Tóm tắt lý thuyết, bài tập, lời giải và hướng dẫn cách giải Thủy lực công trình: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:121

Thêm vào BST

Báo xấu

345
lượt xem 83
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nối phần 1, phần 2 Tài liệu gồm nội dung chương 4 đến chương 7. Nội dung phần này trình bày các nội dung: Đập tràn và công trình tràn, nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình, các công trình nối tiếp, tính toán thủy lực cần nhỏ và cống. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt lý thuyết, bài tập, lời giải và hướng dẫn cách giải Thủy lực công trình: Phần 2

Chương 4 ĐẬP T R À N V À C Ô N G TRÌNH T R À N 4.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ÚNG DỤNG TÍNH TOÁN 4.1.1. Tên gọi và kí hiệu Đập tràn lả một vật thể kiến trúc được xây dựng đ ể ngăn một dòng không áp làm cho c lò n q đó chảy tràn qua đỉnh của nó. Các công trình trong ngành g iao thông n h ư cầu cống, đường tràn, cống của đường tràn liên hợp,... rất cần các kiến thức của đập tràn để tính toán, thiết kế ra hình thức công trình, khả năng thoát nước và xác định quy mô kích thước công trình mới hoặc tính toán kiểm tra kiểm định khả năng làm việc của các công trình đã có. Đập tràn cũng là một trong các bộ phận chủ yếu của nhiều công trình thủy lợi như phần tràn nước tháo lũ, đập ngăn sòng dâng nước, các loại cống... Trong chương này, các tên gọi là kí hiệu các đại lượng đặc trưng của tràn và công trình tràn (hình 4.1). ai I I Hình 4.1 103
b - Chiều rộng đập tràn là chiều dài đoạn tràn nước. B - Chiều rộng của sông, suối. 6 - Chiều dày đỉnh đập. P| - Chiều cao đập so với đáy sông thượng lưu. p - Chiều cao đập so với đáy hạ lưu. H - Cột nước tràn là chiều cao mặt nước thượng lưu so với đỉnh đập, được đo tại mặt cắt ( 0 - 0 ) cách xa đỉnh đập một khoảng (3 -í- 5)H về phía thượng lưu. hh - Chiều sâu hạ lưu. hn - Độ ngập hạ lưu, khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập. hn = hh- p 4.1.2. P h ân loại a) Theo chiều dày đỉnh đập có thể chia ra 3 loại sau: 1. Đập tràn thành mỏng khi có s < 0,67H. Làn nước tràn ngay sau khi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập, vì vậy hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn. Ví dụ trường hợp hình 4.1. Hình 4.2 2. Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 4.2) khi 0,67H < ổ < (2 + 3)H. Chiều dày đỉnh đập đã ảnh hưởng đến làn nước tràn, nhưng không quá lớn. Mặt cắt đập có thể có dạng đa giác hoặc hình cong. 3. Đập tràn đỉnh rộng (hình 4.3) khi có (2 3)H < (5 < (8 10)H. Đỉnh đập nằm ngang hoặc độ dốc rất nhỏ, trên đỉnh hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đối dần. Khi có ô > (8 - 10)H thì phải tính như một đoạn lòng dẫn chứ không coi là công trình tràn đỉnh rộng được nữa. 104
