Sự cố đờ điều phỏt sinh trong lũ, đõy là những loại sự cố đờ nú cú hậu quả rất nghiờm trọng, nếu khụng được xử lý sự cố ngay từ giờ đầu dẫn đến hậu quả vỡ đờ, là một thảm họa thiệt hại vụ cựng to lớn về người và tài sản.
2.2.1.Tỏc hại của sựđựn, sủi; thẩm lậu
Xúi ngầm cơ học và cỏt chảy là một sự thỳc đẩy mạnh cho phỏt sinh ra mạch đựn, đú cũng là một tỏc hại của sự đựn, sủi. Bởi đựn, sủi, nú moi cuốn những hạt đất cỏt ra khỏi khối đất ở một tốc độ lớn cú thể làm biến dạng nền đờ, tạo nờn sụt mặt đất, nứt đất, thậm chớ là sập đờ dẫn đến hậu quả vỡ đờ. Thẩm lậu làm cho cả thể tớch gần mặt mỏi dốc bị biến dạng cục bộ dẫn đến trượt cục bộ, xúi lở đất trờn đoạn mỏi đờ cú thể gõy ra vỡ đờ.
2.2.1.1 Xúi ngầm cơ học:
Xúi ngầm cơ học được hiểu là sự moi cuốn đi những hạt nhỏ qua những lỗ rỗng của cốt đất hạt to hơn; trong đú sự moi cuốn cú thể "cú mức độ, hoặc cú thể làm phỏ hoại đất được quyết định trước hết bởi hệ số khụng đồng nhất của đất và gradient thấm. Xúi ngầm cú thể xảy ra với những điều kiện sau:
Đất khụng đồng nhất ở mức độ nào đú, lỳc này cỏc hạt nhỏ hơn cú thể di chuyển trong lỗ rỗng của cỏc hạt to hơn và bị moi ra khỏi khối đất;
Cú gradient nhất định của dũng nước, tạo nờn lực thủy động cú khả năng lụi cuốn hạt đất theo dũng nước ngầm;
Để đỏnh giỏ khả năng xúi ngầm người ta thường dựa vào tốc độ và gradient thủy lực của dũng nước ngầm.
Khi đỏnh giỏ mức độ ảnh hưởng của tốc độ dũng thấm tới khả năng xúi ngầm, người ta thường sử dụng kết quả nghiờn cứu của D.D. Djastin [Lomtadze], như ở bảng:
Bảng 2.2:Tốc độ dũng nước dưới đất bắt đầu gõy ra xúi ngầm
Kớch thước hạt đất, (mm) Tốc độ gõy rửa xúi, (m/phỳt) Kớch thước hạt đất, (mm) Tốc độ gõy rửa xúi, (m/phỳt) 5,0 13,23 0,10 1,83 3,0 10,37 0,08 1,67 1,0 5,91 0,05 1,31 0,8 5,30 0,03 1,04 0,5 4,18 0,01 10,59 0,3 3,08
Khi đỏnh giỏ ảnh hưởng của gradient thủy lực của dũng nước dưới đất đến khả năng xúi ngầm của đất cỏt, K. Terzaghi (1933) chỉ ra rằng dũng thấm đi lờn cú thể gõy xúi ngầm với gradient cú giỏ trị bằng:
JRrR = (∆ - 1)(1-n), (9) Trong đú: ∆, n - tỷ trọng, độ rỗng của đất.
V.X. Istomina đó đưa ra mối quan hệ giữa gradient thủy lực của dũng thấm với hệ số khụng đồng nhất của đất 10 60 d d Kk = , (10)
Trong đú: Kk – hệ số khụng đồng nhất về kớch thước hạt trong đất rời, d60, d10 – đường kớnh hạt đất chiếm tỷ lệ 60% và 10% trong đất rời.
Kết quả nghiờn cứu được thể hiện trờn hỡnh. 2.2
Từ hỡnh 2.2 thấy rằng khi trị số Kk = 10 ữ 15 sự phỏ hỏng do xúi ngầm chỉ xảy ra khi gradient lớn (1 > 0,8 ữ1,0), nhưng sự moi cuốn “cú mức độ” những hạt
nhỏ cú thể xảy ra ngay khi gradient nhỏ, nghĩa là, khi đất càng khụng đồng nhất thỡ chỉ cần gradien nhỏ dễ cú thể gõy ra xúi ngầm.
1,00,8 0,8 0,6 0,4 0,2 5 0 10 15 II 25 20 30 35 I
Hỡnh 2.2: Đồ thị đỏnh giỏ khả năng phỏt triển xúi ngầm (V.X. Istomina)
2.2.1.2 Cỏt chảy
Hiện tượng cỏt chảy thường được phỏt hiện ở đỏy/bờ hồ, ao, kờnh mương hoặc trong cỏc giếng phun, cỏc mạch sủi. Khi nhận xột vố cỏt chảy, Terzaghi cho rằng tớnh chảy của cỏt hoàn toàn do tỏc dụng của ỏp lực thủy động. Mụ hỡnh thể hiện sự phõn bố ứng suất trong cỏt chảy nờu ở hỡnh 2.3
Máng dẫn nuớc Đá dăm d=0,2m Cát vàng d=0,3m Phên kẹp rơm Đá hộc d=0,3m Đất sét chèn Bờ quây
σ’ - ứng suất hữu hiệu, u – ỏp lực nước lỗ rỗng
Ứng suất toàn phần / ứng suất tổng trong đất ở độ sõu (H1 + Z) từ mực nước trong bỡnh bằng trọng lượng của cột nước u = (H1 + Z)γw và trọng lượng đất bị đẩy nổi bởi ỏp lực thủy tĩnh σ’=zγ’:
σ = σ’ + u (11)
Nếu mực nước trong ống đo ỏp tăng lờn một giỏ trị h thỡ nước bắt đầu chuyển động từ dưới lờn và trong cỏt chảy xuất hiện lực thủy động DRtđR:
w w tđ J z h z H D = 1 + + γ = γ . (12)
Áp lực thủy động làm giảm ứng suất hữu hiệu một giỏ trị Dtđ: σ’ = zγ’ - Dtđ, và chớnh điều đố càng làm giảm độ ổn định của đất. Nếu ỏp lực thủy động đạt tới giỏ trị Dtđ = zγ’ thỡ ứng suất hữu hiệu sẽ bằng khụng và gradient thủy lực đạt được giỏ trị tới hạn. Với điều kiện thủy lực như vậy đất trở nờn xốp và bắt đầu chảy ở vựng bờ/đỏy hồ ao, kờnh mương; cũn trong giếng phun và lỗ rũ mạch sủi thỡ cỏt đựn lờn. Tốc độ phỏt triển của cỏt chảy phụ thuộc vào giỏ trị của lực thủy động. Nếu gradient lớn, lực thủy động lớn thỡ cỏt sẽ chảy với tốc độ lớn hoặc cực kỳ lớn, cú thể làm biến dạng nền đờ, tạo nờn sụt mặt đất, nứt đất, thậm chớ là sập đờ.
2.2.1.3 Trượt, xúi lở mỏi
Dưới tỏc dụng của ỏp lực thấm trong thõn đờ và chiều sõu mực nước phớa sụng, đường bóo hũa trong thõn đờ thường dõng cao và lộ ra trờn mỏi đờ phớa đồng gõy ra trượt mỏi dốc.
Xúi lở mỏi đờ phớa sụng hay phớa đồng đều rất nguy hiểm, gõy mất ổn định thõn đờ, nếu vào mựa lũ khi nước sụng dõng cao cựng với mưa giú mạnh cú thể gõy vỡ đờ. Do đú cần cú biện phỏp củng cố và bảo vệ mỏi đờ phớa sụng (lỏt mỏi) và phớa đồng (trồng cỏ) để đảm bảo an toàn trong mựa mưa lũ.
2.2.2. Tỏc hại nước sụng tràn mặt đờ
Khi nước tràn qua đỉnh đờ, đổ xuống mỏi đờ phớa đồng thỡ dũng nước mặt cú thể bào mũn, xúi lở mỏi tạo nờn cỏc rónh xúi, mương xúi đe doạ trực tiếp đến an
toàn đờ và cuối cựng gõy vỡ đờ. Tốc độ bào xúi mỏi đờ phụ thuộc chủ yếu vào động năng của dũng nước tràn qua đờ và tớnh chất cơ lý của đất ở mỏi đờ. Động năng của dũng nước phụ thuộc vào lưu lượng và tốc độ của dũng nước. Lưu lượng nước tràn qua đờ phụ thuộc chủ yếu vào độ chờnh cao giữa mực nước sụng và cao độ mặt đờ. Sự chờnh cao càng lớn thỡ lưu lượng nước tràn qua đờ càng cao. Tốc độ của dũng nước tràn qua đờ, ở chừng mực nhất định, phụ thuộc nhiều vào gúc dốc và chiều cao mỏi đờ phớa đồng. Theo định luật thuỷ lực học, trong điều kiện lý tưởng, khối lượng (thể tớch) của cỏc hạt bị dũng nước mặt cuốn đi thỡ tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc 6 của tốc độ dũng nước, cũn trờn thực tế, người ta quan sỏt được sự phụ thuộc này chỉ là bậc 4 (Lomtadze). Như vậy, cú nghĩa là nếu tốc độ dũng nước tràn qua mỏi đờ tăng gấp 2 lần thỡ khối lượng vật liệu mà nú cú thể mang đi được sẽ tăng lờn 16 lần.
Cỏc tài liệu quan trắc (nguồn Lomtadze) cho thấy ở những sườn dốc cú độ dốc 7-80 thỡ hiện tượng xúi bề mặt và xúi theo tuyến biểu hiện mónh liệt ở mọi nơi, ở những sườn dốc cú gúc dốc lớn hơn 80 thỡ phỏt sinh nhiều rónh xúi và nhanh chúng trở thành mương xúi. Tốc độ của dũng nước mặt ở mỏi đờ phớa đồng cũng phụ thuộc vào độ cao của đờ theo định luật rơi tự do: v= 2gh (g- gia tốc trọng trường, h- chiều cao mỏi đờ). Chiều cao đờ càng cao thỡ tốc độ dũng chảy càng lớn. Điều đú cú nghĩa là khi nước sụng tràn qua mặt đờ, đổ xuống mỏi đờ phớa đồng với gúc dốc 18-200 thỡ sự bào xúi, phỏ huỷ mỏi đờ là rất mónh liệt. Cường độ bào xúi, mặt khỏc cũn phụ thuộc vào lớp phủ bảo vệ mỏi đờ (cỏ) và đặc tớnh của đất dắp ở thõn đờ và tớnh chất cơ lý của chỳng. Độ chặt của đất càng lớn, sức khỏng cắt của đất càng cao thỡ sức chống lại sự xúi lở của dũng nước càng cao, ngược lại, độ chặt của đất đắp đờ càng thấp, cường độ chống cắt càng thấp thỡ khả năng đất bị phỏ huỷ do dũng xúi càng cao. Theo Lomtadze, tốc độ dũng nước cú thể phỏ huỷ cấu trỳc đất của một số loại đất thụng thuờng như sau:
Đất sột và đất sột pha chặt: v=1,2m/s Đất sột và đất sột pha kộm chặt v=0,5m/s Cỏt pha chặt: v= 0,6-0,8m/s
Từ phõn tớch nờu trờn nhận thấy rằng, khi nước tràn qua mặt đờ xuống mỏi đờ cú độ dốc lớn, tốc độ dũng chảy cao, vật liệu đất đắp đờ là đất sột, sột pha với dung trọng 1,45-1,50 T/m3 và độ chặt trung bỡnh là K=0,85-0,9 như phần lớn đất thõn đờ ở tỉnh Thỏi Bỡnh thỡ sự hỡnh thành rónh xúi, mương xúi là tất yếu, hiểm hoạ vỡ đờ sẽ khú trỏnh khỏi nếu khụng cú cỏc biện phỏp xử lý kịp thời.