1
9/6/2014 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng - BM KTTNN
PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu.vn
Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index
Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719
9/6/2014 2
NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 1: Thấm qua công trình.
Chương 2: Áp lực khe rỗng.
Chương 3: Đập vật liệu địa phương.
Chương 3a: Mô phỏng Monte Carlo áp
dụng trong đánh giá ổn định
mái dốc.
Chương 4: Đập bê tông trọng lực
Chương 4a: Đập bê tông đầm lăng (RCC)
CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO
9/6/2014 3
NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 4b: Bài toán toả nhiệt 3D.
Chương 5: Phân tích ứng suất trong đập
bê tông khi xảy ra động đất.
Chương 6: Đường hầm thủy công
Chương 6b: Giếng điều áp.
Chương 7: Đường ống áp lực – Nước va
trong đường ống.
CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO
9/6/2014 4
NỘI DUNG THỰC HÀNH
1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính
nước va trong đường ống áp lực
WaterHammer_BK.
2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính
khuếch tán nhiệt 3D trong bê tông thủy
công.
3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô
phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính
ổn định mái dốc đập vật liệu địa
phương.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
9/6/2014 5
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
1. Giaùo trình Coâng trình thuûy.
2. Giaùo trình Cô hoïc ñaát.
3. Phần mềm SIGMA.
4. Phần mềm SLOPE.
5. Phần mềm SEEP.
6. Phaàn meàm CRYSTAL BALL.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
9/6/2014 6
NOÄI DUNG
1. Giôùi thieäu hieän töôïng vaät lyù.
2. Lyù thuyeát coá keát & aùp löïc khe roãng.
3. Ví duï.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
2
9/6/2014 7
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
Xeùt moät moâi tröôøng xoáp:
- Döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc (löïc
beân ngoaøi, troïng löôïng baûn thaân,…)
nöôùc & khí chöùa trong moâi
tröôøng “daàn daàn” bò ñaåy thoaùt ra
ngoaøi ñoä roãng cuûa ñaát daàn daàn
giaûm xuoáng hieän töôïng “COÁ
KEÁT” cuûa moâi tröôøng.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 8
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Khi caùc loã roãng chöùa tyû leä nöôùc vöøa
phaûi (G=12-14%), coøn laïi laø khí &
khí naøy lieân thoâng vôùi khí trôøi
t/hôïp naøy xảy ra coá keát nhanh khi
chòu taùc duïng taûi troïng. Vì t/hôïp
naøy khoâng khí bò “eùp” thoaùt ra
ngoaøi raát nhanh (caùc loaïi caùt).
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 9
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Khi caùc loã roãng chöùa tyû leä nöôùc nhieàu
(G>85%), coøn laïi laø khí quaù ít khí
khoâng lieân thoâng vôùi khí trôøi khí toàn
taïi ôû daïng “boùng khí” ñaàm neùn chæ
laøm boùng khí bò neùn ñaøn hoài “taïm
thôøi” t/hôïp naøy xaûy ra coá keát chaäm
khi chòu taùc duïng taûi troïng.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 10
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Ñaát caùt coá keát nhanh.
- Ñaát thieân veà seùt coá keát chaäm.
Xeùt moâi tröôøng coù ñoä aåm lôùn (khoâng khí coù raát
ít & ôû daïng boùng khí).
Quaù trình coá keát xuaát hieän khi nöôùc töø trong loã
roãng cuûa ñaát ñöôïc eùp thaûi ra ngoaøi. Nguyeân
nhaân cuûa söï eùp thaûi laø do aùp löïc nöôùc khoâng
ñeàu trong caùc loã roãng döôùi taùc duïng cuûa
ngoaïi löïc (troïng löôïng baûn thaân, gia taûi,…).
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 11
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Do ñoù, ñoái vôùi loaïi ñaát coù ñoä roãng caøng
beù (seùt, aù seùt…) eùp thaûi nöôùc ra caøng
khoù, caøng chaäm aùp löïc nöôùc phaân
boá khoâng ñeàu trong kẽ roãng caøng lôùn.
AÙp löïc nöôùc xuaát hieän trong keõ roãng
trong quaù trình coá keát ñöôïc goïi laø “AÙP
LÖÏC KEÕ ROÃNG” hay coøn goïi laø aùp löïc
(suaát) dö.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 12
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Thôøi gian keùo daøi aùp löïc keõ roãng coù theå haøng
naêm ñeán nhieàu naêm.
- AÙp löïc khe roãng thay ñoåi theo quaù trình eùp
thaûi nöôùc ra ngoaøi vaø ngaøy caøng giaûm daàn.
- Coù theå xem ñaây laø quaù trình thaám khoâng oån
ñònh trong moâi tröôøng roãng bieán daïng lyù
thuyeát hieän töôïng thaám “coå ñieån” khoâng
theå söû duïng thieát laäp p/trình cô baûn moâ
taû hieän töôïng vaø giaûi theo höôùng khaùc.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
3
9/6/2014 13
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Noäi dung cuûa lyù thuyeát coá keát laø nghieân cöùu
söï phaân boá taûi troïng taùc duïng leân khoái ñaát
ñoái vôùi pha raén vaø pha loûng dieãn ra nhö theá
naøo theo khoâng gian vaø thôøi gian.
- Chæ coù taûi troïng truyeàn leân pha raén taïo ra
noäi ma saùt trong ñaát taïo ra söï coá keát cuûa
ñaát & khaû naêng chòu taûi (töùc cuôøng ñoä) cuûa
ñaát.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 14
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
- Goïi h öùng suaát phaùp trung bình taùc duïng leân
haït ñaát (pha raén), coøn goïi laø öùng suaát hieäu
quaû.
- Goïi tr öùng suaát phaùp trung bình truyeàn cho
nöôùc (pha loûng), goïi laø öùng suaát trung hoaø
hay coøn goïi AÙP LÖÏC KHE ROÃNG.
- Goïi laø öùng suaát toång:
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
trh
9/6/2014 15
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
Vì module neùn theå tích cuûa nöôùc >> so vôùi
module neùn theå tích cuûa ñaát nöôùc khoâng
neùn ñöôïc.
Khi taûi troïng môùi baét ñaàu taùc duïng leân khoái
ñaát 2 pha (t=0):
h=0 (haït) & tr= (nöôùc).
- Khi t>0 : h > 0 & tr< .
- Khi t >>1 : h = & tr =0 pha raén nhaän
toaøn boä taûi troïng ngoại lực.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 16
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
Ñoái vôùi pha loûng, sau khi tieáp nhaän taûi troïng
nöôùc “töø töø” tieát ra khoûi phaïm vi khoái
ñaát chòu taûi. Hieän töôïng keùo daøi phuï thuoäc
heä soá thaám cuûa ñaát.
Aùp löïc trung hoaø (aùp löïc loã roãng) giaûm daàn töø
tr = veà cho tôùi khi baèng tr =0.
Veà lyù thuyeát, hieän töôïng giaûm aùp löïc khe
roãng keùo daøi voâ taän (t>>1).
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 17
GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ
Xeùt ñeán aùp löïc khe roãng, ñònh luaät Coulomb coù
daïng:
Öùng suaát tieáp, goùc noäi ma saùt, c löïc dính
ñôn vò.
Vôùi moâ hình 3 pha, taïi t=0 thì tr< , vì do
khoâng khí bò neùn taïo ra moät phaàn öùng
suaát trong pha raén heä soá nöôùc baõo hoaø
giaûm ñ/kieän laøm vieäc ñaát thuaän lôïi hôn.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
ctgctg htr )(
9/6/2014 18
SÔ ÑOÀ COÁ KEÁT THAÁM 1 HÖÔÙNG
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
dz
z
q
q
p
t=0
tr,t
p 0<t t>>1
tr,t
h,t
p p
h,t
Taàng khoâng thaám
dh
q
dz
4
9/6/2014 19
MOÄT SOÁ
KYÙ HIEÄU
QUY ÖÔÙC
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 20
MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
Troïng löôïng rieâng:
Troïng löôïng
rieâng öôùt:
PGS. Dr. Nguyễn Thống
Troïng löôïng Theå tích
Vk
Vn
Vh
Vr
Wh
Wn
Wk
V W
Haït
Nöôùc
Khí
)m/kN(
V
W3
)m/kN(
V
WW 3
nh
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
9/6/2014 21
Troïng löôïng rieâng baõo hoøa:
Vôùi Wn’ troïng löôïng nöôùc chieám ñaày Vr.
Troïng löôïng rieâng ñaåy noåi:
Chöùng minh:
PGS. Dr. Nguyễn Thống
)m/kN(
V
WW 3
nh
bh
)m/kN(
V
VW 3
hnh
dn
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
9/6/2014 22
Ñoä aåm cuûa ñaát: Tyû leä giöõa nöôùc trong ñaát vaø
troïng löôïng haït.
Ñoä baõo hoaø cuûa ñaát:
G<0,5 ñaát hôi aåm
0,5<G<0,8 ñaát aåm
G>0,8 ñaát baõo hoaø
PGS. Dr. Nguyễn Thống
%
W
W
100%
h
n
r
n
V
V
G
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
9/6/2014 23
Ñoä roãng: Tyû leä giöõa theå tích loã roãng vaø toång theå
tích maãu.
Heä soá roãng:
PGS. Dr. Nguyễn Thống
%
V
V
100%n r
h
r
V
V
e
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
9/6/2014 24
KHAÙI NIEÄM VEÀ VAÄN TOÁC THAÁM
TRUNG BÌNH VAØ THÖÏC TRONG
MOÂI TRÖÔØNG ROÃNG
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
5
9/6/2014 25
Kí hieäu n, m, s laø tyû soá theå tích cuûa 3
thaønh phaàn töông öùng cuûa nöôùc, haït
vaø khí trong 1 ñôn vò theå tích cuûa ñaát:
Vn, Vm, Vs theå tích caùc thaønh phaàn töông
öùng cuûa nöôùc, haït raén vaø khí trong
toaøn boä theå tích khoái ñaát V.
Vôùi moâi tröôøng 3 pha: n+m+s=1 vaø moâi
tröôøng 2 pha n+m=1.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
V
V
s
V
V
m
V
V
nsmn ;;
9/6/2014 26
Quan heä giöõa vaän toác trung bình vaø vaän
toác thöïc cuûa caùc thaønh phaàn.
NÖÔÙC: Vaän toác thaám trung bình u qua
tieát dieän laø:
Vaän toác thaám thöïc u’:
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
uQ
Q
u
n
n
uQ
Q
u
Tiết diện thành
phần nước
9/6/2014 27
Trong khoâng gian 3 chieàu:
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
unu
V
V
uu nn
zz
yy
xx
unu
unu
unu
9/6/2014 28
Töông töï cho thaønh phaàn haït:
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
zz
yy
vx
vmv
vmv
vmv
9/6/2014 29
Ñoái vôùi thaønh phaàn khí (bong boùng
khí) cuõng töông töï nhö treân w=sw’.
Maët khaùc, giaû thieát boùng khí troän laãn
vôùi caùc haït raén vaø coù cuøng vaän toác
chuyeån ñoäng haït raén w’ = v’.
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
9/6/2014 30
COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
Chöông 2: AÙp löïc khe roãng
PGS. Dr. Nguyễn Thống
zzzz
yyyy
xxxx
v
m
s
vswsw
v
m
s
vswsw
v
m
s
vswsw
KHÍ