Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa kéo dài đến ổn định đập đất, ứng dụng tính toán đập diên trường – quảng ngãi

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT .................. 6
1.1 Tổng quan về ổn định đập đất ..................................................................... 6
1.1.1 Mở đầu: ................................................................................................... 6
1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định đập đất .............................................. 6
1.1.3 Mặt trượt phá hoại mái đất ....................................................................... 7
1.1.4. Cơ chế phá hoại của mái đất ................................................................... 8
1.1.5. Hình dạng mặt trượt ................................................................................ 9
1.1.6. Kết luận về mặt trượt phá hoại khối đất.................................................. 9
1.2. Kết cấu đập đất và điều kiện vật liệu xây dựng đập ............................... 11
1.2.1. Kết cấu đập đồng chất: ......................................................................... 11
1.2.2. Kết cấu đập không đồng chất ................................................................ 11
1.2.3. Kết cấu đập có tường lõi mềm .............................................................. 13
1.2.4. Kết cấu đập tường nghiêng mềm .......................................................... 14
1.2.5. Kết cấu đập đất có tường nghiêng và sân phủ phía trước mềm ............ 15
1.2.6. Kết cấu đập đất có tường nghiêng và chân khay mềm ......................... 16
1.2.7. Kết cấu đập có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng –
Bentonite ......................................................................................................... 17
1.2.8. Kết cấu đập có tường chống thấm cứng................................................ 18
1.3 Ảnh hưởng của mưa kéo dài đến ổn định đập đất..................................... 20
1.4 Kết luận chương I ...................................................................................... 21
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THẤM
VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT .............................................................................. 22
2.1. Tính toán thấm trong môi trường đất ....................................................... 22
2.1.1. Lý thuyết cơ bản về thấm ..................................................................... 22
2.1.2. Mưa thấm vào đất................................................................................. 37
2.2. Tính toán ổn định đập đất ........................................................................ 38

2.2.1 Thượng lưu ............................................................................................. 38
2.2.2 Hạ lưu ..................................................................................................... 39
2.2.3 Xác định cung trượt nguy hiểm nhất...................................................... 39
2.2.4 Điều kiện ổn định ................................................................................... 39
2.2.5 Tổng quan về phương pháp phân thỏi tính hệ số an toàn ổn định của mái
đất. ................................................................................................................... 40
2.2.6 Lý thuyết tính toán ổn định mái dốc của modun Slope/w trong ............ 42
2.3. Sử dụng phần mềm Geo – slope để tính toán. ......................................... 58
2.3.1. Các bài toán thấm trong SEEP/W-Geoslope ........................................ 59
2.3.2. Giới thiệu về Slope/W-Geoslope .......................................................... 64
2.4. Phân tích ảnh hưởng của dòng thấm đến ổn định đập đất ....................... 65
2.4.1. Đặt vấn đề: ............................................................................................ 65
2.4.2. Cơ sở lý thuyết: ..................................................................................... 65
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................... 65
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CHO BÀI TOÁN THỰC TẾ - ĐẬP DIÊN
TRƯỜNG – QUẢNG NGÃI......................................................................... 67
3.1. Giới thiệu về công trình ........................................................................... 67
3.1.1. Vị trí địa lý vùng công trình. ................................................................. 67
3.1.2. Khu vực hồ chứa và công trình đầu mối ............................................... 67
3.1.3. Điều kiện địa chất công trình. ............................................................... 67
3.1.4. Điều kiện thủy văn. ............................................................................... 69
3.1.5. Điều kiện Vật liệu. ................................................................................ 70
3.2. Phân tích điều kiện công trình và tải trọng .............................................. 71
3.3. Mô hình hóa bài toán ứng dụng ............................................................... 71
3.4. Kết quả tính toán và bàn luận................................................................... 79
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................... 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 84

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Hệ số an toàn cho phép ................................................................... 39
Bảng 2.2: Các điều kiện cân bằng tĩnh học được thỏa mãn bởi các phương
pháp cân bằng giới hạn khác nhau .................................................................. 56
Bảng 2.3: Các giả thiết dùng trong các phương pháp cân bằng giới hạn khác nhau . 57
Bảng 3.1. Các yếu tố khí hậu vùng dự án ....................................................... 69
Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý chính của đất đập Diên Trường ............................... 71


