Microsoft Word Bao Nhan 2017 TCDHH 2 doc See discussions, stats, and author profiles for this publication at https //www researchgate net/publication/328976404 Ảnh hưởng môi trường tự nhiên kỹ thuật đ[.]
Trang 1See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/328976404
Ảnh hưởng môi trường tự nhiên - kỹ thuật đến ổn định sườn dốc vùng đồi núi TT Huế
Article in HUE UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE EARTH SCIENCE AND ENVIRONMENT · April 2018
CITATIONS
0
READS
103
4 authors, including:
Some of the authors of this publication are also working on these related projects:
Recycled Material Applications View project
Nhieu Duong
Suranaree University of Technology
3PUBLICATIONS 0CITATIONS
SEE PROFILE
All content following this page was uploaded by Nhieu Duong on 16 November 2018.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
Trang 2ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN - KỸ THUẬT ðẾN ðỘ ỔN ðỊNH SƯỜN DỐC VÙNG ðỒI NÚI QUẢNG TRỊ - THỪA THIÊN HUẾ
Trường ðại học Khoa học - ðại học Huế
*
Trường Cao ñẳng Công nghiệp Tuy Hòa
Tóm tắt
ðể ñịnh hướng cho công tác thiết kế, thi công mái dốc khi xây dựng các tuyến ñường giao thông hay khai thác mỏ, ngoài việc phân tích ñánh giá các yếu tố môi trường tự nhiên - kỹ thuật, cần ñặc biệt quan tâm ñến tính chất cơ lý ñất ñá ở cả trạng thái tự nhiên (hoặc khô gió) lẫn trong trạng thái bão hòa nước cùng với việc xác ñịnh góc dốc ổn ñịnh tương ứng với chiều cao giới hạn ñối với ñất ñá phụ ñới tàn - sườn tích hoàn toàn (edQ + IA 1 ) và phụ ñới phong hóa mạnh (IA 2 ) ðây là nguồn tài liệu quan trọng góp phần dự báo, ñánh giá ñịnh lượng khả năng phát sinh tai biến ñịa chất, nhất
là trượt lở ñất ñá trên các sườn dốc vùng ñồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế
1 ðặt vấn ñề
Môi trường tự nhiên - kỹ thuật (TN - KT) là phần trên của thạch quyển cùng với ñịa hình bao gồm ñất ñá, khoáng sản, nước dưới ñất, nước mặt, khí tương tác với khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và quyển kỹ thuật Tác ñộng của các yếu tố thành phần thuộc các quyển khác nhau nói trên là nguyên nhân (trực tiếp hay gián tiếp) gây ra các quá trình ñịa ñộng lực hoặc là ñiều kiện hỗ trợ hay hạn chế sự phát sinh - phát triển những quá trình ñịa chất này [5]
Như ñã biết, vùng ñồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế ñá bị phong hóa ở mức ñộ
từ hoàn toàn, triệt ñể (tạo thành tầng tàn sườn tích có nơi dày >10m) ñến phong hóa mạnh tạo ra các lớp ñất bở rời thành phần chủ yếu là ñất sét pha lẫn dăm, vụn, tảng Kết quả của quá trình phong hóa là làm ñộ bền giảm ñi rõ rệt (φ giảm 2 - 50, C giảm 0,02 - 0,07 kG/cm2), khối lượng thể tích của ñất tăng 0,02 - 0,12 g/cm3 nhất là vào mùa mưa lũ Chính sự thay ñổi tính chất cơ lý theo hướng bất lợi ñó là nguyên nhân dẫn ñến ñộ ổn ñịnh η của sườn dốc bị phá hủy (hệ số ổn ñịnh η < 1) và trượt ñất ñá xảy ra
