Luận văn thạc sĩ: Đánh giá hiện trạng và giải pháp sửa chữa kênh chính Bắc hồ chứa nước Phú Ninh

Hệ thống thủy lợi Phú Ninh được xây dựng năm 1977. Vào thời kỳ đó, Việt Nam còn lạc hậu về thiết bị và công nghệ phục vụ cho khảo sát, thiết kếvà thi công,thời đó các tiêu chuẩn áp dụng về khảo sát, thiết kế và thi công các công trình thủy lợi vẫn còn thấp so với hiện nay, mặc dù các cơ quan có trách nhiệm đã hết sức nổ lực để thực hiện công tác khảo sát thiết kế và xây dựng nhưng lúc đó Công trình Hồ chứa nước Phú Ninh nói chung và kênh chính Bắc nói riêng thi công chủ yếu bằng thủ công theo hình thức huy động công lao động của người dân, do đó chất lượng công trình không thể hoàn hảo. Mặc khác, hệ thống công trình không được duy tu, bảo dưỡng thỏa đáng và kịp thời, dẫn đến tình trạng hệ thống bị xuống cấp. Trong những năm qua, Chính phủ đã quan tâm đầu tư nâng cấp đầu mối và hệ thống kênh từ nhiều nguồn vốn khác nhau. Nhưng do hệ thống quá rộng, trong khi đó việc đầu tư sửa chữa chỉ được thực hiện nhỏ lẻ, gồm nhiều đợt, không đồng bộ. Kênh chính Bắc Phú Ninh, với tổng chiều dài tuyến kênh 47,35km đã được nâng cấp sửa chữa nhiều đoạn ở nhiều thời điểm khác nhau. Hiện tại hệ thống kênh vẫn đang tồn tại những hư hỏng lớn, tiềm ẩn nguy cơ sự cố công trình: thấm, rò rỉ nước, sạt lởmái trong, mái ngoài bờ kênh, lở kênh và đặc biệt là sự tái diễn các hư hỏng của những đoạn kênh đã được gia cố. Điển hình như đoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 đáy và mái trong của đoạn kênh này đã được gia cố bằng bê tông cốt thép nhưng hiện tại dòng thấm vẫn xuất hiện ở nhiều vị trí, lộ rõ ở mái ngoài bờ kênh gây tổn thất nước, mất an toàn kênh, luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố vỡ kênh. Từ thực trạng trên, đánh giá hiện trạng, phân loại hư hỏng, tìm ra các nguyên nhân hư hỏng, tái diễn những hư hỏng và kiến nghị giải pháp sửa chữa hiệu quả, mang tính bền vững phù hợp với các điều kiện địa hình, địa chất, thời tiết và đặc thù vận hành tải nước phục vụ sản xuất của Kênh chính Bắc Phú Ninhlà rất cần thiết. Vì vậy đề tài“Đánh giá hiện trạng và giải pháp sửa chữa kênh chính Bắc hồ chứa nước Phú Ninh”là cấp bách, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KÊNH CHÍNH BẮC HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH 4

1.1 HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH 4

1.1.1 Giới thiệu chung về Hồ chứa nước Phú Ninh 4

1.1.2 Nhiệm vụ và thông số kỹ thuật Hồ chứa nước Phú Ninh 5

1.2 HỆ THỐNG KÊNH VÀ KHU VỰC HẠ DU 6

1.3 KÊNH CHÍNH BẮC PHÚ NINH 6

1.3.1 Giới thiệu về Kênh chính Bắc Phú Ninh 6

1.3.2 Địa chất, thủy văn và các điều kiện kinh tế xã hội 8

1.3.3 Hiện trạng kênh chính Bắc Phú Ninh 13

1.3.4 Phân dạng hư hỏng kênh chính Bắc Phú Ninh 15

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 19

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHỐNG THẤM 20

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG THẤM CHO KÊNH ĐẤT 20

2.1.1 Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm 22

2.1.2 Định luật Darcy 22

2.1.3 Thấm có áp và thấm không áp 22

2.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KÊNH DO DÒNG THẤM 24

2.2.1 Nguyên nhân từ công tác khảo sát 25

2.2.2 Nguyên nhân từ công tác thiết kế 25

2.2.3 Nguyên nhân từ công tác thi công 25

2.2.4 Nguyên nhân từ công tác quản lý vận hành 26

2.2.5 Do nguyên nhân khác 26

2.3 TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM 26

2.4 TÍNH TOÁN THẤM QUA KÊNH ĐẤT 27

2.4.1 Ý nghĩa của việc tính toán thấm qua kênh đất 27

2.4.2 Các phương pháp tính thấm 28

2.5 ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT 28

2.5.1 Các yếu tố gây mất ổn định mái đất 28

2.5.2 Mặt trượt phá hoại mái đất 29

2.5.3 Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát 30

2.5.4 Đánh giá ổn định mái dốc 33

2.6 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM KÊNH DẪN NƯỚC 34

2.6.1 Kết cấu chống thấm bằng màng địa kỹ thuật(Geomembrane) 34

2.6.2 Kết cấu chống thấm bằng thảm bêtông (Concret Matts) 35

2.6.3 Trường hợp chống thấm bằng cừ bêtông cốt thép ứng suất trước (Prestressed concrete sheet piles) 36

2.6.4 Tường chống thấm bằng cừ bản nhựa (Vinyl sheet piling) 39

2.6.5 Tường hào chống thấm bằng hỗn hợp dung dịch Bentonite + ximăng 40

2.6.6 Tường hào chống thấm màng địa kỹ thuật 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

PHỤ LỤC.

Số bảng Tên bảng TrangBảng 1.1 Các thông số kỹ thuật Hồ chứa nước Phú Ninh 5Bảng 1.2 Dự báo nông nghiệp và phát triển nông thôn

Bảng 3.2 So sánh đặc điểm kỹ thuật giữa vật liệu GCLs

Hình 1.2 Cống lấy nước kênh chính Bắc Phú Ninh 7Hình 1.3 Bản đồ vị trí tuyến kênh chính Bắc Phú Ninh 7Hình 1.4 Vỡ kênh Chính Bắc tại Km17+800 16

Hình 1.5 Sập cống tiêu số 11 gây vỡ kênh Chính Bắc tại

Hình 1.6 Sạt lở mái trong của kênh đàođoạn kênh

Hình 1.7 Sạt lở mái trong của kênhđoạn kênh đã gia cố 17

Hình 1.9 Dòng thấm ra mái ngoài kênh (Ảnh ngày

Hình 1.10 Nước thấm cục bộ ra mái ngoài kênh (Ảnh

Hình 2.2 Đường cong xác định trị số 2K 1 K 2 21

Hình 2.3 Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực

Hình 2.5 Biểu đồ hệ số ổn định với giá trị lambda () 32

Hình 2.6 Chống thấm kênh dẫn nước màng địa kỹ

Hình 2.9 Ứng dụng cừ bêtông cốt thép ứng suất trước

chống thấm công trình thủy lợi 38

Hình 2.11

nhựa chống thấm thân công trình 39

Hình 2.18 Ứng dụng thảm sét địa kỹ thuật GCLs chống

Hình 3.2 Bê tông mái kênh bị bong, tróc, bào mòn 49Hình 3.3 Vị trí sạt lở còn in dấu chân của trâu, bò 49

Hình 3.21 Sơ đồ bố trí mủi khoan Jet-grouting 73

Hình 3.22 Minh họa hàng cọc đất xi măng (Chống thấm

Hình 3.26 Kết quả tính ổn định mái ngoài bờ phải 78

Hình 3.27 Kết quả tính thấm (đường bão hoà ở các thời

Hình 3.28 Kết quả tính thấm (vectors thấm và đường

Hình 3.29 Kết quả tính thấm (vectors thấm và đường

Hình 3.30 Kết quả tính thấm (Gradient thấm ở thời

Hình 3.31 Kết quả tính thấm (vectors thấm và đường

Hình 3.32 Kết quả tính thấm (Gradient thấm ở thời

Hình 3.33 Kết quả tính thấm (vectors thấm và đường

Hình 3.34 Kết quả tính thấm (Gradient thấm ở thời 3

Hình 3.35 Kết quả tính ổn định mái trong bờ phải 80Hình 3.36 Kết quả tính ổn định mái trong bờ phải 81Hình 3.37 Kết quả tính ổn định mái trong bờ phải 81

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Phú Ninh được xây dựng năm 1977 Vào thời kỳ đó,Việt Nam còn lạc hậu về thiết bị và công nghệ phục vụ cho khảo sát, thiếtkếvà thi công,thời đó các tiêu chuẩn áp dụng về khảo sát, thiết kế và thi côngcác công trình thủy lợi vẫn còn thấp so với hiện nay, mặc dù các cơ quan cótrách nhiệm đã hết sức nổ lực để thực hiện công tác khảo sát thiết kế và xâydựng nhưng lúc đó Công trình Hồ chứa nước Phú Ninh nói chung và kênhchính Bắc nói riêng thi công chủ yếu bằng thủ công theo hình thức huy độngcông lao động của người dân, do đó chất lượng công trình không thể hoànhảo Mặc khác, hệ thống công trình không được duy tu, bảo dưỡng thỏa đáng

và kịp thời, dẫn đến tình trạng hệ thống bị xuống cấp

Trong những năm qua, Chính phủ đã quan tâm đầu tư nâng cấp đầu mối

và hệ thống kênh từ nhiều nguồn vốn khác nhau Nhưng do hệ thống quárộng, trong khi đó việc đầu tư sửa chữa chỉ được thực hiện nhỏ lẻ, gồm nhiềuđợt, không đồng bộ Kênh chính Bắc Phú Ninh, với tổng chiều dài tuyến kênh47,35km đã được nâng cấp sửa chữa nhiều đoạn ở nhiều thời điểm khác nhau.Hiện tại hệ thống kênh vẫn đang tồn tại những hư hỏng lớn, tiềm ẩnnguy cơ sự cố công trình: thấm, rò rỉ nước, sạt lởmái trong, mái ngoài bờkênh, lở kênh và đặc biệt là sự tái diễn các hư hỏng của những đoạn kênh đãđược gia cố Điển hình như đoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 đáy

và mái trong của đoạn kênh này đã được gia cố bằng bê tông cốt thép nhưnghiện tại dòng thấm vẫn xuất hiện ở nhiều vị trí, lộ rõ ở mái ngoài bờ kênh gâytổn thất nước, mất an toàn kênh, luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố vỡ kênh

Từ thực trạng trên, đánh giá hiện trạng, phân loại hư hỏng, tìm ra cácnguyên nhân hư hỏng, tái diễn những hư hỏng và kiến nghị giải pháp sửa chữahiệu quả, mang tính bền vững phù hợp với các điều kiện địa hình, địa chất, thời

tiết và đặc thù vận hành tải nước phục vụ sản xuất của Kênh chính Bắc Phú

Ninhlà rất cần thiết Vì vậy đề tài“Đánh giá hiện trạng và giải pháp sửa chữa

kênh chính Bắc hồ chứa nước Phú Ninh”là cấp bách, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đánh giá tổng thể về hiện trạng của Kênh chính Bắc Hồ chứa nước PhúNinh, nghiên cứu phân loại hư hỏng, nguyên nhân hư hỏng và giải pháp sửa chữađoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 từ đó đề xuất các giải pháp sửachữa, chống thấm cho các đoạn kênh bị hư hỏng tương tự nhằm đảm bảo an toàncho hệ thống kênh, nâng cao hiệu quả vận hành, đảm bảo cấp nước phục vụ sảnxuất nông nghiệp, công nghiệp, cấp nước sinh hoạt…cho địa phương trong vùng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Công trình Hồ chứa nước Phú Ninh

- Phạm vi nghiên cứu: Kênh chính Bắc của Hồ chứa nước Phú Ninh

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, phân tích các tài liệu kết hợp với nghiên cứu các phươngpháp kỹ thuật hiện đại, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp;

- Khảo sát hiện trường (thí nghiệm và hình ảnh);

- Ứng dụng phần mềm SEEP/W và SLOPE/W tính thấm và ổn định chođoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học

+Nghiên cứu các giải pháp sửa chữa chống thấm hiện đại trên thế giới;+Nghiên cứu mô hình hóa trong sơ đồ tính thấm cho các vật liệu khôngphải là đất Đề xuất được giải pháp công nghệ chống thấm hiệu quả, kinh tế

phù hợp với đặt thù của Kênh chính Bắc Hồ chứa nước Phú Ninh

- Ý nghĩa thực tiễn

Có thể áp dụng nghiên cứu này để sửa chữa các đoạn Kênh chính BắcPhú Ninh bị hư hỏng do thấm tương tự như đoạn kênh nghiên cứu, nhằmnâng cao hiệu quả chuyển tải nước và đảm bảo an toàn cho Kênh chính Bắc

Hồ chứa nước Phú Ninh

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị và tài liệu tham khảo luận văngồm các chương sau:

Chương 1 Đánh giá hiện trạng kênh chính Bắc hồ chứa nước Phú NinhChương 2 Một số giải pháp công nghệ chống thấm

Chương 3.Giải pháp sửa chữa đoạn kênh từ Km14+003,38đếnKm15+154,5

CHƯƠNG 1ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KÊNH CHÍNH BẮC HỒ CHỨA

NƯỚC PHÚ NINH1.1 HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH

1.1.1 Giới thiệu chung về Hồ chứa nước Phú Ninh

Hồ chứa nước Phú Ninh nằm ở miền Trung Việt Nam Vị trí hồ chứanằm ở tọa độ địa lý 108030’30”, Kinh độ Đông; 15028’00”, Vĩ độ Bắc [6].Khu vực đầu mối hồ chứa nằm trên sông Tam Kỳ thuộc các xã Tam Xuân 1,huyện Núi Thành và xã Tam Ngọc, huyện Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam Vớimực nước dâng bình thường, hồ có dung tích 344 triệu m3, với mực nước lũkiểm tra, hồ có dung tích hồ 460,8 triệu m3[6] Công trình đầu mối gồm đậpchính, 5 đập phụ, 3 tràn xả lũ và 3 cống lấy nước tưới (Hình 1.1) Đập chính

và các đập phụ đều đắp bằng đất, có tường chắn sóng

Hình 1.1 Cụm đầu mối công trình Hồ chứa nước Phú Ninh

1.1.2 Nhiệm vụvà thông số kỹ thuật Hồ chứa nước Phú Ninh

3 Tổng lượng nước trung bình nhiều năm 106 m3 637,7

4 Tổng lượng nước năm ít nước W75% 106 m3 499,5

5 Lưu lượng bình quân nhiều năm, Q0 m3/s 6,13

phố Tam Kỳ, các huyện Phú Ninh, Thăng Bình, Quế Sơn và Duy Xuyên; Cấpnước sinh hoạt và công nghiệp Khu tưới có hệ thống kênh chính Bắc, hệthống kênh chính Nam:

- Kênh chính Bắc dài 47.3km, kênh chính Nam dài 4,5 km

- Kênh cấp I, 16 tuyến tổng chiều dài 90 km,

- Kênh cấp II, Tổng chiều dài 340 km,

- Kênh cấp III, 490 tuyến , tổng chiều dài 175 km,

- Và hàng nghìn công trình trên kênh

Khu vực hạ du hồ chứa là vùng đất đai rộng hàng chục km2 có hàngvạn hộ dân sinh sống, bao gồm các cơ sở kinh tế, chính trị và xã hội quantrọng nhất của tỉnh Quảng Nam, trong đó có thành phố Tam Kỳ, tỉnh lị củatỉnh Quảng Nam, Theo niên giám thống kê của thành phố Tam Kỳ năm 2011,dân số của thành phố là 109.322 người[6] Ngoài ra còn có các công trìnhquan trọng cấp Quốc gia như đường Quốc lộ 1 và đường xe lửa Hà Nội-TP

Hồ Chí Minh chạy qua Đây là khu vực có mưa lớn tập trung, địa hình dốc,sông ngắn, lũ lên nhanh, lại bị ảnh hưởng của triều cường nên diễn biến lũhàng năm rất phức tạp

1.3 KÊNH CHÍNH BẮC PHÚ NINH

1.3.1 Giới thiệu về Kênh chính Bắc Phú Ninh

Kênh chính Bắc Phú Ninh thuộc công trình Hồ chứa nước Phú Ninh, tổngchiều dài kênh 47,351 km, lưu lượng tải nước theo thiết kế Qtk = 27,98m3/s, tướicho 14.325ha [8] Cống lấy nước đầu kênh (hình 1.2) tại đập phụ Tư Yên nằmtrên địa bàn xã Tam Đại, huyện Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam, tuyến kênh được bốtrí chủ yếu chạy ven theo các chân đồi núi về hướng Bắc Tỉnh Quảng Nam, điqua các huyện Phú Ninh, huyện Thăng Bình và huyện Quế Sơn, điểm cuối kênhnằm trên địa bàn xã Duy Trung, huyện Duy Xuyên (hình 1.3) , tỉnh QuảngNam,với khoảng 50% kênh đào và 50% kênh đắp đất Kênh đã được thi công

hoàn thành đưa vào sử dụng cùng thờiđiểm với Hồ chứa nước Phú Ninh (năm1986).Đến nay hệ thống kênh đã được đầu tư nâng cấp nhiều lần:

- Đến năm 2000: kênh đã được gia cố nâng cấp 3.424 m kênh [5];

- Năm 2008- 2011 (Dự án WB3): kênh được gia cố nâng cấp 25.540 m [7];

-Năm 2015(Dự án WB7): hồ sơ thiết kế đã được duyệt, theo kế hoạch; năm

2015 kênh được gia cố thêm 3.588 m [8]

Hình 1.2 Cống lấy nước kênh chính Bắc Phú Ninh

Hình 1.3 Bản đồ vị trí tuyến kênh chính Bắc Phú Ninh

1.3.2 Địa chất, thủy văn và các điều kiện kinh tế xã hội

a Đặc điểm địa chất kênh chính Bắc:

Theo tài liệu địa chất của kênh chính Bắc Phú Ninh được thể hiện trong Báocáo thiết kế chi tiết Hệ thống kênh Phú Ninh (Dự án WB3) cả hai bờ kênhchính Bắc có đặc điểm địa chất tương tự nhau, toàn tuyến kênh có tổng cộng

6 lớp địa chất khác nhau (lớp 1, lớp 2, lớp 3, lớp 4, lớp 5, lớp 6)

Lớp 1: Cát pha trạng thái dẻo, kết cấu chặt vừa.

Đây là lớp đầu tiên phân bố trên bề mặt, diện phân bố chủ yếu ở khuvực từ Km6+500 đến Km7+158; Km31+079 đến Km31+786; Km45 đến cuốikênh chính Bắc Bề dày của lớp thay đổi từ 2,0m đến 5,1m Thành phần củalớp là đất cát pha sét, màu xám trắng, xám nâu đến nâu đỏ, trạng thái dẻo, kếtcấu chặt vừa Nguồn gốc của lớp là bồi tích [7]

Lớp 2: Sét pha, trạng thái dẻo cứng, kết cấu chặt vừa.

Lớp này có mặt hầu hết trên tuyến kênh chính Bắc, diện phân bố rộngkhắp khu vực khảo sát Lớp nằm liền kề dưới lớp cát pha Nhiều nơi lớp phân

bố ngay trên bề mặt.Bề dày của lớp thay đổi từ 2,5m đến 7,0m Thành phầncủa lớp là đất sét pha cát, đôi nơi trong thành phần có lẫn sỏi sạn Đất có màuxám nâu, nâu vàng, nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng, kết cấu chặt vừa.Nguồn gốccủa lớp là tàn - sườn tích (edQ)[7]

Lớp 3: Sét pha, trạng thái dẻo mềm, kết cấu chặt vừa.

Lớp có mặt hầu hết trên tuyến kênh chính Bắc, diện phân bố liền kềdưới lớp 2.Nhiều nơi lớp phân bố ngay trên bề mặt.Bề dày của lớp thay đổi từ2,5m đến 5,0m Thành phần của lớp là đất sét pha cát, đôi nơi trong thànhphần có lẫn sỏi sạn Đất có màu xám trắng, xám nâu, nâu vàng, độ ẩm lớn, hệ

số rỗng cao, trạng thái dẻo mềm, kết cấu chặt vừa.Nguồn gốc của lớp là tàntích (eQ)[7]

Lớp 4: Cát hạt vừa màu xám nâu, trạng thái bão hòa.

Lớp phân bố từ Km14+567 đến Km15+019.Diện phân bố dưới lớp 3dưới dạng thấu kính.Bề dày của lớp tương đối mỏng, khoảng từ 1m đến3m.Thành phần của lớp là cát hạt vừa, màu xám nâu, trạng thái bão hòa, kết

cấu chặt vừa.Nguồn gốc của lớp là bồi tích (aluvi – aQ).Lớp có tính thấmmạnh[7].

Lớp 5: Sét pha, trạng thái dẻo chảy, kết cấu kém chặt.

Lớp phân bố liền kề dưới lớp 2 và lớp 3.Diện phân bố dưới dạng thấukính, bề dày của lớp mỏng, khoảng 1m đến 2m.Nguồn gốc của lớp là tàn tích(deluvi – dQ) Thành phần là sét pha màu xám xanh, lớp có độ ẩm cao, hệ sốrỗng lớn, trạng thái dẻo chảy, kết cấu kém chặt Lớp thấm nước không mạnh,cường độ kháng nén và kháng cắt tương đối cao[7]

Lớp 6: Đá granit màu xám

Là lớp đá gốc thuộc phức hệ Đại Lộc (D1dl 1) , phân bố dưới tầng phủ

Bề dày của lớp rất lớn, có độ nghiên từ trái san phải [7]

b Điều kiện khí tượng thủy văn

Khí hậu khu vực nghiên cứu mang tính chất mùa rõ rệt với haimùa:mùa khô và mùa mưa Do nằm sát biển, khu vực nghiên cứu có một nềnnhiệt độ thấp và độ ẩm cao hơn so với các khu vực có cùng vĩ độ nhưng nằmsâu trong đất liền Địa bàn thường xuyên chịu ảnh hưởng của các cơn bão cótốc độ gió cao kết hợp với mưa cực lớn gây ra ngập lũ và những thiệt hại vềtài sản, kể cả mùa màng

được đặt ưu tiên cao.

Nhiệt độ

Nhiệt độ không khí trung bình năm là 25,5O C Nhiệt độ cao nhất xảy ratrong giai đoạn từ tháng 5 đến tháng 8, với nhiệt độ cao nhất hàng tháng là34,2O C Nhiệt độ thấp nhất xảy ra từ tháng 12 đến tháng 1 năm sau[7]

Độ ẩm không khí

Độ ẩm không khí tương đối khoảng 80~90%[7] Độ ẩm cao nhất xảy ratrong các tháng mùa đông, đặc biệt là khi có gió mùa Đông Bắc thường mangtheo mưa lớn Độ ẩm không khí thấp nhất xảy ra trong mùa hè, đặc biệt làtrong thời gian có gió mùa Tây Nam khô và nóng

c Các điều kiện kinh tế xã hội

Dân số

Tính đến hết năm 2010, dân số Quảng Nam 1.435.629 người, sống chủyếu bằng nghề nông nghiệp.Theo hồ sơ thiết kế nâng cấp kênh chính Bắc PhúNinh (dự án WB3) [7] tổng dân số vùng hưởng lợi công trình 411.650 người(Thành phố Tam Kỳ:152.254 người, Núi Thành: 58.358 người, Quế Sơn:41.612 người, Duy Xuyên: 7.491, Thăng Bình: 151.935) trong đó Nam giới ở

độ tuổi lao động 91.115 người chiếm tỷ lệ: 22,14%, nữ giới ở tuổi lao động:103.404 người chiếm tỷ lệ 25,13% còn lại người già và trẻ em

- Nông nghiệp và công nghiệp:

+ Nông nghiệp

Các đặc điểm sản xuất nông nghiệp theo huyện được trình bày trong bảng 1.2 dưới đây:

Bảng 1.2 Dự báo nông nghiệp và phát triển nông thôn năm 2020

Tam Kỳ Núi

Thành

Quế Sơn

Duy Xuyên

Thăng Bình Tổng

Định hướng phát triển công nghiệp theo hướng phát triển sản xuất giầy

da và công nghiệp chế biến các sản phẩm nông lâm thủy sản địa phương Các

khu công nghiệp như khu công nghiệp Trường Xuân ở Tam Kỳ, và khu côngnghiệp Chu Lai tại Núi Thành.

Thành

Quế Sơn

Duy Xuyên

Thăng Bình Tổng

lưu đã được xem là cố định) Các công trình trên kênh có tính chất cố định,

có các điểm thượng lưu và hạ lưu mà cao trình đáy được xem là cố định, cácđiểm này được gọi là “điểm khống chế”.Kết nối các điểm khống chế tìm ra

độ dốc thủy lực hiện hữu của kênh Bảng 1.4 dưới đây trình bày các điểmkhống chế cao độ đáy kênh:

Bảng 1.4 Cao độ các điểm khống chế đáy kênh chínhBắc

Lý trình K.cách cộng dồn Chiều

dài (m)

Cao độ đáy Loại công

trình trên kênh

K9+324,07 K9+488,37 9324,07 9488,37 164,30

17,3 7

17,2 9

Cầu máng

số 1 K12+859,1

9 K12+939,36 12859,19 12939,36 80,17

16,9 1

16,8 2

Cầu máng

số 2 K15+869,6

1 K15+949,96 15869,61 15949,96 80,35

16,4 0

16,3 0

Cầu máng

số 3 K20+065,3

8 K20+127,41 20065,38 20127,41 62,03

15,2 5

15,0 0

Cầu máng Phú Xuân K24+420,6

5 K24+480,67 24420,65 24480,67 60,02

15,3 8

15,3 4

Cầu máng

số 4 K26+860,6

2 K26+902,48 26860,62 26902,48 41,86

15,0 0

15,0

0 Xi phông K33+137,8

6 K33+275,27 33137,86 33275,27 137,41

13,0 2

12,7 5

Cầu máng

số 5 K33+693,6

9 K33+752,52 33693,69 33752,52 58,83

12,7 9

12,7 3

Cầu máng

số 6 K37+129,6

2 K37+189,19 37129,62 37189,19 59,57

12,3 5

11,7 6

Cầu máng

số 7 K39+492,9

8 K39+631,8 39492,98 39527,41 34,43

11,3 0

2 K41+900,82 41869,52 41900,82 31,30 9,30 9,30

Cầu máng

số 8 K45+100,2 K45+128,79 45100,28 45128,79 28,51 8,82 8,92 Xi phông

7 K45+689,25 45680,27 45689,25 8,98 8,83 8,82 Xi phông

b Bề rộng đáy kênh và mái kênh:

Kênh chính Bắc Phú Ninh có bề rộng đáy bình quân từ 2,0-7,5m, máikênh bình quân m = 1,50, càng về hạ lưu bề rộng đáy càng nhỏ dần

c Bờ kênh:

Cao độ đỉnh bờ kênh được thiết kế trên cơ sở đường mực nước ứng vớilưu lượng lớn nhất (Qmax) và cộng thêm chiều cao an toàn Nhiều đoạn bờhữu được gia cố mặt bằng bê tông M250 – dày 20cm Bề rộng đường bờ kênh

- Gia cố BTCT M200 kênh chữ nhật đổ tại chỗ, tường bên kênh có bốtrí hệ thống thu nước ngầm bằng đá dăm và vải địa kỹ thuật

- Gia cố kênh bằng đá lát trong khung bê tông cốt thép.

e Công trình trên kênh:

Kênh chính Bắc có 94 công trình trên kênh(cống tiêu: 33 cái, cống lấynước: 15 cái, tràn mỏ vịt: 10 cái, tràn vào tràn ra: 9 cái, cầu máng: 8 cái, cầu quakênh: 8 cái, trạm bơm 5 cái, xi phông: 3 cái, cống điều tiết: 3 cái)

(Phụ lục 02 kèm theo)

1.3.4 Phân dạng hư hỏng kênh chính Bắc Phú Ninh

Dựa trên khảo sát thực tế tại thời điểm hiện tại kết hợp với các hư hỏng hoặc sự

cố xảy ra trong quá khứ, có thể đưa ra ba dạng hư hỏng điển hình của kênh chínhBắc Phú Ninh như sau:

a.Dạnghư hỏng thứ nhất:Hư hỏng công trình trên kênh dẫn đến hệ thống

kênh không đáp ứng được nhiệm vụ cấp nước thậm chí gây ra sự cố vỡ kênh

Trong quá khứ đã có nhiều lần vỡ kênh do sự xuống cấp của công trình trên kênhgây thiệt hại lớn: vào ngày 01/4/2007, tại xã Bình Quế - Thăng Bình lở kênhChính Bắc tại Km17+800 đã làm 97 hộ gia đình nông dân thiệt hại nặng 20 halúa (vụ lúa đông xuân chỉ còn 10 ngày nữa là thu hoạch) và dưa hấu Nguyênnhân của sự cố này là do dòng thấm xuất hiện tại lớp tiếp xúc giữa thân cống lấynước và kênh (hình 1.4) Gần đây (tháng 12 năm 2014), cống tiêu số 11 bị sập đãdẫn đến sự cố vỡ kênh (đoạn vỡ dài khoảng 25 m, hình 1.5).Sự cố này đã gâyngập ruộng lúa của nông dân và kinh phí sửa chữa là 250 triệu đồng Nguyênnhân của sự cố này do dòng thấm gây xói ngầm ở đáy và hai bên vai cống tiêu,mặt khác kết cấu cống tiêu bằng đá xây đã xuống cấp nên dẫn đến sập cống tiêu

và gây vỡ kênh

Hình 1.4 Vỡ kênh Chính Bắc tại Km17+800

(Ảnh chụp ngày 1/4/2007)

Hình 1.5 Sập cống tiêu số 11 gây vỡ kênh Chính Bắc tại Km11+199 (Ảnh chụp ngày 25-01-2015)

b Dạng hư hỏng thứ hai: Sạt lở mái trong

Nhiều đoạn kênh, đất hai bên mái trong bờ kênh thường xuyên có hiệntượng xói lở, sạt đất xuống lòng kênh gây cản trở dòng chảy, làm thay đổiđường mặt nước trong kênh, ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tải nước củakênh Dạng này xảy ra phổ biến ở các đoạn kênh đào chưa được gia cố máitrong (hình1.6), nguyên nhân là do dòng thấm ngược từ các sườn đồi vàotrong kênh gây ra xói ngầm và do hiện tượng sóng nước trong kênh

Điều đáng lo ngại là hiện tượng sạt lở mái trong kênh vẫn xảy ra đối với cácđoạn kênh đã được gia cố mái trong (hình1.7) Nguyên nhân có thể là do việcthiết kế tầng lọc ngược và thoát nước thấm chưa hợp lý hoặc do thi công chưađảm bảo chất lượng

Một nguyên nhân nữa rất quan trọng, nhưng có thể ít được chú ý đến đã gópphần gây ra sạt lở mái trong kênh là do người dân chăn thả trâu, bò lên xuốngmái kênh (hình 1.8)

Hình 1.6 Sạt lở mái trong của kênh đào

đoạn kênh chưa gia cố

(Ảnh chụp ngày 15/8/2014)

Hình 1.7 Sạt lở mái trong của kênh

đoạn kênh đã gia cố (Ảnh chụp ngày 25/4/2015)

Hình 1.8 Trâu ở trên mái và lòng kênh (Ảnh chụp ngày 15/8/2014)

c Dạng hư hỏng thứ ba: Nước thấm ra mái ngoài kênh

Dạng này chủ yếu xảy ra ở đoạn kênh đắp, điển hình là đoạn kênh từKm14+003.38 đến K15+154.5, nó biểu hiện dưới dạng xuất hiện thấm lộ ratrên mái ngoài của kênh, một số vị trí xuất hiện trượt mái cục bộ (hình 1.9)

Vị trí dòng thấm thoát ra thay đổi từ cao trình +17.00 xuống đến chân kênhtuỳ theo mực nước trong kênh và mặt cắt kênh (hình 1.9, 1.10, 1.11)

Nguyên nhân của dạng hư hỏng này là do kết cấu kết chưa hợp lý (kích thướcmái và vật liệu đất đắp kênh) Đặc biệt, có những đoạn kênh đắp cao trêndưới 8 m nhưng đã không thiết kế thiết bị thoát nước ở mái ngoài, do đó đốivới các đoạn kênh này về lâu dài tiềm ẩn nguy cơ vỡ kênh

Hình 1.9 Dòng thấm ra mái ngoài kênh

(Ảnh ngày 1/4/2007)

Hình 1.10 Nước thấm cục bộ ra mái ngoài kênh (Ảnh chụp ngày 15/8/2014)

Hình 1.11 Dòng thấm ra mái ngoài kênh (Ảnh chụp ngày 1/4/2007)

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Mặc dù Kênh chính Bắc Phú Ninh, đã được đầu tư sửa chữa nhiều lầnvới nhiều nguồn kinh phí lớn nhưng hiện trạng hệ thống kênh vẫn đang tồntại những hư hỏng lớn, tiềm ẩn nguy cơ sự cố công trình: thấm, rò rỉ nước,sạt lở mái trong, mái ngoài bờ kênh, lở kênh và đặc biệt là sự tái diễn các hưhỏng của những đoạn kênh đã được gia cố sửa chữa Điển hình như đoạnkênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5

CHƯƠNG 2MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHỐNG THẤM2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG THẤM CHO KÊNH ĐẤT

Nước trong kênh bị tổn thất do một phần bị bốc hơi, một phần bị thấmvào đất Lượng nước tổn thất do bốc hơi nhỏ hơn so với tổn thất do thấm.Lượng nước thấm vào đất của kênh có thể đạt tới 50 - 60% [15]lưu lượng hữuích qua kênh Dòng thấm từ kênh vào đất phụ thuộc vào tình hình tầng đấtthấm nước mà kênh đi qua như chiều dày tầng thấm, độ sâu mực nước ngầm,

hệ số thấm của các lớp đất ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào hình thức gia cốlòng kênh và giải pháp chống thấm cho thân và nền kênh

Khi kênh nằm trên nền thấm vô hạn và mực nước ngầm nằm rất sâu(Hình 2.1a) các đường dòng của dòng thấm càng xuống sâu sẽ càng tiệm cậnvới đường thẳng đứng, đồng thờicàng xuống sâu lưu tốc càng có xu hướngphân bố đều Độ dốc thấm J = h+d d Do đó nếu càng xuống sâu thì J cũng tiếngần tới 1 và như vậy V tương đương với K (K - hệ số thấm của đất) Lưulượng thấm trên một mét dài của kênh tính theo đề nghị củaV.V.Vendenhicôp [15]

Trong đó: K: hệ số thấm của đất

K1, K2: hệ số tích phân enliptích loại ITrị số 2K 1 K 2 K 1 K 2: tra trên đồ thị hình 2.2a

Hình 2.1.Sơ đồ nước thấm từ kênh

Khi kênh nằm trên nền thấm có chiều dày T với hệ số thấm K, ở dưới

là tầng thấm nước khác có hệ số thấm K1> K (hình 2.1b), lưu lượng q vẫntính theo công thức (2.1)nhưng hệ số 2K 1 K 2phụ thuộc vào tỷ sốT Hvà được tra

ở đồ thi hình (2.2b) Đồ thị này dùng cho kênh có mái dốc m = 1,5

Các ký hiệu khác xem hình vẽ.

2.1.1 Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm

Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm là tìm ra các quy luật chuyểnđộng của nó phụ thuộc vào hình dạng, kích thước các bộ phận công trình làbiên của dòng thấm, xác định vị trí đường bão hòa để bố trí vật liệu, xác địnhcác đặc trưng phân bố áp lực thấm lên các bộ phận công trình, phân bốgradient thấm trong miền thấm, và trị số lưu lượng thấm Trên cơ sở các tínhtoán này, người thiết kế sẽ chọn hình thức, kích thước, cấu tạo hợp lý củacông trình, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của nó (ổn định về trượt, ngănngừa biến hình nền, ) và tính kinh tế của phương án được chọn

2.1.2 Định luật Darcy

Sự chuyển động thấm trong môi trường rỗng của đất được diễn ra dướitác dụng của lực trọng trường khi có chênh lệch cột nước giữa các điểm khácnhau

Với trường hợp thấm tầng, chuyển động thấm tuân theo định luật Đacxy:

Q = Kt j(m3/s)



Từ công thức (2.3) cho thấy lưu lượng tỷ lệ bậc nhất với građienthấm.Đó là trường hợp thấm tầng thường xảy ra trong môi trường đất hạt nhỏ.Trong đó:

thấm không có mặt thoáng, chuyển động của dòng thấm giống như nước chảytrong ống có áp Đây là trường hợp khi xét dòng thấm dưới đáy công trình.

Dòng thấm không áp: khi nó không bị giới hạn từ phía trên bởi côngtrình Đây là trường hợp dòng thấm hai bên vai công trình, dòng thấm qua bờkênh đất Giới hạn phía trên của dòng thấm là mặt thoáng hay mặt bão hòa,tại đây có áp suất bằng áp suất khí trời

2.1.4 Thấm phẳng và thấm không gian

Đối với các công trình thủy lợi xây dựng ở sông đồng bằng thường cóchiều cao nhỏ, chiều dài lớn, do đó chuyển động thấm trong phạm vi phần lớnchiều dài đập, bờ kênh là thấm gần như phẳng, nghĩa là dòng thấm gần vuônggóc với trục dọc của bờ kênh Các đập cao xây dựng ở vùng núi, hoặc trên cácsông suối hẹp thì chuyển động của dòng thấm có tính không gian rõ rệt

2.1.5 Thấm ổn định và không ổn định

Dòng thấm có thể là ổn định hoặc không ổn định tương ứng với cácđiều kiện là hằng số hoặc biến đổi theo thời gian

Những tính toán chính đối với công trình về thấm được tiến hành cho

trường hợp thấm ổn định, trong đó cho trước các đại lượng mực nước thượng

hạ lưu không đổi và điều kiện tác động bình thường của chúng đến lưu lượngthấm cũng như vị trí đường bão hòa thấm

Dưới góc độ đảm bảo sự làm việc tin cậy của kênh đất thì nghiên cứuthấm không ổn định có một vai trò quan trọng.Đáng chú ý là trường hợpchuyển động thấm không ổn định ở mái thượng lưu của đập (hoặc mái tronglòng kênh) và ở mái dốc hai bờ phía thượng lưu khi mực nước trong hồ chứa(hoặc kênh)hạ thấp nhanh

Trong đề tài này, có tính toán cả dòng thấm ổn định và không ổn định

2.1.6 Hiện tượng mao dẫn trong thấm không áp

Thấm qua đập đất, bờ kênh là thấm không áp có mặt bão hòa là mặtthoáng tự do, vì vậy phía trên mặt bão hòa hình thành vùng đất có độ ẩmgiảm dần dưới tác dụng của lực mao dẫn Chiều cao mao dẫn và sự phân bổ

độ ẩm của đất ở vùng mao dẫn phụ thuộc vào kích thước kẽ rỗng giữa các hạtđất đá

Nước mao dẫn tham gia chuyển động thấm ở vùng bão hòa Nếu kể tớichuyển động mao dẫn thì cột nước thấm được tính như sau:

Trong đó:

- Ht: cột nước thấm có kể đến mao dẫn (m)

- h : cột nước thấm kể từ đường bão hòa đến đáy đập (m)

- hm: chiều cao mao dẫn (m)

- a : hệ số kể đến mức độ chứa nước trong lớp mao dẫn lấy bằng 0,3 ÷0,4

Hình 2.3 Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực nước trong bờ kênh (b)

Ảnh hưởng mao dẫn đối với chuyển động thấm và lưu lượng thấmkhông lớn, nhưng cần biết phạm vi mao dẫn (hm) khi thiết kế vật thoát nướctheo yêu cầu bảo vệ mái dốc hạ lưu không bị ướt dưới tác dụng của dòngthấm ra hạ lưu

Các trường hợp thấm có thể xảy ra: thấm có áp qua nền đồng nhất vànền không đồng nhất; thấm qua bờ kênh trên nền thấm nước; thấm qua nền đádưới đáy công trình

A a

B b I

2.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KÊNH DO DÒNG THẤM

Từ khảo sát thực tế, có thể rút ra các nguyên nhân cơ bản gây ra hư hỏng công trình(đập đất, kênh đất) do dòng thấm như sau:

2.2.1 Nguyên nhân từ công tác khảo sát

- Đánh giá điều kiện địa chất không đầy đủ

- Vật liệu đất đắp thường là không đồng nhất ngay trong một bãi vậtliệu, nhưng đơn vị khảo sát đánh giá là đồng nhất và đề nghị sử dụng chỉ tiêu

cơ lý trung bình

- Không nhận diện hoặc đánh giá không đầy đủ đặc tính nguy hiểm củavật liệu đất đắp trong khu vực đó là tính trương nở mạnh, lún ướt lớn, tan rãnhanh, để đề ra các giải pháp xử lý hợp lý…

2.2.2 Nguyên nhân từ công tác thiết kế

- Lựa chọn chỉ tiêu đầm nén chưa phù hợp, chọn dung trọng khô thiết

kế nhỏ hơn trị số cần đạt yêu cầu

- Xử lý vùng địa hình thay đổi đột ngột từ thấp đến cao không hợp lý,tạo nên lún gây nứt thân kênh

- Lựa chọn mặt cắt chưa hợp lý, không tổ chức phân vùng các loại vậtliệu để phát huy các ưu điểm và hạn chế tối đa các nhược điểm của vật liệuđất đắp…

2.2.3 Nguyên nhân từ công tác thi công

- Chất lượng thi công không đảm bảo yêu cầu thiết kế về dung trọng,

thấm đi qua.

- Thi công xử lý tiếp giáp giữa các khối đất đắp trước sau và chuyểntiếp giữa vật liệu kiến trúc bên trong thân kênh với kênh thường có chấtlượng kém, tạo điều kiện cho sự phá hoại do thấm tiếp xúc

2.2.4 Nguyên nhân từ công tác quản lý vận hành

- Thường các hệ thống kênh không có quy trình quản lý vận hành đượcthống nhất cho toàn hệ thống

- Trong quá trình quản lý vận hành không kịp thời phát hiện các biểuhiện ban đầu của sự cố, hoặc có phát hiện song không nhận ra được tính chấtnguy hiểm của các biểu hiện, không có các biện pháp ngăn chặn kịp thời nênthường để xảy ra sự cố công trình

2.3 TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM

Trong thân và nền các công trình dẫn nước, những vùng có khả năngxảy ra biến dạng thấm nguy hiểm là nơi dòng thấm đi ra bề mặt đất và nơitiếp xúc giữa các loại đất có tính chất khác nhau

Mặt tiếp xúc có thể nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng Hướngchuyển động của dòng thấm có thể trùng với mặt tiếp xúc hoặc vuông góc vớimặt tiếp xúc… Những biến dạng đối với môi trường đất do dòng thấm gây ra

có thể là:

- Xói ngầm: quá trình di chuyển hoặc cuốn trôi các hạt đất cỡ nhỏ ra

khỏi lớp đất dưới tác dụng của dòng thấm Nếu trong đất chứa các muối hòatan thì có thể xảy ra xói ngầm hóa học.

- Đẩy bục hay gọi là đùn đất: sự phá hủy lớp đất phủ bên trên kéo theohiện tượng mang cả một khối lượng đất ra khỏi vị trí của nó Hiện tượng đẩybục thường xảy ra ở mái hạ lưu của công trình đất hoặc phần nền ngay phíasau công trình bê tông, nơi có dòng thấm tập trung ra hạ lưu

- Xói tiếp xúc dọc: sự phá hủy đất ở vùng tiếp giáp với vật liệu cỡ hạtlớn hơn do tác dụng của dòng thấm hướng dọc theo bờ mặt tiếp xúc

- Đùn đất tiếp xúc: hiện tượng phá hủy đất tiếp giáp và cuốn trôi hạtnhỏ qua kẽ hổng của đất hạt lớn hơn do tác dụng của thấm hướng vuông gócvới bề mặt tiếp xúc

- Bồi lấp hay lắng đọng: quá trình các hạt đất cỡ nhỏ bị dòng thấmmang theo tích tụ lại ở kẽ hổng của các khối đất cỡ hạt lớn hơn

- Tách lớp: hiện tượng tách bóc các hạt và nhóm hạt đất sét ở trên các

kẽ hổng của lớp lọc dưới tác dụng của dòng thấm đi từ lớp lọc qua lớp đất sét

Những biến dạng thấm kể trên (hoặc tổ hợp các biến dạng) đều nguyhiểm, vì nó có thể gây phá hủy từng bộ phận riêng hay toàn bộ công trình

2.4 TÍNH TOÁN THẤM QUA KÊNH ĐẤT

2.4.1 Ý nghĩa của việc tính toán thấm qua kênh đất

Chuyển động của nước trong môi trường có lỗ rổng dưới đất gọi làchuyển động của nước thấm.Thấm gây ra hiện tượng mất nước trong cáccông trình thuỷ lợi, sự xói ngầm trong thân và nền đáy kênh Trong quá trìnhthiết kế cũng như thi công các công trình xây dựng cơ bản, đặc biệt là cáccông trình thuỷ lợi như hồ chứa, kênh dẫn nước thì việc tính toán thấm phảirất thận trọng vì nó có tính quyết định đến sự ổn định cũng như tuổi thọ củacông trình Các kết quả của việc giải các bài toán thấm thường là:

- Xác định lưu lượng thấm qua thân và qua nền Trên cơ sở đó tìm lượngnước tổn thất do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp.

- Xác định vị trí đường bão hoà, từ đó sẽ tìm được áp lực thấm dùngtrong tính toán ổn định của mái kênh

- Xác định građien thấm (lưu tốc thấm) của dòng chảy trong thân, nềncông trình, nhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm tra hiện tượngxói ngầm, chảy đất từ đó xác định giải pháp xử lý hợp lý

2.4.2 Các phương pháp tính thấm

Dòng thấm qua công trình đắp đất (nền, thân công trình) có thể tínhtheo phương pháp giải tích cổ điển, phương pháp lực và phương pháp số Cácphương pháp giải tích cổ điển chỉ có thể giải được trong các trường hợp thấmđơn giản, còn đa số các trường hợp đều phải giải theo phương pháp số

Các phương pháp giải tích như: phương pháp biến hình, phương phápthuỷ lực, Các phương pháp số như: phương pháp sai phân hữu hạn, phươngpháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên,

Với phương pháp thuỷ lực có ưu điểm là tính toán đơn giản, tuy nhiênkết quả thu được không chính xác vì trong quá trình tính toán ta đã đơn giảnhoá nhiều

Trong các phương pháp số, phương pháp phần tử hữu hạn[12]có nhiều

ưu điểm vì đáp ứng được miền tính toán không đồng chất, có dạng hình họctuỳ ý, điều kiện biên tùy ý Phương pháp này đã được sử dụng để tính toáncác đặc trưng dòng thấm trong phần mềm Seep/w trong bộ phần mềm Geo-Slope Luận văn sử dụng bộ phần mềm này để nghiên cứu ảnh hưởng dòngthấm trong thân và nền kênh

2.5 ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT

2.5.1 Các yếu tố gây mất ổn định mái đất

Một khối đất có mặt ngoài nghiêng một góc nào đó so với mặt ngangđược quy ước gọi là mái đất.Mái dốc đứng được gọi là vách; chiều cao củavách đá rất lớn nhưng vách đất thường không quá vài mét và không ổn địnhlâu dài.

Nguyên nhân hình thành mái đất hoặc do thiên nhiên (vận động của vỏquả đất, bào mòn, tích tụ ) hoặc do nhân tạo (đập, đê, mái kênh, mái hố đàov.v ) Mái kênhđất thuộc loại mái đất nhân tạo

Sự ổn định của mái dốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó nhữngyếu tố cơ bản: Tính chất của đất, chiều cao, độ nghiên mái dốc, các lực tácdụng lên mái dốc (trọng lượng bản thân, lực thủy tĩnh, lực thấm, lực động đất,

áp lực nước kẽ hổng,…), điều kiện thi công và khai thác,…

2.5.2 Mặt trượt phá hoại mái đất

a.Cơ chế phá hoại của mái đất

Sự phá hỏng mái đất có thể xảy ra từ từ, khó nhận biết trong một thờigian dài, phải quan trắc lâu dài hoặc quan sát độ cong thân cây mọc trên sườndốc hoặc xảy ra đột ngột không lường trước được theo một mặt trượt có dạnghình học rõ rệt

Nguyên nhân chính của sự phá hỏng mái đất là sự chênh lệch áp lực dotrọng lượng bản thân đất của mái đất theo phương của trọng lực Khi ứng suấtcắt phát sinh do sự chênh lêch áp lực ấy lớn lên và phát triển trong khối đấtđến một trị số nào đó hoặc trong một miền nào đó trong khối đất mà cường

độ chống cắt của bản thân đất không chịu nổi thì sự phá hỏng sẽ xảy ra

Khi mái đất bị phá hỏng, mặt trượt hình thành và phân mái đất làm haiphần, phần đất đứng yên ở dưới mặt trượt và phần đất trượt trên mặt trượt.Lớp đất mỏng dọc theo mặt trượt bị xáo động mạnh do ứng suất cắt phát sinhvượt quá cường độ chống cắt của đất

b Hình dạng mặt trượt

Dù bị phá hoại ở dạng nào, sự phá hoại khối đất là một hiện tượng cơ họcdẫn khối đất trượt ở vị thế ổn định hơn trên mặt trượt đã hình thành Do vậy, mọitác nhân thiên nhiên hoặc nhân tạo gây ảnh hưởng đến sự chênh áp suất trong khốiđất đều được coi là những yếu tố gây nên sự hình thành mặt trượt trong khối đất.

Sự thay đổi các điều kiện khí hậu thuỷ văn như mưa nhiều sau thời kỳ nắng hạn(nứt nẻ, sũng nước); sự biến đổi về điều kiện thoát nước, cấp nước (tắc lọc, mấtthảm thực vật; tăng tải ở đỉnh, giảm tải ở chân; động đất v.v )đều là những độnglực thúc đẩy sự hình thành mặt trượt phá hoại khối đất Các thay đổi nêu trên có thểtác động ngay hoặc kéo dài trong một thời gian dài rồi đột biến gây sự cố: khối đấttrượt trên mặt trượt đến vị trí cân bằng hơn

Hình 2.4 Hình dạng mặt trượt

Hiện tượng trượt thường xảy ra cục bộ hoặc phổ biến trên một chiềudài nhất định(khối trượt không gian, Hình 2.4a ) Tuy nhiên, để đơn giản tínhtán mà thiên về an toàn, sự phân tích ổn định của khối đất thường được xétnhư bài toán phẳng với mặt trượt dạng trụ tròn (Hình 2.4b)

2.5.3 Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát.

Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát (GLE) là dựa trên haiphương trình xác định hệ số ổn định (một phương trình là cân bằng mô men(Fm), phương trình còn lại là phương trình cân bằng lực theo phương ngang(Ff)) và giả định lực cắt trong phạm vi một lát cắt Ý tưởng này được xâydựng bởi Spencer [22]

Lực tiếp tuyến giữa các lát cắt trong phương pháp GLE đượcMorgenstern và Price [21] đề xuất theo phương trình:

Phương trình cân bằng lực theo phương ngang theo phương pháp GLE:

F f=∑(c ' βRcosαα +( NưuββR ) tan ∅ ' cosαα)

Một trong những biến số quan trọng trong cả hai phương trình trên là

N, lực pháp tuyến đáy tại mỗi lát cắt N được xác định như ở phương trình1.6, bằng cách xét cân bằng của tất cả các lực tác dụng lên thỏi đất theophương thẳng đứng

W +(X R−X L)−c ' βRsαinα +uββR sαinα tanϕ '

F cosαα+ sαinα tanϕ'

F

(2.8)

F là Fm khi N được thay bằng phương trình hệ số ổn định cân bằng mômen và F là Ff khi N được thay bằng phương trình hệ số ổn định cân bằnglực

Một điểm quan trọng trong công thức 1.6 là lực pháp tuyến đáy N phụthuộc vào lực cắt thành phần XR và XL ở hai bên của một lát cắt Giá trị của Nphụ thuộc vào phương pháp xác định

Phương pháp GLE tính Fm và Ff trong phạm vi các giá trị lambda (λ).).Với những giá trị này, một biểu đồ như trong (hình 2.5) cho thấy sự phụthuộc của Fm và Ff với các giá trị lambda (λ).) tương ứng.Đây là biểu đồ thểhiện bản chất của phương pháp GLE

Cách thể hiện biểu đồ theo dạng này cho phép chúng ta hiểu rõ sựkhác nhau của hệ số ổn định xác định theo các phương pháp khác nhau và sựảnh hưởng của hàm lực f(x) giữa các lát cắt