Đồ án Thủy công - Thiết kế đập bê tông trọng lực

ất gió lớn nhất tính toán: P = 2 %. Tần suất gió bình quân lớn nhất: P = 50 %. Hệ số lệch tải: n = 1,05. Hệ số điều kiện làm việc: m = 0,95. Hệ số tin cậy: Kn = 1,2. Độ vượt cao an toàn. + Tính với MNDGC: a’= 1 (m) + Tính với MNDBT: a = 1,2(m) TÍNH TOÁN MẶT CẮT ĐẬP. I. Mặt cắt cơ bản. 1. Dạng mặt cắt cơ bản. Do đặc điểm chịu lực, mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực có dạng tam giác ( hình-1). - Đỉnh mặt cắt ngang MNDGC MNDGC = MNDBT + Ht = 89,4 + 5,1 = 94,5 (m). Ht: Cột nước siêu cao lấy theo tài liệu đã cho ứng với tần suất lũ thiết kế là P = 0,5 %. => Ht = 5,1(m) - Chiều cao mặt cắt: H1 = MNDGC - Ñđáy = 94,5 – 31 = 63,5 m - Chiều rộng đáy đập là B, trong đó đoạn hình chiếu của mái thượng lưu là nB, hình chiếu của mái hạ lưu là (1-n)B. Trị số n có thể chọn trước theo kinh nghiệm, chọn n = 0. Trị số của B xác định theo các điều kiện ổn định và ứng suất. Hình 1 2. Xác định chiều rộng đáy đập: a- Theo điều kiện ổn định: B = Kc. (4-1) Trong đó: - H1: chiều cao mặt cắt, H1 = 63,5 m. - f: hệ số ma sát, f = 0,65. - g1: dung trọng của đập, g1 = 2,4 T/m3. - gn: dung trọng của nước, gn = 1 T/m3. - a1: hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vì đập cao, công trình quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màng chống thấm. Sơ bộ chọn a1 = 0,55. - Kc: hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định trong các quy phạm mới, ổn định của công trình được đảm bảo khi: nc.Ntt £ (4-2) Trong đó: - nc: hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 0,9. - m: hệ số điều kiện làm việc, m = 0,95. - Kn: hệ số tin cậy, Kn = 1,2. - Ntt và R lần lượt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và lực chống giới hạn. Có thể viết (4-2) dưới dạng: So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi Kc = = = 1,14 ® B = 1,14. = 60,2 m b- Theo điều kiện ứng suất: B = = = 46,69 m c- Chọn trị số B Để thoả mãn đồng thời cả 2 điều kiện ổn định và ứng suất, chọn B = 60,2 m II- Mặt cắt thực dụng đập không tràn: Tại mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ sung một số chi tiết ta được mặt cắt thực dụng. 1. Xác định cao trình đỉnh đập: a- Theo MNDBT: Ñđ1 = MNDBT + Dh + hs + a Trong đó: - Dh: độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất. - hs: độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất. * Tính Dh: Dh = 2.10-6. Trong đó: - V: vận tốc gió tính toán lớn nhất, V = 36 m/s. - D: đà gió ứng với MNDBT, D = 6000 m. - g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. - H: chiều sâu nước trước đập: H = ÑMNDBT - Ñđáy đập = 89,4 – 31 = 58,4 m. - as: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, as = 00. ® Dh = 2.10-6. = 0,027 m * Tính hs: hs = khs.h Trong đó: - khs: tra đồ thị hình P2-4a. - h: chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng. Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: H > Ta có: Có tra đồ thị hình P2-1 ta có: = 3,6 ; = 0,068. Có tra đồ thị hình P2-1 ta có: = 1,25 ; = 0,0125. So sánh hai cặp giá trị ta chọn cặp giá trị bé = 1,25 ; = 0,0125. Từ đó ta tính được: = . = 0,0125. = 1,65 m = . = 1,25. = 4,59 s Bước sóng trung bình được xác định theo công thức : m Kiểm tra: H = 58,4 m > = 16,43 m. Vậy giả thiết sóng nước sâu là đúng. Tra đồ thị P2-2 ứng với ta có: K1% = 2,09 ® h1% = K1%. = 2,09.1,65 = 3,45 m Tra đồ thị P2-4a ứng với = 0,56 và = 0,105 ta có: khs = 1,225 ® hs = khs.h = 1,225.3,45 = 4,23 m ® Ñđ1 = 89,4 + 0,027 + 4,23 + 1,2 = 94,85 m b- Theo MNDGC: Ñđ2 = MNDGC + Dh' + hs' + a' Trong đó: - Dh': độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất. - h's: độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất. * Tính Dh': Dh' = 2.10-6. Trong đó: - V': vận tốc gió bình quân lớn nhất, V' = 18 m/s. - D': đà gió ứng với MNDGC, D' = 6500 m. - g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. - H: chiều sâu nước trước đập, H = 94,5- 31 = 63,5 m. - as: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, as = 00. ® Dh' = 2.10-6. = 0,007 m * Tính h's: h's = kh's.h Trong đó: - kh's: tra đồ thị hình P2-4a - h: chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng. Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: H > Ta có: Có tra đồ thị hình P2-1 ta có: = 4,6 ; = 0,1. Có tra đồ thị hình P2-1 ta có: = 1,9 ; = 0,024. Ta chọn cặp giá trị = 1,9 ; = 0,024.(nhỏ nhất) Từ đó ta tính được: = . = 0,024. = 0,79 m = . = 1,9. = 3,49 s Bước sóng trung bình được xác định theo công thức : m Kiểm tra: H = 63,5 m > = 9,51 m. Vậy giả thiết sóng nước sâu là đúng. Tra đồ thị P2-2 ứng với ta có: K1% = 2,09 ® h1% = K1%. = 2,09.0,79 = 1,65 m Tra đồ thị P2-4a ứng với = 0,33 và = 0,09 ta có: khs = 1,21 ® hs = khs.h = 1,21.1,65 = 2,0 m ® Ñđ2 = 94,5 + 0,007 + 2,0 + 1 = 97,5 m Vậy, chọn cao trình đỉnh đập là 97,5 m. 2. Bề rộng đỉnh đập: chọn b = 5 m. 3. Bố trí các lỗ khoét: các hành lang (lỗ khoét) trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền kết hợp để sửa chữa. Hành lang ở gần nền dùng để phụt vữa chống thấm. Kích thước hành lang được chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi công (phụ thuộc vào kích thước máy khoan phụt và khoảng cách không gian cần thiết cho thi công). Các hành lang khác chọn không nhỏ hơn (1,2´1,6)m. Theo chiều cao đập bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia khoảng (15¸20)m. Khoảng cách từ mặt thượng lưu đến mép trước của hành lang tạm chọn theo điều kiện chống thấm: l1 = Với H là cột nước tính đến đáy hành lang J là gradien thấm cho phép của bê tông J = 20. Khi sử dụng phụ gia chống thấm có thể lấy J lớn hơn. Đối với các dữ liệu đã cho ta thấy: Với đập cao H = 97,5 – 31 = 66,5 (m) ta bố trí 3 hành lang, khoảng cách giữa các hành lang là 20 (m). Hành lang trên cùng cách đỉnh 24 (m) tính tới đáy hành lang.Hành lang dưới cùng (phụt vữa ) cách đáy 2,5 (m), hành lang này do phải tính đến kích thước máy khoan phụt vữa và khoảng không cần thiết cho thi công nên ta chọn kích thước là (4´4)m. Còn hai hành lang trên đều chọn kích thước là (2´2,5)m. Các cột nước (tính từ MNDGC): H1 = 94,5 – 33,5 = 61 (m). H2 = 94,5 – 53,5 = 41 (m). H3 = 94,5 – 73,5 = 21 (m). ® l1 = = = 3,05 m l2 = = = 