax và Mmax 3. Xác định trị số và vẽ tất cả các lực lên 1 mét dài đập

B. TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TR ÌNHI. Tài liệu

Cống B có sơ đồ và kích thước như h ình vẽ: L1=17,5 m, L2=14 m, S1=8m, S2=3m, Z1=10,5 m, Z2=2,5 m, T0=12 m.

L2L1

S1=8 m

0.5

S2=3 m

Z1

Z2A

B C

D

E F

G

0.00

T

1

II. Yêu cầu tính toán1. Dùng các phương pháp tính thấm đã học để xác định lưu lượ ng thấm

q, vẽ biểu đồ áp lực thấm lên bản đáy 2. So sánh kết quả giải đượ c 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 đườ ng viền thấm không đổi nhưng hệ số thấm K

thay đổi thì các kết quả tính toán trên thay đổi như thế nào?









3

b - Nếu kết cấu đườ ng viền thấm không đổi nhưng chênh lệch cộtnước 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 đượ c? tại sao? Các đườ ng viền thấm có cầnthay đổi gì không? Tại sao?

A. TÍNH TOÁN LỰ C TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

I. Xác định các yếu tố của sóng1. Các yế u t ố sóng trung bình

Giả thiết là sóng nướ c sâu: sử dụng đồ thị hình P2-1 (trang 115Đồ án Thủy Công).Tính các giá trị không thứ nguyên

882924

3600.6.81,9

V

gt

64,7624

4500.81,922

V

gD

Tra đồ thị hình P2-1 ta đượ c:

078,0

9,38829

2V

hgV

g

V gt

016,0

46,164,76

2

2

V

hg

V

g

V

gD

Lấy cặp giá trị nhỏ hơn:

016,0

46,1

2V

hg

V

g

h = mg

V

V

hg94,0

81,924

.016,0).(22

2









4

_

= mg

V

V

g57,3

81,9

24.46,1).(

Bướ c sóng trung bình được xác định theo công thức:

2014,3.257,3.81,9

2. 2

_2_

gm

Kiểm tra điều kiện ban đầu:

H1 = 45,5 m >2

=10 m

Vậy sóng là sóng nướ c sâu với các đặc trưng: h = 0,94 m

_

= 20 m

_

= 3,57 m.

2. Chiề u cao sóng vớ i mức đảm bảo i% xác định theo công thứ c:

hi% = ki%. h Trong đó k i% tra theo đồ thị hình P2-2 (trang 116 Giáo trình Đồ án Thủy Công)

Vớ i

64,76

%1

2V

gD

i ki = 2,1

Vậy hi%= h’ = 2,1.0,94 =1,97 m

3. Độ d ề nh cao nhấ t của sóng:

s = ks.h’Trong đó: k s xác định theo đồ thị P2-4a (trang 116 Đồ án ThủyCông).









5

Vớ i

047,0

20

94,0

44,05,45

20

1

h

H ks = 1,13

h – chiều cao sóng vớ i mức đảm bảo tương ứng (1%).Vậy s = 1,13.1,97 = 2,23 m

(mực nướ c dâng bình thườ ng nằm trên phần mái nghiêng của Đập nên khôngcó sóng leo)

II. Xác định các lự c tác dụng lên công trình (theo bài toán phẳng)1. Áp lự c thủ y t ĩnh: 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:

W1 =2

1.n.n’.H1

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 lượ ng riêng của nướ c (10 KN/m3).

W1 =2

1.10.0,16.45,5 2 =1656,2 KN

Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn:

x1 =B -3

' 1 H n=36,4 -

3

5,45.16,0= 33.97 m.

- Thành phần nằm ngang:

W2 =21 .n.H1

2 =21 .10.45,52 =10351,25 KN

Điểm đặt cách đáy:3

12

H y = 17,15

3

5,45 m

b) Mặt hạ lưu:









6

- Thành phần thẳng đứng: W3 =2

1.n.m’.h2

2

Trong đó: m’= cotg

=

1

).1(

H

Bn = 64,05,45

4,36).2,01(

W3 =2

1.10.0,64.52 = 80 KN

Điểm đặt cách A về phía trái: x3 =3

'. 2hm=

3

5.64,0= 1,07 m.

