tóm tắt luận án nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của các loại đất tàn - sườn tích ở tây nguyên khi mưa lũ kéo dài có ảnh hưởng đến sự ổn định của sườn dốc cạnh đường ô tô

Do đó đề tài được chọn là: Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của các loại đất tàn – sườn tích ở Tây Nguyên khi mưa lũ kéo dài có ảnh hưởng đến sự ổn định của sườn dốc cạnh đường ô

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tây Nguyên Việt Nam bao gồm các tỉnh: Lâm Đồng, Đắk Nông, Đắk Lắk, Gia Lai, KonTum Tây Nguyên là một vùng đất giàu tiềm năng phát triển Sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá (CNH-HĐH) đất nước nói chung và khu vực Tây Nguyên nói riêng đòi hỏi phải xây dựng nhiều tuyến đường giao thông xuyên tỉnh như:

- Đường Hồ Chí Minh, nối dài qua các tỉnh Tây Nguyên, một tuyến đường không chỉ có ý nghĩa chiến lược trong sự nghiệp CNH - HĐH, phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng khu vực miền Trung và Tây Nguyên, mà còn là một tuyến đường lịch sử, gắn liền với sự nghiệp giải phóng đất nước

- Quốc lộ 14 chạy dài từ Quảng Nam, qua KonTum, Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông, đến Tp.HCM

- Quốc lộ 19 nối từ Pleiku (Gia Lai) với Quy Nhơn

- Quốc lộ 24 nối liền giữa KonTum đến Ba Tơ (Quảng Ngãi)

- Quốc lộ 25 nối từ Pleiku (Gia Lai) với Tuy Hòa (Phú Yên)

- Quốc lộ 26 nối Đăk Lăk (Buôn Mê Thuộc) đi Nha Trang (Khánh Hoà)

- Quốc lộ 27 nối từ Đà Lạt (Lâm Đồng) với Đăk Lăk (Buôn Mê Thuộc)

- Quốc lộ 28 nối từ Đà Lạt (Lâm Đồng) với Đăk Nông

- Quốc lộ 40 nối Xayden-Antoum (Lào), cửa khẩu Pờ Y với Quốc lộ 14

Nhiều tuyến đường nối liền tỉnh lỵ đến các huyện lỵ và các vùng sâu, vùng xa, nơi có nhiều đồng bào dân tộc sinh sống Ngoài ra, còn có nhiều tuyến giao thông phục vụ xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện ở các tỉnh Tây Nguyên

Các tuyến đường ô-tô chạy ven theo các chân đồi hoặc các đèo cao được hình thành bởi các loại đất có nguồn gốc khác nhau Về mùa mưa, sau những trận mưa lớn kéo dài, thường gây những hiện tượng trượt các đồi đất bên đường, gây ảnh hưởng tắt nghẽn giao thông, cần phải có thời gian dài và kinh phí để khắc phục

Một trong những nguyên nhân gây ra sự cố nêu trên chủ yếu là do mưa lũ kéo dài làm cho độ bền của khối đất bên đường thay đổi gây ra sự chuyển vị lớn dẫn đến sạt lở Do đó đề tài được

chọn là: Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của các loại đất tàn – sườn tích ở Tây Nguyên

khi mưa lũ kéo dài có ảnh hưởng đến sự ổn định của sườn dốc cạnh đường ô tô

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu đặc điểm biến đổi độ bền của các loại đất tàn - sườn tích

ở Tây Nguyên, trong điều kiện khô (vào mùa khô) và ngấm nước bão hoà (trong mùa mưa), để có

cơ sở đánh giá ổn định của các đồi đất bên đường và cung cấp những số liệu cần thiết để bạn đọc tham khảo sử dụng khi xây dựng các tuyến đường giao thông ở Tây Nguyên

- Đối tượng nghiên cứu: Thay đổi tính chất cơ lý của các loại đất tàn - sườn tích chủ yếu thường gặp ở Tây Nguyên có liên quan đến ổn định bờ đốc bằng đất

- Phạm vi nghiên cứu: Sự ổn định bờ dốc cạnh đường giao thông còn chịu ảnh hưởng rung động của các phương tiện giao thông trên đường Trong luận án chỉ nghiên cứu sự giảm độ bền của đất do thời tiết mưa lũ kéo dài ảnh hưởng đến hệ số an toàn ổn định của bờ dốc, không xét đến ảnh hưởng rung động của các phương tiện giao thông trên đường

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a) Nghiên cứu thí nghiệm xác định được đặc điểm biến đổi dung trọng tự nhiên (Wvà các thông số chống cắt (C) theo độ ẩm (W) từ mùa khô đến mùa mưa của bốn loại đất tàn - sườn tích thường gặp ở Tây Nguyên Đó là các loại tàn-sườn tích thuộc vỏ phong hóa trên đá Bazan, đá xâm nhập Granite, đá Trầm tích lục nguyên và đá Biến chất

b) Tính toán, so sánh và xác định được: Hệ số ổn định chống trượt cho cùng một mái dốc được tính theo phương pháp cung tròn Bishop (thông qua phần mềm Geo – Slope) và tính theo phương pháp cung tròn cải tiến của M.Н Голbдштейн và Г.Ц Тер-cтепанян có giá trị xấp xỉ nhau NCS đã chọn phương pháp cung tròn cải tiến của M.Н Голbдштейн để tính toán xác định chiều cao giới hạn của mái dốc (h) theo độ dốc (1:m) của mái dốc, theo hệ số ổn định K được định trước

c) Sử dụng số liệu nghiên cứu được ở mục a, áp dụng phương pháp tính toán ở mục b, với

hệ số an toàn theo quy phạm là k=1.40, NCS đã tính toán được chiều cao giới hạn (h) theo độ dốc (1:m) và độ ẩm (W) khác nhau của đất trong mái dốc đối với bốn loại đất tàn - sườn tích được nghiên cứu ở Tây Nguyên

d) Kết quả nghiên cứu cung cấp những số liệu cần thiết để bạn đọc tham khảo khi thiết kế hoặc xem xét tình trạng ổn định của các bờ dốc thực tế có chiều cao (h) và độ dốc (1:m) khác nhau theo mùa khô và mùa mưa của bốn loại đất thường gặp ở Tây Nguyên

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các lý thuyết có liên quan đến phương pháp tính toán ổn định mái dốc và phương pháp thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý của đất

- Nghiên cứu thực nghiệm: Chọn địa điểm khảo sát đối với các loại đất khác nhau, theo mùa khô và mùa mưa trong nhiều năm, tiến hành lấy mẫu đất nguyên dạng đem về phòng thí nghiệm để xác định các đặc trưng cơ lý của đất theo mùa Đồng thời thu thập số liệu thực tế để bổ sung

- Viết báo thông tin của kết quả nghiên cứu trên các tạp chí khoa học, hội thảo Tiếp xúc với nhiều đơn vị khảo sát, thiết kế và thi công đường ở Tây Nguyên để tìm hiểu thực tế Trao đổi với các cơ quan quản lý như: Sở Khoa học công nghệ, Sở Giao thông, Sở Tài nguyên Môi trường,

Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn ở các tỉnh Tây Nguyên để xác định những yêu cầu cần nghiên cứu cũng như những kinh nghiệm thực tế của địa phương

5 Cấu trúc luận án

Luận án gồm 2 phần: Phần thuyết minh và phần phụ lục

Phần thuyết minh: 103 trang, ngoài phần mở đầu, luận án gồm có 4 chương và phần kết luận chung ở cuối luận án Cuối phần thuyết minh, có 5 trang liệt kê danh mục các tài liệu tham khảo của các tác giả trong nước và nước ngoài, và 1 trang liệt kê danh mục các bài báo của NCS

có liên quan đến nội dung luận án

Phần phụ lục: Gồm 28 trang, Phụ lục chương 3: 17 trang và Phụ lục chương 4: 11 trang

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC TÂY NGUYÊN TÌNH HÌNH SẠT LỞ MÁI DỐC CÁC TUYẾN ĐƯỜNG ÔTÔ Ở TÂY

NGUYÊN

Trong chương 1, NCS giới thiệu tổng quan các vấn đề sau:

1.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu

Đặc điểm địa hình, địa mạo, đặc điểm về khí tượng thuỷ văn, đặc điểm thời tiết và khí hậu

1.2 Đặc điểm địa chất công trình trong khu vực

Đặc điểm về cấu tạo địa chất, Vỏ phong hóa ở Tây Nguyên: Vỏ phong hóa trên đá Xâm nhập, vỏ phong hoá trên đá Phun trào, vỏ phong hoá trên đá Biến chất, vỏ phong hoá trên đá Trầm tích Chỉ tiêu cơ lý, thành phần khoáng vật và hóa học của các loại đất đặc trưng trong khu vực ở trạng thái tự nhiên

1.3 Tình hình sạt lở ở các tuyến đường trong khu vực nghiên cứu

NCS giới thiệu các dạng sạt lở thường gặp ở những đoạn đường đi qua chân vách đá gần như thẳng đứng, ở những đoạn đường đi qua các chân đồi núi có vỏ phong hóa khác nhau; Những nguyên nhân gây ra sạt lở có thể là: do tính chất của các khối đất đá, do địa hình hiểm trở núi cao, vực sâu, hệ thống taluy dương của đường quá dốc, do thời tiết khắc nghiệt, do tác động nhân sinh

1.4 Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học nước ngoài và trong nước về ổn định mái dốc,

bờ dốc

1.4.1 Một số đề nghị về phân loại các chuyển dịch của bờ dốc, trong luận án giới thiệu: Phân loại

theo D.J.Varnes, phân loại theo A.Nemcok, J.Pasek và J.Rybar, phân loại theo Hồ Chất và Doãn Minh Tâm, phân loại theo đề nghị của Nguyễn Sĩ Ngọc

1.4.2 Các phương pháp tính toán ổn định trượt bờ dốc, mái dốc: Nghiên cứu điều kiện ổn định

của khối đất và những điều kiện phá hủy sự ổn định đó là nhiệm vụ trực tiếp của bài toán cơ học đất Do vậy, hầu hết trong các giáo trình hoặc các sách chuyên khảo về cơ học đất đều có giới thiệu các phương pháp tính toán ổn định mái dốc Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc có thể chia ra làm hai nhóm:

Nhóm phương pháp lý thuyết: thuộc về nhóm này phải kể đến những công trình nghiên cứu

của Viện sĩ thông tấn viện Hàn Lâm khoa học Liên Xô (trước đây) - Giáo sư B.B Соколовский (1942,1954) Bằng cách giải phương trình vi phân cân bằng giới hạn, B.B Соколовский đã lập ra biểu đồ xác định dạng đường cong mái dốc ổn định đối với trường hợp đất có góc ma sát φ ≠ 0 và lực dính c ≠ 0 phương pháp này được giới thiệu trong tài liệu [53] Đường viền của mặt mái dốc được xác định theo phương pháp này có độ dốc lớn hơn so với tính toán theo các phương pháp khác, vì nó huy động toàn bộ khả năng tới hạn của đất [53]

Nhóm sử dụng phương pháp gần đúng: Phương pháp cung trượt tròn của các tác giả:

Tsugaev, Terzaghi, А.A Ничипорович, Bishop, phương pháp cân bằng bền Fb của Н.Н Macлob Các phương pháp này được trình bày trong chương 2 “Cơ sở lý thuyết sử dụng để tính toán ổn định mái dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên”

Theo nhận xét của giáo sư Н.А Цытович [53], phương pháp mặt trụ tròn được áp dụng rộng rãi trong thực tế, vì nó cho một lượng dự trữ ổn định nào đó và được dựa trên những số liệu thực nghiệm về dạng mặt trượt khi sụt quây, dựa trên nhiều số đo thực địa Các tính toán tương ứng đã chỉ rõ, phương pháp mặt trượt trụ tròn trong một số trường hợp cho mức độ an toàn tương đối cao

Nguyễn Trấp (1974) [35] dưới sự hướng dẫn của giáo sư Н.Н Macлob đã bảo vệ thành công luận án phó tiến sĩ KH KT với đề tài “So sánh giá trị thực tế của các phương pháp khác nhau

về tính toán ổn định mái dốc dưới ánh sáng của các đối tượng trượt” Kết quả tính toán với các phương pháp khác nhau qua 49 đối tượng trượt mái dốc cho thấy rằng: phương pháp cân bằng bền

“Fp” của giáo sự Н.Н Macлob có hệ số an toàn nhỏ nhất, và đường viền mặt mái dốc tính theo phương pháp “Fp” gần sát với mặt trượt thực tế

Phương pháp cung trượt tròn Bishop hiện đang được dùng rộng rãi ở Việt Nam Theo tiêu chuẩn 22 TCVN 262-2000 [41] của Bộ Giao Thông Vận Tải có yêu cầu: khi áp dụng phương pháp tính toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn khoắt sâu xuống vùng đất yếu, thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin= 1.20; khi áp dụng phương pháp Bishop để tính toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin= 1.40

1.4.3 Một số giải pháp phòng chống trượt bờ dốc ở Tây Nguyên

1.4.3.1 Ở trên thế giới cũng như ở trong nước ta, khi bờ dốc thực tế không thỏa mãn yêu cầu

chống trượt thì thường dùng các giải pháp như:

1/ Phân bổ lại khối đất đá trên bờ dốc một cách hợp lý tùy theo địa hình trong khu vực 2/ Thoát nước cho bờ dốc cần đặc biệt chú ý 3/ Che phủ bảo vệ bờ mặt mái dốc 4/ Làm chắc đất đá 5/ Xây dựng các công trình chống trượt và 6/ Các biện pháp đặc biệt

1.4.3.2 Một số biện pháp chống sụt trượt chủ yếu đã áp dụng trên đường Hồ Chí Minh cũng như một số tuyến giao thông ở Tây Nguyên

- Hệ thống rãnh thoát nước mặt: Hệ thống rãnh đinh, rãnh cơ, rãnh đứng và rãnh dọc chân taluy để chống xói lở do tác động của nước mặt

- Cắt cơ bạt mái: bạt trung bình 1:1.5 ở những đoạn taluy đào cao, đất đá bị phong hóa nặng để giảm nhẹ trọng lượng mái dốc cắt cơ rộng từ 2 - 3m, mặt cơ đổ bê tông mác xi măng M150, dày 10cm, nghiêng 20% về phía núi, kết hợp làm rãnh thoát nước mặt chữ V trên mặt cơ

- Gia cố mái taluy: trồng cỏ bản địa hoặc cơ Vetiver, lát mặt bằng bê tông xi măng hoặc ốp đá, khung bê tông xi măng, kết hợp trồng cỏ, lưới bê tông xi măng kết hợp với neo

- Tường trọng lực chắn taluy dương: làm tường bê tông cốt thép nơi địa chất yếu, tường rọ đá neo, bọc đá nhựa PVC

- Tường chờ tạo lưu không để chờ sụt trượt áp dụng tại các vị trí có đá mồ côi, đá nứt nẻ hoặc đất - đá phong hóa để trôi trượt

Có thể nhận xét rằng hiện nay chưa có giải pháp tối ưu để ngăn chặn sự sạt lở bờ dốc các tuyến đường giao thông trên khu vực Tây Nguyên Bà Lê Minh Châu - phó tổng giám đốc BQL

dự án đường Hồ Chí Minh nhận xét: “Chống sụt trượt là vấn đề lâu dài trên mọi tuyến đường đi qua các vùng địa chất phức tạp hay những vùng có nhiều thiên tai, mưa bão Cho nên, việc nghiên cứu, xử lý để đưa mọi biện pháp bảo vệ công trình là tất yếu, nhất là đối với con đường Hồ Chí Minh” và gần đây nhất ngày 12.4.2011, Viện Khoa học địa chất và khoáng sản cùng với các chuyên gia địa chất của Na Uy khảo sát tuyến đường Hồ Chí Minh, Trần Tân Văn - Viện Trưởng nhận xét: “Vấn đề quan trọng nhất trong xử lý sạt lở và muốn giảm nhẹ tai biến sạt lở, trước hết

phải làm tốt công tác khảo sát địa chất, địa kỹ thuật, phải xây dựng các hệ thống thoát nước, vấn

đề này lại chưa được giải quyết triệt để còn rất nhiều điểm có nguy cơ sạt lở lớn, nghiêm trọng, làm mất đường, gián đoạn giao thông trên toàn tuyến, tuy nhiên, mình vẫn chưa có biện pháp để đảm bảo giao thông trong mùa mưa lũ”

1.5 Kết luận chương 1

Về điều kiện địa chất: Tây Nguyên nằm trong hai đới kiến tạo lớn là đới KonTum và đới

Đà Lạt Mỗi đới kiến tạo có các đặc điểm khác nhau về thành phần, cấu trúc và nhiều đặc điểm địa chất khác Trên mỗi đới cũng phát triển nhiều hệ thống đứt gãy khác nhau

Trên khu vực có nhiều địa tầng, địa chất khác nhau, các vỏ phong hóa trên các loại đá cũng khác nhau về thành phần khoáng vật và tính chất cơ lý của chúng

Đặc điểm về thời tiết: Khí hậu, thủy văn Tây Nguyên rất khắc nghiệt, sự khác biệt giữa mùa

khô và mùa mưa quá lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến điều kiện xây dựng và ổn định công trình

Các tuyến đường giao thông ở Tây Nguyên: Các tuyến đường giao thông trải dài trên nhiều

địa hình phức tạp, hiểm trở, núi cao, vực sâu, chịu ảnh hưởng mưa lũ kéo dài nên thường sạt lở vào mùa mưa

Các dạng sạt lở: Gồm có sập đổ vách đá, trượt đổ các bờ mái dốc trên vỏ phong hóa dưới

dạng trượt khối, trượt hỗn hợp, trượt phẳng

Nguyên nhân gây trượt: Có nhiều, nhưng chủ yếu là sự tác động của nước với đất trong

mùa mưa, làm giảm độ bền của đất, tăng trọng lượng của đất trên mái dốc, nước chảy xói

rửa…dẫn đến sạt trượt mái dốc, do vậy cần nghiên cứu sự biến đổi các tính chất cơ lý của đất ở các vỏ phong hóa khi ngập nước, để có cơ sở đánh giá sự ổn định và đề xuất giải pháp phòng chống sạt lở ở các tuyến đường giao thông trong khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

CẠNH ĐƯỜNG Ô TÔ Ở TÂY NGUYÊN

Quan sát hiện tượng mất ổn định bờ dốc thực tế dọc các tuyến đường ô tô trên Tây Nguyên được giới thiệu ở chương 1 cho thấy, có 3 dạng trượt lở chủ yếu sau:

* Trượt phẳng: Xảy ra trên mặt đá gốc có sự phong hóa mỏng, thường có dạng gãy khúc

* Trượt khối với mặt trượt gần như trụ tròn: Xảy ra ở những mái dốc có độ dày lớp phong hóa lớn, tương đối đồng chất

* Trượt hỗn hợp với mặt trượt hỗn hợp: Một phần trượt khối xảy ra ở lớp phong hoá tương đối dày phần trên mái dốc và phần trượt phẳng xảy ra ở lớp phong hoá mỏng ở phần chân mái dốc Tùy thuộc vào dạng mặt trượt để lựa chọn phương pháp tính toán ổn định mái dốc thích hợp Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc có thể chia ra làm hai nhóm:

Nhóm phương pháp lý thuyết: Thuộc về nhóm này phải kể đến những công trình nghiên

cứu của Viện sĩ Giáo sư B.B Соколовский (1942, 1954)

Nhóm sử dụng phương pháp gần đúng,như phương pháp cung trượt tròn, phương pháp cân

bằng bền “Fp” của Н.Н Macлob Đặc điểm tính toán mức độ an toàn của mái dốc theo 2 nhóm trên đã được nhận xét ở mục 1.4.2, chương 1

Sử dụng các lý thuyết của nhiều nhà khoa học được giới thiệu trong các sách chuyên khảo hoặc giáo trình về thổ chất và cơ học đất [47], [51], [52] và [53], trong phần này NCS chọn giới thiệu một số phương pháp thích hợp để tính toán ổn định mái dốc, bờ dốc cạnh đường ô tô trong điều kiện núi đồi ở Tây Nguyên

Nhiều quan sát thực tế cho thấy: trong khối đất đồng chất, khối đất trượt chuyển dịch theo

bề mặt cong, gần đúng, có thể nhận là mặt trụ tròn Phương pháp tính toán ổn định mái dốc theo mặt trượt trụ tròn được giáo sư Н.А Цытович giới thiệu trong tài liệu [53], giáo sư Β.Ф.Бабков giới thiệu trong tài liệu [54] NCS trình bày phương pháp tính toán trong luận án

Phương pháp tính toán theo đề nghị của các giáo sư M.Н Голbдштейн và giáo sư Г.Ц Тер-cтепанян: Để cải tiến và đơn giản hoá việc tính toán theo phương pháp mặt trụ tròn, giáo sư

giáo sư M.Н Голbдштейн và Г.Ц Тер-cтепанян đồng thời đề nghị tính toán hệ số ổn định theo

biểu thức (2-7) Phương pháp này được giáo sư Н.А Цытович giới thiệu trong tài liệu [53]

K = f.A + B

h

C

 , (2-7)

Trong đó: f: hệ số ma sát của đất (f = tg); C: lực dính của đất; h: chiều cao mái dốc; : dung

trọng tự nhiên của đất trong mái dốc A &B: các hệ số phụ thuộc vào kích thước hình học của nêm

sụt, được biểu thị theo phân lượng của chiều cao mái dốc h, được ghi ở bảng 2.2 trong luận án

2.3 Phương pháp mặt trượt trụ tròn có xét đến áp lực thấm hoặc áp lực nước lỗ rỗng

Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt trụ tròn được giới thiệu ở mục 2.2

chưa có xét đến ảnh hưởng của áp lực thấm hoặc áp lực nước lỗ rỗng trong mái dốc Các phương

pháp trên thích hợp cho phần lớn các bờ dốc, sườn dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên Tuy

nhiên, cũng có trường hợp bờ dốc đường đi qua vùng thung lũng, cạnh bờ sông sẽ bị ngập nước

mùa mưa lũ Do vậy, trong luận án NCS tóm tắt giới thiệu một số phương pháp tính toán ổn định

mái dốc theo mặt trượt trụ tròn có xét đến áp lực thấm, áp lực nước lỗ rỗng, thường được dùng để

tính toán ổn định mái dốc đập đất trong hồ chứa nước

2.3.1 Phương pháp áp lực trọng lượng của Tsugaev

2.3.2 Phương pháp Terzaghi

2.3.2 Phương pháp А.A Ничипорович

2.3.4 Phương pháp Bishop

2.3.5 Phần mềm tính toán ổn định Phần mềm thông dụng nhất để tính toán ổn định mái dốc là

GEO-SLOPE International Ltd (Canada)

2.4 Phương pháp “cân bằng bền F p ” của giáo sư Н.Н Macлob

Giáo sư Н.Н Macлob (1943) đã đề nghị công thức để xác định góc dốc  của bờ dốc trên

nền đã ổn định, được gọi là “phương pháp cân bằng bền Fp” Theo phương pháp này, góc dốc 

được xác định bởi công thức:

h

C tg tg F

w

p    , (2-12)

 : góc dốc; ; ; C: theo thứ tự là dung trọng, góc ma sát trong, lực dính của khối đất trong bờ

Nếu trên mặt bờ dốc có tải trọng phân bố đều Po (hình 2-7b) thì công thức (2.12) sẽ là:

o w p

P h

C tg

tg F

Đối với những bờ dốc được cấu tạo bởi nhiều lớp đất có chiều dày khác nhau (hi), có các

đặc trưng cơ lý của mỗi lớp khác nhau i, i, Ci thì góc dốc  được xác định cho mỗi lớp từ chân

mái dốc trở lên, ví dụ như hình 2-8 ta xác định góc dốc i cho mỗi lớp như sau:

3 3 2 2 1 1

1 1

1

h h h

C tg

2 2

2

h h

C tg

Trong trường hợp bờ dốc bên đường gồm một loại đất đồng nhất, nhưng có chiều cao lớn,

người ta chia bờ dốc thành nhiều lớp có hi = 5m, nên áp dụng công thức (2-14) để tính góc dốc i

cho các lớp từ chân mái dốc trở lên, và thông qua công thức (2-16) xác định hệ số mái dốc yêu

cầu [mi] cho mỗi lớp

2.5 NHẬN XÉT

Tất cả các phương pháp tính toán ổn định của mái dốc, sườn dốc được giới thiệu ở trên đều

cho thấy rằng, hệ số an toàn chống trượt của khối đất phụ thuộc vào dung trọng tự nhiên (), các

thông số chống cắt (, C), áp lực thấm, áp lực nước lỗ rỗng trong đất Tuy nhiên theo tài liệu

nghiên cứu [9], “nước thấm vào đất đá chỉ hiện diện vào mùa mưa và chỉ có tác dụng làm bảo hòa

đất đá và thay đổi tính chất cơ lý của chúng theo hướng bất lợi của sự ổn định mái dốc, chứ không

đủ lượng để tạo nên tầng chứa nước”

Do vậy cần nghiên cứu sự thay đổi các đặc trưng (, , C) của đất tự nhiên trong mùa khô

và mùa mưa lũ ở Tây Nguyên, phục vụ cho việc tính toán ổn định mái dốc

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ THEO

THỜI TIẾT QUANH NĂM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT TÀN - SƯỜN TÍCH CÓ NGUỒN

GỐC KHÁC NHAU Ở TÂY NGUYÊN 3.1 Các loại đất được sử dụng và phương pháp khảo sát nghiên cứu

Trong chương 1 có giới thiệu về đặc điểm địa chất công trình và các loại đất có nguồn gốc

khác nhau ở Tây Nguyên Trong mục này, NCS chọn các loại đất thường gặp dưới đây để nghiên

cứu sự biến đổi các thông số sức chống cắt (, C) của chúng: đất tàn - sườn tích trên đá Bazan

(đất đỏ Bazan), đất tàn - sườn tích trên đá xâm nhập Granite, đất tàn - sườn tích trên đá Trầm tích

lục nguyên, đất tàn - sườn tích trên đá Biến chất

Vì điều kiện địa chất và cấu thành các lớp đất tại những điểm khảo sát và để bão đảm sự

tương đối đồng nhất của các nền đất, lấy mẫu vào những thời điểm khác nhau trong năm, khu vực

được chọn nghiên cứu đối với mỗi loại đất có diện tích rộng 5x5m2, phạm vi lấy mẫu từ độ sâu 0.5-1.5m Công tác khảo sát lấy mẫu được thực hiện nhiều lần trong năm, vào giữa mùa khô, cuối mùa khô, đầu mùa mưa và giữa mùa mưa lũ, từ năm 2007 đến 2010 Công tác lấy mẫu, đóng gói bão quản mẫu và phương pháp thí nghiệm các chỉ tiêu của đất ở trong phòng thí nghiệm được thực hiện theo tài liệu [48]

Đối với mỗi loại đất, trong loạt mẫu lấy đợt đầu vào mùa khô đều được thí nghiệm xác định tất cả các chỉ tiêu vật lý của chúng, bao gồm thành phần hạt, các giới hạn chảy dẻo, tỉ trọng,

độ ẩm, dung trọng ẩm, dung trọng khô, tỉ số lỗ rỗng, độ bão hòa nước… để xem xét sự đồng nhất của nhóm đất Đối với các mẫu đất lấy tiếp theo các mùa trong năm không cần thí nghiệm lại thành phần cỡ hạt, nhưng cần thí nghiệm tất cả các chỉ tiêu vật lý khác để xác định trạng thái của mỗi mẫu đất khi thí nghiệm cắt

Sức chống cắt của cả bốn loại đất đều được xác định cùng một phương pháp: thí nghiệm không nén cố kết cắt nhanh (theo sơ đồ UU) trên máy cắt phẳng kiểu ứng biến, dưới các cấp áp lực thẳng đứng P = 1,2,3 kG/cm2

Vì độ ẩm của các mẫu đất thay đổi theo mùa, nên khi chỉnh lý số liệu những kết quả thí nghiệm sức chống cắt được sắp xếp theo các mẫu có độ ẩm từ bé đến lớn dần Độ bão hoà nước

G, dung trọng tự nhiên (w), của các mẫu cũng tăng dần theo độ ẩm (W)

3.2 Sự thay đổi w, w, c w theo độ ẩm (w) của đất tàn-sườn tích trên đá Bazan cổ

Độ ẩm tự nhiên của đất đỏ Bazan thay đổi trong phạm vi W=(20-:-51)%, các đặc trưng cơ

lý w, w, Cw của đất đỏ Bazan thay đổi như sau:

w = 0.0117W + 1.1631, với hệ số tương quan R 2 = 0.9834

φw = 504.28W-0.8836, với hệ số tương quan R2 = 0.9759

Cw = 223.63W-1.8099, với hệ số tương quan R2 = 0.9834

3.3 Sự thay đổi w, w, c w theo độ ẩm (w) của đất tàn-sườn tích trên đá xâm nhập Granite

Độ ẩm tự nhiên thay đổi trong phạm vi W=(16-:-39)%, các đặc trưng cơ lý w, w, Cw của

đất Tàn-sườn tích trên đá xâm nhập Granite thay đổi như sau:

w = 0.0113W + 1.4136, với hệ số tương quan R 2 = 0.9842

φw = 0.0002W4 - 0.0187W3 + 0.842W2 -17.624W + 163.4 với R2 = 0.9882

Cw = 3E-06W4 - 0.0004W3 + 0.0214W2 - 0.4762W + 4.1982 với R2 = 0.9948

3.4 Sự thay đổi w, w, c w theo độ ẩm (w) của đất tàn-sườn tích trên đá Trầm tích lục nguyên

Độ ẩm tự nhiên thay đổi trong phạm vi W = (14.5 -:-31.0)%, các đặc trưng cơ lý w, w, Cw của đất tàn-sườn tích trên đá Trầm tích lục nguyên thay đổi như sau:

w = 0.0143W + 1.5146, với hệ số tương quan R 2 = 0.9885

φw = 0.0002W4 - 0.0234W3 + 0.9516W2 -17.935W + 149.51 Với R2 = 0.9855

Cw = -1E-04W3 - 0.0083W2 + 0.2444W + 2.7066.Với R2 = 0.9883

3.5 Sự thay đổi w, w, c w theo độ ẩm (w) của đất tàn-sườn tích trên đá Biến chất

Độ ẩm tự nhiên thay đổi trong phạm vi W = (14.5 -:- 30.0)%, các đặc trưng cơ lý w, w,

Cw của đất tàn-sườn tích trên đá biến chất thay đổi như sau:

w = 0.0152W + 1.508, với hệ số tương quan R 2 = 0.9789

φw = -3E-05W4 - 0.0051 W3 + 0.5011W2 -14.159W + 147.15 Với R2 = 0.9707

Cw = 226.64W-2.1249 , với hệ số tương quan R2 = 0.9871

3.6 Một số nhận xét về sự thay đổi các giá trị W, w, , C của bốn loại đất dùng thí nghiệm

Để tiện so sánh nhận xét trên các hình 3.13, hình 3.14 và hình 3.15 biểu diễn tổng hợp các quan hệ w = f(W);  = f(W), C = f(W) của cả 4 loại đất đã được nghiên cứu

Trên hình 3.13 cho thấy: đất tàn - sườn tích trên đá Bazan, có dung trọng tự nhiên nhỏ nhất, tiếp đến trên đá Graníte Trên Trầm tích lục nguyên và đá Biến chất có giá trị (w) xấp xỉ nhau và lớn hơn so với hai loại kia Đất đỏ Bazan có dung trọng tự nhiên biến đổi trong phạm vi rộng theo

độ ẩm (W), vì đất Bazan có độ kẽ rỗng lớn hơn so với ba loại đất kia

Trên hình 3.14 cho thấy: ở cùng một độ ẩm (W) đất tàn - sườn tích trên đá Bazan tuy có dung trọng tự nhiên (w) nhỏ hơn so với ba loại (2)(3)(4), nhưng góc ma sát  của đất Bazan lại lớn hơn so với góc  cùa ba loại kia Đất tàn - sườn tích trên đá xâm nhập Granite cũng có dung trọng tự nhiên nhỏ hơn dung trọng tự nhiên của đất tàn - sườn tích trên đá trầm tích lục nguyên và trên đá Biến chất, nhưng góc ma sát trong () của đất tàn - sườn tích trên đá xâm nhập Granite có lớn hơn so với góc  của hai loại đất trên

Trên hình 3.15 cho thấy: cùng độ ẩm (W) lực dính C của đất đỏ Bazan lớn hơn so với ba loại đất (2), (3), (4) Đặc biệt ở độ ẩm nhỏ (W = 14.518.0)% lực dính của ba loại đất (2), (3), (4) khác nhau không nhiều, nhưng đến độ ẩm W > 20% thì sự tách biệt ba đoạn đường cong C = f(W) của ba loại đất đó rõ rệt Lực dính C của đất tàn - sườn tích trên đá Biến chất (đường số (4)) lại giảm thấp hơn đường số (3) Kết quả thí nghiệm trương nở tự do của 4 loại trên được ghi ở bảng 3-15 trong luận án cho thấy: đất đỏ Bazan có hệ số trương nở tự do RN = 0,2% thuộc loại đất không trương nở Cả ba loại đất còn lại đều có hệ số trương nở tự do RN > 4,0% thuộc loại trương

nở yếu Đất có tính trương nở sẽ ảnh hưởng đến lực dính của nó vào mùa mưa

3.7 Đặc điểm trương nở và tan rã của các nhóm đất được dùng trong nghiên cứu

Kết quả thí nghiệm đặt trưng trương nở của những mẫu đất có cấu trúc tự nhiên thuộc nhiều nguồn gốc khác nhau ở Tây Nguyên được ghi trong bảng 3.15 của luận án cho thấy đất Bazan thuộc loại không trương nở (RN< 2%), còn ba loại đất sườn tàn tích trên đá xâm nhập Granit, Trầm tích lục nguyên và đá Biến chất thuộc loại trương nở yếu (RN > 4%)

Kết quả thí nghiệm tan rã của các nhóm đất trên được ghi ở bảng 3.16 trong luận án cho thấy, đất đỏ Bazan tan rã nhanh hơn so với các loại sườn tàn tích trên đá Granite, trên tàn tích lục nguyên và trên đá Biến chất

1

4

2 3

(3) Tàn - sườn tích trên đá Trầm tích lục nguyên

(4) Tàn - sườn tích trên đá Biến chất

3.8 MỘT SỐ NHẬN XÉT RÚT RA TỪ CHƯƠNG 3

3.8.1 Các tuyến đường giao thông ở Tây Nguyên thường chạy qua các đới sét hóa (đới 1 hoặc đới

2) của vỏ phong hóa trên đá Bazan, đá xâm nhập Granite, đá Trầm tích lục nguyên, đá Biến chất Các mái dốc cạnh đường giao thông ở Tây Nguyên chủ yếu được cấu tạo bởi các đới sét hóa thuộc các vỏ phong hóa nói trên

3.8.2 Sự ổn định bờ dốc cạnh đường giao thông ở Tây Nguyên phụ thuộc vào cấu tạo (chiều cao

bờ dốc và độ dốc mái m) của mái dốc và các đặc trưng cơ lý của đất trong bờ dốc Khi tính toán

ổn định mái dốc phải sử dụng đến dung trọng tự nhiên w và các thông số chống cắt , C của đất

Kết quả thí nghiệm ở chương 3 cho thấy rằng, các đặc trưng trên của đất thay đổi rất nhiều trong năm, phụ thuộc vào độ ẩm theo mùa ở Tây Nguyên Khi nước ngấm vào đất làm cho độ ẩm của đất tăng lên là cho dung trọng tự nhiên w tăng lên, còn các giá trị thông số chống cắt (, C) giảm nhỏ Đó là yếu tố bất lợi cho sự ổn định của mái dốc

3.8.3 Mức độ trương nở và tan rã của đất phát sinh do độ ẩm trong đất tăng dần từ mùa khô đấn

mùa mưa Sự trương nở và tan rã cũng góp phần làm giảm độ ổn định của bờ dốc