Đánh giá ổn định mái dốc đào công trình nhà máy thuỷ điện A Lưới có xét đến ảnh hưởng thay đổi mực nước ngầm

Tính cಠ. thi cಠ.ủthi cಠ.i

Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội và kết nối giao lưu thương mại giữa các vùng miền, trong những năm gần đây nhiều công trình giao thông, thủy lợi đã được xây dựng nhằm tạo sự kết nối từ đồng bằng đến cao nguyên, vùng núi. Thực tế khai thác cho thấy, nhiều công trình sau khi hoàn thành đưa vào khai thác sử dụng đã xảy ra các hiện tượng mất ổn định như lún nền đường, sạt lở, mất ổn định trên mái taluy nền đào, mái dốc hố móng, nền đắp,… gây bất lợi, mất an toàn, và ảnh hưởng không nhỏ trong quá trình khai thác.

Ổn định mái dốc của các nền đường đào sâu, đập thủy điện, nhà máy thủy điện rất phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố như kích thước hình học của mái dốc, điều kiện địa hình, địa chất, khí hậu thời tiết. Bên cạnh đó sự thay đổi mực nước ngầm trong mái dốc do sự thay đổi lượng mưa theo mùa, thay đổi dòng chảy, địa hình… không còn đúng như mực nước ngầm khi khảo sát trước khi xây dựng hoặc giả định để tính toán. Qua theo dõi thực tế, tác giả nhận thấy nhiều mái dốc nền đào trong tính toán thiết kế vẫn đảm bảo hệ số ổn định cho phép, tuy nhiên sau khi thi công đưa vào khai thác đã xảy ra hiện tượng mất ổn định. Nguyên nhân chủ yếu là do sự thay đổi tính chất cơ lý và trạng thái tính toán của đất đá trong phạm vi dao động của mực nước ngầm. Vì vậy vấn đề ổn định dài hạn cho mái dốc đào xét đến sự thay đổi mực nước ngầm là rất cần thiết (xem Hình 1).

Hình 1. Diảy, địa hình… không còn đúng như mực nước ngầm khi khảo sát trước khi xây dựng hoặc giả định để tín)

Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu tính toán, phân tích đánh giá ổn định mái dốc đào, đồng thời xây dựng các kịch bản cảnh báo, phòng ngừa hiện tượng mất ổn định cho các mái dốc đào sâu của các công trình đang khai thác như đường giao thông, đập thủy điện, nhà máy thủy điện… tác giả đã lựa chọn đề tài:“Đánh giá ổn định mái dốc đào công trình nhà máy thuỷ điện A Lưới có xét đến ảnh hưởng thay đổi mực nước ngầm”

Mực nước ngầm”à máy

a. Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu ổn định dài hạn mái dốc đào chịu xét đến ảnh hưởng của sự dao động mực nước ngầm trong quá trình khai thác và áp dụng đánh giá cho 1 công trình cụ thể.

b. Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu lý thuyết và phương pháp tính toán ổn định dài hạn của mái dốc đào chịu ảnh hưởng biến đổi của mực nước ngầm.

Áp dụng đánh giá ổn định mái dốc nhà máy thủy điện A Lưới, Tỉnh TT– Huế, dựa trên các kịch bản thay đổi mực nước ngầm từ số liệu quan trắc thực tế.

Đựa trên các kịch vi nghiên c c

Đối tượng

Mái dốc đào có chiều sâu lớn, chịu sự thay đổi mực nước ngầm trong quá trình khai thác.

Phạm vi nghiên cứu

Mái dốc đào nhà máy công trình Thủy điện A Lưới – Huyện A Lưới – Tỉnh Thừa thiên Huế;

Phương pháp nghiên chủ

1. Phương pháp thu thập thông tin

– Điều tra, thống kê và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài;

– Các số liệu thiết kế công trình (hồ sơ khảo sát địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, thiết kế kỹ thuật công trình,…);

– Kết quả khảo sát thay đổi mực nước ngầm;

1. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia
2. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp sử dụng mô hình tính toán

– Nghiên cứu tổng quan lý thuyết tính toán ổn định mái dốc đào dựa trên 2 nhóm phương pháp: cân bằng giới hạn và trạng thái giới hạn.

– Phương pháp thiết lập mô hình tính toán ổn định mái dốc đào bằng phần mềm Midas SoilWork;

B Phương pháp thiết lậ

Bố cục của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và hướng phát triển của đề tài, nội dung chính được trình bày trong 3 chương với cấu trúc như sau:

Chương 1. Thực trạng, nguyên nhân và các giải pháp hạn chế sạt lở các mái dốc nền đào.

Chương 2. Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc.

Chương 3. Ứng dụng phần mềm Midas Soilwork phân tích ổn định mái dốc công trình nhà máy thuỷ điện a lưới có xét đến ảnh hưởng thay đổi mực nước ngầm.

Ý nghĩa khoa h”_toc457478n của đề tài

Tổng quan tài liệu nghiên cứu

CHƯƠNG 1

THỰC TRẠNG, NGUYÊN NHÂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP

HẠN CHẾ SẠT LỞ CÁC MÁI DỐC NỀN ĐÀO

GIỚI THIỆU

Mất ổn định mái dốc của các công trình xây dựng khi đưa vào khai thác thường xuyên xảy ra và gây ra những thiệt hại về nặng nề về tài sản cũng như con người, đồng thời ảnh hưởng lớn đến sự vận hành bình thường của các công trình xây dựng.

Mất ổn định mái dốc có thể do các nguyên nhân sau: tăng cao độ dốc của sườn dốc khi cắt xén, khi đào hoặc xói lở, khi thi công mái dốc; giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi ngấm nước, trương nở, giảm độ chặt, phong hóa, phá hủy kết cấu tự nhiên; các hiện tượng từ biến trong đất đá, tác động của các áp lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy v.v…), biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc; các tác động bên ngoài như: chất tải lên sườn dốc, tác động địa chất và bị địa chấn v.v…

Mất ổn định mái dốc đào có chiều sâu đào lớn thường xảy ra rất phổ biến mặc dù trong quá trình thiết kế đã tính toán và phân tích rất chi tiết nhưng vẫn không tránh khỏi những rủi ro không mong muốn. Có rất nhiều nguyên nhân (chủ quan và khách quan) gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc đào, tuy nhiên vấn đề mất ổn định dài hạn (mất ổn định trong quá trình khai thác) thường xảy ra chủ yếu vào mùa mưa lũ (Hình 1.1 và Hình 1.2). Sự thay đổi mực nước ngầm trong mái dốc đào dẫn đến trạng thái ứng suất ở sườn dốc bị thay đổi theo chiều hướng bất lợi, đồng thời làm giảm sức chống cắt của đất đá.

Hình 1.1. Scắt của đất đá.n đào qu 1.1. Scắt của đất đđườưqu 1.1. Scắt

Hình 1.2. Scắt của đất đá.n đoình 1.2đèo Violac do đấ Violac do ắt của đưa lio

HIỆN TƯỢNG VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐÀO

Các dạng mất ổn định mái dốc nền đào

Các hiện tượng mất ổn định mái dốc nền đào thường được phân làm bốn dạng cơ bản: sụt lở, trượt, trôi và hiện tượng đá đổ, đá lăn.

1. Sụt lở

Là hiện tượng đất đá trên sườn dốc hoặc trên mái dốc chuyển dịch về phía dưới không theo một mặt tựa rõ rệt (hoặc là không có mặt trượt) và không duy trì nguyên khối; đất, đá có thể rơi tự do, lăn, đổ một cách đột ngột tức thời nhưng cũng có thể lở, tróc dần, tích tụ lại phía dưới chân dốc (Hình 1.3), đây là loại sụt trượt phổ biến trên các tuyến đường miền núi. Theo kết quả nghiên cứu đánh giá, phân loại các dạng sụt, trượt mái taluy đường Hồ Chí Minh đoạn Đăk Rông – Thạnh Mỹ, hiện tượng này chiếm tỷ lệ khoảng 70% tổng số các điểm sụt trượt trên tuyến [1 Huỳnh Thanh Bình, Nghiên cứu, phân loại các dạng sụt, trượt mái taluy đường Hồ Chí Minh].

