Tiêu chuẩn việt nam tcvn 8422: 2010



tải về 0.62 Mb.
trang3/8
Chuyển đổi dữ liệu01.11.2017
Kích0.62 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

6.5. Xác định các hệ số giữa lớp cho phép

Các hệ số giữa gl được biểu diễn bằng hệ thức sau đây:





(77)



Trong đókích thước hạt đất của lớp thứ nhất và thứ hai của lọc ngược, các hạt này có hàm lượng trong đất nhỏ hơn 17 % trọng lượng dtv- Kích thước hạt vòm của đất được bảo vệ và của đất thuộc lớp thứ nhất của lọc.

Hệ số giữa lớp phải thỏa mãn điều kiện:



(78)

Hệ số giữa lớp cho phép xác định theo hệ thức sau đây rút ra từ các công thức (18) và (77):



(79)

Trong đó C1 được xác định theo công thức (16) khi .



6.6. Trị số nhỏ nhất của hệ số thấm của lọc ngược

Theo điều kiện ngấm nước, hệ số thấm nhỏ nhất của lọc ngược phải không nhỏ hơn trị số:



(80)

6.7. Chiều dày và số lớp lọc

Chiều dày của lớp lọc ngược theo các điều kiện thấm phải là:

Tmin  (5 đến 7)D85 (81)

Trong đó, D85: kích thước một cỡ hạt, mà những hạt trong đất tầng lọc có kích thước nhỏ hơn cỡ ấy chiếm 85% theo trọng lượng. Theo điều kiện thi công, chiều dày các lớp học dùng cho thiết bị tiêu nước các công trình thủy lợi, cần lấy như sau:

- Khi thi công thủ công (khi san và khi đầm nén) chiều dày lấy bằng 10 cm;

- Khi thi công cơ giới (khi san và đầm nén) chiều dày lấy bằng 20 cm;

- Khi đắp tầng lọc trong nước chảy:

• Đối với lọc một lớp chiều dày lấy không nhỏ hơn 0,75 m;

• Đối với lọc hai lớp hoặc nhiều lớp hơn thì chiều dày của mỗi lớp tiếp theo đều không nhỏ hơn 0,5m.

Số lớp của lọc ngược được xác định theo từng trường hợp cụ thể, khi đó thành phần của lớp thứ 2 và các lớp tiếp theo nếu cần thiết được chọn theo điều kiện không cho rải hạt của lớp thứ nhất và lớp thứ hai (điều 5.1) và theo các hệ số giữa lớp cho phép, được xác định bằng các hệ thức (77), (78), (79) điều 6.5.

Đối với đất xói ngầm của tầng lọc cần tiến hành kiểm tra về điều kiện ổn định chỗ tiếp giáp trong thấm dọc như đã chỉ trong khoản c điều 6.10.2 (trường hợp tính toán IV).

Khi sử dụng vật liệu không đều hạt để làm lọc, thường xây lọc một lớp hoặc hai lớp là đủ.



6.8. Các trường hợp tính toán khi thiết kế thành phần hạt đất các lọc ngược

Tùy theo thành phần và đặc tính của các thông số đã cho cũng như những yêu cầu cần xét trong sự làm việc của lọc ngược, khi xác định thành phần hạt của lớp lọc cần phải phân biệt 6 trường hợp tính toán cơ bản sau đây, với 6 trường hợp này có thể tiến hành tất cả các bài toán gặp trong thực tế khi thiết kế và lựa chọn tầng lọc:

a) Thiết kế thành phần hạt lọc ngược khi không có số liệu về đất thiên nhiên dùng cho lọc

- Trường hợp I: đất cần bảo vệ có thành phần hại không xói ngầm, đối với loại đất này, yêu cầu thiết kế lớp thứ nhất của lọc ngược cũng có thành phần hạt không xói ngầm;

- Trường hợp II: đất cần bảo vệ có thành phần hạt xói ngầm, đối với loại đất này yêu cầu thiết kế lớp thứ nhất của lọc ngược bằng vật liệu có thành phần hạt không xói ngầm;

CHÚ THÍCH: các tính toán theo trường hợp I và II được tiến hành để chọn mỏ đất hoặc để gia công đất cho tầng lọc nếu mỏ đất dùng được không có.

b) Lựa chọn lọc ngược bằng đất mỏ hoặc sản phẩm của nhà máy nghiền đá

- Trường hợp III: đất cần bảo vệ và đất mỏ thực tế là không xói ngầm; yêu cầu chọn lớp thứ nhất của lọc ngược từ các đất mỏ đã cho có các thành phần hạt không xói ngầm;

- Trường hợp IV: đất cần bảo vệ là không xói ngầm, đất mỏ là xói ngầm; yêu cầu chọn lớp thứ nhất của lọc ngược từ các đất mỏ đã cho có thành phần hạt xói ngầm;

- Trường hợp V: đất cần bảo vệ là xói ngầm, đất mỏ là không xói ngầm; yêu cầu chọn lớp thứ nhất của lọc ngược từ các đất mỏ đã cho có thành phần hạt không xói ngầm;

- Trường hợp VI: đất cần bảo vệ và đất mỏ là xói ngầm, yêu cầu chọn lớp thứ nhất của lọc ngược từ các đất mỏ đã cho cũng có thành phần hạt xói ngầm.

6.9. Phương pháp thiết kế thành phần hạt lớp thứ nhất của lọc ngược đối với trường hợp tính toán I và II

6.9.1. Trường hợp tính toán I

Đối với đất cần bảo vệ bằng lọc ngược phải cho các số liệu ban đầu sau đây:

a) Thành phần hạt hoặc ít nhất là các trị số kích thước sau đây của các hạt: dmin; d3; d10; d17; d60; dmax;

b) Hệ số không đều hạt d = ;

c) Dung trọng của đất , g/cm3 và trọng lượng riêng của các hạt đất , g/cm3;

d) Độ rỗng m (theo phần đơn vị);

e) Hệ số thấm k, cm/s.

Như đã chỉ ở trên, đối với tất cả các trường hợp tính toán cần phải xác định đất đã cho là xói ngầm hay không xói ngầm. Để giải quyết vấn đề này trong điều 6.2 đã có phương pháp và cần dùng 1 trong 2 phương pháp đó.

Đối với trường hợp I: đất cần bảo vệ là không xói ngầm; việc xác định thành phần hạt lớp thứ nhất của lọc ngược được tiến hành như sau:

- Theo thành phần hạt của đất nền đã cho, chọn đường kính tính toán của hạt tạo vòm dtv theo đồ thị = f(d), Hình 7;

- Trong đất không xói ngầm thì hiện tượng xói ngầm cơ học thực tế không thể có và vì thế trong trường hợp này không yêu cầu thực hiện các điều kiện thứ hai và thứ ba khoản b điều 4.2 đã chỉ ở trên, ngay tầng lọc không xói ngầm cũng không cần thực hiện điều kiện khoản d điều 6.4. Do đó chỉ thực hiện điều kiện khoản a điều 6.4 là đủ, nghĩa là đảm bảo không có sự rơi (hoặc ấn) các hạt cốt đất vào tầng lọc.

CHÚ DẪN


I) Vùng đá dăm; II) Vùng cát, sỏi, cuội;

Hình 8 – Đồ thị mt = f(d) độ rỗng cho phép của vật liệu lọc ngược

Từ điều kiện trên, theo các hệ thức (15) và (16) xuất phát từ trị số tính toán đã tìm được dtv, sẽ tìm được D17 lớp thứ nhất của lọc:



(82)

Trong đó độ rỗng cho phép ml lấy theo d trong đồ thị ở Hình 8 hoặc theo công thức:

ml = mo – 0,1lgd (83)

- Theo trị số D17 đã tính được và hệ thức thực nghiệm (1) sẽ xác định được (như đã chỉ ở điều 5.1) thành phần hạt đất không xói ngầm ở lớp thứ nhất của lọc. Thành phần hạt không xói ngầm xác định như vậy cho lọc sẽ bảo đảm sự tiếp giáp bền vững và ổn định của đất với tầng lọc. Vì đất là không xói ngầm nên không thể xảy ra việc lôi hạt từ trong đất hoặc sự ứ đọng của tầng lọc.

- Hệ số thấm của tầng lọc được thiết kế có thể xác định theo hệ thức (3).

Để tính toán cho trường hợp 1 sẽ thực hiện với các số liệu thực dưới đây:

Yêu cầu chọn thành phần hạt lớp thứ nhất của lọc ngược đối với đất không xói ngầm của thân đập (nền công trình).

Số liệu ban đầu:

- Thành phần hạt của đất thân đập (nền) cho ở Hình 9;

- Các đường kính hạt đất: dmin = 0,03 mm; d3 = 0,05 mm; d10 = 0,10 mm; d17 = 0,11 mm; d60 = 0,23 mm; dmax = 2,0 mm;

- Hệ số không đều hạt d = ;

- Dung trọng d = 1,72 g/cm3, trọng lượng riêng của hạt đất  = 2,65 g/cm3;

- Độ rỗng md = 1 - ; hệ số thấm kd = 0,0063 cm/s.

Đường kính các hạt %

CHÚ DẪN:

G – đất nền đập;

I – Vùng thành phần hạt đất cho phép dùng để xây lớp đất thứ nhất của tầng lọc;

PK – Đường cong tính toán



Hình 9 – Đồ thị thành phần hạt thiết kế lọc

Trình tự tính toán:

a) Để xác định đất thân đập đã cho là xói ngầm hay không xói ngầm, khuyến nghị ứng dụng phương pháp thứ 2 điều 5.2

Thay các trị số đã biết vào các hệ thức (71) và (72) được:



N = (0,32 + 0,016.2,3)

Do đó đất đã cho thực tế là không xói ngầm.

b) Đối với thành phần hạt không xói ngầm đã cho của đất (Hình 9), chọn theo đồ thị = f(d) (Hình 7) đường kính tính toán của hạt tạo vòm với d = 2,3 theo đồ thị Hình 7 đối với vật liệu cát sỏi của tầng lọc (vùng II), Ptv = 60 %. Sau đó theo đường cong thành phần hạt chúng ta tìm dtv = d60 = 0,23 mm.

c) Từ điều kiện không rải hạt, xác định đường kính tác dụng của hạt đất trong lớp thứ nhất của lọc D17 theo hệ thức (82) bằng cách tự cho trước hệ số không đều hạt của tầng lọc l, rồi theo hệ số này xác định trị số độ rỗng ml từ đồ thị ml = f(l) (Hình 8).

Trong trường hợp đã cho, lấy l = 15, theo đồ thị (Hình 8) đối với vùng II của đất, cát, sỏi, cuội xác định được ml = 0,31;



d) Theo trị số đã tính được D17 = 1,0 mm và hệ thức (1) đối với đất không xói ngầm, xác định Dmin của tầng lọc, trước tiên xác định trị số mũ :

 = 1+ 1,28lg15 = 2,5

Thay trị số Dmin vào công thức (1), cũng như trị số l = 15 và  = 2,5 được:

Di = 0,58 + 0,108(0,1.10)2,5

Với các trị số khác nhau Pi = 10;…; 20;…; 100; tính các trị số tương ứng Di; chẳng hạn với Pi = 10, tính được D10 = 0,58 + 0,108 (0,1Pi) = 0,69 mm.

Dưới đây cho các kết quả tính toán, trong đó trị số Di tính bằng milimét.


D10

D20

D35

D50

D60 = l.D10

D80

D90

D100

0,69

1,19

1,56

6,68

10,35

20,20

26,60

37,70

Theo các số liệu trên đây, chúng ta lập đường cong tính toán phải tìm cho thành phần không xói ngầm của vật liệu lớp thứ nhất của lọc (Hình 9).

Khi chọn thành phần hạt vật liệu tầng lọc, cho phép có sai số không lớn so với đường tính toán trong giới hạn “của vùng thành phần hạt đất cho phép, dùng để đắp lớp thứ nhất của tầng lọc” vùng này cần được ấn định sao cho đường cong tính toán được giới hạn ở phía dưới bởi đường tiếp tuyến với đường cong và đi qua điểm Dmin. Giới hạn trên của vùng này phải đi qua điểm Dmax và trên điểm D10 một khoảng 3 % cho đến chỗ gặp đường thẳng cho ở Hình 9) ở mức Pi = 6 %. Đường này là giới hạn của hàm lượng phần trăm cho phép (6 %) của hạt (1) bụi nhỏ trong vật liệu tầng lọc.

Thành phần hạt không xói ngầm đã xác định cho tầng lọc sẽ đảm bảo sự tiếp giáp bền vững và ổn định của đất với tầng lọc vì sự lôi hạt từ trong đất và ứ đọng tầng lọc không thể xảy ra.

Hệ số thấm của tầng lọc k1 có thể xác định theo hệ thức (3), nghĩa là:



cm/s

Tỷ số



6.9.2. Trường hợp tính toán II

Các số liệu ban đầu và trình tự thiết kế đối với đất được bảo vệ xói ngầm và thành phần không xói ngầm của tầng lọc ngược cũng giống như đối với trường hợp I, riêng khi chọn các hạt tạo vòm của đất dtv mới cần theo các chỉ dẫn về xác định dtv đối với đất xói ngầm đã cho trong điều 6.3. Ngoài ra, đối với tầng lọc đã thiết kế cần phải kiểm tra độ không ứ đọng bởi chính những hạt đất đã được phép lôi đi với điều kiện chúng được dòng thấm vận chuyển đi qua lọc.

Độ lớn của các hạt bị dòng thấm lôi ra khỏi vùng tiếp giáp của đất, kế cận với lớp thứ nhất của lọc ngược, được xác định như sau:

- Nếu ξ dtv > 0,77thì với các vận tốc thấm tương ứng, phù hợp với điều kiện (28), có thể có sự lôi tất cả các hạt nhỏ hơn 0,77domax, nghĩa là: dxn  0,77domax;

- Nếu 0,77> ξ dtv thì với các vận tốc thấm tương ứng tất cả các hạt nhỏ hơn ξ dtv có thể bị lôi ra, nghĩa là: dxn  ξ . dtv;

Để các hạt nhỏ hơn của đất dml bị lôi ra khỏi vùng tiếp giáp bởi dòng thấm không làm ứ đọng lớp thứ nhất của lọc ngược, phải thực hiện các điều kiện (55) hoặc (57), nghĩa là:

Do  1,1a. dxn

Hoặc

Để tính toán cho trường hợp II sẽ thực hiện với các số liệu thực dưới đây:

Yêu cầu chọn thành phần hạt của lớp thứ nhất không xói ngầm bảo vệ đất bị xói ngầm như đất thân đập, đất nền công trình.

Các số liệu ban đầu:

Thành phần hạt của đất thân đập (của nền) cho trên Hình 10, từ đó tìm được đường kính các hạt đất: dmin = 0,01 mm, d10 = 0,10 mm, d17 = 0,14 mm, d60 = 1,0 mm, dmax = 3,0 mm, hệ số không đều hạt d = 10, dung trọng Υd = 1,77 g/cm3, độ rỗng md = 0,33; hệ số thấm kd = 0,012 cm/s.

Trình tự tính toán:

a) Xác định độ xói ngầm của đất đã cho theo phương pháp thứ nhất, điều 6.2

Theo các hệ thức (22) hoặc (23) xác định được đường kính lỗ thấm lớn nhất trong đất:

mm

Với:  = 1 + 0,05 . 10 = 1,5

C = 0,455 . = 0,66

Đường kính lớn nhất của các hạt có thể bị lôi ra từ đất được xác định theo công thức (28), được:

dxn = 0,77domax = 0,77. 0,07 = 0,054 mm

Trong đất đã cho các hạt nhỏ hơn 0,054 mm chiếm 8 % (xem đồ thị ở Hình 10) và vì thế đất này cần tính là xói ngầm.

b) Theo các tính toán về thấm (hoặc theo phương pháp Ә Γ Д А trong vùng tiếp giáp của đất với tầng lọc, trị số gradien cột nước lớn nhất được xác định Jttmax = 0,4

Để xác định dtv trước hết theo hệ thức (73) chúng ta xác định kích thước hạt đất có thể bị dòng thấm lôi ra với gradien cột nước đã cho là



Trong đó

f* xác định theo đồ thị ở Hình 5, theo đồ thị này với d = 10; md = 0,33 có trị số f* = 0,26;  = 90o khi thấm nằm ngang ( = 1,5)

Theo đồ thị thành phần hạt đất (Hình 10) sẽ tìm thấy các hạt đó chứa trong đất gần 8 % > 3 %.

Trong trường hợp đó dtv được xác định theo hệ thức (74):

Thay vào hệ thức này B = 8, d3 = 0,0125 mm (từ đồ thị của Hình 10) được: dtv = 8.0,0125 = 0,10 mm.

Nếu như dxn < d3 trị số tính toán cần lấy theo đồ thị = f(d) của Hình 7, đường cong B = 3.

Đường kính các hạt mm

CHÚ DẪN:

G – Đất thân (nền) đập;

I – Vùng thành phần hạt cho phép của đất dùng để đắp lớp thứ nhất của tầng lọc

Hình 10 – Đồ thị thành phần hạt thiết kế của tầng lọc:

c) Tự cho hệ số không đều hạt của vật liệu lớp thứ nhất của tầng lọc l = 10, từ đồ thị ml = f(d) (vùng I) xác định được độ rỗng của nó, độ rỗng này bằng ml = 0,37 (Hình 8)

Tiếp theo, từ điều kiện không rải hạt theo hệ thức (82) xác định được đường kính tác dụng của hạt vật liệu lớp thứ nhất của tầng lọc D17:

mm.

d) Theo hệ thức (1) và trị số D17 = 0,46 mm, xác định được Dmin của tầng lọc bắt đầu từ xác định trị số của mũ 

 = 1 + 1,28lgl = 1 + 1,28lg10 = 2,28

mm

Thay trị số Dmin = 0,29 mm,  = 10 và  = 2,28 vào công thức (1) ta được:

Di = 0,29 + 0,052(0,1Pi)2,28

Với các trị số khác nhau Pi = 10; …; 20; …; 100 tìm được trị số tương ứng của Di



D10

D20

D40

D60 = l D10

D80

D100

0,34

1,54

1,55

3,40

6,29

10,19

Theo các trị số trên của Dmin; D10; …; D100 xây dựng được đường cong tính toán thành phần hạt không xói ngầm của lớp thứ nhất tầng lọc (Hình 10) và cũng như ví dụ 1 vùng thành phần hạt vật liệu cho phép dùng để đắp lớp thứ nhất của tầng lọc.

e) Hệ số thấm của tầng lọc ki xác định theo hệ thức (3):

ki = cm/s

Và được tỷ số:



f) Kiểm tra lớp thứ nhất của tầng lọc về độ không ứ đọng, muốn vậy phải xác định kích thước của hạt có thể bị lôi từ vùng tiếp giáp của đất kế cận vào lớp thứ nhất của tầng lọc theo điều kiện:

ξ . dtv > 0,77 domax

Như đã xác định ở điểm a, có 0,77domax = 0,054 mm, ξ dtv = 0,15 . 01 = 0,015 mm. Do 0,77domax > ξ dtv nên các hạt dxn < 0,15; dtv = 0,015 mm có thể bị lôi ra, các hạt này chứa trong đất (Hình 10) gần 3 %.

Để các hạt này không làm ứ đọng lớp thứ nhất của tầng lọc, phù hợp với (54) phải có:

Theo hệ thức (10):

D0 = C.mm

Từ bảng 1 có trị số của thông số a* = 4; do đó:



mm

Và điều kiện (54) được thỏa mãn, vì 0,015 < 0,041.

Nếu dùng công thức (57) thì phải bảo đảm bất phương trình sau đây:

Trong trường hợp đang xét: và vì thế điều kiện (57) cũng được thỏa mãn.

Do đó (trong những điều kiện thủy động xác định) các hạt có kích thước dxn = 0,015 mm bị lôi ra bởi dòng thấm sẽ không làm ứ tắc lớp thứ nhất của tầng lọc.

Nếu các điều kiện (54) và (57) không được thỏa mãn thì cần thay đổi đường kính các hạt tạo vòm đã tính được dtv. Khi đó, lấy theo điều kiện (55) Do = 1,1 dxn a*, được dtv = 0,61 dxn a*.

Theo trị số dtv trên đây, tìm trị số D17 và theo hệ thức (1) được đường cong mới biểu diễn thành phần hạt vật liệu lớp thứ nhất của tầng lọc, thỏa mãn điều kiện không ứ đọng.

6.10. Phương pháp chọn thành phần hạt lớp thứ nhất của tầng lọc đối với các trường hợp tính toán III, IV, V và VI

Đối với các trường hợp III và trường hợp VI đã nêu trong điều 6.8, khi: ngoài đất nền được bảo vệ, còn biết cả đất mỏ dùng làm tầng lọc ngược thì phương pháp chọn thành phần hạt lớp thứ nhất của tầng lọc căn bản vẫn giống như hai trường hợp đầu tiên xét ở điều 6.9. Nhưng trình tự tính toán cũng như các điều kiện xác định việc chọn chuỗi thông số tính toán ở đây sẽ khác. Để cho dễ hiểu các ví dụ sau đây sẽ giải thích và hướng dẫn trình tự tính toán trong các trường hợp này.



6.10.1. Trường hợp tính toán III

Để tính toán cho trường hợp III sẽ thực hiện với các số liệu thực dưới đây:

Yêu cầu chọn thành phần hạt lớp thứ nhất của lọc cho trường hợp đất được bảo vệ vật liệu tại mỏ vật liệu thực tế không xói ngầm;

Số liệu ban đầu:

Thành phần hạt của đất thân đập (của nền công trình) và của vật liệu tại mỏ dùng cho lớp thứ nhất của lọc ngược được vẽ trên Hình 11.

Số liệu của đất được bảo vệ:

- Hệ số không đều hạt d = 3,34;

- Hệ số thấm kd = 0,0092 cm/s;

Số liệu của vật liệu tại mỏ vật liệu:

Đất 1:


- Hệ số không đều hạt  = 9,7;

- Độ rỗng m’ = 0,33;

- Hệ số thấm k’ = 0,12 cm/s.

Đất 2:


- Hệ số không đều hạt ” = 65;

- Độ rỗng m” = 0,25;

- Hệ số thấm k” = 0,31 cm/s.

Đất 3:


- Hệ số không đều hạt ”’ = 11,3;

- Độ rỗng m”’ = 0,36;

- Hệ số thấm k”’ = 0,8 cm/s.

Trình tự tính toán:

a) Xác định độ xói ngầm đã cho của đất được bảo vệ, dùng hệ thức (71)

Do đó, đất được bảo vệ thực tế là không xói ngầm.

b) Theo thành phần hạt không xói ngầm của đất (Hình 11), chọn đường kính tính toán của các hạt tạo vòm dtv theo đồ thị: Ptvtt= f(d), (Hình 7);

Với d = 3,34; theo đồ thị Hình 7, vùng II; Ptv = 48 đến 60 %; dtv có thể chọn trong các giới hạn d48 đến d60; lấy dtv = d60 = 0,3 mm.



Đường kính các hạt, mm

CHÚ DẪN:

G – Thân đập;

1, 2, 3 – Đất mỏ dùng cho lớp thứ nhất của lọc



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