- Thành phần ngang: W4=2

1.n.h2

2 =2

1.10.52 = 125 KN

Điểm đặt cách đáy: y4 =3

2h= 1,67 m.

2. Áp lự c sóng

Áp lực sóng lớ n nhất đạt đượ c ứng với độ dềnh:

'.hk d d

Trong đó: d k tra theo đồ thị hình (3-7c), Giáo trình thủy công tập

I;

Vớ i

047,020

94,0

44,05,45

20

1

h

H → d k = 0,3

h- chiều cao sóng vớ i mức đảm bảo tương ứng (1%).

→ '.hk d d = 0,3.1,97 = 0,591 m

Trị số áp lực sóng lớ n nhất tác dụng lên mặt đập xác định theo công thức:

Ws = )2

'

'.(.. 1

h H hK

nd

Trong đó: hệ số Kđ xác định theo đồ thị hình P2-4c (trang 116 Đồ án Thủy

Công).









7

Vớ i

047,0

20

94,0

44,05,45

20

1

h

H →Kđ = 0,14

Ws = )2

''.(.. 1

h H hK nd = 0,14.10.1,97.(45,5+

2

97,1) = 128,2

KN

- Mômen lớ n nhất đối với chân đập do sóng gây ra:

)

22

'.

6

''.(..

211

2

max

H H hhhK M nm

Trong đó hệ số Km xác định theo đồ thị hình P2-4d (trang 116 Đồ án Thủy

Công).

Vớ i

047,020

94,0

44,05,45

20

1

h

H → Km = 0,21

Mmax = 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: ys = Mmax /Ws = 4470,4/128,2 = 34,87

m.

3. Áp lực đẩy ngượ c

Công trình chịu 2 loại áp lực thấm đẩy ngượ c là Lực thấm đẩy ngượ c và

Lực thủy t ĩnh đẩy ngược (do Đập ngập phía hạ lưu).

- Áp lực thấm đẩy ngượ c:

Cường độ lực thấm đẩy ngượ c sau màn chống thấm là

Pmax = n.1.H

Trong đó: 1 - hệ số cột nướ c còn lại sau màn chống thấm

H - cột nướ c thấm, H = H1 - h2 = 45,5 – 5 = 40,5 m.

Pmax = n.1.H = 10.0,5.40,5 = 202,5 KN.









8

Tổng áp lực thấm đẩy ngượ c là:

Wth = 21 . n.1.H.B = 21 .10.0,5.40,5.36,4 = 3685,5 KN


xth = 2B/3 = 2.36,4/3 = 24,27 m.

- Áp lực thủy t ĩnh đẩy ngượ c:

W5 = n.B.h2 = 1820 KN

Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn x5 = B/2 = 36,4/2 = 18,2 m.

4. Áp lự c bùn cát

- Thành phần thẳng đứng: W6 =2

1.bc

đn.h32.n’

Vớ i bcđn = k – n(1 - nbc) = 10 – 10.(1 - 0,45) = 4,5 KN/m3

W6 =2

1.4,5.82.0,16 = 23,04 KN


x6 =B - 3'3hn =36,4 - 3 8.16,0 = 35.97 m.

- Thành phần nằm ngang:

W7 =

245..

2

1 0223

tgh

đnbc =

21

.4,5.82.tg2(450 -2

100

)

= 101,4 KN

Điểm đặt cách đáy: y7 =33h

=3

8=2,67 m.

5. Tr ọng lượng thân đậ pChia đập ra làm 3 hình nhỏ rồi xác định trọng lượ ng của từng phần rồi cộng lại.

G = G1 + G2 + G3

G1 = b.21

.(H1n’.B) = 24.21

.(45,5.0,2.36,4) = 3974,88 KN









9

Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: xG1 = B –3

2nB = 36,4 –

3

2.0,2.36,4 = 31,55 m.

G2 =

b.(H1 + a).b = 24.(45,5 + 5).5 = 6060 KN

Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: xG2 = (1-n).B –2

b = 26,62 m.

G3 = b.21

.(H -m

b).[(1-n).B-b] = 24.