Hệ số ổn ñịnh sườn dốc cấu tạo từ ñất ñá các phụ ñới (edQ+IA1) và (IA2) càng giảm nhanh khi ñộ bão hòa, bề dày và ñộ dốc sườn ñồi núi tăng Kết quả kiểm toán cho thấy ñất ñá bão hòa có bề dày ≤2 - 2,5m, vẫn ổn ñịnh khi sườn dốc ñạt 450, nhưng khi bề dày tầng phủ bão hòa tăng tới 9 - 11m, thì sườn ñồi núi chỉ ổn ñịnh dưới góc dốc ≤250
2 Lựa chọn phương pháp, ñiều kiện và tính chất cơ lý ñất ñá vỏ phong hóa sử
dụng trong kiểm toán ổn ñịnh sườn dốc
2.1 Lựa chọn phương pháp và ñiều kiện kiểm toán ổn ñịnh trượt sườn dốc
Trang 3Có nhiều phương pháp ñể kiểm toán ổn ñịnh sườn dốc nói chung và ổn ñịnh trượt nói riêng, nhưng cơ sở chung của các phương pháp này cần phải dựa trên các phương pháp nghiên cứu trạng thái cân bằng của các khối ñất ñá cấu tạo nên nó Tuy nhiên, trên thực tế có thể thấy các phương pháp kiểm toán chỉ ñược sử dụng ở giai ñoạn nghiên cứu chi tiết các khối trượt, dựa trên sự mô tả ñặc ñiểm ñịa chất, ñộng lực phát triển của hiện tượng trượt
Cơ sở của phương pháp kiểm toán, ñánh giá ñộ ổn ñịnh của sườn dốc nói chung
và quá trình trượt ñất ñá nói riêng thực chất là nghiên cứu, ñánh giá tỷ số giữa ứng lực giữ lại và ứng lực gây ra dịch chuyển các khối ñất ñá cấu tạo nên sườn dốc, tức là xác ñịnh hệ số ổn ñịnh η của sườn dốc [5]
(1.1)
A B
∑
Trong ñó:
A: Tổng ứng lực giữ (tức là tổng ứng lực chống cắt, chống trượt) của ñất ñá ở mặt trượt hiện phân tích hay ñược dự kiến tại vị trí ñang xét
B: Tổng ứng lực gây ra dịch chuyển trượt cũng tại cùng vị trí ñang xét
Trong kiểm toán ổn ñịnh trượt, ñiều quan trọng là ñánh giá và phát hiện tác ñộng tương ñối của những lực quyết ñịnh không chỉ bằng giá trị của những số liệu thu thập ñược mà còn quyết ñịnh bởi cách xét ñiều kiện ñịa chất thực tế hiện có hoặc sẽ xuất hiện ảnh hưởng ñến sự phát sinh, phát triển hiện tượng trượt
Một số phương pháp kiểm toán ổn ñịnh sườn dốc ñiển hình dựa vào cấu trúc của khối trượt, nguyên nhân hình thành và những ñiều kiện hỗ trợ cho quá trình trượt phát triển ñang ñược vận dụng hiện nay bao gồm:
- Phương pháp kiểm toán ổn ñịnh của các khối trượt có mặt trượt phẳng nằm nghiêng Phương pháp vừa nêu áp dụng cho các khối trượt theo bề mặt có sẵn Khối trượt kiểu này có mặt trượt phẳng, bậc thang hay nằm nghiêng hơi lượn sóng và thường có góc nghiêng xấp xỉ ñộ dốc của sườn ñồi núi
- Phương pháp kiểm toán ổn ñịnh của các khối trượt có mặt trượt lõm quy ước là cung tròn hình trụ Phương pháp này chủ yếu ñược ứng dụng cho các khối trượt kiến trúc không theo mặt có sẵn và một phần trượt cắt sâu Mặt trượt thường có dạng lõm, lõm ñều ñặn, ñược quy ước là cung tròn hình trụ
Trên cơ sở quan sát thực ñịa có thể nhận thấy trượt ở vùng ñồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế ña phần là các khối trượt có mặt trượt phẳng gãy khúc và nằm nghiêng
Do ñó, chúng tôi tiến hành kiểm toán ổn ñịnh trượt theo phương pháp kiểm toán ổn ñịnh của khối trượt có măt trượt phẳng nằm nghiêng ðối với ñặc ñiểm mặt trượt vừa dẫn, hệ
số ổn ñịnh khối trượt có thể ñánh giá hoặc xác ñịnh cho một lăng thể trượt vẫn ñảm bảo
ñộ tin cậy cần thiết (hình 1) Lúc này, tổng ứng lực chống cắt (chống trượt) của ñất ñá ở mặt trượt dự kiến và tổng ứng lực gây ra dịch chuyển (gây trượt) cũng tại vị trí ñó của lăng thể trượt tính toán ñược tính toán như sau [5]:
Trang 41 1 1 (1.2)
i
Gi
T
ϕ
1
cos
(1.3) sin
i
η
=
Trong ñó:
NGi: Lực chống trượt của lăng thể trượt i
Gi: Trọng lượng của khối ñất ñá của lăng thể trượt
αi: ðộ dốc mặt trượt thuộc lăng thể i (tương ñương ñộ dốc sườn dốc)
bi, li: Chiều rộng và chiều dài mặt trượt của lăng thể trượt i (lấy li = 1)
hi: Bề dày ñất ñá hay chiều cao lăng thể trượt i
φi: Góc nội ma sát của ñất ñá phụ ñới phong hóa thuộc lăng thể trượt i
Ci: Lực dính kết của ñất ñá phụ ñới phong hóa thuộc lăng thể trượt i
ai: Bề dày lát cắt của lăng thể trượt i
Ti: Lực cắt trượt ñất ñá tác dụng vào lăng thể i hướng về phía chân sườn dốc
Vào mùa lũ, nếu lăng thể trượt của ñất ñá còn chịu tác ñộng của áp lực ñẩy nổi và
áp lực thủy ñộng của nước thì công thức kiểm toán ổn ñịnh trượt sẽ là:
cos
(1.4) sin
hi = h1i +hwi ; Dwi = n×∆w×hwi×ai×bi × tgαi
Trong ñó ∆w là tỷ trọng của nước, ∆w = 1tấn/m3; h1i- chiều dày phần ñất ñá không chứa nước; hwi - chiều dày tầng chứa nước; ai - chiều dày lát cắt của lăng thể trượt i, J - ñộ dốc thủy lực của dòng ngầm, n - ñộ rỗng của ñất ñá, lấy chung bằng 0,45
Hình 1 Sơ ñồ cấu tạo lăng thể trượt
ðể ñánh giá ñịnh lượng quá trình trượt ñất ñá theo mặt trượt phẳng và xác ñịnh hệ
Trang 5số ổn ñịnh sườn dốc trong mùa khô và mùa mưa tại khu vực nghiên cứu, chúng tôi sẽ tiến hành phân tích và tính toán ñối với lăng thể trượt với kích thước: chiều rộng, chiều dày và chiều dài mặt trượt thống nhất lấy bằng 1 ñơn vị, chiều cao lăng thể bằng với chiều dày trung bình của ñới phong hóa ñang xét, mặt trượt nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang 1 góc bằng dộ dốc trung bình của sườn dốc Bên cạnh ñó, nhóm tác giả chọn ra 4 hệ tầng ngẫu nhiên (Núi Vú, A Vương, ðại Lộc, Bến Giằng - Quế Sơn) (phụ lục 1) ñể tiến hành kiểm toán ổn ñịnh trượt cho các ñới, phụ ñới phong hóa
Như ñã biết ở vùng ñồi núi Thừa Thiên Huế cũng như nhiều tỉnh khác [2,3,4] trượt ñất ñá xảy ra phổ biến trong tầng phủ với góc dốc sườn (mái dốc) phổ biến trong khoảng 20 - 450 nên trong phần này chúng tôi tiến hành kiểm toán cho các sườn dốc có
α lấy từ 20 - 450 (lấy theo ñộ dốc trung bình của sườn dốc) cho các tính toán sau này với các phụ ñới phong hóa edQ + IA1, IA2 Mặt khác, công tác kiểm toán cũng ñược tiến hành theo từng cấp bề dày của các phụ ñới edQ + IA1 và phụ ñới edQ + IA1 cùng phụ ñới IA2 [1,4,6]
