intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình thủy công Tập 1 - 3

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

Thêm vào BST
Báo xấu
159
lượt xem 46
download
 
  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:

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

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
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2430 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2