thñy c«ng · 2008-02-07 · triÓn ®a d¹ng vµ phong phó cña kü thuËt thuû lîi vµ tµi...

Tr−êng ®¹i häc thuû lîi hμ néi Ng« trÝ viÒng, nguyÔn chiÕn, nguyÔn v¨n m¹o nguyÔn v¨n h¹nh, nguyÔn c¶nh th¸i

thñy c«ng TËp 1

nhμ xuÊt b¶n x©y dùng

www.vnco

ld.vn

www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

3

Lêi nãi ®Çu

Bé gi¸o tr×nh Thuû c«ng gåm 2 tËp do Bé m«n Thuû c«ng, tr−êng §¹i häc Thuû lîi biªn so¹n vµ ®−îc xuÊt b¶n n¨m 1988 - 1989 ®· gãp phÇn to lín vµo viÖc gi¶ng d¹y m«n Thuû c«ng cho çc ®èi t−îng sinh viªn çc ngµnh häc kh¸c nhau cña Tr−êng §¹i häc Thuû lîi. M−êi l¨m n¨m qua, nÒn khoa häc kü thuËt thuû lîi n−íc nhµ tiÕp tôc cã nh÷ng b−íc ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ nh÷ng ®ãng gãp to lín cho c«ng cuéc c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n−íc, ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n: NhiÒu c«ng tr×nh thuû lîi lín ®· vµ ®ang ®−îc x©y dùng nh− thuû ®iÖn Yaly, Hµm ThuËn - §a Mi, hÖ thèng tiªu óng, tho¸t lò ®ång b»ng s«ng Cöu Long, çc hå chøa Ya Yun h¹, §¸ Bµn, S«ng Quao v.v..; nhiÒu vÊn ®Ò khoa häc kü thuËt thuû lîi ®ang ®−îc tæng kÕt, hÖ thèng ho¸; nhiÒu h×nh lo¹i c«ng tr×nh, chñng lo¹i vËt liÖu míi ®· ®−îc ¸p dông ë ViÖt Nam trong nh÷ng n¨m qua, mét sè quy tr×nh quy ph¹m míi ®· ®−îc phæ biÕn vµ ¸p dông.

§Ó kh«ng ngõng n©ng cao chÊt l−îng ®µo t¹o chuyªn m«n, ®¸p øng sù ph¸t triÓn ®a d¹ng vµ phong phó cña kü thuËt thuû lîi vµ tµi nguyªn n−íc trong giai ®o¹n míi, Bé m«n Thuû c«ng Tr−êng §¹i häc Thuû lîi tæ chøc biªn so¹n l¹i gi¸o tr×nh nµy. Khi biªn so¹n, çc t¸c gi¶ ®· theo ®óng ph−¬ng ch©m "c¬ b¶n, hiÖn ®¹i, ViÖt Nam", dùa trªn c¬ së cña gi¸o tr×nh cò, cè g¾ng cËp nhËt çc kiÕn thøc, th«ng tin vÒ çc kh¸i niÖm vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n míi, çc lo¹i vËt liÖu vµ h×nh thøc kÕt cÊu c«ng tr×nh míi.

Toµn bé gi¸o tr×nh Thuû c«ng gåm 5 phÇn vµ chia thµnh 2 tËp.

TËp I gåm:

- PhÇn I: C«ng tr×nh thuû lîi - kiÕn thøc chung vμ çc c¬ së tÝnh to¸n.

- PhÇn II: Çc lo¹i ®Ëp.

TËp II gåm:

- PhÇn III: Çc c«ng tr×nh th¸o vμ dÉn n−íc.

- PhÇn IV: Çc c«ng tr×nh chuyªn m«n

- PhÇn V: Kh¶o s t, thiÕt kÕ, qu¶n lý vμ nghiªn cøu c«ng tr×nh thuû lîi.

Tham gia biªn so¹n tËp I gåm: GS. TS Ng« TrÝ ViÒng chñ biªn vµ viÕt çc ch−¬ng 1, 3; PGS. TS. NguyÔn ChiÕn viÕt çc ch−¬ng 2, 4, 5, 10, 11; GS.TS. NguyÔn V¨n M¹o viÕt çc ch−¬ng 8,9; PGS. TS. NguyÔn V¨n H¹nh vµ TS. NguyÔn C¶nh Th¸i viÕt çc ch−¬ng 6, 7.

www.vnco

ld.vn


4

Gi¸o tr×nh nµy dïng lµm tµi liÖu häc tËp cho sinh viªn ngµnh Thuû lîi vµ tµi liÖu tham kh¶o cho çn bé khoa häc kü thuËt khi thiÕt kÕ vµ nghiªn cøu çc c«ng tr×nh thuû lîi.

Çc t¸c gi¶ xin ch©n thµnh c¶m ¬n l·nh ®¹o Vô Khoa häc c«ng nghÖ vµ ChÊt l−îng s¶n phÈm - Bé N«ng nghiÖp vµ Ph¸t triÓn N«ng th«n, l·nh ®¹o Tr−êng §¹i häc Thuû lîi vµ Nhµ xuÊt b¶n X©y dùng ®· khuyÕn khÝch vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn ®Ó s¸ch ®−îc xuÊt b¶n.

Chóng t«i mong nhËn ®−îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña quý b¹n ®äc. Çc ý kiÕn xin göi vÒ Bé m«n Thuû c«ng, Tr−êng §¹i häc Thuû lîi.

Xin ch©n thµnh c¶m ¬n.

Çc t¸c gi¶

www.vnco

ld.vn


5

Môc lôc

Trang

Lêi nãi ®Çu

PhÇn I: C«ng tr×nh Thñy lîi - KiÕn thøc chung, c¬ së tÝnh to¸n

Ch−¬ng 1: KiÕn thøc chung vÒ c«ng tr×nh thuû lîi 5

1.1. Vai trß cña çc c«ng tr×nh thuû lîi.

1.2. Kh¸i niÖm vÒ c«ng tr×nh thuû lîi.

1.3. Ph©n lo¹i c«ng tr×nh thuû lîi.

1.4. §Çu mèi c«ng tr×nh thuû lîi vμ hÖ thèng thuû lîi.

1.5. §iÒu kiÖn lμm viÖc cña çc c«ng tr×nh thuû lîi.

Ch−¬ng 2: ThÊm d−íi ®¸y vμ hai bªn c«ng tr×nh thuû lîi 19

2.1. Kh¸i niÖm chung

2.2. ThÊm qua nÒn ®Êt ®ång chÊt d−íi ®¸y c«ng tr×nh

2.3. ThÊm qua nÒn ®Êt kh«ng ®ång chÊt

2.4. Çc biÖn ph¸p phßng vμ chèng thÊm cho nÒn ®Êt.

2.5. BiÕn h×nh thÊm cña ®Êt nÒn vμ biÖn ph¸p phßng, chèng.

2.6. ThÊm qua nÒn ®¸ d−íi ®¸y c«ng tr×nh.

2.7. ThÊm quanh bê vμ bªn vai c«ng tr×nh.

Ch−¬ng 3: T¶i träng vμ t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh thuû lîi 58

3.1. Çc lo¹i t¶i träng vμ tæ hîp cña chóng

3.2. ¸p lùc thuû tÜnh vμ thuû ®éng

3.3. T¸c ®éng cña sãng.

3.4. ¸p lùc bïn çt

3.5. T¸c ®éng cña ®éng ®Êt.

Ch−¬ng 4 : TÝnh to¸n æn ®Þnh vμ ®é bÒn cña c«ng tr×nh 74

4.1. Çc ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n.

4.2. æn ®Þnh cña c«ng tr×nh x©y trªn nÒn ®¸.

4.3. æn ®Þnh cña c«ng tr×nh thuû lîi x©y trªn nÒn ®Êt.

4.4. æn ®Þnh cña ®Ëp ®Êt.

Ch−¬ng 5: Mét sè vÊn ®Ò thuû lùc cña c«ng tr×nh th¸o n−íc 91

www.vnco

ld.vn


6

5.1. Th¸o n−íc qua c«ng tr×nh thuû lîi

5.2. M¹ch ®éng cña dßng ch¶y trªn CTTN

5.3. Hμm khÝ vμ tho¸t khÝ

5.4. KhÝ ho¸ vμ khÝ thùc

5.5. Sù h×nh thμnh sãng trªn CTTN.

5.6. Sù mμi mßn bÒ mÆt CTTN.

PhÇn II: Çc lo¹i ®Ëp

Ch−¬ng 6: §Ëp ®Êt 111

6.1. Kh¸i qu¸t

6.2. Nguyªn t¾c vμ çc b−íc thiÕt kÕ ®Ëp ®Êt, kÝch th−íc c¬ b¶n cña mÆt c¾t ®Ëp.

6.3. TÝnh thÊm qua ®Ëp ®Êt

6.4. øng suÊt vμ biÕn d¹ng cña c«ng tr×nh ®Êt.

6.5. æn ®Þnh cña ®Ëp ®Êt.

6.6. VËt liÖu ®¾p ®Ëp

6.7. CÊu t¹o ®Ëp

6.8. Xö lý nÒn vμ nèi tiÕp ®Ëp víi bê hoÆc víi çc c«ng tr×nh kh¸c.

6.9. §Ëp ®Êt b»ng ph−¬ng ph¸p ®æ ®Êt trong n−íc.

6.10. Chän h×nh thøc ®Ëp.

Ch−¬ng 7: §Ëp ®¸ vμ ®Ëp ®Êt - ®¸ 184

7.1. Kh¸i niÖm

7.2. BiÕn h×nh lón cña ®Ëp ®¸.

7.3. Yªu cÇu ®èi víi ®¸ lμm ®Ëp vμ nÒn ®Ëp.

7.4. TÝnh to¸n thÊm qua ®Ëp ®¸.

7.5. KÝch th−íc mÆt c¾t ®Ëp ®¸.

7.6. ThiÕt bÞ chèng thÊm cho ®Ëp ®¸.

7.7. §Ëp ®¸ hçn hîp.

7.8. Thi c«ng ®Ëp ®¸.

7.9. So s¸nh vμ lùa chän h×nh thøc ®Ëp thÝch hîp.

Ch−¬ng 8: §Ëp bªt«ng träng lùc 206

8.1. Kh¸i qu¸t

8.2. ThiÕt kÕ mÆt c¾t ®Ëp

8.3. TÝnh to¸n æn ®Þnh ®Ëp bªt«ng träng lùc

8.4. Ph©n tÝch øng suÊt ®Ëp bªt«ng träng lùc

www.vnco

ld.vn


7

8.5. ¶nh h−ëng cña biÕn d¹ng nÒn ®Õn sù ph©n bè øng suÊt th©n ®Ëp

8.6. ¶nh h−ëng cña lùc thÊm ®Õn çc thμnh phÇn øng suÊt trong ®Ëp.

8.7. ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi nhiÖt ®é vμ ®é Èm ®Õn øng suÊt trong th©n ®Ëp.

8.8. ¶nh h−ëng cña viÖc ph©n giai ®o¹n thi c«ng ®Õn øng suÊt th©n ®Ëp.

8.9. øng suÊt trong çc lç vμ çc hμnh lang trong th©n ®Ëp.

8.10. VËt liÖu, cÊu t¹o cña ®Ëp bªt«ng träng lùc.

8.11. NÒn ®Ëp vμ xö lý nÒn.

8.12. §Ëp träng lùc khe rçng.

8.13. Çc h×nh thøc ®Ëp träng lùc c¶i tiÕn kh¸c.

Ch−¬ng 9: §Ëp vßm 247

9.1. Kh¸i qu¸t

9.2. Ph©n tÝch æn ®Þnh cña ®Ëp vßm.

9.3. TÝnh to¸n øng suÊt ®Ëp vßm

9.4. Mét sè cÊu t¹o cña ®Ëp vßm.

9.5. Xö lý nÒn ®Ëp vßm

Ch−¬ng 10: §Ëp b¶n chèng 277

10.1. Giíi thiÖu chung

10.2. §Ëp b¶n ph¼ng

10.3. §Ëp liªn vßm

10.4. §Ëp to ®Çu

Ch−¬ng 11: Çc lo¹i ®Ëp kh¸c 306

11.1. Kh¸i niÖm vμ ph©n lo¹i

11.2. §Ëp cäc gç

11.3. §Ëp cao su

Çc tμi liÖu tham kh¶o chÝnh.

www.vnco

ld.vn


8

PhÇn I

C«ng tr×nh thuû lîi - KiÕn thøc chung, c¬ cë tÝnh to¸n

Ch−¬ng 1

KiÕn thøc chung vÒ c«ng tr×nh thuû lîi

§1.1. Vai trß cña çc c«ng tr×nh thuû lîi

I. Nguån n−íc

Tr÷ l−îng n−íc trªn tr¸i ®Êt rÊt lín, kho¶ng 1,5 tû km3 trong ®ã h¬n 90% lμ n−íc ë çc ®¹i d−¬ng vμ biÓn, cßn l¹i lμ n−íc ë trong lôc ®Þa.

Nguån n−íc trong lôc ®Þa ®ãng vai trß rÊt quan träng ®èi víi cuéc sèng vμ ho¹t ®éng cña loμi ng−êi. L−îng dßng ch¶y b×nh qu©n hμng n¨m trªn qu¶ ®Êt kho¶ng 40.000 km3 , trong ®ã ë ch©u ¸ kho¶ng 13.000 km3.

N−íc ta cã l−îng m−a dåi dμo vμ mét m¹ng l−íi s«ng phong phó. Tæng l−îng n−íc hμng n¨m cña çc s«ng ngßi ch¶y qua n−íc ta lμ 845 km3 vμ 350 triÖu m3 phï sa chuyÓn t¶i trªn 2360 con s«ng, tæng l−u l−îng b×nh qu©n hμng n¨m cña çc s«ng lμ 27.500 m3/s. Nguån n−íc phong phó ®ã ®ñ tho¶ m·n cho nhu cÇu kinh tÕ quèc d©n víi ®iÒu kiÖn ph¶i cã kÕ ho¹ch qu¶n lý, ®iÒu hoμ, ph©n phèi vμ sö dông n−íc hîp lý.

II. Sö dông nguån n−íc vµ lîi dông tæng hîp

N−íc ta cã l−îng n−íc dåi dμo song ph©n phèi kh«ng ®Òu theo thêi gian, phÇn lín l−îng n−íc tËp trung vμo mïa lò, ®ång thêi còng ph©n bè kh«ng ®Òu trªn l·nh thæ. V× vËy cÇn ph¶i x©y dùng çc c«ng tr×nh thuû lîi ®Ó ph©n phèi l¹i nguån n−íc theo kh«ng gian vμ ®iÒu chØnh dßng ch¶y theo thêi gian mét çch hîp lý. Nguån n−íc ®−îc sö dông vμo çc môc ®Ých giao th«ng vËn t¶i, t¨ng nguån ®iÖn, cung cÊp n−íc cho d©n c− vμ c«ng nghiÖp, t−íi ruéng, thau chua röa mÆn, nu«i trång thuû s¶n...

C¨n cø vμo môc ®Ých trªn, muèn khai th¸c nguån n−íc ph¶i x©y dùng çc c«ng tr×nh thuû lîi bao gåm çc lÜnh vùc sau ®©y :

+ Thuû n¨ng : sö dông n¨ng l−îng cña n−íc s«ng, biÓn ®Ó ph¸t ®iÖn.

+ Thuû n«ng: Dïng biÖn ph¸p thuû lîi ®Ó t−íi tiªu, thau chua röa mÆn chèng xãi mßn.

+ Cung cÊp n−íc vμ tho¸t n−íc cho khu c«ng nghiÖp, thμnh phè, n«ng th«n, nhμ m¸y, n«ng tr−êng, tr¹i ch¨n nu«i v.v...

www.vnco

ld.vn


9

+ Giao th«ng thuû : lîi dông n−íc s«ng, hå, biÓn ®Ó ph¸t triÓn ®−êng thuû.

+ Thuû s¶n : lμm hå nu«i ç vμ cÊp n−íc nu«i trång thuû s¶n.

Ngoμi ra biÖn ph¸p thuû lîi cã liªn quan ®Õn c«ng tr×nh phôc vô c«ng céng kh¸c nh− c«ng tr×nh vÖ sinh m«i tr−êng, c«ng tr×nh phôc vô thÓ thao vμ du lÞch...

Mçi mét biÖn ph¸p thuû lîi cã thÓ sö dông nguån n−íc vμo çc môc ®Ých kh¸c nhau. VÝ dô cã thÓ sö dông nguån n−íc ®Ó ph¸t ®iÖn ®ång thêi ®Ó t−íi trong n«ng nghiÖp, cã thÓ sö dông nguån n−íc ®Ó t−íi, cung cÊp cho thμnh phè vμ khu c«ng nghiÖp ®ång thêi cho giao th«ng thuû, nu«i ç ... V× vËy lîi dông tæng hîp nguån n−íc, b¶o vÖ, ph¸t triÓn bÒn v÷ng l−u vùc lμ nguyªn t¾c c¬ b¶n nhÊt trong viÖc nghiªn cøu khai th¸c, sö dông, trÞ thuû dßng s«ng. C«ng tr×nh Hoμ B×nh trªn s«ng §μ ®−îc x©y dùng víi nhiÖm vô tæng hîp lμ: chèng lò, ph¸t ®iÖn, cung cÊp n−íc cho n«ng nghiÖp, giao th«ng thuû vμ nu«i ç.

Khi khai th¸c nguån n−íc, viÖc thùc hiÖn nguyªn t¾c lîi dông tæng hîp rÊt phøc t¹p v× çc lÜnh vùc thuû lîi yªu cÇu dïng n−íc kh«ng gièng nhau, cã ngμnh cÇn n−íc th−êng xuyªn nh− cÊp n−íc, thuû ®iÖn, cã ngμnh dïng n−íc theo tõng thêi kú nh− t−íi ruéng; cã ngμnh tiªu phÝ n−íc nh− cÊp n−íc, t−íi ruéng, nh−ng cã ngμnh sau khi sö dông, n−íc kh«ng mÊt ®i nh− thuû ®iÖn, vËn t¶i thuû, nu«i ç... Do ®ã cã khi cïng mét lóc kh«ng tho¶ m·n ®−îc nhiÒu ngμnh th× ph¶i dùa vμo nguyªn t¾c −u tiªn cho ngμnh träng ®iÓm vμ cã chó ý thÝch ®¸ng ®Õn çc ngμnh kh¸c.

Mäi biÖn ph¸p thuû lîi ®Ó lîi dông tæng hîp nguån n−íc sÏ mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao nhÊt.

III. VÞ trÝ çc c«ng tr×nh thuû lîi trong nÒn kinh tÕ quèc d©n vµ s¬ l−îc t×nh h×nh ph¸t triÓn thuû lîi n−íc ta

Thuû lîi phôc vô nhiÒu môc ®Ých yªu cÇu nh− t−íi n−íc trong n«ng nghiÖp, ph¸t triÓn nguån ®iÖn cho c«ng nghiÖp, cung cÊp n−íc cho ®êi sèng, nhμ m¸y, xÝ nghiÖp, n«ng tr−êng... ph¸t triÓn hÖ thèng giao th«ng thuû, chèng lò lôt b¶o vÖ tÝnh m¹ng vμ tμi s¶n cña Nhμ n−íc vμ nh©n d©n v.v ...

C«ng t¸c thuû lîi ®ãng vai trß rÊt quan träng trong nÒn kinh tÕ quèc d©n vμ ®êi sèng nh©n d©n.

Thuû lîi lμ mét ngμnh khoa häc ®−îc h×nh thμnh phï hîp theo yªu cÇu cña con ng−êi trong viÖc sö dông nguån n−íc vμ cïng víi sù ph¸t triÓn cña çc khoa häc kh¸c nh− thuû v¨n, ®Þa chÊt, thuû lùc, kÕt cÊu...

Thuû c«ng lμ m«n khoa häc cã tÝnh tæng hîp cã quan hÖ mËt thiÕt víi çc m«n khoa häc c¬ b¶n vμ kü thuËt c¬ së nh− to¸n, vËt lý, ho¸ häc, thuû v¨n, c¬ häc ®Êt, thuû lùc, lý thuyÕt ®μn håi, søc bÒn vËt liÖu, kÕt cÊu c«ng tr×nh, vËt liÖu x©y dùng v.v... §ång thêi thuû c«ng lμ m«n khoa häc vÒ thiÕt kÕ, x©y dùng, qu¶n lý c«ng tr×nh nªn còng liªn quan ®Õn çc bé m«n kh¸c nh− tr¾c ®Þa, ®Þa chÊt c«ng tr×nh, m«i tr−êng, x· héi häc, kü thuËt thi c«ng, kinh tÕ x©y dùng ...

Thuû c«ng lμ m«n khoa häc ®−îc ph¸t triÓn tõ l©u. Trªn thÕ giíi çc lo¹i ®Ëp thÊp, kªnh m−¬ng vμ çc c«ng tr×nh ®¬n gi¶n kh¸c ®Ó t−íi n−íc cho c©y trång, cung cÊp n−íc

www.vnco

ld.vn


10

cho thμnh thÞ, ®−îc x©y dùng ë Ai CËp 4400 n¨m tr−íc c«ng nguyªn, ë Trung Quèc 2280 n¨m tr−íc c«ng nguyªn, ®ª b¶o vÖ l·nh thæ Hμ Lan còng ®−îc x©y dùng 2000 n¨m tr−íc c«ng nguyªn.

ë n−íc ta, tõ n¨m 938 thêi Lª Hoμn ®· ®μo s«ng tõ nói §ång Cæ, Ba Hoμ (Thanh Ho¸), sau ®ã ®Õn n¨m 1029 thêi Lý Th¸i T«ng vμ n¨m 1231 thêi TrÇn Th¸i T«ng ®· ®μo s«ng Lam, s«ng TrÇm, s«ng Hμo ë Thanh Ho¸ vμ DiÔn Ch©u (NghÖ An). §ª ®−îc ®¾p ®Çu tiªn vμo n¨m 1108 t¹i Hμ Néi vμ ë çc vïng ven biÓn ®Ó ng¨n mÆn nh− ë Ninh B×nh. Sau ®ã cã çc c«ng tr×nh kªnh m−¬ng t−íi n−íc trong n«ng nghiÖp ®−îc kh«i phôc vμo n¨m 1438 thêi Lª S¬ vμ n¨m 1448 thêi Lª Nh©n T«ng.

Suèt 80 n¨m trong thêi kú thuéc Ph¸p, ë n−íc ta chØ x©y dùng ®−îc 12 hÖ thèng thuû lîi nh−: §« L−¬ng, B¸i Th−îng, Th¸c Huèng, LiÔn S¬n, Liªn M¹c... Çc c«ng tr×nh ®ã míi phôc vô t−íi tiªu cho mét sè vïng h¹n chÕ.

Tõ sau çch m¹ng th¸ng 8 - 1945, nhÊt lμ tõ khi miÒn B¾c ®−îc gi¶i phãng 1954 vμ n−íc nhμ thèng nhÊt 1975, chóng ta ®· tõng b−íc khai th¸c sö dông nguån n−íc vμ ®¹t ®−îc nhiÒu thμnh tùu to lín. NÕu kÓ tÊt c¶ çc hÖ thèng thuû n«ng, çc hå chøa, çc c«ng tr×nh t−íi tiªu, ng¨n mÆn, çc tr¹m b¬m, kªnh r¹ch, çc ®ª s«ng ®ª biÓn, çc c«ng tr×nh thuû lîi nhá th× ®· t−íi ®−îc gÇn 6 triÖu ha lóa, h¬n 60 v¹n ha rau mμu, tiªu óng trªn 90 v¹n ha..., t¹o nguån n−íc cung cÊp cho hμng chôc triÖu nh©n d©n n«ng th«n, ®« thÞ, cung cÊp n−íc cho c«ng nghiÖp vμ n−íc sinh ho¹t cho nh©n d©n vïng cao.

VÒ hå chøa: Chóng ta ®· x©y dùng ®−îc trªn 460 hå chøa n−íc cã dung tÝch trªn 1 triÖu m3 vμ ®Ëp cao tõ 10m trë lªn vμ kho¶ng 3000 hå tiÓu thuû n«ng kh¸c, hμng n¨m ®¶m b¶o t−íi 40 v¹n ha ®Êt canh t¸c, s¶n xuÊt 17 tû kWh ®iÖn. Mét lo¹t hÖ thèng hå chøa n−íc phôc vô n«ng nghiÖp ra ®êi nh− Suèi Hai, §¹i L¶i, CÊm S¬n, Th¸c Bμ, KÎ Gç, QuÊt §«ng, Yªn LËp, s«ng Mùc, X¹ H−¬ng, s«ng R¸c, suèi Nøa, Gß MiÕu, B¶o Linh, Nam Th¹ch H·n, Vùc Trßn, Phó Ninh, Ya Yun h¹, TuyÒn L©m, DÇu TiÕng...

VÒ phßng chèng lôt b·o : ë B¾c Bé, hÖ thèng ®ª tõ chç thô ®éng, th−êng bÞ vì ë møc 12m ë Hμ Néi vμ 5,5m ë Ph¶ L¹i th× nay ®· cã kh¶ n¨ng chèng ®−îc ë møc 13,6m

ë Hμ Néi vμ 7m ë Ph¶ L¹i. Ngoμi ra cßn cã çc biÖn ph¸p c¾t lò, chËm lò, ph©n lò ... ®Ó ®Ò phßng nh÷ng trËn lò lín lÞch sö nh− n¨m 1971, trong ®ã ph¶i kÓ ®Õn hå Hoμ B×nh trªn s«ng §μ ®ãng vai trß quan träng. §ª Thanh - NghÖ TÜnh còng ®−îc cñng cè mét b−íc c¬ b¶n. ViÖc chèng lò ®ång b»ng s«ng Cöu Long ®· cã kÕt qu¶ ®èi víi lò ®Çu vô vμ b¶o vÖ lóa hÌ thu. ViÖc quy ho¹ch ph©n lò vμ tiªu tho¸t lò cïng víi quy ho¹ch khu d©n c−, x©y dùng nhμ phßng lò, cïng víi çc quy ho¹ch giao th«ng, x©y dùng c«ng tr×nh kh¸c ... ®· cã t¸c dông râ rÖt trong viÖc phßng tr¸nh lò ®ång b»ng s«ng Cöu Long.

VÒ thuû ®iÖn: Nguån thuû n¨ng ë n−íc ta rÊt lín, tr÷ n¨ng kü thuËt kho¶ng 90 tØ kWh víi kho¶ng 21 triÖu kW c«ng suÊt l¾p m¸y. §Õn nay chóng ta ®· x©y dùng c«ng tr×nh Hoμ B×nh trªn s«ng §μ lμ c«ng tr×nh lîi dông tæng hîp chèng lò, ph¸t ®iÖn c«ng suÊt 1920 MW, cung cÊp n−íc vμ giao th«ng thuû... HiÖn nay nhμ n−íc ta ®ang cho khÈn tr−¬ng triÓn khai çc dù ¸n bËc thang trªn s«ng §μ vμ s«ng L« - G©m trong ®ã ph¶i kÓ ®Õn ®Ëp Pavinh (S¬n La) cã dung tÝch vμ c«ng suÊt l¾p m¸y lín h¬n nhiÒu so víi ®Ëp Hoμ B×nh. Hå Th¸c Bμ võa phôc vô t−íi vμ ph¸t ®iÖn c«ng suÊt 108 MW. Trªn s«ng Sª

www.vnco

ld.vn


11

San ®· x©y dùng nhμ m¸y thuû ®iÖn Yaly cã c«ng suÊt 720MW ; trªn s«ng §ång Nai cã thuû ®iÖn TrÞ An víi c«ng suÊt 400 MW; trªn s«ng La Ngμ ®· x©y dùng thuû ®iÖn Hμm ThuËn - §a Mi cã c«ng suÊt 500 MW; trªn s«ng BÐ cã thuû ®iÖn Th¸c M¬ c«ng suÊt 160 MW vμ thuû ®iÖn CÇn §¬n 72 MW ; trªn S«ng Hinh cã ®Ëp vμ nhμ m¸y thuû ®iÖn s«ng Hinh víi c«ng suÊt 70 MW vμ phôc vô t−íi cho 5000 ha ruéng ®Êt...

Thuû lîi n−íc ta ®· gãp phÇn ®¾c lùc ph¸t triÓn nÒn n«ng nghiÖp ®a d¹ng, träng t©m lμ b¶o ®¶m l−¬ng thùc cho toμn x· héi, cã xuÊt khÈu; ®ång thêi gãp phÇn to lín vμo viÖc ph¸t triÓn thuû ®iÖn, khai th¸c nguån n¨ng l−îng quan träng, cÊp tho¸t n−íc cho c«ng nghiÖp vμ ®« thÞ. Ngoμi ra thuû lîi t¹o ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn giao th«ng thuû, gãp phÇn ph©n bè l¹i lao ®éng trong c¶ n−íc, lμm biÕn ®æi nhiÒu mÆt vÒ x· héi qua t¸c dông chèng lò, chèng óng, gi¶i phãng søc lao ®éng ë n«ng th«n, c¶i thiÖn m«i tr−êng lμm cho n«ng th«n trë nªn v¨n minh, s¹ch ®Ñp.

C«ng t¸c thuû lîi kh«ng cã ®iÓm dõng, cho ®Õn nay ch−a cã n−íc nμo trªn thÕ giíi gi¶i quyÕt xong vÊn ®Ò thuû lîi, ngay c¶ nh÷ng n−íc ph¸t triÓn cao th× h¹n h¸n vμ lò lôt vÉn th−êng x¶y ra vμ g©y thiÖt h¹i lín.

§1.2. Kh¸i niÖm vÒ c«ng tr×nh thuû lîi

C«ng tr×nh ®−îc x©y dùng ®Ó sö dông nguån n−íc gäi lμ c«ng tr×nh thuû lîi. NhiÖm vô chñ yÕu cña çc c«ng tr×nh thuû lîi lμ lμm thay ®æi, c¶i biÕn tr¹ng th¸i tù nhiªn dßng ch¶y cña s«ng, hå, biÓn, n−íc ngÇm ®Ó sö dông n−íc mét çch hîp lý cã lîi nhÊt vμ b¶o vÖ m«i tr−êng xung quanh tr¸nh khái nh÷ng t¸c h¹i cña dßng n−íc g©y nªn. C«ng tr×nh thuû lîi cã thÓ lμm h×nh thμnh dßng ch¶y nh©n t¹o ®Ó tho¶ m·n nhu cÇu dïng n−íc, khi dßng ch¶y tù nhiªn ë n¬i ®ã kh«ng ®ñ hoÆc kh«ng cã.

C¨n cø vμo tÝnh chÊt t¸c dông lªn dßng ch¶y, c«ng tr×nh thuû lîi cã thÓ chia ra: c«ng tr×nh d©ng n−íc, c«ng tr×nh ®iÒu chØnh vμ c«ng tr×nh dÉn n−íc.

I. C«ng tr×nh d©ng n−íc

Phæ biÕn nhÊt cña lo¹i c«ng tr×nh d©ng n−íc lμ çc lo¹i ®Ëp. §Ëp ®−îc x©y dùng ng¨n çc s«ng suèi vμ h×nh thμnh nªn ®é chªnh mùc n−íc tr−íc vμ sau c«ng tr×nh gäi lμ ®é chªnh mùc n−íc th−îng h¹ l−u. ë tr−íc ®Ëp, cμng gÇn ®Õn ®Ëp, l−u tèc trung b×nh cña dßng ch¶y cμng gi¶m v1 < v2 < v3 < v4 < v5, cßn ®é s©u cña dßng ch¶y cμng t¨ng h1 > h2 > h3 > h4 > h5 . Sù t¨ng mùc n−íc ë trong s«ng lμm t¨ng diÖn tÝch −ít cña lßng s«ng vμ dÉn ®Õn ngËp ®Êt ë th−îng l−u (h×nh 1-1a). Sù thay ®æi l−u tèc dßng ch¶y ë th−îng l−u lμm thay ®æi kh¶ n¨ng vËn chuyÓn bïn çt cña lßng s«ng. L−u tèc theo chiÒu dßng ch¶y gi¶m dÇn, çc h¹t bïn çt trong n−íc ®−îc l¾ng xuèng ®¸y theo thø tù tõ nh÷ng h¹t lín sau ®ã nh÷ng h¹t bÐ h¬n vμ khi ®Õn gÇn c«ng tr×nh l−u tèc hÇu nh− b»ng kh«ng nªn çc h¹t çt rÊt bÐ còng ®−îc l¾ng xuèng, n−íc ë ®ã rÊt trong.

www.vnco

ld.vn


12

a)

b)

c)

H×nh 1-1 : S¬ ®å ®Ëp d©ng n−íc

Sù d©ng mùc n−íc cßn lμm thay ®æi c¶ tr¹ng th¸i n−íc ngÇm d−íi lßng s«ng vμ hai bªn bê. Do cã ®é chªnh cét n−íc th−îng h¹ l−u nªn cã hiÖn t−îng thÊm qua nÒn vμ vßng quanh c«ng tr×nh qua 2 bªn bê tõ th−îng l−u vÒ h¹ l−u (h×nh 1-1b,c).

N−íc ë th−îng l−u ch¶y vÒ h¹ l−u kh«ng mang bïn çt, do ®ã ®Ó trë vÒ tr¹ng th¸i cò cña dßng n−íc, lßng s«ng vμ bê ë h¹ l−u l¹i bÞ bμo mßn xãi lë .

Nh− vËy c«ng tr×nh d©ng n−íc cã ¶nh h−ëng ®Õn tÊt c¶ çc yÕu tè cña dßng ch¶y, lßng s«ng vμ c¶ n−íc ngÇm. Nh−ng nã cã hiÖu qu¶ lín, ®iÒu chØnh l−u l−îng ë th−îng l−u vÒ h¹ l−u, vÒ mïa lò n−íc ®−îc gi÷ l¹i ë th−îng l−u (®èi víi hå chøa) vμ ®−îc th¸o vÒ h¹ l−u vμo thêi kú cÇn thiÕt theo nhu cÇu dïng n−íc. C«ng tr×nh d©ng n−íc ®−îc øng dông réng r·i trong tÊt c¶ çc lÜnh vùc kinh tÕ n−íc.

II. C«ng tr×nh ®iÒu chØnh dßng ch¶y

C«ng tr×nh ®iÒu chØnh ®Ó khèng chÕ xãi lë dßng s«ng, cã thÓ lμm thay ®æi tr¹ng th¸i dßng ch¶y, lμm thay ®æi h−íng cña dßng ch¶y trong giíi h¹n lßng s«ng theo yªu cÇu cÇn thiÕt vμ b¶o vÖ lßng s«ng tr¸nh khái nh÷ng t¸c h¹i nguy hiÓm cña dßng n−íc. C«ng tr×nh ®iÒu chØnh bao gåm ®ª, ®Ëp, t−êng, kÌ. Çc ®ª ®Ëp ®ã kh«ng x©y ng¨n hÕt toμn bé lßng s«ng, mμ chØ mét phÇn theo h−íng cña mÆt c¾t ngang hoÆc cã khi theo h−íng däc lßng s«ng.

C«ng tr×nh ®iÒu chØnh kh«ng lμm d©ng n−íc, mμ nã cã t¸c dông lμm thay ®æi h−íng vμ l−u tèc dßng ch¶y, ph©n bè l¹i l−u tèc vμ ¶nh h−ëng ®Õn h×nh d¹ng cña lßng s«ng. Çc c«ng tr×nh nμy nh»m phôc vô çc ngμnh kh¸c nhau, cã thÓ ®Ó gi÷ ®é s©u, l−u tèc vμ h×nh d¹ng lßng s«ng cÇn thiÕt cho tμu bÌ qua l¹i, ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn b×nh th−êng ®Ó lÊy n−íc tõ s«ng, gi÷ æn ®Þnh bê s«ng ®Ó ®¶m b¶o an toμn cho d©n c− vμ nhμ m¸y, xÝ nghiÖp ë hai bªn bê.

III. C«ng tr×nh dÉn n−íc

Nh÷ng c«ng tr×nh nμy bao gåm çc lo¹i nh− kªnh m−¬ng, ®−êng hÇm, cÇu m¸ng, ®−êng èng lμm b»ng çc vËt liÖu kh¸c nhau. Çc c«ng tr×nh ®ã chuyÓn n−íc víi çc

www.vnco

ld.vn


13

l−u l−îng x¸c ®Þnh vμo çc môc ®Ých kh¸c nhau : dÉn n−íc vμo turbin cña nhμ m¸y thuû ®iÖn, ®−a n−íc vμo t−íi ruéng vμ ®ång cá, vμo hÖ thèng cÊp n−íc cña thμnh phè, xÝ nghiÖp, nhμ m¸y..., ®ång thêi nã cã thÓ sö dông lμm ®−êng giao th«ng cho tμu thuyÒn ®i l¹i. Thuéc lo¹i c«ng tr×nh dÉn n−íc nμy ph¶i kÓ ®Õn c¶ c«ng tr×nh th¸o lò, ®ã lμ nh÷ng c«ng tr×nh th¸o n−íc thõa cña hå chøa tõ th−îng l−u vÒ h¹ l−u qua ®Ëp hoÆc hai bªn bê cña ®Ëp, çc c«ng tr×nh ph©n lò sang khu vùc kh¸c nh»m gi¶m lò s«ng chÝnh tr¸nh ngËp lôt h¹ l−u...

§1.3. Ph©n lo¹i c«ng tr×nh thuû lîi

§Ó phôc vô cho çc lÜnh vùc thuû lîi kh¸c nhau vμ do ®iÒu kiÖn khÝ hËu thuû v¨n, ®Þa chÊt vμ ®Þa h×nh kh¸c nhau chia ra çc lo¹i c«ng tr×nh thuû lîi cã kÕt cÊu kh¸c nhau nh− sau:

I. Çc lo¹i ®Ëp

§©y lμ nh÷ng c«ng tr×nh ch¾n ngang s«ng, lμm d©ng cao mùc n−íc ë phÝa tr−íc t¹o thμnh hå chøa. VËt liÖu lμm ®Ëp lμ bª t«ng, bª t«ng cèt thÐp, gç, ®¸, ®Êt vμ ®−îc gäi t−¬ng øng lμ ®Ëp bª t«ng, ®Ëp bª t«ng cèt thÐp, ®Ëp gç, ®Ëp ®¸, ®Ëp ®Êt. Lo¹i ®Ëp ®−îc dïng réng r·i nhÊt lμ ®Ëp vËt liÖu t¹i chç vμ ®Ëp bª t«ng. §Ëp vËt liÖu t¹i chç ®−îc x©y dùng b»ng çc lo¹i ®Êt nh− ®Êt thÞt, sÐt, çt, thÞt pha çt, ®¸ vμ hçn hîp ®Êt ®¸.

1. §Ëp bª t«ng: gåm cã ®Ëp bª t«ng träng lùc (h×nh 1-2a, b), ®Ëp b¶n chèng (h×nh 1-2c) vμ ®Ëp vßm (h×nh 1-2d).

§Ëp bª t«ng träng lùc th−êng cã mÆt c¾t ngang d¹ng h×nh thang víi mÆt th−îng l−u th¼ng ®øng hoÆc cã mét ®é nghiªng nhá. Nã cã thÓ kh«ng trμn n−íc (h×nh 1-2a); cho trμn n−íc qua ®Ønh (h×nh 1-2b) hoÆc cã bè trÝ ®−êng èng dÉn n−íc qua th©n ®Ëp (h×nh 1-2a). §Ëp b¶n chèng bao gåm b¶n mÆt ë tr−íc th−îng l−u máng vμ mét hÖ thèng çc trô chèng hîp thμnh (h×nh 1-2c). §Ëp vßm (h×nh 1-2d) trªn h×nh chiÕu b»ng cã d¹ng h×nh cung tùa vμo hai bê.

www.vnco

ld.vn


14

a) b)

c) d)

H×nh 1-2 : S¬ ®å ®Ëp bª t«ng

2. §Ëp ®Êt : ®−îc x©y dùng b»ng çc lo¹i ®Êt, mÆt c¾t ngang cã d¹ng h×nh thang (h×nh 1-3). Th©n ®Ëp ®¾p b»ng mét lo¹i ®Êt gäi lμ ®Ëp ®Êt ®ång chÊt (h×nh 1-3a), ®¾p b»ng nhiÒu lo¹i ®Êt kh¸c nhau gäi lμ ®Ëp ®Êt kh«ng ®ång chÊt ( h×nh 1-3 c,d).

a)

c)

b)

d)

b

a

c

H×nh 1-3: Çc lo¹i ®Ëp ®Êt

N−íc thÊm qua th©n ®Ëp ®Êt t¹o thμnh dßng thÊm. Giíi h¹n trªn cïng cña dßng thÊm gäi lμ ®−êng b·o hoμ thÊm (®−êng abc h×nh 1-3a). NÕu ®Êt ®¾p ®Ëp cã hÖ sè thÊm qu¸ lín lμm tæn thÊt n−íc trong hå chøa nhiÒu th× cÇn cã biÖn ph¸p chèng thÊm vμ ®Ëp ®Êt trë thμnh ®Ëp ®Êt cã t−êng nghiªng chèng thÊm (h×nh 1-3b) hoÆc t−êng lâi chèng thÊm (h×nh 1-3c). T−êng nghiªng vμ t−êng lâi lμm b»ng çc vËt liÖu Ýt thÊm n−íc nh− ®Êt sÐt hoÆc ¸ sÐt, bª t«ng vμ bª t«ng cèt thÐp, thÐp hoÆc çc vËt liÖu kh¸c.

