Thạc Sĩ Nghiên cứu đánh giá khả năng mất ổn định thấm nền đê tân cương - Vĩnh Phúc và đề xuất giải pháp xử l

Đề tài: Nghiên cứu đánh giá khả năng mất ổn định thấm nền đê tân cương - Vĩnh Phúc và đề xuất giải pháp xử lý thích hợp


Luận văn dài 100 trang

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Đoạn đê Tân Cương nằm trong hệ thống đê Tả sông Hồng được xây dựng từ thời nhà Nguyễn. Cuối thế kỷ 19, đê được đắp bằng phương pháp thủ công với vật liệu là đất lấy tại chỗ. Cùng với sự tồn tại của nó, nhà nước thường xuyên tu bổ, củng cố để đảm bảo an toàn cho các huyện phía Nam tỉnh Vĩnh Phúc và thành phố Hà Nội. Tuy nhiên, do được đắp thủ công trên vùng có cấu trúc nền phức tạp, các lớp đất thường có độ nén chặt không cao, độ bền thấp làm cho sự ổn định của đê thường xuyên bị đe dọa.
Đê Tân Cương, đoạn từ Km6 - Km8 được đánh giá là đoạn đê xung yếu nhất huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc. Thực tế, hàng năm nước lũ sông Hồng đạt mức báo động 3, ở đoạn đê này xảy ra nhiều mạch sủi, mạch đùn đe dọa nghiêm trọng sự ổn định của đê. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá khả năng mất ổn định thấm của đoạn đê này để từ đó có các biện pháp xử lý thích hợp là việc làm có ý nghĩa quan trọng và tính cấp thiết cao.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Môi trường địa chất nền đê và các yếu tố ảnh hưởng đến mất ổn định thấm nền đê.
Phạm vi nghiên cứu : Đoạn đê Tân Cương từ Km6 - Km8 thuộc tuyến đê tả sông Hồng, nơi xảy ra quan hệ tương tác giữa nước sông dâng cao với môi trường địa chất nền đê.
3. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là làm sáng tỏ khả năng mất ổn định thấm nền đê Tân Cương Vĩnh Phúc, để từ đó đề xuất các giải pháp xử lý thích hợp nhằm nâng cao mức độ ổn định nền cho đoạn đê này.
4. Nhiệm vụ của đề tài
- Làm sáng tỏ đặc tính biến dạng thấm của các kiểu cấu trúc nền đê Tân Cương.
- Đánh giá khả năng mất ổn định thấm của các kiểu cấu trúc nền đã phân chia.
- Đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm thích hợp theo các kiểu cấu trúc nền đê nhằm đảm bảo ổn định cho đê.
5. Nội dung nghiên cứu
+ Điều kiện địa lý tự nhiên khu vực Vĩnh Phúc, chế độ thủy văn của sông Hồng nói chung và đoạn chảy qua xã Tân Cương, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc nói riêng.
+ Đặc điểm địa chất Đệ Tứ khu vực đê Tả sông Hồng Vĩnh Phúc.
+ Đặc điểm địa chất công trình nền đê Tả Sông Hồng, đoạn Tân Cương Km6 - Km8.
+ Theo quan điểm đánh giá ổn định thấm, tiến hành phân chia các kiểu cấu trúc nền đê trong phạm vi nghiên cứu.
+ Phân tích và đánh giá khả năng ổn định thấm của các kiểu cấu trúc nền đê đã phân chia.
+ Phân tích các giải pháp kỹ thuật xử lý biến dạng thấm áp dụng đối với các kiểu cấu trúc nền đê.
+ Đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm thích hợp để đảm bảo cho đê ổn định lâu dài.
6. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết nhiệm vụ của đề tài, luận văn sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp địa chất: Phân tích điều kiện hình thành và đặc điểm cấu trúc môi trường địa chất, sự biến đổi của môi trường này dưới tác động của các yếu tố tự nhiên cũng như nhân tạo.
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát lấy mẫu và phân tích mẫu đất trong phòng thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý.
- Phương pháp phân tích hệ thống: Nhằm xác định các nguyên tắc chung tiến hành nghiên cứu đề tài, xác định nguyên nhân hình thành, điều kiện hỗ trợ và cơ chế xảy ra biến dạng thấm tại đoạn đê nghiên cứu.
- Phương pháp toán học thống kê: Xử lý kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền đê.
- Phương pháp tính toán lý thuyết: Sử dụng phương pháp mô hình toán - cơ học đánh giá khả năng biến dạng thấm đoạn đê nghiên cứu.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả đánh giá khả năng mất ổn định thấm nền đê và đề xuất các giải pháp xử lý thích hợp trên cơ sở đặc điểm cấu trúc nền đê, và phân tích hiệu quả kỹ thuật của giải pháp xử lý có đủ độ tin cậy khoa học để áp dụng trong thực tiễn bảo vệ an toàn đoạn đê Tân Cương Vĩnh Phúc và các tuyến đê khác có đặc điểm cấu trúc nền tương tự.
8. Cơ sở tài liệu của luận văn
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu nghiên cứu của chính tác giả, các tài liệu liên quan đến đề tài luận văn của các nhà khoa học, các tài liệu lưu trữ về địa chất, địa mạo, thủy văn, địa chất thủy văn, địa chất công trình ở đoạn đê Tân Cương Vĩnh Phúc và vùng xung quanh của các cơ quan nghiên cứu, sản xuất và quản lý khác nhau, cùng một số tài liệu khác.
9. Cấu trúc của luận văn
Luận văn kết cấu gồm phần mở đầu và 4 chương, dày 100 trang đánh máy khổ A4, 08 bảng số liệu và 65 hình vẽ, đồ thị (trong đó các hình vẽ lớn không trình bày trong luận văn).
Luận văn được hoàn thành tại bộ môn Địa chất công trình, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Tô Xuân Vu.
Trong quá trình thực hiện, Tác giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Phòng Đại học và Sau đại học, Bộ môn Địa chất công trình, sự giúp đỡ và ý kiến đóng góp của các giảng viên thuộc Bộ môn Địa chất công trình, Bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy Lợi I, Cục Quản lý Đê điều và Phòng chống Lụt bão, Chi cục Quản lý Đê điều và phòng chống lụt bão tỉnh Vĩnh Phúc, Đội Quản lý Đê huyện Vĩnh Tường - Vĩnh Phúc cùng các đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của thầy hướng dẫn TS. Tô Xuân Vu, các thầy trong Bộ môn Địa chất công trình, các cơ quan, sự ủng hộ của đồng nghiệp, bạn bè và gia đình trong quá trình hoàn thành luận văn.

MỤC LỤC



Trang


MỞ ĐẦU

1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG THẤM CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG THẤM
5
1.1.
Khái niệm về biến dạng thấm
5
1.2.
Cơ sở lý thuyết nghiên cứu áp lực thấm nền đê
10
1.3.
Điều kiện ổn định thấm ở nền đê
15
1.4.
Ảnh hưởng của biến dạng thấm tới sự ổn định nền đê
17

Chương 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ PHÂN CHIA CÁC KIỂU CẤU TRÚC NỀN ĐÊ TÂN CƯƠNG
18
2.1.
Đặc điểm địa chất công trình nền đê
18
2.1.1.
Đặc điểm địa hình địa mạo
18
2.1.2.
Địa tầng Đệ Tứ và đặc tính địa chất công trình của trầm tích
19
2.1.3.
Đặc điểm thủy văn và địa chất thủy văn
25
2.2.
Phân chia các kiểu cấu trúc nền đê
28
2.2.1.
Khái niệm về cấu trúc nền đê
28
2.2.2.
Cơ sở phân chia
29

Chương 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG MẤT ỔN ĐỊNH THẤM NỀN ĐÊ TÂN CƯƠNG
39
3.1.
Xác định áp lực dòng thấm phía trong đê
39
3.1.1.
Cơ sở lý thuyết giải bài toán thấm trong Modul SEEP/W
40
3.1.2.
Điều kiện biên của mô hình tính thấm
41
3.1.3.
Các đặc trưng thấm của đất dùng trong tính toán
44
3.1.4.
Kết quả tính toán

45
3.2.
Kiểm tra khả năng mất ổn định thấm nền đê

70
3.1.2.
Đánh giá khả năng đùn đất tầng phủ

70
3.2.2.
Nhận xét và đánh giá

71

Chương 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ BIẾN DẠNG THẤM THÍCH HỢP Ở NỀN ĐÊ TÂN CƯƠNG
79
4.1.
Các giải pháp xử lý biến dạng thấm ở nền đê
79
4.1.1.
Kéo dài đường thấm bằng sân phủ chống thấm phía trong và ngoài đê
79
4.1.2.
Đắp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê
80
4.1.3.
Kéo dài đường thấm bằng tường chống thấm dưới nền đê

81
4.1.4.
Tạo màn chống thấm bằng phương pháp bơm phụt dung dịch vào nền đê

81
4.1.5.
Xây dựng giếng giảm áp

82
4.1.6.
Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê

83
4.1.7.
Tạo tầng lọc ngược, dâng cao mức nước nơi dòng thấm xuất lô

84
4.2.
Đề xuất các giải pháp xử lý biến dạng thấm ở nền đê Tân Cương

85
4.3.
Thiết kế xử lý biến dạng thấm tại đoạn đê từ Km 6+500 đến Km 6+900 bằng giải pháp giếng khoan giảm áp

86
4.3.1.
Thiết kế hệ thống giếng

86
4.3.2.
Kiểm tra ổn định thấm khi sử dụng giải pháp giếng giảm áp

92

KẾT LUẬN

98

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
99


CÁC Kí HIỆU CHỦ YẾU DÙNG TRONG LUẬN VĂN

Ký hiệu
Đơn vị
Tờn gọi cỏc ký hiệu
a
m2/ngđ
Hệ số truyền áp lực của tầng chứa nước
a1-2
cm2/kg
Hệ số lún của đất ứng với cấp áp lực 1-2 kG/ cm2
C
kG/ cm2
Lực dính kết của đất
d10, d60, D60
mm
Kích thước đường kính hạt mà lượng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 10% và 60%
eo
-
Hệ số rỗng tự nhiên của đất
G
%
Độ bóo hoà của đất
Hđ
m
Cao độ địa hỡnh (hay mặt nước địa phương)
HMAX
m
Cao độ cột áp lớn nhất phía trong đê.
Hđn
m
Chiều cao cột nước tác dụng lên đáy tầng phủ
DH
m
Áp lực gia tăng phía trong đê
D Ho
m
Biến đổi cột áp thấm ban đầu (tại biên)
J
-
Gradient ỏp lực của dũng thấm
[J]
-
Grandient ỏp lực của thấm giới hạn, cho phộp của trầm tớch
k
cm/s
Hệ số thấm của đất
Kđn
-
Hệ số ổn định đẩy nổi
DL
-
Chỉ số chảy xuyờn tầng
mp
m
Chiều dày tầng phủ thấm nước yếu
ro
m
Bán kính giếng đào giảm áp
W
m3
Lượng nước ngầm bổ sung
w
%
Độ ẩm tự nhiên của đất
wL, wp
%
Độ ẩm giới hạn chảy, giới hạn dẻo của đất
gw
g/cm3
Khối lượng thể tích tự nhiên của đất
gs, gn
g/cm3
Khối lượng riêng của đất, nước
h
-
Hệ số không đều hạt của đất
j
độ
Góc ma sát trong của đất