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các bộ phận của mái đất ................................................................... 7
Hình 1.2: Cơ chế phá hoại mái đất và nền dốc ................................................. 8
Hình 1.3: Kết cấu đập đất đồng chất ............................................................... 11
Hình 1.4: Kết cấu đập đất không đồng chất .................................................... 12
Hình 1.5: Kết cấu đập có tường lõi mềm (đất sét) .......................................... 14
Hình 1.6: Kết cấu đập có tường nghiêng mềm (đất sét) ................................. 15
Hình 1.7: Kết cấu đập đất tường nghiêng sân phủ mềm ................................. 16
Hình 1.8: Kết cấu đập đất có tường nghiêng và chân khay mềm (đất sét) ..... 17
Hình 1.9: Kết cấu đập đất có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng
- Bentonite ....................................................................................................... 18
Hình 1.10: Kết cấu đập đất có tường chống thấm bằng cừ thép- (Sơ đồ 1) ... 19
Hình 1.11: Kết cấu đập đất có tường chống thấm bằng cừ thép- (Sơ đồ 2) .. 19
Hình 1.12: Kết cấu đập đất có tường nghiêng mềm kết hợp với cừ chống thấm
– (Sơ đồ 1) ....................................................................................................... 19
Hình 1.13: Kết cấu đập đất có tường lõi mềm kết hợp với cừ chống thấm –
(Sơ đồ 2) .......................................................................................................... 20
Hình 2.1: Sơ đồ lực tổng quát tác dụng vào một thỏi ..................................... 41
Hình 2.2: Lực tác dụng với mặt trượt dạng tròn ............................................. 43
Hình 2.3 : Lực tác dụng với mặt trượt tổ hợp ................................................. 43
Hình 2.4: Lực tác dụng với đường trượt đặc biệt ........................................... 44

Hình 2.5 : Hàm thay đổi hướng của nội lực theo phương X........................... 48
Hình 2.6 : Sơ đồ lực tính toán theo phương pháp Fellenius ........................... 49
Hình 2.7 : Sơ đồ lực tính toán theo phương pháp Bishop đơn giản ............... 51
Hình 2.8: Sơ đồ tính toán theo phương pháp Janbu ........................................ 53
Hình 2.9: Quy ước nội lực theo phương pháp GLE........................................ 55
Hình 2.10: Thấm tự do qua đập đất- Phreatic Surface : Mặt bão hoà ............ 61


Hình 2.11: Mưa thấm xuống đất . ................................................................... 62
Hình 2.12: Thấm từ các ao, hồ. ....................................................................... 63
Hình 2.13: Áp lực nước lỗ rỗng dư ................................................................. 63
Hình 2.14: Thấm theo thời gian. ..................................................................... 64
Hình 3.1: Kết cấu đập hiện trạng .................................................................... 72
Hình 3.2: Kết quả thấm khi lưu lượng thấm qua đập là q=1.10 -7m/s. .......... 72
Hình 3.3: Kết quả tính toán ổn định của đập với lưu lượng thấm q=1.10 -7m/s...... 73
Hình 3.4: Kết cấu đập với vật liệu thay thế .................................................... 73
Hình 3.5: Kết quả thấm khi lưu lượng thấm qua đập q=1.10-5 m/s ................ 74
Hình 3.6: Kết quả ổn định khi lưu lượng thấm q=1.10-5 m/s .......................... 74
Hình 3.7: Kết cấu đập với vật liệu thay thế .................................................... 75
Hình 3.8: Kết quả thấm khi lưu lượng thấm qua đập q=1.10-7 m/s ................ 75
Hình 3.9: Kết quả ổn định khi lưu lượng thấm qua đập q=1.10-7 m/s ............ 76
Hình 3.10: Kết cấu đập được bổ sung thiết bị thoát nước kiểu ống khói , gối
phẳng và thay thế khối đắp số 3 bằng vật liệu thấm tốt. ................................. 76
Hình 3.11: Kết quả thấm khi đập có lưu lượng thấm q=1.10-5 m/s ................ 77
Hình 3.12: Kết quả ổn định khi lưu lượng thấm qua đập q=1.10-5 m/s .......... 78
Hình 3.13: Kết cấu đập được bổ sung thiết bị thoát nước kiểu ống khói , gối
phẳng và thay thế khối đắp số 3 bằng vật liệu thấm tốt. ................................. 78
Hình 3.14: Kết quả thấm khi đập có lưu lượng thấm q=1.10-7 m/s ................ 79
Hình 3.15: Kết quả ổn định khi lưu lượng thấm qua đập q=1.10-7 m/s .......... 79

1

MỞ ĐẦU
1) Lý do chọn đề tài:
Trong thực tế xây dựng các công trình đất hiện nay, xảy ra nhiều trường
hợp công trình làm việc bất lợi. Trong trường hợp tư vấn thiết kế chọn kết cấu
đập đất (chọn thiết bị tiêu nước) chưa thực sự hiệu quả hoặc trong trường hợp
thiết bị tiêu nước bị tắc, đường bão hòa trong thân đập dâng cao dẫn đến đập
đất dễ bị mất ổn định. Nếu trong điều kiện mưa kéo dài thì lượng nước bổ
sung do mưa sẽ làm đường bão hòa dâng cao. Trên thế giới đã xảy ra nhiều
trường hợp đập đất bị vỡ do trong thời gian mưa kéo dài trong 2 đến 3 ngày,
điển hình là sự cố vỡ đập Bản Kiều – Trung Quốc sảy ra vào tháng 8 năm
1975, sau cơn siêu bão Nina. Nguyên nhân dẫn đến vỡ đập là do lượng nước
bổ cập về hồ quá lớn, các thiết bị thoát nước hoạt động không hiệu quả.

