Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đắp đập do ảnh hưởng của dòng thấm theo thời gian

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:181

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng được thiết bị mô phỏng sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đắp do ảnh hưởng của dòng thấm theo thời gian cho một số loại đất thường dùng để đắp đập ở miền Trung Việt Nam; thực nghiệm xác định các thông số, các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập trước và sau khi đưa vào khai thác; thiết lập được phương trình hồi quy biểu diễn sự thay đổi các tính chất cơ lý của đất theo thời gian khi chịu tác dụng của dòng thấm, nhằm phục vụ công tác thiết kế đập đất và cảnh báo an toàn đập. Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đắp đập do ảnh hưởng của dòng thấm theo thời gian

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP ĐẬP DO ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2021
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐẮP ĐẬP DO ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 958.02.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học 1. GS. TS. Nguyễn Thế Hùng 2. PGS. TS. Châu Trường Linh Đà Nẵng - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thanh Quang. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Nguyễn Thanh Quang
ii LỜI CÁM ƠN Đầu tiên Tác giả xin trân trọng và tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Thế Hùng và Phó giáo sư, Tiến sĩ Châu Trường Linh, những người Thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi và định hướng cho Tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu nhà trường, Khoa Xây dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Khoa Xây dựng Cầu Đường, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, thuộc Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho Tác giả tiến hành nghiên cứu. Cuối cùng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình luôn sát cánh, động viên Tác giả vượt qua mọi khó khăn để thực hiện luận án. Tác giả Nguyễn Thanh Quang
iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan ................................................................................................................ i Lời cám ơn ..................................................................................................................ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục các bảng biểu ...........................................................................................vii Danh mục các hình vẽ và đồ thị ................................................................................. ix Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ....................................................................... xv MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 3 5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 3 6. Bố cục của luận án .............................................................................................. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 5 1.1. Tổng quan về đặc điểm địa chất công trình ở khu vực miền Trung ................ 5 1.2. Tổng hợp các loại đất thường được sử dụng đắp đập ở khu vực miền Trung . 9 1.2.1. Aluvi cổ ..................................................................................................... 9 1.2.2. Đất sườn tàn tích – tàn tích trên nền đá trầm tích lục nguyên sét bội kết và cát bội kết .......................................................................................................... 10 1.2.3. Đất sườn tàn tích – tàn tích trên nền bazan cổ ........................................ 11 1.2.4. Đất sườn tàn tích – tàn tích trên nền đá xâm nhập sâu ........................... 12 1.3. Tổng quan ảnh hưởng dòng thấm đến ổn định đập đất .................................. 13 1.3.1. Tình hình ổn định đập đất ....................................................................... 13 1.3.2. Các sự cố do ảnh hưởng dòng thấm qua đập .......................................... 15 1.4. Tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng dòng thấm đến sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp đập ............................................................................................................ 20
iv 1.4.1. Nghiên cứu trên thế giới.......................................................................... 20 1.4.2. Nghiên cứu ở Việt Nam .......................................................................... 24 1.5. Những vấn đề nghiên cứu của luận án ........................................................... 30 CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP THIẾT BỊ MÔ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT ĐẮP ĐẬP DO TÁC ĐỘNG DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN ........................................................................................................................ 31 2.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 31 2.2. Giới thiệu chung ............................................................................................. 32 2.2.1. Thí nghiệm nén ba trục ........................................................................... 32 2.2.2. Thiết bị mô phỏng sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp đập do tác động dòng thấm theo thời gian................................................................................... 36 2.3. Thiết lập các điều kiện thí nghiệm ................................................................. 42 2.3.1. Xác định đường kính mẫu chế bị ............................................................ 42 2.3.2. Xác định khối lượng đất ở mẫu chế bị .................................................... 43 2.3.3. Xác định áp lực buồng ............................................................................ 44 2.3.4. Xác định áp lực dòng thấm ..................................................................... 45 2.3.5. Lựa chọn hình thức thí nghiệm ............................................................... 46 2.4. Quy trình thí nghiệm và định hướng các kết quả thí nghiệm......................... 46 2.4.1. Quy trình thí nghiệm ............................................................................... 46 2.4.2. Định hướng các kết quả thí nghiệm ........................................................ 48 2.5. Mô phỏng thuật toán xây dựng đồ thị sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp do ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian..................................................................... 49 2.6. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 51 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT ĐẮP DO ẢNH HƯỞNG DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN ........... 52 3.1. Vật liệu thí nghiệm ......................................................................................... 52 3.1.1. Chọn loại đất để nghiên cứu.................................................................... 52 3.1.2. Công tác lấy mẫu đất thí nghiệm ............................................................ 53 3.1.3. Các kết quả thí nghiệm vật liệu ............................................................... 54
v 3.2. Quy hoạch thực nghiệm ................................................................................. 57 3.3. Một số điều kiện thí nghiệm trên thiết bị mô phỏng sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp do ảnh hưởng dòng thấm theo thời gian ................................................... 61 3.3.1. Quá trình chế bị mẫu thí nghiệm ............................................................. 61 3.3.2. Quá trình bão hòa mẫu ............................................................................ 61 3.3.3. Quá trình thay đổi dòng thấm theo thời gian .......................................... 65 3.4. Kết quả thí nghiệm ......................................................................................... 69 3.4.1. Dung trọng đất đắp thay đổi theo thời gian............................................. 69 3.4.2. Cường độ sức chống cắt đất đắp thay đổi theo thời gian ........................ 72 3.4.3. Hệ số thấm đất đắp thay đổi theo thời gian............................................. 75 3.5. Đối sánh kết quả thí nghiệm........................................................................... 76 3.5.1. Công trình hồ chứa nước Liên Trì – Bình Sơn – Quảng Ngãi ................ 76 3.5.2. Công trình hồ chứa nước Hố Hiểu – Sơn Tịnh – Quảng Ngãi................ 79 3.5.3. Công trình hồ chứa nước Đập Làng – Nghĩa Hành – Quảng Ngãi ......... 81 3.6. Kết luận chương 3 .......................................................................................... 84 CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC TẢ TRẠCH THEO THỜI GIAN KHAI THÁC......................................................... 85 4.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 85 4.2. Lựa chọn phương pháp tính ổn định đập đất theo thời gian khai thác ........... 85 4.2.1. Lý thuyết tính toán ổn định đập đất ........................................................ 85 4.2.2. Phần mềm địa kỹ thuật tính toán ổn định đập đất ................................... 87 4.2.3. Lựa chọn công cụ tính toán ổn định đập đất theo thời gian khai thác .... 88 4.3. Đánh giá ổn định đập đất hồ chứa Tả Trạch theo thời gian khai thác ........... 89 4.3.1. Giới thiệu................................................................................................. 89 4.3.2. Những căn cứ để tính toán ổn định đập theo thời gian khai thác............ 90 4.3.3. Kết quả tính toán ..................................................................................... 93 4.4. Kết luận chương 4 .......................................................................................... 96 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 97 1. Kết quả đạt được của luận án ............................................................................ 97
vi 2. Những đóng góp mới của luận án ..................................................................... 98 3. Tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................. 98 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ..................................................... 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 101 PHẦN PHỤ LỤC................................................................................................... 108 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]
vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của đất đầm lầy aluvi cổ 9 Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của đất trên nền đá trầm tích Bảng 1.2 10 lục nguyên Bảng 1.3 Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của đất trên nền bazan cổ 12 Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của đất trên nền đá thâm nhập Bảng 1.4 13 sâu Bảng 1.5 Độ ẩm tối ưu và dung trọng khô tối ưu của một số loại đất 24 Bảng 1.6 Sự thay đổi sức chống cắt của các mẫu đất chế bị 25 Mức độ giảm góc ma sát trong và giảm lực dính của đất từ Bảng 1.7 25 trạng thái khô đến trạng thái bão hòa Kết quả thí nghiệm thấm của đất nguyên dạng từ lõi đập Thuận Bảng 1.8 26 Ninh So sánh hệ số thấm của đất loại sét có tính trương nở trong Bảng 1.9 26 thân đập Các cỡ đường kính mẫu thường được sử dụng trong thí nghiệm Bảng 2.1 42 nén ba trục Kích thước hạt lớn nhất với từng cỡ mẫu trong thí nghiệm nén Bảng 2.2 43 ba trục Bảng 2.3 Xác định khối lượng đất (m) đưa đưa vào khuôn 44 Bảng 2.4 Bảng tra hệ số K0 phụ thuộc vào loại đất 45 Bảng 3.1 Quy hoạch số lượng mẫu thí nghiệm 58 Bảng 3.2 Khối lượng đất đưa vào khuôn chế bị mẫu 61 Kết quả thí nghiệm dung trọng đất đắp (γt) thay đổi theo thời Bảng 3.3 69 gian (đơn vị: kN/m3)
viii Kết quả thí nghiệm lực dính đất đắp (Ct) thay đổi theo thời gian Bảng 3.4 72 (đơn vị: kN/m2) Kết quả thí nghiệm góc ma sát trong đất đắp (φt) thay đổi theo Bảng 3.5 73 thời gian (đơn vị: độ) Kết quả thí nghiệm hệ số thấm Kt thay đổi theo thời gian (đơn Bảng 3.6 75 vị: cm/s) Bảng 3.7 Bảng chỉ tiêu cơ lý vật liệu dùng để đắp đập Liên Trì [3] 77 Bảng 3.8 Bảng chỉ tiêu cơ lý vật liệu đắp đập Hồ Hiểu [4] 79 Bảng 3.9 Bảng chỉ tiêu cơ lý vật liệu đất đắp Đập Làng [5] 82 Bảng 4.1 Bảng chỉ tiêu cơ lý lớp đất nền ở mặt cắt tính toán 91 Bảng chỉ tiêu cơ lý khối vật liệu xây dựng đập ở mặt cắt ngang Bảng 4.2 91 tính toán Bảng 4.3 Các thời kỳ tính toán ổn định đập theo thời gian 92 Kết quả tính toán ổn định đập Tả Trạch thời kỳ khai thác hồ Bảng 4.4 95 chứa (thời điểm t = 100 năm)
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Cột địa tầng vùng trầm tích sông cổ và trẻ - aQ 5 Cột địa tầng vùng sườn tàn tích-edQ và tàn tích-eQ trên đá Hình 1.2 6 bazan trẻ Cột địa tầng vùng sườn tàn tích-edQ và tàn tích-eQ trên đá Hình 1.3 6 phún trào Cột địa tầng vùng sườn tàn tích-edQ và tàn tích-eQ trên đá Hình 1.4 7 bazan cổ Cột địa tầng vùng sườn tàn tích-edQ và tàn tích-eQ trên đá Hình 1.5 8 xâm nhập Cột địa tầng vùng sườn tàn tích-edQ và tàn tích-eQ trên đá Hình 1.6 8 lục nguyên Các dạng đổ vỡ tiềm năng đối với các công trình thủy lợi Hình 1.7 14 bằng đất đắp [56] Hình 1.8 Rò rỉ qua thân đập [29] 16 Hình 1.9 Rò rỉ qua nền đập [29] 17 Hình 1.10 Đổ vỡ công trình do hiện tượng xói trong [56] 18 Mô hình nghiên cứu xói ngầm của Lin Ke và Akihiro Hình 1.11 21 Takahashi (2014) [62] Mô hình nghiên cứu xói dạng lỗ của R. Awal và cộng sự Hình 1.12 22 (2011) [74] Sơ đồ lắp đặt và mặt cắt ngang mô hình nghiên cứu xói do Hình 1.13 23 tràn đỉnh [71]
x Mô hình nghiên cứu xói do tràn đỉnh của P.K. Bhattarai và Hình 1.14 23 cộng sự (2014) [71] Hình ảnh của các mẫu đất được chế bị vào ống mẫu trước Hình 1.15 27 khi được ngâm vào bể chứa ngập nước [28] Độ tăng dung trọng tự nhiên (γ) do sự tăng độ ẩm (W) của Hình 1.16 28 đất trong quá trính ngấm nước [10] Độ giảm góc ma sát trong (φ) do sự tăng độ ẩm (W) của đất Hình 1.17 29 trong quá trình ngấm nước [10] Độ giảm lực dính (C) do sự tăng độ ẩm (W) của đất trong Hình 1.18 29 quá trình ngấm nước [10] Hình 2.1 Sơ đồ quá trình thí nghiệm TCT tiêu chuẩn 33 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm xói trong của Kenney và Lau Hình 2.2 33 (1985) [57] Hình 2.3 Mô hình thí nghiệm của Rochim và cộng sự (2017) [75] 34 Hình 2.4 Mô hình thí nghiệm của Chang and Zhang (2011) [40] 35 Hình 2.5 Mô hình thí nghiệm của Nguyen và cộng sự (2019) [70] 35 Sơ đồ quá trình thí nghiệm TCT xét ảnh hưởng dòng thấm Hình 2.6 36 theo thời gian Thiết bị mô phỏng sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp do tác Hình 2.7 36 động dòng thấm theo thời gian Cấu tạo buồng nén ba trục có dòng thấm qua mẫu đất thí Hình 2.8 37 nghiệm Hình 2.9 Lắp đặt mẫu đất vào mô hình 37 Hình 2.10 Máy bơm áp lực cao 38
xi Hình 2.11 Bình tích áp và hệ thống điều khiển tự động 38 Hình 2.12 Đế trên và đế dưới có đường kính 35mm 39 Hình 2.13 Đá thấm có đường kính 35mm 39 Hình 2.14 Tủ điều khiển 40 Thiết bị TCT hãng Geocomp – Mỹ tại Phòng thí nghiệm Hình 2.15 40 trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Hình 2.16 Đế buồng ba trục được chế tạo thuận tiện lắp đặt mẫu thử 41 Hình 2.17 Buồng chứa và bộ phận lọc nước 41 Hình 2.18 Tổng thể thiết bị mô phỏng 42 Hình 2.19 Khuôn chế bị mẫu đất 43 Hình 2.20 Các áp lực tại vị trí điểm nghiên cứu 44 Sơ đồ thí nghiệm trên thiết bị mô phỏng sự thay đổi tính Hình 2.21 47 chất cơ lý đất đắp do tác động dòng thấm theo thời gian Các bước xây dựng biểu đồ quan hệ tính chất cơ lý đất đắp Hình 2.22 49 theo thời gian Lưu đồ biểu diễn đồ thị sự thay đổi tính chất cơ lý theo thời Hình 2.23 50 gian Đồ thị xác định hàm hồi quy tính chất cơ lý thay đổi theo Hình 2.24 51 thời gian Vị trí lấy mẫu (vùng 5 mở rộng của mỏ VĐ2) – Công trình Hình 3.1 54 hồ chứa nước Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế
xii Hình 3.2 Cân khối lượng đất và chế bị mẫu 55 Hình 3.3 Mẫu được lắp vào buồng nén ba trục 56 Hình 3.4 Thí nghiệm nén ba trục trên thiết bị TCT 56 Hình 3.5 Mẫu đất thí nghiệm sau khi được chế bị 61 Hình 3.6 Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa mẫu 1 62 Hình 3.7 Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa mẫu 2 63 Hình 3.8 Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa mẫu 3 64 Hình 3.9 Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa mẫu 64 Mặt cắt ngang đập chính hồ chứa nước Tả Trạch, tỉnh Thừa Hình 3.10 65 Thiên Huế Áp lực ngang và áp lực đứng tại điểm nghiên cứu trên mặt Hình 3.11 cắt ngang đập chính hồ chứa nước Tả Trạch, tỉnh Thừa 65 Thiên Huế Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa và tác Hình 3.12 66 động dòng thấm cho mẫu 1 (theo điều kiện thực tế) Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa và tác Hình 3.13 67 động dòng thấm cho mẫu 2 (theo điều kiện thực tế) Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa và tác Hình 3.14 67 động dòng thấm cho mẫu 3 (theo điều kiện thực tế) Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa và tác Hình 3.15 68 động dòng thấm mẫu 1 (theo điều kiện tăng áp lực thấm) Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa và tác Hình 3.16 68 động dòng thấm mẫu 2 (theo điều kiện tăng áp lực thấm)
xiii Trình tự và thời gian thao tác quá trình làm bão hòa và tác Hình 3.17 69 động dòng thấm mẫu 3 (theo điều kiện tăng áp lực thấm) Biểu đồ biểu diễn kết quả sự thay đổi dung trọng theo thời Hình 3.18 70 gian Biểu đồ biểu diễn khối lượng đất xói tích lũy (Σmerosion) theo Hình 3.19 71 thời gian Hình 3.20 Biểu đồ biểu diễn kết quả sự thay đổi lực dính theo thời gian 72 Biểu đồ biểu diễn kết quả sự thay đổi góc ma sát trong theo Hình 3.21 73 thời gian Biểu đồ tương quan sự thay đổi giữa dung trọng và sức Hình 3.22 74 chống cắt đất đắp theo thời gian Hình 3.23 Biểu diễn các giai đoạn ảnh hưởng dòng thấm lên mẫu thử 75 Hiện trạng đỉnh đập và mái thượng lưu hồ chứa nước Liên Hình 3.24 76 Trì Biểu đồ đánh giá sự thay đổi tính chất cơ lý theo thời gian Hình 3.25 78 của vật liệu đắp đập Liên Trì Hiện trạng đỉnh đập và mái thượng lưu hồ chứa nước Hồ Hình 3.26 79 Hiểu Biểu đồ đánh giá sự thay đổi tính chất cơ lý theo thời gian Hình 3.27 80 của vật liệu đắp đập Hồ Hiểu Hình 3.28 Hiện trạng Đập Làng tỉnh Quảng Ngãi 82 Biểu đồ đánh giá sự thay đổi tính chất cơ lý theo thời gian Hình 3.29 83 của vật liệu đất đắp Đập Làng Hình 4.1 Toàn cảnh đập Tả Trạch, tỉnh Thừa Thiên Huế [8] 90 Mặt cắt ngang đại diện đập nhiều khối Tả Trạch - tỉnh Thừa Hình 4.2 90 Thiên Huế
xiv Kết quả tính thấm mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường Hình 4.3 93 hợp 1 Kết quả tính ổn định mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường Hình 4.4 94 hợp 1 Kết quả tính thấm mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường Hình 4.5 94 hợp 2 Kết quả tính ổn định mặt cắt ngang đập Tả Trạch - Trường Hình 4.6 95 hợp 2
xv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Thứ nguyên Chú giải ký hiệu a cm2/kG Hệ số nén lún của đất aQ Không thứ nguyên Đất trầm tích, bồi tích sông (alluvi) C kG/cm2 Lực dính của đất CD Không thứ nguyên Thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước CU Không thứ nguyên Thí nghiệm nén ba trục cố kết không thoát nước d mm Kích cở hạt đất e Không thứ nguyên Hệ số rỗng của đất e0 Không thứ nguyên Hệ số rỗng ban đầu của đất emin Không thứ nguyên Hệ số rỗng bé nhất của mẫu đất emax Không thứ nguyên Hệ số rỗng lớn nhất của mẫu đất E0 kG/cm2 Mô đun tổng biến dạng của đất edQ Không thứ nguyên Đất sườn tàn tích (eluvi – deluvi) eQ Không thứ nguyên Đất tàn tích (eluvi) Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite FEM Không thứ nguyên Element Method) G % Độ bão hòa nước của đất IP % Chỉ số dẻo của đất dính IL % Độ sệt của đất dính ICOLD Không thứ nguyên International Commission on Large Dams K Không thứ nguyên Hệ số đầm chặt Kt cm/s Hệ số thấm của đất h m Độ sâu của điểm nghiên cứu
xvi Phương pháp cân bằng giới hạn (Limit LEM Không thứ nguyên Equilibrium Method) QCVN Không thứ nguyên Quy chuẩn Việt Nam t Năm, tháng, giờ Thời gian TCT Không thứ nguyên Thí nghiệm nén ba trục (Triaxial compresion test) TCVN Không thứ nguyên Tiêu chuẩn Việt Nam W % Độ ẩm của đất WL % Độ ẩm giới hạn chảy của đất WP % Độ ẩm giới hạn dẻo của đất Wop % Độ ẩm thích hợp khi đầm vật liệu đất Wcb % Độ ẩm chế bị mẫu đất z m Độ sâu của điểm nghiên cứu tính từ mặt chuẩn γ g/cm3, T/m3 Dung trọng tự nhiên của đất, dung trọng ẩm γc g/cm3, T/m3 Dung trọng khô Dung trọng khô lớn nhất theo kết quả thí nghiệm γcmax g/cm3, T/m3 đầm nén Proctor γctk g/cm3, T/m3 Dung trọng khô thiết kế γw g/cm3, T/m3 Dung trọng của nước ∆ Không thứ nguyên Tỷ trọng hạt đất φ độ Góc ma sát trong của đất τ kG/cm2 Sức chống cắt của đất ηC % Mức độ thay đổi lực dính của đất ηφ % Mức độ thay đổi góc ma sát trong của đất ηKt % Mức độ thay đổi hệ số thấm của đất σz kN/m2 Áp lực buồng tính toán σt kN/m2 Áp lực dòng thấm tính toán
xvii TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐƠN VỊ DÙNG TRONG LUẬN ÁN VỚI CÁC ĐƠN VỊ HỆ SI Đơn vị Tương quan với đơn vị hệ SI Tên gọi các đại lượng Tên gọi Ký hiệu Chính xác Làm tròn Chiều dài Centimét cm 10-2m Lực Kilogam – lực kG 9,80665N 10N Kilogam – lực Tải trọng trên centimét kG/cm2 0,098Mpa 105Pa phân bố bề vuông mặt và các ứng suất (sức Tấn – lực trên T/m2 9806.65Pa 104Pa chống cắt) mét vuông Gam – lực trên g/cm3 9,80665kN/m3 10kN/m3 centimét khối Trọng lượng riêng Tấn – lực trên T/m3 9,8065kN/m3 10kN/m3 mét khối
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đập đất thường là hạng mục chính của công trình hồ chứa nước, là loại hình công trình thủy lợi được xây dựng nhiều tại các tỉnh miền Trung Việt Nam, nhằm cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện và nhiều ngành kinh tế khác. Vấn đề mất ổn định đập có thể xảy ra do những nguyên nhân khác nhau như: điều kiện địa hình địa chất và vật liệu xây dựng, điều kiện thủy lực như: thấm qua thân đập khi hồ chứa tích nước ở mực nước cao, khi nước hồ rút nhanh,... Việc đảm bảo an toàn cho đập đất trong mọi trường hợp khai thác hồ chứa là điều kiện bắt buộc. Việt Nam có hàng ngàn hồ chứa nước; đặc biệt các hồ chứa xây dựng trước năm 2000, thiết kế - thi công theo tiêu chuẩn cũ (TCVN 5060:1990), nhiều hạng mục công trình đã xây dựng chưa được đầu tư đồng bộ, thiếu tài liệu tính toán, kinh nghiệm thiết kế, thi công đập còn hạn chế, sau thời gian khai thác vận hành đến nay nhiều hồ bị xuống cấp, tiềm ẩn các nguy cơ mất an toàn. Theo báo cáo “Hiện trạng an toàn đập, hồ chứa nước” của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, tính đến năm 2018 có 1200/6648 đập, hồ chứa nước bị hư hỏng, xuống cấp và thiếu khả năng xả lũ cần sớm được sửa chữa nâng cấp [8]. Trong TCVN 8216:2009 – Thiết kế đập đất đầm nén thì: đập đất phải đáp ứng yêu cầu ổn định trong mọi điều kiện làm việc, trong thời gian thi công cho đến khi khai thác sử dụng. Đập đất phải được đảm bảo điều kiện ổn định thấm trong nền đập, thân đập, hai vai đập vùng bờ tiếp giáp và mang của các công trình đặt trong thân đập để không gây ra thấm vượt quá vận tốc cho phép, gây xói ngầm, bóc cuốn trôi vật liệu uy hiếp tính bền vững và tuổi thọ công trình [24]. Từ đó cho thấy, trong quá trình thiết kế đập đất, việc kiểm tra điều kiện ổn định mái dốc cho đập là hết sức cần thiết. Tuy nhiên, từ trước đến nay trong tính toán ổn định của đập đều dựa trên các thông số vật liệu đầu vào là tất định; các thông số đầu vào như tính chất cơ lý của đất (γ, C, φ,...) đều lấy một giá trị trung bình chung cho mọi vị trí trên mặt phá hoại của mái