Bµi 1 c¬ häc ®Êt Ch¬ng 7 æn ®Þnh bê dèc chương 7 ổn định mái dốc Bài 1 Vấn đề chung về ổn định bờ dốc I phân loại các hiện tượng mất ổn định bờ dốc Khái niệm về mất ổn định bờ dốc là do nó bị phá hoại do trượt Nguyên nhân là do sự thay đổi trạng thái ứng suất thiên về mặt bất lợi đối với mái đất ở đây sự mất ổn định được hiểu là tất cả các hiện tượng di động dưới mọi hình thức của sườn dốc tự nhiên và mái dốc nhân tạo (taluy) theo hướng ra phía ngoài và xuống dưới dẫn tới phá hoại nền đường về.
cơ học đất định bờ dốc Chơng : ổn chương ổn định mái dốc Bài Vấn đề chung ổn định bờ dốc I phân loại tượng ổn định bờ dốc Khái niệm ổn định bờ dốc bị phá hoại trượt Nguyên nhân thay đổi trạng thái ứng suất thiên mặt bất lợi mái đất ổn định hiểu tất tượng di động hình thức sườn dốc tự nhiên mái dốc nhân tạo (taluy) theo hướng phía xuống dẫn tới phá hoại đường ổn định tồn khối kích thước hình học vốn có Mức độ tác hại tượng phá hoại gây trước hết phụ thuộc vào đặc điểm, phương thức quy mơ chuyển dịch đất đá Các biện pháp phịng chống thích hợp đương nhiên phụ thuộc vào yếu tố Các tượng gây ổn định bờ dốc mái dốc, nói chung phân làm ba loại lớn: sụt lở, trượt, trôi Sụt lở * Sụt lở tượng đất đá sườn dốc mái dốc chuyển dịch phía khơng theo mạt tựa rõ rệt (hoặc khơng có mặt trượt) khơng trì nguyên khối; đất đa scó thể rơi tự do, lăn, đổ… cách đột ngột, tức thời, lở, tróc dần, tích tụ lại phía chân dốc Sụt lở bao gồm trường hợp khác đây: - Sụt lở tảng, khối đá cứng (đá đổ, đá lăn): tượng chủ yếu giảm yếu cường độ liên kết mặt cấu tạo đá khiến cho tưngf tảng, khối đá tách khỏi đá gốc rơi xuống Hiện tượng phổ biến tác hại trầm trọng mặt cấu tạo đá nằm theo hướng gần thẳng đứng, mặt tầng đá có xen kẽ lớp đất dễ thấm nước có nhiều mọc từ khe nứt, vùng núi tuyến đường qua có nhiều đoạn tầng, nhiều vách đá cheo leo phong hoá nặng nề, kễ nứt phát triển… Đá đổ, đá lăn làm đường, tắc đường đe doạ phương tiện giao thông, đặc biệt nguy hiểm chỗ chúng thường xảy đột ngột, nhanh tạo động lớn - Sụt lở đất đất lẫn đá hay đá rời rạc: thường xảy sườn dốc mái dốc có độ dốc lớn, tầng sườn tích bị xói kht chân gây sụt lở đột ngột - Tróc lở đất đá: khác với hai trường hợp trên, nguyên nhân gây phá hoại thân cấu tạo địa chất bất lợi mà chủ yếu tác dụng phong hoỏ bg mt, 17 (292) học đất định bờ dèc Ch¬ng : ỉn tác dụng nước mặt bào mòn tác dụng nước ngầm chảy lộ mặt sườn dốc mái dốc Kết đất đá bị tróc lở tích tụ lại chân dốc mặt dốc ngày bị phá hoại trầm trọng (mặc dù không xảy đột ngột không nguy hiểm tức thời lâu dài dẫn tới sụt lở lớn) Trường hợp hoàn tồn xảy sườn mái dốc thoải Trượt * Trượt tượng đất đá sườn dốc mái dốc chuyển dịch xuống phía chân dốc theo vài mặt trượt rệt, thường với tốc độ chậm (1-2 m / hàng tháng, có 1~2 m / hàng năm) giai đoạn cuối đột ngột di chuyển nhanh Hiện tượng trượt xảy thường nhiều nguyên nhân phức tạp, hậu phá hoại ổn định sườn dốc phạm vi định làm cho đất đá bị nứt nẻ, đùn đống, tạo nên bậc cấp mặt sườn dốc, khiến cho đường bị phá hoại bị dịch chuyển đoạn dài Những trường hợp trượt sườn dốc tự nhiên với quy mô lớn thường coi trượt sườn Tuỳ theo chế