Phân tích nguyên nhân sự cố thấm ở các đập vật liệu địa phương, giải pháp xử lý và áp dụng cho đập sông biêu

Nhờ sự phát triển của các ngày khoa học, các nhà khoa học đã đưa ra và chứng minh được nhiều lý luận của các môn khoa học cơ sở như cơ học đất, lý luận thấm, địa chất thủy văn và địa chấ

i

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ………… i

LỜI CẢM ƠN ………ii

DANH MỤC HÌNH VẼ ……… v

DANH MỤC BẢNG BIỂU ………viii

MỞ ĐẦU ……… ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA THẤM ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐẬP 1

1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên thế giới ở Việt Nam và Ninh Thuận: 1

1.1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên thế giới: 1

1.1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam: 1

1.1.3 Quá trình xây dựng hồ đập trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận: 2

1.2 Ảnh hưởng của dòng thấm đến đập vật liệu địa phương: 8

1.2.1 Sự hình thành dòng thấm: 8

1.2.2 Tác hại dòng thấm lên công trình: 8

1.3 Các sự cố gây hư hỏng đập vật liệu địa phương: 8

1.3.1 Các sự cố hư hỏng đập vật liệu địa phương trên thế giới: 8

1.3.2 Các sự cố về đập vật liệu địa phương ở Việt Nam: 10

1.3.3 Các sự cố về đập vật liệu địa phương ở Ninh Thuận: 13

1.4 Các hiện tượng và nguyên nhân sự cố thấm xảy ra ở đập vật liệu địa phương: 14 1.4.1 Hiện tượng thấm gây sủi nước ở hai bên vai đập: 14

1.4.2 Hiện tượng thấm gây sủi nước ở nền đập: 15

1.4.3 Hiện tượng thấm gây sủi nước trong phạm vi đập (hoặc trên mái đập): 15

ii

1.5 Những nghiên cứu về an toàn đập đã thực hiện: 15

1.5.1 Trên thế giới: 15

1.5.2 Ở Việt Nam: 16

1.6 Một số giải pháp xử lý chống thấm hiện nay đã được sử dụng: 16

1.6.1 Tường nghiêng chân răng chống thấm: 16

1.6.2 Tường nghiêng bằng màn HDPE chống thấm: 17

1.6.3 Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt truyền thống: 18

1.7 Kết Luận Chương 1: 19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THẤM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA THẤM TRONG ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 20

2.1 Cơ sở lý thuyết về thấm: 20

2.1.1 Các nghiên cứu quan trọng trước đây về thấm: 20

2.1.2 Môi trường thấm gây ra hiện tượng thấm: 20

2.1.3 Đường cong đặc trưng Đất – Nước: 21

2.1.4 Dòng nước thấm nước qua đất 22

2.1.5 Định luật thấm áp dụng cho đất không bão hoà: 23

2.1.6 Hàm thấm, quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính 24

2.1.7 Phương trình vi phân cơ bản của bài toán thấm 24

2.1.8 Các phương pháp giải bài toán thấm: 26

2.1.9 Lựa chọn phương pháp và phần mềm để giải bài toán thấm: 29

2.2 Phân tích ổn định mái cho đập vật liệu địa phương: 30

2.2.1 Bài toán ổn định trượt của mái dốc: 30

2.2.2 Các phương pháp giải bài toán ổn định trượt của mái dốc hiện nay 30

2.2.3 Lựa chọn phương pháp giải và phần mềm sử dụng phục vụ tính toán 40

iii

2.3 Các giải pháp công trình sửa chữa xử lý thấm trong đập vật liệu địa phương: 40

2.3.1 Giải pháp sử dụng công nghệ khoan phụt cao áp Jet-Grounting: 40

2.3.2 Giải pháp sử dụng công nghệ tường hào chống thấm Bentonite: 42

2.3.3 Tường hào đất – Bentonite: 42

2.3.4 Tường hào ximang – Bentonite: 43

2.3.5 Trường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, túi địa kỹ thuật: 44

2.4 Kết luận chương 2: 45

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THẤM VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG THẤM ÁP DỤNG CHO ĐẬP SÔNG BIÊU TỈNH NINH THUẬN 46

3.1 Giới thiệu chung về hồ chứa nước Sông Biêu: 46

3.1.1 Mục tiêu, vị trí: 46

3.1.2 Thông số kỹ thuật chủ yếu các hạng mục của hồ chứa nước Sông Biêu: 46

3.2 Hiện trạng làm việc của hồ chứa nước Sông Biêu: 47

3.3 Tính toán, đánh giá thấm cho đập Trà Van và đập phụ Sông Biêu: 49

3.3.1 Tài liệu sử dụng tính toán, vị trí tính toán: 49

3.3.2 Số liệu sử dụng và các trường hợp tính toán: 50

3.3.3 Tính toán và đánh giá hiện trạng thấm tại các mặt cắt đã chọn: 53

3.4 Đề xuất các biện pháp xử lý thấm cho đập đất Sông Biêu : 57

3.4.1 Tường nghiêng sân phủ bằng vật liệu chống thấm (đất sét): 57

3.4.2 Khoan phụt cao áp, sử dụng cọc ximang đất (Jet – Grouting): 57

3.4.3 Tường hào đất – Bentonite: 57

3.5 Tính toán kiểm tra xử lý chống thấm cho hồ chứa nước Sông Biêu: 58

3.5.1 Chọn mặt cắt và các trường hợp tính toán: 58

3.5.2 Xử lý chống thấm bằng phương pháp cọc ximang – đất (Jet-Grounting): 58

iv

3.5.3 Xử lý chống thấm bằng phương pháp cọc ximang – đất (Jet-Grounting): 60

3.5.4 Phân tích, so sánh hai giải pháp và chọn ra giải pháp hợp lý: 62

3.5.5 Tính ổn định cho hồ chứa nước sông biêu sau khi xử lý thấm: 63

3.6 Kết luận chương 3: 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: ……….66

TÀI LIỆU THAM KHẢO:………67

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN: ……….68

v

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1 - 1 : Hồ chứa nước Sông Sắt – Dung tích hữu ích 69,3 triệu m3 3

Hình 1 - 2 : Hồ Sông Trâu, Dung tích chứa 31,5 triệu m3 3

Hình 1 - 3 : Hồ Lanh Ra – Dung tích 13,88 triệu m3 4

Hình 1 - 4 : Hồ Trà Co, Dung tích chứa 10 triệu m3 4

Hình 1 - 5 : Hồ Ông Kinh – dung tích 0,83 triệu m3 5

Hình 1 - 6 : Sự cố đập thủy điện Ia Krel 2 10

Hình 1 - 7 : Sự cố vỡ đập Tây Nguyên tỉnh Nghệ An 11

Hình 1 - 8 (a) Sự cố đập Z20 tỉnh Hà Tĩnh; (b) Sự cố đập Khe Mơ tỉnh Hà Tĩnh 12

Hình 1 - 9 (a) Vỡ đập Phân Lân (Vĩnh Phúc) ; (b) Vỡ đập Đakme 3; (c) Vỡ đập Iakret 12