21

.(45,5 -64,05

).[(1-0,2).36,4-5]= 10908,27 KN

Điểm đặt cách A về phía trái 1 đoạn: xG3 =3

b-n)B-(1 =

35-0,2)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 đấ t

a) Lực quán tính động đất của công trình

Fđ = Kđ..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 ngượ c chiều vớ i gia tốc động đất, điểm đặt tại trọng tâm

mặt cắt tính toán.

Fđ =20

1.1,5.11888,38 = 891,63 KN


1 H yđ = 17,15

35,45 m.

b) Áp lực nướ c thượng lưu tăng thêm do động đất

Wđt = 56,5175,45.10.05,0

21

...21 22

1 H K n KN


1 H yđ = 17,15

35,45 m.

c) Áp lực nướ c hạ lưu tăng thêm do động đất









10

Wđh = 25,65.10.05,0

2

1...

2

1 222 hK n KN

Điểm đặt cách đáy: yđ = 3

2h

= 1,67 m.

d) Áp lực bùn cát tăng thêm khi có động đất

W8 = 2.K.tg.W7

K – hệ số động đất

– góc ma sát trong của bùn cát ( = 100)

W7 - thành phần nằm ngang của áp lực bùn cát.

W8 = 2.0,05.tg100.101,4 = 1,78 KN

Điểm đặt cách đáy: y8 =33h

=3

8=2,67 m.

Sơ đồ các lực tác dụng lên đập

hs

Ws

Wd

W8 Wd2

W3W2

W7

W6

W1

W4

nBB/2

(1-n)B

B/3

Wth

W5

H1

H1/ 3h3 /3

nB/3

a 1H

m'h2 /3

h2 /3

H

h2

Fd

G

t









11

Bảng tổng hợ p lực tác dụng lên công trình

Thứ tự Lực tác dụng Trị số Mômen đối với A

P↓ ( + ) Q→ ( + ) Tay đòn MA (+)↷

1 W1 1656.2 33.97 -56261.11

2 W2 10351.25 15.17 157028.46

3 W3 80 1.07 85.60

4 W4 -125 1.67 -208.75

5 Ws 128.2 34.87 4470.336 Wth -3685.5 24.27 89447.09

7 W5 -1820 18.2 33124.00

8 W6 23.04 35.97 828.75

9 W7 101.4 2.67 270.74

10 G1 3974.88 31.55-125407.46

11 G2 6060 26.62-161317.20

12 G3 10908.27 8.04 -87702.4913 Fđ 891.63 15.17 13526.03

14 Wđ 517.56 15.17 7851.39

15 W8 1.24 1.67 2.97

Tổng 17196,89 11866.28

-124432.8

Vậy công trình không bị lật.

III. Kiểm Tra Ổn Định

Vớ i hệ số an toàn: f = 0,65

Công trình cấp 3: Kn = 1,15

Điều kiện ổn định: f.∑P/∑Q ≥ K n

f.∑P/∑Q = 0,65.17196,89/11866.28 = 0,94 < 1,15

Vậy công trình bị trượ t.









12

B. TÍNH THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TR ÌNH

L2L1

S1

0.5

S2=3 m

Z1

Z2

A

BC

D

E F

G

0.00

T

1

I. Tính theo phương pháp tỷ lệ đườ ng thẳng

Theo Lence đườ ng viền thấm thẳng đứng có khả

năng tiêu hao cột nướ c thấm lớn hơn đoạn nằm

ngang m lần.

Chiều dài tính toán của đườ ng viền thấm xác

định theo công thức:

Ltt = Lđ +m

L n

Trong đó:









13

Lđ – chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng

đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so vớ i

phương ngang lớn hơn hoặc bằng 450.

Ln – chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và

các đoạn xiên có góc nghiêng nhỏ hơn 450.

m – hệ số phụ thuộc vào hàng cừ. vớ i 2 hàng cừ

lấy m = 2,5

Lđ = 0,5+2.S1+2.S2 = 0,5+2.8+2.3 = 22,5 m

Ln = L1 + L2 = 17,5 + 14 = 31,5 m.

Vậy: Ltt = 22,5 +5,2

5,31= 35,1 m.