3. §Ëp ®¸: Lo¹i ®Ëp nμy cã th©n ®Ëp ®−îc ®¾p b»ng ®¸. ThiÕt bÞ chèng thÊm lμ t−êng lâi (h×nh 1-4b) hoÆc t−êng nghiªng b»ng ®Êt sÐt hoÆc ¸ sÐt (h×nh (1-4a). Th©n ®Ëp ®¾p b»ng nöa ®Êt, nöa ®¸ ®−îc gäi lμ ®Ëp hçn hîp ®Êt ®¸ (h×nh 1-4c).

www.vnco

ld.vn


15

a) b)

c)

H×nh 1-4: §Ëp ®¸

4. Çc lo¹i ®Ëp kh¸c: §Ëp ®¸ ®æ bäc bª t«ng, ®Ëp cao su, ®Ëp gç...

II. Çc c«ng tr×nh ®iÒu chØnh

Thuéc lo¹i nμy bao gåm:

- HÖ thèng ®ª däc çc bê s«ng ®Ó chèng n−íc lò trμn vμo ®ång ruéng, çc khu d©n c−, khu kinh tÕ...

- Çc ®Ëp má hμn, t−êng h−íng dßng ®Ó l¸i dßng ch¶y trong s«ng theo h−íng cã lîi cho lÊy n−íc, chèng xãi lë bê.

- Çc ng−ìng ®¸y ®Ó ®iÒu khiÓn bïn çt, chèng båi lÊp cöa lÊy n−íc vμ chèng xãi bê s«ng.

- Çc kÌ ®Ó b¶o vÖ bê s«ng, m¸i ®ª khái bÞ xãi do sãng ®¸nh hay do dßng ch¶y mÆt thóc vμo trong mïa lò.

- Çc hÖ thèng l¸i dßng ®Æc biÖt dïng ®Ó h−íng dßng ch¶y mÆt vμo cöa lÊy n−íc, xãi tr«i çc b·i båi, c¶i t¹o luång l¹ch phôc vô giao th«ng thuû.

Çc lo¹i c«ng tr×nh nμy ®−îc giíi thiÖu cô thÓ trong gi¸o tr×nh chØnh trÞ s«ng.

III. Çc c«ng tr×nh dÉn n−íc

Bao gåm çc lo¹i sau ®©y:

1. Kªnh lμ mét d¹ng s«ng nh©n t¹o, ®−îc ®μo, ®¾p hoÆc nöa ®μo nöa ®¾p hay x©y mμ thμnh. MÆt c¾t ngang th−êng cã d¹ng h×nh thang, ®«i khi lμ h×nh ch÷ nhËt, nöa trßn...

2. M¸ng n−íc, dèc n−íc, bËc n−íc, cÇu m¸ng lμ kªnh nh©n t¹o ®−îc x©y trªn mÆt ®Êt hoÆc cao h¬n mÆt ®Êt, lμm b»ng bª t«ng cèt thÐp, thÐp, gç, g¹ch, ®¸ x©y. Çc c«ng tr×nh nμy ®−îc sö dông khi ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, ®Þa chÊt kh«ng cho phÐp lμm kªnh.

3. §−êng hÇm ®−îc x©y dùng d−íi ®Êt, trong nói. Khi çc ®−êng dÉn n−íc gÆp nói cao kh«ng thÓ ®μo kªnh ®−îc th× ng−êi ta ph¶i lμm ®−êng hÇm ®Ó nèi tiÕp çc kªnh chuyÓn n−íc. Còng cã thÓ lμ ®−êng hÇm dÉn n−íc vμo nhμ m¸y thuû ®iÖn, hoÆc ®−êng hÇm th¸o lò cña hå chøa...

www.vnco

ld.vn


16

4. §−êng èng lμ nh÷ng èng dÉn n−íc lμm b»ng thÐp, bª t«ng cèt thÐp ®−îc ®Æt trªn mÆt hoÆc d−íi ®Êt hoÆc bè trÝ trong th©n ®Ëp, d−íi kªnh m−¬ng, ®ª... ®Ó dÉn n−íc.

IV. Çc c«ng tr×nh chuyªn m«n

Lμ nh÷ng c«ng tr×nh ®−îc dïng cho mét sè môc ®Ých kinh tÕ thuû lîi nh−:

- Tr¹m thuû ®iÖn: nhμ m¸y, buång xo¾n, bÓ ¸p lùc, th¸p ®iÒu ¸p...

- C«ng tr×nh giao th«ng thuû: ©u tμu, m¸y n©ng tμu, c«ng tr×nh chuyÓn gç, bÕn c¶ng...

- C«ng tr×nh thuû n«ng: cèng ®iÒu tiÕt, hÖ thèng t−íi tiªu, hÖ thèng tho¸t n−íc.

- C«ng tr×nh cÊp n−íc vμ tho¸t n−íc: c«ng tr×nh lÊy n−íc, dÉn n−íc, tr¹m b¬m, c«ng tr×nh cho vÖ sinh, tho¸t n−íc...

- C«ng tr×nh cho ç: ®−êng ç ®i, ®−êng chuyÓn ç, hå nu«i ç...

§1.4. §Çu mèi c«ng tr×nh thuû lîi vμ hÖ thèng thuû lîi

Çc c«ng tr×nh thuû lîi ®−îc tËp trung l¹i thμnh mét tËp hîp c«ng tr×nh ®Ó nh»m gi¶i quyÕt nh÷ng nhiÖm vô thuû lîi x¸c ®Þnh gäi lμ ®Çu mèi c«ng tr×nh thuû lîi.

Muèn lîi dông dßng s«ng ®Ó t−íi ruéng, ph¸t ®iÖn, cung cÊp n−íc cho nhμ m¸y xÝ nghiÖp, d©n c−, vËn t¶i thuû, nu«i ç... cÇn x©y dùng ®Ëp ®Ó d©ng cao mùc n−íc, cïng víi çc h¹ng môc kh¸c nh− c«ng tr×nh th¸o lò, cèng lÊy n−íc, tr¹m thuû ®iÖn, ©u tμu... TËp hîp çc c«ng tr×nh ®ã t¹o thμnh ®Çu mèi c«ng tr×nh thuû lîi.

2

53

16

4

H×nh 1-5: S¬ ®å ®Çu mèi c«ng tr×nh thuû lîi

1- ®−êng trµn ; 2,3,4 - ®Ëp ; 5 - ©u thuyÒn ; 6 - nhµ m¸y thuû ®iÖn

Ng−êi ta ph©n biÖt çc c«ng tr×nh ®Çu mèi trªn s«ng (cã ®¾p ®Ëp ch¾n ngang s«ng) vμ c«ng tr×nh ®Çu mèi ven s«ng (kh«ng cã ®Ëp ch¾n).

Çc c«ng tr×nh ®Çu mèi trªn s«ng cßn gäi lμ ®Çu mèi thuû lîi d©ng n−íc. C¨n cø vμo t¸c dông ph©n phèi l¹i dßng ch¶y trong s«ng mμ cã thÓ ph©n thμnh hå chøa n−íc (cã ®iÒu tiÕt dßng ch¶y) vμ ®Ëp d©ng (rÊt Ýt cã kh¶ n¨ng ®iÒu tiÕt dßng ch¶y).

www.vnco

ld.vn


17

Çc hå chøa n−íc ®· ®−îc x©y dùng ë n−íc ta nh−: Hoμ B×nh, DÇu TiÕng, TrÞ An, Yaly, Th¸c Bμ, CÊm S¬n, §¹i L¶i, Nói Cèc, S«ng Mùc, KÎ Gç, Phó Ninh... VÒ ®Ëp d©ng cã: CÇu S¬n, B¸i Th−îng, Th¹ch Nham, §ång Cam, Nha Trinh...

Lo¹i c«ng tr×nh ®Çu mèi ven s«ng th−êng g¾n liÒn víi hÖ thèng cÊp n−íc, t−íi, tiªu, ph©n lò nh− çc cèng Liªn M¹c, Xu©n Quan, V©n Cèc...

Çc c«ng tr×nh trong ®Çu mèi thuû lîi ®−îc chia thμnh c«ng tr×nh chñ yÕu, thø yÕu, hç trî vμ t¹m thêi.

C«ng tr×nh chñ yÕu lμ c«ng tr×nh ®¶m b¶o cho ®Çu mèi thuû lîi lu«n lu«n lμm viÖc b×nh th−êng, tøc lμ nh÷ng c«ng tr×nh khi söa ch÷a hoÆc bÞ h− háng th× lμm cho ®Çu mèi thuû lîi ngõng lμm viÖc hoÆc gi¶m sót n¨ng lùc lμm viÖc. VÝ dô nh− ®Ëp, c«ng tr×nh th¸o lò, c«ng tr×nh lÊy n−íc, bÓ ¸p lùc, th¸p ®iÒu ¸p, ®−êng èng dÉn n−íc vμ nhμ m¸y thuû ®iÖn, kªnh chÝnh, tr¹m b¬m...

C«ng tr×nh thø yÕu lμ nh÷ng c«ng tr×nh khi söa ch÷a hoÆc bÞ h− háng kh«ng g©y hËu qu¶ nh− trªn. VÝ dô nh− t−êng ch¾n ®Êt, thiÕt bÞ b¶o vÖ bê kªnh, cöa, phai...

C«ng tr×nh hç trî lμ c«ng tr×nh dïng trong viÖc qu¶n lý vμ x©y dùng çc c«ng tr×nh chñ yÕu; vÝ dô nh− nhμ ë, nhμ qu¶n lý, nhμ hμnh chÝnh, hÖ thèng ¸nh s¸ng, ®−êng ®i l¹i trong c«ng tr×nh...

C«ng tr×nh t¹m thêi lμ c«ng tr×nh chØ sö dông trong thêi gian thi c«ng hoÆc söa ch÷a çc c«ng tr×nh kh¸c nh− ®ª quai sanh, c«ng tr×nh th¸o n−íc thi c«ng, ©u thuyÒn t¹m thêi...

Tuú theo nhiÖm vô vμ møc ®é quan träng mμ çc c«ng tr×nh thuû lîi ®−îc ph©n cÊp nh− sau:

CÊp I : C«ng tr×nh ®Æc biÖt quan träng.

CÊp II : C«ng tr×nh quan träng.

CÊp III: C«ng tr×nh th«ng th−êng.

CÊp IV : C«ng tr×nh Ýt quan träng.

CÊp V : C«ng tr×nh kh«ng quan träng.

CÊp cña c«ng tr×nh phô thuéc quy m«, ý nghÜa vμ thêi gian sö dông cña c«ng tr×nh vμ ®−îc quy ph¹m Nhμ n−íc quy ®Þnh.

TËp hîp nhiÒu ®Çu mèi c«ng tr×nh thuû lîi hoÆc tËp hîp nhiÒu c«ng tr×nh thuû lîi ph©n bè trªn mét khu vùc lín ®Ó cïng nhau gi¶i quyÕt çc nhiÖm vô thuû lîi ®Æt ra gäi lμ hÖ thèng thuû lîi. VÝ dô hÖ thèng thuû lîi B¾c H−ng H¶i, hÖ thèng thñy lîi CÇu S¬n, LiÔn S¬n, hÖ thèng thuû lîi B¾c NghÖ An...

ViÖc ph©n cÊp c«ng tr×nh cã ý nghÜa v« cïng quan träng trong thiÕt kÕ vμ x©y dùng v× nã cã ¶nh h−ëng ®Õn æn ®Þnh, c−êng ®é vμ ®é bÒn cña mçi mét c«ng tr×nh còng nh− toμn bé hÖ thèng. Khi thiÕt kÕ, tuú theo cÊp c«ng tr×nh ta x¸c ®Þnh ®−îc çc chØ tiªu thiÕt kÕ t−¬ng øng nh− tÇn suÊt l−u l−îng vμ mùc n−íc thiÕt kÕ, hÖ sè tin cËy, tuæi thä c«ng tr×nh.

www.vnco

ld.vn


18

ViÖc ph©n cÊp c«ng tr×nh thuû lîi lμ ph¶n ¶nh tr×nh ®é khoa häc kü thuËt vμ ph¸t triÓn nÒn kinh tÕ quèc d©n cña mçi n−íc, cho nªn ®èi víi çc n−íc cã sù quy ®Þnh kh«ng gièng nhau vμ ngay ®èi víi mét n−íc, sù quy ®Þnh ®ã còng thay ®æi theo thêi gian.

§1.5. §iÒu kiÖn lμm viÖc cña çc c«ng tr×nh thuû lîi

§Æc ®iÓm cña c«ng tr×nh thuû lîi lμ lμm viÖc trong n−íc nªn chÞu mäi t¸c dông cña n−íc nh− t¸c dông c¬ häc, ho¸ lý, thÊm vμ t¸c dông cña sinh vËt.

I. T¸c dông cña n−íc lªn c«ng tr×nh thuû lîi

1. T¸c dông c¬ häc cña n−íc g©y nªn ¸p lùc tÜnh vμ ®éng lªn bÒ mÆt c«ng tr×nh thuû lîi. TrÞ sè ¸p lùc ®ã ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thuû lùc vμ c¬ häc chÊt láng. §Æc biÖt thμnh phÇn n»m ngang cña ¸p lùc thuû tÜnh rÊt quan träng, cã thÓ lμm cho c«ng tr×nh bÞ tr−ît hoÆc lËt ®æ.

¸p lùc ®éng xuÊt hiÖn trong dßng ch¶y tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng cña l−u tèc. Ngoμi ra cÇn ph¶i kÓ ®Õn ¸p lùc sãng khi xuÊt hiÖn sãng trong hå chøa vμ t¸c ®éng cña n−íc khi cã ®éng ®Êt. Dßng ch¶y qua c«ng tr×nh th¸o (®Ëp trμn, çc cèng th¸o n−íc...) mang xuèng h¹ l−u mét n¨ng l−îng lín, cã thÓ lμm xãi lë m·nh liÖt bê vμ ®¸y s«ng b»ng ®Êt hay ®¸. V× vËy ë h¹ l−u c«ng tr×nh cÇn cã biÖn ph¸p tiªu trõ n¨ng l−îng ®ã ®Ó b¶o vÖ h¹ l−u c«ng tr×nh vμ lßng s«ng (h×nh 1-6).

3

45

6

2 1

7

8

H×nh 1-6 : BiÖn ph¸p gi¶m thÊm vµ tiªu n¨ng h¹ l−u c«ng tr×nh trªn nÒn ®Êt

1 - th©n ®Ëp; 2- cöa van; 3 - s©n tr−íc; 4,5,6 cõ ; 7 - s©n tiªu n¨ng; 8- s©n sau

2. T¸c dông cña thÊm

Khi c«ng tr×nh t¹o ra ®é chªnh cét n−íc th−îng h¹ l−u th× sÏ xuÊt hiÖn dßng thÊm qua nÒn vμ bê. N−íc thÊm qua nÒn sÏ g©y nªn ¸p lùc lªn ®¸y c«ng tr×nh cã ph−¬ng th¼ng gãc víi mÆt ®¸y, ta gäi lμ ¸p lùc thÊm. ¸p lùc ®ã lμm gi¶m kh¶ n¨ng chèng tr−ît cña c«ng tr×nh. N−íc thÊm còng cã thÓ g©y nªn ph¶n øng hãa häc, lμm hoμ tan chÊt muèi trong nÒn vμ h×nh thμnh nªn xãi ngÇm ho¸ häc. N−íc thÊm l¹i cã thÓ mang ®i çc h¹t ®Êt rÊt nhá vÒ h¹ l−u vμ dÉn ®Õn xãi ngÇm c¬ häc. §Æc biÖt t¹i chç ra cña dßng thÊm ë h¹ l−u c«ng tr×nh, ph−¬ng cña dßng thÊm hÇu nh− th¼ng ®øng h−íng tõ d−íi lªn, gra®ien dßng thÊm rÊt lín cã thÓ ®Èy ®i c¶ khèi ®Êt, gäi lμ hiÖn t−îng ®Èy tråi ®Êt.

§Ó lμm gi¶m ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh vμ chèng hiÖn t−îng xãi ngÇm, ®Èy tråi ®Êt ng−êi ta ¸p dông çc biÖn ph¸p kÐo dμi ®−êng viÒn thÊm nh− lμm s©n phñ ë th−îng l−u (s©n tr−íc), cõ chèng thÊm, hoÆc mμng chèng thÊm (h×nh 1-6).

www.vnco

ld.vn


19

3. T¸c dông lý ho¸ cña n−íc

N−íc cã thÓ t¸c dông lªn vËt liÖu lμm c«ng tr×nh vμ ®Êt nÒn c«ng tr×nh. Khi n−íc chuyÓn ®éng cã l−u tèc lín, ®Æc biÖt lμ dßng n−íc cã mang nhiÒu bïn çt lμm bÒ mÆt c«ng tr×nh bÞ bμo mßn. Sù ¨n mßn cña n−íc ®èi víi kim lo¹i, bª t«ng, ®¸, gç x¶y ra khi n−íc cã tÝnh x©m thùc. Dßng ch¶y cã l−u tèc cao sÏ sinh ra vïng cã ch©n kh«ng vμ dÉn ®Õn hiÖn t−îng khÝ thùc. HiÖn t−îng xãi ngÇm c¬ häc vμ ho¸ häc cã thÓ xÈy ra trong nÒn c«ng tr×nh do dßng thÊm.

4. T¸c dông cña sinh vËt

Mét sè sinh vËt sèng ë trong n−íc g©y t¸c dông kh«ng tèt ®èi víi c«ng tr×nh nh− hμ ¨n lμm môc n¸t gç. Ngoμi ra cßn cã mét sè vi khuÈn x©m nhËp vμo vËt liÖu, cã lo¹i c«n trïng gÆm ®¸ vμ mãng bª t«ng cña c«ng tr×nh...

II. T¸c dông t−¬ng hç cña c«ng tr×nh víi nÒn vµ bê

1. NÒn cña c«ng tr×nh thuû lîi

TÝnh chÊt cña ®Êt nÒn vμ bê phô thuéc vμo cÊu t¹o ®Þa chÊt vμ cã ý nghÜa quan träng ®èi víi kh¶ n¨ng lμm viÖc cña c«ng tr×nh thuû lîi; ®Æc biÖt lμ c−êng ®é, ®é biÕn d¹ng, møc ®é nøt nÎ, ®é Ðp n−íc, t×nh h×nh vμ chÊt l−îng n−íc ngÇm....NÒn c«ng tr×nh cã thÓ lμ nÒn ®¸ hoÆc nÒn ®Êt gåm tæ hîp nhiÒu lo¹i ®Êt kh¸c nhau. NÒn ®¸ cho phÐp x©y dùng çc c«ng tr×nh cã cét n−íc cao, nÒn ®Êt cho phÐp x©y dùng c«ng tr×nh cã cét n−íc thÊp vμ võa. Tuy nhiªn, ngμy nay ng−êi ta còng ®· x©y dùng ®−îc çc ®Ëp cao tíi h¬n 100m hoÆc h¬n n÷a trªn nÒn ®Êt.

CÊu t¹o ®Þa chÊt ë vïng x©y dùng th−êng lμm phøc t¹p ®iÒu kiÖn lμm viÖc cña c«ng tr×nh. Khi thiÕt kÕ vμ x©y dùng c«ng tr×nh thuû lîi cÇn ph¶i kh¶o s¸t, th¨m dß kü ®Þa chÊt, t×m biÖn ph¸p t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc tèt h¬n cña nÒn.

2. Kh¶ n¨ng lµm viÖc cña c«ng tr×nh vµ nÒn

Çc lùc t¸c dông lªn c«ng tr×nh thñy lîi cã nhiÒu lo¹i: ¸p lùc n−íc, lùc thÊm, bïn çt, träng l−îng b¶n th©n vμ çc thiÕt bÞ trªn nã...

TÊt c¶ çc lùc ®ã cuèi cïng truyÒn ®Õn nÒn lμm thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt tù nhiªn vèn cã cña ®Êt nÒn vμ dÉn ®Õn t×nh tr¹ng xÊu h¬n, ph¸t sinh øng suÊt nÐn vμ c¾t, cã thÓ xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo vμ kÕt qu¶ lμ ph¸t triÓn vïng biÕn d¹ng cña nÒn, cã thÓ lμm cho c«ng tr×nh mÊt æn ®Þnh nh− bÞ tr−ît, lËt, nøt nÎ. §iÒu ®ã kh«ng cho phÐp víi bÊt kú mét c«ng tr×nh nμo.

§¶m b¶o c−êng ®é tiÕp xóc gi÷a mãng vμ nÒn trong ph¹m vi cho phÐp vμ ®¶m b¶o æn ®Þnh chèng tr−ît lμ ®iÒu kiÖn quan träng cho kh¶ n¨ng lμm viÖc cña c«ng tr×nh.

Khi thiÕt kÕ vμ x©y dùng, nÕu tÝnh to¸n kh«ng ®Çy ®ñ vμ chÝnh x¸c cã thÓ dÉn ®Õn tai häa sau nμy cho c«ng tr×nh, thËm chÝ g©y thiÖt h¹i nghiªm träng ®Õn tμi s¶n vμ tÝnh m¹ng cña con ng−êi.

www.vnco

ld.vn


20

III. §iÒu kiÖn x©y dùng vµ ¶nh h−ëng cña c«ng tr×nh thuû lîi ®èi víi khu vùc l©n cËn

X©y dùng c«ng tr×nh thuû lîi phô thuéc vμo ®iÒu kiÖn tù nhiªn (®Þa h×nh, ®Þa chÊt, thuû v¨n...), çc ®iÒu kiÖn ®ã cã t¸c dông quyÕt ®Þnh ®Õn viÖc chän h×nh thøc, kÕt cÊu, kÝch th−íc vμ bè trÝ çc c«ng tr×nh trong hÖ thèng. Do ®ã ®iÒu kiÖn x©y dùng ¶nh h−ëng lín ®Õn gi¸ thμnh, thêi gian x©y dùng vμ chÊt l−îng c«ng tr×nh.

Khi c«ng tr×nh thuû lîi ®−îc x©y dùng xong cã t¸c dông lín ®Õn ®iÒu kiÖn kinh tÕ vμ thiªn nhiªn cña khu vùc. §Æc biÖt khi c«ng tr×nh thuû lîi lín ra ®êi sÏ h×nh thμnh nªn khu c«ng nghiÖp míi, thμnh phè míi, ®−êng giao th«ng míi ... thóc ®Èy sù ph¸t triÓn kinh tÕ - x· héi cña khu vùc l©n cËn.

Çc c«ng tr×nh d©ng n−íc, t¹o thμnh hå chøa lμm ngËp mét diÖn tÝch réng lín ë th−îng l−u vμ lμm thay ®æi khÝ hËu cña khu vùc xung quanh. §ång thêi ë th−îng l−u n−íc ngÇm ®−îc d©ng cao, h¹ l−u n−íc ngÇm ®−îc h¹ thÊp lμm ¶nh h−ëng ®Õn sù sinh tr−ëng c©y trång vμ çc ho¹t ®éng d©n sinh ë vïng l©n cËn.

IV. HËu qu¶ tai h¹i do c«ng tr×nh thuû lîi bÞ h− háng

Çc c«ng tr×nh thuû lîi, ®Æc biÖt lμ çc c«ng tr×nh d©ng n−íc cã cét n−íc cao, gi÷ mét khèi l−îng n−íc lín, hμng triÖu m3, thËm chÝ hμng tØ m3. NÕu c«ng tr×nh bÞ h− háng, n−íc sÏ tu«n xuèng h¹ l−u víi l−u tèc rÊt lín, cã søc ph¸ ghª gím, g©y thiÖt h¹i ®Õn tÝnh m¹ng vμ tμi s¶n cña nh©n d©n, cã thÓ lμm tª liÖt vμ h− háng c¶ nh÷ng khu c«ng nghiÖp réng lín, ®−êng giao th«ng... ViÖc söa ch÷a l¹i çc c«ng tr×nh ®ã th−êng mÊt mét thêi gian t−¬ng ®èi dμi.

Trong lÞch sö nhiÒu n−íc ®· x¶y ra nhiÒu tr−êng hîp h− háng c«ng tr×nh, nh− n¨m 1959 ®Ëp Manpatxª (Malpasset) cña Ph¸p bÞ vì lμm 400 ng−êi chÕt, trªn 2000 gia ®×nh bÞ thiÖt h¹i, −íc tÝnh tæn thÊt lªn ®Õn 3 tØ ph¬r¨ng; n¨m 1963 ®Ëp vßm cao nhÊt thÕ giíi Vaiont ë Italia cao 265 m bÞ sù cè lμm 4600 ng−êi chÕt... §Ëp Machchu II Ên §é x©y dùng n¨m 1972, cao 29m. Th¸ng 8/1979, sau 3 ngμy m−a to liªn tôc t¹o ®Ønh lò 14.000m3/s, 3 trong sè 18 cöa trμn bÞ kÑt lμm n−íc trμn qua ®Ëp, g©y vì ®Ëp lμm 2000 ng−êi thiÖt m¹ng.

ë ViÖt Nam còng ®· cã çc sù cè vì ®Ëp Suèi TrÇu (Kh¸nh Hoμ) th¸ng 11/1977 vμ th¸ng 11/1978, ®Ëp Suèi Hμnh (th¸ng 12/1986), ®Ëp Am Chóa (th¸ng 10/1992) còng t¹i Kh¸nh Hoμ, lμ mét tØnh miÒn Trung n¬i cã ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt cho x©y dùng ®Ëp rÊt phøc t¹p. ë ®Ëp DÇu TiÕng (T©y Ninh), sù cè th¸ng 1/1986 l¹i x¶y ra ë cöa trμn x¶ s©u, khi hå tÝch n−íc ch−a ®Çy nh−ng do thiÕt kÕ tÝnh ch−a ®óng tæ hîp lùc nªn khi lμm viÖc, liªn kÕt gi÷a tai trô ®ì cμng van vμ khung thÐp nÐo ®· bÞ ph¸ vì lμm c¾t ®øt trô pin, ph¸ háng cöa trμn, g©y ra lò nh©n t¹o trong mïa kh« ë h¹ du s«ng Sμi Gßn, thiÖt h¹i vÒ tμi s¶n rÊt lín [6].

V× vËy ®èi víi ng−êi kü s− thuû lîi cÇn ph¶i nhËn thøc ®Çy ®ñ tÇm quan träng cña c«ng tr×nh còng nh− hËu qu¶ cña sù cè ®Ó n©ng cao ý thøc tr¸ch nhiÖm trong c«ng t¸c kh¶o s¸t, thiÕt kÕ x©y dùng vμ qu¶n lý c«ng tr×nh thuû lîi.

www.vnco

ld.vn


21

Ch−¬ng 2

ThÊm d−íi ®¸y vμ hai bªn c«ng tr×nh thuû lîi

§2.1. Kh¸i niÖm chung

1. Sù h×nh thµnh dßng thÊm

§Êt nÒn vμ hai bªn vai c«ng tr×nh th−êng lμ lo¹i thÊm n−íc. ChØ trong tr−êng hîp nÒn vμ vai lμ ®¸ tèt kh«ng nøt nÎ, hoÆc lμ ®Êt sÐt chÆt vμ ®−îc xö lý tiÕp gi¸p tèt th× míi cã thÓ coi nh− kh«ng thÊm n−íc.

Khi c«ng tr×nh lμm viÖc, sÏ t¹o ra sù chªnh lÖch mùc n−íc gi÷a th−îng vμ h¹ l−u. N−íc sÏ di ®éng qua çc kÏ rçng trong ®Êt nÒn vμ hai bªn vai c«ng tr×nh t¹o thμnh dßng thÊm. §èi víi c«ng tr×nh vμ m«i tr−êng xung quanh, dßng thÊm g©y ra nh÷ng ¶nh h−ëng bÊt lîi nh− sau:

- Lμm mÊt n−íc tõ hå chøa;

- G©y ¸p lùc lªn çc bé phËn c«ng tr×nh giíi h¹n miÒn thÊm (b¶n ®¸y, t−êng ch¾n...);

- Cã thÓ lμm biÕn h×nh ®Êt nÒn vμ hai vai, ®Æc biÖt lμ ë khu vùc dßng thÊm tho¸t ra, cã thÓ dÉn ®Õn sôt lón, nghiªng, lËt c«ng tr×nh;

- Dßng thÊm hai bªn vai c«ng tr×nh khi tho¸t ra h¹ l−u cã thÓ lμm lÇy ho¸ mét khu vùc réng, lμm ¶nh h−ëng ®Õn æn ®Þnh cña bê vμ ®iÒu kiÖn ®i l¹i, s¶n xuÊt ë h¹ l−u c«ng tr×nh.

Dßng thÊm trong m«i tr−êng ®Êt rçng ®−îc chia thμnh 2 lo¹i:

a. Dßng thÊm cã ¸p - khi nã bÞ giíi h¹n tõ phÝa trªn bëi biªn cøng, dßng thÊm kh«ng cã mÆt tho¸ng; chuyÓn ®éng cña dßng thÊm gièng nh− n−íc ch¶y trong èng cã ¸p. §©y lμ tr−êng hîp khi xÐt dßng thÊm d−íi ®¸y çc c«ng tr×nh.

b. Dßng thÊm kh«ng ¸p - khi nã kh«ng bÞ giíi h¹n tõ phÝa trªn bëi c«ng tr×nh. §©y lμ tr−êng hîp dßng thÊm hai bªn vai c«ng tr×nh, dßng thÊm qua ®Ëp ®Êt. Giíi h¹n phÝa trªn cña dßng thÊm lμ mÆt tho¸ng hay mÆt b·o hoμ, t¹i ®©y cã ¸p suÊt b»ng ¸p suÊt khÝ trêi.

2. VÊn ®Ò nghiªn cøu dßng thÊm

NhiÖm vô cña nghiªn cøu dßng thÊm lμ t×m ra çc quy luËt chuyÓn ®éng cña nã phô thuéc vμo h×nh d¹ng, kÝch th−íc çc bé phËn c«ng tr×nh lμ biªn cña dßng thÊm; x¸c ®Þnh çc ®Æc tr−ng ph©n bè ¸p lùc thÊm lªn çc bé phËn c«ng tr×nh, ph©n bè gradien thÊm trong miÒn thÊm, vμ trÞ sè l−u l−îng thÊm. Trªn c¬ së çc tÝnh to¸n nμy, ng−êi thiÕt kÕ sÏ chän ®−îc h×nh thøc, kÝch th−íc, cÊu t¹o hîp lý cña c«ng tr×nh, ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lμm viÖc an toμn cña nã (æn ®Þnh vÒ tr−ît, ng¨n ngõa biÕn h×nh nÒn...) vμ tÝnh kinh tÕ cña ph−¬ng ¸n ®−îc chän.

www.vnco

ld.vn


22

VÊn ®Ò nghiªn cøu dßng thÊm tõ l©u ®· thu hót sù quan t©m cña çc nhμ khoa häc thÕ giíi. Vμo thÕ kû 18 ®· cã çc c«ng tr×nh nghiªn cøu cña L«m«n«x«v, Becnoulli, Euler. Tõ n¨m 1856, Darcy ®· tiÕn hμnh nghiªn cøu thùc nghiÖm vμ t×m ra ®Þnh luËt thÊm tuyÕn tÝnh mμ ngμy nay ®−îc gäi lμ ®Þnh luËt thÊm Darcy.

Nh÷ng thμnh tùu næi bËt vÒ lý thuyÕt thÊm ®· ®−îc c«ng bè trong çc t¸c phÈm cña Jucovxki (1898), Pavlovxki (1922). §ãng gãp vμo sù ph¸t triÓn ph−¬ng ph¸p thuû lùc trong lý thuyÕt thÊm cã c«ng cña Duypuy, C«zeny, Aravin, Numerov, Ughintrux, Trugaev vμ nhiÒu nhμ khoa häc kh¸c. ViÖc gi¶i bμi to¸n thÊm b»ng ph−¬ng ph¸p thuû lùc ®· ®¹t ®−îc kÕt qu¶ phong phó cho çc s¬ ®å bμi to¸n ph¼ng cña thÊm cã ¸p. Víi bμi to¸n thÊm kh«ng cã ¸p míi chØ gi¶i quyÕt ®−îc cho mét sè s¬ ®å ®¬n gi¶n.

Ngμy nay, víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña çc ph−¬ng ph¸p sè vμ c«ng cô m¸y tÝnh, nãi chung cã thÓ gi¶i ®−îc bμi to¸n thÊm víi biªn bÊt kú cho bμi to¸n ph¼ng vμ bμi to¸n kh«ng gian, thÊm æn ®Þnh vμ kh«ng æn ®Þnh...

§2.2. ThÊm qua nÒn ®Êt ®ång chÊt d−íi ®¸y c«ng tr×nh

I. Nh÷ng vÊn ®Ò chung

1. Çc giíi h¹n cña miÒn thÊm

Trong nÒn c«ng tr×nh, miÒn thÊm cã giíi h¹n trªn lμ mÆt tiÕp xóc gi÷a ®Êt nÒn víi ®Õ c«ng tr×nh, giíi h¹n d−íi lμ mÆt tÇng kh«ng thÊm.

XÐt trªn mét mÆt c¾t vu«ng gãc víi tuyÕn c«ng tr×nh (h×nh 2-1) ta cã:

H

t a

b

c

d ef

g

h

i kl m n

p Q

O'o

H×nh 2 - 1: Çc giíi h¹n cña miÒn thÊm

- Giíi h¹n trªn lμ mét ®−êng gÉy khóc, gäi lμ ®−êng viÒn d−íi ®Êt cña c«ng tr×nh, trong ®ã:

§o¹n ABCDEF: s©n tr−íc;

§o¹n GHIKLM: ®¸y c«ng tr×nh víi ®o¹n tho¸t n−íc IK;

§o¹n MN: s©n tiªu n¨ng;

§o¹n PQ: s©n sau.

- Giíi h¹n d−íi: ®−êng OO', cã thÓ lμ cong, th¼ng, n»m ngang hay n»m nghiªng tuú thuéc vμo cÊu t¹o ®Þa chÊt.

www.vnco

ld.vn


23

2. Çc gi¶ thiÕt c¬ b¶n

Lêi gi¶i lý thuyÕt cña bμi to¸n thÊm cã ¸p ®−îc ®−a ra trªn c¬ së mét sè gi¶ thiÕt c¬ b¶n ®¬n gi¶n ho¸ m«i tr−êng thÊm vμ dßng thÊm. Çc gi¶ thiÕt ®ã nh− sau:

- §Êt nÒn lμ m«i tr−êng ®ång nhÊt ®¼ng h−íng;

- N−íc chøa ®Çy miÒn thÊm vμ kh«ng Ðp co ®−îc;

Theo gi¶ thiÕt nμy, kh«ng cßn hiÖn diÖn cña cèt ®Êt trong miÒn thÊm. ¶nh h−ëng cña cèt ®Êt chØ thÓ hiÖn gi¸n tiÕp qua hÖ sè thÊm k.

- Dßng thÊm æn ®Þnh;

- Dßng thÊm ch¶y tÇng vμ tu©n theo ®Þnh luËt Darcy:

V = kJ, (2-1)

Trong ®ã:

V - l−u tèc thÊm b×nh qu©n trªn mÆt c¾t −ít;

k - hÖ sè thÊm cña ®Êt;

J - gradien thuû lùc.

Nh÷ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n thu ®−îc dùa vμo çc gi¶ thiÕt nªu trªn lμ rÊt phï hîp víi thùc tiÔn, cã ®é chÝnh x¸c ®¶m b¶o yªu cÇu cña kü thuËt.

§èi víi çc bμi to¸n thÊm cã ¸p nªu d−íi ®©y, cßn ®−a thªm 2 gi¶ thiÕt bæ sung lμ:

- Trong miÒn thÊm kh«ng cã ®iÓm tiÕp n−íc vμ ®iÓm rót n−íc;

- Bμi to¸n thÊm ph¼ng.

Çc gi¶ thiÕt trªn lμ c¬ së lý luËn ®Ó ®¬n gi¶n ho¸ çc ®iÒu kiÖn cña bμi to¸n, tõ ®ã thiÕt lËp çc ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ®Ó t×m ra çc th«ng sè cña dßng thÊm lμ: cét n−íc thÊm h, l−u l−îng thÊm, ph©n bè gradien vμ vËn tèc thÊm trong toμn miÒn.

II. TÝnh thÊm b»ng ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch

1. Ph−¬ng ph¸p c¬ häc chÊt láng

Ph−¬ng ph¸p nμy do ViÖn sÜ N.N. Pavl«pxki khëi x−íng vμ ®· ®¹t ®−îc lêi gi¶i chÝnh x¸c cho mét sè bμi to¸n thÊm cã biªn ®¬n gi¶n.

Trong bμi to¸n thÊm ph¼ng, gäi h lμ hμm sè cét n−íc thÊm, ta cã:

h = h (x, y).

Trong m«i tr−êng thÊm víi çc gi¶ thiÕt ®· nªu ë phÇn trªn, ph−¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n cña dßng thÊm lμ:

2 2

2 2

h h0

x y

∂ ∂+ =

∂ ∂ (2-2)

Víi c«ng cô to¸n häc lμ çc hμm gi¶i tÝch mét biÕn phøc z = x + iy, t¸c gi¶ ®· t×m ®−îc thÕ vÞ phøc cña dßng thÊm trong mét sè bμi to¸n ®¬n gi¶n. ChuyÓn ®éng cña dßng thÊm ®−îc m« t¶ bëi l−íi thÊm gåm 2 hä ®−êng:

www.vnco

ld.vn


24

- §−êng ®¼ng thÕ, gäi t¾t lμ ®−êng thÕ, lμ tËp hîp çc ®iÓm cã cïng cét n−íc h (h = const).

- §−êng dßng lμ quü ®¹o chuyÓn ®éng cña mét h¹t n−íc trong miÒn thÊm.

Trong m«i tr−êng ®ång nhÊt, ®¼ng h−íng, hai hä ®−êng nμy trùc giao nhau. Víi mét sè bμi to¸n cã biªn ®¬n gi¶n, Pavl«pxki ®· viÕt ®−îc ph−¬ng tr×nh cña hä ®−êng dßng, ®−êng thÕ, x¸c ®Þnh ®−îc cét n−íc thÊm, gradien thÊm t¹i mét ®iÓm bÊt kú vμ t×m ®−îc l−u l−îng thÊm.

VÝ dô:

a) Tr−êng hîp b¶n ®¸y c«ng tr×nh ®Æt ngay trªn mÆt, nÒn thÊm dμy h÷u h¹n hoÆc v« h¹n, d−íi b¶n ®¸y kh«ng ®ãng cõ hoÆc ®ãng mét hμng cõ (h×nh 2-2).

b b

Ty

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

O

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

bT

8=

Tb =2,0

=1,0bT

=0,5bT

=0 hoÆc bT 8

Hh

bx

H×nh 2-2: S¬ ®å ¸p lùc thÊm t¸c dông lªn b¶n ®¸y ®Æt ngay trªn mÆt nÒn

Khi nÒn thÊm s©u v« h¹n, b¶n ®¸y ph¼ng kh«ng cã cõ (h×nh 2-3), ta cã hä ®−êng dßng lμ çc elip cã çc tiªu ®iÓm chung A vμ B lμ çc ®iÓm mÐp mãng th−îng vμ h¹ l−u b¶n ®¸y. Hä ®−êng thÕ lμ çc hypecbol.

b b

0.9H

0.7H 0.

2H H

H910

810 H

710 H

610 H 5

10 H4

10 H

310 H

210 H

110 H

y

x

=0,6b

Hh

=0,4

=0,2

=0

b

T =

t

bt

tb

tb

8

b

bx

t

-0,6-0,8-1,0 0,80,0-0,2-0,4 0,60,40,2 1,0

0,4

1,0

0,7

0,9

0,8

0,6

0,5

0,1

0,3

0,2

www.vnco

ld.vn


25

H×nh 2-3: L−íi thÊm trong tr−êng hîp nÒn thÊm s©u v« h¹n d−íi b¶n ®¸y kh«ng ®ãng cõ

H×nh 2-4: S¬ ®å ¸p lùc thÊm t¸c dông lªn b¶n ®¸y ph¼ng ch«n xuèng nÒn mét ®é s©u t

2. Ph−¬ng ph¸p c¬ häc chÊt láng gÇn ®óng

Víi çc ®−êng viÒn thÊm phøc t¹p cã 2, 3 hay nhiÒu hμng cõ, Pavl«pxki ®· dïng ph−¬ng ph¸p ph©n ®o¹n ®Ó gi¶i gÇn ®óng bμi to¸n thÊm. Sau ®ã Trugaep ®· ph¸t triÓn thμnh ph−¬ng ph¸p hÖ sè søc kh¸ng, ®−a ra çc c«ng thøc gi¶i tÝch ®Ó tÝnh hÖ sè søc kh¸ng cho tõng ®o¹n. ViÖn sÜ Lavrenchiep ®Ò xuÊt ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi çc cõ, dÉn ®Õn çc b¶ng tra ®Ó x¸c ®Þnh ¸p lùc thÊm t¹i çc ®iÓm ®Æc tr−ng cña ®−êng viÒn thÊm.

Sau ®©y sÏ tr×nh bμy cô thÓ ph−¬ng ph¸p hÖ sè søc kh¸ng, v× nã cã −u ®iÓm lμ kh«ng cÇn çc b¶ng biÓu, ®å thÞ, çc kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c theo yªu cÇu thiÕt kÕ.

Theo ph−¬ng ph¸p nμy, miÒn thÊm d−íi ®¸y c«ng tr×nh ®−îc chia thμnh çc bé phËn chøa çc ®o¹n ®−êng viÒn th¼ng ®øng vμ n»m ngang nh− h×nh 2-5.

§−êng ranh giíi gi÷a 2 bé phËn kÒ nhau chÝnh lμ ®−êng thÕ ®i qua çc giao ®iÓm cña ®o¹n ®−êng viÒn thÊm th¼ng ®øng vμ n»m ngang. Víi çc s¬ ®å ®−êng viÒn thÊm th−êng gÆp th× miÒn thÊm th−êng ®−îc ph©n thμnh 3 lo¹i bé phËn sau:

1) Bé phËn cöa vμo hoÆc cöa ra, cã thÓ kÌm theo cõ, hoÆc bËc thôt, hoÆc c¶ hai. Trªn h×nh 2-5, bé phËn cöa vμo chøa ®o¹n ®−êng viÒn 1 - 2 - 3; bé phËn cöa ra chøa ®o¹n ®−êng viÒn 7 - 8 - 9.

2) Bé phËn gi÷a: bao gåm cõ, hoÆc bËc thôt, hoÆc c¶ hai (vÝ dô bé phËn chøa ®o¹n ®−êng viÒn 4 - 5 - 6 trªn h×nh 2-5).

3) Bé phËn chøa ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang, nh− ®o¹n 3 - 4, ®o¹n 6 - 7 trªn h×nh 2-5.

h

To

So

aS

T

a

S

t

T

aS

1

2

3 4

5

6 7

8

9 10

1

1

1

1

2

2

2

3

3

1 2 3 4 5

L LLo

1 2

h

H

20

H×nh 2-5: S¬ ®å ph©n miÒn thÊm theo ph−¬ng ph¸p hÖ sè søc kh¸ng.

Däc çc ph©n ®o¹n ®−êng viÒn, cã thÓ coi ®Çu n−íc tiªu hao gÇn ®óng theo quy luËt ®−êng th¼ng. §Æc tr−ng cho møc ®é tiªu hao cét n−íc thÊm qua mçi bé phËn chÝnh lμ hÖ sè søc kh¸ng cña bé phËn ®ã, ký hiÖu lμ ξi. Cét n−íc thÊm tiªu hao t−¬ng øng sÏ lμ:

www.vnco

ld.vn


26

kqh ii ξ= , (2-3)

Trong ®ã: q - l−u l−îng thÊm;

k - hÖ sè thÊm.

Tæng sè çc phÇn cét n−íc thÊm tæn thÊt qua çc bé phËn sÏ b»ng cét n−íc tæng céng t¸c dông lªn c«ng tr×nh:

H = ∑hi = ikq

ξΣ , (2-4)

Trong ®ã: ∑ξi - tæng çc hÖ sè søc kh¸ng cña toμn miÒn thÊm.

Tõ (2-4) ta cã: i

Hkq

ξΣ= . (2-5)

Thay vμo c«ng thøc (2-3):

i

iiHhξΣ

ξ= . (2-6)

BiÕt çc trÞ sè hi, sÏ vÏ ®−îc biÓu ®å ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh; cßn l−u l−îng thÊm x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2-5).

Çc hÖ sè søc kh¸ng ®−îc x¸c ®Þnh theo çc biÓu thøc gi¶i tÝch. Chóng ®−îc rót ra trªn c¬ së gi¶i hμng lo¹t çc bμi to¸n thÊm cã s¬ ®å kh¸c nhau b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ häc chÊt láng gÇn ®óng (ph©n ®o¹n). Çc c«ng thøc ®ã nh− sau:

a) Bé phËn gi÷a: Khi cã bËc vμ cõ nh− ®o¹n 4 - 5 - 6 trªn h×nh 2-5 vμ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

2 2

1 2

T S0,5 10 vμ 0 0,8

T T≤ ≤ ≤ ≤

th×:

2

2 2 2g

21 2

2

S0,5.

a S T1,5.

ST T 1 0,75T

ξ = + +−

, (2-7)

Trong ®ã:

a2 - ®é cao cña bËc;

T1, T2 - bÒ dμy tÇng thÊm ë çc bé phËn ngang phÝa tr−íc vμ sau cña bé phËn ®ang xÐt.

Khi kh«ng ®ãng cõ gi÷a (S2 = 0), nh−ng cã bËc (a2 ≠ 0), ta cã:

1

2b T

a=ξ (2-8)

NÕu cã cõ (S2 ≠ 0), nh−ng kh«ng cã bËc thôt (a2 = 0) th× T1 = T2 = T, vμ:

www.vnco

ld.vn


27

TS.75,01

TS.5,0

TS.5,1

2

2

2c

−+=ξ (2-9)

b) Bé phËn cöa vµo, cöa ra

Trong tr−êng hîp chung, hÖ sè søc kh¸ng cña bé phËn cöa vμo, cöa ra x¸c ®Þnh nh− sau:

ξv,r = 0,44 + ξb + ξc, (2-10)

Trong ®ã:

ξb - hÖ sè søc kh¸ng cña bËc (nÕu cã);

ξc - hÖ sè søc kh¸ng cña cõ (nÕu cã).

TrÞ sè cña ξb, ξc ®−îc vËn dông t−¬ng øng víi çc c«ng thøc (2-8), (2-9).

c) Bé phËn n»m ngang: Khi chiÒu dμi ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang L gi÷a 2 hμng cõ S1, S2 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

1 2S SL

2

+≥ (2-11)

th×: 1 2)n

L 0,5(S S

T

− +ξ = , (2-12)

Trong ®ã: T - ®é s©u tÇng thÊm trong ®o¹n tÝnh to¸n.

NÕu L < 0,5(S1 + S2) th× ξn = 0, nghÜa lμ dßng thÊm “®i t¾t” tõ ch©n cõ tr−íc sang ch©n cõ sau mμ kh«ng l−în theo ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang gi÷a 2 cõ.

Khi chiÒu dμy tÇng thÊm rÊt lín, th−êng ng−êi ta chØ xÐt ®Õn phÇn dßng thÊm trong ph¹m vi “tÇng thÊm m¹nh”. ChiÒu dμy giíi h¹n cña tÇng thÊm Ttt phô thuéc vμo çc trÞ sè h×nh chiÕu ngang L0 vμ h×nh chiÕu ®øng S0 cña ®−êng viÒn thÊm (h×nh 2-5), ®−îc lÊy theo b¶ng 2-1.

B¶ng 2-1

L0/S0 > 5 5 ÷ 3,4 3,4 ÷ 1 1 ÷ 0

Ttt 0,5L0 2,5S0 0,8S0 + 0,5L0 S0 + 0,3L0

NÕu chiÒu dμy tÇng thÊm thùc tÕ T0 ≤ Ttt th× tÝnh to¸n çc hÖ sè søc kh¸ng theo T0; cßn nÕu T0 > Ttt th× tÝnh theo trÞ sè Ttt.

TrÞ sè gradien thÊm lín nhÊt t¹i cöa ra cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

i1

r1

THJ

ξΣα= , (2-13)

Trong ®ã: ∑ξi x¸c ®Þnh víi Ttt; α - hÖ sè.

www.vnco

ld.vn


28

Theo Antipov:

2

1 1

S T. sin 1

2 T T

⎡ ⎤⎛ ⎞πα = β − +⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎣ ⎦, (2-14)

Víi T1 lÊy phÝa tÇng thÊm dμy; T2 lÊy phÝa tÇng thÊm máng: T2 ≤ T1;

S - chiÒu dμi cõ t¹i cöa ra;

β = 1,1 khi tÝnh theo Ttt;

β = 1 øng víi çc tr−êng hîp kh¸c.

Trong tÝnh to¸n thùc hμnh, cã thÓ sö dông çc ®å thÞ cña Giuravlov ®Ó tra α (xem çc tμi liÖu chuyªn m«n).

3. Ph−¬ng ph¸p tû lÖ ®−êng th¼ng

a) Vµi nÐt lÞch sö: Khi ph−¬ng ph¸p c¬ häc chÊt láng ch−a ph¸t triÓn th× ng−êi ta ®· dïng ph−¬ng ph¸p tû lÖ ®−êng th¼ng (TL§T) ®Ó gi¶i çc bμi to¸n thÊm qua nÒn c«ng tr×nh. Ph−¬ng ph¸p nμy do Blai ®Ò x−íng dùa trªn çc tμi liÖu quan tr¾c tõ çc c«ng tr×nh thùc tÕ. ¤ng cho r»ng däc theo tia dßng ®Çu tiªn (®−êng viÒn thÊm cña c«ng tr×nh), ®é dèc thuû lùc kh«ng thay ®æi, kh«ng phô thuéc vμo h×nh d¹ng cña ®−êng viÒn thÊm (cã cõ hay kh«ng cã cõ). Tõ gi¶ thiÕt nμy, cã thÓ vÏ ®−îc biÓu ®å ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh, tÝnh ®−îc gradien vμ l−u tèc thÊm b×nh qu©n trong toμn miÒn thÊm.

Trong qu¸ tr×nh gi¶i bμi to¸n thÊm, dùa vμo sù quan tr¾c tû mØ h¬n qu¸ tr×nh tæn thÊt cét n−íc thÊm däc theo ®−êng dßng ®Çu tiªn, Len ®· ph¸t hiÖn ra r»ng trªn nh÷ng ®o¹n ®−êng viÒn th¼ng ®øng, møc ®é tiªu hao cét n−íc thÊm lín h¬n so víi ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang. Tõ ®ã Len ®· ®Ò xuÊt viÖc c¶i tiÕn ph−¬ng ph¸p cña Blai ®Ó çc kÕt qu¶ thu ®−îc phï hîp víi thùc tÕ h¬n.

Ngμy nay mÆc dï ®· cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p hiÖn ®¹i ®Ó tÝnh thÊm, nh−ng ph−¬ng ph¸p TL§T vÉn cßn ®−îc sö dông trong nh÷ng tr−êng hîp sau:

- §èi víi çc c«ng tr×nh nhá, tÇng thÊm máng, ®−êng viÒn thÊm ®¬n gi¶n: gi¶i theo ph−¬ng ph¸p TL§T cho kÕt qu¶ chÝnh x¸c theo yªu cÇu kü thuËt.

- §èi víi çc c«ng tr×nh lín: th−êng dïng ph−¬ng ph¸p TL§T ®Ó s¬ bé kiÓm tra chiÒu dμi ®−êng viÒn thÊm tr−íc khi ®i vμo tÝnh to¸n theo çc ph−¬ng ph¸p chÝnh x¸c h¬n.

- §èi víi çc c«ng tr×nh trªn nÒn ®¸: th−êng ¸p dông ph−¬ng ph¸p nμy ®Ó tÝnh to¸n ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh.

b) Néi dung tÝnh to¸n theo ph−¬ng ph¸p Len

ChiÒu dμi tÝnh to¸n cña dßng thÊm ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

ntt d

LL L ,

m= + (2-15)

www.vnco

ld.vn


29

Trong ®ã:

L® - chiÒu dμi tæng céng cña çc ®o¹n ®−êng viÒn th¼ng ®øng, hoÆc nghiªng gãc α > 45o so víi ph−¬ng ngang.

Ln - chiÒu dμi tæng céng cña çc ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang, hoÆc nghiªng gãc α < 45o so víi ph−¬ng ngang;

m - hÖ sè phô thuéc vμo d¹ng ®−êng viÒn thÊm:

Khi cã 1 hμng cõ: m = 1 ÷ 1,5;

Khi cã 2 hμng cõ: m = 2 ÷ 2,5;

Khi cã 3 hμng cõ: m = 3 ÷ 3,5.

§Ó ®¶m b¶o ®é bÒn thÊm chung, trÞ sè Ltt theo (2-15) ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

Ltt ≥ CH, (2-16)

Trong ®ã:

H - ®é chªnh lÖch mùc n−íc th−îng h¹ l−u c«ng tr×nh;

C - hÖ sè phô thuéc tÝnh chÊt ®Êt nÒn, lÊy theo b¶ng 2-2.

B¶ng 2-2

Lo¹i ®Êt C Lo¹i ®Êt C

§Êt sÐt chÆt 1,5 Cuéi sái h¹t nhá 3,5

§Êt sÐt chÆt võa 1,7 ÷ 2,0 Çt h¹t lín 4,0

§Êt sÐt mÒm, ®Êt thÞt 2,0 ÷ 2,5 Çt h¹t trung b×nh 5,0

§¸ cuéi, sái h¹t lín 2,5 Çt h¹t nhá 6,0

Cuéi sái h¹t trung b×nh 3,0 Çt mÞn 7,0

TrÞ sè cét n−íc thÊm t¹i mét ®iÓm çch mÐp h¹ l−u ®−êng viÒn thÊm mét ®o¹n dμi tÝnh to¸n x lμ:

xtt

xh H

L= (2-17)

Quy t¾c tÝnh x còng gièng nh− khi tÝnh Ltt (c«ng thøc 2-15).

Dùa vμo c«ng thøc 2-17, sÏ vÏ ®−îc biÓu ®å ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh (h×nh 2-6).

www.vnco

ld.vn


30

H

L L L

T T T

H

0 1

23 4

5

6 78

9 10

a)

b)

1 2 3

1 2 3

H×nh 2-6: S¬ ®å tÝnh thÊm theo ph−¬ng ph¸p TL§T a) S¬ ®å tÝnh to¸n; b) BiÓu ®å ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh

TrÞ sè gradien thÊm lμ l−u tèc thÊm trung b×nh x¸c ®Þnh nh− sau:

- Trªn çc ®o¹n ®−êng viÒn th¼ng ®øng:

d dtt tt

H HJ ; V k. ;

L L= = (2-18)

- Trªn çc ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang:

n ntt tt

H HJ ; V k.

m.L m.L= = (2-19)

L−u l−îng thÊm ®¬n vÞ (bμi to¸n ph¼ng) ®−îc tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc:

q = k.Jn.T (2-20)

Trong ®ã: T - chiÒu dμy b×nh qu©n cña tÇng thÊm:

i i

i

T .LT

L= ∑

∑ (2-21)

Víi Ti lμ chiÒu dμy b×nh qu©n cña tÇng thÊm t−¬ng øng d−íi ®o¹n ®−êng viÒn n»m ngang cã chiÒu dμi Li (xem h×nh 2-6).

III. TÝnh thÊm b»ng ph−¬ng ph¸p sö dông l−íi thÊm

1. Kh¸i niÖm l−íi thÊm

Trong m«i tr−êng ®ång nhÊt, ®¼ng h−íng, l−íi thÊm ®−îc h×nh thμnh bëi hai hä ®−êng cong trùc giao nhau. Çc ®−êng cong nμy thÓ hiÖn h×nh ¶nh chuyÓn ®éng cña çc h¹t n−íc trong m«i tr−êng thÊm.

- §−êng dßng: biÓu diÔn quü ®¹o cña çc phÇn tö n−íc chuyÓn ®éng trong miÒn thÊm;

www.vnco

ld.vn


31

- §−êng thÕ (gäi t¾t cña ®−êng ®¼ng thÕ hay ®−êng ®¼ng cét n−íc): tËp hîp çc ®iÓm cã cïng cét n−íc thÊm.

Trªn h×nh 2-7a thÓ hiÖn mét l−íi thÊm ®· vÏ xong, trong ®ã ®−êng viÒn thÊm d−íi ®¸y c«ng tr×nh lμ ®−êng dßng ®Çu tiªn (A-M); mÆt tÇng kh«ng thÊm lμ ®−êng dßng cuèi cïng (I-I). §−êng ®¸y s«ng (kªnh) phÝa th−îng l−u (OA) lμ ®−êng thÕ ®Çu tiªn; ®−êng ®¸y tho¸t n−íc ë h¹ l−u (MN) lμ ®−êng thÕ cuèi cïng. PhÇn miÒn thÊm gi÷a 2 ®−êng dßng kÒ nhau gäi lμ èng dßng; phÇn miÒn thÊm gi÷a 2 ®−êng thÕ kÒ nhau gäi lμ d¶i thÕ.

20

1918 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3

2

1

H

Jr

a)b)

H×nh 2-7: S¬ ®å tÝnh thÊm b»ng ph−¬ng ph¸p l−íi

a) L−íi thÊm; b) BiÓu ®å gradien thÊm Jr

Hai hä ®−êng dßng vμ ®−êng thÕ t¹o thμnh mét l−íi cã çc m¾t l−íi h×nh vu«ng cong. T¹i nh÷ng vÞ trÝ mμ çc ®−êng dßng, ®−êng thÕ gÇn s¸t vμo nhau lμ n¬i cã dßng thÊm m¹nh (gradien thÊm lín); ng−îc l¹i, t¹i vÞ trÝ cã çc ®−êng dßng, ®−êng thÕ th−a lμ n¬i cã dßng thÊm yÕu.

L−íi thÊm chØ phô thuéc vμo d¹ng h×nh häc cña miÒn thÊm mμ kh«ng phô thuéc vμo hÖ sè thÊm, cét n−íc, chiÒu dßng thÊm, vμ kÝch th−íc tuyÖt ®èi cña c«ng tr×nh.

2. Çc ph−¬ng ph¸p x©y dùng l−íi thÊm

§Ó x©y dùng l−íi thÊm, cã thÓ sö dông çc ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau:

a) Ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch: ViÕt ph−¬ng tr×nh hä ®−êng dßng, ®−êng thÕ, nh− ®· nªu ë môc trªn. Ph−¬ng ph¸p nμy chØ ¸p dông ®−îc mét sè s¬ ®å miÒn thÊm ®¬n gi¶n nhÊt.

b) Ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm t−¬ng tù ®iÖn (EG§A)

Ph−¬ng ph¸p nμy dùa trªn c¬ së t−¬ng tù vÒ h×nh thøc gi÷a ph−¬ng tr×nh m« t¶ dßng thÊm vμ ph−¬ng tr×nh dßng ®iÖn trong m«i tr−êng dÉn ®iÖn. ViÖn sÜ Pavl«pxki ®· nghiªn cøu dïng m¸y EG§A ®Ó vÏ l−íi thÊm cho çc d¹ng miÒn thÊm kh¸c nhau. Ph−¬ng ph¸p nμy cã −u ®iÓm lμ b¶o ®¶m møc chÝnh x¸c cao, gi¶i ®−îc çc tr−êng hîp miÒn thÊm phøc t¹p, m«i tr−êng thÊm kh«ng ®ång nhÊt, kh«ng ®¼ng h−íng, vμ çc bμi to¸n thÊm kh«ng gian.

c) Ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm trªn m« h×nh khe hÑp: Dùa trªn sù t−¬ng tù vÒ h×nh thøc gi÷a ph−¬ng tr×nh m« t¶ dßng thÊm trong m«i tr−êng thÊm víi ph−¬ng tr×nh m« t¶ dßng

www.vnco

ld.vn


32

ch¶y tÇng cña chÊt láng nhít trong mét khe hÑp gi÷a 2 tÊm kÝnh, Aravin ®· thiÕt lËp ®−îc çc biÓu thøc t−¬ng quan gi÷a 2 lo¹i chuyÓn ®éng nμy. Trong thÝ nghiÖm, dïng çc tia mμu ®Ó ®¸nh dÊu ®−êng dßng vμ dïng suy diÔn (theo tÝnh chÊt trùc giao cña l−íi thÊm) ®Ó vÏ hä ®−êng thÕ.

Do nh÷ng khã kh¨n vÒ kü thuËt thùc hμnh, ph−¬ng ph¸p m« h×nh khe hÑp cßn ch−a ®−îc øng dông réng r·i.

d) Ph−¬ng ph¸p vÏ l−íi b»ng tay: Dùa vμo çc ®Æc ®iÓm cña l−íi thÊm nh− ®· m« t¶ ë môc 1, cã thÓ vÏ ®−îc l−íi thÊm b»ng tay cho nh÷ng miÒn thÊm ph¼ng, ®ång nhÊt ®¼ng h−íng. Çch thøc thùc hiÖn lμ vÏ vμ söa dÇn cho ®Õn khi ®¹t ®−îc mét l−íi thÊm trùc giao cã çc m¾t l−íi h×nh vu«ng cong. Møc ®é chÝnh x¸c cña ph−¬ng ph¸p phô thuéc vμo tr×nh ®é vμ kinh nghiÖm cña ng−êi vÏ, nãi chung cã thÓ ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c yªu cÇu cña bμi to¸n kü thuËt.

3. Sö dông l−íi thÊm ®Ó x¸c ®Þnh çc ®Æc tr−ng cña dßng thÊm

Gi¶ sö l−íi thÊm vÏ ®−îc cã m èng dßng vμ n d¶i thÕ (ë l−íi thÊm trªn h×nh 2-7 cã m = 5; n = 20). Ta ®¸nh sè thø tù tõ h¹ lªn th−îng l−u nh− trªn h×nh 2-7.

a) Cét n−íc thÊm t¹i mét ®iÓm bÊt kú cuèi d¶i thÕ thø i:

iH

h i.n

= , (2-22)

Trong ®ã: i cã thÓ lμ sè nguyªn hay thËp ph©n (néi suy khi ®iÓm tÝnh to¸n kh«ng n»m trªn 1 ®−êng thÕ cña l−íi).

Dùa vμo c«ng thøc 2-22 sÏ vÏ ®−îc biÓu ®å ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh.

b) L−u l−îng thÊm ®¬n vÞ (bµi to¸n ph¼ng):

L−u l−îng thÊm trong mét èng dßng lμ:

TBH

q k.J . S.1 k. . Sn L

Δ = Δ = ΔΔ

,

Trong ®ã:

ΔL - kÝch th−íc trung b×nh cña 1 m¾t l−íi theo ph−¬ng dßng thÊm;

ΔS - kÝch th−íc trung b×nh còng cña m¾t l−íi ®ã theo ph−¬ng vu«ng gãc víi dßng thÊm.

Víi l−íi thÊm cã çc m¾t l−íi vu«ng th× ΔS = ΔL. Do ®ã:

H

q k.n

Δ = .

L−u l−îng thÊm cña toμn miÒn:

q = mm

q k.Hn

Δ = (2-23)

www.vnco

ld.vn


33

Khi: k = 1 vμ H = 1, ta cã q = qr = m

n (2-24)

qr gäi lμ l−u l−îng thÊm dÉn suÊt. TrÞ sè cña qr chØ phô thuéc vμo h×nh d¹ng h×nh häc cña miÒn thÊm. Khi dïng kh¸i niÖm qr, c«ng thøc tÝnh l−u l−îng thÊm nh− sau:

q = k.H.qr (2-25)

c) Gradien thÊm:

TrÞ sè gradien thÊm b×nh qu©n trong 1 m¾t l−íi lμ:

H H

JL n L

Δ= =

Δ Δ (2-26)

Sö dông c«ng thøc nμy, dÔ dμng tÝnh ®−îc trÞ sè gradien thÊm t¹i mét ®iÓm bÊt kú trong miÒn thÊm. L−íi thÊm vÏ cμng dμy th× møc ®é chÝnh x¸c khi tÝnh J cμng cao. §©y lμ mét −u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p sö dông l−íi so víi çc ph−¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng ®· nªu ë trªn. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n, th−êng ng−êi ta x©y dùng biÓu ®å gradien thÊm ë cöa ra (h×nh 2-7b) ®Ó kiÓm tra vÒ ®é bÒn thÊm cña ®Êt nÒn (xem §2-4).

IV. TÝnh thÊm b»ng ph−¬ng ph¸p sè

XuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n vμ çc ®iÒu kiÖn biªn, cã thÓ sö dông çc ph−¬ng ph¸p sè ®Ó t×m çc ®Æc tr−ng cña dßng thÊm. Th−êng sö dông 2 ph−¬ng ph¸p chÝnh lμ ph−¬ng ph¸p sai ph©n vμ ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n (PTHH).

1. Ph−¬ng ph¸p sai ph©n

MiÒn thÊm ®−îc chia thμnh nh÷ng « h×nh ch÷ nhËt cã kÝch th−íc b»ng nhau a x b nh− h×nh 2-8.

y+b

a a

x,

x, y x+a, y

x, y - b

x - a, y

b

b

a

H×nh 2-8: S¬ ®å l−íi sai ph©n

Çc ®¹i l−îng vi ph©n dh, dx, dy ®−îc chuyÓn thμnh nh÷ng ®¹i l−îng sai ph©n t−¬ng

øng Δh, Δx, Δy. Nh÷ng ®¹o hμm riªng cÊp mét vμ cÊp hai 2 2

2 2

h h h h, , ,

x y x y

∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂

®−îc

chuyÓn sang çc tû sai ph©n theo çc c«ng thøc sau:

www.vnco

ld.vn


34

2

2 2

2

2 2

h h(x a,y) h(x,y);

x a

h h(x a,y) 2h(x,y) h(x a,y);

x a

h h(x,y b) h(x,y);

x b

h h(x,y b) 2h(x,y) h(x,y b),

y b

∂ + − ⎫= ⎪∂ ⎪⎪∂ + − + −

= ⎪∂ ⎪

⎬∂ + − ⎪=⎪∂⎪

∂ + − + − ⎪= ⎪∂ ⎭

(2-27)

Trong ®ã x, y lμ täa ®é cña ®iÓm nót cÇn xÐt thuéc l−íi.

ViÖc t×m nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh ∇h = 0 chuyÓn thμnh viÖc gi¶i mét hÖ ph−¬ng tr×nh ®¹i sè tuyÕn tÝnh ®Ó t×m çc gi¸ trÞ h(x, y) t¹i nh÷ng ®iÓm nót.

Ph−¬ng ph¸p sai ph©n tuy ®¬n gi¶n nh−ng Ýt ®−îc dïng ®Ó gi¶i çc bμi to¸n thÊm cã ®iÒu kiÖn biªn phøc t¹p do nh÷ng nh−îc ®iÓm vÒ kü thuËt chia l−íi.

2. Ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n

Theo ph−¬ng ph¸p nμy, miÒn thÊm ®−îc chia thμnh nh÷ng h×nh tam gi¸c cã kÝch th−íc vμ h×nh d¹ng kh¸c nhau phï hîp víi çc biªn vμ tÝnh chÊt cña dßng thÊm ë çc khu vùc kh¸c nhau (khu vùc cã c−êng ®é thÊm m¹nh th× chia thμnh çc phÇn tö cã kÝch th−íc nhá vμ ng−îc l¹i).

Trong bμi to¸n thÊm ph¼ng, æn ®Þnh, cét n−íc h(x, y) t¹i mét ®iÓm bÊt kú ®−îc x¸c ®Þnh khi biÕt gi¸ trÞ cét n−íc h t¹i 3 ®Ønh i, j, m cña phÇn tö (h×nh 2-9):

y

j

i

x

m

H×nh 2-9: S¬ ®å phÇn tö tam gi¸c

i

c i j m j

m

h

h [N N N ] h

h

= (2-28)

Trong ®ã: Nk (k = i, j, m) lμ çc hμm phô thuéc vμo täa ®é ®iÓm xÐt (x, y).

hk lμ gi¸ trÞ cét n−íc thÊm t¹i ®Ønh thø k cña phÇn tö (k = i, j, m).

Theo nguyªn lý biÕn ph©n, viÖc t×m nghiÖm cña bμi to¸n thÊm ®· cho hoμn toμn t−¬ng ®−¬ng víi viÖc t×m cùc tiÓu cña phiÕm hμm:

p

e1

E(h) E= ∑ ( 2-29)

Trong ®ã: p - sè phÇn tö ®−îc chia trong miÒn;

www.vnco

ld.vn


35

22

e1 h 1 h

E k k dxdy;2 x 2 yω

⎡ ⎤⎛ ⎞∂ ∂⎛ ⎞⎢ ⎥= + ⎜ ⎟⎜ ⎟∂ ∂⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦∫∫ (2-30)

ω - diÖn tÝch cña tõng phÇn tö.

Cuèi cïng cÇn gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh ®¹i sè:

p

e

ii 1

E0

h=

∂=

∂∑ (2-31)

Çc Èn sè ph¶i t×m lμ trÞ sè cét n−íc h t¹i çc ®iÓm nót cña l−íi.

Víi sù hç trî cña m¸y tÝnh ®iÖn tö, ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®· trë thμnh th«ng dông vμ lμ mét c«ng cô m¹nh ®Ó gi¶i çc lo¹i bμi to¸n thÊm kh¸c nhau: cã ¸p vμ kh«ng ¸p, æn ®Þnh vμ kh«ng æn ®Þnh, ph¼ng vμ kh«ng gian...

§2.3. ThÊm qua nÒn ®Êt kh«ng ®ång nhÊt

Trong thùc tÕ x©y dùng gÆp nhiÒu tr−êng hîp ®Êt nÒn kh«ng ®ång nhÊt: nÒn gåm nhiÒu líp cã hÖ sè thÊm kh¸c nhau, nÒn dÞ h−íng... ViÖc gi¶i çc bμi to¸n thÊm lo¹i nμy ®· ®¹t ®−îc kÕt qu¶ kh¶ quan ®èi víi mét sè s¬ ®å sau:

I. NÒn thÊm gåm çc líp ®ång nhÊt víi hÖ sè thÊm kh¸c nhau

1. HÖ sè thÊm trung b×nh

Kh¸i niÖm hÖ sè thÊm trung b×nh ktb ®−îc ¸p dông trong tr−êng hîp çc líp ®Êt s¾p xÕp song song, vμ dßng thÊm ch¶y däc theo çc líp ®Êt, hoÆc ch¶y theo ph−¬ng th¼ng gãc víi mÆt çc líp ®Êt.

a) Dßng thÊm ch¶y däc theo çc líp (h×nh 2-10)

t

t

t

1

2

3

k1

k2

k3

q1

q2

q3

T

H×nh 2-10

Tr−êng hîp nμy tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn:

- Dßng thÊm trong çc líp cã gradien thÊm nh− nhau;

- L−u l−îng thÊm chung b»ng tæng çc l−u l−îng thÊm trong mçi líp.

Tõ çc ®iÒu kiÖn nμy rót ra:

q = J.∑kiti; (a)

MÆt kh¸c, trong m«i tr−êng thÊm t−¬ng ®−¬ng víi hÖ sè thÊm ktb ta cã:

q = kTB.J.T = J.kTB.∑ti (b)

Tõ (a) vμ (b) rót ra: i iTB

i

k tk

t= ∑

∑, (2-32)

Trong ®ã:

ki - hÖ sè thÊm cña líp ®Êt cã chiÒu dμy ti;

www.vnco

ld.vn


36

J - gradien thÊm chung cña miÒn.

b. Dßng thÊm ch¶y th¼ng gãc víi çc líp (h×nh 2-11)

Tr−êng hîp nμy tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn sau:

- Dßng thÊm qua çc líp cã l−u l−îng nh− nhau vμ b»ng q;

- Tæn thÊt cét n−íc thÊm:

H = ∑hi,

Trong ®ã hi lμ tæn thÊt cét n−íc thÊm qua líp thø i cã chiÒu dμy li, hÖ sè thÊm ki;

- Tæng chiÒu dμi cña ®−êng thÊm: L = ∑li

T

h

h

h

H

l l lL

3kk k 21

1

1

2

2

3

3

H×nh 2-11: Dßng thÊm ch¶y th¼ng gãc víi mÆt ph©n çch líp

Tõ çc ®iÒu kiÖn nμy rót ra:

i ii i

i i

h q lq k T h .

l T k= ⇔ = ;

ii

ii

i

q l T.HH h q

lT kk

= = ⇔ =∑ ∑∑

(c)

MÆt kh¸c, trong m«i tr−êng thÊm t−¬ng ®−¬ng cã hÖ sè thÊm lμ ktb' ta cã:

TBH

q k ' . .TL

= (d)

Tõ (c) vμ (d) rót ra:

TBi

i

Lk '

l

k

=∑

(2-33)

Trong tr−êng hîp ®Êt nÒn gåm 2 líp cã chiÒu dμy b»ng nhau 1 2l

= = 2

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

l l , víi çc

hÖ sè thÊm k1 ≠ k2, ta cã:

1 2TB

1 2

2k kk '

k k=

+

Còng víi nÒn nμy, khi dßng thÊm ch¶y däc theo çc líp ®Êt, c«ng thøc (2-32) cho ta:

1 2TB

k kk

2

+=

So s¸nh 2 trÞ sè nμy ta cã:

www.vnco

ld.vn


37

2

TB 1 2

TB 1 2

k (k k )1

k ' 4k k

+= > hay kTB > k'TB

VËy dßng thÊm ch¶y däc theo çc líp sÏ dÔ dμng h¬n lμ ch¶y th¼ng gãc víi çc líp.

2. Sù ®æi h−íng cña dßng thÊm khi v−ît qua ranh giíi gi÷a 2 líp ®Êt kh¸c nhau.

S¬ ®å tÝnh to¸n trong tr−êng hîp chung nh− trªn h×nh 2-12.

XÐt mét bã dßng ph©n tè cã l−u l−îng thÊm dq, ta cã:

1 1 2 21 2

dh dhdq k . ds k .ds

dl dl= =

Trong ®ã: ds1 = dl1tgα;

ds2 = dl2tgβ,

Suy ra: k1tgα = k2tgβ.

VËy cã: 1

2

tg k

tg k

β=

α (2-34)

Râ rμng khi chªnh lÖch gi÷a k1, k2 cμng nhiÒu th× gãc lÖch cña ®−êng dßng khi v−ît qua mÆt ph©n çch cμng lín. Dùa vμo quy t¾c nμy, ta cã thÓ vÏ l−íi vμ gi¶i bμi to¸n thÊm qua nÒn ®Êt gåm nhiÒu líp kh¸c nhau. Chó ý r»ng, nÕu l−íi thÊm ë mét líp lμ l−íi vu«ng (ΔL = ΔS) th× khi v−ît sang líp bªn c¹nh, l−íi thÊm sÏ lμ l−íi ch÷ nhËt (çc « cã ΔL ≠ ΔS). Khi ®ã cÇn khèng chÕ trong tÊt c¶ çc « ®Òu cã cïng tû sè ΔL/ΔS.

A

B

k

k2

1β

α

ds

ds =

dl =dl

=

dssin

sin βα

cossin αds β

ds tgα

1

21

a

bc

e

H×nh 2-12: Dßng thÊm khi v−ît qua ranh giíi gi÷a 2 líp ®Êt

II. M«i tr−êng thÊm dÞ h−íng

Trong thùc tÕ th−êng gÆp tr−êng hîp khèi ®Êt ®−îc cÊu t¹o tõ çc líp máng song song víi nhau. §ã lμ tr−êng hîp nÒn ®Êt thiªn nhiªn ®−îc h×nh thμnh theo kiÓu trÇm tÝch tõng líp, hay khèi ®Êt nh©n t¹o (®ª, ®Ëp, vïng bao quanh c«ng tr×nh) ®−îc ®¾p theo kiÓu ®Çm nÖn tõng líp. Khi ®ã, khèi ®Êt cã hÖ sè thÊm theo çc ph−¬ng lμ kh¸c nhau (m«i tr−êng thÊm dÞ h−íng). NÕu çc líp ®Êt lμ n»m ngang th× cã:

- HÖ sè thÊm theo ph−¬ng ngang: kn = kmax;

- HÖ sè thÊm theo ph−¬ng ®øng: k® = kmin.

Bμi to¸n thÊm dÞ h−íng ®· ®−îc §akh¬le gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi t−¬ng ®−¬ng vÒ m«i tr−êng thÊm ®¼ng h−íng. Sau khi gi¶i ®−îc çc th«ng sè cña dßng thÊm

www.vnco

ld.vn


38

th× lμm phÐp biÕn ®æi ng−îc l¹i ®Ó biÕn m«i tr−êng thÊm tõ ®¼ng h−íng vÒ dÞ h−íng ®Ó cã kÕt qu¶ cuèi cïng. Çch biÕn ®æi nh− sau:

§Çu tiªn, ta gi·n mäi thμnh phÇn th¼ng ®øng cña ®Êt nÒn theo tû sè a, nh−ng vÉn ®¶m b¶o l−u l−îng thÊm kh«ng ®æi. Theo phÐp gi·n ph−¬ng ®øng, ®é dèc thuû lùc theo ph−¬ng ®øng gi¶m ®i a lÇn. §Ó chØnh lý l¹i, ta ph¶i t¨ng hÖ sè thÊm ®øng lªn a lÇn:

k'® = ak® = akmin

XÐt dßng thÊm theo ph−¬ng ngang. PhÐp gi·n ph−¬ng ®øng ®· lμm t¨ng mÆt c¾t −ít cña dßng thÊm ngang lªn a lÇn. Muèn b¶o ®¶m cho l−u l−îng thÊm kh«ng ®æi th× ph¶i

gi¶m hÖ sè thÊm theo ph−¬ng ngang xuèng a lÇn, tøc lμ: n maxn

k kk '

a a= =

Sau phÐp biÕn ®æi, nÒn trë thμnh ®¼ng h−íng nªn ta cã: akmin = max1

ka

, hay:

max

min

ka ;

k= (2-35)

vμ: kTB = k®' = k'n = max mink .k (2-36)

Gi¶i bμi to¸n thÊm ®èi víi nÒn ®¼ng h−íng t−¬ng ®−¬ng nμy sÏ t×m ®−îc biÓu ®å ¸p

lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh, l−u l−îng thÊm q = max min rk .k .H.q , biÓu ®å gradien

thÊm ë cöa ra... Cuèi cïng, dïng phÐp biÕn ®æi ng−îc l¹i, ta cã çc ®Æc tr−ng cña dßng thÊm thùc nh− sau:

- L−u l−îng thÊm: *max min rq q k .k .H.q= = (2-37)

- Gradien thÊm ë cöa ra: * maxr r

min

kJ .J

k= (2-38)

D¹ng biÓu ®å ph©n bè ¸p lùc thÊm d−íi ®¸y c«ng tr×nh trªn nÒn cã çc líp ®Êt song song nh− trªn h×nh 2-13a, b, c, trong ®ã ®−êng nÐt liÒn lμ khi çc líp n»m ngang; ®−êng nÐt ®øt lμ khi çc líp n»m nghiªng.

a) b) c)

H×nh 2-13: BiÓu ®å ¸p lùc thÊm lªn ®¸y c«ng tr×nh ®Õ ph¼ng

www.vnco

ld.vn


39

víi çc thÕ n»m kh¸c nhau cña ®Êt nÒn.

§2.4. Çc biÖn ph¸p phßng chèng thÊm cho nÒn ®Êt

I. Kh¸i niÖm chung

1. Çc môc ®Ých phßng chèng thÊm

Dßng thÊm g©y ra nh÷ng ¶nh h−ëng bÊt lîi ®èi víi c«ng tr×nh nh− ®· nªu ë §2.1. Çc môc ®Ých phßng chèng thÊm cho nÒn ®Êt nh− sau:

- H¹n chÕ l−îng n−íc thÊm;

- Gi¶m ¸p lùc thÊm d−íi b¶n ®¸y ®Ó t¨ng æn ®Þnh cho c«ng tr×nh;

- Gi¶m gradien thÊm ë cöa ra ®Ó tr¸nh çc biÕn h×nh thÊm cho ®Êt nÒn.

Tuú theo ®Æc ®iÓm cña c«ng tr×nh cã thÓ ®Æt ra ®ång thêi c¶ 3 môc tiªu trªn, hoÆc chØ mét sè trong ®ã. Ch¼ng h¹n, ®èi víi hå chøa th× cÇn h¹n chÕ l−u l−îng thÊm, cßn ®èi víi mét sè lo¹i cèng th× yªu cÇu nμy lμ kh«ng b¾t buéc.

Ngoμi ra, khi ®Ò xuÊt çc biÖn ph¸p c«ng tr×nh ®Ó phßng vμ chèng thÊm, cÇn ph©n tÝch çc ®iÒu kiÖn cô thÓ ®Ó tho¶ m·n c¶ 2 yªu cÇu lμ kü thuËt vμ kinh tÕ.

