Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ chế xói mặt của đập đất khi nước tràn đỉnh

Mục tiêu chính của luận án là xây dựng được công thức thực nghiệm tính tốc độ xói của đất dưới tác dụng của dòng chảy cho một số loại đất thường dùng để đắp đập ở Việt Nam. Các công thức này làm dữ liệu đầu vào cho chương trình tính toán mô phỏng vỡ đập đất khi nước tràn đỉnh – chương trình EMBANK.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ chế xói mặt của đập đất khi nước tràn đỉnh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ XÓI MẶT CỦA ĐẬP ĐẤT KHI NƯỚC TRÀN ĐỈNHChuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủyMã số chuyên ngành: 62.58.02.02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợiNgười hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Cảnh TháiNgười hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Nguyễn ChiếnPhản biện 1:Phản biện 2:Phản biện 3:Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại..............................................................................................................................................................................................................................................................vào lúc giờ ngày tháng nămCó thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợiMỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của đề tàiĐập đất ở Việt Nam chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng số các con đập đã được xâydựng (khoảng 90% số hồ chứa thủy lợi là đập đất). Phần lớn các đập đất ở nướcta có tuổi thọ từ 30 đến 40 năm nên yêu cầu về thiết kế thấp (lũ nhỏ). Ngày nay,do ảnh hưởng của nhiều yếu tố làm cho thời tiết cực đoan, mưa lớn, lũ lớn dẫnđến dễ gây ra nước tràn đỉnh đập. Hầu hết các đập nhỏ không đáp ứng đượctiêu chuẩn lũ hiện nay, khả năng nước tràn qua đỉnh đập khi có lũ là rất lớn.Sự phát triển của xói trên bề mặt đập dưới tác dụng của dòng chảy là nguyênnhân chủ yếu dẫn đến vỡ đập. Hiểu được cơ chế xói là chìa khóa để giải thíchhiện tượng xói lở và có thể dự báo sự cố vỡ đập đất khi nước tràn đỉnh. Vì vậyđề tài “Nghiên cứu cơ chế xói mặt của đập đất khi nước tràn đỉnh” là rất cầnthiết góp phần đánh giá an toàn và cảnh báo khả năng vỡ của đập đất cũng nhưdự đoán khả năng tự vỡ của các đập tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ trong mùamưa lũ.2. Mục tiêu nghiên cứuXây dựng được công thức thực nghiệm tính tốc độ xói của đất dưới tác dụngcủa dòng chảy cho một số loại đất thường dùng để đắp đập ở Việt Nam. Cáccông thức này làm dữ liệu đầu vào cho chương trình tính toán mô phỏng vỡ đậpđất khi nước tràn đỉnh – chương trình EMBANK.Giải thích cơ chế vỡ đập và xây dựng các biểu đồ xác định thời gian bắt đầu vỡcủa đập khi nước tràn đỉnh cho một số loại đất đắp đập với cột nước tràn đỉnhthay đổi, nhằm phục vụ cảnh báo nguy cơ vỡ đập cho vùng hạ du.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứuĐối tượng: Luận án tập trung nghiên cứu hiện tượng nước tràn đỉnh của cácđập đất trong điều kiện Việt Nam.Phạm vi nghiên cứu: 1- Các loại đất đắp đập có tính dính khác nhau, từ ít dính (lực dính C = 0,16 ÷0,19 kG/cm2) đến đất có tính dính lớn (lực dính C = 0,24 ÷ 0,30 kG/cm2).- Các đập đất có chiều cao phổ biến ở Việt Nam Hđ = 5 ÷ 30m.- Cột nước tràn trên đỉnh đập đất có khả năng xảy ra ở Việt Nam Ht = 0,2 ÷1,4m.- Bài toán phẳng: nghiên cứu vỡ đập theo phương đứng, không xét theo phươngngang.- Chỉ nghiên cứu giai đoạn xói bề mặt cho đến khi đập bắt đầu bị vỡ (giai đoạnđầu của quá trình vỡ đập).4. Phương pháp nghiên cứuPhương pháp kế thừaPhương pháp thực nghiệmPhương pháp mô hình toánPhương pháp chuyên gia5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàiÝ nghĩa khoa học: Lần đầu tiên ở Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu xói mẫuđất trên máng thủy lực kiểu Fujisawa. Từ đó đưa ra kết quả xác định tốc độ xóimái đập đất.Ý nghĩa thực tiễn: Từ kết quả nghiên cứu giúp xác định quá trình vỡ đập đểquản lý an toàn đập, cảnh báo ngập lụt hạ du và tính toán thiết kế tràn sự cốkiểu đập đất tự vỡ trên ngưỡng tràn. 2CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÓI ĐẬPĐẤT VÀ CƠ CHẾ VỠ ĐẬP KHI NƯỚC TRÀN ĐỈNH1.1 Tổng quan về an toàn của đập vật liệu địa phương khi nước trànđỉnhĐắp đập tạo ra các hồ chứa được biết đến như là phương pháp hiệu quả nhất đểquản lý, khai thác tổng hợp và sử dụng hiệu quả nguồn nước. Theo thống kêcủa ICOLD cho 58.519 đập trên toàn thế giới thì đập vật liệu địa phương chiếm76%, trong đó 63% là đập đất. Các thống kê khác nhau trên thế giới đều thốngnhất chỉ ra rằng những hư hỏng xuất hiện ở đập vật liệu địa phương (chủ yếu làđập đất) chiếm phần lớn trong tổng số các hư hỏng đập đã được thống kê.Các nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng của đập đất bao gồm: các nguyênnhân do dòng thấm gây nên, sụt lún biến dạng, nước tràn đỉnh đập, v.v.., trongđó nước tràn đỉnh đập là nguyên nhân chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng số cácnguyên nhân gây ra sự cố đập (ICOLD 1995, Foster 2000, Costa 1985). Ở ViệtNam, theo thống kê trong ‘‘Tiêu chí đánh giá an toàn đập đất’’ của Phạm NgọcQuý, trong tổng số các đập đất bị vỡ, thì vỡ do mực nước lũ vượt thiết kế trànqua đỉnh đập chắn chiếm tới 59%.1.2 Tổng quan về cơ chế xói và vỡ đập1.2.1 Cơ chế xóiTrong trường hợp đập đất bị nước tràn qua đỉnh, dòng chảy lưu tốc lớn trên bềmặt mái hạ lưu đập sẽ gây ra xói. Xói bắt đầu xảy ra khi ứng suất cắt sinh ra dodòng chảy vượt quá ứng suất cắt tới hạn của vật liệu.Theo J.L.Briaud và các cộng sự 2007, đối với đất dính lực tác dụng lên một hạtđất bao gồm trọng lượng của hạt, lực điện từ và lực điện tĩnh, lực tương tácgiữa các hạt đất, và áp lực nước xung quanh hạt, trong trường hợp nước chảyvới vận tốc nào đó sẽ có thêm ứng suất cắt xung quanh hạt đất. Cơ chế xói củađất dính có thể là sự bào mòn dần của các lớp hạt, cũng có thể là sự hình thànhvết cắt và dòng chảy đưa đi cả một khối đất, giới hạn của các khối đất này được 3hình thành tự nhiên trong môi trường đất từ các vết nứt nhỏ do hiện tượng kéovà nén. Đối với đất í ...