Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng dụng cho đập sông Hinh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “ Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng dụng cho đập sông Hinh ” được hoàn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “

Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng

dụng cho đập sông Hinh ” được hoàn thành ngoài sự cố gắng không ngừng của

bản thân , tôi còn được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô, bạn bè đồng

nghiệp và người thân Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người

đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua

Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo GS.TS Nguyễn

Chiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học

cần thiết cho Luận văn này và các thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học

Thủy lợi đã truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học vô cùng quý giá

Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Công

trình và Bộ môn Thủy công đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên

cứu khoa học của mình

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ

còn nhiều hạn chế, vì vậy Luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Tác giả kính

mong các Thầy, Cô giáo, Bạn bè và đồng nghiệp góp ý để Tác giả có thể tiếp tục

nghiên cứu để hoàn thiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 06 tháng 08 năm 2014

TÁC GIẢ

Dương Văn Thủy

Tên tôi là: Dương Văn Thủy

Học viên lớp: 20C21

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, những nội dung, kết

quả trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ

công trình khoa học nào./

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1

3 Phương pháp nghiên cứu 1

4 Kết quả đạt được 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC ĐẬP ĐẤT 3

1.1.Tổng quan về xây dựng đập đất 3

1.1.1 Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 4

1.1.3 Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay 5

1.2 Những kiến thức về quan trắc 8

1.2.1 Các nội dung quan trắc 8

1.2.2 Phương pháp quan trắc 10

1.2.3 Xử lý số liệu quan trắc 10

1.3 Các yêu cầu lắp đặt thiết bị quan trắc đập đất 11

1.3.1 Các yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất 12

1.3.2 Các yêu c ầu quan trắc biến dạng và chuyển vị 12

1.3.3 Các yêu v ề quan trắc ứng suất trong đập đất 13

1.4 Tình hình lắp đặt và sử dụng hệ thống quan trắc đập đất 13

1.4.1 Nhận thức về vấn đề quan trắc trong đập đất 14

1.4.2 Về đội ngũ làm công tác quan trắc 14

1.4.3 Về chất lượng thiết bị đo 14

1.4.4 Về quản lý sử dụng thiết bị đo 15

1.4.5 Về xử lý, sử dụng số liệu đo 15

1.5 Giới hạn phạm vi trong nghiên cứu 15

1.6 Kết luận chương 1 16

TRẮC TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP ĐẤT 17

2.1 Các nội dung quan trắc trong đập đất 17

2.1.1.Quan trắc thấm 17

2.1.2 Quan trắc chuyển vị 17

2.1.3 Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập 17

2.2.Các tiêu chí đánh giá tình trạng làm việc của đập đất từ số liệu quan trắc 18

2.2.1 Quan trắc lưu lượng thấm 18

2.2.2 Sử dụng số liệu quan trắc về đường bão hòa và áp lực thấm 19

2.2.3 Các tiêu chí đánh giá về biến dạng và chuyển vị 23

2.3 Các nội dung tính toán đánh giá 25

2.3.1 Mở đầu 25

2.3.2 Tính toán thấm có sử dụng số liệu quan trắc 25

2.3.3 Tính toán ổn định với việc sử dụng với việc sử dụng số liệu quan trắc 29

2.4 Kết luận chương 2 37

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CHO ĐẬP CHÍNH CỦA HỒ THỦY ĐIỆN SÔNG HINH 38

3.1 Giới thiệu công trình thủy điện sông Hinh 38

3.2 Hệ thống quan trắc đập chính sông Hinh 40

3.2.1 Hệ thống quan trắc chuyển vị 40

3.2.2 Hệ thống quan trắc thấm 40

3.3 Đánh giá về thấm qua đập sông Hinh 42

3.3.1 Tài liệu sử dụng trong tính toán 42

3.3.2 Kiểm tra mức độ thấm dị hướng 43

3.3.3 Kiểm tra gradien thấm trong thân đập 49

3.4 Đánh giá ổn định mái đập sông Hinh 50

3.4.1 Trường hợp tính toán: 50

3.4.2 Phương pháp tính toán 50

3.4.3 Kết quả tính toán 50

3.4.4 Kết luận về ổn định mái của đập chính sông Hinh 51

3.6 Đánh giá tổng quan về an toàn đập sông Hinh 52

3.7 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu hiệu quả của thiết bị quan trắc 52

3.8 Kết luận chương 3 53

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 54

I – Kết quả đạt được của Luận văn 54

II – Một số điểm tồn tại 54

III – Hướng tiếp tục nghiên cứu 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Hình 1-1: Toàn cảnh đập Anderson Ranch 4

Hình 1-2: Đập Trinity tại Lewiston, California xây dựng năm1957 4

Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m 5

Hình 1-4: Đập chính hồ Đầm Hà Động cao 31,5m, dài 244m do Công ty Tư vấn & CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế 5

Hình 1-5: Vỡ đập thủy điện IaKrel 2 thuộc địa phận xã Ia Dom, H.Đức Cơ, Gia Lai, (bị vỡ ngày 12/6/2013) 7

Hình 1-6: Dòng chảy lớn dưới chân đập Am Chúa –Diên Khánh,Khánh Hòa 8

Hình 1-7: Mái đập Am Chúa bị sạt do hiện tượng thấm 8

Hình 1-8: Hệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kamasat ( Nhật) 10

Hình 1-9: Thiết bị đo lưu lượng tại hồ Vĩnh Sơn A 14

Hình 1-10: Thiết bị quan trắc ở đập Vĩnh Sơn B 14

Hình 1-11: Số liệu quan trắc ở đập Tân Giang được ghi thủ công 15

Hình 2-1 Sơ đồ bố trí cụm 2 thiết bị đo 18

Hình 2-2 Sơ đồ bố trí cụm 9 thiết bị đo 18

Hình 2-3: Hình dạng của hạt đất khi thấm 24

Hình 2-4: Phần tử chữ nhật 26

Hình 2-5: Phần tử tam giác 26

Hình 2-6: Tại vị trí quan trắc PĐ1 cao độ đường bão hòa thực đo thấp hơn cao độ đường bão hòa tính toán 28

