NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ BAO KẾT HỢP ĐƯỜNG GIAO THÔNG Ở ĐỒNG THÁP TRONG QUÁ TRÌNH LŨ

Tính toán ổn định của công trình đường cấp IV kết hợp làm đê bao chống lũ có xét đến quá trình lũ, cụ thể là quá trình thấm và rút nước đồng thời có kể áp lực nước lỗ rỗng âm khi xét đến sự không bão hòa của đất. Sự ổn định của đê trong giai đoạn lũ rút, giảm nhanh so với quá trình ngập lũ và vẫn ổn định hơn xét đến hệ số thấm bão hòa

Trang 1

NGHIÊN CứU ổN ĐịNH CủA ĐÊ BAO KếT HợP ĐƯờNG GIAO THÔNG ở

ĐồNG THáP TRONG Quá TRìNH Lũ

Ths Phạm Cao Huyên

Đại học Thủy Lợi

Tóm tắt: Tính toán ổn định của công trình đờng cấp IV kết hợp làm đê bao chống lũ có xét đến quá

trình lũ, cụ thể là quá trình thấm và rút nớc đồng thời có kể áp lực nớc lỗ rỗng âm khi xét đến sự không bão hòa của đất Sự ổn định của đê trong giai đoạn lũ rút, giảm nhanh so với quá trình ngập

lũ và vẫn ổn định hơn xét đến hệ số thấm bão hòa.

I Đặt vấn đề

Các khu vực thợng nguồn sông Cửu Long ở

Đồng Tháp thờng bị ngập lũ sâu nh các huyện

Hồng Ngự, Tân Hồng…Các công trình đờng kết

hợp làm đê bao chống lũ ở khu vực này đợc xây

dựng khá phổ biến, không những đáp ứng khả

năng chịu tải của đờng mà còn phải chịu áp lực

nớc do lũ

Các nghiên cứu trớc đây thông thờng chỉ tính

toán ổn định cho trờng hợp hệ số thấm của đất

không đổi, ứng với trờng hợp đất bão hòa nớc Tuy nhiên đối với đất đắp khi độ bão hòa của

đất thay đổi, sự biến thiên độ ẩm thể tích và hệ

số thấm K theo áp lực nớc lỗ rỗng Quá trình thấm ớt (hình1) và làm khô thân đờng (hình 2) khi lũ ngập và lũ rút làm thay đổi đờng bão hòa trong thân đê sẽ ảnh hởng nhiều đến sự ổn định của đê và luôn ổn định hơn khi xét cho trờng hợp hệ số thấm K cho đất bão hòa

Buứn seựt

MN max: +2.00

Bủ = 12.0m

Seựt

Caựt

ẹaỏt ủaộp 0.00

+3.00

6

Khoỷang caựch (m)

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

Hình1 Các thời đoạn thấm nớc vào thân đờng

Bun set

Seựt

Caựt

MN max: +2.00

Bủ = 12.0m

Seựt

Caựt

ẹaỏt ủaộp 0.00

+3.00

Bun set

Seựt

Caựt

0

1

5

6

8

9

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

Hình2 Các thời đoạn rút nớc ra khỏi thân đờng

Mặt khác tại các vị trí trên đờng bão hòa, áp

suất nớc lỗ rỗng trong đất có giá trị âm so với áp

suất không khí trong lỗ rỗng áp lực nớc lỗ rỗng

âm đợc gọi là lực hút mao dẫn của đất Trong

các điều kiện áp suất nớc lỗ rỗng âm, cờng độ

chống cắt có thể thay đổi cùng tỷ lệ nh các thay

đổi áp suất tổng và áp suất nớc lỗ rỗng dơng và

ảnh hởng rất lớn đến ổn định của đờng, đê Do

đó dạng hiệu chỉnh của phơng trình

Mohr-coulomb phải đợc dùng để mô tả cờng độ chống cắt của đất không bão hòa:

Trong đó:

Có thể xem sức kháng cắt đợc tăng lên từ lực

Trang 2

lực dính của đất c = c’+ (ua- uw)tgb Dễ dàng

nhận ra sức kháng cắt S sẽ giảm đáng kể khi lực

dính sinh ra do độ hút dính bị giảm xuống trong

thời kỳ ẩm kéo dài

bằng không Không có sự gia tăng cờng độ

chống cắt do áp suất nớc lỗ rỗng âm

tr-ờng hợp này xảy ra khi đất bão hòa

trong các thí nghiệm trong phòng và có giá trị

Để giải quyết vấn đề trên, tác giả sử dụng

ph-ơng pháp mô hình toán với phần mềm Slope/W

và Seep/W để tính toán ổn định và mô phỏng

các quá tình thấm Các chơng trình này có thể

mô phỏng việc xây dựng hàm thấm phụ thuộc

vào độ chứa nớc trong lỗ rỗng và hệ số thấm

bão hòa và chúng thay đổi theo áp lực lỗ rỗng

trong đất, đồng thời tính toán ổn định công trình

khi kể đến áp lực nớc lỗ rỗng âm

II Các cơ sở nghiên cứu và kết qủa tính

toán ổn định

Để nghiên cứu quá trình ổn định của đê trong

giai đoạn vận hành (sau khi thi công xong) theo

từng giai đoạn ngập và rút của lũ, phải thông

qua bài toán thấm theo thời gian để xác định sự

thay đổi của đờng bão hòa Quá trình thấm đợc

chia làm 3 giai đoạn tính toán và đợc mô phỏng

với phần mềm Seep/W :

- Giai đoạn ban đầu: đất ở trạng thái tự

nhiên không bị ngập nớc, chỉ có mực nớc ngầm

(MNN)

- Giai đoạn 2: Nớc bắt đầu ngập về và thấm

dần vào trong thân đờng theo các thời đoạn

1ngày, 5ngày, 10ngày, 15ngày, 1tháng, 2tháng,

3tháng, 4tháng và 6tháng Vì lũ thờng bắt đầu từ

tháng 7 và kết thúc vào khỏang tháng 11 hoặc

12 nên thời gian tính toán lũ ngập khoảng 6

tháng trở lại và lũ bắt đầu rút khỏi

- Giai đoạn 3: Nớc rút khỏi thân đê và đất

bắt đầu chuyển lại từ trạng thái ớt sang trạng

thái khô, độ ẩm cũng giảm dần, lấy thời đoạn

cuối của giai đoạn 2 làm thời đoạn ban đầu của

giai đoạn 3 Nớc hạ dần từ cao trình mực nớc

max thợng lu trở lại MNN trong khoảng một

tháng Đờng bão hòa di chuyển từ cuối giai

đoạn 2 theo hớng về trùng với MNN

Với các kết qủa tính thấm trên, sử dụng phần

mềm Slope/W tính toán ổn định cho toàn bộ

các bài toán trong quá trình lũ ngập và rút, từ

đó so sánh kết qủa giữa các giai đoạn thấm, thoát nớc theo thời gian cùng với quá trình bão hòa và không bão hòa của đất

đề tài nghiên cứu cho công trình đờng cấp

IV và đê bao chống lũ cấp III nên cấu tạo đê phải thỏa mãn cho cả 2 yêu cầu của thiết kế đê

và đờng

Quá trình tính toán xét cho 2 loại kết cấu đê

sử dụng thông dụng ở Đồng Bằng Sông Cửu Long với chiều cao đê H = 3,0m, bề rộng nền đ-ờng 12m, bề rộng mặt đđ-ờng 7m

Địa tầng nền đê có chiều dày phân bố từ trên xuống với các lớp: bùn dày 10m, sét dẻo 8m và lớp cát mịn dới cùng

Đối với đê kết hợp đờng ở Đồng Tháp, đất nền hầu nh ở trạng thái no nớc, mực nớc ngầm gần mặt đất cho nên độ ẩm thể tích không thay

đổi nhiều trong quá trình ngập lũ Chỉ có trong

đất đắp nền đờng, độ ẩm thay đổi từ trạng thái

phụ thuộc độ ẩm tối u và dung trọng khô yêu cầu Đất đợc đầm càng chặt, dung trọng khô càng lớn, khả năng thấm sẽ bé hơn

Do đó thông số tính toán ổn định cho đê cần xét đến:

- Đất đắp đã đợc khảo sát quá trình thấm ớt, thay đổi áp lực nớc lỗ rỗng nên sử dụng ứng suất có hiệu

- Đất nền là lọai đất luôn ở trạng thái bão hòa, độ ẩm gần nh không đổi theo thời gian, nếu không kể quá trình cố kết theo thời gian do trọng lợng đất đắp thì có thể xem nh c,  không

đổi và sử dụng giá trị trong thí nghiệm UU

- Tải trọng xe tác dụng lên đờng đợc tính

II.1 Đối với đất đắp là đất á sét: hệ số thấm bão hòa K = 10 -7 m/s:

Hỡnh 3 Maởt caột ngang chi tieỏt ủửụứng đất đắp á sét

8.0220.52

2

Trang 3

Góc nội ma sát j 25 0 0 30 °

Thông số vải địa kỹ thuật

= 1.156

1.156

Soil: 2 Description: Dat bun Soil Model: S=f(depth) Unit Weight: 16.6 Pore-Air Press ure: 0

Soil: 3 Description: s et Soil Model: S=f(depth) Unit Weight: 19.6 Pore-Air Press ure: 0

Soil: 4 Description: cat Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 20.6 Cohes ion: 1 Phi: 30 Pore-Air Press ure: 0

B = 12m

+3.00 0.00

Soil: 1 Description: Dat dap Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 18 Cohesion: 10 Phi: 25 Pore-Air Pressure: 0

m = 2.0

B = 12m

+3.00 0.00

B = 12m

+3.00 0.00

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

Hình 4 ổn định đờng khi cho đờng bão hòa ổn định

a.Quá trình thấm vào thân đờng:

BIEÅU ẹOÀ QUAN HEÄ (Koủ~t)

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

T (day)

K2

K1 K(x0.01)

Trang 4

K1: hệ số ổn định khi kể đến áp lực nớc lỗ rỗng âm

n-ớc lỗ rỗng âm

Hình 5. Biều đồ quan hệ giữa hệ số ổn định và thời gian thấm vào thân đờng á sét

b.Quá trình nớc lũ rút:

rỗng âm

n-ớc lỗ rỗng âm

Hình 6 Biều đồ quan hệ giữa hệ số ổn định và thời gian rút nớc ra khỏi thân đờng á sét

II.2 Đất đắp là đất cát: với K = 10 -5 m/s

115

120

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

T (day)

K(x0.01)

Trang 5

Buứn seựt hửừu cụ Traùng thaựi deỷo meàm Seựt xaựm xanh, traùng thaựi deỷo cửựng

2.5m

MNCN

Caựt ủaộp 3% 2%

- BTNN haùt thoõ daứy 5cm

Neàn ủửụứng Troàng coỷ maựi taluy

MẹTN

2.5m 3%

- Caỏp phoỏi ủaự 0-4 daứy 20cm

- Tửụựi nhửùa tieõu chuaồn 1,1kg/m2

2%

- ẹaự 4x6 daứy 30cm -Vaỷi ủũa kyừ thuaõt

Seựt ủaộp

Hỡnh 7 Maởt caột ngang chi tieỏt ủửụứng đất đắp cát

8.0220.52

5798.1 3

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

K2

K1

K(x0.01)

Trang 6

Hình 8 Hình 9 III Nhận xét và đánh giá

1 Hệ số ổn định theo dòng thấm ổn định

luôn nhỏ hơn so với khi kể đến thời gian theo

từng giai đoạn và nhỏ hơn nữa khi kể đến áp lực

nớc lỗ rỗng âm

- Với đất á sét Kôđ = 1.156 < K1min(thấm)

2 Quá trình thấm vào thân đờng làm cho áp

lực nớc lỗ rỗng thay đổi theo thời gian và nếu

làm thay đổi trong vùng cung trợt đi qua thì ta

đợc các hệ số ổn định khác nhau theo xu hớng

giảm dần theo thời gian

- Với đất đắp là đất á sét : đờng bão hòa gần

nh chỉ thay đổi ở gần mái thợng lu trong suốt

thời gian thấm nên hệ số ổn định cung trợt hạ lu

không đổi, chỉ có thay đổi áp lực nớc lỗ rỗng

âm rất bé nên hệ số ổn định giảm không đáng

kể

- Với đất sét để đắp con chạch và đắp cát

vào giữa : dòng thấm chủ yếu thay đổi ở tờng

đất sét phía thợng lu, đờng bão hòa hạ nhanh tại lớp cát đắp, hệ số ổn định không thay đổi theo thời gian

3 Quá trình nớc rút ra khỏi đờng: làm thay

đổi áp lực nớc thợng lu rất lớn nhất là trong một tháng đầu, áp lực nớc bề mặt giảm từ mực nớc max trở về mực nớc ban đầu trớc khi lũ, hệ số

ổn định giảm nhanh đối với các lọai đất và chủ yếu do cột nớc phản áp ở thợng lu thay đổi Sau

1 tháng nớc trong thân đờng vẫn tiếp tục thóat

ra tạo thành dòng thấm ngợc về phía thợng lu và

áp lực nớc lỗ rỗng dơng trong thân đờng giảm dần nền đờng dần dần ổn định lại, hệ số ổn định gần nh không đổi vì quá trình thóat nớc rất chậm đờng bão hòa hạ thấp không đáng kể

IV Kết luận

1 Hệ số ổn định mái hạ lu giảm trong quá trình nớc ngập từ đầu mùa đến cuối mùa lũ

nh-ng khônh-ng thay đổi nhiều khi chiều cao đắp  3m

2 Hệ số ổn định mái thợng lu giảm nhanh trong quá trình lũ rút vào đầu mùa khô, sau đó lại tăng dần nhng không thay đổi nhiều khi chiều cao đắp  3m

TàI LIệU THAM KHảO:

[1] Châu Ngọc ẩn : Cơ Học Đất, Nhà Xuất Bản đại học quốc gia TPHCM,2004

[2] Phạm Cao Huyên, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, 2006

[3] Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh: Xây Dựng Đê Đập, Đắp Nền Tuyến Dân C Trên Đất Yếu ở

Đồng Bằng Sông Cửu Long- Nhà Xuất Bản Nông Nghiệp, 2002

[4] D.G Fredlund, H.Rahardjo : Cơ Học Đất cho đất không bão hòaTập 1&2,Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 2000

[5] D.G Fredlund, Fauziah Kasim, Permeability Functions For Unsaturated Residual Soits, University Saskatchewan, Canada,1999

[6] User’s guide, Slope / W for finite element slope analysis, version 5

Summary

RESEARCH ON CALCULATING THE STABILITY GRADE ROAD CONSTRUCTION,

TO MAKE FLOOD CONTROL DYKE IN DONG THAP PROVINCE INFLUENCED

PROCESS FLOOD

ME PHAM CAO HUYEN Water Resources University

Caculating the stability of road - grade IV, to make flood control dyke, searching process flood soaking and going down and make mention of pore water pressure with unsaturated soil The stability of dyke slope in stage flood going down decrease faster than stage flood soaking The stability coefficient is always lowest when saturated soil.

Trang 7

Ngêi ph¶n biÖn: PGS TS T¨ng §øc Th¾ng

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	197 KB