Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng dụng cho đập sông hinh

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài “ Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc đánh giá an tồn đập đất, ứng dụng cho đập sơng Hinh ” hồn thành ngồi cố gắng khơng ngừng thân , tơi cịn giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, cơ, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Tơi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho Luận văn thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học Thủy lợi truyền đạt cho tri thức khoa học vô quý giá Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Công trình Bộ mơn Thủy cơng tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Tuy có cố gắng định, thời gian có hạn trình độ cịn nhiều hạn chế, Luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong Thầy, Cơ giáo, Bạn bè đồng nghiệp góp ý để Tác giả tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 06 tháng 08 năm 2014 TÁC GIẢ Dương Văn Thủy LỜI CAM KẾT Tên là: Dương Văn Thủy Học viên lớp: 20C21 Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, nội dung, kết trình bày Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học nào./ Hà nội, ngày 06 tháng 08 năm 2014 TÁC GIẢ Dương Văn Thủy MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu .1 Phương pháp nghiên cứu Kết đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC ĐẬP ĐẤT 1.1.Tổng quan xây dựng đập đất .3 1.1.1 Tình hình xây dựng đập đất giới 1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất Việt Nam 1.1.3 Các vấn đề an toàn đập đất Việt Nam 1.2 Những kiến thức quan trắc 1.2.1 Các nội dung quan trắc 1.2.2 Phương pháp quan trắc 10 1.2.3 Xử lý số liệu quan trắc 10 1.3 Các yêu cầu lắp đặt thiết bị quan trắc đập đất .11 1.3.1 Các yêu cầu quan trắc thấm đập đất 12 1.3.2 Các yêu cầu quan trắc biến dạng chuyển vị 12 1.3.3 Các yêu quan trắc ứng suất đập đất 13 1.4 Tình hình lắp đặt sử dụng hệ thống quan trắc đập đất 13 1.4.1 Nhận thức vấn đề quan trắc đập đất 14 1.4.2 Về đội ngũ làm công tác quan trắc 14 1.4.3 Về chất lượng thiết bị đo 14 1.4.4 Về quản lý sử dụng thiết bị đo 15 1.4.5 Về xử lý, sử dụng số liệu đo 15 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 15 1.6 Kết luận chương 16 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG TÀI LIỆU QUAN TRẮC TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP ĐẤT 17 2.1 Các nội dung quan trắc đập đất 17 2.1.1.Quan trắc thấm 17 2.1.2 Quan trắc chuyển vị 17 2.1.3 Quan trắc ứng suất thân đập đập 17 2.2.Các tiêu chí đánh giá tình trạng làm việc đập đất từ số liệu quan trắc 18 2.2.1 Quan trắc lưu lượng thấm 18 2.2.2 Sử dụng số liệu quan trắc đường bão hòa áp lực thấm 19 2.2.3 Các tiêu chí đánh giá biến dạng chuyển vị 23 2.3 Các nội dung tính tốn đánh giá 25 2.3.1 Mở đầu 25 2.3.2 Tính tốn thấm có sử dụng số liệu quan trắc 25 2.3.3 Tính tốn ổn định với việc sử dụng với việc sử dụng số liệu quan trắc 29 2.4 Kết luận chương 37 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CHO ĐẬP CHÍNH CỦA HỒ THỦY ĐIỆN SƠNG HINH 38 3.1 Giới thiệu công trình thủy điện sơng Hinh 38 3.2 Hệ thống quan trắc đập sông Hinh 40 3.2.1 Hệ thống quan trắc chuyển vị 40 3.2.2 Hệ thống quan trắc thấm 40 3.3 Đánh giá thấm qua đập sông Hinh 42 3.3.1 Tài liệu sử dụng tính tốn 42 3.3.2 Kiểm tra mức độ thấm dị hướng 43 3.3.3 Kiểm tra gradien thấm thân đập 49 3.4 Đánh giá ổn định mái đập sông Hinh 50 3.4.1 Trường hợp tính tốn: 50 3.4.2 Phương pháp tính tốn 50 3.4.3 Kết tính tốn 50 3.4.4 Kết luận ổn định mái đập sơng Hinh 51 3.5 Về ứng suất, biến dạng vấn đề khác 51 3.6 Đánh giá tổng quan an toàn đập sông Hinh 52 3.7 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu hiệu thiết bị quan trắc 52 3.8 Kết luận chương 53 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 54 I – Kết đạt Luận văn 54 II – Một số điểm tồn 54 III – Hướng tiếp tục nghiên cứu 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Tồn cảnh đập Anderson Ranch Hình 1-2: Đập Trinity Lewiston, California xây dựng năm1957 Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m Hình 1-4: Đập hồ Đầm Hà Động cao 31,5m, dài 244m Công ty Tư vấn & CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế Hình 1-5: Vỡ đập thủy điện IaKrel thuộc địa phận xã Ia Dom, H.Đức Cơ, Gia Lai, (bị vỡ ngày 12/6/2013) Hình 1-6: Dòng chảy lớn chân đập Am Chúa –Diên Khánh,Khánh Hịa Hình 1-7: Mái đập Am Chúa bị sạt tượng thấm Hình 1-8: Hệ thống giám sát hình ảnh đập Kamasat ( Nhật) 10 Hình 1-9: Thiết bị đo lưu lượng hồ Vĩnh Sơn A 14 Hình 1-10: Thiết bị quan trắc đập Vĩnh Sơn B 14 Hình 1-11: Số liệu quan trắc đập Tân Giang ghi thủ cơng 15 Hình 2-1 Sơ đồ bố trí cụm thiết bị đo 18 Hình 2-2 Sơ đồ bố trí cụm thiết bị đo 18 Hình 2-3: Hình dạng hạt đất thấm 24 Hình 2-4: Phần tử chữ nhật 26 Hình 2-5: Phần tử tam giác 26 Hình 2-6: Tại vị trí quan trắc PĐ1 cao độ đường bão hòa thực đo thấp cao độ đường bão hịa tính tốn 28 Hình 2-7: Lực tác dụng lên phân tố đất trường hợp mặt trượt trịn 30 Hình 2-8: Lực tác dụng lên phân tố đất trường hợp mặt trượt tổ hợp 31 Hình 2-9: Lực tác dụng lên phân tố đất trường hợp mặt trượt gẫy khúc 31 Hình 3-1: Vị trí địa lý đập Sơng Hinh 38 Hình 3-2: Hình ảnh tràn thủy điện sơng Hinh 39 Hình 3-3: Hình ảnh đập tràn cố thủy điện sông Hinh 39 Hình 3-4: Hình ảnh đập thủy điện sông Hinh 40 Hình 3-5: Các thiết bị quan trắc đường bão hịa thân đập đập sơng Hinh 41 Hình 3-6: Các thiết bị đo lưu lượng thấm hồ sơng Hinh 41 Hình 3-8: Sơ đồ tính: mặt cắt lịng sơng – đập hồ thủy điện sơng Hinh 44 Hình 3-9: Sơ đồ chia lưới phần tử 45 Hình 3-10: Sơ đồ gán điều kiện biên 46 Hình 3-11: Hình ảnh tổ mối mái đập sông Hinh 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Các đập đất lớn giới Bảng 2-1: Trị số građient cho phép [Jk]cp khối đắp thân đập 20 Bảng 2-2: Trị số građient trung bình tới hạn [Jk]th phận chống thấm 20 Bảng 2-3: Hệ số an toàn ổn định nhỏ mái đập [Kcp] 21 Bảng 2-4: Các trường hợp tính tốn ổn định đập đất 22 Bảng 3-1: Số liệu quan trắc đường đo áp thân đập sơng Hinh mặt cắt lịng sơng ( hình 3-8).[4] 42 Bảng 3-2: Các tiêu lý đất đất đắp đập Sơng Hinh [3] 43 Bảng 3-3: Kết chiều cao đường bão hòa PĐ PĐ ứng với hệ số thấm dị hướng K=1của đập hồ sơng Hinh 47 Bảng 3-4: Kết chiều cao đường bão hòa PĐ PĐ ứng với hệ số thấm dị hướng K=2 đập hồ sông Hinh 48 Bảng 3-5: Kết chiều cao đường bão hòa PĐ PĐ ứng với hệ số thấm dị hướng K=3 đập hồ sơng Hinh 48 Bảng 3-6: Tổng hợp kết gradient thấm thân đập ứng với hệ số thấm dị hướng K=1 đập hồ sơng Hinh 49 Bảng 3-7: Các trường hợp tính tốn ổn định mái đập hồ sơng Hinh 50 Bảng 3-8: Kết tính tốn ổn định mái đập hồ sơng Hinh 50 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đập đất dạng đập phổ biến nước ta Đất vật liệu dùng để đắp đập Do tính thấm nước tính dễ biến dạng đất, nên vấn đề thấm biến dạng đập cần phải quan tâm thiết kế trình vận hành, khai thác đập Các thiết bị quan trắc bố trí đập để cung cấp số liệu nhằm đánh giá an toàn đập vận hành Tuy nhiên, nước ta thời gian qua nhiều lý khác mà việc bố trí thiết bị quan trắc nhiều đập chưa trọng Nhưng điều đáng lưu ý nhiều đập, đầu tư lắp đặt thiết bị quan trắc theo quy định chung, việc quan trắc thường xuyên, tiến hành lưu trữ số liệu quan trắc lại không quan tâm mức Nhiều thiết bị quan trắc không bảo dưỡng kịp thời dần tác dụng Như vậy, vấn đề lắp đặt, bảo dưỡng, khai thác hệ thống quan trắc đập đất nói chung cịn có bất cập Do đó, việc nghiên cứu hệ thống quan trắc đập đất ứng dụng chúng đánh giá an toàn đập cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Làm rõ vai trò tác dụng hệ thống quan trắc việc đánh giá an toàn đập đất - Chỉ rõ trạng hệ thống quan trắc đập đất nước ta - Nghiên cứu điển hình cơng trình cụ thể - Đưa khuyến cáo lắp đặt, quản lý sử dụng số liệu quan trắc đập đất Phương pháp nghiên cứu - Điều tra thu thập số liệu thực tế - Tổng hợp kết nghiên cứu có - Ứng dụng phần mềm tính tốn thấm, ổn định biến dạng phân tích đánh giá an tồn đập - Nghiên cứu điển hình cơng trình thực tế Kết đạt - Tổng quan xây dựng đập đất hệ thống thiết bị quan trắc đập đất - Sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập đất - Ứng dụng cho đập hồ thủy điện sơng Hinh - Đưa khuyến cáo quản lý khai thác hệ thống thiết bị quan trắc đập đất 78 Trường hợp 3:Kết vị trí đường bão hịa giá trị gradien thấm đập sơng Hinh ứng với hệ số thấm dị hướng K=3 MNTL = + 210,15 (m), MNHL = + 182,34 (m ); 79 MNTL = + 210,04 (m), MNHL = + 182,17 (m ); 80 MNTL = + 209,85 (m), MNHL = + 181,83 (m ); 81 MNTL = + 209,65 (m), MNHL = + 181,26 (m ); 82 MNTL = + 209,40 (m), MNHL = + 180,52 (m ); 83 MNTL = + 209,15 (m), MNHL = + 180,37 (m ); 84 MNTL = + 208,89 (m), MNHL = + 179,93 (m ); 85 MNTL = + 208,73 (m), MNHL = + 179,25 (m ); 86 MNTL = + 208,64 (m), MNHL = + 179,12 (m ); 87 MNTL = + 208,20 (m), MNHL = + 178,93 (m ) 88 PHỤ LỤC Kết tinh tốn ổn định mái hạ lưu đập sông Hinh 89 Trường hợp 1: MNDBT = +209 (m), MNHL = +180 (m); 90 Trường hợp 2: MNLTK = +211,85 (m), MNHL = +183,5 (m) 91 Trường hợp 3: MNLKT = +212,5 (m), MNHL = +185 (m) 92 ... a) Tài liệu thu thập từ quan trắc: Nguồn tài liệu thu thập quan trắc như: Số liệu quan trắc đo áp thân đập, số liệu quan trắc đo áp đập, số liệu quan trắc đo áp vai đập, số liệu quan trắc lưu... dưỡng sử dụng quy trình; số liệu quan trắc chưa xử lý sử dụng kịp thời cho công tác quản lý đập Luận văn hướng tới làm rõ việc sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập ứng dụng cho cơng... phương pháp quan trắc là: Quan trắc trực quan quan trắc tự động hóa 1.2.2.1 Quan trắc trực quan: Số liệu quan trắc ghi chép thủ công Cách làm thường nhiều thời gian, số liệu trực quan khơng đủ