Ảnh hưởng của hình dạng cống đến nguy cơ hình thành dòng thấm tập trung dọc theo cống ngầm dưới đập

Bài viết Ảnh hưởng của hình dạng cống đến nguy cơ hình thành dòng thấm tập trung dọc theo cống ngầm dưới đập giới thiệu kết quả nghiên cứu sử dụng mô hình toán để chỉ ra ảnh hưởng của hình dạng cống đến nguy cơ xuất hiện hiện tượng nứt gãy thủy lực - xung quanh cống ngầm.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH DẠNG CỐNG ĐẾN NGUY CƠ HÌNH THÀNH DỊNG THẤM TẬP TRUNG DỌC THEO CỐNG NGẦM DƯỚI ĐẬP Trần Duy Qn Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi, email: duyquan@tlu.edu.vn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để đánh giá ảnh hưởng hình dạng cống đến nguy an toàn đập dòng thấm dọc mang cống gây tượng NGTL, nghiên cứu sử dụng cố đập Z20 trường hợp nghiên cứu điển hình Đập Z20 xây dựng địa bàn xã Hương Trạch, huyện Hương Khê, 8.1m 9.0m 0.7m Sự hình thành phát triển vết nứt áp lực thủy lực (Nứt gãy thủy lực - NGTL) xem nguyên nhân dẫn đến dòng thấm tập trung dọc mang cống gây vỡ đập Trong đó, tượng NGTL xem xuất phân tố đất xung quanh cống mà ứng suất điểm nhỏ áp lực nước tác dụng Khi đó, dịng thấm xâm nhập vào khuyết tật (là vết nứt khoảng hở thân đập) lan truyền mở rộng khuyết tật Khi kích thước khuyết tật đủ lớn, liên thông với tạo điều kiện thuận lợi cho dịng thấm tập trung hình thành, gây vỡ đập Sherard&nnk (1972) Ngambi&nnk (1998) hình dạng cống ngầm lấy nước đập không hợp lý dẫn đến suy giảm ứng suất đất đắp xung quanh cống tượng "vòm ứng suất - arching action", qua xuất nguy cao hình thành dịng thấm tập trung dọc mang cống tượng NGTL [12] Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu sử dụng mơ hình tốn để ảnh hưởng hình dạng cống đến nguy xuất hiện tượng NGTL xung quanh cống ngầm tỉnh Hà Tĩnh với mục đích tạo hồ chứa cung cấp nước tưới cho khoảng 30ha đất canh tác, tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho người dân xã Hương Trạch Cơng trình hồn thành đưa vào sử dụng vào tháng 7/2008, bị cố vỡ đập vào tháng 6/2009 Sự cố xảy vị trí cống cho có liên quan đến dòng thấm tập trung dọc cống ngầm Kết cấu mặt cắt ngang cống ngầm thể hình 0.4m GIỚI THIỆU CHUNG 1.2m Hình Mặt cắt cống Z20 Ngồi mặt cắt cống trịn thực tế đập Z20 (hình 1), nghiên cứu cịn xem xét số hình dạng cống khác thể hình 2, bao gồm: cống hộp – (hình 2a) (hình dạng cống phổ biến hay gặp) cống có tường làm nghiêng với độ nghiêng G – (hình 2b) Để dự đốn nguy xuất hiện tượng NGTL xung quanh cống 195 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 dẫn đến hình thành dịng thấm tập trung dọc mang cống, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng để mô trạng thái ứng suất đất đắp xung quanh cống [1,3] Mơ hình phần tử hữu hạn với điều kiện biên cho trường hợp đại diện (cống hình 2b, trường độ nghiêng mặt ngồi cống G = 0,4) thể hình Mơ hình gồm 1024 phần tử bậc cao (8 điểm nút), tồn phần đắt đắp đập mơ thành lớp đất minh họa hình Ứng suất nhỏ đất đắp xung quanh cống xác định từ mơ hình phần tử hữu hạn so sánh với giá trị áp lực nước điểm tương ứng Hiện tượng NGTL xem xuất xảy điều kiện: (1) σn < W Trong đó: σn - ứng suất nhỏ điểm xem xét trích xuất từ mơ hình phần tử hữu hạn; W - áp lực nước điểm xem xét, xác định theo công thức: (2) W = γn hn Với γn - dung trọng nước hn chiều sâu tính từ đường bão hịa đến vị trí xét đồ hình Kết cho thấy, khu vực bên cạnh cống, ứng suất pháp bị giảm nhỏ, nhỏ giá trị áp lực nước tác dụng Đối chiếu với tiêu chuẩn xuất hiện tượng NGTL (Bất phương trình 1) cho thấy dòng thấm tập trung gây vỡ đập Z20 liên quan đến xuất hiện tượng NGTL khu vực xung quanh cống 1.1m Hình Mơ hình tính tốn 1.2m a) 0.4m 1.2m 0.4m 1.1m Hình Phân bố (σn-W) xung quanh cống