Tải bản đầy đủ
Ở đây ta chia đập làm 4 đoạn, tính lưu lượng thấm cho mặt cắt giữa của các đoạn ứng với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước, tương ứng ta có bảng tổng hợp sau :

Ở đây ta chia đập làm 4 đoạn, tính lưu lượng thấm cho mặt cắt giữa của các đoạn ứng với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước, tương ứng ta có bảng tổng hợp sau :

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Bảng 7.4 : Tính tổng lưu lượng thấm đơn vị qua các mặt cắt
TT

Mặt Cắt

qi

1

O-O

0

2

I-I

3

II-II

4

III-III

5
Tổng

IV-IV

Li

qi.Li

14,71

1,541.10-5

20,62

9,84.10-5

22,165

9,93.10-5

19,165

1,45.10-5

2,096.10-6
7,444.10-6
1,514.10-6
0
2,28.10-4

Từ bảng trên ta thấy tổng lưu lượng thấm qua đập là Q = 2,8.10 -4 (m3/s)
Tính toán tổng lượng thấm cho thời đoạn một tháng (tháng ứng với MNDBT) ta có:
Wt =2,8.10-4. 30.24.3600 = 590,88(m3)
Lấy lượng nước thấm cho phép là 1% dung tích hồ ứng với MNDBT
VMNDBT = 1529,068.103 (m3) → [Wt] = 1%.1529,068.103 = 15290,68 m3.
So sánh ta thấy Wt =590,98(m3)< [Wt]= 15290,68(m3).
⇒ Vậy hồ đảm bảo ổn định thấm tổng thể.

7.5. Tính toán ổn định mái đập.
7.5.1 Mục đích, nhiệm vụ và các trường hợp tính toán.
a. Mục đích.
- Đập đất là một loại công trình dâng nước trọng lực làm bằng vật liệu địa
phương có kích thước, khối lượng lớn. Để đảm bảo đắp được lên cao thường phải
chọn hệ số mái lớn để đắp lên nên không xảy ra việc mất ổn đinh lật và trượt theo mặt
nền. Đối với đập đất vấn đề mất ổn định thường chỉ xảy ra dưới dạng trượt mái dốc
thượng, hạ lưu khi việc lựa chọn kích thước mặt cắt chưa thật hợp lý.
Do đó, mục đích của việc tính toán ổn định là trên cơ sở tính toán mà xác định
được hệ số an toàn ổn định cho đập mà vẫn đảm bảo tính kinh tế.
b. Nhiệm vụ.
Nhiệm vụ của việc tính toán ổn định đập đất là tìm ra trong số những mặt trượt
đó, một mặt trượt nguy hiểm nhất tương ứng với hệ số ổn định nhỏ nhất và so sánh nó
với hệ số ổn định cho phép do quy phạm thiết kế quy định, ở đây là “Tiêu chuẩn thiết kế
Trang 90

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

đập đất đầm nén TCVN 8216:2009”. Từ đó ta có thể đánh giá mức ổn định của mái dốc
để lựa chọn được một mái dốc hợp lý nhất về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật.
c. Các trường hợp tính toán.
Theo quy tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén TCVN 8216:2009. Ta thường tính
toán ổn định cho mái dốc đập đất trong các trường hợp sau:
- Mái thượng lưu:
Trường hợp 1: Thượng lưu ở MNLTK rút xuống đến mực nước khai thác ổn định
phải giữ trong thiết kế, hạ lưu ứng với Qxả thiết kế.
Trường hợp 2: Thượng lưu MNLKT rút xuống đến mực khai thác ổn định phải
giữ trong thiết kế, hạ lưu ứng với Qxả kiểm tra.
Trường hợp 3: Thượng lưu MNDBT rút xuống mức đảm bảo an toàn cho đập khi
có nguy cơ sự cố. Mực nước hạ lưu ứng với Qxả max khi tháo từ hồ.
- Mái hạ lưu
Trường hợp 1: Thượng lưu ở MNDBT, hạ lưu có nước ứng với mực nước lớn
nhất có thể xảy ra trong thời kì cấp nước
Trường hợp 2: Thượng lưu ở MNLTK, hạ lưu là mực nước ứng với Qxả thiết kế.
Trường hợp 3: Thượng lưu ở MNLKT, hạ lưu là mực nước ứng với Qxả kiểm tra.
Trường hợp 4: Thượng lưu ở MNDBT, hạ lưu ở mực nước trung bình trong thời
kì cấp nước. Bộ phận tiêu nước làm việc không bình thường.
Trong phạm vi đồ án này chỉ kiểm tra cho mái hạ lưu trong trường hợp bất lợi
nhất về mặt ổn định là khi mực nước thượng lưu lớn nhất. Ta sẽ tính toán cho trường
hợp “Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước ứng với Qxả thiết kế.”
7.5.2 Tài liệu tính toán.
a. Kích thước mặt cắt ngang đập
- Cao trình MNDBT , MNLTK, MNLKT : + 525,35m , + 526,871 m , 527,122 m.
- Cao trình đỉnh đập

: + 528,6 m.

- Cao trình đáy đập tính toán

: + 499 m.

- Bề rộng đỉnh đập

: b =6 m.

- Bề rộng cơ thượng và hạ lưu

: bcơ = 3 m.

- Cao trình mực nước hạ lưu ứng với MNLTK

: + 501.0 m.

- Cao trình mực nước hạ lưu ứng với MNLKT

: + 501,3 m.

Trang 91

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Kích thước đống đá tiêu thoát nước:
- Cao trình đỉnh lăng trụ

: + 503,3 m

- Bề rộng đỉnh lăng trụ

: b = 2 m.

- Hệ số mái trong và ngoài lăng trụ

: mtrong = 1,5 và mngoài =2

b. Chỉ tiêu cơ lý của đất đá
- Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và nền :
+ Đất đắp đập
Độ ẩm tự nhiên ω = 22,45% ; Dung trọng khô γk = 1,61T/m3.
Tỷ trọng ∆ = 2,73 ; Hệ số rỗng ε = 0,69 ; Độ rỗng n = 40,8 %.
Độ bão hoà G = 79% ; Góc ma sát trong ϕ = 300 ; ϕbh = 250.
Lực dính C = 2,5 T/m2 ; Cbh = 1,75 T/m2 ; Hệ số thấm k = 2,9.10-6 cm/s.
Dung trọng tự nhiên : γ tn = γ k .(1 + ω ) = 1,61.(1+0,224) = 1,971 (T/m3).
Dung trọng bão hoà : γ bh = γ k + n.γ n = 1,61 + 0,408.0,981 = 2,01 (T/m3).
+ Đất nền :
γbh = 2,2 (T/m3) ; C = 1,5 ; ϕ= 300 ; Hệ số thấm k = 1,3.10-4 cm/s.
+ Đá làm thiết bị thoát nước :
C = 0; ϕ= 320; n = 0,35 ; γđá tn = 2,5T/m3; γbh= 2,85T/m3.
7.5.3.Tính toán ổn định mái đập
a. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm: Sử dụng kết hợp 2 phương pháp.
- Phương pháp Finennit: Tâm trượt nằm ở lân cận đường MM 1, M và M1 được
xác định như sau:
M1: Từ chân đập hạ lưu vẽ xuống 1 đoạn Hđ và vẽ sang trái cách 1 khoảng :
4,5Hđ = 4,5 . (528,6–499) = 133,2 (m)
M: Được xác đinh bởi α và β, ứng với độ dốc trung bình mái hạ lưu:
m2 + m2' 3,5 + 3, 25
mh =
=
= 3,125
2
2

Tra bảng (6-5) - Giáo trình thủy công tập I, ta có α = 360, β = 250.
Nối M với M1, ta được tâm cung trượt nằm trên lân cận MM1
- Phương pháp Fanđêep.
Tìm trung đoạn I của mái hạ lưu mh.
Dựng 2 đường thẳng:
+ Đường thẳng đứng qua I vuông góc với nền.
+ Đường thẳng qua I tạo với đường trung bình mái hạ lưu 1 góc 850
Xác định R (phụ thuộc vào mh và Hđ). Với hệ số mái mh = 3,125 và chiều cao
Hđ = 30,45m tra bảng (6 – 6) trang 147 - Giáo trình thủy công tập I ta có:

Trang 92

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

 R
 H = 2, 48  R = 2, 48 × 29, 6 = 73, 41(m)
 d
⇒

 r = 1,06 × 29, 6 = 31,38(m)
 r = 1, 06
 H d

=> Kết hợp cả 2 phương án ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung
trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó giả định các tâm O 1, O2, O3…Vạch các cung
trượt đi qua một điểm Q1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K 1, K2, K3…
cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi, ta xác định được trị
số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng M 1M. Từ vị trí của tâm O ứng với K min đó,
kẻ đường NN vuông góc với đường M1M. Trên đường NN ta lại lấy các tâm O khác,
vạch các cung cũng đi qua điểm Q 1 ở chân đập, tính K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ
trị số K theo tâm O, ta xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập.
Với các điểm Q2, Q3… ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự, ta cũng tìm được trị số
Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa K mini với các điểm ra của cung Q i, ta tìm được
hệ số an toàn nhỏ nhất Kminmin cho mái đập.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn chỉ yêu cầu
tìm Kmin ứng với một điểm ra Q1 chân đập và năm tâm trượt O.
b. Xác định hệ số an toàn cho một cung trượt bất kỳ.
Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức xác định hệ số an toàn
K cho một cung trượt. Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định lực
thấm. Trong đồ án này sử dụng công thức Ghecxêvanốp với giả thiết xem khối trượt là
vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt
trượt và hướng vào tâm.
Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b (như hình vẽ) theo điều kiện :
R
b=
m
Trong đó :
R – bán kính cung trượt (m).
m – số nguyên dương thường lấy bằng m = 10 đến 20. Chọn m = 10
∑ (N n − Wn )tgϕ n + ∑ C n l n
Ta có công thức tính toán sau : K =
∑ Tn
Trong đó :
ϕn , Cn – Góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
b
ln – Bề rộng đáy dải thứ n, l n =
.
Cosα n
Wn - Áp lực thấm ở đáy dải thứ n: Wn = γn.hn.ln
Trang 93

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

hn – chiều cao cột nước, từ đường bão hoà đến đáy dải.
Nn và Tn – Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải G
Nn = Gn.cosαn ; Tn = Gn.sinαn với : Gn = b.(∑γi.Zi )n.
Zi – Là chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng là γi.
+ Đối với đất trên đường bão hoà lấy với dung trọng tự nhiên : γtn.
+ Đối với đất dưới đường bão hoà lấy với dung trọng bão hoà nước : γbh.
αn : Góc hợp bởi phương thẳng đứng và đường thẳng nối tâm đáy dải thứ n với tâm
trượt.
sin α n =

2
n
n
và cos α n = 1 −  ÷ (n là số thứ tự dải).
m
m

7.5.4. Tính toán ổn định cho trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực
nước tương ứng.
- Do tầng thấm ở mặt cắt lòng sông dày 4m tầng bên dưới là đá nên không xảy
ra hiện tượng thấm. Do đó khi vẽ cung trượt chưa cắt qua chân lăng trụ, ta chỉ vẽ cung
trượt đi sâu hết chiều dày dòng thấm.

O1

79

Trang 94

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa
Bảng 7.5: Bảng tính hệ số an toàn K1 cho cung trượt tâm O1

R = 79 (m) ; m = 10 ; b = 7,9 (m)
Tên
dải
1
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4

b

Z1

Z2

2
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9
7.9

3
5.3
3.3
1.9
1.2
0.8
0.4
0.1
0.7
0.6
0.5
0.4

4
13.1
17.8
20.7
20.6
18.7
16.7
14.6
12.6
10.5
8.4
4.7

K=1,48

Trang 95

Z3

1.3
1.9
2.3
2.8
2.5
2.3
1.3

Sin α
5
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4

Cos α
6
0.800
0.866
0.917
0.954
0.980
0.995
1.000
0.995
0.980
0.954
0.917

Gn

Tn

Nn

Ln

hn

Wn

tan ϕ

7
290.541
334.030
358.280
368.386
342.416
311.382
282.054
254.425
216.046
163.763
80.860

8
174.324
167.015
143.312
110.516
68.483
31.138
0.000
-25.443
-43.209
-49.129
-32.344
544.664

9
232.433
289.279
328.369
351.418
335.498
309.821
282.054
253.150
211.681
156.220
74.109

