ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của DÒNG THẤM tới ổn ĐỊNH mái bờ SÔNG, KÊNH, RẠCH ở ĐỒNG BẰNG SÔNG cửu LONG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐỀ CƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DÒNG THẤM TỚI ỔN ĐỊNH MÁI BỜ SÔNG, KÊNH, RẠCH Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Học viên cao học: Nguyễn Tuấn Phong Lớp: TN1642-SN Mã số học viên : M4216030 Ngành : Cao Học Xây Dựng Cơng Trình Thủy Cán Bộ Hướng Dẫn: TS TRẦN MINH THUẬN CẦN THƠ, Ngày 11 Tháng 07 năm 2017 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong năm gần biến đổi khí hậu diễn phức tạp dẫn đến tượng mưa to kéo dài thời gian ngắn, khô hạn ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn ổn định mái dốc hệ thống sông đồng sông Cửu Long Vào mùa mưu lũ có nhiều sông mực nước sông dâng cao vận tốc dòng chảy tăng nhanh xảy tượng sạt lở bờ sông nghiêm trọng, trường hợp mực nước rút nhanh sau lũ Hiện tượng cố xuất thường xuyên hệ thống sông Việt Nam Đặc điểm điều kiện tự nhiên Việt Nam với lượng mưa trung bình năm tương đối lớn Trong mùa khơ khơng có mưa, độ ẩm khơng khí tương đối thấp, bờ sơng thơng thường có tính co ngót trương nở cao nên mùa khô dễ gây nứt nẻ tạo điều kiện cho dòng thấm phát triển Trái ngược với mùa khô, mùa mưa kéo dài liên tục thời gian dài với cường độ lớn Hơn nữa, nơi hứng chịu nhiều bão với cường độ mưa sau bão lớn, gây thiệt hại to lớn kinh tế xã hội, đặc biệt tượng xói lở bờ sơng đồng sông Cửu Long Mực nước mái cơng trình đất (đập vật liệu địa phương, đê, kênh, bờ sơng…) rút nhanh q trình vận hành nguyên nhân chủ yếu làm ổn định mái dốc (Nguyễn Cảnh Thái, 2007) Khi mực nước mái rút xuống nhanh, hệ số thấm đất nhỏ áp lực kẽ rỗng khối đất không thay đổi so với trước nước rút Trong tác dụng phản áp giữ ổn định khối nước mái dẫn đến ổn định mái (Nguyễn Cảnh Thái ctv., 2006) Trong nhiều trường hợp, việc ổn định nước rút hệ hư hỏng khác như: cửa tháo khơng đóng được, đập bị xói ngầm, nước tràn qua đỉnh đập làm vỡ đoạn đập dẫn đến mực nước mái rút nhanh làm mái thượng lưu bị trượt Ngày 5/6/1976 đập Teton bị vỡ cột nước thượng lưu 82.9m, thấp mực nước dâng bình thường 6.9m, đập bị vỡ bị xói ngầm, ngồi việc gây phá hoại lớn phía hạ lưu, phạm vi 17km lịng hồ phía thượng lưu xảy 200 vị trí sạt trượt mực nước hồ rút nhanh (Randle and Timothy J, 2000) Chính vậy, vấn đề “nghiên cứu ảnh hưởng dịng thấm tới ổn định mái bờ sơng, kênh, rạch đồng sông Cửu Long” sau lũ rút tác dụng mưa lớn vấn đề mang tính thời sự, điều kiện biến đổi khí hậu tồn cầu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài thực với mục tiêu tổng quát phân tích ổn định mái dốc bờ sông, kênh, rạch đồng sông Cửu Long trường hợp mực nước rút nhanh Nội dung gồm: - Nghiên cứu dịng thấm khơng ổn định mái bờ sông mực nước lũ rút nhanh Sự thay đổi đường bão hòa mái dốc với trường hợp rút khác - Nghiên cứu thay đổi hệ số ổn định mái dốc bờ sông mực nước lũ rút nhanh - Nghiên cứu thay đổi áp lực nước kẽ rỗng ứng suất hiệu mái dốc mực nước lũ rút nhanh 1.3 Nội dung nghiên cứu Phân tích ảnh hưởng mực nước rút nhanh đến thay đổi áp lực nước kẽ rỗng áp lực thấm gây ổn định mái dốc sông, kênh, rạch số sơ đồ tính, có xét đến thay đổi thời gian rút nước sông 1.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tính ổn định mái dốc bờ sông, kênh, rạch đồng sông Cửu Long trường hợp mực nước rút nhanh sau lũ Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan tình hình sạt lở đồng sơng Cửu Long Theo trang tạp chí điện tử Bảo vệ Rừng Môi trường (2017) cho biết đồng sông Cửu Long nằm cuối nguồn sông Mê Kông, biết đến khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề dự án thủy điện chuyển nước triển khai thượng nguồn Tác động dự án hồ chứa dòng với hiệu ứng thời tiết cực đoan biến đổi khí hậu gây gây sạt lở nghiêm trọng sông lớn nhỏ Diễn biến trước mắt tình trạng sạt lở gia tăng phạm vi cường độ Nếu trước năm 2015, vụ sạt lở nghiêm trọng phản ánh chủ yếu tập trung khu vực bờ biển quanh Bán đảo Cà Mau, Bến Tre số nơi có hoạt động khai thác cát tấp nập An Giang, Cần Thơ… nay, phạm vi sạt lở lấn sâu vào nội địa, sông khu vực hợp lưu sông với tần suất tăng dần Vụ sạt lở sông Vàm Nao nhấn chìm 70m bờ sơng 16 nhà kiên cố Huyện Chợ Mới – An Giang cuối tháng Tư vừa qua dấu hiệu báo động cho trình tan rã hữu Theo Nguyễn Minh Quang (2017) cho kể từ vụ việc sạt lở sơng Vàm Nao xảy ra, có nhiều chuyên gia môi trường lên tiếng lý giải nguyên nhân, đó, tất đồng ý hoạt động khai thác cát mức xem nguyên nhân trực tiếp Tuy nhiên, để có nhìn bao quát đa chiều vấn đề sạt lở đồng sông Cửu Long, viết tiếp cận quan điểm liên ngành nhằm trước hết mô tả thực trạng sạt lở khu vực, qua nhận diện đánh giá nguyên nhân trực tiếp gián tiếp, khách quan lẫn chủ quan, để lý giải cho trình sạt lở ngày phổ biến nhiều địa phương Hình 2.1: Sạt lở sơng Tiền Hình 2.2: Sạt lở bờ sơng Vàm Nao Theo kết quan trắc từ tổ chức ngồi nước, có kết công bố dự án “Rise and Fall” (Đại học Cần Thơ kết hợp Đại học Utrecht – Hà Lan) Viện Địa kỹ thuật hoàng gia Na Uy (NGI), tốc độ sụt lún đất trung bình đồng sông Cửu Long mức 1-2 cm/năm vùng nông thôn 2,5cm/năm khu vực thành thị khu công nghiệp 2.2 Một số guyên nhân gây sạt lở bờ sông, kênh, rạch đồng sông Cửu Long Nguyễn cảnh Thái Lương Thị Thanh Hương (2017) kết luận ổn định mái dốc mực nước mái rút nhanh trường hợp nguy hiểm tính tốn thiết kế cơng trình đất cần quan tâm mức Khi tính tốn ổn định mái thượng lưu mực nước mái rút nhanh cần rõ chiều cao mực nước rút xuống khơng có giai đoạn tháo lũ đảm bảo an toàn cho hồ chứa mà cịn phải xét đến q trình rút nước tháo cạn hồ chứa Khái niệm nước hồ rút nhanh ảnh hưởng đến ổn định mái thượng lưu đập đất không phụ thuộc vào tốc độ rút mực nước mà chất đất (hệ số thấm) đất đắp đập Trần Anh Trung Huỳnh Thanh Sơn (2012) cho số nguyên nhân gây sạt lở là: dịng chảy mặt, địa hình sơng, dịng thấm… ngun nhân dịng thấm quan trọng, hệ thống sơng ngịi vùng đồng sơng Cửu Long chịu ảnh hưởng thủy triều (bán nhật triều khơng đều) mực nước sơng ln thay đổi ảnh hưởng Khi mực nước sông thay đổi ảnh hưởng đến dòng thấm (đường bão hịa) vào bên khối đất bờ sơng Và tính ổn định khối đất phụ thuộc vào vị trí đường bão hịa Aristizabal et al (2011) cho phương tiện truyền