Nghiên Cứu Giải Pháp Nâng Cao Ổn Định Cho Mái Dốc Chính Diện Nhà Máy Thủy Điện A Lƣới.pdf

P H Ạ M M IN H Q U Ố C ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM MINH QUỐC K Ỹ T H U Ậ T X Â Y D Ự N G C Ô N G T R ÌN H T H Ủ Y NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM MINH QUỐC PHẠM MINH QUỐC KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY KHOÁ K33 Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM MINH QUỐC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI Chuyên ngành : Mã số: Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ HUY CÔNG Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Trong trình làm luận văn thạc sỹ, đọc tham khảo nhiều loại tài liệu khác từ sách, giáo trình, sách chuyên khảo báo đƣợc đăng tải ngồi nƣớc Tơi xin cam đoan tơi viết dƣới hồn tồn thống, chân thực, kết nghiên cứu đạt đƣợc luận văn không chép từ tài liệu dƣới hình thức Những kết tất tơi nghiên cứu, tích lũy suốt thời gian làm luận văn Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm có dấu hiệu chép kết từ tài liệu khác Đà Nẵng, ngày … tháng năm 2018 PHẠM MINH QUỐC MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu: 3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: .3 Phƣơng pháp nghiên cứu: .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn: .4 CHƢƠNG:TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.1 HIỆN TƢỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Các dạng ổn định mái dốc .6 1.1.2.1 Sụt lở 1.1.2.2 Trƣợt 1.1.2.3 Trôi (trƣợt dòng) 1.1.2.4 Đá đổ, đá lăn 1.1.3 Nguyên nhân gây nên tƣợng ổn định mái dốc 1.2 1.1.3.1 Nhóm nguyên nhân gây nên tƣợng ổn định mái dốc 1.1.3.2 Nhóm nguyên nhân tăng lực gây trƣợt .9 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNHI MÁI DỐC 11 1.2.1 Phƣơng pháp cân giới hạn 11 1.2.2 Phƣơng pháp trạng thái giới hạn 14 1.2.2.1 Phƣơng pháp PTHH phân tích ổn định mái dốc .14 1.2.2.2 Phƣơng pháp suy giảm sức chống cắt (SRM) .15 1.2.3 Ổn định mái dốc có xét đến ảnh hƣởng thay đổi mực nƣớc ngầm 15 1.2.3.1 Sức chống cắt đất khơng bão hịa 16 1.2.3.2 Đƣờng cong đặc trƣng đất – nƣớc 17 1.3 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG BÃO HÒA ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 18 1.4 PHẦN MỀM PLAXIS PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 19 1.4.1 Giới thiệu phần mềm 19 1.4.2 Đặc trƣng vật liệu Plaxis .19 1.4.2.1 Mơ hình Mohr - Coulomb(MC) 19 1.4.2.2 Mơ hình Jointed Rock (JR) 20 1.4.2.3 Mơ hình đàn hồi tuyến tính (Linear elastic) 21 1.4.3 Các bƣớc mơ hình hóa Plaxis .22 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 22 CHƢƠNG: LỊCH SỬ VÀ HIỆN TRẠNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI .24 2.1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN THỦY ĐIỆN A LƢỚI 24 2.1.1 Vị trí nhà máy: 24 2.1.2 Đặc điểm mái dốc 24 2.1.3 Kết khảo sát địa chất .25 2.1.4 Một số kết quan trắc mực nƣớc ngầm 28 2.1.5 PHÂN TÍCH LỊCH SỬ MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS THEO CÁC GIAI ĐOẠN 31 2.1.5.1 Một số thông số đầu vào mơ hình 31 2.1.5.2 2008) Giai đoạn 1: Phân tích ổn định mái dốc theo thiết kế ban đầu (năm 32 2.1.5.3 Giai đoạn 2: Phân tích ổn định mái dốc sau xử lý giật cơ, hạ mái dốc, giảm tải trọng gây trƣợt (năm 2013) 34 2.1.5.4 Giai đoạn 3: Phân tích ổn định mái dốc sau thiết kế giảm tải trọng gây trƣợt kết hợp neo gia cƣờng hạ thấp mực nƣớc ngầm (năm 2014) 36 2.1.6 HIỆN TƢỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI 38 2.2 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH 40 2.2.1 Nguyên nhân gây ổn định .40 2.3 2.2.1.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến dao động mực nƣớc ngầm 40 2.2.1.2 Yếu tố lƣợng mƣa 40 2.2.1.3 Yếu tố dòng chảy mặt 43 2.2.1.4 Yếu tố địa hình địa mạo kiến tạo 43 2.2.1.5 Yếu tố lƣợng bốc .43 2.2.1.6 Các yếu tố nhân sinh .44 2.2.1.7 Các yếu tố cơng trình 44 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN NƢỚC NGẦM DÂNG CAO 45 2.3.1 Nguyên nhân nƣớc ngầm đƣợc bổ sung từ suối cao qua đứt gãy 45 2.3.2 Nguyên nhân nƣớc ngầm đƣợc bổ sung từ suối cao qua hầm dẫn nƣớc 45 2.3.3 Phân tích khả rò rỉ nƣớc từ đƣờng hầm áp lực 46 2.3.4 Giải thích tƣợng mực nƣớc ngầm dâng cao 46 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 47 CHƢƠNG: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI 48 3.1 THIẾT KẾ HẠ MỰC NƢỚC NGẦM 48 3.1.1 Nội dung thiết kế hạ mực nƣớc ngầm 48 3.1.2 Các phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm 49 3.1.2.1 Phƣơng pháp tháo nƣớc nằm ngang 49 3.1.2.2 Phƣơng pháp tháo nƣớc thẳng đứng 49 a) Giếng thƣờng: 49 b) Giếng kim: 50 c) Giếng nhựa: 50 3.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT MỰC NƢỚC NGẦM .50 3.3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN HẠ MỰC NƢỚC NGẦM 51 3.3.1 Xác định lƣu lƣợng cho dòng thấm gần giếng khoan đứng 51 3.3.1.1 Các đặc trƣng dòng thấm gần giếng khoan đứng 51 3.3.1.2 Trình tự thiết kế hạ mực nƣớc ngầm hệ thống giếng khoan 52 3.3.1.3 Tính tốn hạ mực nƣớc ngầm 53 3.3.2 Xác định lƣu lƣợng ống thoát nƣớc ngang 55 3.4.1 Các trƣờng hợp tính tốn 56 3.4.2 Thơng số đầu vào mơ hình 56 3.4.3 Các bƣớc thiết lập mơ hình .57 3.4.4 Một số hình ảnh thiết lập mơ hình 58 3.4.5 Kết mô .61 3.4.5.1 cao Trƣờng hợp 1: Kiểm tra ổn định mái dốc mực nƣớc ngầm dâng 61 3.4.5.2 Trƣờng hợp 2: Kiểm tra ổn định mái dốc sau bố trí giếng hạ thấm mực nƣớc ngầm .64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .67 KẾT LUẬN 67 KIẾN NGHỊ 67 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI Tóm tắt Trƣợt lở đất loại hình thiên tai phổ biến giới Thủy điện Alƣới Việt Nam gặp phải vấn đề nhƣ Tháng 11 năm 2013, sau đợt mƣa bão kéo dài, mái dốc nhà máy có tƣợng nƣớc ngầm dâng cao gây ổn định mái dốc nhà máy Năm 2014, công tác kiểm tra xử lý mái dốc đƣợc thực gồm biện pháp chủ yếu đào giảm tải, kết hợp khoan neo khoan thoát nƣớc bổ sung Tuy nhiên vấn đề chƣa đƣợc xử lý triệt để Trong luận văn tác giả tập trung phân tích nguyên nhân giải pháp để xử lý vấn đề mực nƣớc ngầm dâng cao ảnh hƣởng đến ổn định mái dốc Phần mềm Plaxis đƣợc tác giả sử dụng để tính tốn xác định mực nƣớc ngầm ổn định Kết đề tài sở có tính khoa học để đơn vị chức đề xuất phƣơng án nhằm đảm bảo ổn định cho nhà máy Từ khóa: ổn định, trƣợt mái, nhà máy thủy điện, nƣớc ngầm, plaxis STUDY ON SOLUTION STABILITY OF SLOPE LOCATED IN FRONT OF ALUOI HYDROELECTRIC PLANT Abstract: Landslides are one of the most common types of disasters in the world The slopes of the A LUOI Hydropower Plant in Vietnam are also experiencing such problems In November 2013, after a long period of heavy rain, the slope located in front of the plant has high ground water level, which may cause unstable and threatening operation of the plant By 2014, slope inspection and treatment has been carried out, consisting mainly of load reduction, anchor drilling and drilling drainage well However, this problem has not yet ended In this thesis, the author focuses on finding the causes and solutions to the problem of rising groundwater level affecting the stability of the slope Plaxis software is used to determine groundwater level and calculating stability The result of the research is the scientific basis for functional units to propose plans to ensure stability for the plant Keywords: stability, landslide, hydroelectric plant, water level, plaxis DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sụt đất Km 859 + 419 đƣờng HCM (17/12/2008) [8] Hình 2: Mất ổn định Sụt lỡ [3] Hình 3: Mất ổn định trƣợt tịnh tiến [8] Hình 4: Mất ổn định trƣợt xoay [8] Hình 5: Mất ổn định trƣợt dịng [8] Hình 6: Hiện tƣợng đá đỗ, đá lăn (Nguồn internet) .8 Hình 7: Sạt lỡ Nhà máy Thủy điện Bản Vẽ mƣa lớn kéo dài 10 Hình 8: Sạt lỡ mái dốc nhà máy Thủy điện Sử Pán mƣa lớn nhiều ngày .10 Hình 9: Sạt lở mỏ đá Thủy điện Bản Vẽ chấn động nổ mìn 10 Hình 10: Phƣơng pháp xác định hệ số an toàn .12 Hình 11: So sánh hệ số an tồn mái dốc giả định 14 Hình 12: Thay đổi trạng thái ứng suất điểm A theo phƣơng pháp SRM 15 Hình 13: Diễn biến thay đổi ứng suất thi công mái dốc 16 Hình 14: Diễn biến thay đổi ứng suất thi công mái đào 16 Hình 15: Sức chống cắt đất khơng bão hịa 17 Hình 16: Đƣờng cong đặc trƣng đất - nƣớc .18 Hình 17: Sự phát triển phiên bảng phần mềm PLAXIS 19 Hình 18: Mơ vật liệu đá - Mơ hình Jointed Rock 21 Hình 19: Mơ vật liệu gia cố - Mơ hình Linear elastic .21 Hình 1: Vị trí cơng trình thủy điện A Lƣới 24 Hình 2: Nhà máy thủy điện A Lƣới 25 Hình 3: Mặt nhà máy chƣa xảy tƣợng ổn định 26 Hình 4: Mặt bố trí hố khoan quan trắc mực nƣớc ngầm 29 Hình 5: Ký hiệu vật liệu mơ hình 31 Hình 6: Mặt cắt ngang tính tốn cho giai đoạn 32 Hình 7: Mơ hình tính tốn cho giai đoạn 33 Hình 8: Đƣờng bão hịa tính cho giai đoạn .33 Hình 9: Cung trƣợt nguy hiểm tính tốn cho giai đoạn .33 Hình 10: Mặt cắt ngang tính tốn cho giai đoạn .34 Hình 11: Mơ hình tính tốn cho giai đoạn 35 Hình 12: Đƣờng bão hòa cho giai đoạn .35 Hình 13: Cung trƣợt tính tốn nguy hiểm cho giai đoạn 35 Hình 14: Mặt cắt ngang tính tốn cho giai đoạn .36 Hình 15: Mơ hình tính tốn cho giai đoạn 37 Hình 16: Đƣờng bão hịa tính tốn cho giai đoạn .37 Hình 17: Cung trƣợt nguy hiểm tính tốn cho giai đoạn 37 Hình 18: Mặt mơ tả trạng vết nứt điểm xuất lộ nƣớc mái dốc nhà máy 38 Hình 19: Các vết nứt mái dốc nhà máy 39 Hình 20: Hƣớng vết nứt phát triển từ 92m – 107m 39 Hình 21: Sơ họa yếu tố ảnh hƣởng đến nƣớc ngầm 40 Hình 22: Đoạn gƣơng đào bị sạt 45 Hình 1: Sơ đồ lỗ khoan giếng kim hạ mực nƣớc ngầm 50 Hình 2: Mặt bố trí giếng khoan .51 Hình 3: Sơ họa phƣơng án khoan - đào giếng kiểm soát mực nƣớc ngầm 52 Hình 4: Sơ đồ tính lƣu lƣợng thấm vào giếng khoan hồn chỉnh cho trƣờng hợp tầng chứa nƣớc không áp 54 Hình 5: Sơ đồ tính lƣu lƣợng thấm vào giếng khoan hoàn chỉnh cho trƣờng hợp tầng chứa nƣớc có áp 54 Hình 6: Ký hiệu đất, đá mơ hình 58 Hình 7: Ký hiệu bê tơng mơ hình 58 Hình 8: Ký hiệu neo, vữa mơ hình 59 Hình 9: Mơ giếng khoan mơ hình 60 Hình 10: Thiết lập điều kiện ban đầu cho mơ hình 60 Hình 11: Chi lƣới cho mơ hình .61 Hình 12: Đƣờng bão hịa tính tốn cho trƣờng hợp (thể dạng arrows) 62 10 Hình 13: Vùng bão hịa tính toán cho trƣờng hợp .62 Hình 14: Vùng ảnh hƣởng nƣớc ngầm tính tốn cho trƣờng hợp .63 Hình 15: Chuyển vị theo lƣới phần tử tính tốn trƣờng hợp .63 Hình 16: Cung trƣợt nguy hiểm tính tốn trƣờng hợp 63 Hình 17: Đƣờng bão hịa tính tốn cho trƣờng hợp (thể dạng arrows) .64 Hình 18: Vùng bão hịa tính tốn cho trƣờng hợp .65 Hình 19: Chuyển vị theo lƣới phần tử tính tốn trƣờng hợp .65 Hình 20: Cung trƣợt nguy hiểm tính tốn trƣờng hợp 65 MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Các phƣơng pháp phân tích ổn định mái dốc theo LEM 13 Bảng 3: Tổng hợp tiêu lý đá [6] 26 Bảng 1: Tổng họp tiêu lý lớp phủ (edQ+IA1) [6] 27 Bảng 2: Đặc trung thấm đất phủ [6] 27 Bảng 4: Đặc trƣng thấm đá gốc [6] 27 Bảng 5: Kết lý đất đá qua công tác đo đạt vật lý [6] 28 Bảng 6: Tính chất lý đất, đá mô Plaxis 32 Bảng 1: Bảng kết tính tốn thu nƣớc vào giếng 55 Bảng 2: Tính chất lý đất, đá mô Plaxis 56 Bảng 3: Thông số neo 57 Bảng 4: Thông số vữa 57 Bảng 5: Thông số bê tông 57 Bảng 6: Bảng kết tính tốn ổn định .66 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1: Biểu đồ quan hệ lƣợng mƣa mực nƣớc ngầm hố khoan QT4 [6] 30 Biểu đồ 2: Biểu đồ quan hệ lƣợng mƣa hố khoan quan trắc QT3 [6] .31 17 τ - ứng suất cắt mặt phá hoại lúc xảy phá hoại c’ - lực dính hiệu quả, khoảng chặn độ bền chống cắt ứng suất pháp hiệu 0; σa - ứng suất pháp tổng tác dụng lên mặt phá hoại; ua - áp lực khí lỗ rỗng lúc phá hoại; uw - áp lực nƣớc lỗ rỗng lúc phá hoại; υ’- góc ma sát hiệu quả; υb- góc biểu thị tốc độ tăng độ bền chống cắt có quan hệ với độ hút dính (u a - uw)f Biểu thức áp dụng đƣợc cho trƣờng hợp đất bão hịa đất khơng bão hịa Trƣờng hợp bão hịa suy cách cho áp lực khí lỗ rỗng (u a) áp lực nƣớc lỗ rỗng (uw) Nói cách khác, đất bão hịa có áp lực nƣớc rỗng dƣơng, đất khơng bão hịa có áp lực nƣớc lỗ rỗng âm liên quan với áp lực khí lỗ rỗng (hình 1.12) Hình 15: Sức chống cắt đất khơng bão hòa 1.2.3.2 Đường cong đặc trưng đất – nước Đƣờng cong đặc trƣng đất nƣớc (Soil Water Characteristic Curve, SWCC) thông số trung tâm học đất cho đất khơng bão hồ, dùng để xác định thơng số đất khơng bão hịa, có sức kháng cắt đất Nó khống chế đặc tính đất khơng bão hịa nhƣ hệ số thấm, cƣờng độ kháng cắt biến thiên thể tích đất Đây đƣờng cong biểu diễn quan hệ độ ẩm độ hút dính đất (Hình 1.13), xác định trực tiếp từ thí nghiệm phịng, ngồi trời xác định gián tiếp từ mơ hình tốn học thơng qua thơng số đất 18 Nhánh gi Nhánh tăng ảm ẩm ẩm Hình 16: Đƣờng cong đặc trƣng đất - nƣớc 1.3 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG BÃO HÕA ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC Bài toán thấm vấn đề quan trọng thiết kế thi cơng mái dốc đào Bài tốn thấm đƣợc chi ra: tốn thấm khơng áp tốn thấm có áp Dịng thấm qua mái dốc thuộc tốn thấm khơng áp Trong tốn thấm khơng áp, việc xác định vị trí đƣờng bão hòa lời giải quan trọng Đƣờng bão hòa biện phân cách hai vùng đất bão hòa đất khơng bão hịa nƣớc [4] Vấn đề ổn định mái dốc chịu ảnh hƣởng lớn từ dòng thấm - vị trí đƣờng bão hịa Tuy nhiên, việc xác định vị trí đƣờng bão hịa khơng đơn giản vấn đề đƣợc nghiên cứu nhiều nhiều nhà khoa học [4] Có số phƣơng pháp xác định vị trí đƣờng bão hịa nhƣ phƣơng pháp lƣới thấm, áp dụng lý thuyết Dupuit Tuy nhiên, phƣơng pháp áp dụng cho trƣờng hợp với điều kiện biên đơn giản, cơng trình thực tế thƣờng có điều kiện biên phức tạp nên thƣờng đƣợc giải phƣơng pháp số nhƣ phƣơng pháp sai phân hữu hạn, phƣơng pháp thể tích hữu hạn phƣơng pháp phần tử hữu hạn Thông thƣờng việc xác định hệ số thấm mái dốc đào thông qua việc lấy mẫu thí nghiệm phịng Tuy nhiên, tính phức tạp điều kiện địa chất thiếu xác tài liệu địa chất thu thập đƣợc nên việc xác định xác hệ số thấm việc khó khăn Điều dẫn đến khó khăn cho việc thiết kế cơng trình Trong nội dung luận văn, tác giả sử dụng phƣơng pháp PTHH xác định xác vị trí đƣờng bão hịa kết cho thấy hoàn toàn phù hợp với thực tế 19 1.4 PHẦN MỀM PLAXIS PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.4.1 Giới thiệu phần mềm Sự phát triển phần mềm Plaxis đƣợc từ năm 1987 Đại Học Công Nghệ Deelf - Hà Lan Phiên Plaxis V.l ban đầu lập nhằm mục đích phân tích tốn ổn định đê biển đê sông vùng bờ biển thấp Hà Lan Làm cầu nối kỹ sƣ địa kỹ thuật chuyên gia lý thuyết GS.R.B.J Brinkgreve P.A Vermeer khởi xƣớng [11] Đến năm 1993 công ty PLAXIS BV đƣợc thành lập từ năm 1998, phần mềm Plaxis đƣợc xây dựng theo mơ hình phần tử hữu hạn Hiện nay, phần mềm xem nhƣ gồm đầy đủ toán Địa kỹ thuật thƣờng gặp thực tế, thân thiện ngƣời dùng đƣợc nhiều nƣớc giới ƣa chuộng Từ 2000 - 2007, phần mềm Plaxis gồm mô đun sau: Hình 17: Sự phát triển phiên bảng phần mềm PLAXIS Trong đó, mơ đun Plaxis V.8 - 2D đƣợc ứng dụng để phân tích biến dạng ổn định toán địa kỹ thuật theo PTHH - 2D, trƣờng hợp đất bão hịa khơng bão hòa 1.4.2 Đặc trƣng vật liệu Plaxis Trong nội dung luận văn, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis phân tích ổn định mái dốc diện nhà máy thủy điện A Lƣới Dựa vào vật liệu gia cố địa chất theo mặt cắt diện nhà máy, luận văn trình bày mơ hình vật liệu gồm: mơ hình Morh Coulomb mơ vật liệu đất, mơ hình Jointed Rock mơ vật liệu đá mơ hình Linear elastic mơ vật liệu gia cố 1.4.2.1 Mơ hình Mohr - Coulomb(MC) Đối với lớp đất đá thơng thƣờng sử dụng mơ hình Morh - Coulomb mơ hình đàn dẻo lý tƣởng Trƣớc bị chảy dẻo (phá hoại), ứng xử vật liệu đàn hồi tuyến tính (E = constant) Sau ứng suất đạt tới mức phá hoại, ứng xử vật liệu dẻo lý tƣởng (chảy nhƣ nƣớc) Đƣờng ứng suất biến dạng gồm đoạn: đoạn đàn hồi tuyến tính từ gốc tọa độ với độ dốc E đoạn chảy dẻo đƣờng nằm ngang xuất phát từ chỗ bắt đầu chảy dẻo [11] 20 + Các thông số mô hình Mohr – Coulomb: E: Modun đàn hồi vật liệu (kN/m2); V : Hệ số Posion; υ: Góc ma sát (độ); C: Cƣờng độ kháng cắt vật liệu (kN/m2);  : góc giãn nở vật liệu (độ) + Ưu điểm - Mơ hình đơn giản, rõ ràng; - Tiếp cận sớm với ứng xử đất; - Phù hợp cho nhiều ứng dụng thực tế; - Ít số thông số rõ ràng + Nhƣợc điểm - Chƣa xét ảnh hƣởng 2 - Chƣa xét phụ thuộc trạng thái ứng suất đặc tính đàn hồi 1.4.2.2 Mơ hình Jointed Rock (JR) Đây mơ hình đàn - dẻo khơng đẳng hƣớng đặt biệt dùng để mô ứng xử lớp đá bao gồm xếp tầng địa chất nứt gảy trực tiếp đặt biệt đá Tính dẻo xuất lớn lực cắt trực tiếp (Shear planes) Mỗi mặt phẳng thể qua thông số riêng E c Đá nguyên vẹn khơng vết nứt đƣợc xét đến nhƣ có ứng xử đầy đủ tính đàn hồi với độ cứng E c Sự giảm đàn hồi đá đƣợc xác định thơng qua xếp tầng địa chất Các thơng số mơ hình Jointes Rock: - El : Moduli đàn hồi vật liệu (đá liền khối) (kN/m2); - vl : Hệ số Posion (đá liền khối); - E2: Modun đàn hồi vật liệu (mặt yếu) (kN/m2); - v2 : Hệ số Posion (mặt yếu); - G2: Modun đàn hồi cắt vật liệu (kN/m2); - υ: Góc ma sát (độ); - C : Lực dính vật liệu (kN/m2); - : góc giãn nở vật liệu (độ); 21 Hình 18: Mơ vật liệu đá - Mơ hình Jointed Rock 1.4.2.3 Mơ hình đàn hồi tuyến tính (Linear elastic) Mơ hình đàn hồi tuyến tính mơ hình tn theo định luật Hook đàn hồi tuyến tính đẳng hƣớng [11] Hình 19: Mơ vật liệu gia cố - Mơ hình Linear elastic Các thơng số đầu vào mơ hình gồm mơ đun đàn hồi E, hệ số Poison Hạn chế mơ hình đƣợc bộc lộ mô ứng xử đất nên mơ hình thƣờng đƣợc sử dụng chủ yếu mô khối kết cấu cứng đất Eref: Mođun đàn hồi vật liệu : hệ số Poison 22 1.4.3 Các bƣớc mơ hình hóa Plaxis Một tốn tính phần mềm Plaxis thƣờng gồm khối sau: Thiết lập mơ hình tốn: - Tên tốn: - Lựa chọn dạng mơ hình - Lựa chon phần tử tam giác 15 phút - Chọn đơn vị đo cho chiều dài, lực thời gian Lập mơ hình hình học cho mặt cắt tính tốn Gán điều kiện biên Gán đặc trƣng vật liệu Tạo lƣới phần tử Xác định điều kiện ban đầu Xác định giai đoạn tính tốn Tính tốn Hiển thị kết quả: - Xuất kết mong muốn - Vẽ biểu đồ, đồ thị 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Mất ổn định mái dốc đào vấn đề thƣờng gặp xây dựng cơng trình giao thơng, thủy điện đƣợc xây dựng vùng núi cao, có mái dốc lớn Các lực gây ổn định liên quan chủ yếu với trọng lực thấm, lực chống phá hoại (lực kháng 23 trƣợt) hình dạng mái dốc kết hợp với thân độ bền kháng cắt đất đá tạo nên Có bốn dạng ổn định mái dốc đào: sụt lở, trƣợt, trôi tƣợng đá đồ, đá lăn Để hạn chế tƣợng ổn định xảy mắt dốc đào, cần lƣu ý khảo sát, phân tích làm rõ điều kiện nguyên nhân gây nên tƣợng ổn định, đồng thời cần phải áp dụng đồng nhiều giải pháp kỹ thuật, có lƣu ý dảm bảo yêu cầu kỹ thuật, kinh tế, xã hội môi trƣờng, Chƣơng trình bày tóm tắt lý thuyết phân tích ổn định mái đốc dựa hai phƣơng pháp cân giới hạn (LEM) phần tử hữu hạn (FEM) Phân tích ổn định mái dốc theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn có ƣu điểm khơng cần dự kiến mặt trƣợt giả định, đồng thời kết phân tích cho phép xác định đƣợc trạng thái ứng suất, biến dạng điểm mái dốc Một nhiều phần mềm tính tốn ổn định mái dốc đƣợc xây dựng phƣơng pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis Đây phần mềm đƣợc tác giả sử dụng luận văn 24 CHƢƠNG LỊCH SỬ VÀ HIỆN TRẠNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI 2.1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN THỦY ĐIỆN A LƢỚI 2.1.1 Vị trí nhà máy: Nhà máy thủy điện A Lƣới (tổng vốn đầu tƣ 3.234 tỷ đồng) nằm sông A Sáp thuộc địa phận huyện A Lƣới tỉnh Thừa Thiên Huế, nằm cách trung tâm Thành phố Huế 70 km theo quốc lộ 49 hƣớng Tây, cách cửa Lao Bảo 70 km phía Nam theo đƣờng Trƣờng Sơn (quốc lộ 14) Hình 1: Vị trí cơng trình thủy điện A Lƣới Dự án dự án đa mục tiêu với mục đích nhƣ sau: - Phát điện, bổ sung công suất 170 MW cho mạng lƣới điện Quốc gia, với sản lƣợng điện trung bình hàng năm 686,5 triệu KWh - Xây dựng hồ chứa A Lƣới có tác dụng bổ sung dòng chảy cho dự án thủy điện Hƣơng Điền sông Cổ Bi - Hồ chứa A Lƣới cịn có tác động tốt cải tạo mơi trƣờng sinh thái xung quanh hồ Tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển du lịch địa phƣơng 2.1.2 Đặc điểm mái dốc Cơng trình thủy điện A Lƣới bao gồm hạng mục sau đây: Đập dâng đập tràn, kênh dẫn vào - cửa lấy nƣớc, đƣờng hầm dẫn nƣớc, nhà máy, kênh xả, trạm phân phối Nhà máy thủy diện A Lƣới gồm tổ máy, công xuất lắp máy 170MW, tuốc bin 25 gáo, nằm bờ phải suối nhánh đổ vào bờ trái sông Bồ có cao trình tự nhiên từ 78-90m Nhà máy nhà máy hở có cao trình đặt máy 67.0m, đáy hố móng nhà máy dự kiến cao trình - 60m (hình 2.2) Hình 2: Nhà máy thủy điện A Lƣới Hình 2.3 giới thiệu vị trí mặt nhà máy địa hình khu vực phạm vi xây dựng nhà máy Trong phạm vi đƣờng biên đảo mặt thi cơng hồn thành thi cơng xây dựng nhà máy mái dốc đảo nghiên cứu luận văn, nằm sau khu vực Nhà máy thuỷ điện A Lƣới thuộc xã Hồng Hạ, huyện A Lƣới, tỉnh Thừa Thiên Huế Theo thiết kế ban đầu phạm vi mái diện nhả máy tính từ cao độ 78,3m đến cao độ 147,5m Trong trình vận hành, thời điểm tháng năm 2014 mực nƣớc ngầm mái nhà máy tăng cao gây ổn định với tƣợng xuất tƣợng trƣợt trồi có khả tạo nên cung trƣợt lớn có khả trƣợt lỡ vùi lấp vào nhà máy vận hành, Đơn vị Tƣ vấn tiến hành thiết kế xử lý giải pháp đào giảm tải 2.1.3 Kết khảo sát địa chất Mặt cắt địa chất cơng trình hố móng nhà máy thủy điện theo tài liệu khoan thăm dò nằm phạm vi phân bố đá điorit phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn (PZ3bg-qsl) gồm lớp đất đá [6]: - Lớp phủ edQ+IA1 có chiều dầy từ 4-16m; 26 - Đới đá phong hóa mạnh IA2 có chiều dầy từ 2-3m; - Đới đá phong hóa IB có chiều dầy từ 4-10m; - Đới đá nứt nẻ IIA có cao trình bề mặt từ 60-72m Kết thí nghiệm tính chất lý đặc trƣng thấm lớp đất đá đƣợc cho Bảng 2.1, Bảng 2.2, Bảng 2.3 Bảng 2.4 (số liệu PBCC1 thí nghiệm cung cấp) Hình 3: Mặt nhà máy chƣa xảy tƣợng ổn định Bảng 1: Tổng hợp tiêu lý đá [6] Cƣờng độ kháng nén (KG/cm2) Cƣờng dộ kháng kéo (KG/cm2) Bão hồ Khơ Bão hồ Khơ Dung trọng (g/cm3) Tỷ trọng (g/cm3) Khơ Loại đá IB Hệ tầng Núi IIA Vu IIĐ Bảo hòa Môđun Modun biến đàn dạng x hồi x 10 103 KG/m2 KG/m2 2.82 2.78 2.79 568 498 54 47 224 316 2.82 2.79 2.80 844 774 82 74 423 486 Hệ tầng A IB 2.74 2.59 2.61 293 245 26 21 180 200 Vƣơng, IIA 2.76 1.72 2.73 635 584 57 51 360 410 Long Đại IIĐ 2.76 2.73 2.74 950 886 87 79 430 480 Đá xâm IB 2.75 2.62 2.64 368 316 33 27 480 500 27 nhập IIA 2.78 IIB 2.73 2.74 869 804 81 2.79 2.80 1211 1123 TT2 72 510 560 101 610 670 Xâm nhập 2.68 33 26 1.79 1.43 48 0.908 3.7 C (KG/cm2) Bão hịa υ(độ) C (KG/cm2) Tự nhiên Mơ đun biến dạng bão hòa Cƣờng độ chống cắt υ(độ) Hệ số thấm x 10-5 (cm/s) Hệ số rỗng Độ rỗng (%) Khô 17 Dung trọng (g/cm3) Tự nhiên 23 Độ ẩm tự nhiên Chỉ số dẻo Hệ 2.71 40 tầng Núi Vú Hệ tầng A 2.70 42 Vƣơng Giới hạn dẻo Giới hạn chảy Chỉ tiêu Atterbcrg Tỷ trọng Loại địa tầng Bảng 2: Tổng họp tiêu lý lớp phủ (edQ+IA1) [6] 22 0.23 20 0.21 100 24 0.19 21 0.20 120 24 18 29 1.79 1.39 49 0.952 3.0 23 0.24 21 0.20 120 19 14 23 1.80 1.47 30 0.775 4.0 25 0.24 22 0.21 120 Bảng 3: Đặc trung thấm đất phủ [6] Lớp Nguồn gốc edQ + IA1 Thành phần thạch học Hệ số thấm K,m/ngđ Á sét, sét lẫn dăm cục 0.2 Ghi Phát triển tất thành tạo đá gốc vùng Bảng 4: Đặc trƣng thấm đá gốc [6] Đới Tuyến đập Tuyến lƣợng phụ đới e-O1av,O3-S1lđ PR3-e1n2 paD1dl,PZ3bg-qs Vùng kiến tạo phong K, m/ngđ Lugeon K, m/ngđ Lugcon K, m/ngđ Lugcon hóa IA2 IB IIA 0.4 a (ngoài vùng) 0.3 b (trong vùng) 3.0 a