Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
[

  


============== 







Chuy


 - 2012 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Học viên :– CH17 - Ngành công trình



Hiện trạng các hồ chứa hiện nay ở nƣớc ta.
11
I.2.1.
Về tình trạng thấm của đập đất
11
I.2.2.
Về chất lƣờng cống lấy nƣớc
11
I.2.3.
Về năng lực thoát lũ, chất lƣợng tràn xã lũ
12
I.2.4.
Về hiện trạng mái thƣợng lƣu đập đất
13
I.3.
Nguyên nhân hƣ hỏng.
14
I.3.1.
Nguyên nhân từ công tác khảo sát, thiết kế :
14
I.2.2.
Nguyên nhân từ công tác thi công
15
I.3.3.
Nguyên nhân từ công tác quản lý
15
I.4.
Tình hình sửa chữa, nâng cấp các hồ chứa trong
thời gian gần đây
16

II.2.3.
Áp dụng của một số cơ quan thiết kế thế giới
23
II.3.
Phƣơng pháp tính thấm trong trƣờng hợp mực nƣớc
thƣợng lƣu rút nhanh (đất không nén đƣợc):
23
II.3.1.
Trƣờng hợp tính toán:
24
II.3.2.
Phƣơng trình cơ bản của dòng thấm không ổn định:
24
II.3.3.
Giải bài toán thấm bằng phƣơng pháp Phần tử hữu
hạn (PTHH):
27
II.3.3.1.
Trình tự giải bài toán bằng phƣơng pháp PTHH:
29
II.3.3.2.
Nội dung giải bài toán thấm bằng phƣơng pháp
PTHH.
31
II.4.
Tóm tắt phƣơng pháp tính ổn định theo Bishop:
37
II.4.1.
Giả thiết của phƣơng pháp:
37

45
III.2.4.
Phân tích, tính thấm cho các trƣờng hợp:
45
III.2.4.1.
Tính thấm cho thời điểm ban đầu (bắt đầu hạ thấp
mực nƣớc hồ
45
III.2.4.2.
Tính thấm cho quá trình hạ thấp mực nƣớc hồ
46
III.3.
Xây dựng biểu đồ vận hành hạ thấp mực nƣớc hồ
chứa
46
III.3.1.
Mục đích
46 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
III.3.2.

Trƣờng hợp xây dựng biểu đồ vận hành hạ thấp mực
nƣớc hồ chứa
46
III.3.3.
Khái niệm nƣớc rút nhanh và rút nƣớc chậm

IV.1.2.
Vị trí địa lý:
54
IV.1.3.
Nhiệm vụ của công trình:
54
IV.1.4.
Thành phần và quy mô hệ thống công trình Dầu
Tiếng:
56
IV.2.
Lập biểu đồ vận hành khi hạ thấp mực nƣớc hồ
60
IV.2.1.
Mặt cắt đập Dầu Tiếng và các chỉ tiêu cơ lý
61
IV.2.1.1.
Mặt cắt đập hồ Dầu Tiếng
61
IV.2.1.2.
Các chỉ tiêu cơ lý:
62
IV.2.2.
Trƣờng hợp tính toán
62
IV.2.3.
Xây dựng biểu đồ.
62
IV.2.3.1.
Quá trình rút nƣớc nhanh của hồ chứa


Trang
Hình 1-1:
Sạt lở hạ lƣu cống lấy nƣớc số 1 kênh chính Đông, hệ
thống thuỷ lợi Dầu Tiếng – Tây Ninh
2
Hình 1-2:
Sạt lở tại K13 bờ kênh chính Tây, hệ thống thuỷ lợi Dầu
Tiếng – Tây Ninh
3
Hình 1-3:
Sạt lở mái đập phụ tại K19, hồ Dầu Tiếng – Tây Ninh
3
Hình 1-4:
Hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh
9
Hình 1-5:
Hồ chứa nƣớc Kẻ Gỗ tỉnh Hà Tĩnh
10
Hình 1-6:
Hồ chứa nƣớc Núi Cốc tỉnh Thái Nguyên
10
Hình 1-7:
Sạt lở mái đập thƣợng lƣu hồ Cóm 1 - tỉnh Hoà Bình
14
Hình 1-8:
Sạt lở mái đập thƣợng lƣu hồ Cầu Cau - tỉnh Nghệ An
14
Hình 1-9:
Sạt trƣợt mái đập thƣợng lƣu hồ Bản Chành – Lạng Sơn

49
Hình 3-5:
Chênh lệch mực nƣớc hồ từng thời đoạn tính toán ứng
với mặt cắt điển hình loại II.
52 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
Hình 4-1:
Bản đồ hệ thống thủy lợi Dầu Tiếng – Tây Ninh
55
Hình 4-2:
Mặt cắt đập chính hồ Dầu Tiếng
61
Hình 4-3:
Tràn xả lũ hồ Dầu Tiếng
61
Hình 4-5
Quan hệ thời gian và cao trình tháo cạn hồ (t~z)
66
Hình 4-6:
Sự di chuyển của đƣờng bão hoà trong quá trình rút nƣớc
67
Hình 4-7:
Biểu đồ quan hệ K
ôđ
~ t (quá trình rút nƣớc)
69


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Học viên :– CH17 - Ngành công trình

DANH MNG BIU


Trang
Bảng 1-1:
Tổng hợp số lƣợng các hồ chứa nƣớc tại Việt Nam
7
Bảng 1-2:
Một số hồ đập lớn ở Việt Nam (không kể các hồ
thủy điện) (Theo thứ tự chiều cao đập)

58
Bảng 4-3:
Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và nền đập
62
Bảng 4-4:
Tung độ điểm đƣờng phòng phá hoại và dung tích hồ
tƣơng ứng.
63
Bảng 4-5:
Quan hệ đặc trƣng lòng hồ Z ~ W
64
Bảng 4-6:
Quan hệ thời gian và cao trình tháo cạn hồ (t~z)
65
Bảng 4-7:
Quan hệ thời gian và cao trình tháo cạn hồ (t~z)
65
Bảng 4-8:
Chỉ tiêu tính tóan của đất đắp đập, đất nền , tƣờng tâm,
lăng trụ thóat nƣớc hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng.
68
Bảng 4-9:
Hệ số ổn định K theo thời gian rút nƣớc hồ
69

thƣợng lƣu bị lồi lõm, bị sạt trƣợt cục bộ, ngoài nguyên nhân do sóng và
các nguyên nhân khác thì nguyên nhân chủ yếu là do mực nƣớc hồ hạ thấp
nhanh gây ra.
Hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng là công trình thủy nông mang tầm vóc
quốc gia, với dung tích khoảng 1,58 tỷ m
3
. Cụm công trình đầu mối gồm:
Đập chính, đập phụ, đập tràn xả lũ, cống dẫn dòng, cống lấy nƣớc số 1, số
2, số 3. Hệ thống kênh chính dẫn nƣớc gồm: kênh chính Đông, kênh chính
Tây, kênh chính Tân Hƣng; hệ thống kênh tiêu Phƣớc Hội Bến Đình thuộc
kênh chính Tây.
Hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng có nhiệm vụ cung cấp nƣớc phục vụ sản
xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và cải tại môi trƣờng cho các tỉnh
Tây Ninh, Bình Dƣơng, Long An và thành phố Hồ Chí Minh.
Hồ Dầu Tiếng có đập chính là đập đất đồng chất, chiều cao đập
28m, chiều dài đập 1,1Km; đập phụ là đập đất đồng chất chiều cao trung
bình từ 6-8m, chiều dài 27,2Km. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
Hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng hiện nay đang đƣợc vận hành theo “Quy

ban hành theo Quyết định số 137/2000/QĐ-BNN-QLN, ngày 18/12/2000
của Bộ Trƣởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn).
Trong quá trình quản lý khai thác, hàng năm hồ nhiều lần phải vận
hành tràn xả lũ để xả nƣớc qua tràn hạ thấp mực nƣớc hồ bảo đảm an toàn
công trình khi có lũ về hoặc tháo cạn hồ để phục vụ công tác sửa chữa.
Trong Quy trình vận hành điều tiết tạm thời hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng


- Nghiên cứu, tìm hiểu các phƣơng pháp tính ổn định cho mái dốc
thƣợng lƣu khi mực nƣớc thƣợng lƣu rút nhanh.
- Phân tích ảnh hƣởng của tốc độ rút nƣớc, chiều cao rút nƣớc, các
chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập ( , C) đến ổn định của mái.
- Thiết lập các quan hệ giữa các yếu tố trên với hệ số ổn định của
mái dốc thƣợng lƣu dƣới dạng bảng biểu, đồ thị để ngƣời sử dụng có thể
tra cứu một cách dễ dàng, phục vụ cho việc vận hành công trình an toàn.

Sử dụng phƣơng pháp số ( phƣơng pháp phần tử hữu hạn) để tính
thấm, ổn định cho các trƣờng hợp khác nhau.

Đập hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh

+ Nghiên cứu xác định đƣợc nguyên nhân gây sạt lở mái thƣợng
lƣu;
+ Đề xuất giải pháp đảm bảo ổn định mái thƣợng lƣu khi nƣớc
thƣợng lƣu rút nhanh. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5

giới hoá cao trong thi công dẫn đến đa số trƣờng hợp có giá thành hạ,
mang lại hiệu quả kinh tế cao, nên đập đất là loại đập đƣợc ứng dụng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
rộng rãi nhất trong hầu hết các nƣớc. Ngày nay, nhờ sự phát triển của
nhiều ngành khoa học nhƣ cơ học đất, địa chất công trình, địa chất thuỷ
văn, thủy văn, lý thuyết thấm, ứng suất biến dạng, vật liệu cũng nhƣ
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 hƣớng phát triển mạnh mẽ, có thể xây dựng đƣợc cả 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 đƣợc các bãi vật liệu có sẵn tại
địa phƣơng. Cho đến nay, các nƣớc đã xây dựng đƣợc hàng nghìn đập
đất trong các hệ thống thủy lợi tạo nên cơ sở hạ tầng góp phần phát triển
nền kinh tế của các nƣớc.
Nƣớc ta có 14 lƣu vực sông lớn, có nguồn tài nguyên nƣớc phong
phú, hàng năm có khoảng 845 tỷ m
3
nƣớc chuyển tải trên 2360 con sông
lớn nhỏ. Tuy nhiên do lƣợng mƣa phân bố không đều trong năm, nên
dòng chảy cũng thay đổi theo mùa. Mùa khô kéo dài khoảng 67 tháng,
lƣợng mƣa chỉ chiếm 1520% lƣợng mƣa cả năm, còn lại 8085%
lƣợng mƣa trong 56 tháng mùa mƣa. Về địa hình, nƣớc 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 nƣớc cho dân sinh.

Trong những thập kỷ qua, đặc biệt sau ngày thống nhất đất nƣớc,

đập dâng là đập bê tông trọng lực nhƣ đập Tân Giang (Ninh Thuận), hồ có
đập dâng là đập đá đổ nhƣ cửa đạt (Thanh Hóa), hiện nay đập dâng thủy
điện Sơn La là đập bê tông đầm lăn…)

-1: Tổng hợp số lƣợng các hồ chứa nƣớc tại Việt Nam [1] TT




(10
6
m
3
)
1
Hồ thuỷ điện
10
19.000
2
Hồ cấp nƣớc tƣới
+ W >10 triệu m
3
+ W = 510 triệu m
3

+ W = 15 triệu m
3

(10
6
m
3
)
H
max

(m)




1
Đá Bàn
Khánh Hoà
79.20
42,50
1977
1988
2
Cấm Sơn
Bắc Giang
555.00
42.50
1966
1974
3
Xạ Hƣơng
Vĩnh Phúc

1976
1983
8
Tà Keo
Lạng Sơn
14.00
35.00
1967
1972
9
Sông Mực
Thanh Hoá
314.00
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

Quảng Ngãi
28.60
29.00
1977
1981
17
Dầu Tiếng
Tây Ninh
1,580.80
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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9


Thƣợng Tuy
Hà Tĩnh
19.60
25.00
1961
1964
25
Suối Hai
Hà Tây
46.50
24.00
1958
1963
26
Phú Xuân
Phú Yên
12.10
23.70
1994
1996
27
Vĩnh Trinh
Quảng Nam
20.30
23.00
1977
1980
28
Vực Trống
Hà Tĩnh

1980
1985
33
Kinh Môn
Quảng Trị
16.70
21.00
1985
1989
Một số hình ảnh về hồ chứa ở Việt Nam

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
1-4: Hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh [10]
Dung tích tổng cộng: 1,58 tỷ m3;
Dung tích hữu ich: 1,111 tỷ m3;
Mực nƣớc dâng bình thƣờng: 24,40 m
Mực nƣớc chết: 17,00 m;
Chiều cao đập chính: 28 m;
Năm xây dựng: 1979;

các hồ chứa nƣớc trong toàn quốc và đã có những đánh giá trong Chƣơng
trình Bảo đảm an toàn các hồ chứa nƣớc, cụ thể nhƣ sau:
I.2.1 
Tình trạng thấm xảy ra rất phổ biến ở các đập đất, ở nhiều hồ chứa
là rất nghiêm trọng.
Trong 25 hồ chứa đƣợc Bộ Nông nghiệp và PTNT cho sửa chữa gần
đây đã có 17 hồ chứa phải xử lý an toàn về thấm ở các mức độ khác nhau.
Theo kết quả điều tra năm 2002 [1], số lƣợng các hồ chứa cần đƣợc
xử lý thấm theo bảng 1-3: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 12

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
-3: Các hồ cần xử lý thấm [1] TT


1
W
trữ
 10 triệu m
3

39/79
2
W
trữ

Theo kết quả điều tra năm 2002 [1], số lƣợng các hồ chứa cần sửa
chữa nâng cấp cống theo bảng 1-4:
 1-4: Các hồ cần sửa chữa cống lấy nƣớc [1]
TT


1
W
trữ
 10 triệu m
3

21/79
2
W
trữ
= 5 10 triệu m
3

27/66 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 13

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
3
W
trữ
= 1 5 triệu m
3



 / 

1
W
trữ
 10 triệu m
3

10/79
10/79
2
W
trữ
= 5 10 triệu m
3

21/66
20/66
3
W
trữ
= 1 5 triệu m
3

118/442
162/442
4
W

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 15

Học viên :– CH17 - Ngành công trình
-8: Sạt lở mái đập thƣợng lƣu hồ Cầu Cau - tỉnh Nghệ An [2]
I.3. NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG :
Hồ chứa ở nƣớc ta đƣợc xây dựng nhiều từ sau giải phóng miền Nam;
trƣớc sức ép về phát triển kinh tế, an toàn lƣơng thực, nhiều hồ chứa đã
đƣợc xây dựng gấp, trong điều kiện kinh phí hạn hẹp, dẫn đến công tác
khảo sát, thiết kế, thi công có nhiều thiếu sót. Phân tích hiện trạng và các
sự cố, hƣ hỏng của các hồ chứa, có các nguyên nhân chính nhƣ sau:
I.3.1 
Khảo sát, đánh giá địa chất nền, đất đắp đập không đầy đủ, thiếu
chính xác.
Kết cấu mặt cắt đập chƣa hợp lý; biện pháp chống thấm cho đập không
phù hợp, hoặc không triệt để (nhƣ đập Dầu Tiếng, Am Chúa ). Trong tính toán
thiết kế chƣa kiểm tra đầy đủ các điều kiện an toàn về thấm, ổn định.
Tài liệu khí tƣợng, thủy văn phục vụ cho công tác thiết kế hồ chứa
thiếu dẫn đến việc tính toán thủy văn không sát thực với thực tế. Mặt khác
rừng đầu nguồn bị tàn phá nghiêm trọng dẫn đến cạn kiệt nguồn nƣớc và
lũ về hồ tập trung nhanh hơn, lớn hơn.
I.3.2 
Do thiết bị thi công thiếu, nhiều đập đất nhỏ ở các địa phƣơng đƣợc
thi công bằng thủ công ( thƣờng huy động nhân công nghĩa vụ) dẫn đến
chất lƣợng thi công không bảo đảm thiết kế. Hầu hết các đập đất bị thấm
đã xử lý, khi xác định nguyên nhân đều do dung trọng đất đắp đập chƣa
đạt thiết kế, độ chặt không đồng đều, đất đắp đập không bảo đảm, chứa
nhiều dăm sạn, hệ số thấm lớn.




1
Tà Keo
Lạng Sơn
Tôn cao đập, mở rộng tràn xả lũ
2
Bản Chành
Lạng Sơn
Sửa chữa đập , cống lấy nƣớc
3
Yên Lập
Quảng Ninh
Sửa chữa cống lấy nƣớc, tràn xả lũ
4
Cấm Sơn
Bắc Giang
Tràn xả lũ sự cố, nâng cấp đƣờng quản lý
5
Kim Sơn
Hà Tĩnh
Xử lý thấm (bƣớc 1)
6
Khe Chè
Quảng Ninh
Xử lý thấm đập đất
7
Chúc Bài Sơn
Quảng Ninh

14
Hoà Trung
Đà Nẵng
Sửa chữa đập, cống, tràn
15
Phú Ninh
Quảng Nam
Sửa chữa đập, mở rộng tràn
16
Liệt Sơn
Quảng Ngãi
Sửa chữa đập, cống lấy nƣớc, mở rộng tràn
17
Hội Sơn
Bình Định
Sửa chữa đập, cống lấy nƣớc, tràn xả lũ
18
Núi Một
Bình Định
Sửa chữa đập, cống lấy nƣớc, mở rộng tràn
19
Am Chúa
Khánh Hoà
Sửa chữa đập, cống lấy nƣớc, mở rộng tràn
20
Dầu Tiếng
Tây Ninh
Sửa chữa đập, cống lấy nƣớc, tràn xả lũ
21
EaKao