Bài giảng Địa chất công trình: Chương 2.2 - Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn

Bài giảng Địa chất công trình: Chương 2.2 Trượt lở mái dốc cung cấp cho người học những kiến thức như: Định nghĩa và các khái niệm; Các nguyên nhân gây trượt lở; Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở; Phân loại trượt lở mái dốc; Các giải pháp phòng chống. Mời các bạn cùng tham khảo!

Giảng viên: Dr.-Ing Nguyễn Quang Tuấn

Trường Đại học Thủy lợi

Bộ môn Địa kỹ thuật

BÀI 2 TRƯỢT LỞ MÁI DỐC

Nội dung:

1 Định nghĩa và các khái niệm

2 Các nguyên nhân gây trượt lở

3 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở

4 Phân loại trượt lở mái dốc

5 Các giải pháp phòng chống

1 Định nghĩa và các khái niệm

Trượt lở đất là sự dịch chuyển của đất đá ở trên

các sườn dốc xuống chân dốc do tác dụng trực tiếp của trọng lực

Trượt lở có thể xảy ra ở mái dốc tự nhiên và nhân tạo, với tốc độ dịch chuyển và quy mô khác nhau:

• Tốc độ dịch chuyển có thể từ vài milimet/ngày tới hàng chục mét/giờ

• Quy mô nhỏ khối trượt lở có thể chỉ vài m3 quy

mô lớn khối trượt đến hàng triệu m3 đất đá

Trượt lở đất thường do nhiều nguyên nhân khác nhau Trợt đất xảy ra khi cân bằng giữa các yếu

tố gây trượt và chống trượt, khi lực gây trượt vượt quá lực chống trượt

Mặt cắt dọc khu trượt dạng cung tròn điển hình

và các yếu tố của của trượt mái dốc

Một số khái niệm liên

quan tới trượt đất:

 Khối đất trượt; nền trượt

 Mặt trượt, vách trượt

 Khe nứt đổ rời

 Đỉnh trượt, chân trượt

 Sống đất trượt

2 Các nguyên nhân gây trượt lở

Ngoài nguyên nhân chính là trọng lực, trượt lở đất thường phát sinh và phát triển do nhiều nguyên nhân khác nhau:

• Do áp lực nước trong đất đá ở bên trong sườn dốc (cả áp lực nước tĩnh và áp lực thủy động do dòng thấm trong đất đá)

• Do mưa, làm nước ngầm trong đất đá dâng cao, vừa làm

tăng trọng lượng bản thân đất đá trên sườn dốcDo đất đá bị giảm độ bền bởi quá trình phong hoặc do nước ngầm, nước mưa làm đất đá bị tẩm ướt

• Do sườn dốc tự nhiên bị cắt xén, làm mất cân bằng mái dốc:

– Nước chảy xói chân dốc

– Con người đào cắt chân dốc

• Do chất tải trên mái dốc:

– Do xây dựng hoặc đổ thải trên mái dốc

• Do ảnh hưởng của chấn động bởi động đất, hoạt động nổ

mìn

Mưa lớn

Ảnh hưởng của nước dưới đất bên trong mái dốc

Do đào cắt xén chân dốc

Nguyên nhân gây trượt

Do xói mòn chân dốc

Nguyên nhân gây trượt

Mái dốc

do đào cắt Mái dốc

tự nhiên Bờ dốc

đắp

Động đất

Do cấu trúc địa chất bất lợi

Do thế nằm đất đá bất lợi

Động đất

21

Núi lửa

3 Các yếu tố ảnh hưởng trượt lở

• Điều kiện địa hình, địa mạo: độ nghiêng sườn dốc ảnh hưởng đến

khả năng trượt lở, độ dốc càng lớn thì khả năng trượt lở đất càng cao

• Điều kiện cấu trúc địa chất: tính chất của đất đá ở sườn dốc quyết

định khả năng chống trượt Thế nằm các lớp đất đá, mức độ nứt nẻ của

đá có thể gây ra khả năng trượt theo các mặt yếu

• Điều kiện khí hậu: lượng mưa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất khả

năng trượt Do khí hậu ảnh hưởng tới quá trình phong hóa, lượng mưa lớn làm tăng trọng lượng của đất đá đồng thời làm suy giảm độ bền của đất đá

• Thực vật trên sườn dốc cũng có vai trò bảo vệ sườn dốc Thảm thực

vật có thể làm giảm nước mưa ngấm vào mái dốc, rễ cây có thể góp phần gia cố mái dốc…

• Các hoạt động của con người: thường là yếu tố thúc đẩy hiện tượng

trượt mái dốc, ví dụ như việc đào cắt mái dốc, xây dựng công trình trên sườn dốc hoặc đỉnh dốc…

4 Phân loại trượt lở mái dốc

1 Đá rơi

2 Đá đổ

3 Trượt nêm (đá sụt)

4 Trượt phẳng (trượt đá, trượt đất trên nền đá)

5 Trượt xoay (thường xảy ra ở mái dốc đất và

đá phong hóa nứt nẻ mạnh)

6 Trượt chảy (đất)

7 Trượt hỗn hợp

Phân loại trượt – các dạng trượt lở

Từ trái qua phải, từ trên xuống dưới: Trượt phẳng, trượt hình

nêm, trượt xoay đơn, trượt xoay nhiều bậc, đá rơi, đá đổ,

trượt khối, trượt chảy

Trượt phẳng Trượt nêm Trượt cung tròn

Trượt cung tròn nhiều bậc

Đá lở Đá đổ Trượt khối Trượt chảy

Đá rơi

Đá lăn

Đá lăn

Debris fall

Typical rockfall deposits: talus slopes

Đá đổ

Trượt phẳng

Trượt mặt cong Trượt theo mặt cong thường xảy ra trong mái dốc đất hoặc đá nứt nẻ mạnh

Trượt trong đá

Trượt phẳng Trượt dạng nêm Trượt mặt cong Đá đổ

Dạng trượt đá phụ thuộc vào hệ thống các khe nứt trong khối đá

5 Các giải pháp phòng chống trượt đất

• Các giải pháp phòng

– Tránh xây dựng ở vùng nguy hiểm

– Hạn chế đào cắt chân dốc, hạn chế xây dựng công trình hay chất tải lên trên sườn dốc

– Thoát nước mặt, tiêu nước ngầm

– Bảo vệ lớp thực vật để chống xói mòn, phong hóa

• Các biện pháp chống trượt

– Cải tạo mái dốc

– Làm tường chắn, khung chắn, bệ phản áp

– Gia cố bằng cọc neo, lưới/vải địa kỹ thuật

– Tăng độ bền đất đá mái dốc bằng giải pháp xi măng hóa

Các giải pháp phòng ngừa

• Tháo khô nước ở sườn dốc

Tiêu nước bề mặt

Các lỗ để thoát nước ngầm

III Các biện pháp xử lý trượt (tiếp)

Biện pháp phòng ngừa

Tạo bậc mái dốc

Mái dốc

kém ổn định

Biện pháp phòng ngừa

Lắp đặt neo

Sử dụng neo gia cố mái dốc

Sử dụng vật liệu đất có cốt

cho mái dốc đắp

6 Đánh giá ổn định trượt của

Hiện nay, với các bài toán ổn định mái dốc, thường sử dụng

các phần mềm tính toán Vd: Geoslope, Plaxis

Phương pháp mặt trượt cung

tròn hình trụ

c = lực dính đơn vị

f = tan  = hệ số ma sát

Ti = lực gây trượt

N = lực pháp tuyến hướng tâm

L = chiều dài cung trượt

Trường hợp mặt trượt có nhiều bậc

 phân chia khối để phân tích

Ví dụ 1: Một khối đá hình hộp chữ nhật dài 5m nằm trên bề mặt

đá dốc như hình vẽ Trọng lượng riêng của khối đá  =24kN/m 3 Góc ma sát tại mặt tiếp xúc  =25 o , lực dính đơn vị c=15kN/m 2 Kiểm tra sự ổn định của khối đá trên

=30 o

1m 2m

Ví dụ 1: Một khối đá hình hộp chữ nhật dài 5m nằm trên bề mặt

đá dốc như hình vẽ Trọng lượng riêng của khối đá  =24kN/m 3 Góc ma sát tại mặt tiếp xúc  =25 o Kiểm tra sự ổn định của khối

Ví dụ 2:

Một mái dốc đào trong đá trầm tích xen kẹp 2 lớp mỏng đất sét như hình vẽ Coi mái dốc dài vô hạn và lớp xen kẹp có hướng cắm trùng với hướng cắm của mái dốc Trọng lượng riêng của đá  = 20.4 kN/m3 Chỉ tiêu cơ lý của lớp sét xen kẹp c= 36 kPa, f=0 Tính hệ số an toàn của mái dốc

Bài giải

Do mái dốc dài vô hạn, xét một mặt cắt mái dốc có bề rộng 1m Xét ổn định trượt dọc theo mặt lớp sét bên dưới (dễ mất ổn định hơn)

Trọng lượng khối đá: W = ½*16*16**1*20.4 kN/m = 2611,2 (kN)

Góc nghiêng mặt trượt:  = tan-1 (16/32) = 26.6 

Lực gây trượt: FD = W sin  = 1169.2 kN

Ví dụ 2a:

Một mái dốc đào trong đá có hệ khe nứt như hình vẽ Coi mái dốc dài vô hạn và khe nứt có hướng cắm trùng với hướng cắm của mái dốc Trọng lượng riêng của đá

 = 25 kN/m3 Chỉ tiêu cơ lý của khe nứt c= 20 kPa,

f=25o Tính hệ số an toàn của mái dốc

Ví dụ 3

Phân tích ổn định của mái dốc có góc dốc =45 độ,

chiều cao mái dốc là 100m, mặt trượt dự kiến là khe nứt

Ví dụ 4:

Tính ổn định của mái đường ô tô trong tầng đất sườn tích có trọng lượng riêng  = 17kN/m3 Ranh giới giữa tầng sườn tích và đá gốc có dạng như hình vẽ Bề mặt ranh giới có góc ma sát trong =25 độ, lực dính đơn vị c=15kN/m2 Khối đất có khả năng mất ổn định chạy dài 10m

A

C

D

Yêu cầu khi học

• Định nghĩa hiện tượng dịch chuyển đất đá ở mái dốc, nguyên nhân gây ra và phân loại chúng;

• Các biện pháp phòng, chống trượt lở (không chỉ

kể được tên mà phải giải thích được cơ sở khoa học của giải pháp);

• Phân biệt được nguyên nhân gây trượt và yếu tố ảnh hưởng trượt Phân tích được ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên (địa hình, cấu trúc địa chất, khí hậu, thực vật) đến khả năng phát sinh trượt lở đất đá;

• Phân tích ổn định mái dốc theo phương pháp cân bằng giới hạn

Câu hỏi ôn tập

trượt điển hình và các yếu tố của một khu

trượt?

đất?

họa, điền tên dạng trượt lở

dựng?

Làm các bài tập tính toán ổn định của mái dốc