Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi mực nước thượng lưu đến ổn định của đập đất khu vực Bắc Miền Trung

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi mực nước thượng lưu đến ổn định đập đất khu vực Bắc Miền Trung” hoàn thành với nỗ lực thân, giúp đỡ nhiệt tình Thầy, Cô môn Thủy công, khoa sau Đại học – Trưởng Đại Học Thủy Lợi bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo – TS Lê Xuân Khâm trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo mơn Thủy cơng, khoa Sau đại học, khoa Cơng trình, thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập chương trình cao học trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người trước bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình mặt đường học hỏi nghiên cứu khoa học Do trình độ có hạn thời gian nghiên cứu ngắn nên luận văn tránh khỏi tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả nghiên cứu sâu để góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà nội, tháng 05 năm 2014 Tác giả luận văn Lê Văn Đạt BẢN CAM ĐOAN Tên Lê Văn Đạt, học viên lớp cao học CH19C11, chun ngành xây dựng cơng trình thủy, khóa 2011-2015 Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu biến đổi mực nước thượng lưu đến ổn định đập đất khu vực Bắc Miền Trung” cơng trình nghiên cứu riêng Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Tác giả luận văn LÊ VĂN ĐẠT MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I.TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT Ở KHU VỰC BẮC MIỀN TRUNG 1.1 Tổng quan đập đất ổn định đập đất 1.1.1.Tình hình xây dựng đập thể giới 1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất Việt Nam 1.1.3 Tổng quan ổn định đập đất Việt Nam 1.2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến ổn định đập đất nước .9 1.2.1 Tình hình nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến ổn định đập đất giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến ổn định đập đất ởViệt Nam .11 1.3 Hiện trạng đập đất khu vực Bắc Miền Trung 12 1.4 Kết luận chương 15 CHƯƠNG II.NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA MỰC NƯỚC HỒ ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP .16 2.1 Phân tích, lựa chọn loại đập để nghiên cứu 16 2.1.1 Các loại đập sử dụng phổ biến 16 2.1.1.1 Đập bê tông trọng lực: 16 2.1.1.2 Đập đá: 17 2.1.1.3 Đập đất: .17 2.1.2 Sơ lược tình hình xây dựng đập đất khu vực Bắc Miền Trung 19 2.1.3 Lựa chọn loại mặt cắt đập để nghiên cứu 24 2.2 Cơ chế hình thức ổn định đập 27 2.2.1 Mất ổn định thấm 27 2.2.1.1 Thấm mạnh gây sủi nước vai đập 27 2.2.1.2 Thấm mạnh gây sủi nước mang cơng trình .27 2.2.1.3 Thấm mạnh sủi nước phạm vi thân đập 27 2.2.2 Trượt mái hạ lưu .28 2.2.3 Trượt mái thượng lưu mực nước rút nhanh 29 2.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến ổn định đập đất 29 2.3.1 Ảnh hưởng nước mưa nhiệt độ 29 2.3.2 Biến dạng thân đập 30 2.3.3 Ảnh hưởng mực nước thượng hạ lưu mái đập 30 2.3.3.1 Khi hồ chứa nước với mực nước thượng lưu khác 30 2.3.3.2 Khi mực nước hồ rút nhanh 31 2.4 Xây dựng quan hệ chiều cao đập, mực nước thượng lưu đến ổn định đập 31 2.4.1 Mục đích tính toán 31 2.4.2 Lựa chọn thông số trường hợp tính tốn 31 2.4.3 Phần mềm tính tốn .33 2.4.4 Phương pháp tính tốn 33 2.4.5 Kết tính tốn .34 2.4.6 Nhận xét kết đạt 40 2.5 Các giải pháp xử lý đập đất bị ổn định 40 2.5.1 Công nghệ chống thấm màng địa kỹ thuật 41 2.5.2 Công nghệ cao áp (Jet – grouting) 42 2.5.3 Công nghệ chống thấm tường hào bentonite 44 2.5.4 Nâng chiều cao đập trạng 44 2.6 Kết luận chương 2: .45 CHƯƠNG III TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC HAO HAO – THANH HÓA .47 3.1 Giới thiệu cơng trình .47 3.2 Hiện trạng điều kiện biên để tính tốn 48 3.2.1 Đánh giá sơ trạng cơng trình đầu mối .48 3.2.1.1 Đập đất 48 3.2.1.2 Tràn xã lũ .49 3.2.1.3 Tuy nen eo Văn Liễn 49 3.2.2 Điều kiện biên tính tốn 49 3.3 Tính tốn, đánh giá khả ổn định đập đất hồ chứa Hao Hao 50 3.3.1 Tính tốn ổn định với mực nước lũ thiết kế 51 3.3.2 Tính tốn với mực nước +27,40 m 53 3.4 Các giải pháp tăng ổn định đập đất .55 3.4.1 Lựa chọn giải pháp tăng ổn định cho đập đất hồ chứa Hao Hao 55 3.4.2 Tính toán ổn định cho đập đất hồ chứa Hao Hao với giải pháp lựa chọn .57 3.5 Kết luận chương 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đập Nurek Tajikistan cao 310m, đập đất cao giới Hình 1.2.Vỡ đập Đồng Đáng, Trường Lâm - Tĩnh Gia - Thanh Hóa 12 Hình 2.1: Tồn cảnh đập trọng lực Tân Giang, nhìn từ hạ lưu .16 Hình 2.2: Đập đá đổ Thác Bà nhìn từ hạ lưu 17 Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ chiều cao đập (Hđ), chiều dày tầng thấm (T) khả tích thêm nước hồ chứa (∆H) đập đồng chất.[8] 24 Hình 2.4: Mặt cắt đập điển hình trường hợp đập đồng chất có thiết bị nước thân đập ống khói kết hợp với lăng trụ thoát nước 26 Hình 2.5: Trượt mái thượng lưu hồ Tây Di Linh (Lâm Đồng) 29 Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ chiều cao đập (Hđ), chiều dày tầng thấm (T) khả tích thêm nước hồ chứa ( ∆H ) .40 Hình 2.7: Sơ đồ cơng nghệ Jet - grouting .43 Hình 3.1:Cắt ngang đập Hao Hao 50 Hình 3.2: Mơ mặt cắt ngang đập đất hồ chứa Hao Hao mơ hình tính tốn phần mềm geoslope 51 Hình 3.3: Kết tính thấm ứng với MNLTK = +26,90 m 52 Hình 3.4: Giá trị gradien đáy chân khay phía thượng lưu hạ lưu đập với MNLTK = +26,90 m 52 Hình 3.5: Kết tính ổn định ứng với MNLTK = +26,90 m .53 Hình 3.6: Kết tính thấm ứng với MNLTK = +27,40 m 54 Hình 3.7: Giá trị gradien đáy chân khay phía thượng lưu hạ lưu đập với MNLTK = +26,90 m 54 Hình 3.8: Kết tính ổn định ứng với mực nước +27,40 m 55 Hình 3.9: Mặt cắt ngang đập sau tiến hành cao áp Jet – grouting nâng cao cao trình đỉnh đập 57 Hình 3.10: Kết tính thấm sau xử lý ổn định ứng với MNLTK = +27,40 m 58 Hình 3.11: Giá trị gradien đáy chân khay phía thượng lưu hạ lưu đập sau xử lý ổn định với MNLTK = +27,40 m .58 Hình 3.12: Kết tính ổn định đập sau xử lý ổn định .59 ứng với mực nước +27,40 m 59 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số lượng đập vật liệu địa phương nước giới [5] Bảng 1.2: Xếp theo thứ tự thời gian đập đất Việt Nam .6 Bảng 2.1: Một số cơng trình chứa nước, đập đất khu vực Bắc Miền Trung 20 Bảng 2.2: Tổng hợp tiêu lý hình thức số đập Bắc Miền Trung 22 Bảng 2.3: Các trường hợp tính tốn 32 Bảng 2.4: Các tiêu sử dụng tính tốn 33 Bảng 2.5: Kết tính tốn trường hợp H đ = 20m, 25m, 30m 35 (J 3, J – gradient đáy chân khay, xem hình 2.4) 35 Bảng 3.1: Các thông số hồ chứa Hao Hao [6] 48 Bảng 3.2: Các thông số vật liệu .50 Bảng 3.3: Kết tính tốn ổn định hồ chứa Hao Hao với MNLTK 51 (J1, J2, J3, J4 - giá trị gradient đáy chân khay phía thượng lưu hạ lưu đập) .51 Bảng 3.4: Kết tính tốn ổn định hồ chứa Hao Hao với mực nước +27,40 53 (J , J , J , J - giá trị gradient đáy chân khay phía thượng lưu hạ lưu đập)53 Bảng 3.5: Các thông số vật liệu .57 Bảng 3.6: Kết tính tốn ổn định sau xử lý ổn định đập với mực nước +27,40 m (J1, J2, J3, J4 - giá trị gradient đáy chân khay phía thượng lưu hạ lưu đập) 58 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đập đất loại đập làm vật liệu địa phương xây dựng phổ biến nước ta giới, miền trung khu vực có nhiều đập đất nước ta.Đây loại đập tận dụng vật liệu chỗ, cấu tạo đơn giản, công nghệ thi công không phức tạp, loại xây dựng đập đất, giá thành thường rẻ Miền trung vùng chịu ảnh hưởng nhiều biến đổi khí hậu: bão tố, lũ lụt, hạn hán, nhiễm mặn, xói lở…Thiên tai miền trung ngày xuất dồn dập hơn, đặc biệt lũ lụt (1999, 2002, 2003, 2005, 2006, 2008, 2009) hạn hán (1991, 1992, 1994, 1996, 1998, 2002, 2003, 2005, 2007, 2010…) có tỉnh thuộc Bắc Miền Trung Cũng lý biến đổi khí hậu dẫn đến tượng bất thường, điều có nghĩa mưa lũ khơng cịn tn theo qui luật tự nhiên mà diễn biến phức tạp: mưa lớn, thời gian mưa lâu…Khi thiết kế hồ chứa tuân thủ tần suất thiết kế, song năm gần có nhiều trận lũ vượt tần suất thiết kế gây nhiều thiệt hại người vật chất Cũng biến đổi khí hậu mà nguồn nước đến hồ chứa bị thay đổi, có nghĩa mực nước thượng lưu đập đất bị thay đổi Vấn đề đặt mực nước hồ thấp, đập làm việc an tồn theo thiết kế; lý bất thường nên mực nước hồ dâng lên đột ngột vượt thiết kế, ảnh hưởng trực tiếp đến làm việc an toàn đập Vì đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi mực nước thượng lưu đến ổn định đập đất khu vực bắc miền Trung”, mang nhiều ý nghĩa ứng dụng thực tiễn cấp thiết Mục đích đề tài - Nghiên cứu xây dựng quan hệ chiều cao đập, mực nước thượng lưu đến ổn định đập đất khu vực bắc miền Trung - Áp dụng đường quan hệ, tính tốn kiểm tra cho cơng trình thực tế Bắc miền Trung Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu a Cách tiếp cận - Kế thừa tài liệu: Thu thập tài liệu liên quan đến thiết kế đập đất, vật liệu đắp đập, mặt cắt điển hình; - Thống kê tài liệu: Thống kê cố cơng trình liên quan đến đập hồ chứa khu vực Bắc miền Trung; Các tài liệu lý thuyết tính tốn ổn định mái, ổn định thấm đập đất - Tiếp cận theo hướng ứng dụng mô hình tốn đại: Sử dụng phần mềm tính tốn để mơ tính tốn lý thuyết cho trường hợp khác nhau; Sử dụng kết lý thuyết phần mềm để tính tốn cho cơng trình cụ thể; b Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp, thu thập số liệu, đề xuất mặt cắt điển hình: Thu thập tài liệu có liên quan đến đập đất khu vực Bắc Miền Trung, từ số liệu thu thập, nghiên cứu, đề suất mặt cắt điển hình; - Nghiên cứu lý thuyết ổn định trượt mái, ổn định thấm cho đập đất - Đề xuất xây dựng quan hệ chiều cao đập, mực nước thượng lưu đến làm việc ổn định đập thông qua phần mềm chuyên dụng Geo-Slope - Tổng hợp đánh giá kết nghiên cứu ứng dụng cho cơng trình thực tế CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT Ở KHU VỰC BẮC MIỀN TRUNG 1.1 Tổng quan đập đất ổn định đập đất Đập đất cơng trình dâng nước tạo hồ chứa phổ biến giới Việt Nam.Những lợi ích mà đập hồ chứa mang lại lớn, có tác dụng giúp giảm nhẹ lũ sông, cung cấp nước cho vùng hạ du cho khu vực lân cận, cấp nước tưới ổn định cho sản xuất nông nghiệp, tạo nguồn nước sinh hoạt cho khu dân cư Ngoài đập đất cịn tạo hồ chứa với dung tích lớn, tùy vào điều kiện địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế nhu cầu khu vực để tiến tới xây dựng nhà máy thủy điện, phát huy sức mạnh nước, tạo điện năng, phục vụ nhu cầu thiết yếu nhân dân đất nước 1.1.1.Tình hình xây dựng đập thể giới Hồ chứa nước giới xây dựng phát triển đa dạng, phong phú Đến giới xây dựng 1.400 hồ có dung tích 100 triệu mét khối nước hồ với tổng dung tích hồ 4.200 tỷ mét khối Theo tiêu chí phân loại Ủy ban quốc tế đập lớn, hồ có dung tích từ triệu mét khối nước trở lên có chiều cao 15 mét, thuộc loại hồ đập lớn Hiện giới có 45.000 hồ Trong châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đơng Âu có 1203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dương 577 hồ Đứng đầu danh sách nước có nhiều hồ Trung Quốc (22.000 hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ) Liên Bang Nga có 150 hồ với tổng dung tích 200 tỷ mét khối nước, Các hồ lớn giới hồ Boulder sông Colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ mét khối nước, hồ Grand Coulle sơng Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ mét khối nước, hồ Bownrrat sơng Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ mét khối nước Phụ lục 8.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 9: Kết tính tốn ổn định với trường hợp đập cao 25m, chiều sâu tầng thấm T = 7,50m, cột nước thượng lưu H = 22,50 m Phụ lục 9.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.735; J = 0.385) Phụ lục 9.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 10: Kết tính toán ổn định với trường hợp đập cao 25m, chiều sâu tầng thấm T = 10,0m, cột nước thượng lưu H = 22,50 m Phụ lục 10.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.744; J = 0.379) Phụ lục 10.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 11: Kết tính tốn ổn định với trường hợp đập cao 30m, chiều sâu tầng thấm T = 0,0 m, cột nước thượng lưu H = 27,50 m Phụ lục 11.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.582; J = 0.698) Phụ lục 11.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 12: Kết tính tốn ổn định với trường hợp đập cao 30m, chiều sâu tầng thấm T = 2,50 m, cột nước thượng lưu H = 27,50 m Phụ lục 12.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.712; J = 0.659) Phụ lục 12.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 13: Kết tính tốn ổn định với trường hợp đập cao 30m, chiều sâu tầng thấm T = 5,0 m, cột nước thượng lưu H = 27,50 m Phụ lục 13.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.736; J = 0.540) Phụ lục 13.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 14: Kết tính tốn ổn định với trường hợp đập cao 30m, chiều sâu tầng thấm T = 7,50 m, cột nước thượng lưu H = 27,50 m Phụ lục 14.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.739; J = 0.411) Phụ lục 14.2: Kết tính tốn ổn định Phụ lục 15: Kết tính tốn ổn định với trường hợp đập cao 30m, chiều sâu tầng thấm T = 10,0 m, cột nước thượng lưu H = 27,50 m Phụ lục 15.1: Kết tính tốn ổn định thấm ( J = 0.746; J = 0.374) Phụ lục 15.2: Kết tính toán ổn định ... Thanh Hóa Thanh Hóa Thừa Thiên Huế Bắc Giang Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất Đất 33,40 22,60 41,00 18,00 9,50 26,00... mực nước hồ dâng lên đột ngột vượt thiết kế, ảnh hưởng trực tiếp đến làm việc an tồn đập Vì đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi mực nước thượng lưu đến ổn định đập đất khu vực bắc miền Trung? ??,... đập đắp thấp cao trình thiết kế gây thay đổi đến mực nước thượng lưu đập đất, làm ảnh hưởng đến tính an tồn đập Do đó, ảnh hưởng mực nước thượng lưu đến tính ổn định đập lớn, vấn đề nghiên cứu