xÓi ngẦm trong cÔng trÌnh thỦy...gradien thủy lực gây xói ngược i xn (m/m) Đất d...
TRANSCRIPT
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP TRƯỜNG NĂM 2017
TS. NGUYỄN ĐỨC MẠNH 1
PHỐI HỢP GIỮA CÔNG TY CPTV CẢNG – KỸ THUẬT BIỂN
& BỘ MÔN XD CẢNG - ĐƯỜNG THỦY, ĐHXD
HỘI THẢO KHOA HỌC
ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VÀ TIÊU CHUẨN MỚI TRONG
KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC CÔNG TRÌNH CẢNG
CHUYÊN ĐỀ
XÓI NGẦM TRONG CÔNG TRÌNH THỦY
TP. HỒ CHÍ MINH, 25/12/2017
1 contact:
NỘI DUNG BÁO CÁO
2
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM ĐẤT
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÓA LỎNG CỦA CÔNG TRÌNH
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
3
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
41.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
5
Nghiên cứu trên thế giới
▪ Đã được nghiên cứu từ lâu (bởi Terzaghi, 1943);
▪ Tập trung vào mô hình toán và thí nghiệm;
▪ Quy trình đánh giá xói ngầm – cho công trình
kiểu đập.
Nghiên cứu ở Việt Nam
▪ Đã có những nghiên cứu liên quan đối với xói ngầm,
với các công trình thực tế
▪ Chưa có nghiên cứu chuyên sâu, hệ thống về xói
ngầm;
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
6
Định nghĩa xói ngầm: Xói ngầm là kết của quá trình rửatrôi của các hạt đất dưới ảnh hưởng của dòng nướctrong đất
Xói dạng ống Xói ngược
Xói tiếp xúc Xói khuyếch tán
1.2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH XÓI NGẦM
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
7
Thí nghiệm HET
1.3. XÓI DẠNG ỐNG
8
1
3
2
5
4
6
7
Ixói = ?
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
1.4. XÓI NGẦM NGƯỢC
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
9
Thí nghiệm LTHE
Vxói = ?
1.5. XÓI NGẦM TIẾP XÚC
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
10
Hư
ớn
gcủ
ad
òn
g
Điều kiện xuất hiện (Wan et Fell 2004) :
- Điều kiện 1 : df < On
- Điều kiện 2 : Pf ≤ Pgh
- Điều kiện 3 : v ≥ vc hoặc i ≥ ic
1.6. XÓI NGẦM KHUYẾCH TÁN
1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM
11
Có bốn loại xói ngầm cơ bản:
▪ Xói dạng ống;
▪ Xói ngược;
▪ Xói tiếp xúc;
▪ Xói khuyếch tán
Điều kiện sinh ra xói ngầm:
▪ Điều kiện tách rời các hạt đất;
▪ Điều kiện vận chuyển các hạt đất
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
12
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
13
Bến tường cừ Bến trọng lực
Bến cầu tầu
2.1. VỊ TRÍ HÌNH THÀNH XÓI NGẦM
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
142.1. VỊ TRÍ HÌNH THÀNH XÓI NGẦM
Xói trong thân đê
Xói trong nền đê
Xói thân-nền đê
Xói giữa lớp tiếp xúc đấtvà công trình
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
152.1. VỊ TRÍ HÌNH THÀNH XÓI NGẦM
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
162.2. NGUYÊN NHÂN GÂY RA XÓI NGẦM
HÌNH DÁNG MẶT CẮT CÔNG TRÌNH KHÔNG PHÙ HỢP
➢ Mặt cắt đê quá hẹp (do thiết kế)
➢ Thay đổi mặt cắt theo thời gian
➢ Nâng cao đường bão hòa
➢ Tăng gradient thủy lực
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
17
Lỗ mở thực trong công trình
Sự phân tầng của đất trong quá trình thi công (do đầm nén)
Sự không đồng nhất giữa các lớp đất được sử dụng khi thiết kế, hoặc trong quá trình sửa chữa công trình
Tập trung dòng nước – tăng áp lực nước lỗ rỗng xói ngầm
2.2. NGUYÊN NHÂN GÂY RA XÓI NGẦM
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
18
Lớp tiếp xúc đất-kết cấu được xử lý không tốt
Giữa hai lớp đất khác nhau
Rò rỉ nước – kênh dẫn nước xói ngầm
2.2. NGUYÊN NHÂN GÂY RA XÓI NGẦM
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
19
Sự lún không đều của nền Hình thành các hang cas tơ
Sự hóa lỏng của đất
2.2. NGUYÊN NHÂN GÂY RA XÓI NGẦM
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
20
Nguyên nhân gây xói ngầmKiểu xói
ngầmBiểu hiện có thể nhận biết được
Sự
không
đồng
nhất
tại các
vị trí
khác
nhau
của
công
trình
Lớp tiếp xúc giữa vật liệu hạt to (đá, sỏi)
và vật liệu hạt nhỏ hơn (cát, phù sa)Xói
tiếp
xúc,
hoặc
xói
ngược
• Xuất hiện hố sụt lún, và
hoặc dò rỉ nước ở mái ta
luy hạ lưu có hoặc không
có hạt đất bị kéo theo
• Công trình có thể bị lún
Những lỗ hổng cũ được lấp đầy bởi các
vật liệu hạt to
Kênh dẫn nước cũ đã hình thành trong
thân công trình, sau đó được lấp đầy bởi
các vật liệu khác nhau
Công trình được xây dựng trên nền có
hang động cas tơ
• Xuất hiện hiện tượng sụt
lún
Những ống/lỗ hổng thực trong thân công
trình, được tạo ra bởi động vật, hoặc rễ
cây tồn tại trong công trình
Xói
dạng
ống
▪ Lỗ hổng/đường ống nhìn
rõ ở mái taluy
▪ Dò rỉ nước ở mái ta luy
hạ lưu có hoặc không có
hạt đất bị kéo theo
2.3. TỔNG HỢP XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
21
Nguyên nhân gây xói ngầm Kiểu xói
ngầm
Biểu hiện có thể nhận biết được
Hình dạng mặt cắt ngang công trình
Hình dạng mặt cắt không phù hợp hoặc thay đổi theo thời gian
Xói ngược ▪ Thu hẹp mặt cắt ngang ở
chân đê,
▪ Xuất hiện hiện tượng dò rỉ
nước
Điều kiện thủy lực đặc biệt
Đường mặt nước dâng cao (do thủy triều, sóng bão, nước dâng, do lũ trong sông)
Xói tiếp xúc, xói ngược, xói khuyếch tán
▪ Tăng lưu lượng nước do rỉ
▪ Tăng vận tốc dòng thấm
Điều kiện nước ngầm đặc biệt
Công trình được đặt trên một tầng nước ngầm thay đổi
Xói tiếp xúc, xói ngược
Xuất hiện hiện tượng sụt lún
2.3. TỔNG HỢP XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
22
Nguyên nhân gây xói ngầm Kiểu xói ngầm Biểu hiện có thể nhận biết được
Kết
cấu
của
công
trình
Vấn đề liên quan đến lớp phủ
mái thượng lưu làm ảnh hưởng
đến khả năng chống thấm
Xói khuyếch
tán, xói
ngược
• Hiện tượng sụt lún của đất
• Dò rỉ nước ở mái ta luy hạ lưu kèm theo hạt đất bị mang đi
• Sự thay đổi của chiều cao cột nước trong công trình
Đê được xây dựng bởi đất đắp
đồng nhất, không có lớp lọc
Đê đất đắp đồng nhất với lớp
thoát nước bằng đá ở chân hạ
lưu mà không có lớp lọc
Xói tiếp xúc,
xói ngược
• Xuất hiện hố sụt lún, dò rỉ nước ở mái ta luy hạ lưu có hoặc không có hạt đất bị kéo theo
Đất trong thân công trình có
khả năng bị xói mà không có lớp
lọc
Xói khuyếch
tán
• Sự mât đất, dò rỉ nước ở mái ta luy hạ lưu cùng kèm theo hạt đất bị mang đi
• Sự thay đổi của chiều cao cột nước trong công trình
Chân công trình nơi dòng thấm
đi ra khỏi công trình, không có
lớp lọc
Xói khuyếch
tán, xói
ngược
• Vận tốc dòng thấm lớn
• Dò rỉ nước ở chân công trình có hoặc không có hạt đất bị kéo theo
• Xuất hiện đùn đất
2.3. TỔNG HỢP XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
23
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
24
SO SÁNH GIÁ TRỊ TÍNH TOÁN – GIÁ TRỊ NGƯỠNG GÂY XÓI
TÍNH TOÁN ĐẶC TRƯNG DÒNG THẤM -ỨNG SUẤT TRONG CÔNG TRÌNH
TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ NGƯỠNG GÂY XÓI
3.1. CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM
25
1
- 5.70
CT§B -4.70
MNTTK - 1.70
CTMB +3.00
MNCTK +2.00
-6
-10
-8
-12
K3
m=2.5
m=4
K1
K2
K4TuyÕn mÐp bÕn
§uêng tù nhiªn
-10.75
-8.05
3
2
w = 1.77g/cm3
c = 0.074kg/cm2
= 703'
B = 0.69
w = 1.74g/cm3
c = 0.061kg/cm2
= 457'
B = 0.95
3
2
Loại đất Hệ số thấm K (m/s) Khả năng xói khuyếch tán
Đất san lấp 510-3 Có
Lớp 1 - Bùn sét pha 210-6 không
Lớp 2 – Sét pha cát 610-4 không
Lớp 3 – Sét pha 110-5 không
Kè bến nhập liệu, Hòa Phát, Kinh Môn, Hải Dương
3.1. CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
26
Velocity
Velo
city
Magnitu
de (
m/s
ec)
Time (hr)
0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0.0012
0.0014
0.0016
0.0018
0 10 20 30 40 50
Gradient
XY
-Gra
die
nt
Time (hr)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 10 20 30 40 50
Ixoi = 0.39
3.2. KHẢ NĂNG XÓI NGẦM KÈ GẦM BẾN
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
27
imax =0.694, vmax=3.810-4m/s
m1=m2=1:2 m1=1:1.5, m2=1:2
imax=0.71; vmax=3.910-4m/s
m1=m2=1:1.5
imax=0.813; vmax = 4.5810-4m/simax=0.824; vmax = 5.110-4m/s
m1=m2=1:1.25
Gradient gây xói: ick = 0.36
Khi mặt cắt ngang bị thu hẹp:
▪ Gradient thấm – vấn tốc dòng thấm tăng lên ở chân phía bờ;
▪ Đường mực nước bão hòa cũng được nâng cao hơn;
▪ Gradient thủy lực i> ixói rủi ro bị xói ngầm
3.3. SỰ THAY ĐỔI HÌNH HỌC CỦA CÔNG TRÌNH
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
28
Gradient gây xói: ick = 0.36
Sử dụng lớp phủ mái chống thấm:
▪ Gradient thấm giảm imax=0.55;
▪ Đường mực nước bão hòa hạ thấp;
▪ Cần có lớp lọc ở chân thoát nước.
Phủ mái chống thấm
3.4. THAY ĐỔI KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
Velocity X
0 secX
-Velo
city M
agnitude (
m/s
ec)
X (m)
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
5 10 15 20 25 30 35 40
29
Vận tốc gây xói tiếp xúc: vtx = 0.003m/s
Loại
đấtn e Cu k (m/s)
Xói
khuyếch
tán
G1 0.30 0.493 2.51 4.80E-04 Không
C 0.33 0.429 8.73 1.60E-02 Không
3.4. XÓI NGẦM TIẾP XÚC GIỮA HAI LOẠI ĐẤT
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
30
Lớp phủ mái không thấm
Kéo dài đường thấm
Không có lớp phủ mái Có lớp phủ mái chống thấm
3.4. XÓI NGẦM TIẾP XÚC GIỮA HAI LOẠI ĐẤT
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
31
Thông số n e Cu k (m/s)Gradien thủy lực gây
xói ngược ixn (m/m)
Đất D 0.35 0.538 27.18 4.80E-04
Đất F 0.33 0.49 13.72 2.30E-04 0.41
3.5. ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM NGƯỢC
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
32
Bộ phận thoát nước ngang
Không có bộ phận thoát nước Có bộ phận thoát nước
3.5. ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM NGƯỢC
3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH
4. PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN XÓI NGẦM
33
4. PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN XÓI NGẦM
34
• Hình dạng bên ngoài, bên trong của kết cấu• Chi tiết các phân vùng kết cấu khác nhau
Hình dạng hình học của kết cấu
• Kết cấu địa tầng…• Sự có mặt các lỗ hổng, hang động, các vết đứt gãy, các tầng đất yếu…• Tầng nước ngầm
Điều kiện địa tầng xây dựng
• Các đặc tính của đất: đường kích thước hạt, hệ số thấm…• Thông tin thu được trong quá trình thí nghiệm
Đặc điểm địa kỹ thuật của công trình
• Điều kiện thủy lực đặc biệt…• Sự hình thành dòng thấm, gradient thấm…
Điều kiện thủy lực, dòng thấm
Trạng thái ứng suất
4.1. THÔNG SỐ KHI XEM XÉT XÓI NGẦM
4. PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN XÓI NGẦM
353.2. QUY TRÌNH PHÁT HIỆN XÓI NGẦM
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
36
1) Xói ngầm của đất có thể hình thành bởi 4 kiểu khác nhau: xói ngầm
dạng ống, xói ngầm tiếp xúc, xói ngầm ngược và xói ngầm khuyếch
tán.
2) Nguyên nhân hình thành xói ngầm trong đất là đa dạng, phức tạp,
tương ứng với mỗi kiểu xói ngầm khác nhau
3) Việc đánh giá khả năng xói ngầm đối với công trình có thể thực hiện
trên mô hình toán, căn cứ trên số liệu thu thập được từ thực địa;
4) Phát hiện và đánh giá rủi ro xói ngầm cần thông qua nhiều bước khác
nhau: phân tích đánh giá trên tài liệu thu thập, đánh giá hiện trường,
phân tích rủi ro;
5) Cần có một nghiên cứu toàn diện, tổng thể các sự cố liên quan đến
xói ngầm, xếp loại, đưa ra cảnh báo đối với công trình.