10
9.875
9.122
8.620
8.281
8.063
7.940
7.900
7.940
8.063
8.281
8.620

11
13.100
17.800
20.700
21.900
20.600
19.000
17.400
15.100
12.800
9.700
4.700

12
129.363
162.374
178.426
181.364
166.096
150.856
137.460
119.891
103.205
80.330
40.512

13
0.466
0.466
0.466
0.577
0.577
0.577
0.577
0.577
0.577
0.577
0.466

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Giải thích các đại lượng và các công thức tính toán trong bảng:
Cột (1): Thứ tự dải.
Cột (2): Bề rộng mỗi dải.
Cột (3); (4); (5); (6); (7), Zi - chiều cao của phần dải tương ứng có dung trọng γi.
Cột (8): sin α n =
Cột (9):

n.b n
=
; α - là góc hợp bởi Wn và phương thẳng đứng
R
m

cosαn = 1 − sin 2 αn

Cột (10): Gn - Trọng lượng dải n; Gn =b.( Σ γ i Zi ) n .
Cột (11): Nn = Gn.cosαn - Thành phần pháp tuyến của trọng lượng dải Gn.
Cột (12): ln – Chiều dài đoạn cung trượt tại đoạn thứ i, ln =

b
cos α n

Cột (13): hn – Chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy dải.
Cột (14): Wn - áp lực thấm tham gia đẩy trượt mái dốc; Wn = γ n hnln =

γ n .hn .b
cos α n

Cột (15): Hệ số tanϕn(ϕn – góc ma sát trong ở đáy dải thứ n).
Cột (16): Hiệu số (Nn-Wn)tanϕn
Cột (17): Cn - lực dính đơn vị của loại đất ở đáy dải thứ n.
Cột (18): Fn = Cn.ln – lực dính của dải thứ n.
Cột (19): Tn = Gn.sinαn - Thành phần tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn.
Tính toán tương tự cho các cung trượt có hệ số Ki ứng với từng tâm Oi (i = 2,3).
Từ đó xác định được K min (Bảng tính cụ thể trình bày ở Phụ lục 4). Kết quả tính toán
được thể hiện ở bảng (9 – 9):
Bảng 7.6: Bảng tổng hợp kết quả tính toán Kmin ứng với tâm O1,O2,O3
Tâm

R (m)

m

b (m)

K

O1

79

10

7,9

1,48

O2

80

10

8

1,46

O3
81,5
10
8,15
1,53
Sau khi tính toán hệ số K cho các điểm O 1, O2, O3. Ta nhận thấy trong 3 giá trị K
giá trị nhỏ nhất là: K2 = 1,46 là hệ số của cung trượt đi qua tâm O2 và Q2 (O2 nằm giũa
O1 và O3.) Từ O2 ta kẻ đường thẳng vuông góc với AB cắt vùng diện tích abcd. Trên

Trang 96

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

đường này lấy các tâm trượt O4 , O5 và tiến hành tính toán tương tự như trên ta tìm được
giá trị K4 ,K5.
Các bảng tính được trình bày ở Phụ lục 4. Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng
(7-7) cụ thể như sau:
Bảng 7.7: Bảng tổng hợp kết quả tính toán Kmin ứng với tâm O4,O5
Tâm

R (m)

m

b (m)

K

O4

83

10

8,3

1,51

O5

77,5

10

7,75

1,49

So sánh các hệ số K1, K2, K3,K4,K5 ta thấy hệ số Kmin = K3 = 1,46.
Kết luận: Kmin = 1,46
- Kiểm tra ổn định mái dốc.
Để mái dốc ổn định thì Kmin phải thỏa mãn hai điều kiện sau:
+ Điều kiện an toàn chống trượt:
K min ≥ [ K ]

Trong đó:

[ K ] : Hệ số an toàn về trượt
[K] phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng, tra theo bảng 7/TCVN
8216 -2009, Công trình cấp II ta được: [K] = 1,3.
Kmin = 1,46
So sánh ta thấy Kmin = 1,46 > 1,3 = [K]
Kết luận: Đảm bảo điều kiện.
+ Điều kiện kinh tế:
K min ≤ 1,15 [ K ]

Trong đó: Kmin = 1,46
1,15 [ K ] = 1,15 . 1,3 = 1,495.

So sánh ta thấy: Kmin = 1,46 < 1,495 = 1,15 [ K ]
Kết luận: Đảm bảo điều kiện

Trang 97

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ
8.1. Hình thức và cấu tạo các bộ phận đường tràn
a. Hình thức tràn
- Ở phần thiết kế sơ bộ ta đã chọn:
Hình thức tràn là tràn dọc, với hình thức ngưỡng tràn là tràn đỉnh rộng, mặt cắt
chữ nhật, không cửa van, chảy tự do.
Đường tràn bao gồm các bộ phận: Phía trước ngưỡng tràn là tường cánh hướng
dòng và kênh dẫn thượng lưu, sau ngưỡng là dốc nước. Dốc nước được chia
làm hai đoạn: nối tiếp sau ngưỡng là đoạn thu hẹp, và sau đoạn thu hẹp là đoạn
có bề rộng thay đổi.
b. Cấu tạo các bộ phận công trình
c. Đoạn cửa vào
Chọn đoạn cửa vào thu hẹp dần, tường thẳng, không cho phép nước tràn qua độ
dốc đoạn này i=0, góc thu hẹp α = 180.
Có dạng mặt cắt hình thang, có các thông số sau:
- Bt: chiều rộng đầu đoạn thu hẹp: Bt = 19,5m
- Lt: chiều dài đoạn hướng nước, Lt =10m
0
- α : góc mở rộng tường cánh thượng lưu α =18

- Hệ số mái : m = 1,5.
- Độ dốc đáy kênh: i = 0
- Bản đáy dày 0,5m làm bằng bê tông cốt thép
- Tường bên có kết cấu bê tông cốt thép.
d. Ngưỡng tràn.
Chiều dài ngưỡng Lng = 12m
Kết cấu tường bên của tràn là bê tông cốt thép M200, tường tách rời bản đáy, cao
trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập (+528,6 m).
e. Đoạn thu hẹp
Đoạn thu hẹp có độ dốc i = 6,0% . Chiều dài đoạn thu hẹp L=12m.
Chiều cao tường bên đoạn thu hẹp: Để tiết kiệm vật liệu xây dựng nhưng vẫn
đảm bảo yêu cầu kĩ thuật ta thiết kế chiều cao tường thay đổi dần theo dốc nước từ
4÷2,5 m.
Trang 98

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

i. Dốc nước sau đoạn thu hẹp.
Dốc nước sau đoạn thu hẹp có độ dốc i = 6%. Cứ 15 m ta bố trí 1 khớp nối để
thuận tiện cho thi công và đảm bảo ổn định lún.
Trên đoạn này kết cấu tường bên là tường BTCT M200 đổ liền, chiều cao thay
đổ theo đường mặt nước theo công thức:
htường = hhk+Δ+t
Trong đó :
hhk: Chiều cao lớp nước trên dốc nước tại điểm xét
hhk = h.(1+v/100)
Với :
h: Chiều cao lớp nước trên dốc nước, v là vận tốc dòng chảy trên dốc nước.
Δ: Độ cao an toàn, Δ = 0,5 m.
t: Chiều dày của bản đáy t = 0,5 m.
i. Tiêu năng
Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất đoạn sau tràn ta chọn hình thức tiêu năng
sau tràn là tiêu năng phóng xa bằng mũi phun + hố xói.
ii. Quy mô của tràn.
+ Cao trình ngưỡng tràn: +525,35 m
+ Chiều rộng ngưỡng tràn: B = 13m.
+ Lưu lượng xả thiết kế: Q = 34,511m3/s
+ Cột nước tràn thiết kế: H = 1,521m.
8.2. Tính toán thủy lực đường tràn xả lũ.
a. Kiểm tra khả năng tháo của tràn
Trong phần tính toán điều tiết lũ ta tính cho B = 13m nhưng chưa xét tới lưu tốc
đến gần và ảnh hưởng của co hẹp bên tới hệ số lưu lượng, trong phần này ta phải kiểm
tra lại khả năng tháo thực tế của tràn khi kể đến ảnh hưởng của các yếu tố trên.
Theo Q.P.T.L C8-76 lưu lượng chảy qua đập tràn được xác định theo công thức.
Q = ε .m.B. 2 g .H

(6-1)
Trong đó:
Trang 99

3
2
o