Nghiên cứu nguyên nhân trượt lở bờ sông sài gòn tại phường hiệp bình phước, thủ đức, thành phố hồ chí minh luận chứng lựa chọn và thiết kế giải pháp ổn định bờ sông

Cùng chung bối cảnh đó, ở đoạn hạ lưu sông Sài Gòn tại phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, sông chảy trên địa hình đồng bằng bằng phẳng, dòng chảy mang nhiều bùn cát, đáy sông lại phân

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BÙI THI ỆN TÀI

HÀ N ỘI – 2018

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BÙI THI ỆN TÀI

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng,

và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2018

Bùi Thi ện Tài

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 8

1.Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục tiêu của đề tài 8

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

4 Nội dung nghiên cứu 9

5 Phương pháp nghiên cứu 9

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

7 Cấu trúc luận văn 10

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11

1.2 Hiện tượng trượt lở bờ sông 12

1.2.1 Bản chất của hiện tượng 12

1.2.2 Nguyên nhân phát sinh 13

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 17

1.2.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam 32

CHƯƠNG 2 34

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐOẠN BỜ SÔNG 34

2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 34

2.2 Điều kiện địa chất công trinh đoạn bờ sông 37

2.2.1 Đặc điểm địa hình đoạn bờ 37

2.2.2 Địa tầng và tính chất xây dựng của đất nền 37

2.2.3 Đặc điểm nước dưới đất 51

CHƯƠNG 3 53

HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN TRƯỢT LỞ BỞ SÔNG 53

3.1 Hiện trạng trượt lở bờ sông Sài Gòn 53

3.2 Phân tích nguyên nhân gây mất ổn định bờ sông đoạn phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, tp Hồ Chí Minh 55

3.2.1 Đánh giá từ kết quả nghiên cứu định tính 55

3.2.1.1 Điều kiện tự nhiên 55

3.2.1.2 Điều kiện con người 58

3.2.2 Kiểm toán ổn định bờ sông 58

3.2.3 Kết luận 60

CHƯƠNG 4 61

ĐỀ XUẤT, THIẾT KẾ GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ BỜ SÔNG SÀI GÒN – PHƯỜNG HIỆP BÌNH PHƯỚC, QUẬN THỦ ĐỨC 61

4.1 Tổng quan các giải pháp phòng chống trượt lở bờ sông 61

4.1.1 Giải pháp phi công trình 61

4.1.2 Giải pháp công trình 61

4.2 Luận chứng kỹ thuật giải pháp Phòng chống trượt lở 76

4.2.1 Tình hình áp dụng các giải pháp chống trượt ở Khu vực nghiên cứu (ĐBSCL) 76

4.2.2 Kiến nghị giải pháp phòng chống 81

4.2.3 Thiết kế phòng chống trượt lở 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CPTu Thí nghiệm xuyên có tính đo áp lực nước lỗ rỗng

σpz kG/cm2 Áp lực tiền cố kết

σz kG/cm2 Ứng suất phụ thêm

σvz kG/cm2 Ứng suất bản thân

E0 kG/cm2 Môđun tổng biến dạng

∆ g/cm3 Khối lượng riêng của đất

γc g/cm3 Khối lượng thể tích khô của đất

γw g/cm3 Khối lượng thể tích tự nhiên của đất

e0 Hệ số rỗng tự nhiên

Cu kG/cm2 Lực dính kết không thoát nước

ϕu Độ Góc nội ma sát không thoát nước

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Số liệu kinh nghiệm thiết kế cho một bờ dốc mới ……… 26

Bảng 1.2 Trị số góc β1 và β2 ………30

Bảng 1.3.Trị số góc R1/H và R2/H ………31

Bảng 2.1 - Khối lượng công tác khảo sát đã thực hiện……… 38

Bảng 2.2 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp D……… 43

Bảng 2.3 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 1……… 44

Bảng 2.4 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 1b……….45

Bảng 2.5 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2a……….47

Bảng 2.6 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2b……….47

Bảng 2.7 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 3……… 48

Bảng 2.8 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 4a……….49

Bảng 2.9 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 4b……….50

Bảng 2.10 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của thấu kính TK………51

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý đất nền dùng trong tính toán………59

Bảng 4.1: Kết quả tính toán kiểm tra moment của cọc ván thép……… 61

DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH

Ảnh 1.1 Sạt lở bờ sông……….13

Hình 1.1: Sơ đồ lực tác động lên sườn dốc khi có áp lực thủy động……….16

Hình 1.2 Sơ đồ tính toán ổn định bờ dốc theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 20

Hình 1.3 Các lực tác dụng lên các lăng thể phân tố 20

Hình 1.4 Sơ đồ tính toán theo phương pháp của K.Tezaghi 22

Hình 1.5 Sơ đồ tính toán theo phương pháp áp lực trọng lượng 24

Hình 1.6 Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Fellenius 25

Hình 1.7 Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Bishop 27

Hình 1.8 Cung trượt và cung trượt nguy hiểm nhất theo Fellenius 30

Hình 1.9 Phạm vi xác định tâm trượt theo V.V.Fandev 31

Hình 2.1: Sông Sài Gòn nhìn từ trên cao……… 36

Hình 2.2: Đoạn sông Sài Gòn, phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, Tp HCM 37

Hình 2.2: Bình đồ vị trí lỗ khoan……… 38

Hình 2.3: Mặt cắt địa chất công trình 1 (LK HKVP3-04, HKVP3-05, HKVP3-06)…39 Hình 2.4: Mặt cắt ĐCCT 2 (LK HKVP3-07, HKVP3-08, HKVP3-09)………40

Hình 2.5: Mặt cắt ĐCCT 3 (LK HKĐN2-10, HKĐN2-11)……….41

Hình 2.6: Chú giải mặt cắt địa chất công trình……….….42

Ảnh 3.1: Hiện trạng bờ sông Sài Gòn, phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, tp Hồ Chí Minh……… 54

Hình 3.2: Cung trượt tại lỗ khoan HKDN2-10……….59

Hình 3.3: Cung trượt tại lỗ khoan HKVP2-08……… 59

Hình 3.4: Cung trượt tại lỗ khoan HKVP3-05……… 60

Ảnh 4.1: Trãi vải địa kỹ thuật làm tầng lọc mái kè……… 62

Hình 4.2: Một số loại thảm bêtông túi khuôn………62

Ảnh 4.3: Kết cấu thảm FS……… 63

Ảnh 4.4: Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn……… 63

Ảnh 4.5: Kè bằng GeoTube……… 64

Ảnh 4.6: Một loại túi địa kỹ thuật……….64

Ảnh 4.7: Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa……… 64

Ảnh 4.8: Thảm tấm bêtông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông Trường Giang – Trung Quốc………65

Ảnh 4.9 Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông ……….…65

Hình 4.10: Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép……….66

Ảnh 4.11: Các rồng đá túi lưới đơn……… 67

Ảnh 4.12: Thảm rồng đá túi lưới……… 67

Ảnh 4.13: Thảm đá bảo vệ bờ sông……… 67

Hình 4.14: Khối Amorloc……….67

Hình 4.15: Cấu tạo khối Hydroblock………68

Ảnh 4.16: Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống BTCT trên sông Brahmaputra – Jamuna – Băngladet……… 69

Hình 4.17: Công trình bảo vệ bờ sông Cái Phan Rang (Ninh Thuận) bằng hệ thống công trình hoàn lưu……… 69

Hình 4.18: Kè mỏ hàn chữ G ngắt quãng……… 70

Ảnh 4.19: Kè mỏ hàn bằng rọ đá 70

Ảnh 4.20: Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông……… …71

Hình 4.21: Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật……… 72

Hình 4.22: Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát triển thực vật……… 73

