Tài liệu Bài giảng thiết kế đập 3 - Thầy Nguyễn Cảnh Thái - Trường Đại Học Thủy Lợi

34 PhÇn IV: ¸p lùc kÏ rçng trong th©n ®Ëp 4.1. C¸c tr¹ng th¸i nguy hiÓm: C¸c lùc chñ yÕu bÊt lîi g©y mÊt æn ®Þnh cña ®Ëp vËt liÖu ®Þa ph¬ng lµ träng lùc vµ lùc thÊm. Träng lùc lµ h»ng sè trõ trêng hîp ®éng ®Êt. Trong ®iÒu kiÖn tÜnh c¸c tr¹ng th¸i nguy hiÓm ph¸t sinh tõ lùc thÊm vµ ¸p lùc kÏ rçng. V× kh¶ n¨ng chèng c¾t cña vËt liÖu gi¶m xuèng khi ¸p lùc kÏ rçng t¨ng nªn cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng víi ®é chÝnh x¸c cao cã thÓ trong c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau ®Ó viÖc tÝnh to¸n æn ®Þnh ®¸ng tin cËy. Khi tÝnh to¸n æn ®Þnh ®Ëp, mét sè trêng hîp nguy hiÓm thêng ®îc xem xÐt nh c¸c trêng hîp ®Ëp võa thi c«ng xong, dßng thÊm æn ®Þnh khi mùc níc trong hå cao, mùc níc thîng lu rót ®ét ngét. 4.1.1. Khi võa thi c«ng xong: MiÒn vËt liÖu kh«ng thÊm cña lâi ®Ëp thêng ®îc ®¾p víi mét ®é Èm vµ dung träng ( ) nµo ®ã, th«ng thêng ®é b·o hoµ cña ®Êt ®¾p ®Ëp vµo kho¶ng 80  90%. w Khi ®Ëp ®îc ®¾p cao lªn c¸c líp ®Êt phÝa trªn sÏ lµm c¸c líp phÝa díi bÞ nÐn l¹i dÉn ®Õn sù ph¸t triÓn cña ¸p lùc kÏ rçng. H×nh 4.1 ¸p lùc kÏ rçng trong th©n ®Ëp trong qu¸ tr×nh thi c«ng 35 Th«ng thêng ¸p lùc kÏ rçng lín nhÊt sÏ h×nh thµnh t¹i giai ®o¹n cuèi cña qu¸ tr×nh thi c«ng. Gi¸ trÞ ¸p lùc kÏ rçng thêng b»ng kho¶ng 50% träng lîng khèi ®Êt ®¾p bªn trªn, trong mét sè trêng hîp khi ®Êt ®¾p ®Ëp lµ ®Êt sÐt ¸p lùc kÏ rçng cã thÓ lªn ®Õn 60-80% träng lîng khèi ®Êt ®¾p bªn trªn. ¸p lùc kÏ rçng cã thÓ nguy hiÓm cho c¶ m¸i thîng, h¹ lu cña ®Ëp. H×nh 4.2 biÓu diÔn sö thay ®æi cña ¸p lùc kÏ rçng trong th©n ®Ëp, ®é æn ®Þnh cña m¸i ®Ëp trong qu¸ tr×nh thi c«ng. §Ëp ®îc ®¾p cµng cao ¸p lùc kÏ rçng cµng t¨ng, hÖ sè an toµn æn ®Þnh cµng gi¶m. HÖ sè an toµn æn ®Þnh nhá nhÊt ë thêi ®iÓm võa thi c«ng xong, sau ®ã ¸p lùc kÏ rçng tiªu t¸n dÇn dÉn ®Õn hÖ sè an toµn æn ®Þnh t¨ng lªn. sè an toµn vµ rçng theo thêi H×nh 4.2 HÖ ¸p lùc kÏ gian 4.1.2. Khi dßng thÊm æn ®Þnh khi hå ®Çy níc Sau khi níc trong hå d©ng ®Çy mét thêi gian nµo ®ã, dßng thÊm sÏ ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i æn ®Þnh. Lùc thÊm híng vÒ phÝa h¹ lu. Trªn ph¬ng diÖn ¸p lùc kÏ rçng, ¸p lùc kÏ rçng cao xuÊt hiÖn ë phÝa thîng lu nhng nã ®îc c©n b»ng l¹i bëi ¸p lùc thuû tÜnh t¸c dông lªn m¸i thîng lu, v× vËy trong trêng hîp dßng thÊm æn ®Þnh chØ g©y ra nguy hiÓm cho m¸i h¹ lu. 4.1.3. Khi mùc níc thîng lu rót ®ét ngét: Sau khi ®¹t tr¹ng th¸i thÊm æn ®Þnh, nÕu mùc níc hå h¹ thÊp ®ét ngét hoÆc h¹ rÊt nhanh lµm cho viÖc tho¸t níc tõ bé phËn phÝa trªn cña m¸i thîng lu ®Ëp kh«ng theo kÞp. Trong ®iÒu kiÖn nµy ®Êt trong ®Ëp vÉn ë tr¹ng th¸i b·o hoµ. Trong khi ®ã ¸p lùc thuû tÜnh phÝa thîng lu kh«ng cßn n÷a, dßng thÊm h×nh thµnh tõ khu b·o hoµ ch¶y 36 c¶ vÒ hai phÝa thîng, h¹ lu. §èi víi m¸i h¹ lu trêng hîp nµy Ýt nguy hiÓm h¬n so víi trêng hîp thÊm æn ®Þnh. Trêng hîp níc rót ®ét ngét nguy hiÓm cho m¸i thîng lu. ViÖc rót níc hoµn toµn thêng kh«ng x¶y ra v× níc trong hå kh«ng thÓ h¹ thÊp h¬n ngìng th¸o. §èi víi ®Ëp ®¸ ®æ têng lâi líp vá cã hÖ sè thÊm t¬ng ®èi lín trêng hîp nguy hiÓm nhÊt cã thÓ kh«ng ph¶i lµ trêng hîp mùc níc h¹ hoµn toµn mµ cã thÓ lµ mùc níc h¹ ®Õn mét gi¸ trÞ trung gian nµo ®ã. Cã rÊt nhiÒu ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng ®èi víi 3 trêng hîp nguy hiÓm sÏ ®îc ®Ò cËp ë c¸c phÇn sau ®©y. 4.2. ¸p lùc kÏ rçng t¹i cuèi thêi ®o¹n thi c«ng V× ®Êt ®¾p ®Ëp cha b·o hoµ hoµn toµn, trong lç rçng cña ®Êt cã chøa c¶ níc lÉn kh«ng khÝ. Khi ®Ëp ®îc ®¾p, kh«ng khÝ trong lç rçng bÞ nÐn l¹i vµ mét phÇn cña t¶i träng bªn trªn truyÒn vµo cèt ®Êt. Mét phÇn t¶i träng do níc trong lç rçng chÞu h×nh thµnh nªn ¸p lùc kÏ rçng. ¸p lùc kÏ rçng d chØ biÕn mÊt khi qu¸ tr×nh tho¸t níc díi t¸c dông cña ¸p lùc kÏ rçng kÕt thóc. §èi víi ®Ëp cã miÒn ®Êt cã hÖ sè thÊm nhá kh¸ lín, ¸p lùc kÏ rçng t¹i cuèi giai ®o¹n thi c«ng vÉn cßn kh¸ lín. ViÖc x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng trong th©n ®Ëp mét c¸ch chÝnh x¸c trong qu¸ tr×nh thi c«ng b»ng c¶ lý thuyÕt lÉn thùc nghiÖm gÆp nhiÒu khã kh¨n. 4.2.1. C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn ¸p lùc kÎ rçng trong qu¸ tr×nh thi c«ng §é Èm: ®©y lµ yÕu tè ¶nh hëng quan träng nhÊt ®Õn viÖc ph¸t triÓn ¸p lùc kÏ rçng trong qu¸ tr×nh thi c«ng. §Ó ®¹t ®îc dung träng kh« nhÊt ®Þnh, tån t¹i mét ®é Èm tèi u mµ ngêi ta cã thÓ ®¹t ®îc dung träng kh« ®ã víi n¨ng lîng ®Çm nhá nhÊt tuy nhiªn ngêi ta vÉn cã thÓ ®¹t ®îc dung träng kh« ®ã nÕu dïng n¨ng lîng ®Çm lín h¬n khi ®é Èm cao h¬n hay thÊp h¬n ®é Èm tèi u. VËt liÖu ®îc ®Çm víi ®é Èm cao h¬n ®é Èm tèi u sÏ linh ho¹t h¬n nghÜa lµ cã thÓ chÞu ®îc biÕn d¹ng lín h¬n, chªnh lÖch lón lín h¬n mµ vÉn kh«ng bÞ nøt. §©y lµ vÊn ®Ò quan träng cÇn c©n nh¾c trong trêng hîp ®Ëp cao ®¾p ë thung lòng hÑp. §Êt ®Çm ë ®é Èm nhá h¬n ®é Èm tèi u sÏ gißn h¬n, dÔ bÞ nøt gÉy. MÆt kh¸c ®Êt ®Çm nÕu ë ®é Èm nhá h¬n ®é Èm tèt u sÏ cã m«dun lín h¬n, ¸p løc khÎ rçng sÏ nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi ®Êt ®îc ®îc ®Çm nÐn ë ®é Èm lín h¬n ®é Èm tèi u. Sherman vµ Clough dùa trªn sè liÖu quan tr¾c ë rÊt nhiÒu ®Ëp x©y dùng nªn ®å thÞ ë h×nh 4.3. KÕt qu¶ thÓ hiÖn rÊt râ ¶nh hëng cña ®é Èm cña ®Êt ®Õn ¸p lùc kÏ rçng. 37 n H× h 4.3 quan hÖ gi÷a ¸p lùc kÏ rçng vµ ®é Èm Lo¹i ®Êt: §Êt cµng dÔ bÞ nÐn th× ¸p lùc khe rçng cµng cao. §Êy sÐt cã trén lÉn cuéi, sái cÊp phèi tèt cã xu híng h×nh thµnh ¸p lùc kÏ rçng lín do dÔ bÞ nÐn vµ hµm lîng kh«ng khÝ trong ®Êt nhá. Ngîc l¹i ®Êt h¹t bôi hoÆc, h¹t bôi pha c¸t Ýt bÞ nÐn h¬n, chøa hµm lîng khÝ cao h¬n dÉn ®Õn ¸p lùc kÏ rçng nhá h¬n. Ngßi ta thÊy r»ng nÕu ®Êt cã hÖ sè thÊm k > 10-5 cm/s th× ¸p lùc kÏ rçng nhá, nÕu hÖ sè thÊm k >10- 4 cm/s th× ¸p lùc kÏ rçng h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh thi c«ng cã thÓ bá qua. Tèc ®é thi c«ng: NÕu thi c«ng víi víi tèc ®é nhanh, sÏ kh«ng cã c¬ héi cho níc trong kÏ rçng tho¸t ra ngoµi so víi trêng hîp tèc ®é thi c«ng chËm v× vËy mét biÖn ph¸p h¹n chÕ ¸p lùc kÏ rçng t¨ng nhanh lµ khèng chÕ tèc ®é thi c«ng, møc ®é ®¾p cao cña ®Ëp. NÕu trong giai do¹n thi c«ng cã lóc t¹m ngõng sÏ rÊt cã lîi trong viÖc h¹n chÕ ¸p lùc kÎ rèng ph¸t triÓn. Lý do thø nhÊt lµ do t¹m ngõng thi c«ng ¸p lùc kÏ rçng sÏ tiªu t¸n dÇn. Thø hai lµ tèc ®é trong ¸p lùc kÏ rçng khi c«ng tr×nh tiÕp tôc ®îc ®¾p lªn sÏ gi¶m ®i so víi qu¸ tr×nh thi c«ng liªn tôc bëi v× trong thêi ®o¹n nghØ, thi c«ng ®Êt cè kÕt l¹i, chÆt h¬n, Ýt bÞ nÐn h¬n dÉn ®Ôn ¸p lùc kÏ rçng t¨ng chËm h¬n. MÆt c¾t ®Ëp: NÕu toµn mÆt c¾t lµ vËt liÖu cã hÖ sè thÊm nhá hoÆc cã lâi chèng thÊm to bªn c¹nh lµ líp vá Ýt thÊm (m/c lo¹i 1) khi ®ã ¸p lùc kÏ rçng lín nhÊt sÏ h×nh thµnh ë 38 gi÷a cña lâi. NÕu bªn c¹nh lâi lµ líp vá cã hÖ sè thÊm cao hoÆc tÇng läc cã hÖ sè thÊm lín bè trÝ phÝa sau têng lâi (m/c lo¹i 2) ¸p lùc kÏ rçng sÏ gi¶m ®i ®¸ng kÓ so víi trêng hîp trªn. Ph¬ng ph¸p lµm gi¶m ¸p lùc kÏ rçng nhanh nhÊt lµ bè trÝ c¸c líp tho¸t níc n»m ngang(m/c lo¹i 3) tuy nhiªn cÇn ph¶i ®Ó mét phÇn lâi tèi thiÓu ®Ó ®¶m b¶o an toµn. ¶nh hëng cña mÆt c¾t ®Ëp ®Õn ¸p lùc kÏ rçng còng ®ång thêi ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 4.3. H×nh 4.4 Sö dông c¸c líp tho¸t níc ®Ó gi¶m ¸p lù kÏ rçng trongth©n ®Ëp 4.2.2. X¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng b»ng ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm. Khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nÐn ba trôc trong ®iÒu kiÖn kh«ng tho¸t níc, nÕu t¨ng ¸p lùc trong buång sÏ dÉn ®Õn t¨ng ¸p lùc kÏ rçng thêng ®îc biÓu diÔn. U = B  a (4-1) 3 NÕu ¸p dông lùc däc ( -  ) vµ gi÷ nguyªn  ¸p lùc kÏ rçng sÏ tiÕp tôc t¨ng 1 thªm mét gi¸ trÞ U d 3 3 U d  AB ( 1  Δσ 3 ) (4-2) Tæng ¸p lùc kÏ rçng t¨ng lªn sÏ lµ: U = U + U = B [ + A ( -  )] (4-3) a d 3 1 3 A, B: gäi lµ hÖ sè ¸p lùc kÏ rçng Skempton. Gi¸ trÞ A, B cã thÓ x¸c ®Þnh dùa vµo thÝ nghiÖm nÐn 3 trôc hoÆc ®îc lùa chän dùa vµo kinh nghiÖm. §èi víi ®Êt cha b·o hoµ 0 < B < 1, khi ®Êt ®îc ®Çm nÖn víi 39 ®é Èm tèi u gi¸ trÞ cña B thêng n»m trong ph¹p vi 0 < B < 0.5. NÕu ®Êt b·o hoµ hoµn toµn th× B = 1, gi¸ trÞ cña B gi¶m rÊt nhanh khi ®é b·o hoµ cña dÊt gi¶m. Gi¸ trÞ cña A phô thuéc vµo tr¹ng th¸i biÕn d¹ng cña ®Êt vµ thêng ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt khi ®Êt bÞ ph¸ huû. §èi víi ®Êt ë tr¹ng th¸i cè kÕt b×nh thêng, khi bÞ c¾t thêng t¹o nªn ¸p lùc kÏ rçng d¬ng v× vËy cã gi¸ trÞ A> 0. Ngîc l¹i ®èi víi ®Êt ë tr¹ng th¸i tiÒn cè kÕt nÆng khi bÞ c¾t cã thÓ t¹o nªn ¸p lùc kÏ rçng ©m v× vËy gi¸ trÞ A <0. Khi tiÕn hµnh x¸c ®Þnh hÖ sè A, B b»ng thÝ nghiÖm nÐn ba trôc, mÉu vËt liÖu ®îc ®Çm nÐn theo ®óng ®iÒu kiÖn sÏ ®îc ®Çm nÐn ë hiÖn trêng (®é Èm, dung träng...) tiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®o c¸c gi¸ trÞ ¸p lùc kÏ rçng sö dông c¸c c«ng thøc 1-1, 1-2 ®Ó x¸c ®Þnh A vµ B. Chia ph¬ng tr×nh (1-3) cho  ta cã: 1  Δσ  Δσ 3 ΔU  B  3  A 1   Δσ 1 Δσ 1   Δσ1 bishop dùa vµo thùc nghiÖm thÊy r»ng gi¸ trÞ ®Êt sÐt cã pha lÉn s¹n sái B    B   = 0.75 víi ®Êt ¸ sÐt vµ B (4-4) = 0.5 víi ë hiÖn trêng  cã thÓ coi b»ng t¶i träng th¼ng ®øng cña cét ®Êt ( .h), trong 1 ®ã  lµ dung träng cña ®Êt ®¾p vµ h lµ chiÒu cao cña cét ®Êt. Tuy nhiªn sù chÝnh x¸c Δσ 3 Δσ 1 phô thuéc vµo tû sè , do nh÷ng khã kh¨n nµy viÖc sö dông ph¬ng ph¸p nµy ®Ó tÝnh to¸n ¸p lùc kÏ rçng rÊt h¹n chÕ. 4.2.3. Ph¬ng ph¸p cña Hilf vµ Bishop. N¨m 1948 Hilf x©y dùng ph¬ng ph¸p tÝnh ¸p lùc kÏ rçng trong qu¸ tr×nh x©y dùng gi¶ thiÕt coi ¸p lùc níc vµ kh«ng khÝ trong kÏ rçng b»ng nhau, vµ kh«ng tho¸t níc trong qu¸ tr×nh ®¾p. Sau ®ã n¨m 1957 Bishop tiÕp tôc ph¸t triÓn ph¬ng ph¸p ®Ó xÐt ®Õn sù tho¸t níc trong giai ®o¹n ngõng thi c«ng. §Çu tiªn cÇn thiÕt lËp, th«ng qua thÝ nghiÖm, quan hÖ gi÷a thay ®æi thÓ tÝch vµ øng suÊt hiÖu qu¶. Cã thÓ tiÕn hµnh c¾t kh«ng tho¸t níc ®ång thêi ®o ¸p lùc kÏ rçng hoÆc c¾t tho¸t níc sö dông tû sè øng suÊt chÝnh thÝch hîp. Quan hÖ thÓ tÝch thay ®æi ¸p lùc kÏ rçng cã thÓ tÝnh to¸n ®îc t¹i tõng thêi ®iÓm sö dông ®Þnh luËt Boyle vµ luËt hoµ tan Henry. Gi¶ thö cã khèi ®Êt thÓ tÝchV , o thÓ tÝch lç rçng V (h×nh 4.5) vo Gäi S lµ ®é b·o hoµ ban ®Çu o 40 Vnuoc S = Vvo o ThÓ tÝch níc trong lç rçng lµ V =V .S níc vo o ThÓ tÝch kh«ng khÝ tù do trong lç rçng lµ (1 - S ). v o vo H×nh 4.5 mÉu ®Êt cha b·o hoµ Bªn c¹nh thÓ tÝch kh«ng khÝ tù do ë trong lç rçng, trong níc còng cã kh«ng khÝ hoµ tan, lîng kh«ng khÝ hoµ tan trong níc ®îc x¸c ®Þnh theo ®Þnh luËt Henry lµ V .S .H vo o Trong ®ã H lµ hÖ sè Henry, trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é b×nh thêng H = 0.002 Gi¶ thiÕt P lµ ¸p suÊt ban ®Çu trong lç rçng, tæng lîng thÓ tÝch kh«ng khÝ lµ: o V = V (1- S + S H) (4-5) ao vo o o T¹i ¸p lùc kÏ rçng P, theo ®Þnh luËt Boyle thÓ tÝch kh«ng khÝ ®æi thµnh Po V = P V (1 - S + S H) 1 vo o o (4.6) Lîng kh«ng khÝ ë trong níc vÉn lµ V . S . H, do vËy thÓ tÝnh khÝ tù do lµ: vo o Po P Vvo (1 - So + So H) - VvoSoH (4.7) ThÓ tÝch thay ®æi lµ do thay ®æi thÓ tÝch cña kh«ng khÝ tù do, bá qua tÝnh chÞu nÐn cña níc. V× vËy. Po V = V [ (1-S + S H) P - S H - (1-S )] vo o o o o V ( Po  1) (1-S + S H) P hay Vvo o o (4.8) §Ó tÝnh to¸n ®é gia t¨ng ¸p lùc kÏ rçng t¬ng øng víi gi¸ trÞ thÓ tÝch thay ®æi nµo ë bíc ®Çu tiªn trong giai ®o¹n t¨ng t¶i, P ®îc lÊy b»ng ¸p lùc khÝ trêi, gi¸ trÞ t¨ng ¸p o lùc kÏ rçng U = P - P . o V× vËy tõ ph¬ng tr×nh (4.8) ta cã U =  V P VVO 1  SO  SO H 8a) §Æt V = n V , trong ®ã n lµ ®é rçng ban ®Çu, x¾p xÕp l¹i ta cã VO O O O (4- 41  V P VVO P O U = P nO (1  S O  S O H ) (4-9) Tõ ph¬ng tr×nh (4-8) Thay thÕ vµo ph¬ng tr×nh (4-9) PO V 1  P VO nO (1  SO  SO H )  V PO VO V U = VO  nO (1  S O  S O H ) (4-10) Chó ý lµ sù gi¶m thÓ tÝch t¬ng øng víi V < 0 g©y ra gia t¨ng ¸p lùc kÏ rçng d¬ng U > 0 . §ång thêi cÇn lu ý lµ ph¬ng tr×nh nµy chØ ®óng khi kh«ng khÝ tù do vÉn cßn trong lç rçng cña ®Êt, ®iÒu nµy cã nghÜa lµ ph¬ng tr×nh (4-10) vÉn ®óng cho ®Õn khi:  V VO = n (1 - S ) O hoÆc tõ ph¬ng tr×nh (4-10) U = P O 1  SO SO H (4-11) Sau thêi ®iÓm nµy ®Êt b·o hoµ hoµn toµn vµ nÕu tiÕp tôc t¨ng t¶i träng ¸p lùc kÏ rçng sÏ t¨ng mét gi¸ trÞ t¬ng øng. §Ó x¸c ®Þnh sù gia t¨ng cña ¸p lùc kÏ rçng do t¶i träng t¸c dông trong ®iÒu kiÖn  O V VO kh«ng tho¸t níc, mét lo¹t c¸c gi¸ trÞ ®îc lùa chän vµ gi¸ trÞ U t¬ng øng ®îc x¸c ®Þnh dùa vµo ph¬ng tr×nh (4-10) trong khi ®ã ®é gia t¨ng cña øng suÊt hiÖu qu¶   ®îc x¸c ®Þnh dùa vµo quan hÖ thay ®æi thÓ tÝch - øng suÊt hiÖu qu¶ ®îc x¸c ®Þnh b»ng thÝ nghiÖm. KÕt qu¶ cã thÓ lËp theo b¶ng ®Ó tÝnh to¸n. C¸c cét cuèi cña b¶ng sÏ lµ      U vµ tû sè U / . Qu¸ tr×nh ®îc thùc hiÖn tiÕp tôc cho ®Õn khi  b»ng víi tæng t¶i träng hay ®Êt ®¹t tr¹ng th¸i b·o hoµ hoµn toµn.  Vît qua giíi h¹n nµy  = U. V VO = n (1-S ) O O 42 H×nh 4.6 ¸p lùc kÏ rçng trong thi c«ng (¸p lùc d tiªu t¸n hoµn toµn) H×nh 4.7 ¸p lùc kÏ rçng trong thi c«ng (¸p lùc d tiªu t¸n mät phÇn) H×nh 4.6 vµ 4.7 minh ho¹ kÕt qu¶ tÝnh to¸n. KÕt qu¶ ®îc biÓu diÔn bëi ®êng cong quan hÖ gi÷a ¸p lùc kÏ rçng U vµ tæng øng suÊt . Th«ng thêng viÖc tÝnh to¸n ®ßi hái thùc hiÖn ë c¸c ®iÓm kh¸c nhau ®Ó xÐt ®Õn ¶nh hëng cña qu¸ tr×nh tho¸t níc. Ph¬ng tr×nh (4-11) cho ta gi¸ trÞ ¸p lùc kh«ng khÝ trong lç rçng U , trong khi ®ã a øng suÊt hiÖu qu¶ phô thuéc vµo ¸p lùc níc lç rçng. ¸p lùc níc lç rçng U ®îc x¸c ®Þnh b»ng w U =U +U w a c Trong ®ã U lµ ¸p lùc mao dÉn. §èi víi ®Êt phi b·o hoµ ¸p lùc mao dÉn cã gi¸ trÞ <0, c khi ®Êt bÞ b·o hoµ ¸p lùc mao dÉn U tiÕn tíi 0. V× ®Êt ®¾p ®Ëp thêng cã ®é b·o hoµ c 80-90% nªn ¸p lùc mao dÉn rÊt nhá vµ thêng ®îc bá qua, v× vËy ¸p lùc níc lç rçng ®îc lÊy b»ng ¸p lùc kh«ng khÝ. ¶nh hëng cña qóa tr×nh tiªu t¸n ¸p lùc kÏ rçng. Gi¶ sö ®Ëp ®îc ®¾p ®Õn mét chiÒu cao cã gi¸ trÞ tæng øng suÊt  nµo ®ã, ta x¸c 1 ®Þnh ®îc øng suÊt hiÖu qu¶  1 vµ ¸p lùc kÏ rçng t¬ng øng U . Do qu¸ tr×nh ngõng  1 thi c«ng, ¸p lùc khÏ rçng tiªu t¸n mét phÇn cßn U khi ®ã tæng øng suÊt kh«ng 1b 43 ®æi, øng suÊt hiÖu qu¶ t¨ng thªm mét gi¸ trÞ b»ng ®é gi¶m cña ¸p lùc kÏ rçng. Do t¨ng øng suÊt hiÖu qu¶, thÓ tÝch gi¶m ®i, ®é biÕn thiªn thÓ tÝch t¨ng tõ V tíi V 1 1b (H×nh 4.6) Khi tiÕp tôc ®¾p l¹i ë giai ®o¹n sau c¸c gi¸ trÞ S ; P ; n ph¶i tÝnh l¹i cho ®iÓm o o o xuÊt ph¸t míi S ; P ; n . ob ob ob S  S oV ThÓ tÝch níc   ThÓ tÝch kÏ rçng Vv  V So V 1 Vv V× sù thay ®æi thÓ tÝch lç rçng chÝnh b»ng V. Tõ ph¬ng tr×nh (4-8) S ob  (4-12) So 1 ( Po 1)(1  S o  S o H ) Pob V0V  VIb  V1b (4-13)  nO  nob  Vo VO ViÖc tÝnh to¸n l¹i ®îc thùc hiÖn cho giai ®o¹n tiÕp theo sö dông c«ng thøc (4-9) trong ®ã sö dông c¸c gi¸ trÞ S ; P ; n lµm c¸c gi¸ trÞ ban ®Çu. ob ob ob H×nh 4.8 KÕt qu¶ ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n ¸p lùc kÏ rçng cho ®Ëp Trinity H×nh 4.8 biÓu diÔn kÕt qu¶ tÝnh to¸n ¸p lùc kÏ rçng b»ng c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c nhau vµ gi¸ trÞ ®o ®¹c t¹i hiÖn trêng cña ®Ëp Trinity. So s¸nh kÕt qu¶ cho thÊy ph¬ng ph¸p Hilf cã xu híng t¬ng tù nh kÕt qu¶ ®o, gi¸ trÞ ¸p lùc kÏ rçng thiªn lín. Nh×n chung c¸c gi¸ trÞ ®o ®¹c cho thÊy kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña Hilf - Bishop t¬ng ®èi hîp lý sù chÝnh x¸c cña viÖc ®¸nh gi¸ phô thuéc vµo sù trïng hîp gi÷a thÝ nghiÖm vµ ®Êt ®¾p trong thùc tÕ vµ c¸c chØ tiªu (®é Èm, ®é nÐn ...) mét yÕu tè ¶nh hëng n÷a lµ sù tho¸t níc trong qu¸ tr×nh thi c«ng. Mét sè sè liÖu ®· chøng tá r»ng, nÕu tèc ®é thi c«ng võa ph¶i th× møc ®é tiªu t¸n ¸p lùc kÏ rçng kho¶ng 15 - 30%. HiÖn nay ph¬ng ph¸p Hilf – Bishop ®îc sö dông trong quy ph¹m thiÕt kÕ ®Ëp vËt liÖu ®Þa ph¬ng cña Mü, NhËt, vµ mät sè níc kh¸c. 44 Mét sè nghiªn cøu cho r»ng nÕu tèc ®é thi c«ng ®Ëp < 15m/n¨m th× ¸p lùc kÏ rçng cuèi thêi ®o¹n thi c«ng cã thÓ bá qua. 4.3. ¸p lùc kÏ rçng khi dßng thÊm æn ®Þnh Sau khi x©y dùng ®Ëp xong, níc ®îc tr÷ ë trong hå chøa, dßng thÊm tõ thîng lu sÏ dÇn dÇn lµm b·o hoµ ®Ëp cho ®Õn khi ®êng b·o hoµ ®¹t tr¹ng th¸i æn ®Þnh. Thêi gian dßng thÊm ®¹t tíi tr¹ng th¸i æn ®Þnh phô thuéc vµo hÖ sè thÊm cña vËt liÖu ®¾p ®Ëp vµ thêi gian mùc níc thîng lu gi÷ ë mùc níc ®Çy hå. Trong mét vµi trêng hîp mùc níc æn ®Þnh ®¹t ®îc sau mét mïa, trong nhiÒu trêng hîp ph¶i mÊt rÊt nhiÒu n¨m dßng thÊm míi ®¹t tr¹ng th¸i æn ®Þnh. Tuy nhiªn cuèi cïng th× dßng thÊm còng ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i æn ®Þnh nªn ta ph¶i sö dông tr¹ng th¸i æn ®Þnh cña dßng thÊm ®Ó tÝnh to¸n æn ®Þnh m¸i h¹ lu. h 4.9 lùc rçng trong th©n ®Ëp khi dßng thÊm æn ®Þnh h×n ¸p kÏ Sù ph©n bè ¸p lùc thÊm trong th©n ®Ëp do dßng thÊm g©y ra ®îc biÓu diÔn chÝnh x¸c b»ng líi thÊm. Líi thÊm cã c¸c ®êng thÕ, dùa vµo c¸c ®êng thÕ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng ë bÊt cø ®iÓm nµo (h×nh 4-9). Trong thùc tÕ mùc níc hå lu«n thay ®æi dÉn ®Õn rÊt l©u míi ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i æn ®Þnh, mét sè nghiªn cøu vÒ sù ph¸t triÓn cña ¸p lùc kÏ rçng trong giai ®o¹n hå chøa níc cña rÊt nhiÒu ®Ëp cã chiÒu cao tõ 15 ®Õn 30m cho thÊy kh«ng cã ®Ëp nµo ®êng b·o hoµ ®¹t tíi gi¸ trÞ lý thuyÕt mÆc dï ®· qua rÊt nhiÒu n¨m tr÷ níc, tuy nhiªn vÉn cã nh÷ng ®Ëp mµ ¸p lùc kÏ rçng t¨ng gÇn nh tøc thêi víi viÖc d©ng níc trong hå chøa. Ngêi ta tin r»ng trõ trêng hîp ®Êt ®îc sö dông lµ bôi, c¸t hoÆc ®Êt bôi, hoÆc cã c¸c vÕt nøt nhá h×nh thµnh trong ®Êt sÐt, nh×n chung kh¶ n¨ng h×nh thµnh dßng thÊm æn ®Þnh trong thêi gian lµm viÖc cña hå chøa lµ thÊp. 4.4. Trêng hîp níc rót ®ét ngét 45 Nh ®· ®Ò cËp ë phÇn tríc, trêng hîp níc rót ®ét ngét x¶y ra khi mùc níc hå h¹ thÊp nhanh lµm cho níc trong th©n ®Ëp kh«ng kÞp tho¸t ra ngoµi. §Ëp gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i b·o hoµ vµ dßng thÊm b¾t ®Çu ch¶y vÒ phÝa thîng lu. Trong trêng hîp ®Ëp cã nhiÒu miÒn vËt liÖu, nÕu líp vá cã hÖ sè thÊm lín, níc tho¸t ra tù do, th× lùc thÊm cã h¹i chØ ph¸t triÓn trong khu vùc Ýt thÊm h¬n ë bªn trong. h×nh 4.10 ¸p lùc kÏ rçng trong th©n ®Ëp khi mùc níc thîng lu rót nhanh ¶nh háng cña mùc níc thîng l rót nhanh ®Õn ¸p lùc kÏ rçng trong th©n ®Ëp phô thuéc vµo tÝnh nÐn lón cña vËt liÖu ®¾p ®Ëp. 4.4.1. §Êt ®¾p kh«ng nÐn ®îc: 50 40 Y 30 20 §èi víi lo¹i vËt liÖu nh: c¸t, h¹t bôi vµ ®Êt sÐt . §©y 10 0 lµ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 lo¹i ®Êt cã hÖ sè nÐn nhá ¸p lùc kÏ rçng X cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh bëi vÏ líi thÊm cho trêng hîp níc rót. 4.4.2. ¶nh hëng cña tèc ®é rót níc Trong thùc tÕ viÖc rót níc tøc thêi lµ kh«ng thÓ x¶y ra do vËy mét phÇn níc sÏ tho¸t ra ngoµi trong qu¸ tr×nh rót níc. B»ng c¸ch vÏ líi thÊm cho nhiÒu m¸i thîng lu kh¸c nhau vµ níc rót víi nhiÒu møc ®é kh¸c nhau Reinus ®· chØ ra r»ng ®èi víi ®Êt cã hÖ sè thÊm nhá vµ ®é nÐn 46 lón nhá sù tiªu t¸n ¸p lùc kÏ rçng trong qu¸ tr×nh rót níc lµ hµm cña mét hÖ sè K VN S kh«ng th nguyªn: Trong ®ã: K: lµ hÖ sè thÊm cña vËt liÖu N : kh¶ n¨ng tho¸t níc, nghÜa lµ thÓ tÝch níc tho¸t ra tõ thÓ tÝch ®¬n vÞ S ®Êt b·o hoµ díi t¸c dông cña träng lùc. V: vËn tèc rót níc Nghiªn cøu cña Reinus dùa vµo mÆt c¾t cña tam gi¸c. KÕt qu¶ cho thÊy khi K VN S K VN S < 0,25 th× hÇu nh kh«ng tho¸t níc, trong khi ®ã nÕu > 250 th× níc sÏ tiªu tho¸t hÕt gÇn nh ®ång thêi víi viÖc mùc níc thîng lu rót ®ét ngét (h×nh 4.11) H×nh 4.11 tho¸t níc trong th©n ®Ëpkhi níc rut ®ét ngét (Reinus) 4.4.3. §Êt nÐn ®îc: Trong ®Êt nÐn ®îc sù thay ®æi thÓ tÝch ®¸ng kÓ x¶y ra trong lâi do ®iÒu kiÖn øng suÊt thay ®æi sau khi níc rót gi¸ trÞ ¸p lùc kÏ rçng g©y ra bëi sù thay ®æi thÓ tÝch th«ng thêng cao h¬n rÊt nhiÒu so víi gi¸ trÞ x¸c ®Þnh tõ vÏ líi thÊm kh«ng æn ®Þnh. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p næi tiÕng ®Ó tÝnh to¸n ¸p lùc kÏ rçng trong trêng hîp níc rót ®ét ngét cho ®Êt nÐn ®îc do Bishop ®Ò ra Theo PP vÏ l íi Theo BISHOP H×nh 4.12 so s¸nh ¸p lùc kÏ rçng khi níc rót ®ét ngét, gi÷a pp Bishop vµ pp vÏ líi 47 4.4.4. ¸p dông cña mét sè c¬ quan thiÕt kÕ thÕ giíi - USBR thêng vÏ líi thÊm trong ®iÒu kiÖn níc rót cho lo¹i ®Êt cã hÖ sè thÊm nhá ®Ó x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng. - Tiªu chuÈn Ên §é: Líp vá sÏ ®¹tt ¸p lùc kÏ rçng lín nÕu k < 10-4 cm/s, nÕu k > 10-2 cm/s th× kh«ng cã ¸p lùc kÏ rçng. §Ò nghÞ sö dông ph¬ng ph¸p Bishop ®Ó x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng trong lâi. - Ngoµi ra cßn mét sè tiªu chuÈn K VN S > 50 : tho¸t níc hoµn toµn, kh«ng cÇn xÐt ®Õn ¸p lùc kÏ rçng th«ng thêng ®¸ héc cuéi, sái n»m trong nhãm nµy. - C¸t h¹t bôi cã hÖ sè thÊm nhá võa, ®Êt sÐt cã ®é nÐn lón nhá th× ¸p lùc kÏ rçng ®îc x¸c ®Þnh b»ng vÏ líi thÊm. - §Êt sÐt cã ®é nÐn lón lín cÇn dïng ph¬ng ph¸p Bishop ®Ó x¸c ®Þnh ¸p lùc kÏ rçng.