- Do tầng chứa nước nằm sâu cách bề mặt ñịa hình khoảng từ 25 ñến 50m, thậm chí có nơi lên ñến 70-100m, nên chỉ xét ñến ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh, áp lực thủy ñộng của nước dưới ñất khi nhận thấy tại những vị trí ñó có khả năng tồn tại tầng chứa nước
2.2 Các chỉ tiêu cơ lý ñất ñá và chiều dày tính toán dùng ñể kiểm toán ñánh giá mức ñộ phát sinh, phát triển của quá trình trượt ñất ñá
Trên cơ sở phân tích các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu ñất ñá các phụ ñới tàn sườn tích, phong hóa hoàn toàn và phong hóa mạnh theo TCVN 4199:1995 và TCVN 4202:2012 [7], nhận thấy các chỉ tiêu cơ lý của các phụ ñới phong hóa này thay ñổi một cách mãnh liệt so với ñá gốc, ñặc biệt là các chỉ tiêu về ñộ bền giảm ñi rõ rệt (φ giảm 2 -
50, C giảm 0,02 - 0,07 kG/cm2), khối lượng thể tích của ñất tăng 0,02 - 0,12 g/cm3 nhất
là vào mùa mưa lũ Số liệu thí nghiệm tính chất cơ lý ñất ñá ñược trình bày, hệ thống hóa dưới dạng bảng giá trị trung bình cả ở trạng thái tự nhiên (hoặc khô gió) lẫn trạng thái bão hòa nước ñể phục vụ cho phần ñánh giá ảnh hưởng của chúng ñến sự ổn ñịnh
trượt ñất ñá ở các sườn dốc, mái dốc về sau (bảng 1) [2,3,4]
Bảng 1 Bảng tổng hợp giá trị các tính chất cơ lý ñất ñá các phụ ñới tàn - sườn tích +
phong hóa hoàn toàn (edQ + IA1) và phụ ñới phong hóa mạnh IA2 của các hệ tầng Núi
Vú, A Vương và các phức hệ ðại Lộc, Bến Giằng - Quế Sơn
Khối lượng thể tích, (T/m3)
Tham số
ñộ bền kháng cắt
Tự nhiên Bão hòa
phong hóa
Chiều dày trung bình, h(m)
Tự nhiên
γw
Bão hòa
γbh
ϕ,
ñộ
C, (T/m2)
ϕ,
ñộ
C, (T/m2)
Km 314+251 NP - ε1nv 2
Km 380+050 Ε2 - O1 av
Trang 6edQ + IA1 7 1,81 1,89 26 2,2 24 1,9
Km 392+320 G DiPZ3bg-qs
các hệ tầng (phức hệ) ở trạng thái tự nhiên và bão hòa
3.1 Trình tự kiểm toán hệ số ổn ựịnh trượt của sườn dốc (mái dốc)
Trước hết, công tác kiểm toán hợp lý nhất nên tiến hành theo các hệ tầng, phức
hệ bị phong hóa ựến mức ựộ cao và dễ mất ổn ựịnh trượt ở các sườn dốc, mái dốc Sau
ựó, hệ số ổn ựịnh trượt ở các sườn dốc (mái dốc) cấu tạo từ ựất ựá phong hóa mạnh của từng hệ tầng, phức hệ lần lượt ựược kiểm toán theo phụ ựới edQ + phong hóa hoàn toàn (edQ+IA1) ựến phụ ựới phong hóa mạnh (IA2) kết hợp (edQ+IA1) Ngoài ra, việc kiểm toán ổn ựịnh trượt sườn dốc (mái dốc) cấu tạo từ ựất ựá phụ ựới edQ+IA1 hay phụ ựới IA2 không chỉ thực hiện theo ựộ dốc khác nhau, mà cần tiến hành theo từng cấp bề dày ựất ựá cấu thành các phụ ựới phong hóa ựó
Việc kiểm toán ựối với ựới phong hóa mạnh nằm ngay phắa dưới phụ ựới edQ + phong hóa hoàn toàn (edQ+IA1) ựược tắnh toán với sự thay ựổi bề dày hi lăng thể trượt (theo từng cấp), khối lượng thể tắch γwi
Bề dày lăng thể trượt hi ựược tắnh
1 2 (1.5)
h =h +h + h
∑
Trong ựó: h1i: bề dày phụ ựới phủ tàn - sườn tắch + IA1
h2i: bề dày phụ ựới phong hóa mạnh IA2
