Luận văn thạc sĩ về kích thước chân khay hợp lý cho hồ chứa nước Mỹ Lâm, tỉnh Phú Yên

• Tác giả: Nguyễn Tuấn Khải
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quang Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Kích Thước Chân Khay Hợp Lý Cho Hồ Chứa Nước Mỹ Lâm, Phú Yên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Ở VIỆT NAM
• 1.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam
• 1.2. Đập vật liệu địa phương ở Việt Nam
• 1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG XÂY DỰNG ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
• 1.1. Tính chất làm việc của đập đất - đá
• 1.2. Phân loại đập vật liệu địa phương
• 1.1. Phân loại theo chiều cao cột nước thực tế
• 1.2. Phân loại theo phương pháp thi công
• 1.3. Phân loại theo k mặt ngàng
• 1.4. Phân loại theo thiết bị chống thắm ở nền đập
• 1.3. Chọn loại đập
• 1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM TRONG ĐẬP VÀ NỀN VÀ TÁC HẠI CỦA CHÚNG
• 1.1. Đặc điểm địa chất của NỀN đập ở Việt Nam
• 1.2. Đất sườn tần tích và in ích trên nền để Bazan
• 1.3. Đất trên nền đã phun trio (daxit,bioit, andnezit
• 1.15. Đất nền đá xâm nhập lu (Granit, Granodiorit)
• 1.6. Đất bồi tích lòng suối (cuội, sỏi, lẫn đất sét
• 1.2. Khái quát các vấn đề về sự cố gây hư hỏng đập do thấm
• 1.1. Các tài liệu quan trong cần xem xét khi đánh giá in toàn đập
• 1.2. Đặc điểm làm việc của đập
• 1.3. Đặc điểm về sự cố của đập đất
• 1.3. Các dạng sự cố về đập đất
• 1.4. Một số sự cố đập đã xảy ra ở Việt Nam
• 1.4. CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG THẤM VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM
• 1.1. Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sin phủ
• 1.2. Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa
• 1.3. Giải pháp chống thim bing khoan phụt vữa xỉ măng
• 1.4. Giải pháp chống thẩm bing cọc xi măng - đất
• 1.5. Giải pháp chống thấm bằng tường hào bentonite
• 1.5. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN BIỆN PHÁP CHỐNG THẤM CHO HỒ CHỨA MỸ LÂM
• 1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH THẤM
• 2.1. Sơ lược lịch sử phát triển của lí thu)ế thấm
• 2.2. Nội dung các phương pháp nghiền cứu phân tích thẩm
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu thẩm không ổn định
• 2.4. Cơ sở lý thuyết phương trình vi phân thắm không én định
• 2.5. PTVP cơ bản của dòng thắm không dn định cho đất bão hòa
• 2.6. Giải bài toán thắm theo phương pháp phan tử hữu han
• 2.7. Tình hình nghiên cứu thắm ở nước ngoài và ở Việt Nam
• 2.2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ PHẦN MỀM DŨNG TRONG NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phân tích lựa chọn phương pháp tính toán
• 2.2. Phần mm sử dụng trong nghiên cứu
• 2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỪ HỮU HẠN TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THẤM ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
• 2.1. Cơ sở lý luận của phương pháp phin tử hờu hạn
• 2.2. Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.3. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải các bài toán thắm
• 2.4. Phát biểu bài toán biến phân
• 2.2. Phát biểu bài oán thắm hai chiều theo phương pháp PTHH
• 2.3. Phát biểu bài toán thắm ba chiều theo phương pháp PTHH
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CHÂN KHAY HỢP LÝ CHO HỖ CHỮA NƯỚC MỸ LÂM
• 3.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
• 3.1. Đặc điểm địa hình
• 3.2. Vùng lòng hỗ và đầu mỗ
• 3.1. Địa chất thuỷ văn, địa chất công trình
• 3.1. Địa chất thuỷ văn
• 3.2. Địa chất công trình tuyển đập
• 3.2. Ce thông số kỹ thuật va quy mô công trình
• 3.1. Cấp công tinh, các chỉtiêu thiết kế
• 3.2. Các thông số kỹ thuật của công trình
• 3.2. NHỮNG VẤN ĐÈ AN TOAN THÁM ĐẶT RA CHO HO CHỮA NƯỚC MỸ LÂM
• 3.3. ĐỐI TÍNH TOÁN
• 3.1. Nhiệm vụ ính loán thâm
• 3.2. Các trường hợp tính thấm
• 3.3. Tính toán thắm của đập
• 3.1. Sơ luge về ý thuyết thẩm trong đới bão hoà và đới không bão hoà
• 3.2. Điều kiện biên của mô hình tinh
• 3.3. Các đặc trưng cơ lý dũng trong m6 hình tinh thắm
• 3.4. Kế! qua nh toán thẳm
• 3.1. Kết qua tính toán vớin
• 3.2. Kết qua tinh toán với r
• 3.3. Kết qua tính toán với
• 3.4. Tổng hợp kết quả tinh toán
• 3.4. PHÂN TÍCH VẢ NHẬN XÉT CAC KET QUÁ TÍNH TOÁN, ỨNG DỤNG XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA CHAN KHAY
• 3.1. Phân tích và nhận xét quả tỉnh toán
• 3.2. Quan hệ giữa lưu lượng thắm đơn vị(q)và kích thước chân khay
• 3.3. Quan hệ giữa gradient thắm trung bình trong thân đập (1,„) và kích thước chân khay
• 3.4. Quan hệ giữa gradiontthim lớn nhất (jas) và kích thước chân khay
• 3.5. Ứng dụng xác định kích thước hop lý của chân khay
• 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ
• 1. CÁC NỘI DUNG ĐẠT ĐƯỢC TRONG LUẬN VĂN
• 2. NHỮNG TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ
• 3. KIẾN NGHỊ
• THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
• THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ

I. Giới thiệu chung về hồ chứa nước Mỹ Lâm Phú Yên

Hồ chứa nước Mỹ Lâm, nằm tại huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên, là một trong những công trình thủy lợi quan trọng nhằm cung cấp nước cho nông nghiệp và sinh hoạt. Đập vật liệu địa phương được sử dụng để xây dựng hồ chứa này có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại những thách thức về vấn đề thấm và độ ổn định. Kích thước chân khay của đập đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát lưu lượng nước thấm qua đập và nền đất. Việc nghiên cứu kích thước chân khay hợp lý không chỉ đảm bảo an toàn cho công trình mà còn giúp tối ưu hóa chi phí xây dựng và bảo trì. Theo các chuyên gia, việc xác định kích thước chân khay hợp lý cần dựa vào các yếu tố như địa chất, thủy văn và các biện pháp chống thấm khác.

II. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu kích thước chân khay

Việc nghiên cứu kích thước chân khay cho hồ chứa nước Mỹ Lâm là cần thiết vì một số lý do quan trọng. Trước hết, quản lý tài nguyên nước là một trong những vấn đề cấp bách trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng. Hồ chứa nước Mỹ Lâm có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho vùng nông nghiệp, do đó, việc đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động của hồ chứa là rất cần thiết. Hơn nữa, đánh giá môi trường và các tác động của công trình đến hệ sinh thái xung quanh cũng cần được xem xét trong quá trình thiết kế và thi công. Việc xác định kích thước chân khay hợp lý sẽ giúp giảm thiểu lưu lượng nước thấm qua đập, từ đó tăng cường độ ổn định và an toàn cho công trình.

III. Phương pháp nghiên cứu và phân tích

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận văn này bao gồm tổng hợp các nghiên cứu khoa học trước đó và ứng dụng mô hình toán để phân tích. Kỹ thuật xây dựng và các phương pháp tính toán thẩm thấu được sử dụng để xác định kích thước chân khay hợp lý cho hồ chứa nước Mỹ Lâm. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc tính toán lưu lượng nước thấm mà còn xem xét các yếu tố địa chất và thủy văn ảnh hưởng đến công trình. Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học hiện đại sẽ giúp đưa ra những giải pháp tối ưu hơn cho vấn đề chống thấm, đồng thời đảm bảo an toàn cho công trình trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối quan hệ chặt chẽ giữa gradient thấm và kích thước chân khay. Cụ thể, việc tăng kích thước chân khay sẽ làm giảm lưu lượng nước thấm qua đập, từ đó nâng cao độ ổn định cho công trình. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng các biện pháp chống thấm đồng bộ sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được áp dụng thực tiễn trong thiết kế và thi công các hồ chứa nước khác tại Việt Nam. Điều này góp phần quan trọng vào việc quy hoạch nước và phát triển bền vững tài nguyên nước trong khu vực.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu khoảng 10.000 hồ chứa lớn nhỏ, trong đó có khoảng 460 đập lớn, đứng thứ 16 thế giới về số lượng đập cao. Đập vật liệu địa phương chiếm phần lớn, đặc biệt là đập đất và đập đá đổ, với chiều cao đa dạng từ thấp đến cao trên 50m. Hồ chứa nước Mỹ Lâm, tỉnh Phú Yên, là một công trình đập vật liệu địa phương đang trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, có địa chất lòng sông phức tạp với 6 lớp xen kẽ, chiều sâu hơn 20m. Vấn đề thấm qua đập và nền đập là một trong những nguyên nhân chính ảnh hưởng đến an toàn và tuổi thọ công trình. Mục tiêu nghiên cứu là xác định kích thước chân khay hợp lý nhằm giảm thiểu lưu lượng thấm, đảm bảo an toàn kỹ thuật và hiệu quả kinh tế cho đập Mỹ Lâm. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hồ chứa Mỹ Lâm, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên, với các phân tích dựa trên mô hình toán học và phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ bền, giảm thiểu sự cố do thấm và tối ưu chi phí xây dựng các đập vật liệu địa phương tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Định luật thấm Darcy: Mô tả tốc độ thấm tỷ lệ thuận với gradient áp lực, là cơ sở cho các bài toán thấm qua đập.
• Phương trình vi phân vận động không ổn định của dòng thấm trong đất: Phương trình này mô tả sự vận động của nước trong môi trường đất không bão hòa và bão hòa, được phát triển từ các công trình của Giucopski và Pavlovski.
• Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng để giải các bài toán thấm phức tạp trong đập vật liệu địa phương, cho phép mô phỏng dòng thấm ba chiều và phân tích ảnh hưởng của kích thước chân khay đến lưu lượng thấm.
• Khái niệm về gradient thấm và lưu lượng thấm đơn vị: Là các chỉ tiêu chính để đánh giá hiệu quả chống thấm của chân khay và các biện pháp xử lý nền.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số thấm (K), gradient thấm trung bình và lớn nhất trong thân đập, lưu lượng thấm đơn vị (q), kích thước chân khay (h, m), và các biện pháp chống thấm như tường hào bentonite, cọc xi măng đất.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Tổng hợp các nghiên cứu khoa học, số liệu khảo sát địa chất, thủy văn, và các thông số kỹ thuật của đập Mỹ Lâm.
• Phương pháp phân tích: Ứng dụng mô hình toán học và phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng dòng thấm qua đập và nền, phân tích ảnh hưởng của các biến số như chiều sâu chân khay, hệ số mái chân khay đến lưu lượng thấm và gradient thấm.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình nghiên cứu dựa trên dữ liệu thực địa và các lớp địa chất phân bố xen kẽ tại hồ Mỹ Lâm, với chiều sâu khảo sát hơn 20m, phân tích 6 lớp địa chất đặc trưng.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công của công trình, tập trung vào việc lựa chọn kích thước chân khay hợp lý và biện pháp chống thấm phù hợp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của chiều sâu chân khay đến lưu lượng thấm đơn vị (q): Khi tăng chiều sâu chân khay từ 1m đến 4m, lưu lượng thấm đơn vị giảm khoảng 35-50%, thể hiện qua các mô hình tính toán và biểu đồ quan hệ lưu lượng thấm với chiều sâu chân khay.

2. Ảnh hưởng của hệ số mái chân khay (m) đến lưu lượng thấm: Tăng hệ số mái chân khay từ 1.0 đến 2.0 làm giảm lưu lượng thấm đơn vị khoảng 20-40%, cho thấy việc điều chỉnh hình dạng chân khay có thể tối ưu hiệu quả chống thấm.

3. Gradient thấm trung bình và lớn nhất trong thân đập giảm đáng kể khi tăng kích thước chân khay: Gradient thấm trung bình giảm khoảng 30-45%, gradient thấm lớn nhất giảm 25-40% khi chiều sâu chân khay tăng từ 1m lên 4m.

4. So sánh các biện pháp chống thấm nền: Tường hào bentonite và cọc xi măng đất đều đạt hệ số thấm K < 10^-6 cm/s, giảm lưu lượng thấm qua nền đập từ 35% đến 50%. Tuy nhiên, tường hào bentonite có độ an toàn và hiệu quả chống thấm cao hơn, phù hợp với nền cát cuội sỏi có chiều sâu thấm lớn.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình phần tử hữu hạn cho thấy kích thước chân khay là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng thấm và gradient thấm trong đập. Việc tăng chiều sâu và điều chỉnh hệ số mái chân khay giúp giảm đáng kể dòng thấm, từ đó nâng cao an toàn kỹ thuật và giảm nguy cơ xói ngầm, trượt mái đập. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành và các công trình thực tế tại Việt Nam như hồ Dầu Tiếng và hồ Am Chúa.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ tuyến tính giảm lưu lượng thấm theo chiều sâu chân khay và hệ số mái chân khay có thể được sử dụng làm công cụ hỗ trợ thiết kế. Ngoài ra, việc lựa chọn biện pháp chống thấm nền phù hợp dựa trên đặc điểm địa chất và điều kiện thi công là cần thiết để đảm bảo hiệu quả lâu dài. Tường hào bentonite được đánh giá cao về khả năng chống thấm sâu và độ bền, trong khi cọc xi măng đất có ưu điểm về thi công linh hoạt và chi phí thấp hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng chiều sâu chân khay lên tối thiểu 3-4m nhằm giảm lưu lượng thấm đơn vị ít nhất 40% trong giai đoạn thi công và vận hành, do chủ đầu tư phối hợp với đơn vị thiết kế thực hiện trong vòng 1 năm.

2. Điều chỉnh hệ số mái chân khay (m) trong khoảng 1.5-2.0 để tối ưu hóa hiệu quả chống thấm, giảm gradient thấm lớn nhất trong thân đập, do đơn vị thiết kế kỹ thuật đảm nhiệm trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công.

3. Ưu tiên sử dụng tường hào bentonite cho vùng nền cát cuội sỏi có chiều sâu thấm lớn (>20m) nhằm đảm bảo độ bền và hiệu quả chống thấm lâu dài, do nhà thầu thi công và tư vấn giám sát phối hợp thực hiện trong 2 năm.

4. Kết hợp biện pháp chân khay với tường hào bentonite để giảm chi phí và tăng hiệu quả chống thấm, cần nghiên cứu kỹ thuật và tính toán chi tiết phạm vi phối hợp, do đơn vị tư vấn thiết kế và chủ đầu tư phối hợp trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật.

5. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng thi công và nghiệm thu biện pháp chống thấm nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và an toàn công trình, do cơ quan quản lý nhà nước và chủ đầu tư phối hợp thực hiện liên tục trong quá trình thi công và vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi và đập: Nắm bắt các phương pháp tính toán thấm và lựa chọn kích thước chân khay hợp lý, áp dụng vào thiết kế đập vật liệu địa phương.

2. Chủ đầu tư và nhà quản lý dự án thủy lợi: Hiểu rõ các biện pháp chống thấm hiệu quả, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm thiểu rủi ro và chi phí bảo trì.

3. Nhà thầu thi công công trình thủy lợi: Áp dụng các công nghệ thi công tường hào bentonite, cọc xi măng đất và thi công chân khay đúng kỹ thuật, đảm bảo chất lượng công trình.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Tham khảo các mô hình toán học, phương pháp phần tử hữu hạn và các kết quả thực nghiệm liên quan đến thấm trong đập vật liệu địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải nghiên cứu kích thước chân khay cho đập vật liệu địa phương?
   Kích thước chân khay ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng thấm và gradient thấm trong đập, từ đó quyết định độ an toàn và tuổi thọ công trình. Ví dụ, tăng chiều sâu chân khay có thể giảm lưu lượng thấm đến 50%.

2. Phương pháp phần tử hữu hạn có ưu điểm gì trong nghiên cứu thấm?
   Phương pháp này cho phép mô phỏng dòng thấm phức tạp ba chiều trong môi trường không đồng nhất, giúp đánh giá chính xác ảnh hưởng của các biến số thiết kế như kích thước chân khay.

3. Biện pháp chống thấm nào phù hợp với nền cát cuội sỏi sâu?
   Tường hào bentonite được đánh giá cao vì có thể thi công sâu đến 60m, hệ số thấm đạt K < 10^-6 cm/s, giảm lưu lượng thấm 35-50%, phù hợp với nền cát cuội sỏi.

4. Có thể kết hợp các biện pháp chống thấm không?
   Có, kết hợp chân khay với tường hào bentonite giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả chống thấm, tuy nhiên cần tính toán kỹ để đảm bảo hiệu quả và an toàn.

5. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng thi công chống thấm?
   Cần xây dựng quy trình nghiệm thu, kiểm tra hệ số thấm, độ liên kết vật liệu và tiến hành giám sát chặt chẽ trong suốt quá trình thi công, áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Kết luận

• Đập vật liệu địa phương chiếm ưu thế tại Việt Nam, nhưng đặc tính không đồng đều của vật liệu và nền đòi hỏi giải pháp chống thấm hiệu quả.
• Nghiên cứu xác định kích thước chân khay hợp lý giúp giảm lưu lượng thấm đơn vị đến 50% và giảm gradient thấm trong thân đập.
• Tường hào bentonite và cọc xi măng đất là hai biện pháp chống thấm nền hiệu quả, trong đó tường hào bentonite có ưu thế về độ bền và khả năng thi công sâu.
• Kết hợp chân khay với các biện pháp chống thấm khác có thể tối ưu chi phí và hiệu quả kỹ thuật.
• Khuyến nghị áp dụng các giải pháp này trong thiết kế và thi công đập Mỹ Lâm, đồng thời xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng thi công để đảm bảo an toàn công trình.

Next steps: Triển khai thiết kế chi tiết kích thước chân khay, lựa chọn biện pháp chống thấm phù hợp, và xây dựng kế hoạch thi công, giám sát chất lượng.

Call to action: Các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý dự án cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, nâng cao hiệu quả và độ bền của công trình thủy lợi.