Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đắp đập do ảnh hưởng của dòng thấm theo thời gian TT

` ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP ĐẬP DO ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ : 958.02.02 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2021 ` Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Người hướng dẫn khoa học: GS TS NGUYỄN THẾ HÙNG PGS TS CHÂU TRƯỜNG LINH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày … tháng … năm 20… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đập đất thường hạng mục cơng trình hồ chứa nước, loại hình cơng trình thủy lợi xây dựng nhiều tỉnh miền Trung Việt Nam, nhằm cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện nhiều ngành kinh tế khác Vấn đề ổn định đập xảy nguyên nhân khác như: điều kiện địa hình địa chất vật liệu xây dựng, điều kiện thủy lực như: thấm qua thân đập hồ chứa tích nước mực nước cao, nước hồ rút nhanh, Việc đảm bảo an toàn cho đập đất trường hợp khai thác hồ chứa điều kiện bắt buộc Việt Nam có hàng ngàn hồ chứa nước; đặc biệt hồ chứa xây dựng trước năm 2000, thiết kế - thi công theo tiêu chuẩn cũ (TCVN 5060:1990), nhiều hạng mục cơng trình xây dựng chưa đầu tư đồng bộ, thiếu tài liệu tính tốn, kinh nghiệm thiết kế, thi cơng đập cịn hạn chế, sau thời gian khai thác vận hành đến nhiều hồ bị xuống cấp, tiềm ẩn nguy an toàn Theo báo cáo “Hiện trạng an toàn đập, hồ chứa nước” Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nơng Thơn, tính đến năm 2018 có 1200/6648 đập, hồ chứa nước bị hư hỏng, xuống cấp thiếu khả xả lũ cần sớm sửa chữa nâng cấp [8] Trong TCVN 8216:2009 – Thiết kế đập đất đầm nén thì: đập đất phải đáp ứng yêu cầu ổn định điều kiện làm việc, thời gian thi công khai thác sử dụng Đập đất phải đảm bảo điều kiện ổn định thấm đập, thân đập, hai vai đập vùng bờ tiếp giáp mang cơng trình đặt thân đập để không gây thấm vượt vận tốc cho phép, gây xói ngầm, bóc trơi vật liệu uy hiếp tính bền vững tuổi thọ cơng trình [24] Từ cho thấy, q trình thiết kế đập đất, việc kiểm tra điều kiện ổn định mái dốc cho đập cần thiết Tuy nhiên, từ trước đến tính tốn ổn định đập dựa thông số vật liệu đầu vào tất định; thông số đầu vào tính chất lý đất (γ, C, φ, ) lấy giá trị trung bình chung cho vị trí mặt phá hoại mái dốc chưa xét đến yếu tố thay đổi có ảnh hưởng dịng thấm theo thời gian Trong thực tế tính chất lý đất thay đổi phức tạp Cụ thể là, giai đoạn thi công, đất thân đập sau đầm nén xong thường đạt tiêu vật lý học theo thiết kế, khối đất đắp đạt độ bão hịa G = (0,75 ÷ 0,85) có sức chống cắt cao Khi hồ tích nước, giai đoạn vận hành hồ chứa, khối đất đắp ngấm nước độ bão hòa khối đất nâng cao Một số tính chất đặc biệt đất đắp tiếp xúc với nước theo thời gian như: tính trương nở, tính tan rã, tính lún ướt, tính co ngót, tính xói rửa làm giảm sức chống cắt đất đắp đập Điều làm tính ổn định đập giảm Vì vậy, thiết kế cần phải kiểm tra thêm trường hợp ổn định cơng trình theo điều kiện xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian Do vậy, đề tài luận án lựa chọn “Nghiên cứu thay đổi tính chất lý đất đắp đập ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian”, luận án khảo sát thay đổi số tính chất lý đất dùng để đắp đập ảnh hưởng dòng thấm xảy sau thời gian dài nhằm góp phần nâng cao an toàn hiệu đầu tư xây dựng cho cơng trình hồ chứa nước miền Trung Việt Nam trình khai thác Mục tiêu nghiên cứu Với tiêu đề Luận án “Nghiên cứu thay đổi tính chất lý đất đắp đập ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian”, mục tiêu nghiên cứu đề tài tập trung vấn đề sau: - Xây dựng thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian cho số loại đất thường dùng để đắp đập miền Trung Việt Nam - Thực nghiệm xác định thông số, tiêu lý đất đắp đập trước sau đưa vào khai thác; Từ đó, thiết lập phương trình hồi quy biểu diễn thay đổi tính chất lý đất theo thời gian chịu tác dụng dịng thấm, nhằm phục vụ cơng tác thiết kế đập đất cảnh báo an tồn đập cho cơng trình hồ chứa nước miền Trung Việt Nam trình khai thác Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu thay đổi số tính chất lý đất đắp đập ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian gây hồ chứa khai thác số đập khu vực miền Trung Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: - Loại đất đắp đập thường sử dụng khu vực miền Trung Việt Nam - Chỉ nghiên cứu thay đổi số tính chất lý đất đắp gồm: lực dính (C), góc ma sát (φ), hệ số thấm (Kt) dung trọng (γ) Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Luận án gồm: - Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan vấn đề đặc điểm địa chất cơng trình, loại đất đắp đập, tình hình ổn định đập đất khu vực miền Trung Việt Nam nghiên cứu ngồi nước ảnh hưởng dịng thấm đến ổn định đập đất theo thời gian; - Nghiên cứu thực nghiệm: Xây dựng thiết bị mô thay đổi tính chất lý đất đắp tác động dịng thấm theo thời gian; Thí nghiệm nghiên cứu thay đổi tính chất đất như: lực dính (C), góc ma sát (φ), hệ số thấm (Kt), dung trọng (γ) loại đất sét thường gặp đập đất khu vực miền Trung có xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian; - Nghiên cứu mơ hình số: tính tốn xác định hệ số ổn định đập đất có xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian Phương pháp nghiên cứu Luận án chọn phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan kết nghiên cứu liên quan đến đề tài; sở lựa chọn hướng nghiên cứu luận án; - Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thực thí nghiệm để xác định thay đổi tính chất lý đất ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian phịng thí nghiệm Nghiên cứu, tổng hợp kết khảo sát thực nghiệm ngồi trường cơng trình thực tế khu vực nghiên cứu để đối sánh; - Ứng dụng phương pháp số cho tốn tính thấm qua đập đất, phân tích ổn định đập đất theo thời gian khai thác hồ chứa nước Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu kết luận, Luận án gồm chương trình bày theo bố cục cụ thể sau: Chương – Tổng quan Chương – Thiết lập thiết bị mô Chương – Nghiên cứu thực nghiệm Chương – Mô số CHƯƠNG TỔNG QUAN Tổng quan đặc điểm địa chất cơng trình khu vực miền Trung Theo kết nghiên cứu công bố [14], [15], [16] chia khu vực miền Trung thành sáu vùng địa chất theo tính chất lý, chiều dày lớp phủ phong hóa đá gốc, đặc điểm địa tầng thạch học sau: - Vùng I – Các trầm tích sơng cổ trẻ - aQ - Vùng II – Sườn tàn tích-edQ tàn tích-eQ đá bazan trẻ - Vùng III – Sườn tàn tích-edQ tàn tích-eQ đá phún trào - Vùng IV – Sườn tàn tích-edQ tàn tích-eQ đá bazan cổ - Vùng V – Sườn tàn tích-edQ tàn tích-eQ đá xâm nhập - Vùng VI – Sườn tàn tích-edQ tàn tích-eQ đá lục nguyên sét bội kết, cát bội kết Tổng hợp loại đất thường sử dụng đắp đập khu vực miền Trung Theo kết nghiên cứu công bố [14], [15], khu vực miền Trung có bốn loại đất thuận lợi cho việc đắp đập, gồm có: 1.2.1 Aluvi cổ 1.2.2 Đất sườn tàn tích – tàn tích đá trầm tích lục nguyên sét bội kết cát bội kết 1.2.3 Đất sườn tàn tích – tàn tích bazan cổ 1.2.4 Đất sườn tàn tích – tàn tích đá xâm nhập sâu Tổng quan ảnh hưởng dòng thấm đến ổn định đập đất 1.3.1 Tình hình ổn định đập đất Trong năm gần đây, giới xảy nhiều cố vỡ đập gây thảm họa nghiêm trọng Việt Nam cố vỡ đập Những nguyên nhân phổ biến gây cố vỡ đập vỡ đập dạng lỗ (35%), vỡ đập tràn đỉnh (25%), xói mịn (14%), biến dạng mức (11%), trượt mái (10%), cống hư hỏng (2%), sai sót q trình thi cơng (2%), ổn định xảy động đất (2%) [63] 1.3.2 Các cố ảnh hưởng dòng thấm qua đập Sự chuyển động chất lỏng môi trường đất, đá nứt nẻ môi trường xốp nói chung, gọi dịng thấm Áp lực thấm, lưu lượng thấm, gradient thấm, yếu tố động lực chủ yếu dịng thấm Dịng thấm gây cố đập phân loại sau: 1.3.2.1 Hiện tượng rò rỉ 1.3.2.2 Hiện tượng xói 1.3.2.3 Hiện tượng tan rã 1.3.2.4 Vị trí đường bão hịa thân đập Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng dịng thấm đến thay đổi tính chất lý đất đắp đập 1.4.1 Nghiên cứu giới Hiện nay, giới chủ yếu sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng dòng thấm đến cố vỡ đập Đối với việc nghiên cứu ảnh hưởng dòng thấm, phương pháp mơ hình vật lý áp dụng việc nghiên cứu tượng ảnh hưởng dòng thấm mơ hình thu nhỏ đập Từ việc quan sát, đo đạc, thu thập, phân tích số liệu để đưa đánh giá ảnh hưởng dòng thấm đến ổn định đập đất Một số nghiên cứu tiêu biểu có sử dụng mơ hình vật lý ảnh hưởng dịng thấm như: Mơ hình nghiên cứu tượng xói ngầm tác giả Lin Ke Akihiro Takahashi (2014) [62] Mơ hình nghiên cứu xói dạng lỗ tác giả R Awal, H Nakagawa, M Fujita, K Kawaike, Y Baba, H Zhang (2011) [74] Mơ hình nghiên cứu tượng xói tràn đỉnh tác giả P.K Bhattarai cộng (2014) [71] 1.4.2 Nghiên cứu Việt Nam Tác giả Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh (2005) - Nghiên cứu sử dụng đất có tính chất đặc biệt xây dựng hồ chứa Miền Trung Tây Nguyên [16] Tác giả Nguyễn Kế Tường (2009) - Nghiên cứu khảo sát thay đổi hệ số thấm nước đất loại sét có tính trương nở sau nhiều năm khai thác đập đất [12] Tác giả Trương Quang Thành (2011) - Nghiên cứu thay đổi thay đổi tính chất lý đất đắp sau hồ tích nước theo thời gian có ảnh hưởng đến ổn định lâu dài đập đất miền Trung Việt Nam [28] Tác giả Ngô Tấn Dược (2013) - Nghiên cứu thay đổi tính chất lý loại đất tàn – sườn tích Tây Nguyên mưa lũ kéo dài có ảnh hưởng đến ổn định sườn dốc cạnh đường ô tô [10] Những vấn đề nghiên cứu luận án Từ tổng quan nghiên cứu thấy theo thời gian khai thác hồ chứa, vật liệu đất đắp có thay đổi tính chất lý ảnh hưởng dịng thấm Sự thay đổi tính chất lý kéo theo thay đổi sức chống cắt khối đất đắp ảnh hưởng đến độ ổn định đập đất Để thực hướng nghiên cứu này, đề tài tiến hành thực nhiệm vụ sau: - Tổng hợp địa chất khu vực miền Trung Việt Nam đưa loại đất thường hay sử dụng để đắp đập khu vực này; - Xây dựng thiết bị mơ thay đổi tính chất đất đắp đập có xét đến tác động dịng thấm theo thời gian; - Xây dựng đồ thị thay đổi số tính chất đất đắp đập xét đến tác động dòng thấm theo thời gian gồm: dung trọng (γ), lực dính (C), góc ma sát (), hệ số thấm nước (Kt) làm sở liệu cho tính tốn ổn định đập đất; - Áp dụng phần mềm tính tốn nhằm xác định hệ số ổn định cơng trình xét đến tác động dòng thấm theo thời gian CHƯƠNG THIẾT LẬP THIẾT BỊ MƠ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT ĐẮP ĐẬP DO TÁC ĐỘNG DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN Đặt vấn đề Trong giai đoạn thi công đến suốt trình vận hành hồ chứa, đất đắp thân đập chắn nước hồ chứa nước phân thành ba giai đoạn làm việc sau: - Giai đoạn – giai đoạn vừa thi công xong: theo số kết thống kê khối đất đắp giai đoạn đạt được độ chặt – độ ẩm ban đầu theo thiết kế γc = (0,95÷1,0)γcmax; độ ẩm W = Wop±∆W; độ bão hòa nước giai đoạn đạt G = 0,75÷0,85 [16], [27] - Giai đoạn – giai đoạn đầu hồ tích nước: Tốc độ ngấm nước thân đập phụ thuộc chủ yếu vào hệ số thấm đất đắp tốc độ dâng nước hồ chứa Trong thân đập chia làm hai vùng: vùng phía đường bão hịa trạng thái chưa bão hịa, vùng phía đường bão hịa trạng thái hồn tồn bão hịa nước Q trình bão hòa nước kéo theo thay đổi sức chống cắt đất đắp thân đập, sức chống cắt đất có xu hướng giảm [27] - Giai đoạn – giai đoạn khai thác lâu dài, mực nước hồ chứa ổn định, dòng thấm ổn định Trong giai đoạn đất thân đập cố kết Mức độ cố kết phụ thuộc vào trạng thái độ 11 Để xác định lại thông số sức kháng cắt sau thời gian ảnh hưởng dòng thấm lên mẫu thử, mẫu thử lắp đặt vào thiết bị nén ba trục thuộc hãng Geocomp (Hình 2.15) Tổng thể thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp tác động dòng thấm theo thời gian thể hình 2.18 Hình 2.15 Thiết bị TCT hãng Geocomp – Mỹ Phịng thí nghiệm trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Hình 2.18 Tổng thể thiết bị mơ Thiết lập điều kiện thí nghiệm 2.3.1 Xác định đường kính mẫu chế bị 2.3.2 Xác định khối lượng đất mẫu chế bị 2.3.3 Xác định áp lực buồng 2.3.4 Xác định áp lực dịng thấm 2.3.5 Lựa chọn hình thức thí nghiệm Trong nội dung luận án, sau trình mẫu chế bị lắp đặt thiết bị vận hành theo thời gian ảnh hưởng dòng thấm gần giống với sơ đồ CD, trình cắt thiết bị nén ba trục nhằm xác định sức kháng cắt theo sơ đồ CU Quy trình thí nghiệm định hướng kết thí nghiệm 2.4.1 Quy trình thí nghiệm 12 Hình 2.21 Sơ đồ thí nghiệm thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp tác động dòng thấm theo thời gian 2.4.2 Định hướng kết thí nghiệm Kết nghiên cứu thiết bị xác định thông số thay đổi theo thời gian gồm: lực dính (C); góc ma sát (φ); dung trọng (γ); hệ số thấm (Kt) Mô thuật toán xây dựng đồ thị thay đổi tính chất lý đất đắp đập theo thời gian Biểu đồ biểu diễn đường quan hệ tính chất lý đất đắp theo thời gian gồm γ=f(t), C=f(t), φ=f(t), Kt=f(t) xác định từ kết thí nghiệm thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp đập tác động dòng thấm theo thời gian Hình 2.22 Các bước xây dựng biểu đồ quan hệ tính chất lý đất đắp theo thời gian Đồ thị hàm tính chất lý thay đổi theo thời gian: Hình 2.24 Đồ thị xác định hàm hồi quy tính chất lý thay đổi theo thời gian 13 Kết luận chương Nội dung chương trình bày bước xây dựng thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp tác động dịng thấm theo thời gian Thơng qua thiết bị này, kết hợp thí nghiệm khác xác định thay đổi tính chất lý đất đắp theo thời gian gồm lực dính (C); góc ma sát (φ); dung trọng (γ) hệ số thấm (Kt) CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT ĐẮP DO ẢNH HƯỞNG DỊNG THẤM THEO THỜI GIAN Vật liệu thí nghiệm 3.1.1 Chọn loại đất để nghiên cứu Dựa vào yếu tố gồm: tính chất lý, phân loại loại đất đắp thời gian thí nghiệm, loại đất đắp nghiên cứu sinh lựa chọn để nghiên cứu aluvi cổ Ở điều kiện tự nhiên, đất có dung trọng khơ γc = 1,4÷1,6 T/m3, độ ẩm W = 20÷25%, trạng thái dẻo cứng đến cứng Khi bão hịa nước có thơng số chống cắt φ = 16°÷20°, C = 0,10÷0,4 kG/cm2, hệ số thấm nước K = 10-4÷10-5 cm/s Loại đất có hàm lượng sét 15÷35%, sử dụng để đắp đập đồng chất đắp lõi đập Tương ứng với loại đất này, đề tài lựa chọn đất đắp đập hồ chứa nước Tả Trạch, tỉnh Thừa Thiên Huế 3.1.2 Cơng tác lấy mẫu đất thí nghiệm Đất lấy vùng mở rộng mỏ VĐ2 (bản vẽ N°123ĐĐC-VL-08 ÷ N°123Đ-ĐC-VL-10) nằm hạ lưu khu vực mỏ VĐ2 – Cơng trình hồ chứa nước Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế 3.1.3 Các kết thí nghiệm vật liệu 3.1.3.1 Xác định thành phần hạt 3.1.3.2 Xác định khối lượng thể tích khơ lớn độ ẩm tối ưu 3.1.3.3 Xác định sức chống cắt 14 Quy hoạch thực nghiệm Đề tài tham khảo Tiêu chuẩn kỹ thuật hành liên quan để xác định tiêu lý vật liệu thí nghiệm Để tiến hành thực nghiệm cho bốn tiêu (dung trọng (γ), lực dính (C), góc ma sát () hệ số thấm nước (Kt)) cần xác định trên, mẫu đất chế bị đồng thành phần vật liệu, kích thước mẫu, độ ẩm độ chặt chế bị Quy hoạch mẫu chế bị có hình trụ có kích thước (đường kính 35mm, cao 70mm) khối lượng mẫu tính tốn 136,50g Điều kiện ảnh hưởng dịng thấm theo thời gian xét hai điều kiện bao gồm: mẫu cố kết có xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo điều kiện thực tế mẫu cố kết có xét đến ảnh hưởng dịng thấm theo điều kiện tăng ảnh hưởng dịng thấm trình bày chi tiết mục 3.3.3 Các mẫu tiến hành thí nghiệm tiêu lý tuổi mẫu T = 0, 5, 15, 30, 45, 60, 90 ngày Một số điều kiện thí nghiệm thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp ảnh hưởng dịng thấm theo thời gian 3.3.1 Q trình chế bị mẫu thí nghiệm 3.3.2 Q trình bão hịa mẫu Dựa vào trình tự thời gian thao tác trình làm bão hịa tổ mẫu, biểu diễn quan hệ áp lực dòng thấm, áp lực buồng theo thời gian (áp dụng cho tất mẫu q trình thí nghiệm) theo hai giai đoạn sau: Hình 3.9 Trình tự thời gian thao tác q trình làm bão hịa mẫu 3.3.3 Q trình thay đổi dịng thấm theo thời gian - Mẫu cố kết có xét đến ảnh hưởng dịng thấm theo điều kiện thực tế: 15 Hình 3.12 Trình tự thời gian thao tác q trình làm bão hịa tác động dòng thấm cho mẫu (theo điều kiện thực tế) Tương tự cho mẫu 2, mẫu - Mẫu cố kết có xét đến ảnh hưởng dịng thấm theo điều kiện tăng ảnh hưởng dòng thấm (tăng gấp hai lần ảnh hưởng dịng thấm): Hình 3.15 Trình tự thời gian thao tác q trình làm bão hịa tác động dòng thấm mẫu (theo điều kiện tăng áp lực thấm) Tương tự cho mẫu 2, mẫu Kết thí nghiệm 3.4.1 Dung trọng thay đổi theo thời gian Kết thay đổi dung trọng đất đắp biểu diễn biểu đồ hình 3.18 Hình 3.18 Biểu đồ biểu diễn kết thay đổi dung trọng theo thời gian 16 Một số nhận xét kết thí nghiệm: - Dung trọng đất đắp (γt) xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian thay đổi theo quan hệ hồi quy bậc với thời gian t, thông số γt thay đổi sau:  t = −0.0038t + 18.898 , với R2 = 0,7619 (CT 3.1) - Khi xét đến ảnh hưởng dòng thấm với điều kiện tăng áp lực thấm theo thời gian, dung trọng đất đắp (γt) thay đổi theo theo hai giai đoạn: Giai đoạn 1:  t1 = −0.0471t + 18.914 , với R2 = 0,9994 Giai đoạn 2:  t = −0.0019t + 17.557 , với R2 = 0,7143 3.4.2 Cường độ sức chống cắt thay đổi theo thời gian Kết thay đổi lực dinh C đất đắp biểu diễn biểu đồ hình 3.20 Hình 3.20 Biểu đồ biểu diễn kết thay đổi lực dính theo thời gian Lực dính đất đắp (Ct) xét đến ảnh hưởng dịng thấm theo thời gian thay đổi theo quan hệ hồi quy bậc ba với thời gian t, thông số Ct thay đổi sau: Ct = −1E-07t + 0.0002t − 0.0493t + 21.989 , với R2=0,9901 (CT 3.2) Kết thay đổi góc ma sát đất đắp biểu diễn biểu đồ hình 3.21 17 Hình 3.21 Biểu đồ biểu diễn kết thay đổi góc ma sát theo thời gian Góc ma sát đất đắp (φt) xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian thay đổi theo quan hệ hồi quy bậc ba với thời gian t, thông số φt thay đổi sau: t = −3E-06t + 0.0006t − 0.0497t + 15.209 , với R2 = 0,9321 (CT 3.3) 3.4.3 Hệ số thấm thay đổi theo thời gian Bảng 3.6 Kết xác định hệ số thấm Kt thay đổi theo thời gian thiết bị (đơn vị: cm/s) Thời gian (ngày) 15 30 45 60 90 Điều kiện thực 1.10-6 3,5.10-6 5.10-6 tế -6 1.10 Điều kiện tăng 1,5.10-6 4.10-6 4,5.10-6 5.10-6 5,5.10-6 6.10-6 áp lực thấm Đối sánh kết thí nghiệm Kết hàm hồi quy (CT 3.1), (CT 3.2) (CT 3.3) từ kết thí nghiệm đất aluvi cổ đập cơng trình hồ chứa nước Tả Trạch – Thừa Thiên Huế áp dụng để đối sánh với thay đổi tính chất lý đất đắp ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian cho số đập đất khu vực nghiên cứu 3.5.1 Cơng trình hồ chứa nước Liên Trì – Bình Sơn – Quảng Ngãi 3.5.2 Cơng trình hồ chứa nước Hố Hiểu – Sơn Tịnh – Quảng Ngãi 3.5.3 Cơng trình hồ chứa nước Đập Làng – Nghĩa Hành – Quảng Ngãi 18 Kết luận chương Từ kết thí nghiệm thiết bị mơ xây dựng chương 2, tác giả nhận thấy theo thời gian thí nghiệm, thơng số tính chất lý đất đắp gồm dung trọng, sức chống cắt hệ số thấm thay đổi theo Kết thay đổi tác giả thể qua đường hồi quy khác (CT 3.1, CT 3.2, CT 3.3) trình bày biểu đồ Hình 3.19, Hình 3.21 Hình 3.22 Quan hệ đường hồi quy theo thời gian hiệu chỉnh để áp dụng xác định tính chất lý đất đắp đập theo thời gian miền Trung CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC TẢ TRẠCH THEO THỜI GIAN Đặt vấn đề Lựa chọn phương pháp tính ổn định đập đất theo thời gian khai thác 4.2.1 Lý thuyết tính tốn ổn định đập đất Hiện nay, phân tích ổn định mái dốc đập đất kỹ sư thường dùng hai phương pháp: phương pháp cân giới hạn (LEM) phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 4.2.2 Phần mềm địa kỹ thuật tính tốn ổn định đập đất Một số phần mềm thường sử dụng phân tích ổn định đập đất như: Slope/W sử dụng LEM Plaxis sử dụng FEM 4.2.3 Lựa chọn công cụ tính tốn ổn định đập đất theo thời gian khai thác Trong nội dung luận án, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis tính tốn ổn định đập đất số lý sau: - Hệ số ổn định tương đồng với kết tính tốn phần mềm Geoslope [13], [43], [59]; - Xét đến nhiều yếu tố địa kỹ thuật mơ tính chất vật liệu đất đắp 19 Đánh giá ổn định đập hồ chứa Tả Trạch theo thời gian khai thác 4.3.1 Giới thiệu Cơng trình đầu mối Hồ Tả Trạch xây dựng xã Dương Hòa, huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế, cách thành phố Huế 18km phía Tây Nam Cơng trình xây dựng sơng Tả Trạch (một nhánh sơng Hương phía thượng nguồn) [8] 4.3.2 Những để tính tốn ổn định đập theo thời gian khai thác 4.3.2.1 Tài liệu địa hình Hình 4.2 Mặt cắt ngang đại diện đập nhiều khối Tả Trạch - tỉnh Thừa Thiên Huế 4.3.2.2 Tài liệu địa chất 4.3.2.3 Tài liệu mực nước 4.3.2.4 Các trường hợp tính tốn 4.3.3 Các kết tính tốn 4.3.3.1 Kết tính tốn trường hợp a Trường hợp 1: Kiểm tra ổn định mái hạ lưu Hình 4.3 Kết tính thấm mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường hợp 20 Hình 4.4 Kết tính ổn định mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường hợp Kết hệ số ổn định K = 1,498 > [K] = 1,35 Do vậy, mái đập hạ lưu ổn định theo trường hợp kiểm tra b Trường hợp 2: Kiểm tra ổn định mái thượng lưu Hình 4.5 Kết tính thấm mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường hợp Hình 4.6 Kết tính ổn định mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường hợp Kết hệ số ổn định K = 1,279 > [K] = 1,15 Do vậy, mái đập thượng lưu ổn định theo trường hợp kiểm tra 4.3.3.2 Kết tính tốn trường hợp Với cấp cơng trình thiết kế (cấp II) tuổi thọ phục vụ cơng trình 100 năm Kiểm tra tính tốn độ ổn định thấm đập theo hai trường hợp theo thời gian khai thác hồ chứa nước (tính thời điểm 100 năm), tác giả sử dụng thông số đầu vào tiêu γ, C, φ dựa theo quan hệ đường hồi quy thông số với 21 thời gian Kết tính tốn thời kỳ khai thác hồ chứa (tính thời điểm 100 năm) mặt cắt ngang đập Tả Trạch - tỉnh Thừa Thiên Huế thể Bảng 4.4 Bảng 4.4 Kết tính toán ổn định đập Tả Trạch thời kỳ khai thác hồ chứa (thời điểm t = 100 năm) Điều kiện tính tốn Trường hợp tính tốn Điều kiện Điều kiện 3-1 1,328 1,344 1,35 3-2 1,124 1,148 1,15 [K] Trong đó: - [K]: Hệ số an tồn ổn định cho phép - Điều kiện 1: Thông số đầu vào tiêu (γ, C, φ) dựa theo quan hệ đường hồi quy CT 3.1, CT 3.2, CT 3.3 xét chung cho toàn khối đất đắp - Điều kiện 2: Thông số đầu vào tiêu (γ, C, φ) dựa theo quan hệ đường hồi quy CT 3.1, CT 3.2, CT 3.3 xét cho lớp đất đắp chịu ảnh hưởng dòng thấm Dựa vào kết thí nghiệm thay đổi tính chất lý đất đắp đập ảnh hưởng dịng thấm, ứng với thời gian 100 năm, hệ số ổn định mái hạ lưu K = 1,328 (1,344) mái thượng lưu K = 1,124 (1,148) Theo hệ số ổn định cho phép mái đập hạ lưu mái thượng lưu không đạt hệ số ổn định cho phép thời điểm Kết luận chương Nội dung chương trình bày hai phương pháp xác định ổn định mái dốc thường sử dụng phương pháp cân giới hạn (LEM) phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Nội dung chương lựa chọn cơng trình nghiên cứu hồ chứa nước Tả Trạch, tỉnh Thừa Thiên Huế (đập chính) để tính ổn định theo mơ đun Plaxis 2D 22 KẾT LUẬN Kết đạt luận án a Nghiên cứu tổng quan - Luận án đưa tranh tổng thể tình hình an toàn đập đất giới Việt Nam Thống kê, phân tích nguyên nhân gây cố cơng trình cho thấy rõ ảnh hưởng dòng thấm đến ổn định đập đất - Các nghiên cứu thực chủ yếu mơ hình vật lý đạt kết định Tuy nhiên, nghiên cứu xét đến đầy đủ yếu tố tác động đến thay đổi tính chất lý theo thời gian khai thác hồ chứa hạn chế Trong điều kiện làm việc đập đất miền Trung Việt Nam đặt yêu cầu cần có nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng dòng thấm đến ổn định đập hồ chứa nước - Phân tích tổng hợp yếu tố ảnh hưởng đến thay đổi tính chất lý đất đắp đập theo thời gian khai thác hồ chứa b Nghiên cứu thực nghiệm - Luận án xây dựng thiết bị mô thay đổi tính chất lý đất đắp đập tác động dòng thấm theo thời gian điều kiện Việt Nam Thiết bị dựa cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị nén ba trục; - Xây dựng quy trình vận hành thiết bị thí nghiệm tính chất lý đất đắp điều kiện thí nghiệm gồm: xác định đường kính khối lượng mẫu chế bị, xác định áp lực buồng áp lực dòng thấm; - Xây dựng biểu đồ thay đổi tiêu lý đất như: lực dính (C), góc ma sát (φ), hệ số thấm (Kt) dung trọng (γ) theo thời gian khai thác hồ chứa; Kết thay đổi 23 luận án thể qua đường hồi quy khác (CT 3.1, CT 3.2, CT 3.3) trình bày biểu đồ Hình 3.19, Hình 3.21 Hình 3.22 Trong đó: + Hàm hồi quy dung trọng thay đổi theo thời gian (CT 3.1):  t = −0,0038t + 18,898 , với R2 = 0,7619 + Hàm hồi quy lực dính thay đổi theo thời gian (CT 3.2): Ct = −1E-07t + 0,0002t − 0,0493t + 21,989 , với R2 = 0,9901 + Hàm hồi quy góc ma sát thay đổi theo thời gian (CT 3.3): t = −3E-06t + 0,0006t − 0,0497t + 15,209 , với R2 = 0,9321 - Các hàm hồi quy (CT 3.1), (CT 3.2) (CT 3.3) xây dựng từ kết thí nghiệm đất aluvi cổ đập cơng trình hồ chứa nước Tả Trạch – Thừa Thiên Huế áp dụng để đối sánh với mức độ thay đổi tính chất lý đất đắp ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian cho 03 cơng trình thực tế khu vực nghiên cứu cho thấy có tương đồng tính chất lý đất đắp đập theo thời gian Quan hệ đường hồi quy theo thời gian hiệu chỉnh để áp dụng xác định tính chất lý đất đắp đập theo thời gian miền Trung c Nghiên cứu mơ hình số Luận án áp dụng phần mềm Plaxis để tính tốn hệ số ổn định đập Tả Trạch, Thừa Thiên Huế có xét đến ảnh hưởng dịng thấm theo thời gian khai thác hồ chứa Theo kết tính tốn cho thấy, với cấp cơng trình thiết kế có tuổi thọ cơng trình 100 năm, kết thí nghiệm luận án thay đổi tính chất lý đất đắp đập ảnh hưởng dịng thấm, ứng với thời điểm 100 năm sau, hệ số ổn định mái hạ lưu K=1,328 < [K] mái thượng lưu K=1,124 < [K]; có nghĩa mái đập hạ lưu mái thượng lưu không đạt hệ số ổn định cần thiết thời điểm 100 năm sau theo quy phạm 24 Những đóng góp luận án Luận án có đóng góp sau: - Xây dựng thiết bị thí nghiệm để xác định thay đổi tiêu lý đất đắp đập theo thời gian điều kiện Việt Nam; - Thiết lập phương trình đường hồi quy biểu diễn thay đổi tính chất lý đất đắp đập (loại aluvi cổ) theo thời gian chịu tác dụng dòng thấm Tồn hướng nghiên cứu a Tồn - Do kinh phí thời gian hạn chế, nên trình đánh giá phân loại loại đất đắp để thí nghiệm chưa bao phủ hết loại đất thường dùng để đắp đập Việt Nam Trên thực tế có nhiều đập đắp đất có lực dính nằm khoảng mà tác giả lựa chọn để tính tốn; - Chưa đưa thơng số khác như: mô đun tổng biến dạng, hệ số trương nở,… (do hạn chế điều kiện thời gian nghiên cứu); thơng số có ảnh hưởng đến tính chất lý đất đắp b Hướng nghiên cứu - Tiếp tục xây dựng thí nghiệm để vẽ biểu đồ thay đổi tính chất lý theo thời gian cho nhiều loại đất khác nhau, từ có sở để đánh giá khái quát kết nghiên cứu DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Chau Truong Linh, Nguyen Thanh Quang (2015), “Research on the stability by seepage effect through the Ta Trach dam in Thua Thien Hue province”, Vietnam-France international conference: Safety of small dams and dikes, p115-120 Nguyễn Thanh Quang, Nguyễn Thế Hùng, Châu Trường Linh (2018), “So sánh phương pháp phân tích ổn định đập đất nay”, Tạp chí Khoa học công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 9(130), trang 51-55 Nguyen Thanh Quang, Chau Truong Linh, Nguyen The Hung (2019), “Research equipment of changes physical properties embankment due to seepage effect by the time”, ISBN: 978-604-822893-4, TISDIC 2019, Published by: The University of Danang – University of Science and Technology, pp 144-155 Nguyen Thanh Quang, Chau Truong Linh, Nguyen The Hung (2019), “Experimental and numerical assessments of seepage effect on embankment behaviours by the time”, ISSN: 2366:2557, E-ISSN: 2266:2565, Publisher: Springer Nature, pp709-714 ... mơ thay đổi tính chất lý đất đắp đập tác động dòng thấm theo thời gian Hình 2.22 Các bước xây dựng biểu đồ quan hệ tính chất lý đất đắp theo thời gian Đồ thị hàm tính chất lý thay đổi theo thời. .. ổn định cơng trình theo điều kiện xét đến ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian Do vậy, đề tài luận án lựa chọn ? ?Nghiên cứu thay đổi tính chất lý đất đắp đập ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian? ??,... dịng thấm theo thời gian 2.2.2 Thiết bị mô thay đổi tính chất lý đất đắp đập tác động dịng thấm theo thời gian Thiết bị mơ thay đổi tính chất lý đất đắp tác động dòng thấm theo thời gian cải tiến