Bài giảng Công trình thủy - Chương 2: Cơ sở kỹ thuật thiết kế công trình thủy lợi - Nguyễn Thống

1 
7/21/2014 1 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM 
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN 
Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG 
E-mail: nthong56@yahoo.fr 
Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index 
Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 
7/21/2014 2 
NỘI DUNG MÔN HỌC 
Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. 
Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế cơng trình 
 thủy lợi (CTTL). 
Chương 3. Hồ chứa nước. 
Chương 4. Đập dâng nước 
Chương 5. Cơng trình tháo lũ 
Chương 6. Cơng trình dẫn nước. 
Chương 7. Máy thủy lực. 
Chương 8. Thủy điện. 
Chương 9. Trạm bơm 
CÔNG TRÌNH THỦY 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
7/21/2014 3 
CƠ SỞ KỸ THUẬT THIẾT KẾ CTTL 
Bốn giai đoạn thực hiện dự án: 
1- Khảo sát. 
2- Thiết kế : 
 - Lập Báo cáo kỹ thuật (nghiên cứu Tiền khả 
 thi), Lập Dự án đầu tư (nghiên cứu Khả thi). 
 - Thiết kế kỹ thuật. 
 - Thiết kế thi công. 
3- Thi công. 
4- Quản lý. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 4 
CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ 
1- Địa hình (tỷ lệ 1/50000, 1/10000,1/2000, 
1/1000, 1/500). 
2- Địa chất: Địa chất kiến tạo, điạ chất 
thủy văn, địa chất công trình, địa chất 
thổ nhưỡng. 
3. Khí tượng - Thủy văn. 
4. Môi trường. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 5 
CƠ SỞ TÍNH TOÁN 
1. Phân cấp CTTL (cấp I, II,III,IV,V). 
 - Công trình (CT) lâu dài. 
 - CT tạm thời. 
 - CT chủ yếu. 
 - CT thứ yếu. 
ý nghĩa của phân cấp ??? 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 6 
2. NỘI DUNG TÍNH TOÁN 
 - Tính toán thủy văn; 
 - Tính toán thủy năng; 
 - Tính toán thủy lực; 
 - Tính toán lực tác dụng lên CTTL; 
 - Tính toán thấm; 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
2 
7/21/2014 7 
- Tính toán ổn định và biến dạng; 
- Tính toán kết cấu; 
- Tính toán và dự báo tác động môi trường; 
- Tính toán kinh tế. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 8 
TẢI TROïNG, LỰC 
* Tải trọng và lực tác dụng thường xuyên: 
Bao gồm: Áp lực nước tỉnh, động, đẩy nổi, 
thấm, áp lực nước trong các lỗ rỗng... 
ứng với MNDBT và thiết bị chống thấm, 
thoát nước làm việc bình thường, áp lực 
đất có xét đến tải trọng trên mặt, ứng 
suất trước của kết cấu. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 9 
* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời dài hạn: 
• (áp lực đất bổ sung do biến dạng nền, kết 
cấu, nhiệt, áp lực bùn cát, từ biến, co ngót 
kết cấu). 
* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời ngắn hạn: 
• (Thiết bị nâng, tàu thuyền vật trôi va chạm, 
sóng, gió, nước va). 
* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời đặc biệt: 
• (Động đất, nổ mìn, gió khi bão, nước va khi 
cắt tải hoàn toàn). 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 10 
TỔ HỢP TẢI TRỌNG 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 11 
1- Tổ hợp TT cơ bản = thường xuyên + tạm thời 
dài hạn + tạm thời ngắn hạn. 
2- Tổ hợp TT đặc biệt = thường xuyên + một 
trong số tạm thời đặc biệt. 
 Xét cả 2 tổ hợp và chọn trường hợp nguy hiểm 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 12 
ÁP LỰC NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
3 
7/21/2014 13 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
A 
hA 
F 
M 
N 
pA= ghA 
Nước pA áp suất 
nước tác dụng 
tại A 
F lực tác dụng 
lên mặt MN 
7/21/2014 14 
ÁP SUẤT NƯỚC 
TÁC DỤNG LÊN 
THÀNH PHẲNG 
ÁP SUẤT: Biểu diễn bằng 1 vectơ: 
• Phương : thẳng góc với mặt tác dụng. 
• Chiều: hướng vào mặt tác dụng. 
• Cường độ: 
 (p tỷ lệ tuyến tính với chiều sâu) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
p h 
2p gh(N / m ) 
Nước, 
A 
7/21/2014 15 
1. ÁP LỰC THỦY TỈNH: 
Áp suất nước p tại độ sâu h so với mặt thoáng: 
với =1000kg/m3: khối lượng riêng nước. 
Áp lực tương đương tác dụng lên mặt phẳng S: 
p
0
: áp suất tại tâm mặt xét, S diện tích mặt xét. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
)/( 2mNghp 
)N(SpF 0 
7/21/2014 16 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
2H/3 
H 
A 
B 
C 
A
’
H/2 
p
A
p
o
Ap gH 
F 
G 
p
0
= gH/2 
F=p
0
S=p
0
bH= gbH2/2 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 17 
• Tính và vẽ áp lực tương đương F 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
A 
B 
H 
C 
h
C
p
C
Cc ghp 
gHpA 
0 Bp
(vì h
B
=0) 
G 
F 
2H/3 
sin
H
.b.
2
H
g)L.b.(
2
H
gF AB 
A
’
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 18 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
4 
7/21/2014 19 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
 1H 
 1 Hệ sớ giảm áp 
Màng chớng thấm 
7/21/2014 20 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
Bài tập: 
Cho một đập bê tông có kích thước như hình vẽ. 
Xác định áp lực nước tác dụng lên công trình 
(tính cho b=1m chiều rộng): 
- Thủy tỉnh. 
- Đẩy nổi. 
- Thấm (hệ số giảm áp lực 
1
=1). 
- Bùn cát với dung trọng đẩy nổi 
đn
=0.7 t/m
3 
và 
góc nội ma sát =200. 
 !!! Đẩy nổi+Thấm Áp lực ngược 
7/21/2014 21 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
MNDBT=55m 
MNHL=20m 
C/t m/đ=15m 
a=5m b=25m 
A 
B C 
Bùn cát, +30m 
7/21/2014 22 
ÁP LỰC THỦY ĐỘNG 
Khi nước đến gần một vật cản cố định, ngoài áp lực 
thủy tỉnh còn có thêm một tác dụng lực bổ sung 
 áp lực thủy động P. 
với V vận tốc trung bình, góc giữa hướng dòng 
chảy và mặt tác dụng, A diện tích, k
v
 hệ số chảy 
vòng lấy như sau: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
)N()cos1(AVkP 2V 
7/21/2014 23 
ÁP LỰC THỦY ĐỘNG 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
kv =1 
kv =0.7 
kv =0.4 
7/21/2014 24 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
Bài tập: 
Xác định áp lực thủy động tác dụng lên trụ 
pin có dạng lượn tròn.
Diện tích A=80m
2
, 
vận tốc trung bình dòng chảy là 4m/s, góc 
đến =750. 
5 
7/21/2014 25 
ÁP LỰC SÓNG 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 26 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
λs 
Trục sóng 
Mực nước hồ tỉnh 
h's 
h
s
 Bước sĩng 
7/21/2014 27 
Vận tốc gió: 
 vận tốc gió thực đo ở cao độ Z, 
10
 tốc độ gió ở cao 
độ 10m so với mặt hồ. 
kω hệ số quy đổi khi Z khác cao độ 10 m so với mặt 
hồ. 
)/(10 smk   
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
Chiều cao 
thực đo (m) 
2 6.5 8 10 12 17 20 
k 1.25 1.05 1.03 1 .98 .94 .89 
7/21/2014 28 
Tần suất phụ thuộc cấp công trình: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
Cấp CT Tần suất gió p% 
 MNDBT MNGC 
I 2 20 
II 2 20 
II 4 30 
IV 4 50 
V 10 50 
7/21/2014 29 
ĐÀ GIÓ (D): Phụ thuộc hình dạng hồ. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 30 
XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
6 
7/21/2014 31 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
H=
s
/2 
H
pg
Khu sâu 
Khu cạn 
Khu xô va 
Khu tiếp bờ 
Đáy 
CÁC KHU NƯỚC TRONG VÙNG GÂY RA SÓNG 
7/21/2014 32 
XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG 
- Khu nước sâu: H > λ
s
/2 đáy không ảnh hưởng đến 
hình dạng và kích thước sóng. 
- Khu nước cạn: H
pg
 < H < λ
s
/2 đáy có ảnh hưởng 
đến hình dạng và kích thước sóng. 
với m=ctg(α) mái dốc bờ. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
2
s
pg s 2
s
1 m
H h (0,47 0,23 )
h m
 
