PHÂN TICH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Chương VII PHÂN TICH ỔN ĐỊNH MÁI D ố c Phân tích ổn định mái dốc đề cập sau liên quan đến hai loại mái dốc: - Mái dốc tự nhiên, - Mái đốc nhân tạo (do người tạo ra) Vấn đề trượt mái dốc đưa đến hậu thiệt hại to lớn tài sản, công trình xây dựng, người Chương nhằm kiến giải cách tổng quát chế hoạt động số loại trượt mái dốc đặc trưng trình bẩy phương pháp đanh gid mái dốc có ổn định hay không Tuy nhiên, ta cấn ý thức rằng, việc xác định cách xác hệ số an tồn chống trượt mái dốc khó khăn Nó địi hỏi phải nghiên cứu thận trọngvà tồn diện nhiều yếu tố tác động Để đánh giá mức độ ổn định mái dốc cơng việc quan trọng nghien CƯU cacíi nghiễm túc vả chi tiếl vể địá chất, lý, địa hình để làm sáng tỏ nguyên nhân điều kiện gây trượt mái dốc Nghiên cứu đánh giá lựa chọn thông số đạl diện cần thiết để tính tốn chúng định việc lựa chọn đư ợc hệ số an toàn ch ấ p thuận I PHÂN CHIA CÁC LOẠI CHUYÊN đ ộ n g mái Dốc 1.1 CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁI D ố c T ự NHIÊN Ta phân biệt loại chuyển động với mái dốc tự nhiên sau: - Chuyển động lăn rơi khối đá - Chuyển động trượt, bao gồm: + Trượt rrặt phẳng + Trượt vòng cung đơn giản + Trượt vòng cung phức hợp - Chuyển động trồi xệ đất tải trọng - Chuyển động dòng nước chảy trôi 305 I.2 CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁI Dốc NHÂN TẠO Các mái dốc, người tạo ra, gây chuyển động trượt chủ yếu tượng biến dẻo trọng lượng tới hạn gây Có thể phân loại mái dốc nhân tạo tuỳ theo loại cơng trình: - Mái dốc đào - Mái dốc đắp, đất không chịu nén - Mái dốc đắp, đất yếu chịu nén - Trượt tổng thể tường chắn - Ổn định mái đê đập đất II CÁC LOẠI CHUYỂN ĐỘNG CHÍNH 11.1 CHUYỂN ĐỘNG DO LĂN RƠI CÁC KHỐI ĐÁ Đây tượng lở lăn khối đá sườn núi, trọng lượng chúng gây tượng nguy hiểm Việc phân tích tượng trượt lở rơi đá sườn dốc thuộc phạm vi nghiên cứu học đá 11.2 CHUYỂN ĐỘNG DO TRƯỢT Hiện tượng đất sườn dốc chuyển động trượt chia thành loại sau: 11.2.1 Trượt theo mặt phẳng Một lớp đất có tính chất lý yếu nằm mặt nghiêng lớp đất đá cứng bên gây tượng trượt mặt phẳng (hình VII 1) Hiện tượng thường liền với hoạt động nước đất II.2.2 Trượt vòng cung đơn giản Trượt mál dốc theo mặt trượt vong cung đơn giản thường hay xảy Đường trượt thường có dạng đơn giản giống hình trụ Phân tích khả trượt mái dốc áp dụng phương pháp kinh điển Loại trượt phân biệt dấu hiệu sau (hình VII.2): 306 - Phía đỉnh mái dốc xuất vết nứt lực đất kéo xuống - Xuất khoảng trống phía đỉnh khối trượt - Xuất khối trồi phía chân khối trượt Khi mặt trượt có dạng cung trịn ta gọi trượt cung tròn Trượt cung tròn thường xảy phần lớn trường hợp trượt mál dốc Ngược lại, đường trượt khơng có dạng hình trịn ta gọi trượt