Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 7

Chia sẻ: Manh Manh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 7 - Thấm trong công trình đất và nền giới thiệu cho người học một số kiến thức về dòng thấm, phương pháp phân đoạn, xử lý biến dạng thấm và thiết kế lọc, xử lý xói ngầm,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa kỹ thuật: Chương 7

Chương VII Tổn thất cột nước khi dòng thấm qua đất và dòng thấm hai chiều Thấm trong công trình đất và nền I. Một số khái niệm về dòng thấm Sự thấm và môi trường thấm Đường đẳng thế Đường dòng Lưới thấm Dòng thấm phẳng Gradien thấm Dòng thấm tầng Dòng thấm rối Dòng thấm ổn định và không ổn định Gradien thấm Xây dựng lưới thấm Δh i= L L−íi thÊm trong nÒn ®Ëp
Lưới thấm Phác thảo một lưới các đường dòng và các đường đẳng thế cắt nhau để những hình bị cắt gần giống “hình vuông” với các góc vuông tại giao điểm của các đường Chú ý: Các đường dòng không thể cắt nhau tại biên không thấm, trong thực tế, một biên không thấm là một đường dòng Tất cả các đường đẳng thế phải cắt biên không (7-24) thấm theo một góc vuông Lưới thấm chỉ đúng cho đất đẳng hướng (kh = kv) • “hình vuông” có kích cỡ a x b • Gradien sẽ là: Δh Δh hL N d • Lưới thấm rất hữu dụng trong việc giải các i= = = Δl b b bài toán thấm trong thực tế kỹ thuật, ví dụ Trong đó: Chiều dài đường dòng trong một hình vuông là b = Δl như để dự đoán tổn thất thấm cho hồ Δh = hL N d chứa, lực đẩy ngược dưới đập và kiểm tra Độ sụt đẳng thế giữa hai đường dòng là các điểm có khả năng xói ngầm khi i → icr Nd là tổng số các độ sụt đẳng thế và hL là tổng cột nước tổn thất của hệ thống. • Khi kh ≠ kv có thể chuyển đổi tỷ lệ vẽ lưới Theo định luật Darcy chúng ta biết rằng lưu lượng trong mỗi lòng dẫn là: thấm theo tỷ lệ. Δh ⎛h N ⎞ Ví dụ nếu hệ số thấm nằm ngang lớn hơn Δq = k A= k⎜ L d ⎟a nhiều so với hệ số thấm thẳng đứng, bạn cần phải thu Δl ⎝ b ⎠ ngắn lại chiều ngang của lưới thấm theo tỷ lệ: k k Tổng lượng nước q là: h v ⎛ Nf ⎞a Nf q = ΔqN f = khL ⎜ ⎟ Khi đó: q= kh kv hL ⎝ Nd ⎠b Nd
Phương pháp phân đoạn • Là phương pháp giải tích gần đúng để giải các bài toàn dòng thấm bị giới hạn. • Phương pháp này do Pavlovsky phát minh ra năm 1956. Năm 1962 được giới thiệu cho các nhà khoa học phương Tây bởi Harr. • Giả thiết cơ bản của phương pháp này là các đường đẳng thế tại những điểm tới hạn được lựa chọn trong lưới thấm là các đường thẳng đứng và chúng chia lưới thấm thành các phân đoạn. Ví dụ
Bước 1: Chia hệ thống dòng thấm thành các phân đoạn • Trong đó: hm là tổn thất cột nước trong phân đoạn thứ m • Φ m là hệ số hình dạng không thứ nguyên cho phân đoạn thứ m. Hệ số hình dạng: Φm = N d N f hL = ∑ hm = 12 m Trong mỗi phân đoạn lưu lượng là bằng nhau và bằng tổng lượng dòng thấm, nên: q Nf Nf Nf = h1 = h2 = h3 k Nd 1 Nd 2 Nd 3 q h1 h h h kh Hay = = 2 = 3 = q= • Lưu lượng q qua mỗi phân đoạn phải bằng nhau và được tính theo: k Φ1 Φ 2 Φ 3 ∑ Φ n q = khL Nf = khm ∑Φ m =1 Nd Φm Bước 2: xác định dạng phân đoạn cho bài toán và xác định các giá trị của hệ số hình dạng cho mỗi phân đoạn • Các phân đoạn 1 và 3 là phân đoạn loại II trong khi phân đoạn 2 là phân đoạn loại V • xác định các hệ số hình dạng cho hai loại phân đoạn. Cho các phân đoạn loại II, từ bảng 7-2 chúng ta thấy Φ=K K' • Trong đó cả K và K’ đều là hàm số của m với m được định nghĩa là: πs m = sin 2T πs π 12 m = sin = sin = 0.588 2T 2 30 Tra bảng để tìm K/K’
Lưu lượng 12 20 × 10−4 × kh 100 q= n = = 7.21× 10−5 m 2 s 0.865 + 1.598 + 0.865 ∑Φ m =1 (cho mỗi m chiều dài đập) • Với phân đoạn 2, loại V, chúng ta cần so sánh L và 2s Gradien ra iE tại điểm E: Từ bảng 7-2, phân đoạn loại II, ta để tìm ra Φ. Trong ví dụ của chúng ta, L = 40 m và 2s = có công thức tính gradien ra là: hπ iE = 20 m. Do L > 2s, Φ được tính theo: 2 KTm ⎛ s ⎞ L − 2s trong đó giá trị của m bằng 0.588; giá trị của h là tổn thất cột Φ 2 = 2 ln ⎜1 + ⎟ + nước tại phân đoạn thứ 3 (phân đoạn ra). Giá trị của K được tìm ⎝ a⎠ T dựa trên bảng 7-3 với m2 = 0.345; nội suy ra K = 1.741. Giá trị ⎛ 10 ⎞ 40 − 2 × 10 của h là cột nước tổn thất trong phân đoạn thứ ba, nơi mà nước = 2 ln ⎜1 + ⎟ + = 1.598 ⎝ 18 ⎠ 28 thoát ra và nó được tính từ phương trình: Φ 3h 0.865 × 12 h3 = = = 3.12 m n 3.328 Vẽ lại đập theo tỷ lệ và đặt các giá trị cột nước tại những ∑Φ m =1 điểm được lựa chọn. Tại đường đẳng thế A’, tổn thất cột 3.12 × π nước là h1 = 3.12 m do đó cột nước tại A’ là: iE = = 0.16 h – h1 = 12 – 3.12 = 8.88 m 2 × 1.71× 30 × 0.588 Tương tự, tại đường đẳng thế F’, h2 = 5.76 m và cột nước tại F’ là: Để tính phân bố áp lực dưới đập, giả thiết là tổn thất cột nước h – h1 – h2 = 12 – 3.12 – 5.76 = 3.12 m thay đổi tuyến tính từ phân đoạn 1 đến phân đoạn 3. Cột nước tổn thất tại mỗi phân đoạn được tính theo phương Giả sử tổn thất cột nước thay đổi tuyến tính từ các điểm A- trình: Φ h 0.865 × 12 A’-F-F’ bằng nhau với khoảng cách tổng 10 + 40 + 10 = 60 h1 = 2 = = 3.12 m ∑ Φ 3.328 m, khi đó tổn thất cột nước mỗi m là h2/60m = 5.76m/60m = 0.096m/m. Do vậy cột nước tại điểm A = cột nước tại Φ 2 h 1.598 × 12 điểm A’ – 10 m × 0.096 m cho mỗi m, hay là 8.88 – 10 × h2 = = = 5.76 m ∑ Φ 3.328 0.096 = 7.92 m. Tương tự, cột nước tại F là 4.08 m. h3 = h1 ∑Φ = Φ 1 + Φ 2 + Φ 3 = 0.865 + 1.598 + 0.865 = 3.328
Xử lý biến dạng thấm và thiết kế lọc • Hiện tượng xói ngầm có khả năng xảy ra trong môi trường rỗng nếu gradien vượt quá gradien tới hạn. • Khi lực thấm đủ lớn để làm dịch chuyển các hạt, hiện tượng xói ngầm có thể bắt đầu và thông thường sẽ tiếp diễn cho tới khi hoặc là tất cả các hạt đất trong khu vực lân cận bị rửa trôi hoặc là công trình bị sụp đổ. • Dòng thấm được kiểm soát như thế nào? Các phương pháp được sử dụng tùy thuộc vào tình huống nhưng đôi khi các tường hay màn chống thấm được xây dựng để ngăn chặn hoàn toàn dòng thấm
Các biện pháp xử lý: Xử lý xói ngầm – sân phủ và tường cừ • Gia cố đất đá: đầm chặt, phụt vữa • Điều tiết dòng thấm: sân phủ, tường cừ, màn chống thấm, … • Dùng hệ thống giếng điều áp ở hạ lưu • Tạo lớp đất chống xói ngầm: thiết bị lọc ngược Xử lý xói ngầm – giếng điều áp Xử lý xói ngầm – Thiết bị lọc ngược