Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng đáy đập vật liệu địa phương đến lưu lượng và đường bão hòa

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014


MỤC LỤC
3TMỤC LỤC3T . 3
3TDANH MỤC BẢNG BIỂU3T . 5
3TDANH MỤC HÌNH VẼ3T 7
3TMỞ ĐẦU3T . 1
3TCHƯƠNG 1:3T 3TTỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI ĐẬP ĐÂT3T . 5
3T1.13T 3TKhái niệm về đập đất3T 5
3T1.23T 3TCác loại đập đất đã xây dựng3T . 5
3T1.33T 3TCác sự cố nghiêm trọng của đập đất3T . 10
3T1.43T 3TNguyên nhân gây thấm3T . 10
3T1.53T 3TẢnh hưởng của đường thấm đến đập đất3T 11
3T1.63T 3TMột sốsự cốdo dòng thấm gây ra3T . 11
3T1.73T 3TCác biện pháp phòng chống thấm3T 14
3T1.7.13T 3TChống thấm cho những công trình mới xây dựng3T . 14
3T1.7.23T 3TChống thấm cho những công trình đã xây dựng trước đây3T . 16
3TCHƯƠNG 2:3T 3TLÝ THUYẾT THẤM VÀ ỔN ĐỊNH3T 17
3T2.13T 3TTổng quan vềphương pháp tính toán thấm3T 17
3T2.1.13T 3TSơ lược quá trình phát triển3T . 17
3T2.1.23T 3TTầm quan trọng của lý thuyết thấm3T . 17
3T2.1.33T 3TCác phương pháp giải bài toán thấm3T . 18
3T2.23T 3TTổng quan vềphương pháp tính ổn định mái dốc3T 21
3T2.2.13T 3TLýluận tính toán ổn định mái dốc3T . 21
3T2.2.23T 3TCách chia thỏi đất vàcách xác định trọng lượng thỏi3T 28
3T2.2.33T 3TCác phương pháp tính hệ sốan toàn ổn định mái dốc3T . 31
3T2.2.43T 3TCác phương pháp tính toán ổn định mái dốc3T . 33
3TCHƯƠNG 3:3T 3TỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG TÍNH
THẤM VÀTÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CỦA ĐẬP ĐẤT3T . 40
3T3.13T 3TPhương pháp phần tử hữu hạn3T 40
3T3.23T 3TMục đích tính toán3T 42
3T3.33T 3TLựa chọn các thông sốtính toán3T . 42
3T3.3.13T 3TĐập đất3T . 42
3T3.3.23T 3TNền đập3T 43
3T3.43T 3TPhần mềm tính toán3T 43
3T3.53T 3TTrình tự tính toán3T 43
3T3.5.13T 3TTính thấm qua đập đất3T . 44
3T3.5.23T 3TTính toán ổn định trượt mái đập3T 45
3T3.5.33T 3TTổhợp các trường hợp tính toán3T 46
3T3.5.43T 3TKết quảtính toán vàđánh giá3T 47
3T3.63T 3THướng dẫn sửdụng biểu đồ tra3T 78
3TKẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ3T . 84
3TTÀI LIỆU THAM KHẢO3T . 86
3TPHỤ LỤC3T 87
DANH MỤC BẢNG BIỂU
3THình 0-1: Đập trên nền nằm nghiêng3T . 2
3THình 0-2: Sơ đồ đập nghiêng3T . 3
3THình 0-3: Sơ đồ các vị trí tính toán3T 4
3THình 1-1: Đập đất đồng chất3T 6
3THình 1-2: Đập không đồng chất3T . 7
3THình 1-3: Đập có tường lõi mềm3T . 8
3THình 1-5: Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh3T 13
3THình 1-6: Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa3T . 13
3THình 1-7: Đập đất đồng chất cótường răng.3T 15
3THình 1-8: Đập cótường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng3T . 15
3THình 1-9: Chống thấm cho nền bằng bản cọc3T 15
3THình 1-10: Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ3T . 16
3THình 2-1: Xác định moment chống trượt và gây trượt với mặt trụtròn3T 23
3THình 2-2: Xác định góc ma sát và lực dính huy động3T . 25
3THình 2-3: Các lực tác dụng vào mỗi thỏi3T . 28
3THình 2-4: Sơ đồ tính lực thấm theo phương pháp Bishop đơn giản3T 32
3THình 2-5: Dịch chuyển điểm trên cung trượt3T . 34
3THình 2-6: Mặt cắt ngang mái dốc3T 39
3THình 3-1: Sơ đồ chia lưới phần tửvà các điều kiện biên3T . 45
3THình 3-2: Sơ đồ khai báo điều kiện tính toán ổn định đập đất3T 46
3THình 3-3: Sơ đồ tính thấm qua đập đất hệsố mái m = 2, chiều cao đập HR
đR = 20m3T 48
3THình 3-4: Biểu đồ quan hệJRra
R~ L tại mái hạ lưu3T . 48
3THình 3-5: Sơ đồ tính ổn định cho đâp đất hệsố mái m = 2, chiều cao đập HR
đR = 20m3T 49
3THình 3-6: Biểu đồ quan hệQ ~ HR
đR.3T . 50
3THình 3-7: Biểu đồ quan hệJRra
R ~ HR
đR33T . 51
3THình 3-8: Biểu đồ quan hệHR
đR ~ K3T 52
3THình 3-9: Sơ đồ tính toán tổng quát đập trên nền nằm nghiêng3T 53
3THình 3-10: Tính thấm qua đập có hệsố mái m = 2, HR
đR = 20m, α = 6P
o
P.3T 53
3THình 3-12: Quan hệq ~ α với trường hợp hệsố mái m = 23T 56
3THình 3-13: Quan hệJRra
R ~ α với trường hợp hệsố mái m = 23T 56
3THình 3-14: Quan hệK ~ α với trường hợp hệsố mái m = 23T . 57
3THình 3-15: Quan hệq ~ α với trường hợp hệsố mái m = 2,53T . 59
3THình 3-16: Quan hệJRra
R ~ α với trường hợp hệsố mái m = 2,53T . 59
3THình 3-17: Quan hệK ~ α với trường hợp hệsố mái m = 2,53T 60
3THình 3-18: Quan hệq ~ α với trường hợp hệsố mái m = 3,03T . 62
3THình 3-19: Quan hệJRra
R ~ α với trường hợp hệsố mái m = 3,03T . 62
3THình 3-20: Quan hệK ~ α với trường hợp hệsố mái m = 3,03T 63
3THình 3-21: Quan hệq ~ α với trường hợp hệsố mái m = 3,53T . 65
3THình 3-22: Quan hệJRra
R ~ α với trường hợp hệsố mái m = 3,53T . 65
3THình 3-23: Quan hệK ~ α với trường hợp hệsố mái m = 3,53T 66
3THình 3-25: Quan hệJRra
R ~ α với trường hợp hệsố mái m = 4,03T . 68
3THình 3-26: Quan hệK ~ α với trường hợp hệsố mái m = 4,03T 69
3THình 3-27: Quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α), trường hợp m = 2,03T 74
3THình 3-28: Quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α), trường hợp m = 2,53T 75
3THình 3-29: Quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α), trường hợp m = 3,03T 75
3THình 3-30: Quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α), trường hợp m = 3,53T 76
3THình 3-31: Quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α), trường hợp m = 4,03T 76
3THình 3-32: Biểu đồ quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α), ứng với các hế số mái đập khác nhau3T 77
3THình 3-33: Sơ đồ đập tính toán3T 78
3THình 3-34: Biểu đồ tra quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α)3T 79
3THình 3-35: Sơ đồ đập biến đổi trên nền nằm ngang3T 79
3THình 3-36: Sơ đồ tính thấm bằng phương pháp thủy lực3T 81
DANH MỤC HÌNH VẼ
3TBảng 2-1: Bảng tóm tắt sốlượng ẩn trong việc tìm hệ sốan toàn.3T . 29
3TBảng 2-2: Bảng tóm tắt sốlượng các đại lượng đãbiết trong tìm hệ sốan toàn3T 31
3TBảng 3-1: Các tổ hợp được tính toán trong đềtài (x)3T . 46
3TBảng 3-2: Lưu lượng thấm qua đập đất ứng với các hệsố mái và chiều cao đập (q=10P
-6
PmP
3
P/s)3T . 50
3TBảng 3-3: Građiên thấm lớn nhất trên mái hạ lưu ứng với các hế số mái và chiều cao đập3T 51
3TBảng 3-4: Hệsố ổn định mái hạ lưu đập ứng với các hệsố mái và chiều cao đập3T . 52
3TBảng 3-5: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu ứng với các chiều
cao đập và góc nghiêng nền3T 55
3TBảng 3-6: Hệsố ổn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng nền, mái hạ lưu m =
23T 56
3TBảng 3-7: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JRra
R ứng với các
chiều cao đập và góc nghiêng nền3T 58
3TBảng 3-8: Hệsố ổn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m = 2,53T . 60
3TBảng 3-9: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JRra
R ứng với các
chiều cao đập và góc nghiêng nền3T 61
3TBảng 3-10: Hệ số ổn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m = 3,03T . 63
3TBảng 3-11: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JRra
R ứng với các
chiều cao đập và góc nghiêng nền3T 64
3TBảng 3-12: Hệsố ổn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m = 3,53T . 66
3TBảng 3-13: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JRra
R ứng với các
chiều cao đập và góc nghiêng nền3T 67
3TBảng 3-14: Hệsố ổn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m = 4,03T . 69
3TBảng 3-15: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đR, HR
bđ1R, HR
bđ2R, HR
bđ3R với HR
đR = 10m3T . 70
3TBảng 3-16: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đR, HR
bđ1R, HR
bđ2R, HR
bđ3R với HR
đR = 15 m3T 71
3TBảng 3-17: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đR, HR
bđ1R, HR
bđ2R, HR
bđ3R với HR
đR = 20m3T . 72
3TBảng 3-18: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đR, HR
bđ1R, HR
bđ2R, HR
bđ3R với HR
đR = 25 m3T 72
3TBảng 3-19: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đR, HR
bđ1R, HR
bđ2R, HR
bđ3R với HR
đR = 30 m3T 73
3TBảng 3-20: Quan hệ(HR
bđR/HR
đR ~ α) với các hệsố mái khác nhau3T 77
LỜI CẢM ƠN
Tôi đã hoàn thành luận văn này theo đúng thời gian quy định của nhà
trường.
Để có được kết quả như vậy, trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc đến PGS. TS. Nguyễn Cảnh Thái, người đã nhiệt tình hướng dẫn tôi thực
hiện nghiên cứu của mình.
Nhân đây, tôi cũng xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các giảng
viên Khoa sau Đại học, những người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ
trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua.
Xin được gửi lời cám ơn chân thành tới Trung tâm Đào tạo và Hợp tác
quốc tế trực thuộc Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi
trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những
người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực
hiện đề tài nghiên cứu của mình.
BẢN CAM ĐOAN
Tên tôi là Ngô Lan Hương, học viên cao học lớp 18C21, chuyên ngành
Xây dựng công trình thủy, khoá2010-2013. Tôi xin cam đoan luận văn thạc
sĩ ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng đáy đập vật liệu địa phương đến
lưu lượng và đường bão hòa’’ làcông trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi
không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công
trình nghiên cứu khoa học nào.
Học viên
Ngô Lan Hương
-1-MỞ ĐẦU
I) TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Vì vậy, việc tính toán thấm và ổn định của đập đất là một phần rất
quan trọng trong thiết kế và xây dựng các công trình thủy lợi, nóảnh hưởng
trực tiếp đến giá thành và sự làm việc an toàn của công trình.
Trong thực tế, người thiết kế thường gặp rất nhiều mặt cắt đập phức tạp
mà việc tính toán thấm theo phương pháp thủy lực gặp rất nhiều khókhăn,
mặt khác trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, người thiết kế cũng chưa cóđược các
thông số chi tiết như vềhệsố thấm, dung trọng riêng của đất, lực dính đơn vị,
góc ma sát trong . Và việc lựa chọn cho đập một thiết kế tối ưu vềđộcao,
mái dốc sẽ khiến người thiết kế tốn rất nhiều thời gian để giả thiết các trường
hợp rồi chạy phần mềm thấm, ổn định để đưa ra được một bản thiết kế tối ưu
nhất.
Bên cạnh đó, đối với đập cóđáy nằm nghiêng, người thiết kế vẫn phải
tính toán và xây dựng mô hình khá phức tạp so với đáy nằm ngang. Chính vì
vậy, luận văn đã đi vào nghiên cứu nhằm kết hợp giữa phương pháp thủy lực
vàphương pháp phần tử hữu hạn (giải bằng phần mềm Geo Slope) để đưa ra
kết quảtính toán cho đập có đáy nằm nghiêng một cách nhanh vàđáng tin
cậy, bên cạnh đó, luận văn cũng đưa ra khuyến nghị lựachọn vị trí chiều cao
đập biến đổi vềđáy nằm ngang cho kết quả phù hợp nhất đối với đáy nằm
nghiêng thực tế của đập. Cũng chính từ chiều cao đập quy đổi, người thiết kế
cóthể dựa vào đóđể tính toán, thiết kế nhanh và đơn giản hơn nhiều so với
đập cóđáy nghiêng trên thực tế.
Với mục đích giúp người thiết kế chỉ với vài biểu đồ tra cơ bản cóthể
sơ bộvạch ra được cho mình một thiết kế công trình tối ưu, luận văn đã đi vào
nghiên cứu và đưa ra các biểu đồ để từ đóngười thiết kế cóthể xác định sơ bộ
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy
-2-chiều cao đập thiết kế, mái dốc, góc nghiêng đáy, lưu lượng thấm, Gradien
thấm
§Ëp ®Êt
§Ëp ®Êt
Hình 0-1: Đập trên nền nằm nghiêng
Do vậy, khi tính toán cần thiết phải biến đổi để đưa các dạng đóvềsơ
đồ cơ bản. Tuy nhiên, việc lựa chọn vị trí xác định chiều cao đập quy đổi như
thế nào thì hiện nay vẫn chưa cómột đềtài nào nghiên cứu vấn đềnày. Trong
phạm vi nghiên cứu, đề tài sẽ nghiên cứu và đưa ra khuyến nghị về vị trí
chiều cao đập biến đổi phù hợp nhất cũng như các bảng biểu giúp người thiết
kế sơ bộ tra nhanh được các thông số cơ bản mà không cần phải sửdụng phần
nào.