dẫn cho chất xốp sử dụng để mơ tả q trình mưa vào chất khơng bão hịa độ dốc đất Ông phân tích, tính thấm qua phát triển áp lực nước lỗ rỗng biến dạng Bằng cách sử dụng số thí nghiệm cho nước mưa xâm nhập vào mái dốc biến dạng mái dốc Các biến dạng tính tốn kết hợp với thay đổi thể tích đất độ bão hịa tăng lên suốt q trình xâm nhập mưa Kết mô cho thấy cường độ mưa lớn áp lực thấm áp lực nước lỗ rỗng bề mặt lớn Ngược lại, cường độ mưa nhỏ so với áp lực thấm áp lực nước lỗ rỗng bề mặt nhỏ Phân tích biến dạng cho thấy dịch chuyển bên tối đa thu trường ≈ 1.0 hợp cường độ mưa gần độ thấm nước bão hòa, 2.3 Các nghiên cứu ổn định mái dốc giới Trên giới có nhiều tác giả sâu vào nghiên cứu đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến ổn định mái dốc mực nước mái rút nhanh Việc đánh giá ổn định mái dốc có liên quan đến việc xác định dòng thấm áp lực kẽ rỗng thân đê, đập, bờ sông xác định tiêu chống cắt đất tương ứng Morgentern sử dụng phương pháp xác định áp lực kẽ rỗng Bishop đề để xác định áp lực kẽ rỗng đất nén trình mực nước mái đập rút nhanh tính tốn ổn định theo ứng suất hiệu Dựa kết tính tốn Morgentern thiết lập số bảng biểu giúp nguời thiết kế tra cứu nhanh xét đến ổn định mái dốc có mực nước mái rút nhanh Phương pháp tính tốn ổn định mực nước mái rút nhanh có xét đến tính ép co đất (Bishop- Morgenstern) đưa vào quy phạm thiết kế số nước Ấn độ, Trung quốc Tezaghi Peck kiến nghị áp lực kẽ rỗng trình rút nước đất cát đầm nện tốt xác định vẽ lưới thấm Nhiều tác giả sử dụng phương pháp lý thuyết để tính tốn áp lực kẽ rỗng tốn thấm khơng ổn định mực nước thượng lưu rút xuống Desai sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn tốn thấm khơng ổn định sau tính tốn ổn định mái dốc phương pháp cân giới hạn Hàng loạt tốc độ rút nước tương ứng với hệ số thấm đất tính tốn, dựa vào kết tính tốn, Desai cho ảnh hưởng dòng thấm nhỏ Lane Griffiths sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính thấm kết hợp sử dụng phương pháp suy giảm cường độ chống cắt để tính tốn ổn định phương pháp phần tử hữu hạn Wright Duncan dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn thay đổi ứng suất hệ số áp lực kẽ rỗng Skemton áp dụng để xác định áp lực kẽ rỗng Các nghiên cứu cho thấy xác định áp lực kẽ rỗng để tính tốn ổn định theo phương pháp ứng suất hiệu Để dễ dàng tính tốn cách bỏ qua áp lực nước kẽ rỗng, có hai phương pháp tính: - Phương pháp phương pháp trình bày tiêu chuẩn thiết kế Công binh mỹ gọi “Qui trình năm 1970 Cơng binh Mỹ” Phương pháp cho kết thiên nhỏ cách không thực tế loại đất có xu hướng tăng thể tích q trình cắt dẫn đến làm cho thiết kế không hiệu kinh tế - Phương pháp thứ hai phương pháp Lowe Karafiath xây dựng, Wright Duncan chỉnh sửa năm 1987, Duncan, Wright Wong (1990) kết hợp ưu điểm “Qui trình năm 1970 Cơng binh Mỹ” phương pháp Lowe Karafiath để đề xuất phương pháp mới, phương pháp đưa vào tiêu chuẩn thiết kế công binh Mỹ EM1110-2-1902 năm 2003 Mục đích chỉnh sửa để đơn giản hố phương pháp, để tính tốn xác cường độ chống cắt vùng mà cường độ chống cắt thoát nước nhỏ cường độ chống cắt khơng nước 2.4 Nhận xét Các vấn đề liên quan đến ổn định mái dốc, cố nguyên nhân sạt mái mực nước rút nhanh thảo luận Ngoài ra, tình hình nghiên cứu nước nước ngồi phương pháp tính tốn ổn định mái dốc, tiêu chuẩn, quy trình tính tốn, quy trình vận hành để đảm bảo an tồn cho cơng trình Hiện Việt Nam chưa có quy phạm tính cụ thể xét đến ổn định mái dốc mực nước mái rút nhanh, tiêu chuẩn kỹ thuật chưa đề cập đưa dẫn cách rõ ràng trường hợp tính tốn chiều cao rút nước, tốc độ rút nước ảnh hưởng đến ổn định mái đê Từ tác giả thấy việc nghiên cứu ổn định mái dốc mực nước rút nhanh vấn đề cấp thiết có tính thực tiễn cao cần phải nghiên cứu cách chi tiết Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thí nghiệm tính chất lý đất Tính chất đất bờ sơng sử dụng tốn đánh giá ổn định bờ sơng bao gồm tính chất vật lý thành phần hạt, độ ẩm, dung trọng, tính chất học đất gồm tính thấm, sức chống cắt sức hút dính (tính chất khơng bão hịa) đất Các tính chát xác định phịng thí nghiệm theo tiêu chuẩn thành phần hạt, dung trọng, độ ẩm, sức chống cắt tính thấm 3.2 Phân tích ổn định bờ sông mực nƣớc sông dao động Để phân tích tính ổn định bờ sơng, chương trình phần mềm Geoslope (Geostudio 2007) sử dụng Trong điều kiện mực nước lên xuống, q trình phân tích bao gồm q trình thấm từ sơng vào phía bờ mơ mơ hình SEEP/W chương trình Geoslope, để phân tích thay đổi áp lực nước lỗ rỗng tính thấm đất tương ứng với mực nước sơng Đối với bước tính thấm có 02 dạng mơ hình mơ hình bão hịa khơng bão hịa, nghiên cứu lựa chọn mơ hình đất khơng bão hịa để phản ánh thực tế trình thấm Kết đưa vào tốn tính ổn định bờ sơng thơng qua hệ số an tồn mơ hình SLOPE/W Các tính chất đất đầu vào chương trình bao gồm dung trọng sức chống cắt lớp đất bờ sơng 3.3 Tính tốc độ xói lở Để đánh giá tượng xói lở bờ sơng dịng chảy mùa mưa lũ thực phương pháp Hickin Nanson (1984) Phương pháp xây dựng sở phương trình cân lượng, thể công thức: ( ) ( ) ( ) Trường hợp R/B < R/B > 2.5 ( ) Trường hợp < R/B < 2.5 Trong đó: M(R/B) – Tốc độ sạt lở bở năm, tính m/năm; R – Bán kính cong sông bị sạt lở (m); B – Chiều rộng trắc diện ngang đoạn sông sạt lở ugnws với lưu lượng tạo dòng (m); Ρ – Trọng lượng riêng nước (kg/m3); g –Gia tốc trọng trường (m/s2); I – Tốc độ mặt nước theo chiều dọc; Q – Lưu lượng dòng chảy ứng với lưu lượng tạo dịng (m3/s); h – Độ sâu trung bình tương ứng mặt cắt (m); GB – Thông số phản ánh mức độ kiên cố bờ sông, GB phụ thuộc vào đường kính hạt tạo bờ; Hình 3.1: Các bước phân tích ổn định bờ sơng sử dụng phần mềm Geoslope 3.4 Tính tốc độ dịng chảy giới hạn gây xói Hiện nay, tính tốc dộ xói lở đất cách trực tiếp thí nghiệm khó điều kiện Việt Nam Nghiên cứu đề xuất sử dụng phương pháp gián tiếp để xác định tốc độ xói lở đất (Briau JL, 2008) Đây phương pháp dùng công thức khinh nghiệm nhóm nghiên cứu Briau JL xây dựng dựa kết 15 kinh nghiệm tốc độ xói lở đất phịng thí nghiệm trường Đại học Texas A&M, Mỹ Trong cơng thức đề xuất tính cho loại đất sau: - Đất hạt rời, kết dính (cát , bụi): Vc = 0.1(D50)-0.2; - Đất dính: Vc = 0.03/D50; Với Vc tốc độ giới hạn dịng chảy gây tượng xói lở Khi dịng chảy nhỏ Vc tượng xói lở gây D50 la đường kính 50% hạt mịn lọt qua Chƣơng 4: KẾT QUẢ MONG ĐỢI - Làm rõ thay đổi áp lực nước kẽ rỗng mái dốc ảnh hưởng tới ổn định mái dốc bờ sơng mực nước rút nhanh - Phân tích thể kết dạng số áp lực kẽ rỗng hệ số ổn định mái thay đổi tốc độ rút nước - Ứng dụng tính tốn, phân tích cho trường hợp mái dốc bờ sơng, kênh, rạch đồng sông Cửu Long 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Cảnh Thái, 2007 Nghiên cứu ổn định mái đê, đập đất mực nước mái rút nhanh [2] Nguyễn Cảnh Thái, Nguyễn Chiến Nguyễn Văn Hạnh, 2006 Bài giảng Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định mái đê đập mực nước mái rút nhanh [3] Randle Timothy J, 2000 Geomorphology and river hydraulics of the Teton River upstream of Teton Dam, Teton River, Idaho US Department of the Interior, Bureau of Reclamation [4] Nguyễn Minh Quang, 2017 Sạt lở ĐBSCL: Thực trạng, nguyên nhân biện pháp ứng phó, ngày 11/07/2017 Địa từ http://baovemoitruong.org.vn/sat-lo-o-dbscl-thuc-trang-nguyen-nhan-vabien-phap-ung-pho/ [5] Nguyễn Cảnh Thái Lương Thanh Hương, 2017 Ổn định mái dốc mực nước mái rút nhanh Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường 21: 85 [6] Nguyễn Cơng Mẫn, 2000 SEEP/W.V5 – Phân tích thấm theo phần tử hữu hạn, SLOPE/W.V5 SIGMA/W.V5 – Tính tốn thấm, ổn định, ứng suất theo phương pháp phần tử hữu hạn, dịch [7] Trần Anh Trung Huỳnh Thanh Sơn, 2012 Nghiên cứu ảnh hưởng dao động mực nước có chu kỳ đến ổn định mái dốc đất [8] Aristizabal, E F G., Jerez, C A R., & Brand, M A B.,2011 Influence of rainfall intensity on infiltration and deformation of unsaturated soil slopes Dyna 170: 116-124 [9] Dương Thị Tồn, 2016 Phân tích ảnh hưởng tính chất đất đến ổn định bờ sông Cầu, tỉnh Bắc Kạn mùa mưa VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences 32:3 [10] Lê Duy Hùng, 2014 Nghiên cứu ảnh hưởng trường hợp mực nước rút nhanh tới ổn định mái đê sông Cao học Đại học Thủy Lợi Hà Nội [1] 11 Phụ lục Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan tình hình sạt lở đồng sông Cửu Long 2.2 Một số guyên nhân gây sạt lở bờ sông, kênh, rạch đồng sông Cửu Long……………………………………………………………………………………… 2.3 Các nghiên cứu ổn định mái dốc giới 2.4 Nhận xét Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thí nghiệm tính chất lý đất 3.2 Phân tích ổn định bờ sơng mực nƣớc sông dao động 3.3 Tính tốc độ xói lở 3.4 Tính tốc độ dịng chảy giới hạn gây xói Chƣơng 4: KẾT QUẢ MONG ĐỢI 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 Phụ lục Error! Bookmark not defined.12 12 ... nghiên cứu Đề tài thực với mục tiêu tổng qt phân tích ổn định mái dốc bờ sơng, kênh, rạch đồng sông Cửu Long trường hợp mực nước rút nhanh Nội dung gồm: - Nghiên cứu dịng thấm khơng ổn định mái. .. and Timothy J, 2000) Chính vậy, vấn đề ? ?nghiên cứu ảnh hưởng dịng thấm tới ổn định mái bờ sơng, kênh, rạch đồng sông Cửu Long? ?? sau lũ rút tác dụng mưa lớn vấn đề mang tính thời sự, điều kiện biến... nước sông 1.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tính ổn định mái dốc bờ sông, kênh, rạch đồng sông Cửu Long trường hợp mực nước rút nhanh sau lũ Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan