Xây dựng - Chương 3: Thấm dưới đáy công trình

8/7/2015
1
1
Chương 3 THẤM DƯỚI ÐÁY CÔNG TRÌNH
1) Định luật Darcy
2) Phương pháp hệ số sức kháng trugaep
3) Phương pháp tỷ lệ đường thẳng
4) Phương pháp lưới thấm
5) Tác hại của dòng thấm và biện pháp khắc phục
2
1) Chuyển động có áp: khi dòng thấm bị giới hạn bởi các biên cứng,
dòng thấm không có mặt thoáng, chuyển động giống như chui qua một
đường ống có áp;
2) Chuyển động không áp: khi dòng thấm có mặt thoáng. Trên đó áp lực
tương đương áp lực khí trời (thấm qua đập đất). Mặt thoáng này nằm theo
đường cong gọi là đường bão hòa.
8/7/2015
2
3
Các giả thiết cơ bản:
1) Nước ngầm chuyển động theo định luật Darcy:
V = k×J
trong đó:
V: lưu tốc, m/s;
k: hệ số thấm của đất nền;
J: độ dốc thuỷ lực (gradient thuỷ lực) tại điểm tính toán.
2) Ðất nền là môi trường đồng nhất và đẳng hướng.
3) Dòng thấm ổn định.
4) Nước chứa đầy các khe rỗng trong đất và không thể ép co được.
4
Ðối với thấm qua nền và thấm qua đập đất, ta thêm 2 giả
thiết sau:
1) Trong miền thấm không có điểm tiếp nước cũng không
có điểm rút nước;
2) Bài toán thấm phẳng.
Các yếu tố của dòng thấm cần tìm là:
- Cột nước thấm;
- Lưu lượng thấm;
- Gradient và vận tốc thấm.
8/7/2015
3
5
1) Phương pháp hệ số sức kháng Trugaep
- Bộ phận cửa vào và bộ phận cửa ra (thường có cừ hoặc có bậc);
- Bộ phận giữa (thường có cừ đứng hoặc bậc thẳng đứng);
- Bộ phận ngang.
6
Cột nước tiêu hao trong mỗi bộ phận tính theo công thức:
8/7/2015
4
7
8
8/7/2015
5
9
10
8/7/2015
6
11
12
8/7/2015
7
13
14
2) Phương pháp lưới thấm
Cơ sở của phương pháp này là bảo đảm xây dựng được một lưới
thấm điển hình có các mắt lưới đều là hình vuông cong (các
đường đẳng thế và các đường dòng vuông góc nhau).
Ðường dòng
Tổn thất
Ðường thế
Ống dòng
Tỷ số không đổi giữa các cạnh của từng ô lưới khi vẽ lưới
thường lấy bằng 1 (DS = DL)
8/7/2015
8
15
H
T
S
16
a) Vẽ đường dòng:
- Ðường viền dưới đáy công trình là đường dòng đầu tiên;
- Mặt tầng không thấm là đường dòng cuối cùng;
- Miền thấm giữa hai đường dòng liên tiếp gọi là ống dòng;
- Có m+1 đường dòng tạo thành m ống dòng.
1
2
3
4
5
8/7/2015
9
17
b) Vẽ đường thế:
- Ðường thế đầu tiên: h = H1 là đáy sông thượng lưu công trình
(H1: cột nước thượng lưu);
- Ðáy sông hạ lưu công trình là đường thế cuối cùng: h = H2 (H2:
cột nước hạ lưu);
- Miền thấm giữa hai đường thế liên tiếp gọi là dải;
- Có n+1 đường thế tạo thành n dải và mỗi ống dòng có n mắt lưới.
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1
2
18
8/7/2015
10
19
20
m = ?
n = ?
8/7/2015
11
21
m = ?
n = ?
22
m = ?
n = ?
8/7/2015
12
23
m = ?
n = ?
24
m = ?
n = ?
8/7/2015
13
25
Mực nước tại ALớp sạn sỏi
Tầng không thấm
26
8/7/2015
14
27
28
8/7/2015
15
29
30
8/7/2015
16
31
32
8/7/2015
17
33
34
8/7/2015
18
35
36
8/7/2015
19
37
38
THẤM TRONG NỀN KHÔNG ÐỒNG NHẤT
Hướng dọc các
lớp
Hướng
thẳng góc
các lớp
8/7/2015
20
39
THẤM TRONG NỀN KHÔNG ÐỒNG NHẤT
Hướng dọc các
lớp
Hướng
thẳng góc
các lớp
40
XÁC ÐỊNH BỀ DÀY CỦA BẢN ÐÁY
8/7/2015
21
41
42
TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
Tác hại của dòng thấm
- Dòng thấm gây tác hại đối với công trình như sau:
+ Làm mất nước đối với công trình trữ nước;
+ Giảm ổn định công trình như: đẩy trượt công trình;
+ Giảm ổn định hoặc làm mất ổn định nền: đẩy trượt công trình kéo
theo một bộ phận đất nền, gây xói ngầm, trôi đất.
8/7/2015
22
43
- Phân tích tác hại của dòng thấm, ta có một số kết luận sau:
+ Tăng chiều dài đường viền thấm thì gradient thấm và lưu lượng
thấm bình quân giảm.
+ Tăng chiều dài đoạn thượng lưu thì áp lực thấm dưới đáy công
trình giảm nhỏ.
+ Giảm chiều dài đoạn hạ lưu thì áp lực thấm dưới đáy công trình
giảm nhanh.
+ Các đoạn đường viền thẳng đứng có tác dụng tiêu hao cột nước
thấm lớn hơn các đoạn đường viền nằm ngang có cùng độ dài.
44
Biện pháp khắc phục
Xói ngầm
Thiết kế đường viền thấm đủ dài để gradient thấm trong đất nền
không vượt quá gradient thấm cho phép.
- Phương pháp Lane: Ltt ≥ C×H
- Phương pháp Trugaep: khi phân tích vấn đề thấm ổn định của
đất nền, Trugaep đưa ra khái niệm thấm toàn bộ và thấm cục bộ.
Việc thiết kế đường viền thấm trước hết phải bảo đảm ổn định
thấm toàn bộ đất nền, sau đó kiểm tra lại ổn định thấm cục bộ.
8/7/2015
23
45
46
8/7/2015
24
47
48
8/7/2015
25
49
50
8/7/2015
26
51
52
8/7/2015
27
53
Figure 9.13 Uplift and seepage
This diagram represents the flow of water under a floodwall. The
equipotential lines represent the drop in pressure and the flow lines
represent the seepage paths. In this illustrative example, 30% of the
differential hydrostatic head (H) is dissipated over the depth of the
wall base on the landward side. This yields a high exit gradient and
hence the potential for piping.
Note that the uplift pressure at Point A is calculated as (h − 0.4H). It
is the hydrostatic head (h) less the dissipation of
differential head (40% of H).
54
Figure 9.14 Effect of a cutoff
The cutoff (in this case positioned on the landward side of the
wall) has two impacts:
it increase the seepage path length and thus reduces the exit
gradient (the rate of dissipation of headin the soil on the
defended side), in this case to about half; but
it also increases the uplift pressure under the base of the wall
(which acts together with the horizontalhydrostatic force to
overturn the wall).
The uplift pressure at point A is now about (h − 0.2H).