Nghiên cứu hiệu quả hệ thống nêm cát lọc nước thấm trong nâng cấp đập đất vừa và nhỏ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THẤM VÀ KIỂM SOÁT THẤM Ở ĐẬP ĐẤT

1.1. Thấm là nguyên nhân chính gây mất an toàn đập

1.2. Xử lý thấm cho đập đất khi hồ đang tích nước

1.2.1. Mục tiêu của xử lý thấm

1.2.2. Cấu tạo đập đất với các kết cấu chống thấm và kiểm soát thấm

1.2.3. Các giải pháp tăng tính chống thấm cho thân đập khi hồ đang tích nước

1.2.4. Kiểm soát thấm cho đập khi hồ đang tích nước

1.3. Tồn tại trong thiết kế kết cấu thu lọc và thoát nước thấm hạ lưu đập đất

1.3.1. Ví dụ ở nước ngoài

1.3.2. Ví dụ ở Việt Nam

1.4. Cơ chế vỡ đập do thấm và xói ngầm

1.4.1. Sự hình thành và phát triển của xói ngầm ở đập đất

1.4.2. Xử lý đường bão hòa trong thân đập dâng cao trên mái hạ lưu

1.4.3. Xử lý hiện tượng xói ngầm và lấp tắc trong tầng lọc

1.5. Tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế tầng lọc

1.5.1. Bộ phận thu lọc và thoát nước trong thân đập ở hạ lưu

1.5.2. Yêu cầu đối với bộ phận thu lọc và thoát nước thấm thân đập

1.5.3. Thành phần của hạt lọc ngược

1.5.4. Nhiệm vụ thiết kế tầng lọc ngược

1.5.5. Các trường hợp tính toán khi thiết kế thành phần hạt của lọc ngược

1.5.6. Yêu cầu chung đối với kết cấu lọc ngược trong công trình thủy công

1.6. Giới thiệu sáng chế “nêm cát để thu lọc nước thấm hạ lưu đập đất”

1.6.1. Mô tả sáng chế

1.6.2. Cơ chế lọc loại bỏ hạt bụi bằng băng khía rãnh đặt trong nêm cát

1.6.3. Khả năng thu và lọc nước của nêm cát

1.6.4. Chất lượng lọc sau khi qua nêm cát

1.7. Kết luận Chương 1

2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NÊM CÁT

2.1. Phương pháp nghiên cứu

2.1.1. Các phương pháp nghiên cứu trong phân tích thấm đập đất

2.1.2. Ứng dụng phương pháp mô hình số để phân tích thấm đập đất có nêm cát

2.1.3. Lựa chọn phần mềm để tính thấm và kiểm tra an toàn về thấm

2.1.3.1. Giới thiệu phần mềm Seep/W

2.1.3.2. Giới thiệu phần mềm Midas GTS

2.2. Phân tích thấm đập đất bằng phần mềm Midas

2.2.1. Xác định vùng an toàn và vùng có nguy cơ mất an toàn về thấm

2.2.2. Xét ổn định khi thi công đào rãnh lắp đặt nêm cát

2.2.3. Ảnh hưởng của khoảng cách nêm cát đến hiệu quả hạ thấp đường bão hòa

2.3. Kết luận Chương 2

3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA NÊM CÁT THU LỌC NƯỚC THẤM TẠI ĐẬP ĐỒNG BỂ, TỈNH THANH HÓA

3.1. Hiện trạng thấm qua đập đất hồ Đồng Bể

3.1.1. Giới thiệu công trình

3.1.2. Mô tả hiện trạng thấm

3.2. Thí nghiệm hiện trường xác định hiệu quả của nêm cát

3.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm

3.2.2. Công tác chuẩn bị và thi công lắp đặt

3.2.3. Phương pháp đo

3.2.4. Kết quả quan trắc và bình luận

3.2.4.1. Kết quả quan trắc mực nước và lưu lượng thấm thoát ra từ nêm cát

3.2.4.2. Xác định vị trí (cao độ) của đường bão hòa đổ vào nêm cát

3.2.4.3. Kết quả đo chất lượng nước

3.3. So sánh giữa kết quả tính bằng phần mềm Midas với kết quả đo hiện trường

3.3.1. Số liệu tính toán

3.3.2. Các trường hợp tính toán thấm

3.3.3. Kết quả tính toán thấm bằng phần mềm Midas - bài toán phẳng

3.3.4. Phân tích thấm qua mô hình Midas 3D

3.3.5. So sánh kết quả giữa mô hình vật lý và mô hình toán

3.4. Kết luận Chương 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Hệ thống nêm cát và ứng dụng trong lọc nước thấm

Hệ thống nêm cát là một giải pháp kỹ thuật mới được đề xuất để xử lý vấn đề thấm nước trong các đập đất vừa và nhỏ. Hệ thống này bao gồm các băng thu nước khía rãnh gắn trên ống PVC, được đặt trong lớp cát thô để lọc nước theo nguyên lý mao dẫn. Công nghệ lọc nước này giúp giảm thiểu nguy cơ tắc nghẽn kết cấu lọc, đảm bảo hiệu quả lâu dài. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả hệ thống lọc trong việc hạ thấp đường bão hòa và nâng cao ổn định của đập.

1.1. Cơ chế hoạt động của hệ thống nêm cát

Hệ thống nêm cát hoạt động dựa trên nguyên lý mao dẫn, giúp thu và lọc nước thấm từ thân đập. Các băng thu nước khía rãnh được lắp đặt trong lớp cát thô, tạo ra một kết cấu lọc ổn định. Cát lọc nước đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự di chuyển của các hạt đất, đảm bảo nước thấm được lọc sạch trước khi thoát ra ngoài. Nghiên cứu đã chứng minh rằng hệ thống này có khả năng hạ thấp đường bão hòa một cách hiệu quả, giảm nguy cơ mất ổn định của đập.

1.2. Ứng dụng trong nâng cấp đập đất

Hệ thống nêm cát được áp dụng trong nâng cấp đập đất vừa và nhỏ, đặc biệt là các đập đang tích nước. Kỹ thuật nâng cấp đập này không yêu cầu hạ mực nước hồ, giúp duy trì hoạt động tưới tiêu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bố trí hợp lý các nêm cát có thể đảm bảo hiệu quả thu-lọc-thoát nước thấm, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công. Công trình thủy lợi được nâng cấp bằng hệ thống này đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ ổn định và an toàn.

II. Hiệu quả của hệ thống nêm cát trong thực tế

Nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm hệ thống nêm cát tại đập Đồng Bể, tỉnh Thanh Hóa. Kết quả cho thấy hệ thống này có khả năng hạ thấp đường bão hòa một cách hiệu quả, giảm lưu lượng nước thấm và cải thiện chất lượng nước thoát ra. Hiệu quả hệ thống lọc được đánh giá thông qua các chỉ số đo đạc thực tế, bao gồm mực nước, lưu lượng thấm và độ đục của nước. Nghiên cứu cũng so sánh kết quả thực tế với mô hình tính toán bằng phần mềm Midas, cho thấy sự tương đồng cao.

2.1. Kết quả thử nghiệm tại đập Đồng Bể

Tại đập Đồng Bể, hệ thống nêm cát được lắp đặt và theo dõi trong thời gian dài. Kết quả quan trắc cho thấy mực nước trong các giếng quan trắc giảm đáng kể, lưu lượng nước thấm thoát ra từ nêm cát cũng được kiểm soát tốt. Chất lượng nước sau khi qua hệ thống lọc đạt tiêu chuẩn, với độ đục giảm rõ rệt. Nghiên cứu đã chứng minh rằng hệ thống nêm cát không chỉ hiệu quả trong việc hạ thấp đường bão hòa mà còn đảm bảo chất lượng nước thoát ra.

2.2. So sánh với mô hình tính toán

Kết quả thử nghiệm thực tế được so sánh với mô hình tính toán bằng phần mềm Midas. Mô hình số đã mô phỏng chính xác hiệu quả của hệ thống nêm cát trong việc hạ thấp đường bão hòa và kiểm soát lưu lượng thấm. Sự tương đồng giữa kết quả thực tế và mô hình tính toán khẳng định tính chính xác của phương pháp nghiên cứu. Tối ưu hóa hệ thống lọc dựa trên mô hình này có thể được áp dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi khác.

III. Giá trị và ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về hệ thống nêm cát đã mang lại nhiều giá trị thực tiễn trong việc nâng cấp công trình thủy lợi. Hệ thống này không chỉ giúp hạ thấp đường bão hòa và kiểm soát thấm nước mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình thi công. Quản lý nước và bảo trì đập đất được cải thiện đáng kể, giảm thiểu rủi ro sự cố. Nghiên cứu cũng đề xuất các phương án bố trí hợp lý, giúp tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống lọc. Ứng dụng công nghệ lọc này có thể được nhân rộng trong các công trình thủy lợi khác, đặc biệt là các đập đất vừa và nhỏ.

3.1. Giá trị trong nâng cấp đập đất

Hệ thống nêm cát đã chứng minh giá trị trong việc nâng cấp đập đất vừa và nhỏ. Kỹ thuật nâng cấp đập này không yêu cầu hạ mực nước hồ, giúp duy trì hoạt động tưới tiêu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bố trí hợp lý các nêm cát có thể đảm bảo hiệu quả thu-lọc-thoát nước thấm, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công. Công trình thủy lợi được nâng cấp bằng hệ thống này đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ ổn định và an toàn.

3.2. Ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Nghiên cứu về hệ thống nêm cát có thể được áp dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi khác, đặc biệt là các đập đất vừa và nhỏ. Tối ưu hóa hệ thống lọc dựa trên mô hình tính toán có thể giúp cải thiện hiệu quả và giảm chi phí thi công. Nghiên cứu cũng đề xuất các phương án bố trí hợp lý, giúp tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống lọc. Ứng dụng công nghệ lọc này có thể được nhân rộng trong các công trình thủy lợi khác, đặc biệt là các đập đất vừa và nhỏ.

Nghiên cứu hiệu quả của hệ thống nêm cát lọc nước thấm trong việc nâng cấp và sửa chữa đập đất vừa và nhỏ