Ảnh 4.23: Hệ thống ô ngăn cách trong công nghệ NeowebTM……… 74

Ảnh 4.24: Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa……….… 76

Hình 4.25: Vị trí sạt lở trên đồng bằng sông Cửu Long (2018)……… 77

Hình 4.26: Kết cấu thảm cát bọc vải tổng hợp……… 78

Ảnh 4.27: Thảm bê tông tại Tp Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang ………79

Ảnh 4.28: Kè bê tông sông Maspero, TP Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng……… 79

Ảnh 4.29: Kè cọc li tâm tại Cà Mau……….80

Ảnh 4.30: Kè cọc tre tại Cà Mau……… 80

Hình 4.31: Kè mềm Soft Rock được làm từ các bao địa kỹ thuật tại Thị Trấn Ngã Sáu, Châu Thành, Hậu Giang……….…81

Hình 4.32: Hình minh họa cho giải pháp mềm……… 83

Hình 4.33: Cọc ván thép……… ….84

Hình 4.34: Hình minh họa cho giải pháp cứng……….85

MỞ ĐẦU 1.Tính c ấp thiết của đề tài

Sông Sài Gòn nằm ở vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, hiện nay hiện tượng xói

lở, bồi tụ lòng sông, sạt lở mái bờ tại đây đang tiếp tục diễn ra với quy mô ngày càng lớn và tính chất ngày càng phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến các khu dân cư, đến quy hoạch và phát triển dân sinh, kinh tế, xã hội và môi trường, đã làm chậm lại tốc độ đô thị hóa và tốc độ tăng trưởng kinh tế của khu vực

Cùng chung bối cảnh đó, ở đoạn hạ lưu sông Sài Gòn tại phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, sông chảy trên địa hình đồng bằng bằng phẳng, dòng chảy mang nhiều bùn cát, đáy sông lại phân bố đất yếu là bồi tích hiện đại (đất sét chảy, có diện phân bố rộng và bề dày lớn, nằm gần trên mặt, chịu ảnh hưởng trực tiếp của dòng chảy) ; mặt khác, đây là đoạn sông chịu ảnh hưởng nhiều của hoạt động kinh tế công trình của con người như tàu bè qua lại, xây dựng hai bên bở sông, khai thác cát, … nên đã và đang gây ra hiện tượng xói, trượt lở bờ - bồi tụ liên tục ở mức độ ngày càng nghiêm trọng hơn Trước tình hình đó, việc nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây trượt lở và tìm ra giải pháp đảm bảo ổn định bờ sông là hết sức cấp thiết

Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu nguyên nhân trượt lở bờ sông Sài Gòn tại phường

Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Luận chứng lựa chọn và thiết kế giải pháp ổn định bờ sông” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

2 M ục tiêu của đề tài

Nghiên cứu làm sáng tỏ nguyên nhân gây trượt lở bờ sông Sài Gòn, phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, tp Hồ Chí Minh; đề xuất và thiết kế giải pháp

ổn định bờ sông phù hợp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: hiện tượng trượt lở bờ sông và các giải pháp giữ ổn định bờ sông

- Phạm vi nghiên cứu : đoạn bờ sông Sài Gòn, phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh

4 N ội dung nghiên cứu

Để thực hiện được mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:

- Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu (các hiện tượng gây mất ổn định bờ sông, hiện trạng trượt lở bờ sông, nguyên nhân và các giải pháp phòng tránh …Tình hình các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam);

- Đặc điểm địa kỹ thuật bờ sông (đặc điểm địa hình, địa tầng và tính chất cơ lý của đất đặc điểm thủy văn và địa chất thủy văn các hoạt động kinh tế công trình của con người);

- Đánh giá nguyên nhân gây mất ổn định bờ sông;

- Luận chứng và lựa chọn giải pháp hợp lý đảm ảo sự ổn định bờ sông;

- Thiết kế giải pháp đảm bảo ổn định đoạn bờ sông

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu:

- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu đã có phục vụ nghiên cứu;

- Nghiên cứu hiện trường : đi thực địa quan sát, mô tả, thu thập bổ sung tài liệu địa hình, địa chất, thủy văn dòng sông,… ;

- Tính toán: sử dụng để kiểm toán ổn định bở sông, tính toán thiết kế giải pháp đảm bảo ổn định bờ;

- Sử dụng các phần mềm chuyên dụng trong tính toán

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: đóng góp làm phong phú thêm những kinh nghiệm trong nghiên cứu sự mất ổn định của bở sông vùng đồng bằng và thiết kế giải pháp đảm bảo

ổn định bờ sông

- Ý nghĩa thực tiễn: kết quả của luận văn có thể tham khảo hoặc sử dụng để thiết kế giải pháp chống sạt lở cho đoạn bờ sông nghiên cứu và các khu vực khác có điều kiện tự nhiên tương tự

7 C ấu trúc luận văn

Luận văn gồm 4 chương tổng cộng có 98 trang với 24 hình vẽ và 24 bảng

Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Đặc điểm điạ chất công trình đoạn bờ sông

Chương 3 Hiện trạng và nguyên nhân trượt lở bở sông

Chương 4 Đề xuất và thiết kế biện pháp phòng tránh trượt lở

Kết luận và kiến nghị

Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình, Trường Đại học Mỏ -

Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của NGƯT PGS TS Đỗ Minh Toàn

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn Địa chất công trình,

Phòng Sau đại học thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và tạo điều kiện

thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới NGƯT.PGS.TS Đỗ Minh Toàn, người

Thầy đã tận tâm hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây

dựng đề cương cho đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp công tác tại Công ty Cổ

phần tư vấn thiết kế xây dựng Nhật Nam đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo

điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái niệm về lòng sông và các hoạt động của dòng sông

Xói lở và làm sụp đổ bờ sông là sự thể hiện của các quá trình trong lòng sông Trong các tài liệu về Thủy văn và Địa mạo, lòng sông được quan niệm là phần thấp nhất của thung lũng do dòng sông đào nên, tại đó có nước chảy vào mùa cạn và có sự vận chuyển phần chủ yếu của các thành tạo bồi tích Vì thế, phải hiểu các quá trình trong lòng sông là những biến đổi thường xuyên về hình thái lòng sông và bãi bồi do tác động địa chất (xói mòn và tích tụ) của dòng sông gây nên [ ]1

Trên mặt bằng, lòng sông đồng bằng thường có nhiều khúc uốn; ở các sông miền núi thì ít hơn hoặc không có Độ uốn khúc của sông thường được đặc trưng bằng tỉ số chiều dài thực tế giữa hai điểm cho trước của sông với khỏang cách theo đường thẳng giữa hai điểm đó Ví dụ, độ uốn khúc của sông Volga ở các đoạn riêng biệt đạt đến 2,2, của sông Đông 2-5, của sông Amudaria – 6.0 v.v Nguyên nhân sụ uốn khúc lòng sông là sự tồn tại các bờ khó và dễ rửa trôi trên dòng chảy, cùng đặc tính tuần hoàn không ổn định của dòng sông

Trong phạm vi của một khúc uốn, các lực li tâm tạo nên sự nghiêng theo chiều ngang, kết quả là ở mặt tiết diện ướt của dòng chảy xuất hiện các đường ngang, trên mặt thì hướng từ bờ lồi sang bờ lõm, nhưng ở đây thì theo hướng ngược lại Do sự phối hợp của các dòng chảy dọc và ngang, vận động của nước mang đặc tính chảy rồi phức tạp, giống như dạng xoắn ốc và gây ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành của lòng sông Khi lao tới bờ lõm rồi chui xuống dáy, các mặt nước gây tác động rửa xói

bờ và đáy sông, mang các sản phẩm của rửa xói tới bờ đối diện, nơi có tốc độ dòng chảy bé hơn Ở đây xảy ra sự tích động vật liệu mềm rời và hình thành bãi cạn Trong thủy lực học sông ngòi, các dòng chảy bên trong như vậy được gọi là tuần hoàn ngang, sinh ra sự phân bổ không đều của tốc độ dòng chảy theo mặt cắt trôi