vòng cung Vết nứt đất bi kéo 11.2.3 Trượt vòng cung phức hợp Trượt mái dốc tạo nhiều khối trượt hình vịng cung chồng lên (như thể hình VII.3) gọi trượt vòng cung phức hợp Một khối trượt chồng lên khối nguyên nhân làm cho khối trượt liên tiếp mái dốc dài Hình VII 3: Trượt vịng cung phức hợp 11.3 CHUYỂN ĐỘNG DO TRỒI XỆ Chuyển động trồi xệ chuyển động đất sườn dốc chịu tải trọng lớn, đến tiệm cận giới hạn dẻo, làm đất có xu hướng chuyển động trồi xệ phía bên Hình VII.4 cho thấy bờ dốc mac-nơ trồi xệ tải trọng khối đá vôi nằm đè xuchg Khối vơi nứt nẻ lại có xu hướng tạo chuyển động lăn rơi khối đá phía ngồi 11.4 CHUYỂN ĐỘNG DO CUỐN THEO DÒNG NƯỚC Các tảng đá sườn dốc có xu hướng trơi dọc theo sườn dốc, tác dụng dòiig nước chảy xiết 307 MÁI DÕC DO ĐÀO ĐẤT VÀ MÁI DỐC ĐẤT ĐĂP NĂM TRÊN NỄN ĐẤT KHÔNG CHỊU NÉN Các loại mái dốc có đặc điểm chung bị trượt theo đường trượt cung tròn R I Khối đá I có xu hướng rơi lãn r ĩ V j Ỵ Ề r E S I— ĩE E - _ ~ ,VJ— — — Mac-nơ X ~~ Đất trói xê = Hình VII.4: Trượt trồi xệ tải trọng Ta phân chia thành loại trượt cung trịn sau (hình VI 1.5): - Trượt cung tròn lưng dốc, - Trượt cung tròn chân dốc, - Trượt cung tròn sâu Trươt chân dốc - Trượt lưng dốc thường xảy chỗ đất bất đồng Đáy vòng tròn trượt thường nằm mặt lớp đất cứng - Trượt cung tròn chân dốc thường gặp loại mái dốc kiểu - Trượt cung tròn sâu xảy đất chân mái dốc yếu 11.6 MÁI DỐC ĐẤT ĐẮP NẰM TRÊN NỂN ĐẤT YẾU CHỊU NÉN Đất đắp thường đất đầm chặt (ví dụ đất đắp cho nển đường giao thông, sân ga, bến cảng v.v ); nằm trẽn lớp đất yếu loại sét (thường bùn than bùn) Mặt trượt mái dốc loại thường nằm sâu tiễp tuyến đáy lớp đất yếu (nếu bể dày :ớp không lớn) 308 Tuy mái dốc ổn định hệ số an tồn chống trượt gần đất mál dốc có xu hướng xệ trồi lên tạo độ lún lớn (hình VII.6) Quá trình biến dạng đất yếu nằm đất đắp thường xảy biến đổi thể tích (giảm hệ số rỗng, nước khe rỗng thoát ra) nên phù hợp cho tính lún theo lý thuyết cố kết Đường mặt trượt Hinh VIL6: Đất đắp ơất yếu II.7 ỔN ĐỊNH DƯỚI TƯỜNG CHẮN Trong loại cơng trình tường chắn đất (kể tường chắn trọng lượng dải tường chắn) tinh đến khả nằng trượt sâu cung trịn (hình VII.7) Hinh VII 7: Tn/ơt cung trịn tường chắn III PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI D ố c I II P H Â N T ÍC H Ổ N Đ IN H T R Ư Ợ T M Ả T P H A N G III.1.1 Mái dóc vơ hạn - Trượt mặt phẳng song song Mót mái dốc vơ hạn, có góc nghiêng {], loại đất có đặc trưng sau: - D ung trọng mực nước m ực nước 7sat - Lực dinh kết c‘ - G óc ma sát ự 309 Giả thiết độ cao mực nước đất hw nằm đường quy ước A-B chảy song song với mái dốc (hình VII.8) Tứ giác ABCD có bề rộng b xem cân bằng: - Bởi đối xứng lực mặt AD BC đối chiều, - Với trọng lượng w = [ y1.