Hình 1 - 10 : Đập Lanh Ra bị vỡ khi lũ về 14

Hình 1 - 11 : Đập có tường nghiêng chân răng chống thấm 17

Hình 1 - 12 : Chống thấm bằng phương pháp màn địa kỹ thuật (HDPE) 18

Hình 1 - 13 : Cấu tạo mũi khoan phụt hai nút 18

Hình 2 - 1 : Sơ đồ các pha trong đất 21

Hình 2 - 2 : Đường cong đặt trưng nước –đất 22

Hình 2 - 3 : Gradien áp lực và hút dính qua một phân tố đất 22

Hình 2 - 4 : Quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính 24

Hình 2 - 5 : Các loại phần tử thường dùng trong phương pháp phần tử hữu hạn 28

Hình 2 - 6 : Mái dốc đập vật liệu địa phương 30

Hình 2 - 7 : Các lực tác dụng và mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt trụ tròn 33

Hình 2 - 8 : Các lực tác dụng và mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt hỗn hợp 33

Hình 2 - 9 : Các lực tác dụng và mặt cắt hình học mái dốc với mặt trượt bất kỳ 34

Hình 2 - 10 : Mặt trượt trụ tròn 36

Hình 2 - 11 : Các lực tác dụng trong phương pháp Fellenius cho hai dải 5 và dải 6 36

Hình 2 - 12 : Dạng mặt trượt trụ tròn 37

vi

Hình 2 - 13 : Đa giác lực theo phương pháp BiShop đơn giản 38

Hình 2 - 14 : Chống thấm sử dụng công nghệ JET - Grounting 41

Hình 2 - 15 : Sơ đồ bố trí cọc ximang – đất (1 hàng) 41

Hình 2 - 16 : Sơ đồ bố trí cọc ximang – đất (2 hàng) 42

Hình 2 - 17 : Phương pháp chống thấm bằng tường hào Đất - Bentonite 43

Hình 2 - 18 : Thiết bị đào hào bentonite chống thấm cho hồ Dầu Tiếng 44

Hình 2 - 19 : Màng địa kỹ thuật chống thấm HDPE 44

Hình 3 - 1 : Sơ đồ mặt bằng tổng thể hồ chứa nước Sông Biêu ……… 46

Hình 3 - 2 : Mặt bằng tổng thể phần đập tràn Sông Biêu 48

Hình 3 - 3 : Dòng thấm tại vị trí tiếp giáp với tràn bê tông của đập Sông Biêu 48

Hình 3 - 4 : Dòng thấm tại vị trí tiếp giáp với tràn bê tông của đập Sông Biêu 49

Hình 3 - 5 : Mặt bằng vị trí tính toán của đập phụ Sông Biêu 50

Hình 3 - 6 : Sơ đồ tính toán hiện trạng mặt cắt E32 đập phụ Sông Biêu 53

Hình 3 - 7 : Mô hình chia lưới phần tử và điều kiện biên mặt cắt E32 53

Hình 3 - 8 : Sơ đồ tính toán hiện trạng mặt cắt E41 đập phụ Sông Biêu 54

Hình 3 - 9 : Mô hình chia lưới phần tử và điều kiện biên mặt cắt E41 54

Hình 3 - 10 : Sơ đồ tính toán hiện trạng cho mặt cắt D7 đập Trà Van 54

Hình 3 - 11 : Mô hình chia lưới phần tử và gán điều kiện biên mặt cắt D7 54

Hình 3 - 12 : Sơ đồ tính toán hiện trạng cho mặt cắt D9 đập Trà Van 55

Hình 3 - 13 : Mô hình chia lưới phần tử và gán điều kiện biên mặt cắt D9 55

Hình 3 - 14 : Sơ đồ bố trí các lỗ khoan 59

Hình 3 - 15 : Mô hình chia lưới phần tử và điều kiện biên cho mặt cắt E41 59

Hình 3 - 16 : Đường đẳng gradient XY TH1:MNTL = 102.25; hạ lưu không có nước 59

Hình 3 - 17 : Đường đẳng gradient TH2:MNTL = 102,93 hạ lưu không có nước 60

Hình 3 - 18 : Đường đẳng gradient TH3:MNTL = 103,43; hạ lưu không có nước 60

Hình 3 - 19 : Mô hình chia lưới phần tử và điều kiện biên cho mặt cắt E41 61

vii

Hình 3 - 20 : Đường đẳng gradient XY TH1:MNTL = 102.25; hạ lưu không có nước 61 Hình 3 - 21 : Đường đẳng gradient XY TH2:MNTL = 102.93; hạ lưu không có nước 61 Hình 3 - 22 : Đường đẳng gradient XY TH3:MNTL = 103,43 ; hạ lưu không có nước 62 Hình 3 - 23 : Xác định tâm và bán kính cung trượt mái hạ lưu; MNHL = 102,25 hạ lưu không có nước 63 Hình 3 - 24 : Kiểm tra ổn định mái hạ lưu mặt cắt E41 TH1: MNTL = 102,25m; hạ lưu không nước (K= 1,575) 63 Hình 3 - 25 : Kiểm tra ổn định mái hạ lưu mặt cắt E41 TH2: MNTL = 102,93m; hạ lưu không nước (K = 1,576) 64 Hình 3 - 26 : Kiểm tra ổn định mái hạ lưu mặt cắt E41 TH3: MNTL = 103,43m; hạ lưu không nước (K = 1,574) 64

viii

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 - 1: Bảng tổng hợp số hồ chứa thuỷ lợi trên cả nước 2

Bảng 1 - 2 : Tổng hợp các hồ chứa được xây dựng trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận 5

Bảng 3 - 1 : Thông số thiết kế hồ chứa nước Sông Biêu 47

Bảng 3 - 2 : Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập Sông Biêu 50

Bảng 3 - 3 : Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập Trà Van 51

Bảng 3 - 4 : Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền tuyến đập Sông Biêu 51

Bảng 3 - 5 : Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền tuyến đập Trà Van 51

Bảng 3 - 6 : Mực nước tính toán của hồ chứa nước Sông Biêu 52

Bảng 3 - 7 : Các trường hợp tính toán kiểm tra thấm 52

Bảng 3 - 8 : Kết quả tính thấm các mặt cắt đã chọn 55

Bảng 3 - 9 : Các trường hợp tính toán 58

Bảng 3 - 10 : Kết quả tính toán xử lý thấm bằng cọc ximang–đất (Jet–Grounting) 60

Bảng 3 - 11 : Kết quả tính toán xử lý thấm bằng tường hào bentonite Ximang – đất 62

Bảng 3 - 12 : Bảng so sánh các phương án xử lý cho hồ Sông Biêu 62

ix

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

Với sự phát triển của kinh tế ngày nay nhu cầu dùng nước và các sản phẩm phụ thuộc vào nước ngày càng cao, đời sống sinh hoạt con người ngày càng được cải thiện nên yêu cầu về cả chất và lượng càng phải đáp ứng tốt Để điều chỉnh nguồn nước cho phù hợp với yêu cầu sử dụng, vì thế nên vai trò của các hồ chứa là rất quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cũng như phát triển kinh tế của một huyện, tỉnh, hay một quốc gia

