Tải bản đầy đủ
…….Tính toán tiêu năng sau dốc

…….Tính toán tiêu năng sau dốc

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

- Cao trình cuối dốc nước: ∇cd = ∇nt – id.Ld

(6-5)

-

Trong đó:

-

∇nt là cao trình ngưỡng tràn.

-

id là độ dốc dọc dốc nước id =0,06.

-

Ld là chiều dài dốc nước bao gồm chiều dài đoạn không đổi và đoạn
thu hẹp Ld. Thay số ta được:
∇cd= 525,35 – 0,06 × 150 = 516 m.

-

Chiều dài mũi phun: L = 2 m.

Cao trình mũi phun:
Zmũi = Zchân dốc nước + Lmũi . sin α =516 + 2. sin 15o = 516,5(m)
-

Góc nghiêng của mũi phun : Lấy α0 = 15°

Để xác định được mức độ xói lan rộng của hố xói nhằm có biện pháp xử lý
thích hợp ta tiến hành tính toán hố xói với các cấp lưu lượng khác nhau, với mỗi cấp
lưu lượng có một chiều sâu và chiều dài hố xói tương ứng từ đó ta sẽ vẽ được đường
bao hố xói sau mũi phun.
Trình tự tính toán như sau:
vi. Xác định chiều dài phóng xa
Chiều dài phóng xa là khoảng cách theo phương ngang từ mũi phun đến trung
tâm dòng nước tại đáy kênh hạ lưu (Lp).
Theo sách '' Nối Tiếp Và Tiêu Năng Hạ lưu Công Trình Tháo Nước '' của
PGS.TS. Phạm Ngọc Quý , chiều dài phóng xa được xác định theo công thức:
Trang 121

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

1 − i 2m .( i 2m +
Lp = 2.ϕ2.Ho.

S 2 + 0,5.h
ϕ 2 .H o

+ im )
.

(6-6)

Trong đó:
+ ϕ: hệ số lưu tốc, lấy ϕ = 1.
+ im : Độ dốc của mũi phun , im ≈ 0,25
+ h : chiều sâu dòng nước cuối mũi phun.
Vì chiều dài mũi phun nhỏ Lmũi = 2 (m) nên h ≈ hcuối dốc.
+ S2 : khoảng cách từ mũi phun đến đáy kênh hạ lưu.
S2 = ∇mũi - ∇đáy

= 516,5 - 498 = 18,5 (m).

+ Ho = Eo - S2 - 0,5.h
+ Eo: năng lượng toàn phần của dòng chảy tại mũi phun lấy với đáy kênh hạ
lưu ta có:

αVc
Eo = ∇cuối dốc -∇đáy hạ + h +
2g

2

αVc
= 516 - 498 + h +
2g

2

Tiến hành tính toán với các cấp lưu lượng khác nhau đã tính toán ở trên ta xác
định được chiều dài phóng xa với từng cấp.
Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau:
a. Chiều dài phóng xa
Q(m3/s)
34.511
25.88
17.25
8.62
43.397

h (m)
0.491
0.409
0.318
0.207
0.571

V (m/s)
8.26
7.45
6.39
4.9
8.94

E0 (m)
21.968
21.238
20.399
19.431
22.645

S2 + 0,5.h
18.746
18.705
18.659
18.604
18.786

H(m)
3.223
2.533
1.740
0.827
3.859

Lp(m)
16.6929
14.6130
11.9091
8.0079
18.4618

vii. Xác định chiều sâu hố xói
Có rất nhiều cách tính khác nhau, ở đây ta sử dụng công thức tính chiều sâu hố
xói của M.X.Vưzgô.
Theo M.X.Vưzgô chiều sâu hố xói được xác định theo công thức:

Trang 122

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

αVc
dx = Ka.K. q. p +
2g

2

− hh

(6-7)

Trong đó:
+ q : Lưu lượng đơn vị (m3/s.m)
+ hh: chiều sâu nước trong kênh hạ lưu.
+ p : Chiều cao mũi phun so với mực nước hạ lưu.
+ Ka : hệ số kể đến hàm khí của dòng nước, phụ thuộc vào lưu tốc của
dòng chảy khi chảy vào hạ lưu và chiều sâu h ở cuối mũi phun.
Tra bảng 2.5 (trang 46) '' Nối Tiếp Và Tiêu Năng Hạ lưu Công Trình Tháo Nước
'' của PGS.TS. Phạm Ngọc Quý ⇒ hệ số Ka.
+ K : hệ số xói lở . Hệ số K được xác định như sau:
Nếu Vcp > 0,71
Nếu Vcp< 0,71
Với

q
thì K = 1,34.
hc ''

q
thì K phụ thuộc vào góc θ tra theo bảng 2.6 (trang 46).
hc ''

Vcp : vận tốc cho phép đối với đất nền.