Hình 1.3. Mấình 1.3. h Bình,

1. Trượt

Là hiện tượng cả khối đất đá trên sườn đồi hay mái dốc chuyển dịch như một cố thể xuống phía dưới chân dốc theo một hoặc vài mặt trượt rõ rệt (Hình 1.4), mặt trượt có thể liên tục, gẫy khúc hoặc có dạng cung tròn. Hiện tượng mất ổn định này thường xảy ra với tốc độ chậm, tuy nhiên ở giai đoạn cuối có thể đột ngột di chuyển nhanh.

Hình 1.4. Muối có thể đột n

Ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo động trong khi trượt dọc theo một mặt xác định. Về kết cấu, có hai dạng trượt sau:

– Trượt tịnh tiến: là sự di chuyển tuyến tính của khối đất đá dọc theo mặt phẳng phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất nằm gần mặt đất dốc. Sự di chuyển mất ổn định này thường khá nông và song song với mặt đất (Hình 1.5a).

– Trượt xoay: thường gặp trong đất đính hay đá mềm yếu đồng nhất. Sự di chuyển diễn ra dọc theo mặt cắt cong theo cách khối trượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc và đẩy trồi gần chân dốc (Hình 1.5b).

(a)	(b)

Hình 1.5. (a) Trư 1.5. dốc (ốc v(b) trư 1.5.

1. Trôi (trượt dòng)

Trôi là hiện tượng đất đá bị xáo động và di chuyển một phần hay toàn bộ thành dòng trên sườn dốc xuống phía dưới. Dòng đất đá có thể bao gồm đá tảng, đá hòn, cuội sỏi, cát và đất.

Trượt dòng thường xảy ra trong đất yếu bão hòa nước khi áp lực nước lỗ rỗng tăng đủ để làm mất toàn bộ độ bền chống cắt. Mặt trượt thực hầu như không có hay chỉ biểu hiện từng lúc.

Tùy theo dòng đất đá di chuyển có hoặc không có chứa lẫn nước khi trôi, thường phân biệt hai trường hợp: dòng đất đá khô và dòng ướt.

1. Đá đổ, đá lăn

Là hiện tượng các tảng đá, khối đá từ trên cao của mái dốc bị lở và rơi tự do, đổ thẳng xuống mặt đường gây cản trở giao thông và mất ổn định cho mái dốc.

Hình 1.6. Hi 1.nượ Hiđá đổáHđá lăn

Nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc đào

Sự thay đổi các điều kiện như mưa, thoát nước, chất tải hay sự ổn định bề mặt thường thúc đẩy sự phá hoại mái dốc. Các biến đổi đó có thể xảy ra ngay sau khi xây dựng hoặc phát triển chậm chạp trong nhỉều năm, hoặc xảy ra đột ngột ở thời điểm bất kì.

Phân tính các mái dốc đào cũng như mái đốc đắp, cần thiết phải xem xét cả điều kiện ổn định tức thời và lâu dài, đồng thời cũng cần thiết xem xét phá hoại có thể có theo mặt trượt mới tạo ra hay theo mặt trượt đã tồn tại trước, do hiện tượng trượt đã xảy ra trước đó để lại. Hiện tượng trượt dọc theo mặt trượt đã tồn tại trước chỉ có ở nơi các chuyển vị lớn, có thể là vài mét, đã xảy ra. Trượt theo mặt trượt mới tạo thành xảy ra khi bên trong khối đất đã chắc chắn đạt tới độ bền giới hạn (hay độ bền đỉnh) thì sẽ xuất hiện một mặt trượt mới. Việc lựa chọn các thông số chỉ được tiến hành sau khỉ đã xem xét cẩn thận lịch sử ứng suất và trạng thái thoát nước đã dự đoán trước.

Nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc đào có thể chia làm 2 nhóm chính:

1. Nhóm nguyên nhân làm giảm yếu sức kháng cắt (chống trượt) của đất đá

– Các nguyên nhân thuộc về bản chất đất, đá: Đất đá thuộc loại mềm yếu, dễ phong hóa, dễ hóa mềm khi gặp nước; các lớp đất đá có cấu tạo xen kẽ các lớp yếu;

–

Các yếu tố thúc đẩy quá trình phong hóa và quá trình biến đổi hóa lý: sự dao động nhiệt độ làm phá vỡ kết cấu đất đá; sự thủy hóa, sự hấp phụ nước của các khoáng vật sét khi tăng độ ẩm; nước ngầm hòa tan và mang đi các thành phần dễ hòa tan có trong đất đá (muối cacbonat, sunfat,…);

–

Các nguyên nhân về địa hình, địa mạo: độ dốc của mái dốc lớn, mái dốc trơ trụi ít cây cỏ làm đất đá dễ bị xói mòn, dễ bị phong hóa dẫn đến sự mất ổn định mái dốc.

2. Nhóm các nguyên nhân tăng lực gây trượt

– Các nguyên nhân làm tăng tải trọng trên mái dốc (đào): nước mặt và nước ngầm thấm đầy lỗ rỗng đất đá; đất đá trượt, sụt lở từ phía trên rồi tích lại trên sườn dốc (Hình 1.7), (Hình 1.8).

– Các nguyên nhân gây phá hoại chân mái dốc đào: dòng nước mặt mùa lũ chảy xói chân mái dốc; không gia cố rãnh biên quá dốc dẫn đến xói chân mái dốc.

– Các nguyên nhân gây chấn động đất đá: động đất, nổ mìn khai thác đá hoặc xây dựng đường, …(Hình 1.9).

Kết luận chung: mất ổn định mái dốc đào thường xảy ra do tổng hợp nhiều nguyên nhân, do đó khi phân tích ổn định mái dốc cần phân tích các hiện tượng, sự kiện xảy ra lúc mái dốc mất ổn định và trong suốt quá trình trước đó; cần điều tra môi trường xung quanh chứ không phải chỉ chú ý đến điều kiện riêng tại chỗ mái đất mất ổn định.

Hình 1.7. Snh 1.n định mái dốc đào tảS Vẽ do mưa lđịnh mái d

Hình 1.8. S nh 1. lđịnh mái dốc đào thường xảy ra do tổng hợp nhiều nguyên nh

Hình 1.9. Sh lỡ mỏ đá Thủy điện Bãn Vẽ do chấn động nổ mìn

Các giải pháp thiết kế bảo vệ và gia cường ổn định mái dốc đào

Mất ổn định mái dốc thường do tổng hợp nhiều nguyên nhân, vì vậy trước khi đề xuất các giải pháp thiết kế bảo vệ và gia cường ổn định mái dốc cần lưu ý khảo sát và phân tích nhằm xác định rõ các điều kiện và nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định, đồng thời cần phải áp dụng đồng bộ nhiều giải pháp kỹ thuật, trong đó có lưu ý đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường.

Trên cơ sở các nhóm nguyên nhân gây mất ổn định mái dốc như đã trình bày ở mục 1.2.2, giải pháp thiết kế bảo vệ và gia cường ổn định mái dốc đào cũng có thể chia thành 2 nhóm giải pháp chính:

– Nhóm giải pháp tăng sức kháng trượt của đất: thiết kế bố trí hệ thống thoát nước mặt và thoát nước ngầm; tường chắn; gia cố mái dốc.

– Nhóm giải pháp giảm lực gây trượt: thay đổi kích thước mái dốc (giảm độ dốc mái taluy); giật cơ; bảo vệ bề mặt mái dốc.

Chi tiết các giải pháp thiết kế và gia cường chống sạt lở mái dốc đào được minh hoạ ở Hình 1.10.

Giải pháp chống sạt lỡ

Đánh cấp mái dốc

Giải pháp tăng lực chống trượt

Giải pháp giảm lực gây trượt

Làm thoải mái dốc

Bảo vệ bề mặt mái dốc

Bao tải cát tạo mái m>=3

Tấm bê tông đúc sẵn (Đổ rối , xếp khan , xây)

Đá hộc (đổ rối, xếp khan, xây)

Rọ đá

Tường chắn

Thoát nước

Gia cố

Thoát

nước mặt

Thoát

nước ngầm

Tạo rãnh, mương thoát nước

Xử lý các vết nứt bề mặt

Ống thoát nước ngang

Sử dụng vật liệu đắp có khả năng thoát nước (đá, cát, bao tải cát)

Sử dụng kết cấu có khả năng tự thoát nước (tường chắn rọ đá)

Tường trọng lực

Tường bán trọng lực

Tường cọc bản

Tường ổn định cơ học (MSE)

Sử dụng vật liệu ĐKT

Làm cứng đất

Vải địa kỹ thuật

Lưới địa kỹ thuật

Cọc vôi

Cọc xi măng đất

Tường bê tông

Tường rọ đá

Tường BTCT

Tường cọc ván thép

Tường BTCT DƯL

13

Hình 1.10.

Giải pháp chống sạt lở

mái dốc đào

Hình 1.10 minh hoạ một số giải pháp giảm lực gây trượt và tăng lực chống trượt để tăng cường độ ổn định mái dốc đào, cụ thể gồm có các giải pháp đào giảm tải hạ độ dốc mái đào, giật cấp, neo gia cường mái dốc, bố trí hệ thống rãnh đỉnh để thoát nước mặt, gia cường lực giữ ở chân mái dốc bằng bệ phản áp, tường chắn trọng lực.

Hình 1.11 giới thiệu một số giải pháp hạn chế ảnh hưởng của nước mặt và nước ngầm đến ổn định mái dốc đào như: bố trí hệ thống rãnh đỉnh, giếng thẳng đứng để thu nước mặt; bố trí hệ thống rãnh ngầm ở chân mái dốc, hệ thống ống thoát nước ngang và hệ thống bơm hút ở giếng thẳng đứng để hạ thấp mực nước ngầm; trồng cây chống xói bề mặt.

Hình 1.11. Gi 1.i dốc bằng bệ phảnưở Gi 1.i ướ Gi 1.i dốướ Gi 1.

(Hunt, 1984)

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Mất ổn định mái dốc đào là vấn đề thường gặp trong xây dựng công trình giao thông, thủy điện được xây dựng tại các vùng núi cao, có mái dốc lớn. Các lực gây mất ổn định liên quan chủ yếu với trọng lực và thấm, trong khi lực chống phá hoại (lực kháng trượt) cơ bản là do hình dạng mái dốc kết hợp với bản thân độ bền kháng cắt của đất và đá tạo nên. Có bốn dạng mất ổn định cơ bản của mái dốc đào: sụt lở, trượt, trôi và hiện tượng đá đổ, đá lăn. Để hạn chế hiện tượng mất ổn định xảy ra trong mái dốc đào, cần lưu ý khảo sát, phân tích làm rõ các điều kiện và nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định, đồng thời cần phải áp dụng đồng bộ nhiều giải pháp kỹ thuật, trong đó có lưu ý đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường.

CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

ĐN ĐỊNH MÁ

Trong các công trình xây dựng như thuỷ lợi, thuỷ điện, giao thông… thường xuyên gặp các mái dốc đào, đắp. Để đảm bảo mái dốc làm việc ổn định, đòi hỏi các kỹ sư thiết kế phải tính toán phân tích sự làm việc mái dốc. Có nhiều phương pháp để phân tích ổn định mái dốc dựa trên các lý thuyết và điều kiện giả định khác nhau. Nội dung chương này giới thiệu lý thuyết và phương pháp phân tích ổn định mái dốc, cùng với phần mềm Midas Soilwork được sử dụng để phân tích ổn định mái dốc đào nhà máy thuỷ điện A Lưới.

PHƯƠNG PHÁP CÂN Bình xây dựng như thuỷ lợi, thuỷ điện, giao th

Phương pháp cân bằng giới hạn thường giả định các mặt trượt là mặt phẳng hoặc mặt trượt trụ tròn. Lăng thể trượt được coi là một cố thể, điều kiện trượt chỉ xảy ra tại mặt đáy của lăng thể trượt. Khi tính toán, lăng thể trượt có thể được chia thành các mảnh chia nhỏ với mặt giữa các mảnh là thẳng đứng và không xảy ra điều kiện trượt trên các mặt phẳng này (phương pháp phân mảnh).

