Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Phần I : Nhiệm vụ bài tập lớn.
Đề bài:
-Thiết kế đập BTTL theo phơng pháp hệ số kháng.
-Thiết kế đập đá có tờng lõi mềm.
-Thiết kế đập đồng chất có tờng nghiêng và chân khay.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên.
Ngày giao:. / /2008.
Ngày nộp:/./2008.
I/ Số liệu ban đầu.
1.1.Tài liệu địa chất:
Loại đất:

0
(T/m
3
)

a
(T/m
3
)
{}
(T/m
2
)
T
(m)
k
1
(m/ngđêm)

H
1
(m)
Mực nớc HL Chiều cao sóng
H
s
(m)
Bớc sóng TB
(m)
Hệ số thấm

1
30 0 3 14 0,5
II.Yêu cầu:
STT Công Việc Tiến độ
(tuần)
Thực hiện
1 Thiết kế mặt cắt của đập
2 Xác định kích thớc của tờng
3 Xác định lu lợng thấm và đờng bão hoà của đập và nền.
4
Kiểm tra ổn định của đập:
-Kiểm tra ổn định trợt phẳng.
-Kiểm tra ổn định lật.
-Kiểm tra ổn định trợt của mái dốc theo phơng pháp trợt
cung tròn.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 1
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Phần II : Nội dung tính toán.

Đập đất là loại đập đợc cấu tạo từ loại đất có khả năng chịu đợc ổn định nhờ trọng l-
ợng bản thân. Đặc điểm của đập đất là cho dòng thấm chảy qua.
b) Nguyên tắc và các bớc thiết kế đập đất.
+. Nguyên tắc:
Đập và nên phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc.
Thấm qua nền và thấm qua thân đập không tiêu hao cột nớc qua lớn, không
xói ngầm, nớc thấm qua thân không làm h hỏng đập
Đập phải đủ cao, phải có công trình tháo lũ đảm bảo hệ thống làm việc an
toàn
Có thiết bị bảo vệ mái đập chống tác hại của sóng, gió, ma, nhiệt độ
Giá thành đập và kinh phi quản lý rẻ nhất.
Việc lựa chọn các loại đập, cấu tạo các bộ phận thời gia và phơng pháp thi
công phải dựa vào tình hình hệ thống công trình.
+. Các bớc thiết kế:
So sánh lựa chọn các loại đập
Xác định các kích thớc chủ yếu các bộ phận của đập
Tính toán thấm ổn định và độ lún
Chọn cấu tạo chi tiết các bộ phận
Tính toán khối lợng công trình và nhân công.
(*) Tính toán thấm qua đập đất.
) (2
.
01
2
0
2
1
amL
ah
kq

rộng nhỏ nhất phải 3 ữ 5 m .
Lấy chiều rộng đỉnh đập : B = 5 m
3.Mái đập :
Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập , loại đất đắp , tính chất nền . Sơ bộ
chọn mái dốc đập nh sau :
Khi H = 30 m < 40 m thì :
Mái thợng lu m = 0,05.H + 2 = 3,5
Mái hạ lu m
1
= 0,05.H + 1,5 = 3
Vậy ta chọn m=3.5; m
1
=3.Ta tính toán cho trờng hợp mái dốc không đổi và không
có bậc cơ.
(*)Xác định kích thớc của tờng nghiêng và chân khay:
1) Kích thớc tờng nghiêng:
Chọn bề dày t1 = 1 m
t2 = 0,1.H = 0,1.30 = 3 m ,chọn t2 = 3 m
2) Kích thớc chân khay:
Chân khay có bề dày không thay đổi t = t2 = 2 m
Chiều cao chân khay : T bằng chiều sâu từ chân đập đến tầng không thấm n-
ớc : T = m : lấy T= 10m
Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ:
m = 3,5
m = 3

30m
10m
(*). Tính toán lu lợng thấm qua đập và nền :
Trờng hợp đập có tờng nghiêng và chân khay,theo tính chất liên tục của dòng

