Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu phân tích đánh giá và đề xuất giải pháp khắc phục sự cố hồ chứa nước Vực Mấu huyện Quỳnh Lưu - Nghệ An

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, được sự nhiệt tình giảng dạy,

giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, bằng sự nỗ lực cố gắng học

tập, nghiên cứu và tìm tòi, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài

“Nghiên cứu phân tích đánh giá và đề xuất giải pháp khắc phục sự cố hỗ chứa nước

Vực Mẫu huyện Quỳnh Lưu - Nghệ An” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạnquy định.

Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TSNguyễn Quang Hùng hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiếttrong quá trình thực hiện luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, côgiáo và cán bộ công nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Côngtrình, Trường Đại học Thủy Lợi đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốtquá trình thực hiện luận văn.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, bạn bè đã

động viên, tao mọi điều kiện thuận lợi dé tác giả hoàn thành luận văn đúng thời han.

Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bảnthân tác giả còn ít nên luận văn không thê tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mongnhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn dé tài

của luận văn.

HỌC VIÊN

Trần Tiến Đạt Phương

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Die lập- Tự do- Hạnh phúc

Hà nội ngày thẳng năm 2016

BAN CAM KETKinh gửi:

Phang Đào tạo Đại học & Sau Đại học= Khoa Công trình

“Tên học viên: Trần Tiền Đạt Phương

Sinhwy: 03/11/1991Lớp cao học: 22C21

i luận văn“Nghiên cứu phan ích đánh gi tà đề xuất giải pháp khắc.

phục sự cỗ hồ chứa mước Vực Mẫu huyện Quỳnh Lưu ~ Nghệ An”

Tôi xin cam đoan đây là công tình nghiên cứu của bản thân học viên Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một

ngudn nào và đưới bit kỳ hình thức nào.Việ tham khảo các nguồn ti liệu (nếu có) đãđược thực hiện ích dln và ghi nguồn tà liệu tham kháo đúng quy định

HỌC VIÊN

Trần Tiền Đạt Phương.

ILMUC ĐÍCH VA NHIỆM VỤ CUA BE TAL 2

ILL Phương pháp nghiên cứu,

IV Kết qua dự kiến đạt được 2

CHUONG 1: TONG QUAN VE VAN DE NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tinh hình xây dựng đập vat liệu dia phương ở Việt Nam và Nghệ Án 31.1 Tin hình xây đưng đập vt liệu dia phương Việt Nam ‡1.12 Tình hình xây dụng dp vội liệu địa phương ở Nghệ An 4

1.2 Các nguy co mit an toàn của đập đắt do ảnh hưởng cia các dòng thắn 6

12.2 THÂM mạnh hoặc sit nước ở vi đập 7

1.2.3 Thắm mạnh hoặc stii nước mang công trình 71.24 Thdm mạnh hoặc sũi nước trong phạm vi thân đập 8

1.3 Các yêu tổ ảnh hưởng tới chất lượng chống thắm của đập đắt 8

1.4 Các kết quả nghiên cứu về thắm và xử lý chim qua thin đập và ưu nhược điểm

1.4.1 Tăng kích thước mặt cất đập và khối lượng đắt đắp ai với đập đắt

chất MU1.4.2 Giải pháp chẳng thắm bằng trồng nghiêng và sản phủ 11.4.3 Giải pháp tường răng Kết hợp lõi giữa 1B1.44, Tao màng chẳng thắm bằng cách khoan phụt vữa ximang ~ Bentonite 1414.5 Sử dụng trồng hào chống thắm 15

2.1.2 Môi tường thắm và nguyên nhân gây ra thắm 18

2.1.3 Các giả thiết cơ bản trong tỉnh thắm 20

2.14 Các phương pháp tink thắm 2!2.2 Các phương pháp nghiên cứu ôn định đập dit 26

2.2.1 Lich sie phát triển 26

2.2.3 Một số phương pháp tinh én định mãi theo phương pháp mit trượt 292.2.4 Phân tích và so sảnh kết quả các phương pháp tính ồn định 32.3.Cée công nghệ hiện dang sử dụng để chống thắm cho dip đắt 35

2.3.1 Tường nghiêng, sin phủ bằng đắt sét 35

(2.3.2 Tuting nghiêng bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm bétong

(Coneret Mai), thảm sét BKT 35

3.3.3 Tường Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác) 40

2.34 Tưởng hào Bentonite (hoặc imang-sé), tường hảo chống thắm ming dia

'CHƯƠNG III : PHAN TÍCH LỰA CHON GIẢI PHAP PHU HOP AP DUNG CHO

HIEN TƯỢNG THÁM CUA DAP VỰC MAU HUYỆN QUYNH LƯU: NGHỆ AN

3.2 Hiện trang đập Vực Mẫu 32

3.3 Tỉnh toán đánh giá hiện trạng công trình 53

3.4 Két luận kiến nghị các biện php xử lý 63.5 Phân tích đánh giá hiệu qua các giải pháp chống thắm và lựa chon giải pháp

phù hợp 68

3.32.Phân tích đảnh giả kết quá giải pháp 2

3.6 Đánh ii lựa chọn phương án cho công trình

KET LUẬN, KIÊN NGHỊ“TÀI LIỆU THAM KHẢO.

912

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH.

Hình 1.1 : Hồ Xuân Dương - Diễn Châu 6

Hình L2 : Đập đồng chất "Hình 1.3: Sơ đồ thắm qua đập có tường nghiêng sin phủ 2

Hình 1.4: So đồ tinh thắm qua đập có tường lõi chân răng 13

Hình L5 kết cầu đập đất chống thắm qua nén bằng khoan phụt vữa XM 4

Hình 1.6: Tường hao chống thắm bing bentonite 15

Hình 2.1: Sơ đồ sai phân 24Hình 2.2: Sơ đồ phan tử tam giác, 25Hình 2.3: Mặt cắt ngang mái dốc 27

Hình 2.4: Sơ đồ tinh toán ôn định mái dc theo phương pháp mặt trượt 29Hình 25: Hồ chứa nước chống thắm bằng màng địa kỹ thuật - HDPE 36

Hình 28: Tường chống thắm bằng mang địa kỹ thuật (Geolock) 2Hình 29: Đập có tường chẳng thắm bing cừ BTCT ứng suất trước, 4Hình 2.10; Đập có tường nghiêng mềm kết hợp với cừ bản nhựa chống thắm 4.2.11: Đập có tường lõi mềm kết hợp với eit bản nhựa chồng thắm 44

Hin 3.1: Vi tí công trình 46Hình 3.2: Đập Vục Mẫu 4

Hình 3.9 : Tổ hợp cơ bản: MNTLEMNDBT; ha lưu bình thường ~ hệ số én định máihạ lưu 6

Hình 3.10 Mặt cắt tinh toán mô hình trong phần mém Geoslop, tổ hợp đặc biệt I:

MNTL=MNLKT=22,21m; MNHL=6.8m 6Hình 3.11: Tổ hop đặc biệt 1: MNTL=MNLKT~22,21m; MNHL=6,§m — Ap lực nước

lỗ ring “

Hình 3.12 : Tổ hợp đặc biệt I: MNTLEMNLKT=32.21m; MNHI

áp 6“Hình 3.13 Tổ hợp đặc biệt 1: MNTL=MNLK

tổng 65Hình 3.14 Tổ hợp cơ đặc biệt 1:MNTL=MNLKT=22,21m; MNHL=6.8m - Gradient.

