Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng tới ổn định đập vật liệu địa phương

MỤC LỤC

I7 — ÔỎ 1CHUONG 1: TINH HÌNH XÂY DUNG DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG Ở

1.1 TINH HINH XÂY DUNG DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG O VIET NAM 3

1.2 TINH HINH XAY DUNG DAP VAT LIEU DIA PHUONG O DUYEN HAI

MIỄN TRUNG VIET NAM cccscsscsssessessesssssssssessessussusssecsessussusssessessessssisssessesseseess 51.2.1 Địa hình va địa Chat c.cccccccccsccsssessesssssessessesssssessessessesssessessesssssessessessessessees 5

1.3 TINH HINH MƯA LU Ở MIEN TRUNG VIỆT NAM -5¿ 9

1.3.4 Ảnh hưởng của a0 .o.ccccccsscsssesssessssssssssesssesssesssessecssesssessssssecsuessssssesesetsseeseees 12

1.4 TINH CAP THIẾT VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CUA DE TẢI 14

1.4.3 Tình hình nghiên cứu ổn định cục bộ của đập vật liệu địa phương dưới ảnh

1.5 KẾT LUẬN CHƯNG Loneeeesesscsssesssesssessesssesssessssssesssesssetsssssesssessesssesssessneeseee l6CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET CUA VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU 172.1 SỰ HÌNH THÀNH DONG THÁM KHÔNG ON ĐỊNH TRONG THÂN DAP

VAT LIEU DIA PHƯƠNG - 2: ©22¿22S22EEE92EEt2EE2221122212711271122212712 272 cee 17

2.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BAN CUA DONG THÁM KHÔNG ON ĐỊNH 17

2.2.1.2 Phương pháp thí nghiệm thắm khe hẹp 1?

2.2.1.3, Phương pháp thí nghiệm tương tự điện-thủy động lực học 20

2.2.1.4, Phường pháp mô hình số : : 212.2.2 Cơ sở lý thuyết phương trinh vi phân thắm không én định 2

2.2.3, Phương trình vi phân cơ bản của dng thắm không ổn định cho đất bão hòa 23

2.2.4, Giải bài toán thắm theo phương pháp phin tử hữu hạn 2623 TRUONG UNG SUẤT HIỆU QUA, ANH HƯỚNG CUA ÁP LỰC NƯỚC.LO RONG TỚI SỨC CHỊU TAI CUA COT ĐÁT a 272.3.1, Dat van dé 27

2.33, Tình hình nghiên cứu tính toán áp lực lỗ rồng ở nước ngoài và ở Việt Nam 30

3.3.4 Các phương pháp tính áp lực kế rồng 32

2.3.4.1, Phương pháp thực nghiệm (hay còn gọi là phương pháp đường cong nén ép)32

2.3.4.2, Phương pháp lý thuyết cổ kết " sooo

2.4 KET LUẬN CHUONG 2 37CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ON ĐỊNH CỤC BO DAP VAT LIEU DIAPHƯƠNG CÓ ANH HƯỚNG CUA AP LỰC NƯỚC LO RONG: 383.1 NGHIÊN CUU DONG THÁM KHONG ON ĐỊNH CUA BAP VAT LIEUDIA PHƯƠNG THEO THỜI GIAN 3g

3.1.1 Tác hai của dòng thắm không ổn định của trong vật liệu địa phương đo mực.

nước ở thượng lưu thay đổi ° ° s38

3.1.2 Địa chất 39

3.1.3, Mat cất tính toán 40

3.1.4, Trường hợp tính toán 403.1.5 Kết quả tinh toán 4L

3.2 NGHIÊN CỨU TRƯỜNG UNG SUAT BIEN DANG VÀ ON ĐỊNH CỤC BỘ.TRONG THAN DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG CÓ XÉT DEN ANH HUONGCUA ÁP LỰC NƯỚC LO RONG ° 4

3.2.1 Các trang thái nguy hiểm 4

3⁄23 Nghiên cứu trường ứng suất biến đạng tròng thân đập vật liệu địa phương

theo thời gian “

3.3 NGHIÊN CUU ÔN DINH MAI DAP KHI XÉT DEN ANH HUONG CUA ÁPLỰC NUGC LO RONG 48

3.3.1 Nghiên cứu ổn định mái đập khi có xét đến ảnh hưởng của áp lực nước lỗring cho trường hợp Ï 483.3.2, Nghiên cứu ôn định mái đập khi có xét đến ảnh hưởng của áp lực nước lỗ

ring cho trường hợp 2: - - " 5

3.3.3 Nghiên cứu ôn định mái đập khí có xét đến ảnh hưởng của áp lực nước lỗrng cho trường hợp 3 37

3.3.4, Nghiên cứu ôn định mãi đập khi có xét đến ảnh hướng của ip lực nước lỗ

rổng cho trường hợp 4: st3.3.5 Nghiên cứu ổn định mái đập khi có xét đến ảnh hướng của ấp lực nước lỗring cho trường hop Š 66

3.4, PHAN TÍCH KET QUA NGHIÊN CỨU : seo TO3.4.1 Ảnh hưởng cũa mực nước hồ tới an toàn đập, 7

3.4.2 Anh hưởng của tốc độ rút nước tới an toàn đập T2

3.4.3 Ảnh hưởng của độ thắm của khối đất thượng lưu đập với cũng | diễn biển của

hồ 1

3.5 KET LUẬN CHUONG 3 16KẾT LUẬN, KIÊN NGHỊ 28

1 CÁC KET QUA DAT DUOC CUA LUẬN VAN : 78

2 HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CUU T8

THONG Ké CÁC BẰNG BIEU

Bảng 1-1: Tổng hợp số lượng cúc hd chứa nước (đến năm 2002),

Bang 1-2: Một số hé đập lớn ở Việt Nam (Theo thứ tự chiều cao đập)Bảng 1-3 Thông kê một số dp đắt ở khu vực miễn Trung

BảngI-4, Nguồn gốc và số cơn XTNĐ (1954-2007) đổ bộ vào các tiểu vùng,

Bảng 1-5 Die trưng gid cực đại ở các địa điểm đặc trưng khi bão đỗ bộ 2008).

(1978-Bang 2-1: So sánh tương tự giữa các thông số của dong thẩm va dòng điện

Bảng 3-l:Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu

102039

THONG KÊ CÁC HÌNH VE

Hinh 1: Hư hỏng mái đập thượng lưu do mưa lũ15

Hình 2-1: Xác mình thực nghiệm về Định luật thắm Darey cho dòng thắm nước quađất không bão hòa (theo Chids và Collis-Goerse)

Hình 2-2: Dòng thắm di qua phân tổ đất

Hình 2-3: Mô hình thí nghiệm

Hình 2-4: Mẫu đất bão hòa nước

Hình 3-7: Ung suất hiệu quá max khi t=0.00 ngày (THỊ).

Hình 3-8: Ứng suất hiệu quả min khi t=0.00 (THỊ)Hình 3-9: Ứng suất hiệu quả max khi t=0.50 ngày (THỊ).

Hình 3-10: Ứng suất hiệu quả min khit=0.50 ngày (THỊ)Hình 3-11: Ứng suất hiệu quả max khỉ t>1.00 ngày (THỊ).Hình 3-12: Ứng suất hiệu quả min khi (1.00 ngiy (THỊ)Hình 3-13: Ứng suất hiệu quả max khi t=1.50 ngày (THỊ)Hình 3-14: Ứng suất hiệu quả min khi t=1.50 ngày (THỊ).Hình 3-15: Ứng suất hiệu quả max hi t=2.00 ngày (THỊ),

Hình 3-16: Ứng suất hiệu qua min khi t=2.00 ngày (THI)

Hình 3-17: Ứng suất hiệu quả max khit=2.50 ngày (THỊ),Hình 3-18: Ứng suất hiệu quả min khi 2.50 ngày (THỊ)Hình 3-19: Ứng suất hiệu quả max khi 3.00 ngày (THỊ)Hình 3.20: Ứng suất hiệu quả min khi 3.00 ngày (THỊ)

Hình 3-21: Sơ đỗ kết quả tinh én định mái thượng lưu ( t=0.00 ngày)

45454546464646AT47AT4748

Hình 3-22:Hình 3-23:Hình 3-24:

Hình 3-25:

Hình 3-26:Hình 3-27:Hình 3-28Hình 3-29:Hình 3-30:Hình 3-31Hình 3Hình 3-33:Hình 3-34:Hình 3-35:Hình 3-36:

Hình 3-37:

Hình 3-38Hình 3-39:Hình 3-40:Hình 3-41:Hình 3-42:Hình 3-43:

Hình 3-44:

Hình 3-45Hình 3-46Hình 3-47Hình 3-48Hình 3-49Hình 3-50:

Sơ đồ kết quả tính ổn định mái thượng lưu (t=0 25 ngày)

sơáiqua tính ôn định mái thượng lưu ( t=0.50 ngày)

Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưu ( 0.75 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ồn định mái thượng lưu ( t=1.00 ngày)Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu (t=I.25 ngày)

Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưu (1.50 ngày)

Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu (11.75 ngày)

Sơ đồ kế quá tính ôn định mái thượng lơ (250 ngày): Sơ đồ kết quả tính ổn định mái thượng lưu (t=2.75 ngày)

Sơ đồ kết quá tính ôn định mi thượng hn (10 ngây)Sơ đồ kết qua tính ổn định mái thượng lư (170.00 ngày)

Sơ đồ kế qu tinh ôn định mái thượng lơ (10.125 ngiy)

Sơ đỗ kết quả tinh én định mái thượng lưu ( (=0.375 ngày)

Sadi<q tin din mái thượng lưu (1=0.50 ngày)

Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (=0 675 ngày)

Sơ đồ kế quá tính ôn định mới thượng lơ (170.75 ngày)

Sơ đồ kết quả tinh bn định mái thượng lưu (t=0.875 ngày)

Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưu0 ngày)

So đồ kết quả tinh ổn định mái thượng lưu (t=1.125 ngày)Sơ đồ kết quả tính én định mái thượng lưu ( t=1.50 ngày)sodd t quả tinh ôn định mái thượng hu (1.375 ngây)

Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu (71.50 ngày)Sơ dé kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (=0 00 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (170.50 ngày)

Sơ đổ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (1.00 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (11.50 ngày)

37375858

Hình 3-51Hình 3-51Hình 3-52:

Hình 3-53:

Hình 3-54:Hình 3-5Hình 3-56:Hình 3-57:Hình 3-58:Hình 3-59:Hình 3-60:Hình 3-61Hình 3-62:Hình 3-63:Hình 3-64:

Hình 3-65:

Hình 3-66:Hình 3-67:Hình 3-68:Hình 3-69:Hình 3-70:Hình 3.71

Hình 3-72:

Hình 3-73Hình 3-74:Hình 3-75Hình 3-76:Hình 3-77:Hình 3-79:

Sơ đồ kết quả tính ổn định mái thượng lưu (t=2.00 ngày)

sơáiquá tính ôn định mái thượng lưu ( t=2.50 ngày)

Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (3.00 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ồn định mái thượng lưu (3.50 ngày)Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu ( 4.00 ngày)

: Sơ đồ kết quả tỉnh dn định mái thượng lưu (t= 4.50 ngày)Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu ((=5.00 ngày)

Sơ đồ kết quả tính ổn định mái thượng lưu (t=5.50 ngày): Sơ đồ kết qua tính dn định mái thượng lưu ( t=6.00 ngày)Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưu (0.00 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (1=0.25 ngày)

Sơ đồ kết quả tinh ổn định mái thượng lưu (0.50 ngây)Sơ đồ kết quả tính ổn định mái thượng lư (170.75 ngày)

Sơ đồ kết qua tính ổn định mái hượng lưu ((=l.00 ngày)So đồ kết quả tính ổn định mái thượng lưu (t=1.25 ngày): Sơ đỗ kết quả tỉnh ôn định mái thượng lưu (1=1.50 ngày)

Sơ đồ kết qua tinh én định mái thượng lưu (=1.75 ngây)

Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (172.00 ngày)

Sơ đỗ kết quả tỉnh én định mái thượng lưu ( =2.25 ngây)

Sơ đồ kết quả tinh ổn định mái thượng lưu ((=2-50 ngày)

Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưuT5 ngày)

Sơ đồ kết quá tính ôn định mới thượng lư (2.75 ngày)Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưu (t=0.00 ngây).sodd + quả tính ôn định mãi thượng lưu (t= 0.25 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (t= 0.50 ngây)

Sơ dé kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (+= 0.75 ngày)Sơ đồ kết quả tinh ôn định mái thượng lưu (= 1.00 ngày)

Sơ đồ kết quá tính ôn định mái thượng lưu (t= 1.25 ngày)

Sơ đồ kế quá tính ôn định mái thượng lơ (1= 1.50 ngày)

ø“16868

Hình 3-80: Sơ đồ kết quả tính ổn định mái thượng lưu (t= 1.75 ngày)

Hình 381: Sơ đqua tính ôn định mái thượng lưu ( =2.00 ngày)

Hình 3-82: Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu (t= 2.25ngây)Hình 3-83: Sơ đồ kết quả tính én định mái thượng lưu (t= 2.50 ngày)Hình 3-84: Sơ đồ kết qua tinh ôn định mái thượng lưu (= 2.75ngày)

Hình 3-8Sơ đồ kết quả tính ôn định mái thượng lưu (t= 3.00ngày)

Hình 3-86: Quan hệ giữa mực nước rong hỗ và hệ số ôn định

Hình 3-87: Quan hệ giữa mực thời gian và hệ số én định.

Hình 3-88: Quan hệ giữa mực nước trong hỗ và hệHình 3-89: Quan hệ giữa mục nước trong hỗ và hệ

Hình 3-90: Quan hệ giữa mye nước trong hỗ và hệ

Hình 3-91: Quan hệ giữa mục nước trong hỗ và hệ

75

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của để tà.

“Trong quả trình xây dựng cũng như trong quả tình hồ tích nước, dp vật liệu

địa phương luôn luôn chịu tải trọng thay đổi Dưới tác dụng của tải trọng ngoải, ứng.

le tại các hạt đắt cũng như ứng lực tại nước trong đắt cũng không ngàng thay đổi

Sự thay đổi này hoàn toàn phụ thuộc vào việc phân tin áp lực nước trong lỗ rỗng,

Khi áp lực vượt qua d đắm ổn định, áp lực nước trong lỗ rồng bắt đầu dẫn dẫn tiệttiêu, Tải trọng ngoài cũng din din được truyền vào các hạt dit dẫn đến đắt bị nén

lại tới độ dn định Toàn bộ quá trình này được gọi là quá trình cổ kết Mụccủa

quá trình phân tích cổ kết là hiểu rõ được sự biển đổi của quả trình thắm cũng như

áp lực lỗ rỗng trong đập và nền có tính dính Đồng thời cũng hiểu rõ được quá trình

ún theo thời gian của đập và nền Vấn đề dy hết sức có ý nghĩa trong việc đảnh giá

n định của đập và nền.

“Trong điều kiện biến đổi khí hậu, tỉnh hình diễn big thời tết có nhiều bất thường,bão lũ thường xuyên xảy ra vượt tin suất dẫn đến điều kiện lim việc của các công

trình Thủy lợi nói chung và đập vật liệu địa phương không tuân theo quy luật thiết

kế, Hãng loạt các sự cố hư hỏng mái để đập sau mưa lĩ kéo đài cũng như những

hiện tượng hư hỏng do dòng thắm phát sinh qua thân dip đã ảnh hưởng đến điều

kiện an toàn làm việc của hỗ Chính từ những điều kiện này, đề tài đề xuất đi sâunghiên cứu diễn biển đồng thắm trong thân đập khi có xét đến ảnh hưởng của áp lựcnước lỗ rồng nhằm đánh giá tính hình diễn biễn của đồng thắm én định, thắm khôngén định trong thân đập để đánh giá ôn định cục bộ thắm, ôn định tổng thể thắm cũng

như ôn định tong thé của đập vật liệu địa phương Thông qua đó có thé đưa ra được.

bức tranh tổng thể về diễn biển dòng thắm trong thân dp cũng như sự thay đitrường ứng suất hiệu quả trong đập và nén trong các điều kiện làm việc khác nhau,từ đồ có những đánh giá về an toàn đập trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu

2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu ding thắm không én định trong thân đập vật liệu địa phươngdưới ác dung của mưa lớn kéo di ở khu vục miễn trung Việt Nam.

"Nghiên cứu trường ứng suất biến dạng, áp lực nước lỗ ring trong thân đập vậtliệu địa phương trong điều kiện dòng thắm ổn định và dng thắm không ổn định Từ

đồ đánh gi mie độ an toàn cục bộ, an toàn tổng thể của đập vật liệu dia phương.

Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng trong thân đập tối ổn địnhmái đập sau lồ trong điều kiện xảy ra mưa lũ kéo đãi.

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Phạm vi nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu với ede đập vật liệu địa phương.

4 Mye tiêu của đề tài.

Nghiên cứu mức độ ảnh hướng của yêu tổ: áp lực nước lỗ rỗng đến an toàn

ấn định đập vật ligu địa phương

5 Cách tiếp cận và nghiên cứu.

“Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình thực tẾ: chi tiêu cơ lý của vật

liệu đắt, hình đích thước để, chiều sâu cột nước thượng lưu, địa chất nền

Tiếp cận với lý thuyết phần tử hãu han để phân tích và giải quyết bài toán về áp

lực nước lỗ rỗng

Ứng dụng các phần mềm: Geo-Slope version 7, tính toán áp lực nước lỗ rỗng.

CHƯƠNG 1: TINH HÌNH XÂY DỰNG DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG ỞVIET NAM VA VUNG DUYEN HAI MIỄN TRUNG

1.1 TINH HÌNH XÂY DUNG DAP VAT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Ở VIỆT NAM.

Việt Nam có 14 lưu vực sông lớn với nguồn tdi nguyên nước phong phú,

hằng năm có khoảng 845 tỷ m! nước chuyển tai trên 2360 trên con sông lớn nhỏ.

Tuy nhiên do lượng mưa phan bổ không đều trong năm nên dòng chảy cũng thay

đổi theo mùa Mùa khô kéo dài khoảng 6+7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15+20%lượng mưa cả năm, còn lại 8085 lượng mưa rong 5+6 thing mia mưa Về địa

hình nước ta có nhiều đôi núi thuận lợi cho việc xây đựng các hỏ chứa phục vụ phát

tiễn các ngành kinh tế và nhu cầu về nước cho dân sinh.

Tinh hình xây đựng hỗ chứa ở nước ta cũng đã phát tiển sớm từ nửa đầu thểkỳ XX;

nhiều hồ chứa Theo thống kê của BỘ nông nghiệp và Phát t

2002, cễ nước tad có 1967 hồ chứa ó dụng tích tên 0,2.10° m”đã được xây đựng

với tổng dung tích trừ thiết kế 19 tym’ và 1957 hồ chứa thủy nông với tổng dung

là sau khi thống nhất đất nước, Nhà nước đã đầu tư xây dụng rit

nông thôn năm

tích trừ trên 5,82 tỷ mỶ Tổng số lượng hé chứa theo dung tích như bảng 1-1

Bang 1-l: Téng hợp số lượng các hồ chứa nước (én năm 2002)

„ Loại hồ chứa sướng Tổng dụng là trữ(100m)

Bảng 1-2: Một sé hé đập lớn ở Việt Nam (Theo thie tự chiều cao đập)

Năm [Năm

TT | Tend Tinh Dungiich Hew ly | not

(đêm) | (my š

1 |DaBin KhihHòa ' 7920 j 42,502 | Clim Son Bic Giang | 535,00 | 42,503 [XaHwơng | VinhPhic ' T343 | 41,004 | YenLip Quing Nini) 118,10 | 4000

18 [Núi Cốc Thai Nguyên | 17550 | 2600

19 [PaKhong | LaiChiu | 4590 | 2600

20 [KhuônThần | BicGiang | 20,10 | 26,0021 [HồaTamg | DaNing | 1030 2600

22 [KheChè | QuangNin | 11,30 | 2520

2ã | Yin My Thanh Hóa | 6620 | 25,0024 | Thượng Tuy | Ha Tiah 1560 | 2500

25 | Subi Fat HiTiy [4650 | 2400 | 1958 | T83

1.2 TINH HÌNH XÂY DUNG DAP VAT LIEU ĐỊA PHƯƠNG 6 DUYEN

HAL MIỄN TRUNG VIỆT NAM

Việt Nam là quốc gia có nguồn năng lượng nước dồi dio, có Kho:360

con sông với chitu di tr 10 km trở lên, trong đó 9 hệ thống sông chính với điện

tích lưu vực vượt trên 10.000 km2 Theo sổ liệu thống kê của UNDP VIE 97/2002

thì Việt Nam cỏ khoảng 10.000 hỗ chứa Theo cách phân loại của hội đập cao thếgiới (ICODLD) cho đến nay nước ta có gin 500 đập cao (H=10m) trong đó chủ yu

là đập vật liệu địa phương.

1 Địa hình và địa chất

1g bằng miỄn Trung đều bắt nguồn từ một lịch sử thống nhất

Tit cả các.

liên quan đến qué trình biển tiến-mài mòn mà dẫu tích ngày nay là các bộc ¢

đánh dau sự đao động của mực nước qua các thời kì băng hà tan.

Đi từ trong ra phía biễn, địa hình thấp din: 40-25m, 25-15m, 15-5m, Š-ám,và có ti rẻ dẫn Điều đó chứng tỏ địa hình được năng cao din và liên ye Bở biển

Iti ra xa, các con lươn con trach tạo nên những cồn cát, những cồn cất này được gióvan lên thành những dun cát và ngăn chặn các đầm phá Cùng thời gian đó hìnhthành nên các đảo và bán dao.

6 đồng bằng duyên hai min Trung có những cồn cát cao tới 40-50m, vàgiữa chúng hình thành những mạch nước ngọt ngằm phun lên như ở Bau Tró.

(Quảng Bình)

Địa hình đồng bằng bị cắt xẻ bởi các nhánh núi ăn sát ra tới biển như: day

núi Hoành Son-déo Ngang, diy núi Bạch Mã- đèo HảiĐịnh-đè

đãy núi Nam Bìnho Cá Vì vậy, địa hình đồng bằng duyên hải mién Trung mang tinh chấtchân núi-ven biển

Ngoài bị cắt xẻ ngang bởi các nhánh núi ăn sát ra biển, thì ở đây còn có sự.

phân chia dọc theo đồng bằng, di từ trong ra ta sẽ gặp: cồn cát —+ dun cát — đồi núi

sốt ¬ môm dé

Phía trong các cồn cát là các đồng bằng nhỏ hẹp có thể canh tác nông nghiệpCòn ở dưới chân nú là vùng sôi đã khô cin, cỏ cây hoang dại moe.

1.22 Khí hậu và thời

Phin lớn khu vực thuộc miễn khí hậu đông Trường Sơn, dẫn tới khu vực Bắc

Trung Bộ chịu chế độ gió mùa mùa hạ và gid tây khô nóng (gió Lao) từ phia Tay,

còn khu vực Duyên hai Nam Trung Bộ phin lớn chịu ảnh hưởng cia gió mùa đông

at bién thôi vào

Ving này cũng là nơi chị rit nhiễu ảnh hưởng của các cơn bo, tập trungnhiều về thing 9, 10, 11, 12 Trang bình cổ từ 0.3 đến 1,7 cơn bao! tháng Dac biệt

vào tháng 9, tại khu vực Bắc Trung Bộ trung bình có 1,5 con bão/tháng, tất cả cde

cơn bão đều từ hướng đông, đông bắc đỗ vào.

3.inh hình xây dựng đập vật liệu dia phương.

"Đập vật liệu địa phương của Việt nam tương đối đa dạng Đập đất được đắp,

bằng các loại dit: Bat pha tàn tích sườn đòi, đất bazan, đắt ven biển miễn Trung.

Phin lớn các đập ở miễn Bắc và miễn Trung được xây dựng theo hình thức đập đt,đồng chất hoặc dip có thiết bị chẳng thắm tường nghiêng, tưởng tim, chân khay.bằng đất sét Một số năm gin đây dùng một số công nghệ mới như tường lõi chẳng.thắm bằng các tắm bê tông cốt thếp lien kết khớp ở dip Tring Vinh, thảm sốt

betonite cho đập Núi Một, hào betonite cho đập Eaksup ĐăkLắc Ving Tay

Nguyên và Nam Trung Bộ phải sử dụng đắt có hàm lượng sét cao, sử dụng nhiều

khốiloại đất không đồng nhất, sử dụng các hinh thức đập nhiễu khối hoặc độp ni

hoặc đập có bổ trí thiết bị thoát nước kiểu ống khói đ cải thiện được tỉnh hình dòng

thắm qua đập.

"Đập vật liệu địa phương là một loi hình dip trong đổi phố biển và được ứng

dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như khu vực Miễn Trung Gần đây chúng ta đã và

đang xây dụng rất nhiều công trink hỗ chứa, công trình thủy điện bằng hình thức

đập bê tông Tuy nhiên với những công trình cố quy mô vừa và nhỏ thi loại đập

bằng vật

chỗ góp phần tng tính kính tế

địa phương chiếm aru thé vì giá thành rẻ, tận dụng được vật liệu tại

dia công trình.

"Đập thường chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mỗi của

các hỗ chứa hoặc cả đập trên sông, subicông trình ding nước Để xây dung cá

người a sử dụng nhiề loại vat liệu khác nhau, trong đó dùng đất đá để dip đập khá

phố biển Các loại vt liệu đất có sẵn ở địa phương từ các sản phim của bồi ch,

sườn tích hoặc phong hỏa, như: á sét, sét, á cất, cuội, sỏi đều có thé dùng cho dip

đập Chỉnh từ những ưu điểm rõ nét của đập đất nên đa phan các đập được xây dựngkhu vực miỄn Trung đều là đập đất số lượng đập chiếm tới 60% đập dit trên toàn

lãnh thổ Việt Nam:

Bảng 1-3 Thing k một số dp dét ở khu vực niền Trung

Timex | NămhoànTTỊ Tenkd Tinh — | Losi Dap

(m) thành

ï | Thượng Tuy | Ha Tinh Dir) 7500 T964

2Ì Gimliy | QumgBnh | Đ | 3000 1965

3 | Vue Ting | Ha Tinh ĐÁ | 2280 1974

4 | Tig Lang | Quing Binh 3530 1978

5 | KeGễ Tà Tĩnh Di | 3750 19796 | YénMy | ThahHoi | Dat | 2500 1980

7 ‘Vinh Trinh Quảng Nam Dat 23.00 1980

8 | LiệSơn | QuảngNgấi Đất 29.00 1981

9 | PhủNmh | QuảgNam | Đất 3940 198210 | SéngMue | Thanh Hoa | Dit 3340 1983

TT | Hoa Trg | Ba Nang Đất 26.00 1984

12 | Hội$ơn | Binh Dinh | Đất 2900 1985

13 | Biến Ha Gia Lai Dit 21.00 198514) NHMột | BishDinh | Đất 30.00 1986

1S] VụeTiồn | Quing Binh | Đất 29.00 1986

24 | ChuCan | NghệAn Dit 1380 2008

Nhìn chung các đập đất xây dựng ở miễn Trung Việt Nam đều có chiễu cao

trung binh từ 25 + 35m, cá biệt có những đập cao trên 40 vả 50m như đập Đá Bản ở.

Khánh Hỏa, sông Hình ở Phủ Yên Theo cách phân loại của hội đập cao thé giới cácđập đất được xây dựng tại miền Trung đều là các đập cao.

Với số lượng chiếm tối 60% đập dit trên toàn lãnh thổ Việt Nam, thườngxuyên làm việc trong điều kiện khí hậu khắc nhiệt: mia khô nắng nóng kéo đi,mùa mưa với cường độ lớn kết hợp bão lũ xảy ra thường xuyên nên dẫn đến những.

hư hỏng vỡ đập gây hậu quả nghiêm trọng như vỡ đập Bu Đủ (Binh Định); Am

Chita (Nha Trang); Z20 (Hà Tinh)

“Chính vi vây nên việc nghiên cứu đánh giá an toàn các đập đất làm việc

"rong điều kiện thiên tai bit thường vùng duyên hai miễn Trung là một vấn để hết

Ấp bách va mang tính thục tiễn cao.

1⁄3 TINH HÌNH MƯA LI 'TRUNG ViNAM

“Theo số liệu thống kê nhiễu năm cho thấy miễn Trung là khu vực chịu ảnhhưởng bão và áp thấp nhiệt đới nhiều nhất, chiếm tới 65% số cơn bão ảnh hưởngcđến Việt Nam, ta có thé thấy rằng các cơn mưa bão có sức tin phá nit lớn, gây ra 10

lụt cho miễn Trung và hậu quả của nó để lại là không nhỏ.

1.3.1 Diễn biến của bão.

Bio là những cơn gió nhiệt đới có tốc độ cao tạo néa cơn lốc tròn hoặc xoáy ty.Xung quanh mắt bão đường kính 1-50km là một khối lượng mây lớn, từ đó hìnhthành những cơn mưa to từ 300-1000mm Đồng thời xảy ra với cơn bão là sự giảm.

mạnh khí áp lâm cho nước biển ding lên

“Các kết qua phân tích thống kê các cơn bão và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), gọi

chung là xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ), đỗ bộ vào bờ biển Miễn Trung trong thờigian 54 năm (1954-2007) là 215 cơn Như vậy là trung bình hang năm có bốn cơn

XTND đỗ bộ vio miễn Trung, trong khi dé trung bình hing năm đổ bộ vào cả lãnhthổ nước ta là 5,5 cơn XTNĐ Trong số 215 cơn XTNB có 66 cơn ATND còn li là

148 cơn bao, Tân suất xuất hiện XTND trong năm như ở hình 1-2,

30Ey20

số sự phân bổ không đều

Baingl-4 Nguồn gde và số cơn XTNB (1954-2007) đổ bộ vào cúc tiẫ vùng

‘NAn | QBink | O.nam | Bình

Bắt nguồn từ.

l 12 20 2 14 2

Biển Dong

Tổng 15 30 2» 19 2 ”

Khả năng gió mạnh khi bào đồ bộ vào từng vũng được xúc định bằng tin suất

xây ra gió cực đại trong 16 hướng Bảng 2 là kết qua phân tích các cơn bão đỏ bộ

vào miễn Trung từ 1978-2008 cho giá tri van tốc cực đại và hướng xây ra gió eye

đại ở một số điểm đặc trưng trong vùng nghiên cứu.

Bảng 1-5 Đặc trưng giỏ cực đại ở các địa điền đặc trưng khi bao dé bộ (1978-2008)

Ghi chú: V- Tốc độ giỏ; nh- xây ra ở nhiều hướng.

“Từ bảng 1-5 cho thấy khỉ bão đổ bộ, tố độ gid cực đại xảy ra ở hầu hết cácnơi có thể đạttới trên cắp 12 Nơi đã xuất hiện cường độ giỏ mạnh kỷ lục tong khu

vực miễn Trung là phía nam Hà Tinh, đạt tới cấp 16 Nơi cường độ gió bão nhỏ

giỏ mạnh tới cấp 9

1.3.2 ĐiỄn biến của 10,

Liv a hiện trợng nước sông dng cao trong khoảng thời gian ngắn nhất định,sau đó giảm dẫn,

Li chính vụ các sông miễn Trung thường xuất hiện tử thắng IX đến thing XII hàngnăm, lũ lớn xuất hiện tập trung vào thing X và thing XI Tuy nhiên khả năng có

mưa Ii theo không gian và thời gian trên toàn vùng có sự khác nhau, nên thời gianxuất hiện lũ lớn c1g không thống nhất

Diễn biển lũ ở thượng nguồn và hạ du các sông miễn Trung rất khác biệt.

“Thượng nguồn sông có độ dốc lớn, thung lũng hẹp,tập trung nhanh, cường suất

1 nói chung là lớn Kết qua nghiên cứu cường suit lũ lớn trên sông Kôn-HIà thanh

tại Bình tương, cường suất lũ lên đạt tới 8Scm/h, cường suất lĩ xuống Aer, Trên

sông Bến hải, lũ lịch sử 1992, tại trạm Gia vòng cường suất lũ lên 3,54 m/h, cường,

wing L47nh

Chịu ảnh hưởng của khả năng đi tết và ảnh hưởng của thay đối độ dốc nên

inh In về đến đồng bằng thấp hơn nhưng khả năng thoát lũ lại chịu ảnh hưởng của

, nước biểning và sóng cao khi có bão Các tác động từ phía

biển làm cho khả năng thoát lũ ở đồng bằng chậm hơn và diễn biến phức tạp,

thường gây ra ngập lụt kéo dai trên điện rộng

“Trượt lở đất là hiện tượng mắt én định và dịch chuyển sườn đốc, mái dốc,

môi trường sông cổ thé din tới thảm hoa lớn cho con người và xã hội

tuyển đường giao thông miễn núi, các bờ hồ cao Các khối lượng trượt lở riêng lẽ có.

49 lớn biến động tr vài trục mét khối tới vài triệu mét khối, có tốc độ đi chuyển tử 5 emis đến 3 mis Trượt lở xây ra trên sườn núi cao làm đất đã có thể trượt đi xa 0.5 -

2-1 Km phá hủy hoàn toàn mọi vật trên đường đi Trượt lờ lớn có thé chặn dòng sông

suỗi tạo nên các hồ chứa không mong muốn nguy hiểm cho vùng hạ du.

“Các đợt mưa lớn, kéo đài có thể cùng lúc phát động bằng trăm tới bảng nghìn

Khối trượt gây nên thảm họa cho khu vực rộng lớn.

“Cũng như một số vũng khác tong cả nước, ở vùng DHMT bão và ATNĐ.

thưởng kéo theo mưa to và rắt to gây ra lũ quết và trượt lỡ đất Trong một số năm

gần đây DHMT đã phải gin chịu thiệt hi

riêng mùa mưa 1999, trượt lờ đất đã xây ra trên diện rộng ở Quảng Trị, Thửa thiên

người và của do trượt lở đắt Chỉ tinh,

Huế, Quảng nam, Quảng ngãi, Bình định, hing chục người bị vùi lắp, hàng tăm gia

đình phải di rời đến nơi khác, Riêng Quảng ngãi có 3400ha bị đất, đá, söi, cát có

nguồn gốc từ trượt lở đất vùi lắp diy trung bình một mét, giao thông Bắc Nam cả.đường sắt, đường bộ bị ách tắc nghén nhiều ngày.

Các kết quả nghiên cứu bước đâu cho thấy, một số loại hình trượt lở phổ biển

ở vùng duyên hảmiỄn Trang là su lờ đắt (all), trượt đất đ (slides) và tượt đồng(flows), Nhigu vụ trượt lờ lớn ở ving DHMT nước ta có liên quan tới các tein mưa

lớn và ntkhu vực trượt lở thường trùng với những vùng có lượng mưa lớn.

1234, Ảnh hưởng của

Bão là những con gió nhiệt đối có tốc độ cao tạo nên cơn lốc trờn hoặc oy

tụ Xung quanh mắt bão đường kính 1-SOkm là một khối lượng mây lớn, từ đỏ hìnhthành những cơn mưa to từ 300-]000mm Đng thời xảy ra với cơn bão là sự giảm

mạnh khí áp làm cho nước biển dng lên

Sức giỏ trong bão tác động trực tiếp phá hoại cây cổi, nhà cửa, ấu thuyền,

công trình xây dựng và cơ sở hạ tâng khác Gió trong bão còn gây ra sóng lớn trên.

mặt nước sông hồ Gió to, sóng lớn lim xéi lờ bờ sông, bờ hồ, bờ biển và cũng là

một nguy cơ dẫn đến vỡ đê, vỡ đập Một khi có sóng và nước ding do bão trùng,

với thôi kỉ triểu cường thì mức độ nguy hiểm đối với để biển và công tình bảo vệbờ lại cùng cao TỔ hợp này là ổ hợp đặc biệt nhưng lạ rất hay gặp khi có bão đổ9 vào vùng bờ biển nước ta

Đối với đập đắt Sức gió do bão, tạo nên chiều cao sóng lớn trên mặt hd;sóng lớn phá hoại kết cấu bảo vệ mái thượng lưu, gây tràn đính đặp là nhữngnguyên nhân chính din đến mắt an toàn của đập Bão thường kéo theo mưa lớn lâm

bão hòa mái đập giảm khả năng chong trượt của mái, an toan đập bị giảm.

1.3.5 Ảnh hưởng cũa lũ.

Mưa to trên diện rộng kéo dai gây ra lũ lớn trên các triển sông là một nguy co

dẫn để10 lụt Mưa to tập trùng là nguyên nhân gây ra lũ quết là một loại thiên tai

rất khôn lường.

La lớn là nguyên nhân gây ra vỡ đê, vỡ đập gây ra ngập lục Dòng chảy có

tốc độ lớn, có khả năng tần phá công trình và sự sống nơi mà nó đi qua Các dong

chiy rên do I thường kéo theo đất đó, cát sôi vai lắp đồng ruộng, nhà của, công

trình thủy lợi ^Đối với đập dit: mục nước dâng có thể trin qua đình đập, kêm theotốc độ dòng chảy lớn làm xói mái bạ lưu dap là nguy cơ phá hoại công trình,

Lũ miễn Trung có cường suilớn, biến đổi mực nước theo thời gian nhanhảnh hướng đến ổn định mái thượng lưu đê, đập.

1.3.6 Ảnh hướng cin trượt lỡ đất.

Các khối đất đã do trượt ở đất ác động trực ti làm d vỡ công trình, vải

lắp công tinh, vai lắp mộng vườn Các khối lớn do trượ lỡ đt rơi xuống hỗ gây

ra sóng xung kich cỏ chiều cao gắp nhiều lẫn sóng giỏ thiết kể làm cho nước trần

«qua định đập, phá vỡ kết cấu bảo vệ mái thượng lưu dip dẫn đến nguy cơ mắt ổn

định đập rit cao.

THIÊN Tại ——— TACBONG VAO CONG TRINH

BẢO ng ng SỰ CỔ ĐỐI VỚI DAP ĐẤT

Tet mến gmsMUA TÔ TẬP Xe nheeenee rao

TRUGTLEDAT] —S) tám seo

Hình 1-3: Anh hưởng của thiên tai tởi đập dat

“Tom li: Tắc động của bão, mơ lũ trượt lữ đắt vo công nh thường a nhữngtác động công sinh, cũng có những trường hợp độ lập Phân ch ảnh hưởng của chủng

công trình và phân tích ảnh hưởng các tác động và các lực đặc biệt ở công trình khicó thiên tai làm cơ sỡ đề ra các giải pháp đảm bảo an toàn khi có thiên tai xây ra Mỗi

quan hệ của thiên tai bão, lũ, trượt 16 đắt đổi với đập đắt như sơ đỏ hình 1-3.

1.4 TINH CAP THIẾT VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CUA ĐÈ TÀI1 Tinh cấp thiết của đề tài

Khu vục duyên hãi Miễn Trung là một khu vue tập trung nhiều hỗ chứa với

hình thức đập vật liệu địa phương Đặc điểm về điều kiện tự nhiên phân chia thành

hai mùa rõ rệt với lượng mưa trung bình năm tương đối lớn Trong mùa khô hầu.như không có mưa, độ am không khí tương đối thấp, kết hợp đặc trưng vật liệu

dùng để xây dựng đập thông thường có tính co ngót trương nở cao nên trong mùa.

khô này rất dễ gây nứt nề tạo điều kiện cho dng thắm phát triển Trai ngược với

mùa khô, mùa mưa miễn Trung Việt Nam kéo dài và liên tục trong một thời gian

dải với cường độ lớn Hon nữa, đầy là nơi hứng chịu nhiều cơn bão với cường độ

các hư hỏng về công trình nói chung cũng như công trình thủy lợi nói riêng Như đã

phân tích ở trên cho thấy trong những năm gần đây đã cho thấy rõ tỉnh hình biển đổikhí hậu diễn ra hết sức phức tạp đã dẫn đến hiện tượng mưa kếo dai trong thời gianngắn đã có ảnh hưởng đến an toàn ổn định của dip vật liệu địa phương Chính vivay, vin đề nghiên cứu về an toàn dn định cục bộ của đập vật liệu dia phương dướitác dung của mưa lớn ở khu vực duyên hải Miễn Trung là một vấn đề mang tínhthời sự, nhất là trong điều kiện biển đỏi khí hậu toàn cầu

1.4.2, Nội dung nghiên cứu của dé tài

'Nghiên cứu dòng thẩm không én định trong thân đập vật liệu địa phương,cưới tác dung của mưa lớn kéo dai ở khu vực miền trung Việt Nam,

Nghiên cứu trường ứng suất biến dang, áp lực nước lỗ rỗng trong thân đập vật liệu.

địa phương trong điều kiện ding thắm én định và đông thắm không én định Từ đó

đánh giá mức độ an toàn cục bộ, an toàn tông thể của dap vật liệu địa phương.

"Nghiên cứu ảnh hưởng của ấp lực nước lỗ rổng trong thân dip tối én định mái đậpsau lũ trong điều kiện xây m mưa lũ kếo di

1.4.3 Tình hình nghiên cứu én định cục bộ của đập vật liệu địa phương dưới

ảnh hướng của mưa lũ

“Các nghiên củu phân ích và thống kế của nhiễu ti giá tê thể giới đã bước dầu

kỹ thuật nói chung và mắt 6n định cục bộ của đập vật liệu địa phương nồi rigng.

Hình 1: Hư hong mái đập thượng lưu do mica lẽ

(Qua trình vật lý của sự thâm nhập nước mưa tới môi trường thân đập và dòng,

thắm của ching qua đắt trạng thấi chưa bão hò

các nha địa chất thủy văn, địa kỹ thuật Một vài bạn chế dẫn đến việc giới hạn.phạm visit dụng các phương trình mô phỏng và các mô hình số trị tương ứng do

¡-bão hòa đã được nghiên cứu bởi

việc bỏ qua việc xem xét cường độ dng chảy, lượng mưa và đặc biệt là sự phụthuộc giữa tính thắm của đắt và độ âm ( thường xét đến bài toán thắm én định ) Vi

vây din đến việc tiếp tue nghiên cứu ứng dụng FEM để đánh giá cơ ché phá hỏng

cục bộ thin đập trong điều kiện có mưa lớn Trong các nghiên cứu này, áp lực nướckẽ rồng dưới điều kiện có mưa lớn thông thường được tính bằng việc áp dụng FEMtrong phân tích dòng thắm qua đắt không bão hòa- bão hỏa

Sự thâm nhập của nước mưa vào đất sẽ dẫn đến việc tăng mực nước ngằm,fmm thể tích khối đất không bão hỏa Mặt khác th tích khốiđất không bão hoa có ảnh hưởng rất quan trọng đến độ én định của thân đập không

tăng ấp lực nước hoặc

bão hôa Việc đồng thời tăng áp lực nước và giảm thể tích khối đắt không bao hòadẫn đến việc suy giảm cường độ khing cit của đt, điều này có thể dẫn ti các sự cổ

hư hỏng địa kỹ thuật và ôn định cục bộ thân đập

L5 KET LUẬN CHƯƠNG 1

(1) Trong mộtnăm gần đây bão lũ, trượt lở dit gây ra thiên tai khu vực

miễn Trung nhiễu hơn một số vùng trong cả nước Đặc biệt là tin suất xuất hiệnhiện tượng xủy ra đồng thời bão, mưa lớn kéo theo lũ lụt, trượt lỡ đất thiệt hại về

người, công trình, tải sản, ngày một gia tăng.

(2) Dap đất và các cổng trình đầu mỗi tạo thành hồ chứa cũng như các côngtinh xây dựng nói chung mới chỉ được thiết kế đến một khả năng chịu tác động của

bão và lũ 6 một mức độ nhất định Vì vậy khi có thiên tai bắt thường xây ra cáccông trình thủy lợi thường bị hư hong hoặc đổ vỡ gây hậu quả nghiêm trọng.

(3) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao sức chịu tải để nâng cao an toàn côngtrình xây dựng nhằm giảm thiểu thiệt hai do thiên tai bắt thường gây ra là một trongnhững biện pháp hiện đang được áp dụng ở nước ta cũng như trên thể giới

CHUONG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CUA VẤN ĐÈ NGHIÊN COU

2.1 SỰ HÌNH THÀNH DONG THÁM KHÔNG ON ĐỊNH TRONG THÂN

DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG

Khi hồ bắt dau trữ nước, mực nước thượng lưu tăng nhanh dẫn đến việc dâng.cao của đường bão hòa Tuy nhiên do hệ số thắm của đất đắp nhỏ nên tốc độ dâng

cao của đường bão hòa chậm hơn rất nhiều Trong thực tế ta cần phải có một

khoáng thời gian cần thiết để đường bio hỏa đạt tới tạng thin định hoàn toàn.

năm di vào hoạt động vẫn chưa có đường bão hôn én định,

-30 năm sau để dòng thắm đạt đến trạng thái ổn định Một

lập đường bão hòa ding cao tức thời cùng với dâng nước ở phía thượng lưu,

Rit nhiều đập sau ncần phải mắt khoảng 21

điều đồ thể hiện có Khả năng thân đập bị rạn nứt din đến hệ số thắm theo phương

ngang tăng cao,

2.2, PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CUA DONG THÁM KHÔNG ÔN ĐỊNH2.2.1 Các phương pháp nghiên cứu thắm không Ổn định

tích Tuy nhiên phương pháp này cố nhiều hạn chế và khó đạt lời giải chính xác,

nhất là khi chế độ biến đổithắm phức tạp

tực nước thượng lưu và điều kiện biên của môi trường

3.3.1.2 Phương pháp thi nghiệm thẩm khe hẹp

‘Thi nghiệm thấm trong máng khe hẹp sử dụng chit long nhớt, để mô hình hóadòng thắm cháy ting lần đầu tiên được Hele-Shaw khởi xướng từ năm 1897 và đã

được E~A Zamarin, Polubarinova-Kochina, Harr, V.I.Aravin, NIA.Moskota sửdụng nghiên cứu, nhất là với thấm không én định.

Co sở lý thuyết mô hình tắm máng khe hep do V.L.Atavin đỀ nghị có thể

toán như sau:

~ Cácliệu quy ước: các ký hiệu có chỉ số mlà của mô hình, các ký hiệu tương

ứng không cỗ chỉ số à của nguyễn hình

Dang chảy ting của chất lòng nhớt có hệ số nhớt động học v(em’/s) trong khe hẹp

ait bai tắm phẳng có bé rộng khe hở ð, chigu cao khe hẹp Ty, (em) liên hệ giữa lưulượng đồng chảy qu (cm)5), vận tốc dòng chảy Via (cm/s) với gradient cột nước J

Các biểu thức này đồng nhất với Định luật thấm Darcy trong môi trường đắt

Trong đó g là gia tốc trọng trường (cms , Y (em) vận tốc trung bình của dingthấm trên toàn bộ điện tích mặt cắt ø(cm”) kế cả phần mặt rin chiếm chỗ, K

(cm/s) hệ số thắm, q (em/s) lưu lượng thắm.

+ Tỷ lệ lưu lượng thấm: @, = 2TYEhe lượng thẩm: sụ = 8

AH, yi

a: Wan ur idlAtte biết Q

QueJAH do đồ ety = ay!

+ Tỷ lệ thời gian: ø,

Từ tiêu chuẩn Xemlinl suy a a, = 22 = 2

+ Tương tự về các điều kiện ban đầu và các điều kiện biên: mực nước ở thời điểm.

ban đầu, cường suất ding nước và rút nước,

Kết quả thí nghiệm thắm không én định trên mô hình khe hẹp Hele-Shawcho các hình ảnh về đường bão hòa thắm, các đường ding màu tại các thời điểm

khác nhau Trên cơ sở phân tích các hình ảnh đó sẽ đánh giá được trạng thái củafr1g thắm, rút ra được các kết luận cần thiết Nếu đảm bảo đúng các điều kiện

kiểm định các kết quả tính toán.

2.2.1.3 Phương pháp thí nghiệm tương tự dign-thiy đồng lực học

Bang 2-1: So sảnh tương tự giữa các thông số của dàng thẩm và đòng điện

Đồng thắm Đồng điện

1- Cột nước: H 1.Điện thế: V

2 Độ chênh lệch cột nước: Hy ~H: 2 Thể hiệu: Vị ~

3 Độ đài đường ding: S 3 Độ đãi đường ding: S

4 Gradient cột nước; J= dds 4 Gradient dign thé

6, Lưu tốc thắm: U 6, Cường độ dòng điện: i

7 Định luật Darey: U; 7 Định luật Om: ig =-C.ê /28

8 PT liên tục: OU, /ôt *ôU, 8, PT liên tye: ôf, /ôc+Ðf, /ốy =0

Phương pháp thí nghiệm tương tự dign-thay động lực học do N.N Pavlovxky để

nghị, dựa vào sự tương tự hoàn toàn vỀ phương trình toắn học của dng thắm trongmôi trường thắm với dòng điện trong môi trường dẫn điện.

'Như vậy sự chuyển động của dòng điện trong môi trường dẫn điện theo đúng

quy luật chuyên động của dong thắm trong môi trường thắm Có thể dùng một môi

) alàm mô hình nghiên cứu dòng thấm trong môi trường thắm nước, nếu các điều kiện

trường liên tục dẫn điện (bông thường dùng chất điện phin hoặc giấy dẫn đibiên giới trong môi trường thắm và trong miễn dẫn điện của mô hình đều đồng dạng.

với nhau Có thể đo điện thé để xác định các đường đẳng điện thé V từ mô hình

điện cũng chính là các đường đẳng cột nước H của miỄn thắm tương tự cần nghiên

cứu Từ hệ các đường đẳng cột nước ta sẽ vẽ được lưới chảy thủy động lực học của

miền thắm nghiên cứa Phương pháp này được áp dụng rộng rải và giải được rit

biên phúc tạp khác nhau,Đối với bai toán thắm không én định, một số bai toán đã được giả quyết trong

46 đã sử dụng các tụ điện để mô phỏng sức chứa trọng lực Loại mô hình tương tự

điện thủy động lực học nay ngày cảng ít dùng do sự phát triển nhanh chóng của cácmô hình máy tinh số,

2.2.14 Phương pháp mô hình số

Mô hình thuật ngữ iy đủ là mô hình may tính số (Digital Computer Model)

cũng còn gọi là mô hình toán học (Mathematical Model) được nghiên cứu và áp

dụng cho nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật.

Mô hình số tỉnh toán thắm không ôn định bao gồm 3 phần

+ Nền tảng của mô hình số là phương trình vi phân cơ bản mô tả trạng thải và các

phương tình vĩ phân cơ bản mô tả chuyển động của dng thắm BS là phương trình

toán lý Tay theo việc sử dụng cấu trúc môi trường thẩm cứng hay đàn hỏi, cũng

như mức độ xét chỉ tiết các yếu tổ vật lý của môi trường đến quá tình thắm mà có

các phương trình vi phân đạo hàm riêng cỏ mức độ vật lý khác nhau.

+ Thuật toán của phương pháp số dé giải gần đúng phương trình vi phân cơ bản mô.

tả trang thái dng thắm Các phương pháp số thường được sử dụng là phương php

sai phân hữu hạn (với lược đồ ấn hoặc lược đồ hiện), phương pháp phan từ biên,

phương pháp phần tử hữu hạn, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ưu

điểm hơn do sử dụng lưới phần tử thích hợp với các miễn thắm phan lớp biến dạngphức tạp, dễ lập chương trình tính toán hơn.

+ Chương trình may tỉnh điện tử và lời giải bài toin bằng số

2.2.2 Cơ sở lý thuyết phương trình vi phân thấm không én định

“Từ 1852 đến 1855 kỹ sử người Pháp Henry Darey đã tiến hình nhiều thí nghiệm

với đất cất, năm 1856 ông đã đưa ra định luật cơ bản về thắm, biể thị đưới dạng

V=KJ=~K Qn)

‘s on

Dưới dang vi phân V=-K, 22)ig vip OL 22)V = lưu tốc thắm trung bình trên toản mặt cắt (cm/s), H — cột nước thủy lực (cm),K — hệ số thắm của đắt (cms), = gradient cột nước thủy lực

aL aL

Dưới dạng vi phân J = =

Trong đó hy t8nthite6t nước (em) hạ = “AH

[AH (em) la độ chênh lệch cột nước do áp theo chigu dài dòng thắm AL (em) (hoặcchiễu đồi theo phương ding thắm S)

Biểu thức (2.1) hoặc (2.2) quy luật của dòng thắm chảy ting và là định luật cơ

bản của lý thuyết nước thắm Có thé phát biểu Định luật Darey như sau : * Lưu tốc

thắm ty 1g bậc nhất với gradien thủy lực" hoặc “Tên thất cột nước trong dng thấm

tỷ lệ bậc nhất với lưu tốc thấm”.

Sau Darey nhiễu nhà khoa học như J.DuyPuy, E.Slem, N.E Jucovski, Terzaghi,

NN Pavlovski, R.R Tsugaev đã khăng định.

cả về thực nghiệm và lý thuyết

đúng đắn của Dinh luật Darey

Dinh luật Darcy cũng nghiệm đúng cho các dòng thắm qua đắt không bão hòa

( Buckingham-1907; Richard-1931; Chids va CollisGoerge 1950) Tuy nhiên hệ

số thắm trong dit không bão hỏa thường không thé xem là hing số, Hệ số thắmtrong trường hợp đất không bio hỏa là hệ số thm của pha nước và là một ham của

Tượng nước vào- lượng nước ra = lượng nước trữ lại

Phương trình (2.4) biểu én thiên của lượng chất

lông trong một đơn vị thể tích với mức độ biển thiên của cột nước,

(on: khối lượng nước tạo ra do sự nở ra hay nén vào của môi trường xốp

„TP ¡ khối lượng nước được tạo ra do nước bị nở ra hạy nén vào; đối với mỗi

trường bão hòa nước chỉ có thể chui vào đơn vị thể tích đang xét khi:sổ an: êt

Sự nén vào hay nở ra cia môi trường xốp gây ra bởi sự thay đổi ứng suit hiệu quả

Nếu môi trường bão hỏa

do’ = pap G6

với p =H

Vi dp = d(h~z) =dh nên ta có do’ = ~pgdh+ Ta định nghĩa độ nền của mỗi rường xếp

là cột nước áp lực

dv, 1 _ dn

v do de?

“rong đó: v,là thể tích chất ong

vll thể ích khối đắt dang xétKết hợp hai phương trình trên t có+ Ta định nghĩa độ nén của chit lông:

Véi là áp lực nước lỗ rỗng: ped

324, Gi thấm theo phương pháp phần tử hữu hạnto:

— Chia miễn tính ton ra thành các phần tử tam giá, ứ giác nổi với nhau các

“Trong đó: <N> - hàm dang của phần tir

£X), {Y] ~ toa độ của các điểm nút phần tử

= Cột nước thắm b tai mỗi điễm trong phần tử được xác định như sau:

h=<N>.{H} (2.19)“rong đó: (H] - cột nước thắm ti các điểm nút

~ Gradient thắm theo các phương x3:

trong thự tế ở các công trình đã xây dung cho thấy ring thời gian xuất hiện ấp lựckẽ rỗng không chi hàng năm mà có thể hing chục năm hoặc lâu hơn và trị số áp lực.kế rồng cỏ khi đạt đến hing chục lần so với ấp lực nước bình thường và tủy thuộc

qui mô công trình va đặc trưng cơ lý của đắt Áp lực kế rỗng thay đổi theo quá trình.

ép thải nước trong đắt ra ngoài vi cảng ngày cảng giảm dẫn Khi nghiên cứu quá

trình này có thể xem như một quá trình thắm không én định trong môi trường rồng

biến dạng Do đó, khi nghiên cứu áp lực kế rng không thể sử dụng được nhữngthành tgu về hiện tượng thắm "cổ din” trong môi trường không biển dang mà phải

thiết lập phương trình cơ bản và tìm cách giải nó theo một hướng khác Vấn đề áp.lực kế ng có ý ngha rất lớn, đặc biệt trong vẫn để xây dựng công tinh thuỷ trên

sông, trên biển cũng như trong xây dựng các công trình công nghiệp và dan dụng,các công trình giao thông vận tai v.v Nghiên cứu áp lực kẽ rỗng liên quan chặt chế

đến việc nghiên cứu sự bin thiên độ lún của công trinh theo thời gian, vẫn đề ổn

“Theo quy phạm thi {hi trong tính toán ổn định và lún của những đập

đựng cũng như khai thác Ở Mỹ và Nhật đối với tắt cả các dap (không phân biệtchiều cao) đều quy định phải tính ảnh hưởng của áp lục kế rồng đến ôn định và lún,

Sở ai tong thiết kế đập cần phải quan tâm đặc biệt đến việc tính toán áp lục kế

rong bởi vì nó ảnh hướng rất lớn dén ẩn định cud mái đắc và quá trình lún của đập.Ap lực ke rằng càng lớn thì sức khẳng trượt cuả đắt cing giảm và quả trình lần xảy

racing châm

1a cốt đất2.3.2 Ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng tới sức chịu ti

Để thấy được ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng tới sức chịu tải của cot dat,

ta có thé dua vào thi nghiệm mô hình cơ học đơn giản của K.Terzaghi (1923) Mô

hình gồm có ba bộ phận sau (Hình 2-3):

~ Một bình đựng đầy nước

~ Một ld xo đặt đứng trong bình

~ Một nắp (có đục 16) đây bình nước dưới dang piston, nắp tựa lên đầu trên của lỏ xo.

“Toàn bộ mô hình đặc trưng cho mẫu đất bão hôa nước Lô xo đặc trưng cho

khung cốt đất tạo nên bởi các hạt đất chồng lên nhau Nước trong bình đặc trưng.che nước tự do chiếm đầy lỗ ring trong đất Các lỗ đục ở nắp đặc trưng cho lỗ rỗng

trong đất liên thông ra bên ngoài.

Khi tác dung lực nén p lên nắp bình, nếu bit kin các lỗ đục ở nắp thi nướctrong bình khơng thể thốt ra được mặc dù nước bị nén ép Áp lực nén do nước chịu.

xọi là áp lực nước lỗ rỗng, ký hiệu là us u= 7p hs trong đĩ h là độ cao cột nước ding

lên trong ống do áp do nước bị nén (Hình 2-5) Mặc dù nước bị nên nhưng nĩ

khơng bị ép co nên áp lực p khơng truyền được vào lị xo để làm cho lị xo biển

dạng Như thé cĩ nghĩa là hE nước tơn tại trong lỗ rỗng thì áp lực nước lỗ rỗng xuấthiện và gây cán trở sự nén chặt đất Do vậy áp lực nước lỗ rồng u cịn gọi là áp lực

khơng hiệu quá hoc là ứng suất trung hỏa

Khi mở lỗ đục của nip, tương ứng với thời điểm t = 0 thi nước sẽ bắt đầu

được Ép thọt ra ngồi Nếu cảng tăng thi nước sẽ thát ra cảng nhiỀ, mục nước

trong ống đo áp càng hạ thấp, nắp bình càng bạ xuống, biến dạng 1 xo cảng lớn.Điều đĩ chứng tỏ khi nước trong lỗ rỗng thốt dan ra thì ứng suất trung hịa (áp lực.

nước lỗ rỗng) sẽ tiêu tan dẫn (chỉ cịn uYooh’ < p) để chuyển hĩa thành ứng suất

hiệu quả tác dụng và lồ xo a” = pul cho lị xo biến dạng, Ap lực 0” cĩ tắc dungnền chặt đất nên gọi là áp lực nén chặt hay à ứng suất hiệu qưá

Ở thời điểm t=-„ nước ngimg thốt ra (nước trong đất cần thốt ra đã thốt

ra hếo Lúc đĩ cường độ chịu nén của lị xo đã cân bằng với áp lực nén p, nắp bình.đừng lại khơng hạ thấp nữa, áp lực nước lỗ rỗng u = 0, ø` = p.

nhình 2-5

Quả trình chuyển hĩa ứng suất được thể

wh <pø'>0Cp=u)

Hình 2-5: Quá trình ép nước ra ngồi của đất bão hỏa mước

Trong đó: t= 0,thdi điểm nước bắt đầu thoát ra

+, thời điểm nước ngững thoát ra

u - ứng suất trung hòa (áp lực nước lỗ rỗng)6° ứng suất hiệu quả áp lực nền chat)

p -ấp lực ngoài

S-bến dang của lò xo

(Qué trình trên đây còn được gọi là quá trình cỗ kết của đất bảo hòa nước,thực chất là quá trình chuyển hóa ứng suất trung hòa w thành ứng suất hiệu quả o°hay là qué trình suy giảm ứng suất trung hòa đồng thời với sự tăng trường ứng suấthiệu quả lâm cho đất din dẫn chặt lại

Như vậy có thé nhận xét rằng áp lực nước lỗ rồng làm căn trở sự nên chặt

đất, từ đó gây nên những nguy hiểm cho các công trình liên quan đến vật

2.3.3.Tìnhlh nghiên cứu tính toán áp lực lỗ rồng ở nước ngoài và ở Việt Nam.Vấn dé áp lực kẽ rỗng đã và đang được nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực

xây dung đặc biệt quan tâm Ngay từ năm 1925 đã xuất hiện tác phẩm ban về vẫn

để này của K-TerZaghi và sau đó ở phương tây công bố những công tinh nghiên

cứu của M.A.Biot (1941), N.Carillo (1942); JMandel (1953); Tantjong Kie

(1957),R E.Gibson (1958) Ở Liên Xô (et) từ năm 1934, NẠM.Gerxevanav đã giải

quyết vin đ áp lực Ke hing đối với bài toán một chiều và môi trường hai pha Sauđó nhiều nhà khoa học khác X.A.Florin, N.A.Txưtôvits, A.A.Nitipôrôvits,X.A.Rôza, A.Đ,Goxnôv, B.P,Pôrôv nghiên cứu Tuy có nhiều nhà khoa học trên thé

giới nghiên cứu nhưng những thành tu lớn về mặt lý luận cũng như ứng dụng thục

tẾ tì các nhà khoa học Liên Xô (eữ) có nhiễu cổng hiển, trong đó Viện si thông tắn

\V.A.Florin là người đầu tiên nghiên cứu hoàn chỉnh nhất về mặt lý luận.Người đi

“Ông đưa ra giả thi

tiên nghiên cứu lý thuyết cổ kết thắm một hướng là Terzaghirằng các hạt đất và nước trong lỗ rỗng là không nén được, quá

thắm khôi

trình thắm tuân theo Định luật Darey với hệ số 1g đổi, còn quan hệ giữa độrỗng của đất và ứng suất hiệu quả trong đắt là một quan hệ tuyến tính.

Ly thuyết của Terzaghi là quá đơn giản nên ngày nay nó chỉ có ý nghĩa lichsử Khoảng 10 năm sau (1934) lý thuyết của Terzaghi đã được Gecxêvanốp hoàn

thiện thêm Geexévanép đã đưa vào phương trinh Darcy vận tốc thắm tương đối của

nước so với các hat đất.

Người nghiên cứu ý thuyết cổ kế thấm một cách sâu sắc và toàn điện hơn cả

là viện sĩ Florin, ông đã đưa ra các phương trình cố kết 2 hướng và 3 hướng, dưới

tác dụng của tải trong bên ngoài, trong lượng bản thân và ác dụng của đồng thắm,

Xuất pháp từ phương trình liên tục Florin đã thiết lập phương trình cổ kết của môi

trường đẳng hướng đắt 3 pha trong trường hợp chung của bài toán không gian

Phương trình do Florin kiến nghị không thé tích phân dược, nhưng khi đưa

vào một số giả thiết thì có thể giải một cách gần đúng bằng các phương pháp si

rãi trong thực tế xây đựng các công rình bằng đất dinh Hàng loi các nhà nghiên

citu ở Liên Xô (ca) như Géndstcin, Gongin, Réda, XutÔvich, Malusép,

Nhitriprovich, Xưbunnhich đều đã dựa trên lý thuyết cổ kết của Florin hoặc đểphát triển thêm, hoặc đi tìm các cách giải phương trình Florin.

6 các nước phương tây, như ở Mỹ vào năm 1941 Biot cũng đã nghiên cứu lýthuyết có kết của môi trường dị hướng dâu, nhớt, mà môi trường đó được bão hòa.

Vào năm 1953 một nhà khoa học Trung Quốc là Trần Chung Kỳ cũng đã

nghiên cứu khá rộng về lý thuyết cố kết thắm của đất bão hòa dưới hat mịn Dựa

trên cơ sở lý thuyết thẳm trong môi trường đản hồi nhớt, họ Trin đã để suất một lýthuyết mới trong đồ có kế đến khá nhiễu yếu tổ như hiện tượng thắm, hiện tượng từbiến và chảy déo của dat sét Một lý thuyết chứa đựng được nhiều hiện tượng vật lýnhư vậy là cần hit, nhưng do tinh quả phức tạp của các hiện tượng này nên các mô

hình toán của nó là quá công kềnh, vi vay các phương trình của Trần Chung Kỳchưa thấy ứng dụng trong thực tế.

“Từ những năm 70 trở về day các nghiên cứu về áp lực kẽ rỗng chỉ thiên về

việc tìm kiếm các phương pháp tính Các nhà khoa học Nga cũng là những ngườiđầu tiên đưa ra những phương pháp tinh toán tiên tiến.

6 Việt Nam vấn để áp lực kẽ rỗng được nghiên cứu rất ít, chỉ một vài nhà

khoa học quan tâm đến như Lê Văn Thự ở ĐH Thuy Lợi Hà Nội Tuy nhiên nghiền

cứu n6 một cách có hệ thống va đưa ra những chương trinh tỉnh toán phục vụ thiết

kế thì hầu như chưa có.

2.3.4 Các phương pháp tinh áp lực kế ring

2.3.4.1, Phương pháp thực nghiệm (hay còn gọi là phương pháp đường cong nén ép)

Nhiều người nghiên cứu áp lực kế rỗng đã di theo con đường thực nghiệm.như Gamintơn, Khinf, Mesan, X6t6lopski, Pavilenski v.v Hướng nghiên cứu thực

nghiệm này được thực hiện bằng bai cách một là người ta nghiền cửu quả trình cổkết của các mẫu đắc xây đựng các đường cong nén ép và biển thiên độ rồng Trêncơ sở đó xác định các hệ số áp lực kẽ rỗng Hai là người ta đo trực tiếp áp lực kế

rỗng trong các lõi đập của các đập vật liệu địa phương đã được xây dựng, từ đó xác

inh các hệ số áp lực kế rỗng oe

023)Trong đó: ø„„ (B) — Là áp lực kẽ rỗng cực đại.

6 Là áp lực toàn phan,

Phương pháp thực hiện tuy đơn giản và cho kết qiia nhanh nhưng nó chỉ áp

dụng được cho từng trường hợp cụ thé mà chưa tổng quát hóa được hơn nữa nhiều.

hiện tượng phức tạp của trạng thải ứng suất và biển dạng thi phương pháp nàykhông giải thích được,

Phương pháp này dùng các kết quả thí nghiêm các mẫu đất trong phòng thi

nghiệm dé thiết lập nên quan hệ (2.23) Đầu tiên người ta tiến hành các thí nghiệm.

có thoát nước để thiết lập đường cong ơ, ñ(e) : ở đây ơ, là ứng suất hiệu quả tác