hi: bề dày tầng ựất ựá phong hóa ựang xét Khối lượng thể tắch ựưa vào tắnh toán ở ựây ựược xác ựịnh bằng công thức sau:
(1.6)
wi w
i
hi h
γ
∑
3.2 Kết quả kiểm toán ổn ựịnh trượt sườn dốc cấu tạo từ ựất ựá phong hóa rất mạnh của các phức hệ, hệ tầng vùng ựồi núi tỉnh Thừa Thiên Huế
Từ phương pháp, trình tự và dữ liệu ựã chọn, công tác kiểm toán ổn ựịnh trượt
ựã tiến hành và kết quả ựược trình bày ở các bảng 2,3,4,5
3.3 đánh giá chung về nguy cơ trượt ựất ựá theo ựộ dốc và bề dày các phụ ựới tàn - sườn tắch + phong hóa hoàn toàn và phụ ựới phong hóa mạnh
Từ kết quả kiểm toán ổn ựịnh mái dốc bằng phương pháp kiểm toán ổn ựịnh của các khối trượt có mặt trượt nằm nghiêng trong phụ ựới ựất tàn sườn tắch + phong hóa hoàn toàn và ựất phụ ựới phong hóa mạnh cho thấy rằng với cùng chiều dài mặt trượt khi góc dốc mặt trượt càng lớn thì khả năng mất ổn ựịnh sườn dốc (mái dốc) càng có khả năng xảy ra mãnh liệt hơn
- Kiểm toán ổn ựịnh trượt cho thấy trượt không xảy ra trong các phụ ựới phong hóa hoàn toàn + tàn - sườn tắch ựến phụ ựới phong hóa mạnh khi ựịa hình sườn ựồi (mái dốc)
có góc dốc dưới 25o kể cả trong mùa mưa lũ và tầng phủ có bề dày lớn ựến 10 - 11m
Trang 7- Vào mùa khô: ñối với phụ ñới ñất tàn - sườn tích (edQ + IA1) và phụ ñới (IA2) trên các hệ tầng, phức hệ nghiên cứu khả năng mất ổn ñịnh sườn dốc chỉ xảy ra khi ñộ dốc sườn ñồi núi αi > 350
phụ ñới IA2 hệ tầng Núi Vú
phụ ñới IA2 hệ tầng A Vương
Trang 8Bảng 4 Hệ số ổn ñịnh trượt sườn dốc cấu tạo từ ñất ñá phụ ñới edQ + IA1và
phụ ñới IA2 phức hệ ðại Lộc
phụ ñới IA2 phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn
Trang 9- Vào mùa mưa lũ, khi ñất ñá ở trạng thái bão hòa nước, hệ số ổn ñịnh giảm xuống nên ở các sườn dốc (mái dốc) cấu tạo từ ñất loại sét phụ ñới tàn sườn tích + phong hóa hoàn toàn (edQ + IA1) và phụ ñới (IA2) thường bị xảy ra trượt lở khi ñộ dốc sườn ñồi núi > 25o
- Sườn dốc cấu tạo từ ñất phụ ñới tàn sườn tích + phong hóa hoàn toàn (edQ +
IA1) và phụ ñới phong hóa mạnh (IA2) vẫn rất ổn ñịnh khi bề dày tầng phủ này <3 - 3,5m và ñộ dốc sườn núi ñạt tới 450, trong ñó bề dày tầng phủ càng mỏng hệ số ổn ñịnh càng tăng lên và ngược lại
4 Kết luận
- Quá trình trượt xảy ra trong phụ ñới (edQ+IA1) và (IA2) theo mặt trượt nằm nghiêng với các hệ tầng, phức hệ có chiều dài, bề rộng như nhau (lấy bằng 1m), chiều cao (bề dày) lăng thể bằng với chiều dày trung bình của phụ ñới phong hóa ñang xét, mặt trượt nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang 1 góc bằng dộ dốc trung bình của sườn dốc (lấy từ 20 - 450), ñược ñánh giá ngẫu nhiên trong 4 hệ tầng (Núi Vú, A Vương, ðại Lộc, Bến Giằng - Quế Sơn)
- Kết quả phân tích cơ lý của các mẫu ñất ñá các phụ ñới tàn sườn tích, phong hóa hoàn toàn và phong hóa mạnh, cho thấy các chỉ tiêu cơ lý của các phụ ñới phong hóa này thay ñổi một cách mãnh liệt so với ñá gốc, ñặc biệt là các chỉ tiêu về ñộ bền giảm
ñi rõ rệt (φ giảm 2 - 50, C giảm 0,02 - 0,07 kG/cm2), khối lượng thể tích của ñất tăng 0,02 - 0,12 g/cm3 nhất là vào mùa mưa lũ
- Hệ số ổn ñịnh sườn dốc cấu tạo từ ñất ñá các phụ ñới (edQ+IA1) và (IA2) càng giảm nhanh khi ñộ bão hòa, bề dày và ñộ dốc sườn ñồi núi tăng Kết quả kiểm toán
Trang 10cho thấy ñất ñá bão hòa có bề dày ≤2 - 2,5m, vẫn ổn ñịnh khi sườn dốc ñạt 450, nhưng khi bề dày tầng phủ bão hòa tăng tới 9 - 11m, thì sườn ñồi núi chỉ ổn ñịnh dưới góc dốc ≤250
- Cuối cùng, như ñã biết, ñộ dốc sườn ñồi núi của Quảng Trị - Thừa Thiên Huế phổ biến dao ñộng trong khoảng 20 - 25 ñến 30 - 35o, nên vào mùa mưa lũ nhất là ở taluy ñường giao thông trượt lở xảy ra rất mạnh trên sườn dốc, mái dốc có góc dốc lớn hơn 25 - 28o ðiều ñó khá phù hợp với kết quả nghiên cứu, kiểm toán ổn ñịnh trượt sườn dốc như ñã trình bày ở trên
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. ðặng Văn Bào (1996), ðặc ñiểm ñịa mạo dãi ñồng bằng ven biển Huế - Quảng
Ngãi, Luận án PTSKH ðịa lý - ðịa chất, Lưu trữ thư viện Quốc Gia, Hà Nội
2 Công ty tư vấn xây dựng thủy ñiện miền Trung, 2007, Báo cáo khảo sát ñịa chất dự
án thủy ñiện A Lưới, Thừa Thiên Huế phục vụ thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi công
3 Nguyễn Thị Thanh Nhàn (2010), Nghiên cứu, ñánh giá ña chỉ tiêu cường ñộ hoạt ñộng trượt ñất ñá trên sườn dốc vùng ñồi núi Tây Thừa Thiên Huế ðề tài cấp cơ sở (Hỗ trợ NCS), MS N2010 - 14, ðại học Mỏ - ðịa chất, Hà Nội 11/2010
4 Nguyễn Thị Thanh Nhàn (2013), Nghiên cứu dự báo lũ bùn ñá và dịch chuyển trọng lực ñất ñá trên ñường Hồ Chí Minh ñoạn từ Cổng Trời ñến ñèo Lò Xo ðề tài cấp Bộ, Mã số B2013-DHH-109
5 V.D Lomtadze , 1982, “ ðịa chất công trình - ðịa chất ñộng lực công trình”, NXB ðH & THCN, Hà Nội
EFFECTS OF NATURAL ENVIRONMENT - TECHNIQUE TO SLOPE STABILIZATION AT MOUNTAINOUS AREA OF QUANG TRI - THUA
THIEN HUE PROVINCE
Nguyen Thi Thanh Nhan, Ha Van Hanh, Tran Thi Ngoc Quynh
College of Sciences, Hue University
Duong Vinh Nhieu Tuy Hoa Industrial College
SUMMARY
In order to orientation of design and construction works for stabilizing potentially unstable slopes, especially when transport ways construction or mining Beside the analyzing natural and technical environmental factors, must be to paided attention to physico - mechanical properties of soil in both natural (or dry) and saturated state Furthermore the calculated how to determination of slope steppness angles corresponding to the height limiting made the effectiveness of the stabilization measures of eluvial - deluvial horizon (edQ + IA1) and strong weathering (IA2) This is
an important source distributes to predicting and quantifying for geological hazard, particularly the landslide occurrence on the mountainous area of Quang Tri - Thua Thien Hue
