Nghiên cứu, đánh giá ổn định vai trái đập thủy điện bản vẽ, tỉnh nghệ an

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Cơng Chính NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH VAI TRÁI ĐẬP THỦY ĐIỆN BẢN VẼ, TỈNH NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Cơng Chính NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH VAI TRÁI ĐẬP THỦY ĐIỆN BẢN VẼ, TỈNH NGHỆ AN Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 60440201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC TS NGUYỄN NGỌC TRỰC Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Các tài liệu tham khảo tác giả liên quan đến luận văn trích dẫn đầy đủ Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016 Học viên: Nguyễn Cơng Chính LỜI CẢM ƠN Luận văn hồn thành Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Phịng Địa chất, Cơng ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện – Tập đoàn Điện lực Việt Nam Để hoàn thành luận văn nhận nhiều động viên, giúp đỡ quý báu nhiều cá nhân tập thể Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Ngọc Trực hướng dẫn tơi thực nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn đến PGS TSKH Trần Mạnh Liểu PGS TS Đoàn Thế Tường đọc phản biện góp cho cho tơi luận văn Xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy truyền đạt cho kiến thức bổ trợ vô quý giá năm học vừa qua Học viên xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Ban Chủ nhiệm Khoa Địa chất; cảm ơn Phịng Địa chất, Cơng ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện – Tập đoàn Điện lực Việt Nam tạo điều kiện cho tơi q trình học tập Luận văn nhận hỗ trợ phương pháp luận đề tài nghiên cứu mã số 105.08-2014.45, Quỹ Nafosted tài trợ Cuối xin gửi lời biết ơn chân thành đến gia đình, bạn bè người thân bên tôi, động viên, hỗ trợ khuyến khích tơi q trình thực luận văn thạc sỹ Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016 Học viên: Nguyễn Cơng Chính MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ổn định trượt 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Các nghiên cứu giới 1.1.3 Các nghiên cứu Việt Nam 13 1.2 Các phương pháp nghiên cứu 15 1.2.1 Phương pháp đo vẽ đồ địa chất, địa chất cơng trình 15 1.2.2 Phương pháp khoan khảo sát địa chất 16 1.2.3 Phương pháp đo địa vật lý 17 1.2.4 Phương phápthí nghiệm mẫu phịng 19 1.2.5 Phương pháp Viễn thám GIS 20 1.2.6 Phương pháp quétảnh hố khoan 20 1.2.7 Phương pháp tính tốn đánh giá ổn định mái dốc 21 1.2.8 Các phương pháp khác 22 1.3 Nhận xét chung 22 CHƯƠNG 24 PHƯƠNG PHÁP LUẬN, CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU 24 2.1 Phương pháp luận sở khoa học 24 2.1.1 Tiếp cận đối tượng nghiên cứu 24 2.1.2 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu cho luận văn 25 2.2 Lựa chọn địa điểm đáp ứng yêu cầu số liệu cho mơ hình 36 CHƯƠNG 38 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA KỸ THUẬT KHU VỰC THỦY ĐIỆN BẢN VẼ 38 3.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu 38 3.1.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên 38 3.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 40 3.2 Đặc điểm địa chất chung 41 3.2.1 Địa tầng 41 3.2.2 Magma 46 3.2.3 Kiến tạo 46 98 3.2.4 Địa hình, địa mạo 49 3.2.5 Địa chất thủy văn 50 3.2.6 Động đất 52 3.3 Đặc điểm địa hình, địa chất khu vực vai trái tuyến đập 53 3.3.1 Đặc điểm địa hình 53 3.3.2 Cấu trúc địa chất 53 3.4 Đặc điểm địa kỹ thuật khu vực nghiên cứu 55 3.4.1 Đặc điểm mặt cắt vỏ phong hóa 55 3.4.2 Tính chất lý đất đá 58 3.4.3 Đặc điểm nứt nẻ 71 3.4.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 78 3.4.5 Đặc điểm địa chấtđộng lực cơng trình 79 3.5 Đánh giá chung 80 CHƯƠNG 81 ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP 81 4.1 Mơ hình hóa phân tích ổn định vai trái đập thủy điện Bản Vẽ 81 4.1.1 Số liệu đầu vào cho mơ hình 81 4.1.2 Đánh giá ổn định mái dốc vai trái tuyến đập 83 4.2 Đánh giá ổn định trượt vai trái đập thủy điện Bản Vẽ 88 4.2.1 Đánh giá ổn định theo kết đo vẽ khảo sát địa chất cơng trình 88 4.2.2 Đánh giá ổn định theo kết tính tốn mơ hình hóa 88 4.2.3 Đánh giá ổn định theo kết phân tích ảnh lõi khoan, quét ảnh hố khoan 89 4.2.4 Nhận xét chung 90 4.3 Định hướng giải pháp bảo vệ mái dốc vai trái tuyến đập 91 4.3.1 Định hướng giải pháp 91 4.3.2 Định hướng giải pháp 92 4.3.3 Định hướng giải pháp 93 4.3.4 Định hướng giải pháp 93 4.3.5 Định hướng giải pháp phi cơng trình 94 KẾT LUẬN 95 KIẾN NGHỊ 977 99 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đặc trưng khối trượt Hình 1.2: Cấu trúc khối trượt (Varnes, 1978) Hình 1.3: Thống kê số người chết trượt lở từ 1903 – 2004 Hình 1.4: Trượt lở đá diện rộng Tứ Xuyên, Trung Quốc Hình 1.5: Đá lở, đá rơi đập Sefid Rud, Iran Hình 1.6: Dịch chuyển trượt đập Sharredushk, Albani Hình 1.7: Trượt lở mái dốc mỏ đá số III, thủy điện Bản Vẽ, Nghệ An, 2008 14 Hình 1.8: Khối trượt vai trái thủy điện Bản Vẽ, Nghệ An, 2014 14 Hình 1.9: Trượt lở mái dốc trạm biến áp, thủy điện Khe Bố, Nghệ An, 2011 14 Hình 1.10: Kết khoan tầng đất mái dốc đập Bản Vẽ 17 Hình 1.11: Lát cắt địa chấn xử lý phần mềm Plotrefa (Nguyễn Văn Duy, 2016) 19 Hình 1.12: Kết phân tích camera hố khoan (theo VJECT, 2015) 21 Hình 1.13:Mặt trượt cung trịn 22 Hình 1.14:Mặt trượt nghiêng 22 Hình 2.1: Nguyên lý phân tích kết phân tích quét ảnh hố khoan 26 Hình 2.2: Hố khoan thực quét ảnh cửa nhận nước, thủy điện Bản Vẽ 27 Hình 2.3: Thí nghiệm cắt khe nứt 29 Hình 2.4: Thí nghiệm xác định góc ma sát 29 Hình 2.5: Thí nghiệm Batton cường độ kháng cắt mẫu cưa 30 Hình 2.6: Các bề mặt gồ ghề giá trị JRC tương ứng theo Barton, 2006 31 Hình 2.7: Phương pháp hiệu chỉnh JRC theo chiều dài thực khe nứt 31 Hình 2.8: Xác định JCS búa Schmidt 31 Hình 2.9: Lực dính tức thời (Ci) góc ma sát tức thời (ϕi) theo quan hệ phi tuyến 33 Hình 2.10: Giao diện nhập thông số 35 Hnh 2.11: Giao diện kết tính tốn 35 Hình 2.12: Giao diện thơng số đầu vào 35 Hình 2.13: Giao diện kết tính tốn 35 Hình 3.1: Vị trí thủy điện Bản vẽ đồ hành Việt Nam 39 Hình 3.2: Tồn cảnh đập lịng hồ 39 100 Hình 3.3: Cửa nhận nước lên vai trái 39 Hình 3.4: Địa hình vai trái tuyến đập(đang đào móng) 53 Hình 3.5: Địa hình vai tráituyến đập năm 2014 53 Hình 3.6: Vị trí cơng trình (trích từ Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 54 Hình 3.7: Vị trí tuyến đập (trích từ đồ Địa chất tỷ lệ 1:50.000 54 Hình 3.9:Tính tốn cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IA2 67 Hình 3.10:Tính tốn cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IB 68 Hình 3.11:Tính tốn cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IIA 69 Hình 3.12:Tính tốn cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IIB 70 Hình 3.13: Vị trí khe nứt bậc tronghố khoan KCNN1 72 Hình 3.14: Biều đồ tỷ lệ % phân loại mặt gián đoạn, 531 gián đoạn 72 Hình 3.15: Biều đồ tỷ lệ % loại chất lấp nhét mặt gián đoạn 72 Hình 3.17: Phân tích camera hố khoan KCNN1 (Chi tiết toàn ảnh 73 Hình 4.1: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC2-TH1 – Rocslide, K=1.55 84 Hình 4.2 Đánh giá mái dốc mặt cắt MC2-TH2 – Rocslide, K=1.19 84 Hình 4.3: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC2-TH3 – Rocslide, K=1.05 85 Hình 4.7: Lớp dăm sét đá gốc 89 Hình 4.8: Lớp dăm sét đá gốc 89 Hình 4.14: Bình đồ khoan nước 91 Hình 4.15: Mặt cắt khoan thoát nước 91 Hình 4.16: Mơ hình đặt ống tiêu nước 91 Hình 4.17: Đặt ống thoát nước ngầm 91 Hình 4.18: Giảm tải, thay đổi hệ số mái 92 Hình 4.19: Sử dụng neo gia cố 92 Hình 4.20: Mơ hình sử dụng neo gia cố mái dốc (Theo Geobrugg, Thụy Sỹ) 92 Hình 4.21: Sử dụng tường chắn 93 Hình 4.22: Trồng cỏ kết hợp khung giằng (Thủy điện Sơn La) 93 101 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số đặc trưng khối trượt Bảng1.2: Phân loại theo thể tích khối trượt(Hội trượt lở đất quốc tế- ICL) Bảng 1.3: Phân chia theo chiều sâu tầng đất đá bị chuyển Bảng 3.1: Thống kê đứt gãy khu vực vai trái tuyến đập 55 Bảng 3.2: Bảng tổng hợp đặc trưng lý mẫu đá ……………………………55 Bảng 3.3: Đặc trưng tiêu vật lý đất cường độ kháng cắt theo 59 Bảng 3.4: Đặc trưng tiêu thí nghiệm đất phịng 60 Bảng3.5: Đặc trưng tiêu thí nghiệm đá phịng 61 Bảng 3.6: Bảng tổng hợp thí nghiệm đẩy trượt trụ đá hầm 62 Bảng 3.7: Bảng tổng hợp thí nghiệm xác định mơ đun biến dạng hầm 62 Bảng 3.8: Bảng tổng hợp thí nghiệm xác định mơ đun biến dạng hố khoan 62 Bảng 3.9: Bảng tổng hợp đo địa vật lý hầm 63 Bảng 3.10: Bảng chỉnh lý cường độ kháng cắt mẫu đất ( TCVN 9153:2012) 64 Bảng 3.11: Giá trị tính tốn tiêu lý đất 65 Bảng 3.12: Đặc trưng dung trọng cường độ kháng nén mẫu đá 66 Bảng 3.13: Bảng tổng hợp cường độ tiêu chuẩn khối đá theo Hoek-Brown 66 Bảng 3.13: Bảng tổng hợp cường độ tiêu chuẩn khối đá theo Hoek-Brown 71 Bảng 3.14:Thống kê khe nứt bậc 6(Theo tài liệu đo vẽ đồ địa chất hố móng) 74 Bảng 3.15: Bảng thống kê khe nứt bậc 5,6(Theo tài liệu quét hố khoan KCNN1) 75 Bảng 3.16: Phân loại đứt gãy, khe nứt theo TCVN 9156:2012 76 Bảng 3.17: Bảng tổng hợp tính tốn cường độ khe nứt threo Barton-Bandis 77 Bảng 3.18: Thống kê cao trình mực nước hố khoan 78 Bảng 4.1: Thông số đầu vào cho mô hình Rocslide 82 Bảng 4.2: Thơng số đầu vào cho mơ hình Rocplane 82 Bảng 4.3: Hệ số an tồn mặt cắt tính theo mơ hình rocslide 83 Bảng 4.4: Hệ số an tồn mặt cắt tính theo mơ hình rocplane 85 Hình 4.4: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC1-TH1 – RocPLAN, K=1.20 86 Hình 4.5: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC1-TH1 – RocPLAN, nước lấp đầy 40% 87 Hình 4.6: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC1-TH1 – RocPLAN, động đất cấp 87 102 MỞ ĐẦU Sạt trượt tầng phủ trượt sâu đá gốc tượng phổ biến xảy trước, sau thi cơng cơng trình Do đặc thù cơng trình thủy điện thường đặt nơi có địa hình đồi núi, vách dốc nên tượng có nguy xảy cao Mất ổn định đập thủy điện vấn đề nghiêm trọng nhạy cảm, cần có nghiên cứu chi tiết để dự đoán trước đề biện pháp phịng ngừa thích hợp nhằm ngăn chặn cố, đảm bảo an toàn cho tuyến đập vùng hạ du Cơng trình thủy điện Bản Vẽ xây dựng sông Cả thuộc địa phận xã Yên Na, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An Khi tích nước hồ chứa đến cao trình mực nước dâng bình thường 200m vào cuối năm 2011 xuất hiện tượng biến dạng gây trượt khu vực mái dốc đập phía bên vai trái Theo mốc quan trắc thành lập từ xây dựng cơng trình khu vực mái dốc có xu hướng dịch chuyển phía lịng sơng Hiện tượng xảy mạnh mẽ mùa mưa lũ, đe dọa nghiêm trọng đến an tồn tồn tuyến đập Đề góp phần làm rõ đặc điểm, nguyên nhân, chế trượt lở đề xuất giải pháp gia cố xử lý tai biến này, luận văn tập trung nghiên cứu với chủ đề “Nghiên cứu, đánh giá độ ổn định vai trái đập thủy điện Bản Vẽ, tỉnh Nghệ An” - Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Góp phần làm sáng tỏ đặc điểm gián đoạn ảnh hưởng đến ổn định trượt khối đá; - Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần xác định nguyên nhân gây ổn định đất đá đề xuất giải pháp kỹ thuật xử lý nguy ổn định, đảm bảo điều kiện vận hành an toàn cho hồ chứa thủy điện Bản Vẽ Phụ lục 4: Bảng thống kê khe nứt hố khoan KCNN1 camera hố khoan STT SH 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 Độ sâu,m ～ Từ  đến 144.91 ～ 145.04 144.98 ～ 145.08 145.11 ～ 145.18 145.32 ～ 145.36 145.54 ～ 146.36 145.55 ～ 145.63 145.67 ～ 145.72 145.77 ～ 145.78 145.84 ～ 145.94 145.85 ～ 145.87 145.85 ～ 146.08 145.97 ～ 145.99 146.06 ～ 146.09 146.19 ～ 146.26 146.29 ～ 146.33 147.93 ～ 147.99 147.1 ～ 147.11 147.12 ～ 147.13 147.97 ～ 148.03 148.12 ～ 148.21 148.19 ～ 148.29 148.7 ～ 148.75 148.84 ～ 148.88 148.94 ～ 148.98 148.03 ～ 148.06 149.04 ～ 149.08 149.39 ～ 149.66 ～ 150.04 150 150.09 ～ 150.1 150.18 ～ 150.23 150.34 ～ 150.38 151.13 ～ 151.23 151.16 ～ 151.19 151.27 ～ 151.55 151.47 ～ 151.52 151.64 ～ 151.66 151.67 ～ 151.69 152.14 ～ 152.18 152.78 ～ 152.84 153.06 ～ 153.13 153.12 ～ 153.17 153.14 ～ 153.23 153.12 ～ 153.17 153.14 ～ 153.3 153.28 ～ 153.34 153.34 ～ 153.4 153.55 ～ 153.63 153.65 ～ 153.78 154.7 ～ 154.82 154.29 ～ 154.34 154.37 ～ 154.52 154.6 ～ 154.75 154.82 ～ 154.86 155.12 ～ 155.2 Phương vị  hướng dốc 291 258 251 103 73 308 262 237 229 210 240 246 233 204 238 181 329 324 197 193 23 175 184 192 224 198 115 179 12 246 195 112 168 78 165 202 201 214 222 232 203 221 203 224 213 224 245 242 248 339 23 231 195 200 Góc  dốc 48 40 34 19 82 35 24 42 13 64 13 12 33 24 31 28 41 40 24 21 20 14 19 68 16 24 20 44 15 68 24 12 13 23 29 32 26 39 26 55 29 29 36 49 48 23 54 55 21 36 Bề rộng,  mm 5.5 2.5 5.3 2 2.5 2.5 1.5 0 0 0 3.5 4 0 0 2.5 2.5 0 9.8 13.5 3.8 14.5 2.5 Chất  Đới AH,  lấp  m