Tiêu chuẩn việt nam tcvn 8422: 2010



tải về 0.62 Mb.
trang1/8
Chuyển đổi dữ liệu01.11.2017
Kích0.62 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

TCVN 8422:2010

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THIẾT KẾ TẦNG LỌC NGƯỢC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG



Hydraulic structure – Design of adverse filter

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này dùng để thiết kế tầng lọc ngược và vùng chuyển tiếp bằng đất không dính, cát, cuội, sỏi và đá dăm, cũng như lọc ngược bằng bê tông xốp, đặt trong các công trình thủy lợi cấp đặc biệt, cấp I, II, III, và IV (cấp công trình theo TCXDVN 285-2002 – Công trình thủy lợi – các quy định chủ yếu về thiết kế hoặc tiêu chuẩn hiện hành), theo vốn đầu tư trong đập đất và đập đá đổ, trong mái đập, trong nền đập nhà máy thủy điện, âu thuyền và các công trình khác, trong phần tiêu năng sau đập, trong lớp mái kênh, trong lớp gia cố mái dốc của bờ đáy thượng lưu và hạ lưu.

Đối với công trình thủy lợi cấp IV và V, các yêu cầu về thiết kế hạng mục lọc ngược của bộ phận công trình thủy công có thể lấy thấp hơn các yêu cầu nên trong tiêu chuẩn này.

Trong trường hợp các đặc trưng tính toán của vật liệu, khai thác để làm lọc ngược vượt ra ngoài các giới hạn nêu trong các điều kiến nghị trong tiêu chuẩn này thì cần phải kiểm tra lọc đã thiết kế bằng thí nghiệm ở trong phòng hoặc ở công trường.



2. Thuật ngữ và ký hiệu

2.1. Thuật ngữ

Tiêu chuẩn này khuyến nghị sử dụng theo đúng các thuật ngữ và ký hiệu sau đây:



2.1.1. Kết cấu tiêu nước (drainage filter)

Kết cấu dùng để hạ thấp mực nước ngầm hoặc áp lực nước ngầm cũng như để dẫn nước thấm một cách có tổ chức trong hệ thống tiêu nước.



2.1.2. Lọc ngược (adverse filter)

Những lớp cát, sạn, sỏi hoặc đá dăm để bảo vệ đất trong các công trình và trong nền các công trình để khỏi bị xói ngầm cơ học cũng như khỏi bị ép phì, đùn đất cuốn đi trong những trường hợp cá biệt.



2.1.3. Cốt đất (earth forced)

Tập hợp các hạt đất chịu tác dụng và chuyển tác dụng của ngoại lực đảm bảo độ bền và độ ổn định của đất.



2.1.4. Xói ngầm cơ học (mechanic tunnel erosion)

Hiện tượng chuyển vị của đất và hiện tượng lôi các hạt nhỏ từ trong tầng đất ra ngoài do tác dụng của dòng thấm.



2.1.5. Xói ngầm cơ học trong (mechanic subsurface erosion)

Hiện tượng chuyển vị trong đất của các hạt nhỏ do dòng thấm gây ra.



2.1.6. Xói ngầm cơ học ngoài (mechanic surface erosion)

Hiện tượng lôi các hạt nhỏ từ trong tầng đất ra ngoài do dòng thấm gây ra.



2.1.7. Xói ngầm cơ học nguy hiểm (danger mechanic tunnel erosion)

Hiện tượng chuyển vị và lôi các hạt nhỏ và các hạt cốt đất với số lượng do dòng thấm gây ra làm phá hoại độ bền và độ ổn định của đất.



2.1.8. Sự bồi tắc (soil consolidate)

Hiện tượng lắng đọng các hạt nhỏ do dòng thấm vận chuyển vào các kẽ rỗng của đất.



2.1.9. Đất xói ngầm (soil subsurface erosion)

Đất trong đó xói ngầm cơ học có thể xuất hiện và phát triển với vận tốc thấm vượt quá vận tốc giới hạn.



