Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê sông có độ dốc lớn ở quảng ninh

LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Khoa Cơng trình Tên tác giả: Phạm Văn Long Học viên cao học: CH19C21 Người hướng dẫn: PGS – TS Nguyễn Quang Hùng Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê sơng có độ dốc lớn Quảng Ninh” Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình trước TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Văn Long LỜI CẢM ƠN Tác giải xin trân trọng cảm ơn thầy cô Trường Đại học Thủy lợi; đặc biệt cán bộ, giảng viên khoa Công trình, phịng Đào tạo đại học sau đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Nguyễn Quang Hùng hết lòng ủng hộ hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô hội đồng khoa học đóng góp ý kiến lời khuyên quý giá cho luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Chi cục Thủy lợi Quảng Ninh, phịng Quản lý cơng trình – Sở NN&PTNN tỉnh Quảng Ninh quan tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả việc thu thập thơng tin, tài liệu q trình thực luận văn Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp thường xuyên chia sẻ khó khăn động viên tác giả suốt trình học tập nghiên cứu để hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn./ Hà Nội, tháng 08 năm 2013 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Văn Long MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1  1.1 Tổng quan đê sông Việt Nam vùng Quảng Ninh 1  1.2 Cơ chế gây sụt trượt mái bờ sông 6  1.2.1 Trồng cỏ 12  1.2.2 Kè lát mái đá lát khan 13  1.2.3 Kè lát mái đá xây, đá chít mạch 14  1.2.4 Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông ốngbuy đổ đá hộc 15  1.2.5 Kè lát mái bê tông bảo vệ mái 16  1.2.6 Sự hư hỏng tường đá xây 18  1.2.7 Cừ thép bảo vệ mái 18  1.3 Tình hình hư hỏng đê hàng năm 19  CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU BẢO VỆ MÁI SÔNG 22  2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu thấm ổn định đê mái sông 22  2.2 Cơ sở khoa học nghiên cứu thấm qua đê trường hợp lũ rút 24  2.3 Giải toán thấm phương pháp phần tử hữu hạn 29  2.3.1 Trình tự giải toán phương pháp PTHH 29  2.3.2 Giải toán thấm phương pháp PTHH: 31  2.3.3 Đường bão hòa đê đất đồng chất mực nước hạ thấp 32  2.4 Cơ sở khoa học nghiên cứu ổn định đê trường hợp ngâm lũ 35  2.4.1 Phương pháp tính tốn trượt cung tròn 35  2.4.2 Phương pháp tổng ứng lực 36  2.4.3 Phương pháp ứng lực hữu hiệu 36  2.5 Cơ sở khoa học nghiên cứu ổn định đê trường hợp lũ rút 37  2.6 Phân tích ổn định có xét đến mực nước dao động ( mực nước rút nhanh) 38  2.6.1 Nguyên lý chung 38  2.6.2 Những giả thiết chung phương pháp 39  2.7 Kết luận chương: 45  CHƯƠNG III: LỰA CHỌN CÁC KẾT CẤU BẢO VỆ KÈ PHÙ HỢP CHO KÈ SÔNG KA LONG 46  3.1 Giới thiệu công trình 46  3.1.1 Tên, vị trí phạm vi xây dựng cơng trình 46  3.1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ cơng trình 46  3.1.3 Quy mô hạng mục cơng trình 46  3.2 Các điều kiện tự nhiên tác động tới kết cấu cơng trình 47  3.3 Bài tốn nghiên cứu 47  3.3.1 Hình thức kết cấu 47  3.3.2 Chỉ tiêu lý tính tốn 49  3.3.3 Các tổ hợp lực dùng tính tốn 49  3.4 Kết nghiên cứu 50  3.5 Phần mềm sử dụng toán 52  3.6 Phân tích hệ số ổn định kè điều kiện rút nước 52  3.6.1 Xét thay đổi K ~ t phương án 52  3.6.2 Xét tốc độ suy giảm K ~ t phương án 57  3.6.3 Xét thay đổi K ~ t phương án 62  3.7 So sánh hệ số ổn định hai phương án kết cấu : 66  3.8 Kết luận chương 72  KẾT LUẬN 73  TÀI LIỆU THAM KHẢO 75  DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ hệ thống đê điều lưu vực sông Hồng Hình 1.2: Tỉnh Quảng Ninh Hình 1.3 Trồng cỏ bảo vệ mái đê, mái sơng 13 Hình 1.4 Lát mái đá khan 14 Hình 2.1: Dịng chảy ngầm đê 22 Hình 2.2: Sơ đồ biểu thị định luật bảo tồn khối lượng cho dịng thấm khơng ổn định 24 Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ hệ số thấm áp lực kẽ rỗng 28 Hình 2.4: Rời rạc hóa miền xác định 30 Hình 2.5: Tính tốn đường bão hịa mực nước hạ xuống 35 Hình 2.6: Tính tốn theo phương pháp trượt cung tròn 35 Hình 2.7: Sơ đồ chia lát tính tốn ổn định 40 Hình 3.1: Sơ đồ kết cấu phương án 47 Hình 3.2: Sơ đồ kết cấu phương án 48 Hình 3.3: Sơ đồ kết tính tốn ổn định tổng thể, tổ hợp lực PA1 50 Hình 3.4 : Sơ đồ kết tính tốn ổn định tổng thể, tổ hợp lực PA2 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Các giả thiết số phương pháp đại biểu 42 Bảng 3.1: Kết nghiên cứu hệ số ổn định K với tổ hợp lực 50 Bảng 3.2: Kết K theo thời gian 52 Bảng 3.2 Kết K theo thời gian 54 Bảng 3.3 Kết K theo thời gian 56 Bảng 3.4 Kết K theo thời gian 57 Bảng 3.5Kết K theo thời gian 59 Bảng 3.6Kết K theo thời gian 61 Bảng 3.7 : Kết K theo thời gian 62 Bảng 3.8 Kết K theo thời gian 63 Bảng 3.9Kết K theo thời gian 65 Biểu đồ 3.1: Quan hệ K ~ t mái trên, phương án 53  Biểu đồ 3.2 Quan hệ K ~ t mái dưới, phương án 54  Biểu đồ 3.3 Quan hệ K ~ t tổng thể mái phương án 56  Biểu đồ 3.4: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t kè cấp kè cấp phương án 58  Biểu đồ 3.5:Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t mái phương án 59  Biểu đồ 3.6: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t tổng thể phương án 61  Biểu đồ 3.7: Quan hệ K ~ t mái phưong án 63  Biểu đồ 3.8 : Quan hệ K ~ t mái phưong án 64  Biểu đồ 3.9: Quan hệ K ~ t tổng thể phưong án 65  Biều đồ 3.10: Quan hệ K ~ t mái hai phưong án v= 66  Biều đồ 3.11 : Quan hệ K ~ t mái hai phưong án v= 67  Biều đồ 3.12 Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 68  Biều đồ 3.13: Quan hệ K ~ t mái hai phưong án v= 69  Biều đồ 3.14: Quan hệ K ~ t mái hai phưong án v= 69  Biều đồ 3.15: Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 70  Biều đồ 3.16: Quan hệ K ~ t mái hai phưong án v= 70  Biều đồ 3.17: Quan hệ K ~ t mái hai phưong án v= 71  Biều đồ 3.18: Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 71  CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1.1 Tổng quan đê sông Việt Nam vùng Quảng Ninh Ở miền Bắc có hệ thống sơng Hồng, sơng Thái Bình, miền Trung có hệ thống sơng Mã, sơng Cả, sông Vu Gia Thu Bồn, sông Vệ, sông Trà Khúc, sông Côn, sông Ba, sông Cái Nha Trang; miền Nam