LỜI MỞ ĐẦU Huyện Krông Pa tỉnh Gia Lai huyện cịn nghèo nàn, lạc hậu, nguồn sống nhân dân sản xuất nông nghiệp sản xuất khơng ổn định, suất thấp khơng có nguồn tưới Do đó, việc đầu tư xây dựng hệ thống thuỷ lợi Hồ chứa IaM’la cần thiết để tạo điều kiện cho việc phát triển kinh tế dân sinh huyện, thực đường lối đại hố, cơng nghiệp hố phát triển nơng thơn, xố đói giảm nghèo, Hồ chứa nước IaM’la xây dựng có nhiệm vụ chủ yếu cung cấp nước tưới cho 5150 ha, cấp nước sinh hoạt cho khoảng 36000 dân, ngồi cịn phục vụ việc lợi dụng tổng hợp cơng trình như: cải tạo mơi trường sinh thái vùng, kết hợp giao thông thuỷ hay nuôi trồng thuỷ sản Theo quy hoạch tổng thể kinh tế - xã hội huyện KrôngPa tỉnh Gia Lai với mục tiêu nông nghiệp xác dịnh mặt trận hàng đầu việc đẩy mạnh phát triển kinh tế huyện, thuỷ lợi yếu tố Cơng trình sau xây dựng vào vận hành sử dụng giúp huyện KrôngPa thực mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội đặt Chương I Tổng quan cơng trình 1.1 Vị trí nhiệm vụ cơng trình 1.1.1 Vị trí địa lý Vùng dự án thuộc vùng lưu vực sông Mla, từ xã Mla đến xã Phú Cần (nơi sông Mla nhập vào sơng Ba), cách thành phố Plâyku 120km phía Đơng Nam, cách thị xã Tuy Hồ 65km phía Tây - Nam Toạ độ địa lý vùng dự án nằm khoảng: 1308’ đến 1318’ vĩ độ Bắc 10835’ đến 10852’ kinh độ Đơng 1.1.2 Thành phần cơng trình Hệ thống cơng trình đầu mối bao gồm hạng mục cơng trình sau: Đập đất ngăn sơng tạo thành hồ chứa Cơng trình tràn xả lũ xuống hạ lưu Cống ngầm lấy nước vào hệ thống tưới 1.1.3 Nhiệm vụ cơng trình Cơng trình đầu mối IaM 'la với nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 5150 ha, cấp nước sinh hoạt cho khoảng 36000 dân, ngồi cịn phục vụ việc lợi dụng tổng hợp cơng trình: ni trồng thuỷ sản, kết hợp giao thông thuỷ, cải tạo môi trường 1.2 Các điều kiện tự nhiên 1.2.1 Đặc trưng địa hình cơng trình đầu mối Cơng trình đầu mối IaM 'la xây dựng lưu vực sông IaM'la thượng nguồn núi cao từ 800m đến 1000m có độ dốc trung bình, với chiều dài suối từ km Vùng lịng hồ sơng cao độ 210m 183m vùng tuyến đập, độ dốc trung bình Lịng hồ có dạng thung lũng hẹp phẳng xen dãy núi cao Tính từ đập đất theo sơng M’la lịng hồ dài 2800m, rộng trung bình 1000m Địa hình khu vực hồ chứa gồm dạng : Dạng địa hình bào mịn dạng địa hình tích tụ Vùng tuyến cơng trình đầu mối nghiên cứu đoạn sơng hẹp, phía hạ lưu khoảng 400 m sơng uốn cong có ghềnh đá, hai bờ núi cao, tương đối dốc, cối thưa thớt Do địa hình sườn núi tương đối dốc nên đập đất ngắn khối lượng đất đá đào tràn lớn, việc bố trí đường quản lí khó khăn Tuyến đập: Từ điều kiện địa hình chọn vị trí xây dựng tuyến đập chỗ có núi thu hẹp, lịng sơng M’la tương đối thẳng thay đổi, chiều rộng khoảng 43m, cao độ đáy sông khoảng 183,5m Tuyến cống: Bên bờ phải thềm sơng có địa hình tương đối phẳng, đặt cống lấy nước bố trí mặt thi công cống Tuyến tràn xả lũ: Bên bờ trái sau phần thềm sông tương đối phẳng sườn núi tương đối dốc, có cao độ từ 200m 240m, đặt tràn xả lũ cao độ 202,9m Cách tuyến đập khoảng 500m phía hạ lưu khu đồi thấp sườn đồi tương đối phẳng, lại nằm bên đường thi cơng trục nên thuận lợi cho việc bố trí mặt thi cơng Địa hình khu tưới: Khu tưới cách tuyến đập khoảng km, dọc hai bên sơng M’la, có nhiều suối chảy vào sơng theo hướng vng góc, phân cắt khu tưới thành nhiều khu nhỏ, cộng với dãy đồi trọc bao bọc, nên địa hình khu tưới phức tạp Mặt đất dốc phía sơng, thường 3 15, lên cao dốc, cao độ từ 183m 118m Bảng 1-1:Quan hệ F ~ Z, W ~ Z tính đến tuyến cơng trình Z (m) 184.0 189.0 192.0 195.0 198.0 201.0 204.0 207.0 210.0 12.17 18.67 26.52 36.00 W (10 6m3) 0.29 F (10 4m2) 17.22 44.82 99.49 149.0 196.73 273.21 287.01 344.21 1.19 3.30 6.99 1.2.2 Đặc điểm địa chất: Hồ chứa nước IaM 'la bao bọc xung quanh dải núi cao > 300m, dày km Khu vực lòng hồ phân bố chủ yếu đá Granit, phần bao phủ trầm tích đại tầng phủ pha tàn tích với chiều dày trung bình từ 3m Đá gốc thuộc loại nứt nẻ Do hồ có khả giữ nước đến cao trình 206,9m Phần thượng lưu lịng hồ có sườn đồi với tầng phủ mỏng có chỗ lộ đá nên có khả xảy tượng sạt lở tái tạo bờ hồ Riêng khu vực thung lũng hẹp lòng hồ, sườn đồi có độ dốc vừa, phía bờ phải tầng phủ dày (5 8m) chủ yếu cát sét nhẹ chứa dăm sạn Vì vậy, dâng nước lòng hồ mái dốc bị bão hồ nước, với tác động sóng gió xảy tượng tái tạo lại bờ hồ Tại khu vực đầu mối vùng tuyến đập địa tầng tính chất địa chất cơng trình lớp đất từ xuống sau: - Lớp 1: Cát hạt thô chứa nhiều cuội sỏi đến hỗn hợp cát cuội sỏi màu xám, xám vàng, xám trắng, bão hoà nước, kết cấu chặt Nguồn gốc bồi tích, phân bố chủ yếu lịng sơng IaM 'la với chiều dày từ 4m Đây lớp thấm mạnh với hệ số thấm K = 5,30x10-2 7,90x10-2 cm/s - Lớp 4: Đất cát chứa nhiều dăm sạn đến hỗn hợp dăm sạn cát màu xám vàng, nâu đỏ Dăm sạn thành phần chủ yếu thạch anh, Granit phong hố, kích thước từ 10mm; hàm lượng từ 30 40% Đất ẩm, kết cấu chặt Nguồn gốc pha tàn tích Trong tầng đơi chỗ chứa tảng lăn Granit kích thước 0,5 1m, cứng Phân bố chủ yếu vai đập với chiều dày thay đổi từ 0,5 3m Đây lớp thấm vừa đến mạnh, với hệ số thấm K = 1,00x10-2 4,00x10-2 cm/s Đá gốc: Gồm loại chính: - Đá Granít màu xám trắng; phớt hồng; phong hố mạnh đá có màu nâu đỏ; phong hố vừa có màu xám vàng Đá có cấu tạo khối; kiến trúc nửa tự hình Thành phần khoáng vật chủ yếu Plagioclaz; thạch anh; felspat Kali; biotit; ngồi cịn có số thành phần khoáng vật phụ quặng Canxit, Apatit, Zircon Đá có tuổi Trias đến muộn thuộc hệ tầng Vân Canh, pha - Đá mạch Lamprophyr màu xám sẫm, xám đen, phong hố mạnh có màu xám nâu, phong hố vừa có màu xám xanh Đá có cấu tạo khối, kiến trúc ban Thành phần khoáng vật chủ yếu Plagiclaz; Clorit thứ sinh, Pyroxen, Sunphur, ngồi cịn có số khống chất phụ quặng khoáng vật màu, thuỷ tinh Đá có tuổi Trias đến muộn thuộc hệ tầng Vân Canh, pha Khi đá gốc bị phong hoá biến đổi mạnh mẽ, đá phong hố khơng từ xuống từ đá phong hố hồn tồn đến đá phong hố nhẹ tươi: - Đá phong hố hồn toàn gồm đất sét chứa dăm sạn màu xám vàng, xám xanh đất đôi chỗ lẫn mảnh đá chưa phong hoá hết Hàm lượng đất chiếm 70 80%, mảnh đá chiếm 30 20%; trạng thái thiên nhiên cứng, kết cấu chặt Trong nõn khoan đơi chỗ cịn giữ ngun hình dạng đá gốc chưa phong hoá hết Chiều dày đới phong hoá thay đổi từ > 20 m Đây lớp thấm yếu đến vừa với hệ số thấm K = 4,66x10-4 1,4x10-5 cm/s - Đá phong hoá mạnh bị biến đổi màu sắc, nõn khoai bị vỡ thành thỏi nhỏ đất sét chứa dăm sạn Đá mềm bở búa đập nhẹ dễ vỡ, chiều dày đới phong hoá thay đổi từ > 5m Đây lớp thấm yếu với hệ số thấm K = 3,3x10-5 4,4x10-5 cm/s - Đá phong hoá vừa, nứt nẻ mạnh; đá bị biến đổi màu sắc; tương đối cứng; búa đập mạnh vỡ Chiều dày đới phong hoá thay đổi từ đến >10m Đây lớp thấm yếu đến vừa với hệ số thấm K = 1,14x10 -3 6,8x10-4 cm/s lượng nước đơn vị q = 0,06 0,227 (l/ph.m.m) - Đá phong hoá nhẹ đến tươi; nứt nẻ; khe nứt kín, nõn khoan nguyên thỏi; cứng; búa đập mạnh vỡ Chiều dày đới phong hoá chưa xác định Đây lớp thấm yếu, có chỗ thấm vừa với lượng nước đơn vị q = 0,09 0,125 (l/ph.m.m) Địa chất tuyến đập: Vùng tuyến đập có phương vng góc với sơng M 'la, hai bên sườn dốc vừa ( = 10 15) Địa tầng gồm lớp: lớp 1, lớp 4, đá gốc granít, lamprophyr với đầy đủ đới đá phong hố hồn tồn đến nhẹ, tươi - Lớp phân bố lòng suối với chiều dày thay đổi từ 34m rộng 30m, lớp có độ bền kháng cắt (1= 34, C = 0) thấm mạnh(K = 5x10 -2 cm/s) - Lớp phân bố hai bên thềm sông vai đập chiều dày từ 0,5 3m, lớp có độ bền kháng cắt (1 = 19, C = 0,12 KG/cm2) thấm mạnh (K = 5x10-3 cm/s) - Bên lớp lớp lớp đá phong hố hồn tồn thành đất với chiều dày từ > 20m, lớp có độ bền kháng cắt trung bình (1=14, C = 0,16KG/cm2), tính lún mạnh; tính thấm yếu đến vừa (K = 1x10-4 cm/s) Nền đập khối thượng lưu đáy móng chân khay chống thấm đặt đới đá gốc phong hố hồn tồn Khối hạ lưu đặt trực tiếp lớp lớp Địa chất tuyến cống: Tuyến cống đặt bờ phải tuyến đập, móng cống đặt lớp đá phong hố vừa, lớp đá có độ ổn định độ bền cao, đảm bảo an toàn lâu dài Tuy nhiên, giai đoạn BVTC cần khoan thăm dò thêm phần đầu phần cuối cống để xác định xác bề mặt đá gốc Địa chất cơng trình tuyến tràn xả lũ: Tuyến tràn đặt bờ trái tuyến đập Địa tầng lớp đất đá tuyến tràn lớp đá gốc Granit với đầy đủ đới đá phong hoá hồn tồn đến nhẹ tươi Móng đặt đá Granit phong hoá vừa đá Granit phong hố nhẹ đến tươi, lớp đá có độ ổn định độ bền cao, đảm bảo an toàn ổn định lâu dài 1.2.3.Đặc điểm địa chất thuỷ văn: Trong khu vực nghiên cứu có loại nguồn nước nước mặt nước ngầm Nước mặt: Tồn sông M’la khe suối nhỏ Về mùa mưa nước thường đục có lượng phù sa lớn, mùa khô nước vàng nhạt, đục, khơng mùi vị, cặn lắng Nước mặt có quan hệ thuỷ lực với nước ngầm tầng phủ tàn tích khu vực nghiên cứu.Về mùa mưa , nước mặt nguồn cung cấp nước chủ yếu cho nước ngầm; mùa khơ ngược lại, nước ngầm cung cấp cho nước mặt Mực nước thành phần hoá học nước mặt thay đổi theo mùa Nước ngầm: Bao gồm: - Nước ngầm bồi tích tầng phủ pha tàn tích phong hố hồn tồn đá gốc, phân bố độ sâu 6m kể từ mặt đất, nước vàng nhạt, đục, cặn lắng Nguồn cung cấp chủ yếu nước mưa, mùa khô thường cạn kiệt thường xuất lộ ranh giới tầng phủ đá gốc - Nước ngầm khe nứt đá gốc: Là loại nước ngầm chủ yếu khu vực nghiên cứu, mực nước ngầm xuất độ sâu từ 10m, nước vàng nhạt, đục, cặn lắng Nguồn cung cấp chủ yếu nước mưa nước mặt vào mùa mưa; mùa khô nguồn cấp nước chủ yếu cho nước sơng Nhìn chung, nước tập trung khe nứt nên nguồn nước nghèo nàn Mực nước thành phần hoá học nước ngầm thay đổi theo mùa Nước ngầm nước mặt khu vực nghiên cứu có tính ăn mịn khử kiềm 1.2.4.Vật liệu xây dựng a Đất Vị trí - trữ lượng: Tiến hành khảo sát mỏ vật liệu đất xây dựng cho khu vực đầu mối (kí hiệu VL4, VL5, VL6) Mỏ VL6 nằm khu vực lòng hồ, mỏ VL4 VL5 phân bố hạ lưu tuyến đập khu vực có dân cư, đặc biệt mỏ VL5 nằm khu vực đông dân cư Các tiêu lý vật liệu: Mỏ VL 4: - Lớp 2: Đất sét nặng đến trung màu xám nâu nhạt, đất ẩm vừa, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa.Nguồn gốc bồi tích, khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0,5 1,5m - Lớp 4: Đất cát chứa nhiều dăm sạn đến hỗn hợp dăm sạn cát màu xám vàng, nâu đỏ Đất ẩm, kết cấu chặt Nguồn gốc pha tàn tích Khơng khai thác làm VLXD - Lớp 5: Đất sét nặng có chỗ sét trung màu xám nâu đất ẩm, nửa cứng đến cứng , kết cấu chặt vừa Nguồn gốc tàn tích Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 2m Mỏ VL 5: - Lớp 2: Đất sét nặng đến trung màu xám nâu nhạt, đất ẩm vừa, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa Nguồn gốc bồi tích, khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0.5 1m - Lớp 5: Đất sét nặng có chỗ sét trung màu xám nâu đất ẩm, nửa cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa Nguồn gốc tàn tích Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0,4 1,5m - Đá granit phong hố hồn tồn gồm đất sét chứa dăm sạn màu xám vàng, xám xanh, đơi chỗ lẫn mảnh đá chưa phong hố hết; trạng thái thiên nhiên đất cứng, kết cấu chặt Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng Mỏ VL 6: - Lớp 5: Đất sét nặng có chỗ set trung màu xám nâu đất ẩm, nửa cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa Nguồn gốc tàn tích Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0,4 1,5m - Đá Granit phong hố hồn tồn gồm đất sét chứa dăm sạn màu xám vàng, xám xanh, đôi chỗ lẫn mảnh đá chưa phong hoá hết; trạng thái thiên nhiên đất cứng, kết cấu chặt Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng Vật liệu xây dựng có tính trương nở, co ngót tan rã học Đây đặc tính bất lợi vật liệu đất đắp đập Trong khu vực gần đập khơng có nguồn thay cần tiến hành biện pháp để hạn chế tác hại tính chất đặc biệt đất vật liệu như: Tránh cho khối đất tiếp xúc trực tiếp với nước phải có khối gia tải bảo đảm chống áp lực trương nở đất Do lớp mỏ VL có tính co ngót mạnh, tính trương nở mạnh (41,2%), áp lực trương nở lên tới 0,86 KG/cm2, nên không dùng lớp mỏ VL để đắp đập Sử dụng lớp mỏ VL lớp mỏ VL làm lõi chống thấm Khai thác lớp mỏ VL5 làm khối thượng lưu, lớp mỏ VL5 làm khối hạ lưu Tại khối thượng lưu lớp mỏ VL có tính tan rã mạnh tính trương nở tương đối mạnh nên cần đắp lớp bảo vệ phía trước (ngay sau lớp đá xây thượng lưu) Lớp bảo vệ khai thác lớp 4, lớp đá phong hoá mạnh đến vừa đào móng, đập, tràn, cống Do vật liệu đắp khối thượng lưu hạ lưu đập khai thác từ lớp mỏ VL 5, nên cần khai thác lớp mỏ VL trước để đắp lõi đập, sau khai thác lớp từ mỏ VL VL Mỏ VL khu vực tập trung dân cư xã IaM'la nên cần khoanh vùng khai thác hợp lý để giảm thiểu đền bù b Vật liệu cát cuội sỏi Vị trí trữ lượng: Mỏ cát sỏi VLC VLC nằm sông M’la cách tuyến đập khoảng 4,5km Đây mỏ cát sỏi nhân dân khai thác sử dụng cho việc xây dựng nhà cửa cơng trình xây dựng phúc lợi Các tiêu lý vật liệu: Mỏ vật liệu cát sỏi VLC 1: - Lớp 1: Cát cuội sỏi màu xám trắng, xám vàng, bão hoà nước; kết cấu chặt vừa, cát thạch anh hạt vừa đến thô chiếm hàm lượng 75 100%; cuội sỏi trịn cạnh kích thước từ 100 mm; chiếm hàm lượng 25 0% Nguồn gốc bồi tích Khai thác làm vật liệu cát sỏi chiều dày trung bình từ 2m Mỏ vật liệu cát sỏi VLC 2: - Lớp 1: Cát cuội sỏi màu xám trắng, xám vàng, bão hoà nước; kết cấu chặt vừa, cát thạch anh hạt vừa đến thô chiếm hàm lượng 70 95%; cuội sỏi trịn cạnh kích thước từ 100 mm; chiếm hàm lượng 30 5% Nguồn gốc bồi tích Khai thác làm vật liệu cát sỏi chiều dày trung bình từ 1,3 2,5m c Đánh giá khả khai thác: - Khối lượng khảo sát vật liệu cát đủ đạt chất lượng so với yêu cầu - Trữ lượng thăm dị sỏi khơng đạt yêu cầu nên vật liệu sỏi phải thay đá dăm môi trường đồng nhất, đẳng hướng, hệ số thấm k số: kx =ky=k=const Công thức trở thành: Vx=-k Vy=-k Khi miền thấm khơng có điểm cấp nước khơng có điểm nước, dịng chảy