P H Ạ M M IN H Q U Ố C ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM MINH QUỐC K Ỹ T H U Ậ T X Â Y D Ự N G C Ô N G T R ÌN H T H Ủ Y NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY[.]
Trang 1PHẠM MI
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -
Trang 2ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -
PHẠM MINH QUỐC
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI.
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ, tôi đã đọc và tham khảo rất nhiều loại tài liệu khác nhau từ sách, giáo trình, sách chuyên khảo cho đến các bài báo đã được đăng tải trong và ngoài nước Tôi xin cam đoan những gì tôi viết dưới đây là hoàn toàn chính thống, chân thực, mọi kết quả nghiên cứu đạt được trong luận văn không sao chép từ bất cứ tài liệu nào dưới mọi hình thức Những kết quả đó là tất cả những gì tôi
đã nghiên cứu, tích lũy trong suốt thời gian làm luận văn
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kết quả từ các tài liệu khác
Đà Nẵng, ngày … tháng 5 năm 2018
PHẠM MINH QUỐC
Trang 4PHẦN MỞ ĐẦU 1
1 Lý do chọn đề tài 1
2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu: 3
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3
4 Phương pháp nghiên cứu: 3
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 4
CHƯƠNG:TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 5
1.1 HIỆN TƯỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 5
1.1.1 Giới thiệu 5
1.1.2 Các dạng mất ổn định mái dốc 6
1.1.2.1 Sụt lở 6
1.1.2.2 Trượt 6
1.1.2.3 Trôi (trượt dòng) 7
1.1.2.4 Đá đổ, đá lăn 8
1.1.3 Nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc 8
1.1.3.1 Nhóm nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc 9
1.1.3.2 Nhóm các nguyên nhân tăng lực gây trượt 9
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNHI MÁI DỐC 11
1.2.1 Phương pháp cân bằng giới hạn 11
1.2.2 Phương pháp trạng thái giới hạn 14
1.2.2.1 Phương pháp PTHH trong phân tích ổn định mái dốc 14
1.2.2.2 Phương pháp suy giảm sức chống cắt (SRM) 15
1.2.3 Ổn định mái dốc có xét đến ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước ngầm 15 1.2.3.1 Sức chống cắt của đất không bão hòa 16
1.2.3.2 Đường cong đặc trưng đất – nước 17
1.3 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG BÃO HÒA ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 18
1.4 PHẦN MỀM PLAXIS PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 19
1.4.1 Giới thiệu phần mềm 19
1.4.2 Đặc trưng vật liệu trong Plaxis 19
1.4.2.1 Mô hình Mohr - Coulomb(MC) 19
1.4.2.2 Mô hình Jointed Rock (JR) 20
1.4.2.3 Mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear elastic) 21
1.4.3 Các bước mô hình hóa trong Plaxis 22
Trang 51.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 22
CHƯƠNG: LỊCH SỬ VÀ HIỆN TRẠNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI 24
2.1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN THỦY ĐIỆN A LƯỚI 24
2.1.1 Vị trí của nhà máy: 24
2.1.2 Đặc điểm mái dốc 24
2.1.3 Kết quả khảo sát địa chất 25
2.1.4 Một số kết quả quan trắc mực nước ngầm 28
2.1.5 PHÂN TÍCH LỊCH SỬ MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS THEO CÁC GIAI ĐOẠN 31
2.1.5.1 Một số thông số đầu vào mô hình 31
2.1.5.2 Giai đoạn 1: Phân tích ổn định mái dốc theo thiết kế ban đầu (năm 2008) 32 2.1.5.3 Giai đoạn 2: Phân tích ổn định mái dốc sau khi xử lý giật cơ, hạ mái dốc, giảm tải trọng gây trượt (năm 2013) 34
2.1.5.4 Giai đoạn 3: Phân tích ổn định mái dốc sau khi thiết kế giảm tải trọng gây trượt kết hợp neo gia cường và hạ thấp mực nước ngầm (năm 2014) 36
2.1.6 HIỆN TƯỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI 38
2.2 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH 40
2.2.1 Nguyên nhân gây mất ổn định 40
2.2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động mực nước ngầm 40
2.2.1.2 Yếu tố lượng mưa 40
2.2.1.3 Yếu tố dòng chảy mặt 43
2.2.1.4 Yếu tố địa hình địa mạo và kiến tạo 43
2.2.1.5 Yếu tố lượng bốc hơi 43
2.2.1.6 Các yếu tố nhân sinh 44
2.2.1.7 Các yếu tố công trình 44
2.3 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN NƯỚC NGẦM DÂNG CAO 45
2.3.1 Nguyên nhân nước ngầm được bổ sung từ các suối trên cao qua các đứt gãy 45 2.3.2 Nguyên nhân nước ngầm được bổ sung từ suối trên cao qua hầm dẫn nước 45 2.3.3 Phân tích khả năng rò rỉ nước từ trong đường hầm áp lực 46
2.3.4 Giải thích hiện tượng mực nước ngầm dâng cao 46
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 47
Trang 6CHƯƠNG: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ
MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI 48
3.1 THIẾT KẾ HẠ MỰC NƯỚC NGẦM 48
3.1.1 Nội dung thiết kế hạ mực nước ngầm 48
3.1.2 Các phương pháp hạ mực nước ngầm 49
3.1.2.1 Phương pháp tháo nước nằm ngang 49
3.1.2.2 Phương pháp tháo nước thẳng đứng 49
a) Giếng thường: 49
b) Giếng kim: 50
c) Giếng nhựa: 50
3.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT MỰC NƯỚC NGẦM 50
3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN HẠ MỰC NƯỚC NGẦM 51
3.3.1 Xác định lưu lượng cho dòng thấm gần giếng khoan đứng 51
3.3.1.1 Các đặc trưng dòng thấm gần giếng khoan đứng 51
3.3.1.2 Trình tự thiết kế hạ mực nước ngầm của một hệ thống giếng khoan 52 3.3.1.3 Tính toán hạ mực nước ngầm 53
3.3.2 Xác định lưu lượng ống thoát nước ngang 55
3.4.1 Các trường hợp tính toán 56
3.4.2 Thông số đầu vào mô hình 56
3.4.3 Các bước thiết lập mô hình 57
3.4.4 Một số hình ảnh trong thiết lập mô hình 58
3.4.5 Kết quả mô phỏng 61
3.4.5.1 Trường hợp 1: Kiểm tra ổn định mái dốc khi mực nước ngầm dâng cao 61 3.4.5.2 Trường hợp 2: Kiểm tra ổn định mái dốc sau khi bố trí giếng hạ thấm mực nước ngầm 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
1 KẾT LUẬN 67
2 KIẾN NGHỊ 67
3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
Trang 7TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH
DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI
Tóm tắt Trượt lở đất là một trong những loại hình thiên tai phổ biến nhất trên thế giới Thủy
điện Alưới ở Việt Nam cũng đang gặp phải vấn đề như vậy Tháng 11 năm 2013, sau đợt mưa bão kéo dài, mái dốc nhà máy có hiện tượng nước ngầm dâng cao và gây mất ổn định mái dốc nhà máy Năm 2014, công tác kiểm tra và xử lý mái dốc đã được thực hiện gồm các biện pháp chủ yếu là đào giảm tải, kết hợp khoan neo và khoan thoát nước bổ sung Tuy nhiên vấn đề này vẫn chưa được xử lý triệt để Trong luận văn này tác giả tập trung phân tích nguyên nhân và giải pháp để xử lý vấn đề mực nước ngầm dâng cao ảnh hưởng đến ổn định của mái dốc Phần mềm Plaxis được tác giả sử dụng để tính toán xác định mực nước ngầm và ổn định Kết quả của
đề tài là cơ sở có tính khoa học để các đơn vị chức năng đề xuất phương án nhằm đảm bảo ổn định cho nhà máy
Từ khóa: ổn định, trượt mái, nhà máy thủy điện, nước ngầm, plaxis
STUDY ON SOLUTION STABILITY OF SLOPE LOCATED IN FRONT OF
ALUOI HYDROELECTRIC PLANT
Abstract: Landslides are one of the most common types of disasters in the world The slopes
of the A LUOI Hydropower Plant in Vietnam are also experiencing such problems In November 2013, after a long period of heavy rain, the slope located in front of the plant has high ground water level, which may cause unstable and threatening operation of the plant By
2014, slope inspection and treatment has been carried out, consisting mainly of load reduction, anchor drilling and drilling drainage well However, this problem has not yet ended In this thesis, the author focuses on finding the causes and solutions to the problem of rising groundwater level affecting the stability of the slope Plaxis software is used to determine groundwater level and calculating stability The result of the research is the scientific basis for functional units to propose plans to ensure stability for the plant
Keywords: stability, landslide, hydroelectric plant, water level, plaxis
Trang 8DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1 1: Sụt đất tại Km 859 + 419 đường HCM (17/12/2008) [8] 5
Hình 1 2: Mất ổn định Sụt lỡ [3] 6
Hình 1 3: Mất ổn định trượt tịnh tiến [8] 7
Hình 1 4: Mất ổn định trượt xoay [8] 7
Hình 1 5: Mất ổn định do trượt dòng [8] 8
Hình 1 6: Hiện tượng đá đỗ, đá lăn (Nguồn internet) 8
Hình 1 7: Sạt lỡ Nhà máy Thủy điện Bản Vẽ do mưa lớn kéo dài 10
Hình 1 8: Sạt lỡ tại mái dốc nhà máy Thủy điện Sử Pán 2 do mưa lớn nhiều ngày 10
Hình 1 9: Sạt lở mỏ đá Thủy điện Bản Vẽ do chấn động nổ mìn 10
Hình 1 10: Phương pháp xác định hệ số an toàn 12
Hình 1 11: So sánh hệ số an toàn trên mái dốc giả định 14
Hình 1 12: Thay đổi trạng thái ứng suất tại điểm A theo phương pháp SRM 15
Hình 1 13: Diễn biến thay đổi ứng suất khi thi công mái dốc 16
Hình 1 14: Diễn biến thay đổi ứng suất khi thi công mái đào 16
Hình 1 15: Sức chống cắt của đất không bão hòa 17
Hình 1 16: Đường cong đặc trưng đất - nước 18
Hình 1 17: Sự phát triển của các phiên bảng phần mềm PLAXIS 19
Hình 1 18: Mô phỏng vật liệu đá - Mô hình Jointed Rock 21
Hình 1 19: Mô phỏng vật liệu gia cố - Mô hình Linear elastic 21
Hình 2 1: Vị trí công trình thủy điện A Lưới 24
Hình 2 2: Nhà máy thủy điện A Lưới 25
Hình 2 3: Mặt bằng nhà máy khi chưa xảy ra hiện tượng mất ổn định 26
Hình 2 4: Mặt bằng bố trí hố khoan quan trắc mực nước ngầm 29
Hình 2 5: Ký hiệu vật liệu trên mô hình 31
Hình 2 6: Mặt cắt ngang tính toán cho giai đoạn 1 32
Hình 2 7: Mô hình tính toán cho giai đoạn 1 33
Hình 2 8: Đường bão hòa tính cho giai đoạn 1 33
Trang 9Hình 2 9: Cung trượt nguy hiểm tính toán cho giai đoạn 1 33
Hình 2 10: Mặt cắt ngang tính toán cho giai đoạn 2 34
Hình 2 11: Mô hình tính toán cho giai đoạn 2 35
Hình 2 12: Đường bão hòa cho giai đoạn 2 35
Hình 2 13: Cung trượt tính toán nguy hiểm cho giai đoạn 2 35
Hình 2 14: Mặt cắt ngang tính toán cho giai đoạn 3 36
Hình 2 15: Mô hình tính toán cho giai đoạn 3 37
Hình 2 16: Đường bão hòa tính toán cho giai đoạn 3 37
Hình 2 17: Cung trượt nguy hiểm tính toán cho giai đoạn 3 37
Hình 2 18: Mặt bằng mô tả hiện trạng các vết nứt và điểm xuất lộ nước trên mái dốc nhà máy 38
Hình 2 19: Các vết nứt trên mái dốc nhà máy 39
Hình 2 20: Hướng vết nứt phát triển từ cơ 92m – 107m 39
Hình 2 21: Sơ họa về các yếu tố ảnh hưởng đến nước ngầm 40
Hình 2 22: Đoạn gương đào bị sạt 45
Hình 3 1: Sơ đồ lỗ khoan giếng kim hạ mực nước ngầm 50
Hình 3 2: Mặt bằng bố trí giếng khoan 51
Hình 3 3: Sơ họa phương án khoan - đào giếng kiểm soát mực nước ngầm 52
Hình 3 4: Sơ đồ tính lưu lượng thấm vào giếng khoan hoàn chỉnh cho trường hợp tầng chứa nước không áp 54
Hình 3 5: Sơ đồ tính lưu lượng thấm vào giếng khoan hoàn chỉnh cho trường hợp tầng chứa nước có áp 54
Hình 3 6: Ký hiệu đất, đá nền trên mô hình 58
Hình 3 7: Ký hiệu tấm bê tông trên mô hình 58
Hình 3 8: Ký hiệu neo, vữa phụt trên mô hình 59
Hình 3 9: Mô phỏng giếng khoan trên mô hình 60
Hình 3 10: Thiết lập điều kiện ban đầu cho mô hình 60
Hình 3 11: Chi lưới cho mô hình 61
Hình 3 12: Đường bão hòa tính toán cho trường hợp 1 (thể hiện dạng arrows) 62
Trang 10Hình 3 13: Vùng bão hòa tính toán cho trường hợp 1 62
Hình 3 14: Vùng ảnh hưởng nước ngầm tính toán cho trường hợp 1 63
Hình 3 15: Chuyển vị theo lưới phần tử tính toán trường hợp 1 63
Hình 3 16: Cung trượt nguy hiểm tính toán trường hợp 1 63
Hình 3 17: Đường bão hòa tính toán cho trường hợp 2 (thể hiện dạng arrows) 64
Hình 3 18: Vùng bão hòa tính toán cho trường hợp 2 65
Hình 3 19: Chuyển vị theo lưới phần tử tính toán trường hợp 2 65
Hình 3 20: Cung trượt nguy hiểm tính toán trường hợp 2 65
MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 1: Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc theo LEM 13
Bảng 2 3: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá [6] 26
Bảng 2 1: Tổng họp các chỉ tiêu cơ lý của lớp phủ (edQ+IA1) [6] 27
Bảng 2 2: Đặc trung thấm của đất phủ [6] 27
Bảng 2 4: Đặc trưng thấm đá gốc [6] 27
Bảng 2 5: Kết quả cơ lý đất đá qua công tác đo đạt vật lý [6] 28
Bảng 2 6: Tính chất cơ lý đất, đá nền mô phỏng trong Plaxis 32
Bảng 3 1: Bảng kết quả tính toán thu nước vào giếng 55
Bảng 3 2: Tính chất cơ lý đất, đá nền mô phỏng trong Plaxis 56
Bảng 3 3: Thông số neo 57
Bảng 3 4: Thông số vữa phụt 57
Bảng 3 5: Thông số tấm bê tông 57
Bảng 3 6: Bảng kết quả tính toán ổn định 66
DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 2 1: Biểu đồ quan hệ lượng mưa và mực nước ngầm hố khoan QT4 [6] 30
Biểu đồ 2 2: Biểu đồ quan hệ lượng mưa và hố khoan quan trắc QT3 [6] 31
Trang 11Biểu đồ 2 3: Biểu đồ quan hệ lượng mưa và hiện tượng nước ngầm dâng cao [6] 42
Trang 12PHẦN MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Trượt lở đất là một trong những loại hình thiên tai phổ biến nhất trên thế giới Những năm gần đây, các loại hình thiên tai này xảy ra với tần suất và cường độ ngày càng tăng, gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cả về người và tải sản Theo thống kê, chỉ trong thời gian từ năm 2000 đến nay đã có hàng trăm vụ trượt lở đất lớn nhỏ xảy ra
ở nhiều quốc gia trên thế giới gây thiệt hại nghiêm trọng Điển hình như vụ trượt lở đất vào ngày 9 tháng 11 năm 2001 ở đồi Amboori, bang Kerala nằm ở miền Nam của Ấn
Độ gây hậu quả 40 người chết Hay vụ lở đất bất thường có quy mô lớn với khối lượng đất đá khoảng 200 triệu m3, chiều rộng khoảng 1.600m, và chiều cao khoảng 750 m đã xảy ra vào ngày 26 tháng 3 năm 2004, vào lúc 13:45 giờ địa phương, trên bức tường dốc của miệng núi lửa trên sườn phía tây bắc núi Bawakaraeng (có độ cao 2830m) ở đầu nguồn sông Jeneberang, phía Nam Sulawesi, Indonesia Các mảnh vỡ lở kéo dài khoảng 7 km từ đầu nguồn và chôn vùi các thung lũng, sông ngòi và nhà cửa, hậu quả
là 32 người chết Vào ngày 10 tháng 1 năm 2005, một vụ lở đất xảy ra ở La Conchita, bang California, Mỹ đã phá hủy hoàn toàn 36 ngôi nhà và giết chết 10 người Ngày 17 tháng 2 năm 2006, một vụ trượt lở nghiêm trọng khác đã xảy ra ở đảo Leyte, Philippin,
vụ trượt lở bắt nguồn từ một dốc đứng cao 450m, một khối rừng lớn trượt lở và quét xuống phía dưới khu thung lũng sông Himbungao, nơi tập trung dân cư đông đúc Vụ trượt lở gây thảm họa vô cùng nghiêm trọng, chôn vùi toàn bộ ngôi làng Guinsaugon, hậu quả hơn 1100 người chết Tháng 6 năm 2007, ở thành phố Chittagong, Bangladesh, một vụ sạt lở đất đá tương tự đã xảy ra, nguyên nhân do việc cắt xén bừa bãi các ngọn đồi làm gia tăng nguy cơ trượt lở, dẫn đến sự biến mất của hàng trăm ngọn đồi, gây ô nhiễm môi trường và đã giết chết ít nhất 120 người dân sống ở khu vực lân cận Năm 2010, một số nước như Pakistan, Bồ Đào Nha, Uganda, Trung Quốc
và Canada cũng xảy ra các vụ trượt lở đất gây thiệt hại về cả người và tài sản Chỉ tính riêng trong năm 2014, thế giới đã có 5 vụ trượt lở đất nghiêm trọng, đầu tiên là vụ trượt lở đất ngày 22 tháng 3 xảy ra ở Oso, Washington, nước Mỹ gây ra cái chết cho
43 người dân thường Ngày 2 tháng 5, một vụ trượt lở đất khác xảy ra ở Badakhshan, một tỉnh miền Đông Bắc Afghanistan, hậu quả là chôn vùi toàn bộ ngôi làng, khoảng
500 người đã thiệt mạng và 4000 người phải di chuyển đi nơi khác sinh sống Sau đó, vào ngày 30 tháng 7, một vụ trượt lở đất đá khác đã xảy ra ở quận Pune, bang Maharashtra, Ấn Độ gây hậu quả cuốn trôi hơn 50 ngôi nhà, 136 người đã thiệt mạng
và hơn 100 người bị mất tích Ngày 2 tháng 8, một vụ trượt lở đất tồi tệ ở Nepal đã gây hậu quả làm chết hơn 156 người Ngày 20 tháng 8, tại tỉnh Hiroshima, Nhật Bản, một
vụ trượt lở đất cũng đã tấn công một khu dân cư, làm cho các ngôi nhà bị chôn vùi
Trang 13dưới lớp bùn đất và đá Ít nhất đã có 32 người bị thiệt mạng và nhiều người khác bị mất tích Trượt lở đất là một nguy cơ liên tục ở vùng miền núi, phía đông Nhật Bản, nơi có nhiều ngôi nhà được xây dựng trên hoặc gần các sườn dốc, và có lượng mưa lớn hàng năm Gần đây nhất là vụ trượt lở đất ngày 27 tháng 8 tại làng Yingping ở tỉnh Quý Châu, Trung Quốc Hậu quả là 77 ngôi nhà đã sập hoặc bị chôn vùi hoàn toàn, có
6 người đã thiệt mạng và hơn 20 người vẫn còn mất tích [2]
Việt Nam nằm ở khu vực Đông Nam Châu á, có địa hình tương đối đa dạng gồm: Núi, Cao nguyên, đồng bằng và bờ biển Diện tích tự nhiên 330.000km2, trong
đó diện tích đồi núi chiếm 65%, hướng dốc chính Tây Bắc - Đông Nam Nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa, mỗi năm chịu ảnh hưởng từ 6 đến 10 cơn bão và áp thấp nhiệt đới, theo đó là mưa lớn gây lũ lụt, lượng mưa trung bình năm tương đối lớn, gần 2.000mm/năm, trong đó khu vực lớn nhất là Trung Trung Bộ 2.700mm/năm, nhỏ nhất
là Nam Trung Bộ 1.300mm/năm Khu vực miền núi, có địa hình sườn dốc cao, hoạt động phát triển kinh tế - xã hội chưa được qui hoạch hợp lý, nên các hiện tượng trượt
lở đất, lũ bùn đá và lũ quét thường xảy ra
Theo số liệu thống kê, từ năm 2000 đến 2014, đã xảy ra 250 đợt lũ quét, sạt lở ảnh hưởng tới các vùng dân cư, làm chết và mất tích 646 người, bị thương gần 351 người; hơn 9.700 căn nhà bị đổ trôi; hơn 100.000 căn nhà bị ngập, hư hại nặng; hơn 75.000 ha lúa và hoa màu bị ngập; hàng trăm ha đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công trình giao thông, thuỷ lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ước tính trên 3.300 tỷ đồng Các tỉnh thường xuyên xảy ra lũ quét, sạt lở đất nhất gồm: Lào Cai,
Hà Giang, Lai Châu, Sơn La, Cao Bằng, Bắc Cạn, Yên Bái, Nghệ An, Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Bình Thuận [2]
Một số trận sạt lở đất điển hình trong những năm qua như sau:
- Sạt lở đất núi tại tỉnh Lào Cai năm 2004 đã làm 22 người chết và mất tích và
16 người bị thương, trong đó có hộ cả gia đình thiệt mạng
- Lũ, lũ quét, sạt lở đất sau bão số 4 và số 6, tại Lào Cai, Yên Bái năm 2008 làm 120 người chết và mất tích
- Sạt lở đất tại xã Pắc Nậm, Bắc Kạn năm 2009 làm 13 người chết và mất tích,
5 người bị thương
- Sạt lở đất năm 2014: Do ảnh hưởng của hoàn lưu bão số 2 và mưa lớn đã xảy
ra các trận lũ quét và sạt lở đất trên địa bàn các tỉnh miền núi (Hà Giang, Lai Châu, Cao Bằng, Sơn La…) làm chết và mất tích 24 người, trong đó có 2 gia đình ở thị trấn Tam Đường và huyện Hoàng Su Phì bị thiệt mạng tới 5 người trong nhà
Trang 14Nhà máy thuỷ điện A Lưới nằm trên sông A Sáp, thuộc địa bàn huyện A Lưới, tỉnh Thừa thiên Huế, nơi tiếp giáp với nước bạn Lào Thuỷ điện A Lưới nằm trong hệ thống điện Quốc gia, cung cấp điện cho toàn quốc, góp phần làm tăng độ ổn định và tin cậy của hệ thống điện Quốc gia Hiện nay công trình đang trong giai đoạn vận hành với công suất 170MW, điện lượng bình quân năm 649 triệu kWh
Trong các hạng mục công trình thủy điện A Lưới, phần mái dốc chính diện nhà máy được thi công và hoàn thành từ giữa năm 2012 Mái dốc nhà máy từ cao trình 67m (sàn lắp máy) đến cao trình 244m, nằm trong các thành tạo địa chất tuổi từ Ocdovic - Silua và các pha xâm nhập Paleozoi muộn Tháng 11 năm 2013, sau đợt mưa bão kéo dài, mái dốc nhà máy có hiện tượng nước ngầm dâng cao và gây mất ổn định mái dốc nhà máy Năm 2014, công tác kiểm tra và xử lý mái dốc đã được thực hiện gồm các biện pháp chủ yếu là đào giảm tải, kết hợp khoan neo Tuy nhiên vấn đề này vẫn chưa được
xử lý triệt để Theo số liệu quan trắc nước ngầm trong khu vực mái dốc nhà máy từ cuối năm 2016 đến tháng 4 năm 2017 cho thấy, mực nước ngầm tiếp tục tăng cao và không
có chiều hướng giảm, đe dọa đến khả năng ổn định mái dốc nhà máy Việc tìm ra nguyên nhân và các giải pháp để xử lý vấn đề mực nước ngầm dâng cao là hết sức cần thiết nhằm đảm bảo hoạt động của nhà máy được an toàn Xuất phát từ lý do trên tác giả
đã đề xuất đề tài luận văn là: « Nghiên cứu giải pháp nâng cao ổn định cho mái dốc
chính diện nhà máy thủy điện A Lưới »
2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu:
- Đánh giá hiện trạng ổn định mái dốc chính diện nhà máy thủy điện A Lưới
- Nghiên cứu ảnh hưởng về thấm và ổn định của mái dốc nhằm đưa ra giải pháp
xử lý vấn đề nước ngầm dâng cao ảnh hưởng đến ổn định mái dốc nhà máy
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: là đường mực nước ngầm trong mái dốc của nhà máy, các giải pháp nâng cao ổn định cho công trình
- Phạm vi nghiên cứu: là mái dốc chính diện nhà máy
4 Phương pháp nghiên cứu:
Để giải quyết mục tiêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:
- Phương pháp phân tích tài liệu: Điều tra, thu thập số liệu, tài liệu địa hình địa chất thủy văn, lịch sử và hiện trạng mất ổn định mái dốc nhà máy
- Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan
- Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng mô hình số Plaxis của Hà lan để phân tích
Trang 15thấm, kiểm tra ổn định trượt và ổn định mái dốc khi mực nước ngầm dâng cao vào mùa mưa Tổng hợp phân tích số liệu, đưa ra các giải pháp
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Đề tài này có ý thực tiễn nhằm đưa ra các giải pháp cho vấn đề cấp bách hiện nay là mực nước ngầm tăng cao có nguy cơ gây mất ổn định mái dốc nhà máy Kết quả của đề tài là cơ sở có tính khoa học để các đơn vị chức năng đề xuất phương án nhằm đảm bảo ổn định cho nhà máy
Trang 16CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
1.1 HIỆN TƯỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
1.1.1 Giới thiệu
Mất ổn định mái dốc của các công trình xây dựng khi đưa vào khai thác thường xuyên xảy ra và gây ra những thiệt hại về nặng nề về tài sản cũng như con người, đồng thời ảnh hưởng lớn đến sự vận hành bình thường của các công trình xây dựng
Mất ổn định mái dốc có thể do các nguyên nhân sau: tăng cao độ dốc của sườn dốc khi cắt xén, khi đào hoặc xói lở, khi thi công mái dốc; giảm độ bền của đất đá do biến dổi trạng thái vật lý khi ngấm nước, trương nở, giảm độ chặt, phong hóa, phá hủy kết cấu tự nhiên; các hiện tượng từ biến trong đất đá, tác động của các áp lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy ), biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc; các tác động bên ngoài như: chất tải lên sườn dốc, tác động địa chất và bị địa chấn
Mất ổn định mái dốc đào có chiều sâu đào lớn thường xảy ra rất phổ biến mặc dù trong quá trình thiết kế đã tính toán và phân tích rất chi tiết nhưng vẫn không tránh khỏi những rủi ro không mong muốn Có rất nhiều nguyên nhân (chủ quan và khách quan) gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc đào, tuy nhiên vấn đề mất ổn định dài hạn (mất ổn định trong quá trình khai thác) thường xảy ra chủ yếu vào mùa mưa lũ (hình 1.1) Sự thay đổi mực nước ngầm trong mái dốc đào dẫn đến trạng thái ứng suất ở sườn dốc bị thay đổi theo chiều hướng bất lợi, đồng thời làm giảm sức chống cắt của đất đá
Hình 1 1: Sụt đất tại Km 859 + 419 đường HCM (17/12/2008) [8]
Trang 17Hình 1 2: Mất ổn định Sụt lỡ [3]
1.1.2.2 Trượt
Là hiện tượng cả khối đất đá trên sườn đồi hay mái dốc chuyển dịch như một cơ thể xuống phía dưới chân dốc theo một hoặc vài mặt trượt rõ rệt (hình 1.3), mặt trượt có thể liên tục, gãy khúc hoặc có dạng cung tròn Hiện tượng mất ổn định này thường xảy ra với tốc độ chậm, tuy nhiên ở giai đoạn cuối có thể đột ngột di chuyển nhanh
Ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo động trong khi trượt dọc theo một mặt xác định Về kết cấu, có hai dạng trượt sau:
- Trượt tịnh tiến: là sự di chuyển tuyến tính của khối đất đá dọc theo mặt phẳng phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất nằm gần mặt đất dốc Sự di chuyển mất ổn định này thường khá nông và song song với mặt đất (hình 1.3)
Sụt lở
Trang 18- Trượt xoay: thường gặp trong đất đính hay đá mềm yếu đồng nhất Sự di chuyển diễn ra dọc theo mặt cắt cong theo cách khối trượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc và đẩy trồi gần chân dốc (hình 1.4)
Trượt dòng thường xảy ra trong đất yếu bão hòa nước khi áp lực nước lỗ rỗng tăng
Trang 19đủ để làm mất toàn bộ độ bền chống cắt Mặt trượt thực hầu như không có hay chỉ biểu hiện từng lúc
Tùy theo dòng đất đá di chuyển có hoặc không có chứa lẫn nước khi trôi, thường phân biệt hai trường hợp: dòng đất đá khô và dòng ướt
Hình 1 5: Mất ổn định do trượt dòng [8]
1.1.2.4 Đá đổ, đá lăn
Là hiện tượng các tảng đá, khối đá từ trên cao của mái dốc bị lở và rơi tự do đồ thẳng xuống mặt đường gây cản trở giao thông và mất ổn định cho mái dốc
Hình 1 6: Hiện tượng đá đỗ, đá lăn (Nguồn internet)
1.1.3 Nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc
Trang 20Sự thay đổi các điều kiện như mưa, thoát nước, chất tải hay sự ổn định bề mặt thường thúc đẩy sự phá hoại mái dốc Các biến đổi đó có thể xảy ra ngay sau khi xây dựng hoặc phát triển chậm chạp trong nhiều năm, hoặc xảy ra đột ngột ở thời điểm bất kì
Phân tính các mái dốc đào cũng như mái dốc đắp, cần thiết phải xem xét cả điều kiện ổn định tức thời và lâu dài, đồng thời cũng cần thiết xem xét phá hoại có thể có theo mặt trượt mới tạo ra hay theo mặt trượt đã tồn tại trước, do hiện tượng trượt đã xảy ra trước đó để lại Hiện tượng trượt dọc theo mặt trượt đã tồn tại trước chỉ có ở nơi các chuyển vị lớn, có thể là vài mét, đã xảy ra Trượt theo mặt trượt mới tạo thành xảy ra khi bên trong khối đất đá chắc chắn đạt tới độ bền giới hạn (hay độ bền đỉnh) thì sẽ xuất hiện một mặt trượt mới Việc lựa chọn các thông số chỉ được tiến hành sau khi đã xem xét cẩn thận lịch sử ứng suất và trạng thái thoát nước đã dự đoán trước
Nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc đào có thể chia làm 2 nhóm chính:
1.1.3.1 Nhóm nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc
- Các nguyên nhân thuộc về bản chất đất, đá: Đất đá thuộc loại mềm yếu, dễ phong hóa, dễ hóa mềm khi gặp nước; các lớp đất đá có cấu tạo xen kẽ các lớp yếu;
- Các yếu tố thúc đẩy quá trình phong hóa và quá trình biến đổi hóa lý: sự dao động nhiệt độ làm phá vỡ kết cấu đất đá; sự thủy hóa, sự hấp phụ nước của các khoáng vật sét khi tăng độ ẩm; nước ngầm hòa tan và mang đi các thành phần dễ hòa tan có trong đất đá (muối cacbonat, sunfat, );
- Các nguyên nhân về địa hình, địa mạo: độ dốc của mái dốc lớn, mái dốc trơ trụi
ít cây cỏ làm đất đá dễ bị xói mòn, dễ bị phong hóa dẫn đến sự mất ổn định mái dốc
1.1.3.2 Nhóm các nguyên nhân tăng lực gây trượt
- Các nguyên nhân làm tăng tải trọng trên mái dốc (đào): nước mặt và nước ngầm thấm đầy lỗ rỗng đất đá; đất đá trượt, sụt lở từ phía trên rồi tích lại trên sườn dốc (hình 1.6), (hình 1/7)
- Các nguyên nhân gây phá hoại chân mái dốc đào: dòng nước mặt mùa lũ chảy xói chân mái dốc; không gia cố, rãnh biên quá dốc dẫn đến xói chân mái dốc
- Các nguyên nhân gây chấn động đất đá: động đất, nổ mìn khai thác đá hoặc xây dựng đường, (hình 1.8)
Kết luận chung: Mất ổn định mái dốc đào thường xảy ra do tổng hợp nhiều
nguyên nhân, do đó khi phân tích ổn định mái dốc cần phân tích các hiện tượng, sự kiện xảy ra lúc mái dốc mất ổn định và trong suốt quá trình trước đổ; cần điều tra môi trường xung quanh chứ không phải chỉ chú ý đến điều kiện riêng tại chỗ mái đất mất ổn định
Trang 21Hình 1 7: Sạt lỡ Nhà máy Thủy điện Bản Vẽ do mƣa lớn kéo dài
Hình 1 8: Sạt lỡ tại mái dốc nhà máy Thủy điện Sử Pán 2 do mƣa lớn nhiều ngày
Hình 1 9: Sạt lở mỏ đá Thủy điện Bản Vẽ do chấn động nổ mìn