(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Công Thắng và GS.TS Phạm Ngọc Khánh, đã dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệThủy Lợi đã tạo điều kiện cho tác giả về thời gian, tài liệu để tham gia khoá học vàhoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến sự quan tâm và giúp đỡ của phòng Đàotạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học Thuỷ lợi, cùng cácthầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội đượchọc tập, trau dồi nâng cao kiến thức trong suốt thời gian vừa qua

Sau cùng là cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các thành viên trong gia đình đã

có những đóng góp quý báu, động viên về vật chất và tinh thần để tác giả hoànthành luận văn này

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy

cô giáo, các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề

tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa” được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Việt Phương, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên

cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực

và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Nguyễn Việt Phương

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài 1

2.Mục đích của đề tài 3

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

3.1.Đối tượng nghiên cứu 3

3.2.Phạm vi nghiên cứu 3

4.Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

4.1.Cách tiếp cận 3

4.2.Các phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1.Tổng quan về hệ thống đê điều nước ta 4

1.2.Hệ thống đê điều tỉnh Thanh Hóa 4

1.3.Hiện trạng đoạn đê sông hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300 5

1.3.1 Hiện trạng đoạn đê xung yếu 5

1.3.2 Nguyên nhân gây sạt lở 6

1.4.Các giải pháp thiết kế bảo vệ cho đoạn đê sông Chu 6

1.4.1 Tổng quát về các giải pháp xử lý chống thấm cho đê hiện có 6

1.4.1.1 Kéo dài đường thấm bằng sân phủ chống thấm 6

1.4.1.2 Giải pháp đắp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê 8

1.4.1.3 Kéo dài đường thấm bằng tường chống thấm dưới nền đê 8

1.4.1.4 Giải pháp khoan phụt nền đê 9

1.4.1.5 Giải pháp làm hệ thống giếng giảm áp hạ lưu 10

1.4.1.6 Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê 11

1.4.1.7 Tạo tầng lọc ngược, dâng cao mực nước nơi dòng thấm xuất lộ 11

1.4.2 Các hiện tượng xảy ra và lựa chọn biện pháp xử lý hiệu quả cho khu vực

nghiên cứu 12

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐOẠN ĐÊ XUNG YẾU 13

2.1.Các phương pháp giải bài toán thấm của đoạn đê\ 13

2.1.1 Tính thấm bằng phương pháp giải tích 13

2.1.1.1 Phương pháp cơ học chất lỏng 13

2.1.1.2 Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng 13

2.1.1.3 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng 14

2.1.2 Tính toán thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm 14

2.1.2.1 Phương pháp giải tích 14

2.1.2.2 Phương pháp thí nghiệm tương tự điện (EGĐA) 15

2.1.2.3 Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp 15

2.1.2.4 Phương pháp vẽ lưới bằng tay 15

2.1.3 Tính toán thấm bằng phương pháp số 15

2.1.3.1 Phương pháp sai phân hữu hạn 15

2.1.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 16

2.2.Tính toán ổn định bằng phương pháp phân tích cân bằng giới hạn chia thỏi 16

2.2.1 Phương pháp Fellenius 17

2.2.2 Phương pháp Bishop đơn giản 18

2.2.3 Phương pháp Janbu tổng quát 19

2.3.Lựa chọn phương pháp tính toán 19

2.4.Giải các bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 20

2.4.1 Sơ lược về lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn 20

2.4.2 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH 20

2.5.Lựa chọn phần mềm để giải các bài toán trên 22

2.6.Giới thiệu phần mềm GeoStudio: 23

2.6.1 Sơ lược về lý thuyết của Modul SEEP/W 23

2.6.2 Sơ lược về lý thuyết của Modul SLOPE/W 25

2.6.2.1 Phương pháp tính toán: 25

2.6.2.2 Tính toán theo xác suất: 25

2.6.2.3 Hình dạng hình học và sự phân lớp: 26

2.6.2.4 Mặt trượt: 26

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐOẠN ĐÊ HỮU SÔNG CHU TẠI K38+700 ĐẾN K39+300 – ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ 27

3.1.Giới thiệu về hiện trạng đoạn đê hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300 27

3.1.1.Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu 27

3.1.2.Địa hình, địa mạo đoạn đê hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300 28

3.1.3.Đặc điểm địa chất công trình 31

3.1.3.1 Đặc điểm địa chất thủy văn 31

3.1.3.2 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền 32

3.1.4.Đặc điểm khí tượng thủy văn 43

3.1.4.1 Khí hậu 43

3.1.4.2 Mạng lưới sông ngòi 43

3.1.4.3 Chế độ dòng chảy 44

3.1.4.4 Tình hình diễn biến sự cố thấm, sạt trượt khu vực từ K38+700 đến K39+300 đê hữu sông Chu 45

3.2.Tính toán thấm và ổn định cho hiện trạng khu vực nghiên cứu 45

3.2.1.Trường hợp tính toán 45

3.2.2.Lựa chọn mặt cắt tính toán 46

3.2.3.2 Tính toán thấm cho mặt cắt tại K38+780 52

3.2.3.3 Tính toán thấm cho mặt cắt tại K39+150 56

3.2.4 Kết luận 60

3.3.Lựa chọn giải pháp khắc phục sự cố 61

1.4.2.1 Phương án 1 61

1.4.2.2 Phương án 2 62

1.4.2.3 Phương án 3 62

1.4.2.4 Lựa chọn phương án 62

3.5 Tính toán ổn định thấm và ổn định tổng thế công trình sau khi khắc phục sự cố .64

3.5.1 Thiết kế hàm lượng xi măng và phụ gia 64

3.5.2 Tính toán lựa chọn cao trình đỉnh vào đáy cọc 65

3.5.2.1 Cao trình đáy cọc 65

3.5.2.2 Cao độ đỉnh cọc 65

3.5.3 Tính toán ổn định thấm và ổn định tổng thể 68

3.5.3.1 Trường hợp tính toán 68

3.5.3.2 Mặt cắt tính toán 68

3.5.3.3 Tính toán ổn định thấm và ổn định tổng thể cho mặt cắt tại K38+960m 68

3.5.3.4 Tính toán ổn định thấm và ổn định tổng thể cho mặt cắt C5+100m 73

3.6.Kết luận 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

1.Kết quả đạt được trong luận văn 80

2.Hạn chế, tồn tại trong quá trình thực hiện 80

3.Hướng khắc phục, đề xuất 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

Tiếng Việt 82

Tiếng Anh 83

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Một số hình ảnh về thực trạng mái đê 2

Hình 2: Một số hình ảnh về hiện tượng vòi thấm phía sông 2

Hình 1.1: Giải pháp sân phủ chống thấm ngoài đê 6

Hình 1.2: Giải pháp sân phủ chống thấm trong đê 7

Hình 1.3: Giải pháp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê 8

Hình 1.4: Giải pháp tường chống thấm 8

Hình 1.5: Giải pháp tạo màng chống thấm 9

Hình 1.6: Giải pháp giếng giảm áp nông 10

Hình 1.7: Giải pháp giếng giảm áp sâu 10

Hình 1.8: Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê 11

Hình 1.9: Ứng cứu sự cố bằng tầng lọc ngược 11

Hình 2.1 : Sơ đồ lưới sai phân 16

Hình 2.2: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định 17

Hình 2.3: Các dạng phần tử thường sử dụng trong PTHH 21

Hình 3.1: Hình ảnh hiện tượng vòi thấm 28

Hình 3.2: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu 28

Hình 3.3: Hiện trạng phía sông khu vực nghiên cứu 29

Hình 3.4: Hình ảnh đỉnh đê kết hợp đường giao thông 30

Hình 3.5: Hiện trạng khu vực dự án 31

Hình 3.6: Bình độ vị trí các hố khoan địa chất 33

Hình 3.7: Mặt cắt ngang địa chất 1-1’ (vị trí tương ứng K38+780) 34

Hình 3.8: Mặt cắt ngang địa chất 2-2’ (vị trí tương ứng K38+960) 34

Hình 3.9: Mặt cắt ngang địa chất 3-3’ (vị trí tương ứng K39+150) 35

Hình 3.10: Mặt cắt dọc địa chất I-I’ (mép nước phía sông) 35

Hình 3.11: Mặt cắt dọc địa chất II-II’ (dọc đỉnh đê) 36

Hình 3.12: Mặt cắt dọc địa chất III-III’ (dọc chân đê phía đồng đê) 36

Hình 3.13: Mặt cắt dọc địa chất IV-IV’ (phía trong đồng) 37

Hình 3.14: Sơ đồ tính toán thấm TH1 cho mặt cắt K38+960 46

Hình 3.15: Mô hình hóa tính toán thấm TH1 cho mặt cắt K38+960 46

Hình 3.16: Đường đẳng cột nước TH1 cho mặt cắt K38+960 47

Hình 3.17: Đường bão hòa nước trong thân đê TH1 cho MC K38+960 47

Hình 3.18: Đường dòng thấm qua thân và nền đê TH1 cho mặt cắt K38+960 47 Hình 3.19:Đường đẳng gradient thấm thân và nền đê TH1 cho mặt cắt K38+960 .47 Hình 3.20: Kết quả tính toán ổn định mái đê phía sông TH1 cho mặt cắt K38+960 48

Hình 3.21: Biểu đồ Gradient thấm mái phía sông TH 1 cho mặt cắt K38+960.48 Hình3.22: Sơ đồ tính toán thấm TH2 cho mặt cắt K38+960 48

Hình3.23: Mô hình hóa tính toán thấm TH2 cho mặt cắt K38+960 49

Hình 3.24: Đường đẳng cột nước TH2 cho mặt cắt K38+960 49

Hình 3.25 Đường bão hòa nước trong thân đê TH2 cho mặt cắt K38+960 49

Hình 3.26: Đường dòng thấm qua thân và nền đê TH2 cho MC K38+960 50

Hình 3.27: Gradient thấm thân và nền đê TH2 cho MC K38+960 50

Hình 3.28: Kết quả TT ổn định mái đê phía sông TH2 cho MC K38+960 50

Hình 3.29: Biểu đồ Gradient thấm mái phía đồng TH 2 51

Hình 3.30: Biểu đồ Gradient bãi phía đồng TH 2 51

Hình 3.31: Đường đẳng cột nước TH1 cho MC K38+780 52

Hình 3.32: Đường bão hòa nước trong thân đê TH1 cho MC K38+780 53

Hình 3.33: Gradient thấm thân và nền đê TH 1 cho MC K38+780 53

Hình 3.34: K.quả TT ổn định mái đê phía sông TH1 cho MC K38+780 53

Hình 3.35: Biểu đồ Gradient thấm mái phía sông TH1 cho mặt cắt K38+780 54 Hình 3.37: Đường b.hòa nước trong thân đê TH2 cho MC K38+780 54

Hình 3.38: Gradient thấm thân và nền đê TH2 cho mặt cắt K38+780 55

Hình 3.39: K.quả TT ổn định mái đê phía sông TH2 cho MC K38+780 55

Hình 3.40: Biểu đồ Gradient thấm mái phía đồng TH2 MC K38+780 56

Hình 3.41: Biểu đồ Gradient bãi phía đồng TH2 MC K38+780 56

Hình 3.42: Đường đẳng cột nước TH1 cho mặt cắt K39+150 57

Hình 3.43: Đường bão hòa nước trong thân đê TH1 cho MC K39+150 57

Hình 3.44: Gradient thấm thân và nền đê TH1 cho MC K39+150 57

Hình 3.45: K.quả TT ổn định mái đê phía sông TH1 cho MC K39+150 58

Hình 3.46: Biểu đồ Gradient thấm mái phía sông TH1 cho MC K39+150 58

Hình 3.47: Đường đẳng cột nước TH2 cho mặt cắt K39+150 58

Hình3.48: Đường bão hòa nước trong thân đê TH2 cho MC K39+150 59

Hình 3.49: Gradient thấm thân và nền đê TH2 cho MC K39+150 59

Hình 3.50: K.quả TT ổn định mái đê phía sông TH2 cho MC K39+150 59

Hình 3.51: Biểu đồ Gradient thấm mái phía đồng TH2 MC K39+150 60

Hình 3.52: Biểu đồ Gradient bãi phía đồng TH2 MC K39+150 60

Hình 3.53: Mặt cắt ngang đại diện 66

Hình 3.54: Sơ đồ tính toán ổn định thấm mặt cắt C5 trường hợp 1 68

Hình 3.55: Đường bão hòa trong thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 1 68

Hình 3.56: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 1 69

Hình 3.57: Gradient lớn nhất trong cọc Xi măng đất mặt cắt C5 TH 1 69

Hình 3.58: Biểu đồ Gradient thấm mái đê phía sông mặt cắt C5 TH 1 69

Hình 3.59: Kết quả tính toán ổn định tổng thể mặt cắt C5 TH 1 70

Hình 3.60: Sơ đồ tính toán ổn định thấm mặt cắt C5 TH 2 70

Hình 3.61: Đường bão hòa trong thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 2 70

Hình 3.62: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 2 71

Hình 3.63: Gradient lớn nhất trong cọc Xi măng đất mặt cắt C5 TH 2 71

Hình 3.64: Biểu đồ Gradient thấm mái và cơ đê phía đồng MC C5 TH2 71

Hình 3.65: Biểu đồ Gradient thấm phạm vi kênh phía đồng mặt cắt C5 TH2 72

Hình 3.66: Biểu đồ Gradient thấm dưới đáy ao phía đồng MC C5 TH2 72

Hình 3.67: Kết quả tính toán ổn định tổng thể MC C5 TH 2 73

Hình 3.68: Sơ đồ tính toán ổn định thấm mặt cắt C5+100m TH 1 73

Hình 3.69: Đường bão hòa trong thân đê và nền đê MC C5+100m TH1 74

Hình 3.70: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5+100m TH 1 74

Hình 3.71: Gradient lớn nhất trong cọc Xi măng đất mặt cắt C5+100m TH1 74

Hình 3.72: Biểu đồ Gradient thấm mái đê phía sông mặt cắt C5+100m TH1 75

Hình 3.73: Kết quả tính toán ổn định tổng thể MC C5+100m TH 1 75

Hình 3.74: Sơ đồ tính toán ổn định thấm mặt cắt C5+100m TH 2 76

Hình 3.75: Đường bão hòa trong thân đê và nền đê MC C5+100m TH2 76

Hình 3.76: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5+100m TH2 76

Hình 3.77: Gradient lớn nhất trong cọc XMĐ mặt cắt C5+100m TH2 77

Hình 3.78: Biểu đồ Gradient thấm mái và cơ đê phía đồng MC C5+100m TH2 77

Hình 3.79: Biểu đồ Gradient thấm phạm vi kênh phía đồng MC C5+100m TH2 77

Hình 3.80: Biểu đồ Gradient thấm dưới đáy ao và ruộng trũng phía đồng mặt cắt C5+100m trường hợp 2 78

Hình 3.81: Kết quả tính toán ổn định tổng thể MC C5+100m TH2 78

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất 1, 2a và 2b 37

Bảng 3.2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 2c, 3 và 4a 39

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 4b, 5a và 5b 40

Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 5c và 6 42

Bảng3.5 Hệ số thấm hiện trường của xi măng đất từ kinh nghiệm các công trình thực tế 64

Bảng 3.6: Kết quả tính toán thử dần chọn cao trình đỉnh cọc 67

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tỉnh Thanh Hóa có 24 sông lớn nhỏ bao gồm: sông Mã, sông Chu, sôngYên, sông Hoạt,… Hệ thống sông ngòi của Thanh Hoá phân bố khá đều với 4 hệthống sông đổ ra biển với 5 cửa lạch chính Hệ thống công trình phòng lũ chạy dọcdòng chảy, với tổng chiều dài đê 1008 km Toàn bộ hệ thống đê bảo vệ cho 17huyện, thị, thành phố với 450 xã, trong đó có 296 xã có đê đi qua Dân số được bảo

vệ ước tính 2,5 triệu người chiếm 83,4% dân số cả tỉnh và hầu hết các trung tâmkinh tế, văn hoá, chính trị của cả tỉnh

Trong những năm vừa qua trên các tuyến đê sông Chu đã được gia cố nângcấp Việc đầu tư xây dựng công trình đê kè đã từng bước hạn chế được sạt lở tại cáckhu vực có diễn biến sạt lở, đảm bảo an toàn cho các tuyến đê, an toàn tính mạng,tài sản của các hộ dân sống ven bờ sông, giảm thiểu thiệt hại, góp phần ổn định dân

cư, phát triển sản xuất, phát triển kinh tế - xã hội của khu vực

Do ảnh hưởng của sự thay đổi thời tiết và sự biến đổi khí hậu trong khu vựcnên mực nước trên các sông thường xuyên có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mùa(mùa lũ và mùa kiệt lớn); bên cạnh đó do đặc điểm địa chất khu vực tuyến đê khôngđồng nhất đã xuất hiện hiện tượng thấm, mạch đùn, mạch sủi, sạt lở, lún sụt khácnhau, đe doạ nghiêm trọng đến an toàn công trình đê điều, tính mạng, tài sản củanhân dân, ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình phát triển kinh tế, xã hội của khuvực

12

Hình 1: Một số hình ảnh về thực trạng mái đê (trượt sạt mái phía sông tại K38+930 và K39+00 vào năm 2010)

Hình 2: Một số hình ảnh về hiện tượng vòi thấm phía sông ( tại vị trí K38+950 và K39+00 vào năm 2010 )

Trước thực trạng trên, vấn đề “Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa” rất quan trọng và mang

tính bức thiết nhằm tìm ra giải pháp gia cố khắc phục những đoạn đê xung yếu vớimục đích ngăn chặn tình hình sạt lở, giảm thiểu thiệt hại do mưa lũ gây ra trên địabàn tỉnh Thanh Hóa nói riêng và trên cả nước nói chung

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phậntỉnh Thanh Hóa

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các yếu tố hình học của mặt cắt đê; ổn định đê (ổn định thấm và ổn định trượtmái); Các đặc trưng về mực nước, nước rút, tính chất cơ lý của địa chất nền đê củađoạn đê hữu sông Chu

lý nền Tất cả các vấn đề đó dẫn đến lãng phí, không phù hợp với từng đoạn đê có

các điều kiện thực tế khác nhau Vì vậy với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp

xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa.” tác giả sẽ

giải quyết được các nhược điểm vừa nêu trên

4.2 Các phương pháp nghiên cứu

1- Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực thủy lợi đặc biệt về đê điều

2- Phương pháp thống kê và phân tích số liệu thực đo

3-Phương pháp hệ thống điều tra thực địa

4- Tính toán phân tích trạng thái ổn định bằng phương pháp phần tử hữu hạn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hệ thống đê điều nước ta

Do đất nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên lũ, bão luôn làmối đe doạ nghiêm trọng, từ hàng nghìn năm nay thì cuộc đấu tranh với thiên nhiên

để phòng chống lũ bão luôn luôn chiếm vị trí hàng đầu trong lịch sử phát triển củađất nước ta

Đến nay Việt Nam có gần 8.000 km đê, trong đó gần 6.000 km đê sông và2.000 km đê biển Riêng đê sông chính có 3.000 km và 1.000 km đê biển quantrọng Có gần 600 kè các loại và 3.000 cống dưới đê Ngoài ra còn có 5000 km bờbao chống lũ sớm, ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long Riêng hệ thống sôngHồng trong đồng bằng Bắc Bộ có 3.000 km đê sông và 1.500 km đê biển

Đặc điểm của quá trình hình thành các tuyến đê ở đồng bằng và trung du Bắc

bộ trong buổi đầu sơ khai là quá trình tự phát do nhân dân làm với trình độ nhậnthức và công cụ lao động lúc đó rất thô sơ Vấn đề chọn tuyến và xử lý nền chỉ đượcgiải quyết hết sức đơn giản Chỉ có những năm sau này một số tuyến đê bị vỡ khi có

lũ lớn hoặc một số nơi có sự đổi dòng hoặc phát triển thêm, việc lực chọn tuyến mớiđược chú ý đầy đủ đến các điều kiện kỹ thuật

Vào mùa lũ, đê làm việc ngăn nước Khi mực nước lũ phía sông lên caochênh lệch cột nước thượng hạ lưu đê là khá lớn, khi đó cột nước thấm lớn, hìnhthành dòng thấm từ sông vào đồng

Vào mùa kiệt, mực nước sông xuống thấp, một số tuyến đê có nhiều ao hồphía trong đồng, tạo chênh cột nước thấm cao, hình thành dòng thấm từ đồng sangsông Hiện tượng thấm này thường gọi là thấm ngược

Với đặc điểm dạng mặt cắt đặc trưng của đê như ở trên là điều bất lợi về biếndạng thấm

1.2 Hệ thống đê điều tỉnh Thanh Hóa

Thanh Hóa có 24 sông lớn nhỏ, với tổng chiều dài đê: 1.008 km Trong đó:

- Đê từ cấp I đến cấp III:

+ Chiều dài: 315 km (Đê cấp I: 64,7km; Cấp II:183,5km; Cấp III: 66,7km)

+ Kè bảo vệ đê: 138 công trình, gồm: 71.435m kè lát mái và 160 mỏ hàn

+ Kè bảo vệ khu dân cư, bãi sông: 18 công trình, với 14.468m kè lát mái và 10 mỏ hàn

+ Cống dưới đê: 242 cống (trong đó có 3 âu)

+ Đê dưới cấp III:

1.3 Hiện trạng đoạn đê sông hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300.

1.3.1 Hiện trạng đoạn đê xung yếu

Khu vực nghiên cứu là đoạn đê phức tạp, trải qua nhiều năm đã từng xảy ranhiều hiện tượng sạt lở, lún sụt, thấm khác nhau và cũng đã được tu sửa nhiều lầntuy nhiên chưa triệt để, cụ thể:

- Hoàn lưu của cơn bão số 2 và số 3 tháng 8 năm 2005 gây mưa lớn làm mái đê phíasông, phía đồng khu vực từ K38+700 đến K39+300 xuất hiện nhiều hố sụt, rãnhxói

- Tháng 5/2007, tại K39+046- K39+150 xảy ra nứt, sạt mái đê, kè: đỉnh cung sạt ởcao trình (+8.30) và kéo dài về hai phía qua đỉnh kè, xuống mái kè (cao trình đỉnhkè:+7,00), khối đất tụt ngồi xuống, sâu từ 0,5-0,9m; phần mái kè nằm trong cung sạt

bị trồi lên, đã được xử lý làm kè năm 2008

- Năm 2010 xuất hiện lún mái kè tại K38+930, ở cao trình+5,07m với kích thước4,3m x 4,6m sâu từ 0,3m đến 2,64m, đã được xử lý trong mùa kiệt năm 2010 (Chitiết xem hình 1 của phần mở đầu)

- Đặc biệt xuất hiện hiện tượng thấm từ đồng sang sông trong đó có 2 lỗ rò tạiK38+950 và K39+000 xuất lộ ở cao trình +1.00 Mùa lũ năm 2010, trên mái kè bị

sụt lún 2 hố và đã được xử lý bằng hình thức làm lọc và tu sửa phần mái kè bị sụtlún Năm 2011 đã xử lý bằng hình thức khoan phụt vữa, nhưng chưa triệt để Hiệnnay nước vẫn chảy thành dòng qua 2 lỗ rò từ đồng sang sông ở cao trình (+1.00);hai hố tụt cũ tiếp tục phát triển: tại K38+950, hố sụt kích thước 8,0m x 6,0m, tụtsâu 0,8m ÷ 1,2m; tại K39+000, hố sụt kích thước 7,0m x 9,0m, tụt sâu 0,8m ÷ 1,1m.(Chi tiết xem hình 2 của phần mở đầu)

Do liên tiếp xảy ra hiện tượng sạt trượt nên đê hữu sông Chu đoạn từK38+700 đến K39+300 luôn được xem là một trong các trọng điểm phòng chốnglụt bão của tỉnh Thanh Hóa

1.3.2 Nguyên nhân gây sạt lở

Theo kết quả khảo sát hiện trạng, thu thập tài liệu, phân tích báo cáokhảo sát địa hình, địa chất và phân tích mô phỏng bài toán tính thấm và ổn định

đê theo phương pháp phần tử hữu hạn với nhiều trường hợp, có thể rút ra nhữngnhận xét dưới đây:

Nguyên nhân thấm trên đoạn đê từ K38+700 đến K39+300 đê hữu sông Chu là

do trong nền đê có các lớp đất có tính thấm mạnh thông từ đồng sang sông kết hợpvới chênh lệch mực nước giữa hai phía sông và đồng

1.4 Các giải pháp thiết kế bảo vệ cho đoạn đê sông Chu

1.4.1 Tổng quát về các giải pháp xử lý chống thấm cho đê hiện có

1.4.1.1 Kéo dài đường thấm bằng sân phủ chống thấm

a Sân phủ chống thấm ngoài đê

Hình 1.1: Giải pháp sân phủ chống thấm ngoài đê

b Sân phủ chống thấm trong đê.

Hình 1.2: Giải pháp sân phủ chống thấm trong đê.

Đối với công trình đê, đây là giải pháp cơ bản thường được áp dụng phổbiến Sân phủ chống thấm như hình vẽ thường được đắp bằng các loại đất dính có

độ thấm nước nhỏ

Giải pháp này nhằm làm giảm gradient áp lực thấm tác dụng lên tầng phủ,đảm bảo điều kiện ổn định thấm cho nền cũng như ổn định thân đê Biện pháp nàyđặc biệt cần thiết khi có các ao hồ, thùng đấu gần chân đê, cần san lấp trả lại tầngphủ và đắp tăng cường chống thấm trực tiếp từ chân đê vào nền đê thấm nướcmạnh Tuy vậy trong trường hợp tầng phủ ngoài đê phía sông đã tương đối dày, chấtlượng đất á sét đã tương đối tốt, thì việc tăng cường bằng đắp thêm sân phủ phíasông sẽ có hiệu quả rất thấp Giải pháp sân phủ chống thấm còn cho phép kết hợpviệc xây dựng các công trình phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế khác trên sân phủsau khi đã xây dựng

Giải pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thi công, giá thành rẻ Nhược điểm

cơ bản của giải pháp là phạm vi xử lý thường phải rộng, ảnh hưởng nhiều đến diệntích canh tác ven đê và sinh sống của nhân dân các làng ven đê

Giải pháp này có thể áp dụng ở nơi có dải đất ven đê rộng và không có dân

cư sinh sống và thuận lợi cho thi công và xây dựng

1.4.1.2 Giải pháp đắp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê

Hình 1.3: Giải pháp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê

Cơ phản áp tiêu nước trong đê có tác dụng giảm gradient áp lực thấm, tăngcường áp lực hữu hiệu cho lớp phủ thấm nước yếu nhưng vẫn tạo điều kiện chonước thoát qua thuận lợi để giảm áp lực thấm

Ưu điểm của giải pháp này là giá thành khá rẻ dễ thi công Tuy nhiên khi thicông cần phải chọn lọc vật liệu đắp đảm bảo thoát nước tốt

Nhược điểm của giải pháp đắp cơ phản áp tiêu nước là phạm vi xử lý phảirộng, ảnh hưởng nhiều đến diện tích canh tác và đất ở của nhân dân ven đê

Giải pháp này có thể áp dụng ở nơi có dải đất phía trong đê đủ rộng không códân cư sinh sống, thuận lợi cho thi công xây dựng

1.4.1.3 Kéo dài đường thấm bằng tường chống thấm dưới nền đê

Hình 1.4: Giải pháp tường chống thấm

Xây dựng tường chống thấm trong tầng chứa nước là giải pháp kỹ thuật được

áp dụng khá phổ biến nhằm kéo dài đường viền thấm, giảm gradient áp lực gây biến

dạng thấm phía trong đê.

Ưu điểm của giải pháp là có thể ngăn hoặc kéo dài đường thấm, giảm gradient

áp lực thấm, không chiếm diện tích đất ven đê, dễ sử dụng và ổn định lâu dài

Nhược điểm của giải pháp là công nghệ thi công phức tạp, giá thành thi công cao, đặc biệt là khi chìều sâu tầng chứa nước cần xử lý lớn thì rất khó áp dụng

Giải pháp này có thể áp dụng cả nơi có diện tích đất ven đê hạn hẹp, đặc biệt

có hiệu quả trong trường hợp tầng chứa nước có chiều dày không lớn

1.4.1.4 Giải pháp khoan phụt nền đê

Hình 1.5: Giải pháp tạo màng chống thấm.

Bơm phụt dung dịch sét, xi măng, silicat… tạo màng chống thấm trong tầngchứa nước với mục đích tăng cường sức cản thấm của trầm tích chứa nước, kéo dàiđường thấm, nâng cao độ bền của trầm tích dưới nền đê

Ưu điểm của giải pháp là không chiếm diện tích đất ven đê, đơn giản, dễ sửdụng, đây là giải pháp có hiệu quả trong trường hợp nền đê có tầng thấm nướcmạnh có chiều dày mỏng nằm trên tầng không thấm

Nhược điểm của giải pháp là khi nền đê có tầng thấm nước mạnh với chiềudày không có giới hạn thì giải pháp này hiệu quả chống thấm rất thấp Hơn nữa, cácđiều kiện kỹ thuật và quy trình phụt vữa gia cố thân và nền đê rất phức tạp, chi phícho khoan phụt rất tốn kém

Giải pháp này có thể áp dụng ở những nơi mà điều kiện cấu trúc nền chophép Thực tế, chiều dày tầng cát thường khá lớn, từ 10 đến 30m, thậm chí 60m,cho nên tính khả thi của biện pháp này rõ ràng hạn chế

1.4.1.5 Giải pháp làm hệ thống giếng giảm áp hạ lưu

a Giải pháp giếng giảm áp nông

Hình 1.6: Giải pháp giếng giảm áp nông

b Giải pháp giếng giảm áp sâu

Hình 1.7: Giải pháp giếng giảm áp sâu

Xây dựng giếng giảm áp kết hợp với rãnh thoát nước ngang có tác dụng thoátnước dưới đất, giảm áp lực thấm tác dụng lên lớp phủ thấm nước yếu phía trong đê.Giếng giảm áp gồm 2 loại: Giếng nông và giếng sâu

Ưu điểm của giải pháp giếng giảm áp là có thể làm giảm mạnh áp lực thấmtác dụng lên tầng phủ thấm nước yếu phía trong đê, đặc biệt là giải pháp giếng nônggiảm áp có chi phí giá thành thấp, thời gian thì công ngắn, diện tích đất chiếm dụng

để xây dựng nhỏ

Nhược điểm của giải pháp này là kỹ thuật thi công phức tạp (đặc biệt là khixây dựng giếng giảm áp sâu), trong quá trình sử dụng cần tiến hành duy tu, bảodưỡng thường xuyên, độ tin cậy của giải pháp phụ thuộc vào quá trình thi công vàbảo trì

Giải pháp có thể áp dụng ở tất cả những nơi mà điều kiện thi công cho phép

1.4.1.6 Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê

Hình 1.8: Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê

Dựa vào địa hình khu vực xây dựng các tầng đê quây giảm cấp phía trong đêtạo ra một cột nước trên diện rộng để làm giảm áp lực thấm phía trong đê cho cácđoạn đê xung yếu

Ưu điểm của giải pháp này là có thể áp dụng đối với bất kỳ dạng cấu trúc nềnnào Nó tận dụng lớp nước được trữ trong các đê quây phía trong đê làm cơ phản

áp Nhược điểm của giải pháp là nếu thiết kế và thi công không tốt, mạch đùn, mạchsủi vẫn xảy ra thì xử lý rất khó khăn và nguy hiểm

Giải pháp có thể áp dụng đối với khu vực có địa hình phù hợp, phạm vi cần xử

lý nhỏ, không có dân cư trong dải đất ven đê cần xử lý

1.4.1.7 Tạo tầng lọc ngược, dâng cao mực nước nơi dòng thấm xuất lộ

Hình 1.9: Ứng cứu sự cố bằng tầng lọc ngược

Trong trường hợp đang xảy ra sự cố xuất hiện các mạch sủi, giải pháp tạo tầnglọc ngược kết hợp dâng cao mực nước nơi dòng thấm xuất lộ là một giải pháp hữuhiệu, được áp dụng phổ biến hiện nay

Ưu nhược điểm của giải pháp là có thể xử lý trong tình huống cấp bách bảo vệ

ổn định nền đê Nhược điểm của nó là không có tác dụng lâu dài, mang tính tạmthời Vì vậy, cần phải xử lý lại sau khi sự cố đã qua và phải áp dụng các giải phápkhác có độ tin cậy cao và hiệu quả hơn

1.4.2 Các hiện tượng xảy ra và lựa chọn biện pháp xử lý hiệu quả cho khu vực nghiên cứu

Hiện tượng thấm tại trên tuyến đê hữu sông Chu đoạn từ K38+700 đếnK39+300 là hiện tượng thấm từ đồng ra sông (thấm ngược) Do địa hình khu vực dự

án phía sông cơ đê rất hẹp, chân đê gần như sát với dòng chảy nên các giải pháp tácđộng đến vùng hạ lưu của dòng thấm (chân đê phía sông) như: làm hệ thống giếng

hạ áp, tạo tầng lọc ngược, nâng cao mực nước hạ lưu, xây dựng các tuyến đê quâygiảm cấp phía trong đê, là không khả thi

Biện pháp khoan phụt vữa gia cố thân đê cũng đã được địa phương nghiêncứu thực hiện nhưng hiện nay không cho hiệu quả tốt Dòng thấm vẫn có diễn biếnxấu, phức tạp, ảnh hưởng đến an toàn của tuyến đê

Khu vực phía đồng của đoạn đê nghiên cứu hiện nay rất nhiều ao hồ, vàruộng lúa nước, đây là một trong nguồn nước thấm ra phía sông về mùa khô Các ao

hồ này hiện tại được xử dụng để nuôi cá giống và cá thương phẩm, là nguồn thuchính của nhân dân khu vực dự án nên giải pháp lấp ao hồ, tạo tầng phản áp phíathượng lưu, chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ nuôi cá, trồng lúa nước sang trồng câymàu, sẽ gây tác động tới diện tích lớn, ảnh hưởng nhiều đến đời sống dân sinh,khó có thể thực hiện ngay

Phía ngoài chân đê phía đồng, trong kênh tưới B9 hiện nay tồn tại một thềm

cơ hẹp có chiều rộng trung bình từ 10 đến 20m Nếu sử dụng giải pháp xây tườngchống thấm thì tường chống thấm có thể đặt tại vị trí này mà không ảnh hưởng đếndân sinh Do vậy, đây là giải pháp phù hợp nhất để chống thấm ngược cho đê hữusông Chu đoạn từ K38+700 đến K39+300

Thực chất của việc giải quyết vấn đề này là chúng ta phải tiến hành giải quyếtbài toán thấm và ổn định tổng thể của khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI THẤM VÀ ỔN ĐỊNH

CỦA ĐOẠN ĐÊ XUNG YẾU

2.1 Các phương pháp giải bài toán thấm của đoạn đê\

- Đường đẳng thế, gọi tắt là đường thế, là tập hợp các điểm có cùng cột nước h(h=const)

- Đường dòng là quỹ đạo chuyển động của một hạt nước trong miền thấm

Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng, hai họ đường này trực giaonhau.Với một số bài toán có biên đơn giản, Pavlôpxki đã viết được phương trìnhcủa họ đường dòng, đường thế, xác định được cột nước thấm, gradient thấm tại mộtđiểm bất kỳ và tìm được lưu lượng thấm

2.1.1.2 Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng

Với các đường viền thấm phức tạp có 2,3 hay nhiều hàng cừ, Pavlôpxki đã dùngphương pháp phân đoạn để giải gần đúng bài toán thấm Sau đó Trugaep đã pháttriển thành phương pháp hệ số sức kháng, đưa ra các công thức giải tích để tính hệ

số sức kháng cho từng đoạn Viện sĩ Lavrenchiep đề xuất phương pháp biến đổi các

cừ, dẫn đến các bảng tra để xác định áp lực thấm tại các điểm đặc trưng của đườngviền thấm.

2.1.1.3 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Khi phương pháp cơ học chất lỏng chưa phát triển thì người ta đã dùngphương pháp tỷ lệ đường thẳng (TLĐT) để giải các bài toán thấm qua nền côngtrình Phương pháp này do Blai đề xướng dựa trên các tài liệu quan trắc từ các côngtrình thực tế Ông cho rằng dọc theo tia dòng đầu tiên (đường viền thấm của côngtrình), độ dốc thủy lực không thay đổi, không phụ thuộc vào hình dạng của đườngviền thấm (có cừ hay không có cừ) Từ giả thiết này, có thể vẽ được biểu đồ áp lựcthấm lên đáy công trình, tính được gradient và lưu tốc thấm bình quân trong toànmiền thấm

Trong quá trình giải bài toán thấm, dựa vào sự quan trắc tỷ mỉ hơn quá trìnhtổn thất cột nước thấm dọc theo đường dòng đầu tiên, Len đã phát hiện ra rằng trênnhững đoạn đường viền thẳng đứng, mức độ tiêu hao cột nước thấm lớn hơn so vớiđoạn đường viền nằm ngang Từ đó Len đã đề xuất việc cải tiến phương pháp củaBlai để các kết quả thu được phù hợp hơn so với thực tế

Ngày nay mặc dù đã có nhiều phương pháp hiện đại để tính thấm, nhưngphương pháp TLĐT vẫn còn được sử dụng trong những trường hợp sau:

- Đối với các công trình nhỏ, tầng thấm mỏng, đường viền thấm đơn giản: giải theophương pháp TLĐT cho kết quả chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

- Đối với các công trình lớn: thường dùng phương pháp TLĐT để sơ bộ kiểm trachiều dài đường viền thấm trước khi đi vào tính toán theo các phương pháp chínhxác hơn

- Đối với các công trình trên nền đá: thường áp dụng phương pháp này để tính toán

áp lực thấm lên đáy công trình

2.1.2 Tính toán thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm

2.1.2.1 Phương pháp giải tích

Phương pháp này chỉ áp dụng được với một số sơ đồ miền thấm đơn giản nhất

2.1.2.2 Phương pháp thí nghiệm tương tự điện (EGĐA)

Phương pháp này dựa trên cơ sở tương tự về hình thức giữa phương trình mô

tả dòng thấm và phương trình dòng điện trong môi trường dẫn điện Viễn sĩPavlôpxki đã nghiên cứu dùng máy EGĐA để vẽ lưới thấm cho các dạng miền thấmkhác nhau Phương pháp này có ưu điểm là bảo đảm mức chính xác cao, giải đượccác trường hợp miền thấm phức tạp, môi trường thấm không đồng nhất, không đẳnghướng và các bài toán thấm không gian

2.1.2.3 Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp

Dựa trên sự tương tự về hình thức giữa phương trình mô tả dòng thấm trongmôi trường thấm với phương trình mô tả dòng chảy tầng của chất lỏng nhớt trongmột khe hẹp giữa 2 tấm kính, Aravin đã thiết lập được các biểu thức tương quangiữa 2 loại chuyển động này Trong thí nghiệm, dung các tia màu để đánh dấuđường dòng và dùng suy diễn (theo tính chất trực giao của lưới thấm) để vẽ đườngthế

Do những khó khăn về kỹ thuật thực hành, phương pháp mô hình khe hẹpcòn chưa được ứng dụng rộng rãi

2.1.2.4 Phương pháp vẽ lưới bằng tay

Dựa vào các đặc điểm của lưới thấm ta có thể vẽ được lưới thấm bằng taycho những miền thấm phẳng, đồng nhất đẳng hướng Cách thức thực hiện là vẽ vàsửa dần cho đến khi đạt được một lưới thấm trực giao có các mắt lưới hình vuôngcong Mức độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệmcủa người vẽ, nói chung có thể đạt được độ chính xác yêu cầu của bài toán kỹ thuật

2.1.3 Tính toán thấm bằng phương pháp số

2.1.3.1 Phương pháp sai phân hữu hạn

Miền thấm được chia thành những ô hình chữ nhật có kích thước bằng nhauaxb như hình vẽ 2.1:

Hình 2.1 : Sơ đồ lưới sai phân

Các đại lượng vi phân dh, dx, dy được chuyển thành những đại lượng sai phântương ứng ∆h, ∆x, ∆y Những đạo hàm riêng cấp một và cấp hai ∂h

Trong đó x,y là tọa độ của điểm nút cần xét thuộc lưới

trình đại số tuyến tính để tìm các giá trị h(x,y) tại những điểm nút

Phương pháp sai phân tuy đơn giản nhưng ít được dung để giải các bài toán thấm có điều kiện biên phức tạp do những nhược điểm về kỹ thuật chia lưới

Hình 2.2: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định

Xét các lực tác dụng vào 1 thỏi trượt có thể có: Trọng lượng bản thân thỏi,lực pháp tuyến, lực tiếp tuyến ở mặt bên và đáy lát, áp lực thấm, lực do động đất, tảitrọng công trình áp lực nước do mái dốc ngập nước, áp lực nước trong khe nứt

Hệ số an toàn (K) và vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất được xác định bằngcách thử dần Giả thiết nhiều mặt trượt khác nhau, với mỗi mặt trượt giả định, xácđịnh các lực tác dụng vào từng lát trượt đã được chia nhỏ, dùng các phương trìnhcân bằng tĩnh học để xác định hệ số an toàn tương ứng

αi: góc giữa tiếp tuyến với đáy lát với phương ngang

c’; ϕ’: Lực dính và góc ma sát trong của đất dưới đáy lát tính theo ứng suất hữu hiệu

li: chiều dài đáy lát thứ i.

ui: áp lực nước kẽ rỗng tại đáy lát

Số các mảnh tính toán không được nhỏ hơn 5, số lát càng lớn độ chính xáccàng cao

2.2.2 Phương pháp Bishop đơn giản

Khái niệm áp lực lỗ rỗng (u) và ứng suất hiệu quả (σ') được K.Terzaghi đềnghị năm 1926:

: Cột nước đo áp lỗ rỗng ở điểm giữa của đáy cột đất tính toán

Dòng thấm có áp sẽ làm thay đổi giá trị ứng suất tổng: ứng suất tổng tăng thìứng suất hiệu quả giảm làm ảnh hưởng đến ổn định đê

Phương pháp tính ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop đơn giản (bỏ lực

ma sát tương tác giữa các thỏi ) được tính như sau:

Gi : Trọng lượng riêng của dải đất (kN)

li : Chiều dài dây cung của đáy dải đang tính toán (m)

N': Là đại lượng được xác định theo công thức:

Lực thấm biểu thị thông qua áp lực nước tác dụng lên đáy dải theo phương pháp tuyến và mặt trượt (kN/m2).

2.2.3 Phương pháp Janbu tổng quát

Xli, Xri, Eli, Eri: Lực tương tác theo phương đứng bên trái và bên phải,

theo phương ngang bên trái và bên phải lát thứ i

D : Tải trọng đường (lực trên 1 đơn vị chiều rộng)

ω : Góc của các tải trọng đường với phương ngang

k : Hệ số động đất theo phương ngang

2.4 Giải các bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

2.4.1 Sơ lược về lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ra đời vào cuối những năm 50 nhưngrất ít được sử dụng vì công cụ tính toán còn chưa phát triển Vào cuối những năm

60, phương pháp PTHH đặc biệt phát triển nhờ vào sự phát triển nhanh chóng và sửdụng rộng rãi của máy tính điện tử Đến nay có thể nói rằng phương pháp PTHHđược coi là phương pháp có hiệu quả nhất để giải các bài toán cơ học vật rắn nóiriêng và các bài toán cơ học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thủy khílực học, bài toán về từ trường và điện trường

Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp PTHH là dễ dàng lậpchương trình để giải trên máy tính, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa tínhtoán hàng loạt kết cấu với những kích thước, hình dạng, mô hình vật liệu và điềukiện làm việc khác nhau

Phương pháp PTHH cũng thuộc loại bài toán biến phân, song nó khác vớicác phương pháp biến phân cổ điển như phương pháp Ritz, phương phápGalerkin… ở chỗ nó không tìm dạng hàm xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miềnnghiên cứu mà chỉ trong từng miền con thuộc miền nghiên cứu đó Điều này đặcbiệt thuận lợi đối với những bài toán mà miền nghiên cứu gồm nhiều miền con cónhững đặc tính cơ lý khác nhau, ví dụ như bài toán phân tích ứng suất trong đập,trong nền không đồng chất, bài toán thấm qua đập vật liệu địa phương…

2.4.2 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH

1 Chia miền tính toán thành nhiều các miền con gọi tắt là các phần tử

Các phần tử này được nối với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút Các điểm nútnày có thể là đỉnh các phần tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên mặt(cạnh) của phần tử

Các phần tử thường được sử dụng là các phần tử dạng thanh, dạng phẳng,dạng khối trên hình 2.3

2 Trong phạm vi của mỗi phần tử ta giả thiết một dạng phân bố xác định nào

đó của hàm cần tìm

Thông thường giả thiết các hàm này là những đa thức nguyên mà các hệ sốcủa đa thức này gọi là các thông số Trong phương pháp PTHH, các thông số nàyđược biểu diễn qua các trị số của hàm và có thể là các trị số của các đạo hàm của nótại các điểm nút của phần tử.

Hình 2.3: Các dạng phần tử thường sử dụng trong PTHH

Tùy theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ mà trong các bài toán kết cấu ta thườngchia 3 loại mô hình:

a Mô hình tương thích: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bố của

chuyển vị trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình nàyđược thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange

b Mô hình cân bằng: Ứng với mô hình này ta biểu diễn dần đúng dạng phân bố của

ứng suất hay nội lực trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng

mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano

c Mô hình hỗn hợp: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả

chuyển vị lẫn ứng suất trong phần tử Ta coi chuyển vị và ứng suất là 2 yếu tố độclập riêng biệt Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được thiếtlập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reisner-Hellinger

Như trên đã nói, các hàm xấp xỉ thường được chọn dưới dạng đa thứcnguyên Dạng của đa thức này được chọn như thế nào đó để bài toán hội tụ, cónghĩa là ta phải chọn đa thức thế nào đó để khi tăng số phần tử lên khá lớn thì kếtquả tính toán sẽ tiệm cận tới kết quả chính xác

Chú ý rằng hàm xấp xỉ cần phải chọn để đảm bảo được một số yêu cầu nhấtđịnh, nhưng để thỏa mãn một cách chặt chẽ tất cả các yêu cầu thì sẽ có nhiều phứctạp trong việc chọn mô hình và lập thuật toán giải Do đó trong thực tế người ta phải

giảm bớt một số yêu cầu nào đó nhưng vẫn đảm bảo nghiệm đạt được độ chính xácyêu cầu.

Trong 3 mô hình trên thì mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả,còn 2 mô hình sau chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài toán nhất định

3 Thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán:

Để thiết lập hệ phương trình cơ bản cho bài toán giải bằng phương phápPTHH ta dựa vào các nguyên lý biến phân Từ các nguyên lý biến phân ta rút rađược hệ phương trình cơ bản của bài toán dựa trên thuật toán của phương phápPTHH có dạng hệ phương trình đại số tuyến tính:

4 Giải hệ phương trình cơ bản:

Giải hệ (2-1) sẽ tìm được các ẩn số tại các điểm nút của toàn miền nghiên cứu

5 Xác định các đại lượng cơ học cần tìm khác:

Để xác định các đại lượng cơ học cần tìm khác ta dựa vào các phương trình

cơ bản của lý thuyết đàn hồi, hoặc phương trình cơ bản của lý thuyết thấm

2.5 Lựa chọn phần mềm để giải các bài toán trên.

Hiện nay có khá nhiều phần mềm tính toán phục vụ cho thiết kế và thi công

về địa kỹ thuật như bộ phần mềm GEOSTUDIO, PLAXIS, GEO5, PLaC Mỗiphần mềm đều có thế mạnh, điểm yếu riêng Về phương diện so sánh ưu, nhược củacác phần mềm tác giả không phân tích ở luận văn này do tính bản quyền của từngphần mềm và do từng người và từng mục đích sử dụng khác nhau Về lĩnh vực thiết

kế đê tác giả nhận thấy bộ phần mềm GEOSTUDIO do Công ty GEO-SLOPEInternational Ltd của Canada sản xuất là phổ biến và khá phù hợp, nhất là trong vấn

đề tính thấm – bài toán cốt lõi của thiết kế đê GeoStudio cho kết quả tính toán kháchính xác, dễ dàng liên kết các mô đun tính thấm, ổn định mái đê Với lịch sử pháttriển từ lâu đời và không ngừng cải tiến của phần mềm này, việc giải quyết các bàitoán địa kỹ thuật trở nên đơn giản và chính xác hơn Trong luận văn này tác giảchọn bộ phần mềm GEO-Studio làm công cụ để tính toán

2.6 Giới thiệu phần mềm GeoStudio:

Trong phần ứng dụng tính toán cho công trình, tác giả sử dụng phần mềmGEOSTUDIO để tính toán kiểm tra ổn định thấm, trượt mái đê và phân tích trạngthái ứng suất, biến dạng qua đê hữu sông Chu GEOSTUDIO là một bộ chươngtrình để giải các bài toán Địa kỹ thuật, do Công ty GEO-SLOPE International Ltdcủa Canada sản xuất Cho đến thời điểm hiện nay, bộ chương trình này đã được hơn

100 nước trên thế giới sử dụng và được đánh giá là bộ chương trình mạnh nhất, kếtquả tính toán có độ tin cậy cao, nó gồm 8 MODUL sau:

MODUL 6 (QUAKE/W) : Bài toán động đất phân tích đồng thời dựa

trên tổ hợp các MODUL ở trên

MODUL 7 (VADOSE/W): Phân tích bốc hơi theo phương pháp Phần tử hữu

Trong luận văn này sử dụng Modul SEEP/W để tính toán kiểm tra ổn địnhthấm cho công trình và sử dụng Modul SLOPE/W để phân tích ổn định mái dốc

2.6.1 Sơ lược về lý thuyết của Modul SEEP/W.

Modul SEEP/W được thiết lập theo phương pháp phần tử hữu hạn để tínhtoán cho dòng thấm trong đới bão hoà và không bão hoà Phần khác nhau chính của

dòng thấm trong đới bão hoà và không bão hoà là ở chỗ, trong đới bão hòa thì hệ sốthấm là hằng số, trong đới không bão hoà thì hệ số thấm thay đổi rất lớn theo sựthay đổi của áp lực nước lỗ rỗng Sự thay đổi của hệ số thấm khi áp lực nước lỗrỗng thay đổi làm cho các phương trình trong phương pháp phần tử hữu hạn trở nênkhông tuyến tính.

Sự thay đổi dung lượng thể tích nước trong một đơn vị phần tử tại một điểmtrong không gian chính bằng hiệu lưu lượng nước chảy vào và chảy ra và được biểudiễn bằng phương trình vi phân (2-2):

: Dung trọng của nước

Ở trạng thái ổn định, lượng nước chảy vào bằng với lượng nước chảy ra và phương trình (2-2) trở thành

SLOPE/W đưa ra rất nhiều các phương pháp tính toán khác nhau để chongười dùng có thể chọn phương pháp phù hợp nhất với bài toán của mình.

2.6.2.2 Tính toán theo xác suất:

SLOPE/W có thể thực hiện tính toán ổn định mái dốc về mặt xác suât, đểtính toán sự thay đổi và mức độ không chắc chắn của các thông số đầu vào Sử dụngphương pháp Monter-Carlo, việc tính toán tần suất cho phép bạn định lượng về mặtthống kê tần suất phá hoại của mái dốc Các kết quả từ các phép thử Monter-Carlo

có thể sử dụng để tính toán tần suất phá hoại của mái dốc và tính toán mật độ tầnsuất cũng như hàm phân phối của hệ số an toàn Sự thay đổi có thể xem xét đối vớicác thông số của vật liệu như dung trọng, lực dính và góc ma sát, áp lực kẽ rỗng, tảitrọng và hệ số động đất

2.6.2.3 Hình dạng hình học và sự phân lớp:

SLOPE/W có thể sử dụng để mô hình hoá rất nhiều dạng hình học và độphân lớp của mái dốc như nhiều loại đất, một phần ngập trong nước, các địa tầngkhông liên tục và có chiều dầy khác nhau, các lớp đất không cắt xuyên được, cácvết nứt do kéo khô hoặc chứa đầy nước Các kẽ nứt do kéo có thể mô hình bằngcách thể hiện một đường nứt hoặc là góc nghiêng lớn nhất của mặt trượt

2.6.2.4 Mặt trượt:

SLOPE/W dùng một lưới các tâm trượt và rất nhiều bán kính để mô hình mặttrượt dạng trụ hoặc hình dạng phức hợp SLOPE/W cũng còn có thể thể hiện mặttrượt dạng khối hoặc mặt trượt do người tính vẽ để mô hình hoá những mặt trượtkhông phải dạng trụ tròn

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐOẠN ĐÊ HỮU SÔNG CHU

TẠI K38+700 ĐẾN K39+300 – ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ

3.1 Giới thiệu về hiện trạng đoạn đê hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300

3.1.1 Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu nằm trên bờ hữu sông Chu đoạn tương ứng từ K38+700đến K39+300 thuộc xã Thiệu Tâm, huyện Thiệu Hóa, tỉnh Thanh Hóa Đây là đoạn

đê kết hợp đường giao thông liên huyện của nhân dân địa phương và các xã lân cận.Đỉnh đê được trải nhựa năm 2008 với bề rộng mặt B=5,0m, lề rộng 1,0m Phía đồng

là kênh tưới B9 cách chân đê từ 12m÷20m chạy dọc theo đê, phía trong kênh B9 là

ao sâu ruộng trũng kết hợp với nhà dân ở xen kẽ Phía sông chủ lưu dòng chảy ápsát chân đê tạo thành vực sâu gây nguy hiểm đến an toàn của đê nên đây là mộttrong các trọng điểm phòng chống lụt bão của tỉnh Thanh Hóa, nhiều năm đã xảy rahiện tượng sạt trượt:

- Sau cơn bão số 2 và số 3 tháng 8/2005 mái đê phía sông và phía đồng xuất hiệnnhiều hố tụt, rãnh xói

- Tháng 5/2007, tại K39+046- K39+150 xảy ra nứt, sạt mái đê, kè: đỉnh cung sạt ởcao trình (+8.30) và kéo dài về hai phía qua đỉnh kè, xuống mái kè (cao trình đỉnhkè:+7,00), khối đất tụt ngồi xuống, sâu từ 0,5m÷0,9m; phần mái kè nằm trong cungsạt bị trồi lên

- Đặc biệt xuất hiện hiện tượng thấm từ đồng sang sông trong đó có 2 lỗ rò tạiK38+950 và K39+000 xuất lộ ở cao trình +1.00 Mùa lũ năm 2010, trên mái kè bịsụt lún 2 hố và đã được xử lý bằng hình thức làm lọc và tu sửa phần mái kè bị sụtlún Năm 2011 đã xử lý bằng hình thức khoan phụt vữa, nhưng chưa triệt để Hiệnnay nước vẫn chảy thành dòng qua 2 lỗ rò từ đồng sang sông ở cao trình (+1.00);hai hố tụt cũ tiếp tục phát triển: tại K38+950, hố sụt kích thước 8,0m x 6,0m, tụtsâu 0,8m÷1,2m; tại K39+000, hố sụt kích thước 7,0m x 9,0m, tụt sâu 0,8m÷1,1m

Khu vực nghiên cứu

Hình 3.1: Hình ảnh hiện tượng vòi thấm

Hình 3.2: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu

3.1.2 Địa hình, địa mạo đoạn đê hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300.

Đây là đoạn đê kết hợp đường giao thông liên huyện của nhân dân địaphương và các xã lân cận Đỉnh đê được trải nhựa năm 2008 với bề rộng mặtB=5,0m, lề rộng 1,0m Phía đồng là kênh tưới B9 cách chân đê từ (12-20), phíatrong kênh B9 là ao sâu ruộng trũng kết hợp với nhà dân ở xen kẽ Phía sông chủlưu dòng chảy áp sát chân đê tạo thành vực sâu gây nguy hiểm đến an toàn của đê,

cụ thể đặc điểm địa hình chia làm 3 khu vực như sau:

- Khu vực phía sông: Đây là khu vực đê sát sông, phía ngoài mái đê phía sông là mái

kè, lòng sông biến đổi từ cao trình -2,0 đến -3,0 Khu vực nghiên cứu mặt cắt ướtlòng sông bị thu hẹp do phía bờ tà xuất hiện một bãi cát bồi ở cao trình mặt bãitrung bình +1,0, chiều rộng bãi khoảng 70m Lạch sâu khu vực nghiên cứu áp sátvào phía bở hữu

Mái kè phía sông

Hình 3.3: Hiện trạng phía sông khu vực nghiên cứu

- Trong phạm vi đê: Đỉnh đê ở cao trình trung bình khoảng +12,25, mặt đê rộng 5,5mđến 6,5m kết hợp làm giao thông Mái đê phía sông có hệ số mái m=2,0, một số vịtrí được làm kè đá gia cố Mái đê phía đồng hệ số mái m=2,5÷3, trồng cỏ Phía tiếpgiáp chân đê phía đồng là kênh B9 bề rộng mặt khoảng 8m, bề rộng đáy khoảng3,5m