2.1.10. Đất không xói ngầm (non subsurface erosion)

Đất trong đó xói ngầm cơ học không thể xảy ra.



2.1.11. Vùng tiếp xúc của đất (contact area)

Vùng bao gồm biên giới của hai loại đất kế cận và khác nhau về thành phần hạt; vùng đó được xác định bằng chiều sâu xâm nhập của hạt loại đất này sang hạt loại đất kia.



2.1.12. Sự rơi vãi đất vào lọc (soil infill to filter)

Hiện tượng di chuyển các hạt nhỏ từ chỗ đất tiếp xúc vào lớp lọc do tác dụng của trọng lực.



2.1.13. Phân lớp đất (soil sublayer)

Hiện tượng tách hạt to khỏi hạt nhỏ xuất hiện khi vận chuyển, đổ và rải đất.



2.1.14. Đùn đất (soil push up)

Hiện tượng tách rời và chuyển vị của đất gây ra bởi dòng thấm đi lên.



2.1.15. Bóc lớp đất (remove soil layer)

Hiện tượng các kết thể của đất dính (đất có sét và đất thịt) bị tách rời ở vùng tiếp xúc của lọc ngược với đất.



2.1.16. Xói mòn tiếp xúc (contact erosion)

Hiện tượng xói mòn đất hạt nhỏ ở chỗ tiếp xúc với đất do tác dụng của thấm dọc.



2.2. Ký hiệu

Các ký hiệu được sử dụng nhiều trong tiêu chuẩn:

• D: đường kính hạt vật liệu của lọc ngược bảo vệ;

• d: đường kính hạt đất được lọc ngược bảo vệ;

• Do: đường kính trung bình của lỗ rỗng trong lớp học;

• dtv: đường kính hạt tạo vòm của đất;

• dxn: đường kính hạt (xói ngầm) của đất bị lôi ra bởi dòng thấm;

• d0 max: đường kính lớn nhất của đường thấm;

• D10…D17…D60: đường kính hạt vật liệu lọc ngược, các hạt nhỏ hơn các hạt này trong thành phần của đất chiếm 10 %... 17%... 60% theo trọng lượng;

• d10…d17…d60: đường kính hạt của đất được bảo vệ, các hạt nhỏ hơn các hạt này trong thành phần của đất chiếm 10 %... 17%... 60% theo trọng lượng;

• dmin: đường kính nhỏ nhất của các hạt ở trong loại đất, các hạt nhỏ hơn các hạt này trong thành phần của đất chiếm 0 % theo trọng lượng;

: hệ số không đều hạt của đất được bảo vệ, không thứ nguyên;

: hệ số không đều hạt của vật liệu làm lọc ngược, không thứ nguyên;

• m, mđ: độ rỗng của đất, % thể tích đất;

• mt: độ rỗng của vật liệu làm lọc ngược, % thể tích vật liệu;

• gl: hệ số không rải hạt giữa các lớp, không thứ nguyên;

• kđ: hệ số thấm của đất được lọc ngược bảo vệ, cm/s;

• k1: hệ số thấm của vật liệu lọc ngược, cm/s;

• Jth, Vth: gradien cột nước (không thứ nguyên) và vận tốc thấm tới hạn (độ dài/thời gian), với các trị số này bắt đầu có xói ngầm cơ học;

• : góc giữa các phương của vận tốc thấm và lực trọng trường, tính bằng độ;

• : hệ số xếp hạt không đều trong đất hoặc hệ số cục bộ về xói ngầm, không thứ nguyên;

• 0: hệ số vận tốc tới hạn, không thứ nguyên;

• f* : hệ số ma sát tính đổi, không thứ nguyên;

• γđ: dung trọng đất khô, g/cm3;

• : trọng lượng riêng của các hạt đất, g/cm3;

• γn: dung trọng của nước, g/cm3;

• W: độ ẩm của đất, % so với dung trọng khô;