Như đã biết từ rất lâu đập đất đã được xây dựng nhiều ở Ai Cập, Ấn Độ, Trung quốc

và các nước trung Á, với mục đích dân nước, trữ nước để tưới hay để phòng lũ Về sau đập đất ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thủy lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên nguồn nước Nhờ sự phát triển của các ngày khoa học, các nhà khoa học đã đưa ra và chứng minh được nhiều lý luận của các môn khoa học cơ sở như

cơ học đất, lý luận thấm, địa chất thủy văn và địa chất công trình, đưa ra được các phương trình, cũng như mô hình hóa v.v… cộng với việc ứng dụng rộng rãi cơ giới hóa trong thi công nên đập đất ngày càng đảm bảo chất lượng đồng thời giá thành và yêu cầu về nền của đập đất thấp hơn rất nhiều so với đập bê tông có cùng quy mô nên đập đất được sử dụng khá rộng rãi Tuy vậy trong những năm gần đây cùng với sự phổ biến của đập đất người ta cũng đã ghi nhận được rất nhiều sự cố ở loại đập này trên thế giới cũng như ở Việt Nam Đã có rất nhiều người thiệt mạng, hoa màu bị tàn phá thiệt hại nhiều tỷ đồng, chính vì thế việc tìm ra nguyên nhân và khắc phục các sự cố đập là

vô cùng quan trọng

Riêng đối với huyện Thuận Nam tỉnh Ninh Thuận được biết tới là một huyện nghèo, khí hậu nóng và khô hạn quanh năm, với thu nhập chủ yếu là từ nông nghiệp thì việc nhà nước quyết định đầu tư xây dựng hồ chứa nước Sông Biêu thì đây được coi là một tín hiệu mừng cho bà con nơi đây, khi có thể chủ động được nước phục vụ sinh hoạt sản xuất Tuy nhiên kể từ sau khi thi công và trong quá trình đưa vào sử dụng hồ liên tục bị thấm dẫn tới mất nước và có nguy cơ gây nguy hiểm cho công trình khiến đơn

vị quản lý không thể chủ động tích nước phục vụ sản xuất Chính vì vậy học viên lựa

- Áp dụng và đề xuất giải pháp chống thấm cho Hồ Sông Biêu

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu có chọn lọc những nghiên cứu có liên quan đến

đề tài, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã được công nhận trong nước và trên thế giới + Phương pháp thống kê và phân tích: Thu thập các tài liệu, số liệu và khảo sát hiện trạng Phân tích định tính và định lượng các công thức, phương pháp tính toán thấm, tính toán ổn định trượt mái hạ lưu sử dụng phương pháp số để tính toán

+ Phương pháp mô hình hoá: Sử dụng mô hình để tính toán bài toán hiện trạng, từ đó

- Sơ bộ xác định nguyên nhân các sự cố trong đập vật liệu địa phương

- Áp dụng tính toán cho công trình cụ thể (hồ chứa nước Sông Biêu), từ đó cảnh báo khả năng mất ổn định do dòng thấm và đề ra được biện pháp xử lý

1

NỘI DUNG LUẬN VĂN

ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐẬP 1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên thế giới ở Việt Nam và Ninh Thuận:

1.1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên thế giới:

Đập vật liệu địa phương là công trình thủy công được xây dựng từ rất lâu trên thế giới, được người Ai Cập, Ấn Độ, Trung Quốc và các nước Trung Á xây dựng với mục đích giữ nước dâng nước để` tưới hoặc phòng lũ Và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống Thủy lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên nước

Sử dụng chính vật liệu tự nhiên sẵn có tại khu vực xây dựng công trình là một trong những yếu tố kinh tế thuận lợi của đập đất, đồng thời với công nghệ thi công đơn giản

đã làm giảm chi phí cho công trình, chính vì vậy, đập vật liệu địa phương được xây dựng phổ biến ở khắp các nước trên thế giới, nhất là đối với các hồ chứa nước loại nhỏ Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, lý luận thấm … kết hợp với thiết bị cơ giới hiện đại năng suất cao, nên nhiều đập lớn đã được xây dựng như:

- Đập Oroville – Mỹ: cao 262,4m, dài 2358m

- Đập Swift – Mỹ: cao 156m dài 640m, được hoàn thành năm 1959

- Đập Serre Ponson (Serre-Ponçon) – Pháp: cao 122m dài 600m, hoàn thành năm

1960

- Đập maltmark – Thụy sĩ: cao 115m, dài 780m, hoàn thành năm 1960

1.1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam:

Ở Việt Nam các hồ chứa được xây dựng nhiều từ sau khi thống nhất đất nước (năm 1975) giai đoạn này nông nghiệp là ngành kinh tế chính của Việt Nam nên nhu cầu về nước càng ngày càng cao Kể từ đó đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67% phát

2

triển không ngừng cả về số lượng và quy mô Hiện nay, chúng ta đang xây dựng nhiều

hồ lớn có đập cao, ngay cả những nơi có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp

Theo báo cáo của Tổng cục thuỷ lợi về công tác quản lý an toàn hồ chứa nước vào tháng 10 năm 2015 thì cả nước ta hiện có 6.886 hồ nước trong đó có 6.648 hồ chứa thủy lợi (chiếm 96,5%) và 238 hồ chứa thuỷ điện (chiếm 3,5%) Với tổng dung tích khoảng 63 tỷ m3

nước

Bảng 1 - 1: Bảng tổng hợp số hồ chứa thuỷ lợi trên cả nước Quy mô (Triệu m3) V ≥ 10 V = 3÷10, H ≥ 15m V = 1÷3 V = 0,2÷1 V ≤ 0,2

1.1.3 Quá trình xây dựng hồ đập trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận:

Sau giải phóng hơn 43 năm, Ninh Thuận đã có nhiều đổi thay cũng như thành tựu, trong đó có sự đóng góp rất lớn của ngành nông nghiệp nói chung và đặc biệt là các hồ chứa nước nói riêng cũng như bản thân đập vật liệu địa phương

Trước năm 1975, hệ thống thủy lợi trên địa bàn tỉnh chưa có một hồ chứa nào, chỉ có

hệ thống Nha Trinh- Lâm Cấm lấy nguồn nước từ thủy điện Đa Nhim, Lâm Đồng tưới cho khoảng 13.000 ha nguồn nước không chủ động, diện tích canh tác không lớn

Sau năm 1975 Đảng và Nhà Nước có những chủ trương mới đẩy mạnh công tác Thủy lợi nhằm phục vụ phát triển các ngành kinh tế, lấy trọng tâm là nông nghiệp Tính cho đến năm 2000 tổng số hồ chứa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận là 4 hồ chứa gồm: hồ Suối Lớn, hồ Thành Sơn, hồ CK7 và hồ Ông Kinh với tổng dung tích hữu ích là hơn 6 triệu

m3 nước, phục vụ diện tích tưới 720ha Diện tích thực tế tưới bằng các công trình hồ chứa này chỉ chiếm tỷ trọng rất nhỏ so với nhu cầu dùng nước cả về nông nghiệp cũng như sinh hoạt trên địa bàn tỉnh thời bấy giờ

Trước tình hình khó khăn về nước như trên, qua nhiều chủ trương, quan tâm của nhà nước đến tỉnh đến năm 2016 tổng số hồ chứa vừa và nhỏ trong địa bàn tỉnh đã lên tới hơn 20 hồ với tổng dung tích khoảng hơn 192 triệu m3

, và tiếp tục đầu tư xây dựng các

hồ vào những năm tiếp theo trong đó lớn nhất là hồ Sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ có dung tích 209 triệu m3

3 Hình 1 - 1 : Hồ chứa nước Sông Sắt – Dung tích hữu ích 69,3 triệu m3

Hình 1 - 2 : Hồ Sông Trâu, Dung tích chứa 31,5 triệu m3

4 Hình 1 - 3 : Hồ Lanh Ra – Dung tích 13,88 triệu m3

Hình 1 - 4 : Hồ Trà Co, Dung tích chứa 10 triệu m3

Chiều cao đập (m)

Dung tích (10 6

3 CK7 1996 16,50 1,43 Đập đất đồng chất, thượng lưu hạ lưu

đá xây, đống đá tiêu nước hạ lưu

6

Kinh 1999 13,00 0,83

Đập đất đồng chất, thượng lưu đá xây,

hạ lưu trồng cỏ, đống đá tiêu nước hạ lưu

13 Trà Co 2011 26,70 10,09 Đập hỗn hợp 03 khối, thiết bị thoát

nước thân đập Ống khói + gối phẳng

hạ lưu trồng cỏ

Trên thực thế dòng thấm trong môi trường đất rỗng được chia thành hai loại:

- Dòng thấm có áp: Là dòng thấm có mặt tiếp xúc là tầng không thấm, không tiếp xúc

với khí trời, chuyển động của dòng thấm giống như dòng chảy trong ống có áp Thường dòng thấm này xuất hiện ở dưới đáy các công trình

- Dòng thấm không áp: Là dòng thấm không bị giới hạn phía trên bởi công trình Đây

có thể là dòng thấm từ hai bên vai công trình hoặc dòng thấm qua đập đất, giới hạn phía trên của dòng thấm này là mặt thoáng tại đây có áp suất chính bằng áp suất khí trời

1.2.2 Tác hại dòng thấm lên công trình:

Đất là môi trường xốp có chứa lỗ rỗng, khi có đủ điều kiện (kẽ rỗng và chênh lệch cột nước) sẽ hình thành dòng thấm, nếu không có biện pháp kiểm soát được dòng thấm có thể gây ra một số sự cố như:

- Làm mất nước hồ chứa

- Đường bão thấm trong thân đập quá cao có thể gây lầy đất, sạt lở mái hạ lưu gây ảnh hưởng tới an toàn công trình

- Gây áp lực lên các bộ phận công trình giới hạn miền thấm (bản đáy, tường chắn)

- Làm dịch chuyển những hạt đất về phía dòng thấm gây hiện tượng xói ngầm, hình thành các hang thấm tập trung

1.3 Các sự cố gây hư hỏng đập vật liệu địa phương:

1.3.1 Các sự cố hư hỏng đập vật liệu địa phương trên thế giới:

9

Như đã biết việc sự cố dẫn đến vỡ đập luôn là một trong những thảm hoạ kinh hoàng đối với con người, thiệt hại là thực sự to lớn khi hàng ngàn mét khối nước đổ ập xuống Trong quá khứ đã có rất nhiều bài học cay đắng khi những công trình được xây dựng với mục đích có lợi lại trở thành thảm hoạ cướp đi mạng sống hàng nghìn người

và gây thiệt hại lớn về kinh tế Một vài sự cố vỡ đập trên thế giới được ghi nhận như: Đập Tenton tại Hoa Kỳ bị vỡ được giới thiệu trong cuốn sách “Đập và an toàn về đập

“Dam and Public Safety” do Văn phòng Cải tạo đập của Mỹ xuất bản năm 1983 Đập Tenton là đập đất cao 93m, dung tích hồ 289 triệu m3

trên sông Tenton Từ ngày 10/4/1976 mực nước hồ tăng nhanh do có lũ lớn Ngày 3/6/1976 xuất hiện hai

vị trí thấm cách chân đập 400m về phía hạ lưu với lưu lượng thấm khá lớn Ngày 4/6/1976 phát hiện một vị trí thấm nhỏ ở bờ bên phải cách chân hạ lưu đập 45÷60m với lưu lượng thấm 20 gallon/phút Ngày 5/6/1976 từ 7 giờ sáng xuất hiện thấm lớn hơn trong thân đập, sau đó dòng thấm lớn dần rồi xuất hiện dòng nước xoáy ở thượng lưu hồ chứa Đến 11 giờ 30 xuất hiện các vết nứt lớn, phát triển nhanh phá vỡ toàn bộ đập Như vậy, từ khi phát hiện có thấm ở phía hạ lưu đập đến khi vỡ đập chỉ có 5 giờ đồng hồ Thiệt hại về người tuy không nhiều, nhưng có đến 25.000 người bị mất nhà cửa, nhiều đường xá, cầu cống, ruộng đồng bị hư hại vùi lấp, thiệt hại ước tính khoảng

400 triệu USD

Vào tháng 10 năm 1963 tại Italia, một trong những con đập cao nhất thế giới mang tên Vajont nằm trên sông Vajont bất ngờ đổ sập hơn 260 triêu mét khối nước đã bao trùm toàn bộ khu vực khiến khoảng 2000 người thiệt mạng

Tại Trung Quốc, vụ vỡ đập thủy điện Bản Kiều được coi là sự cố vỡ đập tồi tệ nhất trong lịch sử nước này Đập Bản Kiều được xây trên sông Hoài Nam năm 1952, tỉnh

Hà Nam, Trung Quốc được mệnh danh là đập thủy điện quy mô lớn đầu tiên của Trung Quốc Nhưng tới năm 1975, siêu bão Nina (1 trong 5 siêu bão gây thiệt hại lớn nhất thế giới) đổ bộ vào nước này, lượng mưa đo được trong 3 ngày lên đến 1605,3

mm Không chịu được sức nước, đập Bản Kiều đã sụp đổ, khiến Trung Quốc thiệt hại lớn Vụ vỡ đập này đã khiến khoảng 171.000 người thiệt mạng, khoảng 11 triệu dân trở nên vô gia cư khi hơn 5 triệu ngôi nhà bị phá hủy, không những thế lượng điện

10

năng của nhà máy này cung cấp đến 1/3 nhu cầu sử dụng vào lúc cao điểm của cả đất nước Trung Quốc

Gần đây nhất vào ngày 8 tháng 2 năm 2017 nhà chức trách đã yêu cầu di tản hơn 200

000 người sống dưới đập nước Oroville miền bắc California ngay sau khi cơ quan chức năng báo cáo tình trạng khẩn cấp do đập phụ của đập Oroville bị thủng, dòng thấm đưa nước cuộn qua thân đập phụ làm sạt lở sườn trái đập dẫn đến nguy cơ cả đập nước sụp đổ Được biết đập Oroville là một trong số 20 con đập lớn nhất thế giới và cũng là đập nước có chiều cao cao nhất ở Hoa Kỳ (213 m)

1.3.2 Các sự cố về đập vật liệu địa phương ở Việt Nam:

Ở Việt Nam vào tháng 6 năm 2013, đập dâng của thủy điện Ia Krêl 2 có công suất thiết

kế 5,5 MW đã bị vỡ cống dẫn dòng Hơn 5 triệu mét khối nước tích trong lòng hồ đổ xuống hạ nguồn gây thiệt hại hơn 200 ha cây trồng, hoa màu cùng nhiều tài sản khác của đồng bào dân tộc thiểu số, nhưng may mắn là không có thiệt hại về người Tuy nhiên hơn 200 ha cây trong và nhiều hoa màu và tài sản của nhân dân đã bị cuốn trôi gây thiệt hại hơn 3,6 tỉ đồng

Hình 1 - 6 : Sự cố đập thủy điện Ia Krel 2

11

Ngoài ra theo thống kê của tổng cục thuỷ lợi trong báo cáo cáo công tác quản lý an toàn các hồ chứa thì thời gian gần đây đã ghi nhận rất nhiều đập bị sự cố về đập như:

- Năm 2009: sự cố vỡ đập hồ Z20 huyện Hương Khê tỉnh Hà Tĩnh

- Năm 2010: vỡ đập hồ Khe Mơ tỉnh Hà Tĩnh, hồ Phước Trung tỉnh Ninh Thuận

- Năm 2011: hồ Khe Làng, hồ 271 tỉnh Nghệ An, hồ Đồi Vưng thuộc tỉnh Hoà Bình có nguy cơ vỡ khi đang trong quá trình thi công cống lấy nước

- Năm 2012: Vỡ đập Tây Nguyên tỉnh Nghệ An

- Năm 2013: Vỡ đập hồ Thung Cối tỉnh Thanh Hoá, vỡ đập hồ Phân Lân tỉnh vĩnh Phúc

- Năm 2014: Xảy ra sự cố vỡ đập phụ hồ chứa Đầm Hà Động, tỉnh Quảng Ninh được biết nguyên nhân là do nước tràn đỉnh đập gây vỡ đập

Hình 1 - 7 : Sự cố vỡ đập Tây Nguyên tỉnh Nghệ An

13

1.3.3 Các sự cố về đập vật liệu địa phương ở Ninh Thuận:

Do tình hình thay đổi thời tiết trên địa bàn tỉnh nên gần đây đã xuất hiện nhiều hơn những hiện tượng thời tiết tiêu cực nên một số đập trên địa bàn tỉnh đã xảy ra những

sự cố gây ảnh hưởng lớn đến điều kiện sinh hoạt, sản xuất của khu vực mà những hồ này điều tiết Sau đây là một số sự cố đáng chú ý trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận được tổng hợp tại phòng quản lý nước và công trình của đơn vị quản lý công trình thủy lợi tỉnh:

Vào tháng 11 năm 2010 xảy ra mưa lớn trên toàn tỉnh, lượng mưa trên lưu vực hồ Phước Trung đạt tới trên 700 mm, theo báo cáo của Ban chỉ huy phòng chống lụt bão tại hồ Phước Trung thì lượng mưa quá lớn và thời gian mưa kéo dài dẫn đến mực nước trong hồ dâng cao đột ngột Do đập đất mới thi công xong, đất chưa có đủ thời gian cố kết cộng với chiều dài đập lớn nên khi gặp lũ lớn nước trong hồ dâng nhanh dẫn tới đập không chịu được áp lực dòng thấm tại những vị trí đắp mới hoàn thành gây rò nước qua thân đập cuối cùng gây vỡ đập

Khi thi công Hồ Lanh Ra vào những ngày cuối tháng 5 năm 2011 xảy ra mưa lớn kéo dài nhiều ngày nên lượng dòng chảy trong lưu vực tập trung về hồ lớn,đơn vị thi công

đã cho một phần được dẫn dòng qua cống dưới đập chính và đập phụ, một phần được tích lại trong hồ, trong 2 ngày sau đó mực nước hồ vẫn thấp hơn cao trình lũ tiểu mãn ( ứng với tần suất 10%) là 2,2 m và thấp hơn khối đắp thượng lưu đến 2,8m Tuy nhiên đến ngày 30/5/2011 xuất hiện những lỗ nước thấm từ chân mái taluy tràn ra và ngày càng mở rộng, đến ngày 31 tháng 5 thì xảy ra vỡ khối thượng lưu đập dài khoảng 10m Bước đầu qua kiểm tra đánh giá nguyên nhân là do quá trình đắp đập không đảm bảo tiến độ theo thiết kế được duyệt(khối đất đắp đập thi công chênh lệch lớn dẫn đến quá trình cố kết đất không đạt theo yêu cầu thiết kế gây xuất hiện những lỗ rò nước

14

Hình 1 - 10 : Đập Lanh Ra bị vỡ khi lũ về

Tại hồ Bà Râu ngày 31/5/2011 đơn vị thi công đã phải chủ động phá bỏ đoạn một phần đoạn mặt cắt đã đắp đập để dẫn nước qua nhằm giảm mực nước trong lòng hồ và đảm bảo an toàn cho tuyến đập, nguyên nhân được biết là do thi công không đảm bảo tiến

độ theo thiết kế được duyệt kết hợp với mưa lớn trong 4 ngày trước đó (tổng lượng mưa đo được lên tới 177,1 mm dẫn đến nước tràn qua đập gây đe dọa đến an toàn của toàn tuyến đập vừa mới thi công

1.4 Các hiện tượng và nguyên nhân sự cố thấm xảy ra ở đập vật liệu địa phương:

1.4.1 Hiện tượng thấm gây sủi nước ở hai bên vai đập:

- Do thiết kế chưa đề ra biện pháp xử lý hoặc có đề ra nhưng biện pháp không hiệu quả khi áp dụng vào công trình thực tế

- Do không bóc hết lớp phong hoá ở hai bên bai đập

- Do đầm nện trên đoạn tiếp giáp ở vị trí vai đập chưa đủ yêu cầu kỹ thuật

15

- Do quá trình thi công xử lý không đều

1.4.2 Hiện tượng thấm gây sủi nước ở nền đập:

- Do quá trình khảo sát không kỹ, đánh giá sai mặt cắt địa chất của nền, bỏ xót tần thấm mạnh chưa được xử lý

- Do thiết kế chưa đề ra biện pháp xử lý hoặc có đề ra nhưng biện pháp không hiệu quả khi áp dụng vào công trình thực tế

- Quá trình thi công không đạt yêu cầu thiết kế

1.4.3 Hiện tượng thấm gây sủi nước trong phạm vi đập (hoặc trên mái đập):

- Do kết quả khảo sát các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập không đúng, không thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý cần thiết từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp

- Do đất đắp có chất lượng cấp phối không tốt, bụi dăm sạn nhiều hàm lướng sét ít, đất

- Do thiết kế biện pháp chống thấm chưa thực sự hiệu quả

- Do quá trình thi công màng chống thấm ( hoặc các thiết bị chống thấm) không đám bảo yêu cầu thiết kế

- Do khi thi công, hoặc khi đưa vào sử dụng thiết bị thoát nước phía hạ lưu bị tắc dẫn đến đường bão hoà trong đập dâng cao và đi ra phía mái gây sạt lở mái hạ lưu

1.5 Những nghiên cứu về an toàn đập đã thực hiện:

1.5.1 Trên thế giới:

16

Megan R.Sheffer và Ken Y.Lum đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá các phương pháp địa vật lý nhằm phát hiện thẩm thấu và xói ngầm bên trong các đập đất Ngoài ra nghiên cứu cũng đưa ra một số phương pháp đơn giản, không cần đến thiết bị quan trắc để giải quyết vấn đề này, nói lên được ưu và nhược điểm của từng phương pháp Nic Lane đã đi sâu phân tích những rủi ro đập, trong đó có sự cố thấm trong đập vật liệu địa phương và các biện pháp quản lý an toàn đập, hạn chế những thiệt hại do đập

hư hỏng gây ra

1.5.2 Ở Việt Nam:

Ngày nay vấn đề an toàn đập vật liệu đia phương ngày càng trở nên cấp thiết và được quan tâm nhiều hơn Đã có nhiều nghiên cứu được sử dụng như tài liệu tham khảo để đánh giá an toàn đập, thiết kế và thi công, một số công trình nghiên cứu có thể kể đến như:

Nghiên cứu GS.TS Phan Sỹ Kỳ về “Dòng thấm không ổn định qua khối đất chữ nhật đồng chất trên nền không thấm nước nằm ngang” năm 1986 nhằm chỉ rõ động thái của dòng thấm trong đập đất nhằm phân biệt sự khác nhau về trạng thái trong đập đất Thầy Nguyễn Văn Mạo và nhóm nghiên cứu (ĐHTL) năm 2010 đã nghiên cứu cơ sở khoa học để từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng trong điều kiện thời tiết bất thường ở miền trung Việt Nam

GS.TS Phan Sỹ Kỳ đã thống kê sự cố một số công trình thủy lợi ở Việt Nam và tìm ra nguyên nhân, đề ra biện pháp phòng tránh được nhà xuất ản nông nghiệp, Hà Nội xuất bản năm 2007

TS Lê Thị Nhật năm 2003 có nghiên cứu “giải bài toán thấm cho đập vật liệu địa phương có biên phức tạp” với mục đích thiết lập mô hình tính toán và mô hình vật lý tác giả đã đưua ra lời giải tương đối chính xác phản ánh được dòng thấm trong thân và nền đập vật liệu địa phương khi xét tới biên phức tạp

1.6 Một số giải pháp xử lý chống thấm hiện nay đã được sử dụng:

17

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi ở nước ta Có tác dụng kéo dài đường viền thấm Đối với nền có tầng thấm có chiều dày dưới 10m thì đây là biện pháp xử lý rất tốt.Tường nghiên và chân khay chống thấm được làm bằng vật liệu ít thấm (sét), cắm sâu vào tầng không thấm Tuỳ vào nền là đá hay đất và chất lượng nền có thể chọn kích thước chân khay hợp lý

Điều kiện áp dụng: chỉ sử dụng khi tầng thấm nước dưới nền T<10m

Một số công trình đã áp dụng: đập Phú Ninh tỉnh Quảng Nam, đập Gò Miếu tỉnh Thái

Nguyên, đập Ngài Sơn tp Hà Nội …

Hình 1 - 11 : Đập có tường nghiêng chân răng chống thấm

Phương pháp này đã được áp dụng ở một số công trình vừa và nhỏ, với nguyên lý kéo dài đường viền thấm phía thượng lưu, làm giảm áp lực thấm phía hạ lưu Màn chống thấm địa kỹ thuật (HDPE) có hệ số thấm rất nhỏ khoảng 5.10-11cm/s, chiều dầy 0,5 –

20 mm với tuổi thọ hơn 20 năm Màn chống thấm HDPE thường được sử dụng làm tường nghiêng và sân phủ chống thấm cho đập đất thay cho đất sét truyền thống

Một số công trình đã áp dụng: chống thấm mái đập Sông Biêu tỉnh Ninh Thuận, sửa

chữa hồ Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh, hay đập Đá Bạc và đập Nhà Đường ở Hà Tĩnh

18

Hình 1 - 12 : Chống thấm bằng phương pháp màn địa kỹ thuật (HDPE)

Sử dụng cho những công trình trong quá trình thi công có tầng địa chất có hệ số thấm lớn Khoan phụt bằng công nghệ truyền thống sử dụng áp lực để ép vữa (sét –

Ximang) len sâu lấp đầy các lỗ rỗng trong kẽ đá nứt nẻ Đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến, quy trình thi công đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất, cát mịn hoặc bùn đất yếu, mực nước ngầm cao sẽ khó kiểm soát được độ di động và hướng di chuyển của vữa

Hình 1 - 13 : Cấu tạo mũi khoan phụt hai nút

19

1.7 Kết Luận Chương 1:

Đập vật liệu địa phương là loại đập được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, với ưu thế là tận dụng được vật liệu tại địa phương nên giá thành hạ Dễ thi công cộng với sự phát triển của công nghệ máy móc hiện nay phát triển thì đập vật liệu địa phương ngày càng đảm bảo hơn về chất lượng Tuy nhiên song song với việc phát triển thì bên cạnh

đó cũng có rất nhiều đập xảy ra sự cố gây thiệt hại lớn cả về người và của

Trong phạm vi chương một tác giả đã nêu được tổng quan về tình hình xây dựng đập đất ở nước ta, trên thế giới và trong địa bàn tỉnh Ninh Thuận tính đến nay Nêu được ảnh hưởng tiêu cực của dòng thấm lên công trình thuỷ Đồng thời thống kê lại một số

sự cố và thiệt hại liên quan đến đập vật liệu địa phương Thống kê các sự cố về thấm ở đập vật liệu địa phương đồng thời chỉ ra nguyên nhân của sự cố Liệt kê những nghiên cứu liên quan đến đề tài đã được hoàn thành trước đó cả trong nước và thế giới, sau đó giới thiệu một số giải pháp chống thấm cho đập vật liệu địa phương hiện nay đã và đang được sử dụng ở Việt Nam

20

TRONG ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 2.1 Cơ sở lý thuyết về thấm:

2.1.1 Các nghiên cứu quan trọng trước đây về thấm:

Từ thế kỷ 18 các nhà khoa học người Nga Lômônôxôp đã cho ra đời những tác phẩm nổi tiếng về sự vận động của nước dưới đất, trong tác phẩm Các lớ vỏ trái đất” được xuất bản năm 1750 ông đã viết “Nước dưới đất liên hệ chặt chẽ với đá vây quanh Nước dưới đất là dung dịch tự nhiên ở trạng thái tuần hoàn liên tục” Chính ông đã đặt

cơ sở để phát triển của môn khoa học về sự vận động của nước dưới đất

Năm 1856 trên cơ sở thực nghiệm Darcy đã xác định được quy luật thấm của nước trong môi trường lỗ rỗng, bằng phát biểu sau: “Vận tốc dòng thấm nước qua khối đất

tỷ lệ (quan hệ bậc nhất – tuyến tính) với gradient cột nước thuỷ lực”

Năm 1898 nhà khoa học N.E.Jucôvxky công ố tác phẩm “Nghiên cứu lý thuyết vận động của nước ngầm” Ông đã nêu được khái niệm lực cản, lực khối lượng khi thấm và đầu tiên đưa ra phương trình vi phân về sự vận động của nước dưới đất đây chính là cơ

sở khoa học quan trọng để phát triển lý thuyết thấm sau này

Năm 1930 Viện sỹ Pavlopsky đã tổng quát các bài toán chuyển động không đều của nước ngầm Ông cũng nghiên cứu các dạng của các mặt tự do nhận được Năm 1934 ông đã phát triển lý thuyết thuỷ lực thấm rối đến năm 1936 ông đã soạn thảo ra phương pháp từng mảnh để tính toán độ thấm dừng Và đến năm 1956 M.A Lavrenchev đã ứng dingj phương pháp biến phân trong các bài toán thấm dừng cuả nước

Ngày nay lý thuyết về thấm vẫn không ngừng phát triển và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực

2.1.2 Môi trường thấm gây ra hiện tượng thấm:

Môi trường nghiên cứu thấm trong phạm vi luận văn chủ yếu là môi trường đất Như đã biết, đất được tạo thành bởi 3 thể chính: thể rắn, thể lỏng, và thể khí, tuỳ vào tỷ

lệ phân bố của 3 thể trên trec a phân được ra hai loại đất chính:

21

- Đất bão hoà: Đất bão hoà chỉ chứa hạt rắn và nước - lỗ rỗng chứa đầy nước, nên

môi trường gồm 2 pha, độ bão hoà: Vn/Vr= 1, độ chứa nước thể tích: w= Vn/V = Vr/V

= n, độ rỗng (n): n = Vr/V;

- Đất không bão hoà: Đất không bão hoà chứa hạt rắn, khí và nước: môi trường 3

pha, lỗ rỗng chứa cả khí và nước, độ bão hoà: Vn/Vr< 1, độ chứa nước thể tích: w=

Vn/V ;w< n; độ rỗng (n): n = Vr/V;

Hình 2 - 1 : Sơ đồ các pha trong đất

Đường cong quan hệ giữa lượng chứa nước thể tích trong đất và lực dính hút (ua -

uw) Với các giá trị đặc trưng gồm:

Độ ẩm dư hay độ bão hoà dư: độ bão hoà thấp nhất khi nước trong các lỗ rỗng không liên thông

Giá trị khí vào tới hạn: độ hút dính ứng với lúc khí có thể thấm vào các lỗ rỗng lớn nhất

22

Hỡnh 2 - 2 : Đường cong đặt trưng nước –đất

Trong đất khụng bóo hoà, gradient hỳt dớnh đụi khi được xem như thế truyền động của dũng thấm nước Tuy nhiờn, dũng thấm nước khụng phụ thuộc chủ yếu và duy nhất vào gradient hỳt dớnh Hỡnh 2 - 7 giải thớch ba trường hợp giả thiết ở nơi cỏc gradient ỏp lực khớ và nước được kiểm soỏt qua một phõn tố đất khụng bóo hoà tại một cao trỡnh cố định.Trong cỏc trường hợp đú, cỏc ỏp lực hơi nước và khớ ở phớa bờn trỏi lớn hơn ỏp lực ở phớa bờn phải

trừong hợp 1

-25 -50

đất không bão hòa

đất không bão hòa

Hỡnh 2 - 3 : Gradien ỏp lực và hỳt dớnh qua một phõn tố đất

Độ hỳt dớnh ở bờn trỏi cú thể nhỏ hơn ở bờn phải (trường hợp1), bằng bờn phải (trường hợp 2) hoặc lớn hơn bờn phải (trường hợp 3) Song dự gradient hỳt dớnh như

23

thế nào, để phản ứng lại gradient áp lực trong các pha riêng biệt, khí và nước sẽ thấm

từ trái sang phải Ngay cả trong trường hợp 2, nếu có gradient hút dính bằng không khí

và nước vẫn thấm

Dòng thấm có thể được xác định thích hợp hơn theo gradient cột nước thuỷ lực (tức là gradient cột nước áp lực trong trường hợp này) cho mỗi pha Do vậy, gradient hút dính không phải là thế truyền động cơ bản cho dòng thấm nước cho đất không bão hoà Trong trường hợp đặc biệt, nói gradient áp lực khí bằng không, gradient hút dính về trị

số bằng gradient áp lực trong nước.Đó là tình hình phổ biến trong tự nhiên và có thể là nguyên nhân cho việc đề nghị đưa dạng hút dính vào dòng nước thấm.Tuy nhiên, sau

đó phải bỏ đi thành phần cột nước cao trình

Dòng nước thấm qua đất không chỉ bị khống chế bởi gradien áp lực mà cũng còn bởi gradient do độ chênh cao trình Gradient áp lực và gradient cao trình được kết hợp lại

để cho một gradient cột nước thuỷ lực như là một thế truyền động cho dòng thấm trong pha này Điều này đúng cho cả đất bão hoà và không bão hòa

2.1.5 Định luật thấm áp dụng cho đất không bão hoà:

Vào năm 1856 Đácxi đã tiến hành nhiều thí nghiệm và đưa ra định luật cơ bản về thấm: lưu tốc thấm tỷ lệ bậc nhất với gradient thủy lực (gradient cột nước)

N: hệ số không đổi nằm trong khoảng 50÷60

2.1.6 Hàm thấm, quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính

Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính



Hình 2 - 4 : Quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính

2.1.7 Phương trình vi phân cơ bản của bài toán thấm

Phương trình vi phân cơ bản trong phân tích thấm 2 chiều là:

25

ky: hệ số thấm theo phương đứng;

Q: Lưu lượng phụ thêm ( Lưu lượng biên tác dụng);

Θ: hàm độ ẩm thể tích (Volumetic Water Content Function);

 , sự thay đổi đối với hàm lượng nước phụ

thuộc vào sự thay đổi trạng thái ứng suất và thay đổi tính chất của đất

Trạng thái ứng suất cho cả hai trường hợp bão hòa và không bão hòa được biểu diễn tương ứng (-ua ) và (ua- uw) đó là ứng suất tổng, ua là áp lực khí lỗ rỗng, uw là áp lực nước lỗ rỗng

Hai giả thiết cơ bản của phương trình vi phân đối với dòng thấm hai chiều: trạng thái ứng suất tổng và áp lực khí lỗ rỗng không thay đổi Có nghĩa: (σ-ua) không thay đổi

và không ảnh hưởng đến sự thay đổi của tỷ lệ hàm lượng thể tích nước Sự thay đổi của tỷ lệ hàm lượng thể tích nước thực sự chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi của (ua-uw) mà

ua không đổi nên chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng Như vậy:

m u

   (2-5) Phương trình cột nước tổng:

2 w

2.1.8 Các phương pháp giải bài toán thấm:

Một bài toán thấm yêu cầu phải giải quyết được các vấn đề về: Giá trị gradient và vận tốc thấm, vị trí đường bão hòa và lưu lượng thấm Các phương pháp giải ài toán thấm tính đến nay được chia ra 2 nhóm phương pháp chính là phương pháp cổ điển và phương pháp số:

2.1.8.1 Các phương pháp tính thấm bằng phương pháp cổ điển:

- Phương pháp cơ học chất lỏng: Phương pháp này do viện sỹ Pavlovski đề xuất để

giải bài toán thấm bằng cách sử dụng những công cụ toán học để xác định các vấn đề của dòng thấm Ưu điểm của phương pháp là phản ánh khá đúng bản chất vật lý và toán học của bài toán, tuy nhiên phương pháp này chỉ sử dụng đối với những bài toán

có biên đơn giản Khi gặp những trường hợp phức tạp, dòng thấm dạng đa chiều thì

27

gặp nhiều khó khăn vì vậy nên được sử dụng rất hạn chế trong tính toán thực tế hiện nay

- Phương pháp thực nghiệm: phương pháp này sử dụng mô hình thực tế để tính toán

đặc trưng của dòng thấm Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi vì khá tiện lợi

và có thể giải quyết được những sơ đồ thấm phức tạp Tuy nhiên giá thành thực hiện thí nghiệm còn cao, kết quả thí nghiệm phụ thuộc vào điều kiện thí nghiệm cũng như tính chủ quan của người làm thí nghiệm

2.1.8.2 Các phương pháp giải bài toán thấm bằng phương pháp số:

Các cơ sở giải bài toán thấm theo phương pháp số chính là phương trình vi phân (2-10) kết hợp các điều kiện biên và điều kiện ban đầu Có thể giải bài toán theo hai phương pháp sau:

- Phương pháp sai phân hữu hạn(PPSPHH): Là phương pháp rời rạc kiểu toán học nó

không thay đổi gì miền tính toán mà chỉ phủ lên miền tính toán một lưới và nó thay thế một một hàm xác định trong một miền liên tục bằng một hàm lưới bằng một tập hợp rời rạc hữu hạn các điểm có đạo hàm được thay thế bằng tỷ số vi phân

- Phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH): Đây được xem là phương pháp rất tổng

quát và hữu hiệu, cho lời giải khá chính xác với các bài toán kỹ thuật như phân tích ứng suất biến dạng trong kết cấu công trình, những bài toán về lý thuyết cơ học chất lỏng … trình tự tính toán của phương pháp phần tử hữu hạn gồm:

+ Chia miền liên tục (miền tính toán hay vật thể) thành một số hữu hạn các miền con

có kích thước hữu hạn( mỗi miền đó được gọi là một phần tử) Các Các miền này liên kết với nhau tại một số hữu hạn điểm trên biên (gọi là các điểm nút)

+ Các đại lượng cần tìm ở nút sẽ là ẩn số của bài toán Điều kiên trên các phần tử cũng được đưa về các nút

Trong mỗi phần tử, đại lượng cần tìm được xấp xỉ bằng những biểu thức đơn giản (thường là các nguyên hàm) và có thể biểu diễn hoàn toàn qua các ẩn số nút

28

Hình 2 - 5 : Các loại phần tử thường dùng trong phương pháp phần tử hữu hạn

Tọa độ mỗi điểm bất kỳ bên trong phần tử x, y được xác định thông qua tọa độ của các điểm nút:

Cột nước thấm h tại mỗi điểm trong phần tử được xác định như sau:

h N H  (2-12)

Trong đó:

 H : Cột nước thấm tại các điểm nút

Gradient thấm theo các phương x,y

Nh

 : Biến thiên cột nước thấm theo thời gian

q: Lưu lượng thấm vào biên của phần tử;

N : Hàm dạng của phần tử

Khi đó

 K H  M H , t   Q (2-16) Mà:

Biến đổi và giải trực tiếp từ phương trình vi phân là phương pháp số, ưu điểm nổi bật của phương pháp số là có thể giải được với sơ đồ tổng quát nhất và cho lời giải tương đối chính xác với các giả thiết sát với thực tế nhất, nhưng bên cạnh đó khối lượng tính toán lớn cho nên thường chỉ phát huy có hiệu quả khi thực hiện trên máy tính điện tử

30

Phương pháp số được sử dụng rộng rãi hiện nay là phương pháp Phần tử hữu hạn Hiện nay có rất nhiều công cụ tính toán sử dụng theo lý thuyết phần tử hữu hạn để tính

toán thấm và cho ra kết quả khá chính xác với các điều kiện thực tế nên chọn phương

pháp phần tử hữu hạn để giải quyết bài toán thấm là tốt hơn cả

Do quá trình tính toán với khối lượng lớn, nên để nhằm đẩy nhanh quá trình tính toán

ổn định tác giả sử dụng modul SEEP/W trong bộ phần mềm GEO-STUDIO của International Ltd Canada để phục vụ tính toán

2.2 Phân tích ổn định mái cho đập vật liệu địa phương:

2.2.1 Bài toán ổn định trượt của mái dốc:

Nhìn chung ổn định mái đập vật liệu địa phương phụ thuộc vào chiều cao mái dốc (H),

độ dốc (β), khả năng chống cắt-lực dính (C), góc ma sát () Trong đó, chiều cao và độ dốc càng tăng thì sự ổn định càng giảm và nếu giữ nguyên độ dốc nhưng khả năng chống cắt tăng thì sự ổn định mái dốc tăng lên Trong thực tế, nền đất không đồng nhất

và tải trọng phân bố phức tạp nên người ta thường phân mảnh khối trượt để tìm hệ số

an toàn ổn định

Hình 2 - 6 : Mái dốc đập vật liệu địa phương

2.2.2 Các phương pháp giải bài toán ổn định trượt của mái dốc hiện nay

2.2.2.1 Phương pháp phân mảnh (thỏi hoặc dải):

a Nguyên lý chung của phương pháp: