Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
4 Tính toán ổn định

4 Tính toán ổn định

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trang 83



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật công



+ Trường hợp 1 : Khi đập thi công xong, hồ chưa có nước.

+ Trường hợp 2 : Khi vận hành mực nước trong hồ là MNDBT, các thiết bị chống

thấm và thốt nước hoạt động bình thường.

+ Trường hợp 3 : Khi xả lũ qua tràn với tần suất thiết kế, mực nước trong hồ là

MNLTK.

 Tổ hợp đặc biệt :

Tổ hợp đặc biệt bao gồm các tải trọng như tổ hợp cơ bản và thêm một tải trọng đặc

biệt. Có các trường hợp như sau :

+ Trường hợp 4 : Khi mực nước hồ là MNDBT và có động đất cấp 8.

+ Trường hợp 5 : Khi hồ xả lũ với tần suất kiểm tra, mức nước hồ là MNLKT.

+ Trường hợp 6 : Khi mực nước hồ là MNDBT và thiết bị chống thấm hoặc thoát

nước làm việc khơng bình thường.

Trong đồ án này trình bày tính toán ổn định cho hai trường hợp 2 và 4.

4.4.3. Cơng thức tính tốn

 Ổn định trượt phẳng :

Cơng trình đảm bảo ổn định trượt phẳng khi thoả mãn điều kiện sau :

KT =  K C

Trong đó :



(4.35)



+ P (T) : Tổng đại số các lực tác dụng theo phương thẳng đứng .

+ T (T) : Tổng các lực theo phương ngang tính từ mặt trượt.

+ F (m2) : Diện tích mặt trượt.

+  (o), c (T/m2) : Chỉ tiêu cơ lý lớp đá sát đáy đập ( đá riolít cứng chắc).



Dựa vào tài liệu thí nghiệm hiện trường ta có : tg = 0.75; C = 30 (T/m2).

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 84



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ KC : Hệ số an tồn trượt cho phép.

Được tính theo QCVN 04-05: 2012 : KC =

Với tổ hợp cơ bản : KC = = = 1,316

Với tổ hợp đặc biệt : KC = = = 1,184

 Ổn định chống lật :

Đập sẽ không bị lật khi thoả mãn điều kiện sau đây :

KL =  KC

Trong đó :



(4.36)



+ MCL (T) : Tổng mơ men chống lật tính với trục qua mép hạ lưu đập.

+ MGL (T) : Tổng mô men gây lật tính với trục qua mép hạ lưu đập.

+ KC : Hệ số an toàn lật xác định như ổn định trượt.



 Ổn định cường độ thân đập và nền :

Ứng suất tại đáy móng được xác định theo cơng thức nén lệch tâm như sau :

max,min =

Trong (4.37):



(4.37)



+ P (T) : Tổng các lực thẳng đứng.

+ F (m2) : Diện tích đáy đập.

+ B = 122,83 (m) : Bề rộng đáy đập.

+ e (m) : Độ lệch tâm.



Độ lệch tâm e được xác định như sau :



e=



(4.38)



Trong đó MA (T.m) là tổng mô men tác dụng lấy với trục qua mép hạ lưu A

(Chiều dương ngược chiều kim đồng hồ)

Kiểm tra điều kiện bền của thân đập và nền theo điều kiện sau đây :

max Rn/KC và min  Rk/KC

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



(4.39)

Lớp : 51C-



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Trong đó :



Trang 85



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ KC : Hệ số an tồn cường độ (tính như trường hợp ổn định trượt).

+ Rn (T/m2) : Cường kháng nén cho phép của nền đá, bê tông.

+ Rk (T/m2) : Cường độ kháng kéo cho phép của nền đá, bê tơng.



4.4.4. Tính tốn ổn định cho trường hợp 2 (tổ hợp cơ bản)

Đây là trường hợp khi vận hành mực nước trong hồ là MNDBT, các thiết bị

chống thấm và thốt nước hoạt động bình thường.

 Các thơng số tính tốn cho trường hợp này như sau :

+ MNDBT = + 476.00 (m)

+ Chiều sâu nước thượng lưu : H1 = 122,00 (m).

+ Chiều sâu bùn cát hbc = 37,81 (m).

+ MNHL = 369,76m ứng với lưu lượng xả qua nhà máy thuỷ điện Q = 296 (m3/s)

+ Chiều sâu nước hạ lưu h2 = MNHL – Zđ = 369,76 – 354.00 = 15,76 (m).

+ Chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu : H = H – h2 = 122 – 15,76 = 106,24 (m).

+ Chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% : hS1% = 1,32.

+ Các hệ số áp lực sóng và mơ men sóng : Kđ = 0,14; Km = 0,20.

+ Các thông số mặt cắt ngang đập :  = 0,60; n = 0,30; m = 0,86; Zđ = 482,92 (m)

+ Dung trọng của các mác bê tông và bùn cát như sau như sau : bc = 0.5 (T/m3)

BT = 2,4 (T/m3)

 Các tải trọng tác động :

+ Trọng lượng bản thân cơng trình :G1,G1,G3.

+ Áp lực nước thượng lưu : W11(ngang); W12, W13(đứng).

+ Áp lực nước hạ lưu : W21 (ngang); W22 (đứng).

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 86



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ Áp lực bùn cát : W31(ngang); W32 (đứng).

+ Áp lực sóng và mơ men sóng : WS; MS.

+ Áp lực thấm : Wth1; Wth2; Wth3.

+ Áp lực đẩy nổi : Wđn

 Sơ đồ tính tốn : (xét cho đoạn đập chiều dài 1m)



W12



Ws

W32



W11

W13

W



W31

W



Hình 4.5 – Sơ đồ tính tốn ổn định cho tổ hợp tải trọng cơ bản



 Tính tốn các lực :

Với cao trình bùn cát như trên ta chỉ có thành phần áp lực bùn cát trên mái

nghiêng ( = 73o). Thầnh phần này tính như sau :

Áp lực bùn cát theo phương ngang tại độ sâu bùn cát hb được tính như sau :

Pbc = bc.b.hb2/2.



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



(4.40)



Lớp : 51C-



Trang 87



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



Trong đó b là hệ số áp lực khi không xét ma sát giữa bùn cát và mái nghiêng xác

cos 2 [(73  10) / 2]

2

định như sau : b = = cos [(73  10) / 2] = 0,77



Bảng 4.2 – Kết quả tính tốn ổn định cho tổ hợp cơ bản (trường hợp 2)

Hệ

Thàn

Loại lực



h



số

nt



P (T)



T(T)



↓(+)



←(+)



Tay



Tổng mơ men



đòn

(m)



Phần



MA (T.m)



MA (T.m)



(+)NKĐH



(–) TKĐH



Trọng



G1



0,95



859,69



112,8



96973,03



lượng



G2



0,95



2939,67



102,79



302137,84



bản thân



G3



0,95



12675,16



65,19



826293,68



Nước



W11



1.00



TL



W12



1.00



1184,85



115,31



136625,05



W13



1.00



377,05



117,82



44424,03



Nước



W21



1.00



5,28



655,72



HL



W22



1.00



4,52



482,74



W31



1.20



W32



1.20



WS



1.00



Đẩy nổi



Wđn



1.00



AL



Wth1



Thấm



Bùn cát

AL

Sóng



-7442



124,19

106,8

-331,99

99,57



302666,14



9,3

120,04



-15,06



-



40,67



-3087,51

11952,38



61



-1228,71



-1935,8



61,42



-118896,84



1.00



-606,1



119,34



-72331,97



Wth2



1.00



-318,72



110,23



-35132,51



Wth3



1.00



-1112,01



69,78



-77596,06



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 88



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình







14269,86



-7664,86



Ngành : Kỹ thuật cơng



1419544



-609711



Tính toán xác định các thành phần lực và xác định cánh tay đòn từ lực đến trục

qua mép hạ lưu (A). Quy ước lực đứng chiều dương đi lên, lực ngang chiều dương từ

phải sang trái, mô men chiều dương ngược chiều kim đồng hồ.

Kết quả tính tốn ta có :

Tổng lực thẳng đứng : P = + 14269,86 (T)

Tổng lực xô ngang : T = 7664,86 (T) (→)

Tổng mô men với trục qua A : MA = + 809833 (T.m) (ngược chiều KĐH)





Kiểm tra các điều kiện ổn định :(Trường hợp 2)



+ Điều kiện ổn định trượt phẳng :



14269,86.0,75  30.122,83

7664,86

KT = =

= 1,88

So sánh thấy KT = 1,88 > KC = 1,316.

Vậy cơng trình đảm bảo điều kiện ổn định trượt phẳng.

+ Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật :

1419544

KL = = 609711 = 2,33  KC = 1,316.



Vậy cơng trình đảm bảo ổn định lật quanh trục qua mép hạ lưu (A).

+ Điều kiện ổn định về cường độ :



122, 83 809833



2

14269,86  = 4,66 (m)

Độ lệch tâm : e = =

Vậy độ lệch tâm e = 4,66(m) (lệch tâm về hạ lưu so với trọng tâm đáy)

Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 89



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ứng suất mép hạ lưu :



Ngành : Kỹ thuật công



14269, 86 � 6.4, 66 �

1



122,83

122,83 �



�= 142,62 (T/m2)

max= =



Ứng suất mép thượng lưu : min



14269, 86 � 6.4, 66 �

1



122,83

122,83 �



� = 89,73 (T/m2)

= =



Với đá nền là lớp là lớp IIA dựa vào tài liệu thí nghiệm ta có cường độ kháng

nén của đá nền là : Rn = 8800 (T/m2). Cường độ kháng nén của bê tông ứng với mác bê

tông M200 là Rn = 900 (T/m2 ). Chọn trị số Rn = 900 (T/m2) để tính tốn.

Vậy ta có Rn/KC = 900/1.316 = 683,89 (T/m2).

So sánh thấy min = 89,73 T/m2) > 0 và max= 142,62 (T/m2) < Rn/Kc = 683,89 (T/m2).

Vậy nền và thân đập đảm bảo điều kiện cường độ.

Kết luận : Qua tính tốn kiểm tra cho mặt cắt đập khơng tràn với tổ hợp lực cơ

bản các điều kiện ổn định chống trượt, lật và điều kiện ổn định đều đảm bảo.

4.4.5 Tính tốn ổn định cho trường hợp 4 (tổ hợp đặc biệt)

Trong trường hợp này các thơng số tính tốn như trường hợp 2 chỉ khác hệ số an

tồn cho phép Kn = 1,184. Ngoài các lực tác dụng như trên ta phải tính thêm các tác

động do động đất gây nên như : Lực quán tính động đất, áp lực nước và áp lực bùn cát

tăng thêm. Vì cơng trình được xây dựng trong vùng có động đất cấp 8 nên trong phạm

vị đồ án này ta tính tốn với động đất cấp 8.

 Sơ đồ tính tốn : (xét cho đoạn đập chiều dài 1m)



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 90



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật cơng



+ 482,92

+ MNDBT = 476.00



hs



WS

W12



H1 = 106,24



F2

H =122.00



+ 391.91



G2



0.30



W13

hbc = 37.81



G1



F1



n=



W31



F3



G3



6

0.8



W11



=



W'11

W'31



+ 404,14



m



W32



O



+ 369,76



W22



W21h2=15.76



+ 354.00



10,0



A



L2 = 104,67

B = 122,83



L1 = 8,15



Wdn

H1



0,35H1

0,6H1



h2



Wth3

Wth2

Wth1



Hình 4.6 – Sơ đồ tính cho trường hợp 4 (tổ hợp đặc biệt)

 Tính tốn lực quán tính động đất :

Lực quán tính động đất ngược chiều gia tốc động đất nên lực quán tính có phương

chiều khơng xác định. Ở đây ta xét trường hợp bất lợi nhất cho cơng trình là khi gia tốc

động đất theo phương ngang chiều từ hạ lưu về thượg lưu, lực quán tính động đất

hướng từ thượng lưu về hạ lưu. Lực quán tính xác định như sau :

Fi = kGi

Trong đó :



(4.41)



+ Gi : Là khối lượng cơng trình (đã tính ở phần trên).

+ k = 0,05 : Hệ số động đất ứng với động đất cấp 8.

+  : Hệ số đặc trưng động đất được xác định như sau :

 = 1 + 0,5



(4.42)



Trong (4.42): + h1 (m) : Là khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt nền.

+ ho (m) : Khoảng cách từ trọng tâm cơng trình đến nền.