• Wc: giới hạn chảy của đất là độ ẩm đất mà tại đó đất bị chảy % so với dung trọng khô;

• Wl: giới hạn lăn của đất là độ ẩm đất mà tại đó đất có thể lăn tròn được, % so với dung trọng khô;

• Wd: chỉ số dẻo của đất, không thứ nguyên;

• G: hệ số ẩm, không thứ nguyên;

• c: hệ số rỗng của đất ở giới hạn chảy, không thứ nguyên;

• Jtt: gradien cột nước tính toán, không thứ nguyên;

• D0tt: đường kính tính toán của kẽ rỗng vật liệu lọc, mm;

• H: chiều cao cột nước, m;

• Re: số Râynôl (Raynolds);

• V: hệ số nhợt động học của nước;

• g: gia tốc trọng trường, m/s2.



3. Phân loại lọc ngược

Khi lựa chọn thành phần hạt của vật liệu làm lọc ngược cần phân biệt chúng ra làm hai kiểu cơ bản:

Kiểu I: Thấm ngang (thấm qua mặt cắt ngang lớp lọc) và sự xâm nhập của đất vào lọc ngược dưới tác dụng của trọng lực là những yếu tố xác định thành phần của lọc ngược. Trong loại lọc ngược này cần phân biệt hai trường hợp:

- Trường hợp thứ nhất: phương vận tốc thấm và của trọng lực trùng với nhau (Hình 1a);

- Trường hợp thứ hai: phương của chúng ngược nhau (Hình 1 b);

Kiểu II: Thấm dọc (thấm dọc theo lớp lọc) là yếu tố xác định thành phần lọc ngược khi đó các chỗ tiếp xúc của đất và các lớp lọc có thể là nằm ngang hoặc nằm nghiêng (Hình 1 c, d, e).





Hình 1 – Các kiểu lọc ngược

Các lọc ngược có mặt tiếp xúc thẳng đứng giữa hai lớp đất kế cận (các lọc ngược này chủ yếu được đặt vào các lỗ khoan và giếng tập trung nước) được xem như kiểu lọc thứ nhất (Kiểu I) nếu thấm đi qua chiều ngang của chúng; và được coi như kiểu II nếu thấm theo chiều dọc.



4. Chức năng, yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế và vật liệu làm lọc ngược

4.1. Chức năng của lọc ngược

Lọc ngược chính là những lớp vật liệu trung gian, nối tiếp đất hạt nhỏ cần bảo vệ với đất hạt to (bộ phận tiêu nước). Chức năng chủ yếu của lọc ngược là ngăn ngừa xói ngầm cơ học nguy hiểm trong đất hạt nhỏ cần bảo vệ. Trong trường hợp cá biệt, lọc ngược có thể làm nhiệm vụ gia tải chống hiện tượng đùn đất.

Lọc ngược có thể là những kết cấu độc lập hoặc là bộ phận của các kết cấu tiêu nước (nghiêng theo mái dốc, ống, lăng trụ đá, v.v…).

4.2. Yêu cầu đối với lọc ngược

Lọc ngược phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

a) Độ thấm nước của lọc ngược phải rất lớn so với độ thấm nước của đất được nó bảo vệ.

b) Thành phần của hạt lọc ngược phải chọn sao cho:

- Bảo đảm không có hiện tượng các hạt đất của vùng đất cần bảo vệ (đất thân đập, đất nền công trình thủy công) không được phép xâm nhập vào trong tầng lọc ngược cũng như ngăn các hạt đất vùng cần bảo vệ vào thân lọc ngược hoặc vào trong kết cấu tiêu nước hoặc đá đổ;

- Ngăn ngừa được sự phát triển nguy hiểm đối với độ bền và độ ổn định của đất cần bảo vệ về xói ngầm cơ học trong vùng tiếp xúc với lọc;

