Tài liệu Phân tích, đánh giá thấm qua đập vật liệu địa phương theo mô hình không gian

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO NGỌC TOÀN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM QUA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MÔ HÌNH KHÔNG GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO NGỌC TOÀN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM QUA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG THEO MÔ HÌNH KHÔNG GIAN Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60580202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. PGS. TS Nguyễn Quang Hùng NINH THUẬN, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn, kết quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. HỌC VIÊN Đào Ngọc Toàn i LỜI CÁM ƠN Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, được sự nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, bằng sự nỗ lực cố gắng học tập, nghiên cứu và tìm tòi, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài “Phân tích, đánh giá thấm qua đập vật liệu địa phương theo mô hình không gian” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định. Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, tác giả mới chỉ làm rõ được sự tồn tại của môi trường thấm dị hướng, và ảnh hưởng của thấm dị hướng đến an toàn, ổn định của đập đất. Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ công nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện đào tạo & Khoa học ứng dụng miền Trung – nơi tác giả đang công tác; gia đình, bạn bè & đồng nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Ninh Thuận, tháng 11 năm 2017. HỌC VIÊN ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. xii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG..........................4 1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam .................................4 1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở miền Trung ..............................7 1.3 Các vấn đề kỹ thuật đối với đập vật liệu địa phương ở Miền Trung. ................9 1.3.1 Hiện trạng đập vật liệu địa phương ở miền Trung ......................................9 1.3.2 Nguyên nhân sự cố mất an toàn đập .........................................................12 1.3.3 Giải pháp khắc phục sự cố mất an toàn đập ..............................................15 1.4 Kết luận chương ...............................................................................................27 CHƯƠNG 2 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THẤM ..................................28 Cơ sở lí thuyết thấm .........................................................................................28 2.1.1 Khái niệm chung .......................................................................................28 2.1.2 Nguyên nhân gây thấm..............................................................................29 2.1.3 Các loại dòng thấm....................................................................................30 2.1.4 Định luật thấm cơ bản ...............................................................................35 2.2 Các phương pháp tính toán thấm .....................................................................37 2.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏng ..................................................................37 2.2.2 Phương pháp thủy lực ...............................................................................38 2.2.3 Phương pháp số: ........................................................................................39 2.3 Cơ sở lý thuyết thuyết thấm theo phương pháp phần tử hứu hạn (FEM) ........44 2.3.1 Phương trình cơ bản ..................................................................................44 2.3.2 Giải bài toán ..............................................................................................46 2.3.3 Trình tự các bước giải ...............................................................................53 2.4 Cơ sở áp dụng lý thuyết nhiệt phân tích thấm [13] ..........................................54 2.4.1 Giới thiệu phân tích nhiệt bằng ANSYS ...................................................54 2.4.2 Nguyên lý cơ bản của phân tích nhiệt .......................................................55 iii 2.4.3 Lý luận cơ bản công năng phân tích nhiệt áp dụng tính toán thấm ổn định 56 2.4.4 Công năng phân tích nhiệt ổn định áp dụng cho phân tích thấm trong đập vật liệu địa phương ................................................................................................58 2.5 Kết luận chương ...............................................................................................60 CHƯƠNG 3 3.1 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM THEO MÔ HÌNH KHÔNG GIAN 61 Giới thiệu về phần mềm áp dụng .....................................................................61 3.1.1 Giới thiệu phần mềm tính toán GeoStudio ...............................................61 3.1.2 Giới thiệu về phần mềm ansys [14] ..........................................................62 3.2 Phương án tính toán .........................................................................................63 3.3 Xây dựng mô hình tính toán ............................................................................65 3.3.1 Thông số hình học .....................................................................................65 3.3.2 Thiết lập mô hình toán: .............................................................................66 3.4 Kết quả tính toán ..............................................................................................69 3.4.1 Bài toán phẳng...........................................................................................69 3.4.2 Bài toán không gian ..................................................................................71 3.5 Phân tích kết quả tính toán ...............................................................................78 3.5.1 Tổng lưu lượng thấm qua đập ...................................................................78 3.5.2 Lưu lương mặt cắt lòng sông ....................................................................79 3.6 Kết luận ............................................................................................................83 KẾT LUÂN, KIẾN NGHỊ .............................................................................................84 PHỤ LỤC ......................................................................................................................88 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ ...................4 Hình 1-2 Đập hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận ...................................................5 Hình 1-3 Đập hồ chứa nước Sông Sắt – NinhThuận .......................................................5 Hình 1-4 Đập hồ chứa Cửa Đạt- Thanh Hóa ...................................................................9 Hình 1-5 Sự cố tràn đập Hố Hô (4/10/2010) .................................................................10 Hình 1-6 Sự cố sạt lở mái sau lũ ...................................................................................10 Hình 1-7 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [3] ...........11 Hình 1-8 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [4] ....................................11 Hình 1-9 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [5] ........................11 Hình 1-10 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm kết hợp sân phủ bằng đất có hệ số thấm nhỏ ..........................................................................................................16 Hình 1-11 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật (Bentomat) – Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu, Ninh Thuận .................................18 Hình 1-12 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng tấm bê tông – Công trình Hồ chứa suối nước ngọt, Ninh Thuận ...................................................................19 Hình 1-13 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng, chân răng thượng lưu .............19 Hình 1-14 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường nghiêng chân răng ..........................21 Hình 1-15 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường lõi + chân răng ................................22 Hình 1-16 Thi công cừ BTCT ứng suất trước ...............................................................22 Hình 1-17 Khoan phụt xử lý nền ...................................................................................23 Hình 1-18 Sơ đồ nguyên lý Công nghệ Jet-grouting .....................................................24 Hình 1-19 Mặt cắt ngang đập nhiều khối, chống thấm bằng hào bentonite (Hồ chứa nước Ia M’Láh, Gia Lai) ...............................................................................................26 Hình 1-20 Thi công tường hào bentonite ......................................................................27 Hình 2-1 Sơ đồ thấm không gian trong đập đất. ...........................................................34 Hình 2-2 Sơ đồ thấm quanh bờ......................................................................................34 Hình 2-3 Hiện tượng thấm quanh bờ một đập đất .........................................................35 Hình 2-4 Sơ đồ lưới sai phân .........................................................................................39 Hình 2-5 Sơ đồ phần tử hữu hạn ..................................................................................41 Hình 2-6 Sơ đồ điều kiện biên tính toán thấm qua đập đất ...........................................45 Hình 2-7 Phần tử tam giác phẳng ..................................................................................46 Hình 2-8 Xử lý điều kiện biên .......................................................................................51 Hình 2-9 Xử lý tự động “ép”, “giãn” lưới phần tử, xác định đường bão hòa ..............52 Hình PL 3-1 LLT qua MC đập trường hợp 1 - H=5m Hình PL 3-2 LLT qua MC đập trường hợp 2 - H=7,5m Hình PL 3-3 LLT qua MC đập trường hợp 3 - H=10m v 89 89 89 Hình PL 3-4 LLT qua MC đập trường hợp 6 - H=30m Hình PL 3-5 Cột nước tổng trường hợp 1 – H=5m Hình PL 3-6 Cột nước áp lực trường hợp 1 – H=5m Hình PL 3-7 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp 1 – H=5m Hình PL 3-8 Cột nước tổng trường hợp 2 – H=7,5m Hình PL 3-9 Cột nước áp lực trường hợp 2 – H=7,5m Hình PL 3-10 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp 2 – H=7,5m Hình PL 3-11 Cột nước tổng trường hợp 4 – H=15m Hình PL 3-12 Cột nước áp lực trường hợp 4 – H=15m Hình PL 3-13 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp 4 – H=15m Hình PL 3-14 Cột nước tổng trường hợp 5 – H=20m Hình PL 3-15 Cột nước áp lực trường hợp 5 – H=20m Hình PL 3-16 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp 5 – H=20m Hình PL 3-17 Cột nước tổng trường hợp 6 – H=30m Hình PL 3-18 Cột nước áp lực trường hợp 6 – H=30m Hình PL 3-19 Lưu lượng thấm qua MC đập trường hợp 6 – H=30m Hình PL 3-20 Cột nước tổng trường hợp 7 Hình PL 3-21 Cột nước áp lực trường hợp 7 Hình PL 3-22 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 7 Hình PL 3-23 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 7 Hình PL 3-24 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 7 Hình PL 3-25 Cột nước tổng trường hợp 9 Hình PL 3-26 Cột nước áp lực trường hợp 9 Hình PL 3-27 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 9 Hình PL 3-28 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 9 Hình PL 3-29 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 9 Hình PL 3-30 Cột nước áp lực trường hợp 10 Hình PL 3-31 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 10 Hình PL 3-32 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 10 Hình PL 3-33 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 10 Hình PL 3-34 Cột nước tổng trường hợp 12 Hình PL 3-35 Cột nước áp lực trường hợp 12 Hình PL 3-36 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 12 Hình PL 3-37 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 12 Hình PL 3-38 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 12 Hình PL 3-39 Cột nước tổng trường hợp 14 Hình PL 3-40 Cột nước áp lực trường hợp 14 Hình PL 3-41 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 14 Hình PL 3-42 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 14 Hình PL 3-43 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 14 vi 90 90 90 91 91 92 92 93 93 94 94 95 95 96 96 97 97 98 98 98 99 99 100 100 101 101 102 102 103 103 104 104 105 105 106 106 107 107 108 108 Hình PL 3-44 Cột nước tổng trường hợp 15 Hình PL 3-45 Cột nước áp lực trường hợp 15 Hình PL 3-46 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 15 Hình PL 3-47 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 15 Hình PL 3-48 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 15 Hình PL 3-49 Cột nước tổng trường hợp 16 Hình PL 3-50 Cột nước áp lực trường hợp 16 Hình PL 3-51 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 16 Hình PL 3-52 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 16 Hình PL 3-53 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 16 Hình PL 3-54 Cột nước tổng trường hợp 17 Hình PL 3-55 Cột nước áp lực trường hợp 17 Hình PL 3-56 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 17 Hình PL 3-57 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 17 Hình PL 3-58 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 17 Hình PL 3-59 Cột nước tổng trường hợp 18 Hình PL 3-60 Cột nước áp lực trường hợp 18 Hình PL 3-61 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 18 Hình PL 3-62 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 18 Hình PL 3-63 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 18 Hình PL 3-64 Cột nước tổng trường hợp 20 Hình PL 3-65 Cột nước áp lực trường hợp 20 Hình PL 3-66 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 20 Hình PL 3-67 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 20 Hình PL 3-68 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 20 Hình PL 3-69 Cột nước tổng trường hợp 22 Hình PL 3-70 Cột nước áp lực trường hợp 22 Hình PL 3-71 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 22 Hình PL 3-72 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 22 Hình PL 3-73 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 22 Hình PL 3-74 Cột nước tổng trường hợp 23 Hình PL 3-75 Cột nước áp lực trường hợp 23 Hình PL 3-76 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 23 Hình PL 3-77 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 23 Hình PL 3-78 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 23 Hình PL 3-79 Cột nước tổng trường hợp 25 Hình PL 3-80 Cột nước áp lực trường hợp 25 Hình PL 3-81 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 25 Hình PL 3-82 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 25 Hình PL 3-83 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 25 vii 109 109 110 111 111 111 112 112 113 113 114 114 115 115 116 116 117 117 118 118 119 119 120 120 121 121 122 122 123 123 124 124 125 125 126 126 127 127 128 128 Hình PL 3-84 Cột nước tổng trường hợp 26 Hình PL 3-85 Cột nước áp lực trường hợp 26 Hình PL 3-86 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 26 Hình PL 3-87 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 26 Hình PL 3-88 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 26 Hình PL 3-89 Cột nước tổng trường hợp 27 Hình PL 3-90 Cột nước áp lực trường hợp 27 Hình PL 3-91 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 27 Hình PL 3-92 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 27 Hình PL 3-93 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 27 Hình PL 3-94 Cột nước tổng trường hợp 28 Hình PL 3-95 Cột nước áp lực trường hợp 28 Hình PL 3-96 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 28 Hình PL 3-97 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 28 Hình PL 3-98 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 28 Hình PL 3-99 Cột nước tổng trường hợp 30 Hình PL 3-100 Cột nước áp lực trường hợp 30 Hình PL 3-101 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 30 Hình PL 3-102 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 30 Hình PL 3-103 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 30 Hình PL 3-104 Cột nước tổng trường hợp 31 Hình PL 3-105 Cột nước áp lực trường hợp 31 Hình PL 3-106 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 31 Hình PL 3-107 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 31 Hình PL 3-108 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 31 Hình PL 3-109 Cột nước tổng trường hợp 32 Hình PL 3-110 Cột nước áp lực trường hợp 32 Hình PL 3-111 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 32 Hình PL 3-112 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 32 Hình PL 3-113 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 32 Hình PL 3-114 Cột nước tổng trường hợp 35 Hình PL 3-115 Cột nước áp lực trường hợp 35 Hình PL 3-116 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 35 Hình PL 3-117 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 35 Hình PL 3-118 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 35 Hình PL 3-119 Cột nước tổng trường hợp 38 Hình PL 3-120 Cột nước áp lực trường hợp 38 Hình PL 3-121 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 38 Hình PL 3-122 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 38 Hình PL 3-123 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 38 viii 129 129 130 130 131 131 132 132 133 133 134 134 135 135 136 136 137 137 138 138 139 139 140 140 141 141 142 142 143 143 144 144 145 145 146 146 147 147 148 148 Hình PL 3-124 Cột nước tổng trường hợp 39 Hình PL 3-125 Cột nước áp lực trường hợp 39 Hình PL 3-126 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 39 Hình PL 3-127 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 39 Hình PL 3-128 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 39 Hình PL 3-129 Cột nước tổng trường hợp 40 Hình PL 3-130 Cột nước áp lực trường hợp 40 Hình PL 3-131 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 40 Hình PL 3-132 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 40 Hình PL 3-133 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 40 Hình PL 3-134 Cột nước tổng trường hợp 41 Hình PL 3-135 Cột nước áp lực trường hợp 41 Hình PL 3-136 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 41 Hình PL 3-137 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 41 Hình PL 3-138 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 41 Hình PL 3-139 Cột nước tổng trường hợp 42 Hình PL 3-140 Cột nước áp lực trường hợp 42 Hình PL 3-141 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 42 Hình PL 3-142 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 42 Hình PL 3-143 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 42 Hình PL 3-144 Cột nước tổng trường hợp 43 Hình PL 3-145 Cột nước áp lực trường hợp 43 Hình PL 3-146 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 43 Hình PL 3-147 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 43 Hình PL 3-148 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 43 Hình PL 3-149 Cột nước tổng trường hợp 44 Hình PL 3-150 Cột nước áp lực trường hợp 44 Hình PL 3-151 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 44 Hình PL 3-152 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 44 Hình PL 3-153 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 44 Hình PL 3-154 Cột nước tổng trường hợp 45 Hình PL 3-155 Cột nước áp lực trường hợp 45 Hình PL 3-156 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 45 Hình PL 3-157 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 45 Hình PL 3-158 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 45 Hình PL 3-159 Cột nước tổng trường hợp 48 Hình PL 3-160 Cột nước áp lực trường hợp 48 Hình PL 3-161 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 48 Hình PL 3-162 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 48 Hình PL 3-163 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 48 ix 149 149 150 150 151 151 152 152 153 153 154 154 155 155 156 156 157 157 158 158 159 159 160 160 161 161 162 162 163 163 164 164 165 165 166 166 167 167 168 168 Hình PL 3-164 Cột nước tổng trường hợp 49 Hình PL 3-165 Cột nước áp lực trường hợp 49 Hình PL 3-166 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 49 Hình PL 3-167 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 49 Hình PL 3-168 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 49 Hình PL 3-169 Cột nước tổng trường hợp 51 Hình PL 3-170 Cột nước áp lực trường hợp 51 Hình PL 3-171 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 51 Hình PL 3-172 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 51 Hình PL 3-173 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 51 Hình PL 3-174 Cột nước tổng trường hợp 52 Hình PL 3-175 Cột nước áp lực trường hợp 52 Hình PL 3-176 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 52 Hình PL 3-177 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 52 Hình PL 3-178 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 52 Hình PL 3-179 Cột nước tổng trường hợp 53 Hình PL 3-180 Cột nước áp lực trường hợp 53 Hình PL 3-181 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 53 Hình PL 3-182 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 53 Hình PL 3-183 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 53 Hình PL 3-184 Cột nước tổng trường hợp 54 Hình PL 3-185 Cột nước áp lực trường hợp 54 Hình PL 3-186 Cột nước áp lực MCLS trường hợp 54 Hình PL 3-187 Lưu lượng thấm qua MCLS trường hợp 54 Hình PL 3-188 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 54 x 169 169 170 170 171 171 172 172 173 173 174 174 175 175 176 176 177 177 178 178 179 179 180 180 181 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số hồ đập lớn ở Việt Nam (Theo thứ tự chiều cao đập) ...........................6 Bảng 1.2 Thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung .............................................8 Bảng 2.1 Tính tương đồng giữa trường thấm và trường nhiệt ......................................57 Bảng 3.1 Trường hợp tính toán thấm ............................................................................64 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả tính thấm theo bài toán không gian ..........................76 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả tính TLLT qua đập theo bài toán phẳng ...................78 Bảng 3.4 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=10m.............................................79 Bảng 3.5 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=15m.............................................80 Bảng 3.6 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=20m.............................................81 Bảng 3.7 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=30m.............................................81 xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LLDV Lưu lượng đơn vị MCLS Mặt cắt lòng sông MCSD Mặt cắt sườn đồi LLT Lưu lượng thấm TH Trường hợp xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Ngày nay, sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước đang đặt ra những yêu cầu cao cho sự nghiệp phát triển thuỷ lợi. Nhu cầu nước cho dân sinh, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, các hoạt động dịch vụ, giao thông, giữ gìn và cải thiện môi sinh…đang không ngừng tăng lên. Mức an toàn phải cao khi đối phó với lũ lụt. Nhiều hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện với quy mô khác nhau đã và sẽ được xây dựng trên cả nước. Nhiệm vụ của người thiết kế cũng đòi hỏi phải được chuyên môn hoá và đạt được độ chính xác cao. Trong các công trình thuỷ lợi, hồ chứa là một trong những công trình có từ lâu đời và phổ biến nhất hiện nay, tính đến nay chúng ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m3 nước. Mỗi hồ đều có mục đích sử dụng khác nhau nhưng phần lớn đều được xây dựng bằng đất đắp, trong đó một bộ phận đáng kể là đất yếu được đắp trên nền đất yếu. Khi đó việc thiết kế đập, tính ổn định, tính thấm… gặp rất nhiều khó khăn. Trong thực tế, nhiều công trình thuỷ lợi bị hư hỏng từ nhẹ đến nặng, không còn sử dụng được nữa, làm thiệt hại về người và tài sản của nhà nước, mà nguyên nhân chính là do thấm gây ra. Theo tổng kết và phân tích nguyên nhân gây ra sự cố công trình đất trên thế giới của Middle Brooks cho thấy, trên 60% các sự cố công trình đất là do thấm gây ra, khoảng 10% sự cố có tác nhân kích thích từ thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước qua mặt đập, trượt mái và các nguyên nhân khác Ví dụ như hiện tượng xói ngầm khi dòng thấm đi qua như đập Attin và đập Biêcxơ…, thậm chí bị vỡ đập như đập Kim Sơn, đập Suối Hành, hay hiện tượng mất ổn định gây sạt mái đường khi trời mưa… Tất cả các sự cố trên, nguyên nhân chủ yếu có thể do sự thiếu sót trong công tác khảo sát, thiết kế hay trong lúc thi công công trình. 1 Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin và phương pháp giải số, việc mô hình hoá các hiện tượng tự nhiên bằng mô hình toán ngày càng gần đúng với thực tế hơn. Tiêu biểu nhất là trong lĩnh vực thiết kế, các phần mềm tin học là công cụ đắc lực để giải các bài toán phức tạp cũng như tránh sự nhầm lẫn khi tính tay trước kia. Đặc biệt, trong lĩnh vực thấm, hiện nay có rất nhiều phần mềm được đưa ra để giải các bài toán thấm. Phần mềm Geo Slope và Ansys được xây dựng trên cơ sở của phương pháp số phần tử hữu hạn, cho phép mô hình hoá sự chuyển động của nước dưới đất gần đúng với thực tế hơn, như việc thiết lập và đưa vào hàm hệ số thấm, hàm độ chứa nước thể tích hay hàm kích cỡ hạt… và giải được mô hình toán dòng thấm, với kết quả khá chính xác. Các nghiên cứu phân tích đánh giá về thấm trước đây đã được nghiên cứu tương đối kỹ lưỡng trong mô hình bài toán phẳng đối với đập vật liệu địa phương ở Việt Nam. Tuy nhiên đối với địa hình tự nhiên vùng xây dựng đập, nhất là những vùng có lòng sông dốc, sườn đồi không thoải thì bài toán thấm 2 chiều còn gặp nhiều hạn chế trong việc xác định các thông số cũng như tác dụng của dòng thấm. Xuất phát từ lý do đó, luận văn tiến hành nghiên cứu thấm qua đập vật liệu địa phương theo bài toán thấm không gian nhằm đánh giá ảnh hưởng của địa hình đến thấm qua đập và nền. 2.Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá tình hình thấm qua đập vật liệu địa phương theo mô hình không gian. Xây dựng các quan hệ về ảnh hưởng của địa hình tới dòng thấm trong thân đập. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Ảnh hưởng của độ dốc ngang lòng dẫn (độ dốc dọc tim tuyến đập) đến dòng thấm qua đập và nền. Phạm vi nghiên cứu: đập đất ở miền Trung 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu − Cách tiếp cận 2 o Thông qua các tài liệu: Giáo trình, tiêu chuẩn, quy chuẩn tính thấm. o Thông qua các công trình thực tế. − Phương pháp nghiên cứu o Lý thuyết. o Úng dụng mô hình toán, sử dụng phần mềm 5. Kết quả đạt được Tổng quan về các phương pháp tính thấm thường hay dung hiện nay; Đánh giá thấm theo mô hình bài toán không gian; Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của điều kiện địa hình tới thấm đập vật liệu địa phương; 3 CHƯƠNG 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam Việt Nam là một nước có 14 lưu vực sông lớn với nguồn tài nguyên nước phong phú, hằng năm có khoảng 845 tỷ m3 nước chuyển tải trên 2360 trên con sông lớn nhỏ. Tuy nhiên do lượng mưa phân bố không đều trong năm nên dòng chảy cũng thay đổi theo mùa. Mùa khô kéo dài khoảng 6÷7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15÷20% lượng mưa cả năm, còn lại 80÷85% lượng mưa trong 5÷6 tháng mùa mưa. Về địa hình nước ta có nhiều đồi núi thuận lợi cho việc xây dựng các hồ chứa phục vụ phát triển các ngành kinh tế và nhu cầu về nước cho dân sinh. Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi đến tháng 12/2013 [1], cả nước có khoảng 6.648 hồ chứa thủy lợi và 150 hồ chứa thủy điện, với tổng dung tích chứa trên 50 tỷ m3 nước. Trong đó hồ thủy lợi có dung tích lớn hơn 10 triệu m3 có 103 hồ, dung tích từ 3,0 đến 10 triệu m3 có 255 hồ, từ 1,0 đến 3,0 triệu m3 có 459 hồ, từ 0,2 đến 1,0 triệu m3 có 1.752 hồ, và hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 có 4.079,0 hồ. Theo chiều cao đập có chiều cao không vượt quá 25m chiếm tới 87,18%. Việc xây dựng những đập cao hơn 25m đang bắt đầu được quan tâm đầu tư. Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hóa. Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang được quan tâm. Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện như biểu đồ hình 1.1. Hình 1-1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ Trong số 63 tỉnh thành nước ta có 43 tỉnh và thành phố có hồ chứa nước. Các tỉnh có số lượng các hồ chứa nhiều là Nghệ An (249 hồ); Hà Tĩnh (166 hồ); Thanh Hóa (123 hồ); Phú Thọ (118 hồ); Đăk Lăk (116 hồ); Bình Định (108 hồ); Vĩnh Phúc (96 hồ) …. Hầu hết các đập dâng của các hồ chứa là đập đất. 4 Hình 1-2 Đập hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận Hình 1-3 Đập hồ chứa nước Sông Sắt – NinhThuận Do những tính năng ưu việt như: có cấu tạo đơn giản, có thể phù hợp với các điều kiện địa chất nền mà các loại đập khác không thể xây dựng được; đập được xây dựng chủ yếu từ vật liệu địa phương, khả năng cơ giới hoá cao trong thi công dẫn đến đa số trường hợp có giá thành hạ, mang lại hiệu quả kinh tế cao, nên đập đất là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các nước. Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, thủy văn, lý thuyết thấm, ứng suất biến dạng, vật liệu... cũng như việc ứng dụng các biện pháp thi công tiên tiến sử dụng các thiết bị hiện đại, ứng dụng rộng rãi cơ giới hoá trong thi công cho nên đập đất càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ, có thể xây dựng được cả 5 trong những điều kiện địa chất phức tạp. Kết cấu đập đất có thể gồm nhiều khối có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau, để tận dụng được các bãi vật liệu có sẵn tại địa phương. Bảng 1.1 Một số hồ đập lớn ở Việt Nam (Theo thứ tự chiều cao đập) TT Tên hồ 1 Đá Bàn Khánh Hòa 79,20 42,50 Năm xây dựng 1977 2 Cấm Sơn Bắc Giang 555,00 42,50 1966 1974 3 Xạ Hương Vĩnh Phúc 13,43 41,00 1977 1984 4 Yên Lập Quảng Ninh 118,10 40,00 1976 1980 5 Phú Ninh Quảng Nam 414,40 39,40 1977 1986 6 Đa Nhim Lâm Đồng 165,00 38,00 1960 1963 7 Kẻ Gỗ Hà Tĩnh 345,00 37,50 1976 1979 8 Tà Keo Lạng Sơn 14,00 35,00 1967 1972 9 Sông Mực Thanh Hóa 324,00 33,40 1977 1983 10 Tiên Lang Quảng Bình 17,90 32,30 1976 1978 11 Tuyền Lâm Lâm Đồng 10,60 32,00 1980 1987 12 Núi Một Bình Định 111,50 30,00 1978 1986 13 Cẩm Ly Quảng Bình 42,00 30,00 1963 1965 14 Vực Tròn Quảng Bình 52,80 29,00 1979 1986 15 Hội Sơn Bình Định 30,50 29,00 1982 1985 16 Liệt Sơn Quảng Ngãi 28,60 29,00 1977 1981 17 Dầu Tiếng Tây Ninh 1580,80 28,00 1979 1985 18 Núi Cốc Thái Nguyên 175,50 26,00 1972 1978 19 Pa Khoang Lai Châu 45,90 26,00 1974 1978 20 Khuôn Thần Bắc Giang 20,10 26,00 1960 1963 21 Hòa Trung Đà Nẵng 10,30 26,00 1979 1984 22 Khe Chè Quảng Ninh 11,50 25,20 1986 1990 23 Yên Mỹ Thanh Hóa 66,20 25,00 1978 1980 24 Thượng Tuy Hà Tĩnh 19,60 25,00 1961 1964 25 Suối Hai Hà Tây 46,50 24,00 1958 1963 Tỉnh Dung tích (106m3) 6 H max (m) Năm hoàn thành 1988