Như vậy, các quá trình trong lòng sông có liên quan trực tiếp với các tốc độ vận động nhất định và không đồng nhất của nước ở đây Khi xói mòn phát triển thì sự rửa xói bắt đầu từ chỗ tách rời các hạt hoặc đôi khi tách cả các tập hợp hạt khỏi bề mặt bị

ngâm nước của bờ và lòng sông, rồi dịch chuyển các hạt, các tập hợp hạt đó xuôi theo dòng nước bằng cách di động, kéo lê, lăn hoặc ở trạng thái lơ lửng Bởi vì dòng chảy

có đặc tính chảy rối, nên tốc độ của nó không đều, nó xung động trong từng thời điểm các hạt chịu áp lực tăng lên và nhanh chóng mất cân bằng Kết quả là dưới tác động của dòng chảy, chúng được mang chuyển đi dưới hình thức nhảy từng đoạn Do dòng chảy ở lòng sông trong mặt phẳng và một số hạt khí xung động thì mất trạng thái tĩnh sớm hơn các hạt khác, cho nên hình thành những gờ luồng gợn sóng ở bề mặt và sự vận động của phù sa chuyển sang trạng thái dịch chuyển từng luống Việc tăng tốc dòng chảy, ví dụ ở mùa nước lớn và mùa lũ chẳng hạn, sẽ làm tăng ồ ạt số lượng hạt bị mất trạng thái tĩnh; nhều hạt trong đó sẽ vận động nhảy quãng, bởi vì khả năng xuất hiện những tốc độ xung động cao tăng lên

Tốc độ trung bình của dòng chảy mà lúc đó các hạt bắt đầu vận động gọi là tốc

độ rửa xói Khi tiếp tục tăng tốc độ, thì bắt đầu sự dịch chuyển bằng hạt phù sa, nghĩa

là hiện tượng xói mòn bắt đầu phát triển mạnh thêm lên Nhiều quan trắc chứng tỏ: các hạt có thể chuyển sang trạng thái lơ lửng khi tốc độ chảy có những giá trị cao hơn Tốc

độ trung bình mà các hạt bắt đầu chuyển dịch như vậy quen gọi là tốc độ giới hạn Nếu tốc độ chảy thấp hơn tốc độ giới hạn, các hạt sẽ bắt đầu lắng đọng xuống đáy

Qua mô tả ở trên, ta thấy rằng, trong vận động của phù sa bồi tích, cần phải phân biệt hai pha khác nhau về bản chất: dịch chuyển theo đáy (lôi kéo, lăn, nhảy, chuyển từng luống) và dịch chuyển lơ lửng Do vậy, cần phải phân biệt tốc độ rửa xói của dòng chảy, ứng với pha ban đầu của rửa xói, với tốc độ giới hạn, ứng với lúc chuyển các hạt sang trạng thái lơ lửng

1.2 Hi ện tượng trượt lở bờ sông

1.2.1 B ản chất của hiện tượng

Sạt lở bờ sông là hiện tượng tự nhiên hết sức phức tạp, nó phụ thuộc và chịu sự tác động của nhiều yếu tố nội sinh, ngoại sinh hay các nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nhau, đó là: những đặc điểm về điều kiện địa hình, địa chất, hình thái sông trong khu vực, sự tác động của các yếu tố thủy động lực dòng chảy (vận tốc dòng nước, hướng chảy, chế độ mực nước, thủy triều,…) và những tác động khách quan

khác từ các hoạt động của con người (ảnh hưởng của việc xây dựng các công trình trên sông, ven sông, giao thông thủy, khai thác cát, khai thác đất bãi,…)

Ảnh 1.1 Sạt lở bờ sông

Sạt lở bờ sông là biến hình ngang của lòng dẫn, xảy ra do tổ hợp của quá trình xói lòng dẫn và lở bờ, trong đó xói lòng dẫn là tiền đề còn lở bờ là kết quả Xói lòng dẫn là một quá trình tương tác giữa dòng chảy và lòng dẫn mà kết quả là các hạt bùn cát bị tách ra khỏi lòng dẫn và được vận chuyển đi nơi khác Còn lở bờ là do sự mất cân bằng của các lực cơ học, mất cân bằng khối đất bờ (lực gây trượt hoặc lật lớn hơn lực chống trượt hoặc lật), kết quả dẫn đến khối đất mái bờ sông bị trượt hoặc sạt

lở từng mảng xuống sông

1.2.2 Nguyên nhân phát sinh

a Tác d ụng xâm thực và tích tụ của sông

Hoạt động bào mòn của dòng nước được gọi là xâm thực nước Chúng gây tác dụng bào mòn, xâm thực mặt đất theo 2 hướng: khoét sâu đáy và đào xói lở để mở rộng dòng lòng chảy Theo đó, người ta phân biệt 2 dạng xâm thực là xâm thực ngang

và xâm thực sâu

Sở dĩ nước chảy có thể bào mòn, xâm thực mặt đất là vì nó có động năng mà ta

có thể tính được theo công thức:

F=mv2/2 (1.1) Trong đó:

F – động năng của khối nước chảy, hay còn gọi là hoạt lực;

m – khối lượng nước chảy, liên quan đến lưu lượng;

v – tốc độ dòng chảy

Trong quá trình bào mòn mặt đất, dòng nước tạo ra vô số vật liệu phù sa Tùy theo kích thước của chúng và phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, vật liệu xâm thực có thể được vận chuyển xuôi dòng theo những hình thức khác nhau: các vật liệu rất mịn

và hòa tan thì trôi lơ lửng, vật liệu thô thì lăn trên mặt đáy hoặc nhảy cóc Nhìn chung, càng đi về phía hạ lưu, khối lượng dòng rắn càng tăng lên, đồng thời độ dốc của dòng chảy lại giảm dần, nghĩa là hoạt lực cũng giảm dần theo hướng đó Khi hoạt lực giảm đột ngột, một bộ phận phù sa, trước hết là những phần tử thô, sẽ bị dòng chảy bỏ rơi lại trên mặt đáy Đó là hiện tượng tích tụ

- Khi hoạt lực (F) của dòng đủ mạnh, sau khi đã tiêu hao cho quá trình vận tải dòng rắn và thắng các lực ma sát vẫn còn dư thừa, dòng nước sẽ bào mòn đáy dòng nhờ có số năng lượng dư thừa đó Trong trường hợp này sẽ xảy ra quá trình xâm thực

- Khi hoạt lực chỉ đủ chi phí cho quá trình đó thì sẽ không xảy ra quá trình xâm thực hoặc tích tụ và dòng nước chỉ đóng vai trò vận chuyển đơn thuần

- Khi vì những nguyên nhân nào đó mà hoạt lực của dòng nước giảm xuống đột ngột, ví dụ dòng sông tự một chỗ hẹp đột ngột đổ vào một đoạn thung lũng mở rộng, hoặc từ lòng sông vượt qua bờ tràn lên bãi bồi trong các trận mưa lũ, động năng của nó giảm đến mức tối thiểu không còn đủ khả năng vận tải toàn bộ dòng rắn và thắng ma sát thì xảy ra hiện tượng quá tải, do đó một bộ phận dòng răn (đá tảng, cuội, sỏi, cát, sét…) tách ra khỏi dòng chảy và đọng lại trên mặt đáy Đó là quá trình tích tụ

Động năng của dòng chảy, như ta đã biết, biến đổi một cách nhạy bén theo sự biến đổi của tốc độ và khối lượng nước chảy Khối lượng nước chảy phụ thuộc vào lưu

lượng Nó có thể biến thiên theo nhiều nguyên nhân, nhưng quan trọng nhất vẫn là sự thay đổi khí hậu và do hiện tượng sông cướp dòng Tốc độ dòng chảy phụ thuộc trước hết vào độ dốc trong trắc diện dọc, phụ thuộc vào bán kính thủy động và hệ số gồ ghề của mặt đáy

Tóm lại, nguyên nhân gây ra sự biến đổi động năng của dòng chảy rất đa dạng và phức tạp Tuy nhiên, trong mọi trường hợp ta đều có thể xác định được các tác nhân ấy

và do đó có thể giải thích được chế độ xâm thực và tích tụ của dòng chảy

b Quá trình t ẩm ướt đất đá

Đất đá cấu tạo bờ thuộc đất loại sét (có thành phần hạt sét chiếm ưu thế) và bị tẩm ướt bởi nước mưa, nước mặt, nước dưới đất Quá trình tẩm ướt đất đá là một trong những nguyên nhân gây trượt lở, trước hết làm tăng trọng lượng khối đất trên bờ dốc, kèm theo sự giảm độ bền của đất (lực dính kết và góc ma sát trong) Ngoài ra, quá trình tẩm ướt và phơi khô đất đá mỗi khi triều dâng và khi triều rút lặp đi lặp lại nhiều lần làm cho đất đá tan rã mạnh, kém ổn định đối với nước, bị lôi cuốn, moi chuyển ra khỏi sườn dốc, tạo thế mất ổn định của bờ,

c Tác động của áp lực thủy tĩnh

Vào các thời kỳ mùa lũ hoặc khi triều dâng, phần đất đá ngập nước nằm trong trạng thái bị đẩy nổi và trọng lượng của nó không đủ để giữ yên các khối đất đá nằm ở phía trên Đất đá ở phía trên gần như mất điểm tựa bắt đầu dịch chuyển và làm cho phần đất đá trong trạng thái bị đẩy nổi bên dưới bị trượt Ngoài ra, đất đá ở trạng thái đẩy nổi cũng làm giảm ứng suất pháp có hiệu ở tại mặt trượt đã xác định hoặc đang dự đoán, do đó sức chống cắt của đất đá giảm xuống và có thể phát sinh trượt

d Tác động của áp lực thủy động

Nước mưa, nước mặt ngấm xuống đất theo các lỗ hổng, khoảng trống có trong đất đá và tạo ra dòng thấm lưu thông trong đất đá Sự vận động thấm của nước dưới đất gây ra áp lực thủy động có ảnh hưởng đến sự biến đổi trạng thái ứng suất của đất

đá cấu tạo bờ và gây ra biến dạng thấm

Hình 1.1 : Sơ đồ lực tác động lên sườn dốc khi có áp lực thủy động

Từ sơ đồ trên cho thấy, áp lực thủy động hướng theo phương dòng thấm và có giá trị càng lớn khi độ thấm nước của đất đá càng bé Trong những thời gian biến đổi đột ngột gradien áp lực, áp lực thủy động sẽ tác động vào đất đá ở bờ và gây trượt lở

bờ

e Ho ạt động kinh tế, công trình của con người

Những hoạt động kinh tế công trình của con người bao gồm:

- Phá hủy lớp phủ thực vật tạo mặt bằng xây dựng, làm mất ổn định bờ

- Xây dựng công trình nằm sát mé bờ sông, thậm chí lấn chiếm ra phía sông làm thay đổi chế độ dòng chảy, cấu tạo địa chất không thuận lợi (đất yếu)… gây bất lợi cho

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu

1) Phương pháp đánh giá định tính dựa vào nghiên cứu điều kiện địa kỹ thuật đoạn bờ sông

Đặc điểm địa hình phạm vi xảy ra trượt lở: đặc trưng cho lớp yếu tố địa hình chi

phối quá trình trượt lở chính là độ dốc sườn Độ dốc địa hình có vai trò quyết định tới

sự hình thành và phát triển trượt lở Khi góc dốc bằng 0, như vậy sẽ không có trượt Theo quy luật chung, độ dốc có liên hệ tỉ lệ thuận với trượt lở Khi độ dốc > 600, đổ lở

là dạng phổ biến hơn cả

Đặc điểm cấu trúc địa chất đoạn bờ sông: nếu bở sông cấu tạo bởi đá thì sự trượt

lở hoặc đổ lở gia tăng khi đá bị nứt nẻ nhiều, hoặc mặt dốc trùng với mặt phân lớp của

đá Ngược lại, khi hướng dốc của đất ngược hoặc vuông góc với hướng dốc địa hình thì trượt trọng lực có xu thế giảm đi Nếu bở sông cấu tạo bởi đất yếu như đất loại sét dẻo đến chảy hoặc cát rời dễ bị xói lở thì hiện tượng trượt lở bờ dễ xảy ra

Đặc điểm khí hậu: lượng mưa là thông số rất quan trọng quyết định đến quá trình

trượt lở đất

Ở vùng núi, nước mưa ngấm xuống khối trượt làm tăng tải trọng của khối đất đá trên sườn hoặc mái dốc, làm giảm độ bền của đất đá Mặt khác, còn tạo thành dòng ngầm sinh ra áp lực thủy động và thủy tĩnh, kết quả làm lực gây trượt tăng một cách đáng kể Cường độ trượt lở đất gia tăng tỷ lệ thuận với lượng mưa, đặc biệt là với cường độ mưa trận

Với mái và bờ dốc các sông đồng bằng, khi mưa lớn, lũ sông xảy ra, tốc độ dóng chảy tăng làm tăng hoạt động xâm thực của sông, gây mất ổn định bờ sông

Đặc điểm thủy văn: thông số chỉ sự phân cắt ngang của địa hình, là thông số giúp

ta xác định được một cách gián tiếp tiềm năng xảy ra trượt lở do tác động đến sự xâm thực bở sông Sự dao động của mực nước sông, biến đổi chế độ thủy văn khu vực nhất

là có sự biến đổi khí hậu và nước biển dâng, cũng là các yếu tố ảnh hưởng đến trượt

lở bờ sông

Các ho ạt động của con người: khai thác dòng sông không hợp lý như xây dựng

trái phép, lấn đất làm thu hẹp tiết diện ngang dòng chảy, khai thác cát trái phép, tàu bè

dy chuyến trên sông, là các yếu tố thúc đẩy hiện tượng trượt lở bờ sông phát triển Phương pháp định tính cho phép đánh giá ổn định bờ dốc ở trạng thái mô tả, suy đoán, chẳng hạn, nói lên sự thành tạo trượt là không tránh khỏi, có thể xảy ra, còn nghi ngờ hoặc trái lại sự phát triển là không có cơ sở,… từ đó rút ra quy luật phát triển của

bờ sông rồi đánh giá định tính khả năng biến đổi của chúng

Đây là phương pháp rất cần thiết và quan trọng, bởi nó cho ta những nhận định ban đầu về trượt lở, trên cơ sở đó dùng các phương pháp khác để đánh giá định lượng

2) Phương pháp đánh giá định lượng – Các phương pháp tính toàn ổn định trượt

a Phương pháp bờ dốc tiêu chuẩn

Thực chất của phương pháp này dùng những số liệu thiết kế kinh nghiệm đã thống kê được ở các bờ dốc có đất đá, cấu tạo và điều kiện làm việc giống nhau để thiết kế cho một bờ dốc mới (bảng 1.1)

Việc phân loại trong bảng quá đơn giản ít thích hợp với thực tế

Bảng 1.1: Số liệu kinh nghiệm thiết kế cho một bờ dốc mới

Cát nhỏ 1.5-1.75 Á cát 1.5-2

Đất đá ở bờ dốc không bị ngập nước Đất đá ở bờ dốc bị ngập nước

b Phương pháp tính toán lý thuyết

Đây là phương pháp định lượng, chủ yếu để đánh giá ổn định bờ dốc và dự báo hiện tượng trượt Các phương pháp đó được gọi là phương pháp kiểm toán ổn định bờ dốc Hiện nay, có một số phương pháp kiểm toán được đề nghị, cơ sở của đại bộ phận của các phương pháp kiểm toán là lý thuyết cân bằng cực hạn của môi trương đồng nhất đẳng hướng Một số phương pháp được coi là có luận chứng chặt chẽ nhất về phương diện toán học ( phương pháp chuẩn), một số khác là phương pháp thực hành (gần đúng), cho phép đánh giá ổn định bờ dốc với độ chính xác thỏa mãn được những mục đích thực tiễn nên được sử dụng rộng rãi

Các phương pháp chuẩn dựa trên cơ sở lý thuyết cân bằng cực hạn của V.V Sokolovsky, X.X Goluskevich, N.A Txutovich, N.N Maslov, G.L Fixenko và của các tác giả khác, đã giải quyết được bài toán ổn định bờ dốc một cách nghiêm chỉnh và cho kết quả với độ chính xác cao Song, vì lời giải đáp quá phức tạp cho nên trong thực tiễn sản xuất ít được áp dụng và nếu có chủ yếu là kiểm tra, so sánh kết quả nhận được bởi các phương pháp gần đúng khác

Các phương pháp thực hành gần đúng dựa trên sự kiểm toán cân bằng cực hạn của các khối đất đá trên sườn dốc theo các mặt trượt đã được xác định bao gồm:

- Phương pháp mặt trượt cung tròn hình trụ ;

- Phương pháp lực nằm ngang của N.N.Maslov;

- Phương pháp G.M Sakhunhian

Bản chất của các phương pháp thực hành (gần đúng) tính toán ổn định bờ dốc không mô tả chi tiết ở đây nhưng được tóm tắt như sau: ở bờ dốc ta xét, vẽ mặt trượt

AB, nó tách ra theo bờ dốc thành “lăng thể trượt” Lăng thể trượt này được chia ra làm nhiều lăng thể phân tố (mảnh) tính toán, thường là những mặt phẳng thẳng đứng Xác định gần đúng những ứng suất pháp và ứng suất tiếp dọc theo mặt trượt theo trọng lượng đất đá của từng mảnh với giả thiết các mảnh không có liên quan gì với nhau (về mặt lực) hoặc có xét thêm những lực tác dụng tương hỗ giữa chúng ở những mặt bên của các mảnh

Hình 1.2 Sơ đồ tính toán ổn định bờ dốc theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

Lực tác dụng lên các lăng thể phân tố (Hình 1.3) bao gồm:

Hình 1.3 Các lực tác dụng lên các lăng thể phân tố

W: trọng lượng lăng thể phân tố;

Rn : phản lực từ dưới lên mặt trượt có vòng cung ab;

Hi, Hi+1, Vi, Vi+ : lực tương tác giữa các mặt tiếp xúc

Năm 1936, V Fellenius đã đưa ra một giả thiết, làm đơn giản hóa tính toán, rằng có một lực duy nhất tác dụng lên cung tròn ab là trọng lượng W và bỏ qua lực tương tác giữa các mặt tiếp xúc của các mảnh Trong trường hợp này ta có W= -Rn

Cuối cùng, lập tỷ số so sánh những lực chống trượt và những lực gây trượt, những lực này xác định bằng phương pháp lấy tổng hình học hoặc đại số (thường lấy tổng đại số) những lực của tất cả các mảnh Như vậy, trong trường hợp lấy tổng đại số các lực và bỏ qua tác dụng tương hỗ giữa các mảnh tính toán thì mức độ ổn định của

bờ dốc (hệ số ổn định) được đánh giá theo công thức:

Mct: Moment chống trượt, Mgt: moment gây trượt;

Nếu K>1: bờ dốc ở trạng thái ổn định;

Nếu K=1: bờ dốc ở trạng thái cân bằng cực hạn;

Nếu K,1: bờ dốc ở trạng thái mất ổn định

K.Terzaghi đã chia các biện pháp chống trượt lở bờ dốc thành 2 nhóm:

+ Nhóm các biện pháp để làm ngừng hay chậm việc giảm mức độ ổn định;

+ Nhóm các biện pháp làm tăng mức độ ổn định của bờ dốc

Theo các tác động của các biện pháp chống trượt bờ dốc, một số tác giả như X.K.Abramov, M.N.Goldshtein, V.M.Koxtamarov, J.Kraus và P.Tyc đã chia các biện pháp chống trượt bờ dốc thành nhóm các biện pháp bị động Các biện pháp chủ động được thực hiện nhằm làm chắc thêm bờ dốc để triệt để khai thác nó Các biện pháp bị động thường ít được xét tới vì nó gồm các biện pháp mà khi áp dụng sẽ làm giảm giá trị sử dụng của bờ dốc như không được xây dựng công trình ở phạm vi gần bờ dốc, không được để các phương tiện giao thông hoạt động trên bờ dốc

Một số tác giả như R.F.Baker và H.C.Marschal, E.P.Emeljanova, N.N.Maxlov lại phân chia các biện pháp dành riêng cho trượt, trượt dòng

Một vài nhà nghiên cứu khác đã đưa vào nhiều chỉ tiêu khác nhau để phân chia các biện pháp chống trượt lở bờ dốc như thành 5 nhóm (theo A.W.Root) hay thành 7 nhóm như T.Taniguchi (đã chia thành các biện pháp chống xói mòn, làm nhẹ bờ dốc,

thoát nước mặt, thoát nước ngầm, thu và thoát nước ngầm khỏi bờ dốc, các biện pháp

dự phòng và biện pháp làm giảm áp)

Nói chung, các biện pháp chống trượt bờ dốc đều đựa trên nguyên tắc là làm giảm các lực gây trượt và làm tăng các lực giữ ổn định bờ dốc Biện pháp nào càng làm giảm các ảnh hưởng xấu, càng khắc phục được nhiều nguyên nhân gây chuyển dịch bờ dốc, thì hiệu quả của nó đến sự ổn định bờ dốc càng cao

Dựa trên nguyên tắc thực hiện và nguyên lý tác dụng thì các phương pháp chống trượt bờ dốc có thể chia làm các nhóm như sau: sửa mặt bờ dốc, thoát nước cho bờ dốc, giữ bờ dốc không bị phong hóa, làm chắc đất đá, làm các công trình chống trượt

và các biện pháp đặc biệt cụ thể,…

1.2.2 Một số phương pháp tính toán ổn định trượt đang được áp dụng

a Phương pháp của K Tezaghi

Bằng cách chia khối đất trượt thành những khối đất thẳng đứng, K Tezaghi phân tích lực tác dụng đối với mỗi cột đất thành 4 lực cơ bản: dg, dcgh, E1, E2 với sơ đồ tính toán như hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ tính toán theo phương pháp của K.Tezaghi

