Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở quanh viền hồ khu vực khai thác vật liệu

LỜI CẢM ƠN Qua trình nỗ lực phấn đấu học tập nghiên cứu thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo Trường Đại học Thủy lợi bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở quanh viền hồ khu vực khai thác vật liệu đắp đập dự án Đăk Lông Thượng đề xuất giải pháp khắc phục” tác giả hoàn thành Để có thành này, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Cơng Thắng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo Phịng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Trường Đại học Thủy lợi giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Thủy lợi II, Ban Quản lý Đầu tư Xây dựng Thủy lợi nơi tác giả cơng tác, gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hồ Chí Minh, tháng năm 2015 Trần Văn Tiến CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015 BẢN CAM KẾT Tên học viên: Trần Văn Tiến Tôi xin cam đoan đề tài luận văn hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Những số liệu kết nghiên cứu có sử dụng luận văn trích dẫn theo quy định Học viên Trần Văn Tiến MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: Mục đích nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu: Kết dự kiến đạt được: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẠT LỞ ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu sạt lở đất giới Việt Nam .4 1.1.1 Tình hình nghiên cứu sạt lở đất giới[2] .4 1.1.2 Tình hình nghiên cứu sạt lở đất Việt Nam [2] 1.1.3 Vai trò nhiệm vụ hồ chứa Đăk Lông Thượng 1.1.4 Số liệu Thủy văn [4] .14 1.1.5 Số liệu địa hình, địa chất [4] .16 1.2 Sự hình thành phát triển vị trí sạt lở, lún sụt đất khu vực lịng hồ lân cận cơng trình đầu mối Đăk Lông Thượng 20 1.2.1 Vị trí sạt lở, lún sụt đất khu vực lịng hồ lân cận cơng trình đầu mối Đăk Lơng Thượng [5] 20 1.2.2 Sự hình thành phát triển tượng sạt trượt [6] [7] 23 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ 32 2.1 Xác định nguyên nhân cố 32 2.2 Cơ sở khoa học 32 2.3 Phân tích thấm 33 2.3.1 Bài toán thấm 33 2.3.2 Cấu trúc thành phần đất khơng bão hịa [9] 34 2.3.3 Ảnh hưởng pha khí [9] 35 2.3.4 Đường cong đặc trưng Nước - Đất [9] 37 2.3.5 Dòng thấm nước [9] .38 2.3.6 Thế truyền động pha nước [9] .39 2.3.7 Định luật Darcy cho đất khơng bão hồ .43 2.3.8 Hàm thấm .45 2.3.9 Phương trình vi phân tốn thấm 45 2.4 Các phương pháp giải toán thấm .46 2.4.1 Phương pháp sai phân hữu hạn(PPSPHH) 46 2.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) 46 2.5 Lựa chọn phương pháp giải toán thấm phần mềm tính tốn 46 2.5.1 Lựa chọn phương pháp giải 46 2.5.2 Giải toán thấm phương pháp phần tử hữu hạn 47 2.6 Phân tích ổn định[15][16][17][18][19] 49 2.6.1 Bài toán ổn định trượt mái dốc 49 2.6.2 Các phương pháp giải toán ổn định trượt mái dốc 52 2.7 Lựa chọn phương pháp giải phần mềm tính tốn 63 CHƯƠNG PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG, ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP CƠNG TRÌNH XỬ LÝ 64 3.1 Phân tích trạng nguyên nhân cố .64 3.1.1 Khí tượng, thủy văn 64 3.1.2 Cấu trúc địa chất vị trị sạt trượt .66 3.1.3 Sự biến đổi yếu tố tự nhiên tác động .74 3.2 Tính tốn trạng 75 3.2.1 Sơ đồ tính toán 76 3.2.2 Kết tính tốn thấm 77 3.2.3 Kết tính tốn ổn định .81 3.3 Các biện pháp xử lý 88 3.3.1 Những biện pháp theo công nghệ truyền thống 89 3.3.1 Những biện pháp theo công nghệ 92 3.4 Phân tích ưu nhược điểm để lựa chọn biện pháp phù hợp .96 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 4.1 Kết đạt đề tài .98 4.2 Những tồn đề tài 98 4.3 Kiến nghị hướng nghiên cứu 99 PHỤ LỤC CÁC BẢNG BIỂU PHỤ LỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH VẼ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quang cảnh vụ sạt lở đất thành phố Hiroshima – Nhật Bản ngày 20/8/2014 Hình 1.2 Cảnh sạt lở đất khu vực Oso hạt Snohomich Bang Washington-Mỹ .5 Hình 1.3 Sạt lở Đường giao thơng từ Sa Pa Bản Khoang –Lào Cai ngày 5/9/2013 .7 Hình 1.4 Sạt lở Đường giao thôngKm16 + 600 QL 18C ngày 18/8/2012 khu vực xã Đồng Tâm (Bình Liêu) –Quảng Ninh Hình 1.5 Bản đồ địa tỉnh Lâm Đồng 13 Hình 1.6 Ảnh vệ tinh khu vực hồ chứa 13 Hình 1.7 Bình đồ cụm đầu mối 18 Hình 1.8 Mặt cắt ngang điển hình đường quản lý kết hợp giao thơng lịng hồ .21 Hình 1.9 Bình đồ bốn vị trí xuất sạt trượt 22 Hình 1.10 Bề mặt vị trí số đường ven hồ bờ phải ngày 19/9/2013 24 Hình 1.11 Sườn núi tụ thủy bên vị trí số đường ven hồ bờ phải ngày 19/9/2013 25 Hình 1.12 Mặt vị trí số đường ven hồ bờ trái ngày 19/9/2013 .26 Hình 1.13 Chiều cao khe trượt chênh lệch theo phương thẳng đứng vị trí số đường ven hồ bờ trái ngày 19/9/2013 26 Hình 1.14 Vết nứt vị trí số từ đồi xuống đường ven hồ bờ trái ngày 19/9/2013 27 Hình 1.15 Vết nứt vị trí số từ đường cắt xuống bờ hồ ngày 19/9/2013 .27 Hình 1.16 Vết nứt vị trí số đường ngày 19/9/2013 28 Hình 1.17 Khe nứt vườn cà phê qua nhà dân vị trí số ngày 19/9/2013 .29 Hình 1.18 Khe nứt đỉnh vườn cà phê qua nhà dân vị trí số ngày 19/9/2013 29 Hình 1.19 Khe nứt từ vườn cà phê qua nhà dân xuống đường đoạn cuối vị trí số ngày 19/9/2013 .30 Hình 1.20 Khe nứt đoạn cuối vị trí số ngày 19/9/2013 30 Hình 1.21 Sạt trượt vị trí khác 31 Hình 2.1 Vận động nước đất 34 Hình 2.2 Sơ đồ pha đất 35 Hình 2.3 Dạng thấm phân tố đất 35 Hình 2.4 Dịng thấm phân tố đất khơng bão hịa bão hịa 36 Hình 2.5 Ống mao dẫn 37 Hình 2.6 Đường cong đặt trưng nước –đất 38 Hình 2.7 Gradien áp lực hút dính qua phân tố đất 38 Hình 2.8 Năng lượng điểm A theo phương y 40 Hình 2.9 Cột nước đất bão hịa khơng bão hịa 42 Hình 2.10 Quan hệ hệ số thấm độ hút dính 45 Hình 2.11 Phần tử tam giác phần tử tứ giác 47 Hình 2.12 Các đạng di chuyển khối đất đá .49 Hình 2.13 Các lực tác dụng mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt trụ trịn 55 Hình 2.14 Các lực tác dụng mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt 55 Hình 2.15 Các lực tác dụng mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt 56 Hình 2.16 Hàm F(x) xác định hướng lực tương tác 62 Hình 3.1 Mặt cắt ngang vị trí sạt trượt số 66 Hình 3.2 Miền tính tốn lưới phần tử tính tốn 76 Hình 3.3 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 23-3-2013 77 Hình 3.4 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 2-4-2013 .77 Hình 3.5 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 24-4-2013 78 Hình 3.6 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 10-5-2013 78 Hình 3.7 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 27-5-2013 78 Hình 3.8 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 6-6-2013 .79 Hình 3.9 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 23-6-2013 79 Hình 3.10 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 16-7-2013 79 Hình 3.11 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 2-8-2013 80 Hình 3.12 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 18-8-2013 80 Hình 3.13 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 5-9-2013 80 Hình 3.14 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 20-9-2013 81 Hình 3.15 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thời điểm ngày 27-9-2013 81 Hình 3.16 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 23-3-2013 82 Hình 3.17 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 2-4-2013 82 Hình 3.18 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 24-4-2013 83 Hình 3.19 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 10-5-2013 83 Hình 3.20 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 27-5-2013 84 Hình 3.21 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 6-6-2013 84 Hình 3.22 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 23-6-2013 85 Hình 3.23 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 16-7-2013 85 Hình 3.24 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 2-8-2013 86 Hình 3.25 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 18-8-2013 86 Hình 3.26 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 5-9-2013 87 Hình 3.27 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 20-9-2013 87 Hình 3.28 Cung nguy hiểm thời điểm ngày 27-9-2013 88 Hình 3.29 Biến đổi hệ số ổn định FS theo thời gian 88 Hình 3.30 Hình ảnh bạt mái đốc phủ thảm thực vật đường Hồ Chí Minh 89 Hình 3.31 Hình ảnh làm rãnh đọc ngang kết hợp phủ thảm thực vật 90 Hình 3.32 Hình ảnh tường chắn đất rọ đá 90 Hình 3.33 Hình ảnh tường chắn đất bê tông 91 Hình 3.34 Hình ảnh xây đá mái dốc 91 Hình 3.35 Hình ảnh thi cơng đê phản áp 92 Hình 3.36 Hình ảnh mái đất trồng cỏ Vetiver với cơng nghệ Erosion Mat 93 Hình 3.37 Hình ảnh tường chắn đất có cốt vải địa kỹ thuật 94 Hình 3.38 Hình ảnh lát mái dốc Gia Nghĩa- Đăk Nông 94 Hình 3.39 Hình ảnh hệ thống nước ngầm .95 Hình 3.40 Biến đổi hệ số ổn định FS theo thời gian 97 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng tổng hợp thơng số 11 Bảng 3.1 Bảng lượng mưa giai đoạn từ tháng 1-12/2013 [8]: 65 Bảng 3.2 Giá trị thí nghiệm trung bình lớp đất vị trí sạt trượt số 67 Bảng 3.3 Giá trị thí nghiệm trung bình lớp đất vị trí sạt trượt số 68 Bảng 3.4 Giá trị thí nghiệm trung bình lớp đất vị trí sạt trượt số 72 Bảng 3.5 Giá trị thí nghiệm trung bình lớp đất vị trí sạt trượt số 73 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - CTTL: Cơng trình Thủy lợi - HCN: Hồ chứa nước - MNLKT: Mực nước lũ kiểm tra - MNLTK: Mực nước lũ thiết kế - MNDBT: Mực nước dâng bình thường - MNH: Mực nước hồ - TBNN: Trung bình nhiều năm - PPPTHH: Phương pháp phần tử hữu hạn - PPSPTHH: Phương pháp sai phần tử hữu hạn CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hồ chứa nước Đăk Lông Thượng Hồ chứa nước cấp II có dung tích 11,67 x106 m3được khởi cơng xây dựng năm 2007 hoàn thành đưa vào sử dụng vào đầu năm 2011nhằm phục vụ cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp (chủ yếu công nghiệp: Càphê, tiêu) cho 3.076 ha; cấp nước sinh hoạt cho người dân xã Lộc Đức, Lộc Ngãi – Huyện Bảo Lâm- Lâm Đồng kết hợp cắt giảm lũ hạ lưu, nuôi trồng thủy sản, cải tạo môi trường cảnh quan du lịch Hiện nay, Hồ Đăk Lông Thượng tích nước đạt theo yêu cầu thiết kế - mực nước dâng bình thường cao trình 904,14 m, tương ứng với dung tích 10,73 x106 m3 Trong trình vận hành, khai thác xuất hiện tượng sạt lở, lún sụt đất khu vực lòng hồ lận cận cơng trình.Dẫn đến đường quanh viền lòng hồ bị hư hại, ảnh hưởng đến việc sản xuất Nông nghiệp người dân quanh vùng hưởng lợi dự án.Bên cạnh tượng có khả phát triển rộng dẫn đến khối lượng đất đá lớn có nguy sạt trượt xuống thượng lưu đập, nguy an toàn Hồ chứa Hiện tượng trượt lở mái dốc xảy điều kiện cân khối đất đá bị phá hủy Nguyên nhân gây trượt độ bền đất đá bị giảm đi, trạng thái ứng suất sườn dốc bị thay đổi theo chiều hướng bất lợi, hai nguyên nhân Theo Lomtadze V.D [1], nguyên nhân gây trượt thường là: tăng cao độ dốc sườn dốc cắt xén, khai đào xói lở, thi công mái dốc; giảm độ bền đất đá biến đổi trạng thái vật lí thay đổi độ ẩm, trương nở, giảm độ chặt, phong hoá, phá huỷ kết cấu tự nhiên, tượng từ biến đất đá; tác động áp lực thuỷ tĩnh thuỷ động lên đất đá, gây nên biến dạng thấm; biến đổi trạng thái ứng suất đất đá đới hình thành sườn dốc thi ... chấn, v.v Mỗi nguyên nhân riêng biệt kể làm cân khối đất đá sườn dốc, thông thường tác động đồng thời số nguyên nhân Việc nghiên cứu tượng sạt lở quanh viền hồ khu vực khai thác vật liệu đắp đập... biến tượng sạt lở quanh viền hồ khu vực khai thác vật liệu đắp đập dự án Đăk Lông Thượng - Đề xuất biện pháp cơng trình để hạn chế ngăn chặn tượng sạt trượt mái dốc Phương pháp nghiên cứu: - Phương... Bên cạnh đó, nghiên cứu tìm ngun nhân dự báo cảnh báo sạt lở nhà khoa học, ngành quan tâm Kết nghiên cứu xác định nguyên nhân gây sạt lở, qua chọn biện pháp cơng trình để ngăn chặn sạt trượt mái