- Bảo đảm không có sự ứ động bồi tắc lọc ngược do các hạt nhỏ được dòng thấm mang từ vùng đất cần bảo vệ qua tầng lọc. Do đó lọc tầng lọc ngược phải giữ được các hạt có đường kính cần bảo vệ của vùng đất thân đập hoặc nền công trình thủy công và cho phép các hạt nhỏ hơn (các hạt có đường kính nhỏ không thuộc đối tượng bảo vệ của nền đất, thân đập) thoát qua;

- Ngăn ngừa được xói ngầm cơ học nguy hiểm đối với độ bền và độ ổn định của lọc ngược trong bản thân lớp lọc;

Nếu đất cần bảo vệ là không xói ngầm thì không cần thỏa mãn các điều kiện thứ 2 và thứ 3 khoản b) điều này đã chỉ ở trên khi chọn thành phần lọc ngược. Nếu ngay cả thành phần lọc ngược cũng là không xói ngầm thì không cần thỏa mãn cả điều kiện thứ 4 khoản b) điều này đã nêu ở trên. Trong trường hợp như vậy chỉ yêu cầu thỏa mãn điều kiện thứ nhất nghĩa là đảm bảo không có sự rơi vãi hạt cốt đất vào lọc ngược.

c) Chiều dày của một lớp lọc ngược bất kỳ phải lớn hơn chiều dày của vùng tiếp xúc nối tiếp rất nhiều. Lớp lọc phải có chiều dày sao cho trong lớp đó hình thành được cốt đất có thành phần hạt thích ứng và có khả năng chịu tác dụng của ngoài tải. Chiều dày các lớp lọc phải được ấn định có xét đến biện pháp thi công.

d) Thi công lớp lọc ngược phải tiến hành sao cho đảm bảo được độ đồng đều của thành phần hạt vật liệu theo chiều dày và theo mặt bằng của từng lớp học. Cũng không cho phép phân lớp vật liệu khi xếp các lớp của lọc ngược.

4.3. Nhiệm vụ thiết kế lọc ngược là bao gồm giải quyết các vấn đề cơ bản sau

a) Xác lập các thông số tính toán (thành phần hạt, dung trọng độ rỗng, hệ số thấm.v.v…) của đất được lọc ngược bảo vệ; đánh giá độ bền và ổn định (độ xói ngầm) của đất và xác định kích thước tính toán của hạt đất tạo vòm theo thành phần đất và những điều kiện thủy động của dòng thấm;

b) Chọn vật liệu thiên nhiên hoặc vật liệu nhân tạo (đá dăm, xỉ được tán nhỏ v.v…) có thể dùng làm lọc ngược;

c) Xác định thành phần hạt của lớp thứ nhất và các lớp tiếp theo của lọc ngược chọn từ các vật liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo;

d) Đánh giá độ thấm nước của vật liệu dùng cho lọc ngược thiết kế;

e) Kiểm tra độ bền và độ ổn định về xói ngầm của đất cần bảo vệ bằng lọc ngược thiết kế của vật liệu làm lọc ngược;

f) Xác định chiều dày và số lớp của lọc ngược;

g) Xác định giới hạn chênh lệch cho phép có thể xảy ra về thành phần hạt, chiều dày các lớp và độ rỗng của vật liệu lọc ngược khi xếp chúng vào kết cấu tiêu nước.



4.4. Vật liệu làm lọc ngược

Để làm lọc ngược, chỉ được dùng vật liệu thiên nhiên gia công hoặc đã được xử lý, không dính, lấy từ các đá rắn và chắc, không chứa muối hòa tan trong nước. Trong các loại vật liệu này có: cát, cuội, sỏi, đá dăm, đá dăm thải của các nhà máy nghiền đá, xỉ được tán nhỏ (nghiên cứu trước trong phòng thí nghiệm).

Cát thiên nhiên hoặc gia công nhân tạo phải xuất xứ từ các nham thạch rắn và chắc; tràng thạch, thạch anh hay hỗn hợp sỏi, cuội, đất dăm và xỉ tán nhỏ của chúng phải xuất xứ từ các nham thạch rắn chắc không bị làm mềm bởi hiện tượng phong hóa và rửa kiềm.

Giới hạn cường độ chịu nén của đá không được nhỏ hơn 300 kg/cm2.

Giới hạn cường độ chịu nén của đá dùng làm lọc ngược các đập cao, không được nhỏ hơn cường độ chính bản thân của đập.

Trong trường hợp gần nơi xây dựng công trình có một số mỏ vật liệu để làm lọc ngược và vật liệu lấy từ những mỏ này thỏa mãn các yêu cầu nói trên, thì khi lựa chọn một hoặc vài mỏ trong số đó cần phải xét đến giá thành thấp nhất của công tác xây dựng lọc ngược.



4.5. Số liệu ban đầu để thiết kế lọc ngược

Khi thiết kế lọc ngược phải biết các số liệu ban đầu sau đây:

a) Thành phần cơ học, độ nhớt và tính chất thấm nước của đất đắp đập và của đất nền được bảo vệ bằng các lọc ngược;

b) Loại thành phần cơ học và tính chất thấm nước (nghĩa là các đặc trưng tính toán) của vật liệu được dự kiến dùng làm lọc ngược;

c) Các số liệu về sự có mặt khác và trữ lượng của vật liệu tại chỗ dùng cho lọc ngược, các số liệu về điều kiện khai thác và chuyên chở;

d) Cấp công trình để thiết kế tầng lọc ngược;

e) Kiểu và kết cấu tiêu nước được chọn để thiết kế tầng lọc ngược;

f) Lưu lượng nước đơn vị của dòng thấm chảy qua lọc ngược;

g) Các mực nước hạ lưu (từ nhỏ nhất đến lớn nhất);

h) Chiều cao tính toán của sóng ở hạ lưu.



5. Các hệ thức tính toán để xác định thành phần hạt các lớp của lọc ngược

5.1. Các thông số của vật liệu

Các thông số của vật liệu sử dụng trong thiết kế lọc ngược bao gồm: cát, sỏi về xói ngầm và không xói ngầm.

Thành phần hạt của đất không xói ngầm được xác định bằng hệ thức thực nghiệm sau đây của M.Paptrit:

(1)

(2)

Trong đó


Pi là hàm lượng % trong đất của các hạt, tính theo trọng lượng có đường kính nhỏ hơn di;

P10 = đường kính hạt nhỏ hơn hạt chiếm 10% trọng lượng;

di, dmin là đường kính hạt chiếm i% trọng lượng và đường kính nhỏ nhất của các hạt ở trong loại đất đã cho.

Để lập đường cong thành phần hạt của đất không xói ngầm theo hệ thức trên đây, cần biết hàm lượng phần trăm Pi của các hạt có đường kính di ở trong đất và hệ số không đều hạt của đất .

Nếu di > dmin thì đưa các thông số này vào công thức (1), sẽ tìm được dmin và sau đó tự cho các trị số khác nhau Pi = 10…20…100, tính các trị số di tương ứng với chúng theo hệ thức (1).

Bằng cách ấy, theo các số liệu tính được sẽ lập được đường cong phải tìm.

Thành phần hạt của đất không xói ngầm cũng có thể xác định theo các đường cong cho ở Hình 2. Các đường cong này được lập trong tọa độ tương đối và tỉ số di/d17 đặt trên trục hoành độ, còn Pi đặt trên trục tung độ. Hệ thức (1) là sự gần đúng của những đường cong này.

Tất cả các đất, mà thành phần hạt của chúng căn bản khác với thành phần hạt đã cho ở Hình 2 và thành phần hạt ấy được xác định theo hệ thức (1) đều thuộc loại đất xói ngầm. Khi đạt tới vận tốc thấm tới hạn thì xói ngầm cơ học sẽ phát triển trong các đất này. Khi đó số lượng các hạt nhỏ bị lôi ra khỏi đất này sẽ phụ thuộc vào mức độ khác nhau của đất xói ngầm và đất không xói ngầm và phụ thuộc vào vận tốc thấm.



5.2. Các hệ thức tính toán về hệ số thấm của vật liệu cát, sỏi và đá dăm

Trong những trường hợp không biết hệ số thấm của vật liệu cát, sỏi hoặc đá dăm được bảo vệ hoặc được chọn làm lọc ngược thì có thể xác định hệ số thấm theo hệ thức thực nghiệm của M. Paptrit:

k = (3)

A = (4)

1: hệ số xét đến hình dạng và độ nhám của hạt. Đối với cát, sỏi, cần lấy 1 = 1,0; đối với đá dăm lấy 1 từ 0,35 đến 0,40.

Trong công thức (3) trị số d17 tính bằng cm, khi đó hệ số thấm nhận được là cm/s.

Công thức (3) đúng đối với chế độ thấm tầng và đối với các giá trị bất kỳ của  và d17.

Giá trị của hệ số thấm cũng có thể tìm theo công thức sau đây của A.N. Tpatrasep.

k = (5)

trong đó


d0 là đường kính tính toán của đường thấm của đất.

1 là trị số của hệ số này cũng được lấy như đối với công thức (4).

Hàm lượng hạt trong đất Pi (%)



Hình 2 – Thành phần hạt của đất không xói ngầm trong tọa độ tương đối

Nếu khi đo tổn thất cột nước ở dạng thấm đều ht xác định theo hệ thức đã biết

ht = (6)

trong đó


V là vận tốc thấm, m/s; d0 trong công thức (6) tính bằng m; và kết quả h1 là m.

l là chiều dài (m) của đoạn dòng thấm đều, trên đoạn đó tổn thất cột nước bằng ht, thì đối với 0 – hệ số ma sát khi thấm trong môi trường kẽ rỗng sẽ có:



(7)

Trong số đó số Râynôl (Raynolds) lấy theo đường kính của đường thấm là:

Reo = (8)

Trên Hình 3 đã ghi số lượng rất lớn các trị số 0 thí nghiệm, tính theo công thức (6); cũng trong hình vẽ này đường biểu diễn minh họa cho hệ thức (7) đã được vẽ thành đường thẳng liền. Như đã thấy, hệ thức lý luận (7) của M.Paptrit phù hợp tốt với các số liệu thí nghiệm của ông. Từ đó cũng thấy rằng công thức (5) đủ đúng để xác định khả năng thấm của đất và có thể lấy làm công thức tính toán để tính kích thước các đường thấm.



Chú dẫn:


 Đất được hiệu chuẩn (hình cầu)  Đất thiên nhiên

Hình 3 – Các trị số lý luận và thực nghiệm của hệ số ma sát khi có thấm 0

5.3. Xác định đường kính tính toán các đường thấm của vật liệu cát, sỏi, cuội (dăm)

Từ các công thức (3) và (5) ta có các hệ thức sau đây để xác định đường kính tính toán trung bình các đường thấm của vật liệu cát, sỏi, đá dăm.

d0 = 7,12 (9)

d0 = C. (theo các số liệu của M.Patrit); (10)

trong đó C = 0,455. (11)

Và trong công thức (10) trị số d17 phải được tính bằng cm khi đó d0 cũng được xác định bằng cm.



5.4. Xác định đường kính tính toán các hạt tạo vòm tại chỗ tiếp xúc của đất với lọc ngược

Sự không rơi vãi các hạt nhỏ của đất vào trong đất có hạt to, được bảo đảm trong trường hợp nếu trong vùng tiếp xúc giữa chúng với nhau có sự tạo vòm ổn định bằng hạt nhỏ (Hình 4). Do đó để đảm bảo không rơi vãi các hạt cốt đất được bảo vệ vào trong lớp thứ nhất của lọc ngược, phải lựa chọn thành phần hạt sao cho trong vùng tiếp xúc có thể hình thành các vòm ổn định cấu tạo bởi các hạt nhỏ nhất của cốt đất được bảo vệ.

Nếu lớp thứ nhất của tầng lọc ngược nằm trên đất thì điều kiện quyết định độ bền và độ ổn định chỗ tiếp xúc của chúng là sự hình thành những vòm ổn định cấu tạo bởi các hạt của cốt đất. Vì vậy các hạt đất không luồn chui vào lớp lọc cũng như các hạt của lớp lọc không chui vào được trong đất . Trong các trường hợp như vậy, đôi khi người ta nói rằng tầng lọc ngược không ép lấn vào đất mà nó bảo vệ.

Nhiều thí nghiệm với các lọc ngược đều hạt và dị hạt đã chỉ cho thấy rằng: vòm ổn định được tạo trong trường hợp đường kính các lỗ rỗng của lọc lớn hơn đường kính các hạt tạo vòm không quá 1,8 lần.

Vì vậy điều kiện không rơi vãi đất vào lọc được biểu diễn dưới dạng:

 1,8 (12)

Hoặc dtv  0,555. Do (13)

Trong đó

D0 là đường kính trung bình của lỗ rỗng trong lớp thứ nhất của lọc, mm;

dtv là đường kính các hạt tạo vòm ở vùng tiếp xúc với đất và lọc, mm (Hình 4).



Hình 4 – Sơ đồ vùng tiếp xúc đất hạt nhỏ và lọc

Đưa D0 tính từ công thức (9) và (10) vào các hệ thức này để xác định các đường kính hạt tạo vòm thì tương ứng, ta có các công thức tính toán sau đây:

dtv  3,95. (14)

Và dtv  C1. (15)

Trong đó C1 = 0,252. (16)

mt, kt, : độ rỗng, hệ số thấm cm/s, và hệ số không đều hạt của vật liệu lớp thứ nhất của lọc ngược.

Nếu đường kính các hạt tạo vòm của đất được bảo vệ đã cho hoặc đã chọn theo các thông số của đất đó thì sẽ có các hệ thức sau đây để xác định các thông số phải tìm của vật liệu thuộc lớp thứ nhất của lọc ngược ứng với các công thức (14) và (15):

(17)

(18)

Đặc biệt khi dtv = d10­ nghĩa là khi lấy đường kính của hạt mà hàm lượng trong đất của các hạt có đường kính nhỏ hơn đường kính ấy là 10% (theo trọng lượng) làm đường kính hạt tạo vòm của đất được bảo vệ thì ta sẽ có được:



(19)

(20)

Khi lựa chọn đường kính các hạt tạo vòm của đất được bảo vệ phải tính đến loại (độ xói ngầm) của đất, độ không đều hạt của đất, hình dạng đường cong thành phần hạt (đối với đất xói ngầm), chế độ thấm cũng như cấp công trình theo vốn đầu tư và các điều kiện thi công lọc ngược. Các hướng dẫn thực tế về vấn đề này được trình bày trong các điều sau.



5.5. Xác định kích thước hạt xói ngầm trong đất, cát, sỏi (lẫn dăm)

Xói ngầm cơ học trong đất, cát, sỏi, (lẫn dăm) sẽ được phát triển nếu trong đất ấy có những hạt mà đường kính của chúng nhỏ hơn đường kính đường thấm lớn nhất trong đất (d0max) và nếu vận tốc thấm hơn vận tốc tới hạn (V > Vth). Các hạt đất có kích thước nhỏ hơn đường kính đường thấm nước lớn nhất trong đất gọi là các hạt xói ngầm vì rằng chúng có thể bị dòng thấm lôi ra khỏi khối đất.

Do đó: dxn < d0max (21)

Trong đó, dxn­ là đường kính hạt xói ngầm.

Đường kính đường thấm lớn nhất được xác định bằng các hệ thức sau

(22)

(23)

Trong đó


 là hệ số xếp hạt không đều trong đất hoặc hệ số cục bộ của xói ngầm;

C là tính theo công thức (11);

Như vậy, hệ số  phụ thuộc vào hệ số không đều hạt của đất, có thể lấy an toàn một chút như sau:

 = 1+ 0,02 + 0,0012 (24)

Hoặc  = 1 + 0,05 (25)

Đường kính lớn nhất của hạt mà chuyển vị của những hạt này có thể diễn ra trong đất và chúng có thể bị lôi ra ngoài ở chỗ lối ra không được bảo vệ, nghĩa là không có lọc ngược và những phương tiện bảo vệ khác, xác định theo hệ thức như:



(26)

Rõ ràng là đường kính hạt xói ngầm của đất phải thỏa mãn điều kiện:



(27)

Thay vào đó các trị số tìm được từ công thức (26) và từ công thức (23) sẽ có được:



(28)

(29)

Khi đất được bảo vệ bằng lọc ngược thì như đã chỉ ở trên trong vùng tiếp xúc các vòm ổn định được hình thành bởi các hạt tương ứng của đất. Để phá vỡ các vòm như vậy đòi hỏi dòng thấm phải có tác động căn bản lớn hơn khi lôi tự do các hạt có cùng một đường kính như các hạt tạo vòm. Vì thế các hạt tạo vòm sẽ hạn chế hiện tượng lôi hạt nhỏ trong đất được bảo vệ ra ngoài.

Đường kính hạt xói ngầm đối với vùng đất trực tiếp tiếp xúc với lớp thứ nhất của lọc ngược được xác định bằng điều kiện sau đây: điều kiện (28), nghĩa là:

dxn < 0,77.; dxn <  . dtv (30)

Trong đó, : hệ số Clicte phụ thuộc vào đặc tính vị trí của hạt trong đất và độ rỗng của đất như đã biết; trị số  = 0,41 ứng với cấu tạo xốp tơi nhất của đất, và  = 0,15 ứng với cấu tạo độ chặt của đất.

Trong số các điều kiện thì điều kiện thứ nhất (28) là cần, còn điều kiện thứ hai (30) là đủ. Điều đó có nghĩa là nếu 0,77 > . dtv thì đất được bảo vệ bởi lọc ngược chỉ có thể bị lôi đi những hạt có đường kính nhỏ hơn . dtv. Còn nếu . dtv > 0,77 thì với vận tốc thấm tương ứng các hạt có đường kính thỏa mãn điều kiện (28) sẽ bị lôi cuốn ra khỏi đất được bảo vệ.

Các điều kiện (28) và (30) phù hợp với các hệ thức (14), (15) và (12), (23), còn có thể viết dưới dạng như sau:




(31)



Hoặc



(32)



Kích thước hạt xói ngầm trong lớp thứ nhất của lọc khi có lớp thứ hai, cần xác định trên cơ sở những điều kiện cũng như trên. Khi đó thay cho các hệ thức (28) và (30) sẽ có:

Dxn < 0,77 (33)

Dxn < . (34)

Trong đó ký hiệu l chỉ rằng Do và Dtv là của lớp thứ nhất tầng lọc ngược.

Kích thước hạt xói ngầm trong các lớp tiếp theo của lọc ngược được xác định một cách tương tự.

Với gradien thấm thực tế có thể xảy ra ở vùng tiếp xúc.

Công thức (30) được dẫn tới dạng sau đây:

(35)

Từ đó: (36)

Khi  = 0,41 sẽ có: dtv = 2,93dxn (37)

Khi  = 0,15 thì: dtv = 8,0dxn (38)

Nếu trong các hệ thức (17) và (18) dùng trị số giới hạn của các thông số thì khi giải hệ thức (36), có được:

(39)

(40)

Công thức (40) có thể viết dưới dạng:

(41)



  1   2   3   4   5   6   7   8


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2017
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương