4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CễNG TRèNH
4.1.1. Quy mụ cụng trỡnh
Hồ chứa nước Khe Giao cú vị trớ nằm ở 1050
46'02'' kinh độ Đụng và 18019'036'' vĩ độ trờn địa bàn cỏc xó Ngọc Sơn, huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh.
Cụng trỡnh đầu mối cỏch trung tõm Thành phố Hà Tĩnh 12km về phớa Tõy. Nhiệm vụ cụng trỡnh đảm bảo tưới cho 550ha đất canh tỏc, cấp nước sinh hoạt và nuụi trụng thủy sản; gúp phần cải tạo mụi sinh, mụi trường trong vựng. Cỏc chỉ tiờu thiết kế của cụng trỡnh trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 : Cỏc chỉ tiờu thiết kế cụng trỡnh
TT Thụng số Đơn vị Trị số
1 Đầu mối cụng trỡnh cấp III
2 Diện tớch lưu vực km2 6,70
3 - Tần suất đảm bảo tưới: % 75
4 - Tần suất lũ thiết kế % 1,0 5 + Dung tớch hồ: 103m3 2894,9 6 + Dung tớch hữu ớch: 103m3 2796,2 7 + Dung tớch chết: 103m3 98,73 8 + Mực nước dõng bỡnh thường m 60,25 9 + Mực nước chết m 48,5
62
Cụng trỡnh đầu mối gồm cú đõp đất, tràn xả lũ, cống lấy nước:
- Đập đất: Đập đất cú kết cẩu kiểu đồng chất, tiờu nước kiểu lăng trụ thoỏt nước. Mỏi thượng hạ lưu đập bố trớ 1 cơ tại cao trỡnh +54,0m chiều rộng cơ 4,0m. Mỏi thượng lưu đập : từ đỉnh đập đất +64.00 đến cao trỡnh +59.00 gia cố bằng bờ tụng cốt thộp M200 dày 15cm, mỗi ụ kớch thước 6x6m, khớp nối cỏc ụ bằng bao tải nhựa đường. Dưới lớp bờ tụng cốt thộp lút nilon sắc rắn.
- Tràn xả lũ: Hỡnh thức tràn tự do mặt cắt đỉnh rộng nối tiếp dốc nước, tiờu năng bằng bể, Lưu lượng tràn thiết kế ứng với tần suất 1,0% Qtk = 160,0m3/s, lưu lượng tràn ứng với tần suất lũ kiểm tra Pkt = 0,2% Q kt = 180,10m3/s chiều rộng khoang tràn Btr = 40,0m, chiều dài ngưỡng δ=10,0m, cột nước tràn ứng với lưu lượng thiết kế Htk =1,92m, lưu lượng tràn ứng với tần suất lũ kiểm tra Hkt = 2,08m.
- Cống lấy nước: Hỡnh thức cống lấy nước cú ỏp. Bố trớ thỏp van ở giữa mỏi thượng lưu, lắp cửa van sửa chữa. Điều tiết lưu lượng bằng van ở hạ lưu.
Lưu lượng thiết kế qua cống Q = 1,07m3/s
Cao trỡnh đỏy cống +47,50m, chiều dài thõn cống 130,40m Độ dốc cống: i = 0,0045.
4.1.2. Đặc điểm địa chất thủy văn và địa chất cụng trỡnh
4.1.2.1. Đặc điểm địa chất thủy văn:
Vựng đồng bằng trầm tớch và bồi tớch thềm sụng, nước mưa bào mũn trung du, đồi nỳi Thượng lưu phớa Tõy mà thành. Bồi tớch trẻ phõn bố rộng cú phõn nhịp theo chu kỳ cú biểu hiện cỏc lớp cỏt, cỏt pha sen kẹp cỏc lớp sột, sột pha tạo thành cột địa tầng đặc trưng cho đồng bằng chõu thổ.
4.1.2.2. Đặc điểm địa chất cụng trỡnh:
- Lớp 1a : Đất ỏ sột lẫn nhiều cuội, sỏi, tảng màu vàng xỏm, xỏm nõu, nõu đỏ. Hàm lượng cuội sỏi chiếm 40-60%, kớch thước 5 -10cm, cú hũn 20 -
63
30cm, thành phần chủ yếu là thạch anh cứng chắc tương đối trũn cạnh. Nguồn gốc bồi tớch (aQ)
- Lớp 3: Lớp 3 đất ỏ sột trung - nặng nhiều dăm sạn thạch anh và dăm sạn của đỏ gốc màu xỏm vàng lẫn xỏm nõu. Trạng thỏi đất ẩm, nửa cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa. Nguồn gốc sườn tàn tớch (deQ).
- Lớp 4: Lớp 4 đỏ phiến sột xen bột cỏt kết cấu phong húa hoàn toàn thành đất sột lẫn ớt sạn màu xỏm nõu, nõu vàng màu xỏm trắng lẫn xỏm xanh. Trạng thỏi đất ẩm, dẻo cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa
Chỉ tiờu cơ lý cỏc lớp đất như bảng 4.2.
Bảng 4.2: Bảng chỉ tiờu cơ lý cỏc lớp đất Cỏc chỉ tiờu Ký hiệu Đơn vị Đất đắp Đất nền Lớp 1a Lớp 3 Lớp 4 Hệ số thấm K m/s 4,11*10-5 4,26*10-3 2,62*10-4 4,19*10-5 Độ rộng n % 0,380 0,477 0,45 0,458 Dung trọng γK KN/m3 15,20 26,90 14,90 18,90 Gúc ma sỏt ϕ (o) 16036’ 0,00 18021’ 15013’ Lực dớnh C KN/m2 27,10 0,00 22,20 24,40 Mụ đun đàn hồi E E Kpa 3500 4500 4500 4500 Hệ số poisson v v 0,35 0,4 0,45 0,45
4.1.3. Khớ tượng và thủy văn cụng trỡnh
4.1.3.1. Điều kiện khớ tượng :
Vựng dự ỏn mang nhiều đặc điểm của khớ hậu miền Trung, nhưng do vị trớ địa lý nằm phớa Nam đồng bằng Bắc Bộ nờn phần nào chịu ảnh hưởng của khớ hậu miền Bắc. Cỏc nhiễu động thời tiết chuyển dịch từ Bắc vào Nam, sự
64
thay đổi cỏc yếu tố khớ hậu theo mựa của vĩ tuyến 19ữ21 đều ảnh hưởng đến khớ hậu của vựng này. Vỡ vậy cú thể thấy đõy là vựng khớ hậu nhạy cảm chịu tỏc động của cả hai chế độ khớ hậu Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, nờn thời gian lũ kộo dài hơn ở Bắc Bộ.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ bỡnh quõn ngày 23,40
C, mựa hố 28ữ290C, mựa đụng 18ữ200C. Tổng lượng nhiệt năm 85900
C.
- Độ ẩm: Độ ẩm khụng khớ trung bỡnh năm là 86%. Mựa đụng và những
ngày hanh heo độ ẩm xuống thấp tới 50% (thường xảy ra vào thỏng 12). Cuối đụng sang xuõn vào những ngày mưa phựn độ ẩm lờn tới 89%.
- Mưa: Lượng mưa bỡnh quõn từ năm 1680ữ1820mm. Số ngày mưa
trung bỡnh 176 ngày trong năm và chia thành hai mựa rừ rệt:
+ Mựa mưa bắt đầu từ thỏng 8 đến thỏng 11, lượng mưa chiếm 75ữ85% tổng lượng mưa năm.
+ Mựa khụ bắt đầu từ thỏng 1 đến thỏng 7, lượng mưa chiếm 20ữ25% tổng lượng mưa năm.
+ Mưa tiểu món trong vựng khụng thành quy luật và khụng gõy nguy hiểm cho tiờu thoỏt lũ.
Cỏc trận mưa lớn gõy lũ trong mựa mưa thường kộo dài 3ữ5 ngày với lượng mưa 350ữ650mm, mỗi năm cú từ 3ữ4 trận mưa lớn, cỏc trận mưa lớn cỏch nhau 7ữ9 ngày, cú năm do bóo đổ bộ liờn tiếp thỡ cỏc trận mưa lớn chỉ cỏch nhau 2ữ3 ngày. Lượng mưa lớn nhất một ngày cú thể đạt tới 350mm.
- Giú bóo: Tốc độ giú trung bỡnh năm từ 1,5 đến 1,9 m/s hướng giú thịnh hành là hướng đụng bắc vào mựa đụng và hướng đụng nam vào mựa hố. Hàng năm thường xuất hiện giú Tõy Nam từ thỏng 5 đến thỏng 7. Bóo thường xuất hiện cuối thỏng 8 đến đầu thỏng 10 hàng năm, trung bỡnh mỗi năm cú từ 0,75
65
4.1.3.2. Điều kiện thủy văn cụng trỡnh:
Khu vực Khe Giao chỉ cú một số khe suối nhỏ chảy tập trung vào sụng Kờnh Càn trong đú Khe Giao là một nhỏnh của sụng Rào Cấy, chỉ lưu phớa tả của sụng Hạ Vàng đổ ra biển đụng tại Cửa Sút. Khe Giao bắt nguồn từ dóy nỳi cao 300 – 400 ở phớa Tõy huyện Thạch Hà, đoạn thượng nguồn chảy theo hướng Đụng Nam – Tõy Bắc, đoạn sau ( từ Ngó ba Khe Giao ) theo hướng Tõy Nam – Đụng Bắc. Ngoài Khe Giao cũn cú cỏc khe Bến Thũ, Khe Lũ Rốn tuy nhiờn Khe Giao cú lưu vực và chiều dài dũng chảy lớn hơn cả.
Suối Khe Giao tớnh từ thượng nguồn tới vị trớ nhập lưu với sụng Rào Cấy cú chiều dài 20km, diện tớch lưu vực FLV=6,7km; độ dốc dũng suối là JS=27,6% và cú độ cao trung bỡnh 200m
4.2. NGHIấN CỨU TRƯỜNG ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ ỔN ĐỊNH CỤC BỘ, ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ ĐẬP ĐẤT CỦA HỒ CHỨA NƯỚC CỤC BỘ, ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ ĐẬP ĐẤT CỦA HỒ CHỨA NƯỚC KHE GIAO HUYỆN THẠCH HÀ TRONG QUÁ TRèNH THI CễNG 4.2.1. Tớnh toỏn ứng suất biến dạng và ổn định đập đất hồ chứa nước Khe Giao trong quỏ trỡnh thi cụng:
Ứng dụng cỏc nghiờn cứu, phõn tớch như ở cỏc chương đó trỡnh bày ở trờn xõy dựng bài toỏn thi cụng đắp đập Khe Giao hợp lý theo cỏc điều kiện kĩ thuật:
- Chọn được tốc độ đắp để đảm bảo tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước lỗ rỗng trong cỏc bước đắp là tương đối đồng đều nhau.
- Ứng suất hiệu quả của cốt đất khụng vượt quỏ ứng suất phỏ hoại của cốt đất.
- Áp lực nước lỗ rỗng khụng được vượt quỏ giới hạn mất ổn định của cốt đất. - Đảm bảo an toàn ổn định trượt trong mọi phõn đợt thi cụng.
4.2.1.1 Trường hợp tớnh toỏn:
Trong phạm vi luận văn, tỏc giả tớnh cho trường hợp đắp đập đất theo tiến độ thi cụng từng lớp rồi tớnh toỏn ứng suất biến dạng và ổn định của đập
66
và vẽ cỏc đường mụ tả hệ số ổn định của cụng trỡnh biến đổi theo thời gian. Thụng số đắp đập, tốc độ được khống chế theo những khoảng thời gian nhất định. Vỡ khớ hậu miền Trung mựa khụ bắt đầu từ thỏng 1 đến thỏng 7 do dú việc chọn thời gian và tiến độ đắp đập ta chọn thời lượng là 1 thỏng ( 30 ngày ) để khống chế thời gian đắp trung bỡnh.
- Thỏng thứ nhất đắp 5m đến cao trỡnh +48,00 m. - Thỏng thứ hai đắp 4m đến cao trỡnh +52,00 m. - Thỏng thứ ba đắp 4m đến cao trỡnh +56,00 m. - Thỏng thứ tư đắp 2m đến cao trỡnh +58,00 m. - Thỏng thứ năm đắp 2m đến cao trỡnh +60,00 m. - Thỏng thứ sỏu đắp 2m đến cao trỡnh +62,00 m. - Thỏng thứ bảy đắp 2m đến cao trỡnh +64,00 m. 4.2.1.2. Sơ đồ tớnh toỏn: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Hỡnh 4.1 : Sơ đồ tớnh toỏn ứng suất biến dạng
4.2.1.3. Kết quả tớnh toỏn :
Do khối lượng tớnh toỏn rất lớn nờn kết quả tớnh toỏn ứng suất biến dạng từng lớp đất đắp trong quỏ trỡnh thi cụng được trỡnh bày trong phần phụ lục. Trong thuyết minh chỉ trỡnh bày kết quả tớnh toỏn khi đắp đến cao trỡnh thiết kế.
67
A. Kết quả tớnh ứng suất biến dạng khi đắp đạt cao trỡnh thiết kế
50 15 0 250 350 450 550 65 0 750 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 5 15 25 35 45 55 65 75
Hỡnh 4.2 : Ứng suất hiệu quả theo phương ngang
20 40 40 40 60 60 60 80 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 5 15 25 35 45 55 65 75
Hỡnh 4.3 : Ứng suất hiệu quả thẳng đứng
-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 5 15 25 35 45 55 65 75
Hỡnh 4.4 : Độ lỳn của thõn và nờn đập thẳng đứng sau khi đắp lớp 11
-0. 8 -0. 6 -0. 4 - 0 .2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 5 15 25 35 45 55 65 75
68
Từ kết quả tớnh toỏn dựa trờn đồ thị thể hiện trị số ứng suất hiệu quả, chuyển vị theo phương Y (lỳn) của một số thời điểm đặc trưng trờn mặt cắt, ta vẽ được đồ thị biểu thị :
Hỡnh 4.6 : Ứng suất hiệu quả theo phương ngang quỏ trỡnh thi cụng
69
Hỡnh 4.8 : Độ lỳn thõn và nền theo phương ngang quỏ trỡnh thi cụng
70
4.2.1.4 Nhận xột mối quan hệ giữa ứng suất biến dạng và quỏ trỡnh lỳn
Trong quỏ trỡnh thi cụng xõy dựng, lực nộn tại cỏc vị trớ trong thõn đập và nền luụn thay đổi do quỏ trỡnh lờn đập, đất luụn được chất tải do trọng lượng bản thõn và cỏc thiết bị thi cụng, chiều cao đập cũng thay đổi liờn tục do quỏ trỡnh thi cụng vỡ vậy ta cần phải phõn tớch cỏc yếu chủ yếu gõy nờn lỳn và đưa ra dự bỏo diễn biến lỳn để từ đú cú biện phỏp thi cụng hợp lý và chọn thời gian thi cụng tối ưu.
- Từ kết quả tớnh toỏn ở ( hỡnh 4.2 ) & ( hỡnh 4.3 ) ứng suất hiệu quả theo phương ngang và đứng ta vẽ được biểu đồ ứng suất cỏc điểm theo phương ngang ( hỡnh 4.6 ) & ( hỡnh 4.7), với cỏc điểm ở dưới của nền đập cớ ứng suất hiệu quả lớn. Cỏc điểm ở trờn cú ứng suất hiệu quả nhỏ hơn so với cỏc điểm ở phớa dưới, cỏc điểm ở càng sõu thỡ ứng suất hiệu quả càng lớn.
- Đối với cỏc điểm ở nền đập quy luật biến đổi ứng suất hiệu quả đồng dạng với quy luật biến dạng theo phương Y ( lỳn ), tại cỏc điểm ứng suất hiệu quả nhỏ thỡ độ lỳn nhỏ, tại cỏc điểm ứng suất hiệu quả lớn thỡ độ lỳn cũng lớn. Cỏc điểm ở phớa trờn lỳn nhiều hơn cỏc điểm ở phớa dưới nền sõu do độ lỳn của cỏc điểm ở trờn bao gồm cả độ lỳn bản thõn và tổng độ lỳn cỏc điểm phớa dưới.
- Kết quả tớnh toỏn độ lỳn thu được là độ lỳn tuyệt đối nờn cỏc điểm nằm khoảng 1/3 đập cú độ lỳn lớn nhất gồm độ lỳn bản thõn của lớp đất đắp cộng với độ lỳn tương đối khi đắp cỏc lớp đất phớa trờn.
- Trong cựng điều kiện thi cụng, chỉ tiờu cơ lý như nhau thỡ thời điểm bắt đầu độ lỳn tăng rất nhanh đến giai đoạn sau độ lỳn tăng chậm và giảm dần và cuối cựng cú xu hướng tiệm cận với đường nằm ngang thể hiện độ lỳn đó ổn định
71
4.2.2 Tớnh toỏn ổn định mỏi đập đất của hồ chứa nước Khe Giao trong quỏ trỡnh thi cụng: quỏ trỡnh thi cụng:
Sử dụng cỏc bước thời gian, phõn đợt thi cụng trong phần trờn đó tớnh được và bộ chương trỡnh Geoslope studio 2004 để kiểm tra ổn định trong quỏ trỡnh thi cụng. Việc tớnh toỏn được thực hiện thụng qua việc ghộp đụi 2 modul Seep W và Sigma W để giải cỏc bài toỏn cố kết và phõn tớch ứng suất trong quỏ trỡnh lờn đập. Cỏc kết quả tớnh toỏn trong bài toỏn này được dựng như số liệu đầu vào trong bài toỏn ghộp đụi Sigma W và Slope để đỏnh giỏ mức độ ổn định trong suốt quỏ trỡnh thi cụng.
4.2.2.1 Trường hợp tớnh toỏn :
Để đỏnh giỏ ổn định của mỏi đập trong cỏc thời đoạn thi cụng khỏc nhau ta tiến hành tớnh toỏn khi đập đắp thành từng lớp. Lý thuyết cố kết và ỏp lực nước kẽ rỗng đó chỉ ra rằng tốc độ tiờu tỏn ỏp lực nước kẽ rỗng phụ thuộc rất nhiều về tốc độ thi cụng trong luận văn này sử dụng chương trỡnh Geoslope để đỏnh giỏ mức độ an toàn cho đập.
Với việc khống chế cỏc bước thời gian lờn đập đó xỏc định như trờn, tiến hành tớnh toỏn phõn tớch về mức độ hợp lý của kết quả này.
4.2.2.2 Sơ đồ tớnh toỏn: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
72
4.2.2.3 Kết quả tớnh toỏn:
A. Kết quả tớnh ổn định mỏi đập giai đoạn 1 (đắp đến cao trỡnh +48,00)
1
2
3
2.312
KếT QUả TíNH TOáN ổN ĐịNH MáI ĐậP ĐắP ĐếN CAO TRìNH + 48,00 Hệ Số AN TOàN K = 2.312 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Hỡnh 4.11 : Kết quả tớnh toỏn ổn định mỏi tại cao trỡnh + 48,00
B. Kết quả tớnh ổn định mỏi đập giai đoạn 2 (đắp đến cao trỡnh +52,00)
1 2
3
4
1.918
KếT QUả TíNH TOáN ổN ĐịNH MáI ĐậP ĐắP ĐếN CAO TRìNH +52,00 Hệ Số AN TOàN K = 1,918 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270