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Trang 91



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



Ngành : Kỹ thuật công



Xác định như sau: ho = , với hi là khoảng cách từ điểm đặt lực Gi đến đáy

Ta tính lực quán tính cho thành phần trọng lượng bản thân đập như sau :

Dựa vào vị trí đặt các thành phần lực và giá trị của các lực tính tốn theo cơng

thức (4.42) ta có kết quả như sau :

Bảng 4.3 – Bảng tính lực quán tính động đất

Thông số



G1



G2



G3



Giá trị (T)



859,69



2939,37



12675,16



hi (m)



16,71



64,46



37,92



ho (m)



41,55



41,55



41,55



Α



1,2



1,78



1,46



Fi (T)



51,58



261,60



925,29



Fi tt (T)



56,74



287,76



1017,82



 Áp lực nước tăng thêm :

Thực tế áp lực tăng thêm phân bố dạng parabol nhưng để đơn giản tính tốn ta xem

như phân bố dạng tam giác có trị số ở đáy là Hk. Tổng áp lực tăng thêm là :

W’11 = kW11 = 0.05. 7442= 372,1(T).

Cánh tay đòn đến đáy là d’11 = H/3 = 122/3 = 40,67 (m).

 Áp lực bùn cát tăng thêm.

Áp lực đất tăng thêm do động đất phân bố dạng tam giác và trị số tăng thêm :

W’31 = (2ktg)W31 = (2.0,05.tg10o). 331,99 = 5,85 (T)

Điểm đặt cách đáy một khoảng hbc/3 = 37,91/3 = 12,64 (m).

Bảng 4.4 – Kết quả tính tốn cho trường hợp 4 (tổ hợp đặc biệt)

Loại lực



Thàn



Hệ



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



P (T)



T(T)



Tay



Tổng mô men

Lớp : 51C-



Trang 92



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình



h



số

↓(+)



Ngành : Kỹ thuật cơng



đòn



MA (T.m)



MA (T.m)



(m)



(+)NKĐH



(–) TKĐH



←(+)



Phần



nt



G1



0,95



859,69



112,8



96973,03



G1



0,95



2939,37



102,79



302137,84



G3



0,95



12675,16



65,19



826293,68



W11



1,00



W12



1,00



1184,85



115,31



136625,05



W13



1,00



377,05



117,82



44424,03



Nước



W21



1,00



5,28



655,72



HL



W22



1,00



4,52



482,74



W31



1,20



W32



1,20



WS



1,00



Đẩy nổi



Wđn



1,00



-1935,8



61,42



AL



Wth1



1,00



-692,42



119,34



-82633,40



Wth2



1,00



-504,45



110,23



-55605,53



Wth3



1,00



-1945,48



69,78



F1



1,10



-60,62



16,71



-1012,96



Động



F2



1,10



-287,68



64,46



-18543,85



đất



F3



1,10



-1040,19



37,92



-39444,37



(cấp 8)



W’11



1,10



-372,1



40,67



-15133,31



W’31



1,10



-5,85



12,64



-79,94



Trọng

lượng

bản thân

Nước

TL



Bùn cát

AL

Sóng



Thấm



-7442



124,19

106,8

-331,99

99,57



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



302666,14



9,3

120,04



-15,06



-



40,67



61



-3087,51

11952,38

-1228,71

118896,84



135755,59



Lớp : 51C-



Trang 93



Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

trình







13164,34



-9431,3



Ngành : Kỹ thuật cơng



1419544,4



-



7



772859,44



Tính tốn kiểm tra theo điều kiện như trường hợp tổ hợp cơ bản ta có kết quả

như sau :

+ Tổng lực đứng : P = 13164,34 (T).

+ Tổnh lực ngang : T = -9431,3 (T) (Theo chiều thượng lưu về hạ lưu).

+ Tổng mômen quanh A : MA = 646685,03 (T.m) (chiều ngược KĐH).

+ Tổng mô men chống lật : MCL = 1419544,47 (T.m).

+ Tổng mô men gây lật : MGL = -772859,44 (T.m).

+ Độ lệch tâm e = 12,29 (m) lệch tâm về phía hạ lưu .





Kiểm tra các điều kiện ổn định : (Trường hợp 4)



+ Điều kiện ổn định trượt phẳng :



13164,34.0,75  30.122,83

9431,3

KT = =

= 1,438 > KC = 1,184.

Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định trượt phẳng.

+ Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật :



1419544, 47

KL = = 772859, 44 = 1,837  KC = 1,184.

Vậy công trình đảm bảo ổn định lật quanh trục qua mép hạ lưu (A).

+ Điều kiện về cường độ :

Ứng suất mép biên hạ lưu:



Sinh viên : Vũ Thị Mỹ Hạnh

TL4



Lớp : 51C-



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

4 Tính toán ổn định

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×