trịn b) Hình Mặt cắt cống xem xét KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Kết mô phân bố hiệu ứng suất áp lực nước tương ứng xung quanh cống Z20 (hình 1) thể biểu Phân bố hiệu số ứng suất áp lực nước xung quanh cống cho trường hợp cống hộp (hình 2a) thể hình Kết cho thấy gần tương tự với trường hợp cống tròn, giá trị (σn-W) bên cạnh cống bị giảm nhỏ so với đỉnh cống, nhỏ Như vậy, suy luận rằng, với cống ngầm đập có hình dạng cống hộp, có nguy xuất dòng thấm tập trung dọc mang cống tượng NGTL tương tự với trường hợp cống có hình dạng biên ngồi dạng trịn 196 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Kết tính tốn cho thấy, độ nghiêng mặt thành cống tăng lên, giá trị (σn-W) mặt bên cống tăng lên tương ứng Điều cho thấy việc tăng độ nghiêng tường bên cống có lợi việc ngăn chặn hình thành dịng thấm tập trung dọc mang cống Bên cạnh đó, độ nghiêng tường bên cống nên lựa chọn từ khoảng 0,4 trở nên 400.0 σn-W (kN/m2) 300.0 200.0 100.0 0.0 -100.0 -200.0 0.0 0.4 0.8 L (m) 1.2 KẾT LUẬN 1.6 Hình Phân bố (σn-W) xung quanh cống hộp 400.0 G =0.1 300.0 G =0.2 σn-W (kN/m2) G =0.3 G =0.4 200.0 G =0.5 100.0 0.0 -100.0 0.0 0.4 0.8 L (m) 1.2 1.6 Hình Phân bố (σn-W) xung quanh cống với độ nghiêng tường bên khác Những kết tính tốn cho thấy, có nguy hình thành dịng thấm tập trung dọc mang cống gây tượng NGTL, cống có hình dạng cống trịn cống hộp Để giảm thiểu nguy cố đập tượng gây ra, hình dạng cống ngầm đập kiến nghị để áp dụng vào thực tế cống có mặt ngồi có độ nghiêng lớn 0,4 Ngồi ra, để ngăn chặn nguy vỡ đập vị trí cống ngầm tượng NGTL gây ra, với thay đổi hình dạng cống, biện pháp làm tầng lọc ngược đoạn hạ lưu cống; tăng độ dẻo, độ đầm chặt đất đắp xung quanh cống nên áp dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong tiêu chuẩn, hướng dẫn kỹ thuật thiết kế cống ngầm đập ngày nước tiên tiến Nhật Bản, Mỹ, hình dạng cống kiến nghị tường bên cống nên có độ nghiêng định vừa để thuận tiện cho việc thi công đầm chặt đất xung quanh cống, vừa để cải thiện tình hình phân bố ứng suất xung quanh cống, qua làm giảm nguy hình thành dịng thấm tập trung dọc mang cống gây tương NGTL Tuy nhiên, giá trị độ nghiêng tới hạn đưa khơng thống quốc gia (ví dụ, Nhật Ggh = 0,1-0,3; Mỹ Ggh = 0,1-0,125) Trong phạm vị nghiên cứu này, tác giả sử dụng mơ hình phần tử hữu hạn để khảo sát ảnh hưởng độ nghiêng mặt thành cống (G) đến nguy xuất hiện tượng NGTL, kết thể hình [1] Ngambi S., Nakano R., Shimizu H., and Nishimura S., 1998 Cause of leakage along the outlet conduit underneath a low fill dam with special reference to hydraulic fracturing Rural and Environment Engineering (35), pp 35-46 [2] Sherard J L., Decker R S., and Et-ryker N L., 1972 Hydraulic fracturing in low dams of dispersive clay, Proceedings of ASCE Specialty Conference on the performance of earth and earth supported structures, pp.653-689 [3] Tran D Q., Nishimura S., Senge M., and Nishiyama T., 2018 Research on the cause of dam failure from viewpoint of hydraulic fracturing – a Case study of a dam failure in Vietnam International Journal of GEOMATE, 14(41), pp 86-94 197 ... tốn cho thấy, có nguy hình thành dòng thấm tập trung dọc mang cống gây tượng NGTL, cống có hình dạng cống tròn cống hộp Để giảm thiểu nguy cố đập tượng gây ra, hình dạng cống ngầm đập kiến nghị... cạnh cống bị giảm nhỏ so với đỉnh cống, nhỏ Như vậy, suy luận rằng, với cống ngầm đập có hình dạng cống hộp, có nguy xuất dịng thấm tập trung dọc mang cống tượng NGTL tương tự với trường hợp cống. .. thi công đầm chặt đất xung quanh cống, vừa để cải thiện tình hình phân bố ứng suất xung quanh cống, qua làm giảm nguy hình thành dịng thấm tập trung dọc mang cống gây tương NGTL Tuy nhiên, giá