BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO NGỌC TOÀN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM QUA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MÔ HÌNH KHÔNG GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 B[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO NGỌC TOÀN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM QUA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MƠ HÌNH KHƠNG GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO NGỌC TỒN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM QUA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MƠ HÌNH KHƠNG GIAN Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Quang Hùng NINH THUẬN, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trích dẫn, kết nghiên cứu Luận văn trung thực, chưa người công bố cơng trình khác HỌC VIÊN Đào Ngọc Tồn i LỜI CÁM ƠN Trong suốt q trình học tập làm luận văn, nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, nỗ lực cố gắng học tập, nghiên cứu tìm tịi, tích lũy kinh nghiệm thực tế thân đến đề tài “Phân tích, đánh giá thấm qua đập vật liệu địa phương theo mơ hình khơng gian” tác giả hồn thành thời hạn quy định Trong khn khổ hạn chế luận văn, tác giả làm rõ tồn môi trường thấm dị hướng, ảnh hưởng thấm dị hướng đến an toàn, ổn định đập đất Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo cán cơng nhân viên Phịng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện đào tạo & Khoa học ứng dụng miền Trung – nơi tác giả cơng tác; gia đình, bạn bè & đồng nghiệp động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn thời hạn Do hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả cịn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Ninh Thuận, tháng 11 năm 2017 HỌC VIÊN ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương Việt Nam 1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương miền Trung 1.3 Các vấn đề kỹ thuật đập vật liệu địa phương Miền Trung 1.3.1 Hiện trạng đập vật liệu địa phương miền Trung 1.3.2 Nguyên nhân cố an toàn đập 12 1.3.3 Giải pháp khắc phục cố an toàn đập 15 1.4 Kết luận chương .27 CHƯƠNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THẤM 28 Cơ sở lí thuyết thấm 28 2.1.1 Khái niệm chung .28 2.1.2 Nguyên nhân gây thấm 29 2.1.3 Các loại dòng thấm 30 2.1.4 Định luật thấm .35 2.2 Các phương pháp tính tốn thấm .37 2.2.1 Phương pháp học chất lỏng 37 2.2.2 Phương pháp thủy lực .38 2.2.3 Phương pháp số: 39 2.3 Cơ sở lý thuyết thuyết thấm theo phương pháp phần tử hứu hạn (FEM) 44 2.3.1 Phương trình 44 2.3.2 Giải toán 46 2.3.3 Trình tự bước giải .53 2.4 Cơ sở áp dụng lý thuyết nhiệt phân tích thấm [13] 54 2.4.1 Giới thiệu phân tích nhiệt ANSYS 54 2.4.2 Nguyên lý phân tích nhiệt .55 iii 2.4.3 Lý luận cơng phân tích nhiệt áp dụng tính tốn thấm ổn định 56 2.4.4 Cơng phân tích nhiệt ổn định áp dụng cho phân tích thấm đập vật liệu địa phương 58 2.5 Kết luận chương .60 CHƯƠNG 3.1 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM THEO MƠ HÌNH KHƠNG GIAN 61 Giới thiệu phần mềm áp dụng .61 3.1.1 Giới thiệu phần mềm tính tốn GeoStudio .61 3.1.2 Giới thiệu phần mềm ansys [14] 62 3.2 Phương án tính tốn 63 3.3 Xây dựng mơ hình tính tốn 65 3.3.1 Thơng số hình học .65 3.3.2 Thiết lập mơ hình tốn: .66 3.4 Kết tính tốn 69 3.4.1 Bài toán phẳng 69 3.4.2 Bài tốn khơng gian 71 3.5 Phân tích kết tính tốn .78 3.5.1 Tổng lưu lượng thấm qua đập 78 3.5.2 Lưu lương mặt cắt lịng sơng 79 3.6 Kết luận 83 KẾT LUÂN, KIẾN NGHỊ .84 PHỤ LỤC 88 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Tỷ lệ loại hồ chứa thủy lợi Việt Nam thể theo biểu đồ Hình 1-2 Đập hồ chứa nước Sơng Quao – Bình Thuận Hình 1-3 Đập hồ chứa nước Sơng Sắt – NinhThuận .5 Hình 1-4 Đập hồ chứa Cửa Đạt- Thanh Hóa Hình 1-5 Sự cố tràn đập Hố Hô (4/10/2010) 10 Hình 1-6 Sự cố sạt lở mái sau lũ 10 Hình 1-7 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [3] 11 Hình 1-8 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [4] 11 Hình 1-9 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [5] 11 Hình 1-10 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm kết hợp sân phủ đất có hệ số thấm nhỏ 16 Hình 1-11 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm vải địa kỹ thuật (Bentomat) – Cơng trình Hồ chứa nước Sơng Biêu, Ninh Thuận 18 Hình 1-12 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bê tơng – Cơng trình Hồ chứa suối nước ngọt, Ninh Thuận 19 Hình 1-13 Giải pháp chống thấm tường nghiêng, chân thượng lưu .19 Hình 1-14 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường nghiêng chân 21 Hình 1-15 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường lõi + chân 22 Hình 1-16 Thi cơng cừ BTCT ứng suất trước .22 Hình 1-17 Khoan xử lý 23 Hình 1-18 Sơ đồ nguyên lý Công nghệ Jet-grouting .24 Hình 1-19 Mặt cắt ngang đập nhiều khối, chống thấm hào bentonite (Hồ chứa nước Ia M’Láh, Gia Lai) .26 Hình 1-20 Thi cơng tường hào bentonite 27 Hình 2-1 Sơ đồ thấm không gian đập đất .34 Hình 2-2 Sơ đồ thấm quanh bờ 34 Hình 2-3 Hiện tượng thấm quanh bờ đập đất 35 Hình 2-4 Sơ đồ lưới sai phân 39 Hình 2-5 Sơ đồ phần tử hữu hạn 41 Hình 2-6 Sơ đồ điều kiện biên tính tốn thấm qua đập đất 45 Hình 2-7 Phần tử tam giác phẳng 46 Hình 2-8 Xử lý điều kiện biên .51 Hình 2-9 Xử lý tự động “ép”, “giãn” lưới phần tử, xác định đường bão hịa 52 Hình PL 3-1 LLT qua MC đập trường hợp - H=5m Hình PL 3-2 LLT qua MC đập trường hợp - H=7,5m Hình PL 3-3 LLT qua MC đập trường hợp - H=10m v 89 89 89 Hình PL 3-4 LLT qua MC đập trường hợp - H=30m Hình PL 3-5 Cột nước tổng trường hợp – H=5m Hình PL 3-6 Cột nước áp lực trường hợp – H=5m Hình PL 3-7 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp – H=5m Hình PL 3-8 Cột nước tổng trường hợp – H=7,5m Hình PL 3-9 Cột nước áp lực trường hợp – H=7,5m Hình PL 3-10 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp – H=7,5m Hình PL 3-11 Cột nước tổng trường hợp – H=15m Hình PL 3-12 Cột nước áp lực trường hợp – H=15m Hình PL 3-13 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp – H=15m Hình PL 3-14 Cột nước tổng trường hợp – H=20m Hình PL 3-15 Cột nước áp lực trường hợp – H=20m Hình PL 3-16 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp – H=20m Hình PL 3-17 Cột nước tổng trường hợp – H=30m Hình PL 3-18 Cột nước áp lực trường hợp – H=30m Hình PL 3-19 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp – H=30m Hình PL 3-20 Cột nước tổng trường hợp Hình PL 3-21 Cột nước áp lực trường hợp Hình PL 3-22 Cột nước áp lực MCLS trường hợp Hình PL 3-23 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp Hình PL 3-24 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp Hình PL 3-25 Cột nước tổng trường hợp Hình PL 3-26 Cột nước áp lực trường hợp Hình PL 3-27 Cột nước áp lực MCLS trường hợp Hình PL 3-28 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp Hình PL 3-29 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp Hình PL 3-30 Cột nước áp lực trường hợp 10 Hình PL 3-31 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 10 Hình PL 3-32 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 10 Hình PL 3-33 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 10 Hình PL 3-34 Cột nước tổng trường hợp 12 Hình PL 3-35 Cột nước áp lực trường hợp 12 Hình PL 3-36 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 12 Hình PL 3-37 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 12 Hình PL 3-38 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 12 Hình PL 3-39 Cột nước tổng trường hợp 14 Hình PL 3-40 Cột nước áp lực trường hợp 14 Hình PL 3-41 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 14 Hình PL 3-42 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 14 Hình PL 3-43 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 14 vi 90 90 90 91 91 92 92 93 93 94 94 95 95 96 96 97 97 98 98 98 99 99 100 100 101 101 102 102 103 103 104 104 105 105 106 106 107 107 108 108 Hình PL 3-44 Cột nước tổng trường hợp 15 Hình PL 3-45 Cột nước áp lực trường hợp 15 Hình PL 3-46 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 15 Hình PL 3-47 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 15 Hình PL 3-48 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 15 Hình PL 3-49 Cột nước tổng trường hợp 16 Hình PL 3-50 Cột nước áp lực trường hợp 16 Hình PL 3-51 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 16 Hình PL 3-52 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 16 Hình PL 3-53 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 16 Hình PL 3-54 Cột nước tổng trường hợp 17 Hình PL 3-55 Cột nước áp lực trường hợp 17 Hình PL 3-56 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 17 Hình PL 3-57 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 17 Hình PL 3-58 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 17 Hình PL 3-59 Cột nước tổng trường hợp 18 Hình PL 3-60 Cột nước áp lực trường hợp 18 Hình PL 3-61 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 18 Hình PL 3-62 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 18 Hình PL 3-63 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 18 Hình PL 3-64 Cột nước tổng trường hợp 20 Hình PL 3-65 Cột nước áp lực trường hợp 20 Hình PL 3-66 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 20 Hình PL 3-67 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 20 Hình PL 3-68 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 20 Hình PL 3-69 Cột nước tổng trường hợp 22 Hình PL 3-70 Cột nước áp lực trường hợp 22 Hình PL 3-71 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 22 Hình PL 3-72 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 22 Hình PL 3-73 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 22 Hình PL 3-74 Cột nước tổng trường hợp 23 Hình PL 3-75 Cột nước áp lực trường hợp 23 Hình PL 3-76 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 23 Hình PL 3-77 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 23 Hình PL 3-78 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 23 Hình PL 3-79 Cột nước tổng trường hợp 25 Hình PL 3-80 Cột nước áp lực trường hợp 25 Hình PL 3-81 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 25 Hình PL 3-82 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 25 Hình PL 3-83 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 25 vii 109 109 110 111 111 111 112 112 113 113 114 114 115 115 116 116 117 117 118 118 119 119 120 120 121 121 122 122 123 123 124 124 125 125 126 126 127 127 128 128 Hình PL 3-84 Cột nước tổng trường hợp 26 Hình PL 3-85 Cột nước áp lực trường hợp 26 Hình PL 3-86 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 26 Hình PL 3-87 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 26 Hình PL 3-88 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 26 Hình PL 3-89 Cột nước tổng trường hợp 27 Hình PL 3-90 Cột nước áp lực trường hợp 27 Hình PL 3-91 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 27 Hình PL 3-92 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 27 Hình PL 3-93 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 27 Hình PL 3-94 Cột nước tổng trường hợp 28 Hình PL 3-95 Cột nước áp lực trường hợp 28 Hình PL 3-96 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 28 Hình PL 3-97 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 28 Hình PL 3-98 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 28 Hình PL 3-99 Cột nước tổng trường hợp 30 Hình PL 3-100 Cột nước áp lực trường hợp 30 Hình PL 3-101 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 30 Hình PL 3-102 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 30 Hình PL 3-103 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 30 Hình PL 3-104 Cột nước tổng trường hợp 31 Hình PL 3-105 Cột nước áp lực trường hợp 31 Hình PL 3-106 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 31 Hình PL 3-107 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 31 Hình PL 3-108 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 31 Hình PL 3-109 Cột nước tổng trường hợp 32 Hình PL 3-110 Cột nước áp lực trường hợp 32 Hình PL 3-111 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 32 Hình PL 3-112 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 32 Hình PL 3-113 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 32 Hình PL 3-114 Cột nước tổng trường hợp 35 Hình PL 3-115 Cột nước áp lực trường hợp 35 Hình PL 3-116 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 35 Hình PL 3-117 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 35 Hình PL 3-118 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 35 Hình PL 3-119 Cột nước tổng trường hợp 38 Hình PL 3-120 Cột nước áp lực trường hợp 38 Hình PL 3-121 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 38 Hình PL 3-122 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 38 Hình PL 3-123 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 38 viii 129 129 130 130 131 131 132 132 133 133 134 134 135 135 136 136 137 137 138 138 139 139 140 140 141 141 142 142 143 143 144 144 145 145 146 146 147 147 148 148 Hình PL 3-160 Cột nước áp lực trường hợp 48 Hình PL 3-161 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 48 167 Hình PL 3-162 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 48 Hình PL 3-163 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 48 168 Hình PL 3-164 Cột nước tổng trường hợp 49 Hình PL 3-165 Cột nước áp lực trường hợp 49 169 Hình PL 3-166 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 49 Hình PL 3-167 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 49 170 Hình PL 3-168 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 49 Hình PL 3-169 Cột nước tổng trường hợp 51 171 Hình PL 3-170 Cột nước áp lực trường hợp 51 Hình PL 3-171 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 51 172 Hình PL 3-172 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 51 Hình PL 3-173 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 51 173 Hình PL 3-174 Cột nước tổng trường hợp 52 Hình PL 3-175 Cột nước áp lực trường hợp 52 174 Hình PL 3-176 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 52 Hình PL 3-177 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 52 175 Hình PL 3-178 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 52 Hình PL 3-179 Cột nước tổng trường hợp 53 176 Hình PL 3-180 Cột nước áp lực trường hợp 53 Hình PL 3-181 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 53 177 Hình PL 3-182 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 53 Hình PL 3-183 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 53 178 Hình PL 3-184 Cột nước tổng trường hợp 54 Hình PL 3-185 Cột nước áp lực trường hợp 54 179 Hình PL 3-186 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 54 Hình PL 3-187 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 54 180 Hình PL 3-188 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 54 181