Nghiên cứu đánh giá ổn định và đề xuất các giải pháp xử lý ổn định nền của đê tả sông mã tỉnh thanh hóa

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2020 Tác giả luận văn Kim Duy Anh i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Văn Dũng ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Tơi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn tới thầy mơn Kỹ thuật Cơng trình, thầy khoa Kỹ thuật Cơng nghệ, Phịng Sau Đại học, Trƣờng Đại Hồng Đức trang bị tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho suốt thời gian qua Sau cùng, xin chân thành cảm ơn quan, gia đình bạn bè động viên, tạo điều kiện thời gian cho tơi suốt q trình thực luận văn Thanh Hóa, tháng năm 2020 Tác giả Kim Duy Anh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Kết luận kiến nghị CHƢƠNG HIỆN TRẠNG ĐÊ BẮC BỘ VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Lịch sử, trạng đê điều khu vực nghiên cứu 1.1.1 Lịch sử đê điều nước ta 1.1.2 Hiện trạng tuyến đê khu vực nghiên cứu 1.2 Các nguyên nhân gây ổn định đến điều kiện làm việc bình thƣờng đê 1.3 Khái quát vấn đề cố gây hƣ hỏng công trình thủy lợi nói chung đê nói riêng 11 1.3.1 Khái quát cố gây gây hư hỏng cơng trình thủy lợi 11 1.3.2 Sự cố đê 12 1.4 Khái quát điều kiện địa hình – địa mạo, điều kiện cấu trúc địa chất, chế độ thủy văn; điều kiện địa chất thủy văn cố đê điều khu vực nghiên cứu 12 1.4.1 Điều kiện địa hình, địa mạo 12 1.4.2 Điều kiện cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn 14 1.4.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn 15 1.4.4 Các cố đê điều khu vực nghiên cứu 16 1.5 Phân chia đê khu vực nghiên cứu theo dạng mơ hình khác 18 1.5.1 Đặc điểm môi trường địa chất 18 1.5.2 Phân chia đê theo dạng mơ hình khác 20 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THẤM 23 2.1 Lịch sử phát triển nghiên cứu thấm 23 2.2 Môi trƣờng thấm nguyên nhân gây thấm 24 2.2.1 Môi trường thấm 24 2.2.2 Nguyên nhân gây thấm 25 2.3 Phân loại dòng thấm định luật thấm 25 2.3.1 Phân loại dòng thấm 25 2.3.2 Các định luật thấm 26 2.4 Các phƣơng pháp giải toán thấm lý thuyết cổ điển 28 2.4.1 Phƣơng pháp học chất lỏng 28 2.4.2 Phƣơng pháp thủy lực 29 2.4.3 Phƣơng pháp thực nghiệm 29 2.4.4 Phƣơng pháp số 29 2.5 Giải toán phƣơng pháp phần tử hữu hạn 30 2.5.1 Trình tự giải tốn phƣơng pháp PTHH [1] 30 2.5.2 Giải toán thấm phƣơng pháp PTHH [1] 32 iii 2.6 Tổng quan phƣơng pháp tính ổn định mái dốc 39 2.6.1 Cơ sở phƣơng pháp tính ổn định trƣợt mái [1] 39 2.6.2 Một số phƣơng pháp tính ổn định mái theo phƣơng pháp mặt trƣợt39 2.7 Lựa chọn phần mềm tính tốn ổn định mái dốc 44 CHƢƠNG PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐÊ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 45 3.1 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng I 45 3.1.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 45 3.1.2 Xác định hệ số an toàn 45 3.1.3 Các trường hợp tính tốn 45 3.1.4 Điều kiện biên toán 46 3.1.5 Các tiêu lý địa chất 47 3.1.6 Kết tính tốn 47 3.2 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng II 52 3.2.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 52 3.2.2 Xác định hệ số an toàn 52 3.2.3 Các trường hợp tính tốn 53 3.2.4 Điều kiện biên toán 53 3.2.5 Các tiêu lý địa chất 54 3.2.6 Kết tính tốn 54 3.3 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng III 59 3.3.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 59 3.3.2 Xác định hệ số an toàn 59 3.3.3 Các trường hợp tính tốn 60 3.3.4 Điều kiện biên toán 60 3.3.5 Các tiêu lý địa chất 61 3.3.6 Kết tính tốn 61 3.4 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng IV 66 3.4.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 66 3.4.2 Xác định hệ số an toàn 66 3.4.3 Các trường hợp tính tốn 67 3.4.4 Điều kiện biên toán 67 3.4.5 Các tiêu lý địa chất 68 3.4.6 Kết tính tốn 68 3.5 Đề xuất giải pháp xử lý ổn định đê 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ua: Áp lực khí lỗ rỗng Uw: Áp lực nƣớc lỗ rỗng hw: Cột nƣớc thủy lực hay cột nƣớc tổng V: Lƣu tốc thấm trung bình toàn mặt cắt k: Hệ số thấm đất J: Gradien thủy lực thấm Jđ: Gradien thủy lực thấm thân đê [J]: Gradien thủy lực thấm cho phép thân đê Q: Lƣu lƣợng thấm K: Hệ số ổn định [K]: Hệ số ổn định cho phép Kminmin: Hệ số ổn định nhỏ nhỏ f: Cƣờng độ chống cắt c: Lực dính đơn vị đáy thỏi thứ i : Góc ma sát đất đáy thỏi thứ i Danh mục chữ viết tắt CBGH: Cân giới hạn MH: Mơ hình MN: Mực nƣớc v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 46 Bảng 3.2 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn 47 Bảng 3.3 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trƣờng hợp tính tốn… .51 Bảng 3.4 Trị số Gradient thấm J ứng với trƣờng hợp tính tốn 52 Bảng 3.5 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 54 Bảng 3.6 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn 54 Bảng 3.7 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trƣờng hợp tính tốn 59 Bảng 3.8 Trị số Gradient thấm J ứng với trƣờng hợp tính tốn 59 Bảng 3.9 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 61 Bảng 3.10 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn 61 Bảng 3.11 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trƣờng hợp tính tốn 66 Bảng 3.12 Trị số Gradient thấm J ứng với trƣờng hợp tính tốn 66 Bảng 3.13 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 68 Bảng 3.14 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính toán 68 Bảng 3.15 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 1) 73 Bảng 3.16 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 1) 73 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sạt trƣợt mái kè đê tả sông Mã đoạn từ cầu Hàm Rồng đến K27+500 17 Hình 1.2 Sạt trƣợt mái đê tả sơng Mã đoạn từ K23+750 đến K24+130 17 Hình 1.3 Hiện tƣợng sụt lún, nứt mái đê tả sông Mã , huyện Vĩnh Lộc .18 Hình 1.4 Mơ hình dạng I (MH I) .18 Hình 1.5 Mơ hình dạng I (MH I) .19 Hình 1.6 Mơ hình dạng I (MH I) .19 Hình 1.7 Mơ hình dạng I (MH I) .19 Hình 1.8 Mơ hình dạng I (MH I) .20 Hình 1.9 Mơ hình dạng II (MH II) 21 Hình 1.10 Mơ hình dạng III (MH III) .22 Hình 1.11 Mơ hình dạng IV (MH IV) .22 Hình 2.1 Minh họa mặt hàm xấp xỉ H phần tử 31 Hình 2.2 Sơ đồ thấm qua đập 33 Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn ổn định mái dốc theo phƣơng pháp mặt trƣợt 40 Hình 3.1 Mặt cắt ngang địa chất đê tính tốn mơ hình dạng I .45 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 1) 47 Hình 3.3 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 1) 48 Hình 3.4 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trƣờng hợp 1) 48 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 2) 48 Hình 3.6 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 2) 49 Hình 3.7 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trƣờng hợp 2) 49 Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 3) 49 Hình 3.9 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 3) 50 Hình 3.10 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trƣờng hợp 3) 50 Hình 3.11 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 4) .50 Hình 3.12 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trƣờng hợp 4) 51 Hình 3.13 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trƣờng hợp 4) 51 Hình 3.14 Mặt cắt ngang địa chất đê tính tốn mơ hình dạng II 52 Hình 3.15 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 1) 55 Hình 3.16 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 1) 55 vii Hình 3.17 Kết tính tốn ổn định mái đê MH II (trƣờng hợp 1) 55 Hình 3.18 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 2) 56 Hình 3.19 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 2) 56 Hình 3.20 Kết tính toán ổn định mái đê MH II (trƣờng hợp 2) 56 Hình 3.21 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 3) 57 Hình 3.22 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 3) 57 Hình 3.23 Kết tính tốn ổn định mái đê MH II (trƣờng hợp 3) 57 Hình 3.24 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 4) 58 Hình 3.25 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trƣờng hợp 4) 58 Hình 3.26 Kết tính tốn ổn định mái đê MH II (trƣờng hợp 4) 58 Hình 3.27 Mặt cắt ngang địa chất đê mơ hình dạng III 59 Hình 3.28 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 1) .62 Hình 3.29 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 1) 62 Hình 3.30 Kết tính toán ổn định mái đê MH III (trƣờng hợp 1) .62 Hình 3.31 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 2) .63 Hình 3.32 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 2) 63 Hình 3.33 Kết tính tốn ổn định mái đê MH III (trƣờng hợp 2) .63 Hình 3.34 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 3) .64 Hình 3.35 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 3) 64 Hình 3.36 Kết tính tốn ổn định mái đê MH III (trƣờng hợp 3) .64 Hình 3.37 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 4) .65 Hình 3.38 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trƣờng hợp 4) 65 Hình 3.39 Kết tính tốn ổn định mái đê MH III (trƣờng hợp 4) .65 Hình 3.40 Mặt cắt ngang địa chất đê mơ hình dạng IV 66 Hình 3.41 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 1) 69 Hình 3.42 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 1) 69 Hình 3.43 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 1) 6969 Hình 3.44 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 2) 70 Hình 3.45 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 2) 70 Hình 3.46 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 2) .70 Hình 3.47 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 3) 71 viii Hình 3.48 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 3) 71 Hình 3.49 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 3) .71 Hình 3.50 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 4) 72 Hình 3.51 Kết tính toán thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 4) 72 Hình 3.52 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 4) .72 ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đến Việt Nam có gần 8.000 km đê, gần 6.000 km đê sơng 2.000 km đê biển Riêng đê sơng có 3.000 km, đê biển quan trọng có 1.000 km, có gần 600 kè loại 3.000 cống dƣới đê Ngoài cịn có 5000 km bờ bao chống lũ sớm, ngăn mặn đồng sông Cửu Long Riêng hệ thống sơng Hồng đồng Bắc Bộ có 3.000 km đê sông 1.500 km đê biển [12] Đặc điểm trình hình thành tuyến đê đồng trung du Bắc buổi đầu sơ khai trình tự phát nhân dân làm với trình độ nhận thức cơng cụ lao động lúc thơ sơ Vấn đề chọn tuyến xử lý đƣợc giải đơn giản Sau số tuyến đê bị vỡ có lũ lớn số nơi có đổi dòng phát triển thêm, việc lực chọn tuyến đƣợc ý đầy đủ đến điệu kiện kỹ thuật Qua thời kỳ phát triển khác nhau, việc xây dựng tu bổ đê điều đƣợc nhìn nhận cách khác phù hợp với trình độ phát triển xã hội Xã hội phát triển hệ thống đê ngày đóng vai trò quan trọng việc đảm bảo phát triển biền vững xã hội Với thực trạng hệ thống đê điều có, việc đánh giá thực tế làm việc việc làm cấp thiết, từ có đƣợc đánh giá mức phù hợp cho công tác thiết kế, tu bổ, quản lý đê điều nhƣ tham mƣu đạo công tác hộ đê phòng lụt Để đánh giá thực tế điều kiện làm việc tuyến đê có, phải đánh giá đƣợc ổn định tuyến đê; từ đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm tuyến đê nhằm làm cho đê an tồn kinh tế mùa mƣa lũ Vì để đảm bảo hệ thống đê làm việc ổn định, bền vững lâu dài, nhƣ việc nâng cao hiệu cơng tác tu bổ đê điều việc lựa chọn biện pháp xử lý hiệu vấn đề quan trọng đƣợc nghiên cứu Một Bảng 3.11 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trƣờng hợp tính tốn Trƣờng hợp TT tính tốn Mặt cắt đại diện [K] Kminmin Theo Bishop Kết luận Trƣờng hợp K62+500 1,25 1,403 Ổn định Trƣờng hợp K62+500 1,25 1,463 Ổn định Trƣờng hợp K62+500 1,25 1,423 Ổn định Trƣờng hợp K62+500 1,25 1,322 Ổn định Bảng 3.12 Trị số Gradient thấm J ứng với trƣờng hợp tính tốn Trƣờng hợp Mặt cắt tính tốn đại diện Trƣờng hợp [Jt]cp Jt Kết luận K62+500 0,5 0,22 Ổn định thấm Trƣờng hợp K62+500 0,5 0,10 Ổn định thấm Trƣờng hợp K62+500 0,5 Trƣờng hợp K62+500 0,5 0,6 Không ôn định thấm TT 3.4 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng IV 3.4.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn - Lựa chọn mặt cắt tính tốn: Mặt cắt ngang đê tả sơng Mã K30+000 - Sơ đồ tính tốn tốn thể hình 3.40 Phia ®ång Phia sông 9.40 MNL: 8.51 Đ +5.81 Hình 3.40 Mặt cắt ngang địa chất đê mơ hình dạng IV 3.4.2 Xác định hệ số an tồn - Theo [2],[3]: Đê tả sơng Mã K30+000 đoạn đê cấp I - Hệ số an tồn ổn định chống trƣợt K mái cơng trình đê sơng đất đƣợc lấy theo [11]: 66 + Hệ số an toàn ổn định chống trƣợt K cơng trình đê đất với tổ hợp tải trọng [K] = 1,35 + Hệ số an toàn ổn định chống trƣợt K cơng trình đê đất với tổ hợp tải trọng đặc biệt [K] = 1,20 - Gradient dòng thấm qua thân đê : với thân đê đất sét ta đƣợc: trị số građient thấm cho phép thân đê [Jđ]cp = 0,70 [11] 3.4.3 Các trường hợp tính tốn Các trƣờng hợp tính tốn bao gồm có trƣờng hợp sau đây: Trường hợp 1: Phía đồng khơng có nƣớc, phía sông mực nƣớc lũ thiết kế Trên đỉnh đê khơng có phƣơng tiện lại Trường hợp 2: Phía đồng đất bão hòa nƣớc mực nƣớc lấy mực nƣớc ao, phía sơng nƣớc lũ rút nhanh từ mực nƣớc lũ thiết đến mực nƣớc thƣờng xuyên (tại thời điểm đo) Trên đỉnh đê phƣơng tiện lại Trường hợp 3: Phía đồng khơng có nƣớc, phía sơng mực nƣớc kiệt 95% Trên đỉnh đê có phƣơng tiện lại hoạt động Trường hợp 4: Phía đồng đất bão hịa nƣớc mực nƣớc lấy mực nƣớc ao, phía sơng nƣớc lũ thiết kế Có mƣa nên mái đê bão hồ hồn tồn Trên đỉnh đê khơng có phƣơng tiện lại 3.4.4 Điều kiện biên tốn 3.4.4.1 Mực nước tính tốn Căn vào tài liệu [3]: - Mực nƣớc lũ thiết kế (MN lũ lớn điều tra năm 2007) K30+000: (+8.51)m - Mực nƣớc trung bình mùa lũ: (+5.42) - Mực nƣớc kiệt điều tra (P=95%): (-0.92) 3.4.4.2 Tổ hợp lực tính tốn 67 Ta có bảng tổng hợp thơng số tổ hợp lực ứng với trƣờng hợp tính tốn: Bảng 3.13 Các tổ hợp tải trọng tính tốn Các thơng số thiết kế mơ TT Đồng hình Trƣờng hợp P sông Sông Tải MN Thời kiệt thiết trọng xe (kN/m2) kế gian nƣớc rút (ngày) Trƣờng hợp Trƣờng hợp MN lũ MNDBT Loại Không +5.81 MHIII +8,51 +6.42 +8,51 Khơng Trƣờng hợp +0,92 +5.81 Có mƣa +8,51 3.4.5 Các tiêu lý địa chất Các tiêu lý lớp địa chất nhƣ sau [8]: Lớp Đ: Đất sét nhẹ – trung, màu xám nâu Trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa Lớp 1: đất sét nặng, màu xám vàng, xám nâu Trạng thái nửa cứng dẻo cứng, kết cấu chặt vừa – chặt Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám xanh, đôi chỗ xen kẹp bùn sét hữu cơ, kết cấu chặt vừa – chặt Bảng 3.14 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn TT tn Lớp bh 3 (KN/m ) (KN/m )  c (KN/m2) K(m/s) Lớp Đ 14,3 1,90 13 11 9E-05 Lớp1 16,5 2,04 13 23 6E-05 Lớp 13,2 20 4E-02 3.4.6 Kết tính tốn 3.4.6.1 Kết tính tốn trường hợp - Sơ đồ tính tốn điều kiện biên tốn thể hình 3.41: 68 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Đ -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 55 60 Hình 3.41 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 1) Distance - Đƣờng đẳng Gradient thấm tốn thể hình 3.42: 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Đ 0.1 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3.42 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 1) - Kết tính tốn ổn định tốn thể hình 3.43: 1.563 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Đ Elevation -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Hình 3.43 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 1) 3.4.6.2 Kết tính tốn trường hợp - Sơ đồ tính tốn điều kiện biên tốn thể hình 3.44: 69 60 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Đ Elevation -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 55 60 55 60 Hình 3.44 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 2) - Đƣờng đẳng Gradient thấm tốn thể hình 3.45 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Đ MN Ao: 5.81 1.635e-005 m³/sec Elevation -1 1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3.45 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 2) - Kết tính tốn ổn định tốn thể hình 3.46 1.589 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Elevation Đ MN Ao: 5.81 MNTX: 6.42 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3.46 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 2) Distance 3.4.6.3 Tính tốn trường hợp - Sơ đồ tính tốn điều kiện biên tốn thể hình 3.47: 70 13 11 Đỉnh đê: +9.40 Đ Elevation MNK: 0.92 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Hình 3.47 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 3) - Đƣờng đẳng Gradient thấm tốn thể hình 3.48: 13 11 Đỉnh đê: +9.40 Đ 5.8771e-005 m³/sec Elevation 1 MNK: 0.92 0.2 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Distance Hình 3.48 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 3) - Kết tính tốn ổn định tốn thể hình 3.49: 1.160 13 11 Đỉnh đê: +9.40 Đ Elevation MNK: 0.92 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3.49 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 3) 71 55 60 3.4.6.4 Tính tốn trường hợp - Sơ đồ tính tốn điều kiện biên tốn thể hình 3.50: 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Elevation Đ MN Ao: 5.81 1 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 55 60 55 60 Hình 3.50 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 4) - Đƣờng đẳng Gradient thấm tốn thể hình 3.51: 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Đ MN Ao: 5.81 0.1 0.047022 m³/sec Elevation -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3.51 Kết tính toán thấm qua đê MH IV (trƣờng hợp 4) Distance - Kết tính tốn ổn định tốn thể hình 3.52: 1.459 13 11 Đỉnh đê: +9.40 MNLN: +8.51 Elevation Đ MN Ao: 5.81 1 -1 -3 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3.52 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trƣờng hợp 4) 72 3.4.6.5 Tổng hợp kết tính toán Bảng 3.15 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trƣờng hợp tính tốn Trƣờng hợp TT tính tốn Mặt cắt đại diện [K] Kminmin Theo Bishop Kết luận Trƣờng hợp K30+000 1,35 1,563 Ổn định Trƣờng hợp K30+000 1,35 1,589 Ổn định Trƣờng hợp K30+000 1,35 Trƣờng hợp 4 K30+000 1,35 Không Ổn 1,116 định 1,459 Ổn định Bảng 3.16 Trị số Gradient thấm J ứng với trƣờng hợp tính tốn Trƣờng hợp Mặt cắt tính tốn đại diện Trƣờng hợp TT Kết luận [Jt]cp Jt K30+000 0,7 0,13 Ổn định thấm Trƣờng hợp K30+000 0,7 0,10 Ổn định thấm Trƣờng hợp K30+000 0,7 0,20 Ổn định thấm Trƣờng hợp K30+000 0,7 0,13 Ổn định thấm 3.5 Đề xuất giải pháp xử lý ổn định đê - Với kết tính toán kiểm tra theo bảng tổng hợp Bảng 3.3 3.4, thấy mặt cắt ngang đê mô hình dạng I tuyến đê tả sơng Mã (đƣợc phân bố chủ yếu dọc theo tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K0+000 ~ K23+000 thuộc địa phận xã Vĩnh Quang, Vĩnh Yên, Vĩnh Tiến, Vĩnh Thành, Vĩnh Ninh, Vĩnh Khang, Vĩnh Hòa, Vĩnh Hùng, Vĩnh Minh, huyện Vĩnh Lộc) luôn đảm bảo ổn định, không bị mạch đùn, mạch sủi mái chân đê phía đồng điều kiện Tuy nhiên, điều kiện địa chất dọc tuyến đê đánh giá cách tƣơng đối, diễn biến dòng chảy ngày phức tạp biến đổi khí hậu nên cần lƣu ý đến tƣợng thấm ngƣợc mái đê phía sơng vào mùa mƣa lũ, có tƣợng mực nƣớc rút nhanh sông, cần chuẩn bị biện pháp để đảm bảo ổn định an toàn cho mái đê 73 - Với kết tính tốn kiểm tra theo bảng tổng hợp Bảng 3.7 3.8, thấy mặt cắt đê mơ hình dạng II tuyến đê tả sông Mã (phân bố chủ yếu dọc theo tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K23+000 ~ K28+000 thuộc địa phận xã Vĩnh An – huyện Vĩnh Lộc; xã Hoằng Khánh huyện Hoằng Hóa) đoạn từ K43+500 đến K62+500 thuộc địa phận xã Hoằng Long, Hoằng Quang, Hoằng Hoằng Đại thành phố Thanh Hóa; Hoằng Trạch, Hoằng Tân, Hoằng Châu huyện Hoằng Hóa) ổn định vê thấm nhƣng dễ xảy ổn định gây sạt trƣợt mái đê phía sơng Vào mùa mƣa lũ, đê đảm bảo ổn định, mái đê chân đê không xuất mạch đùn, sủi Tuy nhiên mái đê phía sơng có khả sinh sạt trƣợt mực nƣớc lũ sông rút nhanh Vào mùa khô, mực nƣớc sông kiệt, đất đắp thân đê cố kết lại Tuyến đê kết hợp nhiệm vụ đƣờng giao thông lại nhân dân; đê có nhiều xe tơ qua lại nên dễ xảy tƣợng ổn định mái đê gây sạt trƣợt mái Vì cần phải đề phịng chuẩn bị biện pháp gia cố mái đảm bảo an tồn cho đê - Với kết tính toán kiểm tra theo bảng tổng hợp Bảng 3.11 3.12, ta thấy mặt cắt đê mơ hình dạng III tuyến đê tả sông Mã (phân bố chủ yếu dọc theo tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K62+500 đến K65+000 thuộc địa phận xã Hoằng Châu, Hoằng Phụ huyện Hoằng Hóa) ln ln đảm bảo ổn định điều kiện Tuy nhiên, vào mùa mƣa lũ mực nƣớc sông đạt mực nƣớc lũ thiết kế, phía đồng đất bão hịa nƣớc cần ý chân mái đê phía đồng có tƣợng xuất mạch đùn, sủi Do cần đề phịng phải có biện pháp gia cố mái xử lý đê để đảm bảo an toàn cho đê vào mùa mƣa lũ - Với kết tính tốn kiểm tra theo bảng tổng hợp Bảng 3.15 3.16, thấy mặt cắt ngang đê mơ hình dạng IV tuyến đê tả sơng Mã (phân bố chủ yếu dọc theo tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K28+000 đến K43+500 thuộc địa phận xã Hoằng Khánh, Hoằng Phƣợng, Hoằng Giang, Hoằng Hợp, Hoằng Lý huyện Hoằng Hóa) ổn định vê thấm nhƣng dễ xảy 74 ổn định gây sạt trƣợt mái đê phía sơng Vào mùa mƣa lũ, đê đảm bảo ổn định, mái đê chân đê không xuất mạch đùn, sủi Tuy nhiên mái đê phía sơng có khả sinh sạt trƣợt vào mùa khô, mực nƣớc sông kiệt, đất đắp thân đê cố kết lại Tuyến đê kết hợp nhiệm vụ đƣờng giao thông lại nhân dân; đê có nhiều xe tơ qua lại nên dễ xảy tƣợng ổn định mái đê gây sạt trƣợt mái phía sơng Do đó, cần lƣu ý đề phòng chuẩn bị giải pháp để gia cố mái đê đảm bảo an toàn ổn định cho đê 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn nêu đƣợc tổng quan hệ thống đê điều vùng Bắc khu vực nghiên cứu Nêu đƣợc trạng tuyến đê khu vực nghiên cứu, cụ thể tuyến đê tả sơng Mã, tỉnh Thanh Hóa Khảo sát, phân tích để làm rõ điều kiện làm việc khả phá hoại đê Luận văn nêu khái quát đƣợc điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu đƣa đƣợc dạng cấu trúc đê, đồng thời tác giả ứng dụng kết nghiên cứu, phân tích lựa chọn phần mềm tính tốn đại, phù hợp để tiến hành tính toán ổn định mái dốc đê Luận văn tiến hành phân chia tồn tuyến đê tả sơng Mã mơ hình hóa thành dạng cấu trúc khác nhau, bao gồm 04 dạng mơ hình nền: Mơ hình dạng I (tƣơng ứng đoạn K0+000 đến K23+000); Mơ hình dạng II (tƣơng ứng đoạn K23+000 đến K28+000 đoạn K43+500 đến K62+500); Mơ hình dạng III (tƣơng ứng đoạn K62+500 đến K65+000); Mơ hình dạng IV (tƣơng ứng đoạn K28+000 đến K43+500); Mỗi mơ hình tƣơng ứng với mặt cắt ngang điển hình đoạn đê cần nghiên cứu Luận văn tính tốn thấm, ổn định mơ hình 04 trƣờng hợp tính tốn, kết tính tốn rút đƣợc nhƣ sau: - Đoạn đê tả sông Mã từ K0+000 đến K23+000: luôn đảm bảo ổn định, không bị mạch đùn, mạch sủi mái chân đê phía đồng điều kiện Tuy nhiên, điều kiện địa chất dọc tuyến đê đánh giá cách tƣơng đối, diễn biến dòng chảy ngày phức tạp biến đổi khí hậu nên cần lƣu ý đến tƣợng thấm ngƣợc mái đê phía sơng vào mùa mƣa lũ, có tƣợng mực nƣớc rút nhanh sông, cần chuẩn bị biện pháp để đảm bảo ổn định an toàn cho mái đê - Đoạn đê tả sông Mã từ K23+000 đến K28+000 đoạn từ K43+500 đến K62+500: Tuyến đê ổn định vê thấm;vào mùa mƣa lũ, đê đảm bảo ổn 76 định, mái đê chân đê không xuất mạch đùn, sủi Tuy nhiên mái đê phía sơng có khả sinh sạt trƣợt mực nƣớc lũ sông rút nhanh Vào mùa khô, mực nƣớc sông kiệt, đất đắp thân đê cố kết lại Tuyến đê kết hợp nhiệm vụ đƣờng giao thông lại nhân dân; đê có nhiều xe tơ qua lại nên dễ xảy tƣợng ổn định mái đê gây sạt trƣợt mái Vì cần phải đề phòng chuẩn bị biện pháp gia cố mái đảm bảo an toàn cho đê - Đoạn đê tả sông Mã từ K62+500 đến K65+000: Tuyến đê đảm bảo ổn định điều kiện Tuy nhiên, vào mùa mƣa lũ mực nƣớc sông đạt mực nƣớc lũ thiết kế, phía đồng đất bão hịa nƣớc cần ý chân mái đê phía đồng có tƣợng xuất mạch đùn, sủi Do cần đề phịng phải có biện pháp gia cố mái xử lý đê để đảm bảo an toàn cho đê vào mùa mƣa lũ - Đoạn đê tả sông Mã từ K28+000 đến K43+500: ổn định vê thấm nhƣng dễ xảy ổn định gây sạt trƣợt mái đê phía sơng Vào mùa mƣa lũ, đê đảm bảo ổn định, mái đê chân đê không xuất mạch đùn, sủi Tuy nhiên mái đê phía sơng có khả sinh sạt trƣợt vào mùa khô, mực nƣớc sông kiệt, đất đắp thân đê cố kết lại Tuyến đê kết hợp nhiệm vụ đƣờng giao thông lại nhân dân; đê có nhiều xe tơ qua lại nên dễ xảy tƣợng ổn định mái đê gây sạt trƣợt mái phía sơng Do đó, cần lƣu ý đề phòng chuẩn bị giải pháp để gia cố mái đê đảm bảo an toàn ổn định cho đê Trên sở kết đạt đƣợc, tổng quan đƣợc tình hình làm việc tuyến đê tả sơng Mã, tỉnh Thanh Hóa Khoanh vùng đƣợc vị trí đê có nguy ổn định, bị phá hoại hay vị trí đê đảm bảo ổn định; sở khoa học để tiến hành đề xuất giải pháp xử lý đê bị an toàn ổn định Từ đó, giúp đơn vị quản lý hoạch định chiến lƣợc bảo vệ đê theo hƣớng trƣớc mắt lâu dài phù hợp với tình hình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thanh Hóa 77 KIẾN NGHỊ Luận văn nghiên cứu đƣa 04 kiểu cấu trúc đê Tuy nhiên, tuyến đê nghiên cứu trải dài phạm vi rộng; cấu trúc địa chất tƣơng đối phức tạp, chia dạng mơ hình đê theo nhiều ngun tắc tiêu chí khác (chẳng hạn chia theo tiêu chí dựa vào chiều dài dịng thấm - khoảng cách từ lịng sơng đến mép đê , để phân dạng cấu trúc khác nhau) Luận văn nghiên cứu đƣa giải pháp tính tốn với tốn thấm ổn định tốn thấm khơng ổn định Với chế độ thấm qua thân đê đƣợc xác định việc giải tốn thấm khơng ổn định qua thân đê có xét đến tác động mƣa, dao động mực nƣớc sông, tác động ngoại lực bên ngồi, cấu trúc địa tầng Khi tính tốn kiểm tra ổn định cho đê đƣợc thực có kể đến dao động mực nƣớc sông, ảnh hƣởng mƣa có xét đến yếu tố lồi lõm mái đê Do thời gian nghiên cứu hạn chế nên tác giả đƣa số kiểu cấu trúc đặc trƣng tồn tuyến tính tốn ổn định đê cho số vị trí lựa chọn tƣơng ứng với dạng mơ hình mà chƣa tính tốn cho tất mặt cắt cịn lại thuộc dạng mơ hình Kết nghiên cứu đƣợc tƣơng đối vị trí tuyến đê ổn định điều kiện làm việc, vị trí đê bị phá hoại, ổn định thấm trƣợt, chƣa đƣa đƣợc kiến nghị giải pháp xử lý biến dạng thấm, phƣơng pháp xử lý hiệu đảm bảo an toàn ổn định cho dạng cấu trúc đê Trong tƣơng lại cần tiếp tục thu thập số liệu, tài liệu có liên quan đến khu vực nghiên cứu để phục vụ, nghiên cứu thêm số dạng mơ hình tính tốn kiểm tra ổn định cho đê 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Báo cáo tổng hợp Dự án “Quy hoạch phòng chống lũ chi tiết tuyến sơng có đê quy hoạch đê địa bàn tỉnh Thanh Hóa – Hợp phần lưu vực sông Mã”, Viện quy hoạch thủy lợi - Bộ NN&PTNT [2] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn, Quyết định số 606/QĐ/BNNTCTL ngày 26/3/2013 việc phân loại, phân cấp đê địa bàn tỉnh Thanh Hóa [3] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn, Quyết định 2534/PCLB ngày 20/10/2005 qui định cấp đê mực nƣớc thiết kế đê cho tuyến đê tỉnh Thanh Hóa [4] Chi cục đê điều phịng chống lụt bão tỉnh Thanh Hóa - Báo cáo tóm tắt trạng cơng trình đê điều trƣớc lũ tỉnh hóa năm 2014 Ảnh trạng cơng trình [5] Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cƣơng (2003), Cơ học đất, Nhà xuất xây dựng [6] Công ty CP Tƣ vấn xây dựng thủy lợi Thanh Hóa – Phịng Khảo sát địa chất “Báo cáo khảo sát địa chất công trình đê, kè bờ tả sơng Mã thuộc dự án Tu bổ đê điều thường xuyên xử lý trọng điểm xung yếu tuyến đê tả sông Mã, tỉnh Thanh Hóa” [7] Phan Sỹ Kỳ (2000), Sự cố số cơng trình thủy lợi Việt Nam biện pháp phịng tránh, Nhà xuất nơng nghiệp, Hà Nội [8] Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Trƣờng Tiến, Trịnh Minh Thụ, Nguyễn Uyên (2000), Cơ học đất cho đất khơng bão hịa, Nhà xuất giáo dục (bản dịch) [9] Sở NN&PTNT tỉnh Thanh Hóa - Đánh giá trạng cơng trình đê điều trƣớc lũ năm 2014 tỉnh Thanh Hoá [10] Trịnh Minh Thụ Nguyễn Uyên (2010) “Phòng chống trƣợt lở đất đá bờ dốc, mái dốc”, Nhà xuất Xây dựng [11] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9902:2016 – Yêu cầu thiết kế đê sông 79 [12] Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2004), Giáo trình thủy công tập I,II,III, Trƣờng Đại học Thủy lợi, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 80