intTypePromotion=3

Giáo trình thủy công Tập 1 - 3

Chia sẻ: Cao Thi Nhu Kieu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

0
111
lượt xem
43
download

Giáo trình thủy công Tập 1 - 3

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phỏt triển nguồn nước Việt Nam ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ a) Q P a b b) δ a R b c c) a b c Hình 4-2: Các dạng mặt trượt khi công trình xây trên nền đất a) Trượt phẳng; b) Trượt hỗn hợp; c) Trượt sâu a) Với nền cát, đất hòn lớn, đất có sét cứng và nửa cứng: chỉ cần tính theo sơ đồ trượt phẳng nếu thoả mãn điều kiện về chỉ số mô hình hoá: nc tgψ I = tgϕI + CI ≥ 0, 45 ; σTB Nσ = σ max lim ...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thủy công Tập 1 - 3

  1. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ b) a) Q δ P R b a a b c c) n a c v b H×nh 4-2: C¸c d¹ng mÆt tr−ît khi c«ng tr×nh x©y trªn nÒn ®Êt d. a) Tr−ît ph¼ng; b) Tr−ît hçn hîp; c) Tr−ît s©u Theo Quy ph¹m "NÒn c¸c c«ng tr×nh thuû c«ng" [15], c¸c tiªu chuÈn ph¸n ®o¸n kh¶ n¨ng tr−ît nh− sau: ol a) Víi nÒn c¸t, ®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¸: σ max Nσ = < Nσ , nc lim (4-21) B.γ I Trong ®ã: Nσ - chØ sè m« h×nh ho¸; .v 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); w 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. lim N σ - chuÈn sè kh«ng thø nguyªn, lÊy b»ng 1,0 ®èi víi c¸t chÆt vμ 3,0 ®èi víi w c¸c 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 c¸c ®iÒu kiÖn (4-21), (4-22), (4-23): w - §iÒu kiÖn vÒ c−êng ®é chèng c¾t cña nÒn: CI tgψ I = tgϕI + ≥ 0, 45 ; (4-22) σTB - §iÒu kiÖn vÒ tèc ®é cè kÕt: 82
  2. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ K th (1 + e) t 0 C0 = ≥4, (4-23) V aγ n h 2 0 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; C 0 - hÖ sè møc ®é cè kÕt; V n Kth - hÖ sè thÊm cña ®Êt nÒn; e - hÖ sè rçng cña ®Êt ë tr¹ng th¸i tù nhiªn; v t0 - thêi gian thi c«ng c«ng tr×nh; a - hÖ sè nÐn cña ®Êt nÒn; d. 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 c¸c ®iÒu kiÖn quy ®Þnh ë trªn: ol - 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. nc - 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 .v §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 w - Lùc chèng tr−ît: R = PtgϕI + m1Eb2 + ACI; (4-24) w - Lùc g©y tr−ît: Ntt = Q (4-25) Q = T1 + EC1 – T2, (4-26) Trong ®ã: w P - tæng c¸c thμnh phÇn th¼ng ®øng cña c¸c 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). 83
  3. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ T1, T2 - tæng gi¸ trÞ tÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn n»m ngang cña c¸c 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; C¸c ®¹i l−îng kh¸c nh− ®· gi¶i thÝch ë trªn. P T1 n T2 E c1 Eb2 v a b H×nh 4-3: S¬ ®å tÝnh to¸n tr−ît ph¼ng d. 2. Khi mÆt tr−ît n»m nghiªng Tr−êng hîp mÆt tr−ît nghiªng vÒ th−îng l−u: ol - Lùc chèng tr−ît: R = ( P' cosβ + Qsinβ - W®n)tgϕI + m1Eb2cosβ + A' CI; (4-27) - Lùc g©y tr−ît: nc Ntt = Qcosβ - P' sinβ, (4-28) Trong ®ã: P' - tæng c¸c thμnh phÇn th¼ng ®øng cña c¸c t¶i träng tÝnh to¸n, kh«ng kÓ ¸p lùc n−íc ®Èy ng−îc; .v 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); w C¸c ký hiÖu kh¸c nh− ®· nªu trªn. Tr−êng hîp mÆt tr−ît nghiªng vÒ h¹ l−u còng ®−îc tÝnh theo c¸ch t−¬ng tù. w 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 w 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; 84
  4. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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* ) B2 (B* ) B 1(B* ) 2 1 f e a b n c d v 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]. d. P Gi¸ trÞ B1 ph¶i ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¸ trÞ σTB = trªn c¸c ®å thÞ trong h×nh 4-5. BL Khi lùc ph¸p tuyÕn P lÖch t©m vÒ phÝa h¹ l−u th× c¸c gi¸ trÞ B, B1, B2 trong c«ng thøc ol B* (4-29) ph¶i lÊy b»ng B*, B1*, B2*, trong ®ã B* = B - 2ep; B1* = B1 ; ep - ®é lÖch t©m B 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. nc B 1 /B B 1 /B 1 1 a) b) .v σ σ 0 0 σp σk w σp H×nh 4-5: C¸c ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu réng B1 a) §Êt cã tgψI > 0,45; b) §Êt cã tgψI ≤ 0,45 w Trªn h×nh (4-5): σk = N σ .B.γ I ; σp - øng suÊt ph¸p trung b×nh t¹i ®¸y mãng c«ng lim tr×nh mμ t¹i ®ã x¶y ra sù ph¸ ho¹i nÒn chØ do t¶i träng th¼ng ®øng, x¸c ®Þnh theo [15]. w 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]. 85
  5. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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) O α α n R β x1 x0 r v Q P P1 y0 T2 d. Q1 Q1 i DN 2 B Wth T1 G ol N1 P1 H×nh 4-6: S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh tr−ît s©u khi nÒn ®ång chÊt nc C¸c lùc t¸c dông bao gåm: - Hîp lùc P cña c¸c 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 c¸c lùc n»m ngang, cã tay ®ßn ®Õn ®iÓm I lμ y0. .v - Träng l−îng ®Êt n»m trong cung tr−ît, tÝnh theo dung träng ®Èy næi. ⎛ π.α 0 ⎞ G = γ dn ⎜ − sin α.cos α ⎟ .R2 ; (4-30) ⎜ 180 ⎟ 0 ⎝ ⎠ w - ¸p lùc thÊm trong phÇn cung tr−ît - ¸p lùc nμy lμ hîp cña c¸c lùc thÊm ph©n tè t¸c dông t¹i tõng « cña l−íi thÊm; cã thÓ tÝnh gÇn ®óng: w Wth = ∑γnJiΩi; (4-31) Trong ®ã: γn - träng l−îng riªng cña n−íc; w Ji - gradien thÊm t¹i « l−íi thø i; Ωi - diÖn tÝch « l−íi thø i. Hîp lùc Wth cã c¸nh tay ®ßn ®Õn O lμ r. 86
  6. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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 Q lμ: x1 = x 0 + y 0 . P 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. n 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: v - 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 d. 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; ol S2 = N2tgϕ = Qsinαtgϕ; S3 = σtgϕ; ϕ - gãc ma s¸t trong cña ®Êt nÒn. nc - 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: .v M ct K at = , (4-32) M gt w Trong ®ã: Mct - m«men chèng tr−ît: w Mct = S1R + S2R + S3R + 2αRcR; Mgt - m«men g©y tr−ît: Mgt = T1R + T2R + Wthr w Thay vμo (4-32) ®−îc: (P cos β + Qsin α + G)tgϕ + 2αRc K at = (4-33) Q cos α + P sin β + Wth .r / R 2. Tr−êng hîp nÒn kh«ng ®ång chÊt (h×nh 4-7) 87
  7. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ O α α R βi b Q γ1 ,ϕ1 ,c 1 Q1 i D γ2 ,ϕ2 ,c 2 γ3 ,ϕ3 ,c 3 n Si Pi v 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 c¸c chØ tiªu c¬ lý kh¸c nhau (γj, ϕj, Cj) th× ph¶i d. 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 c¸c m«men chèng tr−ît vμ ®Èy tr−ît cña c¸c d¶i ®Êt ®ã do lùc th¼ng ®øng truyÒn xuèng ®¸y d¶i lμ: ol 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 nc 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,... .v trong ph¹m vi d¶i ®ang xÐt. Pi còng ®−îc ph©n tÝch ra c¸c thμnh phÇn theo h−íng ph¸p tuyÕn vμ tiÕp tuyÕn víi cung tr−ît: w - H−íng ph¸p tuyÕn: Ni = Picosβi; - H−íng tiÕp tuyÕn: Ti = Pisinβi; w 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− ®· w lμm víi tr−êng hîp trªn. HÖ sè an toμn chèng tr−ît tÝnh theo (4-32) sÏ lμ: ΣPi cos βi tgϕi + Σc i S i + Qsin αtgϕ1 K at = (4-34) ΣPi sin βi + Q cos α Trong ®ã: 88
  8. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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 c¸c tr−êng hîp sau: n 1. §Ëp trong thêi kú thi c«ng, vμ khi võa ®¾p xong. 2. Khi hå ®· chøa n−íc víi c¸c mùc n−íc th−îng h¹ l−u kh¸c nhau. v 3. Khi mùc n−íc trong hå rót nhanh. C¸c s¬ ®å vμ c«ng thøc tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bμy ë §6.5. d. ol nc .v w w w 89