trượt, người ta thường phân biệt hai trường hợp: trượt nguyên khối trượt không nguyên khối Mỗi trường hợp lại phân thành loại hình trượt khác - Trượt nguyên khối: trường hợp toàn trình trượt, khối đất đá trượt trì nguyên khối (hoặc tách thành vài khối lớn) Loại trượt thường xảy cấu tạo sườn dốc có mặt yếu (như mặt đứt gãy, lớp kẹp mềm yếu, mặt lớp trầm tích), đồng thời đất đá khối trượt tương đối vững Tuỳ theo dạng mặt trượt, trượt nguyên khối trượt quay (mặt trượt cong), trượt phẳng (mặt trượt tương đối phẳng) Trượt phẳng thường xảy theo mặt đất đá, ví dụ lớp đá cứng trượt mặt lớp sét sét kẹp mềm yếu nằm phía - Trượt nguyên khối: trường hợp khối đất đá di chuyển mặt trượt bị biến dạng, xáo động đáng kể; khối trượt bị vỡ thành nhiều phần nhỏ thành mảnh vụn Như loại trượt khác với sụt lở chỗ đất đá di chuyển theo mặt trượt rõ rệt với tốc độ chậm không đột ngột Trượt không nguyên khối xảy trước hết phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc địa chất sườn dócc, tầng phủ đá gốc Trôi * Trôi tượng đất đá chảy thành dòng sườn dốc xuống phía Dịng đất đá bao gồm đá tảng, đá hòn, cuội sỏi, cát đất Tuỳ theo mức độ chứa lẫn nước trôi, thường phân biệt hai trường hợp: dịng khơ dịng ướt - Dịng khơ: thường sản phẩm phong hố vật lý rời rạc (hàng triệu mét khối) từ vách núi cao di chuyển liên tục thời gian định xuống phía sườn dốc tạo nen khối tích tụ đá mảnh (khác với tượng đá đổ chỗ đá mảnh di chuyển liên tục thành đợt thời gian định) Trong trình di chuyển, sản phẩm rời rạc thường tự phân chuyển theo kích cỡ, khiến cho khối tích tụ đá có đặc trưng dễ thấy, mảnh đá to thường nằm phía 18 (292) học đất định bờ dốc Chơng : ổn cùng, đến mảnh vừa, mảnh nhỏ tập trung phái Các khối tích tụ đá mảnh cịn tạo kết trượt sụt lở lớn từ núi cao Khi tuyến đường qua sườn dốc có khối tích tụ đá mảnh phải khảo sát , thiết kế tỉ mỉ Các sườn tích tụ đá dễ ổn định độ dốc chùng thường trạng thái cân giới hạn Nếu đường thiết kế khơng thích hợp, làm chân khối tích tụ đá gây tải khối thiết đường bị phá hoại, khơng cịn khiến cho đất đá lại tiếp tục chảy, gây nên hậu khơng lường trước - Dịng ướt: trường hợp sản phẩm phong hoá, sụt lở trượt lưu vực dốc trơ trụi, cỏ, gặp điều kiện mưa lũ lớn tạo thành dòng đất đá lẫn bùn chảy ạt xuống khe suối, dồn cửa khe tạo nên bãi lũ tích Trường hợp thường gọi tượng dòng lũ bùn đá Dịng lũ bùn đá tràn lấp cầu đường thung lũng đoạn thung lũng hẹp, bùn đá bị ứ tắc gây nước dềnh làm ngập đường, kết cơng trình cầu, cống đường bị phá hoại II nguyên nhân chung làm ổn định bờ dốc Các nguyên nhân chung dẫn đến tượng ổn định bờ dốc gồm yếu tố làm giảm yếu cường độ liên kết kiến trúc, giảm yếu sức chống trượt (chống cắt) đất đá yếu tố làm tăng khối lượng thân chúng, tăng lực gây trượt (lực cắt) Đó thường yếu tố thiên nhiên điều kiện cấu trúc địa chất,, điều kiện địa hình, thuỷ văn, địa mạo, hoạt động địa chất động lực yếu tố hoạt động người làm biến đổi điều kiện thiên nhiên vốn có Các nguyên nhân làm giảm yếu cường độ đất đá a) Các nguyên nhân thuộc chất đất đá Đất đá thuộc loại yếu, dễ phong hoá, dễ hoá mềm gặp nước đất sét, đá phiến sét, loại đá macma trầm tích bị phong hố mạnh, loại đất đá có kết cấu rời rạc… Các đá bị cà nát, bị phá huỷ kiến tạo, đá có cấu tạo phân lớp cấu tạo xen kẽ lớp yếu, nằm dốc phái sườn dốc dễ gây trượt lở b) Các yếu tố thúc đẩy q trình phong hố q trình biến đổi hố lý khác khiến đất đá bị giảm yếu cường độ 19 (292) c¬ häc đất định bờ dốc Chơng : ổn - S phá vỡ vật lý loại đá có cấu trúc hạt (như đá granite, cát kết…) tác dụng dao động nhiệt độ - Sự thuỷ hoá, hấp phụ nước khoáng vật sét tăng độ ẩm; trình trương nở trình trao đổi ion đất sét dẫn đến hậu Khi bị khô hạn đất sét nứt nẻ, đá phiến sét bị vỡ vụn nước dễ thấm vào chúng qua khe nứt - Nước ngầm hoà tan mang thành phần dễ hồ tan có đất đá (như muối cacbonat, sunfat, clorua…); nước đất hồ tan đá vơi tạo nên hang động Karst… (nói chung, nước ngầm nguyên nhân chủ yếu gây trượt, sụt lở) c) Các nguyên nhân điều kiện địa hình, địa mạo - Độ dốc sườn mái dốc lớn, mặt sườn dốc trơ trụi, cỏ đất đá dễ bị xói mịn, dễ bị phong hố, sườn dốc mái dốc dễ ổn định Các nguyên nhân tăng lực gây trượt (lực cắt) a) Các nguyên nhân làm tăng tải trọng sườn dốc - Nước mặt nước ngầm thấm đầy lỗ rỗng đất đá - Đất đá trượt, sụt lở từ phía xuống tích lại sườn dốc - Đổ đất đá đào sườn dốc - Đắp đường xây dựng cơng trình khác sườn dốc, sườn tích tụ đá mảnh b) Các nguyên nhân gây phá hoại chân sườn dốc - Sơng, suối chảy xói mòn chân sườn dốc thiên nhiên; rãnh biên dốc lại không gia cố tạo điều kiện cho nước chảy với tốc độ lớn gây xói chân mái dốc đường - Sóng vỗ phá hoại chân dốc chân vách đá ven biển - Hạ mực nước chân dốc cách đột ngột; sau trận lũ mực nước sông suối, hồ chứa nước hạ đột ngột, làm tăng áp lực thuỷ động, giảm áp lực ngang nưới chân dốc - Xây dựng đào, kênh, mỏ đá, thùng đấu… c) Các nguyên nhân gây chấn động đất đá - Động đất 20 (292) học đất định bờ dốc Chơng : ổn - Nổ khai thác đá xây dựng đường Khi xem nguyên nhân nói cần ý - Có nguyên nhân tiềm tàng có nguyên nhân gaya phá hoại đột biến Do trình phá hoại (trượt., sụt lở, trơi) gồm q trình tiềm tàng trình đột biến kể từ phát sinh nguyên nhân hậu cuối Những nguyên nhân tiềm tàng nhiều khó phát khó có biện pháp loại trừ Tuy nhiên, để có biện pháp phịng chống thích hợp khơng cần trọng nghiên cứu, điều tra nguyên nhân đột biến, mà tuỳ theo ý nghiã cơng trình đường cịn cần xem xét, xử lý nguyên nhân tiếm tàng cách thích đáng Các tượng phá hoại có khả gây hậu nặng cần sâu điều tra nghiên cứu kỹ nguyên nhân gây chúng - Các tượng trượt, sụt lở trôi thường phát sinh phát triển tổng hợp nhieuè nguyên nhân, nhiều nhân tố tác dụng, thấy trường hợp nguyên nhân gây Thực tế, có ngun nhân lại ngun nhân nguyên nhân khác Do đó, nghiên cứu xử lý trượt, sụt lở… cần ý xem xét phân tích q trình khơng phải ý riêng tượng, kiện xảy đất đá ổn định; cần ý điều tra môi trường xung quanh (bao gồm yếu tố cấu trúc địa chất, địa chất thuỷ văn, địa hình, địa mạo, khí hậu chung vùng…) ý đến điều kiện riêng chỗ sườn dốc bị phá hoại - Mặc dù có nguyên nhân chung giống tổ hợp nguyên nhân loại trượt, sụt lở trơi thường có nét khác nhau, dẫn đến phương thức trình di động đất đá sườn dốc khác Đây quan hệ nguyên nhân tượng, việc phân loại tượng khơng thể tách rời việc phân tích ngun nhân để tới biện pháp phịng chống thích hợp III biện pháp phòng chống ổn định bờ dốc Các biện pháp thoát nước mặt, nước ngầm hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng xấu nước như: - Xây dựng hệ thống chắn thoát nước ngầm theo nguyên tắc tầng lọc ngược; - San lấp kẽ nứt, làm đầm nén chặt chẽ bề mặt sườn dốc để hạn chế thấm nước - Gia cố bề mặt đặc biệt gia cố chân dốc để chống xói… Mục đích biện pháp xử lý nước mặt là: Khơng cho nước từ phía sườn dốc chảy vào vùng trượt, chặn đưa nước mặt chảy ngồi phạm vi cần trì ổn định Thốt nhanh nước mưa vùng trượt, hạn chế đến mức thấp lượng mưa thấm vào khối trượt làm khô khối trượt Các biện pháp chống đỡ kè chân dốc, kè vai đường với kiểu tường chắn khác : - Tường trọng lực, tường đá xếp khan, đá xây, đất có cốt bê tơng - Các loại tường chắn có tác dụng móng chúng đặt phần đất đá ổn định (phía mặt trượt trường hợp trượt l) 21 (292) học đất định bờ dốc Chơng : æn Các biện pháp nhằm giảm tải trọng phía đỉnh sườn dốc tăng khối lượng phía chân dốc : Giảm tải phía sườn dốclà đào bỏ phần khối lượng đất đá phạm vi khối trượt cho có lợi mặt cân tĩnh học, để nhờ giảm lực gây trượt tăng hệ số ổn định Muốn phải giảm chỗ, biết, đào đất tuỳ tiện khơng chỗ, biết, đào đatá tuỳ tiện không chỗ sườn dốc trượt dẫn đến kết ngược lại: làm “mất chân”, giảm sức chống đỡ đỡ, dẫn đến hậu tai hại Do đó, biện pháp thường áp dụng điều kiện sau: - Khối trượt có mặt trượt khơng sâu; mặt trượt có dạng dốc thoải - Phía trên, ngồi phạm vi khối trượt gần tới đỉnh phân thuỷ, thấy rõ vách đá ổn định, tưc khối trượt khơng có khả tiếp tục phát triển lên phía - Bạt thoải mái đường dốc biện pháp giảm tải, tương tự trên, áp dụng mà khơng phân tích kỹ khơng có lợi mà cịn gây hậu đáng tiếc Đặc biệt, trường hợp trượt có mặt trượt rõ rệt đường đặt phía khối trượt, bạt thoải mái dốc đường dẫn đến giảm sức chống trượt nghiêm trọng sườn dốc Do biện pháp bạt thoải mái dốc đường thường áp dụng trường hợp mái dốc gây nên tượng trượt lở cục vùng lân cận mái dốc Các biện pháp gia cố bề mặt chống phong hoá chống sụt lở cục như: - Xây lát đá bề mặt mái dốc - Trồng cỏ mái dốc, trồng sườn dốc - Xây tường phòng hộ… IV phương pháp tính tốn ổn định bờ dốc Phương pháp giả thiết trước hình dạng mặt trượt: Đặc điểm phươgn pháp xuất phát từ kết quan trắc lâu dài mái đất thực tế mà đưa số giả thiết đơn giản hoá hình dạng mặt trượt từ nêu lên phương pháp tính gần Nhược điểm chủ yếu phương pháp coi khối đất bị phá hoại cố thể, giới hạn mặt trượt mặt dốc, đồng thời xem trạng thái ứng suất giới hạn xảy mặt trượt mà Thuộc nhóm phương pháp bao gồm: a) Phương pháp mặt trượt có dạng gãy khúc: Chỉ thích hợp cho trường hợp biết phương mặt yếu khối đất, biết phương mặt đá gốc mái đất tựa vào Phương pháp cịn dùng trường hợp mái đất rời không đồng b) Phương pháp mặt trượt có dạng xoắn lơgarit: Chỉ dùng mái đất đồng 22 (292) c¬ học đất định bờ dốc Chơng : ổn c) Phương pháp mặt trượt có dạng trụ trịn: Phương pháp mặt tru trịn giải nhiều trường hợp phức tạp cuả mái đất Hiện áp dụng rộng rãi thực tế Phương