Bài giảng Công trình thủy - Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế công trình thủy lợi

Nội dung text: Bài giảng Công trình thủy - Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế công trình thủy lợi

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM COÂNG TRÌNH THUÛY Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng - BM KTTNN NOÄI DUNG MOÂN HOÏC Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế công trình thủy lợi (CTTL). Chương 3. Hồ chứa nước. Chương 4. Đập dâng nước Chương 5. Công trình tháo lũ Chương 6. Công trình dẫn nước. Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Chương 7. Máy thủy lực. E-mail: nthong56@yahoo.fr Chương 8. Thủy điện. Chương 9. Trạm bơm Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index 7/21/2014 1 7/21/2014 2 Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT THIEÁT KEÁ CTTL CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU THIEÁT KEÁ Boán giai ñoaïn thöïc hieän döï aùn: 1- Khaûo saùt. 1- Ñòa hình (tyû leä 1/50000, 1/10000,1/2000, 2- Thieát keá : 1/1000, 1/500). - Laäp Baùo caùo kyõ thuaät (nghieân cöùu Tieàn khaû 2- Ñòa chaát: Ñòa chaát kieán taïo, ñiaï chaát thi), Laäp Döï aùn ñaàu tö (nghieân cöùu Khaû thi). thuûy vaên, ñòa chaát coâng trình, ñòa chaát - Thieát keá kyõ thuaät. - Thieát keá thi coâng. thoå nhöôõng. 3- Thi coâng. 3. Khí töôïng - Thuûy vaên. 4- Quaûn lyù. 4. Moâi tröôøng. 7/21/2014 3 7/21/2014 4 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy CÔ SÔÛ TÍNH TOAÙN 2. NOÄI DUNG TÍNH TOAÙN 1. Phaân caáp CTTL (caáp I, II,III,IV,V). - Tính toaùn thuûy vaên; - Coâng trình (CT) laâu daøi. - Tính toaùn thuûy naêng; - CT taïm thôøi. - Tính toaùn thuûy löïc; - CT chuû yeáu. - Tính toaùn löïc taùc duïng leân CTTL; - CT thöù yeáu. - Tính toaùn thaám; yù nghóa cuûa phaân caáp ??? 7/21/2014 5 7/21/2014 6 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 1
2. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy - Tính toaùn oån ñònh vaø bieán daïng; TAÛI TROïNG, LÖÏC - Tính toaùn keát caáu; * Taûi troïng vaø löïc taùc duïng thöôøng xuyeân: - Tính toaùn vaø döï baùo taùc ñoäng moâi tröôøng; Bao goàm: AÙp löïc nöôùc tænh, ñoäng, ñaåy noåi, - Tính toaùn kinh teá. thaám, aùp löïc nöôùc trong caùc loã roãng öùng vôùi MNDBT vaø thieát bò choáng thaám, thoaùt nöôùc laøm vieäc bình thöôøng, aùp löïc ñaát coù xeùt ñeán taûi troïng treân maët, öùng suaát tröôùc cuûa keát caáu. 7/21/2014 7 7/21/2014 8 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy * Taûi troïng vaø löïc taùc duïng taïm thôøi daøi haïn: • (aùp löïc ñaát boå sung do bieán daïng neàn, keát caáu, nhieät, aùp löïc buøn caùt, töø bieán, co ngoùt keát caáu). * Taûi troïng vaø löïc taùc duïng taïm thôøi ngaén haïn: TOÅ HÔÏP TAÛI TROÏNG • (Thieát bò naâng, taøu thuyeàn vaät troâi va chaïm, soùng, gioù, nöôùc va). * Taûi troïng vaø löïc taùc duïng taïm thôøi ñaëc bieät: • (Ñoäng ñaát, noå mìn, gioù khi baõo, nöôùc va khi caét taûi hoaøn toaøn). 7/21/2014 9 7/21/2014 10 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy 1- Toå hôïp TT cô baûn = thöôøng xuyeân + taïm thôøi daøi haïn + taïm thôøi ngaén haïn. 2- Toå hôïp TT ñaëc bieät = thöôøng xuyeân + moät AÙP LÖÏC NÖÔÙC trong soá taïm thôøi ñaëc bieät. Xeùt caû 2 toå hôïp vaø choïn tröôøng hôïp nguy hieåm 7/21/2014 11 7/21/2014 12 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 2
3. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy AÙP SUAÁT NÖÔÙC M TAÙC DUÏNG LEÂN p h Nước hA THAØNH PHAÚNG Nöôùc, A pA áp suất p = gh A A nước tác dụng F A tại A AÙP SUAÁT: Bieåu dieãn baèng 1 vectô: • Phöông : thaúng goùc vôùi mặt taùc duïng. F lực tác dụng • Chieàu: höôùng vaøo maët taùc duïng. lên mặt MN • Cöôøng ñoä: pgh(N / m ) 2 N (p tyû leä tuyeán tính vôùi chieàu saâu) 7/21/2014 13 7/21/2014 14 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy 1. AÙP LÖÏC THUÛY TÆNH: B AÙp suaát nöôùc p taïi ñoä saâu h so vôùi maët thoaùng: H/2 H p gh(N / m2 ) 2H/3 p o p0= gH/2 vôùi =1000kg/m3: khoái löôïng rieâng nöôùc. F C AÙp löïc töông ñöông taùc duïng leân maët phaúng S: G A’ pA F p0S(N) A pgHA p0: aùp suaát taïi taâm maët xeùt, S dieän tích maët xeùt. 2 F=p0S=p0bH= gbH /2 7/21/2014 15 7/21/2014 16 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy • Tính vaø veõ aùp löïc töông ñöông F pB 0 (vì hB=0) B F 2H/3 h H C G ’ C pC A pc ghC A pA gH H H H 7/21/2014 F g .(b.LAB ) g .b. 17 7/21/2014 18 PGS. Dr. Nguyễn Thống 2 2 sin PGS. Dr. Nguyễn Thống 3
4. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Baøi taäp: Cho moät ñaäp beâ toâng coù kích thöôùc nhö hình vẽ. Xaùc ñònh aùp löïc nöôùc taùc duïng leân coâng trình Màng chống thấm (tính cho b=1m chieàu roäng): - Thuûy tænh. 1H - Ñaåy noåi. - Thaám (heä soá giaûm aùp löïc =1). Hệ số giảm áp 1 1 3 - Buøn caùt vôùi dung trọng ñaåy noåi ñn=0.7 t/m vaø goùc noäi ma saùt =200. 7/21/2014 19 7 / 21 / 2014 20 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống !!! Ñaåy noåi+Thaám AÙp löïc ngöôïc COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy AÙP LÖÏC THUÛY ÑOÄNG MNDBT=55m A Khi nöôùc ñeán gaàn moät vaät caûn coá ñònh, ngoaøi aùp löïc thuûy tænh coøn coù theâm moät taùc duïng löïc boå sung aùp löïc thuûy ñoäng P. Bùn cát, +30m 2 MNHL=20m P kV V A(1 cos ) (N) C/t m/đ=15m vôùi V vaän toác trung bình, goùc giöõa höôùng doøng B C chaûy vaø maët taùc duïng, A dieän tích, kv heä soá chaûy a=5m b=25m voøng laáy nhö sau: 7/21/2014 21 7/21/2014 22 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy AÙP LÖÏC THUÛY ÑOÄNG Baøi taäp: Xaùc ñònh aùp löïc thuûy ñoäng taùc duïng leân truï pin coù daïng löôïn troøn. Dieän tích A=80m2, vaän toác trung bình doøng chaûy laø 4m/s, goùc ñeán =750. kv =0.4 kv =1 kv =0.7 7/21/2014 23 7/21/2014 24 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 4
5. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy λ Bước sóng s AÙP LÖÏC SOÙNG Trục soùng hs ' h s Mực nước hồ tỉnh 7/21/2014 25 7/21/2014 26 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Vaän toác gioù: 10 k (m/ s) Taàn suaát phuï thuoäc caáp coâng trình: Caáp CT Taàn suaát gioù p%  vaän toác gioù thöïc ño ôû cao ñoä Z,  tốc ñộ gioù ôû cao 10 ñoä 10m so vôùi maët hoà. MNDBT MNGC kω heä soá quy ñoåi khi Z khaùc cao ñoä 10 m so vôùi maët I 2 20 hoà. II 2 20 Chieàu cao 2 6.5 8 10 12 17 20 II 4 30 thöïc ño (m) IV 4 50 k 1.25 1.05 1.03 1 .98 .94 .89 V 10 50 7/21/2014 27 7/21/2014 28 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy ÑAØ GIOÙ (D): Phuï thuoäc hình daïng hoà. XAÙC ÑÒNH THOÂNG SOÁ SOÙNG 7/21/2014 29 7/21/2014 30 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 5
6. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy XAÙC ÑÒNH THOÂNG SOÁ SOÙNG Khu tieáp bôø - Khu nöôùc saâu: H > λs/2 ñaùy khoâng aûnh höôûng ñeán hình daïng vaø kích thöôùc soùng. Khu xoâ va - Khu nöôùc caïn: Hpg < H < λs/2 ñaùy coù aûnh höôûng Khu caïn H Khu saâu pg ñeán hình daïng vaø kích thöôùc soùng. H=s/2  1m 2 s Hpg h s (0,47 0,23 ) 2 Ñaùy hms vôùi m=ctg(α) maùi doác bôø. CAÙC KHU NÖÔÙC TRONG VUØNG GAÂY RA SOÙNG 7/21/2014 31 7/21/2014 32 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Coâng thöùc thöïc nghieäm tính thoâng soá soùng: Lapzovski - Khu nöôùc saâu: Andreanov: h 0,073k D 5/ 4 1/3 0ss 10 hs10 0,0208 D D  0,073 1/ 2 0s 10 s10 0,304 D  Ñaø gioù D tính baèng km. vôùi  chæ ñoä doác soùng: 7 /21/2014 33 7/21/2014 34 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy 0,4D Lapzovski - Khu nöôùc caïn: 10 h k h ,  k  ks 1 e s 1 0s s 2 0s h 1 H/s 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1 0s  14 k .119 .435 .652 .823 .904 1 0s 1 9 19e 10 k2 .251 .564 .703 .832 .904 1 7/21/2014 35 7/21/2014 36 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 6
7. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy BIEÅU ÑOÀ TÍNH AÙP LÖÏC SOÙNG h B ' P s P0 P  (h h ) H h +h' 0 s s 2H E s s ch s H 3hs 3hs Ñoä daâng cao truïc soùng so vôùi möïc nöôùc tænh: 2 ' hs 2H hcths P3h  C D A ss PH 7/21/2014 37 7/21/2014 38 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy COÂNG THÖÙC GAÀN ÑUÙNG TÍNH AÙP LÖÏC Tröôøng hôïp maët nghieâng TÖÔNG ÑÖÔNG P h 2 s (H hs h s )(H pH ) H Ps n n 3h 2 2 H s ' p 3h ex e x ex e x ch(x) ;sh(x) 2 2 β sh(x) ch(x)  th(x) ;cth(x) P' P ( 1) ch(x) sh(x) 3h 3h 0 7/21/2014 39 7/21/2014 45 40 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Baøi taäp: Cho bieát vaän toác gioù taïi cao ñoä 10m so vôùi maët hoà laø 20m/s. Ñaø gioù hoà laø D=2 km. Kích thöôùc vaø möïc nöôùc hoà nhö hình veõ sau. - Tính aùp löïc soùng (Andreanov) taùc duïng H=15m leân maët ñaäp beâ toâng thaúng ñöùng. - Giaû thieát baây giôø maët ñaäp nghieâng 600 so vôùi phöông ngang. Tính aùp löïc soùng töông öùng. 7 /21/2014 41 7/21/2014 42 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 7
8. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy GIÔÙI THIEÄU - Thaám laø söï chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng trong moâi tröôøng coù caùc loã TÍNH TOAÙN THAÁM hoaëc khe roãng (ñaát, ñaù, beâ toâng, ). - Khi coù coâng trình (coáng, ñaäp, ) taïo neân cheânh leäch coät nöôùc thöôïng vaø haï löu coâng trình xuaát hieän doøng thaám trong moâi tröôøng roãng. 7/21/2014 43 7/21/2014 44 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy THAÁM COÙ AÙP DÖÔÙI COÂNG TRÌNH 7/21/2014 45 7/21/2014 46 PGS. Dr. Nguyễn Thống THAÁM COÙ AÙP DÖÔÙI COÂNG TRÌNH PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Ñöôøng baõo hoøa Vuøng khoâng coù nöôùc Vuøng baõo hoøa nöôùc THAÁM VOØNG QUANH COÂNG TRÌNH THAÁM KHOÂNG AÙP QUA COÂNG TRÌNH 7/21/2014 (Nhìn töø treân xuoáng) 47 7/21/2014 48 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 8
9. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy TAÙC HAÏI DO THAÁM GAÂY RA 7/21/2014 49 7/21/2014 50 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy TAÙC HAÏI DO THAÁM GAÂY RA LÖÔÙI THAÁM Ñöôøng doøng Ñöôøng theá 7/21/2014 51 7/21/2014 52 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy 7/21/2014 53 7/21/2014 54 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 9
10. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Troïng löôïng rieâng: W Theå tích Troïng löôïng  (kN / m3 ) V Khí V V k Wk Troïng löôïng r Vn Nöôùc Wn rieâng öôùt: V W V W W h Haït Wh  h n (kN / m3 )  V 7/21/2014 55 7/21/2014 56 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Troïng löôïng rieâng baõo hoøa: Ñoä aåm cuûa ñaát: Tyû leä giöõa nöôùc trong ñaát vaø troïng löôïng haït. Wn Wh Wn 3 % 100 % bh (kN / m ) V Wh Ñoä baõo hoaø cuûa ñaát: Vôùi W troïng löôïng nöôùc chieám ñaày V . V n’ r G n Troïng löôïng rieâng ñaåy noåi: Vr W  V G 0,8 ñaát baõo hoaø dn bh 1 7/21/2014 57 7/21/2014 58 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Ñoä roãng: Tyû leä giöõa theå tích loã roãng vaø toång theå 2. Phöông trình cô baûn cuûa doøng thaám tích maãu. V n% 100 r % Trong lyù thuyeát thaám, vaän toác thaám V laø V giaû ñònh vaø xem doøng thaám ñi qua caû moâi tröôøng thaám (V=Q/). Heä soá roãng: V  r V: vaän toác thaám trung bình. Vh Q: löu löôïng thaám. : dieän tích maët caét thaám thaúng goùc vôùi doøng thaám. Thöïc teá, doøng thaám ñi qua caùc khe vaø loã 7/21/2014 59 7/21/2014 60 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr.roãng Nguyễn coù Thống vaän toác thöïc Vi >V. 10
11. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 1: Thaám qua coâng trình MOÂ HÌNH HOAÙ TRONG NGHIEÂN CÖUÙ THAÁM QUA MOÂI TRÖÔØNG ROÃNG THÖÏC, ui MOÂ PHOÛNG duøng U HEÄ SOÁ THAÁM k ui ui = U/n U Q V vôùi n=Vr/V U=Q/  dieän tích thaám. 7/21/2014 61 7/21/2014 62 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Loaïi ñaát X Heä soá thaám soá Heä -100 0 7/21/2014 63 7/21/2014 Aùp suaát 1064 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Phöông trình vi phaân hieän töôïng thaám phaúng – Coâng thöùc Darcy V= - kJ: H U f (x, y) k (1) x 1 x x K = haèng soá H U f (x, y) k y 2 y y Ux, Uy: hình chieáu vaän toác thaám V xuoáng x, y. kx, ky: heä soá thaám theo phöông x, y. H =H(x,y)=y+p/ : coät nöôùc taùc duïng doøng thaám. p(x,y): aùp suaát. 7/21/2014 65 y7/21: theá/2014 naêng. 66 PGS. Dr. Nguyễn Thống Aùp suaát PGS. Dr. Nguyễn Thống 11
12. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Xeùt phöông trình lieân tuïc cho khoái vi phaân: Phoái hôïp vôùi heä phöông trình (1): Uy Uy dy y Y  H  H (2) dy Z (k x ) (k y ) 0 x x y y U x X dz Ux Ux dx Ñaây laø phöông trình vi phaân cô baûn cuûa dx x Uy doøng thaám phaúng oån ñònh. U U ( x dx)dydz ( y dy)dxdz 0 7/21/2014 x y 67 7/21/2014 68 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Xeùt tröôøng hôïp moâi tröôøng ñoàng chaát : Xeùt tröôøng hôïp moâi tröôøng ñoàng chaát vaø ñaúng höôùng : kx=k1 : haèng soá kx=ky=k=haèng soá ky =k2: haèng soá 2H 2H 2 2 (4)  H  H 2 2 0 k k 0 (3) x y 1 2 2 2 x y Phöông trình (4) treân goïi laø phöông trình Laplace. 7 /21/2014 69 7 /21/2014 70 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Xeùt tröôøng hôïp moâi tröôøng ñoàng chaát vaø Xeùt tröôøng hôïp moâi tröôøng ñoàng chaát vaø ñaúng höôùng. ñaúng höôùng. Goïi kH haøm theá. Goïi  haøm doøng vôùi:     U ; U U ; U x x y y x y y x 2 2 2 2 0 0 x 2 y2 x 2 y2 Ñöôøng doøng 7/21/2014 (x, y) const Ñöôøng ñaúng theá71 7/21/2014 (x, y) const 72 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 12
13. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Hoï ñöôøng: (x, y) const Xeùt giöõa 2 ñöôøng ñaúng theá h1 vaø h2 ta coù: dh dh (x, y) const k1 ds1 k2 ds2 ds1.tg 1 ds2.tg 2 Taïo thaønh löôùi thaám. k tg J1 1 1 k 2 tg 2 ds1 h1 1 k1 k 2 7/21/2014 73 7/21/2014 2 74 ds2 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống h2 COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Coâng thöùc J. Dupuit y THAÁM KHOÂNG AÙP QUA H H1 MOÂI TRÖÔØNG XOÁP k(m/s) h V H2 O X x L 7/21/2014 75 7/21/2014 76 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Coâng thöùc Darcy: Xeùt doøng thaám ñi qua maët phaúng caùch O giaù dh trò x. Löu löôïng thaám qua 1 ñôn vò chieàu V kJ k (m / s) (2) roäng: dx k : heä soá thaám (m/s) dh J : ñoä doác thuûy löïc q V k (h.1)(m2 / s) dx dh : toån thaát naêng löôïng (mH2O) dx : vi phaân ñöôøng ñi doøng thaám. q dx hdh k 7/21/2014 77 7/21/2014 78 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 13
14. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Tích phaân phöông trình vôùi ñieàu kieän bieân taïi Tích phaân phöông trình (1) vôùi ñieàu kieän bieân x=0, h=H1 vaø x=L, h=H2: taïi (x=0, h=H1 vaø x coù coät nöôùc h ) (2) Phöông trình xaùc ñònh ñöôøng baõo hoøa. 2 2 H H 3 q k 1 2 (m / s / m) 2 2 H1 h 2 q 2L q k h H1 2 x 2x k Phöông trình cho pheùp xaùc ñònh l/löôïng thaám q khi bieát caùc tham soá coøn laïi. Phöông trình parabole naèm ngang. 7/21/2014 79 7/21/2014 80 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Toång löu löôïng thaám qua coâng trình Đường bão hòa có y p/t như trước li H q H i 1 k(m/s) h V H 2 O Q q l X  i i x i L 7/21/2014 81 7 /21/2014 82 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Bài tập: Cho một khối đất hình chữ nhật có L=100m và H=10m. Đất có hệ số thấm -6 k=10 cm/s. Nước phía trước và sau khối chử nhật có chiều sâu lần lượt là 9m và 4m. THAÁM DÖÔÙI COÂNG TRÌNH 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. 7/21/2014 83 7/21/2014 84 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 14
15. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy 1. Phöông phaùp Lane (1934). ABCD : ñöôøng vieàn thaám LABCD : chieàu daøi ñöôøng vieàn thaám. 1 L L L H d m ng L : chieàu daøi ñöôøng vieàn thaám quy ñoåi D Vôùi Ld = LAB+LBC: ñöôøng vieàn thaám ñöùng A C L = L : ñöôøng vieàn thaám ngang. ng CD Nền thấm nước m=1,5-2 (coù 1 baûn coïc); m=2,5-3 (coù 2 baûn coïc) B 7/21/2014 85 7/21/2014 86 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Ñieàu kieän khoâng sinh ra xoùi ngaàm theo Lane Seùt Seùt Seùt Cuoäi Cuoäi Cuoäi Caùt Caùt chaët trung deûo lôùn trung nhoû lôùn trung 1 1,8 2,0 3,0 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 Lquy doi Ld Lng CH m H : cheânh leäch coät nöôùc thöôïng vaø haï löu. Bảng xác định giá trịC P/P Lane C = 1.6 8.5: heä soá phuï thuoäc loaïi ñaát neàn (xem baûng sau). 7 /21/2014 87 7/21/2014 88 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chieàu daøi ñöôøng vieàn thaám töï nhieân: ABCD Chuù yù: A B C D - Coät nöôùc thaám taïi caùc ñieåm döôùi neàn tính baèng quy taéc tam giaùc ñoàng daïng. L L L Biến đổi AB BC CD - p / chæ aùp suaát taïi B tính baèng m H O. pc/γ B 2 1 C D’ L L - C D 3 CD : chieàu daøi ñöôøng vieàn ngang H quy ñoåi. p /γ B - Heä soá giaûm aùp qua maøng choáng thaám AB: p /  • vôùic p / chæ coät nöôùc ño aùp taïi C. L c H 7/21/2014 89 7/21/2014 90 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 15
16. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Baøi taäp: Cho coáng ngaên nöôùc nhö hình sau. Vôùi Baøi taäp: Cho coáng ngaên nöôùc nhö hình sau. H1=8m, H2=2m, L1=9m, L2=12m, a=b=0.5m. Neàn laø Ñaát neàn coù C=4. Duøng phöông phaùp tính seùt deûo. Laáy m=3 (pp Lane). thaám cuûa Lane. Laáy m=2. a. Xaùc ñònh t ñeå khoâng xaõy ra xoùi ngaàm. min a. Tính aùp löïc thaám döôùi ñaùy coâng trình. b. Tính aùp löïc thaám taùc duïng leân ñaùy vôùi t caâu a min Kieåm tra ñieàu kieän oån ñònh thaám theo (T/m) Aṕ löïc thaám taùc duïng leân L vaø L . 1 2 Lane. H H b. Veõ bieåu ñoà aùp löïc thaám. 