Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của đất đắp đập do ảnh hưởng của dòng thấm theo thời gian - Nguyễn Thanh Quang

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học 1. Nguyễn Thế Hùng 2. 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 .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.

Lý do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Bố cục của luận án. Tổng quan về đặc điểm địa chất công trình ở khu vực miền Trung. Tổng hợp các loại đất thường được sử dụng đắp đập ở khu vực miền Trung.

Đất sườn tàn tích – tàn tích trên nền đá trầm tích lục nguyên sét bội kết và cát bội kết. Đất sườn tàn tích – tàn tích trên nền bazan cổ. Đất sườn tàn tích – tàn tích trên nền đá xâm nhập sâu. Tổng quan ảnh hưởng dòng thấm đến ổn định đập đất.

Tình hình ổn định đập đất. Các sự cố do ảnh hưởng dòng thấm qua đập. Tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng dòng thấm đến sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp đập. Nghiên cứu trên thế giới.

Nghiên cứu ở Việt Nam. Những vấn đề nghiên cứu của luận án. THIẾT LẬP THIẾT BỊ MÔ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT ĐẮP ĐẬP DO TÁC ĐỘNG DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN. Giới thiệu chung.

Thí nghiệm nén ba trục. Thiết bị mô phỏng sự thay đổi tính chất cơ lý đất đắp đập do tác động dòng thấm theo thời gian. Thiết lập các điều kiện thí nghiệm. Xác định đường kính mẫu chế bị.

Xác định khối lượng đất ở mẫu chế bị. Xác định áp lực buồng. Xác định áp lực dòng thấm. Lựa chọn hình thức thí nghiệm.

Quy trình thí nghiệm và định hướng các kết quả thí nghiệm. Quy trình thí nghiệm. Định hướng các kết quả thí nghiệm. 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.

Kết luận chương 2. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT ĐẮP DO ẢNH HƯỞNG DÒNG THẤM THEO THỜI GIAN. Vật liệu thí nghiệm. Chọn loại đất để nghiên cứu.

Công tác lấy mẫu đất thí nghiệm. Các kết quả thí nghiệm vật liệu. Quy hoạch thực nghiệm. 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.

Quá trình chế bị mẫu thí nghiệm. Quá trình bão hòa mẫu. Quá trình thay đổi dòng thấm theo thời gian. Kết quả thí nghiệm.

Dung trọng đất đắp thay đổi theo thời gian. Cường độ sức chống cắt đất đắp thay đổi theo thời gian. Hệ số thấm đất đắp thay đổi theo thời gian. Đối sánh kết quả thí nghiệm.

Công trình hồ chứa nước Liên Trì – Bình Sơn – Quảng Ngãi. Công trình hồ chứa nước Hố Hiểu – Sơn Tịnh – Quảng Ngãi. Công trình hồ chứa nước Đập Làng – Nghĩa Hành – Quảng Ngãi. Kết luận chương 3.

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC TẢ TRẠCH THEO THỜI GIAN KHAI THÁC. Lựa chọn phương pháp tính ổn định đập đất theo thời gian khai thác. Lý thuyết tính toán ổn định đập đất. Phần mềm địa kỹ thuật tính toán ổn định đập đất.

Lựa chọn công cụ tính toán ổn định đập đất theo thời gian khai thác. Đánh giá ổn định đập đất hồ chứa Tả Trạch theo thời gian khai thác. Những căn cứ để tính toán ổn định đập theo thời gian khai thác. Kết quả tính toán.

Kết luận chương 4. Kết quả đạt được của luận án. Những đóng góp mới của luận án. 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 1.5 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. 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 2.3 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.