1. Tính toán lực đẩy ngượ c lên bản đáy

a) Áp lực thấm

Cột nướ c thấm tại 1 điểm cách điểm cuối đườ ng viền thấm 1 đoạn dài tính

toán Xtt (xác định như Ltt) là:

hx = H L

X

tt

tt .

XttE = 2.S2 +

5,2

2 L= 2.3 +

5,2

14= 11,6 m

XttF = 2.S2 = 2.3 = 6 m.

hE= H L

X

tt

E . = 8.1,35

6,11= 2,64 m









14

và hF = H L

X

tt

F . = 8.1,35

6=1,37 m.

Tổng áp lực thấm lên bản đáy cống:

Wth = n.

2.2

Lhh F E

=10.

14.

237,164,2

=280,7 KN

b) Áp lực thủy t ĩnh đẩy ngượ c

W1 = n.(H2+t).L2 = 10.(2,5 + 1).14 = 490 KN

L2L1

S1=8 m

0.5S2=3 m

Z1

Z2A

BC

D

E F

G

0.00

T

1

hE

Wth

W1hF

(H2+t)

H2

2. Tính gradient thấm và lưu tố c thấ m bình quân

- Trên đoạn đườ ng viền đứng:

Jđ =ttL

H =

1,35

8 = 0,228

Vđ = K.Jđ = 2.10-6.0,228 = 0,456.10-7 m/s









15

- Trên đoạn đườ ng viền ngang

Jn =m

J d =

2,5

0.228 = 0,091

3. Tính lưu lượ ng thấ m

T1- chiều dày tầng thấm dướ i bản đáy cống, T1=13 m.

q = K.Jn.T1 = 2.10-6.0,091.13= 2,37.10-6 m2 /s

4. Độ bề n thấ m của nề n

Nền là cát pha (đồng nhất đẳng hướ ng)

Lấy C = 5.

Kiểm tra theo công thức: Ltt > C.H

35,1 > 4.8 =32

Nền đảm bảo độ bền.

II. Tính theo phương pháp hệ số sứ c kháng

1. Phân đoạn

Chia miền thấm thành các bộ phận khác nhau 1, 2, 3, 4, 5 như trên h ình

vẽ

2. Xác định hệ số sứ c kháng của t ừ ng bộ phận









16

L2L1

S1=8 m

0.5

S2=3 m

Z1

Z2A

BC

D

E F

G

0.00

T

1

1 2

3

4 5

a) Bộ phận cửa vào và cửa ra

- Cửa vào (không cừ)

ξvào= 0,44 +0T

a = 0,44 +

14

0,5 = 0,476

- Cửa ra (không bậc)

S2 = 3m, T3= T2 = T-1 = 14 – 1 = 13m.

ξra= 0,44 +3

2

T

S 1,5. +

3

2

3

2

T

S0,75-1

T

S0,5

=0,925

b) Bộ phận giữa (không bậc, cừ S1=8 m, T1=13,25 m)

Với điều kiện:









17

0,5 <1

2

T

T =0,98< 1 và 0 <

2T

S < 0,8 => thỏa mãn

ξg =2

1

TS

1,5. +

2

1

2

1

T

S0,75-1

TS0,5

= 1,478

c) - Bộ phận nằm ngang 1

(L1=17,5 , S1=8, T1 =13,25)

Kiểm tra điều kiện L1 = 17,5 >2S1 =4

ξn1 =1

11

T

0,5S-L = 1.02

- Bộ phận nằm ngang 2

Kiểm tra điều kiện L2 =14 >2

SS 21 = 6,5

(L2=14, S2=3, T2=13)

ξn2 =2

212

T

)S0,5(S-L =0,64

Vậy ∑ξi = ξvào + ξra + ξg + ξn1 + ξn2

=0,476 + 0,925 + 1,478 + 1,02 + 0,64 = 4,54

3. Tính áp lự c thấ m

Tổn thất qua mỗi bộ phận được xác định theo công thức









18

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 nướ c thấm (= 8 m)

h1 =54,4

8.476,0 = 0,84 m

h2 =54,4

8.02,1 = 1,8 m

h3 =54,4

8.478,1 = 2,6 m

h4 =54,4

8.64,0 = 1,13 m

h5 =54,4

8.925,0 = 1,63 m.

Áp lực thấm lên bản đáy: Wth = n.