T
2






2 m h3
( )

Trong đó :
m mái dốc đập thợng lu ( m = 3,5)
h
1
mực nớc thợng lu ( h
1
= 30m )
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
= 0,001 m/24h)
: chiều dày trung bình của tờng = 2 m
m
1
mái dốc hạ lu đập ( m
1

Tính cho một mét dài tờng
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 4
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
m = 3
m = 2,5
W1
W2
W3
G1
G2
G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = .H = 30 T/m
2
W
1
= P.H/2 = 30.30/2 = 450 T
e = H/3 = 9.3m
áp lực nớc tác dụng trên mái dốc :
W
2
= V
n
.
n
= 30*9.3*30*1/2 = 3656 T
áp lực đẩy nổi :
W3 = 0,5.30.(30.3 + 5 + 30.3)/2 = 1387.5 T
Trọng lợng bản thân đập :

P
-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với
h=2,5m
2
P
=1,9.
k
nb
-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
6,5
5,2
14
h
==

ta có k
nb
=0,85.
k
no
-Hệ số xác định
18,1)
14
3
15,1028,0.(5,3
14
3
.8,485,0).15,1028,0.(.8,485,0 =++=++=

h

.23,047,0(5,2
m
m1
)
h
23,047,0.(h
2
2
=+=
+
+

B=
.36,1
h
).25,0m84,0(95,0.h =








Thay A, B và m=3 vào công thức 2-5 ta có z
2
= 2,55m.
Xác định các khoảng cách l
i
:

Thay L

vào hệ thống công thức 2-6 ta có l
1
=0,312m; l
2
=0,662m ; l
3
=0,812m;
l
4
=1,685m.
(*)Kiểm tra ổn định của đập :
1)Kiểm tra ổn định trợt phẳng:
Tổng lực giữ :
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 6
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
P
giữ
= (G + W2 W3 + 2.P
d
.cos).0,7 = (4686.4 + 3656 1387.5 +
2*4,75.cos18,43 ).0,7 = 4281.02 T
Tổng lực gây trợt :
P
tr
= W1 + 2.P
d
.sin = 392 + 2.4,75.sin18,43 = 401.1 T

278385
=>==
l
l
giu
K
M
M
Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật.
3) Kiểm tra trợt cung tròn trên mái dốc:
Để kiểm tra điều kiện trên ta phải xác định tâm trợt và bán kính cung trợt.
a.Xác định tâm trợt.
Tại K là trung điểm mái dốc ta kẻ một đờng với mái dốc đập một góc 85
0
và
một đờng thẳng đứng. Tâm trợt nguy hiểm nhất nằm trong vùng dẻ quạt giới hạn bởi
2 cung R
1
=H=8,442m và R
2
=2,3H=19,417m. Sau đó ta chọn một tâm O nh hình vẽ
sau:
R
1
=
8
,
4
4
2

iiiii

1
sin.
sin).).cos( (
'



Trong đó :
K- Hệ số ổn định trợt, với đê mái nghiêng K >1,3.
R=21m-Bán kính cung trợt.
C
i
-Lực dính của đất lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.(Ta chọn
C
i
=1,5T/m
2
).

i
-Góc nội ma sát lấy theo quy định trạng thái giới hạn I.(Ta chọn
i
=23
0
).
l
i
-Chiều dài đoạn cung trợt tròn của phân tố thứ i.

