Nghiên cứu ảnh hưởng của trường hợp mực nước rút nhanh tới ổn định mái ngoài đê sông

LỜI CẢM ƠN Luận văn“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG HỢP MỰC NƯỚC RÚT NHANH TỚI ỔN ĐỊNH MÁI NGOÀI ĐÊ SƠNG”được hồn thành ngồi cố gắng nỗ lực thân, tác giả giúp đỡ nhiệt tìnhcủa thầy, cơ, quan, bạn bè gia đình Tác giả xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo:PGS.TS.Mai Văn Cơngđãtận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thiện luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, giáo Phịng đào tạo đại học Sauđại học, khoa Cơng trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi tận tình giảng dạy giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, trình thực luận văn Để hồn thành luận văn, tác giả cịn cổ vũ, động viên khích lệ thườngxuyên giúp đỡ nhiều mặt gia đình bạn bè Tuy có cố gắng định, thời gian có hạn trình độ cịnnhiều hạn chế, luận văn chắn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong Thầy giáo, Cơ giáo, Bạn bè đồng nghiệp góp ý để tác giả tiếp tục học tập nghiên cứu hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 02 năm 2014Tác giả luận văn Lê Duy Hùng LỜI CAM KẾT Têntôilà: LÊ DUY HÙNG Học viên lớp: 19C11 + Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi + Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả LÊ DUY HÙNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết củađềtài Mục đích củađềtài Đối tượng, phạm vi phương phápnghiên cứu Kết dự kiếnđạtđược Bố cục củaluậnvăn .2 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐÊ SÔNG VÀ ỔN ĐỊNHĐÊSÔNG 1.1 Tình hình đê sơng giới ởViệtNam 1.1.1 Tình hình đê sông trênthếgiới 1.1.2 Tình hình đê sơng ởViệtNam 1.2 Vấn đề ổn định đê mựcnướcrút .6 1.2.1 Một số cố sạt lở bờ sông thời giangầnđây .6 1.2.2 Các nghiên cứu ổn định đê sông trênthếgiới 1.2.3 Các nghiên cứu ổn định đê sông Việt Namhiệnnay .10 1.3 Kết luậnchương1 12 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH THẤM VÀỔN ĐỊNH .13 2.1 Đặtvấnđề 13 2.2 Cơ sở khoa học nghiêncứu thấm 13 2.2.1 ĐịnhluậtDarcy .13 2.2.2 Phương trình dịng chảy ổn định mơi trường đất bãohịanước 14 2.2.3 Phương trình dịng chảy khơng ổn định mơi trường đất bão hịanước14 2.2.4 Cơ sở khoa học nghiên cứu thấm trường hợp lũrút[9] .15 2.3 Cơ sở khoa học phân tích ổn định theo phương pháp mặt trượt trụ tròn [9] .16 2.3.1 Sơ đồtínhtốn .16 2.3.2 Phương pháptínhtốn 16 2.4 Phân tích áp lực kẽ rỗng trường hợp mực nước rútnhanh[9] 18 2.4.1 Phân bố áp lực nướckẽrỗng 18 2.4.2 Đặc điểm làm việc mái thượng lưu mực nước thượng lưurútnhanh 19 2.4.3 Ảnh hưởng tốc độrútnước 20 2.4.4 Giải toán thấm phương pháp phần tửhữuhạn .21 2.4.5 Tính tốn áp lực kẽ rỗng theo phươngphápBishop .22 2.5 Các trường hợp tính ổn định mái dốc mực nước mái rútnhanh[9] 24 2.5.1 Rút nước cuối giai đoạnthicông .24 2.5.2 Rút nước trìnhvậnhành 24 Các phương pháp tính tốn ổn định mái dốc mực nước rút nhanh[9]25 2.6.1 Tính tốn theo phương pháp ứng suấthiệuquả .25 2.6.2 Tính tốn theo phương pháp tổngứngsuất 26 2.6.3 Tính tốncốkết .35 2.7 Kết luậnchương2 37 CHƯƠNG : ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI PHÍA SÔNG ĐÊ BỜHỮU SÔNG CẦU TRONG TRƯỜNG HỢP MỰC NƯỚCRÚTNHANH .38 3.1 Giới thiệu đê bờ hữuSôngCầu 38 3.1.1 Thông số thiết kế đê bờ hữuSôngCầu 38 3.1.2 Điều kiện địa chất xung quanh tuyến đêSôngCầu .39 3.1.3 Đặc điểm lũSông Cầu 40 3.2 Tính tốn thấm, ổn định, ứng suất đêSôngCầu 40 3.2.1 Mặt cắttính tốn 40 3.2.2 Phần mềmtính tốn 40 3.2.3 Mơ hìnhtính tốn 41 3.2.4 Thông số mặt cắt, địa chất, vật liệutínhtốn 41 3.2.5 Các trường hợptính tốn 43 3.2.6 Điều kiện biên trongbàitoán 43 3.2.7 Các mơ hình đê mơ trongGeostudio 2004 44 3.2.8 Tổng hợp kết 5bướcrút 45 3.2.9 Một số kết bước rútđạidiện 45 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ .58 Kếtluận 58 Kiến nghị 59 TÀI LIỆUTHAM KHẢO 61 PHỤ LỤCTÍNHTỐN 63 PHỤ LỤC1 64 PHỤ LỤC2 70 PHỤ LỤC3 75 PHỤ LỤC4 80 PHỤ LỤC5 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đê Edogawa,NhậtBản Hình 1.3: Sạt lở bờsơngHồng Hình 1.2: Đê Sơng Cầu,TháiNgun Hình 1.4: Sạt lở bờsơngĐà Hình 2.1 : Các phương pháp tính tốn ổn định mái dốc mực nướcrútnhanh 13 Hình2.2:Sơđồtínhtốnổnđịnhchốngtrượttheophươngphápmặttrượttrụtrịn 16 Hình 2.3 : Phân bố áp lực kẽ rỗng dòng thấmổnđịnh .18 Hình 2.4 : Áp lực kẽ rỗng thân đập mực nước thượng lưurútnhanh 19 Hình 2.5 : Thốt nước thân đập nước rút đột ngột (Reinus,năm1983) 21 Hình 2.6: Áp lực kẽ rỗng mực nước rút đột ngột, đất nén (Theo Bishop)22 Hình 2.7 : So sánh áp lực nước kẽ rỗng nước rút nhanh phương phápBishop phương phápvẽlưới .24 Hình 2.8 : Đường bao cường độ chống cắt sử dụng choUSACE1970 29 Hình 2.9: Đường bao cường độ chống cắt tổng hợp sử dụng choUSACE1970 .30 Hình 2.10 : Mái tính chất đất mộtvídụ .31 Hình 2.11 : Bề mặt cung trượt dải dùng đểtínhtốn 31 Hình 2.12 : Quan hệ τff- σ΄fccủa đường bao cường độchốngcắt .34 Hình 3.1: Tồn cảnh đê hữu sơng Cầuh o n thiện 38 Hình 3.2: Mặt cắt ngang đại diện đê Sông Cầu(đêđất) 39 Hình 3.3: Sơ đồ hóa mặt cắt đê Sơng Cầu mơ phỏngtrongGeostudio .41 Hình 3.4: Mơ hình trongGeostudio2004 44 Hình 3.5: Mơ hình phần tử hữu hạn trongModulSeep 44 Hình 3.6: Mơ hình phần tử hữu hạn trongModulSigma 44 Hình 3.7: Mơ hình mựcnướcrút .45 Hình 3.8: Đường bão hòa ứng với bướcrút(TH1) 45 Hình 3.9: Đường bão hịa ứng với bướcrút(TH4) 46 Hình 3.10: Kết tính tốn ổn định MNLTK : 27,50m(TH1) .46 Hình 3.11: Kết tính toán ổn định bướcrút1(TH1) 46 Hình 3.12: Kết tính tốn ổn định bướcrút1(TH4) 47 Hình 3.13: Kết tính áp lực kẽ rỗng MNLTK : 27,50m(TH1) 47 Hình 3.14: Kết tính áp lực kẽ rỗng bước rút1(TH1) 47 Hình 3.15: Kết tính áp lực kẽ rỗng bước rút1(TH4) 48 Hình 3.16: Kết tính ứng suất hiệu MNLTK : 27,50m(TH1) .48 Hình 3.17: Kết tính ứng suất hiệu bước rút1 (TH1) 48 Hình 3.18: Kết tính ứng suất hiệu bước rút1 (TH4) 49 Hình 3.19: Biểu đồ quan hệ K ~ L/H(5TH) 52 Hình 3.20: Biểu đồ quan hệ U ~ L/H(5TH) 53 Hình 3.21: Biểu đồ quan hệ’ ~ L/H(5TH) 54 Hình 3.22: Biểu đồ quan hệ K ~ t(5 TH) .55 Hình 3.23: Biểu đồ quan hệ U ~ t điểm A (25;,25,50)(5 TH) 56 Hình 3.24: Biểu đồ quan hệ’ ~ t điểm A (25;25,50)(5 TH) .57 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 : Hình học mặtcắtđê 41 Bảng 3.2 : Chỉ tiêu lý củađấtđắp .42 Bảng 3.3 : Chỉ tiêu vật liệu củađấtnền 42 Bảng 3.4 : Mực nướctínhtốn 42 Bảng 3.5 : Bảng tổng hợp hệ số ổn địnhK (TH1) 49 Bảng 3.6 : Bảng tổng hợp áp lực kẽ rỗng U ứng suất hiệuquả’(TH1) .49 Bảng 3.7 : Bảng tổng hợp hệ số ổn địnhK (TH2) 49 Bảng 3.8 : Bảng tổng hợp áp lực kẽ rỗng U ứng suất hiệu quả’(TH2) 50 Bảng 3.9 : Bảng tổng hợp hệ số ổn địnhK (TH3) 50 Bảng 3.10 : Bảng tổng hợp áp lực kẽ rỗng U ứng suất hiệu quả’(TH3) 50 Bảng 3.11 : Bảng tổng hợp hệ số ổn địnhK (TH4) 50 Bảng 3.12 : Bảng tổng hợp áp lực kẽ rỗng U ứng suất hiệuquả’(TH4) 51 Bảng 3.13 : Bảng tổng hợp hệ số ổn địnhK (TH5) 51 Bảng 3.14 : Bảng tổng hợp áp lực kẽ rỗng U ứng suất hiệuquả’(TH5) 51 Bảng 3.15 : Bảng tổng hợp hệ số ổn định K(5TH) 51 Bảng 3.16 : Bảng tổng hợp áp lực kẽ rỗng U(5 TH) .52 Bảng 3.17 : Bảng tổng hợp ứng suất hiệu quả’(5TH) 53 Bảng 3.18 : Bảng so sánh hệ số ổn định K(5TH) 54 Bảng 3.19 : Bảng so sánh áp lực kẽ rỗng U điểm A(25;25,50)(5TH) .55 Bảng 3.20 : Bảng so sánh áp lực kẽ rỗng’ điểm A(25;25,50)(5TH) .56 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đềtài Vào mùa mưu lũ có nhiều đê, kè thủy lợi bảo vệ mực nước sơng dâng cao vận tốc dịng chảy tăng nhanh xảy tượng sạt lở mái thượng lưu nghiêm trọng, trường hợp mực nước rút sau lũ Hiện tượng cố xuất thường xuyên hệ thống đê điều ViệtNam 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, kết hợp đặc trưng vật liệu dùng để xây dựng đập thơng thường có tính co ngót trương nở cao nên mùa khơ 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 hư hỏng cơng trình nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng Trong năm gần cho thấy rõ tình hình biến đổi khí hậu diễn phức tạp dẫn đến tượng mưa kéo dài thời gian ngắn có ảnh hưởng đến an toàn ổn định hệ thống đập, đê, kè Chính vậy, vấn đề nghiên cứu an toàn ổn định cục đập, đê, kè ảnh hưởng tới ổn định tổng thể đặc trưng ổn định mái thượng lưu sau lũ rút tác dụng mưa lớn vấn đề mang tính thời sự, điều kiện biến đổi khí hậu tồncầu Mụcđích đềtài Đề tài thực với mục tiêu tổng quát phân tích ổn định mái đê phía sơng trường hợp mực nước rút nhanh Nội dung gồm: Nghiên cứu dịng thấm khơng ổn định thân đê vật liệu địa phương mực nước lũ rút nhanh Sự thay đổi đường bão hòa thân đê với trường hợp rút khác Nghiên cứu thay đổi hệ số ổn định mái thượng lưu mực nước lũ rút nhanh Nghiên cứu thay đổi áp lực nước kẽ rỗng ứng suất hiệu thân đê mực nước lũ rút nhanh Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiêncứu Đối tượng nghiên cứu: đê, kè thủy lợi Phạm vi nghiên cứu: Phân tích ảnh hưởng mực nước rút nhanh đến thay đổi áp lực nước kẽ rỗng ổn định mái đê thượng lưu số sơ đồ tính, có xét đến thay đổi thời gian rút nước mái thượng lưu Phương pháp nghiên cứu: - Thu thập, nghiên cứu tài liệu cơng trình thựctế - Tiếp cận lý thuyết áp lực kẽ rỗng, ổn định mái dốc, phân tích thay đổi yếu tố mực nướcrút - Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn mơ hình hóa có sẵn để phân tích vấn đề đặtra Kết dự kiến đạtđược - Làm rõ thay đổi áp lực nước kẽ rỗng thân đê ảnh hưởng tới ổn định mái thượng lưu mực nước rútnhanh - Phân tích thể kết dạng số áp lực kẽ rỗng hệ số ổn định mái thay đổi tốc độ rútnước - Ứng dụng tính tốn, phân tích cho trường hợp đê bờ hữu sông Cầu, đoạn qua thành phố TháiNguyên Bố cục luậnvăn Luận văn bao gồm chương phụ lục Trong đó: Chương 1: Tổng quan đê sông ổn định đê sông Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích thấm ổn định Chương 3: Ứng dụng phân tích ổn định mái phía sơng đê bờ hữu sơng Cầu trường hợp mực nước rút nhanh