Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh
Chương 1
SỐ LIỆU BAN ĐẦU
Dạng đề tài:
1. Thiết kế đập bê tông trọng lực theo phương pháp hệ số sức kháng
2. Thiết kế đập đất đồng chất có tường nghiêng và chân khay
3. Thiết kế đập đá có tường lõi
1.1 .Trường hợp 1:
Thiết kế đập đá có tường lõi
Mực nước thượng lưu: H
1
= 48,5 m
Mực nước hạ lưu: H
2
= 0
Chiều sâu tầng không thấm: T = 8 m
Hệ số thấm của tường: K
t
= 10
-6
cm/s
Đất có: γ
Đ
= 1,7 T/m
3

Hệ số thấm của nền : K
n
= 0,1 cm/s
Lực dính : C = 1 T/m
2

-6
cm/s
Đất có: γ
Đ
= 1,52 T/m
3

Hệ số thấm của nền : K
n
= 0,1 cm/s
Lực dính : C = 1 T/m
2
Trang 1
Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh
Chơng I :
Thiết kế đập đá có tờng lõi
1. Cơ sở lí thuyết
1.3.1.1 I. Thiết kế đập đá:
1. Đỉnh đập:
- Chiều rộng đỉnh đập đợc xác định theo yêu cầu giao thông, theo điều kiện thi công
và quản lí khai thác.
- Nếu không có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 5m
- Nếu có giao thông thì B = 0,1.H và B không đợc nhỏ quá 4m
Cao trình đỉnh đập

đ đ
=
MN_dâng bình thờng
+ d
Hoặc :

q
33
1
2
2

=
(phơng trình xác định đờng bão hoà)
Khi x = L thì y = H
2

L3
HH
K
q
3
2
3
1
2
2

=
Trong đó:
Trang 2
Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh
q lu lợng thấm đơn vị
K hệ số thấm của đá phụ thuộc vào độ rỗng p, hình dạng và kích thớc của viên
đá, tra bảng 6-1/Tr 144/GT thủy công.
1.3.1.3 III. Tính thấm cho đập đá tờng lõi:

= sin .tg


=
cos
sin
J
- góc của đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét
Lu lợng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức
q = K.
K hệ số thấm của tờng lõi
- diện tích biểu đồ
2. Điều kiện áp dụng
1.3.1.4 I. Xác định các kích thớc cơ bản của đập :
1. Cao trình đỉnh đập :

đ đ
=
MN_dâng bình thờng
+ d
Hoặc :

đ đ
=
MN_lũ
+ d
Trong đó :
d , d - độ vợt cao của đỉnh đập so với MN_dâng và MN_lũ

đ đ

đợc xác định theo công thức sau:
( ) ( )
m84,10
4790tg1
5
.65,0
90tg1
b
.65,0h
000
0
=

=

=
Trong đó:


: góc hợp bởi giữa tờng nghiêng và đáy nằm ngang. Lấy = 47
0
Hỡnh 5.1. Đập đá có tờng lõi
J : gradien của dòng thấm đi qua ở mép hạ lu
J
t
= sin

J
p
= sin

t
: hệ số thấm của tờng lõi (= 10
-6
cm/s)
: diện tích biểu đồ (= 15,803m
2
)
q =13,03. 10
-3
m
3
/24h
1.3.1.6 III. Tải trọng tác dụng lên đập:
1. Tải trọng bản thân và áp lực thuỷ tĩnh :
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = .H = 48,5 T/m
2
W
1
= P.H/2 = 48,5.48,5/2 = 1176 T
e = H/3 = 17 m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
.
n
= 48,5.48,5.1/2 = 1176 T
áp lực đẩy nổi :

Trong đó:
-Trọng lợng riêng của nớc ( =1T/m
3
).
h - Chiều cao sóng.( = 2,3m)
2
P
- áp lực sóng tơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h = 2,3m

2
P
=1,9.
k
nb
-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
0
0
2,5h

= =
ta có k
nb
=0.
k
no
-Hệ số xác định theo công thức:
Vậy thay vào công thức 2-4 ta có P
d
= 0T/m
2

= = > =
Vậy đập ổn đinh trợt
2. Kiểm tra ổn định lật :
Tổng mô men giữ :
M
giữ
= G.e
1
+ W
2
.e
4

= 10100.115+1176.77 = 1252052 Tm
Tổng mô men lật :
M
lật
= W
1
.e
5
+ W
3
.e
6
= 1176.17+1269.153 = 214572 Tm
Trang 6
Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh
HÖ sè æn ®Þnh lËt K
l

2
1
−=
−
=
−
=
γ
γ
n
. Vì n = - 0,2 nghĩa là mái dốc thượng lưu đập có độ
dốc ngược, gây khó khăn cho việc thi công, mặt khác có thể phát sinh ứng suất kéo trên
mặt hạ lưu, do đó lấy n = 0. Vậy chiều rộng đáy đập tính theo công thức sau:
1
1
21,5
16
2,3 0,5
h
B m
γ
α
γ
= = =
−
−

1.4.2 . Mái dốc thân đập:
Mái dốc đập thượng lưu: m
0

2
h.B.n
2
h.B
G
11
γα−γ+γ=
∑

α
1
: Hệ số áp lực thấm còn lại do tác dụng cản trở của màng chống thấm (= 0,5)
γ
1
: Trọng lượng riêng của vật liệu làm thân đập (= 2,3T/m
3
)
γ : Trọng lượng riêng của nước (=1T/m
3
)
Trang 8
Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh
( )
3
nB2B
.
2
Bh
)
3

0
B
M6
B
G
∑∑
±=σ
Thay số vào ta có:
2
309,6 6.830
16 16
σ
= ±
σ
max
= 38,8 T/m
2
σ
min
= 0 T/m
2
Ta thấy ứng suất max và min đều nhỏ hơn khả năng chịu kéo và nén của Bêtông nên
bề rộng đáy đập chọn như trên là đúng.
1.5 . Xác định bề rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt:
Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trượt, theo điều kiện tối thiểu
để đảm bảo ổn định của đập.
B = k
c
.
)(

Hk
q
ξ
.
Trong đó:
H-Độ chênh cột nước trên các đoạn đường viền.(H=21,5m).
k-Hệ số thấm. (k=10
-4
cm/s).
rcnnvi
ξξξξξξ
++++=
∑
'''
Trang 9
Bài tập lớn: Công trình thuỷ lợi GVHD: K.S Trần Huy Thanh
ξ
c
-Hệ số sức kháng của cừ.
ξ
v
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa vào.
ξ
r
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa ra.
ξ
n’
ξ
n’’
-Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang.

T
SSl ).(5,0
12
+−

Với:
S
1
= 0m
S
2
= 0
S
3
= 1,2m
T
1
; T
2
; T Lần lượt là chiều sâu tầng thấm ở sân trước, sân sau và thượng lưu.
a
1
; ξ
b
-Lần lượt là chiều cao bậc và hệ số sức kháng của bậc.
Theo giả thiết ta chọn công trình không có bậc a
1
= 0; ξ
b
= 0 và T = T

i
H
ξ
ξ
=
∑
= 2,66
h
2
=
21,5
. 2,69.
3,56
n
i
H
ξ
ξ
=
∑
= 16,24
h
3
=
21,5
. 0,44.
3,56
r
i
H

hkM
m
++=
γ
Trong đó:
k
m
; k
d
: Là hệ số phụ thuộc vào tỷ số
λ
h
và
H
λ
được tra theo đồ thị P2-4 giáo trình
Đồ án thuỷ công. Với
λ
h
= 0 và
H
λ
= 0 ta có k
m
= 0 ; k
d
= 0
λ: Chiều dài sóng (λ = 0m).
h = 2,3m Chiều cao sóng.
Trang 11

Tổng mô men giữ là:
M
g
= 232,42.8,4+0,45.415,38=2139 T.m
Tổng mô men lật là:
M
l
=
1 21,5 1 2.21,5
.21,5.1. .(7,03 4,34).21,5.
2 3 2 3
+ −

M
l
= 492 T.m
Hệ số ổn định lật là:
Trang 12
Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh
K
L
=
[ ]
2139
4,3 1,5
492
g
L
l
M

bậc cơ.
II)Xác định kích th ớc của t ờng nghiêng và chân khay:
1) Kích thớc tờng nghiêng:
Chọn bề dày t1 = 1 m
t2 = 0,1.H = 0,1.32 = 3,2 m ,chọn t2 = 3 m
2) Kích thớc chân khay:
Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 3 m
Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm nớc : T =
8 m :
Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ:
m = 3
m = 2,5
Trang 13
Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh
III). Tính toán l u l ợng thấm qua đập và nền :
Trờng hợp đập có tờng nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng
chảy ta thiết lập công thức tính lu lợng nh sau : Theo giáo trình Thuỷ Công
Given
q k0 h1 h3( )
T
t

h1
2
h3
2
z0
2

2 sin

= 32m )
q lu lợng thấm qua đập tính cho 1 m dài ( m/s)
K hệ số thấm của đập ( K = 0,1m/24h)
k
0
: hệ số thấm của tờng (k
0
= 0,000001 cm/s)
: chiều dày trung bình của tờng = 2 m
m
1
mái dốc hạ lu đập ( m
1
= 3 )
T : chiều dày tầng không thấm T = 8 m
Giải 2 phơng trình trên ta tìm đợc : q , h
3
k1 0.01:= k0 0.004:= k 0.4:= h1 19:= T 9.5:= t 2:= 18.43

180
:=
z0 0.95:= m 3:= q 0:= h3 0:=
Given
q k0 h1 h3( )
T
t

h1
2
h3







=
Giải hệ : q = 0.386 m/ngđ = 4.468.10
-6
m/s
h3 = 2,674 m
-)Đờng bão hoà
Ta có q =
mmqa
m
a
o
o
158.1)5,05,2.(86.3,0)5,0.(
5,0
1
1
=+=+=
+
Đờng bão hoà nh hình vẽ :
Trang 14
Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh
IV)Xác định các lực tác dụng lên đập:
Tính cho một mét dài đập
1)áp lực thuỷ tĩnh :

Tổng trọng lợng : G = 5091 T
2)Tải trọng sóng tác dụng lên đập :
Sơ đồ tính áp lực sóng lên công trình dạng mái nghiêng:
Trang 15
Bi tp ln: Cụng trỡnh thu li GVHD: K.S Trn Huy Thanh
MNTT
đỉnh đê
f
0.1Pd
0.4Pd
Pd
0.4Pd
0.1Pd
Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng đợc xác định theo công
thức:
).m/T(h P.k.kP
2
2nbnod

=
(2-4).
Trong đó:
-Trọng lợng riêng của nớc (=1T/m
3
).
h=2,3m-Chiều cao sóng.
2
P
-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,3m
2

P
giữ
= (G + W2 W3 ).0,7 = (5091+5632-1536).0,7 = 6431 T
Tổng lực gây trợt :
P
tr
= W1 = 512 T
Hệ số ổn định trợt : K
tr
=
[ ]
6431
12,6 1,5
512
giu
tr
tr
P
K
P
= = > =
Vậy đập ổn đinh trợt
2)Kiểm tra ổn định lật :
Tổng mô men giữ :
M
giữ
= G1.e1 + G2.e2 + G3.e3 + W2.e4
= 278486 Tm
Tổng mô men lật :
M