Tra bảng 11-8 (trang 202) sách '' Sổ Tay Tính Toán Thuỷ Lực ''


Vcp = 1,8 (m/s).

hc″ : Độ sâu liên hiệp với hc tại mặt cắt co hẹp ở cao trình mực nước hạ lưu.
Trình tự xác định hc″ như sau:
+ Tính :

F( τc ) =

q
ϕ.E 30 / 2

q : lưu lượng đơn vị tại đầu mũi phun.
"
Tra bảng 15-1 được τc

* Tính giá trị 0,71

q
hc ''

"
⇒ hc'' = Eo. τc ;

so sánh với Vcp ta xác định được hệ số K.

Kết quả xác định hệ số K ứng với từng cấp lưu lượng như sau:
a. Bảng tính hệ số K

Trang 123

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Q(m3/s)
34.511
25.88
17.25
8.62
43.397

q(m2/s)
4.060
3.045
2.029
1.014
5.106

Thiết kế hồ chứa

Eo(m)
21.968
21.238
20.399
19.431
22.645

Ftc
0.0394
0.0311
0.022
0.0118
0.0474

τc’’
0.183
0.163
0.1386
0.101
0.2

hc"(m)
4.020
3.462
2.827
1.963
4.529

q/1.41hc"
0.7171
0.6245
0.5096
0.3669
0.8004

K
1.34
1.34
1.34
1.34
1.34

b. Kết quả tính toán chiều sâu hố xói
Q(m3/s)
34.511
25.88
17.25
8.62
43.397

q(m2/s)
4.06
3.045
2.029
1.014
5.106

Vcd(m/s)
8.26
7.45
6.39
4.9
8.94

K
1.34
1.34
1.34
1.34
1.34

hh(m)
2.217
2.217
2.217
2.217
2.217

P'(m)
17.283
17.283
17.283
17.283
17.283

dx(m)
3.54
2.73
1.78
0.58
4.29

viii. Xác định chiều dài hố xói
Theo G.A.Yuzixki, hố xói ổn định có dạng hình thang: đáy là 2hk; mái hạ lưu là
m2 = 1,5; mái thượng lưu là m1 = 3. Khi đó chiều dài ở miệng hố xói là:
Lx = 2hk + 4,5.dx
Với hk: chiều sâu phân giới tại mũi phun.
Kết quả tính toán tiêu năng mũi phun ứng với các cấp lưu lượng khác nhau được
thể hiện trong bảng sau:
a. Tính toán chiều dài hố xói
Q(m3/s)
34.511
25.88
17.25
8.62
43.397

dx (m)
3.54
2.73
1.78
0.58
4.29

hpg(m)
0.4715
0.7487
0.9812
1.1889
1.3841

Từ kết quả tính toán ta có sơ đồ hố xói ứng với từng cấp lưu lượng sau:

Trang 124

Lx(m)
16.873
13.782
9.972
4.988
22.073

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Hình 6-3: Sơ đồ tính toán hố xói ứng với từng cấp lưu lượng
ix. Tính toán ổn định tường bên
x. Mục đích tính toán:
Công trình tràn xả lũ là một hạng mục chính trong hệ thống công trình đầu mối, nó
làm việc chủ yếu vào mùa lũ – thường nguy hiểm đối với đập. Như vậy việc đảm bảo an tòan
cho công trình là rất quan trọng và phụ thuộc vào việc tính toán ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Để tràn làm việc một cách an toàn trong mọi trường hợp thì các bộ phận của tràn (bản
đáy, tường bên, tường cánh … ) phải làm việc ổn định trong mọi trường hợp. Muốn
vậy cần kiểm tra ổn định về lật, trượt cho các bộ phận của tràn để trên cơ sở đó nhận
xét việc chọn kích thước đã hợp lý chưa.
Trong phạm vi tính toán của đồ án này, được sự đồng ý của giáo viên hướng
dẫn em chỉ tiến hành tính toán cho bộ phận dễ bị mất ổn định: đó là tường cánh thượng
lưu mặt cắt sát với ngưỡng tràn.
xi. Các trường hợp tính toán
Kiểm tra ổn định tường với các trường hợp sau:
1) Tường vừa thi công xong, đất đắp sau lưng ngang đỉnh tường, có xe máy
chạy ở trên bờ với q = qxe = 5(T/m2). Ứng với tổ hợp cơ bản .
2) Tính toán cho trường hợp khi lũ về, nước rút nhanh. Lúc này đất ở lưng
tường thượng lưu ở trạng thái bão hoà do nước dâng cao. Tổ hợp lực đặc biệt.
Trang 125

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
xii. Các tài liệu tính toán

Thiết kế hồ chứa

Chiều cao tường: 3,25(m)
Chiều rộng đỉnh tường: 0,5 (m)
Bề rộng chân tường: 2,5 (m)
Chiều dày bản đáy: 0,6 (m)
Cao trình đỉnh tường : +528,6 ( m ). Cao trình ngưỡng : + 525,35 ( m ).\
Tường được làm bằng bêtông cốt thép M200 có dung trọng: γbt = 2,4 (T/m3).
Địa chất nền: toàn bộ đáy tường được đặt trên nền đá.
Đất đắp sau lưng tường: lấy theo đất đắp đập
Dung trọng tự nhiên:

γtn = 1,971 (T/m3)

Dung trọng bão hòa:

γbh = 2,01 (T/m3)

Góc :ϕtn = 300 , ϕbh = 250
….Tính toán ổn định tường
xiii. Tính ổn định cho trường hợp 1
* Sơ đồ tính toán :

Hình 5-4: Sơ đồ tính ổn định tường bên ngưỡng
* Xác định các lực tác dụng lên tường:
+ Các lực thẳng đứng bao gồm:

Trang 126

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Thiết kế hồ chứa
- Trọng lượng bản thân của tường : chia tường như hình vẽ , trọng lượng tường
bao gồm các lực P1, P2,
P1, P2, = F. γ bt .l (T)
Trong đó: - F: diện tích mặt cắt ngang của tường.
- γ bt: Trọng lượng riêng của bê tông, γ bt = 2,4T/m3.
- l: Chiều dài mặt cắt. Ta cắt 1m chiều dài tường để tính toán l =1m
P1 = 2,5.0,6.2,4 = 3,6 (T)
P2 = 0,5.3,25.2,4 = 3,9 (T)
- Trọng lượng của khối đất tác dụng lên tường (với γ tn = 1,971 T/m3 )
P4, P5 = F. γ tn .l (T)
P5 = 3,25.1,5.1,971.1 = 9,6 (T)
+ Các lực nằm ngang:
- Áp lực đất chủ động (Ec). Để thiên về an toàn em bỏ qua lực dính (C=0)
Cường độ áp lực đất chủ động: pz = Kcđ. γtn. Z + Kcđ .q
Trong đó: Kcđ: hệ số áp lực chủ động, Kcđ=tg2 (450-

ϕ
300
) =tg2 (450)=0,333
2
2

γtn : dung trọng ướt của đất đắp. γtn = 1,971 T/m3
q: Tải trọng phân bố trên mặt đất sau tường: q = qxe= 5 (T/m2).
Z: Toạ độ tính từ mặt đất:
Tại z = 0 thì : p1 = Kcđ .q= 0,333.5=1,665(T/m2)
Tại z = 3,6 m thì p2 = Kcđ. γtn . Z + Kcđ .q= 0,333.1,971.3,85+0,333.5 = 4,2(T/m2)
p = Kcđ. γtn . Z= 0,333.1,971.3,85=2,52 (T/m2)

Áp lực đất chủ động sau tường:
Ec1 = p1.Z = 1,665.3,85 = 6,41 (T)
Ec2 =0,5.Z. p = 0,5.3,85.2,52 = 4,851 (T)
Các lực tác dụng lên tường được ghi ở bảng sau :

Trang 127