Hình 4.3 b ) T h e o h ìn h d ạ n g cử a trà n (h ìn h 4 .4 ) V 1H Cửa tràn chữ nhật Cửa tràn hình thang 2- Cửa tràn tam giác Cửa tràn cong Hình 4.4 c) T h e o h ìn h d a n g tu y ế n đ â p trên m ă t b ằ n g Có thế chia ra các loại: Đập thẳng, đập cong hình cung và đập kiểu giếng có đườne tràn nước là một hình cong kín. d) Theo hướng của đập tràn so với hướng dòng chính (hình 4.5). ~ZZZZZZZZZZ Z Z ZZZZZ Z l 7ZZZZZZZZZZZZZZZZZl 7ZZZZZZZL 7Z Z Z 7Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 7ZZZZZZZZZZZZZZZZZ. 7ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZk Đập đặt thẳng góc Đập đặt xiên Tràn bẽn với dòng chảy Hình 4.5 e)T h e o c h ế đ ộ c h ả y - C h ả y k h ô n g n g ậ p : Khi mực nước hạ lưu còn thấp hơn đính đập, hoặc cao hon đỉnh đập nhưng chưa ảnh hưởng đến hình dạng làn nước tràn và khả nãng tháo nước của đập (hình 4.2b). - C h ả y n g ậ p : Khi mực nước hạ lun cao hơn đỉnh đập đến mức độ ảnh hưởng đến hình dạng làn nước tràn và năng lực tháo nước của đập (hình 4.2a). 105
4.1.3. ứng dụng tính toán a) Đ ể tính toán thiết k ế cầu cống nhỏ (hình 4.6j Trường hợp này coi dòng chảy qua công trình được tính theo sơ đồ của tràn đỉnh rộng có p = P| = 0 và cột nước H chính là độ sâu của dòng chảy thượng lưu. H //////// Y//////////////////A q OƠOO CÓp = P1 = 0 V 57 . .. .ri h ' ' .....LJ / ^ Hình 4.6 b) Trường hợp cho tràn đường đầu cầu lớn và trung (hình 4.7) Lưu lượng lũ thiết kế Q pxk qua mặt cắt tim cầu tính như sau: QpTK = Q lV ~ £ Q t (4-1 ) Trong đó: Q lv - lưu lượng lũ theo lun vực được tính theo thủy văn; X Q t - tổng lưu lượng cho phép tràn qua đường tràn hai đầu cầu tính theo bài toán đập tràn. Bãi trải I I Bãi phải 106
c) Tính toán đường tràn (hình 4.8) ~w w ~ w — « m m Hình 4.8: So đ u t ính tràn Khả năng thoát nước qua tràn sẽ được tính theo đập tràn đỉnh rộng. Những kiến thức về đập tràn còn được sử dụng để tính toán thiết kế khả năng thoát nước qua cống của dường tràn liên hợp, cầu tràn... và hàng loạt các loại hình công trình trên hệ thống đường bộ, đường sắt. 4.2. THÀNH LẬP CÔNG THỨC T ổ N G QUÁT CÚA ĐẬP TRÀN 4.2.1. T rư ờ ng hợp chảy không ngập Lưu lượng tràn qua công trình tràn Q có quan hệ với kích thước cửa tràn (Dc, gia tốc trọng trường £ và cột nước tràn toàn phần gồm cả cột nước liru tốc tiến gần, tức là: C1V2 otv Q = f(coc;g ;H 0) Với =H+ 0 2g Thực tế thường gặp trường hợp cửa tràn hìnli chữ nhật thì kích thước cửa tràn G)c có thể biểu thị qua chiều rộng đập b và cột nước tràn H 0. Vậy ta có quan hệ: Q = f(b, g, H J Có thể viết quan hệ này dưới dạng: Q = c.bx.gy. Hq Trong đó: c - hằng số không thứ nguyên, phụ thuộc hình dạng mặt cắt, chiều dày đỉnh đ ậ p , V.V.. Dùng phương pháp phân tích thứ nguyên đê xác định các số mũ X, y, z. Trong trường hợp tràn cửa chữ nhật thì lưu lượng Q phải tỉ lệ với chiều rộng b, nghĩa là X = 1, ta c ó phương trình thứ nguyên. " L?" ' l3 ~ [Q] = [b].[g]y.[H0p ; = [L]. [L í .T. .T _ Cân bằng thứ nguyên hai vế nhận đươc y = 1/2; z = 3/2. c , rz ,.V 2 Do đó: 107
3/ 2 hay: Q = mb^/2g H 0 (4.2) c Với m = —Ị= là hệ số lưu lượng, phu thuôc đăc tính, cấu tao từng loai đâp. \2 4.2.2. Chảy ngập Trường hợp này, mức nước hạ lưu ảnh hưởng đến khả năng tháo nước qua đập, làm giảm lưu lượng qua đập khi cột nước H0 không đổi. Công thức tổng quát viết dưới dạng: (4.3) Với ơ n là hệ số ngập (ơn < 1), phụ thuộc vào mức độ ngập là chủ yếu, tức là phụ thuộc quan hệ giữa h0 và H. Điều kiện chảy ngập và trị số ơ n được xét cho từng loại đập cụ thể. 4.2.3. Ảnh hưởng của co hẹp bên (hình 4.9) Thường thì chiều rộng đập (công trình) b nhỏ hơn chiều rộng của sông suối B, bởi vì như vậy sẽ giảm nhỏ được kích thước công trình và để củng cố bảo vệ hai bờ sông nên b bc = Zb hai đầu thường có mố. Thực tế, đó làm dòng chảy qua công trình bị thu hẹp ở hai bên, đó là hiện tượng co hẹp bên làm giảm lưu lượng chảy qua đập. Vậy công thức tổng quát trong từng trường hợp này là: Hình 4.9 Hệ số co hẹp bên E được xét riêng cho từng loại đập. 4.3. ĐẬP TRÀN THÀNH MỎNG 4.3.1. Đập tràn thành mỏng cửa chữ nhật a) Riêng trường hợp chảy không ngập Có 3 trường hợp tùy thuộc tình hình không khí ở phần không gian dưới làn nước tràn. - Chảy tự do: Khi phần không gian dưới làn nước tràn có áp suất bằng áp suất khí trời, làn nước rơi tự do. - Chảy bị ép: Khi không gian dưới làn nước tràn, khi không khí bị làn nước cuốn đi mà không được bổ sung đầy đủ, sinh ra chân không, làm cho làn nước không đổ được tự do mà bị ép vào gần thành đập, dưới làn nước có khu nước cuộn dâng cao hơn mực nước hạ lưu. - Chảy bị ép sát: Khi cột nước H nhỏ mà dưới làn nước tràn không khí không vào được tự do, làn nước tràn bám sát vào thành đập mà rơi xuống. 108
Đập tràn thành mỏng chảy tự do không có co hẹp bên được gọi là đập tiêu chuẩn. Hình dạng làn nước tràn của đập tràn thành mong tiêu chuẩn biểu thị như hình 4.10. -Công thức tính lưu lượng của đập tràn thành mỏng tiêu chuẩn: Từ công thức tổng quát (4.2): Q = m byj 2 g u l ' 2 ta biến đổi để từ cột nước hìmh học H, tính ngay ra lưu lượng. í 2 ^ 3/2 ( 3/2 3/2 Q = mt>72g [ H + a = m bsỊĩg 1 H l 2g ) 2gH ) 2 \ 3/2 av 3/2 Đặt: m 0 = m + ; ta có: Q = m{)\ì\Ịĩị H 2gH Trị số in0 được xác định bằng thực nghiệm. Theo Badanh: 0,003 H m 0 = 0,405 + + 0,55 (4.6) H H+P Phạm vi chính xác của công thức trên: C2m < b < 2m; 0,24m < P| < 1,13m; 0,05m < H < l,24m Theo Tru-ga-ép thì: m n = 0,402 + 0 , 0 5 4 ^ (4.7) Fhạm vi chính xác: P| > 0,5H và H > 0,1 m. Lưu lượng Q tính theo (4.5) có thể chính xác đến 1%, do đó đập tràn thành mỏng tiêu chuàín được làm dụng cụ đo lưu lượng. Khi có co hẹp bên thì tính: Q = Em 0b V 2 ỈH 3/2= m cb%/2gH 3- với m có thể lấy theo thực nghiệm của Badanh. m c = 0,405 + -0 .0 3 ^ b 1+ 0,55 (4.8) H B vBy H+p 109