2. Çc nhËn xÐt ®Þnh h−íng

VÒ mÆt phßng chèng thÊm, ta cã thÓ chia ®−êng viÒn thÊm cña c«ng tr×nh thμnh 3 ®o¹n:

- §o¹n gi÷a gåm b¶n ®¸y c«ng tr×nh;

- §o¹n th−îng l−u: gåm çc bé phËn n»m phÝa tr−íc b¶n ®¸y;

- §o¹n h¹ l−u: gåm çc bé phËn n»m phÝa sau b¶n ®¸y.

Khi ph©n tÝch t¸c h¹i cña dßng thÊm, cÇn ®Æc biÖt chó ý tíi ¸p lùc thÊm d−íi b¶n ®¸y c«ng tr×nh vμ gradien thÊm ë cöa ra. Dùa vμo mét trong çc ph−¬ng ph¸p tÝnh thÊm ®· nªu, ta cã thÓ rót ra çc nhËn xÐt sau ®©y:

a) Khi t¨ng chiÒu dμi ®−êng viÒn thÊm th× gradien thÊm b×nh qu©n vμ l−u l−îng thÊm sÏ gi¶m nhá. Khi rót ng¾n chiÒu dμi ®−êng viÒn, ta cã çc kÕt qu¶ ng−îc l¹i.

b) Khi t¨ng chiÒu dμi ®o¹n th−îng l−u nh−ng vÉn gi÷ nguyªn kÝch th−íc çc bé phËn kh¸c th× ¸p lùc thÊm d−íi b¶n ®¸y c«ng tr×nh gi¶m nhá.

c) Khi gi¶m chiÒu dμi ®o¹n h¹ l−u nh−ng vÉn gi÷ nguyªn kÝch th−íc çc bé phËn kh¸c th× ¸p lùc thÊm d−íi b¶n ®¸y c«ng tr×nh gi¶m nhanh.

d) Çc ®o¹n ®−êng viÒn th¼ng ®øng bè trÝ hîp lý sÏ cã t¸c dông lín trong viÖc tiªu hao cét n−íc thÊm so víi çc ®o¹n n»m ngang cã cïng ®é dμi. Sau ®©y, chóng ta xem xÐt mét sè biÖn ph¸p phßng chèng thÊm th−êng dïng.

II. Çc biÖn ph¸p phßng chèng thÊm

1. S©n tr−íc

www.vnco

ld.vn


40

S©n tr−íc ®−îc bè trÝ ë phÝa th−îng l−u tiÕp gi¸p víi b¶n ®¸y (vÝ dô nh− trªn h×nh 2-14). Nã cã t¸c dông nhiÒu mÆt, nh−ng chñ yÕu lμ gi¶m l−u l−îng thÊm vμ gi¶m ¸p lùc thÊm lªn b¶n ®¸y c«ng tr×nh.

t

t

min

H×nh 2-14: Bè trÝ s©n tr−íc b»ng ®Êt sÐt

S©n tr−íc lμ biÖn ph¸p c«ng tr×nh thÝch hîp khi tÇng thÊm dμy, hoÆc ®Þa chÊt nÒn kh«ng cho phÐp ®ãng cõ. KÕt cÊu vμ kÝch th−íc s©n tr−íc ph¶i tho¶ m·n çc yªu cÇu c¬ b¶n sau: Ýt thÊm n−íc, cã tÝnh mÒm, dÔ thÝch øng víi biÕn h×nh cña nÒn, dïng mét lo¹i vËt liÖu. S©n tr−íc cã thÓ lμm b»ng ®Êt sÐt, ®Êt pha sÐt, v¶i chèng thÊm, bªt«ng ¸tphan, bªt«ng th−êng hoÆc bªt«ng cèt thÐp. Lo¹i s©n b»ng bªt«ng vμ bªt«ng cèt thÐp cã khi ®−îc neo chÆt vμo b¶n ®¸y ®Ó t¨ng æn ®Þnh chèng tr−ît cña c«ng tr×nh (®èi víi c«ng tr×nh nhÑ trªn nÒn ®Êt).

Çc kÝch th−íc c¬ b¶n cña s©n tr−íc nh− sau:

a) ChiÒu dµi: ChiÒu dμi s©n (Ls) ®−îc x¸c ®Þnh theo çc yªu cÇu kinh tÕ vμ kü thuËt. Th−êng s¬ bé ®Þnh tr−íc Ls, sau ®ã tiÕn hμnh tÝnh to¸n thÊm vμ æn ®Þnh c«ng tr×nh, dùa vμo çc kÕt qu¶ tÝnh to¸n nμy ®Ó ®iÒu chØnh l¹i Ls cho hîp lý.

C«ng thøc kinh nghiÖm ®Ó s¬ bé ®Þnh Ls nh− sau:

Ls = (3 ÷ 5)H, (2-39)

Trong ®ã: H - ®é chªnh cét n−íc tr−íc vμ sau c«ng tr×nh.

Theo Ughintrut, chiÒu dμi tèi ®a cña s©n tr−íc x¸c ®Þnh nh− sau:

Lsmax = Stb

n

k2 t .T

k (2-40)

Trong ®ã:

ks vμ kn - hÖ sè thÊm cña vËt liÖu lμm s©n tr−íc vμ cña ®Êt nÒn;

ttb - chiÒu dμy trung b×nh cña s©n tr−íc;

T - chiÒu dμy cña nÒn thÊm d−íi s©n.

b) ChiÒu dµy:

- Theo yªu cÇu chèng thÊm xuyªn thñng s©n:

scp

Ht

J

Δ≥ (2-41)

Trong ®ã:

ΔH - ®é chªnh cét n−íc gi÷a mÆt trªn vμ mÆt d−íi cña s©n t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n;

www.vnco

ld.vn


41

Jcp - gradien thÊm cho phÐp cña vËt liÖu lμm s©n, víi ®Êt sÐt: Jcp = 4 ÷ 6; víi bªt«ng: Jcp = 10 ÷ 20.

- Theo yªu cÇu thi c«ng, cÊu t¹o: ®èi víi bªt«ng th−êng chän t ≥ 0,4m. Víi ®Êt sÐt: ë ®Çu s©n, t® ≥ 0,5 ÷ 1,0m; ë cuèi s©n chç tiÕp gi¸p víi b¶n ®¸y, tc ≥ 1,0m. Khi dïng ®Êt thÞt lμm s©n, ph¶i t¨ng bÒ dμy lªn 20 ÷ 30% so víi ®Êt sÐt.

Chç tiÕp gi¸p s©n tr−íc vμ b¶n ®¸y c«ng tr×nh ph¶i ®¶m b¶o chèng thÊm tèt, tr¸nh dßng thÊm l¸ch qua khe tiÕp xóc. Th−êng lμm mÐp th−îng l−u b¶n ®¸y kiÓu dèc nghiªng (h×nh 2-14).

Trªn mÆt s©n tr−íc lμm b»ng vËt liÖu dÎo cÇn tr¶i mét líp ®Êt çt sái dμy 10 ÷ 15cm ®Ó b¶o vÖ s©n chèng nøt nÎ vμ xãi. §èi víi ®Ëp trμn ng−ìng thÊp, ®Ó chèng xãi cho s©n tr−íc cÇn dïng líp phñ b»ng ®¸ l¸t, ®¸ x©y hoÆc b¶n bªt«ng, bªt«ng cèt thÐp.

2. Cõ chèng thÊm

a) Bè trÝ cõ: Cõ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc tiªu hao cét n−íc thÊm. NÕu tÇng thÊm trong nÒn lμ ®Êt hoÆc çt sái kh«ng dμy th× biÖn ph¸p chèng thÊm tèt nhÊt lμ ®ãng cõ s©u vμo tÇng Ýt thÊm tõ 0,5 ÷ 1,0m. NÕu trong nÒn cã kÑp mét líp ®Êt thÊm m¹nh th× cÇn ®ãng cõ c¾t ngang líp ®ã.

§èi víi nÒn ®Êt kh«ng dÝnh, tÇng thÊm rÊt dμy th× th−êng lμm s©n tr−íc vμ ®ãng mét hμng cõ ë mÐp th−îng l−u b¶n ®¸y (hμng cõ chÝnh S2). Khi nÒn lμ çt nhá, cã thÓ ®ãng thªm mét hμng cõ ë mÐp th−îng l−u s©n tr−íc (S1) ®Ó gi¶m ¸p lùc thÊm lªn b¶n ®¸y c«ng tr×nh. Cßn khi cÇn gi¶m Jra th× cã thÓ ®ãng thªm mét hμng cõ S3 kh«ng s©u ë tr−íc cöa ra. Tuy nhiªn, cõ S3 sÏ lμm t¨ng ¸p lùc thÊm d−íi b¶n ®¸y, v× vËy ®é s©u cña S3 cÇn ®−îc luËn chøng th«ng qua tÝnh to¸n.

§é s©u cña çc hμng cõ ®−îc x¸c ®Þnh qua tÝnh thÊm vμ theo ®iÒu kiÖn thi c«ng. §é s©u ®ãng cõ tèi thiÓu lμ Smin = 2,5 ÷ 3,0m.

- §é s©u cõ chÝnh th−êng kho¶ng S2 = (0,6 ÷ 1,0)H;

- Cõ ë mÐp th−îng l−u: S1 < S2;

- Kho¶ng çch gi÷a 2 cõ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

L > (S1 + S2)

- NÕu d−íi ®¸y c«ng tr×nh cã thiÕt bÞ tho¸t n−íc th× ph¶i ®Æt xa cõ mét kho¶ng lín h¬n 0,5S2.

- §iÒu kiÖn khèng chÕ ®é s©u cõ S3 nh− sau:

31 1

S T;15 10

⎛ ⎞< ÷⎜ ⎟⎝ ⎠

(2-42)

3 01 1

S .L30 20

⎛ ⎞< ÷⎜ ⎟⎝ ⎠

(2-43)

Trong ®ã:

www.vnco

ld.vn


42

T - chiÒu dμy cña tÇng thÊm;

Lo - chiÒu dμi h×nh chiÕu b»ng cña ®−êng viÒn thÊm.

H×nh 2-15 tr×nh bμy çc s¬ ®å c¬ b¶n liªn kÕt cõ chÝnh víi c«ng tr×nh. S¬ ®å 2-15a lμ kÐm h¬n c¶ v× dÔ t¹o thμnh 1 khe thÊm n−íc. S¬ ®å 2-15c ®−îc sö dông trong tr−êng hîp ®ãng cõ ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chèng tr−ît cho c«ng tr×nh vμ nÒn.

a)

b)

25

25

15

c)

H×nh 2-15: Çc s¬ ®å liªn kÕt gi÷a cõ chÝnh víi c«ng tr×nh

b) CÊu t¹o: Cõ cã thÓ lμm b»ng gç, thÐp hoÆc bªt«ng cèt thÐp. Tuy nhiªn, lo¹i cõ gç ngμy nay Ýt ®−îc sö dông do gi¸ thμnh cao vμ kÐm bÒn.

- Cõ thÐp: Cõ thÐp cã −u ®iÓm næi bËt lμ chèng thÊm tèt, bÒn, cã thÓ dïng cho mäi lo¹i nÒn kh«ng ph¶i ®¸, nÒn cã lÉn cuéi, sái. Lo¹i cõ nμy cã kh¶ n¨ng liªn kÕt gi÷a çc b¶n tèt, chÞu ®−îc ¸p lùc cao. Çc khíp cõ rÊt khoÎ vμ ®ñ lín, t¨ng ®−îc ®é cøng cña cõ nh−ng vÉn cho phÐp v¸n cõ quay ®−îc mét gãc ®é nhÊt ®Þnh quanh khíp nèi (h×nh 2-16).

§é s©u ®ãng cõ cã thÓ ®¹t 25m; khi dïng biÖn ph¸p hμn nèi cõ th× cã thÓ ®ãng s©u tíi 40m. V¸n cõ cã çc lo¹i: ph¼ng, ch÷ U, ch÷ Z (h×nh 2-16a, b, c).

Cõ thÐp cã nh−îc ®iÓm lμ gi¸ thμnh cao nªn chØ ®−îc sö dông cho nh÷ng c«ng tr×nh quan träng.

22

6,1

6

28,1

16

6,1

6

22,1

20,22

1018 6,1

18 6,1

a) b) c)

H×nh 2-16: CÊu t¹o çc lo¹i cõ thÐp

www.vnco

ld.vn


43

- Cõ bªt«ng cèt thÐp: Cõ nμy cã thÓ ®ãng trong mäi lo¹i nÒn kh«ng ph¶i ®¸. Cã thÓ dïng lo¹i cã méng h×nh tam gi¸c, h×nh thang, (h×nh 2-17) hoÆc d¹ng khíp theo kiÓu cõ thÐp. Tuú theo c«ng dông vμ ®iÒu kiÖn chÞu lùc cña cõ mμ lùa chän kÝch th−íc cña cõ cho phï hîp. Th−êng bÒ dμy bªt«ng cèt thÐp tõ 10 ÷ 50cm; bÒ réng 50 ÷ 60cm.

103

10

79

400

300

90

8δ

B

H

t

d

a)

b)

c)

H×nh 2-17: CÊu t¹o vµ kÝch th−íc mét sè b¶n cõ b»ng bªt«ng cèt thÐp

3. Ch©n khay

Ch©n khay ®−îc ®óc liÒn víi b¶n ®¸y c«ng tr×nh, bÊm s©u vμo nÒn ®Ó t¨ng æn ®Þnh cho c«ng tr×nh. VÒ mÆt chèng thÊm, ch©n khay cã t¸c dông nh− mét cõ ng¾n.

Ch©n khay th−êng bè trÝ ë 2 ®Çu b¶n ®¸y. ChiÒu s©u 2 ch©n khay th−êng lμ b»ng nhau, nh−ng khi cÇn t¨ng æn ®Þnh chèng tr−ît cho c«ng tr×nh th× cã thÓ lμm ch©n khay th−îng l−u s©u h¬n ®Ó t¹o mÆt tr−ît nghiªng vÒ phÝa th−îng l−u (h×nh 2-18b).

a) b)

H×nh 2-18: C¸c h×nh thøc bè trÝ ch©n khay

§2.5. BiÕn h×nh thÊm cña ®Êt nÒn vμ biÖn ph¸p phßng, chèng

Dßng thÊm d−íi nÒn c«ng tr×nh, trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh cã thÓ g©y ra nh÷ng biÕn h×nh thÊm bÊt lîi cho c«ng tr×nh mμ trong thiÕt kÕ cÇn ph¶i xem xÐt ®Ó t×m ra biÖn ph¸p phßng chèng thÝch hîp.

www.vnco

ld.vn


44

I. Çc biÕn h×nh thÊm th«ng th−êng

§©y lμ nh÷ng lo¹i biÕn h×nh thÊm th−êng x¶y ra vμ cã thÓ kiÓm tra ®−îc b»ng tÝnh to¸n trªn c¬ së çc quy luËt th«ng th−êng cña vËt lý, c¬ häc.

1. Xãi ngÇm c¬ häc

a) HiÖn t−îng: Trong nÒn ®Êt kh«ng dÝnh hoÆc Ýt dÝnh, khi l−u tèc thÊm v−ît qu¸ mét giíi h¹n nμo ®ã th× x¶y ra hiÖn t−îng çc h¹t nhá bÞ ®Èy lät qua çc kÏ hë gi÷a çc h¹t lín. Khi ®ã, ®é rçng trong ®Êt nÒn t¨ng lªn, l−u tèc thÊm t¨ng lªn vμ cã kh¶ n¨ng cuèn theo çc h¹t ®Êt lín h¬n. §ã lμ hiÖn t−îng xãi ngÇm c¬ häc. Khi hiÖn t−îng nμy tiÕp tôc ph¸t triÓn th× sÏ lμm t¨ng nhanh l−u l−îng thÊm vμ lμm t¨ng ®é rçng cña ®Êt nÒn, sinh ra lón kh«ng ®Òu vμ dÉn ®Õn lμm mÊt æn ®Þnh cña c«ng tr×nh.

Cã tr−êng hîp dßng thÊm chØ lμm xãi mét l−îng nhÊt ®Þnh çc h¹t ®Êt nhá, lμm t¨ng l−u l−îng thÊm nh−ng ch−a ph¸ vì khung kÕt cÊu cña ®Êt vμ ch−a g©y mÊt æn ®Þnh c«ng tr×nh.

Trong qu¸ tr×nh xãi ngÇm còng cã tr−êng hîp çc khe hë gi÷a nh÷ng h¹t ®Êt lín bÞ çc h¹t ®Êt kh«ng tr«i qua ®−îc bÞt l¹i, kÏ hë nhá ®i, dÇn dÇn hiÖn t−îng xãi ngÇm chÊm døt. Khi ®ã trong ®Êt nÒn h×nh thμnh mét tÇng läc tù nhiªn, cã çc h¹t ®Êt ph©n bè tõ nhá ®Õn lín theo chiÒu dßng thÊm. §©y gäi lμ hiÖn t−îng ®äng ngÇm.

Çc ®iÒu kiÖn ph¸t sinh hoÆc chÊm døt xãi ngÇm c¬ häc rÊt phøc t¹p vμ phô thuéc nhiÒu yÕu tè (kÕt cÊu cña ®Êt, thμnh phÇn h¹t, sù s¾p xÕp ngÉu nhiªn cña çc h¹t...). §· cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng x¸c ®Þnh l−u tèc thÊm giíi h¹n sinh xãi ngÇm, nh− çc c«ng thøc cña Xtèc, Tim, §¬giattin... Tuy nhiªn, do tÝnh phøc t¹p cña hiÖn t−îng nμy, çch tiÕp cËn hîp lý nhÊt lμ sö dông çc kÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm. V.S.Ixt«mina (Nga) ®· tiÕn hμnh hμng lo¹t sªri thÝ nghiÖm vμ ®i ®Õn nhËn ®Þnh r»ng ®èi víi ®Êt kh«ng dÝnh th× gradien thÊm giíi h¹n xãi ngÇm c¬ häc chñ yÕu phô thuéc vμo hÖ sè kh«ng ®Òu h¹t cña ®Êt η = d60/d10, trong ®ã d60 vμ d10 lμ ®−êng kÝnh çc m¾t sμng cho lät 60% vμ 10% träng l−îng mÉu ®Êt thÝ nghiÖm. Trªn h×nh 2-19, ®−êng cong liÒn nÐt biÓu diÔn quan hÖ Jgh ~ η, cßn ®−êng nÐt ®øt thÓ hiÖn trÞ sè gradien xãi ngÇm cho phÐp:

ghcp

JJ

m≥ (2-44)

Trong ®ã: m - hÖ sè an toμn.

www.vnco

ld.vn


45

2,0

1,5

1,0

0,5

05 10 15 20 25 30 35 40

Jgh

η = d60

10d

Jgh =f(η)

[J] =f(η)

H×nh 2-19: BiÓu ®å quan hÖ Jgh ~ η; Jcp ~ η

b) Xö lý chèng xãi ngÇm c¬ häc. Vïng nguy hiÓm vÒ xãi ngÇm lμ chç dßng thÊm tho¸t ra h¹ l−u. §Ó chèng xãi ngÇm c¬ häc, cÇn ph¶i lμm thiÕt bÞ tho¸t n−íc d¹ng tÇng läc ng−îc.

TÇng läc ng−îc ®−îc t¹o thμnh tõ mét sè líp vËt liÖu kh«ng dÝnh (çt, cuéi sái, d¨m) cã ®−êng kÝnh h¹t t¨ng dÇn theo chiÒu dßng thÊm. Khi thiÕt kÕ tÇng läc ng−îc ph¶i ®¶m b¶o çc nguyªn t¾c sau:

- Çc h¹t trong mçi líp kh«ng ®−îc di ®éng.

- Çc h¹t ®Êt ®−îc b¶o vÖ kh«ng lät vμo tÇng läc ng−îc. Tr−êng hîp ®Æc biÖt cã thÓ cho phÐp çc h¹t ®Êt rÊt nhá qua tÇng läc ng−îc, nh−ng ®Êt kh«ng sinh ra biÕn h×nh nguy hiÓm.

- Çc h¹t cña mét líp kh«ng ®−îc chui qua kÏ hë cña líp cã h¹t lín h¬n.

- TÇng läc kh«ng bÞ t¾c. Lç tho¸t n−íc

§¸ d¨m - 20cmÇt th« - 20cm

H×nh 2-20: Bè trÝ çc líp läc ng−îc ë cöa ra cña dßng thÊm

HiÖn nay, trong x©y dùng thuû lîi ®ang sö dông çc ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó chän tÇng läc ng−îc. Mét sè ph−¬ng ph¸p th«ng dông nh− sau:

- TÝnh theo QPTL C5-75 (dÞch tõ Quy ph¹m cña Liªn X«). ViÖc tÝnh theo Quy ph¹m nμy th−êng gÆp khã kh¨n do ph¶i tÝnh thö dÇn nhiÒu lÇn, khã ¸p dông trong thùc tÕ.

- TÝnh theo tiªu chuÈn cña çc n−íc ph¸t triÓn. Çc tiªu chuÈn nμy th−êng ®¬n gi¶n, dÔ ¸p dông. Nguyªn t¾c thiÕt kÕ tÇng läc ng−îc ®−îc ®¶m b¶o bëi çc ®iÒu kiÖn sau:

www.vnco

ld.vn


46

1. §Êt ®−îc b¶o vÖ kh«ng bÞ cuèn tr«i vμo líp läc, hoÆc vËt liÖu líp h¹t nhá kh«ng bÞ cuèn tr«i vμo kÏ hë líp h¹t lín:

15

85

D5

d≤ (2-45)

2. §¶m b¶o kh¶ n¨ng tho¸t n−íc thÊm:

15

15

D5

d≥ (2-46)

Ngoμi ra, cÇn khèng chÕ hμm l−îng nh÷ng h¹t mÞn cña vËt liÖu lμm läc cã ®−êng kÝnh nhá h¬n hoÆc b»ng 0,074mm kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 5% theo träng l−îng.

3. VËt liÖu líp läc cã cÊp phèi hîp lý, ®¶m b¶o kh«ng bÞ ph©n tÇng, t¸ch líp khi vËn chuyÓn, vμ kh¶ n¨ng nÐn chÆt tèt:

η ≤ 20 (2-47)

4. ChØ cÇn thiÕt kÕ läc 1 líp nÕu D85 lín h¬n 2 lÇn ®−êng kÝnh lín nhÊt cña lç tho¸t n−íc ë tÊm bªt«ng hoÆc kÏ hë lín nhÊt gi÷a çc viªn ®¸ l¸t.

Trong çc c«ng thøc trªn, ch÷ D chØ ®−êng kÝnh h¹t cña líp h¹t lín; ch÷ d chØ ®−êng kÝnh h¹t cña líp h¹t nhá liÒn kÒ (khi tÝnh cho líp ®Çu tiªn cña tÇng läc th× d lμ ®−êng kÝnh h¹t cña ®Êt ®−îc b¶o vÖ); çc chØ sè 15, 50, 85 t−¬ng øng lμ sè phÇn tr¨m cña träng l−îng mÉu bÞ lät xuèng d−íi m¾t sμng ®ang xÐt.

VÒ chiÒu dμy cña líp läc, nÕu tÝnh theo lý thuyÕt th× th−êng rÊt nhá. V× vËy trong thiÕt kÕ quy ®Þnh chiÒu dμy tèi thiÓu theo h×nh thøc vμ ®iÒu kiÖn thi c«ng. VÝ dô, víi líp läc n»m ngang, t ≥ 15 ÷ 30cm; läc kiÓu èng khãi t ≥ 40cm; vïng chuyÓn tiÕp gi÷a çc khèi ®Êt ®¾p: t ≥ 1 ÷ 1,5m.

2. Xãi tiÕp xóc

Khi dßng thÊm ch¶y song song víi mÆt ph©n çch çc líp vËt liÖu h¹t rêi, nÕu cÊp phèi h¹t cña çc líp kh«ng hîp lý vμ gradien thÊm ®ñ lín th× sÏ x¶y ra hiÖn t−îng çc h¹t cña líp nhá bÞ cuèn tr«i vμo kÏ hë cña líp h¹t lín vμ bÞ tr«i theo dßng thÊm. HiÖn t−îng nμy gäi lμ xãi tiÕp xóc.

www.vnco

ld.vn


47

§Ó ®Ò phßng xãi tiÕp xóc, cÇn chän hÖ sè chuyÓn tiÕp cì h¹t cña c¸c líp kÒ nhau tho¶ m·n ®å thÞ trªn h×nh 2-21, trong ®ã:

50

50

D

dξ = - hÖ sè chuyÓn tiÕp cì h¹t;

D50 - ®−êng kÝnh b×nh qu©n cña líp h¹t lín;

d50 - ®−êng kÝnh b×nh qu©n cña líp h¹t nhá;

60

10

DH

D= - hÖ sè kh«ng ®Òu cña líp h¹t lín;

60

10

d

dη = - hÖ sè kh«ng ®Òu cña líp h¹t nhá.

§å thÞ h×nh 2-21 ®−îc lËp víi dßng thÊm ë mÆt tiÕp xóc cã J ≤ 1,3.

10 2 3 4 5

4

8

12

16

20

24

28

32

36

ξ= d50

D50

Hη

Khu vùc kh«ng cho phÐp

Khu vùc cho phÐp

H×nh 2-21: §å thÞ ®Ó kiÓm tra xãi ngÇm tiÕp xóc

HÖ sè chuyÓn tiÕp gi÷a 2 líp th−êng chän ξ ≤ 3 ÷ 10.

3. §Èy tråi ®Êt (®ïn ®Êt do thÊm)

a) HiÖn t−îng: §Èy tråi ®Êt x¶y ra ë nÒn ®Êt dÝnh, t¹i vïng cöa ra cña dßng thÊm, khi ¸p lùc ®Èy ng−îc cña dßng thÊm v−ît qu¸ lùc gi÷ khèi ®Êt (träng l−îng b¶n th©n, lùc dÝnh vμ ma s¸t víi c¸c khèi xung quanh).

XÐt mét khèi ®Êt trong miÒn thÊm cã kÝch th−íc theo mçi chiÒu b»ng ®¬n vÞ. ¸p lùc

thuû ®éng lªn khèi ®Êt nμy lμ Wth = γJ, trong ®ã γ - träng l−îng riªng cña n−íc; J - gradien thÊm trung b×nh cña khèi tÝnh to¸n.

T¹i vïng cöa ra cña dßng thÊm (h×nh 2-22), lùc Wth cã h−íng tõ d−íi lªn trªn, ng−îc chiÒu víi träng l−îng b¶n th©n ®Êt. Tr−êng hîp khèi ®Êt ng©m trong n−íc, träng l−îng cña nã lμ: G = γ®n x 1, trong ®ã γ®n - träng l−îng riªng cña ®Êt ë tr¹ng th¸i ®Èy næi, γ®n = γ2- γ(1 - n); ë ®©y γ2- träng l−îng riªng cña ®Êt kh«; n - ®é rçng cña ®Êt nÒn.

NÕu bá qua lùc ma s¸t vμ lùc dÝnh, khèi ®Êt sÏ ë tr¹ng th¸i c©n b»ng giíi h¹n khi Wth = G, hay: γJ = γ2 - γ(1 - n).

TrÞ sè gradien thÊm giíi h¹n ®Èy tråi ®Êt sÏ lμ:

t

S

A

B

7Hn

6Hn

5Hn

4Hn

3Hn

2Hn

Hn

0.0

H×nh 2-22: S¬ ®å tÝnh to¸n ®Èy tråi ®Êt ë h¹ l−u c«ng tr×nh

www.vnco

ld.vn


48

2ghJ (1 n)

γ= − −

γ (2-48)

NÕu trong thùc tÕ, t¹i vïng cöa ra cña dßng thÊm cã Jra > Jgh th× khèi ®Êt sÏ bÞ ®Èy tråi tõ d−íi lªn trªn, lμm cho c«ng tr×nh bÞ mÊt æn ®Þnh (nghiªng, lËt, tr−ît...).

b) BiÖn ph¸p phßng chèng ®Èy tråi ®Êt

§Ó phßng chèng ®Èy tråi ®Êt, ngoμi çc biÖn ph¸p kÐo dμi ®−êng viÒn thÊm ®Ó gi¶m Jra nh− ®· nªu ë §2.4, cßn cã thÓ trùc tiÕp lμm tÇng gia träng ë khu vùc cöa ra.

XÐt tr−êng hîp phæ biÕn khi c«ng tr×nh cã ch©n khay c¾m vμo nÒn nh− ë h×nh 2-22. §iÒu kiÖn c©n b»ng giíi h¹n cña cét ®Êt cã chiÒu cao lμ S, bÒ réng ®¸y b»ng 1 ®èi víi bμi to¸n ph¼ng nh− sau:

γhc x 1 = γ®n.S x 1 + γp.t x 1 + C x S, (2-49)

Trong ®ã: hc - cét n−íc thÊm ë ®¸y ch©n khay (®iÓm A);

t - chiÒu dμy líp gia träng;

γp - träng l−îng riªng cña líp gia träng;

C - lùc dÝnh ®¬n vÞ.

Tr−êng hîp ®Êt nÒn t¹i khu vùc dßng thÊm tho¸t ra cã vÕt nøt hay mét khuyÕt tËt nμo kh¸c, th−êng lÊy C = 0. Khi ®ã, chiÒu dμy t cña tÇng gia träng sÏ lμ:

dnc

p p

t h Sγ γ

≥ −γ γ

(2-50)

4. §ïn ®Êt tiÕp xóc

§èi víi nÒn ®Êt dÝnh, khi thiÕt kÕ tÇng gia träng theo c«ng thøc (2-50) sÏ ®¶m b¶o kh«ng sinh ®Èy tråi c¶ m¶ng lín ®Êt ë h¹ l−u. Nh−ng nÕu tÇng gia träng cÊu t¹o b»ng vËt liÖu hßn lín (®¸ l¸t, ®¸ ®æ...) vμ gi÷a çc hßn cã khe hë th× dßng thÊm cã thÓ ®Èy bong tõng phÇn ®Êt nÒn t¹i vÞ trÝ çc khe hë. §ã lμ hiÖn t−îng ®ïn ®Êt tiÕp xóc (h×nh 2-23a).

δD

2

4

3

0

0

20

5

10

15

25

30D mm

I

50

82 4 6 10 η =D'10

D'60

0

80

120

160

200

240

40

ID mm50

60D'D'

104 8 2012 16H=

δ=1,5 cm

δ=1,0 cm

δ=0,5 cm

b) c)

a)

H×nh 2-23: a) S¬ ®å ®ïn ®Êt tiÕp xóc; b, c) Çc ®å thÞ dïng ®Ó chän vËt liÖu lµm líp thø nhÊt cña tÇng läc ng−îc.

www.vnco

ld.vn


49

§Ó ng¨n ngõa ®ïn ®Êt tiÕp xóc, cÇn h¹n chÕ khe hë gi÷a çc hßn cña tÇng gia träng b»ng çch ®Æt mét líp ®Öm trung gian b»ng sái cuéi hoÆc d¨m d¹ng tÇng läc ng−îc. NÕu

®Êt nÒn cã chØ sè dÎo Wn > 7 ÷ 10 vμ ®é b·o hoμ G > 0,85 th× çc sè liÖu ®Æc tr−ng I50D

vμ HI = I60I10

D

D cña vËt liÖu líp ®Öm thø nhÊt cã thÓ chän theo ®å thÞ h×nh 2-23b, c, trong

®ã trÞ sè δ = 0,5; 1,0; 1,5 cm lμ ®é s©u líp bong trãc cho phÐp cña nÒn ®Êt sÐt.

II. Çc biÕn h×nh thÊm ®Æc biÖt

Ngoμi çc d¹ng biÕn h×nh thÊm th«ng th−êng nãi trªn, trong m«i tr−êng thÊm cßn cã thÓ xÈy ra çc d¹ng biÕn h×nh thÊm ®Æc biÖt do tån t¹i çc khe hë, khuyÕt tËt trong ®ã. Çc khe hë, khuyÕt tËt nμy ®−îc h×nh thμnh do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau (xãi ngÇm, lón kh«ng ®Òu, vÕt nøt trong ®Êt, rÔ c©y môc n¸t, ®éng vËt ®μo hang...). VÞ trÝ cña khuyÕt tËt cã thÓ ë bÊt cø chç nμo trong miÒn thÊm vμ nãi chung, kh«ng thÓ dù kiÕn tr−íc ®−îc.

Khi trong nÒn (hay b¶n th©n c«ng tr×nh ®Êt) cã tån t¹i çc khe hë, khuyÕt tËt nh− vËy, d−íi t¸c dông cña cét n−íc thÊm (cét n−íc chªnh lÖch th−îng - h¹ l−u c«ng tr×nh) sÏ h×nh thμnh çc hang thÊm tËp trung. Dßng thÊm sÏ ®i theo con ®−êng ng¾n nhÊt nèi çc hang thÊm tËp trung, khi ®ã chiÒu dμi ®−êng thÊm bÞ rót ng¾n, gradien thÊm t¨ng nhanh, kh¶ n¨ng ph¸ ho¹i cña dßng thÊm lμ rÊt lín. D¹ng ph¸ ho¹i nμy cña dßng thÊm gäi lμ ph¸ ho¹i ®Æc biÖt, kh«ng thÓ dù kiÕn tr−íc ®−îc vÞ trÝ, quy m« vμ møc ®é h− háng cña nÒn vμ c«ng tr×nh.

§Ó kiÓm tra kh¶ n¨ng ph¸ ho¹i ®Æc biÖt cña nÒn vμ c«ng tr×nh, chØ cã thÓ sö dông çc ®¹i l−îng gradien thÊm trung b×nh cho toμn miÒn, gäi lμ ®é bÒn thÊm ®Æc biÖt hay ®é bÒn thÊm chung:

JK < JKCP, (2-51)

Trong ®ã:

JK - gradien thÊm chung cña nÒn hay c«ng tr×nh;

JKCP - gradien thÊm chung cho phÐp cña nÒn hay c«ng tr×nh.

ý nghÜa cña c«ng thøc (2-51) lμ ë chç khi cét n−íc thÊm cña c«ng tr×nh ®· khèng chÕ, cÇn ph¶i thiÕt kÕ c«ng tr×nh cã ®−êng viÒn thÊm ®ñ dμi, ®Ó khi cã hang thÊm tËp trung ë mét vÞ trÝ nμo ®ã th× phÇn cßn l¹i cña ®−êng thÊm vÉn ®ñ ®Ó chèng l¹i çc biÕn h×nh thÊm nguy hiÓm. Çch kiÓm tra ®−êng viÒn thÊm theo c«ng thøc (2-16) còng lμ theo nguyªn t¾c nμy.

TrÞ sè JK ®èi víi nÒn ®Êt cña c«ng tr×nh cã thÓ x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p do ViÖn nghiªn cøu Khoa häc Thuû lîi toμn liªn bang - VNIIG (Liªn X«) ®Ò nghÞ:

JK = tt i

H

T .Σξ, (2-52)

Trong ®ã:

www.vnco

ld.vn


50

H - cét n−íc thÊm;

Ttt - chiÒu s©u tÝnh to¸n cña nÒn;

∑ξi - tæng hÖ sè søc c¶n t¹i çc bé phËn cña miÒn thÊm.

Çch x¸c ®Þnh Ttt vμ çc ξi nh− ®· nªu ë §2-2.

TrÞ sè JKCP ®èi víi nÒn ®Êt phô thuéc vμo lo¹i ®Êt vμ cÊp c«ng tr×nh cã thÓ tham kh¶o ë b¶ng 2-4.

B¶ng 2-4. TrÞ sè JKCP cña nÒn ®Êt (theo CHu∏II -И.12-67)

JKCP khi c«ng tr×nh cÊp Lo¹i ®Êt nÒn

I II III IV - V

§Êt sÐt 0,70 0,80 0,90 1,08

§Êt ¸ sÐt 0,35 0,40 0,45 0,54

Çt h¹t lín 0,32 0,35 0,40 0,48

Çt h¹t trung b×nh 0,22 0,25 0,28 0,34

Çt h¹t nhá 0,18 0,20 0,22 0,26

§2-6. ThÊm qua nÒn ®¸ d−íi ®¸y c«ng tr×nh

1. §Æc ®iÓm cña thÊm qua nÒn ®¸

NÒn ®¸ nãi chung cã ®é rçng nhá. §èi víi nÒn lμ ®¸ phón xuÊt th× ®é rçng kho¶ng 0,5 ÷ 0,8%; ®èi víi ®¸ trÇm tÝch, ®é rçng n = 4 ÷ 35%; hÖ sè thÊm qua ®¸ nguyªn khèi kho¶ng 10-6 ÷ 10-9 cm/s. V× vËy, cã thÓ bá qua hiÖn t−îng thÊm qua lç rçng trong ®¸. ThÊm ë nÒn ®¸ chñ yÕu lμ qua çc khe nøt. Çc khe nøt trong khèi ®¸ ®−îc h×nh thμnh do qu¸ tr×nh kiÕn t¹o, ®o¹n tÇng, t¸c dông phong ho¸ hay do næ m×n khi ®μo mãng g©y nªn v.v... ChiÒu réng khe nøt th−êng tõ vμi milimÐt ®Õn vμi centimet hoÆc h¬n n÷a. N−íc thÊm trong çc khe nøt kh«ng tu©n theo ®Þnh luËt Dacxi vμ cho ®Õn nay cßn Ýt ®−îc nghiªn cøu. ChØ trong tr−êng hîp khi khèi ®¸ nÒn lín, khe nøt nhá vμ ®Òu míi cã thÓ coi gÇn ®óng nh− nÒn ®Êt.

2. ¸p lùc thÊm

N−íc thÊm qua çc khe nøt trong nÒn ®¸ d−íi ®¸y c«ng tr×nh vμ tho¸t ra h¹ l−u. V× ch−a biÕt ®−îc quy luËt tiªu hao cét n−íc thÊm nªn ng−êi ta th−êng tÝnh to¸n rÊt s¬ l−îc theo ph−¬ng ph¸p tû lÖ ®−êng th¼ng. ¸p lùc n−íc ®Èy ng−îc W d−íi ®¸y c«ng tr×nh lμ tæng hîp cña lùc thuû tÜnh Wtt vμ lùc thÊm Wth. Khi tÝnh lùc thÊm ng−êi ta nh©n thªm mét hÖ sè α do xÐt tíi t¸c dông gi¶m nhá ¸p lùc thÊm cña mμn ch¾n (h×nh 2- 24).

HÖ sè α phô thuéc vμo møc ®é xö lý nÒn, tÝnh chÊt ®¸ nÒn vμ chiÒu cao ®Ëp, th−êng vμo kho¶ng 0,3 ÷ 0,7.

www.vnco

ld.vn


51

H H

H

H

H

b

W

1

αγ

γ 2

2

H×nh 2-24: ¸p lùc n−íc ®Èy ng−îc

d−íi ®¸y ®Ëp trªn nÒn ®¸

4

53

21

2

1

dc e

a

H×nh 2-25. Ph©n bè ¸p lùc ®Èy ng−îc d−íi ®¸y ®Ëp träng lùc cã thiÕt bÞ chèng thÊm vµ tho¸t n−íc.

1- §−êng hÇm; 2- èng tho¸t n−íc; 3- GiÕng tho¸t n−íc; 4- Lç khoan phôt xi m¨ng; 5- Mµn chèng thÊm

BiÖn ph¸p phôt v÷a xi m¨ng lμm mμn chèng thÊm trong nÒn ®Ëp vμ ®Æt thiÕt bÞ tho¸t n−íc d−íi ®¸y ®Ëp cã t¸c dông lín ®èi víi viÖc gi¶m nhá ¸p lùc thÊm. Trªn h×nh (2-25) thÓ hiÖn ®−êng ph©n bè ¸p lùc ®Èy ng−îc (®−êng aced) d−íi ®¸y mét ®Ëp bªt«ng träng lùc cã mμn chèng thÊm vμ cã bè trÝ çc thiÕt bÞ tho¸t n−íc sau mμn ch¾n, d−íi ®¸y ®Ëp.

Tuú theo chiÒu cao ®Ëp, cã thÓ bè trÝ çc thiÕt bÞ chèng thÊm vμ tho¸t n−íc theo çc s¬ ®å sau:

- Khi chiÒu cao ®Ëp H® < 25 m, theo s¬ ®å h×nh 2-26a:

b

l

H(1

-α)

H

αH

α H

H α'H

l

b

H

b

α' H

l

α''H

0

1

l

α'' H 1

1

a) b) c)

H×nh 2-26: Çc s¬ ®å tÝnh ¸p lùc thÊm lªn ®¸y ®Ëp

Wth = 0,5γHl(1 - α0)α2; (2-53)

www.vnco

ld.vn


52

- §Ëp cã 25 ≤ H® < 75 m, theo s¬ ®å h×nh 2-26b:

Wth = 0,5γH[l(1 - α0) + bα1"]α2; (2-54)

- §Ëp cã H® ≥ 75 m, theo s¬ ®å h×nh 2-26c:

Wth = 0,5γH[l2(1 + α1' - α1") + l2α1' + bα1"]α2; (2-55)

Trong çc c«ng thøc trªn:

γ - träng l−îng riªng cña n−íc;

H - ®é chªnh cét n−íc th−îng h¹ l−u ®Ëp;

α2 - hÖ sè diÖn tÝch chÞu ¸p lùc n−íc, α2 ≤ 1,0

α1' = 0,4; α1" = 0,2

l1 - ®o¹n dμi tõ mÐp mãng th−îng l−u ®Ëp ®Õn mÆt h¹ l−u mμn chèng thÊm. Trªn ®o¹n l1, cét n−íc thÊm gi¶m tõ H xuèng α1'H;

l2 - kho¶ng çch tõ mÐp h¹ l−u mμn chèng thÊm ®Õn vÞ trÝ ®Æt thiÕt bÞ tho¸t n−íc;

α0 - hÖ sè xÐt ®Õn tæn thÊt ®Çu n−íc thÊm qua ®¸ nÒn ®Õn mÆt th−îng l−u mμn chèng thÊm, x¸c ®Þnh theo thÝ nghiÖm.

