Công trình Thủy điện Hòa Bình_ Phần 11
Tài liệu tham khảo việc xây dựng Công trình Thủy điện Hòa Bình_ Phần 11: " Đánh giá an tòan ổn định đập đất- đá".
11
ĐÁNH GIÁ
AN TOÀN ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT-ĐÁ
CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN HOÀ BÌNH
KHI NÂNG MNTL ĐẾN CAO ĐỘ 122.00 m
(THEO TÀI LIỂU CỦAVIỆN THIẾT KẾ THUỶ CÔNG MATATSCƠVA)
_______________________________________ 1
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
A
TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TRƯỢT MÁI ĐẬP
Trong phấn này chúng tôi sẽ trính bày phương pháp luận, nội dung và kết quả tính
toán của Viện Thiết kế Thuỷ công Matscơva về luận chưng kỹ thuật để nâng mực
nước gia cường lên 122.00 m. Phương pháp luận ở đây là tiến hành đánh giá về
nguyên tắc khả năng nâng cao thêm lõi đập mà không nâng cao cao độ đỉnh đập để
đưa mực nước gia cường ở hồ chứa lên tới cao độ 122,00 m. Để làm việc này Viện
Hydroproject đã tiến hành tính toán kiểm tra độ ổn định của các mái dốc đập đất đá
ở mực nước thượng lưu nói trên .
Khi tính toán độ ổn định của các mái dốc đã xét đến các lực sau :
– Trọng lượng bản thân của đất đá ở đập
– Áp lực thủy tĩnh
– Tải trọng địa chấn
– Áp lực kẽ rỗng dư
– Lực ma sát và dính kết ở ranh giới các bề mặt sạt lở .
Đối với các vùng nằm thấp hơn đường bão hoà có xét tới lực đẩy nổi thủy tĩnh, áp
lực thấm, trọng lượng bản thân của nước ở các kẽ rỗng trong đất đá.
Độ ổn đỉnh của mái dốc thượng lưu và hạ lưu được kiểm tra cho tổ hợp tải trọng
cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt :
– Tổ hợp cơ bản – mực nước gia cường và mực nước hạ lưu cao nhất.
– Tổ hợp đặc biệt – tác động địa chấn ở MNGC và mực nước hạ lưu cao
nhất
Độ ổn định của mái dốc hạ lưu đập cũng đã được kiểm tra đối với tổ hợp tải
trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt ở cột áp cao nhất lên đập :
– Tổ hợp cơ bản – mực nước gia cường khi hạ lưu không có nước ( mc
nước ngầm ở cao độ – 5,0 m) .
– Tổ hợp đặc biệt – tác động địa chấn ở mực nước gia cường và hạ lưu
không có nước (mực nước ngầm ở cao độ – 5,0 m) .
Các mức nước được lấy như sau ( m ) :
Thượng lưu :
– Gia cường 122, 00
Hạ lưu ( không tính xói rửa) :
– Cao nhất khi xả lũ: 23,8
– Hạ lưu khô ( mực nước ngầm): -5
Cột áp lớn nhất lên đập: 127 m
_______________________________________ - 2 -
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
Số liệu gốc để tính toán độ ổn định của các mái dốc ở tác động địa chấn
được lấy như sau :
– Hệ số địa chấn tương ứng với động đất cấp 8 đã duyệt theo CNIP - II 7-81
là 0,05.
– Dung trọng đất đá ở thân đập (trung bình): 1,98 t/m3
– Moduyn đàn hồi động ở thân đập: 118.000 t/m3
– Moduyn đàn hồi động ở nền: 33.500 t/m3
– Hệ số Poatxson: 0,3
Mặt cắt địa chất nền đập được lấy trên cơ sở tài liệu đo vẽ hoàn công.
Theo qui phạm hiện hành ở LB Nga hệ số ổn định của các mái dốc đập đất
đá được xác định :
1. Theo công thức của VNIIG - Terzagi
cb
∑ ( G − Ub) × cos α × tgϕ + cos α − ∑ S × sin α × tgϕ − ∑ S × cos α × tgϕ
гор верт
K=
∑ G × sin α + ∑ S × cos α − ∑ S × sin α + H + P
гор верт vg
2. Theo công thức Bishop
K=
∑ {[( G − Ub) × tgϕ + cb − S × sin α × tgϕ − S
гор верт × tgϕ ] / (1 + tgα × tgϕ ) / cos α }
∑ G × sin α + ∑ S × cos α + ∑ S
гор ветр × sin α + H + Pvg
3. Theo công thức Trugaev
K=
∑ [( G − Ub) × tgϕ + cb / cos α − S × sin α × tgϕ − S × cos α × tgϕ ]
гор верт
∑ G × sin α + ∑ S × cos α − ∑ S × sin α + H + P
гор верт vg
Trong các công thức có sử dụng các ký hiệu sau :
G – Trọng lượng bản thân của đất đá ở cột chia nhỏ, có tính đến bão hoà
nước
U – áp lực thấm ở nền cột chia nhỏ
b – Chiều rộng cột chia nhỏ
tgϕ – Hệ số ma sát tính toán
c – Lực dính kết tính toán của đất đá
α – Góc hình thành bởi mặt phẳng đứng và bán kính khung trượt
H – Áp lực của nước tự do
Sгор và Sверт – Thành phần ngang và đứng của tải trọng địa chấn, có tính đến vị
trí đặt gia tốc địa chấn và khối nước liền kề.
(H, Pvg và Parm – Các momen lực đối với tâm đường tròn, được chia thành bán
kính )
Tiêu chuẩn ổn định của các mái dốc đập là thoả mãn (đối với màng sạt lở nguy
hiểm nhất) bất đẳng thức:
_______________________________________ - 3 -
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
γc 1
γ fc F ( γ f ) < R( )
γn γg
trong đó : F – trị số tính toán tác động lực tổng quát
R – trí số tính toán khả năng chịu lực tổng quát của hệ thống “công
trình – nền ”
γ f, γ n, γ fc – các hệ số an toàn về tải trọng ;
γ g – hệ số an toàn về đất đá
γ c – hệ số điều kiện làm việc ;
Đối với công trình cấp 1 :
γ n = 1.25, γ fc = 1.0, γ c = 1.0 – tổ hợp tải trọng cơ bản
γ n = 1.25, γ fc = 0.9, γ c = 1.0 – tổ hợp tải trọng đặc biệt
Khi tìm mặt trượt nguy hiểm đã sử dụng quan hệ
R γ nγ fc
Kc = >
F γc
Như vậy hệ số ổn định cho phép là :
- Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản : 1.25;
- Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt: 1.125.
Trong tính toán đã sử dụng các đặc tính địa kỹ thuật của đất đá ở thân và nền
đập phê duyệt ngày 18.12.1985 như ở bảng 4.1.
B ảng 4.1
Lớp γ tn γ bh C
Đất đá tgϕ
t/m 3
t/m 3
t/m2
1 Đá núi 1.93 2.01 0.73 1.5
2 Hỗn hợp cát sỏi 2.0 2.14 0.73 2.0
3 Đất dính ở lõi đập 1.54 1.97 0.2 3.0
4 Hỗn hợp cát sỏi không khoan phụt 1.8 2.16 0.6 0.5
5 Badan poocfirit 2.5 2.6 10 10
Trong đó :
γ ест – đất đá có độ ẩm tự nhiên ( cao hơn mặt nước )
γ нас – dung trọng của đất đá bão hoà nước (dưới mặt nước)
Kết quả tính toán độ ổn định của mái dốc thượng lưu và hạ lưu ở các thông số
của hồ chứa đối với các trường hợp tính toán khác nhau xem ở hình 4.1- 4.9.
So sánh các hệ số dự phòng ổn định tính theo các phương pháp nêu trên xem ở
bảng 4.2 và 4.3
_______________________________________ 4
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
Bảng 4.2
Hệ số ổn định mái dốc thượng lưu
Trường hợp tính toán Theo phương Theo phương pháp
Theo phương pháp
pháp VNIIG - Trugaev bishop
Tertsagi
Tổ hợp tải trọng cơ 2,501 2,642 2,215
bản
Tổ hợp tải trọng đặc 1,414 1,493 1,87
biệt
Bảng 4.3
Hệ số ổn định mái dốc thượng lưu
Trường hợp tính toán Theo phương phápTheo phương pháp Theo phương pháp
VNIIG - Tertsagi Trugaev bishop
MNHL: =23,8 m
Tổ hợp tải trọng cơ 1,743 1,872 1,358
bản
MNHL: =23,8 m
Tổ hợp tải trọng đặc 1,333 1,422 1,282
biệt
Mực nước ngầm -5,0
m 1,531 1,900 1,633
Tổ hợp tải trọng cơ
bản
Mực nước ngầm -5,0
m 1,391 1,552 1,381
Tổ hợp tải trọng đặc
biệt
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả phân tích ổn định trượt mái theo phương pháp vòng cung trượt cho thấy:
Các giá trị tính toán hệ số an toàn ổn định chống trượt cho cả mái dốc thượng lưu
và hạ lưu đối với tất cả các trường hợp tính toán khác nhau đều lớn hơn trị số hệ số
an toàn ổn định cho phép ghi trong các qui phạm hiện hành.
_______________________________________ 5
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
Kiến nghị: Nâng cao mực nước phòng lũ của hồ Hòa Bình đến cao độ 122.00 m,
Ở mực nước này đập đất – đá Hòa Bình đảm bảo an toàn ổn định với tất cả các tổ
hợp lực.
_______________________________________ 6
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
_______________________________________ 7
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
_______________________________________ 8
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
_______________________________________ 9
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
B.
TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP
Để đánh giá trạng thái ứng xuất biến dạng của đập đất đá khi mực nước thượng
lưu dâng tới cao độ 122 m đã tiến hành tính toán theo mô hình đập đã lập trước đây
trong khuôn khổ báo cáo “Kiểm tra hệ thống “ đập đất đá - nền – tiếp giáp hai bờ”
và đánh giá hiện trạng đập Hoà Bình” như kết quả tính toán cho thấy, dâng mực
nước thượng lưu thêm 7 m nữa ( từ 115 đến 122 m) trong 6 tháng (thời gian kéo dài
của giai đoạn tính toán) làm cho đỉnh đập xê dịch thêm khoảng 4 cm về phía hạ lưu (
hình 4.10-4.12). Khi đó chuyển dịch đứng của đỉnh đập thay đổi không đáng kể
( hình 4.13).
Đánh giá trạng thái ứng suất tĩnh của đập đất đá cho thấy hệ số dự phòng cục bộ
khá cao (trên 1,5) và qua tính toán thấy trong thân đập sẽ không xuất hiện các vùng
đất đá có trạng thái tới hạn ( hình 4.14-4.17) .
_______________________________________ 10
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
Hình 4.10. Chuyển dịch ngang của đỉnh đập vuông góc với tim đập
(PVM-4) khi mực nước thượng lưu dâng tới 122,0 m.
_______________________________________ 11
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
Hình 4.11. Chuyển dịch ngang của đỉnh đập vuông góc với tim đập
(PVM-6) khi mực nước thượng lưu dâng tới 122,0 m.
_______________________________________ 12
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
H× nh 4. . ChuyÓ n dÞch ngang cña ® Ønh ® Ëp vu«ng gãc
12
víi ti ® Ëp
m
_______________________________________ 13
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
( PVM 8 ) kh i m ùc c th î lu d© ng
ní ng
tíi 122, m .
0
_______________________________________ 14
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B
Hình 4.13. Lún đỉnh đập (PVM-4) khi mực nước thượng lưu dâng tới 122,0 m.
_______________________________________ 15
D9ập vật liệu địa phương – CTTĐ Hoà Bình – B