Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 6 - PGS.TS. Nguyễn Thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

CôNG TRìNH THủY NâNG CAO

Khoa KTXD-Bộ môn Kỹ thuật & Quản lý Tài Nguyên Nước

PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index
4/26/2016

Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719

1

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)
4/26/2016

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

CôNG TRìNH THủY NâNG CAO
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 Giếng điều áp.
Chương 7: Đường ống áp lực – Nước va
trong đường ống.
4/26/2016

2

PGS. Dr. Nguy?n Th?ng

3

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.
4/26/2016

4

PGS. Dr. Nguy?n Th?ng

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
1. Thuûy coâng – Taäp 1. Tröôøng ÑHXD. T/g.
Nguyeãn Xuaân Ñaëng.
2. Cô hoïc ñaát – Tröôøng ÑHTL.
3. Phần mềm SIGMA.
4. Phần mềm SLOPE.
5. Phần mềm SEEP.
6. Phaàn meàm Crystal Ball.
Tài liệu download tại địa chỉ Web:
4/26/2016
5
Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

Chöông 7: Giếng điều áp

CÔNG TRÌNH ĐIỀU ÁP
1. Tổng quát.
2. Hiện tượng dao động mực nước
trong công trình điều áp (CTĐA).
3. Cấu tạo CTĐA.

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

6

1

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

TỔNG QUÁT
SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRONG DỰ
ÁN THỦY ĐIỆN KIỂU ĐƯỜNG
DẪN
 Hiện tượng nước va  Thay đổi
áp suất lớn trong đường dẫn
(đường hầm, đường ống áp lực)

TỔNG QUÁT

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

7

Mục đích:
- Giảm áp lực nước va trong
đường ống áp lực.
- Loại bỏ áp lực nước va trong
đường hầm.
4/26/2016

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

TỔNG QUÁT
 Giếng (tháp) điều áp.
 Bể áp lực.
Giếng điều áp được sử dụng khi đường dẫn
nước loại có áp (đường hầm).
Bể áp lực được sử dụng khi đường dẫn
nước loại không áp (kênh dẫn).
Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường
dẫn nước (đầu đường ống áp lực).
4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

8

PGS. TS. Nguyễn Thống

9

Đường ống AL

Đường hầm
i=0,0061
D=3,5m, L=9065m

Giếng điều áp

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

10

Chöông 7: Giếng điều áp

CÁC LOẠI GIẾNG ĐIỀU ÁP

Q

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

11

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

12

2

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

4/26/2016

13

PGS. TS. Nguyễn Thống

4/26/2016

14

PGS. TS. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp
HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC GiẾNG

ĐƯỜNG CỘT NƯỚC ĐO ÁP H

z
R

R’

Mực nước tỉnh

Zmax

t

Z(t)

H

Q

Mặt chuẩn o- o
4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

p/γ
z

Hồ chứa

L

Q

Q

p: áp suất nước tại vị trí xét

Giếng
S (m2)

V(m/s)

G0 W(m/s) G1

Q

Đường hầm s (m2)
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
15

4/26/2016

NM

PGS. TS. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

Chú ý :
• s : tiết diện hầm.
• S : tiết diện giếng điều áp.
• L : chiều dài hầm.
• z : mực nước giếng tại thời điểm t. Quy
ước chiều dương hướng lên và trên mực
nước tỉnh.
• w, v : vận tốc TB trong hầm và giếng tại t.
4/26/2016

16

PGS. TS. Nguyễn Thống

17

MỤC ĐÍCH TÍNH

1. Xác định kích thước giếng (S) 
xác định D nếu nó là giếng hình
trụ.
2. Xác định mực nước cao nhất
trong giếng khi có nước va
dương  xác định cao trình
miệng giếng  Nước KHÔNG bị
tràn ra ngoài.
4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

18

3

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

MỤC ĐÍCH TÍNH

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG
MỰC NƯỚC TRONG
GIẾNG KHI CÓ NƯỚC VA
Sơ đồ lý tưởng
 Sơ đồ thực

3. Xác định mực nước thấp nhất
trong giếng khi có nước va âm
 Cao trình đáy đường hầm
(đáy giếng) tại vị trí giếng điều
áp  Tránh hiện tượng không
khí đi vào đường ống áp lực.
4/26/2016

19

PGS. TS. Nguyễn Thống

4/26/2016

20

PGS. TS. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG (không mất năng lượng)
Giả thiết:
• S hằng số (giếng điều áp hình trụ).
• Thể tích hồ TL là rất lớn (MN không đổi
khi có nước va).
• Bỏ qua tổn thất năng lượng trong đường
hầm và giếng.
• Lưu lượng Q0 giảm về 0 (nước va dương)
là tức thì.

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG

4/26/2016

21

PGS. TS. Nguyễn Thống

Phương trình thiết lập với :
- Luật Newton 2: F=ma
- Luật bảo toàn khối lượng vật
chất (phương trình liên tục).
 Khảo sát khối chất lỏng giới
hạn bởi G0 và G1(trong đường
hầm).
PGS. TS. Nguyễn Thống
4/26/2016

22

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp
XÁC ĐỊNH TỔNG NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN G0G1

Chöông 7: Giếng điều áp

z
R

R’

Mực nước
tỉnh
z

Hồ chứa

H Q

KHỐI CHẤT LỎNG
XEM XÉT TÍNH F
4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

L
G0

(H-z)

G1

Zmax

Phương trình Newton (theo trục đ/hầm) :
 dw
L dw
(1)

 zs 

t

g

sL

F
Giếng
S (m2)

Q



dt

sw  Sv  S

VỊ TRÍ
XÉT PT
LIÊN
23
TỤC

(w và z là 2 ẩn số)
4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

z0

Vận tốc TB nước
trong hầm

m

Phương trình liên tục :
(2)

g dt

dz
dt

Thể tích nước vào giếng

24
Thể tích nước ra khỏi đường hầm

4

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp
Từ (1) & (2):



Với

Chöông 7: Giếng điều áp

L S d 2z
d 2z
 z  0  2 2z  0
g s dt 2
dt
(3)

gs
LS

Lời giải của phương trình vi phân trên có dạng:

z = Zmsin(t+)

Đây là chuyển động điều hoà có biên độ không
đổi Zm và tần số .
4/26/2016

25

PGS. TS. Nguyễn Thống

Chu kỳ :

T  2

LS
g s

Xác định biên độ chuyển động Zm sẽ dựa
vào nguyên lý sau :
Thế năng khối chất lỏng (trong giếng)
so với mặt chuẩn bằng động năng của
khối chất lỏng trong đường hầm.
4/26/2016

26

PGS. TS. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

ĐỘNG NĂNG THẾ NĂNG

Từ đó:

Q

Z m S .

Zm 1 
2

Lsw0
2
2g

Thế
năng

W (m/s)

 Zm  w 0

Q

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

27

Ls
gS

Động
năng

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

28

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

Chöông 7: Giếng điều áp

Chöông 7: Giếng điều áp

XÁC ĐỊNH 
Trong sơ đồ lý tưởng 
Không có mất năng lượng 
Tại t=0, MN giếng = MN tỉnh
 Z =0
0 = Zmsin()   = 0
Tóm lại: z = Zmsin(t)

Ví dụ 1 : Cho hệ thống với các
thông số : L=10km, s=10m2,
S=100m2, w0=2m/s. Tính T và
biên độ dao động nước trong
giếng Zmax. Lấy g=10m/s2.
Lời giải : T=10’28’’, Zmax=20m.

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

29

4/26/2016

PGS. TS. Nguyễn Thống

30

5