Báo cáo khoa học ĐẶC ĐIỂM PHÁ HUỶ HỆ THỐNG ĐÊ SÔNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRONG THỜI GIAN MƯA LŨ

Các quá trình phá huỷ nền và thân đê của hệ thống đê sông Đồng bằng Bắc bộ trong thời gian mưa lũ diễn ra theo các kịch bản rất khác nhau phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên của từng khu vực (cấu trúc địa chất, địa chất thuỷ văn, địa hình, địa mạo v.v…), đặc điểm hoạt động kinh tế- xây dựng của con người trong phạm vi của hệ thống Địa-Kỹ thuật đê sông (HĐKTĐS) và đặc điểm vật liệu cũng như công nghệ đắp đê qua các thời kỳ. Về bản chất, các quá trình...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học " ĐẶC ĐIỂM PHÁ HUỶ HỆ THỐNG ĐÊ SÔNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRONG THỜI GIAN MƯA LŨ " ĐẶC ĐIỂM PHÁ HUỶ HỆ THỐNG ĐÊ SÔNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRONG THỜI GIAN MƯA LŨTSKH. TRẦN MẠNH LIỂUViện KHCN Xây dựng1. Đặt vấn đề Các quá trình phá huỷ nền và thân đê của hệ thống đê sông Đồng bằng Bắc bộ trong thời gian mưa lũdiễn ra theo các kịch bản rất khác nhau phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên của từng khu vực (cấu trúc địachất, địa chất thuỷ văn, địa hình, địa mạo v.v…), đặc điểm hoạt động kinh tế- xây dựng của con người trongphạm vi của hệ thống Địa-Kỹ thuật đê sông (HĐKTĐS) và đặc điểm vật liệu cũng như công nghệ đắp đêqua các thời kỳ. Về bản chất, các quá trình phá huỷ nền và thân đê là tổ hợp của các quá trình địa cơ, thuỷđịa cơ học cơ sở phát triển theo thời gian trong phạm vi HĐKTĐS. Sự phá huỷ hệ thống đê sông đồng bằngBắc Bộ trong thời gian mưa lũ có hai kịch bản chủ yếu: Phá huỷ thân đê dẫn đến phá huỷ thấm hệ thống đêvà vỡ đê; Phá huỷ thấm nền đê dẫn đến phá huỷ hệ thống đê và vỡ đê. Việc luận chứng bản chất các quá trình phá huỷ đê, các giai đoạn phát triển của chúng cũng như cácquá trình địa cơ, thuỷ địa cơ học thành phần tương ứng là cơ sở cho việc đánh giá, dự báo ổn định cũngnhư lựa chọn các giải pháp bảo vệ hệ thống đê.2. Phá huỷ thân đê trong thời gian mưa lũ Trong thân đê tồn tại hai hệ thống khe nứt theo đặc điểm nguồn gốc phát sinh. Dưới đây sẽ trình bày vềhai hệ thống này.2.1 Hệ thống các khe nứt lún Do cấu trúc địa chất nền đê không đồng nhất, trong phạm vi HĐKTĐS tồn tại các lớp đất có thành phầnvà tính chất đặc biệt (đất yếu- bùn, các loại cát mịn – cát bụi dễ hoá lỏng…) phân bố không gian không ổnđịnh, chiều dày thay đổi mạnh, thậm chí rất đột ngột trong phạm vi nền đê tạo thành các túi bùn có chiềudày lớn, hoặc các lớp cát mịn- cát bụi dễ hoá lỏng nổi ngay gần mặt đất. Các lớp đất này rất nhạy cảm vớicác tác động nhân sinh như tải trọng tác động từ hệ thống đê (tải trọng thân đê, tải trọng từ hệ thống giaothông trên mặt đê..) làm cố kết các lớp đất, gây lún không đều nền đê và xuất hiện các vết nứt trong thânđê. Do có nguyên nhân nền móng nên các khe nứt loại này có chiều sâu phát triển lớn. Do đặc tính co ngótvật liệu mà các khe nứt loại này được mở rộng dần lên phía mặt đê. Độ mở lớn nhất của khe nứt có thể lêntới 3-4cm (đê Gia Lương-Hà Bắc, 1983-1984). Sử dụng phương pháp đo điện trở suất dễ dàng bắt đượccác khe nứt loại này (hình 1a,b). a) b) Hình 1. Các vết nứt có nguyên nhân nền móng phát triển trong thân đê a) Đê Gia Lương - Hà Bắc (1984) b) Đê Nhật Tân – Hà Nội (1995) Độ mở của các khe nứt về mùa khô có thể phát triển tới chiều sâu 3-4m tính từ mặt đê. Phân bốcủa chúng trong thân đê phụ thuộc nhiều vào cấu trúc nền đê, thường thì chúng tạo thành hệ thốngcác khe nứt lớn cắt ngang đê, từ thượng lưu xuống hạ lưu (đê Gia Lương-Hà Bắc, đê Thanh Trì-Hà Nội)hoặc hệ thống các khe nứt dọc đê (đê Yên Phụ-Hà Nội). Đây là hệ thống các khe nứt lớn và sâu trong thânđê, trong đó đặc biệt nguy hiểm là các khe nứt cắt ngang đê từ thượng lưu xuống hạ lưu. Đó là những đườngthông nước chủ yếu qua thân đê trong thời gian mưa lũ.2.2. Hệ thống các khe nứt co ngót trong thân đê Hệ thống các khe nứt co ngót phát triển chủ yếu ở hai mái đê (phía thượng lưu và phía hạ lưu) phụ thuộcvào thành phần khoáng vật, độ dốc của sườn cũng như chế độ dao động của nhiệt độ, độ ẩm trong thân đê.Trong đất thân đê ở phần mái đê đã tồn tại sẵn ứng suất căng nên khe nứtco ngót xuất hiện khi gradien biến đổi độ ẩm còn rất nhỏ (so với gradien biến đổi độ ẩm trong thân đê). Ứngsuất co ngót xuất hiện khi độ ẩm của đất không đáp ứng phương trình Laplas: 2 (W – Wp) = 0 Trong đó: W- độ ẩm của đất; WP- độ ẩm giới hạn co ngót. Các khe nứt co ngót thường phát triển vuông góc với mái đê đến độ sâu trung bình từ 0,5-1,5m (theo các sốliệu quan trắc thực tế và công thức tính toán trong {4}) thì đổi hướng song song với mái đê (hình 2). Đây là các khenứt thấm nước và cũng là những mặt trượt tương lai trong thời gian mưa lũ. Hình 2. Đặc điểm phát triển các khe nứt co ngót ở mái đê (kết quả thí nghiệm trên mô hình) Khi mực nước lên cao, nước lũ nhanh chóng thấm qua thân đê theo các hệ thống khe nứt trong thân đêvà thoát ra theo hệ thống các khe nứt co ngót ở mái đê phía đồng. Áp lực thuỷ động của dòng thấm theo hệthống khe nứt trong đê làm giảm nhanh chóng hệ số ổn định mái đê {4} gây sạt trượt mái đê và rất có thể vỡđê nếu thời gian ngâm lũ lâu và không xử lý kịp thời. Như vậy, các giai đoạn phá huỷ đê từ thân đê có thể sắp xếp như sau: Hình thành các khe nứt trong thânđê (do lún, do co ngót)  thấm qua thân đê theo hệ thống khe nứt  sũng ướt mái đê  sạt trượt mái đê vỡ đê.3. Hư hỏng hệ thống đê do phá huỷ thấm nền đê trong thời gian mưa lũ ...