BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM TRƯƠNG QUANG THÀNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP SAU KHI HỒ TÍCH NƯỚC THEO THỜI GIAN CĨ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH LÂU DÀI CỦA ĐẬP ĐẤT MIỀN TRUNG VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM TRƯƠNG QUANG THÀNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP SAU KHI HỒ TÍCH NƯỚC THEO THỜI GIAN CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH LÂU DÀI CỦA ĐẬP ĐẤT MIỀN TRUNG VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mà SỐ NGÀNH: 62 58 60 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ PGS TS TƠ VĂN LẬN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố C¸c sè liệu tham khảo có nguồn trích dẫn TC GI LUẬN ÁN Trương Quang Thành LỜI CÁM ƠN Hoàn thành luận án mình, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Các thầy hướng dẫn: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ, PGS TS Tô Văn Lận hướng dẫn trình nghiên cứu hoàn thành luận án Tiến só Các Phòng Ban lãnh đạo Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, trường Đại học Kiến trúc TP Hồ Chí Minh quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu hoàn thành bảo vệ luận án Tập thể Bộ môn Nghiên cứu Địa kỹ thuật xây dựng thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, đặc biệt GS.TS Trần Thị Thanh tạo điều kiện Phòng thí nghiệm giúp đỡ hoàn thành luận án Người thân gia đình động viên tinh thần để hoàn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Bạn bè, đồng nghiệp gần xa động viên, khích lệ Xin chân thành cám ơn -i- MỤC LỤC Néi dung - Trang phụ bìa - Lời cam đoan - lời cám ơn - Các ký hiệu sử dụng luận án - Bảng tương quan đơn vị dùng luận án với đơn vị hệ SI - Danh mục bảng biểu - Danh mục hình vẽ đồ thị Trang Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận án Nhiệm vụ giới hạn phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp khả ứng dụng luận án Cơ sở tài liệu Cấu trúc luận án Chương 1: Tổng quan đặc điểm đất đắp đập, tình hình ổn định đập đất ảnh hưởng liên kết kiến trúc ®Õn ®é bỊn cđa ®Êt ®¾p ®Ëp ë khu vùc nghiên cứu 1.1 Tổng quan đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên cứu 1.1.1 ặc điểm địa cht công trình 1.1.2 Thnh phn khoáng vt mt s loi t vùng Tây Nguyên v MiÒn Trung 11 1.1.3 Đặc điểm khÝ hậu, thủy văn 17 1.1.4 Một số loại đất thuận lợi kh«ng thuận lợi dïng để đắp đập miền Trung 19 1.2 Một số tính chất đặc biệt đất đắp khu vực nghiên cứu tiếp xúc với nước 1.2.1 TÝnh trương nở 20 1.2.2 TÝnh tan r· 21 1.2.3 TÝnh lón ướt 21 1.2.4 TÝnh co ngãt 22 1.2.5 Tính xói rửa 22 1.3 Tình hình ổn định số đập đất khu vực nghiên cứu 23 1.3.1 Nguyên nhân ba ln v p Sui Tru Ninh Hòa (1977, 1978, 1979) 26 1.3.2 Nguyên nhân vỡ đập Suối Hành - Cam Ranh (12-1986) 27 -ii- 1.3.3 Nguyên nhân s c p Am Chúa Diên Khánh - Khánh Hòa (1989, 1992) 28 1.3.4 Nhn xét 29 1.4 Một số kết nghiên cứu thay đổi độ bền khối đất đắp có liên quan 29 đến trình phục hồi, phát triển liên kết kiến trúc nước giới 1.5 Một số kết nghiên cứu thay đổi độ bền khối đất đắp có liên quan 35 đến trình phục hồi phát triển liên kết kiến trúc đất khu vực nghiên cứu Việt Nam 1.5.1 Ảnh hưởng phục hồi liªn kết kin trúc ca t đắp n sc chng 35 ct đất 1.5.2 Ảnh hưởng phục hồi liªn kt kin trúc ca t đắp n tính tan rà 37 đất 1.5.3 Ảnh hưởng phục hồi liên kt kin trúc ca t đắp n tính thm 38 nước đất 1.5.4 Ảnh hưởng phục hi liên kt kin trúc ca t đắp n tính trương 39 nở đất loại sÐt 1.6 Nh÷ng vÊn đề cần nghiên cứu luận án 41 Chương 2: Nghiên cứu đặc điểm thay đổi sức chống cắt đất đắp phục hồi liên kết kiến trúc theo thời gian trình ngấm nước 2.1 Cơ sở lý thuyết có liên quan đến mục đích nội dung thí nghiệm 42 2.2 Các loại đất dùng thí nghiệm 46 2.3 Phương pháp chế tạo mẫu thí nghiệm 48 2.4 Nghiên cứu thay đổi sức chống cắt đất chế bị với độ chặt khác 50 theo thời gian ngâm mẫu nước 2.4.1 Phương pháp thí nghiệm 50 2.4.2 Kết thí nghiÖm 51 2.4.2.1 Đối với đất tàn tÝch cã nguồn gc granite lấy h cha nc 51 Thun Ninh- B×nh Định 2.4.2.2 Đối với đất sên tàn tÝch có ngun gc sét bột kết- cát bột kết 56 lấy h cha nc Sông Sắt - Ninh Thuận 2.4.2.3 t sn - tn tích nn Bazan c đập DakRtih - Daklak 60 2.4.2.4 So s¸nh mức độ biến đổi ηC, ηφ ba loại đất cã cïng hệ số đầm 64 chỈt (K) theo thời gian ng©m mẫu đất nước 2.4.3 NhËn xÐt kết thí nghiệm chương 64 -iii- Chương 3: Nghiên cứu thay đổi tính thấm nước trương nở đất đắp phục hồi liên kết kiến trúc theo thời gian trình ngấm nước Mở đầu 3.1 Nghiên cứu thay đổi hệ sè thÊm níc phơc håi liªn kÕt kiÕn tróc 68 đất đắp theo thời gian trình ngấm nước 3.1.1 Phương pháp thí nghiệm 68 3.1.2 Kết qu¶ thÝ nghiƯm 69 3.1.2.1 Đất tàn tÝch cã nguồn gốc Granite hồ chứa nước Thuận Ninh- B×nh Định 69 3.1.2.2 Đất båi tÝch nguồn gốc (sÐt – c¸t) bột kết hồ S«ng Sắt-Ninh Thuận 71 3.1.2.3 Đất sn - tn tích nn Bazan c hồ thủy điện DakR’tih- Daklak 73 3.1.2.4 So s¸nh mức độ biến đổi hÖ sè thÊm ηkt ba loại đất cã cïng hệ số đầm 74 chỈt (K) theo thời gian ng©m mẫu đất nước 3.1.3 NhËn xÐt kết luận thay đổi hệ số thấm nước đất đắp 75 3.2 Nghiên cứu thay đổi hệ số trương nở trình phục hồi liên kết 76 kiến trúc đất đắp theo thời gian trình ngâm nước 3.2.1 Phương pháp thí nghiệm 76 3.2.2 Kết thí nghiệm 78 3.2.2.1 Đất khu vực hồ chứa nước Thuận Ninh Bình Định 79 3.2.2.2 Đất khu vực hồ Sông Sắt - Ninh Thuận 83 3.2.2.3 Đất đỏ Bazan khu vực đập DakRtih - Daklak 86 3.2.2.4 Quan hệ hệ số trương nở tự (RN)và dung trọng khô (c)của ba 87 loại đất thí nghiệm 3.2.3 Nhận xét kết luận thay đổi hệ số trương nở đất đắp 88 3.3 Một số kết luận rút từ chương 90 Chương 4: Nghiên cứu so sánh biến đổi sức chống cắt, hệ số thấm nước, hệ số trương nở mẫu đất chế bị (không ngâm nước) có độ chặt - độ ẩm với mẫu đất ống ngâm nước theo thời gian Mục đích nghiên cứu 91 4.1 Loại đất dùng phương pháp tạo mẫu thí nghiệm 91 4.2 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm 93 4.2.1 Sức chống cắt đất 93 4.2.2 TÝnh trương nở đất 96 -iv- 4.2.3 TÝnh thấm nước 4.3 Mét sè nhËn xét kết luận rút từ chương 98 100 Chương 5: Khảo sát nghiên cứu thay đổi sức chống cắt, hệ số thấm nước, hệ số trương nở đất đắp số đập thực tế sau nhiều năm khai thác miền Trung phân tích hệ số ổn định đập phục hồi liên kết kiến trúc đất Mở đầu 101 5.1 So sánh kết thí nghiệm nhóm đất chế bị ống mẫu 102 ngâm nước theo thời gian với kết thí nghiệm đất đắp lõi đập Thuận Ninh - Bình Định sau 10 năm xây dựng 5.1.1 Sự thay đổi sức chống cắt, hệ số trương nở, hệ số thấm - đất hồ Thuận Ninh 103 chế bị ống có hệ số đầm nén (K) khác ngâm nước theo thời gian 5.1.2 Sự thay đổi dung trọng (), sức chống cắt (φ,C), hƯ sè tr¬ng në (RN), hƯ sè 105 thÊm (Kt) mẫu đất theo độ sâu lõi đập Thuận Ninh sau 10 năm xây dựng 5.1.3 Nhận xét 110 5.2 Khảo sát thay đổi sức chống cắt hệ số thầm nước đất đắp đập 114 hồ chứa nước Láng Nhớt - Diên Khánh - Khánh Hòa sau 15 năm khai thác 5.2.1 Sự thay đổi sức chống cắt (,C) đất thân đập sau 15 năm khai 115 thác so với đất đắp ban đầu (đất chế bị) 5.2.2 S thay đổi hệ số thấm nước (Kt) đất th©n đập sau 15 năm khai 118 th¸c so với đất đắp ban đầu (đất chế bị) 5.3 Ứng dông phần mềm Geo-slope để khảo sát thay đổi hệ số ổn định đập 120 Thuận Ninh-Bình Định phục hồi liên kết kiến trúc đất theo thời gian 5.3.1 Một số phương pháp tính ổn định đập đất 120 5.3.2 Phương trình cân khối đất trượt 122 5.3.3 ng dụng phần mềm Geo-slope để tính toán ổn định đập đất Thuận Ninh 127 - Bình Định theo thời gian phục hồi liên kết kiến trúc đất 5.4 Những nhận xét rút từ chương 136 Kết luận đề nghị 137 Những công trình khoa học đà công bố có liên quan đến luận án Tài liệu tham khảo PhÇn phơ lơc -a- CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUN N Ký hiệu Thứ nguyên Chú giải ký hiệu a cm2/kG b m C kG/cm2 Lực dính đơn vÞ Cc kG/cm2 Lùc dÝnh kÕt cÊu cøng Cw kG/cm2 Lực dính tổng quát Cn kG/cm2 Lực dính nguyên sinh Cy kG/cm2 Lùc dÝnh hãa bÒn Cu2t kG/cm2 Lùc dÝnh mẫu đất ngâm nước thời điểm tháng Cu18t kG/cm2 Lực dính mẫu đất ngâm nước thời điểm 18 tháng Cut kG/cm2 Lực dính mẫu đất ngâm nước víi thêi gian t Cuo kG/cm2 Lùc dÝnh mÉu ®Êt không ngâm nước ứng với độ ẩm Hệ số nén lún đất Chiều rộng theo phương ngang phân tố đất độ ẩm tối ưu Cot kG/cm2 Lực dính mẫu đất chế bị trực tiếp vào dao vòng không ngâm nước Ct kG/cm2 Lực dính mẫu đất chế bị vào ống mẫu ngâm nước theo thêi gian Σw kG/cm2 G % S kG/cm2 Ứng suÊt cắt giới hạn Spw kG/cm2 Sức chống cắt đất d mm t Năm, Tháng, Lực dính nhớt Độ bÃo hòa nước đất Kích cở hạt đất Thời gian ngâm mẫu nước -b- n Không thứ nguyên Độ rỗng mẫu đất K Không thứ nguyên Hệ số đầm chặt Km Không thứ nguyên Hệ số ổn định xác định theo phương pháp cân mô men Kt cm/s Kođ Không thứ nguyên Kot cm/s Hệ số thÊm sau thêi gian ng©m mÉu t HƯ sè ỉn định trượt mái dốc Hệ số thấm mẫu đất chế bị trực tiếp vào dao vòng không ngâm nước R cm, m Bán kính cung trượt tròn RN % Hệ số trương nở tự mẫu đất RNot % Hệ số trương nở mẫu đất chế bị trực tiếp vào dao vòng không ngâm nước RNt % Hệ số trương nở mẫu đất sau ngâm mẫu nước với thời gian t (tháng) u kPa UU Không thứ nguyên p lực nước lỗ rỗng Ký hiệu thí nghiệm theo sơ đồ cắt nhanh không thoát nước mẫu đất V cm3 W % Độ ẩm mẫu đất WN % Độ ẩm trương nở WL % Độ ẩm giới hạn chảy đất WP % Độ ẩm giới hạn dẻo đất IP % Chỉ số dẻo đất dính IL Không thứ nguyên Wop % Độ ẩm thích hợp đầm vật liệu đất Wcb % Độ ẩm chế bị mẫu đất Thể tích ban đầu mẫu đất Độ sệt ®Êt dÝnh ... LỢI MIỀN NAM TRƯƠNG QUANG THÀNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP SAU KHI HỒ TÍCH NƯỚC THEO THỜI GIAN CĨ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH LÂU DÀI CỦA ĐẬP ĐẤT MIỀN TRUNG VIỆT... nghiên cứu đầy đủ Do đề tài luận án lựa chọn Nghiên cứu thay đổi tính chất lý đất ®¾p sau hå tÝch níc theo thêi gian cã ảnh hưởng lâu dài đến ổn định đập ®Êt ë khu vùc MiỊn Trung ViƯt Nam? ?? nh»m... CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT ĐẮP ĐẬP, TÌNH HÌNH ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG LIÊN KẾT KIẾN TRÚC ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA ĐẤT ĐẮP ĐẬP Ở KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG