Nghiên cứu đánh giá khả năng mất ổn định thấm nền đê tân cương vĩnh phúc và đề xuât giải pháp xử lý thích hợp

Bộ giáo dục đào tạo trường đại học mỏ - địa chất Phạm đức hậu Nghiên cứu đánh giá khả ổn định thấm đê tân cương vĩnh phúc đề xuất giải pháp xử lý thích hợp Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà nội - 2008 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Đoạn đê Tân Cương nằm hệ thống đê Tả sông Hồng xây dựng từ thời nhà Nguyễn Cuối kỷ 19, đê đắp phương pháp thủ công với vật liệu đất lấy chỗ Cùng với tồn nó, nhà nước thường xuyên tu bổ, củng cố để đảm bảo an toàn cho huyện phía Nam tỉnh Vĩnh Phúc thành phố Hà Nội Tuy nhiên, đắp thủ công vùng có cấu trúc phức tạp, lớp đất thường có độ nén chặt khơng cao, độ bền thấp làm cho ổn định đê thường xuyên bị đe dọa Đê Tân Cương, đoạn từ Km6 - Km8 đánh giá đoạn đê xung yếu huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc Thực tế, hàng năm nước lũ sông Hồng đạt mức báo động 3, đoạn đê xảy nhiều mạch sủi, mạch đùn đe dọa nghiêm trọng ổn định đê Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá khả ổn định thấm đoạn đê để từ có biện pháp xử lý thích hợp việc làm có ý nghĩa quan trọng tính cấp thiết cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài: Môi trường địa chất đê yếu tố ảnh hưởng đến ổn định thấm đê Phạm vi nghiên cứu : Đoạn đê Tân Cương từ Km6 - Km8 thuộc tuyến đê tả sông Hồng, nơi xảy quan hệ tương tác nước sông dâng cao với môi trường địa chất đê Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài làm sáng tỏ khả ổn định thấm đê Tân Cương Vĩnh Phúc, để từ đề xuất giải pháp xử lý thích hợp nhằm nâng cao mức độ ổn định cho đoạn đê Nhiệm vụ đề tài - Làm sáng tỏ đặc tính biến dạng thấm kiểu cấu trúc đê Tân Cương - Đánh giá khả ổn định thấm kiểu cấu trúc phân chia - Đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm thích hợp theo kiểu cấu trúc đê nhằm đảm bảo ổn định cho đê Nội dung nghiên cứu + Điều kiện địa lý tự nhiên khu vực Vĩnh Phúc, chế độ thuỷ văn sơng Hồng nói chung đoạn chảy qua xã Tân Cương, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc nói riêng + Đặc điểm địa chất Đệ Tứ khu vực đê Tả sông Hồng Vĩnh Phúc + Đặc điểm địa chất cơng trình đê Tả Sơng Hồng, đoạn Tân Cương Km6 - Km8 + Theo quan điểm đánh giá ổn định thấm, tiến hành phân chia kiểu cấu trúc đê phạm vi nghiên cứu + Phân tích đánh giá khả ổn định thấm kiểu cấu trúc đê phân chia + Phân tích giải pháp kỹ thuật xử lý biến dạng thấm áp dụng kiểu cấu trúc đê + Đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm thích hợp để đảm bảo cho đê ổn định lâu dài Phương pháp nghiên cứu Để giải nhiệm vụ đề tài, luận văn sử dụng tổng hợp phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp địa chất: Phân tích điều kiện hình thành đặc điểm cấu trúc môi trường địa chất, biến đổi môi trường tác động yếu tố tự nhiên nhân tạo - Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát lấy mẫu phân tích mẫu đất phịng thí nghiệm xác định tiêu lý - Phương pháp phân tích hệ thống: Nhằm xác định nguyên tắc chung tiến hành nghiên cứu đề tài, xác định nguyên nhân hình thành, điều kiện hỗ trợ chế xảy biến dạng thấm đoạn đê nghiên cứu - Phương pháp toán học thống kê: Xử lý kết thí nghiệm tiêu lý lớp đất đê - Phương pháp tính tốn lý thuyết: Sử dụng phương pháp mơ hình tốn - học đánh giá khả biến dạng thấm đoạn đê nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết đánh giá khả ổn định thấm đê đề xuất giải pháp xử lý thích hợp sở đặc điểm cấu trúc đê, phân tích hiệu kỹ thuật giải pháp xử lý có đủ độ tin cậy khoa học để áp dụng thực tiễn bảo vệ an toàn đoạn đê Tân Cương Vĩnh Phúc tuyến đê khác có đặc điểm cấu trúc tương tự Cơ sở tài liệu luận văn Luận văn hoàn thành sở tài liệu nghiên cứu tác giả, tài liệu liên quan đến đề tài luận văn nhà khoa học, tài liệu lưu trữ địa chất, địa mạo, thuỷ văn, địa chất thủy văn, địa chất cơng trình đoạn đê Tân Cương Vĩnh Phúc vùng xung quanh quan nghiên cứu, sản xuất quản lý khác nhau, số tài liệu khác Cấu trúc luận văn Luận văn kết cấu gồm phần mở đầu chương, dày 101 trang đánh máy khổ A4, 08 bảng số liệu 77 hình vẽ, đồ thị (trong hình vẽ lớn khơng trình bày luận văn) Luận văn hoàn thành mơn Địa chất cơng trình, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Tơ Xn Vu Trong q trình thực hiện, Tác giả nhận quan tâm giúp đỡ Phịng Đại học Sau đại học, Bộ mơn Địa chất cơng trình, giúp đỡ ý kiến đóng góp giảng viên thuộc Bộ mơn Địa chất cơng trình, Bộ mơn Địa kỹ thuật trường Đại học Thuỷ lợi, Công ty Tư vấn Xây dựng Thuỷ Lợi I, Cục Quản lý Đê điều Phòng chống Lụt bão, Chi cục Quản lý Đê điều phòng chống lụt bão tỉnh Vĩnh Phúc, Đội Quản lý Đê huyện Vĩnh Tường Vĩnh Phúc đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy hướng dẫn TS Tô Xuân Vu, thầy Bộ mơn Địa chất cơng trình, quan, ủng hộ đồng nghiệp, bạn bè gia đình q trình hồn thành luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG THẤM CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG THẤM 1.1 Khái niệm biến dạng thấm Trong thực tế xây dựng cơng trình đê, đập, khai thác mỏ, khai thác đào ngầm, đặc biệt công trình ngăn nước thường xảy tượng di chuyển hạt khống tác dụng dịng thấm, làm cho độ rỗng đất tăng lên, gây ổn định cơng trình Đó biểu q trình biến dạng thấm Biến dạng thấm thường xảy thực tế xây dựng cơng trình nên quan tâm nhiều nhà khoa học giới nước Theo V.A Mironenko V.M.Sextakov cho rằng, tác dụng nước đất làm thay đổi trạng thái ứng suất đất đá, mà cịn làm cho kiến trúc đất đá bị xáo động (hoặc phá hoại) ảnh hưởng trình moi vận chuyển học gây nên lực thuỷ động Biến dạng q trình gọi biến dạng thấm [13] Theo tác giả Nguyễn Trấn, biến dạng thấm biến dạng đất q trình tác dụng dịng thấm làm thay đổi tiêu vật lý, học cấp phối hạt, khối lượng thể tích, độ lỗ rỗng, lực dính kết, góc ma sát trong, hệ số nén lún, hệ số thấm gây nên[2] Tác giả Phạm Văn Tỵ đưa định nghĩa cụ thể biến dạng thấm sau: “Biến dạng thấm biến dạng tác dụng dòng thấm đất gây áp lực thấm vượt áp lực thấm giới hạn đất: [6] Tác giả Tô Xuân Vu, cho rằng: “Biến dạng thấm biến dạng xảy môi trường đất đá tác dụng lực thấm nước vận động Biến dạng thấm xảy làm tăng độ lỗ rỗng, thay đổi trạng thái ổn định đất đá gây ảnh hưởng lớn cơng trình xây dựng [9] Biến dạng thấm xảy theo nhiều hình thức khác Theo nhà học đất V.M Sextakov, R.Whitlow, V.A Mironenko hình thức biến dạng thấm chủ yếu xảy cơng trình xói ngầm đùn đất Điều kiện phát sinh, phát triển hình thức phụ thuộc vào nhiều yếu tố Xói ngầm hình thức biến dạng thấm nhà khoa học nghiên cứu nhiều xảy phổ biến xây dựng cơng trình thủy lơi Theo V.A Mironenko, xói ngầm hiểu moi hạt nhỏ qua lỗ rỗng cốt đất hạt to ngồi Kết quả, xói ngầm phát triển chủ yếu đất có độ dính kết nhỏ, đặc biệt cát Mức độ xói ngầm phát triển phụ thuộc vào độ khơng hạt (đánh giá qua hệ số không hạt -η) Gradient áp lực thấm (J) Đất không hạt, áp lực thấm lớn xói ngầm dễ xảy Kết nghiên cứu nhà khoa học N.M.Botskov (1936), A.N Patrsev (1938 - 1945), V.X Ixtomina (1957) [24] cho thấy, xói ngầm dễ phát sinh đất có η>20, η