Tiêu chuẩn việt nam tcvn 8422: 2010



tải về 0.62 Mb.
trang2/8
Chuyển đổi dữ liệu01.11.2017
Kích0.62 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

5.6. Các hệ thức tính toán vận tốc giới hạn và gradien xói ngầm trong vật liệu cát, sỏi

Vận tốc thấm mà với vận tốc này sự cân bằng giới hạn của các hạt xói ngầm trong đất bị phá hoại, được gọi là vận tốc xói ngầm tới hạn. Nó phụ thuộc vào độ lớn của các hạt bị lôi ra, hệ số thấm của đất, độ rỗng của đất và đặc trưng sắp xếp của các hạt bị lôi cuốn bởi dòng thấm trong các kẽ hổng của đất. Trị số vận tốc này được xác định bằng hệ thức sau đây của A.N.Patrasep:

Vth = 0. dxn (42)

Trong đó, 0 là hệ số của vận tốc tới hạn bằng:

0 = 0,60 (43)

f* là hệ số ma sát tính đổi phụ thuộc vào mức độ ngầm của các hạt bị lôi ra, hình dạng của chúng và đặc trưng sắp xếp của hạt xói ngầm trong kẽ rỗng.

Trên cơ sở các số liệu thực nghiệm, để xác định hệ số ma sát tính đổi, có thể dùng hệ thức gần đúng sau

f* = 0,82 – 1,8 m + 0,0062(-c) (44)

với  < 50 và 0,26  m  0,40 thì trị số của hệ số không đều hạt tính đổi cần lấy c = 5.

Các đường cong tính toán tương ứng với hệ số tính đổi cũng được cho trong Hình 5.

Nếu các hạt của đường kính nhỏ nhất dmin là các hạt xói ngầm ở trong đất đã cho, để lôi được các hạt ấy thì vận tốc thấm phải lớn hơn vận tốc tới hạn nhỏ nhất của đất đã cho:

(45)



Hình 5 – Đồ thị f* = f()

Độ lớn nhất của hạt, các hạt này có thể bị lôi ra khỏi vùng tiếp xúc của đất để đưa vào lớp thứ nhất của lọc ngược tạo thành như đã chỉ ở trên. Hiện tượng lôi các hạt đó sẽ xảy ra, nếu vận tốc thấm trong vùng tiếp xúc của đất lớn hơn vận tốc tới hạn lớn nhất:



(46)

Gradien cột nước tới hạn ứng với xói ngầm cơ học phù hợp với công thức (42) xác định theo hệ thức:

Jth = 0 . dxn . (47)

Gradien cột nước tới hạn lớn nhất và nhỏ nhất trong vùng tiếp xúc của đất được bảo vệ bằng lọc ngược, xác định theo các hệ thức:

Jthmin= 0 . dmin . (49)

Jthmax= 0,833 . 0 . dtv . (49)



5.7. Xác định kích thước hạt làm ứ đọng bồi tắc lọc ngược

Hiện tượng lôi một lượng không lớn các hạt nhỏ của vùng tiếp xúc của đất được bảo vệ bằng lọc ngược sẽ không phá hoại độ bền và độ ổn định của đất và có thể cho phép. Tuy nhiên, nếu các hạt nhỏ bị lôi từ đất ra lại lắng đọng trong lọc ngược, thì khả năng thấm của lọc có thể bị giảm một cách nghiêm trọng. Do đó khi thiết kế lọc ngược, cần phải biết độ lớn của các hạt do dòng thấm làm ứ đọng trong kẽ rỗng các lớp lọc.

Như đã lưu ý, quá trình lắng đọng các hạt nhỏ của đất do dòng thấm mang đi trong kẽ rỗng của đất, mà trong đất này có xuất hiện thấm được gọi là sự bồi tắc của đất. Các hạt nhỏ của đất bị lắng đọng trong quá trình như vầy gọi là các hạt bồi tắc.

Quá trình ứ đọng có thể xảy ra trong một loại đất đã cho, nếu tổng của đường kính hạt ứ đọng d và hai lần chiều dày của màng mỏng nước liên kế bọc hạt 2δk nhỏ hơn đường kính của đường thấm trong đất d0 và lớn hơn đường kính tới hạn (nhỏ nhất) của hạt bị bồi tắc .

Do đó quá trình bồi tắc của lớp thứ nhất của lọc có thể có nếu:

D0+ 2δk (50)

Vì trong trường hợp được xét có thể đặt là:

+ 2δk = 1,1dxn (51)

Thì thay cho công thức (50) ta có:

D0  1,1dxn (52)

Đường kính tới hạn của các hạt bồi tắc phù hợp các số liệu đã cho của A.N.Partrasep.



(53)

Trong đó a* phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của hạt bồi tắc và cũng phụ thuộc vào số Râynôl Reo. Trong tính toán thực tế có thể dùng các trị số sau đây (bảng 1) của thông số đó.



Bảng 1 – Xác định các trị số a* và Re­o

Các hạt bồi tắc (mm)

a*

Reo

Đất bụi, từ 0,01 đến 0,05

4,0

 1,0

Cát nhỏ, từ 0,05 đến 0,25

3,0

 0,5

Cát trung bình, từ 0,25 đến 1,5…

2,5

0,1

Muốn cho các hạt nhỏ của đất (dxn) bị dòng thấm cuốn ra khỏi vùng tiếp xúc, không làm tắc lớp thứ nhất của lọc và phù hợp với các hệ thức (52) và (53) thì phải thỏa mãn điều kiện sau đây:

(54)

Hoặc D0  1,1a* . dxn (55)

Thay D0 từ công thức (10) vào tỷ số trên, có được điều kiện không bồi tắc lớp thứ nhất của lọc ngược.

D17 (56)

Hoặc trong dạng không thứ nguyên (chuẩn số không bồi tắc)

(57)

5.8. Xác định đường kính hạt tạo vòm của đất được bảo vệ bởi lọc ngược

Khi chọn kích thước đường kính tính toán của hạt tạo vòm dtv của đất được bảo vệ, phải xét loại đất (độ xói ngầm) mức độ không đều hạt của đất hình dạng đường cong thành phần hạt của đất (đất xói ngầm) và chế độ thấm.

Như đã chỉ ở trên (điều 2.4 và điều 2.5), khi đất được bảo vệ bằng lọc ngược ở trong vùng tiếp xúc các vòm ổn định được tạo thành từ những hạt tương ứng của đất (Hình 4) và làm hạn chế hiện tượng rải rác hạt và lôi hạt nhỏ từ trong đất được bảo vệ vào tầng lọc.

Phù hợp với công thức (30), qua vùng tiếp xúc có thể bị rải rác các hạt có kích thước dr =  dtv và cũng qua vùng này, với vận tốc thấm lớn hơn vận tốc tới hạn có thể bị cuốn ra khỏi lớp nằm phía trên (xói ngầm ngoài), các hạt đất có kích thước, theo đúng hệ thức (35).

dxn =

Hệ số  phụ thuộc vào sự xếp đặt của đất và phù hợp với các số liệu của Clikte biến đổi trong giới hạn từ 0,15 đến 0,41. Vì vậy đối với kích thước hạt tạo vòm có các hệ thức giới hạn sau đây



(58)

(59)

Trong trường hợp tổng quát sẽ có:

dtv = B . dr (60)

trong đó: hệ số B phụ thuộc và sự sắp xếp hạt trong đất và biến đổi trong giới hạn từ 3 đến 8; dr là đường kính hạt có thể bị rải hạt qua vùng tiếp xúc.

Khi ứng dụng các hệ thức trên vào thực tế, cần phân biệt đất được bảo vệ là xói ngầm hay không xói ngầm hay không xói ngầm được chi tiết thêm dưới đây:

a) Đất không xói ngầm:

Trong trường hợp đất không xói ngầm được bảo vệ bằng tầng lọc, để xác định các hạt đất tạo vòm tính toán dtv, ngoài hệ thức (60), còn dùng công thức (1) và theo đường cong thành phần hạt của đất, tự cho một hàm lượng phần trăm pr của hạt nhỏ bị rải rác từ đất vào tầng lọc. Các thí nghiệm và nghiên cứu chỉ ra rằng tùy theo cấp công trình theo vốn đầu tư và các điều kiện làm việc của tầng lọc Pr có thể biến đổi từ 0 đến 5.

Thay trị số dr tương ứng với Pr vào công thức (1), được:



(61)

Trong đó P10 và  cũng như đã giải thích ở công thức (1).

Phù hợp với công thức (1), đối với dtv, sẽ có:

(62)

Trong đó, Ptv là hàm lượng phần trăm các hạt có đường kính nhỏ hơn dtv.

Thay số dtv theo hệ thức (60) vào công thức (62), chúng ta được:

(63)

Trong các công thức (61) và (63) các phần bên trái bằng nhau, từ đó có



(64)

Theo trị số Pr đã cho và trị số đã chọn của thông số B, dùng công thức (64), sẽ tìm được trị số tính toán Ptv và tiếp đó theo đường cong thành phần hạt đất, cũng xác định trị số tính toán của đường kính hạt tạo vòm .

Nếu yêu cầu thiết kế tầng lọc là sao cho hoàn toàn không có sự rơi hạt nhỏ từ đất được bảo vệ vào trong lọc, thì trong công thức (64) phải đạt Pr = 0. Trong trường hợp này trị số tính toán Ptv sẽ là nhỏ nhất và xác định theo hệ thức sau:



(65)

Theo các công thức (64) và (65) trên Hình 6 đã lập đồ thị các số Ptv phụ thuộc theo hệ số không đều của hạt đất d = đối với các trị số giới hạn bởi B và Pr.

Như ta đã thấy, khi B = i dem sự biến đổi trị số Pr trong giới hạn từ 0 đến 5 trong đất không xói ngầm ít ảnh hưởng đến trị số tính toán Ptv. Ảnh hưởng nhiều nhất đến đại lượng Pr là trị số của thông số B.

CHÚ DẪN:


Các đường cong Ptv = f(B, Pr) lập được từ phương trình (64) đối với các trị số sau đây của B và Pr;

1) Khi B = 8; Pt = 0 %.

2) Khi B = 8; Pt = 5 %.

3) Khi B = 3; Pt = 0 %.

4) Khi B = 3; Pt = 5 %.

Hình 6 – Các đường cong Ptv

b) Đất xói ngầm:

Trong trường hợp đất xói ngầm, trước hết xác định dxn bằng công thức (47). Từ công thức này đối với đường kính hạt bị cuốn từ đất, sẽ được hệ thức sau đây:

(66)

Lấy gradien cột nước lớn nhất ở lớp tiếp theo giáp Jmax bằng gradien tới hạn. Khi đó từ trong đất có thể bị cuốn ra tất cả các hạt nhỏ có đường kính nhỏ hơn.



(67)

Thay trị số này vào công thức (60), sẽ xác định được trị số phải tìm của đường kính hạt tạo vòm:

dtv = B. (68)

Tuy nhiên, khi có hiện tượng cuốn một số lượng quan trọng các hạt nhỏ ra khỏi đất được bảo vệ, thì độ bền và độ ổn định của đất có thể bị phá hoại đó là điều không cho phép.

Kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: tùy thuộc cấp công trình theo vốn đầu tư và các điều kiện thi công tầng lọc có thể tính toán hiện tượng lôi hạt là không nguy hiểm đối với độ bền và độ ổn định của đất được bảo vệ, nếu như hiện tượng lôi chỉ xảy ra đối với những hạt mà thành phần nhỏ hơn nó chiếm hàm lượng bằng 5 % của đất. Do đó, cần lấy đường kính lớn nhất cho phép của hạt bị lôi ra bằng trị số trung bình d3; và nếu lấy theo công thức (67) có được trị số vượt quá trị số cho phép , khi đó phải lấy:

(69)

Khi đó kích thước tính toán của đường kính hạt tạo vòm tìm theo công thức:

dtv = B. (70)

với các kích thước hạt tạo vòm như vậy, ngăn ngừa được sự phát triển của xói ngầm cơ học nguy hiểm trong đất được bảo vệ.

Nếu theo công thức (67) tính được trị số nhỏ hơn trị số giới hạn đã lấy thì trị số này có thể lấy làm trị số tính toán cho thiết kế. Khi đó kích thước các hạt tạo vòm dtv được xác định theo công thức (68).

6. Phương pháp thiết kế lọc ngược bảo vệ đất không dính

6.1. Chỉ dẫn chung

Để làm lọc ngược chỉ được lấy vật liệu thiên nhiên hoặc vật liệu nhân tạo không dính sản phẩm của các loại đá rắn và chặt sít, không chứa muối hòa tan trong nước (điều 4.6).

Thành phần lọc ngược có thể thiết kế là không xói ngầm. Khi đó, ngay cả với gradien cột nước rất lớn sẽ không xảy ra hiện tượng lôi hạt của tầng lọc. Tuy nhiên đối với các tầng lọc yêu cầu này không phải là bắt buộc bởi vì trong tầng lọc các gradien cột nước là đủ nhỏ trong bài toán thực tế được xét. Vì vậy, thành phần lọc ngược có thể là xói ngầm chỉ khi nào trong lọc ngược không xảy ra xói ngầm nguy hiểm.

6.2. Đánh giá độ không xói ngầm của đất và xác định phần trăm hiện tượng lôi hạt

Tiến hành chọn thành phần lọc ngược trước hết cần xác định xem thành phần đất được bảo vệ bằng tầng lọc là thuộc loại nào, cũng như vật liệu thiên nhiên hoặc vật liệu nhân tạo dùng làm lọc có phải là đất xói ngầm hay không xói ngầm.

Để giải quyết vấn đề này, nên dùng 2 phương pháp. Phương pháp thứ nhất đặc trưng cho tính không xói ngầm của đất, khi từ tầng đất ấy với vận tốc thấm bất kỳ sẽ không xuất hiện sự lôi các hạt nhỏ nhất (dmin); Phương pháp thứ 2 đặc trưng cho đất coi như thực tế không xói ngầm khi từ đất ấy cho phép lôi không đáng kể các hạt nhỏ nhất nhưng không có sự phá hoại độ bền và độ ổn định của đất.

Phương pháp thứ nhất: Theo thành phần hạt đã cho của đất được bảo vệ, độ rỗng của đất md và hệ số thấm kd, xác định theo một trong các hệ thức (22) hoặc (23) của đường kính lỗ thấm lớn nhất trong đất . Tiếp đó theo đường cong thành phần hạt của đất đã cho, sẽ tìm đường kính hạt nhỏ nhất dmin.

- Nếu như 0,77 > dmin, thì đất cần tính là xói ngầm từ loại đất như vậy, tất cả các hạt có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 0,77 đề có thể bị lôi ra, nếu vận tốc lớn hơn vận tốc tới hạn (Vth).

- Nếu như 0,77 < dmin, thì đất cần tính là không xói ngầm ngay cả các hạt nhỏ nhất cũng không thể bị lôi ra khỏi loại đất như vậy.

Việc xác định phần trăm khả dĩ lớn nhất của sự lôi hạt ra khỏi đất xói ngầm (theo chuẩn số hình học) được tiến hành như sau: Theo các hệ thức (22) hoặc (23) tìm được đường kính lớn nhất của mạch thấm trong đất, theo hệ thức (28) sẽ tính đường kính các hạt bị lôi dxn và theo đường cong thành phần hạt của đất xác định được phần trăm lôi hạt phải tìm.

Phương pháp thứ hai: Thực tế chỉ ra rằng, nếu bị lôi ra khỏi đất là những hạt nhỏ nhất với số lượng không lớn hơn 3 % theo trọng lượng thì độ bền và ổn định của đất thực tế không bị phá hoại. Do đó, thực tế đất không xói ngầm có thể tính là loại đất, mà từ đất này các hạt nhỏ nhất không quá 3 % theo trọng lượng có thể bị lôi ra.

Đất mỏ hoặc đất gia công nhân tạo dùng làm tầng lọc, hoặc đất được bảo vệ bằng lọc ngược, cần tính (theo tiêu chuẩn hình học) là đất thực tế không xói ngầm nếu các thông số của nó thỏa mãn hệ thức sau:

(71)

N = (0,32 + 0,016d). (72)

Trong đó

Nếu hệ thức (71) không được thỏa mãn thì đất cần tính thực tế bị xói ngầm.



6.3. Xác định kích thước tính toán của các hạt tạo vòm của đất

Như đã nhận định ở trên, điều 5.4 sự không rải (không ép lún) hạt cốt đất vào lớp lọc thứ nhất được bảo đảm khi có sự hình thành trong vùng tiếp giáp các vòm ổn định cấu tạo bởi các hạt đất nhỏ (của cốt)

Khi chọn trị số tính toán của đường kính hạt tạo vòm dtv của đất được bảo vệ phải xét loại đất (không xói ngầm, xói ngầm) mức độ không đều hạt của đất, hình dạng đường cong, thành phần hạt của đất xói ngầm, chế độ thấm.

a) Đất không xói ngầm:

Đối với mục đích thực dụng, trị số tính toán của đường kính các hạt tạo vòm dtv cho đất không xói ngầm cần lựa chọn theo đồ thị = f(d) vẽ trên Hình 7.

Theo đồ thị đã cho (Hình 7) tùy theo vật liệu tầng lọc và hệ số không đều hạt của đất d trong giới hạn vùng I hoặc vùng II xác định được hàm lượng phần trăm hạt tạo vòm Ptv và tiếp đó theo đường cong thành phần hạt của đất, tìm được trị số tính toán của đường kính hạt tạo vòm dtv.

Để xác định dtv cũng có thể dùng công thức (65):

Ptv = P10

Trong đó

P10 = 10;

B = 3 đến 8 là hệ số xét đến kích thước kẽ rỗng phụ thuộc vào sự xếp đặt các hạt đất;

 = 1+1,28lgd.

Với trị số Ptv tính được từ công thức (65) theo đường cong thành phần hạt của đất xác định được trị số tính toán .

CHÚ DẪN:


I – Vùng chọn trị số tính toán dtv đối với tần lọc bằng vật liệu đá dăm

II – Vùng chọn trị số tính toán dtv đối với tần lọc bằng vật liệu cát, sỏi



Hình 7 – Đồ thị = f(d) để xác định kích thước tính toán của các hạt đất tạo vòm

b) Đất xói ngầm:

Trị số đối với đất xói ngầm được xác định bằng cách sau đây:

- Trong công thức (47) thay cho lth sẽ dùng gradien cột nước lớn nhất đã cho (xác định được bằng tính toán hoặc thí nghiệm EGDA) ở lớp tiếp giáp của đất với tầng lọc và xác định được trị số dxn theo công thức:



(73)

Trong đó,  = 1 đến 1,5: là hệ số an toàn;

- Nếu trị số tính được dxn < d3, thì trị số tính toán dtv được lấy từ đồ thị = f(d) theo đường cong B = 3 (Hình 7);

- Nếu trị số tính dxn  d3 thì dtv cần xác định theo công thức:

dtvtt = B d3; (74)

Trong đó B = 3 đến 8;

Với các kích thước như vậy của hạt tạo vòm, sẽ loại trừ được sự phát triển của xói ngầm cơ học nguy hiểm trong đất được bảo vệ.

6.4. Giới hạn sử dụng các đất không đều hạt làm lọc ngược

a) Thực tế chỉ cho thấy rằng: trị số các hệ số không đều hạt của vật liệu lọc ngược có thể ấn định trong những giới hạn rộng rãi. Điều đó cho khả năng sử dụng các vật liệu thiên nhiên không cần phải gia công thêm như sàng lọc (rửa sạch) tuyển chọn hạt.

b) Trị số lớn nhất của hệ số không đều hạt (phân lớp) của vật liệu lọc ngược không được vượt quá:

- Đối với đất vật liệu làm lọc không xói ngầm;



(75)

- Đối với đất vật liệu làm lọc bị xói ngầm:



(76)

c) Đối với mục đích thực dụng, hệ số không đều hạt cho phép của vật liệu dùng làm tầng lọc, cần ấn định có xét đến cấp công trình theo vốn đầu tư và loại công trình vật liệu và biện pháp thi công lọc (trên khô, dưới nước, cơ giới hóa, thủ công), các điều kiện làm việc của tầng lọc v.v… Nên dùng các trị số cho phép của hệ số không đều hạt của đất cho các lọc ngược được nêu ở bảng 2.

d) Các vật liệu có hệ số không đều hạt vượt quá trị số cho phép có thể được dùng để đưa vào lọc ngược chỉ sau khi đã kiểm tra trong điều kiện thực địa và phòng thí nghiệm.

Bảng 2 – Trị số giới hạn cho phép của hệ số không đều hạt


Loại công trình



Đập đất và lớp gia cố mái:




a) Lọc ngược bằng đá dăm

25

b) Lọc ngược bằng cát, sỏi nhẵn

20

Công trình cấp III và IV theo vốn đầu tư và công trình tạm

20 đến 25

Nền nhà máy thủy điện và nền đập bê tông

12

Tiêu nước bằng bê tông xốp

12

Tiêu nước tấm sân tiêu năng và hố khoan

10

Lọc ngược các công trình đắp bằng phương pháp đổ đất vào nước

10



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