Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
127
ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH DỊ HƯỚNG
TRONG DÒNG CHẢY THẤM ĐẬP ĐẤT
Phạm Ngọc Thịnh, Lê Thị Minh Phượng,
Nguyễn Hoàng Phương Thảo, Nguyễn Phúc Hậu
Trường Đại học Thủy lợi, email: thinhtls@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Bài báo này nghiên cứu tác động của tính
dị hướng lên dòng chảy thấm trong đập đất.
Kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
từ báo cáo khảo sát địa chất của các dự án, ví
dụ như [1] cho thấy sự khác biệt về hệ số
thấm giữa phương ngang và phương thẳng
đứng. Tuy nhiên, mức độ liên quan của tính
dị hướng đo được trong phòng thí nghiệm
đến các hệ thống dòng chảy thực tế vẫn chưa
rõ ràng. Nghiên cứu này sử dụng mô đun
SEEP/W, phân tích ba trường hợp: đập đồng
nhất, có xét đến tính dị hướng và đập đồng
nhất với các lớp dị hướng. Kết quả cho thấy
việc áp dụng tỷ lệ dị hướng trong các mô
phỏng thực tế cần được thực hiện thận trọng,
bởi vì các giá trị cao có thể dẫn đến kết quả
không thực tế. Sử dụng các lớp có hệ số thấm
cao nhưng gián đoạn có thể mang lại mô tả
thực tế hơn về điều kiện thực tế so với việc
chỉ định tỷ lệ dị hướng. Bài báo đưa ra các
khuyến nghị về việc kết hợp tính dị hướng
vào phân tích thấm, nhấn mạnh tầm quan
trọng của cách tiếp cận từng bước và bắt đầu
với trường hợp không dị hướng làm điểm
tham chiếu.
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này khảo sát dòng chảy thấm
qua một đập đất bằng mô đun SEEP/W trong
bộ phần mềm Geostudio, một phần mềm địa
kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trên thế giới
[2]. Tính toán áp dụng với đập đất cao 20 (m)
với hệ số mái m = 2, có bố trí thiết bị thoát
nước chân đập để bảo vệ mặt hạ lưu khỏi xói
mòn do thấm (hình 1). Nội dung và trường
hợp tính toán theo hướng dẫn [3,4].
Hình 1. Mặt cắt ngang của đập đất
SEEP/W tích hợp khả năng xem xét các hệ
số dị hướng, được định nghĩa bằng tỷ lệ giữa
hệ số thấm theo phương thẳng đứng ky và hệ
số thấm theo phương ngang kx. Tỷ lệ bằng 2
tức là thấm theo phương đứng gấp đôi so với
theo phương ngang, trường hợp tỷ lệ bằng
0,1 tức là thấm theo phương ngang lớn gấp
10 lần so với phương thẳng đứng.
Trong SEEP/W, việc áp dụng tỷ lệ dị
hướng giả định rằng phân tầng hoàn hảo, có
nghĩa là lớp phân tầng trải dài khắp toàn bộ
phạm vi mô hình với tính đồng nhất đều đặn
trong suốt đập đất (Hình 2).
Hình 2. Tính dị hướng trong SEEP/W
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
128
Bên cạnh việc sử dụng hàm được định
nghĩa sẵn của mô hình, tác giả đề xuất một
cách tiếp cận mới - cách tiếp cận phân lớp
(hình 3). Theo cách tiếp cận này mỗi lớp dày
0,2(m) với hệ số thấm theo phương ngang
lớn hơn gấp 10 lần hệ số thấm theo phương
thẳng đứng (tương ứng tỷ lệ dị hướng là 0,1).
Hình 3. Cách tiếp cận phân lớp
Ba loại vật liệu riêng biệt đã được sử dụng
cho các mô phỏng: (1) vật liệu đồng chất có
hệ số thấm là 10-4 (m/s); (2) vật liệu dị hướng
là bản sao của vật liệu đồng nhất với tỷ lệ dị
hướng thay đổi từ 0,01 đến 0,1; (3) vật liệu
phân lớp có hệ số thấm là 10-3 m/s và tỷ lệ dị
hướng bằng 0,1.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Kết quả tính thấm đối với đập đồng chất
cho trường hợp thông thường được minh họa
trong Hình 4.
Hình 4. Trường hợp đất đồng chất
Các đường đẳng thế gần như thẳng đứng
và đường mô tả quỹ đạo chuyển động của
dòng thấm (đường bão hòa) ở vị trí trương
đối cao.
Ảnh hưởng của các tỷ lệ dị hướng khác
nhau lên chế độ dòng chảy được trình bày
trong Hình 5 đến Hình 6. Khi hệ số thấm theo
phương ngang tăng lên so với phương thẳng
đứng, mô hình dòng chảy trở nên nghiêng về
phương ngang hơn. Khi tỷ lệ đạt 0,01 (nghĩa
là, kx lớn hơn ky gấp 100 lần; Hình 6), dòng
chảy gần như hoàn toàn theo phương ngang.
Hình 5. Tỷ lệ dị hướng bằng 0,1
Hình 6. Tỷ lệ dị hướng bằng 0,01
Kết quả của việc mô phỏng tính dị hướng
bằng các phân lớp được trình bày trong Hình
7. Mặc dù các đường đẳng thế và đường dòng
thể hiện sự uốn khúc, nhưng phân bố áp lực
nước lỗ rỗng nhìn chung vẫn tương tự như
trường hợp đồng nhất (Hình 4).
Hình 7. Tính dị hướng theo các lớp
Sự thay đổi nhỏ trong phân bố áp lực là do
tính chất gián đoạn của các lớp. Việc biểu thị
tính dị hướng thông qua các lớp có hệ số thấm
cao nhưng gián đoạn có thể là một cách tiếp
cận mô hình tiềm năng cho điều kiện thực tế.
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu này cho thấy áp dụng tỷ lệ dị
hướng cao trong mô phỏng dòng chảy thấm
có thể dẫn đến kết quả không thực tế. Tính dị
hướng được đo trong phòng thí nghiệm có
thể không phản ánh chính xác điều kiện thực
tế, điều này cần được kiểm chứng thêm qua
các dữ liệu đo thực tế.
Trong mô phỏng nên bắt đầu phân tích
không có tính dị hướng để xác định chế độ
dòng chảy cơ bản, sau đó áp dụng các tỷ lệ dị
hướng một cách thận trọng là cần thiết để đảm
bảo tính chính xác và thực tiễn của mô hình.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
129
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Liên doanh ACCIONA và VINCI Construction
Grands Projets. (2024) Báo cáo khảo sát địa
chất Dự án vệ sinh môi trường TP.HCM,
gói thầu XL-02: Thiết kế, xây dựng và vận
hành nhà máy xử lý nước thải Nhiêu Lộc -
Thị Nghè.
[2] Nguyễn Công Mẫn. 1996. "Hướng dẫn thực
hành dùng phần mềm SEEP/W". Trường
Đại học Thủy lợi.
[3] Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2022. "Công trình thủy lợi - thiết kế đập đất
đầm nén". TCVN 8216:2018.
[4] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt
Nam. 2022. "Công trình thủy lợi - các quy
định chủ yếu về thiết kế". QCVN 04-05:2022.