Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ổn định đập vật liệu địa phương trong quá trình thi công áp dụng cho miền Trung Việt Nam

LỜI CẢM ONLuận văn "Nghiên cứu dn định đập vật liệu địa phương trong quá trình thi công áp dung cho miền Trung Việt Nam" được hoàn thành nhờ sựgiúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, bạn b

LỜI CẢM ON

Luận văn "Nghiên cứu dn định đập vật liệu địa phương trong quá

trình thi công áp dung cho miền Trung Việt Nam" được hoàn thành nhờ sựgiúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, bạn bẻ đồng nghiệp, cơ quan và gia

đình.

Có được thành quả này là nhờ sự truyền thụ kiến thức của các thầy

giáo, giáo trực tiếp giảng day và cô tác tại Trường Đại học Thủy lợi trong suốt thời gian tác giả học tập tại trường Tác giả xin chân thành cảm ơn

sự giúp đỡ của các thay giáo, cô giáo trong Trưởng Đại học Thủy lợi trong thời gian học tập tại đây.

Tac giả xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo — PGS.TS NguyễnQuang Hùng, các thầy giáo, giáo trong bộ môn Dia kỹ thuật công trình

Trường Đại học Thủy Lợi đã tận tình hướng dẫn va cung cấp các tải liệu cần

thiết cho luận văn này,

Hà nội, ngày thang năm2014

Trần Xuân Hiệp

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số.liệu trích dẫn là trung thực Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từngđược người nảo công bố trong bắt kỳ công trình nao khác./

Hà nội, ngày thẳng năm2014

Trần Xuân Hiệp

MỤC LỤC

MO DAU wl

2 MỤC DICH CUA DE TÀI 2

3 DOL TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHIÊN CỨU CUA ĐÈ TAL -2

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU 3

CHƯƠNG L 4TONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DUNG DAP VAT LIEU BIAPHƯƠNG 6 VIỆT NAM VA VUNG DUYÊN HAI MIỄN TRƯNG 41.1, TONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DUNG DAP VAT LIEU BIAPHƯƠNG Ở VIỆT NAM VA VUNG DUYEN HAI MIỄN TRUNG VIET

NAM mw 4

1.2 ĐẶC DIEM KHÍ TƯỢNG THỦY VAN Ở MIEN TRUNG VIỆT NAM7

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên mi “Trung Việt Nam 7

1.2.2 Tình hình lũ lụt ở miễn Trung, 81.3 ĐẶC DIEM DAP DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG Ở VIỆT NAM NÓI.CHUNG VA Ở MIỄN TRUNG VIỆT NAM NÓI RIENG 9

1.3.1 Đặc điểm chung của đập vật liệu địa phương 9

1.3.2 Sự cố gây hư hỏng đập vật liệu địa phương —

CHƯƠNG 2 15

CƠ SỞ LÝ THUYET NGHIÊN CỨU ON ĐỊNH DAP VAT LIEU 15ĐỊA PHƯƠNG TRONG QUÁ TRÌNH THỊ CÔNG 152.1 NGUYÊN LY CƠ BAN CUA PHAN TÍCH UNG SUÁT TONG VAUNG SUAT HIỆU QUA 15

2.2 PHƯƠNG TRINH CƠ BAN CUA LÝ THUYET CO KET THẤM 1

CHIEU VÀ 2 CHIEU 162.2.1 Phương trình cơ bản của lý thuyết cố kết thắm 1 chiều 16

2.2.2 Phương trình cơ bản của lý thuyi thắm 2 chiều 16

2.2.3 Giải bai toán cổ kết thấm va lựa chon phương pháp ding trong nghiên

CHUONG 3 — sen 29

NGHIÊN CỨU ANH HƯƠNG CUA ÁP LỰC NƯỚC KE RỒNG 29TỚI AN TOAN DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG TRONG — 29QUA TRÌNH THI CÔNG 293.1 DAT VAN DE 293.2 NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA AP LỰC NƯỚC KE RONG TỚI

ON ĐỊNH DAP VAT LIEU BIA PHƯƠNG TRONG QUA TRÌNH THIS0 O0 g1, 29

3.2.1 Hình dang mặt cất tính toán: .29 3.2.2 Các chỉ tiêu cơ lý của đập vật liệu địa phương: 30 3.2.3 Tinh toán tải trọng 31 3.2.4 Tinh toán áp lực nước kế rỗng va én định đập: 31

3.2.5 Tinh toán ảnh hưởng áp lực nước kẽ rng đền ôn định mái đập: 55

3.3 KET LUẬN CHƯƠNG 59 CHUONG 4 6

UNG DUNG TINH TOAN CHO HO CHUA NUGC KHE GIAO HUYENTHACH HA TINH HÀ TINH 61

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VE CÔNG TRÌNH 614.1.1 Quy mô công trình : : „64.1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn và địa chất công trình sen 62

4.1.3 Khí tượng và thủy văn công trình 68

4.2 NGHIÊN CUU TRUONG UNG SUAT BIEN DANG VA ON ĐỊNH.'CỤC BO, ON ĐỊNH TONG THE DAP DAT CUA HO CHUA NƯỚC KHE.GIAO HUYỆN THACH HÀ TRONG QUA TRINH THI CÔNG 654.2.1 Tính toán ứng suất biến dang và én định đập đắt hồ chứa nước Khe

Giao trong quá trình thi công: : : „654.2.2 Tinh toán ôn định mái đập dat của hỗ chứa nước Khe Giao trong quá

MỤC LUC BANG BIEU

‘Thong kê một số đập dat, đập đá lớn ở Việt Nam

Các trường hợp tinh toán

"Thông số cơ bản các mặt cắt tinh toán

Các chỉ tiêu cơ lý của đắt đắp đập và nền

“Các trường hợp tính toán.

Kết quả tính toán én định mái đập sau mỗi đợt thi công,

Cac chỉ tiêu thiết kế công trình

Bang chỉ tiêu cơ lý các lớp đất

Kết quả tính toán hệ số ổn định trong quá trình thi công

Biểu đỗ quan hệ giữa hệ số an toàn và thời gian lên đập

Bang so sánh hệ số ôn định khi tích nước

24 30 30 33 58

„61 63

75 78

DANH MỤC HÌNH VẼ

đồ phân bé hồ chứa nước trên toàn quốc

Hình 2.1 Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đắt thứ

Hình 2.2 Sơ dé lực theo PP Fellenius

Hình 2.3 Sơ dé lực tinh toán theo PP Bishop đơn giản

Hình 3.1: Mặt cắt tinh toán áp lực nước kẽ rồng

Hình 3.2 : Mặt cắt trường hợp tinh toán 1

Hình 3.3 : Mặt cit trường hợp tính toán 2

Hình 3.4 : Mặt cắt trường hợp tính toán 3 sua

Hình 3.5 : Biểu đồ đẳng áp lực kẽ rỗng trường hợp tính toán 1

Hình 3.6 : Biểu dé đẳng áp lực kế

Hình 3.7 : Biểu dé đẳng áp lực

Hình 3.8 : ALNKR khi đắp theo toàn bộ mat cắt 1 Lin,

Hình 3.9 : ALNKR khi đắp theo nhiều lớp liên tue

Hình 3.10 :ALNKR trong trường hợp dip nghỉ 1 giai đoạn

Hình 3.11 : ALNKR khi thời đoạn thi công A7 = 480h.

Hình 3.12 : ALNKR khi thời đoạn thi công A7 =960h.

Hình 3.16 : Bí đồ áp lực nước kẽ rỗng của các điểm dưới nên

Hình 3.17 : Biểu đỗ biển dạng theo phương Y của các điểm dưới nền Hình 3.18 : Lún tại các điểm tim đập khi A7 = 480h.

60.

Hình 3.19 : Lian tại các điểm tim đập khi A7

Hình 3.20 : Thời gian lún khi đập H = 10 m.

Hình 3.21 : Ap lực nước kẽ

Hình 3.22 : Ap lực nước

\g khi đập có chiều cao H =10 m

1g khi đập có chiều cao H =20 m

Hình 3.23 : Áp lực nước kẽ rỗng khi đập có chiều cao H =35 m Hình 3.24 : Sơ đồ tính toán én định mái đập

Hình 3.28 : Kết quả tính toán én định mái đập sau khi thi công lớp 9

Hình 3.29 : Kết quả tính toán ồn định mái đập sau khi thi công lớp 10

Hình 3.30 : Hệ số ôn định mỗi lớp sau mỗi đợt thi công

Hình 4.1 : Sơ đồ tính toán ứng suất biển dạng

Hình 4.2 : Ứng suất hiệu quả theo phương ngang

Hình 4.3 : Ứng suất hiệu quả thẳng đứng

Hình 4.4 : Độ lún của thân và nên đập thing đứng sau khi tip lớp II

Hình 4.5 : Độ lún thân và nên đập phương ngang sau khi

Hình 4.6 : Ứng suất

Hình 4.7 : Ứng suất hiệu quả theo phương đứng quá

Hình 4.8 : Độ lún thân và nề

lớp 11 hiệu quả theo phương ngang quá trình thi công.

inh thi công.

theo phương ngang quá trình thi công.

Hình 4.9 : Độ lún thân va nền theo phương đứng quá trình thi công

Hình 4.10 Sơ đồ tính toán én định m

Hình 4.11

đập

ết quả tính toán ôn định mái tại cao trình + 48,00

Hình 4.12 : Kết quả tính toán ôn định mái tại cao trình + 52,00

Hình 4.13 : Kết quả tính toán én định mái tai cao trình + 56,00

Hình 4.14 ; Kết quả tính toán dn định mái tại cao trình + 58,00

Hình 4.15 : Kết quả tính toán én định mái tai cao trình + 60,00

Hình 4.16 : Kết quả tính toán én định mai tại cao trình + 62,00

Hình 4.17 : Kết quả tính toán ôn định mái tại cao trình + 64,00

Hình 4.18 Sơ đồ tính toán én định mái đập

Hình 4.19 : Kết quả tính toán ổn định mái đập THỊ

Hình 4.20 : Kết qua tính toán én định mái đập TH2

56 56 51 51 58 159

„67

67 67 68 68 69 69 1 72 72 T2

73

73

73

4 76 71 T1

MỞ ĐÀU

1 TINH CAP THIẾT CUA ĐÈ TAL

Việt Nam là một đất nước có tỷ lệ hỗ chứa nước được xây dựng bingđập đất chiếm một tỷ lệ khá cao Cho đến hiện nay, theo tải liệu thống kế củahôi đập cao thé giới ICOD, số lượng đập dat chiếm tới hớn 80% số lượng đập

hiện có ở Việt Nam Trong những năm vừa qua cũng như trong những năm

tới đây, Việt Nam xây dựng hàng loạt đập đất cao trên 20 m và cá biệt cónhững đập cao tới hơn 50 m như đập Tả Trạch Khối lượng đất đá đượcdùng đến hàng triệu m3 Không những thé nghiên cứu tốc độ dap đập, đặcbiệt là các đập có chứa ham lượng sét cao đang là một vấn dé thời sự ở nước

ta cũng như trên thể giới Quá trình chất tải ảnh hưởng đến tỉnh hình chịu tảicủa đập trong thời gian thi công cũng như trong thời gian vận hành ban đầu.Điều này đã được thé hiện ở những vấn dé còn tồn tại trong phạm vi nghiên.cứu an toàn hồ chứa như: một số đập có biểu hiện thấm bat lợi thậm trí dẫnđến hư hỏng như đập Suối Trằu, Am Chúa và gần đây nhất là đập DiuTiếng Nguyên nhân ở đây chủ yếu là do trong quá trình thi công chưa xétđến tốc độ đắp đập một cách kĩ lưỡng Một vấn dé lớn nữa ở đây dé cập đếnmặt cit lòng sông lúc chặn dòng dẫn đến tốc độ thi công cao , áp lực nước lỗ.rỗng chưa kịp tiêu tán hết ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cốt đất , vấn

dé này có ảnh hưởng như thé nào đến sự an toàn của đập trong quá trình thi

công cũng như trong quá trình vận hành.

Toc độ đắp đập đất cũng có ảnh hưởng rat nhiều đến chi tiêu kinh tế của

dự án, Trong thực tế , lựa chọn được tốc độ thi công và phân đợt thi công làmột vấn đề đặt ra cho các nhà hoạch định cũng như đối với bản thân những

người xây dựng.

Hiện nay trong các tiêu chuẩn thiết kế đập đất cũng như thi công đập đấtcũng mới chỉ quy định phải tính toán tốc độ dip đập nhưng chưa có những,

hướng din cụ thé cũng như phụ lục kèm theo tiêu chuẩn hướng dẫn dé đảm

bảo chất lượng xây dựng công trình.

Hon thé nữa, việc sử dụng, lựa chon các thiết bị thi công cũng có ảnh.hưởng rất nhiều đến quá trình làm việc cũng như trang thái của dắt Khi tiếnhành đắp với tốc độ cao cũng tương đồng với việc tải trọng trang thiết bị lớn.gây ra yếu tố bat lợi cho trạng thái làm việc của đất Trước nay chúng ta mớichỉ quan tâm đến năng lực trang thiết bị thi công của các nha thầu dé khống,chế thời gian thi công Chính do vậy nên chưa dé cập được đến ảnh hướng

của tải trọng xe cộ đến trạng thái làm việc của đập trong quá trình thi cong

như thế nào,

“Xuất phát từ những nội dung kỹ thuật chính trong quá trình thi công đập

vật liệu địa phương, luận văn tập trung chủ yếu đi sâu nghiên cứu vào quátrình phân tin áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình thi công của đập ảnh hưởngnhư thé nào đến an toàn én định đập vật liệu địa phương

2 MỤC DICH CUA ĐÈ TÀI

- Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của yếu tố: tải trọng do điều kiện thicông, tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng đến an toàn én định đập vật liệu địa

phương.

- Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn đập vật liệu địa phương trong

‘qui trình chất tải lên đập.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHI

Đối tượng nghiên cứu của đề tài

'N CỨU CUA ĐÈ TÀI

Đập vật liệu địa phương.

Pham vi nghiên cứu của dé tài

"Trong khuôn khổ thời gian có hạn, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu dip đậpđất cho hồ chứa nước Khe Giao huyện Thạch Hà tỉnh Hà Tĩnh trong quá trình

thi công gia tải qua tính toán kiểm tra, đưa ra giải pháp đảm bảo én định an

toàn công trình.

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

= Phương pháp phân tích, đánh giá: Thu thập va tổng hợp các tai liệu đã

có trong khu vực miễn Trung Việt Nam nghiên cứu: như điều kiện về địahình, địa mạo, địa ting, tính chat vật lý cơ học của các tang dat đá dưới nền

và thân đập Tiếp cận với lý thuyết phần tử hữu hạn để phân tích và giải quyếtbài toán về áp lực nước lỗ rỗng Ứng dụng phần mềm Geoslope2004 tính.toán.

- Tổng hợp đánh giá xây dựng các quan hệ dé thay đôi các điều kiệnbiên, các giả thiết điều kiện làm việc của các công trình đập đất để tìm ra cácquy luật và điều kiện sử dụng khi thiết kế va thi công

CHƯƠNG ITONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DỰNG DAP VAT LIEU BJA.PHƯƠNG 6 VIET NAM VA VUNG DUYÊN HAI MIỄN TRUNG

1.1 TONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DỰNG DAP VAT LIEU DIA.PHƯƠNG Ở VIỆT NAM VA VUNG DUYEN HAI MIỄN TRUNG VIETNAM

Theo thống kê của Bộ NN&PTNT năm 2002 cả nước ta đã có 1.967 hồ

hỗ trên 2.105 m3) Trong đó có 10 hỗ thủy điện có tổng dung

(dung

tích 19 ty m3 con lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích 5,842 ty m3 Nếu chỉ

n nay có 587 hỗ cótinh các hỗ có dung tích từ 1 triệu m3 nước trở lên th

nhiệm vụ tưới là chính.

Các hồ chứa phân bố không đều trên phạm vi toản quốc Trong số 63

tinh thành nước ta có 41 tỉnh thành có hỗ chứa nước (xem hình 1.1) Các hồ

này được đầu tư xây dựng không đều trong từng thời kỳ phát triển của đất

nước.

Tinh từ năm 1960 trở về trước khu vực miền Bắc và miền Trung xây

đựng khoảng 6% Tir năm 1960 đến năm 1975 xây dựng được khoảng 44%.

“Từ năm 1975 đến nay xây dựng khoảng 50%

btn hộ đến mức

SEO LCN CEE

Hình 1.1: Biểu đồ phân bố hồ chứa nước trên toàn quốc

Ở nước ta đập vật liệu địa phương đóng vai trò chủ yếu, đập vật liệu địaphương tương đối đa dang, đập đất được đắp bằng các loại đất khác nhau; Datpha tan tích sườn đồi, đắt Bazan, dat ven biên miền Trung Phan lớn các đập ở

Bắc và mi Trung được xây dựng theo hình thức đập đ

hoặc nhiều khối (xem thống kê ở bảng 1.1)

Bang 1.1: Thắng kê ap dt, đập đá lớn ở Việt Nam

Hmav | Năm hoàn

TT 'Tên hồ Tỉnh Loại Đập

(m) thành

1 | Suối Hai Hà Tây Đất 29,00 1964

2 |ĐaNhim Tâm Đông | Đất 38,00 1963

3 | Suỗi Hai Hà Tây Đất 29.00 1964

4 | Thượng Tuy Ha Tinh Đất 25,00 1964

Hmaxv | Năm hoàn

TT 'Tên hồ Tinh Loại Đập

(m) thành

5 | Thác Bà "Yên Bái Đã 4500 | 1964(XD)

6 | CimLy Quảng Bình | — Đất 3000 1965

7 | Tà Keo Lang Sen | Đất 35.00 1972

5 | Clim Sơn Bic Giang | Đã | 41,50 1974

9 | Vực Trống T Tinh Đất 2280 1974

10 | Đồng Mô Hà Tây Đất 2100 1974

11 | Tiên Lang Quảng Bình Đất 32,30 1978

12 |PaKhoang | LaiChiu | Đã | 2600 1978

13 | Hoa Bình HoaBinh | Davida | 128,00 | 1978(XD)

14 | Yen My Thanh Hoá | Dat 25.00 1980

15 | Yên Lập Quảng Ninh | Đấu Đá | “4000 1980

16 | Vinh Trinh | QuảngNam | Đất 23,00 1980

22 |SôngMực | Thanh Hoa | Đất 3340 1983

23 |Quả Động | Quing Ninh | Đất 22.60 1983

24 | Xa Hương Vinh Phúc Đất 41,00 1984

25 | Hoà Trung DANing | Đất 2600 1984

26 | Hội Sơn Bình Định | Đất 29.00 1985

27 | Dầu Tiếng Tây Ninh Dat 28,00 1985

28 | Biến Hồ Gia Lai Đất 21,00 1985

29 | Núi Một Bình Định | Đất 30,00 1986

30 [VueTron | Quing Binh | Đất 29,00 1986

31 |[TuyếnLâm | LimDéng | Đất 32.00 1987

32 | Đá Ban Khánh Hoà Đất 42,50 1988

Hmaxv | Năm hoàn

TT 'Tên hồ Tinh Loại Đập

(m) thành

33 |KẽGỗ Hà Tình Đất 3740 1988

34 | Khe Tân Quảng Nam | Đất 2240 1989

35 | Kinh Môn Quảng TH | Đất 21.00 1989

36 | Khe Chè Quảng Ninh Đất 25.20 1990

3T | Phú Xuân PhúYên | Dat 2370 1996

38 | Sông Rae Hà Tĩnh Đất 2680 1996

39 |ThuậnNinh | Bình Dinh | Đất 29.20 1996

40 | Đồng Nghệ Đà Ning Đất 25,00 1996

41 |SôngQuao | BìhThuận | Đất 40,00 1997

42 | Gò miễu Thái nguyên | Đất 3000 1999

43 |Cà Giấy Ninh thuận | Đất 35.40 1999

44 | Ayun Ha Gia Lai Đất 36.00 1999.

45 | Sông Hình PhúYên | Dit 5000 2000

46 | Basoupe Dik Lic Đất 27.00 2005

7 | Sông Sit Ninh thuận | Đất 29.00 2007

48 | Sông Sào: Nghệ An Đất 30,00 Đang XD

49 | Hà Động Quảng Ninh | Đất 3000 | Dang XD

50 | Tả Trach TT.Huế | Đất 5600 Ì Dang XD

51 | Hoa Sơn Khánh Hòa Đất 29,00 Đang XD

52 | Khe Giao HiTinh | Dat | 2000 | Dang XD1.2 ĐẶC DIEM KHÍ TƯỢNG THUY VĂN Ở MIỄN TRUNG VIET

NAM

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên miền Trung Việt Nam

Miền Trung Việt Nam (Trung Bộ) có phía Bắc giáp khu vực đồngbằng Sông Hồng và Trung du miễn núi vùng Bắc BO; phía Nam giáp các

tinh Bình Phước, Đồng Nai và Ba Rịa-Vũng Tâu ving Nam Bộ; phía Đông

giáp Biển Đông: phía Tây giáp 2 nước Lào và Campuchia Dải đất miền

“Trung được bao bọc bởi những day núi chạy dọc bờ phía Tây và sườn bờ biển

phía Đông, vùng có chiều ngang theo hướng Đông - Tây hẹp nhất Việt Nam

(khoảng 50 km) và nằm trên địa bản tinh Quảng Bình.

Địa hình miễn Trung Bộ bao gồm các dãy núi phía Tây Nơi giápLào có độ cao trung bình và thấp Riêng miền núi phía Tây tỉnh Thanh Hoá có

độ cao từ 1000 - 1500m Khu vực miễn núi Nghệ An - Ha Tinh là ầu nguồncủa day Trường Son có địa hình rất hiểm trở, phần lớn các núi cao nằm rải rác

ở đây Các miền đồng bằng có tổng diện tích khoảng 6.200km2, trong đó

ng Chu bồi đắp,chiếm gần một nửa điện tích và là đồng bằng rộng nhất của Trung Bộ

đồng bằng Thanh Hoá do nguồn phù sa từ sông Mã và

Xét chung, địa hình Trung Bộ có độ cao thấp dần từ khu vực miền núixuống đồi gò trung du, xuôi xuống các đồng bằng phía trong dải cồn cát ven.biển rồi ra đến các đảo ven bờ,

1.2.2 Tình hình lũ lụt ở miền Trung,

Miền Trung là vùng có lượng mưa nhiều nhất ở Việt Nam với lượngmưa trung bình năm vượt trên 2.600mm, có nơi lên đến 4.000mm

Hang năm có từ 200 - 220 ngày mưa ở các vùng núi, 150 - 170 ngày

mưa ở khu vực đồng bằng duyên hai, Vào mùa mưa, mỗi thing có l6 - 24ngày mưa Những đợt mưa kéo đài nhiều ngày trên diện rộng thường gây ra lũ

Mùa mưa lữ ở Bắc Trung Bộ thường xảy ra từ tháng 7 đến tháng 10,

những trận lũ miễn Trung vào các năm như là: 1952, 1964, 1980, 1983, 1990,

1996, 1998, 1999, 2001, 2003, Có lúc xảy ra lũ chồng lên lũ như các đợi lũ tháng 10, 11 năm 2010.

