ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Công Chính NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH VAI TRÁI ĐẬP THỦY ĐIỆN BẢN VẼ, TỈNH NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà N
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Công Chính
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH VAI TRÁI ĐẬP
THỦY ĐIỆN BẢN VẼ, TỈNH NGHỆ AN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội - 2016
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Công Chính
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH VAI TRÁI ĐẬP
THỦY ĐIỆN BẢN VẼ, TỈNH NGHỆ AN
Chuyên ngành: Địa chất học
Mã số: 60440201
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
TS NGUYỄN NGỌC TRỰC
Hà Nội - 2016
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác Các tài liệu tham khảo của các tác giả liên quan đến luận văn đều được trích dẫn đầy đủ
Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016
Học viên: Nguyễn Công Chính
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội và Phòng Địa chất, Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 1 – Tập đoàn Điện lực Việt Nam
Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp
đỡ quý báu của nhiều cá nhân và tập thể
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Ngọc Trực đã hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS TSKH Trần Mạnh Liểu và PGS TS Đoàn Thế Tường đã đọc phản biện và góp cho cho tôi trong luận văn này
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ trợ vô cùng quý giá trong những năm học vừa qua
Học viên cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Ban Chủ nhiệm Khoa Địa chất; cảm
ơn Phòng Địa chất, Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 1 – Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập Luận văn cũng nhận được sự
hỗ trợ về phương pháp luận của đề tài nghiên cứu cơ bản mã số 105.08-2014.45, do Quỹ Nafosted tài trợ
Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn bên tôi, động viên, hỗ trợ và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện luận văn thạc sỹ này
Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016
Học viên: Nguyễn Công Chính
Trang 598
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 3
TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3
1.1 Tổng quan về ổn định trượt 3
1.1.1 Các khái niệm 3
1.1.2 Các nghiên cứu trên thế giới 6
1.1.3 Các nghiên cứu ở Việt Nam 13
1.2 Các phương pháp nghiên cứu 15
1.2.1 Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chất, địa chất công trình 15
1.2.2 Phương pháp khoan khảo sát địa chất 16
1.2.3 Phương pháp đo địa vật lý 17
1.2.4 Phương phápthí nghiệm mẫu trong phòng 19
1.2.5 Phương pháp Viễn thám và GIS 20
1.2.6 Phương pháp quétảnh hố khoan 20
1.2.7 Phương pháp tính toán đánh giá ổn định mái dốc 21
1.2.8 Các phương pháp khác 22
1.3 Nhận xét chung 22
CHƯƠNG 2 24
PHƯƠNG PHÁP LUẬN, CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU 24
2.1 Phương pháp luận và cơ sở khoa học 24
2.1.1 Tiếp cận đối tượng nghiên cứu 24
2.1.2 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu cho luận văn 25
2.2 Lựa chọn địa điểm đáp ứng yêu cầu số liệu cho các mô hình 36
CHƯƠNG 3 38
ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA KỸ THUẬT KHU VỰC THỦY ĐIỆN BẢN VẼ 38
3.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu 38
3.1.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên 38
3.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 40
3.2 Đặc điểm địa chất chung 41
3.2.1 Địa tầng 41
3.2.2 Magma 46
3.2.3 Kiến tạo 46
Trang 699
3.2.4 Địa hình, địa mạo 49
3.2.5 Địa chất thủy văn 50
3.2.6 Động đất 52
3.3 Đặc điểm địa hình, địa chất khu vực vai trái tuyến đập 53
3.3.1 Đặc điểm địa hình 53
3.3.2 Cấu trúc địa chất 53
3.4 Đặc điểm địa kỹ thuật khu vực nghiên cứu 55
3.4.1 Đặc điểm mặt cắt vỏ phong hóa 55
3.4.2 Tính chất cơ lý của đất đá 58
3.4.3 Đặc điểm nứt nẻ 71
3.4.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 78
3.4.5 Đặc điểm địa chấtđộng lực công trình 79
3.5 Đánh giá chung 80
CHƯƠNG 4 81
ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP 81
4.1 Mô hình hóa phân tích ổn định vai trái đập thủy điện Bản Vẽ 81
4.1.1 Số liệu đầu vào cho mô hình 81
4.1.2 Đánh giá ổn định mái dốc vai trái tuyến đập 83
4.2 Đánh giá ổn định trượt vai trái đập thủy điện Bản Vẽ 88
4.2.1 Đánh giá ổn định theo kết quả đo vẽ khảo sát địa chất công trình 88
4.2.2 Đánh giá ổn định theo kết quả tính toán mô hình hóa 88
4.2.3 Đánh giá ổn định theo kết quả phân tích ảnh lõi khoan, quét ảnh hố khoan 89
4.2.4 Nhận xét chung 90
4.3 Định hướng giải pháp bảo vệ mái dốc vai trái tuyến đập 91
4.3.1 Định hướng giải pháp 1 91
4.3.2 Định hướng giải pháp 2 92
4.3.3 Định hướng giải pháp 3 93
4.3.4 Định hướng giải pháp 4 93
4.3.5 Định hướng giải pháp phi công trình 94
KẾT LUẬN 95 KIẾN NGHỊ 97 7
Trang 7100
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Đặc trưng khối trượt 3
Hình 1.2: Cấu trúc của khối trượt (Varnes, 1978) 5
Hình 1.3: Thống kê số người chết do trượt lở từ 1903 – 2004 7
Hình 1.4: Trượt lở đá trên diện rộng ở Tứ Xuyên, Trung Quốc 7
Hình 1.5: Đá lở, đá rơi ở đập Sefid Rud, Iran 7
Hình 1.6: Dịch chuyển trượt ở đập Sharredushk, Albani 7
Hình 1.7: Trượt lở mái dốc mỏ đá số III, thủy điện Bản Vẽ, Nghệ An, 2008 14
Hình 1.8: Khối trượt vai trái thủy điện Bản Vẽ, Nghệ An, 2014 14
Hình 1.9: Trượt lở mái dốc trạm biến áp, thủy điện Khe Bố, Nghệ An, 2011 14
Hình 1.10: Kết quả khoan trong tầng đất tại mái dốc đập Bản Vẽ 17
Hình 1.11: Lát cắt địa chấn xử lý bằng phần mềm Plotrefa (Nguyễn Văn Duy, 2016) 19 Hình 1.12: Kết quả phân tích camera hố khoan (theo VJECT, 2015) 21
Hình 1.13:Mặt trượt cung tròn 22
Hình 1.14:Mặt trượt nghiêng 22
Hình 2.1: Nguyên lý phân tích và kết quả phân tích quét ảnh hố khoan 26
Hình 2.2: Hố khoan thực hiện quét ảnh tại cửa nhận nước, thủy điện Bản Vẽ 27
Hình 2.3: Thí nghiệm cắt khe nứt 29
Hình 2.4: Thí nghiệm xác định góc ma sát cơ bản 29
Hình 2.5: Thí nghiệm của Batton về cường độ kháng cắt mẫu răng cưa 30
Hình 2.6: Các bề mặt gồ ghề và các giá trị JRC tương ứng theo Barton, 2006 31
Hình 2.7: Phương pháp hiệu chỉnh JRC theo chiều dài thực khe nứt 31
Hình 2.8: Xác định JCS bằng búa Schmidt 31
Hình 2.9: Lực dính tức thời (Ci) và góc ma sát tức thời (ϕi) theo quan hệ phi tuyến 33
Hình 2.10: Giao diện nhập thông số 35
Hnh 2.11: Giao diện kết quả tính toán 35
Hình 2.12: Giao diện thông số đầu vào 35
Hình 2.13: Giao diện kết quả tính toán trên 35
Hình 3.1: Vị trí thủy điện Bản vẽ trên bản đồ hành chính Việt Nam 39
Hình 3.2: Toàn cảnh đập và lòng hồ 39
Trang 8101
Hình 3.3: Cửa nhận nước lên vai trái 39
Hình 3.4: Địa hình vai trái tuyến đập(đang đào móng) 53
Hình 3.5: Địa hình vai tráituyến đập năm 2014 53
Hình 3.6: Vị trí công trình (trích từ Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 54
Hình 3.7: Vị trí tuyến đập (trích từ bản đồ Địa chất tỷ lệ 1:50.000 54
Hình 3.9:Tính toán cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IA2 67
Hình 3.10:Tính toán cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IB 68
Hình 3.11:Tính toán cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IIA 69
Hình 3.12:Tính toán cường độ khối đá theo Hoek-Bown đới đá IIB 70
Hình 3.13: Vị trí khe nứt bậc 5 tronghố khoan KCNN1 72
Hình 3.14: Biều đồ tỷ lệ % phân loại các mặt gián đoạn, 531 gián đoạn 72
Hình 3.15: Biều đồ tỷ lệ % loại chất lấp nhét của các mặt gián đoạn 72
Hình 3.17: Phân tích camera hố khoan KCNN1 (Chi tiết toàn bộ ảnh 73
Hình 4.1: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC2-TH1 – Rocslide, K=1.55 84
Hình 4.2 Đánh giá mái dốc mặt cắt MC2-TH2 – Rocslide, K=1.19 84
Hình 4.3: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC2-TH3 – Rocslide, K=1.05 85
Hình 4.7: Lớp dăm sét trong đá gốc 89
Hình 4.8: Lớp dăm sét trong đá gốc 89
Hình 4.14: Bình đồ khoan thoát nước 91
Hình 4.15: Mặt cắt khoan thoát nước 91
Hình 4.16: Mô hình đặt ống tiêu nước 91
Hình 4.17: Đặt các ống thoát nước ngầm 91
Hình 4.18: Giảm tải, thay đổi hệ số mái 92
Hình 4.19: Sử dụng neo gia cố 92
Hình 4.20: Mô hình sử dụng neo gia cố mái dốc (Theo Geobrugg, Thụy Sỹ) 92
Hình 4.21: Sử dụng tường chắn 93
Hình 4.22: Trồng cỏ kết hợp khung giằng (Thủy điện Sơn La) 93
Trang 9102
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số đặc trưng khối trượt 4
Bảng1.2: Phân loại theo thể tích khối trượt(Hội trượt lở đất quốc tế- ICL) 5
Bảng 1.3: Phân chia theo chiều sâu tầng đất đá bị chuyển 6
Bảng 3.1: Thống kê các đứt gãy khu vực vai trái tuyến đập 55
Bảng 3.2: Bảng tổng hợp các đặc trưng cơ lý của mẫu đá ………55
Bảng 3.3: Đặc trưng các chỉ tiêu vật lý đất và cường độ kháng cắt theo 59
Bảng 3.4: Đặc trưng chỉ tiêu thí nghiệm đất trong phòng 60
Bảng3.5: Đặc trưng các chỉ tiêu thí nghiệm đá trong phòng 61
Bảng 3.6: Bảng tổng hợp thí nghiệm đẩy trượt trụ đá trong hầm 62
Bảng 3.7: Bảng tổng hợp thí nghiệm xác định mô đun biến dạng trong hầm 62
Bảng 3.8: Bảng tổng hợp thí nghiệm xác định mô đun biến dạng trong hố khoan 62
Bảng 3.9: Bảng tổng hợp đo địa vật lý trong hầm 63
Bảng 3.10: Bảng chỉnh lý cường độ kháng cắt mẫu đất ( TCVN 9153:2012) 64
Bảng 3.11: Giá trị tính toán các chỉ tiêu cơ lý đất nền 65
Bảng 3.12: Đặc trưng dung trọng và cường độ kháng nén mẫu đá 66
Bảng 3.13: Bảng tổng hợp cường độ tiêu chuẩn khối đá theo Hoek-Brown 66
Bảng 3.13: Bảng tổng hợp cường độ tiêu chuẩn khối đá theo Hoek-Brown 71
Bảng 3.14:Thống kê các khe nứt bậc 6(Theo tài liệu đo vẽ bản đồ địa chất hố móng) 74 Bảng 3.15: Bảng thống kê các khe nứt bậc 5,6(Theo tài liệu quét hố khoan KCNN1) 75 Bảng 3.16: Phân loại đứt gãy, khe nứt theo TCVN 9156:2012 76
Bảng 3.17: Bảng tổng hợp tính toán cường độ khe nứt threo Barton-Bandis 77
Bảng 3.18: Thống kê cao trình mực nước trong hố khoan 78
Bảng 4.1: Thông số đầu vào cho mô hình Rocslide 82
Bảng 4.2: Thông số đầu vào cho mô hình Rocplane 82
Bảng 4.3: Hệ số an toàn tại các mặt cắt tính theo mô hình rocslide 83
Bảng 4.4: Hệ số an toàn tại các mặt cắt tính theo mô hình rocplane 85
Hình 4.4: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC1-TH1 – RocPLAN, K=1.20 86
Hình 4.5: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC1-TH1 – RocPLAN, nước lấp đầy 40% 87
Hình 4.6: Đánh giá mái dốc mặt cắt MC1-TH1 – RocPLAN, động đất cấp 7 87
Trang 101
MỞ ĐẦU
Sạt trượt trong tầng phủ và trượt sâu trong đá gốc là các hiện tượng phổ biến có thể xảy ra trước, trong và sau khi thi công công trình Do đặc thù của các công trình thủy điện thường đặt ở nơi có địa hình đồi núi, vách dốc nên hiện tượng này càng có nguy cơ xảy ra cao Mất ổn định đập thủy điện là vấn đề rất nghiêm trọng và nhạy cảm,
do đó cần có những nghiên cứu chi tiết để có thể dự đoán trước và đề ra các biện pháp phòng ngừa thích hợp nhằm ngăn chặn sự cố, đảm bảo an toàn cho tuyến đập và vùng
hạ du
Công trình thủy điện Bản Vẽ được xây dựng trên sông Cả thuộc địa phận xã Yên Na, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An Khi tích nước hồ chứa đến cao trình mực nước dâng bình thường 200m vào cuối năm 2011 đã xuất hiện các hiện tượng biến dạng gây trượt tại khu vực mái dốc đập phía bên vai trái Theo các mốc quan trắc đã được thành lập từ khi xây dựng công trình thì khu vực mái dốc này đang có xu hướng dịch chuyển về phía lòng sông Hiện tượng này càng xảy ra mạnh mẽ trong mùa mưa
lũ, đe dọa nghiêm trọng đến an toàn của toàn tuyến đập
Đề góp phần làm rõ hơn về đặc điểm, nguyên nhân, cơ chế trượt lở và đề xuất các giải pháp gia cố xử lý tai biến này, luận văn tập trung nghiên cứu với chủ đề
“Nghiên cứu, đánh giá độ ổn định vai trái đập thủy điện Bản Vẽ, tỉnh Nghệ An”
1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Góp phần làm sáng tỏ các đặc điểm gián đoạn ảnh hưởng đến ổn định trượt của khối đá;
- Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần xác định nguyên nhân gây mất ổn định nền đất đá và
đề xuất được giải pháp kỹ thuật xử lý nguy cơ mất ổn định, đảm bảo điều kiện vận hành an toàn cho hồ chứa thủy điện Bản Vẽ
Trang 112
2 Mục tiêu của luận văn
- Đánh giá các điều kiện địa chất, địa kỹ thuật khu vực đập thủy điện Bản Vẽ;
- Xác định nguyên nhân và điều kiện gây mất ổn định nền đất đá khu vực nghiên cứu trên cơ sở phân tích tài liệu địa chất, địa chất công trình, tính toán cường độ kháng cắt của khe nứt, quét ảnh hố khoan và mô hình hóa;
- Định hướng biện pháp xử lý nguy cơ mất ổn định, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn khu vực vai trái đập thủy điện Bản vẽ
3 Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp tài liệu địa chất, địa vật lý và địa kỹ thuật khu vực đập thủy điện Bản Vẽ nhằm đánh giá các điều kiện địa chất công trình trong mối quan hệvới mất ổn định nền đất đá vai trái đập điện Bản Vẽ;
- Phân tích hệ thống khe nứt dựa theo số liệu quét ảnh hố khoan và tính toán cường
độ kháng cắt khối đá theo tiêu chuẩn Barton-Bandis để đánh giá ổn định trượt sâu vai đập;
- Xác định nguyên nhân và nguy cơ mất ổn định nền đất đá khu vực nghiên cứu;
- Định hướng các giải pháp kỹ thuật xử lý nguy cơ mất ổn định, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn cho tuyến đập và hồ chứa thủy điện Bản Vẽ
4 Đóng góp chính của luận văn
- Phân tích, đánh giá điều kiện địa chất, địa kỹ thuật khu vực vai trái đập thủy điện Bản Vẽ;
- Đối sánh các điều kiện địa chất, địa chất công trình, quét ảnh hố khoan với phân tích mô hình nhằm xác định nguyên nhân gây mất ổn định nền đất đá vai trái đập thủy điện Bản Vẽ;
- Định hướng một số giải pháp gia cố cho mái dốc vai trái đập thủy điện Bản Vẽ đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của công trình
Trang 121.
ph
lự
đị
đấ
trư
ch
đầ
nh
ho
th
có
to
cá
th
số
ch
TỔNG
.1 Tổng
.1.1 Các k
Lomt
hía sườn d
ực địa chấn
ịa chất đượ
ất đá khi đã
Theo H
ượt lở đư
huyển của
ầu do tác đ
hiên (lượng
oặc nhân tạ
hủy điện, p
ó thể xảy
oàn thế giớ
ác nghiên c
Trong
hông số khố
ố khối trượ
Mỗi
huyển, nhữ
G QUAN V
g quan về ổ
khái niệm
tadze V.Đ
ốc, mái dố
n và một số
ợc biểu hiện
ã mất ổn đ
Hội trượt l
ược định
khối đất đ
động của c
g mưa, độ
ạo (khai th
phát triển đ
ra tại hầu
i, và chúng
cứu cụ thể
g nghiên cứ
ối của trượ
ợt được biểu
một khối t
ững nguyên
VỀ TRƯỢ
ổn định tr
m
cho rằng “
ốc (sườn nh
ố lực khác
n ở sự dịch ịnh, tức là
lở đất quố nghĩa là
đá so với v các nguyên
ng đất, nú hác mỏ, làm
đô thị, …)
khắp mọi
g ta cần ph
về rủi do t
ứu trượt lở
ợt Theo địn
u diễn trên trượt có m
n nhân gây
Chư
ỢT VÀ CÁ
ỔN ĐỊNH rượt
“khối trượt hân tạo) do Sự hình th
h chuyển th mất cân bằ
ốc tế ICL,
sự dịch
vị trí ban
n nhân tự
úi lửa, …)
m đường, Trượt lở
i nơi trên
ải có rượt lở, trê
ở, điều quan
nh nghĩa củ
n hình 1.1 v một độ ổn đ
y ra trượt đã
3
ương 1
ÁC PHƯƠ
H TRƯỢT
t là khối đấ
o ảnh hưởn hành một k hẳng đứng ằng” [11]
Hìn
ên cơ sở đó
n trong là
ủa Hội địa
và giải thíc định nào đ
ã hoàn toàn
ƠNG PHÁP
T
ất đá đã ho
ng của trọn khối trượt
và dịch ch
nh 1.1 Đặc
ó có các kịc cần xác địn chất công
ch trên bảng
đó Khi các
n hoặc tạm
P NGHIÊN
oặc đang dị
g lực, áp lự
là kết quả huyển ngan
c trưng khố
ch bản ứng
nh rõ và th trình quốc
g 1.1
c khối đất
m thời bị lo
N CỨU
ịch chuyển
ực thủy độ của quá tr
ng những k
ối trượt
g xử hợp lý hống nhất
c tế, các thô
đá đã bị d
ại trừ thì k
n về ộng, rình khối
ý các ông
dịch khối