Ứng dụng mô hình toán kiểm tra ổn định đập đất hồ chứa nước trong tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo NGUYỄN HẢI LONG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƢỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng, 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo NGUYỄN HẢI LONG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƢỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY Mã số: 85.80.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VĂN THẢO Đà Nẵng, 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Ứng dụng mơ hình tốn kiểm tra ổn định cho đập đất hồ chứa Nƣớc Trong, tỉnh Quảng Ngãi” Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi làm, kết nghiên cứu tính tốn trung thực Trong q trình làm luận văn tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy tính cấp thiết đề tài Tơi khơng chép từ nguồn khác, vi phạm xin chịu trách nhiệm trƣớc Khoa Nhà trƣờng Quảng Ngãi, ngày 06 tháng 06 năm 2019 Học viên Nguyễn Hải Long ii LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ: “Ứng dụng mơ hình tốn kiểm tra ổn định đập đất Hồ chứa Nƣớc Trong, tỉnh Quảng Ngãi” đƣợc tác giả hoàn thành thời hạn quy định đảm bảo đầy đủ yêu cầu đề cƣơng đƣợc phê duyệt Trong trình thực hiện, nhờ giúp đỡ tận tình q thầy, giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi-Thủy điện, Trƣờng Đại Học Bách Khoa-Đại học Đà Nẵng, công ty tƣ vấn đồng nghiệp, tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo – TS Lê Văn Thảo - Giảng viên trƣờng Đại học Bách khoa, ĐHĐN tận tình hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Mong kết luận văn đóng góp nhỏ mặt khoa học q trình kiểm tra ổn định đập đất thời gian tới Do điều kiện thời gian kiến thức hạn chế, thân cố gắng song luận văn tránh khỏi sai sót, cịn tồn số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp trao đổi chân thành quý thầy cô giáo, chuyên gia bạn đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn đƣợc tác giả phát triển mức độ nghiên cứu sâu góp phần ứng dụng kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất HỌC VIÊN Nguyễn Hải Long iii TĨM TẮT LUẬN VĂN “ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI” Học viên : Nguyễn Hải Long Chun nghành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Khóa : K35 Trƣờng đại học Bách khoa, Đại Học Đà Nẵng Tóm tắt: Việc tính tốn thấm đập đất thƣờng sử dụng mơ hình tốn hai chiều đứng (2D) gọi thấm phẳng, giải theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (fem), để tính tốn cho mặt cắt đại diện đập đất [3] Tuy nhiên, việc tính tốn thấm theo mơ hình hai chiều đứng số trƣờng hợp điều kiện địa hình, địa chất mơ hình chƣa phản ánh dòng thấm thực tế, đập cao, có tỷ số chiều dài (l) chiều cao (h) từ ÷ [4] Kết tính tốn để thiết kế có khả gây cố cơng trình, lãng phí Vì cần thiết phải nghiên cứu dịng thấm khơng gian qua đập đất (3D) số trƣờng hợp đập đất có điều kiện địa hình, địa chất đặc biệt, để đánh giá ảnh hƣởng dịng thấm đến an tồn đập đất Trong luận văn, tác giả sử dụng mơ hình SEEP 3D để mơ dịng thấm đập đất hồ chứa nƣớc Nƣớc Trong Kết thấm mơ hình thể xác đập thực tế Một so sánh kết từ mơ hình 3D với kết từ mơ hình 2D đƣợc APPLICATION THE MODEL TO CHECK THE STABILITY OF EARTH DAM OF NUOC TRONG RESERVOIR, QUANG NGAI PROVINCE Abstract: Seepage calculation in the earth dam is normally simulated with two dimensional vertical model (2DV), which is solved based on finite element method (FEM) to compute the typical cross sections of earth dam [3] However, this model has not reflexed correctly the real seepage yet, especially with high earth dam with the ratio between the dam length (L) and the dam height (H) from one to five [4] The result of design calculation can cause the incidents or increasing the budget So, it is necessary to simulate the seepage in the earth dam with 3D model in some special cases which will help assess the seepage influence to safety of earth dam In the thesis, the author used 3D seepage model to simulate seepage in the earth dam of Nuoc Trong reservoir The seepage results from the model is showed exactly of the real earth dam A comparison the results fom 3D model with the results from 2D model are showed.s iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .3 Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn Chƣơng I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƢƠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỒ CHỨA 1.1 Tổng quan đập vật liệu địa phƣơng (VLĐP) 1.1.2 Tổng quan đập đất, hồ chứa Việt Nam 1.1.3 Hiện trạng đập đất Việt Nam .7 1.1.4 Tình hình xây dựng đập Việt Nam 1.2 Ảnh hƣởng dòng thấm đập đất 1.2.1 Thấm phẳng thấm không gian qua đập đất 1.3 Các loại cố đập VLĐP .10 1.3.1 Nguyên nhân khách quan 10 1.3.2 Nguyên nhân chủ quan 11 1.4 Một số cố vỡ đập điển hình Việt Nam 12 1.4.1 Vỡ đập Suối Hành Khánh Hoà 12 1.4.2 Vỡ đập Suối Trầu Khánh Hoà 14 1.4.3 Vỡ đập Am Chúa Khánh Hoà 16 1.4.4 Đập tràn hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng .18 1.5 Các phƣơng pháp xử lý thấm nâng cao ổn định đập đất điều kiện ứng dụng 18 1.5.1 Mục đích việc xử lý thấm .18 1.5.2 Giải pháp xử lý thấm cho cơng trình đập 19 a) Sân phủ kết hợp với tƣờng nghiêng chống thấm thƣợng lƣu (sân trƣớc) 19 b) Chân khay kết hợp với tƣờng nghiêng chống thấm 21 v c) Chân khay kết hợp với lõi chống thấm 22 Hinh 13 Giải pháp chân khay kết hợp với lõi chống thấm 23 1.5.3 Chống thấm khoan truyền thống 26 KHOAN 27 RỮA HỐ KHOAN 27 ĐẶT NÚT 27 đầm nén trường 27 ÉP NƢỚC 27 PHỤT VỮA 27 LẤP HỐ 27 THÁO MÁY KHOAN 27 Chống thấm cọc xi măng - đất (XMĐ) 28 1.6 Tình hình giải tốn thấm 31 1.6.1 Tình hình giải tốn thấm nƣớc ngồi 31 1.6.2 Tình hình giải tốn thấm nƣớc 31 1.7 Kết luận chƣơng 32 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SEEP3D – GIẢI BÀI TOÁN 33 THẤM KHÔNG GIAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 33 2.1 Giới thiệu mơ hình Seep3D 33 2.2 Nội dung phƣơng pháp phần tử hữu hạn .34 2.2.1 Hàm số hàm lƣợng chứa nƣớc thể tích 34 2.2.2 Hàm số thấm 36 2.2.3 Quy luật dòng chảy 37 2.2.4 Các phƣơng trình tổng quát 38 2.2.5 Hệ tọa độ .39 2.2.6 Các hàm nội suy 41 2.2.7 Các hàm số đạo hàm hàm nội suy: 43 2.3 Giải toán thấm chiều theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn 45 2.3.1 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 45 2.3.2 Phép tích phân theo thời gian .46 2.3.3 Tích phân số 47 2.3.4 Ma trận dẫn thuỷ lực 49 2.3.5 Ma trận khối lƣợng 50 2.3.6 Lƣu lƣợng biên 51 2.3.7 Sắp xếp giải phƣơng trình tổng quát .52 2.3.8 Sơ đồ giải lặp 53 vi 2.3.9 Gradient vận tốc 54 2.3.10 Lƣu lƣợng dòng thấm 55 2.3.11 Hàm vật liệu 55 2.4 Kết luận chƣơng 56 Chƣơng ỨNG DỤNG SEEP3D TÍNH THẤM KHÔNG GIAN QUA ĐẬP ĐẤT HỒ NƢỚC TRONG .57 3.1 Mơ tả cơng trình 57 3.3 Địa chất đập đất 58 3.4 Các tiêu thiết kế cơng trình: .59 3.5 Các bƣớc thiết lập mơ hình khai thác kết chạy mô 61 3.5.1 Trƣờng hợp tính tốn 61 3.5.2 Thiết lập mô hình tính thấm Seep3D đập đất Hồ Nƣớc Trong 61 3.5.3 Chia lƣới miền tính tốn .62 3.5.4 Điều kiện biên .62 3.5.5 Xem kết 63 3.6 Kết tính thấm 2D số mặt cắt điển hình gian qua đập đất Hồ Nƣớc Trong (Kế thừa từ tính tốn ổn định thấm công ty Hec 1) 66 3.7 So sánh mơ hình Seep3D mơ hình 2D (Seep/W) .70 3.8 Kết luận chƣơng 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 1.KẾT LUẬN 71 2.KIẾN NGHỊ 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Tổng hợp số cơng trình ứng dụng giải pháp chống thấm đập tƣờng hào bentonite .25 Bảng 1: Hệ thống số nút tọa độ địa phương phần tử hình lục giác: 40 Bảng 2: Các hàm nội suy cho phần tử hình lục giác 42 Bảng 3: Vị trí điểm mẫu trọng số phần tử lục giác điểm 48 Bảng 4: Vị trí điểm mẫu trọng số phần tử lục giác 27 điểm 48 Bảng 1: Các tiêu lý đất 59 Bảng 2: Các tiêu thiết kế cơng trình 59 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: ản v ng nghi n cứu Hình : H chứa nước Nước Trong - Tỉnh Quảng Ngãi (Ảnh chụp từ vệ tinh) Hình 3: Đường bão hịa khu mao dẫn Hình 1.4: Sơ thấm khơng gian ập ất Hình 1.5 Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hòa 13 Hình 1.6 H chứa nước Suối Trầu, Ninh Hòa, Khánh Hòa 15 Hình 1.7 Đập Am Chúa Khánh Hồ 16 Hình H chứa nước Dầu Tiếng 18 Hinh Giải pháp sân phủ kết hợp với tường nghi ng thượng lưu chống thấm .20 Hinh 10 Tường chống thấm loại vật liệu màng HDPE, thảm sét ịa kỹ thuật 20 Hinh 11 Màng ịa kỹ thuật chống thấm GCL HDPE 20 Hinh 12 Giải pháp chân khay kết hợp với tường nghi ng thượng lưu chống thấm 22 Giải pháp tường cừ chống thấm 23 Hinh 1.14 Giải pháp tường cừ kết hợp tường nghiêng tường lỏi chống thấm 24 Hinh 15 Hình ảnh thi cơng cọc cừ BTCT chi tiết khớp nối cọc Giải pháp chống thấm tường hào Bentonite 24 Hinh 16 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm .25 Hinh 17 Hình ảnh thi cơng tường hào bentonite chống thấm .26 Hinh 1.18 Sơ khoan vữa tạo màng chống thấm 27 Hinh 1.19 Nút ơn nút kép công nghệ khoan 28 Hinh 20 Sơ công nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm 29 Hinh 21 Phạm vi ứng dụng hiệu công nghệ khoan 30 Hinh 21 Hình ảnh chống thấm cho quai cơng trình Sơn La 30 Hình 1: Dạng tổng quát hàm số hàm lượng chứa nước thể tích 35 Hình 2: Dạng tổng quát hàm số hàm lượng chứa nước thể tích 36 Hình 3:Quan hệ hàm dẫn thủy lực áp lực nước lỗ rỗng 37 Hình 4: Các hệ tọa ộ ịa phương tổng thể phần tử hình lục giác .40 Hình 5: Định nghĩa tham số ma trận dẫn thủy lực .50 Hình 6: Tính tốn mw 51 65 Hình 7: Mặt cắt dọc thân ập +Tại mặt cắt đứng Kêt mặt cắt đứng đƣợc minh họa hình 3.8 Hình 8: Kết mặt cắt ứng 66 Nhận xét: Mô hinh SEEP 3D chi tiết mặt cắt theo phƣơng x,y,z Đây thuận lợi thiết kế mặt cắt ngang đập đất 3.6 Kết tính thấm 2D số mặt cắt điển hình gian qua đập đất Hồ Nƣớc Trong (Kế thừa từ tính tốn ổn định thấm cơng ty Hec 1) Kết tính tốn với mơ hình chiều phần mềm SEEP/W mặt cắt ngang trƣờng hợp đƣợc minh họa từ hình 3.22 đên hình 3.29 Hình 9: Đường bão hòa lưu lượng thấm qua mặt cắt ập-TH1 Hình 10: Đường bão hịa lưu lượng thấm qua mặt cắt ập-TH2 67 Hình 11: Đường bão hòa lưu lượng thấm qua mặt cắt ập-TH3 Hình 12: Đường bão hịa lưu lượng thấm qua mặt cắt ập-TH4 68 Hình 13: Hệ số ổn ịnh mái hạ lưu -Tổ hợp TL (MNDBT) HL(MN