Tezaghi giả thiết rằng: các lực E1 và E2 có phương tiếp tuyến với điểm M trung tâm đáy cung trượt của cột đất đang xét Như vậy, với một khối đất bất kỳ cả 4 lực dg,

dcgh, E1, E2 đều đi qua điểm M Từ sự phân tích như vậy ta xác định được:

gh

dN dg

(1.3) Cuối cùng phương trình cân bằng giới hạn có thể viết dưới dạng:

- ci, φi: lực sính đơn vị, góc ma sát trong của mảnh thứ I;

- Δli: Chiều dài cung trượt thuộc mảnh thứ i

b Phương pháp áp lực trọng lượng của R.R.Tsugaev

Sau khi phân tích phương pháp tính toán theo cân bằng giới hạn của Cơrây và Tezaghi, Tsugaev đã tính toán với nhiều mái dốc khác nhau và rút ra hai kết luận:

- Với những mái dốc tương đối thoải: m>2-2,5, mặt trượt thường nằm ăn sâu xuống nền Lúc đó hệ số β có thể lấy bằng 1 Mái dốc của các đê, đập đất trong thủy lợi thường là thoải hơn nên có thể lấy β = 1 để tính toán Lúc đó, phương trình cân bằng giới hạn của mái dốc tương đối thoải có dạng:

Hình 1.5 Sơ đồ tính toán theo phương pháp áp lực trọng lượng

- Với những mái dốc m<2-2,5, mặt trượt thường không ăn sâu xuống nền và có dạng gần giống mặt phẳng

Trị số β có thể tính bằng: β=1 Lúc đó phương trình cân bằng giới hạn có dạng gần giống với phương trình của Tezaghi Để đơn giản, khi tính toán có thể lấy β= cosψ=const Trong đó ψ là góc hợp bởi dây cung AC và phương ngang (hình 1.5) Phương trình cân bằng giới hạn trong trường hợp này có dạng:

.1, 05.cos gh . gh.

Trong đó:

- 1,05: hệ số điều chỉnh do lấy góc ψ thay cho góc α của Tezaghi

Công thức tính hệ số ổn định mái dốc được đưa ra như sau:

- Xn: khoảng cách từ trục Oy đến trung tâm đáy mảnh i đang xét;

- dsn: chiều dài cung trượt thuộc mảnh thứ i đang xét;

- Zn=Ʃγi.hi: Với γi : khối lượng thể tích các lớp đất có chiều cao tương ứng hi tại mảnh thứ i đang xét;

- φi, ci : góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất tại mảnh thứ i đang xét

c Phương pháp của W.Fellenius:

Cũng bằng cách chia khối đất thành những cột thẳng đứng như K.Tezaghi: xét một mảnh i bất kì (hình1.6), các lực tác dụng lên phân tố này gồm: trọng lượng mảnh

gi , tổng các lực tiếp tuyến Ti , tổng các lực pháp tuyến Ni và tổng các lực thủy động

Ui trên phương tiếp tuyến với đáy mảnh, tổng các lực tương tác giữa mảnh i với mảnh i-1 và mảnh i+1 là Ei-1 và Ei+1 Fellenius đề nghị chấp nhận là: “Tổng hình chiếu tất cả các lực tương tác giữa các mảnh thứ i với các mảnh i-1 và i+1 trên phương pháp tuyến bằng 0”, do đó lực pháp tuyến Ni chỉ do trọng lượng gi gây ra Vì vậy, phương trình cân bằng giới hạn trong trường hợp này trùng với công thức (1.5) của Tezaghi

Hình 1.6 Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Fellenius

Hệ số ổn định của mái dốc trong trường hợp không có tải trọng ngoài xác định theo qui ước như sau:

(1.9)

Từ điều kiện hình chiếu lực tương tác của giữa các mảnh lên phương pháp tuyến bằng 0, do đó hình chiếu của tất cả các mảnh tác dụng lên mảnh thứ i theo phương pháp tuyến là:

Mô men sức chống trượt giới hạn

K= Mô men sức chống giữ giới hạn

Mô men gây trượt do trọng lượng bản thân

1 1

- c, φ: lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất;

- αi: góc hợp bởi đường nối từ điểm giữa đáy cung trượt của mảnh thứ i với tâm

- γ: khối lượng thể tích của đất

Nếu mái dốc được cấu tạo bởi nhiều lớp đất có tính chất khác nhau, thì công thức tính hệ số ổn định mái dốc sẽ là:

- ci, φi: lực dính đơn vị và góc ma sát trong của lớp đất mà đáy cung trượt đi qua;

- γi: khối lượng thể tích tự nhiên trung bình của lớp đất mảnh thứ i

i

Z h

d Phương pháp phân mảnh của W Bishop

Phương pháp của Bishop cũng dựa trên cơ sở chia khối đất trượt ra thành những khối đất thẳng đứng, phân tích lực tác dụng với mỗi cột đất gồm có những lực cơ bản: trọng lượng mảnh gi, tổng các lực tiếp tuyến Ti, Tổng các lực pháp tuyến Ni, và tổng các lực thủy động ui trên phương pháp tuyến với đáy mảnh thứ i lực tương tác giữa

mảnh thứ i với mảnh i-1 và i+1 là Ei-1 và Ei+1 như hình 1.7

Hình 1.7 Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Bishop

Bishop giả thiết tổng hợp lực bằng 0 (vì cân bằng) theo phương nằm ngang Do

đó để tìm được dNgh t phải chiếu các lực lên phương thẳng đứng, lúc đó tổng các lực tương tác giữa các mảnh (với mảnh i-1, i+1) trên phương thẳng đứng sẽ bằng 0 và lực pháp tuyến dNgh cũng chỉ do gi gây ra Từ phân tích trên, hệ số β trong trường hợp này

là β=cosα và phương trình cân bằng giới hạn trong trường hợp này trùng với công thức của K.Tezaghi

Theo điều kiện hình chiếu, tất cả các lực tác dụng lên mảnh i trên trục thẳng đứng bằng không, ta có:

(Ni+Ui).cosαi – gi + Ti.sinαi = 0 (1.17) Trong đó:

tg tg K

=

(1.18) Tương tự, lấy mô men của các lực chống trượt và các lực gây trượt với tâm 0 ta

có công thức tính hệ số ổn định là:

1

tg tg M

K

ϕ α

- φi, ci: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của lớp đất mà đáy cung trượt đi qua;

- ΔXi, hi: bề rộng mảnh thứ i và chiều cao trung bình của mảnh thứ I;

- ui, γi: áp lực nước lỗ rỗng và khối lượng thể tích trung bình của đất tại mảnh thứ i

Rõ ràng, ở phương pháp này, hệ số ổn định K có mặt ở cả hai công thức (1.18) và (1.19) nên phải dùng phương pháp thử dần để có trị số đúng K Nghĩa là, trước hết phải giả thiết hệ số ổn định K=1 ở vế phải, sau đó thay vào các biểu thức (1.18) và (1.19), tính lặp nhiều lần cho đến khi trị số giả thiết và trị số tính xấp xỉ bằng nhau

Do đó, vấn đề đặt ra là phải tìm ra một cung trượt (hay tâm trượt nào) nguy hiểm nhất, nghĩa là cung trượt có hệ số ổn định nhỏ nhất (Kmin), để từ đó có thể đánh giá được độ ổn định của mái dốc:

- Kmin<1: mái dốc mất ổn định;

- Kmin=1: mái dốc ở trạng thái cân bằng giới hạn;

- Kmin>1: mái dốc ổn định

Tùy theo tầm quan trọng và tình hình chịu tải khác nhau của mái dốc, đồng thời

để nhằm đảm bảo an toàn cho mái dốc, hệ số ổn định nhỏ nhất này phải lớn hơn hệ số

ổn định cho phép [Kat] nêu trong qui phạm Do tâm trượt nguy hiểm nhất phụ thuộc vào biến số là lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất, hai biến này được liên hệ với nhau bởi một phương trình, cho nên giải bài toán này chỉ có thể tiến hành bằng phương pháp thử dần

Để giảm nhẹ khối lượng tính toán, năm 1927 Fellenius dựa vào các công trình nghiên cứu tính toán của mình đã đưa ra cách xác định mặt trượt nguy hiểm như sau: Trước hết, ông tìm tâm của cung trượt nguy hiểm nhất với giả thiết đất chỉ có lực dính kết (φ=0,c#0) bằng cách xác định điểm giao nhau giữa hai đường thẳng kẻ từ mép dưới và trên (A và B) của mái dốc hợp với mặt mái dốc và mặt phẳng nằm ngang đỉnh dốc dưới góc β1 và β2 (hình 1.8) Trị số của các góc β1 và β2 phụ thuộc vào kích thước mái dốc và lấy theo bảng 1 và cung trượt nguy hiểm nhất đi qua chân mái dốc

Hình 1.8 Cung trượt và cung trượt nguy hiểm nhất theo Fellenius

Bảng 1.2 Trị số góc β1 và β2

Nếu xét đến cả lực ma sát và lực ma sát trong của đất thì tâm cung trượt nguy hiểm sẽ chuyển dịch lên phía trên hay xuống phía dưới đường OM theo một đường cong rất thoải, có thể xem như một đường thẳng Vị trí của điểm M được xác định là

từ phía dưới chân mái dốc lấy một đoạn bằng chiều cao mái dốc H, và kéo dài theo phương nằm ngang ( về phía mái dốc) lấy một đoạn bằng 4,5H được điểm M Nối O với M được đường thẳng OM và kéo dài thêm ra một đoạn Giả thiết một số tâm trượt

O1, O2, O3, O4 … nằm trên đoạn kéo dài và vẽ những tâm trượt tương ứng đi qua A, đồng thời xác định những hệ số tương ứng K1, K2, K3, K4 … Dựa vào biểu đồ và những hệ số ổn định này (hình 12-b) có thể xác định được hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin

, ứng với tâm trượt nguy hiểm nhất trên đường kéo dài (tâm Omin) Vẽ đường PQ vuông góc với đường kéo dài từ đường thẳng OM đi qua tâm Omin và chọn các tâm trượt O1’, O2’, O3’, O4’ … trên đường PQ và vẽ các cung trượt của những tâm O’

này và cũng đi qua A Đồng thời xác định các hệ số ổn định K1’, K2’, K3’, K4’…

Từ biểu đồ hệ số ổn định này có thể xác định hệ số ổn định nhỏ nhát Kmin

Theo nghiên cứu của V.V.Fandev thì tâm trượt nguy hiểm nhất của mái dốc thường giới hạn trong một cung hình quạt được tạo bởi hai đường thẳng đi qua trung điểm của mái dốc Một đường thẳng đứng và một đường làm với đoạn dưới của mái dốc góc 850 (hình 1.12) Cung của hình quạt này có bán kính R1 và cung ngoài có bán kính R2 Trị số R1 và R2 được xác định theo bảng 1.3

Bảng 1.3.Trị số góc R1/H và R2/H

Theo bảng 1.3- H là chiều cao của mái dốc Theo phương pháp này, sau khi xác định được vùng tâm trượt nguy hiểm nhất abcd (hình 1.9), có thể giả thiết nhiều tâm trượt trong đó, mỗi tâm trượt xác định được một bội số của hệ số ổn định K tương ứng, cuối cùng sẽ được những đường đồng mức của K (có cùng trị số) Sau đó chọn một tâm trượt trong phạm vi đường đồng mức K có trị số nhỏ nhất để xác định Kmin rồi xét

sự ổn định của mái dốc

Hình 1.9 Phạm vi xác định tâm trượt theo V.V.Fandev

Thực tế tính toán đã cho thấy rằng, trường hợp nền đất đồng nhất, không có tải trọng tác dụng và không có dòng thấm thì vị trí mặt trượt thường đi qua chân mái dốc Còn những trường hợp khác mặt trượt có thể ăn vào phía trong hoặc đi ra phía ngoài của mái dốc Do đó khí kiểm tra độ ổn định của mái dốc cần phải giả định thêm các mặt trượt có điểm diễn ra trên mái dốc và nằm ngoài chân mái dốc

R1/H 0,75 0,75 1,00 1,50 2,20 3,00

R2/H 1,50 1,75 2,30 3,75 4,80 5,50

Khi xác định được hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin tương ứng với tâm trượt nguy hiểm nhất, như vậy bài toán đã được giải quyết xong So sánh hệ số Kmin với hệ số ổn định cho phép để đánh giá mức độ ổn định của mái dốc đang xét

1.2.4 Tình hình nghiên c ứu trên thế giới và Việt Nam

- Một trong những khối dạng Hydroblock đang ứng dụng phổ biển ở Hà Lan

- Công trình sử dụng các cọc ống bê tông để tạo thành thân mỏ Loại công trình này đã được ứng dụng ở Trung Quốc và Băngladet

- Kè mỏ hàn chữ G ngắt quãng (Island groyne) là một kết quả nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học Hà Lan và đã giành được giải thưởng Thiết kế cạnh tranh ở

Hà Lan năm 2006

- Các công ty lớn chuyên cung cấp các sản phẩm và giải pháp công nghệ từ thực vật để bảo vệ bờ sông chống lũ như Công ty EnviroForm, tổ chức JPR Environmental của Anh

- Công nghệ đổ bêtông dưới nước được sử dụng tại Đức

* Ở Việt Nam

- Tiến sỹ Trịnh Công Vấn – TP Hồ CHí Minh đã nghiên cứu ứng dụng loại kết cấu thảm chống xói lỡ một đoạn bờ sông Sài Gòn – chân cầu Bình Phước và cho kết quả khá tốt

- TS Nguyễn Hồng Bỉnh, phó chủ tịch Hội Khoa học kỹ thuật xây dựng TP.HCM

sử dụng Bêtông Miclayo được chế tạo từ đá đủ loại (đá bụi, đá mi, sành sứ và gạch bể ), đất cát đủ loại (thô hoặc mịn), nước đủ loại (nước phèn, nước lợ và thậm chí cả nước biển) kết hợp chất phụ gia CSSB được thử nghiệm ở khu sinh thái biển Hòn Ngọc Phương Nam – Cần Giờ - TP Hồ Chí Minh

- Công ty TNHH Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác đã cho ra đời thảm bê tông

tự chèn đan lưới đã được ứng dụng thành công tại An Giang và một số công trình ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

- Trong khuôn khổ dự án Phát triển đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2 năm 2006

đã mạnh dạn thử nghiệm cải tiến rồng thép từ lõi đá hộc chuyển sang lõi bằng vật liệu

có tầng lọc bằng vải lọc, cát, đá dăm và đá hộc ở kè Ngăm Mạc – Thái Bình

- Công trình nghiên cứu của GS Lương Phương Hậu và PGS Lê Ngọc Bích cùng các cộng sự, lần đầu tiên nghiên cứu và được xây dựng ứng dụng kè đâỏ chiều hoàng lưu để bảo vệ bờ sông Dinh phía thị xã Phan Rang (tỉnh Ninh Thuận)

- Công ty TNHH Địa Trung Hải PRS – Israel Hệ thống ô ngăn hình mạng

NeowebTM là mạng lưới các ô ngăn hình mạng dạng tổ ong được đục lỗ và tạo nhám

- Công nghệ gia cố chân bờ sông bằng công nghệ cọc xi măng đất đã được ứng dụng trong công trình kè bảo vệ bờ cho nhà máy đóng tàu AKER YARD – hạ lưu sông Dinh – thành phố Vũng Tàu cho kết quả tốt

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐOẠN BỜ SÔNG

2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

Đoạn bờ sông nghiên cứu thuộc phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh, có đặc điểm điều kiện tự nhiên tương tự như ờ khu vực thành phố

Hồ Chí Minh

* Khí h ậu

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Cũng như các tỉnh ở Nam bộ, đặc điểm chung là nhiệt độ cao đều trong năm, có hai mùa là mưa - khô rõ ràng làm tác động chi phối môi trường cảnh quan sâu sắc Mùa mưa, từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Theo tài liệu quan trắc nhiều năm của Trạm Tân Sơn Nhất:

- Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 kcal/cm2/năm Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ Nhiệt độ không khí trung bình 270C Nhiệt độ cao tuyệt đối

400C, nhiệt độ thấp tuyệt đối 13,80C Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (28,80C), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và tháng 1 (25,70C) Hàng năm, có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 25-280C Ðiều kiện nhiệt độ và ánh sáng thuận lợi cho sự phát triển các chủng loại cây trồng và vật nuôi đạt năng suất sinh học cao; đồng thời đẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa trong các chất thải, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường đô thị

- Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và năm thấp nhất 1.392 mm (1958) Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày Khoảng 90% lượng mưa hàng năm tập trung vào các tháng mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 11); trong đó hai tháng 6 và 9 thường có lượng mưa cao nhất Các tháng 1,2,3 mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể Lượng mưa phân bố không đều, có khuynh hướng tăng dần theo trục Tây Nam - Ðông Bắc Ðại bộ phận các quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các quận huyện phía Nam và Tây Nam

- Ðộ ẩm tương đối của không khí bình quân/năm 79,5%; bình quân mùa mưa 80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%; bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối xuống tới 20%

- Về gió, Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc Gió Tây -Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào trong mùa mưa, khoảng từ tháng 6 đến tháng 10, tốc độ trung bình 3,6m/s và gió thổi mạnh nhất vào tháng 8, tốc độ trung bình 4,5 m/s Gió Bắc- Ðông Bắc từ biển Đông thổi vào trong mùa khô, khoảng từ tháng 11 đến tháng 2, tốc độ trung bình 2,4 m/s Ngoài ra, còn có gió tín phong, hướng Nam - Ðông Nam, khoảng

từ tháng 3 đến tháng 5, tốc độ trung bình 3,7 m/s Về cơ bản, TPHCM thuộc vùng không có gió bão Năm 1997, do biến động bởi hiện tượng El-Nino gây nên cơn bão số

5, chỉ một phần huyện Cần Giờ bị ảnh hưởng ở mức độ nhẹ

* Đặc điểm về thủy văn

Về nguồn nước, nằm ở vùng hạ lưu hệ thống sông Ðồng Nai - Sài Gòn, thành phố Hồ Chí minh có mạng lưới sông ngòi kênh rạch rất phát triển

Sông Ðồng Nai bắt nguồn từ cao nguyên Langbiang (Ðà Lạt) và hợp lưu bởi nhiều sông khác, như sông La Ngà, sông Bé, nên có lưu vực lớn, khoảng 45.000 km2

Nó có lưu lượng bình quân 20-500 m3/s và lưu lượng cao nhất trong mùa lũ lên tới 10.000 m3/s, hàng năm cung cấp 15 tỷ m3 nước và là nguồn nước ngọt chính của thành phố Hồ Chí Minh Sông Sài Gòn bắt nguồn từ vùng Hớn Quản, chảy qua Thủ Dầu Một đến thành phố với chiều dài 200 km và chảy dọc trên địa phận thành phố dài 80 km

Hệ thống các chi lưu của sông Sài Gòn rất nhiều và có lưu lượng trung bình vào khoảng 54 m3

/s

Ảnh 2.1: Sông Sài Gòn nhìn từ trên cao

Bề rộng của sông Sài Gòn tại Thành phố thay đổi từ 225m đến 370m và độ sâu tới 20m Sông Ðồng Nai nối thông qua sông Sài Gòn ở phần nội thành mở rộng, bởi hệ thống kênh Rạch Chiếc Sông Nhà Bè hình thành từ chỗ hợp lưu của sông Ðồng Nai

và sông Sài Gòn, các trung tâm thành phố khoảng 5km về phía Ðông Nam Nó chảy ra biển Ðông bằng hai ngả chính -ngả Soài Rạp dài 59km, bề rộng trung bình 2km, lòng sông cạn, tốc độ dòng chảy chậm; ngả Lòng Tàu đổ ra vịnh Gành Rái, dài 56km, bề rộng trung bình 0,5km, lòng sông sâu, là đường thủy chính cho tàu bè ra vào bến cảng Sài Gòn

Sông Sài Gòn đoạn qua phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng dao động triều bán nhật của biển Ðông Mỗi ngày, nước lên xuống hai lần Mực nước triều bình quân cao nhất là 1,10m Tháng có mực nước cao nhất là tháng 10-11, thấp nhất là các tháng 6-7 Về mùa khô, lưu lượng của nguồn các sông nhỏ, độ mặn 4% có thể xâm nhập trên sông Sài Gòn đến quá Lái Thiêu, có năm đến đến tận Thủ Dầu Một và trên sông Ðồng Nai đến Long Ðại Mùa mưa lưu lượng của nguồn lớn, nên mặn bị đẩy lùi ra xa hơn và độ mặn bị pha loãng đi nhiều

Từ khi có các công trình thủy điện Trị An và thủy lợi Dầu Tiếng ở thượng nguồn, chế độ chảy tự nhiên chuyển sang chế độ chảy điều tiết qua tua bin, đập tràn và cống đóng-xả, nên môi trường vùng hạ du từ Bắc Nhà Bè trở nên chịu ảnh hưởng của nguồn, nói chung đã được cải thiện theo chiều hướng ngọt hóa Dòng chảy vào mùa

kiệt tăng lên, đặc biệt trong các tháng từ tháng 2 đến tháng 5 tăng 3-6 lần so với tự nhiên

2.2 Điều kiện địa chất công trình đoạn bờ sông

2.2.1 Đặc điểm địa hình đoạn bờ

- Đoạn bờ có chiều dài 3.2km, ngay đoạn uốn cong của sông, cao độ bề mặt 1.80m đến 1.90m, độ nghiêng dốc của bờ sông từ 15-30o, toàn bộ khu đã được san lấp bằng cát và đang trong quá trình xây dựng khu đô thị Vạn Phúc

- Đặc điểm dòng chảy: bề rộng lòng sông từ 210m đến 250m, mức độ uốn khúc

210O đến 240O Mực nước sông theo mùa cao nhất 1.21m, thấp nhất -2.33m (năm 2018)

Ảnh 2.2: Đoạn sông Sài Gòn, phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, Tp HCM

2.2.2 Địa tầng và tính chất xây dựng của đất nền

Để làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất khu nghiên cứu, công tác khảo sát ĐCCT đã thực hiện được trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 - Khối lượng công tác khảo sát đã thực hiện

1 Lập mốc tọa độ, cao độ GPS quốc gia Mốc 8.0

2 Khoan trên cạn độ sâu lỗ khoan 35m m 280.0

6 Thí nghiệm nén cố kết Cv (2mẫu/lỗ khoan) mẫu 16

Vị trí các hố khoan được trình bảy ở hình 2.1

Hình 2.2: Bình đồ vị trí lỗ khoan