thoả mãn phương trình liên tục: h= +Phương pháp giải: Công cụ thường dùng hàm giải tích biến phức z=x+i.y Yêu cầu toán xác định miền thấm: h= h(x,y) vị phức: i Với: : Hàm cột nước Hàm dòng Đây hàm điều hồ Chúng thoả mãn điều kiện biên Cơsi: Phương pháp học chất lỏng giải số tốn đơn giản, bị hạn chế sử dụng thực tế Ø Phương pháp thuỷ lực: Phương pháp thuỷ lực sử dụng sớm để nghiên cứu dòng chảy nước ngầm Phương pháp sử dụng định luật Darcy, từ mối quan hệ vận tốc thấm gradien thấm J : v=k.J Sau nhà khoa học nghiên cứu đưa công thức xác định lưu lượng phương pháp khác Hiện nay, phương pháp thay mái thượng lưu nghiêng mái thượng lưu thẳng đứng hay thay nêm tam giác thượng lưu hình chữ nhật tương đương đảm bảo lưu lượng thấm qua đập thực lưu lượng thấm qua đập biến đổi nghiên cứu ứng dụng rộng rãi việc tính tốn thấm đập phương pháp thuỷ lực Tuy nhiên, phương pháp thuỷ lực đạt đến việc tìm biên tự toán thấm, chưa xác định yếu tố dòng chảy miền thấm nhằm phục vụ cho cơng tác thiết kế để tìm mặt cắt tối ưu đập b Các phương pháp mô hình vật lý: Trong phịng thí nghiệm thực tế sản xuất người ta dùng nhiều loại mơ hình thiết bị khác để giải tốn thấm Gồm phương pháp thí nghiệm điển hình sau: -Phương pháp tương tự Darcy- Poison -Phương pháp thí nghiệm máng kính mơ hình cát -Phương pháp mơ hình thuỷ lực -Phương pháp tương tự điện thuỷ động lực học Trong phương pháp phương pháp tương tự điện thuỷ động lực học sử dụng rộng rãi tính xác đơn giản Cơ sở phương pháp : Phương pháp dựa tương tự phương trình chuyển động dịng thấm mơi trường xốp với dịng điện mơi trường dẫn điện, hai phương trình vi phân có dạng Laplat với điều kiện biên tương tự Ưu điểm : Phương pháp đơn giản, rõ ràng, cho phép vẽ lưới thấm sở xác định yếu tố dịng thấm ổn định chống trượt Có thể giải trường hợp đất không đồng chất, không đẳng hướng gồm nhiều lớp đất thấm nước khác Nhược điểm: Phương pháp cịn có số nhược điểm cho Gradien thấm trung bình mắt lưới; muốn khái quát kết thu cần phải kết hợp với phương pháp đại số c Các phương pháp số: Phương pháp số kết hợp phương pháp lí thuyết với máy tính điện tử để mơ hình hóa thơng số tốn thấm Các phương pháp số thông dụng phương pháp sai phân hữu hạn phương pháp phần tử hữu hạn Ø Phương pháp sai phân hữu hạn : -Miền thấm chia thành hình chữ nhật có kích thước u bng (hỡnh v) sơđồ l i sai ph©n x y+b x-a x,y y x+a,y x y-b Các đại lượng vi phân dh, dx, dy chuyển thành đại lượng sai phân tương ứng h, x, y Những đạo hàm riêng cấp cấp hai : , , chuyển sang tỷ sai phân dựa vào công thức sau: , Trong x, y toạ độ điểm nút cần xét thuộc lưới Việc tìm nghiệm phương trình h=0 chuyển thành việc giải hệ phương trình đại số tuyến tính để tìm giá trị h(x,y) điểm nút -Phương pháp sai phân có ưu điểm đơn giản dùng để giải tốn thấm có mặt thống nhược điểm kĩ thuật chia lưới (miền thấm chia thành hình chữ nhật có kích thước nhau) độ xác khơng cao khu vực hạ lưu miền thấm Ø Phương pháp phần tử hữu hạn : -Phương pháp phần tử hữu hạn coi miền thấm gồm tập hợp miền gọi phần tử, phần tử tam diện, tứ diện, ngũ diện, bát diện nối với điểm nút y k i j x -Trong toán thấm phẳng, ổn định, phân bố cột nước H đỉnh i, j, k phân tố tam giác biểu thị dạng ma trận: Trong : Nm(m=i,j,k) hàm phụ thuộc vào toạ độ điểm xét(x,y) Theo ngun lí biến phân, việc tìm nghiệm tốn thấm cho hồn tồn tương ứng với việc làm cực tiểu phiếm hàm: L(H)= với p phân tố chia miền với : diện tích phân tố Giải hệ phương trình đại số: =0 Nghiệm phương trình thu cột nước điểm nút phần tử -Ưu điểm : Phương pháp giải tốn thấm có hình dạng miền thấm bất kì, khơng đồng nhất, dị hướng, điều kiện biên phức tạp cột nước, lưu tốc thấm, lưu lượng phân bố, +Từ cột nước điểm nút phần tử, ta tìm tất yếu tố khác: lưu tốc, gradien thấm phần tử, lưu lượng thấm qua mặt cắt Kích thước phần tử tuỳ ý chọn -Nhược điểm: Khối lượng tính tốn lớn, khơng thể tính thủ cơng mà phải lập trình để tính 7.2.3 Lựa chọn phương pháp tính thấm: Như vậy, có nhiều phương pháp tính thấm khác Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm riêng Phương pháp thường sử dụng cơng tác thiết kế tính tốn kiểm tra thấm phương pháp thủy lực Phương pháp nói chung đơn giản, lời giải sơ đồ tính theo phương pháp dựa lời giải toán bản: thấm qua khối đất hình chữ nhật có đáy nằm ngang Tuy nhiên, q trình giải có nhiều giả thiết nên kết tính tốn cịn bị hạn chế mức độ xác Phương pháp học chất lỏng giải số toán đơn giản, chưa xác định yếu tố dòng thấm miền thấm phục vụ cho việc tìm mặt cắt hợp lí đập sử dụng rộng rãi thực tế Phương pháp thí nghiệm có ưu điểm thể điều kiện thực tế ,đơn giản rõ ràng áp dụng với trường hợp đơn giản, với trường hợp phức tạp tốn xác Phương pháp số phương pháp biến đổi giải trực tiếp từ phương trình vi phân Phương pháp giải với sơ đồ tổng quát cho lời giải tương đối xác với giả thiết sát thực tế, khối lượng tính tốn phương pháp lớn khơng thể dùng tính tốn thủ cơng mà phải sử dụng cơng cụ máy tính để xử lý số liệu Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp sử dụng phổ biến đặc tính ưu việt Nó cho phép giải toán thấm với nhiều loại vật liệu khác với hệ số thấm khác nhau, đường bao giới hạn miền thấm cho phép có hình dạng đặc biệt biên tốn cho nhiều dạng như: biên cột nước, biên lưu tốc điểm khác miền thấm Tính ưu việt phương pháp thể chỗ :kết phương pháp giới hạn thực miền thấm thơng số dịng thấm (lưu tốc, gradien thấm, cột nước thấm) vùng nhỏ miền thấm 7.3 Giải toán phương pháp phần tử hữu hạn : 7.3.1 Thuật toán giải toán thấm phương pháp phần tử hữu hạn: Phương trình liên tục viết cho tốn lý thuyết thấm hai chiều ổn định có dạng: + =0 Trong : Kx, Ky hệ số thấm theo hai hướng trực giao x, y phụ thuộc vào toạ độ điểm miền thấm Trong phần tử xem Kx=const, Ky=const + =0 Bỏ qua trình bay bề mặt Các điều kiện biên sau: -Biên Điricle S1: =H(x,y) -Biên Neiman S2: Với toán thấm ổn định, đại lượng: Do phiếm hàm cần tìm cực tiểu có dạng: Khơng gian khảo sát toán hai chiều đặt hệ toạ độ phẳng Đề xoy chia thành phần tử nhỏ dạng tam giác nối với điểm nút Coi gần quy luật biến thiên giá trị H(x,y) phần tử dạng đa thức bậc H=a1+a2x+a3y y k i j x Hàm H phải thoả mãn điều kiện biên phần tử Với phần tử có nút thuộc biên S1 phải thoả mãn biên Diricle Tại nút i, j, k, H phải nhận giá trị tương ứng: Hi=a1+a2xi+a3yi Hj=a1+a2xj+a3yj Hk=a1+a2xk+a3yk Giải hệ ta xác định thơng số hình học phần tử a1=iHi+jHj+kHk a2=iHi+jHj+kHk a3=iHi+jHj+kHk Trong đó: với i=1,2,3 j=2,3,1; k=3,2,1 2S= xi(yj-yx)+xj(yk-yj)+xk(yj-yj) Hàm H có dạng sau: H=(i+ix+iy)Hi+(j+jx+jy)Hj+(k+kx+ky)Hk Đặt Ni=i+ix+iy Nj=j+jx+jy (*) Nk=k+kx+ky Được cho dạng ma trận: H=[N] {H}e {H}e={Hi Hj Hk }t (**) [N]=[Ni Nj Nk] Lấy đạo hàm (*) (**) theo x ,y: L= Thực phép tính biến phân ta có: = Do giá trị khơng phụ thuộc vào hàm dấu tích phân nên dễ dàng thực phép tính biến phân Đặt [k]=[kii kij kik] kij =S(kxij +kyij) Tiến hành tương tự thực biến phân nút Hj,Hk tổng hợp lại ta có hệ phương trình biểu diễn điều kiện cực tiểu hàm thử H phần tử e xét [K]e {H}e=0 Với Knm=S(kxnm+kynm) Phương trình viết cho phần tử khơng thuộc biên Với phần tử có biên Diricle hàm {H}e nhận giá trị tương ứng Biên Neiman tự thoả mãn Sau tiến hành thiết lập cực tiểu cho phiếm hàm L chung cho toàn miền khảo sát tổng thành phần tương ứng với điều kiện cực tiểu nút phần tử Ta lập hệ phương trình đại số xác định điều kiện cực tiểu phiếm hàm toàn miền khảo sát [K] {H}={R} Trong đó: [K] có vai trị ma trận cứng hệ {R} có vai trị vécto tải hệ [K]= với Ne: số phần tử miền xét [R]= 7.3.2 Lựa chọn phần mềm tính thấm: Trong phần mềm tính tốn thấm sử dụng cho thiết kế cơng trình thuỷ lợi phần mềm SEEP/W sử dụng phổ biến Seep/W phần mềm nằm phần mềm GEOSLOPE Nó phần mềm có giao diện đồ hoạ, dùng để mơ hình hố chuyển động nước phân bố áp lực nước lỗ rỗng môi trường đất đá theo PTHH Phần mềm có độ tin cậy cao, giao diện người máy thuận tiện, tự động hoá chia phần tử giúp người sử dụng giảm khối lượng công tác vào số liệu Những kết qủa SEEP/W đưa giúp ta quan sát chân thực hình ảnh dịng thấm 7.3.3.Các bước cụ thể : Các trường hợp tính tốn: Tính thấm cho mặt cắt lịng sơng ứng với trường hợp: - Trường hợp 1: Mực nước thượng lưu MNDBT, mực nước hạ lưu MNmin - Trường hợp 2: Mực nước thượng lưu MNDGC, mực nước hạ lưu MNmax Các tiêu hệ số thấm: -Khai báo hàm thấm ứng với khối đất đắp đập: Khối gia tải phía thượng lưu:đất đá hỗn hợp :k=10-2(cm/s) Khối đất thượng lưu đập: đất đắp lớp 6: k=5.10-4(cm/s) Khối đất tường lõi : đất đắp lớp 2: k=3.10-5(cm/s) Khối đất hạ lưu đập: đất đắp lớp 5: k=1.10-4(cm/s) Đất lớp 1: k=5.10-2(cm/s) -Khai báo điều kiện biên: +Biên thượng lưu: Là biên thấm nước kéo dài từ mép nước thượng lưu đến chân mái thượng lưu , cột nước thấm thay đổi tuỳ theo trường hợp tính tốn +Biên hạ lưu: Dùng hình thức nước hạ lưu hình thức áp mái Do đập nhiều khối có thiết bị nước ống khói (được làm vật liệu cát) đặt hạ lưu tường lõi nên dòng thấm qua tường lõi theo ống khói nước dẫn nước hạ lưu đảm bảo khối đất đắp phía hạ lưu đập đất khơng bị tiếp xúc với nước Do khai báo cột nước hạ lưu ta khai báo cho đường ứng với MNHL ( hình vẽ) Trường hợp 1: Mực nước thượng lưu MNDBT, mực nước hạ lưu MNmin - Trường hợp 2: Mực nước thượng lưu MNDGC, mực nước hạ lưu MNmax Như vậy, theo kết tính thấm phần mềm Seep/W ta xác định giá trị lưu lượng q Jramax sau: -Trường hợp 1: MNDBT=206,9m MNHL =184m q =1,05.10-5(m2/s) Jramax =2,4 - Trường hợp 2: MNDGC=210,19m MNHL =190,44m q =1,26.10-5(m2/s) Jramax =2,2 Theo phương pháp thuỷ lực ta có kết sau: -Trường hợp 1: MNDBT=206,9m MNHL =184m q =5,85.10-6(m2/s) - Trường hợp 2: MNDGC=210,19m MNHL =190,44m q =5,67.10-6(m2/s) Từ kết qủa ta thấy tính thấm phần mềm Seep/W phản ánh xác điều kiện làm việc thực tế đập so với phương pháp thuỷ lực khai báo hệ số thấm cho nhiều khối đập, việc tính tốn xử lý dựa phương pháp PTHH lập trình để máy tính tốn nên tính xác cao Theo quy phạm “Nền cơng trình thuỷ cơng”TCVN4253-86, đất đắp lõi đập đất ásét nên tra bảng ta giá trị tính tốn gradient tới hạn cục cột nước vùng dòng thấm thoát hạ lưu [Jra]=0,65 Ta thấy [Jra]max=2,4>0,65 ta phải thiết kế lớp cát ống khói có cấp phối hạt chiều dày cần thiết để đảm bảo chống xói đất biên dòng thấm 7.4 thiết kế tầng lọc ngược: Thiết kế tầng lọc ngược theo tiêu chuẩn nước phát triển Nguyên tắc thiết kế tầng lọc ngược đảm bảo điều kiện sau: a Đất bảo vệ không bị trôi vào lớp lọc, vật liệu lớp hạt nhỏ không bị trôi vào kẽ hở lớp hạt lớn: Trong đó: D : Đường kính hạt lớp hạt lớn d: Đường kính hạt lớp hạt nhỏ liền kề Các số 15,50,85 tương ứng số phần trăm trọng lượng mẫu bị lọt xuống mắt sàng xét b Đảm bảo khả nước thấm: Trong đó: D: Đường kính lớp hạt lớn d:Đường kính hạt lớp hạt nhỏ liền kề c Vật liệu lớp lọc có cấp phối hợp lí, đảm bảo khơng bị phân tầng, tách lớp vận chuyển có khả nén chặt tốt: d Chỉ cần thiết kế lọc lớp D85 lớn lần đường kính lỗ nước bêtơng kẽ hở lớn viên đá lát Ta thiết kế tầng lọc ngược biên thoát nước đập( mái hạ lưu tường lõi) Do tường lõi đắp lớp vật liệu đất đắp lớp nên ta cần thiết kế lớp cát lọc sau tường lõi hạ lưu Theo bảng thống kê số cát sỏi mỏ cát sỏi khu vực ta chọn vật liệu làm tầng lọc ngược cát mỏ vật liệu Cát mỏ vật liệu có thơng số sau: - Hệ số khơng đồng =5.8 - D15=0.3mm - D85=3.8mm Trong đó: D: Đường kính hạt cát lớp lọc d: Kích thước hạt đất cần bảo vệ Từ tiêu lý đất vật liệu lớp tường lõi ta xác định thông số sau: - d15=0.003mm - d85= 1mm Kiểm tra vật liệu chọn: Ta có: Vậy tầng lọc ngược thiết kế thoả mãn yêu cầu Do chiều dày lớp lọc tính theo lí thuyết thường nhỏ Vì thiết kế quy định chiều dày tối thiểu theo hình thức điều kiện thi cơng Trong trường hợp để đảm bảo thoát nước tốt ta chọn chiều dày lớp cát lọc trung bình 1,6m, có hình dạng mơ tả hình vẽ MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH 1.1 Vị trí nhiệm vụ cơng trình 1.2 Các điều kiện tự nhiên 1.3 Điều kiện dân sinh kinh tế nhu cầu dùng nước 1.4 Cấp cơng trình tiêu thiết kế Chương II: TÍNH TỐN THỦY LỢI 2.1 Lựa chọn vùng tuyến xây dựng công trình 2.2 Tính tốn mực nước chết hồ 2.3 Xác định mực nước dâng bình thường dung tích hồ Chương III: TÍNH TỐN CHỌN PHƯƠNG ÁN 3.1 Bố trí tổng thể cơng trình đầu mối 3.2 Tính tốn điều tiết lũ 3.3 Thiết kế sơ đập dâng 3.4 Thiết kế sơ đường tràn 3.5 Tính tốn khối lượng -chọn phương án Chương IV: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN 4.1 Bố trí chung đường tràn 4.2 Tính tốn thuỷ lực đường tràn 4.3 Chọn cấu tạo phận tràn 4.4 Tính tốn ổn định phận tràn Chương V: THIẾT KẾ ĐẬP CHÍNH 5.1 Các kích thước đập 5.2 Tính tốn thấm qua đập đất 5.3 Tính tốn ổn định mái đập 5.4 Chọn cấu tạo đập Chương VI: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 6.1 Bố trí cống 6.2 Thiết kế kênh hạ lưu 6.3 Tính tốn tiêu sau cống 6.4 Chọn cấu tạo cống Chương VII: CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT TÍNH THẤM VÀ XỬ LÝ THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN 7.1 Giới thiệu chung 7.2 Phương pháp Tính tốn thấm 7.3 Giải toán phương pháp phần tử hữu hạn 7.4 Thiết kế tầng lọc ngược ... trồng vùng dự án không ổn định, đời sống nhân dân vơ khó khăn Vì vậy, việc đầu tư xây dựng hệ thống thuỷ lợi Hồ chứa IaM''la cần thiết để tạo điều kiện phát triển kinh tế dân sinh huyện, thực đường... tích chứa nước hồ chứa tính cách luỹ tích cột 11 khơng vượt q dung tích hồ - Cột 14: Dung tích xả nước ( dung tích thừa hồ chứa tích đủ nước) - Do hồ chứa điều tiết lần nên dung tích hiệu dụng hồ. .. tải trọng đặc biệt - Hệ số tin cậy: kn = 1,15 - Hệ số điều kiện làm việc: m = Chương Tính tốn thuỷ lợi 2.1 Lựa chọn vùng tuyến xây dựng cơng trình 2.1.1 Đề xuất phương án: Dựa vào điều kiện