Thí nghiệm xác định tốc độ xói của đất đắp dưới tác dụng của dòng chảy trên bề mặt

Bài viết này trình bày nội dung thí nghiệm xác định tốc độ xói của mẫu đất dính trên máng kính thủy lực, từ kết quả thí nghiệm xác định được các hằng số xói của vật liệu. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thí nghiệm xác định tốc độ xói của đất đắp dưới tác dụng của dòng chảy trên bề mặt BÀI BÁO KHOA HỌC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ XÓI CỦA ĐẤT ĐẮP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA DÒNG CHẢY TRÊN BỀ MẶT Phạm Thị Hương1Tóm tắt: Hiện tượng xói trên bề mặt đập dưới tác dụng của dòng chảy là nguyên nhân chủ yếu củaquá trình phát triển vỡ đập. Nghiên cứu cơ chế xói của đất đắp dưới tác dụng của dòng chảy tràntrên bề mặt là việc làm cần thiết để đánh giá an toàn đập khi nước tràn đỉnh. Từ các nghiên cứutrước đây đã thiết lập được công thức tính tốc độ xói của đất. Tuy nhiên với mỗi loại đất, cần thôngqua thí nghiệm để xác định các hằng số xói trong công thức. Bài báo trình bày nội dung thí nghiệmxác định tốc độ xói của mẫu đất dính trên máng kính thủy lực, từ kết quả thí nghiệm xác định đượccác hằng số xói của vật liệu.Từ khóa: Tốc độ xói, nước tràn đỉnh đập, vỡ đập. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 nhân chủ yếu của quá trình phát triển vỡ đập. Nước tràn đỉnh đập là nguyên nhân chính gây Nghiên cứu cơ chế xói của đất đắp dưới tácsự cố vỡ của các đập vật liệu địa phương. Theo dụng của dòng chảy là việc làm cần thiết đểInternational Commission on Large Dams đánh giá an toàn đập khi nước tràn đỉnh.(ICOLD, 1973), 35% đập đất bị vỡ do nước tràn 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀđỉnh đập, 65% còn lại do các nguyên nhân khác NGHIÊN CỨUnhư thấm, xói ngầm... Các con đập bị vỡ gây ra Dựa vào hàm mô tả tốc độ xói của đất dính từhậu quả nghiêm trọng về tính mạng người dân các nghiên cứu trước đây (Kazunori Fujisawa,vùng hạ lưu, phá hoại nền kinh tế và môi trường Akira Kobayashi, Kiyohito Yamamoto, 2008):sinh thái khu vực xung quanh. E   (   c )  (1) Việt Nam, với đa số là các hồ chứa vừa và trong đó:nhỏ, các hạng mục công trình thường không E là tốc độ xói (m/s);được đầu tư xây dựng đầy đủ và có độ kiên cốcần thiết. Chất lượng khảo sát, thiết kế, thi công τ là ứng suất cắt sinh ra bởi dòng chảy trênlạc hậu, không đáp ứng yêu cầu. Năng lực quản bề mặt mẫu đất (N/m2);lý, vận hành các hồ đập còn thiếu và yếu về τc là ứng suất cắt tới hạn của đất (N/m2);nhân lực, quy trình và trang thiết bị. Cộng với α, τc là các hằng số xói của vật liệu ;ảnh hưởng của biến đổi khí hậu cũng như việc γ là số mũ thường lấy bằng 1.tàn phá rừng đầu nguồn và nhiều nguyên nhân Ứng suất cắt trung bình trên bề mặt mẫu đấtkhác nữa dẫn đến lũ lụt diễn biến thất thường và xác định theo công thức của Shaikh và các cộngcó chiều hướng bất lợi hơn cho công trình. Lũ sự (G.J. hanson, K.R. Cook, S.L. Hunt) :vượt thiết kế ngày càng tăng đặc biệt là đối với   gh S 2fx  S 2fy (2)các công trình vừa và nhỏ (Phạm Ngọc Quý, trong đó:2008). Vì vậy, khả năng tiềm ẩn nguy cơ vỡ đập ρ là khối lượng riêng của nước (kg/m3);do nước tràn đỉnh là rất lớn và là một vấn đề hếtsức nghiêm trọng. Hiện tượng xói trên bề mặt g là gia tốc trọng trường (m/s2);đập dưới tác dụng của dòng chảy là nguyên h là chiều sâu nước (m); S fx S fy , là năng lượng mái dốc được xác1 Khoa Công Trình, Trường Đại học Thủy Lợi. định theo công thức Manning:54 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) n 2u u 2  v 2 n 2v u 2  v 2 mỏng, xác định theo công thức: S fx  ; S fy  (3) H h4/3 h4/3 m  0,402  0,054 (5) n là hệ số nhám Manning; P u và v là lưu tốc dòng chảy theo phương x và y. H: là chiều cao cột nước trên ngưỡng tràn Các hằng số xói của vật liệu phụ thuộc vào đọc từ thước đo mét,nhiều yếu tố như đường kính hạt, độ ẩm của đất P: là chiều cao ngưỡng tràn,khi đầm, nhiệt độ nước, độ đầm chặt và các chỉ B : là bề rộng ngưỡng tràn.tiêu cơ lý (γ, φ, c)... Các hằng số này được xác 3.1.3. Thiết bị đo mực nướcđịnh thông qua thí nghiệm. Để đo mực nước tại mặt cắt ngưỡng tràn, một 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ống tio được đặt luồn bên dưới ngưỡng để dẫn 3.1. Thiết bị thí nghiệm mực n ...