Đặc điểm chung của các phương pháp cân bằng giới hạn là chỉ xét sự làm việc của kết cấu trong trạng thái giới hạn mà không quan tâm đến quan hệ ứng suất – biến dạng theo quá trình tác dụng của tải trọng. Do đó những phương pháp này khá đơn giản và yêu cầu các tham số đầu vào khi tính toán thường là trọng lượng riêng, lực dính, góc ma sát trong của đất (những thông số cơ bản của đất có thể được xác định bằng những thí nghiệm kinh điển trong cơ học đất).

Phương pháp cân bằng giới hạn sử dụng lý thuyết vòng tròn Morh-Coulomb để xác định ứng suất cắt gây trượt (_f) dọc theo bề mặt trượt. Ứng suất cắt tại vị trí mặt trượt phá hoại được định nghĩa là sức kháng cắt (hay độ bền kháng cắt) của đất.

Sức chống cắt của đất được biểu diễn bởi quan hệ tuyến tính Morh-Coulomb (Hình 2.1), trong đó ứng suất cắt ở trạng thái giới hạn phá hoại (_f) và ứng suất cắt gây trượt () có thể xác định theo công thức:

_f = S_u = c+ tan (điều kiện ứng suất tổng) (2.1)

_f = S’_u = c’+ ’tan’ (điều kiện ứng suất hữu hiệu) (2.2)

 = _f/F (2.3)

Trong đó: c’, ’- lực dính và góc ma sát trong riêng trong giai đoạn ứng suất hữu hiệu.

S_u, S_u‘ – sức kháng cắt của đất (độ bền cắt) trong điều kiện ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu.

F – hệ số an toàn (FOS, một số tài liệu sử dụng ký hiệu K), có thể được xác định bằng 3 cách: cân bằng giới hạn, cân bằng lực và cân bằng moment như Hình 2.1.

(a) cân bằng giới hạn	(b) cân bằng lực	(c) cân bằng mô ment
Hình 2.1. Phương pháp xác định hệ số an toàn

– Điều kiện cân bằng giới hạn: hệ số an toàn F được xác định dựa trên tỷ số sức chống trượt và ứng suất gây trượt (Hình 2.1a).

Trường hợp ổn định ngắn hạn (ứng suất tổng): (2.4)

Trường hợp ổn định dài hạn (ứng suất hữu hiệu):(2.5)

Ứng suất tổng được sử dụng trong điều kiện ổn định ngắn hạn (ổn định trong thời gian thi công) cho các đất loại sét. Ứng suất hữu hiệu được sử dụng trong tính toán ổn định dài hạn cho tất cả các loại đất, hoặc trong bất cứ các điều kiện khi biết được áp lực nước lỗ rỗng.

– Điều kiện cân bằng lực: hệ số an toàn được xác định dựa trên tỷ số giữa tổng lực giữ và tổng lực gây trượt của khối trượt (Hình 2.1b).

(2.6)

Trong đó: c – lực dính đơn vị;

L – chiều dài tổng cộng lăng thể trượt;

N – lực pháp tuyến tổng cộng;

W – trọng lượng lăng thể trượt;

 – góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang của lăng thể trượt.

– Điều kiện cân bằng môment: hệ số an toàn được xác định dựa trên tỷ số giữa tổng mô ment giữ và tổng mô ment gây trượt của khối trượt (Hình 2.1c).

(2.7)

Trong đó: s_u – sức chống cắt đơn vị (trên 1m chiều dài mảnh trượt);

R – bán kính cung trượt giả định;

x – khoảng cách theo phương ngang tính từ điểm đặt lực W đến tâm cung trượt;

Hệ số an toàn F có thể rất nhạy cảm với sự thay đổi của thông số này, nhưng lại tương đối không nhạy cảm với một số thông số khác. Việc xác định hệ số an toàn tối thiểu F phải căn cứ trên các quan điểm về kinh tế, có xét đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng. Trường hợp mẫu thí nghiệm không đủ đại diện hay quy trình thí nghiệm không chắc chắn và đặc biệt khi dùng giá trị giả định cho các thông số chính, thì hệ số an toàn phải được tăng lên tương ứng. Trong trường hợp này có thể tham khảo sử dụng các trị số tính toán như sau:

“- Ổn định ở cuối giai đoạn thi công của mái dốc đào và đắp: F=1,30;

– Theo điều kiện thấm ổn định: F=1,25;

– Khi mực nước hạ thấp đột ngột: F=1,20;

– Mái đốc tự nhiên kéo dài: F = 1,10 – 1,20

– Khối đất thải: F =1,50.” [8]

Để phân tích ổn định dài hạn mái dốc đào nhà máy thuỷ điện A lưới có xét đến sự thay đổi mực nước ngầm, luận văn chọn hệ số an toàn tính toán F =1,20.

. Trượt tịnh tiến trên mái dốc vô hạn

Trượt tịnh tiến mái dốc vô hạn thường dùng dể miêu tả một sự di chuyển tịnh tiến theo mặt phẳng nông song song với mái dốc kéo dài, khi có một lớp đất cứng hơn nằm dưới sẽ buộc mặt phá hoại theo một mặt phẳng.

Hiện tượng mất ổn định xảy ra thường do nguyên nhân áp lực nước lỗ rỗng tăng đột ngột, khối trượt di chuyển như một bản phẳng mỏng nên đôi khi còn được sử dụng thuật ngữ trượt lớp.

a. Trường hợp mái dốc không thoát nước (Hình 2.2)

Hình 2.2. Trưái dốc không thoát nước (Hình 2.2)nhân áp lực nướ

Sự ổn định không thoát nước của lăng thể phụ thuộc vào các lực sau:

– Trọng lượng của lăng thể trượt: W=γzbcosβ_c

– Phản lực pháp tuyến lên mặt phẳng trượt: N= W.cosβ_c

– Lực tiếp tuyến hướng xuống mái dốc: T = W.sinβ_c

– Lực kháng cắt hướng lên mái dốc: R = τb

Trong đó: β_c – góc giới hạn của mái dốc;

τ – độ bền cắt không thoát nước của đất; τ = c_u

Các nội lực trượt E₁ và E₂ được giả thuyết là bằng nhau và ngược chiều, do đó có thể bỏ qua trong tính toán.

Điều kiện cân bằng giới hạn: R – T = 0, hay có thể viết lại theo công thức: c_u.b = W.sinβ_c = z.b.cosβ_c.sinβ_c

Kết quả sau khi biến đổi, cho ta: (2.10)

Điều kiện ổn định này chỉ có giá trị khi 0° < β_c < 45°, tức là:

(2.11)

Độ sâu giới hạn của mặt trượt (z_c) có thể xác định theo công thức:

(2.12)

b) Trường hợp mái dốc thoát nước

Trong điều kiện thoát nước, độ bền kháng cắt của đất xác định theo công thức: τ’= б’_ntgφ’

hay τ’= c’+ б’_ntgφ’

Xét một lăng thể phân tố ở mái dốc vô hạn thoát nước (Hình 2.3). Đầu tiên, nghiên cứu trường hợp tổng quát với mực nước ngầm song song với mặt đất, vì thế áp lực nước lỗ rỗng thay đổi theo độ sâu nhưng là hằng số dọc theo mặt trượt, có nghĩa là xảy ra điều kiện thấm ổn định song song với mặt đất.

Các lực tác dụng lên lăng thể ở trạng thái cân bằng gồm có:

– Trọng lượng của lăng thể: W=γ.z.b.cosβ_c

– Phản lực pháp tuyến lên mặt phẳng trượt: N = W.cosβ_c

– Lực tiếp tuyến hướng xuống mái dốc: T = W.cosβ_c

– Lực do áp lực nước lỗ rỗng lên mặt phẳng trượt: U = γ_w.h.b.cos²β_c

– Lực kháng cắt hướng lên mái dốc: R = τ’.b

Trong đó: β_c – góc giới hạn của mái dốc;

τ’- độ bền cắt thoát nước của đất.

Hình 2.3. Trưhoát nước cc;mái dốc: R = τ’.btrượt: U = γì

Ở điều kiện cân bằng giới hạn, ta có R = T

+ Trong điều kiện mái dốc có lực dính c’=0: sau khi thay thế các lực và biến đổi, cho phép xác định hệ số an toàn F theo công thức:

(2.13)

Trong đó:  – góc nghiêng thực của mái dốc

Hoặc có thể xác định hệ số an toàn F theo áp lực nước lỗ rỗng u:

(2.14)

Trong đó: u = _w.h.b.cos²

+ Trong điều kiện mái dốc có lực dính c’ >0: lúc này hệ số an toàn F được xác định theo công thức

(2.15)

. Ổn định của mái dốc trong đất dính

Phương pháp thường dùng để phân tích sự ổn định của mái dốc trong đất dính là dựa trên việc xem xét cân bằng dẻo giới hạn. Về cơ bản, điều kiện cân bằng dẻo giới hạn tồn tại từ thời điểm mà dịch chuyển trượt cắt bắt đầu xuất hiện và biến dạng cứ tiếp diễn trong khi ứng suất không đổi, đây là điều kiện cần thiết đầu tiên để xác định hình dạng của mặt trượt. Khối đất di chuyển ở trên mặt trượt này được coi như là một vật thể tự do ở điều kiện cân bằng. Để phân tích ổn định, cần xác định các lực hay momen tác dụng lên vật thể tự do này và tiến hành so sánh các lực cắt tác dụng dọc theo mặt trượt với sức chống cắt có khả năng tạo ra bởi đất (điều kiện cân bằng lực hay mô men).

1. Phương pháp Taylor

Năm 1948, D.W.Taylor đề nghị một phương pháp đơn giản để xác định hệ số an toàn nhỏ nhất cho mái dốc trong đất đồng nhất. Bằng phương pháp phân tích ứng suất tổng và bỏ qua khả năng có khe nứt căng, ông đưa ra một loạt các đường cong liên hệ giữa số ổn định N với góc nghiêng mái dốc Hình 2.4).

Hình 2.4. Bighiêng mái dốc ột loạt các đường cong liên >0 [8]

Số ổn định N phụ thuộc vào hình dạng cung trượt và được xác định theo biểu thức:

(2.16)

Trong đó: c_u – lực dính không thoát nước;

F – hệ số ổn định;

, H – dung trọng và chiều cao mái dốc.

Từ công thức trên, cho phép xác định được hệ số ổn định F:

(2.17)

1. Phương pháp phân mảnh Fellenius

Theo phương pháp này, cung trượt giả định có tâm trượt O, bán kính R được chia thành nhiều mảnh có chiều rộng mỗi mảnh b bằng nhau như Hình 2.5

Hình 2.5. Phương pháp phân mrượt giả định có tâm trượt O, bán kín

Các lực tác dụng lên một mảnh có chiều dài 1m trong trường hợp tổng quát gồm có:

W – trọng lượng của mảnh; W = h.b

N’ – phản lực pháp tuyến hiệu quả lên đáy mảnh;

T – lực cắt tạo ra dọc theo đáy mảnh; T = W.sin;

R₁, R₂ – các lực bên tạo bởi các mảnh kề mảnh đang xét;

E₁, E₂ – lực pháp tuyến giữa các mảnh;

X₁, X₂ – lực tiếp tuyến giữa các mảnh.

Tại điểm cân bằng giới hạn, tổng lực gây trượt (hoặc mô men gây trượt) sẽ cân bằng với tổng lực giữ (hoặc tổng mô men của lực chống trượt) huy động dọc theo chiều dài cung trượt AB.

˝Phương pháp Fellenius giả thiết các lực giữa các mảnh bằng nhau và ngược chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, tức là E₁ = E₂ và X₁ = X₂. Lúc này chỉ cần thiết xác định các lực tác đụng lên đáy của mảnh, lúc này hệ số an toàn F có thể xác định theo công thức˝ [8]:

(2.18)

Trong đó: L – chiều dài cung trượt, L = R.θ

r_u – hệ số áp lực nước lỗ rỗng.

Phương pháp này có xu hướng cho giá trị F thiên về an toàn. Sai số có thể tăng lên khi hệ số áp lực nước lỗ rống r_u lớn và cung trượt nằm sâu hay có bán kính tương đối nhỏ.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG TRINH GIAO THONG\TRAN ANH TU