2,05 m. l3 = = = 1,05 m. Các hành lang đều cuốn vòm với bán kính R = 1/2 chiều rộng mỗi hành lang III- Mặt cắt thực dụng của đập tràn: 1. Mặt cắt đập tràn: chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không. Loại này có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định. Cách xây dựng mặt cắt đập như sau: - Chọn cao trình ngưỡng tràn ngang với MNDBT = 89,4 m (tràn tự động). - Chọn hệ trục xOy có trục Ox ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu; trục oy hướng xuống dưới gốc O ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng tràn. - Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn với Hthiết kế = Ht = 5,1 (m). Tra phụ lục 14-2 (bảng tra thuỷ lực) ta có bảng toạ độ đường cong mặt đập như bảng sau (x = .Htk, y = .Htk): 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.7 2 2.5 3 3.5 4 4.5 x 0 0.51 1.02 1.53 2.04 3.06 4.08 5.1 6.12 7.14 8.67 10.2 12.75 15.3 17.85 20.4 22.95 0.126 0.036 0.007 0 0.007 0.06 0.147 0.256 0.393 0.565 0.873 1.235 1.96 2.824 3.818 4.93 6.22 y 0.643 0.184 0.036 0.000 0.036 0.306 0.750 1.306 2.004 2.882 4.452 6.299 9.996 14.402 19.472 25.143 31.722 - Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D. - Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R. R = (0,2 ¸ 0,5).(P + Ht) = 0,5.(58,4 + 5,1) = 31,75 m + P: chiều cao đập = 89,4 - 31 = 58,4m + Ht: cột nước trên đỉnh tràn. Mặt tràn cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF trong đó: - AB: nhánh đi lên của đường cong Ôphixêrốp - BC: là đoạn nằm ngang trên đỉnh. - CD: là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp. - DE: là một đoạn của mái hạ lưu mặt cắt cơ bản. - EF: là cung nối tiếp với sân sau. 2. Trụ pin và cầu giao thông: Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua, nhưng để đi lại kiểm tra và khai thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông qua đập tràn, bề rộng tràn lớn nên cần làm các trụ pin để đỡ cầu. Mặt trụ thượng lưu chọn là mặt tròn có R = 0,5m, dày 1m để đảm bảo điều kiện để chảy bao hợp lý. Cao trình đỉnh cầu giao thông chọn ngang đỉnh đập, bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt đập, b = 5m. TÍNH TOÁN MÀN CHỐNG THẤM I. Mục đích: Xác định các thông số cần thiết của màn chống thấm (chiều sâu, chiều dày, vị trí đặt) để đảm bảo được yêu cầu chống thấm đề ra (hạn chế lượng mất nước, giảm nhỏ áp lực thấm lên đáy đập). II. Xác định các thông số của màn chống thấm: 1. Chiều sâu phụt vữa: S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập. Lưu lượng tháo qua nhà máy thuỷ điện là: QTĐ = 4.121 = 484 (m3/s) Lưu lượng qua tràn là: Qtràn = Qtháo - QTĐ = 1230 - 484 = 746 (m3/s) Tra quan hệ (Q ~ ZHL) với Qtràn = 746 m3/s ta có ZHL = 35,34 m. Cột nước thấm lớn nhất của đập: H = MNDGC - ZHL = 94,5 – 35,34 = 59,16 m Theo quy phạm Liên Xô CH 123-60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định như sau: 25m £ H £ 75m tương ứng đến 0,03 l/ph. Từ tài liệu ép nước thí nghiệm đã cho, ta xác định được chiều sâu màn chống thấm là S1 = 15m. 2. Chiều dày màn chống thấm: xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn. d ³ = = 1,77 m Trong đó: - a.H là cột nước tổn thất qua màn, a = 1 - a1 = 1 - 0,55 = 0,45. - [J] là gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn chống thấm, [J] = 15. Chọn d = 2 m. 3. Vị trí màn chống thấm: Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu đập càng tốt. Nhưng để chống thấm cho thành phần phía trước của hành lang phụt vữa cần khống chế: l1 ³ = = 3,05m Trong đó: - H1 là cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang, H1 = 61 m - Jb là gradien thấm cho phép của bê tông, Jb = 20. Chọn l1 = 3,2 m ® l2 = B - l1 - d = 60,2 – 3,2 – 2 = 55 m. III- Kiểm tra trị số của a1: Trong thiết kế sơ bộ, có thể áp dụng phương pháp của Pavơlốpxki, theo đó: a1 = Với: - p1 = gn.H = 1.(94,5-31) = 63,5 T. - p2 = .arccos Trong đó: + x = = = 1 m + a = = = 2,41 + b = = = 1,39 ® p2 = = 35,01 ® a1 = » 0,55. Như vậy trị số a1 giả thiết là đúng. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐẬP TRÀN I- Tính toán khẩu diện tràn: 1. Công thức chung: Tài liệu đã cho cao trình ngưỡng, cột nước lớn nhất trên tràn (ứng với tần suất thiết kế) và lưu lượng cần tháo. Cần xác định bề rộng tràn để tháo được lưu lượng cần thiết. Sử dụng công thức chung của đập tràn: Qt = e.sn.m.åb..H Trong đó: - e: hệ số co hẹp bên. - sn: hệ số ngập, sn = 1 (chảy tự do). - m: hệ số lưu lượng. - åb: tổng chiều dài tràn nước. - H0: cột nước trên đỉnh tràn. - Qt: lưu lượng tháo qua tràn. 2. Xác định các thông số: a- Trường hợp sử dụng cả các tổ máy thuỷ điện để tháo lũ, Qt xác định như sau: Qt = Q - at.Q0 Trong đó: - Q là lưu lượng tháo lũ lớn nhất, Q = 1230 m3/s. - Q0 là khả năng tháo lớn nhất của nhà máy thuỷ điện, lấy trong trường hợp cả 4 tổ máy cùng làm việc, Q0 = 484 m3/s. - at: hệ số lợi dụng, có thể lấy at = 0,8 ® Qt = 1230 - 0,8.484 = 842,8(m3/s) b- Hệ số lưu lượng m của đập tràn: m = Trong đó: - mtc là hệ số lưu lượng đập tràn tiêu chuẩn, mtc = 0,504 (Đập loại I) - là hệ số sửa chữa do cột nước thay đổi. Dùng bảng tra Thuỷ lực phụ lục 14-4 với = 450 và = 1 ta có . - : là hệ số sửa chữa do thay đổi hình dáng so với mặt cắt tiêu chuẩn. Chọn góc a =450, b = 470, l/P1 1. Tra bảng 14-3 ta có: . ® m = 1.0,989.0,504 = 0,498 c- Hệ số co hẹp bên e phụ thuộc số khoang và dạng mố, xác định theo công thức: Trong đó: - Chọn loại mố trụ đầu lượn tròn, - Mố bên: - H0: cột nước toàn phần. - n: số khoang tràn. - b: bề rộng mỗi khoang. d- Cột nước toàn phần: H0 = Ht + , (V0: Lưu tốc tới gần, ta coi V0 0) H0 = Ht = 5,1 m 3. Xác đinh khẩu diện tràn: Từ công thức: ta có: (*) thay vào (*) ta có: (m). Ta chọn: n = 5 . ® b = 7,14 (m) Vậy ta có: n = 5; b = 7,14(m) II- Tính toán tiêu năng: 1. Chọn hình thức và biện pháp tiêu năng: a- Hình thức: có thể là tiêu năng đáy hoặc tiêu năng phóng xa. b- Biện pháp: - Tiêu năng đáy: chọn biện pháp làm bể - tường kết hợp. - Tiêu năng phóng xa: làm mũi phun ở cuối đập tràn. Cao trình mũi phun chọn cao hơn mực nước hạ lưu max. 2. Tính toán cho hình thức tiêu năng đáy: a- Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng: Ta có: - B = bn + (n-1)d + 2d’ =7,14.5 + 4.1 + 2.0,5 = 40,7 (m). - q = . - - - ; - ZHL: cao trình mực nước hạ lưu, tra quan hệ Z ~ Q. - hh = ZHL - ÑĐáy= Z – 31. - E0 = P + H0 (P: chiều cao đập tràn, P = 58,4 m). - , ( j = 0,95 - chảy qua đập tràn có chiều dài mặt tràn trung bình) - : Tra bảng phụ lục 15-1, bảng tra thuỷ lực. => - Các kết quả tính toán được điền vào bảng sau đây: BẢNG LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG Ho (m) H/Htk sH e m Qt (m3/s) Eo (m) q (m2/s) F(tc) 1 0.2 0.875 0.985 0.436 67.93 59.4 1.67 0.0038 2 0.4 0.921 0.970 0.459 199.12 60.4 4.89 0.0110 3 0.6 0.853 0.955 0.425 333.51 61.4 8.19 0.0179 4 0.8 0.978 0.939 0.487 579.39 62.4 14.24 0.0304 5.1 1.0 1 0.923 0.498 837.79 63.5 20.58 0.0428 Ho tc" hc" Q ZHL hh hc"-hh 1 0.0677 4.02 455.1 34.2 3.2 0.82 2 0.0924 5.58 586.3 34.7 3.7 1.88 3 0.1182 7.26 720.7 35.3 4.3 2.96 4 0.1529 9.54 966.6 36 5.0 4.54 5.1 0.1814 11.52 1225.0 36.63 5.63 5.89 Vậy lưu lượng tính toán tiêu năng là Qt = 837,8 m3/s.(ứng vơí (- hh)max) b- Tính toán kích thước bể và tường tiêu năng tiêu năng kết hợp:: Ta có: q = 20,58 m2/s, E0 = 63,5 m Chiều cao tường c và chiều sâu đào bể d phảI thoả mãn điều kiện: d + C = - H1 Trong đó: - c là chiều cao tường. - d là chiều sâu đào bể. - s hệ số an toàn ngập, ta chọn s = 1,05 - hc’’ độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp hc tính với cao trình sân bể, với cột nước thượng lưu Eo’ = Eo + d. + Chiều cao tường lớn nhất để không có nước nhảy xa sau tường. Cmax = E10 – H10 hh = 5,6 m. (m) (m) () (m) mt: Hệ số lưu lượng của tường tiêu năng. (mt = 0,42) Thay vào công thức tính Cmax. Cmax = 3,03 (m) Chọn C = (0,9 0,95)Cmax C = 2,8 (m) + Để có nước nhảy ngập sau tường ta cần phải đào bể với độ sâu d1 = s.hc” – C – H1 = 1,05.11,52 – 2,8 – 4,96 = 4,34 (m) Sau khi có bể cột nớc E0 lại thay đổi ta tính lại chiều sâu đào bề: E02 = E01 + d1 = 63,5 + 4,34 = 67,84 (m) = 0,0388 à tc” = 0,1730 à hc” = 67,84.0,1730 = 11,74 m d2 = s.hc” – C – H1 = 1,05.11,74 – 2,8 – 4,96 = 4,57 (m) Tính lại với d2 = 4,57 (m) E03 = E01 + d2 = 63,5 + 4,57 = 68,07 (m) = 0,0386 à tc” = 0,1726 à hc” = 68,07. 0,1726 = 11,75 m d3 = s.hc” – c – H1 = 1,05.11,75 – 2,8 – 4,96 = 4,58 (m) d2 Vậy chọn d = 4,6 m + Chiều dài bể tiêu năng. Lb = 0,8.Ln + L1 ( L1 = 0 do là đập hình cong) Ln = 4,5. = 4,5.11,75 = 52,88 (m). Lb = 42,3 m Vậy kích thước công trình tiêu năng là: + c = 2,8 (m). + d = 4,6 (m). + Lb = 42,3 (m). TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP I- Mục đích: kiểm tra ổn định trượt, lật cho các mặt cắt đập không tràn và đập tràn. Trong phạm vi đồ án này, yêu cầu tính ổn định trượt cho phần đập không tràn (kiểm tra cho mặt cắt có chiều cao lớn nhất của phần này). II- Các trường hợp tính toán: 1. Ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản). 2. Ứng với MNDBT, có động đất (đặc biệt). 3. Ứng với MNDGC (đặc biệt). 4. Ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc không bình thường (đặc biệt), ... Trong đồ án này yêu cầu kiểm tra với trường hợp 2 và 3. III- Kiểm tra ổn định trượt cho các trường hợp: W th W M 2 W W 3 W s max s H 3 W ® 1 G 2 G ® F MNDBT + Động Đất 1. Xác định các lực tác dụng lên đập: a- Trường hợp ứng với MNDBT và có động đất: - Cao trình đáy: Ñđáy = 38,8m - H1 = MNDBT - Ñđáy = 89,4 – 38,8 = 50,6 m. - B = 52,8 m. - n = 0. * Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng ở thượng lưu đập (hạ lưu không có nước): - Thành phần nằm ngang: W1 = .gn.H = .1.50,62 = 1280,18 T - Điểm đặt cách đáy = = 16,87 m. * Áp lực sóng: - Áp lực sóng lớn nhất đạt được ứng với độ dềnh: Trong đó: + : xác định theo đồ thị hình P2-4a giáo trình Đồ án thuỷ công. + h: chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo tương ứng i = 1%, h = 3,45 m. ® - Trị số áp lực sóng lớn nhất lên mặt đập: Ws = Tra đồ thị P2-4c (đồ án môn học thuỷ công) ta có: Kd = 0,22 ® Ws = 0,22.1.3,45.(50,6 + ) = 39,71 T - Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra: Tra đồ thị P2-4d (đồ án môn học thuỷ công) ta có: Km = 0,22. ® Mmax = 0,22.1.3,45.() = 1039,41 T.m - Điểm đặt cách đáy: m. * Áp lực thấm: Do chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu nên phát sinh dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu công trình gây nên áp lực thấm dưới đáy công trình. Biểu đồ phân bố áp lực thấm coi gần đúng là hình tam giác, có cường độ lớn nhất tại vị trí sau màn chống thấm. Pmax = Trong đó: - : hệ số cột nước thấm còn lại sau màng chống thấm, a1 = 0,55. - H1: cột nước thấm, H1 = 50,6 m. ® Pmax = 1.0,55.50,6 = 27,83 T Tổng áp lực thấm đẩy ngược sẽ là: Wth = .B.Pmax = .52,81.27,83 = 734,85 T Điểm đặt cách chân đập ở hạ lưu là: = = 35,21 m. * Áp lực bùn cát: - Thành phần nằm ngang: W2 = Trong đó: + j: góc ma sát trong của bùn cát. j = 110. + : dung trọng đẩy nổi của bùn cát. + n: độ rỗng của bùn cát lắng đọng ta có. = 1,15 - 1.(1- 0,45) = 0,6 T/m3 + hbc: chiều sâu bùn cát trước công trình, hbc = 40 – 38,8 = 1,2 m. ® W2 = .0,6.1,22.tg2(45o - ) = 0,29 T - Điểm đặt cách đáy là: = = 0,4 m. * Trọng lượng của thân đập: Để dễ dàng tính toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó. Mặt cắt đập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật. Trọng lượng của phần đập có mặt cắt sẽ là . Trọng lượng của toàn đập G = Gi. - G1 = 2,4.5.(97,5 – 38,8) = 704,4 T. - G2 = 2,4..(52,81 - 5).50,4 = 2893,8 T.® G = G1 + G2 = 3598,2 T Điểm đặt cách chân đập ở hạ lưu là: x = B - = 52,81 - = 35,48 m y = = = 19,26 m * Lực sinh ra khi có động đất: - Lực quán tính động đất của công trình : Fđ = K.a.G Trong đó: + K = 0,05: hệ số động đất, tương ứng với động đất cấp 8. + a : hệ số đặc trưng động lực, chọn ® Fđ = 0,05.1.3598,2 = 179,91 T - Áp lực nước tăng thêm khi động đất: Wđ = T - Áp lực bùn cát tăng thêm khi động đất: W3 = 2.K. tgj.W2 = 2.0,05.tg11 0.0,29 = 0,006 T Điểm đặt cách đáy là = 0,4 m. BẢNG TỔNG HỢP CÁC GIÁ TRỊ LỰC TÁC DỤNG LÊN ĐẬP TT Lực Trị số Cánh tay đòn (m) Mô men (T.m) ¯ (+) ® (+) 1 W1 1280,18 16,87 21596,64 2 Ws 39,71 26,18 1039,61 3 Wth -734,85 35,21 25874,07 4 W2 0,29 0,4 0,12 5 G 3598,2 35,48 -127664,14 6 Fđ 179,91 19,26 3465,07 7 Wđ 64 16,87 1079,68 8 W3 0,006 0,4 S 2863,35 1564,10 b- Trường hợp ứng với MNDGC: - H1 = MNDGC - Ñđáy = 94,5 – 38,8 = 55,7 m. - B = 52,8 (m) * Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng ở thượng lưu đập (hạ lưu không có nước): - Thành phần nằm ngang: W1 = .gn.H = .1.55,72 = 1551,25 T - Điểm đặt cách đáy = = 18,57 m. * Áp lực sóng: - Áp lực sóng lớn nhất đạt được ứng với độ dềnh: Trong đó: + : xác định theo đồ thị hình P2-4a giáo trình Đồ án thuỷ công. + h: chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo tương ứng i = 1%, h = 1,65 m. ® - Trị số áp lực sóng lớn nhất lên mặt đập: Ws = Tra đồ thị P2-4c (đồ án môn học thuỷ công) ta có: Kd = 0,21 ® Ws = 0,21.1.1,65.(55,7 + ) = 19,59 T - Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra: Tra đồ thị P2-4d (đồ án môn học thuỷ công) ta có: Km = 0,18. ® Mmax = 0,18.1.1,65.() = 474,50 T.m - Điểm đặt cách đáy: m. * Áp lực thấm: Do chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu nên phát sinh dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu công trình gây nên áp lực thấm dưới đáy công trình. Biểu đồ phân bố áp lực thấm coi gần đúng là hình tam giác, có cường độ lớn nhất tại vị trí sau màn chống thấm. Pmax = Trong đó: - : hệ số cột nước thấm còn lại sau màng chống thấm, a1 = 0,55. - H1: cột nước thấm, H1 = 55,7 m. ® Pmax = 1.0,55.55,7 = 30,64 T Tổng áp lực thấm đẩy ngược sẽ là: Wth = .B.Pmax = .52,81.30,64 = 808,92 T Điểm đặt cách chân đập ở hạ lưu là: = = 35,21 m. * Áp lực bùn cát: - Thành phần nằm ngang: W2 = Trong đó: + j: góc ma sát trong của bùn cát. j = 110. + : dung trọng đẩy nổi của bùn cát. + n: độ rỗng của bùn cát lắng đọng ta có. = 1,15 - 1.(1- 0,45) = 0,6 T/m3 + hbc: chiều sâu bùn cát trước công trình, hbc = 40 – 38,8 = 1,2 m. ® W2 = .0,6.1,22.tg2(45o - ) = 0,29 T - Điểm đặt cách đáy là: = = 0,4 m. * Trọng lượng của thân đập: Để dễ dàng tính toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó. Mặt cắt đập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật. Trọng lượng của phần đập có mặt cắt sẽ là . Trọng lượng của toàn đập G = Gi. - G1 = 2,4.5.(97,5 – 38,8) = 704,4 T. - G2 = 2,4..(52,81 - 5).50,4 = 2893,8 T.® G = G1 + G2 = 3598,2 T Điểm đặt cách chân đập ở hạ lưu là: x = B - = 52,81 - = 35,48 m y = = = 19,26 m * Lực sinh ra khi có động đất: - Lực quán tính động đất của công trình : Fđ = K.a.G Trong đó: + K = 0,05: hệ số động đất, tương ứng với động đất cấp 8. + a : hệ số đặc trưng động lực, chọn ® Fđ = 0,05.1.3598,2 = 179,91 T - Áp lực nước tăng thêm khi động đất: Wđ = T - Áp lực bùn cát tăng thêm khi động đất: W3 = 2.K. tgj.W2 = 2.0,05.tg11 0.0,29 = 0,006 T Điểm đặt cách đáy là = 0,4 m. BẢNG TỔNG HỢP CÁC GIÁ TRỊ LỰC TÁC DỤNG LÊN ĐẬP TT Lực Trị số Cánh tay đòn (m) Mô men (T.m) ¯ (+) ® (+) 1 W1 1551,25 18,57 28806,71 2 Ws 19,59 24,22 474,47 3 Wth -808,92 35,21 28482,07 4 W2 0,29 0,4 0,12 5 G 3598,2 35,48 -127664,14 6 Fđ 179,91 19,26 3465,07 7 Wđ 77,56 18,57 1440,29 8 W3 0,006 0,4 S 2789,28 1828,61 2. Kiểm tra an toàn về trượt phẳng: Đập được xây dựng trên nền đá do đó ta cần tiến hành kiểm tra cho trường hợp mặt trượt nằm ngang theo công thức: Trong đó: - SP : tổng các lực gây trượt chủ động. - SG : tổng hợp các lực tác dụng theo phương vuông góc mặt trượt. - f0, C: đặc trưng chống trượt, f0 = 0,63, C= 2 kg/cm2 = 20 T/m2. - B : bề rộng mặt trượt, B = 52,81 m. - Kc = = = 1,14 a- Trường hợp MNDBT có động đất: - SP = 1564,10 T. - SG = 2863,35 T. > KC = 1,14 b- Trường hợp MNDGC: - SP = 1828,61 T. - SG = 2789,28 T. > KC = 1,14 Vậy, đập đảm bảo an toàn về trượt. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP I- Mục đích: xác định các đặc trưng phân bố ứng suất trong thân đập (các đường đẳng ứng suất, quỹ đạo ứng suất N1, N2, T) để sử dụng cho việc phân vùng vật liệu, bố trí khe thi công, phân tích ứng suất lỗ khoét, ... II- Trường hợp tính toán: cần phân tích ứng suất với các trường hợp làm việc khác nhau của đập. Trong đồ án này yêu cầu tính với trường hợp ứng với MNDGC và tính cho một mặt cắt đập không tràn (mặt cắt đã kiểm tra ổn định ở trên). III- Phân tích ứng suất cho mặt cắt đập đã chọn: Sử dụng phương pháp phân tích trọng lực. Trình tự như sau: 1. Chia lưới: Chia mặt cắt đập ra các phần bởi một lưới vuông, kích thước mắt 10x10 m. 2. Tính toán các ngoại lực tác dụng lên đập ứng với các mặt cắt nằm ngang khác nhau (chỉ tính các lực tác dụng lên đập ở phần bên trên mặt cắt ngang đang xét). Các lực cần tổng hợp là: - åGi: tổng các lực thẳng đứng. - åP: tổng các lực nằm ngang. - åM: tổng mômen đối với tâm mặt cắt. * Áp lực thuỷ tĩnh: W1i = . * Áp lực bùn cát. W2 = * Áp lực sóng: Ws = . Khoảng cách từ điểm đặt Wsi đến mặt cắt thứ i là : . 3) Tính ứng suất biên trên từng mặt cắt: a)Ứng suất pháp: B : bề rộng mặt cắt đang xét. Lấy dấu ( + ) với biên thượng lưu: sy' Lấy dấu ( - ) với biên hạ lưu : sy'' b)Ứng suất tiếp t: * Biên thượng lưu: t' = (gn . y - sy' ) . tga1 Trong đó: gn : dung trọng của nước. y : chiều sâu nước tính đến mặt cắt ngang đang xét. sy' : trị số ứng suất pháp sy tại biên thượng lưu. a1 : góc giữa mái thượng lưu đập và phương thẳng đứng. a1 = 00 * Biên hạ lưu: t'' = s''y . tga2 sy'' : trị số ứng suất pháp sy tại biên hạ lưu. a2 : góc giữa mái hạ lưu đập và phương thẳng đứng. a2 = 43,40 ; tga2 = 0,9458 c)Ứng suất pháp sx * Biên thượng lưu: sx' = gn . y - (gn . y - sy' ) . tg2a1 * Biên hạ lưu: s''x = sy'' . tg2a2 d)Ứng suất chính: * Biên thượng lưu: N2' = gn . y N1' = - gn . y . tg2a1 * Biên hạ lưu: N2'' = 0 N1'' = e)Ứng suất cắt chính: * Biên thượng lưu: T' = * Biên hạ lưu: T'' = Kết quả tính toán ở bảng sau: Bảng tính toán ngoại lực tác dụng lên đập Mmax Mặt cắt mc Hi Bi Gi xG W1 y1 Ws ys Wth yt Wbc ybc 474.50 1 38.8 55.7 52.80 3417 9.08 1551 18.57 19.6 24.23 809 8.8 0.29 0.4 2608 1571 5376 321.47 2 48.8 45.7 43.32 2321 7.54 1044 15.23 16.1 19.94 0 0 0 0 2321 1060 -1275 198.14 3 58.8 35.7 33.84 1442 6.01 637 11.90 12.7 15.66 0 0 0 0 1442 650 -889 104.51 4 68.8 25.7 24.36 778 4.49 330 8.57 9.2 11.37 0 0 0 0 778 339 -562 40.59 5 78.8 15.7 14.88 331 2.88 123 5.23 5.7 7.09 0 0 0 0 331 129 -268 6.36 6 88.8 5.7 5.40 99 0.20 16 1.90 2.3 2.81 0 0 0 0 99 19 18 Bảng tính ứng suất biên Mặt cắt s''y s'y t'' t' s'x s''x N2' N1' N2'' N1'' T' T'' 1 60.97 37.83 56.85 0.00 55.70 53.01 55.70