Nghiên cứu đánh giá ổn định đê tả sông mã tỉnh thanh hóa

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2016 Tác giả luận văn Lê Khả Hùng i LỜI CẢM ƠN Với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS Trịnh Minh Thụ, người tận tình hướng dẫn vạch định hướng khoa học, bảo đóng góp ý kiến quý báu suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn Nhà trường, thầy giáo trường Đại học Thủy lợi, Phịng Đào tạo Đại học sau Đại học, Tập thể lớp cao học 20C22, đồng nghiệp quan, gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi mặt cho tác giả thời gian hồn thành luận văn Trong q trình thực luận văn, thời gian kiến thức hạn chế nên chắn tránh khỏi sai sót Vì vậy, tác giả mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cơ, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện mặt kiến thức học tập nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 14 tháng 11 năm 2016 Tác giả Lê Khả Hùng ii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài 3 Cách tiếp cận phương pháp thực 3.1 Cách tiếp cận 3.2 Phương pháp nghiên cứu 4 Kết đạt CHƯƠNG HIỆN TRẠNG ĐÊ ĐIỀU BẮC BỘ VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Lịch sử, trạng đê điều khu vực đồng Bắc tuyến đê khu vực nghiên cứu 1.1.1 Lịch sử đê điều nước ta 1.1.2 Hiện trạng tuyến đê khu vực nghiên cứu 1.1.2.1 Về chống tràn 1.1.2.3 Về chất lượng thân đê, đê 1.1.2.4 Về xử lý ẩn họa đê 1.1.2.5 Về chắn sóng 1.1.2.6 Về sạt trượt, đê sát sông kè 1.1.2.7 Về cống đê 1.2 Các nguyên nhân gây ổn định đến điều kiện làm việc bình thường đê 10 1.3 Khái quát vấn đề cố gây hư hỏng cơng trình thủy lợi nói chung đê nói riêng 12 1.3.1 Khái quát cố gây gây hư hỏng cơng trình thủy lợi 12 1.3.2 Sự cố đê 13 1.4 Khái quát điều kiện địa hình – địa mạo, điều kiện cấu trúc địa chất, chế độ thủy văn; điều kiện địa chất thủy văn cố đê điều khu vực nghiên cứu 17 1.4.1 Điều kiện địa hình, địa mạo 17 1.4.2 Điều kiện cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn 19 iii 1.4.2.1 Đặc điểm chung 19 1.4.2.2 Địa chất cơng trình 20 1.4.2.3 Địa chất thủy văn 20 1.4.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn 20 1.4.4 Các cố đê điều khu vực nghiên cứu 23 1.5 Phân chia đê khu vực nghiên cứu theo dạng mơ hình khác 26 1.5.1 Đặc điểm môi trường địa chất 26 1.5.2 Phân chia đê theo dạng mơ hình khác 29 1.5.2.1 Mơ hình dạng I (MH I) 30 1.5.2.2 Mơ hình dạng II (MH II) 30 1.5.2.3 Mô hình dạng III (MH III) 31 1.5.2.4 Mô hình dạng IV (MH IV) 31 CHƯƠNG 34 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐÊ TẢ SÔNG MÃ 34 2.1 Ngun tắc tính tốn ổn định cho đê 34 2.2 Lựa chọn mặt cắt tính tốn 34 2.3 Trường hợp tính tốn 34 2.4 Tính tốn ổn định thấm cho đê 35 2.4.1 Nguyên tắc tính toán 35 2.4.2 Yêu cầu việc tính tốn dịng thấm ổn định thấm đê 36 2.4.3 Các trường hợp tính tốn ổn định thấm đê 36 2.4.4 Các phương pháp giải toán thấm lý thuyết cổ điển 36 2.4.4.1 Phương pháp học chất lỏng 36 2.4.4.2 Phương pháp thủy lực 37 2.4.4.3 Phương pháp thực nghiệm 37 2.4.4.4 Phương pháp số 38 2.4.5 Giải toán phương pháp phần tử hữu hạn 38 2.5 Tổng quan phương pháp tính ổn định mái dốc 40 2.5.1 Các phương pháp tính ổn định mái dốc 41 2.5.1.1 Cơ sở phương pháp 41 2.5.1.3 Nội dung toán 44 iv 2.5.1.4 Phương pháp phân tích giới hạn .47 2.5.1.5 Đánh giá chung phương pháp phân tích ổn định mái 50 2.5.2 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định mái dốc 51 2.6 Lựa chọn phần mềm tính tốn ổn định đê 53 2.6.1 Phân tích lựa chọn phần mềm sử dụng 53 2.6.3 Cơ sở lý thuyết tính ổn định mái phần mềm (Slope/W) 54 2.6.4 Cơ sở lý thuyết Modul SEEP/W 56 2.7 Kết luận chương 57 CHƯƠNG 58 PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐÊ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 58 3.1 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng I 58 3.1.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 58 3.1.2 Xác định hệ số an toàn 58 3.1.3 Các trường hợp tính tốn 59 3.1.4 Điều kiện biên toán 59 3.1.4.1 Mực nước tính tốn 59 3.1.4.2 Tổ hợp lực tính tốn 59 3.1.5 Các tiêu lý địa chất 60 3.1.6 Kết tính tốn 60 3.1.6.1 Kết tính tốn trường hợp .60 3.1.6.2 Kết tính tốn trường hợp .62 3.1.6.3 Tính tốn trường hợp .63 3.1.7 Tổng hợp kết tính tốn 64 3.1.8 Kết luận 64 3.2 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng II 64 3.2.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 64 3.2.2 Xác định hệ số an toàn 65 3.2.3 Các trường hợp tính tốn 65 3.2.4 Điều kiện biên toán 66 3.2.4.1 Mực nước tính tốn 66 3.2.4.2 Tổ hợp lực tính tốn 66 v 3.2.5 Các tiêu lý địa chất 66 3.2.6 Kết tính tốn 67 3.2.6.1 Kết tính toán trường hợp 67 3.2.6.2 Kết tính tốn trường hợp 68 3.2.6.3 Tính tốn trường hợp 69 3.2.7 Tổng hợp kết tính tốn 70 3.2.8 Kết luận 71 3.3 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng III 71 3.3.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính tốn 71 3.3.2 Xác định hệ số an toàn 71 3.3.3 Các trường hợp tính tốn 72 3.3.4 Điều kiện biên toán 72 3.3.4.1 Mực nước tính tốn 72 3.3.4.2 Tổ hợp lực tính tốn 72 3.3.5 Các tiêu lý địa chất 73 3.3.6 Kết tính tốn 73 3.3.6.1 Kết tính tốn trường hợp 73 3.3.6.2 Kết tính tốn trường hợp 74 3.3.6.3 Tính tốn trường hợp 75 3.3.7 Tổng hợp kết tính tốn 76 3.3.8 Kết luận 77 3.4 Phân tích ổn định đê mơ hình dạng IV 77 3.4.1 Mặt cắt ngang địa chất đại diện tính toán 77 3.4.2 Xác định hệ số an toàn 78 3.4.3 Các trường hợp tính tốn 78 3.4.4 Điều kiện biên toán 79 3.4.4.1 Mực nước tính tốn 79 3.4.4.2 Tổ hợp lực tính tốn 79 3.4.5 Các tiêu lý địa chất 79 3.4.6 Kết tính tốn 80 3.4.6.1 Kết tính tốn trường hợp 80 vi 3.4.6.2 Kết tính tốn trường hợp .81 3.4.6.3 Tính toán trường hợp .82 3.4.7 Tổng hợp kết tính tốn 83 3.4.8 Kết luận 83 3.5 Kết luận chương 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 KẾT LUẬN 86 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 88 HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sạt trượt mái kè đê tả sông Mã đoạn từ K27+000 đến K27+500 24 (xã Hồng Khánh, huyện Hoằng Hóa) 24 Hình 1.2 Sạt trượt mái đê tả sông Mã đoạn từ K23+750 đến K24+130 (đoạn qua xã Vĩnh An, huyện Vĩnh Lộc) 24 Hình 1.3 Hiện tượng sụt lún, nứt dọc đê sạt mái phía sơng đê tả sơng Mã đoạn từ K28+000 đến K43+500, huyện Hoằng Hóa 26 Hình 1.4 Cắt dọc địa chất tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K0+000 đến K23+000 28 Hình 1.5 Cắt dọc địa chất tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K23+000 đến K28+000 đoạn từ K43+500 đến K62+500 29 Hình 1.6 Cắt dọc địa chất tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K62+500 đến K65+000 29 Hình 1.7 Cắt dọc địa chất tuyến đê tả sông Mã đoạn từ K28+000 đến K43+500 29 Hình 1.8 Mơ hình dạng I (MH I) 30 Hình 1.9 Mơ hình dạng II (MH II) 31 Hình 1.10 Mơ hình dạng III (MH III) 31 Hình 1.11 Mơ hình dạng IV (MH IV) 32 Hình 1.12 Sơ đồ phân chia dạng cấu trúc đê tả sông Mã 33 Hình 2.1 Các lực tác dụng mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt trụ tròn 45 Hình 2.2 Các lực tác dụng mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt hỗn hợp 45 Hình 2.3 Các lực tác dụng mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt 46 Hình 3.1 Mặt cắt ngang địa chất đê tính tốn mơ hình dạng I 58 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trường hợp 1) 61 Hình 3.3 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trường hợp 1) 61 Hình 3.4 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trường hợp 1) 61 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trường hợp 2) 62 Hình 3.6 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trường hợp 2) 62 Hình 3.7 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trường hợp 2) 62 Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH I (trường hợp 3) 63 Hình 3.9 Kết tính tốn thấm qua đê MH I (trường hợp 3) 63 Hình 3.10 Kết tính tốn ổn định mái đê MH I (trường hợp 3) 63 viii Hình 3.11 Mặt cắt ngang địa chất đê tính tốn mơ hình dạng II 65 Hình 3.12 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trường hợp 1) 67 Hình 3.13 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trường hợp 1) 68 Hình 3.14 Kết tính tốn ổn định mái đê MH II (trường hợp 1) 68 Hình 3.15 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trường hợp 2) 68 Hình 3.16 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trường hợp 2) 69 Hình 3.17 Kết tính tốn ổn định mái đê MH II (trường hợp 2) 69 Hình 3.18 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH II (trường hợp 3) 69 Hình 3.19 Kết tính tốn thấm qua đê MH II (trường hợp 3) 70 Hình 3.20 Kết tính tốn ổn định mái đê MH II (trường hợp 3) 70 Hình 3.21 Mặt cắt ngang địa chất đê mơ hình dạng III 71 Hình 3.22 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trường hợp 1) 74 Hình 3.23 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trường hợp 1) 74 Hình 3.24 Kết tính tốn ổn định mái đê MH III (trường hợp 1) 74 Hình 3.25 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trường hợp 2) 75 Hình 3.26 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trường hợp 2) 75 Hình 3.27 Kết tính tốn ổn định mái đê MH III (trường hợp 2) 75 Hình 3.28 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH III (trường hợp 3) 76 Hình 3.29 Kết tính tốn thấm qua đê MH III (trường hợp 3) 76 Hình 3.30 Kết tính tốn ổn định mái đê MH III (trường hợp 3) 76 Hình 3.31 Mặt cắt ngang địa chất đê mơ hình dạng IV 78 Hình 3.32 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 1) 80 Hình 3.33 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 1) 80 Hình 3.34 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trường hợp 1) 81 Hình 3.35 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 2) 81 Hình 3.36 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 2) 81 Hình 3.37 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trường hợp 2) 82 Hình 3.38 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 3) 82 Hình 3.39 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 3) 82 Hình 3.40 Kết tính tốn ổn định mái đê MH IV (trường hợp 3) 83 Hình 3.41 Kết đánh giá ổn định đê tả sông Mã 45 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 604 Bảng 3.2 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính toán 60 Bảng 3.3 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn… 648 Bảng 3.4 Trị số Gradient thấm J ứng với trường hợp tính tốn 648 Bảng 3.5 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 66 Bảng 3.6 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn 67 Bảng 3.7 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn 70 Bảng 3.8 Trị số Gradient thấm J ứng với trường hợp tính tốn 70 Bảng 3.9 Các tổ hợp tải trọng tính toán 73 Bảng 3.10 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn 67 Bảng 3.11 Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn 77 Bảng 3.12 Trị số Gradient thấm J ứng với trường hợp tính tốn 77 Bảng 3.13 Các tổ hợp tải trọng tính tốn 79 Bảng 3.14 Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính toán 80 Bảng 3.15 Sơ đồ tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 1) 77 Bảng 3.16 Kết tính tốn thấm qua đê MH IV (trường hợp 1) 77 x ... xử lý, song đến nay, vấn đề ổn định thấm đê tả sông Mã chưa nghiên cứu, giải triệt để Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá ổn định đê tả sông Mã để đề giải pháp bảo vệ đê vấn đè cấp thiết có ý nghĩa... nhau, ảnh hưởng tới an toàn ổn định cho đê Để nghiên cứu đánh giá ổn định đê tả sông Mã cần phân chia cấu trúc đê theo dạng mơ hình khác Trong địa chất cơng trình, cấu trúc đê phản ánh đặc trưng vùng... tuyến đê tả sơng Mã có cấp đê từ đê cấp I đến đê cấp IV Tuyến đê tả sông Mã dài 65km, từ chân núi Eo Lê xã Vĩnh Quang huyện Vĩnh Lộc đến giáp đê biển xã Hoằng Phụ huyện Hoằng Hóa Trong đó: - Đê