1 H 2 c. Tính heä soá giaûm aùp . a L b 1 t t/2 7/21/2014 L 91 7/21/2014 92 PGS. Dr. Nguyễn Thống 2 PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy H=4m Baøi taäp: Cho moät ñaäp coù maët caét daïng tam giaùc vuoâng nhö sau. Neàn coù C=2.0. Chieàu H =5m H2=1m 1 cao coät nöôùc H=20m, ñaùy ñaäp coù chieàu roäng b=12m. Choáng thaám cho neàn coù moät a2=1m a =0.5m maøng choáng thaám saâu LAB=18m. Cho bieát 1 m=2. S1=4m a. Kieåm tra ñieàu kieän thaám theo Lane. b. Tính aùp löïc thaám taïi C. Veõ bieåu ñoà aùp löïc thaám vaø tính löïc thaám treân 1m chieàu roäng ñaùy. l1=3m l2=7m 7/21/2014 93 7 /21/2014 94 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Baøi taäp: Soá lieäu nhö baøi treân. Cho bieát chieàu saâu nöôùc haï löu laø 4m (hình sau). H Tính aùp löïc ngöôïc (thaám + ñaåy noåi) taùc duïng leân ñaùy coâng trình. A C D Veõ bieåu ñoà aùp löïc ngöôïc. Màng chống thấm 7/21/2014 B 95 7/21/2014 96 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 16
17. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy H Phöông phaùp heä soá caûn Tsugaev h=4m A C D Màng chống thấm 7/21/2014 B 97 7/21/2014 98 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy H=4m H2=1m - Ñöôøng vieàn thaám : Tieáp xuùc giöõa ñaùy neàn vaø H1=5m CT (1-2-3-4-5-6-7-8-9) 1 9 a3=1m a1 3 4 a - Phaàn vaøo, phaàn ra : baûn coïc vaøo (1-2-3), baûn S1 2 6 7 S0= S2 coïc ra (7-8-9). 2 2 S3 4m T2 - Phaàn baûn coïc trong : 4-5-6 8 T 5 4 1 1 - Phaàn naèm ngang : 3-4 vaø 6-7. 5 T l1 3 l2 l0 7/21/2014 99 7/21/2014 100 PGS. Dr. Nguyễn ThốngTầng không thấm PGS. Dr. Nguyễn Thống COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Khi thaám qua nhieàu vuøng: q Coâng thöùc Darcy. dH  dH dL q q i i k q VT kJT k T dH  Vaø ta coù: dL T k k q q dL heä soá caûn  H dHi i i T i i k k i J ñoä doác thuûy löïc q H H dHi i k i i i i 7/21/2014 101 7 /21/2014 Tính ñöôïc I seõ xaùc ñònh dHi 102 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 17
18. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Xaùc ñònh i: Toång quaùt ta coù: Phaàn noäi baûn coïc: - Khi T2/T1>0,5 vaø S2/T2 0,5(S2+S3) ng T2   0,44 &  0,44 - Khi l 5 5-3,4 3,4-1 1-0 Ttt 0,5l0 2,5l0 0,8S0+0,5l0 S0+0,3l0 Tổn thất cột nước Phần nằm ngang L 1 7/21/2014 107 7/21/2014 Tổn thất cột nước phần và108 o PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 18
19. COÂNG TRÌNH THUÛY COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy Baøi taäp: Duøng phöông phaùp heä soá H=4m H2=1m caûn Tsugaev tính aùp löïc thaám taùc H1=5m duïng leân ñaùy coâng trình: a =1m 2 Ve ̃ bieåu ñoà aùp suaát thaám döôùi ñaùy a1=0.5m S =4m coâng trình. 1 T=10m Veõ bieåu ñoà löïc ñaåy noåi döôùi ñaùy coâng trình. l1=3m l2=7m 7/21/2014 109 7/21/2014 110 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống Tầng không thấm COÂNG TRÌNH THUÛY Chöông 2: Cô sôû thieát keá Coâng trình thuûy HEÁT CHÖÔNG 2 7/21/2014 111 PGS. Dr. Nguyễn Thống 19