7/21/2014 33 
Công thức thực nghiệm tính thông số sóng: 
Andreanov: 
Đà gió D tính bằng km. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
5/ 4 1/3
s 10h 0,0208 D 
1/ 2
s 100,304 D  
7/21/2014 34 
Lapzovski - Khu nước sâu: 
với  chỉ độ dốc sóng: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
0s s 10h 0,073k D  
0s 10
D
0,073 

7/21/2014 35 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
10
0,4D
sk 1 e

10
0s
14
0s
h 1
9 19e


 
7/21/2014 36 
Lapzovski - Khu nước cạn: 
s02ss01s k,hkh   
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
H/
s
 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1 
k
1
 .119 .435 .652 .823 .904 1 
k
2
 .251 .564 .703 .832 .904 1 
7 
7/21/2014 37 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
BIỂU ĐỒ TÍNH ÁP LỰC SÓNG 
hs+h
'
s 
3hs 
P3h 
H 
P0 
PH 
3h
s
B 
A C D 
E 
7/21/2014 38 
Độ dâng cao trục sóng so với mực nước tỉnh: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
'
0 s sP (h h ) 
s
H
s
h
P
2 H
ch

2
' s
s
s s
h 2 H
h cth
 
7/21/2014 39 
CÔNG THỨC GẦN ĐÚNG TÍNH ÁP LỰC 
TƯƠNG ĐƯƠNG P 
2
H
2
)pH)(hhH(
P
2
n
Hss
ns  
 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
)x(sh
)x(ch
)x(cth;
)x(ch
)x(sh
)x(th
2
ee
)x(sh;
2
ee
)x(ch
xxxx
7/21/2014 40 
Trường hợp mặt nghiêng 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
H 3hs 
hs 
p'3h 
β 
'
3h 3h 0
P P ( 1)
45

7/21/2014 41 
Bài tập: Cho biết vận tốc gió tại cao độ 
10m so với mặt hồ là 20m/s. Đà gió hồ là 
D=2 km. Kích thước và mực nước hồ 
như hình vẽ sau. 
- Tính áp lực sóng (Andreanov) tác dụng 
lên mặt đập bê tông thẳng đứng. 
- Giả thiết bây giờ mặt đập nghiêng 60
0
 so 
với phương ngang. Tính áp lực sóng 
tương ứng. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 42 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
H=15m 
8 
7/21/2014 43 
TÍNH TOÁN THẤM 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 44 
GIỚI THIỆU 
- Thấm là sự chuyển động của chất 
lỏng trong môi trường có các lỗ 
hoặc khe rỗng (đất, đá, bê tông,). 
- Khi có công trình (cống, đập,) tạo 
nên chênh lệch cột nước thượng và 
hạ lưu công trình xuất hiện dòng 
thấm trong môi trường rỗng. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 45 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
THẤM CÓ ÁP DƯỚI CÔNG TRÌNH 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 46 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
THẤM CÓ ÁP DƯỚI CÔNG TRÌNH 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 47 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
THẤM VÒNG QUANH CÔNG TRÌNH 
(Nhìn từ trên xuống) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 48 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
Đường 
bão hòa 
THẤM KHÔNG ÁP QUA CÔNG TRÌNH 
Vùng không 
có nước 
Vùng bão 
hòa nước 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
9 
7/21/2014 49 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 50 
TÁC HẠI DO THẤM GÂY RA 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 51 
TÁC HẠI DO THẤM GÂY RA 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 52 
LƯỚI THẤM 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
Đường dòng 
Đường thế 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 53 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 54 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
10 
7/21/2014 55 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 56 
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 
Trọng lượng riêng: 
Trọng lượng 
riêng ướt: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
Trọng lượng Thể tích 
V
k
V
n
V
h
V
r
W
h
W
n
W
k
V W 
Hạt 
Nước 
Khí 
)m/kN(
V
W 3 
)m/kN(
V
WW 3nh 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 57 
Trọng lượng riêng bão hòa: 
Với Wn’ trọng lượng nước chiếm đầy Vr. 
Trọng lượng riêng đẩy nổi: 
Chứng minh: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
)m/kN(
V
WW 3nh
bh
 
)m/kN(
V
VW 3hnh
dn
 
 
1bhdn  
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 58 
Độ ẩm của đất: Tỷ lệ giữa nước trong đất và 
trọng lượng hạt. 
Độ bão hoà của đất: 
G<0,5 đất hơi ẩm 
0,5<G<0,8: đất ẩm 
G>0,8 đất bão hoà 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
%
W
W
100%
h
n 
r
n
V
V
G 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 59 
Độ rỗng: Tỷ lệ giữa thể tích lỗ rỗng và tổng thể 
tích mẫu. 
Hệ số rỗng: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
%
V
V
100%n r 
h
r
V
V
 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 60 
2. Phương trình cơ bản của dòng thấm 
Trong lý thuyết thấm, vận tốc thấm V là 
giả định và xem dòng thấm đi qua cả 
môi trường thấm (V=Q/). 
V: vận tốc thấm trung bình. 
Q: lưu lượng thấm. 
: diện tích mặt cắt thấm thẳng góc với 
dòng thấm. 
Thực tế, dòng thấm đi qua các khe và lỗ 
rỗng có vận tốc thực V
i
 >V. PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
11 
7/21/2014 61 
MÔ HÌNH HOÁ TRONG NGHIÊN CƯÚ THẤM QUA 
MÔI TRƯỜNG RỖNG 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
u
i
THỰC, u
i
U 
MÔ PHỎNG dùng U 
V 
u
i
 = U/n 
với n=V
r
/V 
U=Q/ 
 diện tích 
thấm. 
Q
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 62 
HỆ SỐ THẤM k 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO 
Chương 1: Thấm qua công trình 
7/21/2014 63 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
Loại đất X 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 64 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
Aùp suất 
0 
H
e
ä s
o
á t
h
a
ám
-100 10 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 65 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
K = hằng số 
Aùp suất 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 66 
Phương trình vi phân hiện tượng thấm phẳng – 
Công thức Darcy V= - kJ: 
U
x
, U
y
: hình chiếu vận tốc thấm V xuống x, y. 
k
x
, k
y
: hệ số thấm theo phương x, y. 
H =H(x,y)=y+p/ : cột nước tác dụng dòng thấm. 
p(x,y): áp suất. 
y: thế năng. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
y
H
k)y,x(fU
x
H
k)y,x(fU
y2y
x1x




 (1) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
12 
7/21/2014 67 
Xét phương trình liên tục cho khối vi phân: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
X 
Y 
U
x
dx
x
U
U xx


dx 
dy 
U
y
dy
y
U
U
y
y


0dxdz)dy
y
U
(dydz)dx
x
U
(
yx 




Z 
dz 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 68 
Phối hợp với hệ phương trình (1): 
Đây là phương trình vi phân cơ bản của 
dòng thấm phẳng ổn định. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
0)
y
H
k(
y
)
x
H
k(
x
yx 







 (2) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 69 
Xét trường hợp môi trường đồng chất : 
k
x
=k
1
 : hằng số 
k
y
 =k
2
: hằng số 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
0
y
H
k
x
H
k
2
2
22
2
1 




(3) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 70 
Xét trường hợp môi trường đồng chất và 
đẳng hướng : 
k
x
=k
y
=k=hằng số 
Phương trình (4) trên gọi là phương trình 
Laplace. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
0
y
H
x
H
2
2
2
2



 (4) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 71 
Xét trường hợp môi trường đồng chất và 
đẳng hướng. 
Gọi hàm thế. kH 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
y
U;
x
U yx

 

 
0
yx 2
2
2
2

 

 
const)y,x( Đường đẳng thế 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 72 
Xét trường hợp môi trường đồng chất và 
đẳng hướng. 
Gọi hàm dòng với: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
x
U;
y
U yx




0
yx 2
2
2
2




const)y,x(  Đường dòng 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
13 
7/21/2014 73 
Họ đường: 
Tạo thành lưới thấm. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
const)y,x( 
const)y,x( 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 74 
Xét giữa 2 đường đẳng thế h
1
 và h
2
 ta có: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
h
1
h
2
ds
1
ds
2
1
2
k
1
k
2
2
22
21
11
1 ds
tg.ds
dh
kds
tg.ds
dh
k
2
1
2
1
tg
tg
k
k
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
J1 
7/21/2014 75 
THẤM KHÔNG ÁP QUA 
MÔI TRƯỜNG XỐP 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 76 
Công thức J. Dupuit 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
x 
y 
X 
H1 
H2 
H 
L 
k(m/s) 
V 
O 
h 
7/21/2014 77 
Công thức Darcy: 
k : hệ số thấm (m/s) 
J : độ dốc thủy lực 
dh : tổn thất năng lượng (mH
2
O) 
dx : vi phân đường đi dòng thấm. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
(2) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
)s/m(
dx
dh
kkJV 
7/21/2014 78 
Xét dòng thấm đi qua mặt phẳng cách O giá 
trị x. Lưu lượng thấm qua 1 đơn vị chiều 
rộng: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
hdhdx
k
q
)s/m)(1.h(
dx
dh
kVq 2
  
14 
7/21/2014 79 
Tích phân phương trình với điều kiện biên tại 
x=0, h=H
1
 và x=L, h=H
2
: 
Phương trình cho phép xác định l/lượng thấm 
q khi biết các tham số còn lại. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
)m/s/m(
L2
HH
kq 3
2
2
2
1 
7/21/2014 80 
Tích phân phương trình (1) với điều kiện biên 
tại (x=0, h=H
1
 và x có cột nước h ) 
Phương trình xác định đường bão hòa. 
 Phương trình parabole nằm ngang. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
(2) 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
x
k
q
2Hh
x2
hH
kq 21
22
1
7/21/2014 81 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
x 
y 
X 
H1 
H2 
H 
L 
k(m/s) 
V 
O 
h 
Đường bão hòa cĩ 
p/t như trước 
7/21/2014 82 
Tổng lưu lượng thấm qua công trình 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
li 
 