b) Đập tràn thành mỏng sẽ chảy ngập nếu thỏa mãn: - Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập: hh > p hay hn = hh - p > 0 - Làn nước tràn nối tiếp với hạ lưu bằng nước chảy ngập hoặc không có nước nhảy, dòng chảy ở ngay hạ lưu đập là chảy êm. 4.3.2. Đập tràn thành m ỏng cửa tam giác (hình 4 .1 1) Cũng bằng phương pháp phân tích thứ nguyên ta nhận được còng thức: Q = m 0 t g 5 ^ H 5' 2 Với 0 là góc ở đỉnh và đặt: 5/2 m t .g = m otg | thì Q = m tgV 2 g H Thường thiết kế đập với 9 = 90° theo thực nghiệm của Tôm Sơn trị số m tg = 0,316. Vậy Q = 1,4H5/2 (m3/s) (H tính bằng m) (4.9) Với 0 05m < H < 0,025m 4.3.3. Đập tràn thành m ỏng cửa hình thang (hình 4.12) Cửa đập mở rộng một góc 0J và bằng phương pháp phân tích thứ nguyên ta có: Q = m th W 2 g H Thường làm đâp có tgG = —, lúc đó theo thưc 4 nghiệm của Xi-pô-lét-ti có hệ số lưu lượng m (h = 0,42. Vậy 0 = 0 , 4 2 0 ^ H 3/2 (4.10) Hay Q = l,8 6 b H 3/2(m3/s) (4.11) 77777777777777777777777777777777777 Điều kiện áp dụng với b > 3H; p, > 0, chảy tự do Hình 4.12 và vQlà lưu tốc đi tới không lớn lắm. Đập thành mỏng cửa tam giác và cửa hình thang hay được dùng làm thiết bị đo lưu lượng tróng phòng thí nghiệm và trên các lòng dẫn trong điều kiện chảy tự do. 4.4. ĐẬP TRÀN CÓ MẶT CẮT THỰC DỰNG 4.4.1. Hình dạng mặt cát Đập tràn có mặt thực dụng là các loại công trình tràn thường dùng trong công trình tràn nước trên sông suối hoặc mùa lũ có nước tràn qua đường giao thông. Tùy điều kiện cụ thể mà có các dạng mắt cắt khác nhau: 110
- Mặt cắt đa giác (hình 4.13). Hình 4.13 Mặt cắt đa giác thường là hình thang có đỉnh nằm ngang hoặc dốc, chiểu dày đỉnh ỗ thỏa mãn phạm vi 0,67H < ô < (2 3)H. Mái dốc thượng hạ lưu có tri số khác nhau, cấu tạo đơn giản, xây dựng bằng các loại vật liệu bê tông, gạch, đá, gỗ,... nhưng có hệ Síố lưu lượng nhỏ hơn so với loại mặt cắt cong (hình 4.14). Dòng chảy tràn thuận, hệ số lưu lượng lớn nhưng xây dựng phức tạp hơn, thường có hai loại: a) Nếu giữa mặt đập với mặt dưới của làn nướíc tràn có khoảng trống thì không khí ở đó bị làn nước cuốn đi, sinh ra chân không, gọi lài đập hình cong có chân không. b) Nếu mặt dưới của làn nước tràn ôm sát mặt dập, không còn khoảng trống nữa thì sẽ không có chân không, gọi là đập hình cong khôn g có chân không. 4.4.2. Công thức tính lưu lượng Áp dựng công thức tổng quát (4.2): Q = mb72g Hq/2 Tlụrc tế khi đập hình cong được chia thành nhiều khoang bởi các mô' trụ thì dòng chảy bị thu hẹp bên, vì vậy: Q = e.m lb y/ĩg Hq/2 (4.12) Với: b - chiểu rộng của một khoang đập; Sb - chiều rộng tràn nước của đập. Khi đập chảy ngập thì phải tính thêm hệ số ngập ơ n: Q = ơ nsmZb y/ĩg H q/2 (4.13) Nếu lưu tốc đi tới nhỏ (trường hợp diện tích mặt cắt dòng chảy thượng lưu đập Q t > 4.Ib.H) thì có thể bỏ qua cột nước lưu tốc —— , tức là coi H0 = H để tính toán. 2