Hình 3.21: Tổ hợp cơ bản 1: MNTL=MNDBT; hạ lưu bình thưởng — hệ số én định

Hình 3.22 : Mặt cắt tinh toán mô hình trong phần mém Geoslop, tổ hợp đặc đặc biệt 1

MNTL=MNLKT=22,21m; MNHL=6,äm nHình 3.23 : Tổ hop đặc đặc biệt 1:MNTLEMNLKT=22.21m; MNHL=6,8m ~ Ap lựcnước lỗ rỗng T2Hình 3.24 : Tổ hợp đặc đặc biệt 1:MNTLEMNLK?

nước áp T3Hình 3.25 : Té hợp đặc đặc biệt 1:MNTL=MNLK’

nước tổng 7

Hình 3.26 : Tổ hợp đặc đặc biệt1:MNTL=MNLKT=22,21m; MNHI

Gradient 4

Hình 3.27: Tổ hợp đặc đặc biệt 1: MNTL=MNLKT=22,21m; MNHL=6,8m hg số énđịnh mái hạ lưu 4

Hình 3.28: Mat cắt tính toán mô hình trong phần mềm Geoslop, tổ hợp đặc đặc biệt 2:

MNTL=MNPMI 25,85; MNHL=8,5m 15

Hình 3.29 : Tổ hợp đặc đặc biệt 2; MNTL=MNPMF=25,85m; MNHL=8,5m ~ Áp lựcnước lỗ rỗng 15

Hình 3.30: Tỏ hợp đặc đặc biệt 2: MNTL=MNPMF=25,85m; MNHL=8,5m - Cộtnước áp 16Hình 3.31: Tổ hợp đặc dae biệt 2:MNTL=MNPMF=25,85m; MNHL=8,5m - Cột

Hình 3.36: Tổ hợp cơ bản: MNTLEMNDBT hạ lưu bình thường - Cột nước p 79

Hình 3.37: Tổ hợp cơ bản: MNTL=MNDBT; hạ lưu bình thường - Cột nước tổng 79

Hình 3.38 Tổ hợp cơ bản: MNTLEMNDBT; hạ lưu bình thường - Gradient 80

Hình 3.39; Tổ hợp co bản : MNTL=MNDBT; hạ lưu bình thường — hệ số ổn định mái

hạ lưu 80

Hình 3.40 : Mat edt tinh toán mô hình trong phần mềm Geoslop,t6 hợp đặc đặc biệt 1

MNTLEMNLKT=22.21m: MNHL=6.8m, siHình 3.41 : Tổ hợp đặc đặc biệt: MNTLEMNLK

nước lỗ rỗng 81

Hình 3.42 : Tô hợp đặc đặc biệt 1: MNTL=MNLK’

Hình 3.43 : Té hợp đặc đặc biệt1:MNTLEMNLKT=22.21m; MNII

nước tổng 2Hình 3.44 : Tô hợp đặc đặc biệt 1:MNTLEMNLKT=22.21m; MNHL=6,8m -

Hình 5.4: Tổ hợp đặc đặc bit 2: MNTL=MNPME-25, 5m; MNHL=8.Sm - Cộtnước áp 85Hình 349 Tổ hợp đặc đặc iệt 2: MNTL=MNPMP=25,85m; MNHL=8,5m - Cộtnước tổng 8sHình 3.50: To hợp đặc đặc biệt 2: MNTL=MNPMI ,85m; MNHL=8,5m -

Gradient 86

Hình 3.51: Tổ hợp đặc đặc biệt 2: MNTL=MNPMI 85m; MNHL=8,5m ~ hệ số ôn.

định mái hạ lưu s6Hình 3.52 Hệsố bn định ứng với các tổ hợp tính toán của phương án và2, 7

Hình 3.53: D8 thị quan hệ giữa các tổ hợp tinh toán và lưu lượng thắm qua đập của

phương ấn 1 và2 88

Hình 3.54 : Dé thị quan hệ giữa các tổ hợp tính toán va Gradient của phương án 1 và 2

88

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 3.1: Bảng tổng hợp thông số vit iệu _

Bảng 3.2 : Kết quả tính toán phương dn 1 chống thắm bằng bê tông ban mặt 87

Bảng 3.3: Kết quả tính toán phương án 2 chồng thắm bằng khoan phụt 7

MỞ DAU

INH CAP THIET CUA DE TÀI

6 nước ta hiện nay có rit nhiều bồ chứa nước vừa vả lớn, trong đỏ các đập trong côngtrình đầu mốt có số lượng lớn nhất là đập vật liệu địa phương Do có nhiều tụ điểm và

lợi thé nên đập đất cảng được sử dụng nhiều so với các loại đạp khác nhau như đập bê

thờitông, để xây Tuy nhiên việc xây dựng đập vật liêu ở Việt Nam rải qua al

gian khác nhau với chất lượng không đồng du nhau Và đặc biệt là đặc tinh khôngđồng đều của vậlệu dưới nhiễu yế tổ chủ quan và khách quan đ dẫn đến chit lượng

của đập không đạt được như mong muốn.

Theo cấu tạo, đập đất được phân thành các loại như sau: đập đắt đồng chất, đập đắtkhông đồng c đập cổ tường nghiêng mềm hoặc cứng, đập có trồng lõi mém hoặc

cứng, đập đắt hỗn hợp Những đặc điểm làm việc chủ yếu của đập đắt

- Thắm qua thân đập và nỀn:

~ Ảnh hưởng của mực nước thượng hạ lưu đối với mái đập:

~ Chịu ảnh hưởng của nước mưa va nhiệt độ;

- Biến dang của nền và thân đập;

Trong số các đặc điểm trên thì yéu tổ thắm qua đập và nỀ là quan trọng nhất đối với

dập dit ‘Nan đập và thân dip nói chung đều thắm nước Khi cổ chênh lệch mực nước

thượng hạ lưu sẽ hình thành đồng thắm từ thượng lưu vé hạ lưu trong đập.Dòng thắm

có thé gây nên các hiện tượng xói ngầm trong thân và nén đập, sũng ướt mái hạ lưu

đập gây mắt Ôn định cho mái hạ lưu, pha hoại đập Nhất là đối với những đập được xây

dựng trên nền không đồng nhất và có nhiều lớp địa chất xen kẹp xấu Chính vì vậyviệc nghiên cứu các giải pháp chống thắm nhằm đảm bảo an toàn kĩ thuật cũng như

kinh tế của công trình đã thu hút được rắt nhiều sự quan tim của các nha khoa hoe

Hồ chứa nước Vie Mẫu thuộc huyện Quỳnh Lưu = Tỉnh Nghệ An là loại hd đập lớnnhất tinh Nghệ An Đập Vực Mau thuộc loại đập cao ( vị tí cao nhất 33,9 m) nền đậpcó các lớp địa chất phân bổ không đều Do công nghệ trình độ khảo sát, thiết

1

công trước đây còn lạc hậu nên việc xử lý tiếp giáp giữa nền đập va thân đập chưa tối2 phía vai dp xuất hiện nhiều đồng thấm Chất lượng thi công dp, lớp bảo vệ và

ting lọc mái thượng lưu, hạ lưu không đảm bảo nên không còn có tác dụng của tinglọc ngược Vi vay đập đất kém ổn định, nếu không kịp thời xử ý sửa chữa thì nguy cơvO đập sẽ xảy ra là rất lớn.

“Chính vi vậy dé tài:*Nghiên cứu phân tích đánh giá và đi giải pháp khắc phục sự.6 hồ chứa nước Vực Mắu huyện Quỳnh Lưu ~ Tinh Nghệ An” tập trung nghiên cứu

quy trình đánh giá an toàn đập va biện pháp xử lý thắm cho đập Vục Mắu

ILM DICH VÀ NHIỆM VỤ CUA ĐÈ TÀI

Mue dich: Nghiền cửu phân tích đảnh giá và đề xuất giải pháp khắc phục sự cổ hồchứa nước Vực Mắu huyện Quỳnh Lưu ~ Tỉnh Nghệ An

inh giá thục trạng của hd Vue Mu huyện Quỳnh Lưu - Tỉnh Nghệ An~ _ Nghiên cứu các nguy cơ mắt an toàn của đập đất do ảnh hưởng của dòng

thấm và các biện pháp xử lý thấm cho đập

= Đề xuất một số gii pháp khắc phục sự cổ thắm của đập Vực Miu.

IL, Phương pháp nghiên cứuPhương pháp nghiên cứu:

= Nghiên cứu lý thuyết

~ Thu thập thông tin, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có.

Ứng dung cho việc xử Lý thắm của đập Vie Mẫu.

1V Kết quả dự kiến đạt được

ĐềNghiễn cứu phân tích đánh giá và đề xuất giải pháp khắc phục sự cổ hồ chứa

nước Vực Mẫu huyQuỳnh Lưu ~ Tinh Nghệ An” tập trùng đi sâu nghiên cứu về

nguyên nhân, các biện pháp khắc phục sự cổ về thắm nhằm bảo đảm an toàn cho dip

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU.

1.1 Tình hình xây dựng đập vat liệu dia phương ở Việt Nam và Nghệ AnLI Tình hình xây đựng đập vật liệu dia phương ở Việt Nam

Đập dat là công trình dâng nước tạo hồ chứa rit phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt

Nam: Những lợi ích mã đập hỗ chứa mang lạ là rt lớn, như cổ tác dụng giúp giảm nhẹ

lũ trên sông, cung cấp nước cho ving hạ du cũng như cho khu vực lân cận, cắp nước

tưới én định cho sản xuất nông nghiệp, tạo nguồn nước sinh hoạt cho khu dân cư.

địa chất nền ma các loại đập khác không thể xây đựng được; đập được xây dựng chủ

yếu từ vật liệu địa phương, khả năng cơ giới hóa cao trong thi công dẫn đến đa số

trường hợp có giá thành hạ, mang lại hiệu quả kinh tế cao, nên đập dit là loại đập được

phát triển của nhiều

tng dụng rộng rãi nhất trong hau hết các nước Ngày nay, nhờ s

ngành khoa học như cơ học đất, địa chất công tình, địa chất thủy văn, thủy văn, lý

thuyết thắm, ứng suất biến dang, vật liệu cũng như việc ứng dụng các biện pháp thi

công tiên tiễn sử dụng các thết bị hiện đại, ứng dụng rộng rãi cơ giới hóa trong thicông cho nên đập đắt càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ, có thể xây dựng được cả

trong những điều kiện địa chất phức tạp Kết cầu đập dat có thé gdm nhiều khối có các

chỉ tiêu cơ lý khác nhau, để tận dụng được các bãi vật liệu có săn tại địa phương

HO chứa ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du; cấp

"ước tưới nưộng,g nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo mỗi trường nuôi

trằng thủy sản, phát iển giao thông, thé thao, văn hóa

'Việt Nam là một trong những nước có nhiều hỗ chứa Theo điều tra của dự án ƯNDP.

VIE 97/2002 thì Việt Nam có khoảng 10.000 hỗ chứa lớn nhỏ Trong đó hồ đập lớn có

khoảng 180 cái dimg vào hing thứ 24 trong các nước có số liệu thống ké của ICOLD.‘Theo con số thống kẽ của Bộ Nông nghiệp &PTNT năm 2002 cả nước ta đã có 1967

3

hỗ (dung tích mỗi hỗ trên 2.105 m 3 ) Trong đó có 10 hồ thủy điện có tng dung tích.

19 tỷ m 3 còn lại là 1957 hd thủy nông với dung tích 3,842 tỷ m 3 Nếu chỉ inh các hồ

số dung tích từ 1 iệu m 3 nước trở lên thi hiện nay cô $87 hỗ cỏ nhiệm vụ tưới làchinh.Céc hồ chứa phân bồ không đều trên phạm vi toàn quốc Trong số 61 tỉnh thành.

nước ta có 41 tỉnh thành có hỒ chứa nước Các tinh miỄn Bắc và miễn Trung có điệnniới

tích tự nhiên chiếm 64.3%, dân số chiếm 60.3% của toàn quốc nhưng sổ hi chiế88,2% số hồ của toàn quốc Các hồ được xây dựng trong từng thời kỳ phát triển củadắt nước Tính ở khu vục miền Bắc và miễn Trung Việt Nam số hd xây dựng từ năm1960 trở về trước chiếm khoảng 6%, từ 1960 đến 1975 chiếm 44% và từ 1975 đến naychiếm 50%

1.12 Tình hình xây dựng đập vật liệu dia phương ở Ngh@ An.

Hiện nay tén địa bàn tinh Nghệ An có 625 hồ chứa nước lớn nhỏ, với tổng dung tích

hon 387 triệu me, trong đó.

+ Số hồ có dụng tích từ 10 triệu mở r lên có 6 hỗ (Vực

Sào, Xuân Dương, Bầu Da)

+ Số hồ có dung tích trữ từ 5 đến 10 tiện m? có 12 hồ

+ Số hỗ có dung tích trừ từ 1 đến 5 triệu m có 68 hồ.

+ Số hồ có chiều cao đập từ 10 m trở lên có 11 hồ

“Các hồ nước này ngoài nhiệm vụ cung cắp nước cho 39 nghìn ha đắt sin xuắt, phục vụdan sinh và kinh tế thì còn có nhiệm vụ điều tiết lũ bảo vệ vùng hạ du mất an toàncông trình Số liệu mới nhất của các ngành chức năng tại Nghệ An cho biết hiện cóđến 500 trên tổng số 625 hd chứa hư hỏng, xuống cắp, nếu mưa lũ lớn sẽ có nguy cơvỡ hồ chứa.

+ Về thiết kế: Các hỗ do nhà nước đầu tư xây dựng được khảo sát, thiết kế theo quy

trình, quy phạm kỹ thuật của ngành, nhưng phin lớn mức phòng lũ được tính với tàiliêu hy văn ngắn, mô hình lũ đơn, tin suất phòng lũ thấp 5-105

'ác hd do dan tự xây dựng: thường có dung tích từ 0,3 đến dưới 1 triệu m nước, nhiều.

hồ không có khảo sát thiết kế.

++ Về thì công: thị công Không đồng bộ các hang mục công trình và bằng nhiều phương

tiện kỹ thuật khác nhau.

+ lập đất Phần lớn dip bằng thủ công, dim nôn kém, nhiều hd không được xử lýmóng ở lòng khe, Một số hỗ đắp cao chống lũ

mt đắp và không đảm bảo mặt cắt theo tiêu chun kỹ thuật

ving đắp vuốt mái làm giám chiều rộng.

+ Tình hình quản lý: Các công ty, xí nghiệp thủy lợi ( nay là công ty TNHH thủy lợi)

quản lý 50 hỗ (thưởng hỗ có dung ích 1,5 triệu m? nước tr lên) Hàng năm được day

tu, sửa chữa, hd thiết kế ban đầu và quá tình quản lý khai thác được cập nhật, lưu git

tương đối diy di, trường hop thiểu tì được do đạc khôi phục bổ sung, nhưng h

con thiếu quy tinh vận hành (cả trong mùa tưới và trong phòng chống lạt bão) Xã.

HTX quản lý 575 hd Là 6

nước, công tác quản lý còn nhiều tồn tại như là: Việc duy tr, sửa chữa thường không

hồ nhỏ, tưới gọn xã, dung tích thường dưới 1 triệu m°

due thường xuyên hoặc chưa tương xứng với tài sane nên công tình bị xuống cấp, rồ

nước, ổn thất nước lớn Nhigu địa phương quản lý nhưng không có hỗ sơ công tình,i liệu thiết kể ban đầu mắt mát, thất lac, không có quy tình kỹ thuật quản lý, côngtác đo đạc, quan trắc (quan trắc mức nước lũ, quan trắc lún, xế địch) thực hiện Khôngdy đủ, Dang coi nhẹ quản lý hồ, chưa chú ý xây đựng n nép quản lý k thuật và quản

lý kinh tế

Các tác nhân chính gây mắt an toàn cho hồ chúa do lũ lớn tần qua định đập đắt gây

vỡ đập, thắm lớn qua nền và thân dip gay x6i ngằm hoặc trượt máu hạ lưu, sóng dobão làm trượt mái thượng lưu hoặc vận hành không đúng kỹ thuật (háo cạn hỗ quá

nhanh gây sat trượt mái thượng lưu đập dit) Các tổ mắi, hang hdc không được pháthiển, xử lý ip thời Nhiễu hỗ chứa còn thiểu năng lực xã lũ do khi thiết kế tính toán Ipthiên nhỏ, mô hình thiết kể lũ không ph hợp với tình hình mưa lĩ rên lưu vục, rừngđầu nguồn bị tàn phá nên lũ tập trung về hồ nhanh hơn, nhiều hơn Hau hết các hồ

chứa nhỏ có dung tích dưới 1 triệu mổ mái thượng lưu không được gia cổ, thường bi

sat trượt nghiêm trong, anh hướng đến an toàn công trình Một số hỗ chứa được gia cổ

mái thượng lưu bằng đá lát hoặc bê tông do gia cổ lâu nên lớp gia cổ bị xô tụt

Hình 1.1 : Hồ Xuân Dương ~ Diễn Châu

1.2 Các nguy co mat an toàn của đập đắt do ảnh hưởng của các đồng thắm.

"Đặc điểm của công trình thủy lợi là làm việc trong nước nên chịu mọi tác dụng của

nước như tác dụng cơ học, hóa lý, thắm và ác dụng của sinh vật

[én đập, thân dip và bai bên vai công trình nồi chung đều thắm nước, Khi cổ chẳnhlệch mực nước thượng hạ lưu sẽ hình thành dòng thắm tử thượng lưu về hạ lưu rongthân đập hoặc thắm vòng qua vai đập Dòng thắm trong môi trường đất rỗng được.

ấm có áp: khi nó bị giới hạn từ phía trên bởichia làm hai loại Thứ nhất là dong tỉ acứng, dong thắm không có mặt thoáng, chuyển động của dòng thắm giống như nước.chiy trong éng cổ ấp, Đây là trường hợp khi xét dòng thắm dưới đáy cúc công trình"Thứ hai là đồng thắm không áp: khi nó không bị giới hạn từ phía rên của công tìnhĐây là trường hợp dòng thắm hai bên vai công trình, dòng thấm qua đập đất Giới hạn.

suất khí trời Đối với công trình và môi trường xung quanh, dòng thắm gây ra những,

cảnh hướng bắt lợi như sau:

~ Lam mắt nước từ hỗ chứa;

Gây áp lực lê thắm (bin diy, trồngcác bộ phận công trình giới hạn michấn )

~ _ Có thể làm biển hình đất nền và hai vai, đặc biệt là ở khu vực dòng thắm thoát ra,

6 thể dẫn đến s lún, nghiêng, lật công trình;

~_ Dòng thắm hai bên vai công trình khi thoát ra hạ lưu có thé làm lầy hóa một khu

vụ rộng, lâm ảnh hưởng đến ôn định của bởi

Một số hình thúc thầm và nguyên nhân gâin định trong đập đó là

12.1 Thắm mạnh hoặc sii nước ở đập

~ Do đánh giá sai tình bình địa chit nền, để sit lớp thắm nước mạnh không được xử lý hoặcbiện pháp chống thắm cho nén không đảm bảo chất lượng.

~ Xử lý tiếp giáp nên và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp xử lý, hoặc dohi thí công không thực hiện tốt biện pháp xử lý

1.2.2 Thắm mạnh hoặc sii mước ở vai đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

~ Thiết kể không da cc biện pháp xử lý hoặc biện php xử lý đề m không tốt

Không bóc hét lp phong hồa ở vai đập

~ Đẳm nên đất rên đoạn ip giáp ở vai đặp không bt.

‘Thi công biện pháp xử lý tp iáp không tốt

1.2.3 Thắm mạnh hoặc sii mước mang công trình

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

~ Thiết kế không dé ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp không tối

~ Dit dip ở mang công trình không đảm bảo chất lượng: Chất lượng đắt đắp không được lựachon kỹ, không don dẹp vệ sinh sach sẽ dé vir ba các tạp chất trước khi dip, đầm ngn không.kỹ.

“Thực hi ign pháp xử ý khôn đảm bảo chất hong

~ Hong khớp nỗi công tinh,- Công bi thing

12.4 Thắm mạnh hoặc sii nước trong phạm vỉ thân đập

Do cf nguyên nhân sau dây gây

~ Bản thân đất dip đập có chat lượng không tốc hàm lượng cát, bụi dim sạn nhiều, hàm lượng

sẽtít đấtbị tan rã mạnh,

~ Kết quả khảo sắt sa với thực tế cụng cắp si các chỉ iều cơ ý, lực học do khảo sit sơ si,

khối lượng khảo sát thực hiện ít, không thí nghiệm day đủ các chỉ tiêu cơ lý lực học cần thiết,tied đính gi sai chit lượng đất ấp.

~ Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ dim, do đó độ âm đắt đắp không đều, chỗ khô chỗ.

4m, làm cho đất sau khi đắp có chỗ chat8 vẫn rồi rac toi xốp,

= Đầm nên không đủ độ chặt yêu cu do: Lớp ri dày quá quy định, số in đầm it, nên đất san

hi đắp có độ chặt không đồng đều, phân lớp, trên mặt thì chặt phí dưới vẫn còn ơi xếp

Không đạt độ chặt quy dinh hình thin từng kp đắt yêu nằm ngang trong su cả bề mặt lớp

~ Thiết kế và thi công không có biện pháp xử ý khóp nỗi thi công do phân đoạn dip dé đấp

trong quá tình thi công

- Thigt eu nước bịtắc

1.3 Các yếu tố ảnh hướng tới chất lượng chống thắm của đập dit

“Có it nhiều những biện pháp chống thim cho thân đập đt, có những biện píp xử lýngay từ khi thiết kế đập mới như làm tường nghiêng, lời chồng thẩm, sân phủ hay là những.

làm việc nh: khoan phụt vữa xi măng, làm hào chống thắm Tuy nhiền, có một thực t là

Không phải hiệu quả ching thắm luôn luôn đạt được như ong kết qu tính tin bởi vi khỉ

công tình làm việc thực tế có rắt nhiều yếu tổ ảnh hưởng, tác động làm cho khả năng chống.

thắm của công tình không dt được yêu cầu dé ra, Sau đây, tc gi xin đánh giá qua một sốyếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng chống thắm củ dp đt sau khi thi công,

~ Đối với các biện pháp chống thắm ngay từ lúc thiết kế đập mới như là làm tường lời, chân

khay, sân phủ th việc quan trong nhất là dim bảo được hệ số thắm của vậ liệu dip dat

được như thiết kể là khó, Có nhiề lý do ảnh hưởng đến hệ số thắm của vật Lids

“khai thác vật liệu dip không tốt, không bảo đường, đảm bảo độ im cho phép của vật liệu đắp;

qui tỉnh vận chuyển thi ng căng nh hướng đến chất lượng vật i, nhất các bãi ve ga

nhự quả trình

6 xa công trình Hệ số thấm của vật liệu làm thiết bị chống thấm theo lý thuyết luôn yêu câuTắt cao, tuy nhiên cũng có thể xy ra si số rong quá tỉnh th nghiệm, dẫn đến việc hệthắm thực tế của vậtliệu không được như kết quả thí nghiệm, nh toán thiết kể

Bén cạnh đó, kh hi công cũng không đảm bảo duge hệ số dim chất của các tht bị chồng

thắm đạt được như thiết ké đề ra Việc phải thi công một khối lượng dip lớn nhưng không.

cing lúc, mà phải chi thin nhiễu các đợt đắp nhỏ cũng làm cho sự iên kết giữa các khốiấp của thi bj chống thắm không được đồng nhất iên tực.

Đổi với các biện pháp xử lý thắm sau khí công trình đã hoạt động được một thời gian, xảy rahiện tượng thắm cũng có nhiễu vẫn đỀ ảnh hưởng lâm giảm hiệu quả của phương php xử lýđó, Cụ th, đối với ác biện pháp xử lý bằng khoan phụt chống thắm, tì khả năng lắp nhét

được hết các lỗ rỗngtải xốp ở rong thin đặ là không cao Khi th công, nếu khoan phụt

bằng áp lực lớn quá thì có nguy cơ phá vỡ cục bộ thân đập, còn néu khoan phụt với áp lực

nhỏ quá sẽ có phạm vi ảnh hưởng hạn chế đòi hoi số hồ khoan phải dày, khối lượng công tácKhoan và phụt lớn, Mặt khác, kinh nghiệm xử lý thắm bằng khoan phut cho thấy thỏi gian

hiệu lực của biện pháp này không dài, sau một số năm làm việc thì tinh trạng thắm mạnh có.

thé ti diễn

"Đổi với các biện pháp làm tường hào chống thắm bằng Bentonite, Đắt ~ Bentonite dọc theo

thân đập tì thời gia chờ đợi cổ kết rit lu, thường phải chờ 1 đến 2 năm mới hoàn thiện

được mặt đập, rảnh nứt đọc theo tuyến hà Việc phải đào hảo dọc theo im tytường hào chống thắm cũng lä một hạn chế của phương pháp này.

9

Một yếu tổ quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng chẳng thắm của đập đó là toàn bộ tính toán

thiết kế về chống thắm gin như được mô phòng bằng các phần mém nên việc số giữa thực

tế làm việc của đập với phần mềm là không thể tránh khởi, chỉ có thể khống chế để sai lệch

không vượt quả giới hạn cho phép, nên kế qui thực nhiễu khỉ không đạt được như rong

kết quả thế Lế

Một số biện pháp chống thắm bing các tiễn bộ kỹ thuật về công nghệ của các nước tiên tiênchống thim bằng ming địa kỹ thuật k

'bê tông; kết cấu chống thắm bằng cit bê tông ứng suất trước hay như tường chống thấm bằng.

cử bản nhựa đểcho những bio cáo «mu điểm lớn, hiệu quả cao Tuy nhiên

in pháp ny chưa được ứng dang nhiễu ở Việt Nam, các vặt liệu, nh nghiện hit kể, thícông ở nước ta còn hạn chế cũng như điều kiện tự nhiên khác so với nước ngoài nên chưa áp,

<dung thi công chống thắm rộng ãi cho các đập

Như vậy, thấy là việc chống thắm cho đập là ắt cấp hit và quan tong, Tuy nhiên, để áp<dung thục tễn thi công cin nghiên cứu, tính toán thật cụ thé cho từng trường hợp, đưa rađược các phương án chống thắm hợp lý cho từng kết cấu dip để phát huy được hiệu quả cao

nhất của các biện pháp chống thắm

cứu về thấm và xử lý thấm qua thân đập và ưu nhược.

Nhiệm vụ của nghiên cứu đòng thắm là tìm ra các quy luật chuyển động của nó phụ

thuộc vào hình dạng, kích thước các bộ phận công trình là biên của dòng thắm; xác

định các đặc trưng phân bố áp lực thấm lên các bộ phận công trình, phân bỗ gradient

thấm trong miền thắm, và trị số lưu lượng thẩm Trên cơ sở các tỉnh toán này, người

kế sẽ chọn được hình thức, kich thước, cấu to hop lý cña công nh, đảm bảo

điều kiện làm việc an toàn của nó (én định vé trượt, ngăn ngừa biến hình nền ) và

tính kinh tế của phương án chọn.

Van để nghiên cứu đồng thắm từ lâu đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học thé

giới Vào thé kỷ 18 đã có các công trình nghiên cứu của Lomonoxop, Beenoulli

Euler Tử năm 1856, Darcy đã tin hình nghiên cứu thực nghiệm và tim ra định luật

thắm tuyển tinh mà ngày nay được gọi là định luật thắm Darey.

trong lý thuyết thắm có công của DuyPuy, Cozeny, Aravin, Numerov, Ughintnu,

“rugaev và nhiễu nhà khoa học khác Việc gỹải bi toán thắm bằng phương pháp thùy

lực đã đạt được kết quả phong phú cho các sơ đồ bài toán phẳng của thắm có áp Với

bài oán thắm không cổ ấp mới chỉ giải quyết được cho một số sơ đỗ đơn giản

Ngày nay, với sự phát trn mạnh mẽ của các phương pháp số và công cụ máy tinh,

nói chung có thể giải được bài toán thấm với biên bất kỳ cho bai toán phẳng và bai

toán không gian, thắm ổn định vả không én định.

Các loại đập đất đã được xây dựng rit phong phú và đa dạng về chủng loại, tùy thuộc vào.

ib kiệnđịnhình địa chấ thủy in BE lựa chọn loại kế cấu địp và biện pháp chẳng thắm,phù hợp, sa đây một số biện pháp xử lý thắm qua thân độn

LAI Tăng kích thước mặt cắt đập và kh ri đập dit ding chất

Khi xây dựng đập dat trên nên thắm nước mạnh mà chiều dày tầng nền thắm nước khá.

đây và vật liệu làm thân đập cỏ hệ số thắm lớn thi hình thức chống thắm hợp lý nhất

thường là tường nghiên nỗi tiếp sân phủ Người đầu tiên đặt cơ sở tính thắm qua loại

đập này là viện sĩ N.N Pavl6vxki về sau giáo sư E.A.Zamain bổ sung Khi tính thắm

theo phương pháp này xem tường nghiêng và sin phủ là hoàn toàn không thắm cho

nên kết quả chỉ là gin đúng.

Hinh 1.3: Sơ đồ thắm qua đập có tường nghiêng sân phủ

Cao trình định trờng nghiêng: Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu

Chiễu đài sin phủ (Ls) Trì số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện không chế lưulượng thắm qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thim

nguy hiểm của đắt n 3 5)H, trong đó H là cột nước lớn

n Sơ bộ có thể lấy Ls

a) Ưu điểm:

~ Vật liệu chống thắm chủ yếu bằng dit sét nên rit sẵn có, giá thành xây dựng thấp,

thiết bị thi công thông dụng như máy đảo, máy lu,máy ủi vì vậy phương pháp này

‘cho hiệu quả kinh tế cao.

Thị công trên nén cát cuội sỏi có hệ số thấm nhỏ.

-Chống thắm theo phương pháp nảy không triệt để được do khi tính thắm xem tườngnghiêng và sin phi là hoàn ton không thắm cho nên cho kết quả chi lã gần đứng

~ Chi thi cOng ở nơi có địa hình xây dựng rộng

Không thi công được khi nễn là đá ăn, đá ting.

1-4-3 Giải pháp tường răng kết hợp lõi giữa.

‘Vat liệu làm tường lôi cũng tương tự như làm tường nghiê 1g, trờng lõi có dang

thẳng đứng nằm chính giữa hoặc gần giữa đập Theo cấu tạo bề dày đỉnh tưởng không

nhỏ hơn 0,8m và chân tưởng không nhỏ hơn 1/10 cột nước nhưng phải đảm bao >=2m,

Khi đập đất có lõi giữa xây dựng trên nén thắm nước và chiều dày ting thấm.

nước không lớn lắm thi biện pháp chống thắm cho nén thông thường là kéo dai giữa

uống tận tng không thắm.

a) Ưu điểm:

~ Vật liệu chống thắm chủ yếu bằng đất sét nên rất sẵn có, giá thành xây dựng thấp,

thiết bị thi công thông dụng như máy đảo, may lumấy wi vậy phương pháp nảy

cho hiệu quả kinh tế cao.

= Thi công trên nễn cát cuội sỏi có hệ số thấm nhỏ

Chống thắm theo phương pháp này cho hiệu quả tương đối cao.

3

b) Nhược:

- Chống thắm theo phương pháp này phải tỉ công các loại đắt giữa phần lõi và nino nh

chất tương tự tránh phân lớp giữa tường lõi và đất nề gây thắm do phân lớp.

Chỉ thi công ở nơi có địa hình xây dựng rộng.= Không thi công được khi nỄnlà đá ăn, đã ting

1-44 Tao màng chống thắm bằng cách khoan phụt vita ximang ~ Bentonite

Hình 1.5 : kết cấu đập đắt chẳng thắm qua nên bằng khoan phut vu XM

Khoan phụt tryễn thống còn được gọi là Khoan phụt cố nút bịt (một nút, 2 nis

nguyên lý của nỗ là bơm dung dich chit kết dính (ximang, đất sé, hoá chất, ) vio

trong đất dưới một áp lực phù hợp (thường từ vài at đến vài chục at tùy thuộc đốitượng xử lý, loại đắt và thiết bị công nghệ) Nút bịt có tác dụng bit không cho dung

dich trio lên miệng hồ khoan.

Đầu tiên, khoan phụt truyền thống là để lắp bịt các ke nút trong nền đá, sau đổ đã cónhững củi iến để khoan phat cho đập đất ĐỂ khoan phụt được trong nén đất, người tađã có những cải tiến về nút bịt và điều chỉnh tăng áp suắt: sử dụng nút bịt kép (ốngmăng sét, công nghệ tuần hoàn ngược) Với các ting cuội sôi cũng đã ding bằng cáchbổ sung thêm công đoạn bồi tường

Trường hợp đắt nền là lớp bồi tích đây hơn 10m, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻmạnh, hoặc trong lớp bai tích có lẫn đá lan, đ ting lớn Để xử lý thắm qua nén đập,

hiện nay thường dùng biện pháp khoan phụt Ciment tạo mảng chống thắm kết hop với

mạng li các hỗ khoan tiêu nước dọc thân đập

2)Ưn đếm~ Công nghệ

“Có thé hoàn thành trong thời gian không di.

~ Sau khi hoàn thành có thé đi lạ bìthưởng trên mặt đập.

by Nhược điểm

~ Khả năng lắp nhết hốt các ti xốp, lỗ rồng trong thân đập thắp

~ Nếu áp lực phụt lớn sẽ có nguy cơ phá vỡ cục bộ thân đập, còn áp lực phụt nhỏ sẽ có phạmxi ảnh hưởng hạn chế, đời hỏihồ khon phải dy, khối lượng công te khoan và ph i,

1.45 Sử dụng tường hào chống thắm

ug nh cu bấm

"Hình 1.6: Tường hào chồng thắm bằng bentonite

+ Tưởng hào chống thẩm trong thin đập có th àm bằng b tông, be tổng cốt thép, betonite,

hỗn hợp bentonite + it, hin hợp ximäng + đất

+ Tưởng chống thắm bằng các loi cử: cừ gỗ, cit bê tông cốt thép, cử thép, cử bing chit

15

~ Không lắp nhét được hết các tú xếp, lỗ rồng trong thân đập.

- Vat ga bentonite số thôi giant i, phải ch 1 2 năm saw mỗi được hoàn thiện mặtđập để ánh nút dọc theo yến hào

15 Kết luận chương

“Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu được tổng quan về tình hình xây đựng đập, vin

4 an toàn hỗ chứa và đ cập các nguyên nhân dẫn đến vẫn để mắt an toàn đập vật liệu

địa phương nói riêng và an toàn hồ chứa nói chung,

Kết quả nghiên cứu khái quất hiện trang hỗ chứa nước, cũng như an toàn dp vật liệu

địa phương từ đó nhận thấy các nguyên nhân dẫn đến sự làm việc mắt an toàn của đập

và tir đồ thấy rỡ tinh cắp thiết cho việc nghiền cứu về an toàn đập và hỗ chứa để dimbảo công tinh làm việc an toàn góp phần làm phát triển kinh tế - xã hội, đồi sống của

người dan Vì vậy việc thực hiện đc 'Nghiên cứu phân tích đánh giá và dé xuất giải

pháp khắc phục sự cỗ hd chu nước Vực Mẫu huyện Quỳnh Lin ~ Nghệ An” nhằmcung cấp cơ sở khoa học thực tế cho việc sửa chữa nâng cấp, xây dựng mới các hồ

chứa tại tinh NjAn mang tính khoa học và thực tiễn

CHUONG II : CƠ SỞ LÝ THUYET VỀ VAN ĐÈ NGHIÊN CUU

3.1.Các phương pháp nghiên cứu phân ích thắm2.11 Lịch sử phát triển của nghiền cứu thắm

2.11.1 Giới hiệu chưng

"Những hiểu biết đầu tiên về sự vận động của nước dưới đất phát sinh vào thé ky 18 vàliên quan đến tên tuổi của các nha khoa học Nga như M.V.Lômônôxôp, D.Becnoulli,

Euler Trong tác phẩm nỗi tiếng * Về các lớp vỏ trái đắt” - 1750 Lômônôxôp đã vid

Nước dưới đất liên hệ chặt chẽ với đất đá iy quanh Nước đưới đắt là dụng dịch te

nhiên ở trang thái twin hoàn liên tục” Chính ông đã đặt cơ sử đầu iên để phát triển

khoa học về sự vận động của nước dưới đắt

Hiện tượng thắm của nước dưới đắt trong môi trường lỗ rng được Darcy nghiên cứu.

tử năm 1856, trên cơ sở thực nghiệm Darcy đã xác định quy luật thấm của nước trong

môi trường lỗ hồng, ồ là định luật thắm đường thẳng

Lý thuyết suy rộng vé sự vận động của nước dưới đất xuất hiện vào đầu năm 1898, sau.Khi N.E.JucSxky công bổ tác phẩm * Nghiên cứu lý thuyết vận động của nước ngằm”

(Ong đã đưa ra khái niệm lực cân, lực khối lượng khi thắm và lin đầu tiên ông đã đưa

xa phương rình vi phân về sự vận động của nước dưới đắt Chính Jucôvxky đã đặt cơ

sở khoa học để tiếp tục phát triển lý thuyết

Năm 1904 Boussinesque đã lập ra hệ phương trình vi phân không ổn định và biện

pháp tuyển tính hóa phương trình

Năm 1992 N.N.Pavlopvxky đã để nghị dùng phương pháp điện — thủy động lực tương

tự để xác định các thông số của dòng thắm mà cho đến nay nó vẫn là một trong những

phương pháp hiện dai nhất áp dụng cho bão hòa đắt

"Những vn dé v lý thuyết vận động không én định đã được Boussinesque nghiên cứudầu tiên (1904) Phương trình vi phân vận động không én định do ông thinh lập chođến ngày nay vẫn được coi như là phương trình vi phân cơ bản của vận động không ổnđịnh của nước dưới đất.

1

Ngày nay lý thuyết thấm vẫn không ngùng phát triển và được ứng dụng vào nhiều

chuyén ngành khắc nhau

2.1.1.2 Tắm quan trong của lý tuyết thẩm

Sự vận động của chất lòng trong môi trường lỗ hồng hoặc khe nứt gọi là thắm Cáchđịnh nghĩa này qui chung chung chỉ cho ta biết sơ lược đối tượng nghiên cứu mà

không cho ta khái niệm vật lý của hiện tượng thắm:

Lý thuyết vé sự vận động của chit ing (nước, dầu mỏ, hơi nước ) tong đất, đá nút

nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết thắm Việc nghiên cứu vận

động của chit lòng trong môi trường đắt đã có ý nghĩa quan trọng trong thực tế, Nhiềuvấn đề cần giải quyết bằng lý thuyết thắm như: Khai thác nước ngằm, khai thác đầu

mỏ, rửa mặn bằng iêu nước, tổn thất nước do thắm, nước mưa, nước tưới thắm vào

mặt đất, t im qua nền các công trình ngăn nước,

“Công trinh thủy lợi lý thuyết thắm đóng vai trở quan trong như edn xác định các đặc

trưng của dòng thắm qua đập đắt, đê quai thi công hỗ móng, thắm vào hồ móng, thắm,

dưới đây công trình bê lông, thắm vòng qua vai đập, thắm vòng quanh ba Trong

thiết ké công trình thủy lợi phải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thắm như áp.Ie thắm, lưu lượng thắm, Gradien cũng có nghĩa là giải quyết xong bài toán thẳm,

khi đó mới có đủđiễu kiện để đánh giá ôn định và độ ben công trình

2.1.2 Môi tường thắm và nguyên nhân gay ra thắm2.1.2.1 Mỗi trường thẳm

Mỗi trường dit và trạng thi cia nước

Môi trường đất là đối tượng chủ yếu được dé cập trong luận văn.

Môi trường dat là hỗn hợp nhiều pha: pha rắn là các hạt cốt đắt, pha long là nước, phahí là không khí trong lỗ rỗng gita các hạt cốt đt.

Nước trong dat có thé ở những trang thái khác nhau: nước ở thể hơi, nước ở thể bám.

chất, nước ở thể màng mồng, nước mao dẫn, nước trọng lực

Nước mao dẫn chứa đầy ở các khe rỗng của đất, chịu tác động của sức căng mặt ngoàivà trọng lực, Nước mao dẫn có thé chuyển động trong đất va cổ thé truyền ấp lựcNước trọng lực (nước ngắm) là nước ty do chứa day ở tat cả các khe rỗng của đất tircác thể tích rất nhỏ có t thứa không khí, Nước trọng lực chịu tác đụng của trọng lựcvà nước ngằm, chuyển động được là do tác dụng của trọng lực Nước trọng lực có thé

truyền được dp lực,

Nước trong dt có trạng thấ iên tục chuyển động tạo thành dng nước ngằm, hay côn

gọi là dong thắm Cũng giống như chuyển động của nước mặt, chuyển động của nước.

ngằm có thé coi là chuyển động cỏ áp hay không áp Trong chuyển động không áp ở

hia trên được giới hạn bối mặt tự do côn gọi la mặt bão hia, áp suất tại cức điểm trên

mặt đó bằng hing số và bằng áp suất khí quyển (chưa xét hiện tượng mao dẫn)

Không khí trong lỗ rổng của đất ngoài tương tác ví eonnước ở dang hơi, không kthòa tan ở trong nước, khoảng 2% thể tích nước.

Theo chia ra làm hai loại: dat bão hòah chất bão hòa nước, môi trường nước tnước và đất không bão hỏa.

‘Bit bão hỏa, la môi trường chỉ bao gém hai pha là cốt đắt và nước chứa đầy trong cáclỗ rỗng Bit không bão hòa là hỗn hợp nhiều pha Ngoài ba pha: cốt đất, nước, khôngkhi thì mặt phân cách khí nước nơi dign ra sức căng mặt ngoài, còn được xem lả một

pha độc lập thứ tự.

đã hòn lớn là dòng thấm.

Nước thấm qua môi trưởng đá nứt nẻ hoặc môi trường

chảy rồi không tuân theo quy định luật Darcy Trong luận văn nay chi điểm qua màˆkhông đi sâu khảo sắt

2.1.2.2 Nguyên nhân gây thắm

Nguyên nhân chính gây thắm trong đất bão hòa nước là do thé chuyển động của dòngthấm hay chính ki Gradien cột nước thắm Nguyên nhân gây thắm trong đất không bão.hỏa ngoài tie nhân chính là Gradien cột nước thủy lục (bao gồm Gradien áp lục và

Gradien cao trình) còn do Gradien độ âm, Gradien hút dinh là U, ~ Uy Trong đó U,ing, Uy là áp lực nước I

19

* Thể chuyển động của dong nước thắm.

“Tổng năng lượng tại điểm A có thể biểu thị năng lượng trên trọng lượng đơn vị đượcsọi là vị thé hay cột nước thủy lực.

“Trong đó a Cột nước thủy lực hay cột nước tổng.

~y: Cột nước trọng lực,

Cột nước áp lực

= 2 : Cột nước tbe độ trong đắc

Nước sẽ thắm từ nơi có cột nước cao đến nơi có cột nước thấp hơn, bat kể áp lực nước

lỗ rồng là đương hay âm,

2.1.3 Các giả thất cơ bản trong tính thắm

Li giải lý thuyết của bài toán thắm được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết cơ bản đơn

giản giữa môi rưởng thắm và đồng thấm, Các giả thết đó như sau

- Đất là môi trường đồng nhất và đẳng hướng,

= Nước chứa diy miễn thắm và không ép co được.- Đồng thắm ổn định

~ Dòng thắm chảy ting và tuân theo định luật Darcy: V2 —— (22)

Trong đó

-V = lựa tốc thắm,inh quân trên mặt cắt ướt.

~ k~ hệ số thấm của đất.

~ Đối với bài toán thắm có áp, còn đưa thêm 2 giả thiết b6 sung là:- Trong miễn thắm không có điễm tiếp nước và điểm nit nước.

~ Bai toán thắm phẳng

“Các giả thiết trên là cơ sở lý luận để đơn giản hóa các điều kiện của bài toán, từ đóthiết lập các phương trình tinh toán để tim ra các thông số của đồng thắm như: cộtnước thắm, lưu lượng thắm, phân bồ gradien và vận tốc thắm toàn mi

Mat khác, nước thắm trong đt phù hop với điễu kiện iên tye của chuyển động chit

lỏng không nén được cho nên thỏa mãn phương trình liên tục:DI,

“Từ phương trình (2.5) va (27) thấy rằng các him cột nước h và thé lưu tốc ọ là những

c phương trình Lapalaxo này với những diéu kiện biên cụ thể, ta

có thể xác định được cột nước h và thể lưu ốc ọ tại bắt kỳ điểm nào trong mỗi trường

thắm và từ dy xác định được đẳng cột nước h-const và đường đẳng thé g=const Trênsơ sở đồ mã có thể tinh được áp lực và lưu tốc thắm.

Từ những phương trình cơ bản này về thắm và các giả thiết cơ bản các tác giá khác

nhau đã đưa ra các phương pháp khác nhau để giải quyết bài toán thắm2.14.1 Phương pháp cơ học chit ting

Phuong pháp này dùng toán học làm công cụ để xúc định những đặc trưng của ding

thắm như lưu lượng, lưu tốc, gradien, áp lực, đường bão hoa ai bắt kỳ một vịt nào

‘yong môi trường thắm Do khi tính toán không đưa nhiễu vào những giá thiết cho nên

phương pháp cơ học chất long cho kết quả chính xác.

Ưu điểm: Phương pháp cơ học chit lỏng chủ yếu có tằm quan trọng về mặt lý thuyết,trên cơ sở đó người ta có thé đưa ra các giải quyết gần đúng Ứng dụng những lời giảicủa cơ học chất lng tacó thé lập được những biểu đổ tính toán để dùng trong thực

Nhược điểm: Phương pháp này chỉ sử dụng được trong trường hợp bài toán có sơ đỏ.

đơn giản Khi gặp những sơ đồ phúc tạp (điều kiện ban đầu và điều kí biên phúctap) thì cách giải này gặp nhiều khó khăn về mặt toán học và trong nhiễu trường hop

gin như bé tắc Do vậy trong thực tế thiết kế tinh toán thắm, phương pháp nảy ứng.

2.1.4.2 Phương pháp thủy lực

Phương pháp thủy lực cho ta kết quá tính toán theo phương pháp thủy lực học là cho.

những đặc trưng trung bình của dòng thắm.

Ưu điểm: Có thể giải được những trường hợp phúc tạp trong thực tế Mặt khác, độchính xác của nó đáp ứng đuợc yêu cầu kỹ thuật, nên được áp dụng rộng ri

Nhược điểm: Do phải đựa vào một số tiên đề, gia thiết nhất định, Nên phương pháp.

này có kém chính xác

2.14.3 Phương pháp thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là dùng mô hình để xác định những đặc trưng của đồng thắm,Phương pháp này bao gồm những loại chính sau:

= Thí nghiệm bằng máng kính: Việc thí nghiệm được tiến hành trên mô hình trong

máng kính 48 xác định lưu lượng, áp lực, đường bão hòa.

‘Thi nghiệm khe hep: Dựa vào sự tương tự giữa chuyển động của chất lòng có độ nhớtlớn (các loại dầu nhờn) trong khe hẹp voi sự chuyển động của nước trong mỗi trường,

rng (chảy ting) ma xác định những đặc trung đồng thắm trên cơ sở do đạc những đặc

trưng của dòng chảy của đầu trong khe hep.

~ Phương pháp tương tự điện — thủy động (EGDA): Dùng tính tương tự giữa ding điện

và ding thim dé giải quyết những bài toán thẳm trên mô hình đồng ign,

Ưu điểm: Được ứng dụng rộng rãi vì khá tiện lợi, có thể giải quyết được những sơ đồ.thắm phức tp

Nhược điểm: Giá thành thí nghiệm cao, kết quả thí nghiệm phụ thuộc vào điều kiện thí

nghiệm cũng như chủ quan của người làm thí nghiệm.2.1.4.4 Phương pháp sai phân

Miễn thắm được chia thành những 6 hình chữ nhật có kích thước bằng nhau axb như.

hình 2.1

2

xay xy x*a,yxy

Hinh 2.1 Sơ đồ sai phân.

Cc đại lượng vi phân 2h, 2x, dy được chuyển thành các đại lượng sai phân tương ứng:

Ah, Ax, Ay Những đạo him riêng cắp một và cắp hai được chuyên.

sang các tỷ sai phân theo công thức sau:

Trong đó: x, là tọa độ của điểm nút cn xét thuộc lưới

Việc tìm nghiệm của phương trình Vi=0 chuyển thành việc giải một hệ phương trình.

dại s tuyển tinh để tìm các giá ti h(x) tạ các điểm nút

Phương pháp sai phân tuy đơn giản nhưng ít được sử dụng để giải các bài toán có điều.kiện bi phức tạp do những nhược điểm ÿ thuật chia lưới

2.1.4.5 Phương pháp phần từ hữu han

Theo phương pháp này, miền thắm được chia thành những miền con, các miễn còn có

thể là hình tam giác, tứ giác Mỗi miền con này được gọi là phần tử, một phần tử được

hình thành bởi các nút gọi là nút phi tử.

Hình 2.2: Sơ đỗ phản tử tam giác

“Trong bài toán thắm phẳng, ổn định, cột nước h(x,y) tại một điểm bắt kỳ được xác

định khi bidgiá trị cột nước tại 3 đình i, j, m của phần từ (hình 2.7):In,

1 =[N,N,N, lh, 29)

Trong đó: Nx (k = i, j, m) là các ham phụ thuộc vào tọa độ điểm xét (x, y).

by là giá trị cột nước thắm ti inh thứ k của phần từ k= i,j, m).

“Theo nguyên lý biến phân, việc tìm nghiệm của bài toán thắm đã cho hoàn toàn tương

“Trong đó: p—

fa ,(eny 1 (an)

B= ff tuft) taf 1: (3) 2 (2) ew2) cay 2.11

.o— diện tích của từng phần từ.

“Cuối cũng cin giải phương tinh đi sé

Với sự hỗ trợ của máy tính điện tử, phương pháp phan tử hitu hạn đã trở thành thôngdụng và là một công cụ mạnh mé đễ giải các bi toán thim khác nhau: 6 áp và không,4p, én định và không ổn định, phẳng và không gian.

"Để tính toán thắm bằng phương pháp phần từ hữu hạn hiện nay cổ rất nhiễu phn mềmhỗ tự tính toán như: Geostulio, Plaxis, Visul modflow, thắm d hướng, ansysNhung thông dung và được sử dụng phổ biển là chương trình Geostudio của hàng

Geostop international, đây li chương tình tinh toán ác bãi toán dia kỹ thuật có độ ổn

định cao, trong đó có modul Seep/W cho phép giải bài toán thắm không ổn định bằng

phương pháp phần từ hầu hạn Trong phạm vỉ luận văn nà, tá giả sử dụng phn mm

modul Seep/W để phục vụ cho tinh toán thắm.

2.2 Các phương pháp nghiên cứu 6n định đập đất2.21 Lịch sử phát triển

Lịch sử phát triển các phương pháp tính ổn định mái đắt liên quan đến giá định hình

dang mặt trượt

~ Culman (1776) giả thiết mặt trượt phẳng qua chân mái đốc, kết quả nhận được khong

chính xác.

~ Collin (1860-1890) thực hiện những khảo sát chỉ tiết ở một số mái dốc bị phá hoại và

ết luận mặt trượt có dạng gần như mặt trụ trồn

- Khoảng năm 1916, các nhà khoa học Thụy Điễn lại phát hiện mặt trượt xắp xi dang

trụ tròn và phát triển phương pháp gọi là phương pháp Thụy Điền.

- Frontard và Risal (1920) đề nghị đồng mặt trượt dang xoắn logarit Dang này thíchhợp khi mái dốc có độ dốc lớn và chỉ có một loại đt

Bishop (1950) sử dụng bé mặt trượt trụ trồn và chỉ áp dung phương tình cân bằngrô men đối với khổi trượt và phương trình cân bằng lực theo phương đứng

~ Jan bu (1950-1960) sử dụng bề mặt trượt dạng bắt kỹ và chỉ dang phương trình cânbằng lực đối với khối trượt

~ Morgensten-Prieve (1960) sử dụng bE mặt trượt dang bắt kỳ và áp dụng cả 2 phương

trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mô men.

~ Fredlund (1970) sử dụng bé mặt trượt hỗn hợp và 4p dụng cả 2 phương trình cân

bằng lực và phương tinh cần bing mô men, Mặt trượt hỗn hợp gdm một phin là mặt

trồn và một phần là mặt phẳng,

~ Boutrups và Siegel (19700 tìm hình dang b&

mặt trượt (nghia à im bé mặt trượt ngẫu nÌ

hi sử dung lý thuyết xác suất

ên) và chỉ áp dụng phương trình cân bằng

2.2.2.Tang quan về tính toán én định cia đập đắt.

Mái đốc là khối đắ 6 mặt giới hạn là mặt dốc Mái đốc được hình thành do tác nhân

tự nhiên (dm ni, bờ sông hoặc do tác động nhân ạo (luy nền đường dio, nén

dip, hồ móng, thân đập dit, đề )

Hình 2.3: Mặt cất ngang mái đốc

các mái đốc đ s xu hướng giảm độ đốc đến một dạng én định hơn, cuối cùngchuyển sang nằm ngang và trong bối cảnh này, mắt én định được quan niệm là khi cóxu hướng di chuyển và pha hoại Đối với nền đường đảo là do khi chọn kích thước,hình dang của mái dốc chưa hợp lý Các lực gây mắt ổn định liên quan chủ yếu với

m

trọng lực và thắm trong khi sức chống phá hoại cơ bản là do hình dạng mái dốc kết

hợp với bản ân độ bn khing cất cia đất và đã tạo nên, do đĩ khi tinh tốn bn định

mái dốc cần phải xét đến đầy đủ các nội lực và ngoại lve.

Như chúng ta đã biết mái dốc cảng thoải thì độ ơn định cảng cao, nhưng khối lượngcơng tác đất, diện ích chiếm dụng sẽ cing lớn, điều này sẽ dẫn đến trái với quanđiểm về kinh tế hiện nay Vì vậy, mục tiêu cuối cùng của việc tính tốn én định máiđốc là xác định được độ đốc mái aluy thỏa mãn yêu cầu kinh tế và kỹ thuật

"Đập đất a cơng trình chắn nước cĩ mặt trượt hình thang, mái đc tương đối thọi,

trong lượng đập lớn, khĩ cĩ thể bị nước đây trượt theo phương ngang Sự mắt ơnđình về trượt của đập chỉ cĩ thé là trượt mái hoặc mái cũng với một phần của nền.

“Trong tỉnh tốn ơn định của đập dat can xét đến các trường hợp:

~ Đập tong thời ky thi cơng và khi via dip xong.

~ Khi hỗ đã chứa nước với các mực nước thượng hạ lưu khá nhau.- Khi mực nước trong hỗ rit nhanh.

Khi xem xét dn định trượt của mái đập, hoặc mái đập cùng với nền, cũng như ổn định.của lớp bảo hộmái, thì xem xét các tải trọng tác dụng lên đập gồm các tải trọng

~ Trong lượng đắt đắp và nén.

Ap lực nước tỉnh.

~ Ap lực sống

- Lực thim: đắt đưới đường bao ha chịu lực diy nổi và lực thắm, lục thắm tác dụng

lên khối đắt: Wo = oy, 2.10)

“Trong đồ: « ~ diện tích mặt cắt ngang của khối

1~ gradien thắm trung bình trong điện tích đĩ.

Lực thắm có phương chiều trùng với phương chiều của dòng thấm tại điểm tính toán.

Dướiác dụng của lực thắm mái đập, ảng dễ mắt ôn định

~ Ap lực nước lỗ tổng của đấtAp lực gây ra do nước mao dẫn

~ Late sinh ra khi cỏ động đất: Lục quân tính động đất của khối trượt và của khối nước:trước đập

2.2.3 Một số phương pháp tinh én định mái theo phương pháp mặt tregt

2.2.3.1 Phương pháp mặt trượt trụ tròn bỏ qua các lực tương tác Phương phápFellenius với hệ số an toàn chung

Phương pháp công nhận các thoi của khối đắt trượt làm việc độc lậpE,=T,<0

E,=T, =0

Hệ số an toàn ôn định K của khối đất được xác định theo định nghĩaK~ Téng momen chống trugt! Tổng momen gây trượt

JMO =a< WIR dan 3)MG10=TR<WRanz

Hình 2.4: Sơ đồ tính toán ôn định mái dốc theo phương pháp mặt trượtCác momen được lấy với tâm O, bán kính R của cung trượt dang tính như hình trên.

“Trọng lượng của thỏi đất W được phân làm 2 thành phần.2»

~ Thành phin tiếp tuyển T tính theo công thức : T = Wsina tạo nên sự trượt của thỏi

theo mặt đầy thôi.

~ Thành phần vuông góc N tính theo công thức N = Weosa tạo nên lực chống trượt

thông qua lực chống cất TÔ = Niga + el = feosatga + cl

Ứng với một thoi, lực chống trượt là TÚ, lực gây trượt la T Vậy đối với khối đất trượtn thoi thì hệ số an toàn K xác định theo công thức sau

"` ẽ

Nổi chung phương pháp Fellenious đối với mái dt cũng như đổi với nén dt, hiện nay

chỉ còn giá trị vỀ mặt lịch sử môn học, trong thực tẾ không đùng nữa v1 quá thô sơ về

lý thuyết

“kẻ số huy động cường độ chẳng cắt của đắt

3.2 Phương pháp mặt trượt bắt kỳ và bỏ qua các lực tương tác Phương pháp dùng.

Hệ lực tác dụng vào thỏi đất được trình bày như hình

bên trong đó W lả trọng lượng của thỏi đất N và To là phảnlực của khối đắt nền lên thỏi đắc Hai dhẳnh phần phản lực

này có quan hệ với nhau theo định luật Mohr - Coulomb và

6 xét đến hệ số huy động cường độ chẳng cắt của dt F

(ØigØ tol - (øiteø +cD)

F F

(Nig +c)

F (213)

Vì l=N nên