pháp dựa lý luận cân đất: Phương pháp cho mái đatá ổn định trạng thái cân giới hạn xảy mặt trượt mà toàn khối đất bị trượt Các phương pháp dựa lời giải chặt chẽ tốn cân giới hạn Xơcơlovxki phản ánh tương đối đắn khối đất bị phá hoại Nhược điểm phương pháp tính tốn phức tạp, tốn nhiều cơng sức Bài Lựa chọn thông số độ bền kháng cắt cho thiết kế mái dốc I trượt dọc theo mặt trượt tồn trước Trạng thái phá hoại có nơi chuyển vị lớn, vài mét, xảy Phải dùng thông số dộ bền dư sau đây: - Khơng nước: = cur - Thoát nước: ’ = ’n.tg’r II trượt theo mặt trượt tạo thành Khi bên khối đất chắn đạt tới độ bền giới hạn hay độ bền đỉnh xuất một mặt trượt Việc lựa chọn thông số tiến hành sau xem xét cẩn thận lịch sử ứng suất trạng thái thoát nước dự đốn trước Đất cố kết bình thường: Thuộc loại gồm có đất cố kết bình thường đất cố kết, tức đất ẩm (hay chặt hơn) trạng thái giới hạn - - Với điều kiện khơng nước, độ bền lớn thấp độ bền giới hạn, dùng: = cu Với điều kiện thoát nước, phải dùng độ bền giới hạn: ’ = ’n.tg’c Đất cố kết mạnh: Loại đất khô (hay chatự hơn) trạng thái giới hạn thế, lúc biến dạng nhỏ độ bền lớn cao độ bền giới hạn Trong trường hợp phải thận trọng trường hợp khơng biết hay dự đốn biến dạng khó khăn - Biến dạng nhỏ (dựa độ bền lớn nhất) : + Khơng nước = cu + Thoát nước ’ = c’ + ’n.tg’f 23 (292) học đất định bờ dốc Chơng : æn - Cách khác (dựa độ bền tới hạn) + Khơng nước = cu + Thốt nước ’ = ’n.tg’f Trong đất sét cố kết mạnh có biến dạng lớn, cần xem xét sụt giảm độ bền sau biến dạng lớn Trong trường hợp này, việc dùng thông số sau (dĩ nhiên phải giảm hệ số an tồn) thích hợp : = cu ’ = ’n.tg’r Đất cát: - Chặt trạng thái giới hạn: ’ = ’n.tg’f - Xốp rời trạng thái giới hạn: ’ = ’n.tg’c Bài ổn định mái đất dính (phương pháp giả thiết trước dạng mặt trượt) I nguyên lý Hệ số ổn định d R C R W S L Hình 7-1 : Sơ đồ xác định hệ số ổn định K Để đánh giá ổn định mái đất dính, thường thơng qua hệ số ổn định: 24 (292) học đất định bờ dốc Chơng : Momen.chong.truot Momen.gay.truot ( S L).R ( S L).R K W d (.F ).d K ỉn (73-1) Trong đó: K: hệ số an toàn ổn định S: cường độ chống cắt trung bình đất cung trượt L: chiều dài cung trượt L .R 1800 R: bán kính cung trượt : Góc chắn cung trượt W: trọng lượng lăng thể trượt ABC (tính cho 1m dài) F : Diện tích mặt ABC lăng thể trượt : trọng lượng đơn vị trung bình khối đất trượt d : Khoảng cách từ phương lực W đến tâm trượt Từ biểu thức (73-1), suy ra: - Khi K = : mái đất trạng thái cân giới hạn - Khi K > : mái đất ổn định - Khi K < : mái đất ổn định Tuỳ thuộc vào tình hình cơng trình cụ thể phương pháp tính, trị số ổn định K lấy từ 1.1 1.5 Đối với loại đất định giá trị K tuỳ thuộc vào vị trí mặt trượt Mặt trượt ứng với giá trị Kmin mặt trượt nguy hiểm Do đó, tính ổn định bờ dốc xác định mặt trượt có K nhỏ Xác định tâm trượt nguy hiểm a) Đối với đất dính có tính dẻo cao: - Mặt trượt nguy hiểm mặt trượt qua chân mái, có tâm giao điểm hai đường thẳng OA OB - Đường OA làm với mặt mái dốc góc 1, cịn đường OB làm với phương ngang đỉnh mái góc 2 - Các góc 1, 2 thay đổi theo góc mái dốc , theo bảng (73-1) đây: Bảng 73-1 : Bảng trị