Hình 2-7: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tròn 30

Hình 2-8: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp 31

Hình 2-9: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gẫy khúc 31

Hình 3-1: Vị trí địa lý của đập Sông Hinh 38

Hình 3-2: Hình ảnh tràn chính thủy điện sông Hinh 39

Hình 3-3: Hình ảnh đập tràn sự cố thủy điện sông Hinh 39

Hình 3-5: Các thiết bị quan trắc đường bão hòa thân đập của đập chính sông Hinh 41

Hình 3-6: Các thiết bị đo lưu lượng thấm của hồ sông Hinh 41

Hình 3-8: Sơ đồ tính: mặt cắt lòng sông – đập chính hồ thủy điện sông Hinh 44

Hình 3-9: Sơ đồ chia lưới phần tử 45

Hình 3-10: Sơ đồ gán điều kiện biên 46

Hình 3-11: Hình ảnh các tổ mối trên mái đập sông Hinh 51

Bảng 1-1: Các đập đất lớn trên thế giới 3

Bảng 2-1: Trị số građient cho phép [Jk]cpở khối đắp thân đập 20

Bảng 2-2: Trị số građient trung bình tới hạn [Jk]thở các bộ phận chống thấm 20

Bảng 2-3: Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [Kcp] 21

Bảng 2-4: Các trường hợp tính toán ổn định đập đất 22

Bảng 3-1: Số liệu quan trắc đường đo áp trong thân đập sông Hinh tại mặt cắt lòng sông ( hình 3-8).[4] 42

Bảng 3-2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp đập chính Sông Hinh [3] 43

Bảng 3-3: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị hướng K=1của đập chính hồ sông Hinh 47

Bảng 3-4: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị hướng K=2 của đập chính hồ sông Hinh 48

Bảng 3-5: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị hướng K=3 của đập chính hồ sông Hinh 48

Bảng 3-6: Tổng hợp kết quả gradient thấm thân đập ứng với hệ số thấm dị hướng K=1 của đập chính hồ sông Hinh 49

Bảng 3-7: Các trường hợp tính toán ổn định mái của đập chính hồ sông Hinh 50

Bảng 3-8: Kết quả tính toán ổn định mái của đập chính hồ sông Hinh 50

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

để đắp đập Do tính thấm nước và do tính dễ biến dạng của đất, nên các vấn đề về

thấm và biến dạng của đập cần phải được quan tâm trong thiết kế cũng như trong

quá trình vận hành, khai thác đập Các thiết bị quan trắc được bố trí trong đập để

cung cấp số liệu nhằm đánh giá an toàn đập trong vận hành Tuy nhiên, nước ta

trong thời gian qua do nhiều lý do khác nhau mà việc bố trí các thiết bị quan trắc ở

nhiều đập chưa được chú trọng Nhưng điều đáng lưu ý hơn là ở nhiều đập, mặc dù

đã đầu tư lắp đặt thiết bị quan trắc theo quy định chung, nhưng việc quan trắc

thường xuyên, tiến hành lưu trữ các số liệu quan trắc lại không được quan tâm đúng

mức Nhiều thiết bị quan trắc đã không được bảo dưỡng kịp thời và dần mất tác

dụng Như vậy, vấn đề lắp đặt, bảo dưỡng, khai thác hệ thống quan trắc đập đất nói

trong đập đất và ứng dụng chúng trong đánh giá an toàn đập là cấp thiết và có ý

nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

của đập đất

- Chỉ rõ hiện trạng của hệ thống quan trắc đập đất ở nước ta hiện nay

- Nghiên cứu điển hình ở một công trình cụ thể

đập đất

3 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra và thu thập số liệu thực tế

đánh giá an toàn đập

- Nghiên cứu điển hình trong công trình thực tế

4 Kết quả đạt được

- Sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập đất

đập đất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC

ĐẬP ĐẤT 1.1 Tổng quan về xây dựng đập đất

1.1.1 Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới [12]

Đập đất là loại đập sử dụng vật liệu địa phương thi công đơn giản được xây

dựng từ rất lâu Ở các nước Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước khác người

ta xây dựng đập đất từ 2500-4700 năm trước Công nguyên Đập đất đá hỗn hợp

nguyên có chiều dài 108m, cao 12m, đập Marduka cao 12m được xây dựng năm

xây dựng năm 162 trước công nguyên

Do kinh tế và khoa học ngày càng phát triển, nhu cầu dùng nước không ngừng

tăng lên nên các đập ngăn nước được xây dựng ngày càng nhiều Do nhiều ưu điểm

và lợi thế nên đập vật liệu địa phương càng được sử dụng nhiều so với các loại đập

khác như đập bê tông, đã xây…

Nhờ sử dụng được các thành quả ngày càng hoàn thiện của các ngành địa kỹ

thuật, lý thuyết thấm, nghiên cứu ứng suất và biến dạng công trình và biện pháp thi

công cơ giới nên hình thức kết cấu đập vừa hợp lý,vừa kinh tế

Hình 1-1: Toàn c ảnh đập Anderson

Ranch

Hình 1- 2: Đập Trinity tại Lewiston, California xây d ựng năm1957

Đập đất có những ưu điểm sau:

Công tác chuẩn bị trước khi xây dựng không tốn nhiều công sức như các loại đập

khác

- Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ

lý đập

1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam

Viêṭ Nam là môṭ nước có nhiều hồ chứa với khoảng 10 nghìn hồ chứa lớn nhỏ

trong đó có gần 500 hồ chứa có đâp ̣ lớn (theo Ủy hội Đập lớn Thế giới - ICOLD)

những năm 60 của thế kỷ trước để đáp ứng yêu cầu dùng nước, phòng chống lũ và

phát điêṇ Phần lớn các đập đất được xây dựng là đập đồng chất, mái thượng lưu

được bảo vệ bằng đá xếp, mái hạ lưu trồng cỏ Theo chiều cao đập có khoảng 20%

số đập là cấp ba, hơn 70% là đập cấp bốn và cấp năm, còn lại khoảng 10% là đập từ

cấp hai trở lên Các đập được xây dựng thời kỳ trước 1960 khoảng 6%, từ 1960 đến

Hình 1- 3: Đập Đa Nhim khánh thành

năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m

Hình 1- 4: Đập chính hồ Đầm Hà Động cao 31,5m, dài 244m do Công ty Tư vấn

& CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế

1.1.3 Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay

Trong những năm gần đây do tình hình biến động phức tạp của thời tiết cộng với

những thiếu sót trong công tác khảo sát thiết kế, thi công và quản lý khai thác nên

hệ thống đập đất ở Việt Nam có nhiều sự cố xảy ra như [10]:

1.1.3 1 Lũ tràn qua đỉnh đập

Nguyên nhân:

- Tính toán thuỷ văn sai

- Cửa đập tràn bị kẹt

- Lũ vượt tần suất thiết kế

- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế

1.3.1.2 Sạt mái đập ở thượng lưu

Nguyên nhân:

- Tính sai cấp bão

1.3.1.3 Thấm mạnh làm xói nền đập

Nguyên nhân:

- Đánh giá sai địa chất nền đập

1.3.1.4 Thấm và sủi nước ở vai đập

Nguyên nhân:

- Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai

1.3.1.5 Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập

Nguyên nhân:

- Vật liệu đắp không tốt

học của vật liệu đất

- Thiết kế sai dung trọng khô của đập

- Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh

1.3.1.7 Nứt dọc đập

Nguyên nhân:

- Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập

không phát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề phòng

1.3.1.8 Trượt mái thượng và hạ lưu đập

Nguyên nhân:

- Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng

- Địa chất nền xấu không xử lý triệt để

trên mái không tốt

Một số hình ảnh đâp đất bị hư hỏng như trên hình 1-5 đến 1-7

Hình 1-5: V ỡ đập thủy điện IaKrel 2 thuộc địa phận xã Ia Dom, H.Đức Cơ, Gia

Lai, (b ị vỡ ngày 12/6/2013)

Hình 1-6: Dòng ch ảy lớn dưới chân đập

Am Chúa –Diên Khánh,Khánh Hòa

Hình 1-7: Mái đập Am Chúa bị sạt do

hi ện tượng thấm

1 2 Những kiến thức về quan trắc

1.2.1 Các nội dung quan trắc

Các công trình đầu mối Thủy lợi được lắp các thiết bị quan trắc để thu thập số

liệu thực tế phục vụ cho công tác quản lý, vận hành, khai thác công trình, nghiên

cứu để làm rõ thêm hoặc chính xác hóa các vấn đề lý thuyết tính toán Dựa vào kết

quả thu thập được từ hệ thống quan trắc, sau khi xử lý có thể đưa ra khuyến cáo về

độ an toàn của công trình

Quy định nội dung thiết kế bố trí thiết bị đo phục vụ công tác quan trắc [1]

2.2.1.1 Quan trắc chuyển vị bao gồm:

sâu);

2.2.1.2 Quan trắc thấm bao gồm:

nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau

công trình xả, cống lấy nước, v.v …;

- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;

2.2.1.3 Quan trắc nhiệt độ:

Để quan trắc nhiệt độ trong công trình bê tông, cần đặt các nhiệt kế đo từ xa,

trong đó nhiệt kế điện trở được áp dụng nhiều nhất

Nhiệt kế được bố trí trong công trình ngay thi công Hệ thống dây dẫn được

nối từ nhiệt kế đến điểm tập trung

Số lượng nhiệt kế bố trí trong công trình phụ thuộc vào kích thước, hình

dạng công trình và nhiệm vụ đề ra cho công tác quan trắc Việc bố trí nhiệt

kế cần phải thông qua tính toán Nguyên tắc cơ bản là phải đủ điểm để vẽ

được biểu đồ đồng nhiệt độ, để so sánh với lý thuyết tính toán

2.2.1.4 Quan trắc ứng suất trong công trình và nền công trình:

Để quan trắc ứng suất trong công trình đất cũng như công trình bê tông, có

thể áp dụng một trong hai phương pháp: Quan trắc trực tiếp trị số ứng suất hoặc

quan trắc trị số ứng suất biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn hồi hoặc

dẻo

Khi thiết kế bố trí thiết bị đo từ xa cần chú ý kết hợp với thiết kế và bố trí hệ

thống nhiệt kế sẽ tiết kiệm dây dẫn ra điểm quan trắc

2.2.1.5 Quan trắc ứng lực cốt thép:

Để đo ứng lực trong các cốt thép chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép, sử

dụng lực kế ( Load cell) hàn trực tiếp vào cốt thép chịu lực ( không được hàn

vào đoạn cốt thép cong ) Vị trí đặt lực kế căn cứ vào biểu đồ mô men tính toán

2.2.1.6 Quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy:

Để quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy sử dụng thiết bị

cảm biến kiểu tự cảm Các thiết bị này có thể được lắp đặt ngay khi bắt đầu

đổ bê tông hoặc khi hoàn thành đổ bê tông và phải có bộ phận đặt sẵn trong

khối bê tông để đảm bảo liên kết chắc chắn giữa thiết bị đo với mặt bê tông

Trường hợp phải đặt thiết bị đo trong thời gian thi công bê tông, cần thiết kế

vỏ bọc bằng kim loại để bảo vệ thiết bị khỏi chịu va đập trong quá trình xây

dựng Trước khi đưa thiết bị đo vào vận hành phải tháo bỏ các vỏ bọc Thiết

bị đo phải lắp đặt hoàn chỉnh trước khi công trình ngập nước hoặc trước khi

xả lũ, vì vậy trong thời gian lắp đặt thiết bị cần phải đảm bảo bê tông chèn có

đủ cường độ

Trong thực tế , tùy theo loại và quy mô công trình để quy định nội dung và mức độ

quan trắc

1.2.2 Phương pháp quan trắc

1.2.2.1 Quan trắc trực quan: Số liệu được quan trắc ghi chép bằng thủ công Cách

làm này thường mất nhiều thời gian, số liệu bằng trực quan không đủ chính xác,

thiếu khách quan

1.2.2.2 Quan trắc tự động: Ở những nước phát triển hệ thống quan trắc tự động

được sử dụng cho những đập lớn Ở Việt Nam hiện nay cũng có một số công trình

sử dụng hệ thống quan trắc tự động: Hệ thống Scada ở các hồ lớn như Dầu Tiếng,

Kẻ Gỗ, Cấm Sơn Hiện nay ở một số nước phát triển sử dụng nhiều hệ thống quan

trắc tự động hiện đại, giúp con người xử lý thông tin chính xác khách quan và kịp

thời

Hình 1-8: H ệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kamasat ( Nhật)

1.2.3 Xử lý số liệu quan trắc

Công nghệ quan trắc được áp dụng cho công trình để kiểm soát sự cố có thể xảy

ra trong quá trình thi công, điều chỉnh thiết kế trong quá trình thi công, cung cấp số

liệu về ứng xử của công trình trong quá trình sử dụng và cung cấp số liệu cho mục

đích nghiên cứu Tuy nhiên, mức độ chính xác của số liệu quan trắc phụ thuộc vào

nhiều yếu tố khác nhau, cụ thể là:

đo;

thường xuyên sẽ dẫn đến hỏng hóc, mất tín hiệu chỉ báo, hoặc có tín hiệu nhưng chỉ

nước hồ , trong khi mực nước hồ đang ổn định và không có yếu tố bên ngoài làm

dâng cao đường bão hòa

cho người quan trắc đọc số liệu không chính xác, hoặc nhầm lẫn trong ghi chép, làm

cho số liệu quan trắc không phản ánh đúng thực tế khác quan

Như vậy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính chính xác và mức độ trung thực của

số liệu quan trắc Do đó cần thiết phải xử lý số liệu quan trắc, loại bỏ đi những số

đo vô lý, không phù hợp với thực tế khách quan ( như ví dụ nêu ở trên) Công tác

xử lý số liệu quan trắc phải do cấp có thẩm quyền ( Chủ đập ) quyết định để tránh

tùy tiện trong quản lý số liệu Người được cử làm công tác xử lý số liệu phải có kiến

thức về công trình, kinh nghiệm trong công tác quan trắc, và đặc biệt phải có ý thức

trách nhiệm cao đối với công việc được giao.Việc xử lý số liệu tuỳ tiện sẽ làm cho

số liệu quan trắc bị sai lệch, không phản ánh đúng thực tế khách quan, có thể dẫn

đến những quyết định sai, gây nguy hại trong xử lý đối với công trình

1.3 Các yêu cầu lắp đặt thiết bị quan trắc đập đất

phương pháp đơn giản, thiết bị dễ sử dụng, bền và đảm bảo yêu cầu về độ chính xác

và việc lắp đặt ít bị ảnh hưởng bởi quá trình thi công Công tác lắp đặt các thiết bị

đòi hỏi người lắp đặt phải có năng lực và kinh nghiệm, được đào tạo và tập huấn về

kỹ năng lắp đặt và vận hành

1.3.1 Các yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất

1.3.1.1 Nội dung quan trắc thấm [1]

- Đo áp lực thấm ở nền và các vị trí đặc biệt;

1.3.1.2 Quy định về cao trình đặt ống đo áp và tuyến đo áp [1]

Cao trình đặt ống đo áp cũng như chiều dài đoạn thu nước của ống đo áp được xác

định bằng tính toán nhưng phải thấp hơn giá trị tính toán đường bão hòa một đoạn

tối thiểu từ 1 m đến 2m

được quy định như sau:

đập, nhưng không được ít hơn 4, trong đó bố trí một ống ở mái thượng lưu trên mực

nước dâng bình thường (MNDBT); từ 1 ống đến 2 ống trên đỉnh đập nhưng phải

tại cơ hạ lưu và trước thiết bị tiêu nước nếu có

1.3.2 Các yêu c ầu quan trắc biến dạng và chuyển vị

1.3.2.1 N ội dung quan trắc chuyển vị [1]

+ Quan trắc lún công trình và bộ phận công trình;

+ Quan trắc chênh lệch lún giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn nguyên của công

trình;

+ Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn

nguyên của công trình; quan trắc độ mở rộng, thu hẹp của khe nối

1.3.2.2 Quy định về thiết bị quan trắc chuyển vị [1]:

đá thường sử dụng như: Mốc trắc đạc, Qủa lắc thuận – đảo, Thiết bị đặt nghiên (

Inlinometer), v.v

kết cấu đập; Theo chiều dọc khe nối cứ cách nhau từ 10 đến 15 m bố trí một điểm

đo

1.3.3 Các yêu v ề quan trắc ứng suất trong đập đất

Chỉ những công trình cấp II trở lên mới cần bố trí thiết bị đo ứng suất Thiết bị

đo ứng suất trong thân đập đất là các áp kế (pressure cell) cấu tạo giống như áp kế

đo áp lực đất lên công trình bê tông Các quy định về bố trí tuyến và số lượng các

thiết bị đo ứng suất [1]

1.3.3.1 Tuy ến quan trắc ứng suất được quy định như sau:

trắc ứng suất trùng với tuyến quan trắc lún

1.3.3.2 S ố lượng áp lực kế

không ít hơn 5

1.4 Tình hình lắp đặt và sử dụng hệ thống quan trắc đập đất

Lịch sử phát triển của đập đất gắn liền với lịch sử phát triển của con người

Kinh tế và Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các phương tiện máy móc hiện

đại hơn, và con người ngày càng chú trọng hơn trong vấn đề an toàn đập Hệ thống

quan trắc sẽ giúp con người sớm phát hiện các sự cố và sớm có biện pháp khắc

phục Tuy nhiên ở nước ta hiện nay vấn đề quan trắc đang còn nhiều bất cập

1.4.1 Nhận thức về vấn đề quan trắc trong đập đất

Hiện nay đang còn rất nhiều người ( trong đó có cả cán bộ kỹ thuật ) còn nhận

thức chưa đầy đủ về quan trắc, họ cho rằng đập đất có cấu tạo và vận hành đơn gian

nên không cần bố trí hệ thống quan trắc vì vậy khi có nguy cơ sự cố xảy ra thì

thống quan trắc nhưng chưa được sử dụng thường xuyên hoặc có số liệu nhưng

chưa được xử lý và sử dụng

1.4.2 Về đội ngũ làm công tác quan trắc

về quan trắc rất hạn chế Đa số là các kỹ sư thủy lợi tự học và tự tìm hiểu nên gặp

nhiều khó khăn trong việc phân tích và xử lý số liệu thu thập được, đội ngũ thợ lắp

đặt thì mới được hình thành chưa có kinh nghiệm, chưa hiểu biết tường tận về từng

loại thiết bị, điều kiện lắp đặt và bảo dưỡng chúng

1.4.3 Về chất lượng thiết bị đo

trắc nhưng các thiết bị đang còn đơn giản, chưa mang tính hiện đại và tự động hóa

Chính vì vậy ở các đập đất của ta hiện nay hệ thống quan trắc chưa hoàn thiện được

hết nhiệm vụ, chưa thể cảnh báo được hết các hiện tượng bất thường có thể xảy ra

trong đập

Hình 1-9: Thi ết bị đo lưu lượng tại hồ Vĩnh

Sơn A Hình 1-10: Thi Vĩnh Sơn B ết bị quan trắc ở đập

1.4.4 Về quản lý sử dụng thiết bị đo

Hiện nay có rất nhiều đập đất các thiết bị đo không được quản lý và bảo dưỡng

đúng cách dẫn đến hư hỏng hoặc đo sai số rất nhiều ( hình 1-9)

1.4.5 Về xử lý, lưu giữ, sử dụng số liệu đo

Số liệu đo chưa được xử lý và sử dụng kịp thời Sau khi thu thập được số liệu thì

chưa có sự phân tích đầy đủ để đánh giá chính xác mức độ làm việc của công trình

Hiện nay vẫn còn rất nhiều công trình số liệu được ghi chép thủ công mang tính

chất thô sơ nên rất khó cho công tác lưu giữ ( hình 1-11)

đất nói riêng còn có nhiều thiếu sót, bất cập, dẫn đến các nguy cơ sự cố ở đập chưa

được phát hiện kịp thời Để đảm bảo an toàn hồ đập cũng như tính mạng, tài sản của

dân cư ở khu vực hạ du đập thì công tác quan trắc và xử lý đập cần phải được quan

tâm đầy đủ hơn

Hình 1-11: S ố liệu quan trắc ở đập Tân Giang được ghi thủ công

1.5 Giới hạn phạm vi trong nghiên cứu

bố trí thiết bị quan trắc và sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá khả năng làm việc

an toàn của đập Trên cơ sở lý luận chung, Luận văn sẽ áp dụng nghiên cứu cho một

liệu quan trắc thực tế và ứng dụng để tính toán đánh giá an toàn cho đập được

nghiên cứu

1.6 Kết luận chương 1

rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam Tuy nhiên do đất là vật liệu xốp, dễ

thấm nước và dễ biến dạng nên khi làm việc đập đất chịu nhiều tác động bất lợi do

thấm và biến dạng của thân và nền đập gây ra Do đó việc bố trí các thiết bị để quan

trắc thấm và biến dạng của đập đất để từ đó đánh giá được mức độ làm việc an toàn

của công trình là rất cần thiết

Nam hiện nay còn nhiều khiếm khuyết, thiếu đồng bộ, chưa được bảo dưỡng và sử

dụng đúng quy trình; số liệu quan trắc cũng chưa được xử lý và sử dụng kịp thời

cho công tác quản lý đập

và ứng dụng cho một công trình cụ thể trong thực tế

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG TÀI LIỆU QUAN TRẮC

TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP ĐẤT

2.1 Các n ội dung quan trắc trong đập đất

Các nội dung quan trắc đập đất được thể chế hóa trong tiêu chuẩn Việt Nam:

“Công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế, bố trí thiết bị quan trắc

cụm công trình đầu mối ” – TCVN 8215:2009 [1]

2.1.1 Quan trắc thấm

chắn nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau

công trình xả, cống lấy nước, v.v ;

- Quan trắc đường bão hoà;

- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;

- Quan trắc lưu lượng thấm

2.1.2 Quan trắc chuyển vị

Nội dung quan trắc chuyển vị gồm :

- Quan trắc lún mặt, lún của từng lớp đất trong thân khối đắp và nền (lún

sâu);

- Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng, lệch;

- Quan trắc độ mở rộng hay thu hẹp của khớp nối, khe hở

Để quan trắc được chuyển vị có thể dùng thước, dùng máy để đo sự dịch

chuyển của đất thân đập

2.1.3 Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập

loại đập cấp I và cấp II trở lên Có thể áp dụng 2 phương pháp: Quan trắc trực tiếp

trị số ứng suất hoặc quan trắc trị số biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn

hồi hoặc dẻo để xác định ứng suất

- Tùy thuộc vào quy mô , hình dạng công trình và độ phức tạp của nền mà ta

bố trí số lượng các thiết bị quan trắc ứng suất

môi trường đẳng hướng và liên tục thì trong một điểm đo chúng ta chỉ cần bố trí từ

một đến hai thiết bị đo là đủ (Hình 2-1)

gian, phải bố trí một cụm gồm 9 thiết bị đo (Hình 2-2)

Hình 2-1 Sơ đồ bố trí cụm 2 thiết bị đo Hình 2-2 Sơ đồ bố trí cụm 9 thiết bị đo

toán ứng suất phẳng bố trí 5 thiết bị đo

đo cho một điểm quan trắc

2.2 Các tiêu chí đánh giá tình trạng làm việc của đập đất từ số liệu quan trắc

2.2.1 Tiêu chí đánh giá số liệu quan trắc lưu lượng thấm

nước thượng lưu ( MNTL ) tương ứng , trị số này được so sánh với lưu lượng cho

với tổng lưu lượng thấm cho phép trong 1 tháng ( Wcp ), theo điều kiện Qthấm < Qcp

hoặc Wth < Wcp ( 2-1)

Trong đó: Wcplà tổng lưu lượng thấm cho phép trong 1 tháng , thường lấy với

khi tính toán điều tiết hồ, trường hợp đơn giản nhất thường lấy Wcp = Kp.Whồ, trong

T

Nếu điều kiện ( 2-1) không thỏa mãn chứng tỏ lưu lượng thấm vượt quá mức cho

phép, cần phải áp dụng các biện pháp giảm lưu lượng thấm Các biện pháp được

đưa ra và tham khảo ý kiến từ các chuyên gia ( hoặc người có chuyên môn sâu về

lĩnh vực đó) để tìm ra giải pháp tối ưu để xử lý

2.2.2 Tiêu chí đánh giá số liệu quan trắc về đường bão hòa và áp lực thấm

2.2.2.1 Tiêu chí đánh giá về hình ảnh thấm trong đập và nền:

được chính xác hình ảnh thấm trong thân đập và nền đập ( cụ thể là vị trí của đường

bão hòa trong thân và nền đập ).Từ số liệu điều kiện biên ( mực nước thượng lưu,

mực nước hạ lưu …) và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất thân đập và nền đập, bằng

phần mềm tính toán xác định được vị trí đường bão hòa tính toán Vị trí đường bão

hòa thực đo được xác định từ số liệu quan trắc thu thập được So sánh vị trí đường

bão hòa thực đo và đường bão hòa tính toán Khi hình ảnh thấm có sự khác biệt thì

lúc đó ta thử dần các phương án để tìm ra nguyên nhân về sự khác nhau của hình

ảnh thấm ( có thể do thấm dị hướng, có thể chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất bị thay đổi,

hoặc nền đã có sự phong hóa…) Sau khi đã tìm ra nguyên nhân của sự khác nhau

về hình ảnh thấm từ thực đo và hình ảnh thấm qua tính toán ta hoàn nguyên lại hình

ảnh thấm trong thân và nền đập với trường hợp tương ứng từ đó xác định được

gradien thấm lớn nhất ở các vị trí bất lợi

Điều kiện an toàn về xói ngầm: Jmax < Jcp (2-2)

định dựa vào loại đất và cấp công trình tra theo TCVN 8216:2009 [ 2]

B ảng 2-1: Trị số građient cho phép [J k ] cp ở khối đắp thân đập

Giá trị građient cột nước cho phép trung bình đối với

tường tâm

Thân và các lăng trụ của Đập

2.2.2.2 Tiêu chí đánh giá kiểm tra ổn định mái đập trong trường hợp tương ứng

Sau khi đã hoàn nguyên hình ảnh thấm trong thân đập và nền đập ta tiến hành kiểm

tra ổn định mái đập bằng phần mềm Geoslop, từ tính toán của phần mềm ta thu đực

kết quả hệ số an toàn nhỏ nhất ứng với trường hợp đang xét

cho phép (K cp) ( Kminmin < K cp ) theo cấp công trình và theo điều kiện làm việc của

đập quy định ở Bảng 2-4

thường không được vượt quá 15 % đối với đập cấp III trở xuống, và không được

vượt quá 20 % đối với đập cấp I, II so với các trị số quy định ở Bảng 2-3;

Bảng 2-3: Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [K cp ]

Tính toán ổn định các mái đập phải bao gồm các thời kỳ làm việc khác nhau

của mái đập, thời kỳ thi công (kể cả hoàn công), thời kỳ thấm ổn định, thời kỳ mực

nước hồ rút nhanh và khi làm việc bình thường gặp động đất Nội dung các trường

hợp tính toán như Bảng 2-4

5

Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bình thời kỳ cấp nước Bộ phận tiêu nước trong đập làm việc không bình thường

hạ lưu

2.2.3 Các tiêu chí đánh giá về biến dạng và chuyển vị

Số liệu quan trắc về biến dạng và chuyển vị của đập đất chủ yếu là số liệu đo lún và

chuyển vị ngang

2.2.3.1 Số liệu đo lún ( chuyển vị đứng )

Điều kiện an toàn là cao trình đỉnh đập không được thấp hơn trị số thiết kế

Zđ ≥ Ztk (2-3)

Trong đó:

Ztklà trị số cao trình đỉnh đập theo tính toán thiết kế;

Zđ là trị số cao trình đỉnh đập thực đo, sử dụng các máy trắc địa đối chiếu với

mốc chuẩn đã bố trí ở 2 đầu đập ( nằm ngoài phạm vi đập )

tiếp diễn Vì vậy, còn cần thiết phải so sánh độ lún hiện tại với độ lún theo thời gian

kiện an toàn phải là:

Stđo < Sttính (2-4)

Trong đó:

Stđo: Trị số lún thực đo ở thời điểm t;

Sttính : Trị số lún tính toán ở thời điểm t

Với Sttính = Q S t ∞: Trong đó: Qt là độ cố kết của đất được xác định theo thí

nghiệm, S∞: Độ lún ổn định cuối cùng

2.2.3.2 Số liệu đo chuyển vị ngang

Chuyển vị ngang thường được kiểm soát bởi các mốc đo đặt ở đỉnh đập, hoặc trên

cơ hạ lưu

Khi hồ đầy nước, do tác dụng của áp lực nước thượng lưu, dựa vào mỗi điểm đo sẽ

có chuyển vị ngang tương ứng Điều kiện an toàn về chuyển vị ngang là:

∆xdo < ∆x tính (2-5)

Trong đó:

∆x do: Chuyển vị ngang đo được tại điểm đo;

∆x tính: Chuyển vị ngang tính toán tại điểm đo Hiện nay có rất nhiều phần

mềm địa kỹ thuật GEO –SLOPE

2.2.4 Tiêu chí đánh giá mức độ thấm dị hướng trong thân đập

3.2.4 1 Hiện tượng thấm dị hướng [11]

phân lớp Đất chìm lắng trong nước thường tạo nên các lớp nằm ngang Hệ số thấm

của đất sẽ đẳng hướng nếu các hạt đất tròn tuyệt đối Tính dị hướng xảy ra khi hình

dạng của các hạt không tròn nữa mà biến hình dạng dẹt, hoạc dài Hầu hết các hạt

khi lắng đọng đều nằm theo các mặt dẹt của chúng hoặc theo hướng dài nhất của

hạt, khi đó hệ số thấm theo phương ngang nhìn chung lớn hơn hệ số thấm theo

phương đứng

Hình 2-3: Hình d ạng của hạt đất khi thấm

Các yếu tố tạo nên tính dị hướng

Đối với đập đất trong quá trình thi công vật liệu được đắp theo từng lớp và đầm

chặt Dưới tác động của máy đầm, nhiệt độ phía trên của lớp đắp bị khô, nứt nẻ

hoặc vỡ vụn ra ( tạo ra lớp vật liệu mịn ) dẫn đến hình thành một lớp màng mỏng,

có hệ số thấm rất nhỏ, trong khi đó phía dưới của lớp đất đắp được đầm ít hơn, ít

chặt hơn nên hệ số thấm lớn hơn rất nhiều Điều đó dẫn đến hệ số thấm theo phương

ngang lớn hơn hệ số thấm theo phương đứng Đôi khi vì một lý do nào đó giữa các

lớp đát đắp có một lớp hệ số thấm lớn hơn cũng dẫn đến sự dị hướng Nhìn chung tỷ

Hiện tượng thấm dị hướng làm thay đổi đặc tính của dòng thấm khi Kx = Ky thì

thiết bị thoát nước làm việc bính thường, đường bão hòa nằm sâu trong thân đập

Khi Kx = 9Ky đường bão hòa dâng cao, dòng thấm chui ra ở mái hạ lưu, trong

trường hợp dòng thấm đi ra cao hơn lăng trụ thoát nước hạ lưu cần thiết phải sử

dụng thiết bị thoát nước kiểu ống khói

2.3 Các nội dung tính toán đánh giá

2.3.1 Mở đầu

Mục đích của quan trắc là thu thập các số liệu để đánh giá trạng thái làm việc

của đập xem có an toàn hay không Tuy nhiên, có những số liệu phản ánh trực tiếp

các chỉ tiêu an toàn của đập như ở các công thức (2-1), (2-2), (2-3), (2-4), (2-5),

nhưng cũng có những số liệu chưa thể trả lời ngay được mức độ an toàn, mà phải

thông qua tính toán, kết hợp với các thông số khác của đập Ví dụ số liệu quan trắc

đường bão hòa trong thân đập tự nó chưa thể trả lời được là đập có an toàn hay

không mà phải thông qua tính toán, kết hợp với các số liệu đầu vào khác thì mới

cho các chỉ tiêu để kết luận về mức độ an toàn về biến dạng thấm ( J ), về ổn định

mái đập cùng với nền (Kt)

Vì vậy phần này trình bày các nội dung tính toán về thấm và ổn định của đập đất

với việc sử dụng số liệu quan trắc

2.3.2 Tính toán thấm có sử dụng số liệu quan trắc

2.3.2.1 Tài liệu phục vụ tính toán

a) Tài liệu thu thập từ quan trắc: Nguồn tài liệu thu thập được do quan trắc như: Số

liệu quan trắc đo áp thân đập, số liệu quan trắc đo áp nền đập, số liệu quan trắc đo

áp vai đập, số liệu quan trắc lưu lượng thấm ra từ hạ lưu

b) Tài liệu về chỉ tiêu cơ lý: Bao gồm chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập, nền đập Có thể

dùng chỉ tiêu cơ lý theo tài liệu thiết kế Tuy nhiên để chính xác hơn thường dùng

số liệu hoàn công, ta tiến hành khoan để lấy mẫu thí nghiệm để có các chỉ tiêu cơ lý

cần thiết cho quá trình tính toán

2.3.2.2 Phương pháp tính toán

Tuy nhiên muốn hoàn nguyên được bài toán thấm để có được các chỉ tiêu an toàn

như gradient tại các vị trí khác nhau thì giải theo bài toán thủy lực là chưa đủ, do đó

phương pháp được chọn là phương pháp phần tử hữu hạn

Cơ sở của phương pháp phần tử hữu hạn [7]

điểm nút Với từng phần tử sử dụng hệ tọa độ địa phương như hình vẽ

{X}, {Y}: Tọa độ của các điểm nút phần tử

{ }

h=<N > H

Trong đó: {H} là cột nước thấm tại các điểm nút

Gradient thấm theo các phương x, y

{ } { }

x

y

N h

x x N h

Hiện nay có nhiều chương trình máy tính giải bài toán tính thấm theo phương pháp

phần tử hữu hạn, trong Luận văn này sử dụng chương trình máy tính SEEP/W của

hãng phần mềm địa kỹ thuật quốc tế ( GeoSlop,2004) để giải bài toán theo phương

2.3.2.4 Đánh giá về kết quả thu được

về chỉ tiêu cơ lý của các đất đắp đập và nền đập, dùng phần mềm SEEP/W cho ta

hình ảnh thấm của thân đập và nền ( cụ thể nhất là hình ảnh đường bão hòa trong

thân đập và nền ) Tiến hành so sánh cao độ đường bão hòa tại các vị trí quan trắc

với cáo độ đường bão hòa tính toán Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau

về cao độ này như ( thấm dị hướng, các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất thay đổi theo

thời gian, hoặc nền đã có sự phong hóa )

có thể do nền đập bị phong hóa nên thấm nước mạnh, ta phải thử các hệ số thấm

tương ứng để hoàn nguyên hình ảnh thấm và có biện pháp theo dõi thấm của nền

thấm dị hướng gây ra, tiến hành tính toán với các hệ số thấm dị hướng giả thiết khác

nhau để hoàn nguyên hình ảnh thấm Từ đó cho kết luận về chất lượng đắp đập tốt

hay không tốt, hoặc chất lượng của đất đắp đập có đảm bảo yêu cầu hay không

hình ảnh thấm trong thân đập và nên Đây chính là cơ sở để kiểm tra biến hình thấm

và kiểm tra ổn định mái đập

Hình 2-6: T ại vị trí quan trắc PĐ1 cao độ đường bão hòa thực đo thấp hơn cao độ

đường bão hòa tính toán

2.3.3 Tính toán ổn định với việc sử dụng số liệu quan trắc

2.3.3.1 Tài liệu phục vụ tính toán

a) Tài liệu từ tính toán thấm: Sau khi tính toán thấm bằng chương trình máy tính

SEEP/W ta có hình ảnh gần đúng về đường bão hòa trong thân và nền đập, đây là

tài liệu quan trọng để kiểm tra ổn định mái đập

b) Tài liệu về chỉ tiêu cơ lý: Bao gồm chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập, nền đập Có thể

dùng chỉ tiêu cơ lý theo tài liệu thiết kế Tuy nhiên để chính xác hơn thường dùng

số liệu hoàn công, ta tiến hành khoan để lấy mẫu thí nghiệm để có các chỉ tiêu cơ lý

cần thiết cho quá trình tính toán

2 3.3.2 Phương pháp tính toán

tính, nhưng có thể gộp chúng thành hai nhóm phương pháp chính như sau:

trước hình dạng của mặt trượt ) :

Đặc điểm của nhóm phương pháp dùng mặt trượt giả định là không căn cứ trực tiếp

vào tình hình cụ thể của tải trọng và tính chất cơ lý của đất đắp để quy định mặt

trượt cho mái dốc, mà xuất phát từ kết quả quan trắc lâu dài các mặt trượt của mái

dốc trong thực tế để đưa ra giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trượt rồi từ đó

nêu lên phưong pháp tính toán, đồng thời xem khối trượt như là một vật thể rắn ở

trạng thái cân bằng giới hạn

Nhóm lý thuyết này dựa trên giả thuyết chính cho rằng, tại mỗi điểm trong khối đắp

đất đều thoả mãn điều kiện cân bằng giới hạn Việc một điểm mất ổn định được giải

thích là do sự xuất hiện biến dạng trượt tại điểm đó Còn mái đất mất ổn định là do

sự phát triển của biến dạng trượt trong một vùng rộng lớn giới hạn của khối đất đắp

định được sử dụng rộng rãi hơn vì tính toán đơn giản và thiên về an toàn hơn

a) Các giả thiết tính toán

Để lập phương trình cân bằng giới hạn của khối đất trượt các tác giả như

K.E.Pettecxơ, W.Fellenius, Bishop, Sokolovski, K Terzaghi đều dựa vào công thức

nổi tiếng của A.C.Coulomb ( Định luật Mohr – Coulomb) để xác định ứng suất cắt:

σn- ứng suất pháp giới hạn ở trạng thái cân bằng giới hạn

ϕ- Góc ma sát trong của đất ở trạng thái giới hạn của đất

u- áp lực nước lỗ rỗng

Phương pháp cân bằng được xác định trên các giả thiết:

+ Hệ số ổn định ( hệ số an toàn ) như nhau cho tát cả các điểm trên mặt trượt

+ Trạng thái cân bằng giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt

Hình 2-7: L ực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tròn

Hình 2-8: L ực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp

Hình 2-9: L ực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gẫy khúc

Trong đó:

EL, ER – Lực pháp tuyến bên trái và bên phải của mỗi phân tố đất

XL, XR – Lực cắt bên trái và bên phải của mỗi phân tố đất

trượt

trượt

β- Chiều dài đáy mặt trượt

AL, AR – Hợp lực tác dụng của nước

Hệ số ổn định của mái dốc có thể được xác định từ điều kiện cân bằng moome hoặc

cân bằng lực hoặc điều kiện cân bằng giới hạn tổng quát

b) Phương trình cân bằng mô men

trượt phải bằng không ( xem hình 2-7, 2-8, 2-9)

∑W.x−∑S R m −∑N f +∑kW.e D.d± ±A.a=0 (2-15);