2454 L.

2

h)h(h

=

14.2

13,1)63,1(1,13.10

= 272,3 KN

Áp lực thủy t ĩnh: Wtt = n.(H2+t).L2=10.(2,5 + 1).14 = 490 KN









19

L2L1

S1=8 m

0.5S2=3 m

Z1

Z2A

BC

D

E F

G

0.00

T

1

1 2

3

4 5

W th

W 1

(H 2+t)

H

h1

h2h3

h4

h 5

4. Tính lưu lượ ng thấ m

Công thức: q = i

H.K

=

54,4

8.2.10 6- =3,52 m2 /s

5. Tính gradient thấ m:

xác định theo công thức

Jra =

i1

1.

T

Vớ i – hệ số.

theo Antipov: = . )]1(2

sin[1

2

1

T

T

T

S

= 1;









20

T1 – lấy phía tầng thấm dày; ( = 13,25)

T2 – lấy phía tầng thấm mỏng;( =13)

S – chiều dày cừ tại cửa ra. ( = 3 m)

= 1. )]125,13

1325,13

3(

2sin[

= 0,37

Vậy

Jra = 54,4.37,01.

25,138 = 0,36

III. Phương pháp vẽ lướ i thấm

1. Xây d ựng lướ i thấ m

Lướ i thấm có thể đượ c xây dựng bằng phương pháp vẽ đúng dần. Để kiểm tra độ chính xác của lướ i thấm cần dựa vào các điều kiện sau:

- Tất cả các đườ ng dòng và đường đẳng thế phải trực giao nhau.- Các ô lướ i phải là các hình vuông cong (các trung đoạn của mỗiô lướ i phải bằng nhau)

- Tiếp tuyến của đường đẳng thế vẽ từ các điểm góc của đườ ngviền phải trùng phân giác của góc đó

Các giớ i hạn của lướ i thấm :

- Đườ ng thế đầu tiên : Mặt nền thấm phía thượng lưu

- Đườ ng thế cuối cùng : Mặt nền thấm phía hạ lưu

- Đườ ng dòng đầu tiên: Đườ ng viền thấm dưới đáy công tr ình

- Đườ ng dòng cuối cùng: Mặt tầng không thấm

Miền thấm giữa 2 đườ ng thế kế nhau gọi là dải, miền thấm giữa 2 đườ ng kề nhau gọilà ống dòng.

→ Sơ đồ lướ i thấm như h ình vẽ









21

2. Xác định áp lự c thấ m

Gọi n là số dải của lướ i thấm, n=16 → cột nướ c thấm tổn thất qua mỗi dải sẽ là :

∆H=n

H =

16

8= 0,5 m

Cột nướ c thấm tại 1 điểm x nào đó cách đườ ng thế cuối cùng i dải (i có thể số thậpphân khi x không nằm trên 1 đườ ng thế của lướ i) sẽ là :

hx = i. n

H

Cột nướ c thấm tại F(i=4,2) là hF = iF. n H = 4,2.0,5 = 2,1

E(i=6,8) là hE = iE. n H

= 6,8.0,5 = 3,4

→ Tổng áp lực thấm đẩy ngượ c lên bản đáy là :

Wth = n.

2FE L.

2

hh

=

14.2

4,31,2.10

= 385 KN

Áp lực thủy t ĩnh: Wtt = n.(H2+t).L2=10.(2,5 + 1).14 = 490 KN

3. Xác định lưu lượ ng thấm

q = K. n

m.H = 2.10-6.0,25.8 = 4.10-6 m2 /s

4. Xác định gradient thấm

Jtb =S

H

=Sn

H

Dựa vào công thức này vẽ đượ c biểu đồ gradien thấm ở cửa ra.

5. Kiểm tra độ bền thấm của nềnĐiều kiện bền thấm của nền là: Jra max < [J]









22

Vớ i =10

60

d

d = 15 tra hình P3-1 trang 118 Đồ Án Thủy Công

Ta đượ c [ J ] = 0,2

Từ đó ta vẽ đượ c biểu đồ áp lực dưới đáy công tr ình như h ình vẽ sau:

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www novapdf com)





Do An Thuy Cong

Documents

Transcript of Do An Thuy Cong