Tr−êng hîp kh«ng lμm mμn chèng thÊm, nh−ng cã thiÕt bÞ tho¸t n−íc ®Æt çch mÐp th−îng l−u ®Ëp mét kho¶ng b»ng l th× ¸p lùc thÊm ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

Wth = 0,5γH(l + ''1α b); (2-56)

Trong ®ã th−êng lÊy ''1α = 0,5

Ngoμi ¸p lùc thÊm Wth, ®¸y ®Ëp cßn chÞu t¸c dông cña ¸p lùc thuû tÜnh ®Èy ng−îc:

Wtt = γH2bα2; (2-57)

Trong ®ã: H2 - ®é s©u n−íc h¹ l−u (tÝnh ®Õn ®¸y mãng ®Ëp).

3. L−u l−îng thÊm

L−u l−îng thÊm qua nÒn ®¸ cã thÓ rÊt lín, nhÊt lμ khi nÒn ®¸ nøt nÎ nhiÒu. Do tÝnh chÊt kh«ng ®ång ®Òu cña çc khe nøt ta chØ cã thÓ tÝnh l−u l−îng thÊm qua nÒn ®¸ mét çch s¬ l−îc. VÝ dô, khi nÒn tho¶ m·n nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh th× cã thÓ tÝnh l−u l−îng thÊm theo çc c«ng thøc ®¬n gi¶n cña bμi to¸n thÊm cã ¸p.

4. HiÖn t−îng xãi ngÇm trong nÒn ®¸

Khi trong nÒn ®¸ cã çc nham th¹ch mÒm dÔ hoμ tan hoÆc cã çc lo¹i muèi th× dÔ sinh hiÖn t−îng xãi ngÇm ho¸ häc do dßng thÊm g©y ra. Trong tr−êng hîp nμy, cÇn ph¶i xö lý b»ng çc biÖn ph¸p ®Æc biÖt nh−: phôt v÷a t¹o mμn chèng thÊm s©u xuèng tÇng ®¸ kh«ng bÞ hoμ tan; lμm mμn chèng thÊm xiªn (h×nh 2-27a) ®Ó b¶o vÖ miÒn A trong nÒn ®Ëp; lμm s©n tr−íc, kÐo dμi ®−êng viÒn thÊm vμ kÕt hîp víi thiÕt bÞ tho¸t n−íc ë cuèi s©n tr−íc ®Ó lo¹i trõ dßng thÊm ë d−íi ®¸y ®Ëp (h×nh 2-27b).

www.vnco

ld.vn


53

A

a) b) H×nh 2-27: Çc biÖn ph¸p phßng chèng xãi ngÇm ho¸ häc trong nÒn ®¸.

a) Lµm mµn chèng thÊm xiªn; b) S©n phñ kÕt hîp víi thiÕt bÞ tho¸t n−íc ë cuèi s©n.

§2.7. ThÊm quanh bê vμ bªn vai c«ng tr×nh

I. Kh¸i niÖm

Çc c«ng tr×nh thuû lîi th−êng nèi tiÕp víi bê ®Êt hay mét c«ng tr×nh thÊm n−íc. Khi cã chªnh lÖch cét n−íc th−îng h¹ l−u th× ngoμi dßng thÊm ph¸t sinh ë d−íi ®¸y, còng sÏ h×nh thμnh dßng thÊm quanh bê hay bªn vai c«ng tr×nh. Trªn h×nh 2-28 cho thÊy ®−êng b·o hoμ vÏ theo tia dßng ABCDE quanh vai mét c«ng tr×nh kh«ng thÊm n−íc, víi O - O' lμ mÆt tÇng kh«ng thÊm n−íc.

h hh1 2

AC' D'

BC D

E

O O'

A E

B

C

D

H×nh 2-28: S¬ ®å thÊm vßng quanh bê

Dßng thÊm vßng quanh bê hoÆc vai c«ng tr×nh nÕu kh«ng ®−îc xö lý tèt cã thÓ tho¸t ra ë l−ng chõng m¸i bê h¹ l−u, g©y s×nh lÇy, s¹t tr−ît m¸i bê.

II. Gi¶i bµi to¸n thÊm quanh bê, vai ®Ëp

1. Ph−¬ng ph¸p chung

§©y lμ bμi to¸n thÊm 3 chiÒu kh«ng ¸p (cã mÆt tho¸ng). VÒ nguyªn t¾c, vÉn dùa vμo ph−¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n cña dßng thÊm ch¶y tÇng trong m«i tr−êng ®ång chÊt, ®¼ng h−íng ®Ó gi¶i quyÕt. Ph−¬ng tr×nh ®ã nh− sau:

2 2 2

2 2 2

h h h0

x y z

∂ ∂ ∂+ + =

∂ ∂ ∂. (2-58)

ViÖc gi¶i ph−¬ng tr×nh (2-58), ngay c¶ víi nh÷ng ®iÒu kiÖn biªn ®¬n gi¶n nhÊt vÉn ®ßi hái mét khèi l−îng tÝnh to¸n rÊt lín vμ th−êng chØ thùc hiÖn ®−îc nhê ph−¬ng ph¸p sè vμ c«ng cô m¸y tÝnh. HiÖn nay ®· cã çc ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh lo¹i nμy (vÝ dô phÇn mÒm SEEP - 3D).

www.vnco

ld.vn


54

Trong tr−êng hîp tÇng kh«ng thÊm n»m ngang, cã thÓ gi¶i gÇn ®óng bμi to¸n thÊm vßng quanh bê b»ng çch suy diÔn tõ bμi to¸n thÊm ph¼ng cã ¸p vμ gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p l−íi thÊm. Trong bμi to¸n thÊm vßng quanh bê, l−ng t−êng bªn ®ãng vai trß lμ

®−êng viÒn d−íi ®¸y c«ng tr×nh, cßn hμm sè thÕ ψ = 2h

2, thay cho ψ = h cña bμi to¸n

thÊm cã ¸p.

Çc c«ng thøc suy diÔn nh− sau:

B¶ng 2-5

Th«ng sè ThÊm ph¼ng cã ¸p ThÊm vßng quanh bê Sè hiÖu

c«ng thøc

Hμm sè thÕ ψ = h ψ = h2/2 (2-59)

L−u l−îng thÊm dÉn suÊt rm

qn

= rm

qn

=

Cét n−íc dÉn suÊt 2

r1 2

h hh

h h

−=

−

2 22

r 2 21 2

h hh

h h

−=

− (2-60)

Cét n−íc toμn phÇn t¹i mét ®iÓm h = hr(h1 – h2) + h22 2 2

r 1 2 2h h (h h ) h= − + (2-61)

L−u l−îng thÊm q®¬n vÞ = k(h1 – h2)qr

2 21 2

1vai rh h

Q k .q2

−= (2-62)

Trong ®ã: k - hÖ sè thÊm cña ®Êt bªn vai ®Ëp; trÞ sè qr vμ hr t×m ®−îc tõ s¬ ®å l−íi thÊm suy diÔn. Ht – lsd

2. ThÊm sau l−ng t−êng bªn

Çc ®Ëp trμn x©y trªn nÒn kh«ng ph¶i lμ ®¸ th−êng nèi tiÕp víi bê b»ng t−êng bªn d¹ng t−êng çnh gμ (h×nh 2-29).

Khi tÝnh thÊm, ng−êi ta suy diÔn tõ kÕt qu¶ cña ph−¬ng ph¸p vÏ l−íi thÊm nh− ®· nªu trªn. S¬ ®å h×nh 2-29a, d lμ øng víi b¶n ®¸y cã mét hμng cõ; s¬ ®å h×nh 2-29b lμ øng víi b¶n ®¸y cã 2 hμng cõ v.v...

VÒ ph−¬ng diÖn chèng thÊm th× tèt nhÊt lμ nh÷ng t−êng bªn cã mét hoÆc hai t−êng çnh nh− trªn h×nh vÏ 2-29a, b, d, nh−ng t−êng çnh h¹ l−u ph¶i ng¾n h¬n t−êng çnh th−îng l−u ®Ó tr¸nh lμm t¨ng cét n−íc thÊm sau l−ng t−êng.

www.vnco

ld.vn


55

a) b) c) d)

H×nh 2-29: Çc h×nh thøc t−êng bªn nèi tiÕp ®Ëp trµn víi bê

Nh÷ng kÕt luËn vÒ ®−êng viÒn thÊm trong bμi to¸n thÊm cã ¸p ®Òu cã thÓ ¸p dông cho bμi to¸n thÊm quanh vai ®Ëp nh−:

- T−êng çnh th−îng l−u ®ãng vai trß rÊt quan träng trong viÖc tiªu hao ®Çu n−íc thÊm, nªn cÇn c¾m ®ñ s©u vμo bê.

- T−êng çnh h¹ l−u tuy cã lμm t¨ng thªm mét Ýt cét n−íc thÊm sau l−ng t−êng bªn, nh−ng l¹i bÞ gi¶m ®−îc gradien thÊm ë cöa ra.

§Ó gi¶m thÊp ®−êng b·o hoμ vμ b¶o vÖ ®Êt bê, cã thÓ bè trÝ tho¸t n−íc d−íi d¹ng tÇng läc ng−îc phÝa sau l−ng t−êng bªn vμ trªn m¸i bê h¹ l−u nh− h×nh 2-30a.

Mét ®Æc ®iÓm cÇn chó ý lμ nÕu çc ®−êng viÒn vμ miÒn thÊm cã h×nh d¹ng vμ kÝch th−íc gièng nhau th× ¸p lùc thÊm sau l−ng t−êng bªn sÏ lín h¬n ¸p lùc t−¬ng øng d−íi ®¸y ®Ëp. §iÒu nμy ®−îc suy tõ c«ng thøc tÝnh cét n−íc dÉn suÊt (2-60). V× vËy nÕu kh«ng xö lý thÝch ®¸ng th× n−íc ngÇm sÏ chui tõ sau l−ng t−êng bªn vμo nÒn ®Ëp, lμm t¨ng ¸p lùc thÊm d−íi ®¸y c«ng tr×nh so víi çc trÞ sè ®· tÝnh theo bμi to¸n thÊm cã ¸p. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nμy, gi¸o s− K.B. P«p«p kiÕn nghÞ chän chiÒu dμi ®−êng viÒn thÊm quanh vai ®Ëp theo c«ng thøc:

Lb = CbH (2-63)

Trong ®ã: H - cét n−íc thÊm;

Cb - hÖ sè, lÊy nh− sau:

Cb = (0,67 ÷ 0,75)C (2-64)

Víi C lμ hÖ sè, phô thuéc lo¹i ®Êt, lÊy theo b¶ng (2-2).

www.vnco

ld.vn


56

3. Liªn kÕt gi÷a ®Ëp kh«ng trµn n−íc víi bê

§Ó liªn kÕt ®Ëp kh«ng trμn víi bê, ng−êi ta dïng çc h×nh thøc:

- C¾m s©u t−êng ®Ëp vμo bê (h×nh 2-30a);

- X©y l¸t m¸i bê ®Ó chèng thÊm (h×nh 2-30b);

- Lμm çc t−êng c¾m s©u vμo bê (h×nh 2-30c, d).

Trong çc ph−¬ng ¸n nªu trªn th× çc biÖn ph¸p ë h×nh 2-30c, d lμ hiÖu qu¶ h¬n c¶.

TL

HL HL

TL

HL

TL

HL

TL

a)

b)

c)

d)

H×nh 2-30: Çc h×nh thøc nèi tiÕp ®Ëp kh«ng trµn víi bê

4. TÝnh thÊm quanh bê ®Ëp ®Êt

Víi çc ®Ëp ®Êt ch¾n ngang s«ng (h×nh 2-31), ngoμi viÖc tÝnh thÊm qua th©n ®Ëp vμ nÒn cña nã, cßn ph¶i tÝnh ®Õn dßng thÊm vßng quanh hai bªn vai ®Ëp.

Bμi to¸n thÊm vßng quanh bê ®Ëp ®Êt cã thÓ gi¶i gÇn ®óng b»ng ph−¬ng ph¸p vÏ l−íi. VÝ dô vÒ mét l−íi thÊm vßng quanh bê ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2-32.

HH

H

1

2

E A B

O O'

a)

b)

S

T

N M

E D

H×nh 2-31: Dßng thÊm 2 bªn vai ®Ëp ®Êt a. C¾t däc tuyÕn ®Ëp; b. MÆt b»ng ®Ëp

www.vnco

ld.vn


57

Dùa vμo l−íi thÊm vμ theo c«ng thøc (2-61) sÏ x¸c ®Þnh ®−îc cét n−íc toμn phÇn t¹i c¸c ®iÓm däc theo tõng ®−êng dßng, tøc lμ dùng ®−îc ®−êng b·o hoμ däc theo tõng ®−êng dßng trªn mÆt b»ng ®Ó kiÓm tra xem n−íc thÊm cã tho¸t ra t¹i nh÷ng vÞ trÝ cao trªn m¸i bê h¹ l−u hay kh«ng.

VÝ dô trªn h×nh 2-31 cho thÊy ®−êng b·o hoμ FN cã ®o¹n n»m cao h¬n mÆt ®Êt, tøc n−íc thÊm tho¸t ra ë vÞ trÝ cao sÏ lμm lÇy, −ít mét ph¹m vi réng cña m¸i bê h¹ l−u.

§Ó kh¾c phôc, cÇn lμm thiÕt bÞ tho¸ n−íc ST ®Ó h¹ thÊp ®−êng b·o hoμ xuèng vÞ trÝ FSN n»m s©u d−íi ®Êt nh»m gi÷ æn ®Þnh chèng tr−ît m¸i bê h¹ l−u.

9

8

7

6

5

4

321

d

ba

O

ΔZ

H×nh 2-32: L−íi thÊm vßng quanh bê ®Ëp

®Êt tõ hå chøa xuèng h¹ l−u.

VÞ trÝ mÐp n−íc s¸t m¸i th−îng l−u ®Ëp (®iÓm b, h×nh 2-32) cã c¸c m¾t l−íi rÊt nhá nªn dßng thÊm cã l−u tèc lín. NÕu bè trÝ t¹i ®©y mét s©n chèng thÊm (®¸ x©y hoÆc tÊm bªt«ng chÝt m¹ch) th× cã thÓ h¹ thÊp ®−îc ®−êng b·o hoμ cña dßng thÊm quanh bê. Tuy nhiªn, còng cÇn xem xÐt ®Õn kh¶ n¨ng æn ®Þnh cña b¶n th©n s©n nμy khi mùc n−íc hå rót nhanh, xuÊt hiÖn dßng thÊm ng−îc tõ bê ra hå chøa.

www.vnco

ld.vn


58

Ch−¬ng 3

T¶i träng vμ t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh thuû lîi

Khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh thuû lîi ®Ó ®¶m b¶o an toμn vμ kinh tÕ, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh çc t¶i träng vμ t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh, mÆt kh¸c ph¶i x¸c ®Þnh ®óng çc tr−êng hîp lμm viÖc ®iÓn h×nh ®Ó chän çc t¶i träng ®ång thêi t¸c dông lªn c«ng tr×nh ®ã (tæ hîp t¶i träng). Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ®ã kh«ng ®¬n gi¶n, ®ßi hái ng−êi thiÕt kÕ ph¶i n¾m ch¾c kü thuËt thiÕt kÕ, ®ång thêi ph¶i cã kinh nghiÖm thùc tiÔn vμ n¾m v÷ng t×nh h×nh ®Æc ®iÓm cña ®Þa ph−¬ng n¬i x©y dùng c«ng tr×nh.

Trong ch−¬ng nμy chØ giíi thiÖu çc t¶i träng vμ t¸c ®éng phæ biÕn nhÊt ®èi víi c«ng tr×nh thuû lîi, cßn çc t¶i träng vμ t¸c ®éng riªng ®èi víi tõng lo¹i c«ng tr×nh sÏ ®−îc tÝnh trong çc ch−¬ng t−¬ng øng.

§3.1. çc lo¹i t¶i träng vμ tæ hîp cña chóng

I. Ph©n lo¹i t¶i träng

Cã nhiÒu çch ph©n lo¹i kh¸c nhau. Song, ®Ó phôc vô cho viÖc lËp çc tæ hîp t¶i träng ®−îc sö dông trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh, ng−êi ta ph©n lo¹i t¶i träng theo thêi gian vμ tÝnh chÊt t¸c dông. Theo ®ã çc t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh ®−îc ph©n thμnh t¶i träng th−êng xuyªn vμ t¶i träng t¹m thêi.

1. T¶i träng th−êng xuyªn: bao gåm träng l−îng c«ng tr×nh vμ çc thiÕt bÞ cè ®Þnh ®Æt trªn vμ trong c«ng tr×nh (cöa van, thiÕt bÞ ®ãng më v.v...).

2. T¶i träng t¹m thêi, ph©n ra:

a) T¶i träng t¹m thêi dµi h¹n:

- ¸p lùc n−íc t¸c ®éng trùc tiÕp lªn bÒ mÆt c«ng tr×nh vμ nÒn, ¸p lùc thÊm øng víi mùc n−íc lín nhÊt khi xÈy ra lò thiÕt kÕ trong ®iÒu kiÖn thiÕt bÞ chèng thÊm vμ tiªu n−íc lμm viÖc b×nh th−êng.

- Träng l−îng ®Êt vμ ¸p lùc bªn cña nã; ¸p lùc cña ®Êt ®¸ t¸c dông lªn vá ®−êng hÇm.

- T¶i träng g©y ra do kÕt cÊu chÞu øng suÊt tr−íc.

- ¸p lùc ®Êt ph¸t sinh do biÕn d¹ng cña nÒn vμ kÕt cÊu c«ng tr×nh, do t¶i träng bªn ngoμi kh¸c.

- ¸p lùc bïn çt.

- T¶i träng g©y ra do ¸p lùc d− cña kÏ rçng trong ®Êt b·o hoμ n−íc khi ®Êt ch−a cè kÕt hoμn toμn.

- T¸c ®éng nhiÖt lªn c«ng tr×nh vμ nÒn.

- ¸p lùc do sãng khi giã tÝnh to¸n cã tèc ®é b×nh qu©n nhiÒu n¨m (Wbqmax).

www.vnco

ld.vn


59

- T¶i träng giã.

- T¶i träng ®éng sinh ra trong ®−êng dÉn cã ¸p vμ kh«ng ¸p khi th−îng l−u cã mùc n−íc d©ng b×nh th−êng.

b) T¶i träng t¹m thêi ng¾n h¹n:

- T¶i träng do tμu thuyÒn vμ vËt tr«i (neo buéc, va ®Ëp).

- T¶i träng do thiÕt bÞ n©ng, bèc dì, vËn chuyÓn vμ çc m¸y mãc, kÕt cÊu kh¸c.

- ¸p lùc n−íc va trong thêi kú khai th¸c b×nh th−êng.

c) T¶i träng t¹m thêi ®Æc biÖt:

- T¶i träng do ®éng ®Êt hoÆc næ.

- ¸p lùc n−íc t−¬ng øng khi x¶y ra lò kiÓm tra.

- T¶i träng do ¸p lùc kÏ rçng khi ®Êt ch−a cè kÕt hoμn toμn, øng víi mùc n−íc lò kiÓm tra khi thiÕt bÞ tiªu n−íc lμm viÖc b×nh th−êng, hay øng víi mùc n−íc d©ng b×nh th−êng khi thiÕt bÞ tiªu n−íc bÞ háng.

- ¸p lùc n−íc thÊm khi thiÕt bÞ chèng thÊm vμ tiªu n−íc kh«ng lμm viÖc b×nh th−êng.

- ¸p lùc sãng khi x¶y ra giã vμ tèc ®é lín nhÊt thiÕt kÕ.

- ¸p lùc n−íc va khi ®ét ngét c¾t toμn bé phô t¶i.

- T¶i träng ®éng sinh ra trong ®−êng dÉn n−íc khi th−îng l−u cã mùc n−íc lò thiÕt kÕ.

- ¸p lùc ph¸t sinh trong m¸i ®Êt do mùc n−íc s«ng, hå bÞ h¹ thÊp ®ét ngét (rót nhanh).

II. Tæ hîp t¶i träng

Trong thiÕt kÕ, ®Ó ®¶m b¶o cho c«ng tr×nh ®−îc an toμn vμ kinh tÕ, ng−êi ta ph¶i tÝnh to¸n theo çc tæ hîp t¶i träng kh¸c nhau.

1. Tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n: bao gåm çc t¶i träng vμ t¸c ®éng th−êng xuyªn, t¹m thêi dμi h¹n, t¹m thêi ng¾n h¹n mμ ®èi t−îng ®ang thiÕt kÕ cã thÓ ph¶i tiÕp nhËn cïng mét lóc.

2. Tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt: vÉn bao gåm çc t¶i träng vμ t¸c ®éng ®· xÐt trong tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n, nh−ng mét trong chóng ®−îc thay thÕ b»ng t¶i träng (hoÆc t¸c ®éng) t¹m thêi ®Æc biÖt. Tr−êng hîp t¶i träng c¬ b¶n cã xÐt thªm t¶i träng ®éng ®Êt hoÆc næ còng ®−îc xÕp vμo lo¹i tæ hîp ®Æc biÖt.

Trong thiÕt kÕ cÇn ph¶i tÝnh to¸n víi nhiÒu tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n vμ tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt kh¸c nhau ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc tæ hîp t¶i träng bÊt lîi nhÊt. Th−êng tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n dïng ®Ó tÝnh to¸n kÝch th−íc c«ng tr×nh, vμ tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt dïng ®Ó kiÓm tra sù lμm viÖc an toμn cña nã.

Sù kh¸c nhau cña çc tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n vμ tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt trong tÝnh to¸n chÝnh lμ sù ¸p dông çc hÖ sè tæ hîp t¶i träng kh¸c nhau (xem §4.1). VÝ dô, víi tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n, lÊy nc = 1,0; víi tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt, lÊy nc = 0,9. Ngoμi ra quy

www.vnco

ld.vn


60

ph¹m còng quy ®Þnh xÐt thªm çc tæ hîp t¶i träng trong thêi kú thi c«ng víi hÖ sè nc = 0,95 [19].

§3.2. ¸p lùc thuû tÜnh vμ thuû ®éng

I- ¸p lùc thuû tÜnh

¸p lùc thuû tÜnh ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p th−êng dïng trong thuû lùc, bao gåm hai thμnh phÇn n»m ngang vμ th¼ng ®øng. Thμnh phÇn n»m ngang W1, W2 ph©n bè cã d¹ng h×nh tam gi¸c. Thμnh phÇn th¼ng ®øng W3, W4 lμ träng l−îng cña khèi n−íc t¸c dông lªn bÒ mÆt cña c«ng tr×nh. Khèi n−íc ®ã lμ abc vμ a'b'c' (h×nh 3-1). NÕu tr−íc th−îng l−u cã bïn çt l¾ng ®äng th× cã thªm ¸p lùc bïn çt Wb.

G

W

W

W

W

W

W

W

4

3

1

b

2

t

®n

a

b c

c' b'

a' H

γH

hb

2

2α

H×nh 3-1: S¬ ®å ¸p lùc n−íc, bïn çt vµ ®Èy ng−îc

¸p lùc n−íc t¸c dông vμo ®¸y c«ng tr×nh bao gåm ¸p lùc ®Èy ng−îc cña n−íc W®n vμ ¸p lùc thÊm Wt .

Khèi l−îng riªng cña n−íc s«ng ρ = 1000 kg/m3, khi trong n−íc cã nhiÒu bïn çt, tuú theo hμm l−îng bïn çt mμ khèi l−îng riªng cã thÓ t¨ng tõ 5 ÷ 10%.

II. ¸p lùc thuû ®éng

Khi dßng ch¶y qua c«ng tr×nh gÆp çc bé phËn cña c«ng tr×nh nh− trô pin cña ®Ëp trμn, t−êng tiªu n¨ng..., sÏ t¸c dông vμo c«ng tr×nh mét lùc do dßng ch¶y g©y nªn gäi lμ ¸p lùc thuû ®éng.

ë ®Ønh ®Ëp trμn cã cöa van víi ®é më nhÊt ®Þnh, ë çc mòi phun cña ch©n ®Ëp trμn, ë tÊm ®¸y tiªu n¨ng, ë cöa vμo cèng x¶ s©u hoÆc t−êng bªn ®−êng èng cã ¸p, nhÊt lμ ë çc ®o¹n cong ®Òu cã ¸p lùc thuû ®éng. Khi x¸c ®Þnh ¸p lùc t¹i mét ®iÓm nμo ®ã cña bÒ mÆt c«ng tr×nh nãi trªn th× ¸p lùc n−íc bao gåm ¸p lùc thuû tÜnh vμ thuû ®éng, ngoμi ra cÇn kÓ ®Õn c¶ ¸p lùc m¹ch ®éng

www.vnco

ld.vn


61

Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ, ¸p lùc thuû ®éng th−êng bao gåm c¶ ¸p lùc ®éng trung b×nh theo thêi gian vμ ¸p lùc m¹ch ®éng:

p = dp + pm , (3-1)

Trong ®ã ¸p suÊt thuû ®éng dp vμ ¸p suÊt m¹ch ®éng pm phô thuéc vμo cét n−íc l−u tèc:

dp 2

p nv

C2g

= γ (3-2)

2

m nv

p k2g

= γ (3-3)

ë ®©y : Cp - hÖ sè ¸p lùc;

k - hÖ sè m¹ch ®éng;

γn - dung träng n−íc.

HÖ sè ¸p lùc vμ m¹ch ®éng trong mét sè tr−êng hîp ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc gi¶i tÝch, c«ng thøc nöa thùc nghiÖm hay b»ng thÝ nghiÖm.

Khi x¸c ®Þnh s¬ bé ¸p lùc thuû ®éng theo ph−¬ng dßng ch¶y thóc vμo çc vËt ch¾n, cã thÓ sö dông c«ng thøc [21]:

2

d n nV

p K F ,2g

= γ (3-4)

Trong ®ã:

F - diÖn tÝch mÆt ch¾n chiÕu lªn ph−¬ng vu«ng gãc víi dßng ch¶y;

V - l−u tèc b×nh qu©n cña phÇn dßng ch¶y h−íng vμo mÆt ch¾n;

γn - dung träng cña n−íc;

K - hÖ sè ®éng lùc, lÊy b»ng 1,2 ÷ 1,3;

n - hÖ sè kinh nghiÖm, phô thuéc vμo d¹ng vËt ch¾n, s¬ bé cã thÓ lÊy n = 1,2.

§3.3. T¸c ®éng cña sãng

I. Çc th«ng sè cña sãng

Khi cã giã thæi liªn tôc, mÆt n−íc hå sÏ ph¸t sinh sãng vμ lμm t¨ng thªm ¸p lùc cña n−íc. Çc th«ng sè cña sãng nh− chiÒu cao sãng h, chu kú sãng τ, b−íc sãng λ (h×nh 3-2) phô thuéc nhiÒu nguyªn nh©n nh− tèc ®é giã W, thêi gian giã thæi liªn tôc t, ®é s©u cña n−íc trong hå H, chiÒu dμi ®μ sãng D. ChiÒu dμi ®μ sãng D b»ng kho¶ng çch tõ bê ®Õn c«ng tr×nh t−¬ng øng víi h−íng giã (h×nh 3-3).

www.vnco

ld.vn


62

§Ønh sãngChiÒu cao sãng h

Møc n−íc tÜnh

§−êng trung b×nh sãng

Ch©n sãngbuíc sãng λ

η

ηh

h/2

h/2

hs

ch

O

H×nh 3-2: Çc th«ng sè cña sãng.

Ng−êi ta cßn ph©n biÖt gi÷a sãng n−íc s©u vμ sãng n−íc n«ng ®Ó tÝnh çc yÕu tè sãng. Sãng n−íc s©u lμ ë ®ã ®é s©u cña n−íc trong hå H rÊt lín, ®¸y hå kh«ng ¶nh

h−ëng tíi çc yÕu tè vÒ sãng. Khi H > 2

λ cã sãng n−íc s©u vμ

2

λ > H > Hgh cã sãng

n−íc n«ng, trong ®ã Hgh = (1,25 ÷ 1,8) hp (hp chiÒu cao cña sãng víi x¸c suÊt p%).

Tèc ®é giã ®−îc x¸c ®Þnh ë ®é cao 10 m trªn mÆt hå, tÇn suÊt giã lμ 2% ®èi víi c«ng tr×nh cÊp I vμ cÊp II, 4 % ®èi víi c«ng tr×nh cÊp III vμ IV.

X¸c ®Þnh çc th«ng sè cña sãng cã nhiÒu c«ng thøc dùa trªn c¬ së quan tr¾c thùc tÕ ë nhiÒu ®iÒu kiÖn cô thÓ kh¸c nhau, kÕt hîp víi lý luËn ®Ó thiÕt lËp nªn.

T §

N

B

W12W3W

1W

2WW3

3D

D1

D2

1

2

3

H×nh 3-3: H−íng giã vµ chiÒu dµi ®µ sãng

Thùc tÕ lμ çc th«ng sè cña sãng phô thuéc vμo nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau; çc yÕu tè nμy th−êng xuyªn thay ®æi vμ cho nh÷ng tæ hîp ngÉu nhiªn gi÷a chóng (vÝ dô, gi÷a vËn tèc giã, h−íng giã vμ ®μ sãng, thêi gian giã thæi liªn tôc...). KÕt qu¶ lμ çc th«ng sè cña sãng còng biÕn ®æi mét çch ngÉu nhiªn vμ v× vËy cÇn ®Þnh l−îng çc th«ng sè cña sãng theo x¸c suÊt xuÊt hiÖn p. TrÞ sè cña p phô thuéc vμo çc lo¹i c«ng tr×nh vμ cÊp cña nã, ®−îc x¸c ®Þnh theo quy ph¹m.

www.vnco

ld.vn


63

Theo ph−¬ng ph¸p Cr−lèp (thÓ hiÖn trong quy ph¹m hiÖn hμnh) çc th«ng sè cña sãng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

1. Çc th«ng sè cña sãng vïng n−íc s©u (H ≥ 0,5λ)

a) Çc ®Æc tr−ng sãng trung b×nh

TrÞ sè cña h vμ λ x¸c ®Þnh theo ®−êng giíi h¹n trªn trong ®å thÞ h×nh 3-5, theo ®ã

t×m ®−îc çc cÆp gi¸ trÞ 2

gh gvμ

WW

τ tõ çc ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn

2

gD gtvμ

WW. Chän lÊy cÆp gi¸ trÞ bÐ nhÊt trong 2 cÆp sè t×m ®−îc, tõ ®ã tÝnh ra h vμ

τ . TrÞ sè b−íc sãng trung b×nh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

2g

2

τλ =

π (3-5)

b) ChiÒu cao sãng víi x¸c suÊt p%:

hp = Kp h, (3-6)

Trong ®ã Kp tra trªn ®å thÞ h×nh 3-5 theo x¸c suÊt p vμ th«ng sè 2

gD

W.

2. Th«ng sè cña sãng vïng n−íc n«ng

Tr−êng hîp vïng n−íc n«ng cã ®é dèc ®¸y i ≤ 0,001, çc ®Æc tr−ng sãng trung b×nh

h vμ τ x¸c ®Þnh theo ®å thÞ h×nh 3-6, víi tham sè lμ 2

gH

W vμ çch x¸c ®Þnh còng nh−

tr−êng hîp trªn.

ChiÒu cao sãng víi x¸c suÊt p% còng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3-6), trong ®ã Kp tra

ë ®å thÞ h×nh 3-5 theo çc ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn 2 2

gD gHvμ

W W, chän lÊy trÞ sè

nhá trong hai gi¸ trÞ Kp t×m ®−îc.

Víi çc tr−êng hîp kh¸c, xem trong QPTL C1 - 78 [14].

II. T¸c dông cña sãng lªn c«ng tr×nh cã bÒ mÆt th¼ng ®øng

Khi tÝnh to¸n t¸c dông cña sãng lªn c«ng tr×nh cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®é dÒnh cña ®Ønh sãng ηs hoÆc ®é h¹ thÊp cña ch©n sãng ηch so víi mùc n−íc tÜnh (h×nh 3-4a, b), x¸c ®Þnh ¸p lùc sãng ®Èy ngang vμ momen uèn do nã sinh ra.

Nãi chung thêi ®iÓm do sãng lμm møc n−íc d©ng cao lín nhÊt tr−íc c«ng tr×nh vμ trÞ sè ¸p lùc sãng lín nhÊt lμ kh«ng trïng nhau. Khi mùc n−íc d©ng cao lín nhÊt tr−íc c«ng tr×nh do sãng g©y nªn th× mét bé phËn phÝa tr−íc c«ng tr×nh cã thÓ sinh ra ¸p lùc sãng ©m (h×nh 3-4c).

§Ó x¸c ®Þnh ¸p lùc sãng trªn bÒ mÆt c«ng tr×nh lμ th¼ng ®øng hoÆc gÇn víi th¼ng ®øng, ng−êi ta th−êng dïng ph−¬ng ph¸p cña N.N Zagriadscaia. Ph−¬ng ph¸p ®ã cho

www.vnco

ld.vn


64

phÐp øng dông ®èi víi sãng n−íc n«ng vμ c¶ sãng n−íc s©u. §é dÒnh cao nhÊt ηs vμ ®é h¹ thÊp nhÊt ηch cña sãng ®−îc tÝnh nh− sau:

ηs = kηsh ; (3-7)

ηch = kηchh, (3-8)

§é dÒnh ηd cña sãng khi ¸p lùc ngang cña sãng lμ lín nhÊt (h×nh 3-4d)

ηd = k ηd . h . (3-9)

ηη

P H

hη

H

h/2

a) b)

c) d) e)h

o

®

max

s

ch

H×nh 3-4: S¬ ®å ¸p lùc sãng lªn c«ng tr×nh cã mÆt th−îng l−u th¼ng ®øng

Lóc ®ã ¸p lùc ngang lín nhÊt cña sãng (tÝnh cho 1m chiÒu réng, η = η®) (h×nh 3-4d) lμ:

Pmax= k® γh h

H2

⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠

(3-10)

M« men cña ¸p lùc sãng lÊy víi ®¸y c«ng tr×nh :

Mmax = kmγh2 2h hH H

6 2 2

⎛ ⎞+ +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠, (3-11)

Trong ®ã: kηs, kηch, km - c¸c hÖ sè, phô thuéc h

λ vμ

h

λ, ®−îc x¸c ®Þnh theo ®å thÞ

h×nh 3-7.

C¸c hÖ sè k® , km trong c«ng thøc (3-10) vμ (3-11) lμ hÖ sè hiÖu chØnh cña ¸p lùc ngang lín nhÊt vμ m«men cña ¸p lùc sãng ®−îc x¸c ®Þnh theo ®å thÞ 3-7d, e .

III. T¸c dông cña sãng lªn c«ng tr×nh cã mÆt nghiªng

Khi sãng tiÕp xóc víi bÒ mÆt c«ng tr×nh lμ nghiªng th× sÏ cã sãng leo. ChiÒu cao sãng leo víi tÇn suÊt lμ 1% ®−îc gäi lμ hsl1%, ®èi víi vïng n−íc s©u H ≥ 3hH1% hoÆc vïng n−íc n«ng H ≥ 2h1% , ®−îc tÝnh theo c«ng thøc :

www.vnco

ld.vn


65

hsl1% = k1k2k3k4 kαh1%, (3-12)

Trong ®ã :

hH1% - chiÒu cao sãng cña ®é s©u H ≥ 0,5λ víi x¸c suÊt 1%;

h1% - chiÒu cao cña sãng víi x¸c suÊt 1%;

k4 - hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh theo s¬ ®å h×nh (3-8); phô thuéc vμo h

λ vμ hÖ sè m¸i

nghiªng cña c«ng tr×nh;

kα - hÖ sè phô thuéc gãc αS gi÷a h−íng giã vμ ph¸p tuyÕn víi trôc ®Ëp;

k1, k2 - c¸c hÖ sè phô thuéc vμo ®é nh¸m t−¬ng ®èi 1%h

Δ vμ ®Æc tr−ng vËt liÖu gia

cè mÆt ®Ëp (b¶ng 3-1);

k3 - hÖ sè phô thuéc tèc ®é giã vμ hÖ sè m¸i nghiªng m (b¶ng 3-2)

B¶ng 3-1: HÖ sè k1, k2

§Æc tr−ng líp gia cè m¸i §é nh¸m t−¬ng ®èi Δ/h1% k1 k2

B¶n bªt«ng (bªt«ng cèt thÐp)

Cuéi, sái, ®¸, khèi bªt«ng (bªt«ng cèt thÐp)

< 0,002

0,5 ÷ 0,01

0,02

0,05

0,1

> 0,2

1

1

0,95

0,90

0,80

0,75

0,70

0,90

0,90

0,85

0,80

0,70

0,60

0,50

B¶ng 3-2: HÖ sè k3

HÖ sè m¸i m 0,4 0,4 ÷ 2 3 ÷ 5 > 5

VËn tèc giã ≥ 20m/s 1,3 1,4 1,5 1,6 k3 VËn tèc giã ≤ 10m/s 1,1 1,1 1,1 1,2

B¶ng 3-3: HÖ sè kα khi tÝnh chiÒu cao sãng leo

αS (®é) 0 10 20 30 40 50 60

kα 1 0,98 0,96 0,92 0,87 0,82 0,76

ChiÒu cao sãng leo víi x¸c suÊt p% lμ hslp ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch nh©n trÞ sè hsl1% tÝnh ®−îc trong c«ng thøc (3-12) víi hÖ sè kp lÊy theo b¶ng (3-4).

www.vnco

ld.vn


66

O0,

10,

20,

30,

40,

50,

60,

70,

80,

91,

0O

2000

4000

6000

8000

1000

012

000gD

/V

gH/V

1,5

2,0

2,5

3,0

Ki=h

i/h-

i= 0,1%

1% 2% 5% 13%

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,00

1

0,00

2

0,00

3

0,00

4

0,00

5

0,00

60,

007

0,00

80,

009

0,01

0 0.3

45

68

12

34

56

810

23

45

68

23

45

68

210

003

45

68

23

1000

010

0

100

23

45

68

100

23

45

68

1000

02

34

56

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,08

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

123

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

3,0

4,0

5,0

5,6

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,12

0,14

gH/V

gD/V

2

gt/V

gt/V

gh/V

gh/V

gt/V

H×n

h 3-

6 §

å th

Þ x¸c

®Þn

h c¸

c yÕ

u tè

cña

sãn

gH

×nh

3-5

§å th

Þ x¸c

®Þn

h Ki

www.vnco

ld.vn


67

0,85

0,90

0,95

1,2

k =1,15

1,10

1,05

0,3

0,2

0,54

2

0

0.1

0,040,02 0,06

0,4

1,1H d)

10

8

6

k =0,8

0,6

0,7

1,0

0,9

2

00,060,040,02

0,70,6

0,06

0,100,08 /h

0,25

0,020

0,04

2

40,5

0,2

0,100,08 h/

0,40,3

e)1,1

H

® hk

h(H+ )2

0,98

6k =

0,8

1,010

0,100,08 /h

maxP

0,060,02 0,040

2

H2hH2hmk

+h( 26 + 2 )

0,08 0,10 /h

Mmax

1,25

k

1,510

8

6

4

1,41,3

H 1,651,6

a)

k =0,75

0,80

0,6010

6

4

8 0,70

Hhss

0,400,50

kb)ch h

ch

0,020

2

0,080,04 0,06h/0,10

10

6

4

8

H

1,4

1,21,3

1,61,5

kc)® h

®

1,1

®k =1

0,6

0,40,2

0,8

®

m

ch

H×nh 3-7: §å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè kηs , kηch , kη® , k® , km

www.vnco

ld.vn


68

5,0

3,0

2,0

1,0

0,50,4

0,3

0,2

k

0,2 0,3 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0 10 20 30 m

71015203050

(13)

(7)(9,7)

(21)(15)

(30)

λ/h1%

4

H×nh 3-8: §å thÞ x¸c ®Þnh hÖ sè k4, c¸c tham sè cña ®−êng cong lµ λ/h1% , (trÞ sè trong ngoÆc ®¬n lµ khi H ≤ 2h1%)

B¶ng 3-4

X¸c suÊt xuÊt hiÖn cña sãng leo p% 0,1 1 2 5 10 30 50

HÖ sè kp 1,1 1 0,96 0,91 0,86 0,76 0,68

Ph©n bè ¸p suÊt sãng trªn m¸i ®−îc gia cè b»ng c¸c tÊm bª t«ng cã ®é dèc m¸i

1,5≤ m ≤ 5 ®−îc tÝnh nh− h×nh (3-7) trong ®ã ¸p suÊt sãng lín nhÊt p2 x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :

p2 = knoknb 2p γh T/m2, (3-13)

Trong ®ã :

kno- hÖ sè x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :

kno = 0,85 + 4,8 h

λ + m

h0,028-1,15

⎛ ⎞⎜ ⎟λ⎝ ⎠

(3-14)

knb - hÖ sè, x¸c ®Þnh theo b¶ng (3-5);

γ - träng l−îng riªng cña n−íc;

h - chiÒu cao sãng;

λ - trÞ sè trung b×nh cña b−íc sãng;

2p - ¸p suÊt sãng t−¬ng ®èi lín nhÊt lªn ®iÓm 2 (h×nh 3-9) lÊy theo b¶ng (3-6)

www.vnco

ld.vn


69

α

L

L

L

L

Z

Z

2

1

3

4

5

p

0.4p

0.1p

0.4p 0.1p

1 : m

2

2

2

22

3

1

3

2

4

2

H×nh 3-9: Ph©n bè ¸p suÊt sãng lín nhÊt lªn m¸i nghiªng

®−îc gia cè b»ng çc tÊm bª t«ng

B¶ng 3-5

h

λ 10 15 20 25 35

knb 1 1,15 1,3 1,35 1,48

B¶ng 3-6

ChiÒu cao sãng h (m) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 ≥ 4

2p 3,7 2,8 2,3 2,1 1,9 1,8 1,75 1,7

Tung ®é z2 t¹i ®iÓm 2 tÝnh b»ng m (cã ¸p lùc sãng lín nhÊt) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

z2 = A + 2

1

m(1- 22m 1+ )(A+B) (3-15)

Trong ®ã :

A = h (0,47 + 0,023h

λ)

2

2

1 m

m

+;

B = h[0,95 - (0,84 m - 0,25)h

λ].

Tung ®é z3 tÝnh b»ng mÐt, b»ng chiÒu cao sãng leo.

T¹i çc ®iÓm cao h¬n hoÆc thÊp h¬n ®iÓm 2 cã ¸p suÊt sãng bÐ h¬n, trÞ sè cña nã ®−îc tr×nh bμy trªn h×nh 3-9 t−¬ng øng víi çc kho¶ng çch (mÐt).

Víi l1 = 0,0125 Lα vμ l3 = 0,0265 Lα:

p = 0,4 p2 (3-16)

www.vnco

ld.vn


70

Víi l2 = 0,0325 Lα vμ l4 = 0,0675 Lα:

p = 0,1 p2 (3-17)

Trong ®ã : Lα = 4 2

m

m 1

λ

−;

m - hÖ sè m¸i dèc cña ®Ëp

§3.4. ¸p lùc bïn çt

ë çc hå chøa, sau mét thêi gian lμm viÖc bïn çt sÏ l¾ng ®äng ë tr−íc ®Ëp vμ g©y ra ¸p lùc. Thμnh phÇn n»m ngang cña ¸p suÊt bïn çt pb ë ®é s©u bïn çt hb ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

pb = γb hb ξb (3-18)

Trong ®ã : γb - träng luîng riªng cña bïn çt trong n−íc ;

ξb - hÖ sè ¸p lùc bªn cña ®Êt (bïn çt l¾ng ®äng).

¸p lùc bïn çt ®−îc tÝnh theo ¸p lùc bªn tÜnh. §èi víi mÆt th−îng l−u ®Ëp lμ th¼ng ®øng, nÕu ta kh«ng kÓ ®Õn lùc dÝnh kÕt gi÷a ®Êt vμ t−êng, theo Cul«ng:

ξb = tg2 o45

2

ϕ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠

, (3-19)

Trong ®ã ϕ lμ gãc ma s¸t trong cña ®Êt .

§èi víi mÆt th−îng l−u ®Ëp nghiªng mét gãc α so víi mÆt ph¼ng ngang (xem h×nh 3-1) vμ kh«ng kÓ ma s¸t gi÷a ®Êt vμ ®Ëp th× c«ng thøc hÖ sè ¸p suÊt bªn cña ®Êt lμ:

ξb =

2

2

cos2

cos2

α + ϕ

α − ϕ (3-20)

Khi α = 90o th× c«ng thøc (3-20) sÏ cã d¹ng nh− c«ng thøc (3-19). BiÓu ®å ph©n bè ¸p lùc bªn cña bïn çt cã d¹ng tam gi¸c, trÞ sè ¸p lùc t¹i ®¸y lμ pb .

¸p lùc th¼ng ®øng cña bïn çt lªn c«ng tr×nh b»ng träng l−îng cña bïn çt trong n−íc cã t¸c dông lªn bÒ mÆt c«ng tr×nh (thÓ tÝch ë h×nh 3-1).

§3.5. t¸c ®éng cña ®éng ®Êt Trong qu¸ tr×nh ®éng ®Êt, vá qu¶ ®Êt bÞ rung ®éng ®μn håi víi chu kú T (th−êng

T = 0,8 ÷1,2 gi©y) vμ gia tèc τ, khi ®ã c«ng tr×nh chÞu t¸c dông cña lùc ®éng ®Êt.

Nguyªn nh©n vμ hiÖn t−îng ®éng ®Êt rÊt phøc t¹p. V× vËy ph−¬ng ph¸p tÝnh ch−a ®−îc hoμn chØnh. Trong hai ph−¬ng ph¸p ®éng lùc vμ ph−¬ng ph¸p tÜnh lùc th× hiÖn nay th−êng dïng ph−¬ng ph¸p tÜnh lùc v× t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n.

I. Lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt

www.vnco

ld.vn


71

Lóc cã ®éng ®Êt, c«ng tr×nh bÞ rung ®éng, do ®ã g©y ra lùc qu¸n tÝnh F®. Lùc ®ã tØ lÖ

víi khèi l−îng c«ng tr×nh G

gvμ gia tèc ®éng ®Êt τ:

F® = G

gα τ = kαG, (3-21)

Trong ®ã :

G- träng l−îng c«ng tr×nh ;

g - gia tèc träng tr−êng ;

k = g

τ - hÖ sè ®éng ®Êt (b¶ng 3-7) ; ®éng ®Êt d−íi cÊp 6, hÖ sè ®éng ®Êt rÊt bÐ,

th−êng bá qua kh«ng xÐt lùc qu¸n tÝnh;

α - hÖ sè ®Æc tr−ng ®éng lùc.

§èi víi çc th¸p, t−êng ch¾n ®Êt, ®Ëp bª t«ng, hoÆc bªt«ng cèt thÐp cao trªn 10m:

α = 1 + 0,5 1

o

h

h, (3-22)

Trong ®ã :

h1 - kho¶ng çch tõ ®iÓm tÝnh to¸n ®Õn mÆt nÒn;

ho - kho¶ng çch tõ träng t©m c«ng tr×nh ®Õn mÆt nÒn.

Víi çc lo¹i kÕt cÊu c«ng tr×nh chÞu lùc x« ngang nh− vßm ... α = 2;

Víi çc bé phËn liªn kÕt côc bé víi c«ng tr×nh nh− cét, giμn... α = 5;

Víi çc c«ng tr×nh vμ çc bé phËn kh¸c kh«ng nªu ë trªn th× α = 1.

B¶ng 3-7

CÊp ®éng ®Êt 6 7 8 9

HÖ sè ®éng ®Êt k 0,01 0,025 0,05 0,10

H−íng cña lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt ng−îc chiÒu víi gia tèc ®éng ®Êt. V× vËy lùc nμy cã h−íng tuú thuéc vμo h−íng gia tèc. Trong thiÕt kÕ, chóng ta kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®−îc h−íng gia tèc mμ ph¶i chän h−íng nμo bÊt lîi nhÊt cho c«ng tr×nh vÒ mÆt æn ®Þnh vμ kÕt cÊu. §iÓm ®Æt cña tæng ¸p lùc qu¸n tÝnh, ®−îc xem nh− n»m ë träng t©m c«ng tr×nh (h×nh 3-10).

II. ¸p lùc n−íc khi ®éng ®Êt

Lùc qu¸n tÝnh ph¸t sinh trong n−íc lμm t¨ng thªm ¸p lùc thuû tÜnh lªn c«ng tr×nh (h×nh 3-8).

§èi víi çc hå chøa cã ®é s©u n−íc tr−íc th−îng l−u H1 < 50m, ¸p suÊt t¨ng thªm nμy cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc:

www.vnco

ld.vn


72

p = 0,9 k γ 1H .y , (3-23)

hoÆc tÝnh theo ph−¬ng ph¸p tû lÖ ®−êng th¼ng :

p = kγy, (3-24)

Trong ®ã : y - ®é s©u tõ mÆt n−íc tíi ®iÓm tÝnh to¸n.

Nh− vËy, tæng ¸p lùc n−íc t¨ng thªm ë th−îng l−u ®Ëp do ®éng ®Êt g©y nªn lμ:

W® = 0,5 k γ 21H (3-25)

F® F®

F®

®FW®

0,42H

H

γΚΗ

y

y

x

1

1

1

H×nh 3-10 : Lùc qu¸n tÝnh vµ ¸p lùc n−íc t¨ng thªm do ®éng ®Êt g©y nªn

III. ¸p lùc ®Êt khi ®éng ®Êt

Khi cã ®éng ®Êt, trong khèi ®Êt còng ph¸t sinh lùc qu¸n tÝnh t¸c dông lªn c«ng tr×nh. §èi víi t−êng ch¾n ®Êt l−ng th¼ng ®øng, ¸p suÊt chñ ®éng '

cdp vμ ¸p suÊt bÞ ®éng p'b® cña ®Êt lóc cã ®éng ®Êt lμ:

p'c® = (1 + 2ktgϕ)pc® ; (3-26)

p'b® = (1 - 2ktgϕ)pb® ; (3-27)

Trong ®ã:

pc® vμ pb® - ¸p suÊt chñ ®éng vμ bÞ ®éng cña ®Êt t¹i ®iÓm tÝnh to¸n khi kh«ng cã ®éng ®Êt;

ϕ - gãc ma s¸t trong cña ®Êt.

www.vnco

ld.vn


73

Ch−¬ng 4

TÝnh to¸n æn ®Þnh vμ ®é bÒn cña c«ng tr×nh

§4.1. Çc ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n

ViÖc tÝnh to¸n æn ®Þnh vμ ®é bÒn cña c«ng tr×nh cã thÓ tiÕn hμnh theo çc ph−¬ng ph¸p sau:

I. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n

§©y lμ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¬ b¶n ®ang ®−îc sö dông réng r·i [3, 8, 9, 15, 16, 19].

1. Nh÷ng luËn ®iÓm c¬ b¶n

NÐt ®Æc thï cña ph−¬ng ph¸p tÝnh theo tr¹ng th¸i giíi h¹n lμ viÖc sö dông mét nhãm çc hÖ sè an toμn mang ®Æc tr−ng thèng kª: hÖ sè tæ hîp t¶i träng nc, hÖ sè ®iÒu kiÖn lμm viÖc m, hÖ sè tin cËy Kn, hÖ sè lÖch t¶i n, hÖ sè an toμn vÒ vËt liÖu KVL. Nhãm çc hÖ sè nμy thay thÕ cho mét hÖ sè an toμn chung K.

a) Çc tr¹ng th¸i giíi h¹n: C«ng tr×nh vμ nÒn cña nã ®−îc gäi lμ ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i giíi h¹n khi chóng mÊt kh¶ n¨ng chèng l¹i çc t¶i träng vμ t¸c ®éng tõ bªn ngoμi, hoÆc khi chóng bÞ h− háng hay biÕn d¹ng qu¸ møc cho phÐp, kh«ng cßn tho¶ m·n ®−îc çc yªu cÇu khai th¸c b×nh th−êng.

Ng−êi ta ph©n biÖt 2 nhãm tr¹ng th¸i giíi h¹n:

Tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt: C«ng tr×nh, kÕt cÊu vμ nÒn cña chóng lμm viÖc trong ®iÒu kiÖn khai th¸c bÊt lîi nhÊt, gåm: çc tÝnh to¸n vÒ ®é bÒn vμ æn ®Þnh chung cña hÖ c«ng tr×nh - nÒn; ®é bÒn thÊm chung cña nÒn vμ c«ng tr×nh ®Êt; ®é bÒn cña çc bé phËn mμ sù h− háng cña chóng sÏ lμm cho viÖc khai th¸c c«ng tr×nh bÞ ngõng trÖ; çc tÝnh to¸n vÒ øng suÊt, chuyÓn vÞ cña kÕt cÊu bé phËn mμ ®é bÒn hoÆc ®é æn ®Þnh c«ng tr×nh chung phô thuéc vμo chóng v.v...

Tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai: C«ng tr×nh, kÕt cÊu vμ nÒn cña chóng lμm viÖc bÊt lîi trong ®iÒu kiÖn khai th¸c b×nh th−êng, gåm: çc tÝnh to¸n ®é bÒn côc bé cña nÒn; çc tÝnh to¸n vÒ h¹n chÕ chuyÓn vÞ vμ biÕn d¹ng, vÒ sù t¹o thμnh hoÆc më réng vÕt nøt vμ mèi nèi thi c«ng; vÒ sù ph¸ ho¹i ®é bÒn thÊm côc bé hoÆc ®é bÒn cña kÕt cÊu bé phËn mμ chóng ch−a ®−îc xem xÐt ë tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt.

b) BiÓu thøc tÝnh to¸n: ViÖc ®¸nh gi¸ sù xuÊt hiÖn çc tr¹ng th¸i giíi h¹n ®−îc thùc hiÖn b»ng çch so s¸nh çc trÞ sè tÝnh to¸n cña øng lùc, øng suÊt, biÕn d¹ng, chuyÓn vÞ, sù më réng khe nøt... víi kh¶ n¨ng chÞu t¶i t−¬ng øng cña c«ng tr×nh, ®é bÒn cña vËt liÖu, trÞ sè cho phÐp cña bÒ réng khe nøt, biÕn d¹ng... Çc trÞ sè nμy ®−îc quy ®Þnh trong çc quy ph¹m.

§iÒu kiÖn ®¶m b¶o æn ®Þnh hay ®é bÒn cña c«ng tr×nh lμ:

www.vnco

ld.vn


74

ncNtt ≤ mR/Kn, (4-1)

Trong ®ã:

Ntt - trÞ sè tÝnh to¸n cña t¶i träng tæng hîp;

R - trÞ sè tÝnh to¸n cña søc chÞu tæng hîp cña c«ng tr×nh hay nÒn. Çc hÖ sè kh¸c nh− ®· gi¶i thÝch ë trªn.

Khi kiÓm tra theo (4-1), ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn kinh tÕ, th−êng yªu cÇu ®¹i l−îng ë vÕ ph¶i kh«ng v−ît qu¸ (10 ÷ 15)% so víi ®¹i l−îng ë vÕ tr¸i øng víi tæ hîp t¶i träng bÊt lîi nhÊt.

2. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ çc ®¹i l−îng vµ hÖ sè

a) T¶i träng tÝnh to¸n:

T¶i träng tÝnh to¸n ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çch lÊy t¶i träng tiªu chuÈn nh©n víi hÖ sè lÖch t¶i n:

Ntt = nNtc, (4-2)

Trong ®ã:

Ntc - t¶i träng tiªu chuÈn;

n - hÖ sè lÖch t¶i, x¸c ®Þnh theo b¶ng (4-1).

B¶ng 4-1: Mét sè gi¸ trÞ cña hÖ sè lÖch t¶i [19]

STT Lo¹i t¶i träng n

1 Träng l−îng b¶n th©n c«ng tr×nh 1,05 (0,95)

2 ¸p lùc th¼ng ®øng cña träng l−îng ®Êt 1,1 (0,9)

3 ¸p lùc ngang cña ®Êt 1,2 (0,8)

4 ¸p lùc bïn çt 1,2

5 ¸p lùc thuû tÜnh, sãng giã, thÊm 1,0

6 T¶i träng nhiÖt, Èm 1,1

7 T¶i träng do ®éng ®Êt 1,1

Ghi chó: trÞ sè n trong ngoÆc ®¬n ®−îc dïng trong tr−êng hîp øng víi nã c«ng tr×nh sÏ ë thÕ bÊt lîi h¬n.

b) §é bÒn tÝnh to¸n cña vËt liÖu c«ng tr×nh hay nÒn

Trong tr−êng hîp chung R ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

R = Rtc/KVL, (4-3)

Trong ®ã:

Rtc - c−êng ®é tiªu chuÈn cña vËt liÖu;

KVL - hÖ sè an toμn vÒ vËt liÖu, xÐt ®Õn kh¶ n¨ng gi¶m nhá ®é bÒn so víi trÞ sè tiªu chuÈn do sù thay ®æi tÝnh chÊt vËt liÖu vμ ¶nh h−ëng cña çc yÕu tè kh¸c (ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm, dung sai, d¹ng cña tr¹ng th¸i øng suÊt v.v...).

www.vnco

ld.vn


75

Khi tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt, víi kÕt cÊu kim lo¹i, KVL = 1,5. Khi tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai, lÊy KVL = 1,0.

§é bÒn tiªu chuÈn cña vËt liÖu ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së xö lý thèng kª sè liÖu thÝ nghiÖm mÉu.

c) HÖ sè tæ hîp t¶i träng: ViÖc tÝnh to¸n kiÓm tra theo (4-1) ®−îc thùc hiÖn víi çc tæ hîp t¶i träng kh¸c nhau. Çc tæ hîp nμy ®−îc x¸c ®Þnh tõ sù ph©n tÝch çc ®iÒu kiÖn c«ng t¸c thùc tÕ cña c«ng tr×nh ë giai ®o¹n x©y dùng, khai th¸c vμ söa ch÷a. Gi¸ trÞ cña hÖ sè tæ hîp t¶i träng nc nh− sau:

- Víi tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n: nc = 1,0;

- Víi tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt: nc = 0,9;

- Víi tæ hîp t¶i träng trong thi c«ng: nc = 0,95.

d) HÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc: HÖ sè nμy xÐt ®Õn tÝnh gÇn ®óng cña s¬ ®å vμ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n, kiÓu c«ng tr×nh, kÕt cÊu hay nÒn, lo¹i vËt liÖu x©y dùng, d¹ng tr¹ng th¸i giíi h¹n vμ çc yÕu tè kh¸c ch−a ®−îc tÝnh ®Õn. TrÞ sè cña hÖ sè ®iÒu kiÖn lμm viÖc m khi tÝnh theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt lÊy theo b¶ng 4-2; cßn theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai th× lÊy m = 1.

B¶ng 4-2: HÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña mét sè c«ng tr×nh thuû lîi [19]

STT Lo¹i c«ng tr×nh vμ nÒn m

1 C«ng tr×nh bªt«ng vμ bª t«ng cèt thÐp trªn nÒn ®Êt, ®¸ nöa cøng 1,00

2 C«ng tr×nh bªt«ng vμ bª t«ng cèt thÐp trªn nÒn ®¸

a Khi mÆt tr−ît ®i qua çc khe nøt trong ®¸ nÒn 1,00

b Khi mÆt tr−ît ®i qua mÆt tiÕp xóc gi÷a bªt«ng vμ ®¸ hoÆc ®i trong ®¸ nÒn cã mét phÇn qua khe nøt, mét phÇn qua ®¸ nguyªn khèi

0,95

3 §Ëp vßm vμ çc c«ng tr×nh ng¨n chèng kh¸c trªn nÒn ®¸ 0,75

4 Çc m¸i dèc tù nhiªn vμ nh©n t¹o 1,00

e) HÖ sè tin cËy Kn: xÐt ®Õn tÇm quan träng (cÊp) cña c«ng tr×nh, çc hËu qu¶ khi x¶y ra tr¹ng th¸i giíi h¹n. Khi tÝnh to¸n çc tr¹ng th¸i giíi h¹n nhãm 1, trÞ sè Kn lÊy nh− sau [19]:

- C«ng tr×nh cÊp I, Kn = 1,25;

- C«ng tr×nh cÊp II, Kn = 1,20;

- C«ng tr×nh cÊp III, IV, V, Kn = 1,15.

Khi tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n nhãm 2, lÊy Kn = 1. Khi tÝnh to¸n æn ®Þnh cña m¸i dèc tù nhiªn, Kn lÊy theo cÊp cña c«ng tr×nh n»m kÒ s¸t nã.

II. Çc ph−¬ng ph¸p kh¸c

Cïng víi ph−¬ng ph¸p tr¹ng th¸i giíi h¹n, khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh thuû lîi, çc kÕt cÊu vμ bé phËn cña chóng, ng−êi ta cßn sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p kh¸c: theo øng suÊt cho phÐp, theo hÖ sè an toμn, theo ®é tin cËy.

www.vnco

ld.vn


76

1. Ph−¬ng ph¸p øng suÊt cho phÐp

Theo ph−¬ng ph¸p nμy, ®iÒu kiÖn bÒn cã d¹ng:

σmax ≤ [σ], (4-4)

Trong ®ã:

σmax - øng suÊt tÝnh to¸n lín nhÊt t¹i mét ®iÓm nμo ®ã trong c«ng tr×nh, x¸c ®Þnh tõ tæ hîp t¶i träng bÊt lîi nhÊt;

[σ] - øng suÊt cho phÐp, lÊy theo tμi liÖu tiªu chuÈn ®èi víi vËt liÖu, lo¹i kÕt cÊu vμ d¹ng cña tr¹ng th¸i øng suÊt (kÐo, nÐn, xo¾n...).

Ph−¬ng ph¸p nμy rÊt tiÖn dông khi thiÕt kÕ çc bé phËn kÕt cÊu cïng kiÓu, sö dông trong çc ®iÒu kiÖn æn ®Þnh cña t¶i träng. Víi mét vμi ®iÓm bæ sung, hiÖn nay ph−¬ng ph¸p nμy vÉn ®−îc ¸p dông khi thiÕt kÕ cöa van, vμ ë giai ®o¹n thiÕt kÕ s¬ bé çc ®Ëp bªt«ng, bªt«ng cèt thÐp.

2. Ph−¬ng ph¸p tÝnh theo hÖ sè an toµn

Ph−¬ng ph¸p nμy th−êng ®−îc øng dông trong tÝnh to¸n æn ®Þnh. Khi ®ã c«ng thøc kiÓm tra lμ:

K = gF

Ft Kcp≥ (4-5)

Trong ®ã:

K - hÖ sè an toμn, lμ tû lÖ gi÷a yÕu tè (lùc hay m«men) gi÷a Fg vμ yÕu tè g©y mÊt æn ®Þnh Ft;

Kcp - hÖ sè an toμn cho phÐp, phô thuéc vμo cÊp c«ng tr×nh vμ tæ hîp t¶i träng, x¸c ®Þnh theo quy ph¹m.

Khi tÝnh theo ph−¬ng ph¸p tr¹ng th¸i giíi h¹n, ®iÒu kiÖn an toμn (4-1) cã thÓ viÕt l¹i thμnh [19]:

c n

tt

R n .KK

N m= ≥ (4-6)

Khi ®ã, cã thÓ coi K lμ hÖ sè an toμn, cßn hÖ sè an toμn cho phÐp lμ:

c ncp

n .KK

m= (4-7)

3. Ph−¬ng ph¸p tÝnh theo ®é tin cËy

a) Con ®−êng ph¸t triÓn cña çc ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c«ng tr×nh

Sù tiÕn triÓn logic cña çc ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu vμ c«ng tr×nh ®· ®−îc tæng kÕt nh− sau. Ban ®Çu chóng ®−îc tÝnh theo çc ph−¬ng ph¸p tÊt ®Þnh (theo øng suÊt cho phÐp vμ hÖ sè an toμn), víi tiÒn ®Ò lμ t¶i träng vμ ®é bÒn tÝnh to¸n ®· ®−îc mÆc ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh lμm viÖc cña c«ng tr×nh. Thùc tÕ th× çc hμm t¶i träng vμ ®é bÒn chÞu t¸c ®éng cña rÊt nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau, vμ biÕn ®æi theo quy luËt ngÉu nhiªn. V×

www.vnco

ld.vn


77

vËy viÖc Ên ®Þnh tr−íc çc gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña chóng trong suèt thêi gian lμm viÖc cña c«ng tr×nh lμ ch−a tho¶ ®¸ng. Bï l¹i, ®Ó t¨ng møc ®é dù tr÷ an toμn, ng−êi ta ph¶i gi¶m bít çc trÞ sè øng suÊt cho phÐp, hay t¨ng hÖ sè an toμn cho phÐp lªn. ViÖc t¨ng hay gi¶m nμy kh«ng tr¸nh khái yÕu tè chñ quan.

Sù chuyÓn sang ph−¬ng ph¸p tr¹ng th¸i giíi h¹n lμ mét b−íc tiÕn trªn con ®−êng c¶i tiÕn çc ph−¬ng ph¸p tÝnh kÕt cÊu vμ c«ng tr×nh. Ph−¬ng ph¸p tr¹ng th¸i giíi h¹n thùc chÊt lμ ph−¬ng ph¸p nöa x¸c suÊt, ë ®©y çc hÖ sè an toμn côc bé (nc, Kn, m, n, KVL) ®−îc x¸c ®Þnh theo con ®−êng x¸c suÊt thèng kª.

B−íc tiÕn tiÕp theo lμ viÖc chuyÓn sang çc ph−¬ng ph¸p x¸c suÊt trong khu«n khæ lý thuyÕt ®é tin cËy. Lý thuyÕt nμy xÐt ®Õn b¶n chÊt thay ®æi th−êng xuyªn cña t¶i träng vμ t¸c ®éng, tÝnh chÊt vËt liÖu, b¶n th©n kÕt cÊu vμ çc ®iÒu kiÖn khai th¸c chóng.

HiÖn nay lý thuyÕt nμy ®· ®−îc ¸p dông t−¬ng ®èi phæ biÕn trong x©y dùng d©n dông, c«ng nghiÖp, giao th«ng... Trong x©y dùng thuû lîi, lý thuyÕt nμy còng ®· b¾t ®Çu ®−îc øng dông vμ ®ang tiÕp tôc ®−îc nghiªn cøu ®Ó hoμn thiÖn quy tr×nh tÝnh to¸n.

b) Néi dung ph−¬ng ph¸p tÝnh theo ®é tin cËy [8]

Ta gäi th«ng sè t¶i träng N lμ mét tæ hîp bÊt kú cña t¶i träng lªn c«ng tr×nh, cßn th«ng sè ®é bÒn R lμ mét ®Æc tr−ng cña kÕt cÊu hay tÝnh chÊt cña vËt liÖu x©y dùng ®¶m b¶o cho kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña c«ng tr×nh. Quan hÖ gi÷a th«ng sè t¶i träng N vμ th«ng sè ®é bÒn R cho phÐp thiÕt lËp bμi to¸n tÝnh ®é tin cËy cña c«ng tr×nh nh− lμ x¸c suÊt p ®¶m b¶o sù lμm viÖc an toμn cña nã:

p(R > N) hay p(R - N > 0). (4-8)

C«ng tr×nh hay kÕt cÊu ®−îc cho lμ tho¶ m·n yªu cÇu vÒ ®é tin cËy nÕu ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn:

p ≥ ptc, (4-9)

Trong ®ã: ptc - x¸c suÊt tin cËy tiªu chuÈn, x¸c ®Þnh theo cÊp c«ng tr×nh vμ lo¹i kÕt cÊu.

X¸c suÊt lμm viÖc an toμn p vμ x¸c suÊt cã sù cè (rñi ro) V cã quan hÖ víi nhau nh− sau:

p = 1 - V (4-10)

Trong ®a sè çc tr−êng hîp, çc hμm t¶i träng vμ ®é bÒn phï hîp víi quy luËt ph©n bè chuÈn cña lý thuyÕt x¸c suÊt ®−îc biÓu thÞ nh− sau:

2

NN

1 1 N Nf(N) .exp . , N

2. 2

⎡ ⎤⎛ ⎞−⎢ ⎥= − −∞ < < ∞⎜ ⎟σ⎢ ⎥σ π ⎝ ⎠⎣ ⎦ (4-11)

2

RR

1 1 R Rf(R) .exp . , R

2. 2

⎡ ⎤⎛ ⎞−⎢ ⎥= − −∞ < < ∞⎜ ⎟σ⎢ ⎥σ π ⎝ ⎠⎣ ⎦ (4-12)

www.vnco

ld.vn


78

Trong ®ã:

N, R - trÞ sè b×nh qu©n sè häc (kú väng to¸n häc) cña t¶i träng vμ ®é bÒn;

σN, σR - kho¶ng lÖch qu©n ph−¬ng cña t¶i träng vμ ®é bÒn.

Ta gäi hμm y = R - N. Trong tr−êng hîp chung, hμm nμy còng cã d¹ng ph©n phèi chuÈn víi trÞ sè b×nh qu©n sè häc:

y R N= − , (4-13)

vμ kho¶ng lÖch qu©n ph−¬ng:

2 2y R Nσ = σ + σ (4-14)

X¸c suÊt lμm viÖc an toμn:

p = p(y > 0) =

2

0yy

1 1 y yexp dy

22

∞⎡ ⎤⎛ ⎞−⎢ ⎥− ⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥σσ π ⎝ ⎠⎣ ⎦

∫ (4-15)

TrÞ sè cña p cã thÓ t×m thÊy ë çc b¶ng tra tÝch ph©n cña hμm ph©n bè chuÈn trong çc s¸ch lý thuyÕt x¸c suÊt, thèng kª x¸c suÊt vμ ®é tin cËy.

Çc néi dung cÇn tiÕp tôc nghiªn cøu lμ t×m çch x¸c ®Þnh ®Æc tr−ng thèng kª N, R , σN, σR còng nh− møc ®é t−¬ng quan cña 2 hμm R vμ N cho tõng lo¹i c«ng tr×nh, lo¹i nÒn vμ tr¹ng th¸i chÞu lùc cña kÕt cÊu.

§4.2. æn ®Þnh cña c«ng tr×nh x©y trªn nÒn ®¸

Çc c«ng tr×nh ®−îc nãi tíi ë ®©y lμ çc lo¹i ®Ëp d©ng n−íc, t−êng ch¾n, cèng b»ng ®¸ x©y, bªt«ng, bªt«ng cèt thÐp ®Æt trªn nÒn ®¸. Khi ®ã çc kh¶ n¨ng mÊt æn ®Þnh toμn khèi cña c«ng tr×nh nh− sau:

- BÞ tr−ît theo mét mÆt nμo ®ã, cã thÓ lμ mÆt tiÕp xóc gi÷a c«ng tr×nh vμ nÒn, mÆt n»m trong nÒn hay trong c«ng tr×nh (t¹i çc vÞ trÝ xung yÕu). MÆt tr−ît ®−îc xÐt lμ mÆt ph¼ng (n»m ngang hoÆc nghiªng);

- BÞ lËt quanh mét trôc n»m ngang (vÝ dô ®i qua ®iÓm ch©n ®Ëp h¹ l−u) khi m«men cña ngo¹i lùc g©y lËt lÊy ®èi víi trôc nμy v−ît qu¸ m«men chèng lËt;

- BÞ ®Èy næi do t¸c dông cña çc lùc h−íng tõ d−íi lªn trªn (¸p lùc thÊm, thuû tÜnh, ®éng ®Êt...).

Khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh d¹ng träng lùc (æn ®Þnh nhê träng l−îng b¶n th©n vμ çc vËt nÆng ®Ì lªn nã), nÕu ta khèng chÕ trong mäi tr−êng hîp, t¹i çc mÐp biªn th−îng h¹ l−u ®Ëp kh«ng xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo, hoÆc cã xuÊt hiÖn nh−ng víi trÞ sè nhá th× nãi chung ®Ëp kh«ng bÞ lËt ®æ. V× vËy viÖc kiÓm tra kh¶ n¨ng lËt thùc tÕ lμ kh«ng cÇn thiÕt. Cßn viÖc kiÓm tra ®Èy næi th−êng chØ tiÕn hμnh ®èi víi çc cèng, ®Ëp cã ng−ìng thÊp.

Sau ®©y tr×nh bμy viÖc tÝnh to¸n æn ®Þnh chèng tr−ît. ViÖc tÝnh to¸n kiÓm tra ®−îc tiÕn hμnh theo c«ng thøc (4-6), (4-7). Tuú theo çch x¸c ®Þnh lùc chèng tr−ît R, cã thÓ ph©n biÖt çc ph−¬ng ph¸p sau:

www.vnco

ld.vn


79

1. Ph−¬ng ph¸p xÐt lùc ma s¸t trªn mÆt ph¸ ho¹i

a) Khi mÆt tr−ît n»m ngang (h×nh 4-1a).

tf.P

KQ

= , (4-16)

Trong ®ã:

P - tæng hîp çc lùc th¼ng ®øng t¸c dông lªn phÇn c«ng tr×nh tÝnh tõ mÆt tr−ît trë lªn (kÓ c¶ ¸p lùc thÊm vμ ®Èy næi nÕu cã);

Q - tæng hîp çc lùc n»m ngang t¸c dông lªn c«ng tr×nh, tÝnh tõ mÆt tr−ît trë lªn;

f - hÖ sè ma s¸t tiÕp xóc t¹i mÆt tr−ît, cã thÓ lμ gi÷a vËt liÖu c«ng tr×nh víi ®¸ nÒn, ®¸ nÒn víi ®¸ nÒn hay gi÷a çc líp vËt liÖu c«ng tr×nh víi nhau.

TrÞ sè cña f cÇn x¸c ®Þnh th«ng qua thÝ nghiÖm vμ xö lý thèng kª chuçi sè liÖu ®o ®¹c ®−îc.

b) Khi mÆt tr−ît n»m nghiªng

Theo ®Æc ®iÓm bè trÝ c«ng tr×nh vμ cÊu t¹o ®Þa chÊt nÒn, cã thÓ xÐt çc mÆt tr−ît nghiªng. Khi ®ã tæng hîp çc lùc g©y tr−ît cÇn ®−îc xÐt theo ph−¬ng song song víi mÆt tr−ît, cßn lùc ma s¸t chèng tr−ît th× g©y ra bëi tæng hîp çc h×nh chiÕu cña çc lùc lªn ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt tr−ît.

Ta gäi: P’ - tæng hîp çc lùc th¼ng ®øng t¸c dông lªn phÇn c«ng tr×nh tÝnh tõ mÆt tr−ît trë lªn, trõ phÇn lùc ®Èy næi do ¸p lùc thÊm vμ ¸p lùc thuû tÜnh t¸c dông lªn mÆt tr−ît (theo ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt nμy);

Q - tæng hîp çc lùc n»m ngang t¸c dông lªn c«ng tr×nh, tÝnh tõ mÆt tr−ît trë lªn.

β - gãc gi÷a ph−¬ng mÆt tr−ît vμ ph−¬ng n»m ngang.

Çc c«ng thøc tÝnh hÖ sè an toμn æn ®Þnh tr−ît nh− sau:

- Khi mÆt tr−ît nghiªng vÒ th−îng l−u (h×nh 4-1b, c):

dnt

P 'cos Qsin WK .f

Q cos P 'sin

β + β −=

β − β; (4-17)

- Khi mÆt tr−ît nghiªng vÒ h¹ l−u:

dnt

P ' cos Qsin WK .f

Q cos P 'sin

β − β −=

β + β; (4-18)

www.vnco

ld.vn


80

Q

P'

W

β

P'

Q

Qcosβ

Qsinβ P'sinβ

P'cosβ

β

Wb) c)a)

®n®n

H×nh 4-1: Çc s¬ ®å tÝnh æn ®Þnh tr−ît trªn nÒn ®¸

Tõ çc c«ng thøc (4-16), (4-17) vμ (4-18) cho thÊy c«ng tr×nh t¨ng thªm æn ®Þnh khi mÆt tr−ît nghiªng vÒ th−îng l−u; ng−îc l¹i c«ng tr×nh bÞ gi¶m æn ®Þnh khi mÆt tr−ît nghiªng vÒ h¹ l−u. V× vËy, gÆp tr−êng hîp nÒn ®¸ cã çc thí n»m ngang, hoÆc nÒn nghiªng vÒ h¹ l−u, cã thÓ ®μo ®Ó t¹o mÆt tr−ît nghiªng vÒ th−îng l−u (h×nh 4-1b), hoÆc ®μo t¹o thμnh h×nh r¨ng c−a nghiªng vÒ th−îng l−u (h×nh 4-1c) ®Ó lμm t¨ng æn ®Þnh cho c«ng tr×nh.

Ph−¬ng ph¸p xÐt lùc ma s¸t trªn mÆt ph¸ ho¹i cho çc c«ng thøc tÝnh to¸n ®¬n gi¶n nh−ng bá qua nhiÒu yÕu tè lμm t¨ng æn ®Þnh cho c«ng tr×nh (nh− lùc dÝnh kÕt trªn mÆt tr−ît) nªn kÕt qu¶ kh«ng ph¶n ¸nh ®óng thùc tÕ, thiªn vÒ an toμn. Ph−¬ng ph¸p nμy th−êng chØ ®−îc dïng trong tÝnh to¸n s¬ bé chän mÆt c¾t ®Ëp, lùa chän ph−¬ng ¸n.

2. Ph−¬ng ph¸p xÐt ®Õn lùc chèng c¾t trªn mÆt ph¸ ho¹i

Ph−¬ng ph¸p nμy xÐt ®Õn thùc tÕ lμ lùc ®Ó chèng tr−ît trªn mét mÆt bÊt kú kh«ng ph¶i chØ cã ma s¸t, mμ cßn cã c¶ lùc dÝnh kÕt trªn mÆt ®ã. Theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm, c−êng ®é chèng c¾t τ ë mçi ®iÓm trªn mÆt tr−ît ®−îc biÓu thÞ b»ng quan hÖ sau:

τ = fσ + C, (4-19)

Trong ®ã:

f vμ C lμ çc ®Æc tr−ng chèng c¾t trªn mÆt ph¸ ho¹i, cã ý nghÜa t−¬ng tù nh− hÖ sè ma s¸t vμ lùc dÝnh ®¬n vÞ;

σ - øng suÊt ph¸p trªn mÆt tÝnh to¸n.

Khi tÝnh æn ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p xÐt lùc chèng c¾t trªn mÆt ph¸ ho¹i, tr−êng hîp mÆt tr−ît n»m ngang, c«ng thøc tÝnh hÖ sè an toμn vÒ tr−ît nh− sau:

tf.P A.C

KQ

+= (4-20)

Trong ®ã: A - diÖn tÝch mÆt tr−ît; çc ký hiÖu kh¸c nh− ®· nªu trªn.

Tr−êng hîp mÆt tr−ît n»m nghiªng còng cã thÓ vËn dông t−¬ng tù nh− çch thiÕt lËp çc c«ng thøc (4-17), (4-18).

www.vnco

ld.vn


81

So víi ph−¬ng ph¸p trªn, ph−¬ng ph¸p nμy ph¶n ¸nh gÇn s¸t víi thùc tÕ lμm viÖc cña c«ng tr×nh h¬n. Çc hÖ sè f vμ C ®−îc x¸c ®Þnh b»ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm mÉu vμ xö lý thèng kª çc sè liÖu thÝ nghiÖm. CÇn chó ý r»ng çc ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm th−êng kh¸c nhiÒu so víi t×nh h×nh lμm viÖc thùc tÕ cña c«ng tr×nh, do ®ã çc trÞ sè f vμ C thu ®−îc tõ thùc nghiÖm th−êng lμ thiªn lín. §Æc biÖt trÞ sè cña C trong thùc tÕ thay ®æi trong mét ph¹m vi réng, phô thuéc vμo tÝnh chÊt nÒn, chÊt l−îng xö lý mÆt tiÕp gi¸p gi÷a c«ng tr×nh vμ nÒn, vμ nhiÒu yÕu tè kh¸c. V× vËy, trÞ sè C trong tÝnh to¸n ph¶i lÊy nhá h¬n trÞ sè thu ®−îc tõ thÝ nghiÖm. VÝ dô theo quy ph¹m Liªn X«, trÞ sè C tÝnh to¸n chØ lÊy kho¶ng 30 ÷ 40% kÕt qu¶ thÝ nghiÖm.

§4.3. æn ®Þnh cña c«ng tr×nh thuû lîi x©y trªn nÒn ®Êt

I. Nh÷ng vÊn ®Ò chung

Çc c«ng tr×nh thuû lîi th«ng th−êng chÞu t¸c dông cña t¶i träng n»m ngang t−¬ng ®èi lín; nÒn c«ng tr×nh th−êng chÞu t¸c dông cña lùc thÊm. Trong thiÕt kÕ ph¶i tÝnh to¸n ®¶m b¶o an toμn æn ®Þnh cña c«ng tr×nh vμ nÒn cña nã d−íi t¸c dông cña çc tæ hîp lùc kh¸c nhau. Trong phÇn nμy xÐt ®Õn vÊn ®Ò æn ®Þnh tr−ît.

1. H×nh d¹ng mÆt tr−ît. ë c«ng tr×nh x©y dùng trªn nÒn ®Êt, chÞu t¸c dông cña t¶i träng ®øng vμ ngang, cã thÓ h×nh thμnh çc d¹ng mÆt tr−ît sau ®©y:

- Tr−ît ph¼ng (h×nh 4-2a) x¶y ra khi ®Êt ë mÆt tiÕp gi¸p gi÷a c«ng tr×nh vμ nÒn bÞ ph¸ ho¹i, cßn ®Êt trong nÒn cßn ë tr¹ng th¸i c©n b»ng bÒn.

- Tr−ît hçn hîp (h×nh 4-2b) mÆt tr−ît bao gåm mét phÇn cña mÆt tiÕp xóc gi÷a c«ng tr×nh vμ nÒn vμ mét phÇn khoÐt s©u vμo nÒn - ë ®ã ®Êt nÒn bÞ ph¸ ho¹i vμ bÞ Ðp tråi lªn.

- Tr−ît s©u (h×nh 4-2c) mÆt tr−ît ¨n s©u vμo nÒn trong ph¹m vi toμn c«ng tr×nh trong ph¹m vi khèi tr−ît, ®Êt nÒn bÞ ph¸ ho¹i vμ bÞ Ðp tråi lªn.

2. Ph¸n ®o¸n kh¶ n¨ng tr−ît

ViÖc tÝnh to¸n tr−ît tæng thÓ c«ng tr×nh vμ nÒn ®−îc tiÕn hμnh theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt. Kh¶ n¨ng h×nh thμnh mÆt tr−ît phô thuéc vμo nhiÒu yÕu tè: øng suÊt t¨ng thªm trong nÒn, c−êng ®é chèng c¾t cña ®Êt vμ tèc ®é tiªu t¸n ¸p lùc n−íc lç rçng trong nÒn khi x©y dùng c«ng tr×nh (gia t¶i).

www.vnco

ld.vn


82

a b

a) QP

ab

b)

R

δ

c

a

c)

b

c

H×nh 4-2: Çc d¹ng mÆt tr−ît khi c«ng tr×nh x©y trªn nÒn ®Êt

a) Tr−ît ph¼ng; b) Tr−ît hçn hîp; c) Tr−ît s©u

Theo Quy ph¹m "NÒn çc c«ng tr×nh thuû c«ng" [15], çc tiªu chuÈn ph¸n ®o¸n kh¶ n¨ng tr−ît nh− sau:

a) Víi nÒn çt, ®Êt hßn lín, ®Êt cã sÐt cøng vµ nöa cøng: chØ cÇn tÝnh theo s¬ ®å tr−ît ph¼ng nÕu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn vÒ chØ sè m« h×nh ho¸:

limmax

I

N NB.σ σσ

= <γ

, (4-21)

Trong ®ã:

Nσ - chØ sè m« h×nh ho¸;

σmax - øng suÊt ph¸p lín nhÊt t¹i ®iÓm gãc cña ®¸y mãng c«ng tr×nh;

B - kÝch th−íc c¹nh (chiÒu réng) ®¸y mãng c«ng tr×nh h×nh ch÷ nhËt song song víi lùc g©y tr−ît (kh«ng tÝnh chiÒu dμi s©n tr−íc nÐo vμo mãng c«ng tr×nh);

γI - träng l−îng riªng cña ®Êt nÒn, khi nÒn n»m d−íi mùc n−íc ngÇm th× cÇn xÐt ®Õn sù ®Èy næi cña n−íc.

limNσ - chuÈn sè kh«ng thø nguyªn, lÊy b»ng 1,0 ®èi víi çt chÆt vμ 3,0 ®èi víi çc lo¹i ®Êt kh¸c.

b) Víi nÒn ®Êt sÐt dÎo, dÎo cøng vµ dÎo mÒm: chØ cÇn xÐt s¬ ®å tr−ît ph¼ng nÕu tho¶ m·n ®ång thêi çc ®iÒu kiÖn (4-21), (4-22), (4-23):

- §iÒu kiÖn vÒ c−êng ®é chèng c¾t cña nÒn:

II I

TB

Ctg tg 0,45ψ = ϕ + ≥

σ; (4-22)

- §iÒu kiÖn vÒ tèc ®é cè kÕt:

www.vnco

ld.vn


83

0 th 0V 2

n 0

K (1 e) tC 4

a h

+= ≥

γ, (4-23)

Trong ®ã:

tgψI - gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña hÖ sè kh¸ng tr−ît;

ϕI - gãc ma s¸t trong cña ®Êt nÒn;

CI - lùc dÝnh ®¬n vÞ cña ®Êt nÒn;

σTB - øng suÊt ph¸p trung b×nh ë ®¸y mãng c«ng tr×nh; 0VC - hÖ sè møc ®é cè kÕt;

Kth - hÖ sè thÊm cña ®Êt nÒn;

e - hÖ sè rçng cña ®Êt ë tr¹ng th¸i tù nhiªn;

t0 - thêi gian thi c«ng c«ng tr×nh;

a - hÖ sè nÐn cña ®Êt nÒn;

γn - träng l−îng riªng cña n−íc;

h0 - chiÒu dμy tÝnh to¸n cña líp cè kÕt.

c. Khi kh«ng tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn quy ®Þnh ë trªn:

- C«ng tr×nh trªn nÒn ®ång nhÊt, trong mäi tr−êng hîp ph¶i tÝnh to¸n æn ®Þnh theo s¬ ®å tr−ît hçn hîp.

- C«ng tr×nh chØ chÞu t¶i träng th¼ng ®øng: tÝnh theo s¬ ®å tr−ît s©u.

- C«ng tr×nh trªn nÒn kh«ng ®ång nhÊt, chÞu t¶i träng th¼ng ®øng vμ n»m ngang: tÝnh theo s¬ ®å tr−ît s©u.

II. TÝnh æn ®Þnh theo s¬ ®å tr−ît ph¼ng

§iÒu kiÖn æn ®Þnh tr−ît ®−îc kiÓm tra theo c«ng thøc (4-6), trong ®ã R vμ Ntt x¸c ®Þnh nh− sau:

1. Khi mÆt tr−ît n»m ngang

- Lùc chèng tr−ît:

R = PtgϕI + m1Eb2 + ACI; (4-24)

- Lùc g©y tr−ît: Ntt = Q (4-25)

Q = T1 + EC1 – T2, (4-26)

Trong ®ã:

P - tæng çc thμnh phÇn th¼ng ®øng cña çc t¶i träng tÝnh to¸n (kÓ c¶ ¸p lùc ng−îc);

Eb2 - gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña ¸p lùc bÞ ®éng cña ®Êt phÝa h¹ l−u;

m1 - hÖ sè ®iÒu kiÖn lμm viÖc xÐt ®Õn quan hÖ gi÷a ¸p lùc bÞ ®éng cña ®Êt víi chuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh. Cã thÓ lÊy m1 = 0,7;

A - diÖn tÝch mÆt tr−ît (n»m ngang).

www.vnco

ld.vn


84

T1, T2 - tæng gi¸ trÞ tÝnh to¸n çc thμnh phÇn n»m ngang cña çc lùc chñ ®éng tõ phÝa th−îng, h¹ l−u c«ng tr×nh, trõ ¸p lùc chñ ®éng cña ®Êt;

EC1 - gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña ¸p lùc chñ ®éng cña ®Êt tõ phÝa th−îng l−u;

Çc ®¹i l−îng kh¸c nh− ®· gi¶i thÝch ë trªn.

a b

PT

E TE

1

2

b2c1

H×nh 4-3: S¬ ®å tÝnh to¸n tr−ît ph¼ng

2. Khi mÆt tr−ît n»m nghiªng

Tr−êng hîp mÆt tr−ît nghiªng vÒ th−îng l−u:

- Lùc chèng tr−ît:

R = ( 'P cosβ + Qsinβ - W®n)tgϕI + m1Eb2cosβ + 'A CI; (4-27)

- Lùc g©y tr−ît:

Ntt = Qcosβ - 'P sinβ, (4-28)

Trong ®ã:

'P - tæng çc thμnh phÇn th¼ng ®øng cña çc t¶i träng tÝnh to¸n, kh«ng kÓ ¸p lùc n−íc ®Èy ng−îc;

W®n - tæng ¸p lùc ®Èy ng−îc lªn mÆt tr−ît (bao gåm ¸p lùc thÊm vμ thuû tÜnh).

β - gãc gi÷a ph−¬ng mÆt tr−ît vμ ph−¬ng n»m ngang;

A' - diÖn tÝch mÆt tr−ît (n»m nghiªng);

Çc ký hiÖu kh¸c nh− ®· nªu trªn.

Tr−êng hîp mÆt tr−ît nghiªng vÒ h¹ l−u còng ®−îc tÝnh theo çch t−¬ng tù.

III. TÝnh æn ®Þnh theo s¬ ®å tr−ît hçn hîp

S¬ ®å mÆt tr−ît nh− trªn h×nh (4-4). Tr−êng hîp nμy chiÒu réng mãng ®−îc chia thμnh 2 phÇn: phÇn cã chiÒu réng B1 thuéc ph¹m vi tr−ît s©u; phÇn cã chiÒu réng B2 thuéc ph¹m vi tr−ît ph¼ng. C«ng thøc kiÓm tra æn ®Þnh vÉn theo (4-6), trong ®ã:

1. Lùc g©y tr−ît: Ntt = Q;

2. Lùc chèng tr−ît:

R = (σTBtgϕI + CI)B2L + τghB1L, (4-29)

Trong ®ã: τgh - øng suÊt tiÕp giíi h¹n t¹i phÇn tr−ît Ðp tråi;

www.vnco

ld.vn


85

L - chiÒu dμi ®¸y mãng ch÷ nhËt (th¼ng gãc víi lùc g©y tr−ît), khi xÐt

cho bμi to¸n ph¼ng th× lÊy L = 1;

σTB - øng suÊt ®¸y mãng trung b×nh trong ph¹m vi B2.

B (B ) B (B )

B(B )** *22 1 1

a b

c d

ef

H×nh 4-4: S¬ ®å tÝnh to¸n tr−ît hçn hîp

Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh τgh ®−îc tr×nh bμy trong [15].

Gi¸ trÞ B1 ph¶i ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¸ trÞ TBP

BLσ = trªn çc ®å thÞ trong h×nh 4-5.

Khi lùc ph¸p tuyÕn P lÖch t©m vÒ phÝa h¹ l−u th× çc gi¸ trÞ B, B1, B2 trong c«ng thøc

(4-29) ph¶i lÊy b»ng B*, B1*, B2*, trong ®ã B* = B - 2ep; B1* = 1B *

BB

; ep - ®é lÖch t©m

vÒ h¹ l−u cña lùc P. §é lÖch t©m vÒ phÝa th−îng l−u kh«ng xÐt ®Õn trong tÝnh to¸n.

σσ

kp

1

0

a)

B /B1

σσ

0

1

B /B1

p

b)

σ

H×nh 4-5: Çc ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu réng B1 a) §Êt cã tgψI > 0,45; b) §Êt cã tgψI ≤ 0,45

Trªn h×nh (4-5): σk = limI pN .B. ;σ γ σ - øng suÊt ph¸p trung b×nh t¹i ®¸y mãng c«ng

tr×nh mμ t¹i ®ã x¶y ra sù ph¸ ho¹i nÒn chØ do t¶i träng th¼ng ®øng, x¸c ®Þnh theo [15].

IV. TÝnh æn ®Þnh theo s¬ ®å tr−ît s©u

Tuú theo cÊu t¹o ®Þa chÊt nÒn, mÆt tr−ît s©u cã thÓ cã h×nh d¹ng bÊt kú. Trong tÝnh to¸n, ®Ó ®¬n gi¶n th−êng gi¶ thiÕt mÆt tr−ît xÊp xØ theo mét ®−êng cong cã h×nh d¹ng x¸c ®Þnh.

Khi ®Êt nÒn ®ång chÊt cã thÓ tÝnh theo ph−¬ng ph¸p nªu trong [15].

www.vnco

ld.vn


86

Víi mäi lo¹i nÒn, cã thÓ ¸p dông ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng cña M.M.Grisin ®Ó tÝnh to¸n. Theo ph−¬ng ph¸p nμy, xem mÆt tr−ît (trong bμi to¸n ph¼ng) lμ mét cung trßn ®i qua ®iÓm ®Çu cña ®¸y mãng c«ng tr×nh; xem c«ng tr×nh lμ mét khèi kh«ng biÕn d¹ng g¾n chÆt vμo nÒn vμ kiÓm tra hÖ sè an toμn chèng tr−ît cho toμn khèi c«ng tr×nh + nÒn. HÖ sè an toμn æn ®Þnh cho phÐp ®−îc x¸c ®Þnh theo (4-7).

1. Tr−êng hîp nÒn ®ång chÊt (h×nh 4-6)

P

Q

QP

x

x

PN

TB

GW

D NQ

T

1

2

2

1

1

1

1

1

1

0

α α

β R

r

y 0

O

th

i

H×nh 4-6: S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh tr−ît s©u khi nÒn ®ång chÊt

Çc lùc t¸c dông bao gåm:

- Hîp lùc P cña çc lùc th¼ng ®øng (träng l−îng c«ng tr×nh, s©n sau, n−íc trªn c«ng tr×nh...), cã tay ®ßn ®Õn ®iÓm ®Çu cung tr−ît (®iÓm I) lμ x0.

- Hîp lùc Q cña çc lùc n»m ngang, cã tay ®ßn ®Õn ®iÓm I lμ y0.

- Träng l−îng ®Êt n»m trong cung tr−ît, tÝnh theo dung träng ®Èy næi.

0

2dn 0

.G sin .cos .R

180

⎛ ⎞π α= γ − α α⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠; (4-30)

- ¸p lùc thÊm trong phÇn cung tr−ît - ¸p lùc nμy lμ hîp cña çc lùc thÊm ph©n tè t¸c dông t¹i tõng « cña l−íi thÊm; cã thÓ tÝnh gÇn ®óng:

Wth = ∑γnJiΩi; (4-31)

Trong ®ã:

γn - träng l−îng riªng cña n−íc;

Ji - gradien thÊm t¹i « l−íi thø i;

Ωi - diÖn tÝch « l−íi thø i.

Hîp lùc Wth cã çnh tay ®ßn ®Õn O lμ r.

www.vnco

ld.vn


87

Ta dêi song song hÖ lùc (P, Q) ®Õn vÞ trÝ míi (P1, Q1) cã Q1 ®i qua ®iÓm I, khi ®ã hÖ

lùc míi cã c¸c c−êng ®é P1 = P; Q1 = Q; ®iÓm ®Æt cña P1 x¸c ®Þnh bëi tay ®ßn ®Õn ®iÓm

lμ: 1 0 0Q

x x yP

= + .

TiÕp theo, tr−ît lùc P1 däc theo gi¸ cña nã cho ®Õn khi c¾t cung tr−ît t¹i B; ph©n tÝch lùc P1 ra 2 thμnh phÇn:

- Thμnh phÇn theo h−íng ph¸p tuyÕn víi cung tr−ît: N1 = Pcosβ;

- Thμnh phÇn theo h−íng tiÕp tuyÕn víi cung tr−ît: T1 = Psinβ.

T−¬ng tù, tr−ît lùc Q1 däc theo gi¸ cña nã cho ®Õn khi c¾t cung tr−ît (phÝa cuèi) t¹i D; ph©n tÝch lùc Q1 ra hai thμnh phÇn:

- Thμnh phÇn theo h−íng ph¸p tuyÕn víi cung tr−ît: N2 = Qsinα;

- Thμnh phÇn theo h−íng tiÕp tuyÕn víi cung tr−ît: T2 = Qcosα

XÐt tr−êng hîp c©n b»ng giíi h¹n, lùc t¸c dông lªn cung tr−ît gåm cã:

- C¸c lùc ma s¸t do lùc theo h−íng ph¸p tuyÕn sinh ra:

S1 = N1tgϕ = Pcosβtgϕ;

S2 = N2tgϕ = Qsinαtgϕ;

S3 = σtgϕ; ϕ - gãc ma s¸t trong cña ®Êt nÒn.

- Lùc dÝnh däc theo cung tr−ît: C = 2αRc,

Trong ®ã: 2αR - chiÒu dμi cung tr−ît;

c - lùc dÝnh ®¬n vÞ.

HÖ sè an toμn æn ®Þnh ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

ctat

gt

MK

M= , (4-32)

Trong ®ã:

Mct - m«men chèng tr−ît:

Mct = S1R + S2R + S3R + 2αRcR;

Mgt - m«men g©y tr−ît:

Mgt = T1R + T2R + Wthr

Thay vμo (4-32) ®−îc:

atth

(P cos Qsin G)tg 2 RcK

Q cos Psin W .r / R

β + α + ϕ + α=

α + β + (4-33)

2. Tr−êng hîp nÒn kh«ng ®ång chÊt (h×nh 4-7)

www.vnco

ld.vn


88

α α

β

P

Q

i

D

R

1Q

b

i

iS

γ ,ϕ ,c1 1 1

γ ,ϕ ,c 222

γ ,ϕ ,c 333

O

i

H×nh 4-7: S¬ ®å tÝnh to¸n æn ®Þnh chèng tr−ît khi nÒn kh«ng ®ång chÊt.

NÕu cung tr−ît ®i qua nhiÒu líp ®Êt cã çc chØ tiªu c¬ lý kh¸c nhau (γj, ϕj, Cj) th× ph¶i chia khèi tr−ît thμnh nhiÒu d¶i th¼ng ®øng cã chiÒu réng b b»ng nhau vμ xÐt c©n b»ng gi÷a tæng sè çc m«men chèng tr−ît vμ ®Èy tr−ît cña çc d¶i ®Êt ®ã do lùc th¼ng ®øng truyÒn xuèng ®¸y d¶i lμ:

Pi = Pin + Pi

®

Trong ®ã:

Pin- t¶i träng th¼ng ®øng do phÇn ¸p lùc ngoμi t¸c dông trªn mÆt ®Ønh d¶i, cã thÓ

lμ do ¸p lùc ®¸y mãng hay träng l−îng s©n sau g©y ra;

Pi® - träng l−îng d¶i ®Êt:

Pi®= b(γ1Z1 + γ2Z2 + ...)i,

Víi γ1, γ2... t−¬ng øng lμ träng l−îng riªng cña phÇn ®Êt cã chiÒu dμy Z1, Z2,... trong ph¹m vi d¶i ®ang xÐt.

Pi còng ®−îc ph©n tÝch ra çc thμnh phÇn theo h−íng ph¸p tuyÕn vμ tiÕp tuyÕn víi cung tr−ît:

- H−íng ph¸p tuyÕn: Ni = Picosβi;

- H−íng tiÕp tuyÕn: Ti = Pisinβi;

Trong ®ã: βi - gãc ®Þnh vÞ cña d¶i, xem h×nh 4-7.

Tæng lùc ngang Q còng ®−îc dêi xuèng mÆt nÒn, tr−ît vÒ ®iÓm cuèi cung tr−ît vμ ph©n tÝch ra hai thμnh phÇn theo h−íng ph¸p tuyÕn vμ tiÕp tuyÕn víi cung tr−ît nh− ®· lμm víi tr−êng hîp trªn.

HÖ sè an toμn chèng tr−ît tÝnh theo (4-32) sÏ lμ:

i i i i i 1at

i i

P cos tg c S Qsin tgK

P sin Q cos

Σ β ϕ + Σ + α ϕ=

Σ β + α (4-34)

Trong ®ã:

www.vnco

ld.vn


89

ϕi, Ci - gãc ma s¸t trong vμ lùc dÝnh ®¬n vÞ cña líp ®Êt d−íi ®¸y d¶i thø i;

Si - chiÒu dμi ®¸y d¶i thø i.

HÖ sè an toμn cho phÐp ®−îc x¸c ®Þnh theo (4-7).

§4.4. æn ®Þnh cña ®Ëp ®Êt

§Ëp ®Êt lμ c«ng tr×nh ch¾n n−íc cã mÆt c¾t h×nh thang, m¸i dèc t−¬ng ®èi tho¶i, träng l−îng ®Ëp lín, khã cã thÓ bÞ n−íc ®Èy tr−ît theo ph−¬ng ngang. Sù mÊt æn ®Þnh vÒ tr−ît cña ®Ëp chØ cã thÓ lμ tr−ît m¸i hoÆc m¸i cïng víi mét phÇn cña nÒn.

Trong tÝnh to¸n cÇn xÐt ®Õn çc tr−êng hîp sau:

1. §Ëp trong thêi kú thi c«ng, vμ khi võa ®¾p xong.

2. Khi hå ®· chøa n−íc víi çc mùc n−íc th−îng h¹ l−u kh¸c nhau.

3. Khi mùc n−íc trong hå rót nhanh.

Çc s¬ ®å vμ c«ng thøc tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bμy ë §6.5.

www.vnco

ld.vn


90

Ch−¬ng 5

Mét sè vÊn ®Ò thuû lùc cña c«ng tr×nh th¸o n−íc

§5.1. Th¸o n−íc qua c«ng tr×nh thuû lîi

N−íc ®−îc th¸o qua c«ng tr×nh thuû lîi trong nhiÒu tr−êng hîp kh¸c nhau.

ë çc côm c«ng tr×nh ®Çu mèi thuû lîi, ph¶i x©y dùng c«ng tr×nh th¸o n−íc ®Ó x¶ n−íc thõa trong mïa lò, ®¶m b¶o an toμn cho toμn bé ®Çu mèi; ®Ó th¸o c¹n hå chøa khi cÇn thiÕt, x¶ bïn çt hay th¸o n−íc th−êng xuyªn xuèng h¹ l−u. Cã thÓ cã nh÷ng c«ng tr×nh th¸o n−íc thùc hiÖn nh÷ng chøc n¨ng kh¸c nhau nh− th¸o lò vμ th¸o n−íc th−êng xuyªn; th¸o lò khai th¸c kÕt hîp dÉn dßng thi c«ng v.v...

C«ng tr×nh th¸o n−íc còng ®−îc ¸p dông trªn hÖ thèng kªnh khi x¶ n−íc thõa ra khái kªnh, hay th¸o lò s−ên dèc c¾t qua tuyÕn kªnh.

Mét trong nh÷ng yÕu tè quyÕt ®Þnh l−u tèc dßng ch¶y trªn c«ng tr×nh th¸o n−íc lμ cét n−íc c«ng t¸c cña nã tøc chªnh lÖch mùc n−íc th−îng h¹ l−u (Zct) khi c«ng tr×nh th¸o n−íc lμm viÖc. Theo trÞ sè cña Zct, cã thÓ ph©n thμnh c«ng tr×nh th¸o n−íc cã cét n−íc thÊp (Zct < 10m), cét n−íc trung b×nh (Zct = 10 ÷ 20m) vμ cét n−íc cao (Zct > 20m).

ë c«ng tr×nh th¸o n−íc cã cét n−íc thÊp, l−u tèc dßng n−íc trªn ®ã kh«ng lín, Ýt xuÊt hiÖn çc hiÖn t−îng thuû lùc phøc t¹p nh− sãng xung kÝch, hμm khÝ, khÝ thùc... Ng−îc l¹i, ë çc c«ng tr×nh th¸o n−íc cã cét n−íc trung b×nh vμ cao, l−u tèc dßng ch¶y trªn ®ã lín (cã thÓ ®¹t tíi 35 ÷ 40m/s hoÆc h¬n n÷a), dßng ch¶y rÊt "nh¹y c¶m" víi nh÷ng thay ®æi ë ®−êng biªn c«ng tr×nh; çc hiÖn t−îng thuû lùc nh− sãng xiªn, hμm khÝ, khÝ thùc, m¹ch ®éng... cã thÓ diÔn ra m·nh liÖt, ¶nh h−ëng ®Õn sù lμm viÖc an toμn cña c«ng tr×nh. V× vËy trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ, chóng cÇn ®−îc xem xÐt, ®¸nh gi¸ ®óng møc vμ ®Ò ra çc biÖn ph¸p xö lý khi cÇn thiÕt.

Trong ch−¬ng nμy tr×nh bμy mét sè vÊn ®Ò thuû lùc cña c«ng tr×nh th¸o n−íc khi dßng ch¶y trªn ®ã cã l−u tèc cao. Çc vÊn ®Ò vÒ kh¶ n¨ng th¸o n−íc, nèi tiÕp vμ tiªu n¨ng sau çc c«ng tr×nh th¸o sÏ ®−îc tr×nh bμy cô thÓ trong çc ch−¬ng t−¬ng øng.

www.vnco

ld.vn


91

§5.2. M¹ch ®éng cña dßng ch¶y trªn C«ng tr×nh th¸o n−íc

I. Kh¸i niÖm

M¹ch ®éng lμ sù dao ®éng cña gi¸ trÞ çc th«ng sè ch¶y (l−u tèc, ¸p lùc, ®é s©u...) xung quanh gi¸ trÞ trung b×nh thêi gian.

Cã thÓ biÓu diÔn gi¸ trÞ tøc thêi cña çc th«ng sè ch¶y qua trÞ sè trung b×nh thêi gian vμ gi¸ trÞ m¹ch ®éng cña chóng. VÝ dô:

- L−u tèc: u = u + u', (5-1)

- ¸p suÊt: p = p + p', (5-2)

Trong ®ã:

u, p - trÞ sè tøc thêi cña l−u tèc, ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®ang xÐt trong dßng ch¶y;

u , p - trÞ sè trung b×nh thêi gian cña u, p;

u', p' - m¹ch ®éng cña l−u tèc, ¸p suÊt;

TrÞ sè cña u', p' cã thÓ lμ d−¬ng, ©m hoÆc b»ng kh«ng.

II. Nguyªn nh©n

Sù h×nh thμnh m¹ch ®éng cã liªn quan ®Õn çc biªn cña dßng ch¶y: sù thay ®æi mùc n−íc th−îng, h¹ l−u, t¸c ®éng cña sãng, giã trong hå chøa, ¶nh h−ëng cña ®é nh¸m lßng dÉn... Cã rÊt nhiÒu yÕu tè cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn dßng ch¶y trªn c«ng tr×nh th¸o n−íc. Vμ sù tæ hîp cña çc yÕu tè nμy lμ cã tÝnh ngÉu nhiªn. KÕt qu¶ lμ çc th«ng sè cña dßng ch¶y còng sÏ biÕn ®æi mét çch ngÉu nhiªn. Tuy vËy, sù biÕn ®æi ®ã vÉn tu©n theo nh÷ng quy luËt nhÊt ®Þnh mμ viÖc nghiªn cøu lý thuyÕt vμ thùc nghiÖm ®· dÇn lμm s¸ng tá.

III. ¶nh h−ëng

M¹ch ®éng ¶nh h−ëng ®Õn dßng ch¶y vμ c«ng tr×nh trªn nhiÒu mÆt. Çc ¶nh h−ëng quan träng nhÊt lμ:

1. Thay ®æi t¶i träng lªn bÒ mÆt c«ng tr×nh

Trªn h×nh 5.1 m« t¶ diÔn biÕn theo thêi gian cña ¸p suÊt lªn ®¸y lßng dÉn. Thμnh lßng dÉn còng chÞu sù thay ®æi cña ¸p suÊt kiÓu t−¬ng tù. KÕt qu¶ lμ ¸p lùc lªn bÒ mÆt c«ng tr×nh lu«n lu«n thay ®æi. §iÒu nμy cã ¶nh h−ëng ®Õn æn ®Þnh vμ ®é bÒn cña kÕt cÊu.

- Khi ®¸y lßng dÉn (dèc n−íc, bÓ tiªu n¨ng, s©n sau) lμ çc tÊm lμm viÖc ®éc lËp th× sù h¹ thÊp ®ét ngét ¸p lùc thuû ®éng lªn ®ã cã thÓ lμm cho tÊm bÞ mÊt æn ®Þnh do ®Èy næi. Ng−îc l¹i, khi ¸p lùc ®ét ngét gia t¨ng cã thÓ lμm cho tÊm bÞ nøt vì do øng suÊt kÐo t¹i mét sè ®iÓm v−ît qu¸ giíi h¹n.

- Khi thμnh lßng dÉn lμ çc t−êng lμm viÖc ®éc lËp (kh«ng nèi liÒn víi b¶n ®¸y) th× sù h¹ thÊp ®ét ngét ¸p lùc thuû ®éng lªn t−êng cã thÓ lμm cho nã bÞ mÊt c©n b»ng

www.vnco

ld.vn


92

vμ bÞ ®Èy tr−ît vÒ phÝa tr−íc; øng suÊt trong t−êng còng cã nh÷ng thay ®æi theo h−íng bÊt lîi.

- §èi víi çc èng cã ¸p, sù thay ®æi ¸p lùc n−íc lªn thμnh èng theo c¶ hai h−íng (t¨ng hay gi¶m) ®Òu dÉn ®Õn bÊt lîi: ¸p lùc t¨ng sÏ lμm t¨ng øng suÊt kÐo trong thμnh èng; ¸p lùc gi¶m cã thÓ lμm ph¸t sinh ch©n kh«ng g©y bÑp èng...

0,15

0,15

-202

05

-5

210

-1-2-3-4

m c

ét n−í

ccm

cét

n−í

c

a)

b)

c)

H×nh 5-1: M¹ch ®éng ¸p lùc cã trong dßng ch¶y rèi (®o trong m¸ng thÝ nghiÖm).

a) VÞ trÝ sau n−íc nh¶y, trªn trôc ®¸y m¸ng; b) ë phÇn gi÷a n−íc nh¶y, tr−íc hè tiªu n¨ng; c) Trong èng x¶ cña turbin çnh quay.

2. G©y rung ®éng

Sù thay ®æi t¶i träng sÏ dÉn ®Õn hÖ qu¶ lμ g©y rung ®éng c«ng tr×nh. Sù rung ®éng m¹nh cã thÓ dÔ dμng nhËn ra ë çc kÕt cÊu m¶nh nh− çc tÊm ch¾n, tÊm l¸t. Vμ nÕu kÕt cÊu cã tÇn sè dao ®éng tù do xÊp xØ b»ng tÇn sè dao ®éng c−ìng bøc do m¹ch ®éng g©y ra th× cã thÓ ph¸t sinh céng h−ëng lμm ®æ vì c«ng tr×nh.

Rung ®éng m¹nh còng ¶nh h−ëng ®Õn ®é bÒn cña çc khíp nèi. §iÒu nμy cÇn l−u ý ®èi víi çc c«ng tr×nh ch«n s©u d−íi ®Êt nh− ®−êng hÇm, cèng ngÇm.

3. Lµm thay ®æi mùc n−íc

Sù gia t¨ng mùc n−íc trong lßng dÉn cã thÓ dÉn ®Õn trμn bê çc c«ng tr×nh th¸o n−íc kiÓu hë, ¶nh h−ëng ®Õn an toμn c«ng tr×nh.

4. ¶nh h−ëng ®Õn sù khÝ ho¸ dßng ch¶y

T¹i çc thêi ®iÓm mμ m¹ch ®éng ¸p suÊt cã "®Ønh ©m" th× cã thÓ sinh ra ch©n kh«ng, lμm cho dßng ch¶y bÞ khÝ ho¸, cã thÓ dÉn ®Õn khÝ thùc lμm h− háng thμnh lßng dÉn (xem §5-4).

www.vnco

ld.vn


93

5. ¶nh h−ëng ®Õn sù xãi lßng dÉn

ë ®o¹n lßng dÉn sau n−íc nh¶y, l−u tèc ®¸y cã trÞ sè lín. GÆp çc "®Ønh d−¬ng" cña m¹ch ®éng l−u tèc, trÞ sè l−u tèc tøc thêi cña dßng ch¶y cã thÓ v−ît qu¸ l−u tèc khëi ®éng cña vËt liÖu ®¸y vμ m¸i lßng dÉn. HiÖn t−îng xãi h¹ l−u x¶y ra rÊt phæ biÕn ë çc ®−êng trμn, çc cèng t−íi, tiªu ®Çu mèi vμ trªn hÖ thèng (h×nh 5-2).

H×nh 5-2: Xãi ë h¹ l−u cèng vïng triÒu (cèng NhÊt §çi - Nam §Þnh)

IV. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n

Do m¹ch ®éng mang ®Æc tr−ng cña hμm ngÉu nhiªn, ®Ó x¸c ®Þnh nã cÇn biÕt çc th«ng sè quan träng nh− trÞ sè tiªu chuÈn (σ), biªn ®é cùc ®¹i (A) vμ tÇn sè (f).

1. TrÞ sè tiªu chuÈn m¹ch ®éng

§©y lμ trÞ sè qu©n ph−¬ng cña çc gi¸ trÞ tøc thêi cña m¹ch ®éng. Ch¼ng h¹n, víi m¹ch ®éng ¸p suÊt:

σp = n

2i

1

(p ' ) / n∑ , (5-3)

Trong ®ã:

n - sè lÇn ®o;

p'i - trÞ sè m¹ch ®éng ¸p suÊt ë lÇn ®o thø i.

ViÖc x¸c ®Þnh çc trÞ sè p'i ®−îc thùc hiÖn nhê m¸y tù ghi cã ®−êng èng truyÒn ¸p nèi víi ®iÓm cÇn ®o. Çc kÕt qu¶ ®o ®−îc xö lý trªn m¸y vi tÝnh.

Gi¸ trÞ tiªu chuÈn m¹ch ®éng ¸p suÊt cña mét sè lo¹i c«ng tr×nh ®−îc tr×nh bμy trªn h×nh 5-3.

www.vnco

ld.vn


94

2. Biªn ®é m¹ch ®éng lμ ®é chªnh lín nhÊt gi÷a trÞ sè cùc ®¹i (hay cùc tiÓu) so víi trÞ sè tiªu chuÈn cña ®¹i l−îng m¹ch ®éng ®ang xÐt. V× m¹ch ®éng mang ®Æc tÝnh cña ®¹i l−îng ngÉu nhiªn nªn trÞ sè cña biªn ®é (A) l¹i phô thuéc vμo tÇn sè xuÊt hiÖn (p) cña nã trong mét quan hÖ gäi lμ phæ m¹ch ®éng.

Trong tÝnh to¸n th«ng th−êng lÊy:

A = 3σ, (5-4)

2σ p 2

654321

0 1 2 3 x/Lna)

Pnp0

x

yu1

h

0.8h

0.6h

12

3

4

ρ.u 10

p

2σ pρ.u1

2 2(p -p) p

u12

0,240,20

0,160,12

0,080,04

1,4

1,61,82,0

2,22,4

2,60,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,55,0 x/h

b)

H×nh 5-3: TrÞ sè tiªu chuÈn m¹ch ®éng ¸p suÊt

a) ë ®¸y lßng dÉn khi cã n−íc nh¶y hoµn chØnh: x - kho¶ng c¸ch tõ mÆt c¾t ®o ®Õn vÞ trÝ ®Çu n−íc nh¶y; Ln: ChiÒu dµi n−íc nh¶y; ρ: Khèi l−îng riªng cña n−íc; u : L−u tèc trung b×nh mÆt c¾t ®Çu n−íc nh¶y. b) ¸p suÊt b×nh qu©n p (o) khi më van víi a = 0,8h (1) vµ tiªu chuÈn m¹ch ®éng ¸p suÊt σp trªn trÇn cèng x¶, khi ®é më a/h = 0,8 (2); 0,5 (3) vµ 0,2 (4); pn ¸p suÊt tr−íc cöa van.

Trong ®ã: A - biªn ®é m¹ch ®éng;

σ - tiªu chuÈn m¹ch ®éng.

Trong nh÷ng tr−êng hîp yªu cÇu ®é an toμn cao h¬n, cã thÓ lÊy: A = 4σ.

C¸c cùc trÞ cña ®¹i l−îng X ®ang xÐt sÏ lμ:

Xmax, min = X � Ax , (5-5)

Trong ®ã: X - gi¸ trÞ trung b×nh thêi gian cña X;

Ax - biªn ®é m¹ch ®éng cña ®¹i l−îng X.

3. TÇn sè m¹ch ®éng

www.vnco

ld.vn


95

§èi víi dao ®éng ®iÒu hoμ th× tÇn sè f cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi, cßn ®èi víi m¹ch ®éng th× f chØ lμ gi¸ trÞ t−¬ng ®èi.

Dßng ch¶y qua c«ng tr×nh cã hai lo¹i m¹ch ®éng: m¹ch ®éng lín vμ m¹ch ®éng nhá (xem h×nh 5-1). M¹ch ®éng nhá th× tÇn sè xuÊt hiÖn cao; m¹ch ®éng lín th× tÇn sè xuÊt hiÖn thÊp.

TÇn sè m¹ch ®éng cã ý nghÜa lín khi xÐt rung ®éng cña c«ng tr×nh. Ch¼ng h¹n, dßng ch¶y qua ®Ëp trμn cã tÇn sè m¹ch ®éng b×nh qu©n f = (20 ÷ 30)Hz, cao h¬n nhiÒu so víi tÇn sè dao ®éng riªng cña ®Ëp nªn kh«ng thÓ g©y ra céng h−ëng. §èi víi çc bé phËn c«ng tr×nh cã kÕt cÊu thanh m¶nh th× tÇn sè dao ®éng riªng (f0) sÏ lín, khi ®ã cÇn quan t©m ®Õn kh¶ n¨ng céng h−ëng. Tuy nhiªn, ®iÒu nμy th−êng rÊt Ýt x¶y ra víi çc bé phËn cña c«ng tr×nh th¸o n−íc.

§5.3. Hμm khÝ vμ tho¸t khÝ

I. Kh¸i niÖm

Hμm khÝ lμ sù l«i cuèn çc bät khÝ vμo dßng ch¶y, vμ kÕt qu¶ lμ h×nh thμnh chuyÓn ®éng cña hçn hîp n−íc - khÝ.

Hμm khÝ cã thÓ ph¸t triÓn tõ bÒ mÆt dßng ch¶y do sù l«i cuèn çc bät khÝ vμo qua mÆt tho¸ng. Hμm khÝ còng cã thÓ xuÊt hiÖn tõ trong dßng ch¶y do sù gi¶i phãng çc khÝ hoμ tan trong n−íc khi cßn ë hå chøa.

Hμm khÝ th−êng b¾t ®Çu xuÊt hiÖn khi dßng ch¶y cã l−u tèc lín. Qu¸ tr×nh x©m nhËp cña çc bät khÝ vμo dßng n−íc th«ng qua mÆt tho¸ng gäi lμ tù hμm khÝ. Còng cã tr−êng hîp kh«ng khÝ bÞ hót vμo dßng n−íc kh«ng ph¶i tõ mÆt tho¸ng mμ tõ çc xo¸y h×nh thμnh khi ®−êng biªn c«ng tr×nh cã thay ®æi ®ét ngét. Ngoμi ra, cã thÓ lμm çc thiÕt bÞ ®Ó phun khÝ trùc tiÕp vμo dßng n−íc. Tr−êng hîp nμy gäi lμ tiÕp khÝ.

Khi dßng hμm khÝ ®i vμo ®o¹n cã l−u tèc gi¶m, çc bät khÝ sÏ dÇn tho¸t ra khái dßng n−íc vμ næi lªn trªn mÆt, ®ã lμ hiÖn t−îng tho¸t khÝ.

II. Çc th«ng sè ®Æc tr−ng

Ng−êi ta sö dông çc th«ng sè ®Æc tr−ng cho l−îng chøa kh«ng khÝ hoÆc n−íc trong mét thÓ tÝch chÊt láng ë mét thêi ®iÓm ®· cho, hay trong giíi h¹n cña mét líp x¸c ®Þnh cña chÊt láng.

1. HÖ sè chøa khÝ lμ tû sè thÓ tÝch kh«ng khÝ dW so víi thÓ tÝch cña hçn hîp n−íc - khÝ dWc trong mét thÓ tÝch ph©n tè:

c n

dW dWS ,

dW dW dW= =

+ (5-6)

Trong ®ã dWn lμ thÓ tÝch n−íc trong thÓ tÝch ph©n tè ®ang xÐt.

2. HÖ sè chøa n−íc lμ tû sè gi÷a thÓ tÝch n−íc dWn vμ thÓ tÝch hçn hîp n−íc - khÝ dWc trong thÓ tÝch ph©n tè ®ang xÐt:

www.vnco

ld.vn


96

nn

c

dWS

dW= (5-7)

Tõ (5-6) vμ (5-7) ta cã: S + Sn = 1 (5-8)

Khi S = 0 th× Sn = 1, trong thÓ tÝch ph©n tè chØ cã n−íc.

Khi S = 1 th× Sn = 0, trong thÓ tÝch ph©n tè chØ cã kh«ng khÝ.

3. Tû lÖ hµm khÝ lμ tû sè gi÷a thÓ tÝch kh«ng khÝ dW vμ thÓ tÝch n−íc dWn trong mét thÓ tÝch ph©n tè:

kn

dW

dWβ = (5-9)

Çc ®¹i l−îng S, Sn, βk ®Æc tr−ng cho dßng ch¶y t¹i mét ®iÓm nμo ®ã - chóng lμ nh÷ng ®Æc tr−ng côc bé. Çc ®Æc tr−ng tÝch ph©n cña dßng ch¶y hμm khÝ t¹i mét mÆt c¾t ®· cho trªn toμn chiÒu s©u cña nã hay trong giíi h¹n cña mét líp x¸c ®Þnh chÝnh lμ çc hÖ sè trung b×nh n kS, S , β . VÝ dô hÖ sè chøa khÝ trung b×nh trªn mÆt c¾t cña dßng ch¶y ph¼ng lμ:

( )h

0n

W 1S S y dy

W W h= =

+ ∫ (5-10)

BiÓu thøc kβ còng cã d¹ng t−¬ng tù.

Quan hÖ gi÷a çc th«ng sè ®Æc tr−ng cña dßng hμm khÝ nh− sau:

( ) ( ).S1S;

1SS;1SS k

k

k

nn

−=β

β+β

==+

III. ¶nh h−ëng cña sù hµm khÝ ®Õn c«ng tr×nh

Cã nh÷ng ¶nh h−ëng bÊt lîi, vμ còng cã ¶nh h−ëng cã lîi. Cô thÓ nh− sau:

1. Sù hμm khÝ lμm t¨ng thÓ tÝch hçn hîp n−íc - khÝ, dÉn ®Õn lμm t¨ng chiÒu s©u dßng ch¶y kh«ng ¸p, vμ ng−êi thiÕt kÕ ph¶i tÝnh tr−íc ®é gia t¨ng nμy ®Ó chän chiÒu cao thμnh lßng dÉn kh«ng ¸p cho phï hîp. Cßn víi çc lßng dÉn cã ¸p th× ph¶i t¨ng diÖn tÝch mÆt c¾t ®−êng dÉn.

2. Sù hμm khÝ çc tia dßng phãng xuèng h¹ l−u sÏ lμm gi¶m tÇm phãng cña tia vμ t¹o ra çc ®¸m m©y bôi n−íc lμm ¶nh h−ëng ®Õn ®iÒu kiÖn vËn hμnh çc thiÕt bÞ c¬ ®iÖn (do t¨ng ®é Èm), vμ g©y bÊt lîi cho æn ®Þnh cña çc m¸i bê dèc nèi tiÕp víi c«ng tr×nh.

3. ViÖc gia t¨ng hμm l−îng khÝ trong n−íc cã t¸c dông h¹n chÕ kh¶ n¨ng x©m thùc lßng dÉn (khÝ thùc - xem §5.4).

4. Dßng n−íc cã hμm khÝ tõ çc tia phãng xa Ýt cã kh¶ n¨ng g©y xãi h¹ l−u h¬n lμ dßng n−íc kh«ng hμm khÝ.

www.vnco

ld.vn


97

5. Sù tho¸t khÝ ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn ®iÒu kiÖn lμm viÖc cña ®−êng th¸o n−íc kÝn. Bät khÝ tho¸t ra sÏ tô l¹i dÇn thμnh bäc khÝ trªn trÇn ®−êng th¸o, lμm gi¶m mÆt c¾t −ít cña dßng ch¶y, sinh ra hiÖn t−îng n−íc va, vμ hiÖn t−ëng næ c¸c bäc khÝ khi chóng tho¸t ra khái ®−êng dÉn.

IV. TÝnh to¸n hµm khÝ

1. Tiªu chuÈn b¾t ®Çu hµm khÝ

Ngoμi c¸c tr−êng hîp tiÕp khÝ, dßng ch¶y tù nhiªn trong lßng dÉn hë sÏ b¾t ®Çu hμm khÝ khi l−u tèc cña nã v−ît qu¸ mét trÞ sè nhÊt ®Þnh gäi lμ l−u tèc giíi h¹n hμm khÝ Vgh.

Theo nghiªn cøu cña V«inhitr - Xian«jenxki, giíi h¹n hμm khÝ x¸c ®Þnh nh− sau [10]:

Vgh = 20,8 R (1 + i2)0,25(1 - λ )-1 , (5-11)

Trong ®ã:

i - ®é dèc ®¸y;

R - b¸n kÝnh thuû lùc;

λ - hÖ sè søc c¶n thuû lùc.

2. TÝnh to¸n chiÒu s©u cña dßng ch¶y kh«ng ¸p cã hµm khÝ

ChiÒu s©u dßng ch¶y cã hμm khÝ phô thuéc vμo tû lÖ hμm khÝ βk.

TrÞ sè trung b×nh cña βk phô thuéc vμo ®Æc tr−ng ®éng häc cña dßng ch¶y (V hoÆc Fr).

- Theo tμi liÖu thÝ nghiÖm cña Straup vμ Anderson:

rk 0,12 F 25β = − , (5-12)

Trong ®ã: β k lμ trÞ sè trung b×nh cña βk.

- Theo c«ng thøc kinh nghiÖm ®−îc tr×nh bμy trong quy ph¹m thiÕt kÕ trμn x¶ lò cña Trung Quèc SDJ 341 - 89:

kβ = V/100 , (5-13)

Trong ®ã: V - l−u tèc trung b×nh mÆt c¾t.

Khi lßng dÉn lμ ch÷ nhËt ta cã:

hhk = (1 + kβ )h (5-14)

ë ®©y: hhk - ®é s©u dßng cã hμm khÝ;

h - ®é s©u dßng kh«ng cã hμm khÝ.

§5.4. KhÝ ho¸ vμ khÝ thùc

I. Kh¸i niÖm

1. KhÝ ho¸

www.vnco

ld.vn


98

KhÝ ho¸ lμ hiÖn t−îng ph¸t sinh trong chÊt láng khi ¸p lùc trong ®ã h¹ ®Õn mét giíi h¹n mμ øng víi nã chÊt láng bÞ mÊt ®i tÝnh toμn khèi. Sù b¾t ®Çu cña khÝ ho¸ ®−îc ®Æc tr−ng bëi viÖc xuÊt hiÖn c¸c bät li ti chøa ®Çy khÝ vμ h¬i cña chÊt láng ®ang xÐt. Khi khÝ ho¸ tiÕp tôc ph¸t triÓn, c¸c bät h¬i h×nh thμnh tËp trung trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh gäi lμ ®uèc khÝ (h×nh 5-4) víi chiÒu dμi ®Æc tr−ng L®.

Zm

Ld

a)

d Ld

b)

H×nh 5-4: Sù h×nh thµnh ®uèc khÝ a) Khi ch¶y bao quanh bËc låi; b) Khi ch¶y bao quanh h×nh trô

Nh− vËy ®iÒu kiÖn ®Ó cã khÝ ho¸ trong chÊt láng lμ:

p ≤ ppg , (5-15)

Trong ®ã:

p - ¸p suÊt tuyÖt ®èi t¹i ®iÓm xÐt;

ppg - trÞ sè ¸p suÊt tuyÖt ®èi giíi h¹n mμ øng víi nã, chÊt láng b¾t ®Çu ho¸ khÝ.

TrÞ sè cña ppg phô thuéc vμo lo¹i chÊt láng vμ nhiÖt ®é m«i tr−êng. §èi víi c«ng tr×nh thuû lîi, chÊt láng ®−îc xÐt lμ n−íc.

NÕu dïng ®¹i l−îng cét n−íc ®o ¸p ®Ó biÓu thÞ ¸p suÊt trong chÊt láng, tøc H = p/γ, trong ®ã γ lμ träng l−îng riªng cña n−íc, th× c«ng thøc (5-15) sÏ lμ:

H ≤ Hpg , (5-16)

ë ®©y: H - cét n−íc ®o ¸p toμn phÇn t¹i ®iÓm xÐt;

Hpg - cét n−íc ®o ¸p ph©n giíi.

TrÞ sè cña Hpg theo nhiÖt ®é m«i tr−êng nh− ë b¶ng 5-1.

B¶ng 5-1: TrÞ sè Hpg cña n−íc

NhiÖt ®é (0C) 5 10 15 20 25 30 40

Hpg (m) 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,44 0,75

2. HÖ sè khÝ ho¸

Trong tÝnh to¸n thùc tÕ, viÖc sö dông c«ng thøc (5-15) hay (5-16) ®Ó x¸c ®Þnh hiÖn tr¹ng khÝ ho¸ trong dßng ch¶y cã gÆp khã kh¨n do trÞ sè cña p hay H mang tÝnh côc bé vμ tøc thêi, thay ®æi theo tõng vÞ trÝ ®iÓm xÐt vμ theo trÞ sè ¸p suÊt m¹ch ®éng trong dßng ch¶y.

www.vnco

ld.vn


99

§Ó tiÖn h¬n ta sö dông mét ®¹i l−îng kh¸c gäi lμ hÖ sè khÝ ho¸, nã ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau:

§T pg2§T

H HK

V / 2g

−= , (5-17)

Trong ®ã:

K - hÖ sè khÝ ho¸, ®Æc tr−ng cho vËt ch¶y bao;

H§T - cét n−íc ®o ¸p toμn phÇn ®Æc tr−ng cña dßng ch¶y t¹i vÞ trÝ gÇn vËt ch¶y bao;

V§T - l−u tèc trung b×nh thêi gian ®Æc tr−ng cña dßng ch¶y t¹i vÞ trÝ gÇn vËt ch¶y bao;

g - gia tèc träng tr−êng.

Sö dông kh¸i niÖm hÖ sè khÝ ho¸, ®iÒu kiÖn khÝ ho¸ t¹i mét vËt ch¶y bao sÏ lμ:

K ≤ Kpg , (5-18)

Trong ®ã: Kpg lμ hÖ sè khÝ ho¸ ph©n giíi ®Æc tr−ng cho vËt ch¶y bao; Kpg chÝnh lμ trÞ sè cña K trong tr−êng hîp bät khÝ b¾t ®Çu h×nh thμnh (®−îc ghi nhËn b»ng m¾t th−êng, hay çc thiÕt bÞ ®o).

3. Giai ®o¹n khÝ ho¸

§Ó ®¸nh gi¸ møc ®é ph¸t triÓn cña khÝ ho¸ dßng ch¶y, ng−êi ta sö dông mét ®¹i l−îng gäi lμ hÖ sè giai ®o¹n khÝ ho¸:

kpg

K

Kθ = (5-19)

NÕu (0,7 ÷ 0,8) < θk ≤ 1 : giai ®o¹n b¾t ®Çu khÝ ho¸.

(0,1 ÷ 0,2) < θk ≤ (0,7 ÷ 0,8) : giai ®o¹n khÝ ho¸ m¹nh.

θk ≤ (0,1 ÷ 0,2) : giai ®o¹n siªu khÝ ho¸.

Giai ®o¹n khÝ ho¸ cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn kh¶ n¨ng x©m thùc vËt liÖu (h×nh 5-7)

4. KhÝ thùc

Khi khÝ ho¸ ®ñ m¹nh vμ duy tr× mét thêi gian nhÊt ®Þnh th× sÏ dÉn ®Õn lμm bong trãc vËt liÖu, ph¸ huû thμnh r¾n. §ã lμ hiÖn t−îng khÝ thùc.

NhiÒu thÝ nghiÖm trong phßng vμ quan s¸t thùc tÕ cho thÊy trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh, khÝ thùc cã kh¶ n¨ng ph¸ ho¹i c¶ nh÷ng vËt liÖu kh¸ bÒn nh− bª t«ng m¸c cao, s¾t, thÐp, líp bäc b»ng chÊt dÎo...

Cã nhiÒu gi¶ thiÕt kh¸c nhau vÒ c¬ chÕ ph¸ ho¹i vËt liÖu do khÝ thùc, nh− çc gi¶ thiÕt vÒ t¸c ®éng c¬ häc, ®iÖn, ®iÖn - ho¸ häc, nhiÖt... §èi víi vËt liÖu gißn, tÝnh dÉn ®iÖn vμ ho¹t tÝnh ho¸ häc yÕu nh−ng chÞu nhiÖt tèt nh− bªt«ng th× t¸c ®éng c¬ häc ®ãng vai trß chñ ®¹o.

Trªn h×nh (5-5) cho thÊy h×nh ¶nh khÝ thùc trªn mÆt cña ®Ëp trμn träng lùc Bratxcaia (Liªn X«). Trªn h×nh (5-6) ghi nhËn khÝ thùc ë mÆt bªn cña çc mè tiªu n¨ng vμ mè ph©n dßng.

www.vnco

ld.vn


100

111.0

-2.0-4.0

-2.5

101.0

H×nh 5-5: KhÝ thùc trªn mÆt trµn cña ®Ëp bª t«ng träng lùc Bratxcaia. a) C¸c phÇn bÞ x©m thùc cña mÆt trµn; b) H×nh ¶nh hè x©m thùc.

H×nh 5-6: KhÝ thùc ë c¸c mè tiªu n¨ng (a) vµ mè ph©n dßng (b).

4 3 2 1

1O

Víi V3 > V2

Víi V2 > V1

øng víi V1

i

β β0

H×nh 5-7: BiÓu ®å m« t¶ ¶nh h−ëng cña giai ®o¹n khÝ ho¸ (θk) vµ l−u tèc dßng ch¶y (V) ®Õn c−êng ®é khÝ thùc.1 - ChÕ ®é kh«ng cã khÝ ho¸; 2 - Giai ®o¹n b¾t ®Çu khÝ ho¸; 3 - Giai ®o¹n

khÝ ho¸ m¹nh; 4 - Giai ®o¹n siªu khÝ ho¸

ë ViÖt Nam còng ®· ghi nhËn nh÷ng h− háng c«ng tr×nh do khÝ thùc nh− ë mÆt ®−êng trμn Nam Th¹ch H·n (1983), mè ph©n dßng cña trμn Th¸c Bμ (n¨m 1990), cöa vμo cèng lÊy n−íc d−íi ®Ëp Nói Cèc (n¨m 1984).

www.vnco

ld.vn


101

II. BiÖn ph¸p phßng vµ chèng khÝ thùc trªn çc bé phËn cña c«ng tr×nh th¸o n−íc.

Nh− trªn ®· cho thÊy khÝ thùc cã thÓ lμm h− háng çc bé phËn kh¸c nhau cña c«ng tr×nh th¸o n−íc, nhiÒu tr−êng hîp dÉn ®Õn sù cè nghiªm träng. V× vËy trong thiÕt kÕ, x©y dùng, còng nh− qu¶n lý khai th¸c c«ng tr×nh th¸o n−íc cÇn ph¶i ¸p dông çc biÖn ph¸p phßng chèng khÝ thùc. Mét sè biÖn ph¸p c¬ b¶n nhÊt nh− sau:

1. Kh«ng cho ph¸t sinh khÝ ho¸, hoÆc chØ giíi h¹n khÝ ho¸ dßng ch¶y ë giai ®o¹n ®Çu

Çc bé phËn c«ng tr×nh cã ®−êng biªn d¹ng ch¶y bao kh«ng thuËn lμ nh÷ng n¬i dÔ dμng sinh khÝ ho¸ vμ dÉn ®Õn khÝ thùc. KhÝ ho¸ th−êng x¶y ra ë çc cöa vμo cña c«ng tr×nh th¸o n−íc cã ¸p, çc ®Çu trô pin, çc khe van vμ buång cöa van, çc mè tiªu n¨ng, mè ph©n dßng vμ buång cöa van, çc gå ghÒ côc bé trªn bÒ mÆt c«ng tr×nh th¸o n−íc (mÆt trμn, dèc n−íc, thμnh èng...). V× vËy khi thiÕt kÕ çc bé phËn nμy, cÇn ph¶i chän ®−êng viÒn ®ñ ®Ó ®¶m b¶o kh«ng sinh khÝ ho¸, hoÆc nÕu cã th× còng chØ h¹n chÕ ë giai ®o¹n ®Çu.

a) §iÒu kiÖn kh«ng sinh khÝ ho¸:

K > Kpg , (5-20)

b) §iÒu kiÖn chØ giíi h¹n khÝ ho¸ ë giai ®o¹n ®Çu:

K > Kpgx , (5-21)

Trong ®ã:

K - hÖ sè khÝ ho¸ thùc t¹i cña dßng ch¶y gÇn vËt ch¶y bao ®ang xÐt, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-17), trong ®ã trÞ sè cña H§T vμ V§T ®−îc quy ®Þnh cho tõng vËt ch¶y bao (xem çc tμi liÖu chuyªn m«n).

Kpg - ®Æc tr−ng cho tõng vËt ch¶y bao, ®−îc tr×nh bμy trong çc tμi liÖu chuyªn m«n [10],...

Kpgx - hÖ sè khÝ ho¸ giíi h¹n b¾t ®Çu x©m thùc, th−êng lÊy:

Kpgx = 0,85Kpg , (5-22)

2. Lùa chän vËt liÖu theo ®é bÒn khÝ thùc

Trong nhiÒu tr−êng hîp, viÖc thiÕt kÕ ®−êng bao c«ng tr×nh theo (5-20) sÏ dÉn ®Õn lμm t¨ng kÝch th−íc c«ng tr×nh qu¸ nhiÒu, kh«ng ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn kinh tÕ. Khi ®ã cã thÓ chÊp nhËn khÝ ho¸, nh−ng ph¶i lùa chän lo¹i vËt liÖu cã ®é bÒn khÝ thùc cao ®Ó bè trÝ t¹i çc vÞ trÝ cã khÝ ho¸ dßng ch¶y vμ khu vùc l©n cËn. Çc vËt liÖu ®−îc chän th−êng lμ bª t«ng m¸c cao, thÐp, chÊt dÎo, cao su... Tuy nhiªn, ®èi víi çc líp bäc thÐp, chÊt dÎo, cao su trªn mÆt bª t«ng th× khã kh¨n nhÊt lμ viÖc xö lý mèi nèi gi÷a phÇn cã bäc vμ kh«ng bäc; th−êng th× çc mèi nèi nμy l¹i lμ nguån sinh khÝ ho¸ ®Ó ph¸ ho¹i phÇn bÒ mÆt bª t«ng kh«ng bäc kÕ liÒn nã.

www.vnco

ld.vn


102

Kh¶ n¨ng chÊp nhËn khÝ ho¸ mμ kh«ng sinh khÝ thùc ®−îc ®¶m b¶o víi ®iÒu kiÖn sau:

Vy < Vng; (5-23)

hoÆc: V < Vcp , (5-24)

Trong ®ã:

Vy - l−u tèc côc bé cña dßng ch¶y t¹i vÞ trÝ kiÓm tra (th−êng x¸c ®Þnh theo lý thuyÕt líp biªn);

Vng - l−u tèc ng−ìng x©m thùc, phô thuéc vμo lo¹i vËt liÖu, th−êng x¸c ®Þnh b»ng thÝ nghiÖm;

V - l−u tèc b×nh qu©n t¹i mÆt c¾t kiÓm tra;

Vcp - l−u tèc cho phÐp kh«ng x©m thùc, phô thuéc vμo lo¹i vËt liÖu vμ vËt ch¶y bao.

ViÖc kiÓm tra theo (5-23) th−êng gÆp khã kh¨n trong viÖc x¸c ®Þnh Vy. V× vËy, tiÖn lîi h¬n lμ ¸p dông c«ng thøc (5-24), trong ®ã cÇn x¸c ®Þnh trÞ sè cña Vcp theo chØ dÉn ë çc sæ tay tÝnh to¸n thñy lùc.

3. DÉn kh«ng khÝ vµo miÒn h¹ ¸p

Çc thÝ nghiÖm còng nh− quan tr¾c thùc tÕ ®· x¸c nhËn r»ng khi dÉn kh«ng khÝ vμo miÒn h¹ ¸p trong dßng ch¶y th× trÞ sè l−u tèc ng−ìng x©m thùc cña vËt liÖu t¨ng lªn (h×nh 5-8), x©m thùc gi¶m h¼n hoÆc triÖt tiªu hoμn toμn.

V× vËy gi¶i ph¸p bè trÝ çc ®−êng èng dÉn kh«ng khÝ vμo nh÷ng vÞ trÝ dù kiÕn cã kh¶ n¨ng bÞ khÝ thùc lμ cho hiÖu qu¶ râ rÖt vμ ®· ®−îc ¸p dông nhiÒu. Th−êng bè trÝ tiÕp khÝ cho çc bé phËn cña buång van, bÒ mÆt ®Ëp trμn, dèc n−íc, çc mè tiªu n¨ng. Mét s¬ ®å tiÕp khÝ trªn mÆt dèc n−íc ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 5-9.

40

30

20

10

10 15 20 25 30 35V(m/s)

R (MPa)

S = 02 %

4%

S = 8%, 6 %

b

ng

H×nh 5-8: Quan hÖ l−u tèc ng−ìng víi m¸c bª t«ng (Rb) vµ hÖ sè hµm khÝ trong

n−íc (S) ®èi víi vËt ch¶y bao h×nh trô (tµi liÖu thÝ nghiÖm cña VNIIG [10]).

4. DÉn n−íc vµo miÒn h¹ ¸p

ViÖc dÉn n−íc vμo vïng ®¹t ch©n kh«ng lín nhÊt ë çc mè tiªu n¨ng cã t¸c dông gi¶m trÞ sè Kpg cña mè vμ ng¨n ngõa kh¶ n¨ng khÝ thùc.

www.vnco

ld.vn


103

l

l

A

A

i = Δz/l

Δz

L

LT

®

Δz

Th«ng khÝ kiÓuhë

A - A

z

Δz

kÝnTh«ng khÝ kiÓu

a) b)

r

d

d

H×nh 5-9: S¬ ®å thiÕt bÞ tiÕp khÝ trªn mÆt dèc n−íc a) D¹ng mÆt nghiªng ë ®¸y vµ thµnh bªn; b) D¹ng mÆt nghiªng vµ bËc thôt ë ®¸y.

VÝ dô vÒ gi¶i ph¸p lo¹i nμy nh− trªn h×nh (5-10). N−íc tõ vïng ¸p lùc d−¬ng ë mÆt tr−íc ®−îc dÉn qua hÖ thèng cöa th«ng víi vïng ch©n kh«ng ë çc mÆt bªn. Tû lÖ tèi −u cña ®−êng kÝnh cöa vμo vμ cöa ra cña çc èng th«ng lμ dR/dV = 0,6.

5. ¸p dông kÕt cÊu "phi khÝ thùc"

Nh− trªn ®· cho thÊy, giai ®o¹n khÝ ho¸ cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn kh¶ n¨ng x©m thùc (h×nh 5-7). Víi giai ®o¹n siªu khÝ ho¸, dßng ch¶y cã kh¶ n¨ng x©m thùc rÊt nhá. ë giai ®o¹n nμy, ®uèc khÝ h×nh thμnh sau vËt ch¶y bao ®−îc më réng trªn mét ph¹m vi lín cña dßng ch¶y vμ kh«ng cã giíi h¹n râ rμng, biªn cña nã kh«ng khÐp l¹i ë gÇn thμnh r¾n nªn sù næ vì bät khÝ kh«ng ®ñ tËp trung ®Ó lμm mái vμ ph¸ huû vËt liÖu.

d

d

v

R

H×nh 5-10: S¬ ®å mè tiªu n¨ng cã çc èng th«ng n−íc tõ mÆt tr−íc ra mÆt bªn

(trÞ sè Kpg gi¶m tõ 2,1 xuèng 0,7 ÷ 0,8).

Dùa vμo tÝnh chÊt nμy, ng−êi ta ®· ®Ò xuÊt sö dông çc kÕt cÊu "phi khÝ thùc", tøc nh÷ng kÕt cÊu mμ khi dßng ch¶y bao quanh nã sÏ ph¸t sinh khÝ ho¸ ë giai ®o¹n cuèi, vμ ®Æc biÖt lμ çc ®uèc khÝ kh«ng khÐp l¹i ë gÇn thμnh r¾n nªn kh¶ n¨ng x©m thùc rÊt Ýt x¶y ra. KÕt cÊu lo¹i nμy ®−îc ®Ò nghÞ ¸p dông ®èi víi çc mè tiªu n¨ng, ph©n dßng vμ buång van; ë ®©y ng−êi ta t¹o ra çc bËc thôt vμ mòi hÊt ®Ó h−íng phÇn ®uèc khÝ vμo trong lßng dßng ch¶y, tr¸nh xa çc thμnh cña lßng dÉn.

Lo¹i kÕt cÊu nμy ch−a ®−îc sö dông nhiÒu, vμ nãi chung khi thiÕt kÕ ph¶i th«ng qua thÝ nghiÖm ®Ó kiÓm tra hiÖu qu¶ cña chóng.

www.vnco

ld.vn


104

6. N©ng cao chÊt l−îng thi c«ng

Khi thi c«ng bÒ mÆt qua n−íc cña c«ng tr×nh th¸o n−íc, nhÊt lμ nh÷ng bé phËn tiÕp xóc víi dßng ch¶y cã l−u tèc lín, cÇn ®Æc biÖt chó ý chÊt l−îng bÒ mÆt c«ng tr×nh, kh«ng cho phÐp rç mÆt, vμ khèng chÕ çc gå ghÒ côc bé (nh− chç nèi cèt pha, çc ®inh, chèt hay hßn cèt liÖu lín...) trong ph¹m vi cho phÐp.

§5.5. Sù h×nh thμnh sãng trªn c«ng tr×nh th¸o n−íc

Sãng h×nh thμnh trªn ®−êng th¸o n−íc do nhiÒu nguyªn nh©n, chñ yÕu lμ tõ phÝa thμnh lßng dÉn, tõ phÝa biªn th−îng l−u. Th−êng ph©n biÖt hai lo¹i chÝnh: sãng dõng vμ sãng ch¹y.

I. Sãng dõng

Lo¹i nμy th−êng quan s¸t thÊy ë nh÷ng vÞ trÝ mμ ®−êng biªn lßng dÉn cã sù thay ®æi râ rÖt (thu hÑp, më réng, ®æi hø¬ng...). Khi dßng ch¶y ë tr¹ng th¸i xiÕt , sãng xuÊt hiÖn ë d¹ng çc ®−êng nhiÔu lμm biÕn d¹ng mÆt n−íc vμ lμm thay ®æi çc ®Æc tr−ng thuû lùc cña dßng ch¶y. Çc sãng nhiÔu lan truyÒn trong dßng ch¶y cã thÓ giao thoa víi nhau, hoÆc ph¶n x¹ víi thμnh bê, lμm d©ng cao mùc n−íc vμ g©y ra lùc xung kÝch va ®Ëp vμo thμnh bê (h×nh 5-11).

1. Sù h×nh thµnh çc lo¹i sãng nhiÔu (sãng xiªn)

Ta xÐt chuyÓn ®éng cña mét dßng xiÕt däc theo t−êng cã thay ®æi h−íng. Trong tr−êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt, khi t−êng bÎ ngoÆt mét gãc nhá Δθ t¹i ®iÓm A, t¹o nªn mét sãng cã chiÒu cao nhá ë d¹ng ®−êng nhiÔu (h×nh 5-12a, b). Sau kho¶ng thêi gian t, mét phÇn tö chÊt láng dÞch chuyÓn tõ ®iÓm nguån nhiÔu (®iÓm A) däc theo t−êng ®−îc mét kho¶ng lμ Ct tÝnh tõ t−êng, cßn ®−êng nhiÔu lËp víi t−êng mét gãc α gäi lμ gãc sãng. TrÞ sè α ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

α = arcsin (1/ Fr ) (5-25)

Víi tr−êng hîp trªn h×nh 5-12a, Δθ lμ d−¬ng vμ sau ®−êng nhiÔu, mùc n−íc d©ng cao mét ®o¹n ξ, cßn tr−êng hîp trªn h×nh 5-12b th× mùc n−íc h¹ thÊp.

H×nh 5-11: Sù lan truyÒn sãng nhiÔu bÒ mÆt trong kªnh th¸o

www.vnco

ld.vn


105

Δθ

α

a

a

A

a - a

ξ

α

a - a

A

ξ

a

a

-Δθ a - a Δh=Σξa

a

1 23

4

5

a - a Δh=Σξ

a

a

1 2

1

34

5

α

α

®

c

a - a

a a

Δh=Σξ

+θ

α

a - a Δh=Σξ

a

a

α

α

®

c −θ

5 1

5

a) b) c)

d) e) g)

H×nh 5-12: Sù h×nh thµnh sãng nhiÔu a, b) Sãng cã chiÒu cao nhá; c, d) Sãng tho¶i; e) Sãng dèc (n−íc nh¶y xiªn)

khi thu hÑp ®ét ngét; g) Sãng tho¶i khi më réng ®ét ngét.

ViÖc uèn cong ®−êng biªn cã thÓ xÐt nh− lμ sù bÎ ngoÆt liªn tiÕp çc ®o¹n t−êng th¼ng (h×nh 5-12c, d). ë ®Ønh gãc 1, 2, 3, 4, 5, sù thay ®æi h−íng ch¶y kÐo theo viÖc t¹o ra çc ®−êng nhiÔu mμ cμng xa t−êng, chóng cμng gÇn sÝt vμo nhau khi ngoÆt vμo trong (c) hay t¸ch xa khái nhau khi ngoÆt ra ngoμi (d). KÕt qu¶ lμ lμm d©ng cao hay h¹ thÊp mÆt tù do cña dßng ch¶y ë d¹ng sãng tho¶i.

Gi¶ sö chiÒu dμi çc ®o¹n 1 - 2, 2 - 3, 3 - 4, 4 - 5 gi¶m ®i, çc ®iÓm 1 - 5 tiÕn gÇn tíi nhau vμ tíi giíi h¹n lμ chËp vμo mét ®iÓm, nghÜa lμ sù rÏ tõ 1-5 ®−îc thay b»ng mét lÇn rÏ gÊp t¹i ®iÓm A víi θ. Khi rÏ ngoÆt vμo trong, çc sãng nhiÔu sÏ xÕp chång lªn nhau, t¹o thμnh mét tuyÕn sãng ë d¹ng sãng xiªn víi sù d©ng cao ®ét ngét mùc n−íc lªn mét ®o¹n Δh (h×nh 5-12c).

Khi t−êng bÎ ngoÆt ra ngoμi, sù kÐo dån çc ®iÓm 1-5 vμo mét kh«ng lμm cho çc ®−êng nhiÔu chång lªn nhau, vμ do ®ã t¹o nªn sãng xiªn tho¶i më réng ®−îc giíi h¹n bëi çc gãc sãng α® vμ αc víi viÖc h¹ tõ tõ mùc n−íc xuèng mét ®o¹n Δh (h×nh 5-12g).

Nh− vËy cã thÓ ph©n biÖt çc d¹ng sãng sau:

- Sãng xiªn tho¶i - khi t−êng rÏ ngoÆt ra khái dßng ch¶y (h×nh 5-12d), hay t−êng rÏ tõ tõ vμo trong dßng ch¶y (h×nh 5-12c).

- Sãng xiªn dèc - khi ®−êng rÏ gÊp vμo trong dßng ch¶y (h×nh 5-12e). Dßng ch¶y qua tuyÕn sãng khi ®ã cã chiÒu s©u thay ®æi gÊp. Tr−êng hîp gãc ngoÆt θ lín, ®é s©u sÏ chuyÓn qua trÞ sè ph©n giíi (hpg) vμ h×nh thμnh nªn n−íc nh¶y xiªn.

www.vnco

ld.vn


106

- Çc sãng xiªn tho¶i ®−îc gäi lμ sãng ®¬n nÕu ®−êng nhiÔu t¹o sãng lμ nh÷ng ®−êng th¼ng. NÕu çc ®−êng nhiÔu nμy c¾t nhau ë mét ®iÓm (h×nh 5-12g) th× sãng ®−îc gäi lμ sãng ®¬n trung t©m. Cã thÓ tån t¹i d¹ng sãng trung t©m më réng hay thu hÑp.

CÇn l−u ý r»ng khi t−êng rÏ ngoÆt ra khái dßng ch¶y th× cã thÓ t¹o thμnh vïng ch¶y t¸ch dßng sau chç rÏ ngoÆt.

2. Çc biÓu thøc tÝnh to¸n

a) Sãng xiªn tho¶i

Tæn thÊt n¨ng l−îng trong ph¹m vi sãng xiªn tho¶i lμ nhá, nªn biÓu thøc chung ®Ó thiÕt lËp hÖ thøc gi÷a çc th«ng sè ch¶y ë tr−íc vμ sau sãng tho¶i lμ:

H0 = h + g2

V2

= const. (5-26)

Tõ ®ã: i

i

h Fr 2

h Fr 2

+=

+, (5-27)

Trong ®ã: h vμ Fr lμ ®é s©u vμ sè Frót ë mÆt c¾t ®Çu;

hi vμ Fri lμ ®é s©u vμ sè Frót ë mÆt c¾t bÊt kú sau tuyÕn sãng.

b) Sãng xiªn dèc

S¬ ®å tÝnh to¸n nh− trªn h×nh 5-13. Tõ ph−¬ng tr×nh ®éng l−îng vμ ph−¬ng tr×nh liªn tôc viÕt cho mét èng dßng (xem [3]), rót ra biÓu thøc quan hÖ cña çc chiÒu s©u liªn hiÖp tr−íc vμ sau sãng xiªn nh− sau:

212 1

hh ( 1 8Fr sin 1)

2= + β − . (5-28)

Çc ký hiÖu xem trªn h×nh 5-13.

Khi β = 900 th× c«ng thøc (5-28) trë thμnh c«ng thøc x¸c ®Þnh chiÒu s©u liªn hiÖp cña n−íc nh¶y hoμn chØnh ®· ®−îc biÕt trong thuû lùc häc.

b

B

B

A

a

b

2

V V

V V

V

Vt2

2

n2

n1 t1

1

β β−θ

α β

θ

Δh

hh

1

B - B

11

2

H×nh 5-13: §Ó thiÕt lËp c«ng thøc tÝnh to¸n sãng xiªn dèc

www.vnco

ld.vn


107

Khi η = 1

2

hh

≤ 2 th× sãng xiªn dèc ®−îc gäi lμ n−íc nh¶y sãng, lμ mét chuçi liªn

tiÕp çc ®Ønh sãng dõng t¾t dÇn trªn mét ®o¹n dμi ®−êng th¸o n−íc. Çc th«ng sè cña sãng nμy nh− sau:

2® 1 1

2c 1 1

2

h = h Fr sin ;

2 1h h Fr sin ;

3 2

= (2 3,5 )h ,

⎫β⎪⎪⎛ ⎞ ⎪= + β ⎬⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎪⎪λ ÷ ⎪⎭

(5-29)

Trong ®ã:

h® - ®é s©u n−íc t¹i mÆt c¾t cã ®Ønh sãng cao nhÊt (®Ønh sãng ®Çu tiªn);

hc - ®é s©u n−íc t¹i mÆt c¾t ch©n sãng ®Çu tiªn;

λ - b−íc sãng (chiÒu dμi gi÷a 2 ®Ønh sãng kÒ nhau);

h1 - ®é s©u n−íc ë mÆt c¾t tr−íc sãng;

Fr1 - sè Frót t¹i mÆt c¾t tr−íc sãng.

Khi η > 2, sãng xiªn dèc ®−îc gäi lμ sãng - n−íc nh¶y.

§é s©u n−íc t¹i mÆt c¾t cã ®Ønh sãng cao nhÊt sÏ lμ:

h® = 21 1

1h (3 1 8Fr sin

4+ β -5) , (5-30)

Trong ®ã ký hiÖu çc ®¹i l−îng nh− ®· nªu trªn.

II. Sãng ch¹y

Çc sãng ch¹y ®−îc h×nh thμnh trªn ®−êng dÉn, sau ®o¹n ®Çu cña dßng ch¶y kh«ng ®Òu khi xuÊt hiÖn trªn mÆt tho¸ng ë d¹ng gîn nhá, v¶y ®uæi nhau vμ lín dÇn lªn däc theo dßng ch¶y. Khi chiÒu dμi ®−êng dÉn ®ñ lín th× trªn mÆt n−íc sÏ h×nh thμnh çc ®Ønh sãng h×nh r¨ng c−a (h×nh 5-14).

ChiÒu cao ®Ønh çc sãng ch¹y th−êng v−ît qu¸ chiÒu s©u tÝnh to¸n cña dßng ch¶y æn ®Þnh, ®Ønh sãng cã thÓ v−ît qu¸ thμnh dèc, lμm n−íc trμn bê, g©y ra dßng thÊm ë däc bê dèc. Çc sãng ch¹y ®−îc truyÒn xuèng h¹ l−u sÏ lμm rèi lo¹n chÕ ®é tiªu n¨ng, cã thÓ x¶y ra tr−êng hîp n−íc nh¶y v−ît ra khái ph¹m vi bÓ tiªu n¨ng ®· tÝnh to¸n theo chÕ ®é dßng ch¶y æn ®Þnh.

Th−êng çc sãng ch¹y ®−îc h×nh thμnh trªn dèc n−íc cã mÆt c¾t ch÷ nhËt vμ h×nh thang vμ ®é dèc däc lín (i > 0,02 ÷ 0,025). Chóng ®−îc h×nh thμnh c¶ trong dßng ch¶y kh«ng hμm khÝ vμ cã hμm khÝ.

www.vnco

ld.vn


108

1

2

3

H×nh 5-14: Sù h×nh thµnh sãng trªn dèc n−íc dµi 1. §o¹n ®Çu (®−êng n−íc ®æ); 2. Çc sãng gîn vµ v¶y;

3. Ph¹m vi çc sãng ch¹y h×nh r¨ng c−a

ViÖc tÝnh to¸n çc th«ng sè cña sãng ch¹y cã thÓ thùc hiÖn ®−îc theo çc biÓu thøc cña Voinhitr - Xian«jenxki (xem [9]). CÇn tiÕn hμnh tÝnh to¸n cho çc cÊp l−u l−îng kh¸c nhau (tõ 0 ÷ Qmax).

Çc biÖn ph¸p ®¶m b¶o gia t¨ng møc ®é æn ®Þnh cña dßng xiÕt ng¨n ngõa h×nh thμnh sãng ch¹y ®−îc xem xÐt ë ch−¬ng 12.

§5.6. Sù mμi mßn bÒ mÆt C«ng tr×nh th¸o n−íc

Trong thùc tÕ khai th¸c çc c«ng tr×nh th¸o n−íc ®· quan s¸t thÊy nh÷ng tr−êng hîp ph¸ huû bÒ mÆt c«ng tr×nh do mμi mßn bëi bïn çt, ®¸ l¨n, m¶nh kim lo¹i... Còng cã tr−êng hîp h− háng c«ng tr×nh do phèi hîp cña khÝ thùc vμ mμi mßn c¬ häc.

Sù mμi mßn c«ng tr×nh do bïn çt th−êng x¶y ra ë nh÷ng c«ng tr×nh mμ møc bïn çt ®· v−ît qu¸ cao tr×nh ng−ìng trμn, ë çc ®Ëp d©ng trªn s«ng, vμ khi th¸o lò thi c«ng qua çc c«ng tr×nh l©u dμi. VÝ dô, ë c«ng tr×nh Anderson - Ranch (Mü), bïn çt ®· mμi mßn líp bäc kim lo¹i cña ®−êng hÇm víi chiÒu s©u tíi 7cm khi th¸o qua ®ã l−u l−îng thi c«ng víi l−u tèc 9m/s. ë ®−êng hÇm dÉn dßng thi c«ng cña ®Ëp NurÕch (Liªn X« cò), sau 4 n¨m lμm viÖc ®· cã 7,5 triÖu tÊn bïn çt ®¸y chuyÓn qua. Vμ trªn toμn chiÒu réng cña ®−êng hÇm b»ng bª t«ng M200, bÒ mÆt bÞ mμi mßn lμm lé cèt liÖu, nhiÒu n¬i lé cèt thÐp, ®Æc biÖt cã chç hè mμi mßn ®¹t tíi 1,35m, v−ît c¶ chiÒu dμy bª t«ng.

BiÖn ph¸p phßng ngõa: khi dßng ch¶y cã l−u tèc lín (V > 8 ÷ 10m/s) vμ mang nhiÒu bïn çt th« (d > 50 ÷ 100mm) th× cÇn cã líp bäc b¶o vÖ ®¸y lßng dÉn. Th−êng sö dông çc lo¹i líp bäc cã kh¶ n¨ng chèng mμi mßn nh− sau:

- Líp bª t«ng cèt thÐp dμy 10 ÷ 15cm.

- Líp ®¸ phiÕn dμy 10 ÷ 12cm.

- Líp bäc b»ng thÐp h×nh (ch÷ U, ch÷ I), thÐp ®−êng ray cò...

thñy c«ng · 2008-02-07 · triÓn ®a d¹ng vµ phong phó cña kü thuËt thuû lîi vµ tµi...

Documents