4.4.3. Điều kiện chảy ngập và hệ sô ngập Điều kiện chảy ngập của đập tràn có mặt cắt thực dụng cũng như của đập thành mỏng. Cụ thể cần thỏa mãn đồng thời cả hai điều kiện sau: a) Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh cập: h h > p hay h n = h h - p > 0 b) Dòng chảy ngay sau đập là chảy êm, ngập đỉnh, nối tiếp với hạ lưu bằng nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy. Trên cơ sở tính toán nối tiếp, có thể chứng minh điều kiện thứ hai này được thỏa mãn khi tỷ số: z < (4.14) vr pg Tú số phân giới phụ thuộc vào tỷ số và hệ số lưu lượng m, lấy theo bảng (4.1). pg vP, Bảng 4.1. Trị sô' phân giới để xác định trạng thái V r y p-g chảy qua đập tràn có mặt cát thực dụng \ h /p 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 m 0,35 0,92 0,89 0,87 0,86 0,84 0,86 0,87 0,96 1,05 0,385 0,91 0,86 0,84 0,80 0,80 0,79 0,80 0,83 0,90 0,42 0,89 0,84 0,80 0,78 0,76 0,75 0,73 0,75 0,72 0,46 0,88 0,82 0,78 0,76 0,74 0,71 0,70 0,73 0,79 0,48 0,86 0,80 0,76 0,74 0,71 0,68 0,67 0,67 0,78 Hệ số ngập ơ n lấy theo thực nghiệm theo bảng (4.2) Bảng 4.2. Hệ số ngập ơn của đập có mặt cát thực dụng Ho ơ„ hn Đập không có chân không Đập có chân không -0 ,1 5 1 1 -0 ,1 0 1 0 ,9 9 9 0 1 0 ,9 9 0 0,1 0 0 ,9 9 8 0,9 7 1 0,2 0 0 ,9 9 6 0 ,9 4 0 0 ,3 0 0 ,9 9 1 0 ,8 9 5 0 ,4 0 0 ,9 8 3 0,845 112
Bảng 4.2 ítiếp theo) H0 ơ„ K Đ ậ p k h ôn g có chân không Đ ậ p có c h â n k h ô ng 0 ,6 0 0,957 0 ,723 0 ,7 0 0,933 0 ,642 0,75 0 ,85 (0,91 -0 ,6 8 ) - 0 ,8 0 0,79(0,89 - 0,63) 0,5 38 0,85 0 ,7 0 (0,86 - 0.54) - 0 ,9 0 0,59(0,63 - 0,44) 0 ,3 9 0 0,95 0 ,4 1 ( 0 ,5 3 - 0 ,2 8 ) - 1,00 0,00 0,000 4.4.4. Ảnh hưởng co hẹp bên Do ở hai đầu đập có inố bên và trên đỉnh đập có các mỏ trụ, chia đập thành nhiều khoang, làm cho dòng chảy đi vào đỉnh đập bị co hẹp nên chiểu rộng thực tế của làn nước tràn trên mỗi nhịp là: bc = sb với hệ số C'0 hẹp 8 được xác định bằng thực nghiệm. Theo quy pham vể thiết kế đâp, hê số co hẹp bên lây theo công thức: (4.15) n b Trong đó: n - số khoang đập; b - chiều rộng mỗi nhịp; ^ mb - số hệ số hình dạng mố bên, lấy theo hình (4.15); 1 thì phải lấy -2 - - 1 đế tính 113
Khi các mố trụ được xây dựng lui về phía thượng lưu một đoạn IQ (hình 4.17) thì dòng chảy đã bị co hẹp từ phía trên, làm giảm ảnh hưởng co hẹp của mố trụ, giảm nhỏ trị số ìh^ > 0,75 thì ảnh hường co hẹp ^ mt. Ngược lai, nếu đâp chảy ngâp có mức đô ngâp lớn — H, của mố trụ càng nhiều, phải tăng trị số Ị,mt. a = 0,2 a = 0,06 ^ , = 0,80 Hình 4.16 h Vì vây quy đinh điều chỉnh tri số 0,75 thì ^mt không phụ thuộc — mà phụ thuộc /0, lấy theo bảng (4.3). H H, Bảng 4.3. Hệ sô hình dạng của mô trụ (^ml khi —^ < 0 , 75 Ha c mt H ìn h d ạ n g đ ầu m ố /0 = H 0 /q = 0 ,5 H 0 /0 = 0 /0 = - 0 , 3 H - H ình c h ữ nhật ( h 4 . 16a) 0,2 0,4 0,8 - - H ìn h n họn (h.4 .1 6 b ) và hình 0,15 0,3 0,45 0 tròn (h.4.16c) - H ình đườiig d ò n g (h .4.16d ) 0,10 0,15 0,25 0 114
- Khi — > 0,76 thì
Bảng 4.5 (tiếp theo) Độ cao tương Độ dốc mái đối của đập P/H s thượng lưu S' hạ lưu H/5 > 2 1 < H/ô < 2 0,5 < H/5