có sơng Đồng Nai, sơng Bé, sơng Cửu Long Các hệ thống sông hàng năm cung cấp cho nguồn nước quí giá để phục vụ đời sống người phát triển kinh tế quốc dân Lợi ích mà hệ thống sơng đem lại vô to lớn, tác hại lũ lụt từ hệ thống sông gây cho cho người kinh tế quốc dân nhỏ Từ thủa xa xưa cha ông ta biết đắp đê ngăn lũ dọc theo dịng sơng để hạn chế lũ lụt chúng gây cư dân sinh sống dọc bên sông Một công trình ngăn lũ tiêu biểu xây dựng từ xa xưa cịn tồn đến ngày hệ thống đê sông Hồng Ngày công xây dựng đất nước, Nhà nước tiếp tục đầu tư xây dựng cơng trình phịng chống lũ, trọng đến kiên cố hệ thống đê sông, đê biển nhằm giảm nhẹ thiên tai lũ lụt gây Đồng sông Hồng vùng kinh tế quan trọng nước Trong vùng có hệ thống đê sơng Hồng sơng Thái Bình hệ thống đê sông chống lũ quan trọng với tổng chiều dài gần 2.400km, chiều cao đê đến tu bổ nâng cấp, với chiều cao trung bình từ 6m đến 11m, đê chủ yếu đắp đất Lũ sông Hồng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ lũ sông Đà, lũ sông Thao lũ sông Lô Trên sơng Đà có thuỷ điện Hồ Bình, cơng trình ngồi tác dụng cấp điện cho miền Bắc cịn cơng trình cắt lũ có ý nghĩa quan trọng cho sông Hồng Thực tế cho thấy năm trước chưa có nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, mùa lũ, mực nước sơng dâng cao, khơng thể kiểm sốt đê sông Hồng thường xuyên bị uy hiếp Từ nhà máy thuỷ điện Hồ Bình vào hoạt động, lũ sông Hồng giảm đáng kể lũ sông Đà bị cắt Đây yếu tố tích cực mà hồ Hồ Bình đem lại Nhưng tác hại mà hồ Hồ Bình gây cho hạ lưu khơng phải nhỏ, thay đổi rõ rệt chế độ dịng chảy sơng Đà mùa kiệt lẫn mùa lũ làm cho diễn biến sạt lở bở sông sông Đà sông Hồng diễn ngày phức tạp, hàng trăm đất, nhà dân dọc hai bờ sông bị Sử sách ghi lại đê Việt Nam có từ kỷ thứ sau Công nguyên thời Hai Bà Trưng đến đầu kỷ thứ 11, nhà Lý đắp đê thành Đại La, sau đổi thành Thăng Long tức Hà Nội ngày với mục đích bảo vệ kinh bên dịng sơng Hồng đến kỷ thứ 13 thời nhà Trần đê sơng Hồng nối dài từ đầu châu thổ ( Việt Trì) đến biển để phịng chống lũ Từ nhân dân Việt Nam bảo vệ sống khơng ngừng đắp to, nâng cao khép kín tuyến đê sơng, đê biển Đến nay, Việt Nam có gần 8000km đê, có gần 6000km đê sơng 2000km đê biển Riêng đê sơng có 3000km 1000km đê biển quan trọng Có gần 600 kè loại 3000 cống đê Ngoài cịn có 500 km bờ bao chống lũ sớm, ngăn mặn đồng sông Cửu Long Riêng hệ thống sơng Hồng đồng Bắc Bộ có 3000km đê sông 1500 km đê biển 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 ... bảo vệ mái 18  1.3 Tình hình hư hỏng đê hàng năm 19  CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU BẢO VỆ MÁI SÔNG 22  2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu thấm ổn định đê. .. trọng sóng làm mái đê, mái sông xảy chuyển vị lớn mái đê, mái sơng dần bị xói lở 12 Hình 2.5.b Mái đê, mái sông xảy chuyển vị lớn tác dụng sóng Tác dụng chất tải mái đê, mái sơng Trên hình 2.4... CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1.1 Tổng quan đê sông Việt Nam vùng Quảng Ninh Ở miền Bắc có hệ thống sơng Hồng, sơng Thái Bình, miền Trung có hệ thống sơng Mã,