(z - hw) + YSa f h w ]b Ta viết dạng: w = b ịy h (VII.1) Trong đó: h : bề dày lớp y : dụng trọng đất tự nhiên b) Hình VII 8: a) Mái dốc vô hạn vởi dỏng chảy song song mặt dốc; b) Phân tách trọng lượng w Phân trọng lượng (W) thành phần pháp tuyến (N) tiếp tuyến (T), ta được: z N = b.cosp ^ y h T = b.sinp £ y h ũ (VII.2) - Áp lực nước lỗ rỗng bề mặt AB: u = Yw h w c o s 2p (VI.3) - Lực nưởc: u = U.AB (hướng theo chiếu vng góc lên mặt AB), ta có: u = yw.hw b.cosp (VII.4) Cuối cùng, ta xác định sức kháng tối đa sức chống cắt dọc theo mặt AB, thể theo lý thuyết Coulomb, dạng: R = c'.AB + (N - U) tgcp' 310 (VII.5) la: R c ’ — — + (Ỷ y.h - ywhw)b.cosp.tgcp' cosp (VII.6) Hệ số an ỉoàn chống trượt, dọc theo bề mặt độ sâu z, xác định theo biểu thức: c' + ( £ y h - y w.hw ) c o s p.tgcp' Fs = —• = -5 T (VII.7) * sinỊ3.cosP2_,Y-h Trên trường hợp tổng qt có tính đến lực đẩy nước đất Nếu không tồn tai nước đất phạm vi mặt trượt dụng trọng đất khơng đổi theo chiều sâu cơng thức có dạng: p = c + y ^ c o s s p tg ọ , y il QV y.z.sinpcos(:> Lưu ỷ: 1) Ta dễ dàng kiểm nghiệm dược mỏi trưởng nhắt thi Fsg;ảm độ sâu ỉ tăng lên Khi đố, chiểu sâu mặt trượt độ sâu tối đa Nhìn chung, trượt theo mặt phằng thường xảy bề mặt khối đá phong hoá đá tươi bề mặt khối đá tươi lớp phủ đất phong hoà 2) Biểu thức VII cũig chứng minh F1giảm h" tăng Điểu náy giải thích tượng trượt đất xảy chủ yếu mùa mưa vá mực nước dẳng cao Lưu ỷ có già tn cho bắ! ky loại hinh trượt Một phương pháp để giatăng an tồn chõng trượt mái dốc lam hạ mực nước để làm giảm àp lực lỗ rỗng u III.1.2 Mái dốc hữu hạn Mái dốc hữu hạn, thể hình VII.9, liên quan đến việc trượt lớp đất có góc dốc p Vân đề đặt ià cần nghiên cứu trạng thái cân cho khối đất nằm phạm vi giới hạn bề rrặt thượng lưu AB mặt hạ lưu CD Lực cắt, làm cho khối đất có khuynh hướng chuyển động trượt, bao gồm: - Thành phần theo chiều AC lực đất chủ động, nằm phía thượng lưu: Pa', - Thành phần theo AC trọng lượng khối đất w , T = w sin p Lực chống trượt bao gồm: - Thành phần theo AC phản lực đất phía hạ lưu (áp lực bị động) P'p - Thành phẩn sức kháng cắt dọc theo AC, trường hợp tổng quát, là: R = c'.AC + (W cosp - U) tgcp’ Trong đó: u= c [u.dl A VII.9) (VII.10) c\ (p' : sức kháng cắt hữu hiệu lớp mặt trượt 311 Pa B P‘r Hình VII.9: Trượt mặt m dốc theo mặt phẳng, cao hữu hạn Hệ số an tồn chống trượt thể qua biểu thức: Fs = R + P'p P'a + T (VII.11) Vi trí mặt AB CD, ta giá trị Fs nhỏ nhất, xác định theo cách thử nghiệm dần Liên quan đến mặt CD theo hình vẽ VII.9 vị trí khả đĩ chân mái dốc (cd), nơi cho giá trị Pp nhỏ Liên quan đến vấn đề xác định Pa Pp tìm hiểu Chương VIII - Tường chắn III.2 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI Dốc CHO NHỮNG LỜI GIẢI ĐƠN GIẢN Một số trường hợp đơn giản, dạng hình học mái dốc số lớp đất nền, ta sử dụng giản đổ thiết kế công thức đơn giản để xác định nhanh hệ số an toàn mang ý nghĩa thực tiễn lớn hdn III.2.1 Mái dốc đất rời - Trưởng hợp khơng có nước chảy mái dốc Đất gọi rời đặc trưng tính bền thể qua (cọ * 0; c = 0)- Khi góc mái dốc tối đa [3 phải thoả mãn điều kiện: p <

53°, cung trượt tới hạn sẻ cung trượt chân dốc Nếu p < 53°, cung trượt tới hạn ba loại kiểu trượt đề cập bên 314 1,2 Ns = yH/c i // / nd = / /1,5 n tỉ i1 /7y •1 / /// / t / /i tf !1/1 / // t iS ỉ n / ■■ Cu ng trươt chân dốc - Cu ng trượt mái _ _ _ _ _ _ Cu ng ĩrươt 'ưng dốc / ,ý / í i i i / /■ y /■/■ * / J S: / * / h i nđ = oo _ -ộ 5,5, 60' ndbấ cU 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Góc mái dốc p (°) Hình VII.12: Giản đố Tayior, xác định Ns cho đất dính Giản đồ hình VII.13 cho phép ta xác định giá trị a , tuỳ thuộc Nếu cung trượt tới hạn loại cung trượt sâu gọi cung trượt qiữa mái dốc Cung trượt xác định biết giá trị nx n =3 & nđ A / ✓ y +" /' *J < y nx = a y 'n = ✓ - II o Già trị p'y > a y> B 90° 80° 70° 60° 50° Giá ỉrị ịì 60° 50° 40° (a) 30° 20° 10° Giá trị p 0° (b) Hình VII.13: Tốn đồ xác định n , Ovà nx Giá trị nx phụ th u ô c p nd, xác định theo tốn đổ, hình VII 13b) Qua Ns từ giản đồ Taytor cho phép xác định H độ cao tới hạn Hc máldốc, tương ứng với hệ số an tồn Fs = Cũng thơng qua Ns ta xác địnhđược c, lực dính nhỏ nhất, để má' dốc có chiều cao H đứng với Fs = Với mái dốc có chiều cao thiêt kế H (hoặc c) thực tế, ta xác định hệ số an tồn theo biểu thức: H„ Fs = T f (VI 1.16) Fs = — H (Vll.16bìs) 315 b) Trường hợ p đ ấ t tru n g gian, có tp, c Nếu ọ > 3° cung trượt tới hạn kiểu trượt chân dốc Hệ số an tồn ln phụ thuộc vào hệ số ổn định Ns p mà cị.I phụ thuộc vào (p Tốn đồ hình VII.14, Biarez triển khai từ giản đổ Taylor, có ý nghĩa thực dụng để xác định hệ sổ an toàn Fs cho đất trung gian có c, (!> Gọi A điểm ấn định giản đồ tương ứng với mál dốc có H, , ọ, c điểm B kéo dàl từ gốc qua góc mái dốc [3, ta xác định hệ số an toàn: DA (VII.17) OB Hình VII.14: Tốn đổ Taylor - Biarez xác định Fs cho ơất co (!), c III.2.3 Mái dốc thẳng đứng hố đào Đây trường hợp đặc biệt quan trọng liên quan đến hổ đào số loại móng C ơng thức V II.15 có th ể viế t dạng H = N s.(c/y) Trên to n đổ T a y lo r h o ặ c T a ylo r- Biarez ta thấy: p 90° thỉ Ns = 3,85.tg(7Ư4 + cp/2) trường hợp độ sâu tối đa, theo lý thyết, hố đào dốc đứng: Hc = 3,85 -tg(7t/4 + ọ/2) y (VII 18) Đ ộ sâu tối đa (critic) cho m ột hố đ o dốc đứng (H c) có tính đến áp lực gia tải quanh bờ hố đào (q), cịn xác định theo biểu thức: Hc = — t g ( í + o ) " ~ Y 316 (VIL19) III.3 PHÂN TÍCH ỔN ĐINH MÁI D ố c TRƯỢT CUNG TRÒN ỉll.3.1 Phương pháp chia lát Fellenius a) Nguyên lý Xét mái dốc cắt qua sô lớp đất với đặc trưng iý: Cj,