0
;
5
=51
0
.Trong tính toán ta coi nh bỏ
qua áp lực sóng (vì áp lực này gây ổn định hơn) , áp lực thuỷ tĩnh phân bố hình tam
giác khi tham gia vào ổn định làm đê càng ổn định vì vậy giá trị ở mẫu của thành
phần này mang giá trị âm. Coi đất nền và cát có =1,8T/m
3
.Ta coi C
i
=0;
i
=45
0
tại
vị trí cung trợt đi qua phần đất của mảnh5.Xét các lực tác dụng lên mảnh thứ 5 nh
sau:
Tổng trọng lợng bản thân (hữu hiệu) là:
W
5
=
1 1
11
j
n
j
ji
n

1
m
5
1

f
giũ
c
i
W =57T
5
f
gây trƯọt
1
W
2
W
3
W
4
W
o
Và tơng tự với các mảnh còn lại dựa vào mặt cắt ta tính toán nh bảng sau:
Mảnh C
i
(T/m
2
) l
i
(m) W

Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Chơng2:Thiết kế đập bêtông trọng lực.
I. Cơ sở lý luận.
1. Sơ đồ tính. (Hình 2.1)
Tầng Không thấm nuớc

T
S1
Lo
H
MNTK
L1
b
B
S2
Trong đó:
H : mực nớc thợng lu.
B: bề rộng đáy đập.
b : bề rộng đỉnh đập.
S
1
, S
2
: chiều cao 2 hàng cừ.
T: chiều sâu tầng không thấm.
2. Lý thuyết đập bê tông trọng lực.
a) Khái niệm chung.
Đập trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lợng bản thân
của nó. Trọng lợng đập giữ cho đập không bị đẩy nổi, trợt và lật.

Dựa vào sơ đồ lực tác dụng vào đập và quá trình biến đổi toán học, ta có công thức
xác định chiều rộng b nh sau:

1
)2()1(



+
=
nnn
h
b
b
, khi b
min
=> n=
2
2


b

(*)Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện ổn định trợt.

= GfWK
c

1
Từ đó ta xác định đợc chiều rộng đáy đập theo công thức sau:

t
dn
W
P
k
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 11
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
II. Ưng dụng:
1. Số liệu :
-Mực nớc thợng lu : H
1
= 30m
-Mực nớc hạ lu : H
2
= 0
-Trọng lợng riêng của tờng :
đ
= 2,3m
3
-Hệ số thấm của nền : K
n
= 10
-1
cm/s
-Lực dính : C = 1,0 T/m
2

-Hệ số ma sát f=0,7
-Chiều sâu tầng không thấm : m

Mái dốc đập thợng lu : m
0
= 0
Mái dốc đập hạ lu : m
1
= 0,55
d. Xác định ứng suất của đập.
ng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên một mặt cắt ngang của đập có thể xác
định theo công thức nén lệch tâm

2
0
*6
b
M
b
V

=

Trong đó:
V= W
2
+G- W
t
W
2
:áp lực nớc thẳng đứng tác dụng lên mái đập thợng lu (=0)
G:Trọng lợng bản thân công trình
W

2
22
0
nnn
B
hhB
M

+++=

Thay số ta có G=1208,5 T
M
0
= 6989,5 T.m
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 12
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Vậy ứng suất theo phơng thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đập là:

2
0
.6
B
M
B
G

=

Thay số vào ta có =

W
1
:áp lực nớc nằm ngang tác dụng lên mái đập thợng lu

n
HW


2
1
2
11
=
=>W
1
=450 T
Ta có:
G= G- W
t
Trong đó:
G:Trọng lợng bản thân công trình:
G=1/2.(b+B).H.
đ
=1/2*(10+24)*30*2.3=1020 T.
W
t
: áp lực đẩy nổi dới đáy đập

1



.
(1-1).
Trong đó:
H-Độ chênh cột nớc trên các đoạn đờng viền.(H=44m).
k-Hệ số thấm. (k=0,01 m/ngđ).

rcnnvi

++++=

'''
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 13
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi

c
-Hệ số sức kháng của cừ.

v
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa vào.

r
-Hệ số sức kháng bộ phận cửa ra.

n

n
-Hệ số sức kháng bộ phận nằm ngang.
Trong trờng hợp tổng quát ta có:

1
1
1
1
1
0
1
.75,01
.5,0
.5,144,0
T
S
T
S
T
S
T
a

+++

Với:
S
1
=1,8 m ; S
2
=2,5m
T
1
;T


c
=0,56;
v
=
r
=0.83 ;
n
=3,37.
76,4=

i

Thay số ta có q=9,24.10
-2
m
2
/ngđ.
Vậy qua tính toán ta có lu lợng thấm qua nền công trình là q=9,24.10
-7
m
3
/ngđ.
(*).Xác định tải trọng tác dụng lên đập.
Tải trọng tác dụng lên đập gồm có : Tải trọng bản thân , tải trọng sóng, áp lực
nớc áp lực đẩy nổi.
a. Xác định tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng tờng đứng.
Tải trọng ngang lớn nhất tác dụng lên công trình là:
).
2

và
H

đợc tra theo bảng 2.5 giáo trình
thuỷ công .Với

h
=0.214 và
H

=0.1 ta có k
m
=0,25 ; k
d
=0,11.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 14
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
-Chiều dài sóng (=14m).
h=3 m-Chiều cao sóng.
H=30m-Chiều cao cột nớc thợng lu.
=1T/m
3
-trọng lợng riêng của nứơc.
Thay số vào các công thức ta có P
max
=114,4T; M
max
=3870Tm.
b.Xác định tải trọng bản thân, áp lực nớc, áp lực đẩy nổi.

M
M
Vậy công trình đảm bảo ổn định lật.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 15
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Chơng III : Thiết kế đập Đá có tờng lõi mềm.
I. Cơ sở lý luận.
1. Sơ đồ tính.(Hình 3.1)
m
2
m1
MNTK

l
b
L
H
2
H
0
H1
d
B
H
0
b
J
P
J

tg
b
h
Gradien của dòng thấm khi ra ở mép thợng lu:
J
t
=sin

; J
P
= sin

.tg

=> J = sin

/cos


: góc đờng dòng tạo với mặt hạ lu tại điểm đang xét.
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 16
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
Lu lọng thấm qua lõi đợc xác định theo công thức:
Q= k
1
.

K
1

Chọn bề dày l
lõi
= 5 m
Mặt cắt ngang đập nh hình vẽ:
1
:
1
.
5
1:2.5
MNTK

67m
3m
128m
H
0
30m
2m
5m
(*). Tính toán lu lợng thấm qua đập :
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 17
Lớp : CTT45ĐH1
Bài Tập Lớn: Công Trình Thuỷ Lợi
H
1
1
N
2
1

=1.95m
Trong đó :
Khi hạ lu đập không có nớc H
2
=0 lu lợng đợc tính gần đúng theo công thức :
J=0.82
28.05m
17.01m

Q= k
1
.

=0.001*250=0.25m/24h
(*)Xác định các lực tác dụng lên đập:Tính cho một mét dài đập
1)áp lực thuỷ tĩnh :
Tính cho một mét dài tờng
m = 2.5
m = 1,5
W1
W2
W3
G1
G2
G3
Thành phần lực thuỷ tĩnh lớn nhất tại đáy:
P = .H = 30 T/m
2
Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Trang: 18
Lớp : CTT45ĐH1

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=2,5m-Chiều cao sóng.
2
P
-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 2 theo bảng 2.5 với h=2,5m
2
P
=1,9.
k
nb
-Hệ số xác định theo bảng 2.4 với
6,5
5,2
14
h
==

ta có k
nb

2
BAm
m
Az +++=
(2-5).
Trong đó:
A=
88,4
9
10
)
5,2
14
.23,047,0(5,2
m
m1
)
h
23,047,0.(h
2
2
=+=
+
+

B=
.36,1
h
).25,0m84,0(95,0.h =


=0,0675L

(2-6).
Với L

=
.m97,24
8
14.3
1m
.m
4
4 2
==


Thay L

vào hệ thống công thức 2-6 ta có l
1
=0,312m; l
2
=0,662m ; l
3
=0,812m;
l
4
=1,685m.
IV)Kiểm tra ổn định của đập
Việc kiểm tra ổn định của đập tơng tự nh đập đất đồng chất do đó ở đây ta không