Luận văn Thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các phương án chống sụt trượt cho đoạn tuyến từ km88 đến km99 trên quốc lộ 91 tỉnh An Giang

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hệ thống hóa đầy đủ một cách khoa học về nguyên nhân, cơ chế gây ra sụt trượt và đề xuất những phương án xử lý sụt trượt đoạn tuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang.Đề tài nghiên cứu góp phần xác định rõ những nguyên nhân và cơ chế gây ra sụt trượt, đồng thời đề xuất một hệ thống các giải pháp xử lý sụt trượt phù hợp giúp cho việc lựa chọn các phương pháp xử lý sụt trượt ở địa phương đạt hiệu quả và kinh tế. Những phương án xử lý được hệ thống hóa trên cơ sở kế thừa các phương pháp chống sụt trượt ở Việt Nam và thế giới, đặc biệt là các giải pháp sử dụng vật liệu địa kỹ thuật rất thân thiện với môi trường, không chiếm dụng diện tích lòng sông và mang lại hiệu quả cao.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP Hồ Chí Minh - Năm 2014

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Bảng cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục iv

Tóm tắc luận văn vii

Danh mục hình ảnh viii

Danh mục bảng biểu ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ VẤN ĐỀ SỤT TRƯỢT VÀ CÁC CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Khái niệm và phân loại các hiện tượng mất ổn định của mái dốc 5

1.2 Các nguyên nhân chung gây mất ổn định của mái dốc 19

1.3 Các phương pháp phổ biến hiện nay khi tính ổn định của mái dốc 24

1.4 Các biện pháp thường dùng để gia cố mái dốc 34

1.5 Kết luận chương 36

Chương 2 NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ VẤN ĐỀ SỤT TRƯỢT TRÊN TUYẾN QUỐC LỘ 91, TỈNH AN GIANG 2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 38

2.1.1 Điều kiện địa hình 39

2.1.2 Điều kiện địa chất 39

2.1.3 Điều kiện khí tượng, thủy văn 44

2.2 Tình hình sụt trượt đoạn tuyến nghiên cứu 48

2.3 Kết luận chương 52

Chương 3 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ GÂY SỤT TRƯỢT ĐOẠN TUYẾN TỪ KM88 ĐẾN KM89 TRÊN QUỐC LỘ 91, TỈNH AN GIANG 3.1 Phân tích nguyên nhân gây sụt trượt đoạn tuyến từ Km88 đến Km 89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang 53

3.2 Cơ chế gây sụt trượt đoạn tuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91,

tỉnh An Giang 57

3.2.1 Tác động của nước mặt và nước ngầm 61

3.2.2 Tác động của dòng chảy 61

3.2.3 Tác động của các hoạt động do con người 62

3.2.4 Ảnh hưởng của địa chất 63

3.2.5 Ảnh hưởng của khí hậu 63

3.3 Kết luận chương 65

Chương 4 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG

XỬ LÝ CHO VỊ TRÍ NGHIÊN CỨU

4.1 Phân tích và hệ thống hóa các giải pháp gia cố ổn định cho mái dốc 67

4.2 Đề xuất các giải pháp gia cố ổn định cho mái dốc tại vị trí nghiên cứu 73

4.2.1 Giải pháp tường chắn 73

4.2.2 Giải pháp gia cố mái dốc 76

4.2.3 Giải pháp thoát nước 81

4.2.4 Giải pháp làm thoải mái dốc 90

4.2.5 Giải pháp cắt cơ, giảm tải và tạo dốc với mái dốc hợp lý 94

4.2.6 Giải pháp gia cố mái dốc bằng cách neo 98

4.2.7 Giải pháp xử lý bằng các công trình đặc biệt 101

4.3 Một số vị trí được xử lý điển hình trên đoạn tuyến nghiên cứu 110

4.4 Phân tích, đánh giá các giải pháp gia cố đã áp dụng 113

4.5 Kết luận chương 114

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 1 Kết luận 115

2 Kiến nghị 117

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

TÓM TẮC LUẬN VĂN

Tên đề tài: “Nghiên cứu đề xuất phương án chống sụt trượt cho đoạn

tuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang”

Tóm tắc: Nguyên cứu tổng quan về vấn đề sụt trượt và cơ sở lý luận Kếthợp giữa nghiên cứu về lý thuyết với việc nghiên cứu nguyên nhân tìm hiểuthực tế, cơ chế gây sụt trượt dựa trên cơ sở lý luận phân tích, tính toán kết hợpvới mô phỏng dùng hai phần mềm Slope/W2005 và Plaxis 2D v8.5 để tìmnguyên nhân và cơ chế gây sạt lở Trên cơ sơ đó đề xuất các giải pháp xử lý

áp dụng cho xử lý sụt trượt trên đoạn tuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ

91, tỉnh An Giang

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1.1 Phân loại tốc độ sạt lở 10

1.2 Mức độ tàn phá của khối trượt 11

1.3 Nguyên nhân dẫn đến sự trượt đất/đá 21

2.1 Bảng tóm tắc số liệu địa chất tại khu vực nghiên cứu 43

2.2 Tốc độ dòng chảy lớn nhất 47

2.3 Phân phối lưu tốc dòng sông kiệt 47

3.1 Kết quả phân tích hệ số ổn định/Fs nhỏ nhất tại vị trí nghiên cứu 58

4.1 Bảng tổng hợp những phương pháp sử dụng để xử lý và ngăn chặn sụt trượt (Abramson et al 2002) 69

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Những nét đặc trưng của sạt lở đất 7

Hình 1.2 Kích thước hình học của sụt trượt đất 9

Hình 1.3 Sụt trượt đất đá dạng đá rơi 12

Hình 1.4 Sụt trượt đất đá dạng đá đổ 12

Hình 1.5 Sụt trượt đất đá dạng trượt 13

Hình 1.6 Sụt trượt đất đá dạng trượt trôi 13

Hình 1.7 Sụt trượt đất đá dạng trượt dòng 14

Hình 1.8 Sụt trượt đất đá dạng trượt cung tròn: trượt trôi 16

Hình 1.9 Sụt trượt đất đá dạng trượt cung tròn: trượt dòng 16

Hình 1.10 Sụt trượt đất đá dạng trượt tịnh tiến: trượt khối 17

Hình 1.11 Sụt trượt đất đá dạng trượt tịnh tiến: trượt miếng 17

Hình 1.12 Sụt trượt đất đá dạng trượt tịnh tiến: trượt phức tạp 18

Hình 1.13 Các phương pháp xác định hệ số an toàn 25

Hình 1.14 Phương pháp phân tích ổn định bằng phương pháp phân mảnh cổ điển 28

Hình 1.15 Phương pháp phân mảnh đơn giản hóa của Bishop 31

Hình 1.16 Phân tích ổn định có xét đến thấm trong mái dốc 33

Hình 2.1 Bản đồ thể hiện vị trí địa lý xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 41

Hình 2.2 Hình dạng lòng sông vị trí khu vực nghiên cứu trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang 42

Hình 2.3 Diễn biến mực nước dòng sông Hậu 46

Hình 2.4(a, b) Hình ảnh sạt lở QL91 tại Km 88+937, đoạn xã Bình Mỹ 50

Hình 2.4(c) Hình ảnh sạt lở QL91 tại Km 88+937, đoạn xã Bình Mỹ 51

Hình 3.1 Mặt cắt ngang sông tại vị trí mô phỏng 55

Hình 3.2 Mô phỏng trượt lở theo chu kỳ 55

Hình 3.3 Nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng đến hiện tượng sụt trượt bờ sông 56

Hình 3.4 Mô hình xác định hệ số ổn định dùng Slope/W2005 59

Hình 3.5 Mô hình xác định hệ số ổn định bằng FEM dùng phần mềm Plaxis 2D v85 60

Hình 4.1 Lực tác dụng lên mái dốc 68

Hình 4.2 Hệ thống hóa các giải pháp chống sụt trượt ổn định mái dốc 72

Hình 4.3 Giải pháp sử dụng cừ ván BTCT DUL có 1 tầng neo 75

Hình 4.4 Trải vải địa kỹ thuật làm tầng lọc mái kè 79

Hình 4.5 Giải pháp sử dụng VĐKT gia cường mái dốc kết hợp tường cừ ván BTCT DUL chống xói chân và trượt sâu 80

Hình 4.6 Kết cấu tường rọ đá 83

Hình 4.7 Thi công cọc xi măng đất bằng phương pháp trộn khô 87

Hình 4.8 Thi công cọc xi măng đất bằng phương pháp trộn ướt 98

Hình 4.9 Giải pháp sử dụng kết cấu rọ đá thoát nước, VĐKT kết hợp tường cọc xi măng đất 89

Hình 4.10 Phương pháp giảm tải tác dụng bằng giải pháp làm thoải mái dốc 90

Hình 4.11 Bảo vệ bờ sông bằng thảm rọ đá hộc 92

Hình 4.12 Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông 92

Hình 4.13 Giải pháp sử dụng bao tải cát kết hợp thảm đá hộc làm thoải mái dốc 93

Hình 4.14 Giải pháp giảm tác dụng bằng giải pháp đánh cấp mái dốc 95

Hình 4.15 Giải pháp sử dụng đá hộc xây và thảm đá hộc, cắt cơ kết hợp cừ tràm làm thoải mái dốc 96

Hình 4.16 Giải pháp sử dụng đá hộc xếp khan chít mạch, thảm đá hộc lưới thép PVC, cắt cơ kết hợp cọc BTCT chống xói chân làm thoải mái dốc 97

Hình 4.17 Phương pháp neo trong đất 98

Hình 4.18 Hệ thống ô ngăn cách trong công nghệ NeoWEBTM 102

Hình 4.19 Bảo vệ bờ sông bằng NeoWEBTM 103

Hình 4.20 Kết cấu thảm FS 105

Hình 4.21 Bảo vệ bờ sông bằng thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát 105

Hình 4.22 Kè bảo vệ bờ sông bằng GeoTube 107

Hình 4.23 Một số loại thảm bê tông túi khuôn 108

Hình 4.24 Kè bảo vệ bờ sông bằng thảm túi cát 108

Hình 4.25 Bảo vệ bờ sông bằng cừ Lasen bản nhựa 109 Hình 4.26 Hình ảnh xử lý trên QL91 để đảm đảm bảo giao thông 111 Hình 4.27 Một số vị trí được xử lý điển hình 112

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Đồng bằng Sông Cửu Long là vùng có nhiều sông, kênh chằng chịt, cóđặc điểm đường giao thông chạy dọc theo sông, kênh tạo thành hệ thống giaothông thủy, bộ rất thuận lợi trong việc đi lại và vận chuyển hàng hóa Trongnhững năm gần đây, tình hình sạt lở ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Longluôn là vấn đề nóng xảy ra đến mức báo động nhất là vụ sụt trượt xảy ra đoạntuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang và đang tiếp tụcdiễn ra gây bất an cho nhân dân, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống, việc đilại của nhân dân và lưu thông hàng hoá của điạ phương

Hiện nay việc nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế và giải pháp xử lýđoạn tuyến bị sụt trượt nêu trên chưa được hệ thống hóa đầy đủ một cáchkhoa học, những nhân tố gây sụt trượt chưa được điều tra nghiên cứu mộtcách khoa học chỉ dừng lại ở những nhân tố chính như độ xói sâu ở chân taluy và do tốc độ dòng chảy lớn trong mùa lũ Bên cạnh đó, các giải pháp khắcphục và phòng ngừa mang tính giải pháp tình thế chưa đa dạng thiếu tính chấtbền vững và không mang lại hiệu quả

Xuất phát từ tình hình thực tế trên, việc nghiên cứu hệ thống hóa nguyênnhân, cơ chế gây sụt trượt và đề xuất các phương án chống sụt trượt đoạntuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang phù hợp với điềukiện ở An Giang là cần thiết và có ý nghĩa không chỉ xử lý có hiệu quả ở đoạntuyến được nghiên cứu mà còn có ý nghĩa cho vị trí khác ở tỉnh An Giang vàcác tỉnh vùng đồng bằng sông Cửu Long nhằm giảm thiểu thiệt hại, tiết kiệmchi phí cho ngân sách nhà nước, góp phần phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh

An Giang và vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Vì vậy Đề tài “Nghiên cứu đề xuất phương án chống sụt trượt cho đoạntuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang” là hợp lý, cần thiết

và cấp bách

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hệ thống hóa đầy đủ một cách khoahọc về nguyên nhân, cơ chế gây ra sụt trượt và đề xuất những phương án xử

lý sụt trượt đoạn tuyến từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang

Đề tài nghiên cứu góp phần xác định rõ những nguyên nhân và cơ chếgây ra sụt trượt, đồng thời đề xuất một hệ thống các giải pháp xử lý sụt trượtphù hợp giúp cho việc lựa chọn các phương pháp xử lý sụt trượt ở địa phươngđạt hiệu quả và kinh tế Những phương án xử lý được hệ thống hóa trên cơ sở

kế thừa các phương pháp chống sụt trượt ở Việt Nam và thế giới, đặc biệt làcác giải pháp sử dụng vật liệu địa kỹ thuật rất thân thiện với môi trường,không chiếm dụng diện tích lòng sông và mang lại hiệu quả cao

3 Phạm vi nghiên cứu

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên phạm vi đề tài nghiên cứu tập trungnghiên cứu lý thuyết thông qua bài toán mô phỏng, tính toán sử dụng số liệuđịa chất của địa phương và tài liệu tham khảo tại khu vực nghiên cứu nhằmxác định nguyên nhân cơ chế gây sụt trượt và đề xuất các phương án xử lýphù hợp với điều kiện ở tỉnh An Giang và không thực hiện trực tiếp ở hiệntrường để kiểm chứng tính hiệu quả của các phương án chống sụt trượt được

đề xuất từ đề tài đồng thời kết hợp kiểm chứng tính khả thi của các phương án

đề xuất đã được thực hiện tại An Giang và địa phương nơi công tác

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp: Kết hợp giữa nghiên cứu về

lý thuyết với việc nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế gây sụt trượt và đề xuấtphương án xử lý Việc thực hiện vấn đề nghiên cứu được dựa trên cơ sở lýluận phân tích, tính toán kết hợp với bài toán mô phỏng dùng hai phần mềmSlope/W 2005 và Plaxis 2D v8.5 trên cơ sở sử dụng các số liệu tự nhiên khảosát đo đạc tại địa phương và tham khảo tài liệu tại khu vực nghiên cứu kết hợpkiểm chứng tính khả thi các phương án đề xuất thực hiện tại An Giang và điạphương nơi công tác để minh chứng cho phương án đề xuất chọn

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Việc nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế sụt trượt và đề xuất giải pháp

xử lý chống sụt trượt cho đoạn từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh AnGiang là cần thiết và rất có ý nghĩa thực tiễn

Về mặt khoa học đề tài nghiên cứu góp phần hệ thống hóa những nguyênnhân gây ra sụt trượt và đề xuất các phương án xử lý phù hợp với điều kiện ở

An Giang và vùng Đồng bằng sông Cửu Long Qua đó, giúp cho việc lựachọn các phương án phòng chống sụt trượt tại tỉnh An Giang và vùng Đồngbằng sông Cửu Long đạt hiệu quả về kinh tế và xã hội

Về mặt thực tiễn đề tài nghiên cứu góp phần ứng dụng thực hiện khôiphục lại đoạn tuyến bị sụt trượt từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh AnGiang đảm bảo ổn định cho tuyến đường và an toàn cho nhân dân đang sinhsống dọc bên bờ sông Hậu Đồng thời, kết quả của đề tài có thể được xem xétứng dụng cho công tác phòng chống sụt trượt đối với sông, kênh vùng Đồngbằng sông Cửu Long và địa phương nơi công tác

6 Kết cấu của đề tài

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài, luận văn này được cấu trúcgồm 4 chương chính về tổng quan chung về vấn đề sụt trượt và các cơ sở lýluận, phân tích đánh giá về nguyên nhân, cơ chế gây sụt trượt đoạn tuyến từKm88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang và đề xuất các phương án

xử lý cho đoạn tuyến nghiên cứu

Đề tài được hoàn thành trên cơ sở đề cương luận văn đã được Viện Kỹthuật công trình đặc biệt, Bộ môn Cầu đường - Sân bay phê duyệt ngày15/11/2013 Nội dung cụ thể bao gồm các phần sau:

+ Mở đầu

+ Chương 1 Tổng quan chung về vấn đề sụt trượt và các cơ sở lý luận.+ Chương 2 Nghiên cứu, đánh giá chung về vấn đề sụt trượt trên Quốc

lộ 91, tỉnh An Giang

+ Chương 3 Phân tích nguyên nhân và cơ chế gây sụt trượt đoạn tuyến

từ Km88 đến Km89 trên Quốc lộ 91, tỉnh An Giang

+ Chương 4 Nghiên cứu xác định và đề xuất các giải pháp áp dụng xử lýcho vị trí nghiên cứu

+ Kết luận và kiến nghị

+ Tài liệu tham khảo

+ Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ VẤN ĐỀ SỤT TRƯỢT

Sụt trượt có những đặc điểm chung là diễn ra rất phức tạp, đa dạng, xảy

ra rất nhanh, bất ngờ là mối nguy hiểm nghiêm trọng, thậm chí là thảm khốcđến tài sản và tính mạng con người Theo Ủy ban liên kết Quốc tế của nhữngnhà kỹ thuật địa chất về sụt trượt thì những đặc trưng có thể quan sát thể hiện

(6) Hình dạng chính của khối trượt: phần vật liệu bị bong ra nằm phủ lêntrên bề mặt bị trượt.

(7) Phần dưới của khối trượt: phần khối trượt mà đã di chuyển đến châncủa mái dốc

(8) Điểm thấp nhất của khối trượt: điểm nằm ở chân của khối trượt cókhoảng cách xa nhất tính từ điểm trên cùng của khối trượt

(9) Chân của khối trượt

(10) Mặt trượt: bề mặt được tạo thành từ biên thấp của khối trượt

(11) Chân của mặt trượt: nơi giao nhau giữa phần dưới của mặt trượt vàmặt đất tự nhiên khi chưa xảy ra sụt trượt

(12) Mặt phân cách: Mặt đất tự nhiên khi chưa sụt trượt bây giờ đã bịbao phủ bởi phần dưới của khối trượt

(13) Khối vật liệu dịch chuyển: khối vật liệu dịch chuyển khỏi vị trí banđầu của nó

(14) Vùng rỗng: phần diện tích nơi mà khối trượt nằm bên dưới mái dốc

tự nhiên ban đầu

(15) Vùng tích lũy: phần diện tích nơi mà khối trượt nằm bên trên máidốc tự nhiên ban đầu

(16) Khoảng trống: phần thể tích được giới hạn bởi mặt dốc chính, khốitrượt và mái dốc tự nhiên ban đầu

(17) Khối trượt: thể tích của khối vật liệu dịch chuyển nằm bên trên mặtđất tự nhiên ban đầu

(18) Quá trình tích lũy: thể tích của khối vật liệu dịch chuyển nằm bêntrên mặt đất tự nhiên ban đầu

(19) Sườn của khối trượt: nơi mà vật liệu không bị xáo trộn nằm liền kềvới mặt trượt

(20) Mặt đất tự nhiên ban đầu: bề mặt của mái dốc mà đã tồn tại trướckhi sụt, trượt xảy ra.

Hình 1.1: Những nét đặc trưng của sạt lở đất Tương tự như vậy, những Nhà kỹ thuật địa chất cũng đã đưa ra thông sốkích thước đặc trưng đã được tiêu chuẩn hóa cho sụt, trượt được thể hiện ởhình 1.2 bao gồm:

(1) Bề rộng của khối trượt (Wd): bề rộng tối đa của khối trượt vuông gócvới chiều dài (Ld).

(2) Bề rộng mặt trượt (Wr): bề rộng tối đa giữa hai bên sườn của khốitrượt, vuông gốc với chiều dài (Ld)

(3) Tổng chiều dài (L): khoảng cách ngắn nhất từ điểm thấp nhất cho đếnđỉnh

(4) Chiều dài của khối trượt (Ld): khoảng cách ngắn nhất từ điểm thấpnhất đến điểm cao nhất của khối trượt

(5) Chiều dài của mặt trượt (Lr): khoảng cách ngắn nhất từ chân của mặttrượt cho đến đỉnh

(6) Chiều sâu của khối trượt (Dd): chiều sâu tối đa của khối trượt được đovuông góc với mặt chứa Wd và Ld

(7) Chiều sâu của mặt trượt (Dr): chiều sâu tối đa của mặt trượt bên dướimái dốc tự nhiên ban đầu được đo vuông góc với mặt phẳng chứa Wr và Lr

Hình 1.2: Kích thước hình học của sụt trượt đất

1.1.2 Phân loại các hiện tượng mất ổn định của mái dốc

Sụt đất là một khái niệm dùng để miêu tả sự chuyển động của đất dướitác dụng của trọng lực, với đặc điểm là xảy ra rất nhanh và bất ngờ Thật quantrọng để phân biệt những dạng trượt đất theo tốc độ di chuyển của mái dốc.Theo tốc độ chuyển động của khối trượt được phân làm 7 cấp độ theoTransportation RearchBroard.USA, 1996 theo Bảng 1.1 dưới đây

Bảng 1.2: Mức độ tàn phá của khối trượt

7 Tai họa, công trình bị tàn phá do va chạm của vật chất

khối trượt khó thoát chết và mất tích nhiều

6 Có chết chóc do con người khó chạy thoát

5 Người có thể chạy thoát, công trình, nhà cửa, thiết bị

2 Một số công trình vĩnh cửa không bị phá hoại

1 Không nhận thấy nếu không có thiết bị chuyên dùng

có thể xây dựng nhưng phải cẩn thận

Đến năm 1992 cùng với Cruden, Varnes đã phân loại chi tiết các chuyểndịch bờ dốc theo động học khối trượt thành 5 dạng trượt đất (Abramson et al.2002) mà có thể dễ dàng nhận thấy đó là:

Hình 1.3: Sụt trượt đất dạng đá rơi

Hình 1.4: Sụt trượt đất đá dạng đổ

Hình 1.5: Sụt trượt đất đá dạng trượt

Hình 1.6: Sụt trượt đất đá dạng trượt trôi

Hình 1.7: Sụt trượt đất đá dạng trượt dòng

Hai loại trượt (1) và (2) thường xảy ra các bờ dốc đá, các loại còn lạithường liên quan các bờ dốc đất.

Trượt là những chuyển dịch từ trên xuống dưới mái dốc của khối đất

đá do sự phá hủy kiểu cắt (trượt) của khối đất đá theo một hay nhiều mặt trượtthường xảy ra trên bề mặt nứt gãy hoặc những vùng tương đối mỏng có biếndạng cắt rất lớn Sự dịch chuyển này thường phát triển từ một diện tích cục

bộ, những dấu hiệu bộc lộ đầu tiên thường là những vết nứt trong mặt đất tựnhiên dọc theo mái dốc Mặt trượt có thể là thẳng (trong đất rời hay trong đáphân lớp) hay cong (trong đất dính đồng chất) Tùy theo dạng mặt trượt, trượtchia thành dạng mặt phẳng (trượt tịnh tiến) và trượt cung tròn hoặc kết hợp cảhai mà còn gọi là trượt phức hợp

Trượt tịnh tiến thường xảy ra theo mặt yếu nhất của khối trượt baogồm cả những mặt phẳng đã bị phá hoại trước đây và trượt cung tròn thườngphát triển từ phần trên của bờ dốc, nơi tập trung ứng suất kéo có một mặttrượt lõm hướng lên trên và thường xảy ra bên trong một khối đất còn nguyênvẹn, nhất là trong những khối vật liệu đồng nhất Hình dạng trượt cung tròn

và dạng tịnh tiến được thể hiện ở (Hình 1.8, Hình 1.9) và (Hình 1.10, H1.11)

Trượt trôi là hiện tượng nới rộng một khối đất kèm theo sự sụt lún củakhối đất đá đã nứt nẻ xuống bên lớp dưới mềm hơn Mặt phá hủy không phải

là mặt có tác dụng của lực cắt lớn nhất Trượt trôi có thể là kết quả sự hóalỏng của lớp trầm tích hay sự phá hỏng của lớp đất dính yếu trên bờ dốc vàthường xảy ra trên dờ dốc mỏng

Trượt dòng là những chuyển dịch của khối đất đá do tác dụng củadòng nước, thường xảy ra nơi đất yếu, bảo hoà nước làm sức chống cắt củalớp đất giảm đi Tùy theo thành phần của đất đá và tốc độ chảy của dòng nước

mà trong thực tế, có thể gặp các vòng mảnh vụn đá, dòng đất hoặc dòng bùn

Hình 1.8: Sụt trượt đất đá dạng trượt cung tròn: trượt trôi

Hình 1.9: Sụt trượt đất đá dạng trượt cung tròn: trượt dòng

Hình 1.10: Sụt trượt đất đá dạng trượt tịnh tiến: trượt khối

Hình 1.11: Sụt trượt đất đá dạng trượt tịnh tiến; trượt miếng

Hình 1.12: Sụt trượt đất đá dạng trượt tịnh tiến: trượt phức tạp

1.2 Các nguyên nhân chung gây mất ổn định của mái dốc

Hiện nay có nhiều nghiên cứu về những nhân tố gây sụt, trượt máidốc như các nghiên cứu của Abramson et al (2002), Duncan &Wright(2050), Chowdhury et at (2010), Cornforth 2005, Ruanthip et al (2010)…Qua nghiên cứu nhận thấy: nguyên nhân gây sụt trượt mái dốc chủ yếu là làmgia tăng ứng suất cắt (tăng lực gây trượt) hoặc giảm ứng suất chống cắt (giảmkhả năng chống trượt của đất) Sự mất cân bằng giữa thành phần kháng trượt

và thành phần gây trượt dẫn đến sụt, trượt Khi mái dốc ổn định sự cân bằngnày được duy trì Trong trường hợp nào đó điều kiện cân bằng này khôngđược tồn tại Sự phá vỡ cân bằng này có thể do giảm thành phần kháng trượthoặc tăng thành phần gây trượt hoặc cả hai Khi thành phần gây trượt chiếm

ưu thế thì mái dốc trở nên mất ổn định và hiện tượng sụt trượt xảy ra bất kỳlúc nào Những nhân tố chủ yếu gây ra sụt trượt có thể kể đến như nước mặt,nước ngầm do mưa lớn và lũ dâng, xói lở (xói chân, xói bề mặt và xói ở đỉnh)

do quá tải, các hoạt động con người, cấu trúc địa chất và những tác động dobiến đổi khí hậu gây ra Các nhân tố này làm giảm độ bền của đất (giảm lựckháng trượt), tăng ứng suất cắt (tăng lực gây trượt) dẫn đến mất ổn định máidốc

Con người bằng những tác động của mình làm thay đổi trạng thái tựnhiên làm cho quá trình sạt lở xảy ra ngày càng phức tạp hơn Khi xây dựngcác công trình trên đỉnh mái dốc làm thay đổi tải trọng vốn có mà đất, đá đãchịu trong lịch sử hình thành của chúng Khi tải trọng công trình lớn hơn sứcchịu tải của đất thì hiện tượng trượt lở tất yếu xảy ra

Khi mưa lớn, nước mưa tích tụ nhiều, thấm vào trong đất qua các khenứt, cùng với mực nước ngầm dâng cao gây bảo hòa nền đất làm tăng tảitrọng tác dụng và giảm sức chống cắt của đất

Xói lở mái dốc thường xảy ra ở đỉnh, chân và bề mặt Quá trình xói ởđỉnh có thể do nước mặt chảy tràn phía trên mái dốc gây ra và thường xảy ratrong suốt mùa mưa và mùa lũ, trong khi đó xói chân mái dốc thường xảy rakhi chân mái dốc ở mặt lớp đất yếu và nằm ở vị trí uốn cong nhất của dòngsông dưới tác động của dòng chảy có vận tốc lớn gây ra xói chân sâu ở chân Những tuyến đường ven sông phụ thuộc vào sự thay đổi mực nước vàxem hiện tượng nước rút nhanh là nhân tố quan trọng hàng đầu Hiện tượngnước rút nhanh là sự hạ thấp mực nước một cách đột ngột và thường xảy rakhi nước lũ rút làm cho áp lực lỗ rỗng bên trong nền sét bão hòa nước không

đủ thời gian để tiêu tán hết, do đó làm giảm sức chống cắt của nền đất, áp lựcnước theo phương ngang giúp ổn định giảm nhanh chóng trong khi áp lực gâytrượt giảm chậm hơn tạo nên sự mất cân bằng dẫn đến mất ổn định mái dốc

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến tính ổn định mái dốc như đã biết

Sự mất ổn định của mái dốc là sự khởi đầu của vụ trượt đất/đá; lực không cânbằng theo hướng của khối đất/đá trượt là lực hích ban đầu làm cho đất/đá máidốc không ổn định chuyển động

Theo Terzaghi (1950) khi xét nhân tố ảnh hưởng đến trượt đất/đá (ổnđịnh mái dốc), cần phân biệt nhân tố nội sinh và nhân tố ngoại lai

* Nhân tố ngoại lai bao gồm các nhân tố làm tăng lực gây cắt/trượt dọctheo mặt trượt có thể xảy ra

* Nhân tố nội sinh bao gồm các nhân tố dẫn đến sự suy giảm cường độchống cắt/trượt đất, đá làm tăng trọng lượng của đất, đá

Khi mưa to trong mùa mưa, sự trượt đất đá do các nhân tố chủ yếu: làmtăng trọng lượng của khối đất, đá; làm giảm khả năng hút ẩm của đất khôngbảo hòa ở phía trên mực nước ngầm; làm tăng độ ẩm của đất; làm dâng caomực nước ngầm

Bảng 1.3: Nguyên nhân dẫn đến sự trượt đất/đá (theo Terzaghi,1950)

Tác dụng của nhân tố đến tính chất cơ học của đất, đá

Hiệu quả đối với tính chất cơ học của đất đá

nẻ, phiến tháchsét

Thay đổi trạngthái ứng suấttrong mái đất, đáLàm rộng kẽ nứt,

kẻ hở tiếp giáp

Làm tăng ứngsuất cắt

Làm tăng ứngsuất cắt và xúctiến tác dụng(8).Ứng suất

Làm giảm lựcdính và làm tăngứng suất cắt.Hóa lỏng tứcthời

3 Chấn động caotần

Hoàng thổ, cátliên kết xi măngyếu, sỏi

Cát trung hoặcmịn không chặtbão hòa nước

Phá hoại liên kếtgiữa các hạt

Xúc tiến sự sắpxếp lại các hạt

Mở rộng kẽ nứtkín và gây kẽ nứtmới

Làm rộng kẻ nứt

nẻ, tạo kẻ nứtmới

Làm giảm lựcdính và tác dụng(8)

tạo mái lần lượt đất/đá đã

xảy ra trước đây

5.Từ biến của đấtyếu ở nền mái đấtđá

Các loại đất/đácứng nằm trênđất, đá dẻo

lỗ rỗng

7.Làm thoát khí

kẽ nứt và kẽ hở

8.Làm giảm áplực mao dẫn liênquan với sự dãnnở

Cát ẩm

Đá nứt nẻ, phiếnthạch sét

Đất sét cứng, nứt

nẻ và một số loạiphiến thạch sétcác loại đá

Làm tăng áp lựcnước lỗ rỗng

Gây dãn nở

Làm giảm sứcbền ma sát

Làm giảm lựcdính

9.Phong hóa hóahọc

Các loại đá Làm giảm liên

kết giữa các hạt(phong hóa hóahọc)

đóng băng

và tạo kẽ nứtmới

11.Tan băng Đất bộ, cát bụi Tăng độ ẩm Làm giảm sức

bền ma sát

ngót

Làm giảm lựcdính

thấm về phíachân dốc

Cát mịn, đất bột

đã thoát nước

Gây áp suất lỗrỗng dư (tăngthêm)

Làm giảm sứcbền ma sát

Mực nước thay đổi nhanh 14.Xúc tiến sự

sắp xếp lại cáchạt

Cát trung và mịnbão hòa nước

Áp lực nước lỗrỗng tăng độtngột

Hóa lỏng độtngột

Mực nước ngầm ở biên xa

của tầng chứa nước ngầm

tăng cao

15.Làm mựcnước ngầm trongphạm vi đất/đátăng cao

Đất, bột, cáttrong lớp kẹpgiữa các lớp đấtsét hoặc ở dướilớp đất sét

Áp lực nước lỗrỗng

Làm giảm sứcbền ma sát

16.Dòng thấmvào mái đất/đá

Đất bột bão hòanước

Làm tăng áp lực

lỗ rỗng

Làm giảm lựcdính

17.Làm khí lỗrỗng dịch chuyển

căng mặt ngoài

18 Hòa tan liênkết xi măng tựnhiên

Hoàng thổ Phá hủy liên kết

giữa các hạt

bột

Phá ngầm máiđất làm tăng ứngsuất cắt

1.3 Các phương pháp phổ biến hiện nay khi tính ổn định mái dốc 1.3.1 Hệ số an toàn:

Một mái dốc được đánh giá có an toàn hay không dựa trên hệ số an toàn(Factor of Safety, FS), Nếu hệ số an toàn nhỏ hay bằng 1 (FS<1) thì mái dốcmất ổn định vì lực gây trượt sẽ bằng hay lớn hơn lực kháng trượt Nếu FS >1mái dốc sẽ tương đối ổn định Tuy nhiên, nếu FS chỉ lớn hơn 1 một chút chỉcần một sự phá hủy nhỏ cũng gây ra trượt Nếu FS = 2, mái dốc có sức khángtrượt gấp 2 lần lực gây trượt, mái dốc sẽ ổn định Ở trường hợp khác FS=1,05,cường độ của mái dốc chỉ lớn hơn 5% lực gây trượt, vì vậy chỉ cần mưa lớnhay sóng tác động cũng có thể dễ dàng xảy ra trượt

Phân tích ổn định mái dốc là xác định được hệ số an toàn Có nhiềuphương pháp khác nhau để xác định hệ số an toàn, thường xác định theo 3phương pháp như sau:

- Phương pháp cân bằng điểm

- Phương pháp cân bằng lực

- Phương pháp cân bằng mô men

Các phương pháp xác định hệ số an toàn được thể hiện ở Hình 1.13

(b)

(c)Hình 1.13: Các phương pháp xác định hệ số an toàn(a) Phương pháp cân bằng điểm (b) Phương pháp cân bằng lực

(c) Phương pháp cân bằng mô ment

Hệ số an toàn theo phương pháp cân bằng điểm được định nghĩa là tỷ

số giữa sức chống cắt của đất (τf) và ứng suất cắt (τ), do tải trọng gây ra trongđất tại một điểm (Phương trình 1.1) và thường được sử dụng trong phần tửhữu hạn (Hình 1.13 a)

Luc gay truot FS

Luc khang truot

Hệ số ổn định theo phương pháp cân bằng moment được định nghĩa là tỷ

số giữa mômen chống trượt và mômen gây trượt (Phương trình 1.3) và được

sử dụng khi mặt trượt có dạng cung tròn (Hình 1.13 c)

Moment gay truot FS

Moment chong truot

 (1.3)

1.3.2 Phương pháp phân mảnh cổ điển

Phân tích ổn định mái dốc sử dụng phương pháp phân mảnh cổ điển cóthể giải thích ở Hình 1.14 (a) với AC là mặt trượt giả định có dạng cung tròn.Phần đất bên trên mặt trượt giả định được phân chia thành nhiều mảnh thẳngđứng với bề rộng của mỗi mảnh không nhất thiết phải giống nhau Xét mộtđơn vị chiều dài vuông góc với mặt cắt thể hiện, những lực tác dụng lên mảnh

đặc trưng được thể hiện ở Hình 1.14 (b) trong đó Wn là trọng lượng của mảnh, các lực Nr và Tr lần lượt là những thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của phản lực R.Pn và Pn+1 là những thành phần pháp tuyến giữa các mảnh Tương tự, lực cắt giữa các mảnh là Tn và Tn+1 Các lực Pn, Pn+1 và Tn+1

rất khó để xác định Tuy nhiên chúng ta có thể giả thiết rằng chúng có độ lớnbằng nhau và có thể bỏ qua các lực tương tác này

Xét điều kiện cân bằng:

  b n:bề rộng của mảnh thứ n

A r

O

C r

r

1 2

Hình 1.14: Phân tích ổn định bằng phương pháp phân mảnh cổ điển

(a) Mặt trượt thử (b) Lực tác dụng trên mảnh thứ n

1.3.3 Phương pháp phân mảnh đơn giản hóa của Bishop:

Năm 1995, Bishop đề nghị một giải pháp cải tiến hơn so với phương pháp phân mảnh cổ điển Trong phương pháp này, lực tương tác giữa các mảnh được xem xét đến ở một mức độ nhất định Chúng ta cũng có thể nghiên cứu phương pháp này thông qua Hình 1.14 (a) Những lực tác dụng trên mảnh thứ n được thể

hiện ở Hình 1.14 (b) và đã được vẽ lại ở Hình 1.15 (a) Đặt Pn - Pn+1= ∆P và Tn Tn+1=∆P Chúng ta cũng có thể viết:

n

r

n n

s

c L

Fs N

m F

n s

m F

Phương pháp đơn giản hóa của Bishop gần như được sử dụng rộng rãi nhất Khi được tích hợp trong những chương trình máy tính, kết quả của nó thỏa đáng trong nhiều trường hợp.

(a) (b)

Hình 1.15: Phương pháp phân mảnh đơn giản hóa của Bishop

(a) Lực tác dụng lên mảnh thứ n (b) Đa giác lực cho cân bằng

Nr

n d