Chế độ gió mùa gió mùa thôi theo hướng Đông Bắc mang theo hơi nước

từ biển vào nên toàn khu vực chịu ảnh hưỡng của thời tiết lạnh kèm theo mua,Đây là điểm khác biệt với thời tiết khô hanh vào mùa Đông vùng Bắc Bộ.Đến mùa Hè không còn hơi nước từ biển vio nhưng có thêm gió mùa Tây

Nam (còn gọi là gió Lào) thôi ngược lên gây nên thời tiết khô nóng, vào thời điểm này nhiệt độ ngày có thé lên tới trên 40d9C, trong khi đó độ Am không

khí lại rất thấp

1.3 DAC DIEM DAP DAP VAT LIỆU DIA PHƯƠNG Ở VIỆT NAMNÓI CHUNG VA Ở MIỄN TRUNG VIỆT NAM NÓI RIÊNG:

1.3.1 Đặc điểm chung của đập vật liệu địa phương

Đập đất là một công trình dâng nước phổ biển Nó thường có mặt ở các

hệ thống đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện với chức năng tạo ra hồ chứa để điều

tiết chế độ dòng chảy tự nhiên của sông suối phục vụ các mục đích khác nhau như phát điệ chống lũ, ip nước tưới, v.v Miễn trung tập trung nhiều đập với hình thức vật liệu địa phương như Sông Rác (Ha Tinh), sông Sảo (Nghệ An), Khe Giao (Hà Tĩnh), Khe Tân ( Quảng Nam), Kinh Môn (Quảng Trị),

‘Vue Tròn ( Quảng Binh )

Tinh chất của các loại đất dùng dé đắp đập ở vùng này đã được nhiều tácgiả đi sâu nghiên cứu (1-6) và đã tổng hợp được nhiều đặc điểm địa chấtcông trình của các loại đất thường dùng để đắp đập ở khu vực nảy

Theo kết quả nghiên cứu của GSTS Nguyễn Văn Thơ (7,8), TS LêQuang Thể (9) thì đất thường gặp ở đây có thể chia thành 6 nhóm chính bao

gim

Nhóm 1: Các trầm tích sông cổ và trẻ (aQ) : phân bổ ở các thung lũng

sông lớn - nhỏ như sông Pôcô, Sông ba

"Nhóm 2; Sườn tàn tích (edQ) và tàn tích (eQ) trên đá Bazan trẻ (BQII-IV) Nhóm 3: Sườn tàn tích (edQ) và tản tích (eQ) trên đá bazan cổ (BN2-Q1)

Đối với vật liệu nhóm 1 thành phần chính chủ yếu là bùn sét, bùn á sét

có chỉ tiêu cơ lý thấp hoặc cát rời có hệ số thắm lớn Vật liệu nhóm này khôngdùng để đắp thân đập

Nhóm thứ 2 đắt lẫn đá phong hóa Do thời gian phong hóa chưa đủ nênlớp nảy thường là sét pha lẫn dam, cục đá gốc độ cứng chắc không đều Hàm

lượng hat sét trong khoảng 19.4-39.5%.

'Nhóm thứ 3 chủ yếu là đất sét với ham lượng sét chủ yếu dao động trongkhoảng 30 ~ 48%, có hệ số thắm trong khoảng 10-4-10-5 cm/s

Nhóm thứ 4 có hàm lượng sét tương đối cao 43.5-50.7%, hệ số thấm

trong khoảng 10-4-10-5 emis,

Nhóm thứ 5 chủ yếu là đất sét với hàm lượng sét trong khoảng 30-54%,

các vị trí xây dựng đập Loại đất này có đặc điểm tuy dung trọng không lớn

lắm nhưng có sức chồng cắt cao, chồng thắm tốt nên đã có nhiều công trìnhđất dip sử dụng hiệu quả loại đất này và đặc biệt là các đập dip ở Tây

Nguyên, thủy điện Thác Mơ, Vinh Son (9).

'Ngoài ra Miễn Trung có các tính chất cơ lý đặc biệt: Tính lún ưới, tínhtrương nở, tính co ngót khi khô và tính tan rã Các tính chất này được thí

nghiệm và xác định mức độ ảnh hưởng tới đặc tính độ bén của dat

- Tính trương nở: Là sự tăng thé tích của đất trong quá trình wot nước.

Sự trương nở được tạo nên chủ yếu do hình thành nước liên kết yếu ở trong.đất, làm giảm lực dinh giữa các hạt dat, phân ly chúng và gây sự tăng thể tích.Qua kết quả nghiên cứu cho thấy tính chất trương nở phụ thuộc nhiềuyếu tố như độ âm ban đầu, dung trọng chế bị, thành phần hat.Dat dim nện có

độ ẩm thấp, thành phần hạt mịn nhiều và chỉ số đầm nện K cao thì hệ sốtrương né sẽ lớn Khi tăng độ ẩm cho đắt thì hệ số trương nở tăng lên, đồngthời đặc trưng cơ học thay đôi, lực dính va góc ma sát trong đều giảm, so sánh.đất ở trang thái độ âm dam nện và độ âm bão hòa thì các chỉ tiêu cơ học nảy

giảm 50%.

- Tinh tan rã: Tan rã là hiện tượng vật lý khi ngâm đất trong nước thithành phần hạ sét của đất tan rã ra trong nước dưới dạng thể keo Tính tan rã

của đất biểu thị khả năng giữ độ bền liên kết giữa các hat và nhóm hạt

khi tiếp xúc với nước.

Đặc tính này được xem là một trong những nhân tô chính gây ra sự cô

đập ở khu vue Miễn Trung Hiện nay có 5 phương pháp đánh giá và phân loại

mức độ tan ra của đất Mức độ tan rã phụ thuộc vào nhiều yếu tổ như loại đắt,nguồn gốc tạo thành, môi trường nước, dung trọng đầm nện Nghiên cứu tínhchất tan rã của đất dé làm cơ sở cho việc bố trí, sử dụng vật liệu đất đắp đập

đảm bảo an toàn cho công trình, đặc biệt là công trình khu vực Nam Trung

Bo

~ Tính lún ướt: Lún uớt là hiện tượng vật lý nước bỗ sung vào cốt đất thìhiện tượng giảm thể tích khối xảy ra Việc đánh giá trị số lún ướt của đất dựatrên cơ sở khái niệm hệ số lún ướt

Liin tớ là đặc tính cơ lý đặc biệt thứ ba của đất đắp đập vùng Miễn

‘Trung Đặc điểm lún ướt phụ thuộc vào dung trọng, độ am chế bị và loại đất

it dim nén ở độ âm nhỏ nhiều hơn độ âm tối ưu và chỉ số dim nền nhỏ hơn

0,9 thì lều thuộc nhóm dat lún ướt cao Nếu chi số đầm nên K = 0,95 và độ

âm dim nện nằm trong khoảng trên dưới 2% so với độ ẩm tốt nhất thi khongthuộc nhóm lún ướt Dat dam nện với độ am cao hơn độ âm tốt nhất thì không

bị ảnh hưởng cua lún ướt

Hiện tượng lún ướt thường xây ra sau lần bão hỏa đầu tiên của đất hoặcsau khi đắt được bổ sung nước Quá trình lún ướt thường xảy ra sau quá trìnhtrương nở tạo nên một trạng thái nghịch, gây biển dạng lớn trong khối đắptrong thời gian ngắn.Đây là nhân tố khá quan trong gây ảnh hưởng không nhỏtới ôn định khối đắp.Trường hợp này đã bat gặp tại đập Am Chúa, đập sôngQuao

Lún ướt xảy ra lớn đối với đất hoàng thổ, lún ướt là tính chất đặc trưng.của hoàng thổ và đất dang hoàng thổ Cũng có tác giả cho rằng “ tính chất lúnướt chỉ có trong đất hoàng thổ và đất dạng hoàng tha” mà loại đất này có

nhiều ở miễn Trung

~ Tính co ngót khi độ am giả : Khi độ âm khối đất đắp giảm đi, đất có hiệntượng co ngót Điều này bắt gặp tại bề mặt khối đắp khi không được bảo vệ,Đắt có tính trương nữ khi ướt thi cũng sẽ bị co ngót khi khô nước, Sựgiảm thé tích đất do kết quả tách nước khí hong khô là do sự giảm độ dây vởhydrat của nước liên kết vật lý Thể tích của các hạt khoáng trong đất thi

không đổi.

Hiện tượng các biệt này xảy ra khi khối đất đã thi công xong, dưới điều.kiện khô nóng, trên bé mặt khối đắp xuất hiện các khe nút dăm Nếu quá trinh

trên kéo đài thì khe nút phát triển sâu Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng

là do độ âm của dat trước khi đầm nện là thấp, cần bổ sung thêm trong khidim Dat có nhiều thành phan hạt sét thi khả năng có ngót cảng lớn Khả năng,chịu kéo của đất không thắng nỗi sức kéo của phần co ngót, khe nứt xuất hiện

Co ngót và trương nở là hai mặt của một vấn dé vì vay, vấn dé co ngọt

được nghiên cứu và thí nghiệm trên cùng một mẫu với thí nghiệm trương nở.

1.3.2 Sự cố gây hư hỏng đập vật liệu địa phương

Đập dat là hạng mục quan trọng nhất đối với đầu mỗi công trình thủy.lợi Sự cố về đập đất rất nghiêm trọng và không lường hết được hậu quả.Những sự cố của đập đất thường do nhiều nguyên nhân Trong khuôn khổluận văn này, tác gid đề cập đến các nguyên nhân do mat én định đập đất

trong quá trình thi công như sau:

- Trong quá trình đắp đập xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt gâynên thấm mạnh hoặc sti nước ở nền đập gây mắt dn định

~ Dap đập không bóc hết lớp phong hóa hoặc không được don đẹp vệsinh sạch sẽ để vứt bỏ các tạp chất trước khi đắp dap, dam nền không kỹ

~ Quá trình đắp đập chưa đạt đến dung trọng khô so với dung trọng khô.thiết kế, nên đất sau khi đầm vẫn toi xếp, rời bở,

- Không có biện pháp thích hợp để xứ lý độ âm, do đó độ âm đất dip

không đều, chỗ khô chỗ âm, làm cho dat sau khi đắp có chỗ chặt có chỗ vẫnrời rac tơi xốp

- Đầm nên không đủ độ chặt yêu cầu do: Lớp dai đây quá quy định, sốlần đầm ít, nên đất sau khi đắp có độ chặt không đồng đều, phân lớp, trên mặtthì chặt phía dưới vẫn còn toi xốp không đạt độ chặt quy định, hình thànhtừng lớp đất yếu nằm ngang trong suốt cả bề mặt lớp dim,

- Khi trong nền đập có các loại đất min hoặc sét ngậm nước mà có thé

phát sinh áp lực kẽ hỏng do quá trình tăng tai trọng trong lúc xây dựng đập,làm giảm sức chống trượt của dat nền thì phải xây dựng hệ thống thoát nước.trong nền đồng thời không nên thi công với tốc độ qúa nhanh

Nguyên nhân ở đây chủ yếu là do trong quá trình thi công chưa xét đếntốc độ đắp đập một cách kĩ lưỡng Một vấn dé lớn nữa ở đây dé cập đến mặt

cắt ling sông lúc chặn dòng dẫn đến tốc độ thi công cao, áp lực nước lỗ rỗng,chưa kịp tiêu tán hết ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cốt dat, van dé nảy

có ảnh hưởng như thé nào đến sự an toàn của đập trong quá trình thi công

cũng như trong quá trình vận hảnh.

Hệ thống hồ đập ở Việt Nam rất phong phú và đa dang, phân bố không.đồng đều theo vùng miền, ứng với mỗi vùng, miễn khác nhau sẽ có các điều

kiện về xây dựng khác nhau, vì vậy việc đảm bảo an toàn đắp đập trong quá

trình thi công tốc độ cao nhất là yếu tổ tiêu tin áp lực nước lỗ rỗng ảnh hưởngtrực tiếp đến an toàn ôn định đập vật liệu địa phương

CHUONG 2

CO SỞ LY THUYET NGHIÊN CUU ON ĐỊNH DAP VAT LIEU

DJA PHUONG TRONG QUA TRINH THI CONG2.1 NGUYEN LÝ CƠ BAN CUA PHAN TÍCH UNG SUAT TONG VÀ.UNG SUAT HIEU QUA

ứng suất hiệu quả được Terzaghi đề ra (1936) nhằm giải

l làm giảm hiệu quả nén và do đó làm giảm cường độ chồng cắt

Nguyên lý về ứng suất hiệu quả Terzaghi có nội dụng được thể hiệnbằng phương trình

2 =ơ~ 0-1)

Trong đó: & là ứng suất tổng, u là áp lực lỗ rỗng, Tri số Z và u có thể dođược bằng thiết bị đó ứng suất tổng và áp lực nước lỗ rỗng (đất bão hòanước) Dat không bão hòa nước có trị số u tính theo công thức;

worl) 2.0)Trị số ` được gọi là ứng suất hiệu quả

Từ (2-2) có Ø=Ø +4, tức la ứng suất tông Z là tong của ứng suất hiệuquả và áp lức nước lỗ rỗng nên Z có tên gọi là ứng suất tổng Chính ứng suất

hiệu quả Z gây nên sự nén chặt Các đường nén lún phải được xử lý theo ứng hiệu qua, tức lập quan hệ e - Z Tuy nhiên trong điều kiện nén thoát

nước thì u = 0 nên Z =Z., Các biểu dd Z ~ t có được bằng cách lấy biểu đồ tải

2.2.1, Phương trình co bản của lý thuyết cố kết thắm 1 chiều

Phương trình cơ ban của lý thuyết cố kết thắm 1 chiều Tezaghi

G3)

Trong đó:

= Cy: Hệ t đứng

~p: Ap lực nước lỗ rỗng3.2.2 Phương trình cơ bản của lý thuyết cố kết thắm 2 chiều

Phuong trình cơ bản của lý thuyết cố kết thấm 2 chiều Tezaghi:

2p sập 24

thập Tấn œ0

5 cổ kết đứng

~p: Ap lực nước lỗ rỗng3.2.3 Giải bài toán cố kết thấm va lựa chọn phương pháp dùng trong

nghiên cứu

Khi phân tích bài toán công trình đất nói riêng, có lúc người ta vẫn dùngbài toán phân tích ứng suất tổng, sau đó dùng nguyên lý cố kết Tezaghi kếthợp lại để tiến hành phân tích ứng suất hiệu quả Phương pháp này thực hiệntheo trình ty: dau tiên dùng phương pháp phân tích ứng suất tông đề giải bài

toán ứng suất biến dang, sau đó dựa vào lý thuyết có kết Tezaghi dé nghiêncứu sự phân tan của áp lực nước lỗ rỗng cũng như sự thay đổi của ứng suấthiệu quả và bién dạng Phương pháp nghiên cứu nay chỉ chính xác đổi với baitoán | chiều còn đối với bài toán 2, 3 chiều chỉ cho kết quả gần đúng Khinghiên cứu lý thuyết cố kết Biot giải cho bai toán 1 chiều nhận thấy kết quả.thu được hoàn toàn đồng nhất với lý thuyết cố kết Tezaghi Nói cánh khác:bài toán cố kết Tezaghi 1 chiều là trường hợp riêng của bài toán cố kết Biot,

"Để có thé thấy rõ điều này, trước hết cin hiểu rồ nội dung lý thuyết cố kết

Biot.

Phương trình cé kết cơ bản Biot

Các giả thiết cơ bản của lý thuyết cố kết Biot:

Ngoài tính thắm ra, tính chất của dat là đồng nhất đẳng hướng, Tính chấtthấm của dat không thay đổi theo không gian và thời gian, không xét đến lực.quấn tính

sa Phương trình cân bằng

Đối với đất đồng nhất đảng hướng kết hợp phương trình cân bằng vànguyên tý ứng suất hiệu quả thu được:

“Trong đó

© Một số phân tích lý thuyết cổ kết Biot

Như trên đã trình bày, bai toán cố kết theo lý thuyết Tezaghi chỉ cónghiệm đúng trong trường hợp 1 chiều va là nghiệm riêng của bài toán cổ kếtBiot Điều này sẽ được minh chứng ở những nghiên cứu dưới day

Định luật Hooke đối với bai toán không gian ba chiều được thể hiện như phương trình sau:

mẹ lả hệ số nén ép thé tích 3 chiều.

Dé dàng nhận thấy khi ơạ không đổi theo thời gian , © ce =0 phương

trình cố kết 3 chiều Biot (2-9) chi có áp lực lỗ rỗng p là chưa biết và chuyển.thành phương trình cổ kết 3 chiều Tezaghi-Rendulic

(2-10)

Đối với bai toán hai chiều Những van dé thường gặp trong bài toán ben

Giả thiết trục x vuông góc với mặt phẳng tính toán

(u=0) Có 4 , &=0 hoặc ø; = ula, +ø') Có

"¬ ố :

ile, +01 + gp) en

Phương trình liên tục của lý thuyết Biot cho bai toán 2 chiễu như sau:

@-12)

Cũng tương tự như trên nhận thấy rằng khi khi om2 không đổi theo thời

phương trình cổ kết 2 chiều Biot (2-10) chỉ có áp lực lỗ rỗng p

là chưa biết và chuyển thành phương trinh cổ kết 2 chiều Tezaghi-Rendulic

Với bai toán 1 chiều, đưới tác dung của tải trọng q theo phương thing

đứng, với các điều kiện đối xứng của bai toán vé các thành phần ứng suất

txy=ryz=tzx=0 Theo điều kiện của phương trình cân bằng ta có = — hay

thành phan ứng suất oz s

mnst Từ điều kiện biên øz|z~0=q Như

thay đổi phụ thuộc vio tii trọng ngoài q và như vị nó sẽ không chịu ảnh.

hưởng của áp lực nước lỗ rồng và biển dạng của cót dat

Khi đó, nếu tải trọng ngoài không đổi (q~const), phương trình cơ bản

của cổ kết Biot trở thảnh:

(2-15)Phương trình này hoàn toàn tương đồng với phương trình cổ kết 1 hướng.Tezaghi Hai lý thuyết này đều là lý thuyết chính xác nên đối với bai toán cốkết 1 hướng (sử dụng phương pháp phân tích ứng suất tổng) thì việc sử dụng

ý thuyết Tezaghi dé tinh toán là đảm bảo yêu cầu

Khi nghiên cứu bài toán cô kết sử dụng phương pháp phân tích ứng suất

hiệu quả thu được:

Đối với bài toán cổ kết Tezaghi 1 chiều:

Tuy nhiên, ở đây nhận thấy rằng việc giải phương trình cố kết 1 hướng.Biot theo phương trình (2-18) phức tạp hơn rat nhiễu so với phương trình cốkết 1 hướng Tezaghi (2-16),(2-17) Chính vì vậy nên trong bài toán cổ kết 1chiều , đối với phân tích ứng suất hiệu quả nên sử dụng lý thuyết cổ kết

Tezaghi để tính toán.

2.2.4, Lý thuyết về phương pháp tính dn định mái dốc của đê đập đắtHiện nay trong tính toán, kiểm tra ôn định trượt sâu của mái dốc đê, dap

đá , có 2 phương pháp tinh: Phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp

phân tích giới hạn có thé tóm tắt như sau:

3.2.4.1 Phương pháp phân tích giới hạn :

Dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong toàn miỄn của công trình (khối

đất dip và nền) Dùng các thuyết bền như: Morh - Coulomb, Hill-Tresca,

Nises-Shleiker, kiểm tra ôn định cục bộ tại mỗi điểm trong toàn miễn Công

trình sẽ mat dn định tổng thé khi tập hợp các điểm cục bộ bị mắt én định làm.thành một mặt liên tục Các phương pháp đã được nghiên cứu gồm: phương,

pháp sức bén vật liệu, phương pháp lý thuyết đàn hồi, phương pháp sai phân

hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thí nghiệm mô hình.Các giả thiết giống như phương pháp cân bằng giới hạn nhưng sau đógiảm khả năng chịu lực của đất nén (giảm c hoặc ọ của dat nền) đến một mức

nào đó ứng suất biển dạng do ngoại lực gây ra làm cho hạt cốt đắt ở trạng thái

dẻo Nếu các hạt đất lân in liên tục nhau đều ở trạng thái chảy déo thì khi đókhối dat sẽ bị trượt theo mặt trượt này Khi đó hệ số an toàn trượt sé là:

ES = tg0 ange! (Enuy động = © thựcÍChuy ding

2.2.4.2 Phương pháp cân bằng gì hạn :

Dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (mặt trượt có thể là trụ tròn, hỗn

hợp hoặc bat kỳ), coi khối trượt như một cổ thé, tiến hành phân tích trang tháicân bằng Gi hạn của các phân tổ đắt trên mặt trượt đã giả định trước Sự ônđịnh được đánh giá bằng tỷ số giữa thành phần kháng trượt (lực ma sát, lựcdính) huy động trên toàn mặt trượt với thành phần lực gây trượt (trọng lượng,

áp lực nước, áp lực thắm, động đắt )

Phuong pháp cân bằng giới hạn với mặt trượt giả định trước, tính toán

dựa trên nguyên lý chung:

~ Chỉ những điểm doc theo mặt trượt nằm trong trạng thái cân bằng giớihạn, khối trượt xem như một khối thể

- Dang mặt trượt được chọn tuy theo từng phương pháp cụ thể

~ Dựa trên cơ sở các phương trình cân bằng tĩnh học đối với toàn khốiđất và đối với từng thỏi được phân nhỏ để tìm hệ số an toàn (Fs) Mặt trượt

nguy hiểm nhất sẽ là mặt trượt giả định nào cho hệ số an toàn nhỏ nhất, sẽ

tính được bằng cách thử dần

Phương pháp phân thỏi được dùng phổ biến dé tinh toán ôn định đập dat

và nn đắt từ những năm 1930 Hiện nay đã có nhiều phần mém tính toán ổn

định mái đốc được lập theo phương pháp phân mảnh như chương trình của 'Viện kỹ thuật Châu á (AIT), chương trình Slope/W của Geoslope (Canada)

>on oo

Hình 2.1 Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đất thứ ¡

Xt một thỏi đất được tách ra từ cung trượt tâm O, bán kính R (hình1.10), các lực tác dụng lên thỏi đất gồm: lực ngoài tác động lên đỉnh thỏi đấtQi; các lực thé tích bao gồm Wi (trọng lượng thỏi dat), Fai (lực động dat tácdụng lên thỏi đất): các lực tương tác giữa các thỏi dat Ei-1, Ei (thành phần lực.nằm ngang phía trái và phải của thỏi dat); Xi-1, Xi (thành phần lực thing

it dưới mặt

đứng bên phía trái và phải của thỏi đấu; c: phản lực Ni, Tỉ của

trượt giả định tác dụng vào đáy thỏi đất Ở một trường hợp tính toán cụ thể,

về lý thuyết các lực Wi, Fdi, Qi là xác định được và còn lại các đại lượngchưa xác định được ứng với mỗi thỏi đất theo phương pháp tính dồn từ thoiđất ở đỉnh xuống thỏi đất ở chân gồm các lực: Ei, Xi, Ni, Ti (4 đại lượng) và

tham số xác định điểm đặt của Ei, Ni (2 đại lượng).

Như vậy trong một bai toán phân tích tính én định của mái đốc theo

phương pháp phân thoi (ví dụ có n thỏi), số lượng các đại lượng chưa biết là

Tham số điểm đặt của E,

Tham số điềm đặt của Nụ

Hệ số an toàn chung Fs:

I 11

Cộng ón-2

“Theo lý thuyết phân thỏi, bài toán tinh ổn định mái dốc là bài toán siêu tĩnh (thiểu 2n ~ 2 phương trình) Do vậy để giải bài toán, phải vận dụng một

số thủ thuật: (i) bỏ lực tương tác giữa các thỏi khi tách riêng thành từng thỏi;

(ii) Giả thiết đường tương tác — quỹ tích của điểm đặt lực tương tác; (iii) Giả

thiết góc nghiêng của lực tương tác.

Việc xét đầy đủ lực tương tác giữa các thỏi là yêu cầu phát triển lýthuyết cơ học đất và nhiều phương pháp tính đã được đề xuất Trong số cácphương pháp này Janbu đã dùng thủ thuật gia thiết đường đặt lực tương tác,

các phương pháp khác như Spencer, Mogenstern ~ Price, GLE Canadia, giả

thiết góc nghiêng lực tương tác

Điểm chung nhất của các phương pháp dùng trong địa kỹ thuật hiệnnay là không xét sự tương thích về lực diy trược và lực chống trượt của haiphần khối đất trượt do một lát cắt đứng phân chia trong hoàn cảnh cả hai phần.đều ở trang thái cân bằng trên cùng một mặt trượt

Hai phần khối đất hai bên lát cắt ứng xử như một hệ thống day ở trạngthái cân bằng giới hạn đã nêu trong định lý Gvozdev: Dang phá hoại thực của

hệ thống ứng với trị số nhỏ nhất của tải trọng phụ phá hoại

“Theo nguyên lý cực trị Coulomb: trường hợp đất đẩy tường, lực dây là

lớn nhất ứng với dat ở trạng thái cân bằng chủ động: trường hợp tường day đắt,lực day phải là trị số nhỏ nhất ứng với trạng thái cân bằng giới hạn bị động

Có thể coi nguyên lý cực trị của Coulomb (1776) trong lý thuyết áp lực đất là dang sơ khai của định lý Gvozdev (1949).

Các phương pháp tinh hệ số an toàn én định mái dốc theo lý thuyết phân

+ Bỏ qua các lực tương tác giữa các thỏi, tức có Bỉ = Xi

+ Điểm dat của Ni tại trung điểm của đáy thỏi.

- Hệ phương trình cơ bản

+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông góc với đáy thỏi

+ Điều kiện Mohr ~ Coulomb cho hai lực Ni và Ti

- Nhận xét: Hiện nay phương pháp Fellenius chỉ có giá trị về mặt lịch sử

vì không xét đến lực tương tác giữa hai thỏi

Hình 2.2 Sơ đồ lực theo PP Fellenius

b Phương pháp Bishop đơn giản

= Các giả thiết

“+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm O, bán kính R.

+ Bỏ qua thành phn đứng (X,) của lực tương tác (hình 1.12)

Hình 2.3 Sơ đồ lực tinh toán theo PP Bishop đơn giản

+ Cân bằng lực theo phương đứng

+ Điều kiện Mohr ~ Coulomb cho hai lực N, và T,

- Nhận xét: hiện nay, phương pháp Bishop đơn giản vẫn được sử dụng

rộng rãi và cho kết quả khá tin cậy

2.3 TRUONG UNG SUÁT HIỆU QUA VA ANH HUONG CUA ÁP.LỰC KE RONG TỚI SỨC CHIU TẢI CỦA COT DAT

Khi đầm nén dat , nếu độ âm cảng lớn, thành phần hat min càng cao thì

khả năng thoát khí cảng kém Khi lớp vỏ hình thành và không cho phép thoát

không khí thoát ra, một áp lực mới hình thành trong không gian rỗng Nhưvậy trong quá trình thi công dưới tác dụng của dim nén và chất tai ứng suấttông cộng tại một điểm trong khối dat đắp bao gồm cả ứng suất do trọng lực

và ứng suất của thành phần áp lực kẽ rỗng sinh ra:

(o-uheo +c 219)Trong đó: Z- ứng suất pháp tổng (kPa)

u — áp lực lỗ rồng (kPa)

© - góc ma sắt ( độ )

c lực dính đơn vị ( kPa)

Ứng suất tác dụng vào cốt đất có xu thé làm cho cốt đất biến dạng gọi làđứng suất hiệu quả, áp lực nước kẽ rồng chịu có xu thé làm cho nước lỗ rộng,thoát ra ngoài do vậy đất được nén chặt din và sức chịu tải tăng dẫn Nhưvậy, khi tốc độ nâng cao đập nhanh biểu thị qua quá trình tăng thêm ứng suấttông thể tích phân tố đất được nén chặt do nước lỗ rỗng kịp thoát ra ngoải nên

áp lực nước lỗ rỗng bị tiêu tán hết, ứng suất hiệu quả tăng dẫn đến sức chịu tảicốt đất tăng Ngược lại khi thi công vì tốc độ nâng cao đập nhanh, đắt đắp ở

độ âm cao, áp lực kế rỗng hình thành gia tăng, ứng suất hiệu quả nhỏ làm.

giảm sức chịu tai của đất

2.4 NHỮNG NHÂN TO ANH HUONG CUA ÁP LỰC NƯỚC KERONG TOL DIEU KIEN LAM VIỆC CUA DAP VAT LIỆU DIAPHUONG TRONG QUA TRINH THI CONG

Trong quá trình thi công đắp đập vật liệu địa phương, quá trình chat tảicảnh hưởng sức chịu tải của đất trong thời gian thi công, nhất đối với đập caotốc độ thi công ảnh hưởng đến trực tiếp an toàn của đập Nhất là trong thờigian chặn dòng thí công mặt cất lòng sông với tốc độ thi công cao, dưới tácdụng lực đầm nén và chat tải làm cho thể tích lỗ rỗng của dat bị co lại Mộtphan áp lực truyền vào nước chứa trong lỗ rỗng Lim phát sinh áp lực nước kếring Vì đất có đặc điểm cấu trúc ba pha ( cốt đắt, nước và không khí ) nên lỗ.rỗng thường xuyên tồn tại một lượng nước nhất định Đặc biệt khi đất có độ

âm cao thì áp lực nước kế ring càng phát s h và trị số cảng lớn, làm giảm

cường độ chống cắt của đất gây mắt én định công trình Khi áp lực kẽ rỗng,tăng, có thể hình thành biến hình thắm nơi tiếp xúc giữa tường chống thấm vàthiết bị bảo vệ ( tang lọc giữa lớp dat sét và lớp đá đỗ và lớp dat thắm mạnh ).Đối với đập sử dụng dat dính, áp lực kẽ rỗng tiêu tán chậm dẫn tới gây lúntheo thời gian Đối với đập dip cao tiến độ thi công cao thì áp lực nước kếrỗng chưa kịp tiêu tán hết ảnh hưởng đến sức chịu tải của đất Vì áp lực phát

trọng tới diéu kiện lim việc của đập vật liệu địa phương trong quả trình thi công.

3.5 KET LUẬN CHUONG

Khái quát hóa được lý thuyết cố kết thắm Qua đó đã nắm bắt được vềứng suất hiệu quả, ứng suất tổng trong môi trường vật liệu địa phương

Lý thuyết cơ sở các phương pháp phân tích én định mái đốc theo lý

thuyết phân thỏi, từ đó xác định được hệ số ôn định của mái dốc đập xét trong

‘qui trình thi công lên đập vật liệu địa phương.

Nhận thấy rõ rằng tác động của áp lực nước lỗ rng trong sự thay đổiứng suất hiệu quả của cốt đất ảnh hưởng tới ôn định cục bộ cũng như ôn định

tổng thể của đập vật liệu địa phương.

Những cu sở lý thuyết trong chương này làm cơ sở nghiên cứu của các

chương tiếp theo

Độ én định của đập vật liệu dia phương phụ thuộc vào hình dạng mat

cắt, các chỉ tiêu cơ lý đất dip, nền và các lực mà nó phải chịu Các lực nàybao gồm tác động của nước cả ở bên trong dưới tác dang áp lực nước kề rồng,lực của dòng thấm và ở bên ngoài dưới tác động thủy tĩnh và thủy động

Quá trình đắp đập bằng việc tăng tải trọng thì các lực bên trong và bênngoài đều có ảnh hưởng đến ồn định đập đất, kết quả của gia tai tăng tốc độ.thi công tạo ra sự phát triển áp lực nước kế rỗng trong đập đất Áp lực nước

kế rỗng sẽ tiêu tán theo thời gian và theo quá trình cố kết, ty lệ mức độ tiêu

tắn áp lực nước kẽ rỗng phụ thuộc vào việc gia tải và tính nén của vật liệu đắp

đập gây ảnh hưởng trực tiếp én định của đập đất

Do thời gian có hạn, trong phạm vi luận văn, tác giả chỉ nghiên cứu ảnh.

hưởng của áp lực nước ke rỗng tới an toàn đập vật liệu địa phương trong quátrình thi công nhằm giúp cho việc đắp đập có cách nhìn sát hon, tổng quát

hơn, hợp lý hơn khi thi công và quản lý khai thác sau này

3.2 NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA ÁP LỰC NƯỚC KE RONGTỚI ON ĐỊNH DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG TRONG QUA TRÌNHTHI CONG

3.2.1, Hình dang mặt cắt tính toán:

Kích thước mat cắt ngang có ảnh hưởng đến sự ôn định của công trình

“Trong phạm vj của luận văn, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực nước.

kế rỗng đến én định của đập vật liệu địa phương Tính toán với đập có cácmặt cắt kích thước như trong bảng 3.1

3.2.2 Các chỉ tiêu cơ lý của đập vật liệu địa phương:

Chi tiêu cơ lý của đất đắp và nền đập được thé hiện trong bảng 3.2

Bảng 3.2 : Các chỉ tiêu cơ lý của đắt đắp đập và nénChỉ tiêu Đơn vị Đất dip Nền

Dung trong Khô Tím3 155 142 Dung trọng bảo hod Tim3 198 175

TỆ số thắm K Cmís 4.10% 3.10°

Mô dun đàn hoi E Kpa 3500 4500

Hệ số poisson 0,30 040

3.2.3 Tính toán tải trong :

Trong phạm vi luận án, để tinh áp lực nước kẽ rồng ta phân tích chon

phương pháp tải trọng khi thi công Để tinh toán sức tăng tải có thể dựa vào

giả thiết của Gexevanop: tai trọng thing đứng % vi ning ngang Zz tại độ.sâu z bằng nhau

“Trong đó: 7: Trọng lượng riêng của đất

Trị số: ỞEØz+Øy =7 +

Giả thiết thích hợp với đập đồng chất Dé tính toán ta giả thiết 1, 2, 3, n

lớp đất được đắp theo thứ tự, mỗi lớp cao Az

3.2.4 Tính toán áp lực nước kẽ rỗng và ổn định đập:

3.2.4.1 Phương pháp & phần mềm dé tinh toán :

Ding phương pháp phần tir hữu hạn; ứng dụng phần mềm Geoslope đểtính toán giải các bai toán cơ bản : Tính áp lực nước kế rng, tính ứng suất,

tính én định

mềm GEO-SLOPE với 5 mô đun khác nhau:

- SIGMA/W: PI ích ứng suất và bi dang theo PTHH

~ SEEP/W: Giải bài toán cổ kết thắm theo PTHH

- SLOOP/W: Đánh giá én định tổng thé và cục bộ mái đốc theo ứng,suất phân tố,

~ CTRANIW: Phân tích 6 nhiễm nước dưới đất

~ QUAKE/A: Phân tích động đất theo PTHH.

Phần mềm sử dụng rất phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Namtrong những năm gin đây Phạm vi luận văn sẽ ứng đụng phần mém để giảiquyết bài toán thắm ứng dụng trong tinh toán xử lý nén công trình thủy lợi.Qua trình thắm được mô hình hoá bằng cách giải phương trình vi phân

cơ bản của ding thắm theo phần tir hữu han, tính toán ứng suất và biến dang,đánh giá én định của mái đốc theo ứng suất phân tô Quá trình này được thựchiện nhờ mô đun SEEP/W; SIGMA/W; SLOOP/W của phin mềm GEO-SLOPE có đăng ký bản quyền của Canada,

3.2.4.2 Điều kiện biên :

Dé tính toán áp lực nước kế rỗng theo phương pháp PTHH ta phải xácđịnh điều kiện biên của bài toán Các điều kiện biên đó là

- Thời gian bắt đầu xây dựng tại các điểm ở đáy nền và đáy đập có áp

~ Trường hợp I: Tính toán với mặt cắt đập có chiều cao đập Hy

hệ số mái thượng lưu và hạ lưu m =3; chiều sâu lớp nền H;,

~ Trường hợp 2: Tinh toán với mặt cắt đập có chiều cao đập H,

hệ số mái thượng lưu và hạ lưu m =3; chiều sâu lớp nền H

~ Trường hợp 3: Tính toán với mặt cắt đập có chiều cao đập H,

ố mái thượng lưu và hạ lưu m =3; chiều sâu lớp nền Hb.

5 Cúc tổ hợp tỉnh toán,

~ Tổ hợp I: Tién hành thi công dap đập toàn bộ mặt cắt một lần ứng với

thời đoạn thi công A7 = 480k

~ Tổ hợp II: Tiến hành thi công đắp đập theo từng lớp thi công với thời đoạn thi công A7 =430% nhưng dip liên tục không nghỉ.