4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Khỏi quỏt húa được l ý thuyết cố kết thấm. Qua đú đó nắm bắt được về ứng suất hiệu quả, ứng suất tổng trong mụi trường vật liệu địa phương.
Lý thuyết cơ sở cỏc phương phỏp phõn tớch ổn định mỏi dốc theo lý thuyết phõn thỏi, từ đú xỏc định được hệ số ổn định của mỏi dốc đập xột trong quỏ trỡnh thi cụng lờn đập vật liệu địa phương.
Nhận thấy rừ ràng tỏc động của ỏp lực nước lỗ rỗng trong sự thay đổi ứng suất hiệu quả của cốt đất ảnh hưởng tới ổn định cục bộ cũng như ổn định tổng thể của đập vật liệu địa phương.
Những cư sở lý thuyết trong chương này làm cơ sở nghiờn cứu của cỏc chương tiếp theo.
29
CHƯƠNG 3
NGHIấN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC NƯỚC KẼ RỖNG TỚI AN TOÀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TRONG
QUÁ TRèNH THI CễNG 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Độ ổn định của đập vật liệu địa phương phụ thuộc vào hỡnh dạng mặt cắt, cỏc chỉ tiờu cơ lý đất đắp, nền và cỏc lực mà nú phải chịu. Cỏc lực này bao gồm tỏc động của nước cả ở bờn trong dưới tỏc dạng ỏp lực nước kẽ rỗng, lực của dũng thấm và ở bờn ngoài dưới tỏc động thủy tĩnh và thủy động.
Quỏ trỡnh đắp đập bằng việc tăng tải trọng thỡ cỏc lực bờn trong và bờn ngoài đều cú ảnh hưởng đến ổn định đập đất, kết quả của gia tải tăng tốc độ thi cụng tạo ra sự phỏt triển ỏp lực nước kẽ rỗng trong đập đất. Áp lực nước kẽ rỗng sẽ tiờu tỏn theo thời gian và theo quỏ trỡnh cố kết, tỷ lệ mức độ tiờu tỏn ỏp lực nước kẽ rỗng phụ thuộc vào việc gia tải và tớnh nộn của vật liệu đắp đập gõy ảnh hưởng trực tiếp ổn định của đập đất.
Do thời gian cú hạn, trong phạm vi luận văn, tỏc giả chỉ nghiờn cứu ảnh hưởng của ỏp lực nước kẽ rỗng tới an toàn đập vật liệu địa phương trong quỏ trỡnh thi cụng nhằm giỳp cho việc đắp đập cú cỏch nhỡn sỏt hơn, tổng quỏt hơn, hợp lý hơn khi thi cụng và quản lý khai thỏc sau này.
3.2. NGHIấN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC NƯỚC KẼ RỖNG TỚI ỔN ĐỊNH ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TRONG QUÁ TRèNH TỚI ỔN ĐỊNH ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TRONG QUÁ TRèNH THI CễNG
3.2.1. Hỡnh dạng mặt cắt tớnh toỏn:
Kớch thước mặt cắt ngang cú ảnh hưởng đến sự ổn định của cụng trỡnh. Trong phạm vị của luận văn, tỏc giả nghiờn cứu ảnh hưởng của ỏp lực nước kẽ rỗng đến ổn định của đập vật liệu địa phương. Tớnh toỏn với đập cú cỏc mặt cắt kớch thước như trong bảng 3.1 :
30 Bảng 3.1 : Thụng số cơ bản cỏc mặt cắt tớnh toỏn TT H1 (m) H2 (m) m1 m2 b L1 (m) L2 (m) Số lớp đắp 1 10 20 3 3 10 70 70 10 2 20 20 3 3 10 70 70 10 3 35 20 3 3 10 70 70 10 Hỡnh 3.1: Mặt cắt tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng 3.2.2. Cỏc chỉ tiờu cơ lý của đập vật liệu địa phương:
Chỉ tiờu cơ lý của đất đắp và nền đập được thể hiện trong bảng 3.2 :
Bảng 3.2 : Cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất đắp đập và nền
Chỉ tiờu Đơn vị Đất đắp Nền
Dung trọng khụ T/m3 1,55 1,42
Dung trọng bảo hoà T/m3 1,98 1,75
Hệ số thấm K Cm/s 4.10-5 3.10-6
Mụ dun đàn hồi E Kpa 3500 4500
31
3.2.3. Tớnh toỏn tải trọng :
Trong phạm vi luận ỏn, để tớnh ỏp lực nước kẽ rỗng ta phõn tớch chọn phương phỏp tải trọng khi thi cụng. Để tớnh toỏn sức tăng tải cú thể dựa vào giả thiết của Gexevanop: tải trọng thẳng đứng σZ vằ nằng ngang σX tại độ sõu z bằng nhau :
z
X Z σ γ'.
σ = =
Trong đú: γ' : Trọng lượng riờng của đất Trị số : θ =σZ +σX =2.γ'.z
Giả thiết thớch hợp với đập đồng chất. Để tớnh toỏn ta giả thiết 1, 2, 3, ...n lớp đất được đắp theo thứ tự, mỗi lớp cao ∆z
3.2.4. Tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng và ổn định đập:
3.2.4.1. Phương phỏp & phần mềm để tớnh toỏn :
Dựng phương phỏp phần tử hữu hạn; ứng dụng phần mềm Geoslope để tớnh toỏn giải cỏc bài toỏn cơ bản : Tớnh ỏp lực nước kẽ rỗng, tớnh ứng suất, tớnh ổn định.
Phần mềm GEO-SLOPE với 5 mụ đun khỏc nhau:
- SIGMA/W: Phõn tớch ứng suất và biến dạng theo PTHH - SEEP/W: Giải bài toỏn cố kết thấm theo PTHH
- SLOOP/W: Đỏnh giỏ ổn định tổng thể và cục bộ mỏi dốc theo ứng suất phõn tố.
- CTRAN/W: Phõn tớch ụ nhiễm nước dưới đất. - QUAKE/W: Phõn tớch động đất theo PTHH.
Phần mềm sử dụng rất phổ biến trờn thế giới cũng như ở Việt Nam trong những năm gần đõy. Phạm vi luận văn sẽ ứng dụng phần mềm để giải quyết bài toỏn thấm ứng dụng trong tớnh toỏn xử lý nền cụng trỡnh thủy lợi.
32
cơ bản của dũng thấm theo phần tử hữu hạn, tớnh toỏn ứng suất và biến dạng, đỏnh giỏ ổn định của mỏi dốc theo ứng suất phõn tố. Quỏ trỡnh này được thực hiện nhờ mụ đun SEEP/W; SIGMA/W; SLOOP/W của phần mềm GEO- SLOPE cú đăng ký bản quyền của Canada.
3.2.4.2. Điều kiện biờn :
Để tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng theo phương phỏp PTHH ta phải xỏc định điều kiện biờn của bài toỏn. Cỏc điều kiện biờn đú là:
- Thời gian bắt đầu xõy dựng tại cỏc điểm ở đỏy nền và đỏy đập cú ỏp lực kẽ rỗng bằng 0.
- Ở biờn hai bờn mỏi đập và mặt nền thượng, hạ lưu đập cho thoỏt nước. - Mực nước ngầm bằng mặt nền
3.2.4.3. Cỏc trường hợp tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng và ổn định :
a. Cỏc trường hợp tớnh toỏn:
Để tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng tiến hành tớnh toỏn với 3 trường hợp với mặt cắt đập khỏc nhau:
- Trường hợp 1: Tớnh toỏn với mặt cắt đập cú chiều cao đập H1 = 10m; hệ số mỏi thượng lưu và hạ lưu m =3; chiều sõu lớp nền H2.
- Trường hợp 2: Tớnh toỏn với mặt cắt đập cú chiều cao đập H1 = 20m; hệ số mỏi thượng lưu và hạ lưu m =3; chiều sõu lớp nền H2.
- Trường hợp 3: Tớnh toỏn với mặt cắt đập cú chiều cao đập H1 = 35m; hệ số mỏi thượng lưu và hạ lưu m =3; chiều sõu lớp nền H2.
b. Cỏc tổ hợp tớnh toỏn:
- Tổ hợp I: Tiến hành thi cụng đắp đập toàn bộ mặt cắt một lần ứng với thời đoạn thi cụng ∆T =480h.
- Tổ hợp II: Tiến hành thi cụng đắp đập theo từng lớp thi cụng với thời đoạn thi cụng ∆T =480h nhưng đắp liờn tục khụng nghỉ.
33
- Tổ hợp III: Tiến hành thi cụng đắp đập theo từng lớp thi cụng với thời đoạn thi cụng ∆T =480h nhưng đắp khụng liờn tục cú một thời đoạn nghỉ giữa cỏc đợt đắp.
- Tổ hợp IV: Tiến hành thi cụng đắp đập theo từng lớp thi cụng, sau khi đắp lờn một lớp sẽ nghỉ 2 thời đoạn ∆T =480h.
- Tổ hợp V: Tiến hành thi cụng đắp đập theo từng lớp thi cụng với thời đoạn thi cụng ∆T =480h nhưng đắp khụng liờn tục cú thời gian nghỉ giữa cỏc thời đoạn.
- Tổ hợp VI :Tiến hành thi cụng đắp đập theo từng lớp thi cụng với thời đoạn thi cụng theo mựa khụ và mựa mưa.
Do thời gian hạn chế việc tớnh toỏn khối lượng lớn nờn việc nghiờn cứu ảnh hưởng ỏp lực nước kẽ rỗng đến quỏ trỡnh thi cụng trong luận văn chỉ tớnh toỏn với cỏc trường hợp trong bảng 3.3 :
Bảng 3.3 : Cỏc trường hợp tớnh toỏn
Tổ hợp Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3
I TH1 - I TH1 - II TH1 - III II TH1 - II III TH1 - III IV TH1 - IV V TH1 - IV VI TH1 - VI 3.2.4.4. Sơ đồ tớnh toỏn :
- Hỡnh 3.2 : Sơ đồ tớnh toỏn trường hợp 1 với H = 10m; m1 = m2 = 3;
h T =480
∆
- Hỡnh 3.3 : Sơ đồ tớnh toỏn trường hợp 2 với H = 20m; m1 = m2 = 3;
h T =480
∆
- Hỡnh 3.4 : Sơ đồ tớnh toỏn trường hợp 3 với H = 35m; m1 = m2 = 3;
h T =480
34
Hỡnh 3.2 : Mặt cắt trường hợp tớnh toỏn 1 H = 10 m ; m1 = m2 = 3; L1 = L2 = 70 (m); ∆T =480h
35
Hỡnh 3.3 : Mặt cắt trường hợp tớnh toỏn 2 H = 20 m ; m1 = m2 = 3; L1 = L2 = 70 (m); ∆T =480h
36
Hỡnh 3.4 : Mặt cắt trường hợp tớnh toỏn 3 H = 35 m ; m1 = m2 = 3; L1 = L2 = 70 (m); ∆T =480h
37
3.2.4.5. Kết quả tớnh toỏn :
Dựa vào phần mềm Geoslope 2004 tiến hành tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng, ứng suất, biến dạng được thể hiện bằng đồ hoạ tại cỏc thời điểm khỏc nhau.
Do khối lượng kết quả tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng nhiều nờn cỏc kết quả được thể hiện ở trong phụ lục tớnh toỏn.
- Hỡnh 3.5 thể hiện cỏc đường ỏp lực kẽ rỗng và chuyển vị tại cỏc nỳt trong trường hợp 1.
- Hỡnh 3.6 thể hiện cỏc đường ỏp lực kẽ rỗng và chuyển vị tại cỏc nỳt trong trường hợp 2.
- Hỡnh 3.7 thể hiện cỏc đường ỏp lực kẽ rỗng và chuyển vị tại cỏc nỳt trong trường hợp 3.
38
Hỡnh 3.5 : Biểu đồ đẳng ỏp lực kẽ rỗng trường hợp tớnh toỏn 1 H = 10 m ; m1 = m2 = 3; L1 = L2 = 70 (m); ∆T =480h
39
Hỡnh 3.6 : Biểu đồ đẳng ỏp lực kẽ rỗng trường hợp tớnh toỏn 2 H = 20 m ; m1 = m2 = 3; L1 = L2 = 70 (m); ∆T =480h
40
Hỡnh 3.7 : Biểu đồ đẳng ỏp lực kẽ rỗng trường hợp tớnh toỏn 3 H = 35 m ; m1 = m2 = 3; L1 = L2 = 70 (m); ∆T =480h
41
Từ kết quả tớnh toỏn dựa trờn đồ thị thể hiện trị số ỏp lực nước kẽ rỗng, tổng ứng suất, chuyển vị theo phương Y (lỳn) của một số thời điểm đặc trưng trờn mặt cắt để nghiờn cứu ảnh hưởng của ỏp lực nước kẽ rỗng đến ổn định đập vật liệu địa phương ta rỳt ra nhận xột :
3.2.4.6. Nhận xột về ảnh hưởng tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước theo tốc độ thi cụng :
A. Nhận xột kết quả tớnh toỏn của TH1 - I ( hỡnh 3.8 ) và TH1 - II ( hỡnh 3. 9 ) để so sỏnh tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước kẽ rỗng ảnh hưởng đến tốc độ thi cụng khỏc nhau:
- Với điểm dưới nền ỏp lực kẽ rỗng tăng rất nhanh cựng với tiến độ thi cụng gần như tức thời. Đối với thi cụng đắp toàn bộ mặt cắt trong khoảng thời gian 0 đến 50h ỏp lực nước kẽ rỗng tăng nhanh giỏ trị cực đại 338,9KN/m2; từ thời gian 50h đến 480h ỏp lực nước kẽ rỗng giảm dần. Đối với thi cụng đắp từng lớp nhưng liờn tục khụng nghỉ kết quả cho thấy ỏp lực nước kẽ rỗng tăng dần từ 0h đến 480h và đạt giỏ trị ỏp lực nước kẽ rỗng cực đại 299,6 KN/m2
. - Với cỏc điểm trờn thõn đập ỏp lực kẽ rỗng rất nhỏ.
- Xột thời gian thi cụng thỡ ỏp lực kẽ rỗng sẽ tiờu tỏn dần theo thời gian. - Qua đồ thị dưới dễ dàng nhận thấy việc thi cụng đắp đập tức thời toàn bộ mặt cắt và thi cụng đập theo từng lớp thỡ kết quả tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng trong nền sẽ lớn hơn so với ỏp lực nước kẽ rỗng đắp theo nhiều lớp.
- Áp lực nước kẽ rỗng của thõn đập trong trường hợp đắp tức thời 1 lần nhỏ điều này khụng đỳng, trong trường hợp đắp thành nhiều lớp ỏp lực nước kẽ rỗng tăng dần phự hợp quy luật hỡnh thành và phỏt sinh của ỏp lực kẽ rỗng.
- Trong thực tế việc thi cụng đập phải chia thành nhiều lớp để thi cụng vỡ vậy việc tớnh toỏn ỏp lực kẽ rỗng phải tớnh theo nhiều lớp thi cụng thỡ kết quả tớnh toỏn mới hợp lý và phự hợp với thực tế.
42
Hỡnh 3.8 : ALNKR khi đắp theo toàn bộ mặt cắt 1 lần.
43
B. Nhận xột kết quả tớnh toỏn TH1 – II ( hỡnh 3.8 ) và TH1 – III ( hỡnh 3.10 ) để so sỏnh tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước kẽ rỗng ảnh hưởng đến tốc độ thi cụng khỏc nhau :
Hỡnh 3.10 : ALNKR trong trường hợp đắp nghỉ 1 giai đoạn
- Với cỏc điểm ở dưới nền đập ỏp lực kẽ rỗng rất lớn so với ỏp lực kẽ rỗng cỏc điểm ở trờn thõn đập.
- Đồ thị hỡnh 3.9 thể hiện ỏp lực kẽ rỗng là đường cong trơn tăng dần cũn đồ thị hỡnh 3.10 thể hiện ỏp lực kẽ rỗng là đường góy khỳc sau mỗi thời đoạn thi cụng ỏp lực nước kẽ rỗng tăng thỡ trong thời gian nghỉ ỏp lực kẽ rỗng tiờu tỏn dần đi và đạt giỏ trị ỏp lực nước kẽ rỗng cực đại 291,6 KN/m2
. - Trường hợp sau mỗi thi cụng cú thời giản nghỉ trước khi đắp lớp tiếp theo, kết quả ỏp lực nước kẽ rỗng tại thời điểm vừa thi cụng xong nhỏ hơn so với trường hợp đắp liờn tục, điều này thể hiện rừ nhất ở điểm dưới nền.
44
Nguyờn nhõn là do giữa cỏc lớp đắp cú thời gian nghỉ nờn ỏp lực nước kẽ rỗng cú tiờu tỏn bớt, gia tăng sức chịu tải của cốt đất.
Qua phõn tớch cỏc đồ thị trờn cú thể rỳt ra khi đắp đập với tốc độ thi cụng đập cao cần phải tớnh toỏn ỏp lực nước kẽ rỗng để từ đú lựa chọn thời gian thi cụng và tốc độ thi cụng phự hợp để đảm bảo an toàn cụng trỡnh.
C. Nhận xột kết quả tớnh toỏn TH1 – III ( hỡnh 3.11 ) và TH1 – IV ( hỡnh 3.12 ) để so sỏnh tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước kẽ rỗng ảnh hưởng đến tốc độ thi cụng khỏc nhau :
- Với cỏc điểm ở dưới nền đập ỏp lực kẽ rỗng rất lớn so với ỏp lực kẽ rỗng cỏc điểm ở trờn thõn đập. Áp lực nước kẽ rỗng giỏ trị cực đại của thời đoạn thi cụng ∆T = 480h là 293,39 KN/m2; ỏp lực nước kẽ rỗng giỏ trị cực đại của thời đoạn ∆T = 960h là 292,21 KN/m2
- Tại cỏc điểm ở nền ỏp lực kẽ rỗng tiờu tỏn theo thời gian một cỏch rừ rệt, cỏc điểm ở thõn đập ỏp lực kẽ rỗng cũng tiờu tỏn theo thời gian nhưng chậm hơn so với cỏc điểm ở nền.
- So sỏnh giữa 2 biểu đồ trờn ( hỡnh 3.11 ) và ( hỡnh 3.12) nhận thấy trong trường hợp thời đoạn thi cụng kộo dài ỏp lực nước kẽ rỗng trong nền và trong thõn đập đều nhỏ hơn so với trường hợp thời đoạn thi cụng ngắn. Nguyờn nhõn do ỏp lực kẽ rỗng tiờu tỏn theo thời gian, với thời đoạn thi cụng kộo dài ỏp lực kẽ rỗng tiờu tan nhiều.
- Qua phõn tớch ảnh hưởng của ỏp lực kẽ rỗng đến thời gian thi cụng ta thấy rừ ràng cựng với điều kiện đặt ra như nhau khi thay đổi thời gian thi cụng thỡ ỏp lực nước kẽ rỗng cũng thay đổi. Thời gian thi cụng càng kộo dài lõu khi tiến hành đắp từng lớp đất thỡ ỏp lực kẽ rỗng tớch luỹ giảm dần
- Cường độ thi cụng càng cao, ỏp lực nước kẽ rỗng tớch luỹ càng nhiều nờn càng lớn. Điều này phải đặt biệt lưu tõm khi thi cụng với đất cú độ ẩm
45
cao phải khống chế cường độ thi cụng để Umax khụng vượt quỏ trị số cho phộp nào đú để đảm bảo an toàn cho cụng trỡnh.
Hỡnh 3.11 : ALNKR khi thời đoạn thi cụng ∆T = 480h.
46
D. Nhận xột kết quả tớnh toỏn ỏp lực kẽ rỗng tại 1 điểm với TH1 – I; TH1 – II; TH1 – III và TH1 – IV để so sỏnh tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước kẽ