Bài giảng Công trình thủy nâng cao - Chương 2: Áp lực khe rỗng - Nguyễn Thống
NỘI DUNG THỰC HÀNH
1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính
nước va trong đường ống áp lực
WaterHammer_BK.
2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính
khuếch tán nhiệt 3D trong bê tông thủy
công.
3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô
phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính
ổn định mái dốc đập vật liệu địa
phương
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Công trình thủy nâng cao - Chương 2: Áp lực khe rỗng - Nguyễn Thống", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Công trình thủy nâng cao - Chương 2: Áp lực khe rỗng - Nguyễn Thống
1 9/6/2014 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng - BM KTTNN PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu.vn Web: Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 9/6/2014 2 NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Thấm qua công trình. Chương 2: Áp lực khe rỗng. Chương 3: Đập vật liệu địa phương. Chương 3a: Mô phỏng Monte Carlo áp dụng trong đánh giá ổn định mái dốc. Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4a: Đập bê tông đầm lăng (RCC) CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO 9/6/2014 3 NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 4b: Bài toán toả nhiệt 3D. Chương 5: Phân tích ứng suất trong đập bê tông khi xảy ra động đất. Chương 6: Đường hầm thủy công Chương 6b: Giếng điều áp. Chương 7: Đường ống áp lực – Nước va trong đường ống. CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO 9/6/2014 4 NỘI DUNG THỰC HÀNH 1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính nước va trong đường ống áp lực WaterHammer_BK. 2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính khuếch tán nhiệt 3D trong bê tông thủy công. 3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO 9/6/2014 5 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Giaùo trình Coâng trình thuûy. 2. Giaùo trình Cô hoïc ñaát. 3. Phần mềm SIGMA. 4. Phần mềm SLOPE. 5. Phần mềm SEEP. 6. Phaàn meàm CRYSTAL BALL. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO 9/6/2014 6 NOÄI DUNG 1. Giôùi thieäu hieän töôïng vaät lyù. 2. Lyù thuyeát coá keát & aùp löïc khe roãng. 3. Ví duï. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 2 9/6/2014 7 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ Xeùt moät moâi tröôøng xoáp: - Döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc (löïc beân ngoaøi, troïng löôïng baûn thaân,) nöôùc & khí chöùa trong moâi tröôøng “daàn daàn” bò ñaåy thoaùt ra ngoaøi ñoä roãng cuûa ñaát daàn daàn giaûm xuoáng hieän töôïng “COÁ KEÁT” cuûa moâi tröôøng. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 8 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Khi caùc loã roãng chöùa tyû leä nöôùc vöøa phaûi (G=12-14%), coøn laïi laø khí & khí naøy lieân thoâng vôùi khí trôøi t/hôïp naøy xảy ra coá keát nhanh khi chòu taùc duïng taûi troïng. Vì t/hôïp naøy khoâng khí bò “eùp” thoaùt ra ngoaøi raát nhanh (caùc loaïi caùt). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 9 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Khi caùc loã roãng chöùa tyû leä nöôùc nhieàu (G>85%), coøn laïi laø khí quaù ít khí khoâng lieân thoâng vôùi khí trôøi khí toàn taïi ôû daïng “boùng khí” ñaàm neùn chæ laøm boùng khí bò neùn ñaøn hoài “taïm thôøi” t/hôïp naøy xaûy ra coá keát chaäm khi chòu taùc duïng taûi troïng. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 10 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Ñaát caùt coá keát nhanh. - Ñaát thieân veà seùt coá keát chaäm. Xeùt moâi tröôøng coù ñoä aåm lôùn (khoâng khí coù raát ít & ôû daïng boùng khí). Quaù trình coá keát xuaát hieän khi nöôùc töø trong loã roãng cuûa ñaát ñöôïc eùp thaûi ra ngoaøi. Nguyeân nhaân cuûa söï eùp thaûi laø do aùp löïc nöôùc khoâng ñeàu trong caùc loã roãng döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc (troïng löôïng baûn thaân, gia taûi,). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 11 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Do ñoù, ñoái vôùi loaïi ñaát coù ñoä roãng caøng beù (seùt, aù seùt) eùp thaûi nöôùc ra caøng khoù, caøng chaäm aùp löïc nöôùc phaân boá khoâng ñeàu trong kẽ roãng caøng lôùn. AÙp löïc nöôùc xuaát hieän trong keõ roãng trong quaù trình coá keát ñöôïc goïi laø “AÙP LÖÏC KEÕ ROÃNG” hay coøn goïi laø aùp löïc (suaát) dö. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 12 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Thôøi gian keùo daøi aùp löïc keõ roãng coù theå haøng naêm ñeán nhieàu naêm. - AÙp löïc khe roãng thay ñoåi theo quaù trình eùp thaûi nöôùc ra ngoaøi vaø ngaøy caøng giaûm daàn. - Coù theå xem ñaây laø quaù trình thaám khoâng oån ñònh trong moâi tröôøng roãng bieán daïng lyù thuyeát hieän töôïng thaám “coå ñieån” khoâng theå söû duïng thieát laäp p/trình cô baûn moâ taû hieän töôïng vaø giaûi theo höôùng khaùc. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 3 9/6/2014 13 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Noäi dung cuûa lyù thuyeát coá keát laø nghieân cöùu söï phaân boá taûi troïng taùc duïng leân khoái ñaát ñoái vôùi pha raén vaø pha loûng dieãn ra nhö theá naøo theo khoâng gian vaø thôøi gian. - Chæ coù taûi troïng truyeàn leân pha raén taïo ra noäi ma saùt trong ñaát taïo ra söï coá keát cuûa ñaát & khaû naêng chòu taûi (töùc cuôøng ñoä) cuûa ñaát. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 14 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ - Goïi h öùng suaát phaùp trung bình taùc duïng leân haït ñaát (pha raén), coøn goïi laø öùng suaát hieäu quaû. - Goïi tr öùng suaát phaùp trung bình truyeàn cho nöôùc (pha loûng), goïi laø öùng suaát trung hoaø hay coøn goïi AÙP LÖÏC KHE ROÃNG. - Goïi laø öùng suaát toång: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống trh 9/6/2014 15 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ Vì module neùn theå tích cuûa nöôùc >> so vôùi module neùn theå tích cuûa ñaát nöôùc khoâng neùn ñöôïc. Khi taûi troïng môùi baét ñaàu taùc duïng leân khoái ñaát 2 pha (t=0): h =0 (haït) & tr = (nöôùc). - Khi t>0 : h > 0 & tr < . - Khi t >>1 : h = & tr =0 pha raén nhaän toaøn boä taûi troïng ngoại lực. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 16 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ Ñoái vôùi pha loûng, sau khi tieáp nhaän taûi troïng nöôùc “töø töø” tieát ra khoûi phaïm vi khoái ñaát chòu taûi. Hieän töôïng keùo daøi phuï thuoäc heä soá thaám cuûa ñaát. Aùp löïc trung hoaø (aùp löïc loã roãng) giaûm daàn töø tr = veà cho tôùi khi baèng tr =0. Veà lyù thuyeát, hieän töôïng giaûm aùp löïc khe roãng keùo daøi voâ taän (t>>1). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 17 GIÔÙI THIEÄU VAÁN ÑEÀ Xeùt ñeán aùp löïc khe roãng, ñònh luaät Coulomb coù daïng: Öùng suaát tieáp, goùc noäi ma saùt, c löïc dính ñôn vò. Vôùi moâ hình 3 pha, taïi t=0 thì tr < , vì do khoâng khí bò neùn taïo ra moät phaàn öùng suaát trong pha raén heä soá nöôùc baõo hoaø giaûm ñ/kieän laøm vieäc ñaát thuaän lôïi hôn. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống ctgctg htr )( 9/6/2014 18 SÔ ÑOÀ COÁ KEÁT THAÁM 1 HÖÔÙNG COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống dz z q q p t=0 tr,t p 0>1 tr,t h,t p p h,t Taàng khoâng thaám dh q dz 4 9/6/2014 19 MOÄT SOÁ KYÙ HIEÄU QUY ÖÔÙC COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 20 MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Troïng löôïng rieâng: Troïng löôïng rieâng öôùt: PGS. Dr. Nguyễn Thống Troïng löôïng Theå tích V k V n V h V r W h W n W k V W Haït Nöôùc Khí )m/kN( V W 3 )m/kN( V WW 3nh COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 9/6/2014 21 Troïng löôïng rieâng baõo hoøa: Vôùi Wn’ troïng löôïng nöôùc chieám ñaày Vr. Troïng löôïng rieâng ñaåy noåi: Chöùng minh: PGS. Dr. Nguyễn Thống )m/kN( V WW 3nh bh )m/kN( V VW 3hnh dn 1bhdn COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 9/6/2014 22 Ñoä aåm cuûa ñaát: Tyû leä giöõa nöôùc trong ñaát vaø troïng löôïng haït. Ñoä baõo hoaø cuûa ñaát: G<0,5 ñaát hôi aåm 0,5<G<0,8 ñaát aåm G>0,8 ñaát baõo hoaø PGS. Dr. Nguyễn Thống % W W 100% h n r n V V G COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 9/6/2014 23 Ñoä roãng: Tyû leä giöõa theå tích loã roãng vaø toång theå tích maãu. Heä soá roãng: PGS. Dr. Nguyễn Thống % V V 100%n r h r V V e COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 9/6/2014 24 KHAÙI NIEÄM VEÀ VAÄN TOÁC THAÁM TRUNG BÌNH VAØ THÖÏC TRONG MOÂI TRÖÔØNG ROÃNG COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 5 9/6/2014 25 Kí hieäu n, m, s laø tyû soá theå tích cuûa 3 thaønh phaàn töông öùng cuûa nöôùc, haït vaø khí trong 1 ñôn vò theå tích cuûa ñaát: V n , V m , V s theå tích caùc thaønh phaàn töông öùng cuûa nöôùc, haït raén vaø khí trong toaøn boä theå tích khoái ñaát V. Vôùi moâi tröôøng 3 pha: n+m+s=1 vaø moâi tröôøng 2 pha n+m=1. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống V V s V V m V V n smn ;; 9/6/2014 26 Quan heä giöõa vaän toác trung bình vaø vaän toác thöïc cuûa caùc thaønh phaàn. NÖÔÙC: Vaän toác thaám trung bình u qua tieát dieän laø: Vaän toác thaám thöïc u ’ : COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống uQ Q u n n uQ Q u Tiết diện thành phần nước 9/6/2014 27 Trong khoâng gian 3 chieàu: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống unu V V uu nn zz yy xx unu unu unu 9/6/2014 28 Töông töï cho thaønh phaàn haït: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống zz yy vx vmv vmv vmv 9/6/2014 29 Ñoái vôùi thaønh phaàn khí (bong boùng khí) cuõng töông töï nhö treân w=sw ’ . Maët khaùc, giaû thieát boùng khí troän laãn vôùi caùc haït raén vaø coù cuøng vaän toác chuyeån ñoäng haït raén w’ = v’. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 30 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống zzzz yyyy xxxx v m s vswsw v m s vswsw v m s vswsw KHÍ 6 9/6/2014 31 QUAN HEÄ NEÙN EÙP COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 32 Boû qua töø bieán: heä soá roãng. a heä soá coá keát, öùng suaát Moâi tröôøng 3 pha: (vì m+n+s=1) Moâi tröôøng 2 pha: (vì m+n=1) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống consta 1 1 m m sn 1 1 m m n 9/6/2014 33 ÑÒNH LUAÄT CAÂN BAÈNG GIÔÙI HAÏN COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 34 COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống h W q Z p q ngoaïi löïc W aùp löïc nöôùc , p öùng suaát söôøn ñaát vaø aùp suaát nöôùc taïi ñaùy truï vi phaân taïi t. Hình trụ vi phân KHÔNG THẤM 9/6/2014 35 Goïi ’ vaø p’ laø giaù trò töông öùng taïi thôøi ñieåm ñaõ coá keát hoaøn toaøn. Xeùt hình truï vi phaân (xeùt cho 1 ñv dieän tích naèm ngang), phöông trình caân baèng giôùi haïn trong quaù trình coá keát: Khi coá keát hoaøn toaøn: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống pZhWq bh )( pZhWq bh )( Trọng lượng cột đất hình trụ vi phân 9/6/2014 36 Töø ñoù: hình chiếu p/t trên xuống các phương: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống pp yzyzzz xyxyyy zxzxxx pp pp pp ;)( ;)( ;)( 7 9/6/2014 37 LYÙ THUYEÁT DARCY COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 38 Lyù thuyeát Darcy Trong tröôøng hôïp thaám qua moâi tröôøng khoâng bieán daïng: u s vaän toác thaám trung bình theo phöông s, n heä soá roãng, k heä soá thaám. u ’ s vaän toác thaám thöïc. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống s H n k n u u s H ku sss 9/6/2014 39 Lyù thuyeát Darcy Trong moâi tröôøng bieán daïng, söôøn ñaát chuyeån ñoäng cuøng phöông doøng nöôùc vaän toác thaám töông ñoái cuûa nöôùc so vôùi söôøn ñaát: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống s H n k m v n u vu ssss s H kv m n u ss 9/6/2014 40 Lyù thuyeát Darcy Trong moâi tröôøng hai pha ta coù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 1 ; 1 mn x H kvu xxx )..();..( phahai m n phaba m sn 9/6/2014 41 Lyù thuyeát Darcy Töông töï cho caùc phöông coøn laïi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống y H kvu yyy z H kvu zzz 9/6/2014 42 Lyù thuyeát Darcy Neáu thaám qua moâi tröôøng khoâng bieán daïng, nhöng coù keå ñeán aûnh höôûng cuûa gradient thaám ban ñaàu i 0 , vaän toác thaám trung bình vaø thöïc nhö sau: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 00 i s H n k n u ui s H ku sss 8 9/6/2014 43 Lyù thuyeát Darcy Trong tröôøng hôïp naøy ta coù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống xxxx i x H kvu 0 yyyy i y H kvu 0 zzzz i z H kvu 0 9/6/2014 44 Lyù thuyeát Darcy Ñaïo haøm theo caùc phöông x,y,z vaø coäng veá theo veá: Vôùi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M z v y v x v m n z u y u x u zyxzyx zzxx i z H k z i x H k x M 00 .. 2 pha =n/m 9/6/2014 45 PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN CÔ BAÛN XAÙC ÑÒNH AÙP LÖÏC KEÕ ROÃNG COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 46 Trên cơ sở: Quan hệ nén ép Phương trình cân bằng giới hạn Định luật Darcy. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 47 GIAÛ THIEÁT 1. Xeùt moâi tröôøng 3 pha (khí, nöôùc, haït raén), caû 3 khoâng neùn ñöôïc. 2. Thaønh phaàn khí ôû daïng “boùng” vaø chuyeån ñoäng cuøng vaän toác vôùi haït raén. 3. Hieän töôïng thaám tuaân theo ñònh luaät Darcy. 4. Boû qua löïc quaùn tính. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 48 5. Moâi tröôøng thaám laø haït beù coù k=10 -4 -10 -8 cm/s. Heäâ soá coá keát ñöôïc xaùc ñònh bôûi: k: heä soá thaám n : troïng löôïng rieâng cuûa nöôùc a: heä soá neùn chaët 0, 1 : heä soá roãng töông ñoái thôøi ñieåm ñaàu vaø cuoái. 0 , 1 : öùng suaát trong ñaát thôøi ñieåm ñaàu vaø cuoái. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống n V a k C )1( 0 01 10 a 9 9/6/20 ... THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 t s t s t n y w x w z w yxz 11 9/6/2014 61 Phoái hôïp 3 phöông trình lieân tuïc cho 3 thaønh phaàn: nöôùc, haït vaø khí cho ta : Chuù yù: Xem kyù hieäu & quan heä ôû sau: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống yyxx v m sm u y v m sm u x 0. t ns v m sm u z zz 9/6/2014 62 Lyù thuyeát Darcy Trong tröôøng hôïp thaám qua moâi tröôøng khoâng bieán daïng: u s vaän toác thaám trung bình theo phöông s, n heä soá roãng, k heä soá thaám. u ’ s vaän toác thaám thöïc. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống s H n k n u u s H ku sss 9/6/2014 63 Lyù thuyeát Darcy Trong moâi tröôøng bieán daïng, söôøn ñaát chuyeån ñoäng cuøng phöông doøng nöôùc vaän toác thaám töông ñoái cuûa nöôùc so vôùi söôøn ñaát: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống m v n u s H n k vu ssss s H kv m n u ss 9/6/2014 64 Lyù thuyeát Darcy Trong moâi tröôøng hai pha ta coù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 1 ; 1 mn x H kvu xxx )..();..( phahai m n phaba m sn 9/6/2014 65 Lyù thuyeát Darcy Töông töï cho caùc phöông coøn laïi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống y H kvu yyy z H kvu zzz 9/6/2014 66 Lyù thuyeát Darcy Neáu thaám qua moâi tröôøng khoâng bieán daïng, nhöng coù keå ñeán aûnh höôûng cuûa gradient thaám ban ñaàu i 0 , vaän toác thaám trung bình vaø thöïc nhö sau: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 00 i s H n k n u ui s H ku sss 12 9/6/2014 67 Lyù thuyeát Darcy Trong tröôøng hôïp naøy ta coù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống xxxx i x H kvu 0 yyyy i y H kvu 0 zzzz i z H kvu 0 9/6/2014 68 Lyù thuyeát Darcy Ñaïo haøm theo caùc phöông x,y,z vaø coäng veá theo veá: Vôùi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M z v y v x v m n z u y u x u zyxzyx zzxx i z H k z i x H k x M 00 .. 9/6/2014 69 PHOÁI HÔÏP PHÖÔNG TRÌNH LIEÂN TUÏC & QUY LUAÄT THAÁM DARCY COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 70 Duøng cuûa luaät Darcy vaøo p/t lieân tuïc seõ cho ta: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 z u y u x u zyx M t ns z v y v x v m snm zyx . 9/6/2014 71 Vì m+n+s=1 vaø p/t lieân tuïc cho haït raén ñaõ chöùng minh ôû treân laø: Ta coù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 t m z v y v x v zyx M t ns t m m .. 1 9/6/2014 72 Xeùt thaønh phaàn khí trong ñaát vaø ôû traïng thaùi ñaúng nhieät: Haèng soá nhieät, p 0 , p aùp löïc taïi thôøi ñieåm ban ñaàu vaø thôøi ñieåm xeùt. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống )( 1 0 pp t p t 13 9/6/2014 73 Goïi heä soá neùn theå tích cuûa thaønh phaàn khí trong 1 ñôn vò theå tích ñaát: Ngoaøi ra (ñaïo haøm hôïp): COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống pp ns 0 tt m m 2 1 1 1 1 9/6/2014 74 Thay vaøo p/t: Ta coù: Duøng phöông trình khí ñaúng nhieät noùi treân: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M t ns t m m .. 1 M tt .. 1 1 M t p t .. 1 1 9/6/2014 75 Hay: Ngoaøi ra, trong khoâng gian phaúng 2 chieàu, boû qua töø bieán: a heä soá neùn chaët, toång öùng suaát chính coát ñaát, heä soá aùp löïc beân. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M t p t )1().1( td d t a . 1 9/6/2014 76 Chuù yù: Khoâng gian 1 chieàu: Khoâng gian 2 chieàu: Khoâng gian 3 chieàu: a heä soá neùn chaët, öùng suaát chính coát ñaát, heä soá aùp löïc beân. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thố g a 1 a 21 a 9/6/2014 77 Thay vaøo p/t treân ta coù: Töø keát quaû ñònh luaät caân baèng giôùi haïn ôû tröôùc: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M d dt p d dt )1( . )1( )(3 ppzyxzyx )(3 pp 9/6/2014 78 Ta coù: Vì: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống )(3 pp ttt z p H n t H t H pp t n)( 14 9/6/2014 79 Thay vaøo p/t: Ta coù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M d dt p d dt )1( . )1( M d dt p d dt H t H t n )1( . )1( 3 9/6/2014 80 Ta coù: Vì COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M d dt p d dtt H t H nn n 3 )1( . 3 )1( 3 1 t H t p n M d dtt H t H n n 3 )1( 3 11 9/6/2014 81 Vôùi: : heä soá keå ñeán aûnh höôûng cuûa thaønh phaàn khí trong quaù trình coá keát. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống d d 3 )1( 1 9/6/2014 82 Ngoaøi ra, toång soá öùng suaát chính cuûa ñaát khi ñaõ coá keát hoaøn toaøn coù theå vieát döôùi daïng: Trong ñoù: : öùng suaát do taûi troïng & troïng löôïng baûn thaân sinh ra. : trò soá öùng suaát do aùp löïc nöôùc sinh ra vaø ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû coät nöôùc bieân giôùi nhö sau: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống )()( sHq )(q )( sH 9/6/2014 83 Ta coù: Vôùi s chæ toång aùp löïc nöôùc taïi thôøi ñieåm xeùt. H ’ laø aùp löïc nöôùc ôû traïng thaùi coá keát hoaøn toaøn. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống Hn s H s 3 )( 9/6/2014 84 Thay ’ =’ (q) + ’( H s ) vaøo p/t: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M d dtt H t H n n 3 )1( 3 11 15 9/6/2014 85 Ta coù: Ñaây laø phöông trình vi phaân cô baûn tính aùp löïc khe roãng trong tröôøng hôïp toång quaùt cuûa moâi tröôøng 3 pha vaø khoâng gian 3 chieàu (xem daïng khaùc ôû sau ). COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M d dttt H n s n q n 3 )1( 3 1 3 1 )( 9/6/2014 86 Vôùi: Vaø: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống ;..... 1 ; 1 x p x H t p t H nn )1( )2( 1 )3( 21 Da D a D a 9/6/2014 87 Ta coù trong tröôøng hôïp baøi toaùn 3D: Ñaây laø phöông trình cô baûn tính aùp löïc khe roãng trong tröôøng hôïp toång quaùt cuûa moâi tröôøng 3 pha vaø khoâng gian 3 chieàu. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống M att H n s q n 3 )21)(1()( 3 1 )( 9/6/2014 88 Ñeå cho ñôn giaûn trong tính toaùn: n ’ =3 (3D); n ’ =2 (2D); n ’ =1 (1D) a’=a . COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng ;tb a n n a )1(1 a tb )1(1 0 0 0 00 1 1 pp GG PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 89 Xeùt trong moâi tröôøng ñaúng höôùng k x =k y =k z =k: Ñaây laø phöông trình cô baûn tính aùp löïc khe roãng trong tröôøng hôïp toång quaùt cuûa moâi tröôøng 3 pha vaø khoâng gian 3 chieàu. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống H a k tnt H n tb s q n 2)( 3 )1()(1 2 2 2 2 2 2 2 zyx 9/6/2014 90 Ñeå cho ñôn giaûn trong tính toaùn: Heä soá hoaø tan khí trong nöôùc (=0,0245 taïi t=0 o ). G 0 ñoä aåm theå tích ban ñaàu. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 0,tb a tb )1(1 0 0 0 00 1 1 pp GG PGS. Dr. Nguyễn Thống Heä soá roãng t/bình vaø ban ñaàu 16 9/6/2014 91 p 0 , p aùp löïc trong thaønh phaàn khí ôû t=0 vaø t. Coù theå laáy p 0 =p a . a: heä soá neùn chaët cuûa ñaát Heä soá neùn chaët beân. Khi ’ heä soá aûnh höôûng cuûa thaønh phaàn khí trong quaù trình coá keát. ’ heä soá neùn theå tích cuûa thaønh phaàn khí trong 1 ñ/v theå tích. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng aa x y y z z x 1 PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 92 S toång aùp löïc nöôùc taïi thôøi ñieåm xeùt. ’ (q) giaù trò öùng suaát do taûi troïng vaø troïng löôïng baûn thaân cuûa ñaát gaây ra. Trong moâi tröôøng 2 pha: ’=0 vaø ’=1. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống aa x y y z z x 1 9/6/2014 93 Toùm laïi, tính toaùn aùp löïc khe roãng laø xaùc ñònh H theo thôøi gian trong p/trình vi phaân sau vôùi caùc ñ/k ban ñaàu vaø ñ/k bieân: : öùng suaát do taûi troïng & troïng löôïng baûn thaân sinh ra. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống H a k tnt H n tb s q n 2)( 3 )1()(1 )q( 9/6/2014 94 s chæ toång aùp löïc nöôùc taïi thôøi ñieåm xeùt. a heä soá neùn chaët, toång öùng suaát chính coát ñaát. a )1( 1 tb COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 0 0 00 1pp GG1 z p H n 9/6/2014 95 ÑIEÀU KIEÄN BAN ÑAÀU (Giaù trò taïi thôøi ñieåm t=0 cuûa taát caû caùc bieán trong phöông trình vi phaân) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 96 Ñieàu kieän veà coät nöôùc Trong tính toaùn cuï theå thöôøng laáy: Do ñoù: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống sq n n H )(0 1 )( )( zyxn s zyxq hhh vôùi hhhh zyxzyx ; hH nn 0 17 9/6/2014 97 ÑIEÀU KIEÄN BIEÂN (Caùc vò trí ôû ñoù caùc giaù trò bieán nghieân cöùu H ñaõ bieát taïi thôøi ñieåm t baát kyø trong phöông trình vi phaân) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 98 CAÙC DAÏNG ÑIEÀU KIEÄN BIEÂN CÔ BAÛN - Treân bieân thaám nöôùc, aùp löïc nöôùc khe roãng baèng aùp löïc bieân treân noù (H=H bieân bieát vôùi baát kyø thôøi ñieåm t daïng ñieàu kieän Dirichlet). - Treân maët bieân khoâng thaám seõ coù (daïng ñieàu kieän bieân Neuman): COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống dinhxacf n )t,y,x(H 9/6/2014 99 TÍNH TOAÙN AÙP LÖÏC LOÃ ROÃNG BAÈNG P/P SAI PHAÂN HÖÕU HAÏN Tìm lôøi giaûi giaûi tích cho phöông trình ñaïo haøm rieâng phi tuyeán noùi treân laø khoâng ñöôïc, nhaát laø tröôøng hôïp ñieàu kieän moâi tröôøng vaø hình daïng tính laø phöùc taïp. Trong thöïc teá ngöôøi ta chæ coù theå söû duïng phöông phaùp soá: - Phöông phaùp Sai phaân höõu haïn. - Phöông phaùp Phaàn töû höõu haïn. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 100 PHÖÔNG PHAÙP SAI PHAÂN HÖÕU HAÏN Bieán ñoåi caùc ñaïi löôïng ñaïo haøm ra daïng sai phaân: Sai phaân hieän (vì H luoân ñöôïc tính ôû thôøi ñieåm cuõ t): COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng t HH t H t k,j,i 1t k,j,i 2 xx x HH x HH x H 1ii 1i t k,j,1i t k,j,i i t k,j,i t k,j,1i 2 2 PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 101 Ôn Các sơ đồ sai phân phổ biến: Sai phân hiện Sai phân ẩn Sai phân Preissmann COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 9/6/2014 102 SÔ ĐOÀ SAI PHAÂN PREISSMANN PGS. Dr. Nguyễn Thống t ff t ff t f t i t i t i t i 1 1 1 1 2 1 x ff x ff x f t i t i t i t i 1 11 1 )1( titititi fffftxf 1 11 1 2 1 2 ),( 15.0 vôùi COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 18 9/6/2014 103 Sai phaân aån: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 2 )1( 1 1 ,,1,,,,,,1 2 2 ii i t kji t kji i t kji t kji xx x HH x HH x H PGS. Dr. Nguyễn Thống 2 1 1 1 ,,1 1 ,, 1 ,, 1 ,,1 ii i t kji t kji i t kji t kji xx x HH x HH =2/3 1 (1 sai phaân hoaøn toaøn aån) 9/6/2014 104 Xeùt tröôøng hôïp sai phaân hieän: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 1 ,,,, 1 ,,,, 1 ,, 1 t kji st kji t kji n t kji t kji n HH PGS. Dr. Nguyễn Thống tCBA a k n tbt kji s )( )1(2 ,, 9/6/2014 105 Xeùt tröôøng hôïp sai phaân hieän: Vôùi: COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng )( 1 ,, 1 ,, s n t kji t kji n HH PGS. Dr. Nguyễn Thống tCBA a k n tb )( )1(2 t kji st kji sst kji t kji ,, 1 ,,,, 1 ,, ; 9/6/2014 106 Xeùt tröôøng hôïp sai phaân hieän: Töông töï cho B vaø C. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng 1 ,,1,,1 1 1 i t kji i t kji ii x H x H xx A PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 ,,,, i t kji i t kji x H x H 9/6/2014 107 chæ ñieàu kieän ban ñaàu. Trong khoâng gian 2 chieàu: ∆h chieàu daøi (cao, roäng) caïnh löôùi. COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng )( ' s PGS. Dr. Nguyễn Thống hhh hh bhndn znxnzx s 222 ' 9/6/2014 108 PHÖÔNG PHAÙP PHAÀN TÖÛ HÖÕU HAÏN (Giôùi thieäu caùc ví duï veà baøi toaùn coá keát giaûi vôùi GeoStudio) COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống 19 9/6/2014 109 HEÁT CHÖÔNG COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 2: AÙp löïc khe roãng PGS. Dr. Nguyễn Thống
File đính kèm:
- bai_giang_cong_trinh_thuy_nang_cao_chuong_2_ap_luc_khe_rong.pdf