- Ban đầu mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh đáp thì dòng chảy trên đỉnh đập có khu chảy xiết thay đổi dần. - Khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh ngưỡng nhưng chưa nhiều lắm thì lúc đó mực nước hạ lưu vẫn chưa ảnh hưởng gì đến chế đ ộ chảy qua đập, đập vẫn là chảy không ngập (hình 4.18). Viết phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt: mặt cắt ( 0 -0 ) ở thượng lưu đập, và mặt cắt (2-2) trên đỉnh đập; nơi dòng chảy có tính chất chay đổi dần có độ sâu là /ỉ và lưu tốc tại đó là V, mặt đi qua đỉnh đập làm mặt so sánh: avn _ V h + —-—+ I g —- = H, 2g 2g 2g Suy ra V= V2g(H0 - h ) y[(a + ĩ.1 Gọi hệ số lưu tốc 9 = sja + l ị 0 V f 11 H h :;h„ V7//,V7/;: { /////7 7 /7 7 7 7 / i //////////////// Hình 4.18 Ta có: V = (p^2g(H0 - h ) và Q = vco = (pcoự2g(H0 - h) (4.17) Với (0 là diện tích mặt cắt (2-2). Trường hợp cửa tràn chữ nhật thì co = bh, nên: Q = cpbh>/2g(H0 - h ) (4.18) Biến đổi công thức này sẽ có: 3/2 Q = ( p b - ^ V 2 g ( l - h / H 0)H 0 Gọi m = cpkVĨ-k (4.19) 117
Ta lại có dạng công thức chung của tràn: Q = mbV 2 ^ H Ỉ /2 Cũng quy định như cho đập thực dụng, khi thỏa mãn điều kiện: Q t > 4SbH thì bỏ qua côt nước lưu tốc —— và lấy H0 = H để tính. 2g h Từ công thức (4.19) thì hê số lưu lương m phu thuôc (p và k = ——, vây muốn tính ọ H0 thì phải biết (p, h (hoặc k). Cụ thể cp, k phụ thuộc vào chiều cao ngưỡng so với cột nước f p\ H — ; hình dang phần đầu ngưỡng (lươn tròn, bat góc hay vuông góc); chiều rông đâp u ỉ; so với lòng dẫn thượng lưu; hình dạng mố trên mặt bằng như lượn tròn, có tường cánh thu hẹp từ từ hay thu hẹp đột ngột. 4.5.1.2. Xác định chiều sâu h và hệ sô lưu lượng m Đến nay đã có nhiều nghiên cứu bằng lí luận và bằng thực nghiệm. Ở đây xin giới thiệu một số phương pháp chủ yếu. I . Phương pháp Bê-ỉăng-giơ Coi dòng chảy sẽ tự điều chỉnh một độ sâu h trên đỉnh đập thế nào để cho lưu lượng tháo qua đập là lớn nhất. Lấy đạo hàm của Q theo h từ (4.18), coi cp = const, ta có 2 jH 0-h 2 2 Cho đạo hàm bằng 0, giải ra được h = —H 0 tức là k = — Thay vào (4.19) ta được: m = cp — %/l - 2 / 3 = 0 ,3 8 5 (p (4.20) 2 Thay h = —H 0 vào (4.18) và bình phương hai vế sẽ có: Q 2 =
2. Phương pháp Bacmête'f Tác giả cho rằng dòng chảy trên đỉnh đập phải có độ sâu thế nào để cho năng lượng đon vị của mặt cắt E đạt đến trị số nhò nhất, tứíc là độ sâu trên đỉnh đập là h = hk. Thay h k = < ]ọ 2 /g b 2 vào (4.18) và sắp xếp lại ta c ó : k = ÌÌL = 2(p2 và m = Vk3 /2 (4.22) H 0 l + 2(j) Các tài liệu thực nghiệm gần đây chứng tò độ sâu h trên đập trong các trường hợp 2 chảy không ngập nhỏ hơn các chỉ số nói trên: h < h k < —H0 . Vì vậy, hai phương pháp trên đến nay chỉ còn có ý nghĩa lịch sử. 3. Phương pháp của Pi-ca-lốp Theo Pi-ca-lốp, trên đỉnh đập có hai trị sô h' = hc và h" = h"c là hai độ sâu liên hợp trong nước nhảy sóng, cùng thỏa mãn phương trình (4.18) và phương trình nước nhảy sóng. Giải hệ phương trình đó, tác giả tìm được: 2íp>2( 2ơ>2 - 1 ) h 2 = h ' = k ' H 0 = ——- y - P H0 (4.23) 1+ 2
số m xác định như vậy thì có các trị số cp và k tương ứng lấy ở bảng (4.7). Trị số kị, ko cho trong bảng chính là hai trị số thỏa mãn phương trình (4.19) bởi vì khi đã xác định được m và
Vậy: (hn)p.g = K + z 2 Theo nghiên cứu thực nghiệm của Cumin, trị số phân giới phụ thuộc hệ số m pg v H oy bh và tỷ số yn = ——— với Q h là diên tích măt cắt dòng chảy ở ha lưu đâp tràn ứng với đô Q sâu hu. h' Tuy có nhiều tác giả đưa ra các chỉ tiêu ngập cụ thể khác nhau như vậy nhưng đều thống nhất về bản chất vật lý của quá trinh chuyển từ chảy không ngập sang chảy ngập như đã nói ở trên và đều cho các trị số phân giới vào khoảng: = 0,75 4- 0,85 (4.25) vH oy p g hoặc = 1,2-ỉ-1*4 (4.26) V J pg Với nhữngđộ ngập xấp xỉ các trị số đó, tuy đối vớitác giả này thìđã là chảy ngập mà đối với tác giả kia thìchưa chảy ngập, nhưng ở gần trạng thái phân giới đó thì tính bằng công thức cháy không ngập hoặc bằng công thức chày ngập thì cũng cho kết quả xấp xỉ nhau. 4.5.2.2. Láp công thức tính chảy ngập Theo sơ đồ hình 4.19 dòng chảy trên đỉnh đậ.p là: h = hn - z 2 (4.27) Lập phương trình Becnuli cho mặt cắt thượng lưu (0-0) và mặt cắt trên đỉnh đập (2-2) và như với trường hợp chảy không ngập, ta có: Q = cpncoự2g(H0 - h) (4.28) Với Cừ là diện tích nơi có độ sâu h. Với 'đập của chữ nhật thì (0 = bh thì có: Q = ọ nbh>/2g(H0 - h ) (4.29) ở đây /í tính theo (4.27) và trị số cpn khác với trị số (p trong chảy không ngập. Vậy có: Q =
Vây: z 2 = — — a hvh _ (y—ỵ.ì>) coi a = a h = 1 sẽ nhân đươc: 2g 2g 2g ^ z2 = ^ (4.31) g Hệ số cpn theo thực nghiệm của Cu-min lấy ở bảng (4.7) theo hệ số m. Khi tính toán gần đúng có thể coi là Zi « 0 và lấy h = hn lúc đó có công thức: Q = cpnbhnV2g(H0 - h n) . (4.32) 4.5.3. Các bài toán về đập tràn đỉnh rộng 1. Biết chiều rộng công trình (đập) b, cao trình đỉnh và mực nước thượng hạ lưu (P, P|, H, hh), tính lưu lượng Q. 2. Biết Qtk, chiều rộng b, mực nước hạ lưu hh, tính cột nước thượng lưu H (xác định cao trình đính đập khi biết mực nước thượng lưu hoặc tính mực nước thượng lưu khi biết cao trình đỉnh đập). 3. Biết Qtk, cao trình đỉnh đập, mực nước thượng hạ lưu (P, Pị, H, hh). Tính chiều rộng b. Để giải cụ thể ta cần vận dụng các công thức đã xét. Nhưng cần lưu ý rằng một sô' hệ số hoặc đại lượng cần biết trước lại phụ thuộc vào yếu tố chưa biết, đang cần tìm. Vì vậy, phương pháp giải là phải tính đúng dần. Hình 4.6 : Sơ đồ phản loại và tính thủy lực các loại dập tràn Trần đỉnh rộng — s— * Đâp thành mỏng hn ( Kn ' < = 0 , 7 -ỉ-0 , 8 5 hoăc. Ho l H0V p-g ------ Chảy không ngập tính hn < Í On = 1 ,2 - 1 , 4 s theo (4.12) hoăc theo hk (4.13) V (ỈIƠ„=1 pg Chảy không ngập Chảy không ngập tính theo (4.17) tính theo (4.28) hoặc theo (4.18) hoặc theo (4.30) Chảy ngập tính theo (4.13) với ơ„ < 1 END 122