Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu diễn biến thấm trong thân đập trong quá trình tích nước hồ Ngàn Trươi

bắt đầu tích nước, Thực tế ở Việt Nam hiện nay, khi phân tích dòng thắm qua thânđập, các kỹ sư thường chủ trong đến việc phân tích bãi toán thắm trong ciai đoạn đập lim việc ổn định, khi

LỜI CAM ĐOAN

“Tên tôi là: Thongsai KHAMVILAT

Học viên: Lớp 27C11

“Tên đề tải luận văn: * NGHIÊN CỨU DIỄN BIEN THÁM TRONG THAN DAPTRONG QUÁ TRINH TÍCH NƯỚC HO NGAN TRƯƠI” Tôi xin cam đoạn đây là

sông trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng din khoa học của TS Trần Duy

Quin và PGS.TS Hồ Sÿ Tâm Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong Luận văn này làtrung thực và chưa công bố dưới bắt kỳ hình thức nào trước đầy Số liệu trong các

bảng biểu phục vụ cho việc phản ch, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập

từ các nguồn khác nhau có ghỉ rõ trong phản tải liệu tham khảo Ngoài ra, trong luận

văn côn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ

"Nếu phát hiện có bắt kỳ sựquan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn g6

gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm vé nội dung luận văn của minh.

Hà Nội ngày tháng năm 2022

Hoe viên cao học

‘Thongsai KHAMVILAL

LỜI CẢM ON

Trong suốt những năm học tập và rèn luyện ở mái trường Đại học Thủy Lợi dưới tư

kiến thức bổ ích, bổ trợ cho cách là một học viên cao học tác gid đã nhận được nhỉ

ông

bản thân trong không những công việc mà còn cả trong cuộc.

Luận văn này được thực hiện dudi sự te, nỗ lực của bản thân Dé hoàn thànhđược luận văn te gi đã nhận được rất nhiễu lời động viên, giúp đỡ cũ các cí nhân và

tap thể

Trước hết, ác giả xin bày t6 long biết om siu sắc đến TS Trần Duy Quân và PGS.TS

Hồ Sỹ Tâm đã hưởng dẫn, tận tình giúp đỡ mọi mặt trong quá trình tác giả thực hiện

luận văn của mình,

“Tác giả xin cảm ơn các thầy cô giáo ở Trường Đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu,

“Tác giả xin gửi lời cám ơn tới Ban Giám hiệu, Phòng Đảo tạo đại học và sau đại hoc,

Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho ác gi trong quá trình học tập

Cuối cũng tác giả xin gi lời cám ơn đến gia định, các đồng nghiệp, bạn bể, tập thể lớp

Cao học 27C1 và 28C 1 những người đã luôn bên cạnh, động viên dé tác gid chuyên tâm thực hiện luận văn của mình.

Xin chân thành cảm ơn!

MỞ ĐẦU 1'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE DONG THÁM VA AN TOÀN DAP ĐÁT 41.1 Khái quát chung Đập đất 411.1, Hỗ chứa 4

112 Đập đất 6 1.1.3, Phân loại đập đất 8

1.2, Hiện trạng an toàn đập đất ỡ Việt NAM cnn

1.2.1, Cúc vấn để gây mắt an toàn đập đất của Việt Nam hiện nay 10

CHUONG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DONG

“THÁM TRONG THÂN DAP 192.1, Khái quát chung về các phương pháp tính toán thắm trong thân đập 19

2.1.1, Phương pháp cơ học chit long [7Ì 19 2.1.2, Phuong pháp tỷ lệ đường thẳng [7] 20 2.1.3 Phương pháp thủy lự [7] 20 2.1.4, Phương pháp thực nghiệm [7] 20 2.1.5, Phương pháp vẽ lưới thắm [7] a

2.16 Phương pháp mô hình số phương pháp phần tử hữu bạn 21

2.2 Quan trắc dòng thấm trong thân đập 242.2.1 Quy định chung vẻ bố trí thiết bi quan trắc [6] 242.2.2, Phương pháp và thiết bj quan trắc [6] 252.2.3, Xử lý số liệu quan tắc 262.2.4, Quan trắc và lap báo cáo, 2

iều2.3.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thắm 292.3 Phương pháp tinh toán đồng thắm khỉ mực nước thay đi 29

2.32 Phân tích ép lye nước kế rỗng khi mực nước thay đổi 30

2.3.3 Phương pháp phẩn tir hữu hạn trong tính toán thắm khi mực nước thay đối [7]33

23.4 Cơ sở khoa học phân ích ôn định theo phương pháp mặt trượt trụ trồn 34

Kết luận chương 2 35CHƯƠNG 3 PHAN TÍCH DIEN BIEN DONG THÁM TRONG THAN DAPTRONG QUÁ TRÌNH TÍCH NƯỚC HO NGAN TRƯƠI 36

3.1 Giới thiệu chung công trình $6

3.1.1 Tổng quan về công trình [10] 363.1.2 Chi tiêu thiết kế chủ yếu 373.1.3 Thông số kg thuật chính 38

432 Giới thiệu về hệ thống và số liệu quan trắc thắm ở đập Ngàn Trưởi 40

3.2.1, Hệ thông quan ắc thấm đập chính hỗ Ngàn Trươi 40

32.2 Dữ liệu quan trắc Đập chính hỗ Ngàn Trươi 4

3.2.3 Phân tích dit liệu quan trắc thắm hồ Ngàn Traci 48

3.24 Lựa chon số iệu tính toán 33

33 Xây dựng mô hình tính toán theo lý thuyết, dùng số liệu quan trắc để hiệu chỉnh

mô hình 53

34 Tinh thắm trường hợp mực nước thay đổi 35

3.4.1, Lựa chọn thời gian ích nước s 34:2 Xây dựng mô hình tinh toán trường hợp đồng thắm én định 56

3.4.3 Xây đựng mô hình tinh toán trường hợp ding tham không ồn định 583.44, Phân ích kết qua )

3.5 Tính toán ôn định mái đập 64

Kế luận chương 3 66

1 Các kết quả đạt được của luận VN avn 6T

TL Một số vin đề tổn tại và hướng tip tục nghiên cứu orTÀI LIEU THAM KHAO 8

PHY cCƠcỢƯỰƯỰƯ-.1.

DANH MỤC HÌNH ANH

Hình 1.1: Đập Oroville - Hoa kỳ.

Hình 1.2: Nước trin qua đình đập

Hình 1.3: Sự cổ vỡ đập Bản Kiều “Trung Quốc

Hình 1.4: Trượt mái thượng lưu đập Tây Di Linh.

Hình L5: Hiện tượng thắm ướt mái hạ lưu

Hình 2.1: Sơ đồ bổ wi thi bị quan trắc thim trên một tuyến do

Hình 22: Phân bổ áp lực kế rỗng khi đồng ổn định

Hình 2.3: Các loại phin we

Hình 3.1: Đập chính hồ ngàn traci

Hình 32: Mặt bằng bổ trí tuyén quan trắc thấm

Hình 3.3: Mat cắt ngang tuyến gan trắc 1 mặt cắt (3-3).

inh 3.4: Mặt cắt ngang tuyển gan trắc 2 mặt cắt (66)

Hình 35: Mặt cắt ngang tuyén gan rắc 3 mặt cắt (9-9)

Hình 3.6: Mặt eft ngang tuyển gan ắc 3 mặt cất (12-12)

Hình 37: Chỉ tết lắp đt thit bị quan tắc thắm,

Hình 3.8: Đường mực nước trong thời gian ích nước.

Hình 39: Tuyển quan ắc vị trí thượng lưu dip (ALTS-2 và ALTS-1)

Hình 3.10: Tuyến quan trắc (ALT-2 và ALTIO41)

Hình 3.11: Tuyến quan tri v rỉ thượng lưu đập (ALT7-2 và ALTII-I)

Hình 3.12: Tuyến quan tric thắm mặt cắt ngang 6-6

Hình 3.13: Tuyển quan trắc thắm mặt cắt ngang 9-9

Hình 3.14: Mặt cắt tính toán va vi tí quan trắc thắm — Mặt cất 6-6

inh 3.15: Mô hình tính toán

3.16: Đường hòa tinh toán theo lý thuyết

Hình 3.17: Đường bão hda tinh toán hiệu chỉnh theo số liệu quan trắc.

Hình 3.18; Biểu dé đường bão trong thân đập

Hình 3.19: Kết qua tinh toán thim TH-1

2.4: Sơ đồ tính oán ôn định chống trượt theo phương pháp mặt trượt ry tr,

Kết quả tính toán thim THES

Kết quả tính toán thắm TH-I

Kết quả tính toán thắm TH-2

Kết quả tính toán thắm TH-3

Kết quả tính toán thắm TH

Kết quả tính toán thắm TH-5

Kết quả tính toán mực nước tạ giếng quan trắc ALTS

Kết quả tính toán mục nước tai giếng quan trắc ALT

Kết quả tính toán mực nước tạ giếng quan trắc ALT?

Kết qua tính toán mực nước tại giếng quan trắc ALT.

Kết quả tính toán én định mái-Thắm ổn định TH-5

Kết quả tính toán thắm- Thắm không ổn định TH-5

'Kết quả tính toán thiim-Theo kết quả quan trắc TH-5

Biểu đồ thể hiện hệ số ổn định theo các sơ đồ tính

'Kết quả tính toán én định — Thắm không én định TH-1

Kết quả tính toán én định — Thắm không én định TH-2

3

Kết quả tính toán ổn định - Thắm không ổn định T

'Kết quả tính toán ổn định ~ Thắm không én định TH-4

Kết quả tính toán én định ~ Thắm không ôn định TH-5

Kết quả tính toán én định Theo kết quả quan trie TH-1

Kết quả tính toán én định -Theo kết quả quan trie TH-2

Kết quả tính toán én định -Theo kết quả quan bắc TH-4

Kết quả tính toán dn định “Theo kết quả quan tắc TH-S

& quả tính toán ôn định -Thim én định TH-1

39

61 6

62

z

65 sĩ 91

% 2 93

93

94

95 95 96 9%

Hình 3.49: Kết qua tinh toán ôn định ~Thắm ôn định TH-3 97 Hình 3.50: Kết quả tinh toán én định -Thắm én định TH-4 97 Hình 3.51: Kết qua tinh toán ôn định -Thắm ổn định TH-S 98

‘Theo diện tích lưu vực (E-km2).

Theo điện tích tưới (o - ha)

Theo dung tich hi (W - 10m3)

hỗ chứa nước ta

Thống kể sự

Tỷ lệ hư hỏng dip vừa và nhỏ theo các nhón tiêu chí

Bảng thông số kỹ thuật chủ yéu của hạng mục công trình,

Bảng tổng hop vi tí bổ trí quan trắc

“Thời điểm tinh tương ứng.

Bảng áp lực cột nước tỉ cúc giếng quan trắc tương ứng với mực nước

Bảng áp lực oft nước tại các giếng quan trắc tương ứng với mực nước.

Băng lực cột nước ti các giếng quan trắc trong ứng với mực nước

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIET TAT

Chữ viết tắt ién giải

ĐHTL "Đại học Thủy lợi

BICT Bê tông cốt thép

MNTK Mực nước 1

MNKT Mực nước kiếm tra

PTHH Phần tử hữu hạn

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

"Đập và hỗ chứa nước là những công trình nhân tạo được xây đựng giúp cho con người

cải biển trang thải tự nhiên của dòng cháy, từ đó để khai thác, phân phối lại nguồn

nước, giảm lũ cho vũng hạ du Theo thống kế của Tổng cục thủy lợi, ở Việt Nam đã xây dựng được khoảng 6755 hỗ chứa nước với tổng dung tích trừ nước khoảng 11 ty

mm trong đô có 560 hồ chia nước cỏ dung tích lớn hơn 3 triệu m hoặc dip cao trên

15m, 1752 hỗ có dung tích từ 02 triệu đến 3 triệu m® nước, còn lại là những hd đập

nhỏ có dung tích đưới 02 triệu m* nước Phin lớn những hỗ chứa nảy được xây dựng

cách đây khoảng 30-40 năm, trong điều kiện kinh tế đắt nước còn chưa phát triển, điều

kiện kỹ thuật, công nghệ xây dựng còn hạn chế, tiêu chuẩn an toàn đập còn chưa cao,hình thức đập đầu mới chủ yếu là đập dit Các công trinh được xây dựng da thể hiện

ai trò quan trọng trong việc điều hỏa, cung cắp nước cho các hoạt động kinh tế xã

hội, phát triển đất nước trong những năm qua [1]

Các công tình đập và hồ chứa khi đưa vào khai thác rõ rằng mang lạ những lợi ich to lớn trong việc cấp nước và giảm lũ cho hạ du Ngược lại khi công trình xây ra sự cổ,

lượng nước lớn từ các hồ chứa đổ xuống hạ du trong thời gian ngắn có nguy cơ rắt lớn

tàn phá tai sản, cơ sở hạ ting thậm c] cả tinh mạng con người Do đó, những năm gắn

đây, vin để dim bảo an toàn đập và hồ chứa luôn được các cơ quan quản lý, cơ quan

chuyên môn quan tim, Thông kê các sự cổ đập trên th giới, Stematiu (2009) chỉ raring nguyên nhân liên quan đến dòng thắm chiếm khoảng 20% Ở Việt Nam, theo

thống kê của GS.TS Phan Sỹ Kỳ, các sự cố đập liên quan đến dòng thấm chiếm.

khoảng 15% Các đập ở Việt Nam x đến như sự cổ thẳm

gây vỡ đập đất của hd chứa Suỗi Hành, Suỗi Trầu, Am Chúa -Khánh Hoà, đập Vục

“Tròn - Quảng Bình xảy ra trong thời kỳ khai thác; sự cỗ thắm ở đập của hồ chứa

nước mưa Nam Du - tinh Kiên Giang, Ca Giây - Bình Thuận, Z20 ~ Ha Tĩnh xảy ra

trong thời kỳ tích nước đầu tiên của hỗ chứa

Nhìn chung, các sự cổ do thắm có nguy cơ cao xuất hiện trong thời kỳ tích nước đầu

tiên của hỗ chứa Nghiên cứu thống ké của Foster và ank (2000) chỉ ra rằng có đến

hơn 50% các sự cổ vỡ đặpliên quan đến dng thắm xuất hiện trong vồng 1 năm khi hỗ

bắt đầu tích nước, Thực tế ở Việt Nam hiện nay, khi phân tích dòng thắm qua thân

đập, các kỹ sư thường chủ trong đến việc phân tích bãi toán thắm trong ciai đoạn đập

lim việc ổn định, khi hồ đã tích nước đến các mực nước thiết kế của hd chứa Trongkhi việc phân tích dòng thắm trong thân đập trong thời kỳ hỗ bắt đầu tích nước ít khiđược quan tâm Nghiên cứu này tập trung vio phân tích đồng thắm trong thân đập cia

hồ chứa nước Ngàn Trươi ~ Hà Tĩnh trong quá trình hồ chứa tích nước sử dụng mo

hình toán và số liệu quan trắc

2.Mục dich của dé tài

- Nghiên cứu diễn biến thắm trong thân đập của hd chứa nước Ngàn Trươi trong quá trình hỗ tích nước,

ân, phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiấp cận

= Từ thực tế: Kế thừa, tổng hợp, phân tích các kết quả nghiên cứu đã có; Các số liệu

«quan ắc công nh thực tẾ

- Tiếp cận về mặt kỹ thuật: Các đặc tính kỹ thuật của dòng thắm

.32:Phương pháp nghiên ci

+ Thu thập thông tỉ, số iệu, kể thừa các kết quả nghiên cứu, tả liệu dự án đã có.

~ Phương pháp phân tich-tong hợp, thong kê số liệu quan trắc.

- Phương pháp mô hình toán, phân tích đồng thắm trong thân đập

4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

6Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học của đề

~ Đánh được diễn biển thắm trong thân đập đắt trong quá trình hỗ tích nước

6.2 Ý nghĩa thực tiễn củn đề tài

- Nâng cao hiệu quả công tá thiết kế và quản lý di với công trình hồ chứa nước Ứng

dụng tính toán thắm trong thân đập đất.

7 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận văn được trình bay trong 3

chương bao gồm

“Chương 1 Tổng quan về đồng thẳm và an ton đập dit

“Chương 2 Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu đồng thắm trong thân đập

“Chương 3 Phân tích diễn biển dòng thắm trong thân đập trong quá trình tích nước ho

Ngân Trươi

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE DONG THÁM VA AN TOAN DAP D.1.1 Khái quát chung Đập đắt

Hồ chứa nước trên thé giới được xây dụng và phát triển rit da dạng phong phú, Đếnnay thé giới đã xây dựng hơn 1.400 hỗ có dung tích mỗi hỗ trên 100 triệu mẺ nước, với

tổng dung tích 4.200 tỷ m’.

THồ chứa nước có nhiễu lợi ích và những hạn chế

- Match cục: Hỗ chữa nước là công trình sử dụng tổng hợp nguồn nước và có nhiều

chức năng nhiệm vụ Hỗ chứa cấp nước cho các ngành sin xuất nông nghiệp tưới tiêu,

công nghiệp và sinh hoạt của người dân; Hồ điều iết dòng chảy và phòng chống lũ Intria lũ, chống han vào mùa khô; Hỗ chứa còn tạo nguồn thuỷ năng cho phát điền, nuôitrong thuỷ sản, giao thông, du lịch, thể dục thé thao, y tế

Hồ chứa nước được xây dựng, sẽ ạo sự ôn định và phát triển kinh tế xã hội cho cả mộtkhu vực dự án, tạo công ăn việc làm cho người dân khu vực, giải quyết thất nghiệp,

phân bổ lao động, lập các trung tâm din cư mới; Ngoài ra, trong một số trường hợp

còn góp phần dim bảo an ninh, quốc phòng

+ Mit han chế khi xây dhơng hỗ chữa mước: Trong thiết kễ, xây đụng, vẫn hành khai

thác để xây ra sai xót hoặc trình độ kỹ thuật quản lý sử dụng chưa cao thi có thể gây

ra những sự cổ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng Nếu thất thoát nước nhiễu, gâythiểu nước ảnh hưởng đến năng xuất cây trồng vật audi, giảm điện năng và gây khókhan cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác Nước trong hồ ding cao có thé gây ratrượt lở đắt ở thượng lưu, xi lỡ hạ lưu, gia tăng các hoạt động dia chất trong vũng

sinh lẫy vùng ven, làm 6 nhiễm một số vùng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống.

con người, thảm thực vật và sự phát triển các loài thuỷ sản Ngập lụt kim mắt đi một lượng đắt nông nghiệp, đất lâm nghiệp, khoáng sản, di tích lịch sử, văn hoá, Nếu con

người sử dụng nước hỗ không đúng din có thể dẫn tới mắt an toàn về vệ sinh và lao

động

“Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thé giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời.Cách đây hơn 6.000 năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vat liệu tại

kỳ cổ đại có hồ Vicinity tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa Th

Menphis thuộc thung ling sông Nin (Ai Cập) có xây đập đã đổ cao 15m, đải 45m,

“rong khoảng 4.000 năm trước Công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các

nên văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hy Lạp, La Ma, An Độ kỹ thuật xâydmg hồ đập trên thể giới cũng không ngừng phát tri, Người Nam Tư xây dựng đập

Mardook ở thung lũng sông Tigris, Người Saba xây đập đá đổ Marib cao 32,5m dải

3.200m Đến nay sự phát triển của các hồ chứa lớn trên thể giới đã được khẳng định

qua thực t với các mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hd trong từng khu vue đổi

với từng quốc gia là khác nhau,

6 Việt Nam, theo thống ké của tổng cục thủy lợi, đã xây dựng được khoảng 6755 hồ chứa thủy lợi với tống dung tích trữ nước khoảng 11 ty m3 trong đó có 560 hỗ chứa có.

hư trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tí dung ti

0.2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lạ là những hỒ đập nhỏ có dung tích dưới 02 triệu

TỶ nước [1],

“Tổng số hồ chứa nước các tình từ Nghệ An trở ra đến các tinh min núi phía Bắc là4.224 hồ chiếm 64% số hỗ cả nước, Các tính có nhiều hỗ chứa là: Nghệ An 629 hổ,

“Thanh Hóa 610 hd, Hòa Bình 513 hd, Bắc Giang 422 hồ, Tuyên Quang 346 hồ[1]

Hồ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng.

hạ du, cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phất triển da lịch, cải tạo mỗi trường môi trồng thuỷ sản, phát triển giao thông, thể thao, văn ho.

Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây đựng hỗ chứa điển ra chim, có it hồ chứn

được xây dựng trong giai đoạn này Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nước nhà thống

chứa nước phát triển mạnh, Từ 1976 đến nay số hỗ chứa xâynhất thì việc xây dựng

dạng mới chiếm 67%, Không những tốc độ phát tiễn nhanh, mà cả vỀ quy mô công

trình cũng lớn lên không ngừng Hiện nay, đã bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả ở

những nơi điều kiện tự nhiên phúc tạp

‘Da phần là hỗ chứa vữa và nhỏ Hỗ cấp V (heo quy định cũ) chiếm 62%, hỗ có lưu

vực F < 10km2 chiếm 65.6%, hỗ chứa nước tưới không quá 500ha chiếm 82%, hỗ códụng tích không vượt quá 10 niệu mồ chiếm 26/07%; số hồ có dụng tích lớn hơn

“hiểm tỷ lệ nhỏ Hỗ có dung tích từ 20 triệu m3 trở lên có 51 hỗ (trong đó có 10 hỗ do

ngành thuỷ điện quân lý), Những hd nhỏ nằm rai rác khắp nơi tạo nên những thé mạnh

định (vốn it, sớm đưa vào phục vụ, phủ hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm

tỷ trong lớn đi đến từng thôn bản phục vụ đắc lục cho phát triển nông nghiệp và nông thôn)[H.

Việc duy tu, sữa chữa thường xuyên côn nhiều hạn chế công tác vận hành quản lýkhai thác và bảo vệ còn tổn tại chưa được khắc phục; mưa lũ dién biến theo hướng.ngày cing phúc tạp với tin suất xuất hiện và cường độ xắu, lâm cho nhiễu công trình

cum công trình hỗ chứa xuống cấp nghiêm trọng, không duy trì được năng lục thiết kế,

nhất là những hỗ chứa nước vừa và nhỏ

1.12, Đập đắt

Dip đắt là đập dâng nước được xây dựng bằng đất có yêu edu chặt che về cấu tạo đập

và chủng loi đất, được rải thành từng lớp, dim nén bằng thiết bị chuyên dung để dip

thành đập, có khả năng tự chống thắm hoặc sử đụng các loại vật liệu khác có tính

chống thắm cao để chẳng thắm.

Đập đắt là loại đập xuất hiện sớm nhất và cũng đang được sử dụng phd biển hiện nay

trên thé giới và ở Việt Nam do có nhiều ưu điểm so với các loại đập khác đó là: sửdụng vật liệu tại chỗ, dễ tìm, dễ khai thác; cấu tạo đập đơn giản, dễ ding xây dựng:thich hợp với các điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dụng, tính an toàn ìn định cao.

ngay ca khi chị ii rong động đất lớn; đễ quân lý, ôn cao, dp diy thêm khi cổ yêucầu ning cấp; giáthnh thấp,

Ngây nay, nhờ sự phát in của nhiễu ngành Khoa học như cơ học đất lý luận thắm,

địa chất thủy văn và dia chất công tình Cũng như việc ứng dụng rộng rãi cơ

hóa và thủy cơ hóa trong thi \g cho nên đập dat cảng có xu hướng phát triển mạnh.

m Cho đến nay, các nước đã xây dựng hàng nghin đập đất (ring Nhật đã có 1281đập đất cao hơn 15m) trong đó có trên 70 đập cao hơn 75m

Đập đất cao nhất hiện nay là đập Orovin (Mỹ) cao 260.5m và đập dit bài cao

nhất là đập Midêtraurơxeơ (Liên Xô cũ) cao 80m Trong những năm gần đây, trên

phạm vỉ thé giới đang có xu hướng xây dựng nhiều đập dit cao Tổng số những đập

đất có chiều cao hon 75m xây dựng và thiết kế từ 1960 trở lại đây chiếm 80% tong

toàn bộ các loại đập cao, Con số đó nói lên xu hướng và triển vọng của đập đất trong

sự nghiệp xây đựng công trình thủy lợi.

Og nd

chia yếu là đập đất chiếm 75% trong toan bộ những dip đã xây đựng trong cing thời

inh từ. 1963 r lại đãy thì dp bing vậtiệu địa phương, rong đó

gian Ở Anh từ 1964 lại đây đã nâng tỷ số lên 67% Trong các nước xã hội chủ nghĩa

cũ đặc bit là ở Liên Xô cũ, Trung Quốc đập đắt hiện đang phát triển mạnh mẽ

Hiệu quả của hồ chứa nước là to lớn trên nhiều lĩnh vực nhưng nếu gặp rùi ro vỡ dập, thiệt hại cũng sẽ thật khủng khiếp Hiện tượng vỡ đập không phải chỉ trên lý

thuyết mà thự tế đã xây ra ở nhiều nơi trên thé giới và trong nước Trên thé giới: Theo

đập lớn bị vỡ đã lên đến 204/17200 đập và số

số liệu thống kê (Lemperiere-2000)

nạn nhân là 17000 người.

Hinh 1.1: Đập Oroville - Hoa kỳ

© Việt Nam, Đập dit là loi công tình ding nước phổ biến nhất khi xây dựng hồ

chứa Do đặc điểm về địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, phương tiện thi công của

nước la, ong tương lai đập đất còn nhiều trién vọng phát tiễn rộng rãi ơn nữa

Sở dĩ trong những năm gần đây đập đất dang phát triển với một tốc độ nhanh chóng, như vậy cả số lượng cũng như quy mô công trình là do nhiều nguyên nhân, trong đó

có những nguyên nhân chủ yếu sau đây:

~ Yêu cầu chất lượng của nền đối với đập đắt không đỏi hỏi cao lắm so với những loại

đập khác như đập bê

với bắt ky điều kiện địa chat, địa hình và khí hậu nào Những ving có động đắt cũng

ng trọng lực, đập vom, p đất hầu như có thé xây dung được

số thể xây dựng được dip dit, Ưu điểm này rit cơ bản vi ngiy ít những tuyển hợp, cóđịa chất tốt thích hợp cho các loại dip bê tông cảng ít cho nên các nước din din di vàokhai thác các tuyến rộng, nền yếu

= Với những thành tựu nghiên cứu rong các lĩnh vực cơ học đất, lý luận thắm, trang

ú ii ứng suất cũng với sự phát triển của công nghiệp chất dẻo lim vật chống thngười ta có thé sử dụng được tắt cả mọi loại đất hiện có ở vàng xây dụng để dip dip.Người ta đã tính được rằng néu lựa chọn loại đập có thành phan hạt thích hợp và đầm.nến đất tì ứng suất cho phép trong thin dip có thể đạt đến 110kg/em? và như vậy có

thể xây dựng được đập cao đến 650m.

= Sit dụng những phương pháp mới dé xây dựng những ming chống thẳm sâu tongnền thắm nước mạnh Đặc biệt, dùng phương pháp phun cao chất dinh kết khác nhauhur: Xi ming sốt vào đắt nên, Có khả năng tạo thành những ming chống thắm sâu đến

= Do những thành tựu về nghiên cứu và kinh nghiện xây đựng các loại công trình thio

nước, đặc biệt là do phát triển việc xây dựng đường him mà giải quyết được vẫn đề

tháo nước ngoài thân đập với lưu lượng lớn.

Việt Nam có điều kiện địa hình, địa chất, sông ngồi thuận lợi nên việc xây dựng các hồi

chứa, được phát triển mạnh Nhiều năm qua Nhà nước và nhân dân đã đầu tư nhiều tiền của, công sức để xây dựng h chứa Tinh đến ngày 31/12/2012, trong cả nước xây

dựng khoảng 6,648 hỗ các loại với tổng dung tích trữ trên 49,88 tỷ mÌ, bảo đảm tướicho 803.180 ha đất canh tác Các hd lớn được xây dựng như hồ Hòa Bình, Thác Ba,Nai Cốc, Cắm Sơn, Cửa Đạt, Kẻ Gỗ, Phú Ninh, Dầu Tiếng , đã mang lại hiệu ích to

lớn

1.1.3 Phân loại đập đắt

113.1 Phân loại đập theo đặc điềm

3) Theo cấp công trình.

Bảng 1.2 : Theo điện tích lưu vực (F-km2)

Cip(CT) | Tổngsố | F=10 | 10<F <50]50< F=100 | 100 <E

Số lượng [664s [5444 | 945 Gi 192 Tyle@) |100 [656 [270 19 35

©) Theo điện tích tưới

Bang 13: Theo diện tích tưới (o - ha)

CẩptCD [Tôngsố|o<100 | 100<@=500 |500<œ<1000 | 1000 <o

Sốlương [6648 [443 | 1575 245 385

Tylệ(%) [100 [370 450 70 110 44) Theo dung tích hồi

Bang 1.4: Theo dung tích hỗ (W - 10°m3)

- Hư hỏng, sự cỗ tổng thé của hỗ chứa (toàn bộ hỗ cha)

~ Hư hỏng, sự cỗ công trình (trong cụm công trình đầu mỗi).

~ Hư hỏng, sự cỗ hạng mục, bộ phận (trong một công trình)

- Hư hỏng, sự cỗ công trình vùng lân cận (Có ảnh hưởng dén an toàn hồ chứa) +b) Theo trạng thái kỹ thuật

- Hư hỏng sự cổ về cường độ

- Hữ hông sự cỗ về biển dang.

9) Theo nguyên nhân gây 1a sự cổ

= Thắm (ở nền, vai, thân đập)

~ Sat gia cố mái thượng;

= Mức lũ cao, đập thấp:

~ Thân và thết bị iêu năng của trần bị xôi, cửa tràn bị ey bị kẹt

- Cửa van của trăn xi lũ bị gẫy, bị kẹt

4_| Thân sủathiếtbịtiêu năng của tin bj hông mà 264

3 | COng ly nude bi hong 7 17399

6 [Cia van bi hong 16 374

“Tổng cộng 48 100

(Nguồn: Tông cục Thủy lợi - nim 2012)

.d) Phân theo mức độ làm việc có (số liệu thông kê của Tổng cục thủy lợi)[1]

= Hồ chứa nước lâm việc trong diều kiện bình thường: 39.1%

~ Hồ chứa có sự có nhỏ 38.7 %

- Hỗ chứa có sự cổ lớn — ¡ 22.2%

1.2 Hiện trạng an toàn đập đất ở Việt Nam

1.2.1 Các vẫn dé gây mắt an toàn đập đất của Việt Nam hiện nay

Tình hình an toàn hồ chứa của nước ta hiện nay dang trở nên phức tạp vì thiên lũ

lt dang diễn biễn hết sức thất thường, nhất là khu vực miễn Trung là nơi chịu ảnhhưởng nặng né nhất của biến đổi khí hậu, Các hồ chứa vita và nhỏ có dung tích < IÔmŸ

đang trở nên không an toàn trong giai đoạn hiện nay và đang được nhà nước ta đầu tư sửa chữa nâng cấp để đảm bảo an toàn hd chứa.

10

Van đề tự nhiên: Đặc điểm vị trí địa lý, địa hình, địa chất, thủy hải văn, khí hậu đã

được con người tính toán đến trong giai đoạn đầu tư xây dựng Tuy nhiên sự quan tâm

đồ chỉ ở mức độ nhất định nào đó, hơn nữa yêu tổ ự nhiên lại thay đổi ngẫu nhiên theothời gian Vùng nảy thay đổi ngẫu nhiên lại chịu tác động của sự thay đổi ngẫu nhiên.của tự nhiên ở vùng khác Vì vậy, hd chia nước có thé chịu ảnh hưởng bắt thường

Không lường trước được như: Dòng chiy đặc bigt lớn, động đất, sạlờ núi

Van dé kinh tế - xã hội: Con người là chủ thể trong việc thiết kể xây dựng hỗ chứa Để

chế ngự, điều chỉnh thiên nhiên phục vụ các lợi ích cho nhân loi, con người cần có

kiến thức mà nhận thức là một quá trình tích lũy theo thời gian Cho nên các lý thuyếtxây dựng hồ chứa, tính toán thiết kế, đo đạc khảo sit địa hình địa chất, kỹ thuật thcông, quy trình vận hành khai thác chưa phản ánh đúng hoặc phù hợp tối ưu với

thực tẾ khách quan

Vin đỀ khảo sát, quy hoạch và thiét kế: Điều tra nghiên cứu điều kiện tự nhiên, điều

kiện kinh tế xã hội chưa được diy đủ; quyết định chủ trương, quy mô đầu tư không

đăng, tính toán thiết kế quy hoạch thiết kế còn sai sốt đều là nguyên nhân có thể dẫn

<n làm mắt an toàn hỗ đập

Vấn để thì công: Làm chưa đúng theo hd sơ thiết ké, quy cách chất lượng vật liệu đầu

vào chưa dam bảo, công nghệ thi công còn lạc hậu,không phủ hợp, xử lý phát sinh, xử.

lý nỗi tiếp giữa các giai đoạn thi công không triệt dé, nhật kỹ thi công hồ sơ hoàn công

lâm chưa đủ hoặc không bàn giao cho quản lý.

Vấn để sử dụng và quản ý: Sử dụng vượt khả năng, thiểu hệ thống quan tre, nghiên

cứu thực dia; không thực hiện đúng chế độ, duy tu bảo dưỡng: không kịp thời sửa chữa, bảo vệ những hư hỏng nhỏ; nhân viên không thực hiện theo quy trình; quản lý sử.

dung không có quy trinh hoặc quy trình không đồng đều ảnh hướng đến an toắn công

tình

Đặc biệt một hư hong sự cổ hỗ đập có thé do một nguyên nhân hoặc cũng do tổ hop

nhiều nguyên nhân Nhưng rõ rằng, không có bố trí thiết bị quan trắc khách quan,

không phân tích ti liệu quan trắc Dẫn đến không làm chủ được công trình Khôngphát hiện và khắc phục sự suy thoái của vật liệu, của kết cấu Không dự báo được

những bat trắc trong tương lai là một loại các khía cạnh, các vẫn đề của yêu tổ sử dạng và quản lý ảnh hưởng đến an công trình hồ đập.

1.2.2 Những sự cŠ mắt an toàn đập đất

1.2.2.1 Nước tràn qua định đập

Nước trần định

ap gly si mái

"Nước trần qua đình đập có thé là do các nguyên nhân sau: Tính thủy văn sai: Mưa gây,

ra là tính nhỏ, lưu lượng đính lũ nhỏ, tổng lượng lũ nhỏ hơn thực tế, các dang lũ thiết

kế không phải là bắt lợi, thiếu lưu vực Lập đường cong dung tích hồ W=f (H) lệch về

phía lớn, lập đường cong khả năng xa là của dip trần Q = fH) sai lệch với thực tế.

Cita đập tin bị kẹt, 1ä vượt tn suất thiết kế, không có tràn xa 1a dự phòng, đình đập,đắp thấp hơn cao trình thiết kế

-Vi dụ: Dip Ban KiỀu - Trung quốc vỡ do mưa lũ vượt tin xuất nước lũ tần lên mặt

đập rồi leo lên vượt tường chắn sóng 0,3m.

13.32 Sạt trượt thế bị bảo vệ mái đập thượng hi

"Nguyên nhân sat trượt mái đập:

~ Tính sai cắp bão,

én pháp thiết kế gia cổ mãi không đủ sức chịu đựng sống do bão gây ra

~ Thi công lớp gia cỗ kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ hơn

thiết kế, chất lượng đá hoặc bê tông kém, dé lát đặt nằm, không chén chặt các hòn đá

~ Dit mái đập thượng lưu dim nên không chặt, hoặc không xén mái

~ Hiện tượng này xây ra ở hầu hết các hỗ thiết kế đá lát khan, Đặt biệt là khu vực miễn

‘rung và Tây nguyên đo gié bio to, do hiện tượng đắt trương nở

1.2.2.3, Nút ngang đập

"Nguyên nhân

~ Lian nền đột biến do chất lượng nên kém;

= Lần không đều đột biển trong thân đập do chênh lệch đột

không được xử lý.

~ ĐI dip đập có tinh lún ưới lớn hoặc tan rã mạnh nhưng khi khảo sát không phát hiện

a hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế

Ví dụ: Hồ Yên Lập tháng 10/1982 khi hỗ đang tích nước, phải bịt lỗ cổng dẫn dòng bịgây đột ngột Nước hỗ chảy qua

địa bình nên đập

ết sầu đập không hợp lý

ống tắt mạnh, với cột nước rit lớn tới 24m, làm rung

động toàn bộ công và đoạn đập đắt lân cận, làm cho đập chính nứt rạn 25m vất nút với

chỉ rộng kế nứt từ 15-3 em, su lp gia cổ mái TL

1224 Mit dọc đập

Nguyên nhân

Sước hi chứa ding cao đột ngột gây ra tả trọng trên mái đập thượng lưu tăng độttiến

- Nước hỗ rút xuống đột ngột gây ra giảm tải đột ngột trên mãi thượng lưu

~ Đắt dip đập khối thượng lưu có tính lún ướt hoặc tan rã mạnh nhưng khi khảo sắt

không phát hiện ra hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kế cầu đập không hợp lý Nền

đập bị lần trên chiề đài tìm đập,

1.3 Tổng quan về đồng thắm và ảnh hướng của dòng thắm đến an toàn đập

13.1 Tầng quan dong thắm

Sự hình thành dòng thắm trong công tinh thủy lợi

Dit nén và hai bên vai công trình thường là loại thim nước Chỉ trong trường hợp nén

và vai là đã tốt không nứt ng, boặc là đắt sét chất xà được xử lý tiếp giáp ổt thì mới có

thể coi như không thắm nước

Khi công tình làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mye nước giữa thượng và hạ lưu.

Nước sẽ di động qua các kề rỗng trong đất nền và hai bên vai công ình tạo thànhdng thắm, Đối với công trình và mỗi trường xung quanh, dòng thắm gây ra những

ảnh hưởng bat lợi như sau:

-Lầm mắt nước từ hỗ chứn:

-Gây áp lực lên các bộ phận công trình giới hạn miễn thắm (bản đáy, tưởng chan )

“Có thé làm biển hình đất nền và hai vai, đặc biệt là ở khu vực đồng thắm thoát ra, có

thể din đến sụ lún, nghiêng, lậ công trình;

Đồng thắm hai bên vai công trình khi thoát ra hạ lưu có thé kim lầy hoá một khu vực.rông, làm ảnh hưởng đến ủndinhcủa bờ và điều kiện di, sản xuất ở hạ lưu công

trình

Dang thắm trong môi trường dit tổng được chỉa thành 2 loại

Dang thắm có áp ~ khi nó bị giới hạn từ phía trên bởi biên cứng, đồng thắm Không có

mặt thoảng; chu) động của đồng thim giống như nước chảy trong ống có áp Đây làtrường hợp khi xét đồng thắm đưới đáy các công trình

-Dong thắm không áp — khi nó không bị giới hạn từ phía trên bởi công trình Đây latrường hợp dòng thắm hai bên vai công tinh, dồng thắm qua dip đất Giới hạn phía

trên của dng thắm là mật thoáng hay mặt bão hoà, tai đây có áp suất bằng áp suất khí

điều kiện làm việc an toàn của nó (6n định về trượt, ngăn ngừa biển hình nên ) và

tinh kinh

Thắm qua thân đập là thắm không áp nhưng thắm qua nén mang tinh chất thắm có áp

cho nên khi nghiên cứu thắm qua đập đất không chỉ có Š ứng dung các định luậc cơ bản về lý thuyết thắm ma ding cả những phương pháp tính thắm trong trường hợp tổng quất

1.32 Anh hưởng của đồng thắm đến an toin của Đập

Thắm là hiện tượng nước chuyển động qua thân đập hoặc nén đập từ thượng lưu (nơi

có mực nước cao) về hạ lưu (nơi có mực nước thập) “Thắm gây ra các sự cổ sau:

Hiện tượng thắm ei: Khi nước thắm thoát ra mái ở phía trên cao độ thit bị thoát nước thì có thé làm ướt mai đập (thường trên điện rộng) Ap lực nước và mực độ bão.

hòa nước của đắt & thân và nén đập có thé lâm cho ác vật liệu đất bị mắt trọng lượng,hiện tượng này nếu không được tiêu thoát tốt sẽ phat triển đến sự cổ tiểm tang gây sat

tới vỡ đập trượt mái, i

Hiện tượng rò rỉ xói ngằm: Xói ngằm là hiện tượng các hạt đắt, cát tại thân dap hoặc.

nền đập bị lõi cuỗn khỏi v tri ban đầu, dưới tác động cơ học của dng thẩm Quả trinh

x6i ngằm phát triển, dẫn hình thành các mạch nước chảy Mạch nước chảy ngảy cảng mạnh thêm, khối lượng dit cất bị cuốn tối tom sẽ làm rỗng thân đập, hoặc nén dip,

gây sut lin và vỡ đập

Theo kết quá điều tra tỷ lệ hư hỏng đập đất vừa và nhỏ theo từng nhóm tiêu chí tại các vùng trên cả nước được thể hiện dưới bảng sau

Bang 1.6 : Tỷ lệ hu hỏng đập vừa và nhỏ theo các nhón tiêu ch.

(Theo cuỗn: * Tiêu chí đánh giá an toàn đập đất ~ GS.TS Phạm Ngọc Quý (chủ biên)

1.32.1 Hướng dẫn phat hiện và đánh giá ngụy cơ mắt an toàn vềthắm

a-Hiện tượng thẩm wét mái hạ lưu

Sự cổ thắm có thé xuất hiện ở mái đập, chân đập và cũng có thé xây ra ở mặt tp xác

đất đắp đập và bỂ mặt khối kết cầu bê tông công tình ( Có thể là trần, cổng, trồng

chắn hoặc bắt cứ công trinh nào nằm trong khối đất đắp)

bo Higm tơng rò ri xi ngằm

Nếu quan sát thấy những thay đổi về các mang thực vật phía mái ha lưu hoặc khi trời

không mưa, nhưng thấy mái đập hạ lưu, khu vực gin 2 bên tường trần, cửa ra cửa cổng

lấy nước có hiện tượng tớt, đặc biệt khi mực nước hd cao, thi đó có thể là dẫu hiệu

nhận biết về hiện tượng thấm ướt

Ving thám ướt

Hình 1.5: Hiện tượng thim ướt mái hạ lưu

Nếu tại một mực nước nhất định trong hồ, nhưng lưu lượng nước chảy ra từ hệ thống

thoát nước là không bình thường hay khi quan sắt thấy vũng nước hoặc mạch nước:

chảy tại mái đập hạ lưu đập có thé là dấu hiệu nhận biết về hiện tượng rò rỉ, xói ngằm,sẵn phải kiểm tra

1.3.2.2 Các nguyên nhân gây thẩm mạnh qua đập đắt

“Hiện tượng thắm mạnh có thể xây ra do: Vật liệu dip không đồng chất, có l

chất hữu co, thi công dim nén không tốt, thiết bị tiêu thoát nước bị hồng

“Hiện tượng x6i ngằm, tạo hang thắm tập trung có thể xảy ra do dọc biện pháp xử lýnên không phù hợp, thi công xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt; vật liệu dipđập có chứa nhiều tạp chit; thi công đầm nén thân đập không tốt, do động vật đào

hang tạo ân họa trong đập.

+Nguyên nhân do quản lý vận hành: Công tác kiểm tra, quan trắc chưa được chú tronging mức din đến không phát hiện ra những lỗ hỗng nhỏ dẫn đến hiện trợng thắm

+ Cơ chế hoạt động phá hoại của dng thắm: Các hư hong, dự cổ của đập dit liên quan

tới thắm có thể chia hành 2 nhóm: mắt ổn định mái đập và mắt én định thắm

Từ các nguyên nhân sự cố do thắm phân tích như trên thi việc phân tích, đánh gtoin dip dựa trên nhôm tiêu chí thẩm là một vẫn để cần thiết thực hiện

hỗ đã tích nước đến các mực nước thiết kế của hồ chứa Trong khi việc phân tích dingthấm trong thân đập trong thời kỳ hỗ bắt đầu tích nước ít khi được quan tâm Nghiên.cửu này tập trung vào phân tích đồng thắm trong thân dip của hỗ chứa nước Ngàn

Trươi — Hà Tinh trong quá trình hồ chứa tích nước sử dung mô hình toán và số liệu.

quan tric.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU

DONG THÁM TRONG THAN DAP

2.1 Khái quát chung về các phương pháp tinh toán thấm trong thân đập

3.1.1 Phương pháp cơ học chất long [7]

Phương pháp cơ học chất long do Viện sĩ N.N Pavldpxki khởi xướng và đã đạt được

lời giải chính xác cho một sổ bài toán thắm có điều kiện biên đơn giản

“Trong bài toán phẳng (thẳm phẳng), gọi h la hàm số cột nước thắm, khi đó có.

đông thắm được mô tả bởi lưới thắm gồm 2 họ đường:

Đường đẳng thể, gọi tt là đường thể, là tập hợp các diễm có cũng cột nước h (h =

const)

Đường dòng là quỹ đạo chuyển động của một hat nước trong miễn thắm

Phương pháp cơ học chất lỏng dùng công cụ toán học để xác định những trưng của

dong thắm như lưu lượng, lưu tốc, gradient, áp lực, đường bão hỏa tại bắt kỳ một vị trí

nào trong môi trường thắm Do khi inh toán không đưa vào nhiều những gi thiết cho niên phương pháp này cho kết quả chính xác.

Tuy vậy phương phip này chi sử dụng được trong trường hợp bài toán cổ sơ đồ đơn

sin Khi gặp những sơ đồ phức tạp (điều kiện ban đầu và điều kiện biên phức tp) ti

cách giải này gặp nhiều khô khan về mặt toán học và ong nhiễu trường hợp gin như

Do vậy trong thực t thiết kế tính toán thắm, phương pháp này ứng dung rit hạn

2.1.2 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng [7]

Phương pháp cớ học chất lỏng chưa phát triển thì tính toán thắm người ta hay dùngphương pháp tý lệ đường thẳng để giải bài toán thắm Phương pháp nảy do Blai déxưởng dựa trên các tải liệu quan trắc từ các công trình thực tế

Nedy nay có nhiều phương pháp hiện đại dé nh toán thắm, tuy nhiên phương phaspt

tỷ lệ đường thing vẫn còn được sử đụng trong một số trường hop sau

Doi vớ các công trinh nhỏ, ting thắm mỏng, đường viễn thắm đơn giản

-Đấi với các công trình trên nền đá

2.1.3, Phương pháp thủy lực [7]

Kế từ khi công bổ định luật thắm cơ bản Darcy đến khoảng cuối thập niên 80 của thé

ky 20, phương pháp thủy lực trong lý thuyết về thắm phát triển mạnh và đạt đến những,thành tựu to lớn, đã ứng dụng giải quyết được nhiễu bai toán thắm trong công trinh

thủy lợi, khai thác nước ngắm và các bài toán thắm ồn định khác.

Phương pháp thủy lực giới hạn nghiên cứu ding thắm biển đổi chim, thỏa mãn tiễn để

Duy-puy, khi xem tt cả các đường dong có đường cong nhỏ, song song với nhau, dẫn

đến gradient thấy le = const, Khi miễn thẳm có thiết bị thoát nước cần sử dụng giá thiết Cozeny, mặt khác cần sơ đồ hóa cao độ mặt cit tính toán.

Phuong pháp thủy lực cho lời giải các thông số dòng thắm như đưới dạng biểu thức.

toán đơn giản dễ tính toán ngay cả đối với bài toán phúc tạp trong thực tẺ Độ chínhxác của phương pháp thủy lực đủ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật va thường thiên về an toàn,

do đồ phương phip này được phổ biển và ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế

2.14, Phương pháp thực nghiệm [7]

"rong lý thuyết thắm, phương pháp thực nghiệm đóng vai trồ quan trọng Điều này đểnhận thấy vì xuất phát từ thực nghiệm, Darcy đã khái quát rút ra định luật thấm cơ bản,bên cạnh đó, nhiều thực nghiệm đã là cơ sở để xây dựng lý thuyết thắm Trong quátrình nghiên cứu, với nhiều trường hợp điều kiện biên của bai toán khá phức tạp, việc.tim lời giải bằng các phương pháp lý thuyết không đơn giản thi phương pháp thực

neh sm lại tổ ra chiếm wu thé hơn.

Các hinh thức thi nghiệm bing phương pháp thực nghiệm

20

Thí nghiệm trên mô hình vật lý: đây là mô hình được làm bằng vật iệu ở dòng thắm

thực tế

Lập mô hình quá trình theo phương pháp tương điện thủy động

Ngoài ra còn rất nhiều thí nghiệm thắm kbác đã được sử dụng dé xác định hệ số thắm.cho tim loại vật liệu, xác định hệ số dung ích trong le, hệ s thoát nước

2.15 Phương pháp vẽ lưới thắm [7]

Trong môi trường đồng nhất, ding hướng, lưới thắm được hình thành bởi hai họ

đường cong trực giao nhau Các đường cong này thể hiện hình ảnh chuyển động của

các hat nước trong môi trưởng thấm

-Đường ding: biểu diễn quỹ đạo của cúc phn tử nước chuyển động trong miễn thắm;

~Đường thể : tập hợp các điểm có củng cột nước thắm

Hai họ đường ding và đườngth tạo thành một lưới cổ các mắt lưới hình vuông cong

Tại những vị trí mà các đường dòng, đường thế gần sát vào nhau là nơi có dòng thắm

mạnh (gradienthim lớn): ngược li, tụi vị í có các đường đồng, đường thé thưa là nơi

có dòng thắm yếu.

Lưới thắm chỉ phụ thuộc vào dạng hình học của miễn thắm mà không phụ thuộc vào

hệ số thắm, cật nước, chiều dòng thắm, và ích thước tuyệt đối của công trình.

Phương pháp xây dựng lưới th m gồm

-Phương pháp giải ích

Phuong pháp thi nghiệm tự điện

-Phương pháp thi nghiệm trên mô hình khe hẹp

"hương pháp vẽ lưới thắm bằng tay

Phương pháp vẽ lưới thắm có thể thực hiện cho môi trường đồng nhất và bất ding

hướng, tuy nhiên việc vẽ lưới thắm phức tạp nên ít sử dụng, thường sử dụng các mô

hình số để giải quyết

2.1.6 Phương pháp mô hình số - phương pháp phin từ hữu han

Xuất phát từ phương trình cơ bản và các điều kiện biên, có thé sử dụng các phương.

pháp số để tìm các đặc trưng của dòng thắm, Thường sử dụng 2 phương pháp chinh là

phương pháp sai phân và phương pháp phần từ hữu hạn (PTHH),

Lưới sai phân hữu hạn.

Các đại lượng vi phân dh, dx, dy được chuyển thành những đại lượng sai phân tương

ứng Ah, Ax, Ay Những đạo him riêng cắp một và cấp hai SF S2 22 được

chuyển sang các tỷ sai phân theo các công thức sau:

Ph _hGoy +b) hey) + hức

ay bề

Trong đó

x,y là tọa độ của điểm nút cần xét thuộc lưới

Việc tìm nghiệm của phương trình Vh = 0 chuyén thành việc giải một hệ phương trình

inh đểđại số tuyế các giá trị h(x, y) tại những điểm nút,

Phương pháp ai phân hữu hạn tuy là đơn giản nhưng được dùng để giả các ải toán

về kỹ thuật chia lưới khi tính thấm có điều kiện biên phức tạp đo những nhược

toán.

dn tử hữu hạn [7]

2.1.6.2 Phương pháp pl

Theo phương pháp phần i hữu hạn, mi

thấm được chia thành những hình tam

giấc có kích thước và hình dang khác

2

nhau phù hợp với các biên và tính chất

: msi me

của đồng thấm ở các khu vực khắc nhau

¬~-“rong bài toán thắm phẳng, ổn định cột ‘yoo a

định khi biết giá ị cột nước h gi 3 đình ike

p là số phần tử được chia trong miễn:

B= Dole GE) + ;k(0} Java: es)

@ ~ điện tích của từng phần tir

“Cuối cùng cần giải hệ phương tinh đại số:

06)

Các ân số phải tim lãtrịsố cột nước htại cc điểm nút của lưới

Ngày nay, với sự hỗ trợ của công nghệ, phương pháp phần tử hữu hạn đã trở nên thông,

‘dung và là một công cụ mạnh để khác nhau: có áp và không 4p, ôn định và không én định, phẳng và không gian.

2.2 Quan trắc đồng thắm trong thân đập

Các công trình đầu mỗi hỗ chứa Thủy lợi được bổ trí các thiết bị quan trắc nhằm thụ

thập số liệu thực tế phục vụ cho công tác quản lý, vận hành, khai thác công trình,

nghiên cứu để làm rõ hoặc chỉnh xác hóa các vấn để lý thuyết tinh toán Dựa vào kết

«qua thu thập được từ hệ théng quan trắc, sau khi xử lý cổ thé đưa ra khuyến cáo vỀ độ

an toi của công tình,

2.2.1 Quy định chung về bố trí thiết bị quan trắc [6]

+ĐỂ quan trắc đường bão hoà trong dip, bổ tí các ống đo áp (Observation well

Cao trinh đặt Ống do áp cũng như chiễu dài đoạn thu nước của ống đo áp được xác

định bằng tinh toán nhưng phải thấp hơn giá tị tính toán đường bão hoà một đoạn tối

thiểu từ Tm đến 2 m, Các ông đo áp bổ trí trong mặt cắt ngang của dip gọi tuyển do

áp Tuyến do áp được quy định như sau:

~ Ở phần thêm sông, các tuyến bổ trí cách nhau từ 150 m đến 250 m;

6 phần lòng sông, các tuyén đo ấp cách nhau từ 100 m đến 150 m;

~ Khi bỗ trí tuyển đo áp chú ý đặt ở những vị tí có sự thay đổi về địa chất ném hoặc kết

cấu đập Số lượng tuyển đo áp cho mỗi đập không ít hơn 3.

-+Số lượng ống do áp trong một tuyến tuỷ thuộc chiều cao đập, hình thức và kết cấu đập nhưng không được it hơn 4, trong đó bố trí một ống ở mái thượng lưu trên mực.

nước ding bình thường (MNDBT) ừ 1 ống đến 2 Ống trên nh đập nhưng phải nằmngoài phạm vi đường giao thông: từ 2 ông dn 3 ống trên mái hạ lưu, tốt nhất tại cơ ha

lưu và tước thiết bị tiêu nước nếu có.

"Để quan trắc áp lực thắm, bố tr áp lực ké(piezometer) Số lượng lực áp kế ong một

tuyển khoảng từ 3 áp lực kế đến 5 áp lực kế (Xem Hình ) Trường hợp nén đá tốt, itnứt né tì không cần b tr thiết bị quan trắc áp lực thắm,

Hình 2.1: Sơ đồ bổ tri thiết bị quan tre thắm trên một tuyển đo

+Để xác định lưu lượng thắm, tại chân mái hạ lưu đặt các rãnh tập trung nước Tạinhững vị trí cần đo lưu lượng thì bố trí các công trình đo lưu lượng như: đập tràn kiểu

tam giác, kiểu thành mông Để do lưu lượng thắm qua khớp nổi bên trong đập cần đặt

các mang tập trung nước và dẫn ra các công trình đo lưu lượng

Xn đập xử lý thắm bằng màn chin kiểu phun xi mang hay ci (thép, bê tông phải

bố trí ống đo áp để đánh giá hiệu quả làm việc của màn Tuyển quan tắc thắm được

«gay định mỗi tuyển bổ trí ổithiễu 3 hằng:

- Hàng thứ nhất đặt trước man chin, độ sâu dưới mặt tiếp xúc của đập với nỀn khoảng

phải có biện pháp khoan hỗ trợ.

thống do áp có thể đặt ngay trong quá trình thi công hoặc thi công xong nhưng

2.2.2 Phương pháp và thiết bị quan trắc [6]

Nguyên tắc chung khi lựa chọn phương pháp và tết bị quan rắc là mu tiên cácphương pháp đơn giản, thiết bj dé sử dụng, bén, đảm bảo yêu cầu về độ chính xác vàiệclấp đặt thiết bị tb nh hưởng bởi quả tình thi công

“Các thiết bị quan tắc tự động là cúc thiết bị được sản xuất bởi các công ty có uy tintrong lĩnh vực này, cả bi thông dụng và dễ mua trên thị trường, trú

tiên những loại đã sử đụng tại Việt Nam, Cơng tác lắp đặt rt quan trọng bởi đây là yếu

tổ đảm bảo tinh đúng đắn của các số liệu quan ắc, do vậy đồi hỏi đơn vĩ thi cơng phải

sĩ năng lực và kinh nghiệm hoặc đã được huấn luyện về kỹ năng lắp đặt và vận hành.Cơng tác thiết kế lắp đặt thiết bj quan trắc trong Dự án nảy cĩ thể được lựa chon từmột rong những nhà sin xuất và cung cấp thiết bị quan trắc hàng đầu trén thể gi như

GEOSENSE (Anh), SISGEO (Ý), CAMPBELL SCIENTIFIC (Mỹ), 'QURBEC, ROCKTEST (Canada), GEOKON (Mỹ).

HYDRO-Các thiết bị của các hãng khác đều cĩ thể sử dụng để lắp đặt tại Dự án này nếu đáp

ứng được các thơng số và yêu cầu kỹ thuật Kiến nghỉ sử dung thiết bị các hãng của

sắc nước khối G7

Các loi thiết bị quan trắc bao gồm các đầu đo (Sensor) được lắp đặt tại các vị tí cinquan tric Các đầu do phải được nỗi sin với dây cấp truyn tin hiệu kết ni truyền tin

hiệu về t kỹ thuật Trong quá tình lấp đặt ch phái cĩ các đầu nội được chế tạ riêng

các đoạn cáp truyền tin hiệu, tuy nhiên số lượng các đầu nổi cần hạn chế

mức Ítnhắt Nên dùng các loại cáp bọc nhựa Polyethylene.

Tin hiệu từ các đầu đo được truyền qua hệ thống dây cáp về các hộp đo số

hiện trường, trước khi truyền về Trang tim điều hành thơng qua hệ thống cấp quang.Trong các hộp đo số liệu cĩ lắp đặt các bộ thu đa mạch (Multiplexer) Số lượng các bộ.Multiplexer phụ thuộc vio số lượng các đầu đo được din về và số cơng cia

Multiplexer được lựa chọn.

Cáp truyén tin hiệu phải được bảo vệ an tộn, tránh mọi hư hại cĩ thé do cơng tác thi

cơng gây ra Tại những chỗ cong, các gĩc của cáp hoặc dãy dẫn khơng được nhỏ hơn

90 độ và bán kính khơng dưới 20cm Phan cáp trục,

ống nhựa HDPE xoắn.

cắp quang phải được bảo vỆ trong

Thiết bị trước khi lắp đặt cần được kiểm tra về chủng loại, các thơng số kỹ thuật vàtính đồng bộ của thiết bị, cũng như khả năng hoạt động của chúng

2.2.3 Xứ lý số liệu quan trắc

“Cĩ 2 phương phấp quan trắc đỏ là: Quan trắc trực quan và quan trắc te động hồa

Quan trắc trực quan: Ap dụng đổi với các nội dung mà mốc có thé quan trắc từ trên bŠ mặt công trình do nước thượng hạ lưu, lưu lượng, 1 mực nước bão hồn, mực nước

thắm vòng qua vai đập Phương pháp này do con người trực tiếp thực hiện bằng trựcquan thông qua các thiết bị đo đạc chuyên dụng va theo lịch quan trắc định kỳ được.quy din cu thể tong hồ sơ thiết kế số liệu được quan trắc ghi chép bằng thủ công,

“Cách làm này thường mắt nhiễu thời gian, s liệu bằng trực quan không đủ chính xác,

Quan tie tự động:

3) Phương phản bản tự động (đo thủ công và lưu trữ số iệu tự động): Hệ thống đượctrang bị các thiết bị (cảm bin do kết ndi với thiết bị thụ thập số liệu được lập trình tựđộng để định kỳ đo và lưu số liệu vào bộ nhớ của thiết bị, kết nối thiết bị thu thập với

ính y thông tin,

b) Phương pháp tự động (đo tự động và cập nhật số liệu trực tuyển): VỀ cơ bàn

phương án này tương tự như phương phấp bán tự dng nhưng thiết bị được kết nổi

liên tục với máy tính tại công trình, có thể xem số liệu cập nhật liên tục, truy xuất

thông tin quá khứ trê máy tinh, Một mức độ phát tri cao hơn nữa là số liệu được cập nhật qua mạng internet tới máy chủ tại trung tâm thông tin để có thể truy

xuất mọi lúc, mọi nơi

©) Quan trắc giản tiếp có thé áp dụng cho tit cả cae nội dung quan rắc Phương pháp,

này không do con người trực tiếp thực hiện ma do các thiết bị đo tự động; truyền số.

liệu về trang tâm tha thập, phân ích, xử lý: thời gian quan trắc được cải đặt dim bảo

cập nhật liên tục theo yêu cầu thiết kế.

6 những nước phát tiễn hệ thống quan tắc tự động được sử dụng cho những đập lớm

6 Việt Nam hiện nay cũng có một số công tình sử dụng hệ thống quan tric tự động:

Hệ thống Scada ở các hồ lớn như Dầu Tiếng, Kẻ Gỗ, C Sơn Hiện nay ở một

nước phát triển sử dụng nhiều hệ thống quan tc tự động hiện ds, giúp con người xử

ý thông tin chính xác khách quan và kịp thời

2.2.4 Quan trắc và lập báo cáo

Lịch quan trắc

“Sau khi thi công lắp đặt xong, khi hỗ bắt đầu dang nước lên cao trên trình đặt các thiết

bị đo có thể hoạt động, nhà thẫu lắp đặt thiết bị quan trắc tiễn hành do theo lịch sauương suốt quả trình thi công đến khi bản giao công trình):

Đổi với quan ắc thủ công:

Vio mùa khô: 24 git Lin đo vào 7h hằng ngày:

'Vào mùa mưa: 12 giờ/1 lần đo vào 7 giờ và 19 giờ hàng ngày, trong thời gian mưa lũ

lớn cần đo liên tục 1 giờ! lần

Đối với tram đo tự động:

Cập nhật ngay khi có sự thay đổi Lem;

Cập nhật liên tục tối thiểu 1 git lần.

Trong thời gian vận hành công trình, khi mực nước ding cao trên cao trình đặt các

thiết bị đo có thé hoạt động, đơn vị quản Lý tiến nh do theo lich trên đến hết thời hạn

sử dụng công trình

5, Ghi chép và báo cáo

Chỉ chếp và báo cáo theo lich quan rắc và phải bao gồm các thông tin sau

Công tình;

Người do;

Ngày, giờ do;

Mực nước tại từng vị trí đo;

Thời tit: Nếu là những ngày mưa lớn thì ghỉ r thời gian bắt đầu và kết thúc tại công

trình;

Bản dé hoặc mặt cắt ghi rõ vị trí các tram quan tric, mô tả hiện trạng các cột quan trắc;

Đồ thị biểu điễn cao độ mực nước theo thời gian, bao gồm cả thông tin về thời tiết

trong thời gian đó,

Bao cáo thường kỳ: Lập mỗi năm 2 lần và gồm các thông tin sau

“Các ghỉ chép của các lần do trong năm;

Ban đồ hoặc mat cit ghỉ rõ vị trí đo, mô tả hiện trang các vị tí đọ;

Đỗ thị biểu diễn cao độ mực nước theo thời gian, bao gém cả thông tin về thời tết

trong khoảng thi gian đó,

Ph ích đánh giá sự thay đổi, dao động của mục nước giữa các thời kỳ trong năm và

giữa các năm, phân tích nguyên nhân và liên hệ với kết quả quan trắc đường bão hòa,quan trắc áp lực thắm nền đập, lưu lượng thắm, quan tric chuyỂn vi cũng các kết quảquan trắc khác (nếu có);

Dự báo xu thé và sự thay đổi của mục nước trong năm thủy văn tối ĐỂ xuất vé lịch quan trắc trong thời gian tới và các biện pháp bảo dưỡng sửa chữa hệ théng quan trắc;

Bảo cáo sự cổ: Được lập khi kết quả quan trie cho thấy những di hiệu thay đổi thắt

thường về mực nước trước và sau đập có thé liên quan đến thay đổi khí hậu, liền quan

đến ôn định của đập hoặc khả năng làm việc không bình thường của hệ thông quantrắc và hệ thống tigu nước Các bio cáo này phải ngắn gọn, chính xác và được trình

ngay cấp có thẩm quyển để giải quyết

2.3, Phương pháp tinh toán ding thắm khi điều kiện biên mực nước thay đổi

23.1 Cơ sẽ khoa học trong nghiên cứu thắm

‘or: điện tích tiết điện thắm (mm)

2.3.1.2 Phương trình dàng chảy Ổn định trong môi trường đắt bão hỏa nước

Phương trình của dòng nước ngim chảy ổn định trong môi trường thắm bão hòatrong mặt phẳng hai chiều được viết như so

Trong dé :Ks, Ky: hệ số thắm của tổng thắm theo các hướng của trực to9 độ x,y

h cột p thủy lực

4: lưu lượng tại điểm nguồn hoặc điểm rò, q có giá trị (-) nếu lưu lượng lấy ra khỏi

S cổ giả trị (+) khí có lưu lượng bổ sung vào miễ

2.3.13, Phương trình đồng chủy không ôn đình rong mot trường đất bão hỏa mui

Su: độ trữ nước riêng của ting thắm nước với

‘ye trọng lượng riêng của nước,

my: độ dốc của đường cong trữ nước; mv =

uw: áp lực nước kế rỗng.

vw

@ =" Vv thé tích nước trong lỗ ng của đất,

‘Vi tổng thể tích

Nhu vậy dé tinh thắm qua đập đất,

thức (2-8) và thắm không én định theo công thức (2-9),

n giải hai phương trình: Thắm ôn định theo công

2.3.2, Phân ích áp lực mước kế rẵng khỉ lực nước thay đãi

2.3.2.1, Phân bổ áp lực nước ké rằng

với đề Sau khi xây dựng độ, đập xong, trong quá tình mực nước sông dâng đi

hay tích nước vào hồ chứa đối với đập thì ding thấm từ thượng lưu s8 din dẫn

Timm bio hoà để , dip cho đến khi đường bão hoà đạt rạng thái ổn định Thời

gian đồng thắm đạt tới trang thi ôn định phụ thuộc vào hệ số thắm của vật liệu dip

và thời gian duy trì mực nước thượng lưu Trong một vải trường hợp mye nước ổn

30

định đạt được sau một mùa, trong nhiều trường hợp phái mắt rất nhiều năm dòngthắm mới dat trang thấi ổn định Tuy nhién cuối cũng thì đồng thẳm cũng đạt đếntrạng thấi ồn định nên ta phải sử dụng trang thi dn định của đồng thắm để tính toán

‘én định mái hạ lưu

"` STATE: cONOWTION

'Hình 2.2: Phân bố áp lực kẽ rỗng khi dong thấm ổn định

Sự phân bổ áp lực thim trong thin để, đập do dong thắm gây ra được biểu diễnchính xác bằng lưới thắm Lưới thắm có các đường thé, dựa vào các đường thé ta

số thể xác định áp lực kẻ rng ở bit cứ điểm nào (Hình 22) Trong thực tẾ mựcnước sông, hồ luôn thay adi dẫn đến rất lâu mới đạt đến trang thai ổn định, một

số nghiên cứu về sự phát trién của áp lục kể rổng trong giai đoạn mục nước sôngdâng hay hồ chứa tích nước của rất nhiều để, hd cho thấy không cố để, đập nàođường bão hoà đạt tới giá trị lý thuyết, mặc dù đã qua rất nhiều năm lảm việc, tuy

Mực kế

nhiên vẫn có những đê, dip mi ng tăng gin như tức thời với việc dingnước trong sông và hồ chứa Người ta tin rằng trừ trường hợp đắt được sử dụng là bụi,cất hoặc đất bụi, hoặc có các vết nứt nhỏ hình thành trong đất sết, nhìn chung

kha năng hình thành dòng thấm ổn định là thấp Trưởng hợp nước thay đổi đột ngột

xảy ra khi mực nước sông, hồ hạ thấp nhanh làm cho nước trong thân dé, đập khôngkip thoát ra ngoài Đề, đập giữ nguyên trang thấi bão hoà và đồng thắm bit đầu chảy

về phía thượng lưu Trong trường hợp 42, đập có nhiễu miễn vật liệu, néu lớp vỏ có hệ

sổ thắm lớn, nước thoát ra tự do th lực thắm có hại chỉ phát triển trong Khu vực ítthắm hơn ở bên trong