Vỡ đập Bản Kiều – Trung Quốc


2

Ở Nước ta cũng đã từng xảy ra nhiều sự cố vỡ đập mà nguyên nhân chủ
yếu là do mưa:

Vỡ đập Đầm Hà Động – Tỉnh Quảng Ninh

Vỡ đập Đầm Hà Động – Tỉnh Quảng Ninh


3

Sự cố vỡ đập Đầm Hà Động – huyện Đầm Hà – Tỉnh Quảng Ninh xảy
ra vào ngày 29/10/2014 làm thiệt hại ước tính khoảng 380 tỷ đồng. Ảnh
hưởng tới 3.500ha đất canh tác, 115 hộ dân phải di dời, ảnh hưởng tới nguồn
nước sinh hoạt của 29.000 người. Nguyên nhân được cho là do mưa to kéo
dài từ tối ngày 28/10/2014.

Vỡ đập Trường Lâm – Thanh Hóa
Sự cố vỡ đập Trường Lâm, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa tháng 10
năm 2013. Nguyên nhân là do mưa nước thấm xuống mái hạ lưu, cùng với
lượng nước lớn đổ về hồ thấm vào thân đập.
Để thiết kế được công trình đất thực sự đảm bảo việc sử dụng khai thác
hiệu quả và an toàn, thì việc tính toán sự ảnh hưởng của mưa kéo dài là một
vấn đề quan trọng trong bài toán tổng thể thiết kế công trình đất. Vì vậy đề
tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa kéo dài đến ổn định đập đất và ứng dụng
tính toán cho đập Diên Trường-Quảng Ngãi” có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn, giải quyết vấn đề công trình cấp bách hiện nay.


4

Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, nội dung
nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu của đề tài:
2) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là diễn tiến thấm trong công trình
đất do lượng nước bổ sung ở mái hạ lưu do mưa;
Ứng dụng cho công trình đập Diên Trường-Quảng Ngãi
3) Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:
Tìm hiểu các cơ sở lý thuyết để tính thấm và ổn định mái đất;
Tính toán tốc độ thấm do mưa

Sử dụng thành thạo mô-dun Seep/W và Slope/W trong bộ GeoSlope Canada để tính toán thấm và ổn định mái đất;
Biết được mức độ ảnh hưởng của mưa đến sự ổn định mái đập đất;
Đánh giá được diễn tiến thấm trong công trình đất do lượng nước bổ sung ở
mái hạ lưu do mưa;
Đánh giá và đưa ra các kịch bản bất lợi cho công trình do mưa, đề xuất giải
pháp kết cấu công trình phù hợp;
Mô phỏng bằng các tình huống mưa và diễn biến ảnh hưởng tới đập đất.
Tính toán áp dụng cho đập Diên Trường – Quảng Ngãi.
4) Nội dung nghiên cứu:
Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa
chất, tài liệu thiết kế, tài liệu hoàn công…) để làm rõ ảnh hưởng của mưa tới
diễn tiến thấm trong đập đất.
5) Phương pháp nghiên cứu:
Thống kê đánh giá
Phân tích lý thuyết tính toán
Mô hình hóa bài toán ứng dụng.
6) Bố cục đề tài:


5

CHƯƠNG 1: - Nghiên cứu tổng quan về ổn định đập đất và các yếu tố ảnh hưởng
đến ổn định đập đất
- Tổng quan về ổn định đập đất
- Kết cấu đập đất và điều kiện vật liệu xây dựng đập
-Ảnh hưởng của mưa kéo dài đến ổn định đập đất
-Kết luận chương 1
CHƯƠNG 2: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán thấm và ổn định đập đất
- Tính toán thấm trong môi trường đất;
- Tính toán ổn định đập đất

- Sử dụng phần mềm Geo – slope để tính toán;
- Phân tích ảnh hưởng của dòng thấm đến ổn định đập đất;
-Kết luận chương 2.
CHƯƠNG 3: Ứng dụng cho bài toán thực tế-Đập Diên Trường -Quảng Ngãi
- Giới thiệu công trình
- Phân tích điều kiện công trình và tải trọng
- Mô hình hóa bài toán ứng dụng
- Kết quả tính toán và bàn luận
-Kết luận chương 3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Kết luận và kiến nghị
- Một số điểm còn tồn tại
- Hướng nghiên cứu tiếp theo


6

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT
1.1 Tổng quan về ổn định đập đất
1.1.1 Mở đầu:
Đập đất là loại đập làm bằng vật liệu địa phương được xây dựng phổ
biến ở nước ta và trên thế giới. Đây là một loại đập tận dụng được vật liệu tại
chỗ, cấu tạo đơn giản, công nghệ thi công không phức tạp, trên mọi loại nền
đều có thể xây dựng đập đất, vì vậy giá thành thường rẻ.
Khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ trong 25 năm qua đã xây
dựng trên 200 đập hồ chứa lớn, vừa và nhỏ mà công trình dâng nước chủ yếu
là đập đất làm bằng vật liệu địa phương. Đa số các công trình làm việc an
toàn phát huy hiệu quả phục vụ phát triển thủy điện, cung cấp nước cho sinh
hoạt, phục vụ sản xuất nông nghiệp – công nghiệp tạo ra những biến đổi sâu

sắc về đời sống và xã hội.
Tuy nhiên tình trạng chung hiện nay nhiều đập đã xuống cấp nghiêm
trọng, hiện tượng thấm qua thân đập khá phổ biến. Mái thượng lưu các đập
đa số đều hư hỏng, đá lát long rời, xói lở; mái hạ lưu các đập có hệ thống tiêu
thoát nước mặt xây dựng chưa tốt, thiết bị thoát nước chưa tối ưu thường bị xói
trong mùa mưa bão, một số đập đã xảy ra sự cố gây thiệt hại đáng kể về kinh tế
xã hội ở vùng hạ lưu công trình.
1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định đập đất
Đập đất là công trình dâng nước được làm bằng vật liệu địa phương
khối lớn vì vậy không có khả năng mất ổn định về lật và trượt theo mặt nền.
Dưới tác dụng của tải trọng đập thường mất ổn định theo hình thức trượt mái
thượng và hạ lưu khi chọn mặt cắt đập không hợp lý.
Độ ẩm thay đổi (tăng độ ẩm đối với các loại đất dính, giảm độ ẩm đối
với các loại đất rời) là yếu tố quan trọng. Các điểm trượt lở có quy mô lớn đều


7

có liên quan đến nước dưới đất mà trong đó có chế độ mưa đóng vai trò quan
trọng. Trượt mái đập xảy ra khi xuất hiện mưa lớn và gia tăng vào mùa mưa,
dẫn đến:
+ Trọng lượng khối đất bên trên từ trạng thái chưa bão hòa trở thành
trạng thái bão hòa.
+ Độ ẩm tăng dẫn đến độ hút chân không giảm nên lực dính C giảm
+ Đường bão hòa dâng cao dẫn đến trọng lượng khối đất tăng.
Tính chất cơ lý của vật liệu là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến ổn định
mái dốc, tuy nhiên đó không phải là nguyên nhân duy nhất mà còn phụ thuộc
vào ngoại lực tác dụng như áp lực thủy tĩnh, áp lực thấm, lực động đất, áp lực
kẽ rỗng trong quá trình cố kết.
1.1.3 Mặt trượt phá hoại mái đất

Một khối đất có mặt ngoài nghiêng một góc nghiêng nào đó so với mặt
ngang được quy ước gọi là mái đất. Mái dốc đứng được gọi là vách; chiều
cao của vách đá rất lớn nhưng vách đất thường không quá vài mét và không
ổn định lâu dài.
Nguyên nhân hình thành mái đất hoặc do thiên nhiên (vận động của vỏ quả
đất, bào mòn, tích tụ...) hoặc do nhân tạo (đập, đê, mái kênh, mái hố đào v.v...).
Mái đập đất thuộc loại mái đất nhân tạo, các tính chất địa kỹ thuật là
đã biết rõ ràng và kích thước có thể chọn sơ bộ hoặc theo kinh nghiệm hoặc
theo các phương pháp đơn giản nhất.

Hình 1.1: Các bộ phận của mái đất


8

Để tiện phân tích, một mái đất (hoặc mái dốc) được phân làm
các bộ phận: Đỉnh mái, chân mái, mái dốc, cơ mái, góc dốc, độ cao của mái,
nền mái đất. Nền mái dốc là bộ phận đất đá nằm dưới mặt phẳng ngang đi
qua chân mái dốc.
1.1.4. Cơ chế phá hoại của mái đất
Sự phá hỏng mái đất có thể xảy ra từ từ, khó nhận biết trong một thời
gian dài, phải quan trắc lâu dài hoặc quan sát độ cong thân cây mọc trên sườn
dốc (Hình 1-2a) hoặc xảy ra đột ngột không lường trước được theo một mặt
trượt có dạng hình học rõ rệt (Hình 1-2b).

Hình 1.2: Cơ chế phá hoại mái đất và nền dốc
Nguyên nhân chính của sự phá hỏng mái đất là sự chênh lệch áp lực do
trọng lượng bản thân đất của mái đất theo phương của trọng lực. Khi ứng suất
cắt phát sinh do sự chênh lệch áp lực ấy lớn lên và phát triển trong khối đất
đến một trị số nào đó hoặc trong một miền nào đó trong khối đất mà cường độ

chống cắt của bản thân đất không chịu nổi thì sự phá hỏng sẽ xảy ra.


9

Khi mái đất bị phá hỏng, mặt trượt hình thành và phân mái đất làm hai
phần, phần đất đứng yên ở dưới mặt trượt và phần đất trượt trên mặt trượt
(hình 1.2b). Lớp đất mỏng dọc theo mặt trượt bị xáo động mạnh do ứng suất
cắt phát sinh vượt quá cường độ chống cắt của đất.
1.1.5. Hình dạng mặt trượt
Dù bị phá hoại ở dạng nào, sự phá hoại khối đất là một hiện tượng cơ
học dẫn khối đất trượt ở vị thế ổn định hơn trên mặt trượt đã hình thành (Hình
1.2b). Do vậy, mọi tác nhân thiên nhiên hoặc nhân tạo gây ảnh hưởng đến sự
chênh áp suất trong khối đất đều được coi là những yếu tố gây nên sự
hình thành mặt trượt trong khối đất. Sự thay đổi các điều kiện khí hậu
thuỷ văn như mưa nhiều sau thời kỳ nắng hạn (nứt nẻ, sũng nước); sự biến
đổi về điều kiện thoát nước, cấp nước (tắc lọc, mất thảm thực vật; tăng tải ở
đỉnh, giảm tải ở chân; động đất .v.v..) đều là những động lực thúc đẩy sự
hình thành mặt trượt phá hoại khối đất. Các thay đổi nêu trên có thể tác động
ngay hoặc kéo dài trong một thời gian dài rồi đột biến gây sự cố: khối đất
trượt trên mặt trượt đến vị trí cân bằng hơn.
Sự trượt có thể xảy ra cục bộ hoặc phổ biến trên một chiều dài nhất định;
mặt trượt có dạng của mặt cong hai chiều hoặc mặt trụ. Để đơn giản tính toán
mà thiên về an toàn, sự phân tích ổn định của khối đất thường được xét như
bài toán phẳng với mặt trượt dạng trụ tròn.
1.1.6. Kết luận về mặt trượt phá hoại khối đất
Từ những điều trình bày trên, có những điều cần quan tâm khi phân tích
ổn định mái đất và nền đất.
1. Sự phá hoại khối đất (mái đất, nền dốc) là sự phá hoại cắt trượt
theo một mặt trượt nhất định - mặt trượt nguy hiểm nhất.

2. Khi phân tích ổn định khối đất, giả thiết mọi điểm thuộc mặt trượt
đều ở trạng thái cân bằng giới hạn giả định là chấp nhận được, tức công


10

nhận đẳng thức :
τ = τ 0m

(1.1)

Trong đó:
τ - Ứng suất cắt tại điểm đang xét (kN/m hay kPa)
2

τ 0m - Cường độ chống cắt huy động của đất nơi đang xét (kN/m hay
2

kPa), xác định theo công thức Coulomb
τ 0m =

1
. (σ − u ) tgϕ '+ c '
F 

(1.2)

Trong đó:
F- Hệ số huy động cường độ chống cắt của đất nền thuộc mặt trượt.
σ - Ứng suất tổng vuông góc với mặt trượt nơi đang xét (kN/m hay kPa).

2

u- Áp lực nước lỗ rỗng nơi đang xét (kN/m2 hay kPa).
ϕ ', c ' - Góc ma sát (độ) và lực dính đơn vị (kN/m hay kPa) của đất nơi
2

đang xét, xác định theo phương pháp cắt thoát nước.
Nếu gặp đất sét có tính thấm nước rất kém thì thường dùng công thức
sau để tính:
=
τ 0m

1
.[σ .tgϕ + c ]
F

(1.3)

Trong đó:
ϕ , c - Góc ma sát và lực dính đơn vị của đất nơi đang xét, xác định

theo phương pháp cắt không thoát nước.
Trong cả hai công thức trên, trị số σ được tính với trọng lượng đất no
nước γ bh và cả trọng lượng cột nước mặt nếu có trên khối đất trượt.
3. Đất thuộc khối đất trượt hầu như không bị xáo động do trượt. Do
đó khi phân tích ổn định mái đất, nền đất, giả thiết khối đất trượt ứng xử như
vật thể rắn là chấp nhận được.


11

1.2. Kết cấu đập đất và điều kiện vật liệu xây dựng đập
1.2.1. Kết cấu đập đồng chất:
Kết cấu đập đồng chất là loại đập được xây dựng khá phổ biến ở nhiều
địa phương. Đập được đắp bằng một loại vật liệu địa phương sẵn có tại chỗ
như đất đỏ Bazan, đất trầm tích, đất tàn tích, sườn tàn tích có tính trương nở
co ngót mạnh [7].
Đập đồng chất đắp bằng đất có hệ số thấm lớn, để đảm bảo được ổn
định thấm biện pháp thường dùng là tăng mặt cắt kích thước đập và khối
lượng đất đắp đập
Ưu điểm kết cấu đập đồng chất:
+ Kết cấu đập đơn giản
+ Sử dụng vật liệu tại chỗ
+ Thi công dễ dàng và nhanh chóng
Nhược điểm:
+ Kích thước mặt cắt đập thường lớn
+ Khối lượng đất đắp và chi phí đền bù cao

Hình 1.3: Kết cấu đập đất đồng chất
1.2.2. Kết cấu đập không đồng chất
Trong thực tế đất đắp đập không đồng chất một loại, có nhiều bãi vật
liệu có tính chất cơ lý khác nhau. Trong trường hợp đó phải nghiên cứu kết cấu
đập để sử dụng hợp lý các loại đất nhằm khắc phục các mặt bất lợi và phát huy
được các mặt lợi của chúng để phòng tránh sự cố đập do đất gây ra. Mặt khác
cũng để tận dụng tối đa các vật liệu sẵn có tại chỗ giảm chi phí đầu tư [7].


12

Đập không đồng chất có mặt cắt hỗn hợp nhiều khối được xây dựng

phổ biến trong khu vực đặc biệt là vùng Nam Trung Bộ, nguyên tắc bố trí đất
đắp trong các vùng của thân đập như sau:
+ Đất có hệ số thấm K< 1*10-4 cm/s không bị ướt lún, không tan rã mạnh,
không bị trương nở tự do mạnh có thể bố trí bất kỳ vùng nào trong thân đập.
+ Đất có hệ số thấm K> 1*10-4 cm/s hoặc bị lún ướt lớn, hoặc tan rã
mạnh không được bố trí ở các vùng I và vùng II, có thể bố trí tại vùng III với
điều kiện phải có biện pháp cách ly nước thấm và tiêu thoát tốt nước mưa.
+ Đất trương nở tự do mạnh, hệ số thấm K> 1*10-4 cm/s không được bố
trí tại vùng A, B, III, có thể bố trí ở vùng C nhưng phải có biện pháp hạ thấp
đường bão hòa và cách ly, tiêu thoát nước mưa tốt.
Ưu điểm kết cấu đập không đồng chất, nhiều khối đất đắp:
+ Tận dụng được các loại vật liệu tại chỗ của địa phương
+ Kết cấu ổn định, khả năng chống thấm tốt
Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp
+ Thi công khó khăn

Hình 1.4: Kết cấu đập đất không đồng chất


13

I: Vùng thường xuyên bão hòa

(A): Khối lăng trụ thượng lưu

II: Vùng bị bão hòa từng thời kỳ

(B): Khối trung tâm

III: Vùng khô ướt thay đổi trong năm

(C): Khối lăng trụ hạ lưu

1.2.3. Kết cấu đập có tường lõi mềm
Trong trường hợp khối trung tâm vùng B bằng đất sét hoặc đất sét pha
cát hệ số chống thấm nhỏ, khả năng chống thấm trở thành tường lõi mềm.
Yêu cầu chủ yếu đối với đất sét làm vật liệu chống thấm là ít thấm nước
và có tính dẻo, phải đảm bảo hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của đất thân đập
(50-100) lần. Đồng thời đất làm tường lõi chống thấm phải đủ dẻo, dễ thích
ứng với biến hình của thân đập, mà không gây nứt nẻ. Tính dẻo biểu thị bằng
chỉ số dẻo (W n ) phải đảm bảo yêu cầu W n >7 để dễ thi công. Đất sét béo Wn
>20 là loại vật liệu không thích hợp vì có hàm lượng nước quá lớn khó thi
công dễ sinh ra áp lực kẽ rỗng lớn làm mất ổn định mái đập [7].
Theo cấu tạo bề dày tường lõi đắp bằng đất sét không nhỏ quá 0,8m, độ
dày chân tường lõi không nhỏ hơn 1/10 cột nước, người ta dựa vào chỉ số
Gradient thấm cho phép [J] để xác định bề dày của tường lõi. Khi xây dựng
đập trên nền thấm, độ cắm sâu tường lõi vào nền đất tốt ít thấm nước δ ≥
0,50-1,25m.
Đỉnh tường lõi cao hơn mực nước dâng bình thường (MNDBT)
Δ = 0,30-0,60m
Kết cấu đập tường lõi mềm không được xây dựng phổ biến ở khu vực
Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ do khan hiếm nguồn vật liệu và kỹ thuật thi
công phức tạp.
Ưu điểm kết cấu đập có tường lõi mềm:
+ Khả năng chống thấm tốt
+ Lún dễ đều


14

Nhược điểm:
+ Khan hiếm nguồn vật liệu đất sét chống thấm tại chỗ
+ Kỹ thuật thi công phức tạp

Hình 1.5: Kết cấu đập có tường lõi mềm (đất sét)
1.2.4. Kết cấu đập tường nghiêng mềm
Trong trường hợp khối lăng trụ thượng lưu (vùng A) bằng đất sét
chống thấm, khối lăng trụ thượng lưu trở thành tường nghiêng chống thấm
trong thân đập.
Tường nghiêng đặt ở sát mái thượng lưu đập có ưu điểm hạ thấp đường
bão hòa xuống nhanh, làm cho đại bộ phận đất thân đập được khô ráo và tăng
thêm tính ổn định của mái hạ lưu.
Bề dày tường nghiêng phụ thuộc các yêu cầu cấu tạo và Gradient thủy
lực cho phép của đất đắp tường. Bề dày tường nghiêng tăng từ trên xuống
dưới, bề dày đỉnh tường không nhỏ hơn 0,8m, chân tường nghiêng không nhỏ
hơn 1/10H (H: cột nước tác dụng) nhưng không nhỏ hơn 2-3m. Độ vượt cao
của đỉnh tường nghiêng trên MNDBT ở thượng lưu tùy theo cấp công trình δ
≤ 0,5-0,8m. Đỉnh tường không được thấp hơn mực nước tính gia cường.


15

Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ dày (khoảng 1m) để
tránh mưa nắng, giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ có bố trí tầng lọc ngược.
Khi xác định độ dốc mái tường nghiêng phải đảm bảo lớp bảo vệ không
bị trượt trên mặt tường, đồng thời lớp bảo vệ và tường nghiêng phải ổn định
(không trượt) [7].

Hình 1.6: Kết cấu đập có tường nghiêng mềm (đất sét)

1.2.5. Kết cấu đập đất có tường nghiêng và sân phủ phía trước mềm
Khi đắp đập có tường nghiêng trên nền có lớp đất thấm mạnh hoặc khi
tầng thấm nằm sâu, người ta thường xây dựng thêm một sân phủ phía trước
chống thấm bằng cùng một loại đất với tường nghiêng nối liền với nhau.
Sân trước có tác dụng nhiều mặt nhưng chủ yếu là tăng chiều dài đoạn
đường viền không thấm để giảm áp lực thấm và lưu lượng thấm qua nền.
Kết cấu và kích thước sân phủ trước phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản sau:
ít thấm nước, có tính mềm dẻo dễ thích ứng với biến hình của nền.
Chiều dài sân trước được xác định theo các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật
phụ thuộc nhiều yếu tố như: Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đập, chiều
dài sân phủ thường lấy theo kinh nghiệm: L= (3-5)H , trong đó H là chênh
lệch mực nước thượng, hạ lưu đập.
Chiều dài tối đa của sân trước có thể tính theo công thức của Ughintrut
L max = 2

K
.t tb .T
K nen

Trong đó:
K, K nền : là hệ số thấm của vật liệu làm sân trước và nền.

(1.4)


16

t tb : bề dày trung bình của sân trước
T: bề dày tầng thấm nước trong nền
Bề dày sân trước t được xác định theo công thức:

t≥

∆H
[J ]

(1.5)

ΔH: Chênh lệch cột nước giữa mặt trên và mặt dưới sân trước tại điểm
tính toán
[J]: Grandient thấm cho phép đối với vật liệu làm sân trước, đối với đất
sét, [J] = 4-6; bề dày sân trước còn phụ thuộc điều kiện thi công đối với đất
sét bề dày nhỏ nhất đầu sân t đ ≥ 0,5-1,0m cuối sân chỗ tiếp giáp với tường
nghiêng t c ≥1,0m.

Hình 1.7: Kết cấu đập đất tường nghiêng sân phủ mềm
1.2.6. Kết cấu đập đất có tường nghiêng và chân khay mềm
Trường hợp tường nghiêng trên nền có lớp đất thấm mạnh và tầng
không thấm nằm không sâu, người ta xây dựng một chân khay qua nền cắm
sâu vào tầng không thấm. Độ cắm sâu của chân khay vào tầng không thấm δ
> 0,5 -1,25m [7].


17

Hình 1.8: Kết cấu đập đất có tường nghiêng và chân khay mềm (đất sét)
1.2.7. Kết cấu đập có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng –
Bentonite
Trường hợp đất nền là lớp bồi tích dày hơn 10m, phía dưới là đá phong
hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong lớp bồi tích có lẫn đá lăn, đá tảng lớn không thể
đóng cừ chống thấm được thì biện pháp xử lý tốt nhất là khoan phụt vữa.

Khoan phụt vữa dung dịch vữa ximăng sét có các phụ gia cần thiết tạo màng
chống thấm trong thân đập và nền đập. Kết cấu này thi công thuận lợi, có hiệu
quả trước mắt, nhưng độ bền và tuổi thọ không cao [7].
+ Thành phần vữa chống thấm(Tính cho 1m3)
- Nước: 918 lít
- Bentonite: 55-70kg
- Ximăng: 310 -330 kg
- Tỷ trọng hỗn hợp: 1,24-1,26 T/m3
- Độ nhớt: 28-36 s
- Độ tách nước sau 3 giờ < 3%
+ Áp lực phụt vữa đạt mức 20 atm


18

Hình 1.9: Kết cấu đập đất có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng
- Bentonite
1.2.8. Kết cấu đập có tường chống thấm cứng
Ở những vị trí đắp đập không có vật liệu chống thấm bằng đất sét, phải
chuyên chở xa quá đắt, cần thiết phải xem xét giải pháp tường chống thấm
cứng như: gỗ, đá xây, bê tông, cừ bê tông cốt thép, cừ thép …
Loại đập đất có tường nghiêng chống thấm cứng (như bê tông, BTCT)
ít được dùng vì nhược điểm: cấu tạo phức tạp, dễ sinh nứt nẻ khi nhiệt độ thay
đổi hoặc thân đập lún, giá thành cao.
+ Tường cừ chống thấm bằng cừ BTCT phải đảm bảo: bề dày ở đỉnh
tường không nhỏ hơn 0,3-0,5m, chiều dày đáy tường bằng khoảng (1/121/15)H.
Để hạn chế nứt gẫy tường lõi BTCT, cần bố trí khe lún thẳng đứng
cách nhau 15-25m và gia cố thêm một lớp đất sét chống thấm ở phía mặt
trước của tường lõi.
+ Tường chống thấm bằng cừ thép:

Trường hợp chỉ cần chống thấm cho đập đất trong phạm vi lớp bồi tích,
trong đó không có đá lăn, đá tảng chiều dày lớp bồi tích T<12m (là chiều dày


19

cừ thép có thể đạt được) giải pháp đơn giản nhất là dùng cừ thép đóng trực
tiếp trong chân khay, thay vì phải đào hết cát sỏi rồi lắp lại. Sơ đồ 1-c [7].

Hình 1.10: Kết cấu đập đất có tường chống thấm bằng cừ thép- (Sơ đồ 1)

Hình 1.11: Kết cấu đập đất có tường chống thấm bằng cừ thép- (Sơ đồ 2)
Trường hợp lớp bồi tích >12m, cừ thép được đóng theo
+ Tường nghiêng, tường lõi kết hợp cừ chống thấm
Khi cần thiết có thể dùng biện pháp chống thấm bằng tường nghiêng,
tường lõi kết hợp cừ (thép hoặc bê tông)

Hình 1.12: Kết cấu đập đất có tường nghiêng mềm kết hợp với cừ chống thấm
– (Sơ đồ 1)


20

Hình 1.13: Kết cấu đập đất có tường lõi mềm kết hợp với cừ chống thấm –
(Sơ đồ 2)
1.3 Ảnh hưởng của mưa kéo dài đến ổn định đập đất
Các nghiên cứu phân tích tất định, bất định và thống kê của nhiều tác
giả trên thế giới đã bước đầu đưa ra được mối liên quan giữa cường độ mưa,
thời gian mưa với các sự cố hư hỏng địa kỹ thuật và mất ổn định của đập đất.
Sự thâm nhập của mực nước mưa và đất sẽ dẫn đến việc tăng mực

nước ngầm, tăng áp lực nước hoặc giảm thể tích khối đất không bão hòa. Mặt
khác thể tích khối đất không bão hòa có ảnh hưởng rất quan trọng đến sự ổn
định của mái đập không bão hòa. Việc đồng thời tăng áp lực nước và giảm thể
tích khối đất không bão hòa dẫn đến sự suy giảm cường độ kháng cắt của đất.
Điều này có thể dẫn đến các sự cố hư hỏng địa kỹ thuật và ổn định của đập.
Các cơ chế hư hỏng này có thể xảy ra theo dạng trượt nông và trượt sâu, tùy
thuộc vào chiều dày của các lớp đất thành phần, độ chặt của đất cũng như các
đặc tính của mưa. Và tất nhiên các quan trắc dài hạn và liên tục cũng đóng vai
trò quan trọng trong việc hiểu rõ các đặc tính của áp lực nước kẽ rỗng lên
mái đập đất trong điều kiện có mưa. Tuy nhiên việc xác định trận mưa nguy
hiểm nhất và tham số ảnh hưởng sự tăng mực nước ngầm (Đường bão hòa)
trong mái đập dưới ảnh hưởng của nước mưa hết sức khó khăn nếu chỉ căn cứ
vào số liệu quan trắc dài hạn.