số 1 ; 2 theo giá trị góc mái dốc 25 (292) c¬ häc đất định bờ dốc Chơng : dc mỏi Góc mái 1 2 : 0.5 600 200 400 1:1 450 280 370 : 1.5 33047’ 260 350 1:2 26034’ 250 350 1:3 18026’ 250 350 1:5 11019’ 250 370 ỉn b) Đối với đất dính có > 0: - Tâm trượt nguy hiểm nằm đường thẳng OE kéo dài Điểm O xác định trên, điểm E cách chân mái đoạn 4.5H cách đỉnh mái đoạn 2H (H : chiều cao mái dốc) - Cách xác định tâm trượt nguy hiểm theo trình tự sau: k1 01 02 k2 k3 km 03 M i n ki 0* kn 0i 2 0n C R 2H 1 4.5H E Hình 7-2 : Sơ đồ xác định tâm trượt nguy hiểm Kmin (1) Xây dựng đường cong O~K: - Giả sử tâm trượt O1 , ta xác định hệ số ổn định K ; Từ điểm O1 kẻ đường thẳng vng góc với OE ; đường thẳng lấy theo tỷ lệ định trước đoạn có giá trị K1 điểm (1) - Tương tự vậy, giả sử tâm trượt thay đổi đến điểm O2, O3 On ; ta tính giá trị hệ số ổn định tương ứng K2, K3, Kn ; 26 (292) học đất định bờ dốc Chơng : ỉn đường vng góc với OE điểm O2, O3 On lấy theo tỷ lệ đoạn K2, K3, Kn điểm (2) , (3) , (n) - Nối điểm (1), (2) , (3) , (n) đường cong quan hệ O~K (đường biểu diễn giá trị K thay đổi tâm trượt thay đổi) (2) Xác định tâm trượt nguy hiểm giá trị Kmin: - Kẻ đường thẳng song song với OE tiếp xúc với đường cong O~K điểm M Từ điểm M hạ đường vng góc với OE O* Và O* tâm trượt nguy hiểm - Độ dài đoạn thẳng O*M theo tỷ lệ giá trị Kmin II Phương pháp phân mảnh fellenius Giả thiết phương pháp - Mặt trượt trụ tròn - Khối đất trượt cố thể - Trạng thái ứng suất giới hạn xảy mặt trượt Nguyên lý phương pháp: bi R C hi R ci Fi =Ni.tgi ci Ti T Ni Wi W Hình 7-3 : Phương pháp Fellenius xác định hệ số ổn định K - Dùng mặt phẳng thẳng đứng song song chia khối trượt thành (n) mảnh có bề rộng 1 ) bán kính cung trượt (b) (b = 10 20 - Xét lực mảnh trượt, sau lấy tổng lực mảnh để tính hệ số ổn định 27 (292) c¬ häc đất định bờ dốc Chơng : ổn Tớnh hệ số ổn định: Xét tất lực tác dụng lên mảnh thứ (i) (mảnh gạch chéo), gồm: (1) Wi : Trọng lượng mảnh thứ (i) Wi .b.hi (73-2) Trong đó: b: chiều rộng phân mảnh (i) hi: chiều cao mảnh thức (i) : trọng lượng thể tích đất Chuyển điểm đặt Wi xuống phía theo phương thẳng đứng đến điểm cung trượt mảnh (i), phân tích thành hai thành phần - Thành phần pháp tuyến (Ni) sinh lực ma sát (Fi) thành phần chống trượt - Thành phần tiếp tuyến (Ti) thành phần gây trượt (nhưng cịn tuỳ thuộc vào vị trí mảnh trượt mà Ti nhân tố gây trượt hay không gây trượt) N i Wi cos i (.b.hi ) cos i (73-3) Fi N i tg (73-4) Ti Wi sin i (.b.hi ) sin i (73-5) Trong đó: : góc nội ma sát đất i: góc tạo đường thẳng đứng qua tâm trượt O đường thẳng nối O với điểm đặt lực Wi (điểm cung trượt thứ (i) ) (2) Ci : Lực dính tác dụng mặt trượt mảnh thứ (i) C i ci l i (73-6) Trong đó: ci: cường độ lực dính cung trượt mảnh thứ(i) (3) Ei : áp lực tác dụng từ hai mảnh phía bên mảnh thứ (i) Vì giả thiết lực giã mảnh ngược chiều nên triệt tiêu nhau, có nghĩa E = E2 * Hệ số ổn định tính theo cơng thức sau: n n n n C i Fi .R Ci N i tg i 1 K i 1 n i 1 i 1 n Ti Ti .R i 1 i 1 (73-7) 28 (292) c¬ häc đất định bờ dốc Chơng : n n n ci li .b.tg hi cos i K i 1 i 1 n æn c.L .b.tg hi cos i (73-8) i 1 n .b. hi sin i .b. hi sin i i 1 i 1 Trong đó: c : cường độ lực dính (khi mái đất đồng nhất) L : Tổng chiều dài cung trượt tất mảnh L n l i i 1 Hệ số ổn định trường hợp mái đất có gia cường vật liệu địa kỹ thuật S2 Zm S1 Zi C Z2 Z1 Si Sm Hình 7-4 : Mái đất có gia cường vật liệu địa kỹ thuật * Hệ số ổn định tính theo cơng thức sau: n m n S j Z j C F R i i i 1 i 1 j 1 K n Ti .R i 1 (73-9) Trong đó: Si : Lực kéo vật liệu địa kỹ thuật 1m dài Zi : khoảng cách từ lớp vật liệu địa kỹ thuật thứ (j) đến tâm trượt O III ảnh hưởng khe nứt thẳng đứng - Đối với đất dính, tượng lúc đất bị khơ, đỉnh mái thường xuất vết nứt gần thẳng đứng Độ sâu vết nứt tính gần chiều cao vách đất thẳng đứng: 29 (292) học đất định bờ dốc Chơng : hc æn 2c .tg 45 2 (73-10) - Trong trường hợp này, độ dài mặt trượt giảm lại AE, lực chống trượt giảm mặt trượt bị rút ngắn lại Đồng thời lực gây trượt giảm thể tích khối đất trượt giảm ảnh hưởng hai tượng trái ngược cần phải xem xét trường hợp cụ thể phải cẩn thận Xét mái đất dính, điều kiện cân giới hạn xó khe nứt căng đỉnh mái với chiều sâu hc Sự phát triển cung trượt kết thúc độ sâu khe nứt chiều dài cung trượt thực tế AE Trong khe nứt độ bền kháng cắt khơng có chứa đầy nước, phần mơmen phá hoại phải tính thêm lực thuỷ tĩnh Pn tác dụng theo phương ngang d Y R C D hc R Pn E W n.hc S L Hình 7-5 : ổn định mái đất có vết nứt thẳng đứng - Chiều sâu khe nứt lức là: z0 K 2cu (73-11) c L .R S R u W d Pn Y W d Pn Y R cu .R cu .R 180 180 K W d Pn Y W d Pn Y (73-12) Trong đó: cu : cường độ lực dính khơng nước đất Y: khoảng cách điểm đặt lực Pn đến tâm trượt 30 (292) học đất định bờ dốc Chơng : æn IV ảnh hưởng dòng thấm mái đất - Trong trường hợp này, tính hệ số ổn định, ngồi việc phải kể đến trọng lượng thân đất, phải kể tới tác dụng lực đẩy áp lực thuỷ động Y C R D W Hình 7-6 : ảnh hưởng dòng thấm mái đất - Tác dụng lực đẩy xét tính trọng lượng khối trượt W (phía mực nước ngầm dùng trọng lượng thể tích tự nhiên ; phía mực nước ngầm dùng trọng lượng thể tích đẩy đn ) - Tác dụng áp lực thuỷ động với lăng thể trượt xác định theo cơng thức sau đây: áp lực thuỷ động tác dụng lên phân tố đơn vị bằng: (73-13) J n i Trong đó: n : trọng lượng riêng nước i: độ dốc thuỷ lực phạm vi phân tố đất Tổng áp lực thuỷ động tác dụng lên phần đất mực nước ngầm lăng thể trượt tính gần theo cơng thức sau: J i n m A (73-14) Trong đó: im : độ dốc thuỷ lực trung bình dịng ngầm phạm vi lăng thể A: diện tích phần đất mực nước ngầm alưng thể trượt - Mô men gây trượt sau: J gây = J y ; Trị số hệ số ổn định c tớnh 31 (292) học đất định bờ dốc Ch¬ng : n n C i N i tg i .R i 1 K i 1 n Ti .R J y i 1 Bài æn (73-15) ổn định mái đất rời I mái đất rời đồng Hệ số ổn định trường hợp mái đất khơng có nước ngầm F N T W Hình 7-7 : Sơ đồ xác định hệ số ổn định K cho mái đất rời Trong trường hợp mái đất rời, tính ổn định mái đất dược định ổn định hạt đất mặt mái đất Xét điều kiện cân phân tố đất mặt mái đất Gọi: - W : trọng lượng phân tố đất - : góc nội ma sát đất - : góc mái đất so với phương nằm ngang Phân lực W thành thành phần: N : thành phần pháp tuyến sinh lực ma sát F chống trượt T : thành phần tiếp tuyến gây trượt Các trị số lực tính theo cơng thức sau: N W cos F N tg W cos tg T W sin (74-1a) (74-1b) (74-1c) 32 (292) học đất định bờ dèc Ch¬ng : ỉn Hệ số ổn định tính theo cơng thức: K Luc.chong.truot Luc.gay.truot K F N tg W cos tg tg T T W sin tg (74-2) Như vậy, ổn định mái đất rời không phụ thuộc vào chiều cao mái đất, mà phụ thuộc vào giá trị góc mái dốc () góc nội ma sát đất () - Khi = K = : mái đất trạng thái cân giới hạn - Khi < K > : mái đất ổn định - Khi > K < : mái đất ổn định Hệ số ổn định trường hợp mái đất có nước ngầm K dn tg tg dn n tg t tg t (74-3) Trong đó: dn 0.5 : dn n Nếu cho giá trị K hai biểu thức (74-2) = (74-3) ta được: tg t tg (74-4) Như từ biểu thức (74-4) ta thấy áp lực thuỷ động có tác dụng làm nhỏ gấp đơi góc mái ổn định đất so với trường hợp áp lực thuỷ động II mái đất rời khơng ng nht 33 (292) học đất định bờ dốc Ch¬ng : ỉn C W1 P1 1 1 W2 D 2 Hình 7-8 : Trường hợp mái đất rời không đồng (mặt trượt gãy khúc) Trong thực tế thường gặp mái đất rời có phần ngập nước Lúc trọng lượng đơn vị đất mực nước không giống Kinh nghiệm cho thấy rằng, mặt trượt trường hợp thường có dạng gãy khúc với điểm chuyển tiếp nằm mặt nước Xét lăng thể trượt ABCD hình (7-8) Mái đất trượt theo hình gãy khúc CDA, điểm chuyển tiếp D nằm mặt nước Lăng thể trượt ABCD xem gồm hai cố thể EBCD EDA trạng thái cân giới hạn, khối đất EBCD trượt tác dụng lên khối EDA lực P1 bằng: P1 W1 sin W1 sin f c (74-5) Trong đó: W1 : trọng lượng thân khối trượt BEDC fc : hệ số ma sát cần thiết để giữ cho khối đất AEBCD trạng thái cân giới hạn 1 : góc tạo mặt DC phương nằm ngang Di chuyển lực P1 tới mặt ED phân làm thành phần: - Thành phần // DA có giá trị P1s - Thành phần thứ hai vng góc với AD sinh lực ma sát P1v P1s P1 cos (74-6a) P1v P1 sin (74-6b) Lực ma sát P1v sinh F1v: F1v P1v f c P1 sin f c (74-7) Trọng lượng W2 khối trượt EDA phân thành thành phần - Thành phần // DA có giá trị T2 - Thành phần thứ hai vng góc với AD sinh lực ma sỏt N2 34 (292) học đất định bê dèc Ch¬ng : ỉn T2 W2 sin (74-8a) N W2 cos (74-8b) Lực ma sát N2 sinh F2v: F2v N f c W2 cos f c (74-9) Như điều kiện để đảm bảo cho khối đất AEBCD trạng thái cân giới hạn là: P1s T2 F1v F2v P1 cos W2 sin P1 sin f c W2 cos f c (74-10) Nếu ta đặt: A m12 m2 m2 m1 m1 B W2 A W1 C m1 .m2 m1 m2 m1 Thì biểu thức hệ số ma sát cần thiết là: fc A B AB B C m2 (74-11) Trong đó: m1 ; m2 : độ dốc mặt trượt CD AD Hệ số an tồn ổn định trượt tính sau: K Ghi chú: f fc (74-12) Khi tính phải dùng phương pháp thử dần : giả thiết m từ xác định điểm D; sau với điểm D lại tính m 35 (292) ... số ổn định trường hợp mái đất khơng có nước ngầm F N T W Hình 7- 7 : Sơ đồ xác định hệ số ổn định K cho mái đất rời Trong trường hợp mái đất rời, tính ổn định mái đất dược định ổn định hạt đất. .. hệ số ổn định tính 31 (292) c¬ học đất định bờ dốc Chơng : n n C i N i tg i .R i 1 K i 1 n Ti .R J y i 1 Bài æn (73 -15) ổn định mái đất rời I mái đất rời... nguyên lý Hệ số ổn định d R C R W S L Hình 7- 1 : Sơ đồ xác định hệ số ổn định K Để đánh giá ổn định mái đất dính, thường thơng qua h s n nh: 24 (292) học đất định bờ dốc Chơng : Momen.chong.truot