nghiên cứu, đánh giá khả năng mất ổn định thấm của thân và nền đê

B GIO DC V ĐO TO B NÔNG NGHIP V PTNT TRƯNG ĐI HC THY LI ĐON MINH NGHĨA NGHIÊN CỨU, ĐNH GI KHẢ NĂNG MẤT ỔN ĐỊNH THẤM CA THÂN VÀ NỀN ĐÊ LUN VĂN THC SĨ Ngưi hưng dn khoa hc: PGS.TS. Nguyn Cnh Thi Hà Nội 8/2013 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ Lời cảm ơn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài Nghiờn cu, ỏnh giỏ kh nng mt n nh thm ca thõn v nn ờ đợc hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Thy cụng, khoa Sau Đại học- Trờng đại học Thuỷ lợi - Hà Nội, và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo - PGS.TS Nguyn Cnh Thỏi đã trực tiếp tận tình hớng dẫn cũng nh cung cấp các tài liệu thông tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thànhluận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo bộ môn Thy cụng khoa Sau đại học, khoa Công trình, và các thầy cô giáo trong trờng Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập chơng trình cao học cũng nh trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả chân thành cám ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những ngời đi trớc đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình về mọi mặt trên con đờng học hỏi nghiên cứu khoa học. Do trình độ có hạn và thời gian nghiên cứu ngắn, nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận đợc mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ đợc tác giả nghiên cứu sâu hơn để góp phần đa những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất. Hà nội, tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn ON MINH NGHA on Minh Ngha LUN VN THC S BẢN CAM ĐOAN Tên tôi là Đoàn Minh Nghĩa, học viên cao học lớp 18C21, chuyên ngành Xây dựng công trình thủy, khoá 2010-2013. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu, đánh giá khả năng mất ổn định thấm của thân và nền đê’’ là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào. Hc viên Đoàn Minh Nghĩa Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ MC LC 25TMỞ ĐẦU25T 1 25T1. Đặt vấn đề25T 1 25T1.1 Thiệt hại do lũ, lụt gây ra25T 4 25T1.2. Ngập lụt do vỡ đê ở Bắc Bộ25T 5 25T1.3. Hệ thống các biện php công trình phòng, trnh lũ lụt ở Việt Nam25T 7 25T1.4 Gii pháp công trình25T 10 25T2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu25T 11 25T3. Phương php nghiên cứu.25T 11 25T4. Phạm vi nghiên cứu25T 11 25TChương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ DÒNG THẤM ĐỐI VỚI THÂN VÀ NỀN ĐÊ 25T 12 25T1.1 Tổng quan hệ thống đê điều và sự cố đê điều25T 12 25T1.2 Sự cố đê và nguyên nhân25T 12 25T1.2.1 Sự cố đê ở vùng sông cổ25T 12 25T1.2.2 Sự đâm xuyên thủy lực qua tầng đất cứng25T 13 25T1.2.3 Sự nứt gy nền đê và mặt cắt ngang thân đê25T 14 25T1.2.4 Sự cố thấm ở chân mái hạ lưu25T 15 25T1.2.5 Khuyết tật trong thân đê25T 15 25T1.2.6 Sự cố đê trên nền đất yếu:25T 16 25T1.2.7 Sự cố ở vùng nối tiếp khi tôn cao25T 16 25T1.2.8 Sự cố trong vùng có công trình qua đê25T 17 25T1.2.9 Xói lở chân đê25T 18 25T1.3 Hiện tượng mạch đùn, mạch sủi nền đê vào mùa lũ25T 18 25T1.4 Hiện tượng thấm qua nền đê và mang cống dưi đê25T 20 25T1.5 Những nhân tố khc thúc đẩy qu trình hư hỏng đê25T 24 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 25T1.6 Ảnh hưởng của dòng thấm đến nền đê.25T 24 25T1.7 Kết luận25T 25 25TChương 2. NI DUNG V CƠ SỞ NGHIÊN CỨU CA CC PHƯƠNG PHÁP TÍNH THẤM HIN NAY - ĐNH GI KHẢ NĂNG MẤT ỔN ĐỊNH DO THẤM CHO THÂN NỀN ĐÊ BẰNG PHƯƠNG PHP PHẦN TỬ HỮU HN 25T 26 25T2.1 Một số phương php tính thấm áp dụng trong thiết kế hiện nay25T 27 25T2.1.1 Phương php cơ hc chất lỏng25T 27 25T2.1.2 Phương php thủy lực25T 34 25T2.1.3 Cc phương php số 25T 37 25T2.2 Lựa chn phương php để gii cc sơ đồ nghiên cứu25T 39 25T2.3. Đnh gi kh năng mất ổn định thấm cho thân, nền đê bằng phương pháp phần tử hữu hạn 25T 40 25T2.3.1 Phương php xc định dòng thấm theo Modun Seep/W25T 40 25T2.3.1.1 Bài toán thấm25T 40 25T2.3.1.2 Mô hình hóa đất bão hòa và không bão hòa25T 41 25T2.3.1.3 Định luật Darcy cho đất không bão hòa25T 43 25T3.1.4 Phương trình vi phân cơ bn của bài toán thấm bài toán phẳng25T 45 25T3.1.5 Gii bài toán thấm bằng phương php phần tử hữu hạn , Seep/w25T . 45 25T2.3.2 Cc điều kiện ổn định thấm đối vi nền đê.25T 48 25T2.3.2.1 Điều kiện không xy ra đùn đất.25T 48 25T2.3.2.2 Điều kiện không xy ra xói ngầm25T 48 25TChương 3. PHÂN TÍCH ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ BIẾN DNG THẤM ĐÊ TÂN CƯƠNG 25T 50 25T3.1 Gii thiệu tổng quan về tuyến đê Tân cương – Vĩnh tưng – Vĩnh phúc và tài liệu địa hình địa chất, địa chất thủy văn tuyến đê. 25T 50 25T3.1.1.Tài liệu địa hình.25T 50 25T3.1.2. Tài liệu địa chất công trình25T 51 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 25T3.1.3. Điều kiện địa chất thuỷ văn.25T 54 25T3.1.4 Điều kiện khí hậu, thuỷ văn.25T 54 25T3.2 Một số đnh gi về tình trạng và nguyên nhân mất an toàn tuyến đê25T 55 25T3.2.1 Cấu trúc nền25T 55 25T3.2.2. Cơ sở phân chia25T 55 25T3.2.3. Cc kiểu cấu trúc nền đê và đặc điểm của chúng25T 56 25T3.3 Các gii pháp xử lý biến dạng thấm ở nền đê25T 58 25T3.3.1 Đắp sân phủ chống thấm ở ngoài đê25T 58 25T3.3.2.Đắp cơ phn p tiêu nưc ở trong đê25T 59 25T3.3.3. Xây dựng hệ thống giếng gim áp25T 60 25T3.3.4. Làm tầng lc ngược tại vị trí đùn sủi25T 64 25T3.3.5. Khoan phụt tạo màn chống thấm bằng công nghệ khoan phụt thuần áp truyền thống 25T 65 25T3.3.6. Xây dựng tưng chống thấm25T 65 25T3.3.7 Kinh nghiệm xử lý khẩn cấp mạch đùn, mạch sủi trong mùa lũ25T 66 25T3.4 Lựa chn gii php đối vi tuyến đê25T 67 25T3.5 Tính toán kiểm tra kh năng ổn định thấm nền đê Tân cương – Vĩnh Tưng - Vĩnh Phúc 25T 68 25T3.5.1 Xc định Gradien thấm ở phía trong đê25T 68 25T3.5.2 Cc đặc trưng thấm của đất dùng trong tính toán.25T 68 25T3.5.3 Kết qu tính tính toán thấm cho đê khi chưa xử lý25T 69 25T3.6 Phương n tính ton khoan phụt vữa chống thấm thượng lưu đê Tân cương – Vĩnh tưng – Vĩnh phúc 25T 73 25T3.6.1 Các tiêu chuẩn thiết kế áp dụng.25T 73 25T3.6.2 Thiết kế khoan phụt vữa gia cố đê25T 73 25T3.7 Tính toán ổn định thấm cho đê Tân cương sau khi đã khoan phụt xử lý thân và nền đê. 25T 86 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 25T3.7.1 Xc định Gradien thấm ở phía trong đê25T 86 25T3.7.2 Nhận xét đnh gi :25T 89 25TKẾT LUN VÀ KIẾN NGHỊ25T 91 25T1. Kết luận25T 91 25T2. Hạn chế25T 92 25T3. Kiến nghị25T 92 25TTÀI LIU THAM KHẢO25T 93 25TPH LC TÍNH TOÁN25T 94 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ DANH MC HÌNH VẼ 25TUHình 1.1 Sự cố đê ở vùng sông cổU25T 13 25TUHình 1.2a Sự đâm xuyên thủy lực qua tầng đất cứngU25T 14 25TUHình 1.2b - Công trình đê ở Pháp xy ra sự cố nàyU25T 14 25TUHình 1.3 Sự nứt gy nền đê và mặt cắt ngang thân đêU25T 15 25TUHình 1.4 Sự cố thấm ở chân mái hạ lưuU25T 15 25TUHình 1.5 Khuyết tật trong thân đêU25T 16 25TUHình 1.6 Sự cố đê trên nền đất yếuU25T 16 25TUHình 1.7 Sự cố ở vùng nối tiếp khi tôn caoU25T 17 25TUHình 1.8a Xói ngầm trôi đất vùng tiếp giápU25T 17 25TUHình 1.8b Thấm từ thân qua đê vào cốngU25T 17 25TUHình 1.8c Nưc dò từ thân cống qua đê và nềnU25T 18 25TUHình 1.9 Xói lở chân đêU25T 18 25TUHình 1.10 Mạch đùn ở hạ lưu đêU25T 19 25TUHình 1.11 Ct dưi nền bị đẩy nổi quanh hốU25T 19 25TUMột số hình nh sự cố ở cống Tắc Giang – Phủ Lý do sự cố thấm qua nền và mang cống. U25T 22 25TUHình 1.12 Sự cố cống Tắc GiangU25T 22 25TUHình 1.13 Xói ở mi đê gip vi mang cốngU25T 22 25TUHình 1.14 Xói ngầm gây sụt đấtU25T 23 25TUHình 1.15 Sụt lún nghiêm trng tại chân đêU25T 23 25TUHình 2.1 Sơ đồ tính thấm theo phương php cơ hc chất lỏngU25T 28 25TUHình 2.2 Quan hệ giữa lưu lượng q và hàm dòng ψU25T 29 25TUHình 2.3 Sơ đồ tính thấm đập có thiết bị thot nưc kiểu lăng trụU25T 31 25TUHình 2.4 Sơ đồ tính thấm đập có thiết bị thot nưc kiểu gối phẳngU25T 31 25TUHình 2.5 Sơ đồ tính ton theo phương php thủy lựcU25T 34 25TUHình 2.6 Sơ đồ tính theo phương php phân đoạn của N.N.Páp-lốp-skyU25T 35 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 25TUHình 2.7 Sơ đồ tính theo phương php đưng dòng trung bình P.A.Săng- kin U25T 35 25TUHình 2.8 Sơ đồ tính theo phương php thay thế mi thượng lưu nghiêng bằng mi thượng lưu thẳng đứng U25T 36 25TUHình 2.9 Miền thấm chia ô theo phương php sai phânU25T 37 25TUHình 2.10 Phần tử tam giác của phương php phần tử hữu hạnU25T 39 25TUHình 2.11 Mô t dòng thấm bên trong thân đê, đậpU25T 41 25TUHình 2.12 Mô hình đất bão hòa và không bão hòaU25T 42 25TUHình 2.13 Đưng cong đặc trưng đất nưcU25T 43 25TUHình 2.14 Biểu din mối quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dínhU25T 44 25TUHình 2.15 Dạng phẩn tử tam giácU25T 46 25TUHình 2.16 Dạng phẩn tử chữ nhậtU25T 46 25TUHình 3.1 Bn đồ khu vực xây dựng công trìnhU25T 51 Hình 3.1a Mặt cắt dc địa chất đoạn đê Tân cương từ K4 – K10 53 25TUHình3.2 Kiểu cấu trúc nền I tại mặt cắt K8U25T 57 25TUHình 3.3 Kiểu cấu trúc nền II tại mặt cắt K6+800U25T 58 25TUHình 3.4 Gii php đắp sân phủ chống thấm ở ngoài đêU25T 59 25TUHình 3.5 Gii php đắp cơ phn áp ở trong đêU25T 60 25TUHình 3.6 Giếng đào gim ápU25T 61 25TUHình 3.7 Cấu tạo giếng đào gim ápU25T 61 25TUHình 3.8 Giếng khoan gim ápU25T 62 25TUHình 3.9 : Cấu tạo của giếng khoan gim ápU25T 63 25TUHình 3.10 : Giếng khoan gim áp và kết qu tính toán hạ thấp cột nưc khi có giếng U25T 64 25TUHình 3.11 Tầng lc ngược kết hợp vi vòng vây cc vánU25T 64 25TUHình 3.12 Khoan phụt tạo màn chống thấmU25T 65 25TUHình 3.13 Xây tưng chống thấmU25T 66 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 25TUHình 3.14 Sơ đồ chia phần tử thấm và điều kiện biên tại mặt cắt K4+550 (chưa xử lý) U25T 69 25TUHình 3.15 Đưng đẳng Gradien tại mặt cắt K4+550 (chưa xử lý)U25T 70 25TUHình 3.16 Phân bố cột nưc tổng trong thân và nền tại mặt cắt K4+550 (chưa xử lý) U25T 70 25TUHình 3.17 Sơ đồ chia phần tử thấm và điều kiện biên tại mặt cắt K6+390 (chưa xử lý) U25T 70 25TUHình 3.18 Đưng đẳng Gradien tại mặt cắt K6+390 (chưa xử lý)U25T 71 25TUHình 3.19 Phân bố cột nưc tổng trong thân và nền tại mặt cắt K6+390 (chưa xử lý) U25T 71 25TUHình 3.20 Sơ đồ chia phần tử thấm và điều kiện biên tại mặt cắt K8+500 (chưa xử lý) U25T 71 25TUHình 3.21 Đưng đẳng Gradien tại mặt cắt K8+500 (chưa xử lý)U25T 72 25TUHình 3.22 Phân bố cột nưc tổng trong thân và nền tại mặt cắt K8+500 (chưa xử lý) U25T 72 Hình 3.22a Sơ đồ bố trí khoan phụt 1 hàng 76 Hình 3.22b Sơ đồ bố trí khoan phụt 2 hàng so le 76 25TUHình 3.23 Sơ đồ chia phần tử thấm và điều kiện biên tại mặt cắt K4+550 (đã xử lý) U25T 87 25TUHình 3.24 Đưng đẳng Gradien tại mặt cắt K4+550 (đã xử lý)U25T 87 25TUHình 3.25. Đưng đẳng cột nưc thấm và lưu lượng thấm tại mặt cắt K4+550 (đã xử lý) U25T 87 25TUHình 3.26 Sơ đồ chia phần tử thấm và điều kiện biên tại mặt cắt K6+390 (đã xử lý) U25T 88 25TUHình 3.27 Đưng đẳng Gradien tại mặt cắt K6+390 (đã xử lý)U25T 88 25TUHình 3.28 Đưng đẳng cột nưc thấm và lưu lượng thấm tại mặt cắt K6+390 (đã xử lý) U25T 88 Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ [...]... + Tổng hợp phân tích lý thuyết + Ứng dụng tin học và công nghệ mới vào thực tế 4 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu dòng thấm trong thân và nền đê sông Áp dụng xử lý tuyến đê Tả Hồng K4 – K10 xã Tân Cương - Vĩnh Tường – Vĩnh Phúc Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 12 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ DÒNG THẤM ĐỐI VỚI THÂN VÀ NỀN ĐÊ 1.1 Tổng quan hệ thống đê điều và sự cố đê. .. lưu (Hình 1.9) Hình 1.9 Xói lở chân đê 1.3 Hiện tượng mạch đùn, mạch sủi nền đê vào mùa lũ Mạch thấm rỉ xuất hiện rải rác ở thân đê hay nền đê, nước thấm ra với tốc độ và lưu lượng nhỏ và hầu như không mang theo các hạt khoáng Sự xuất hiện của mạch thấm rỉ ít gây nguy hiểm cho nền đê nhưng có ảnh hưởng đáng kể đến sự ổn định của nền đê như gây sạt lở mái đê, cơ đê, là tiền đề cho mạch phun, mạch sủi... về biến dạng thấm 1.4 Hiện tượng thấm qua nền đê và mang cống dưới đê Cống dưới đê là một hạng mục quan trọng đặc biệt trên các tuyến đê, nhiều sự cố gây vỡ đê do cống bị thấm Tuy nhiên do đặc điểm của kết cấu công trình và tính chất của dòng thấm qua cống dưới đê khác với thấm qua nền đê Vì vậy, công nghệ chống thấm, xử lý đùn sủi qua cống dưới đê khác với công nghệ xử lý thấm qua nền đê Đoàn Minh... mái khi có dòng thấm đi qua, hoặc mưa lớn ngấm sâu vào trong thân đê Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 15 Hình 1.3 Sự nứt gẫy nền đê và mặt cắt ngang thân đê 1.2.4 Sự cố thấm ở chân mái hạ lưu Dòng thấm khi chảy ra ở mái hạ lưu có khả năng mang theo đất từ thân đê ra ngoài Hiện tượng thấm qua thân đê sẽ dẫn đến sự sụt mái vùng cửa ra và trượt mái hạ lưu đê ( Hình 1.4) Hình 1.4 Sự cố thấm ở chân mái... tầng sát chân đê, phá vỡ kết cấu nền đê Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 14 Hình 1.2a Sự đâm xuyên thủy lực qua tầng đất cứng Hình 1.2b - Công trình đê ở Pháp xảy ra sự cố này 1.2.3 Sự nứt gẫy nền đê và mặt cắt ngang thân đê Sự nứt gẫy thân đê ( Hình 1.3) thường xảy ra ở ranh giới vùng đất nền rắn chắc và vùng đất nền yếu Ở đó có sự lún không đều gây nên hiện tượng nứt dọc đê và nền Nứt thân đê sẽ gây... thấm ở nền đê không chỉ phụ thuộc vào mực nước lũ mà còn có quan hệ chặt chẽ với đặc điểm cấu trúc nền đê Trong đó,sự có mặt của các lớp trầm tích hạt rời, chiều sâu, chiều dày và phạm vi phân bố của tầng chứa nước và tầng phủ phía trên là những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển biến dạng thấm ở nền đê Vì vậy, đánh giá mức độ xung yếu của một đoạn đê phải gắn với việc phân loại nền đê theo... tượng này thường dẫn đến lún sập đê và gãy cống Hình 1.8a Xói ngầm trôi đất vùng tiếp giáp Hình 1.8b Thấm từ thân qua đê vào cống Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 18 Hình 1.8c Nước dò từ thân cống qua đê và nền 1.2.9 Xói lở chân đê Hiện tượng xói lở chân đê thường xảy ra đối với đê nằm quá gần lòng dẫn Ở đó dòng chủ lưu của sông áp sát bờ gây tác dụng vào chân đê làm xói lở và nhiều trường hợp làm sập mái... trong thân đê Những khuyết thật trong thân đê thường là kết quả của phương pháp đắp đê Đó là sự đắp theo tầng, khuyết tật trong thân đê còn là kết quả sự hoạt động của sinh vật, động vật sinh sống trong thân đê Trong quá trình khai thác, làm việc của đê cũng có thể hình thành những khuyết tật, đó là kết quả của Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 16 hiện tượng xói ngầm cơ học Dòng thấm trong thân đê sẽ... tuyến đê sông Hồng là rất cần thiết 1.4 Giải pháp công trình Công trình đê điều : Để khắc phục các khâu yếu của hệ thống đê cần phải kiểm tra và đánh giá: mặt cắt đê tiêu chuẩn đối với từng cấp đê để có kế hoạch củng cố đê đảm bảo an toàn chống lũ theo tiêu chuẩn thiết kế của từng cấp đê Đoàn Minh Nghĩa LUẬN VĂN THẠC SỸ 11 Công trình tràn sự số trên các tuyến đê các cấp để chủ động hạn chế khả năng vỡ đê, ... theo hướng nối liền khuyết tật với nhau dẫn đến vỡ đê Hình 1.5 Khuyết tật trong thân đê 1.2.6 Sự cố đê trên nền đất yếu Trên nền đất yếu, đê thường bị trượt mái thượng lưu và cả hạ lưu trong thời gian thi công khi trọng lượng bản thân của đê chịu tải trọng quá sức của đất nền thì đê trượt cả hai mặt trong thời gian lũ đê sẽ bị trượt mái hạ lưu khi dòng thấm dâng cao đến giới hạn nguy hiểm, ngược lại mái . cam đoan luận văn thạc sĩ Nghiên cứu, đánh giá khả năng mất ổn định thấm của thân và nền đê ’ là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công. PTNT TRƯNG ĐI HC THY LI ĐON MINH NGHĨA NGHIÊN CỨU, ĐNH GI KHẢ NĂNG MẤT ỔN ĐỊNH THẤM CA THÂN VÀ NỀN ĐÊ LUN VĂN THC SĨ Ngưi hưng dn khoa hc: PGS.TS php nghiên cứu.25T 11 25T4. Phạm vi nghiên cứu25T 11 25TChương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ DÒNG THẤM ĐỐI VỚI THÂN VÀ NỀN ĐÊ 25T 12 25T1.1 Tổng quan hệ thống đê