i
iilqQ
iq
7/21/2014 83 
Bài tập: Cho mợt khới đất hình chữ nhật cĩ 
L=100m và H=10m. Đất cĩ hệ sớ thấm 
k=10-6cm/s. Nước phía trước và sau khới 
chử nhật cĩ chiều sâu lần lượt là 9m và 
4m. 
a. Tính lưu lượng thấm đơn vị q. 
b. Xác định phương trình đường bão hòa. 
c. Xác định vị trí đường bão hòa ở vị trí 
x=50m. Lấy x=0 tại mặt đứng chữ nhật 
phía trước. g=10m/s2. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 84 
THẤM DƯỚI CÔNG TRÌNH 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
15 
7/21/2014 85 
1. Phương pháp Lane (1934). 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
A 
B 
C 
D 
H 
Nền thấm nước 
7/21/2014 86 
ABCD : đường viền thấm 
L
ABCD
 : chiều dài đường viền thấm. 
L : chiều dài đường viền thấm quy đổi 
Với L
d
 = L
AB
+L
BC
: đường viền thấm đứng 
L
ng
 = L
CD
 : đường viền thấm ngang. 
m=1,5-2 (có 1 bản cọc); m=2,5-3 (có 2 bản cọc) 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
ngd L
m
1
LL 
7/21/2014 87 
Điều kiện không sinh ra xói ngầm theo Lane 
H : chênh lệch cột nước thượng và hạ lưu. 
C = 1.6 8.5: hệ số phụ thuộc loại đất nền 
(xem bảng sau). 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
CHL
m
1
LL ngddoiquy 
7/21/2014 88 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
Sét 
chặt 
Sét 
trung 
Sét 
dẻo 
Cuội 
lớn 
Cuội 
trung 
Cuội 
nhỏ 
Cát 
lớn 
Cát 
trung 
1,8 2,0 3,0 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 
Bảng xác định giá trị C 
P/P Lane 
7/21/2014 89 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
A B C D 
LAB LBC LCD 
L 
H 
pc/γ 
Biến đổi 
pB/γ 
Chiều dài đường viền thấm tự nhiên: ABCD 
C D’ 
7/21/2014 90 
Chú ý: 
- Cột nước thấm tại các điểm dưới nền tính 
bằng quy tắc tam giác đồng dạng. 
- p
B
/ chỉ áp suất tại B tính bằng m H
2
O. 
- : chiều dài đường viền ngang 
quy đổi. 
- Hệ số giảm áp qua màng chống thấm AB: 
• với p
c
/ chỉ cột nước đo áp tại C. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
CDDC L
3
1
L 
H
/pc  
16 
7/21/2014 91 
Bài tập: Cho cống ngăn nước như hình sau. Với 
H
1
=8m, H
2
=2m, L
1
=9m, L
2
=12m, a=b=0.5m. Nền là 
sét dẻo. Lấy m=3 (pp Lane). 
a. Xác định t
min
 để không xãy ra xói ngầm. 
b. Tính áp lực thấm tác dụng lên đáy với t
min
 câu a 
(T/m) Áp lực thấm tác dụng lên L
1
 và L
2
. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
t t/2 
a 
H
1
H
2
L
2
L
1
b 
H 
7/21/2014 92 
Bài tập: Cho cống ngăn nước như hình sau. 
Đất nền có C=4. Dùng phương pháp tính 
thấm của Lane. Lấy m=2. 
a. Tính áp lực thấm dưới đáy công trình. 
Kiểm tra điều kiện ổn định thấm theo 
Lane. 
b. Vẽ biểu đồ áp lực thấm. 
c. Tính hệ số giảm áp . 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 93 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
l1=3m l2=7m 
S1=4m 
a2=1m 
a1=0.5m 
H=4m 
H1=5m 
H2=1m 
7/21/2014 94 
Bài tập: Cho một đập có mặt cắt dạng tam 
giác vuông như sau. Nền có C=2.0. Chiều 
cao cột nước H=20m, đáy đập có chiều 
rộng b=12m. Chống thấm cho nền có một 
màng chống thấm sâu L
AB
=18m. Cho biết 
m=2. 
a. Kiểm tra điều kiện thấm theo Lane. 
b. Tính áp lực thấm tại C. Vẽ biểu đồ áp lực 
thấm và tính lực thấm trên 1m chiều rộng 
đáy. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 95 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
A 
B 
C D 
H 
Màng chớng thấm 
7/21/2014 96 
Bài tập: Số liệu như bài trên. 
Cho biết chiều sâu nước hạ lưu 
là 4m (hình sau). 
 Tính áp lực ngược (thấm + đẩy 
nổi) tác dụng lên đáy công 
trình. 
 Vẽ biểu đồ áp lực ngược. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
17 
7/21/2014 97 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
A 
B 
C D 
H 
Màng chớng thấm 
h=4m 
7/21/2014 98 
Phương pháp hệ số cản Tsugaev 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 99 
l1 l2 
S2 
a3=1m a1 
H=4m 
H1=5m 
H2=1m 
S1 
S3 
S0=
4m 
l0 
1 
2 
3 
4 
5 
Tầng khơng thấm 
T 
T1 
T2 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
1 
2 
3 4 
5 
6 7 
8 
9 
a2 
7/21/2014 100 
- Đường viền thấm : Tiếp xúc giữa đáy nền và 
CT (1-2-3-4-5-6-7-8-9) 
- Phần vào, phần ra : bản cọc vào (1-2-3), bản 
cọc ra (7-8-9). 
- Phần bản cọc trong : 4-5-6 
- Phần nằm ngang : 3-4 và 6-7. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 101 
Công thức Darcy. 
 hệ số cản 
J độ dốc thủy lực 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
k
q
k
q
T
dL
dHT
dL
dH
kkJTVTq  
T
dL
 
7/21/2014 102 
Khi thấm qua nhiều vùng: 
Và ta có: 
 Tính được 
I
 sẽ xác định dH
i
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
k
q
dH ii  
    
i i
ii
i
i
k
q
k
q
dHH
 
 

i
i
ii
i
i
H
dH
H
k
q
18 
7/21/2014 103 
Xác định 
i
: Tổng quát ta có: 
 hệ số cản phần vào, ra 
 hệ số cản phần nội bản cọc và 
phần ngang. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
ra
i
ngang
i
cocvao
i
i       
ravao,
ngangcoc,
7/21/2014 104 
Phần nội bản cọc: 
- Khi T
2
/T
1
>0,5 và S
2
/T
2
<0,8 
Khi không có bản cọc S
2
=0 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
2
2
2
2
2
2
1
2
coc
T
S
75,01
T
S
5,0
T
S
5,1
T
a
 
1
2
baccoc
T
a
  
7/21/2014 105 
- Trường hợp 0,8<S
2
/T
2
<0,96 
Phần vào, phần ra: 
44,0&44,0 ra,cocravao,cocvao    
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
2,28,0
T
S
2,1
T
a
2
2
1
2
coc 
 
7/21/2014 106 
- Trường hợp chỉ có bậc 
Phần nằm ngang: 
- Khi l
2
>0,5(S
2
+S
3
) 
- Khi l
2
<0,5(S
2
+S
3
) 
44,0&44,0 ra,bravao,bvao    
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
2 2 3
ng
2
l 0,5(S S )
T

ng 0 
7/21/2014 107 
Trường hợp tầng thấm sâu 
• Chiều sâu tính : T=min(T
tt
,T) 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
l0/S0 >5 5-3,4 3,4-1 1-0 
Ttt 0,5l0 2,5l0 0,8S0+0,5l0 S0+0,3l0 
7/21/2014 108 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
Tổn thất cợt nước phần vào 
Tổn thất cợt nước 
Phần nằm ngang L1 
19 
7/21/2014 109 
Bài tập: Dùng phương pháp hệ số 
cản Tsugaev tính áp lực thấm tác 
dụng lên đáy công trình: 
 Vẽ biểu đồ áp suất thấm dưới đáy 
công trình. 
 Vẽ biểu đồ lực đẩy nổi dưới đáy 
công trình. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
7/21/2014 110 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy 
l1=3m l2=7m 
S1=4m 
a2=1m 
a1=0.5m 
H=4m 
H1=5m 
H2=1m 
T=10m 
Tầng khơng thấm 
7/21/2014 111 
HẾT CHƯƠNG 2 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 2: Cơ sở thiết kế Công trình thủy