Bài giảng - Thủy điện 2- chương 17 docx

279

Chương XVII. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ KẾT CẤU

PHẦN DƯỚI NƯỚC CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

Chương này nghiên cứu về tính toán ổn định và kết cấu của nhà máy thuỷ điện,

khác nhà công nghiệp thông thường; nhà máy thuỷ điện có kết cấu dạng khối rất phức

tạp. Toàn bộ nhà máy và từng kết cấu riêng phải đảm bảo ổn định và đủ độ bền dưới tác

dụng của mọi tổ hợp tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động trong giai đoạn thi công lẫn giai

đoạn vận hành, sửa chữa. Tính toán ổn định tiến hành cho cả nhà máy; độ bền của mỗi

phần tử nhà máy ngoài việc phải tính khi nó tham gia làm việc chung với toàn nhà máy

còn phải tính khi nó chịu tải trọng cục bộ.

XVII. 1. TÍNH ỔN ĐỊNH TRƯỢT VÀ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐÁY N.M

1. Tính ổn định chống trượt nhà máy

Việc tính toán ổn định chống trượt của nhà máy là điều cần thiết đối với nhà

máy kiểu ngang đập vì nó trực tiếp chịu áp lực nước thượng lưu; ngoài ra chỉ tính kiểm

tra trượt cho nhà máy sau đập và nhà máy kiểu đường dẫn khi có bố trí khe lún - co ngót

giữ đập và nhà máy, hoặc ở phía thượng lưu hoặc bên hông nhà máy có gia tải lớn.

Hình 17-1. Các mặt trượt và sơ đồ lực tác dụng lên nhà máy ngang đập

Tính toán ổn định trượt của công trình thuỷ công với ba dạng trươt:

- Trượt phẳng theo mặt tiếp xúc giữa công trình và nền (mặt trượt là mặt nằm

ngang ở cao trình chôn sâu nhất của tấm móng (như hình 17-1,a - theo ABCD,

ABCDEF, ABCDE hoặc theo lớp đất yếu nằm dưới tấm đáy);

280

- Trượt hỗn hợp: xảy ra khi dịch chuyển ngang có kéo theo một phần đất nền

dưới đáy công trình (ép phì một phần đất nền);

- Trượt sâu: xảy ra ép phì đất nền dưới toàn bộ đáy nền, thường xảy ra ở nền

mềm ( như đất cát, sét, đất vụn thô ... ).

Việc tính trượt của nhà maý thuỷ điện ngang đập trên nền đá cứng với H ≤ 50m,

do tấm đáy có diện tích lớn nên phụ tải tác dụng không gây ra ứng suất có thể phát sinh

biến dạng dẻo và ép phì, vì vậy thường chỉ tính ổn định theo trượt phẳng.Tiêu chuẩn

tính ổn định là dạng trượt phẳng khi thoả mãn điều kiện sau:

N

B = ⋅

σmax

γ

≤ K (17-1)

Trong đó: σmax là ứng suất pháp lớn nhất trên đất nền (T/mP

2

P

);

γ - trọng lượng riêng của đất (t/mP

3

P

);

B - chiều rộng tính toán của nhà máy, theo chiều dòng chảy (m);

K - chỉ số mô hình không thứ nguyên phụ thuộc vào góc ma sát trong

ϕ và lự dính C của đất. Đối với công trình cấp I, xác định K theo thí nghiệm mô hình;

đối với các công trình cấp II, III, IV lấy K = 3 khi nền đất, lấy K = 1 khi nền cát. Nhà

máy TĐ thường có N ≤ 3 nên phần lớn chỉ kiểm tra theo trượt phẳng.

Điều kiện an toàn trượt phẳng xác định như sau (hình 17-1,b):

( ) k

f G U CB E

TE T E

pH

a aB H aH

= − ++

+ −+

Σ Σ

( )( ) > [k] (17-2)

Trong đó: ΣG là tổng các tải trọng thẳng đứng;

ΣU - tổng áp lực đẩy ngược; f - hệ số ma sát giữa nền và công trình.;

C - lực dính đơn vị của đất; B- chiều rộng nền dọc theo dòng hảy;

EpH - áp lực đất bị động hạ lưu khi đáy bị đẩy trượt về hạ lưu;

E E aB aH , - áp lực đất chủ động ở thượng lưu và hạ lưu;

Các ký hiệu tải trọng khác xem hình vẽ 17-1,b.

Đối với nền là đá thì trong (17-2) bỏ hai thành phần C.B và EpH .

Hệ số an toàn cho phép [k] tra theo cấp công trình, bảng sau:

Bảng 17-2. Hệ số an toàn cho phép [k]

Trường hợp tính toán Cấp công trình

I II III IV

Vận hành bình thường 1,3 1,2 1,15 1,1

Đặc biệt 1,1 1,1 1,05 1,05

Sửa chữa 1,17 1,1 1,05 1,05

Các trường hợp tính toán kiểm tra ổn định trượt::

- Trường hợp vận hành bình thường: Tính với mực nước thượng lưu là MNDBT,

còn mực nước hạ lưu lấy ứng với lưu lượng tháo một tổ máy. Các tải trọng tác dụng lấy

đầy đủ với trọng lượng kết cấu của nhà máy, trọng lượng các thiết bị đặt đúng vị trí của

chúng, phần chảy có đủ trọng lượng nước, áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực thấm, đẩy

nổi, áp lực đất đá thượng hạ lưu, ...v..v...