  9. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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. n ë c¸c 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 v cÇn thiÕt, x¶ bïn c¸t 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; d. 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. ol Mét trong nh÷ng yÕu tè quyÕt ®Þnh l − u tèc dßng ch¶y trªn c«ng tr×nh th¸o n − íc l μ c ét 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) v μ c ét n − íc nc 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 c¸c hiÖn t−îng thuû lùc phøc t¹p nh− sãng xung kÝch, hμm khÝ, khÝ thùc... Ng−îc l¹i, ë c¸c c«ng tr×nh th¸o n−íc cã cét n−íc trung b×nh vμ cao, l−u tèc dßng ch¶y .v 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; c¸c 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 w 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 c¸c 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 w dßng ch¶y trªn ®ã cã l−u tèc cao. C¸c vÊn ®Ò vÒ kh¶ n¨ng th¸o n−íc, nèi tiÕp vμ tiªu n¨ng sau c¸c c«ng tr×nh th¸o sÏ ®−îc tr×nh bμy cô thÓ trong c¸c ch−¬ng t−¬ng øng. w 90
  10. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ §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 c¸c 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 c¸c th«ng sè ch¶y qua trÞ sè trung b×nh thêi gian vμ gi¸ trÞ m¹ch ®éng cña chóng. VÝ dô: u = u + u', - L−u tèc: (5-1) n - ¸p suÊt: p = p + p', (5-2) Trong ®ã: v 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; d. 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 ol Sù h×nh thμnh m¹ch ®éng cã liªn quan ®Õn c¸c 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 nc sù tæ hîp cña c¸c yÕu tè nμy lμ cã tÝnh ngÉu nhiªn. KÕt qu¶ lμ c¸c th«ng sè cña dßng ch¶y còng sÏ biÕn ®æi mét c¸ch 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. .v III. ¶nh h−ëng M¹ch ®éng ¶nh h−ëng ®Õn dßng ch¶y vμ c«ng tr×nh trªn nhiÒu mÆt. C¸c ¶nh h−ëng quan träng nhÊt lμ: w 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 w 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. w - Khi ®¸y lßng dÉn (dèc n−íc, bÓ tiªu n¨ng, s©n sau) lμ c¸c 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 c¸c 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 91
  11. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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 c¸c 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... -2 cm cét n−íc a) 0 2 0,15 -5 0 b) 5 n 0,15 2 1 v c) m cét n−íc 0 -1 -2 d. -3 -4 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, ol tr−íc hè tiªu n¨ng; c) Trong èng x¶ cña turbin c¸nh quay. 2. G©y rung ®éng nc 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 c¸c kÕt cÊu m¶nh nh− c¸c 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 c¸c khíp nèi. §iÒu nμy cÇn l−u ý .v ®èi víi c¸c c«ng tr×nh ch«n s©u d−íi ®Êt nh− ®−êng hÇm, cèng ngÇm. 3. Lµm thay ®æi mùc n−íc w Sù gia t¨ng mùc n−íc trong lßng dÉn cã thÓ dÉn ®Õn trμn bê c¸c c«ng tr×nh th¸o n−íc kiÓu hë, ¶nh h−ëng ®Õn an toμn c«ng tr×nh. w 4. ¶nh h−ëng ®Õn sù khÝ ho¸ dßng ch¶y T¹i c¸c 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 w dÉn (xem §5-4). 92
  12. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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 c¸c "®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 c¸c ®−êng trμn, c¸c cèng t−íi, tiªu ®Çu mèi vμ trªn hÖ thèng (h×nh 5-2). n v d. H×nh 5-2: Xãi ë h¹ l−u cèng vïng triÒu (cèng NhÊt §çi - Nam §Þnh) ol 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 c¸c nc 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 c¸c gi¸ trÞ tøc thêi cña m¹ch ®éng. Ch¼ng h¹n, víi m¹ch ®éng ¸p suÊt: .v n ∑ (p 'i )2 / n , σp = (5-3) 1 w Trong ®ã: n - sè lÇn ®o; p'i - trÞ sè m¹ch ®éng ¸p suÊt ë lÇn ®o thø i. w ViÖc x¸c ®Þnh c¸c trÞ sè p'i ®−îc thùc hiÖn nhê m¸y tù ghi cã ®−êng èng truyÒn ¸p nèi víi ®iÓm cÇn ®o. C¸c kÕt qu¶ ®o ®−îc xö lý trªn m¸y vi tÝnh. w 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. 93
  13. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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) 2σp 2 ρ.u 10 6 n 5 4 3 v 2 1 a) 0 2 3 1 x/Ln d. x pp Pn 0 y 0.8h u1 h 0.6h 2σp ol ρ.u12 2(p p -p) u 12 0,24 1,4 1 2 0,20 1,6 0,16 nc 1,8 0,12 2,0 3 0,08 2,2 0,04 2,4 4 b) 2,6 5,5 x/h 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 .v 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 w 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. w 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. w 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 94
  14. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ §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 tr μ n 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 c¸c bé phËn c«ng tr×nh cã kÕt cÊu thanh m¶nh th× tÇn sè dao ®éng riªng (f0) sÏ lín, n 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 c¸c bé phËn cña c«ng tr×nh th¸o n−íc. v §5.3. Hμm khÝ vμ tho¸t khÝ d. I. Kh¸i niÖm Hμm khÝ lμ sù l«i cuèn c¸c bät khÝ vμo dßng ch¶y, vμ kÕt qu¶ lμ h×nh thμnh chuyÓn ®éng cña hçn hîp n−íc - khÝ. ol Hμm khÝ cã thÓ ph¸t triÓn tõ bÒ mÆt dßng ch¶y do sù l«i cuèn c¸c bät khÝ vμo qua mÆt tho¸ng. Hμm khÝ còng cã thÓ xuÊt hiÖn tõ trong dßng ch¶y do sù gi¶i phãng c¸c 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 nc cña c¸c 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 c¸c xo¸y h×nh thμnh khi ®−êng biªn c«ng tr×nh cã thay ®æi ®ét ngét. Ngoμi ra, cã thÓ lμm c¸c thiÕt bÞ ®Ó phun khÝ trùc tiÕp vμo dßng n−íc. Tr−êng hîp nμy gäi lμ tiÕp khÝ. .v Khi dßng hμm khÝ ®i vμo ®o¹n cã l−u tèc gi¶m, c¸c 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. C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng w Ng−êi ta sö dông c¸c 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. w 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: w dW dW S= = , (5-6) dWc dW + dWn 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: 95
  15. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ dWn Sn = (5-7) dWc 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: dW n βk = (5-9) dWn C¸c ®¹i l−îng S, Sn, βk ®Æc tr−ng cho dßng ch¶y t¹i mét ®iÓm nμo ®ã - chóng lμ v nh÷ng ®Æc tr−ng côc bé. C¸c ®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 c¸c d. hÖ sè trung b×nh S, S n , βk . VÝ dô hÖ sè chøa khÝ trung b×nh trªn mÆt c¾t cña dßng ch¶y ph¼ng lμ: W 1h = ∫ S ( y ) dy S= (5-10) ol W + Wn h 0 BiÓu thøc βk còng cã d¹ng t−¬ng tù. nc Quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña dßng hμm khÝ nh− sau: βk S S S + S n = 1; = ; βk = . ( ) () Sn 1 + β k 1− S III. ¶nh h−ëng cña sù hµm khÝ ®Õn c«ng tr×nh .v 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 w 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 c¸c lßng dÉn cã ¸p th× ph¶i t¨ng diÖn tÝch mÆt c¾t ®−êng dÉn. w 2. Sù hμm khÝ c¸c tia dßng phãng xuèng h¹ l−u sÏ lμm gi¶m tÇm phãng cña tia vμ t¹o ra c¸c ®¸m m©y bôi n−íc lμm ¶nh h−ëng ®Õn ®iÒu kiÖn vËn hμnh c¸c thiÕt bÞ c¬ ®iÖn (do t¨ng ®é Èm), vμ g©y bÊt lîi cho æn ®Þnh cña c¸c m¸i bê dèc nèi tiÕp víi c«ng tr×nh. w 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 c¸c tia phãng xa Ýt cã kh¶ n¨ng g©y xãi h¹ l−u h¬n lμ dßng n−íc kh«ng hμm khÝ. 96
  16. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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. n Theo nghiªn cøu cña V«inhitr - Xian«jenxki, giíi h¹n hμm khÝ x¸c ®Þnh nh− sau [10]: λ )-1 , Vgh = 20,8 R (1 + i2)0,25(1 - (5-11) v Trong ®ã: d. i - ®é dèc ®¸y; R - b¸n kÝnh thuû lùc; λ - hÖ sè søc c¶n thuû lùc. ol 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). nc - Theo tμi liÖu thÝ nghiÖm cña Straup vμ Anderson: βk = 0,12 Fr − 25 , (5-12) Trong ®ã: β k lμ trÞ sè trung b×nh cña βk. .v - Theo c«ng thøc kinh nghiÖm ®−îc tr×nh bμy trong quy ph¹m thiÕt kÕ trμn x¶ lò cña Trung Quèc SDJ 341 - 89: β k = V/100 , (5-13) w Trong ®ã: V - l−u tèc trung b×nh mÆt c¾t. Khi lßng dÉn lμ ch÷ nhËt ta cã: w hhk = (1 + β k )h (5-14) ë ®©y: hhk - ®é s©u dßng cã hμm khÝ; w h - ®é s©u dßng kh«ng cã hμm khÝ. §5.4. KhÝ ho¸ vμ khÝ thùc I. Kh¸i niÖm 1. KhÝ ho¸ 97
  17. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 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®. a) b) Zm n Ld d Ld v 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 d. Nh− vËy ®iÒu kiÖn ®Ó cã khÝ ho¸ trong chÊt láng lμ: p ≤ ppg , (5-15) Trong ®ã: ol 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 nc 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) .v ë ®©y: H - cét n−íc ®o ¸p toμn phÇn t¹i ®iÓm xÐt; Hpg - cét n−íc ®o ¸p ph©n giíi. w 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) w 5 10 15 20 25 30 40 Hpg (m) 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,44 0,75 w 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. 98
  18. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ §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: H § T − H pg K= , (5-17) 2 V§ T / 2g 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; n 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: v 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 d. sè cña K trong tr−êng hîp bät khÝ b¾t ®Çu h×nh thμnh (®−îc ghi nhËn b»ng m¾t th−êng, hay c¸c thiÕt bÞ ®o). 3. Giai ®o¹n khÝ ho¸ ol §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¸: K nc θk = (5-19) K pg 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. .v 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 w 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 w 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− c¸c gi¶ w 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 c¸c mè tiªu n¨ng vμ mè ph©n dßng. 99
  19. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 111.0 n -2.0 -2.5 -4.0 101.0 v H×nh 5-5: KhÝ thùc trªn mÆt trµn cña ®Ëp bª t«ng träng lùc Bratxcaia. d. a) C¸c phÇn bÞ x©m thùc cña mÆt trµn; b) H×nh ¶nh hè x©m thùc. ol nc H×nh 5-6: KhÝ thùc ë c¸c mè tiªu n¨ng (a) vµ mè ph©n dßng (b). .v 2 1 4 3 i w Víi V3 > V2 Víi V2 > V1 w 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 w ®o¹n b¾t ®Çu khÝ ho¸; 3 - Giai ®o¹n ø ng víi V1 khÝ ho¸ m¹nh; 4 - Giai ®o¹n siªu O khÝ ho¸ 1 β0 β 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). 100
  20. Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam www.vncold.vn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ II. BiÖn ph¸p phßng vµ chèng khÝ thùc trªn c¸c bé phËn cña c«ng tr×nh th¸o n−íc. Nh− trªn ®· cho thÊy khÝ thùc cã thÓ lμm h− háng c¸c 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 c¸c 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 n C¸c 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 c¸c cöa vμo cña c«ng v tr×nh th¸o n−íc cã ¸p, c¸c ®Çu trô pin, c¸c khe van vμ buång cöa van, c¸c mè tiªu n¨ng, mè ph©n dßng vμ buång cöa van, c¸c 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 c¸c bé phËn nμy, cÇn ph¶i chän d. ®−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¸: ol K > Kpg , (5-20) b) §iÒu kiÖn chØ giíi h¹n khÝ ho¸ ë giai ®o¹n ®Çu: nc 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 .v bao (xem c¸c tμi liÖu chuyªn m«n). Kpg - ®Æc tr−ng cho tõng vËt ch¶y bao, ®−îc tr×nh bμy trong c¸c tμi liÖu chuyªn m«n [10],... w Kpgx - hÖ sè khÝ ho¸ giíi h¹n b¾t ®Çu x©m thùc, th−êng lÊy: Kpgx = 0,85Kpg , (5-22) w 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 w 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 c¸c vÞ trÝ cã khÝ ho¸ dßng ch¶y vμ khu vùc l©n cËn. C¸c vËt liÖu ®−îc chän th−êng lμ bª t«ng m¸c cao, thÐp, chÊt dÎo, cao su... Tuy nhiªn, ®èi víi c¸c 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× c¸c mèi nèi nμy l¹i lμ nguån sinh khÝ ho¸ ®Ó ph¸ ho¹i phÇn bÒ mÆt bª t«ng kh«ng bäc kÕ liÒn nã. 101

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản