Nghiên cứu phân tích và đề xuất giải pháp gia cố ổn định mái taluy đào tại km27 900 thuộc cao tốc hạ long vân đồn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGÔ VĂN TÙNG “NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH MÁI TALUY ĐÀO TẠI KM 27 + 900 THUỘC CAO TỐC HẠ LONG - VÂN ĐỒN” LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội, 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGÔ VĂN TÙNG “NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH MÁI TALUY ĐÀO TẠI KM 27 + 900 THUỘC CAO TỐC HẠ LONG - VÂN ĐỒN” Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Mã số: 191800087 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TRUNG KIÊN TS ĐỖ TUẤN NGHĨA Hà Nội, 2022 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Ngô Văn Tùng i LỜI CÁM ƠN Sau thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu thực hiện, đến Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu, phần tích, đề xuất giải pháp gia cố ổn định mái taluy đào tịa KM27 + 900 thuộc cao tốc Hạ Long – Vân Đổn” hoàn thành Luận văn thực cố gắng, nỗ lực thân Để hoàn thành luận văn nhận nhiều động viên, giúp đỡ nhiều cá nhân tập thể Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Trung Kiên TS Đỗ Tuấn Nghĩa hướng dẫn thực luận văn Xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo, người đem lại cho kiến thức bổ trợ, vô có ích năm học vừa qua Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo đại học sau đại học, Trường Đại học Thủy Lợi tạo điều kiện cho tơi q trình học tập Cuối tơi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, Ban lãnh đạo đơn vị công tác, đồng nghiệp, bạn bè, tập thể lớp Cao học 27ĐKT11 người bên cạnh, sát cánh, động viên khuyến khích tơi trình thực luận văn mình./… Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài .1 Nội dung nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT LỞ ĐẤT ĐÁ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ 1.1 Khái niệm chung trượt lở đất đá 1.2 Phân loại trượt lở đất đá 1.3 Các giải pháp gia cố mái dốc 13 1.3.1 Giải pháp cơng trình .13 1.3.2 Giải pháp phi cơng trình 20 Kết luận chương 22 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 23 2.1 Lý thuyết tính tốn ổn định mái dốc .23 2.1.1 Đánh giá ổn định mái dốc theo phương pháp cân giới hạn 23 2.1.2 Đánh giá ổn định mái dốc theo phương pháp phần tử hữu hạn 26 2.2 Lý thuyết gia cố ổn định mái dốc neo ứng suất trước [20] 34 2.2.1 Khái niệm neo ứng suất trước 34 2.2.2 Phân loại neo ứng suất trước 34 2.2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn gia cố mái dốc có neo ứng suất trước 35 2.3 Phần mềm tính tốn 37 2.3.1 Phần mềm GEOSTUDIO [21] 37 2.3.2 Phần mềm PLAXIS [22] 41 Kết luận chương 49 CHƯƠNG GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC TẠI KM27+900 50 iii 3.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 50 3.1.1 Vị trí địa lý 50 3.1.2 Giới thiệu Km27+900 51 3.1.3 Phân loại trượt lở đất đá Km27+900 51 3.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 54 3.2.1 Đặc điểm địa tầng khu vực nghiên cứu 54 3.2.2 Đặc điểm địa chất cơng trình 57 3.2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 60 3.3 Phân tích lựa chọn giải pháp gia cố 61 3.3.1 Phân tích mái dốc trước xảy trượt lở 61 3.3.2 Đề xuất giải pháp gia cố 66 3.3.3 Ảnh hưởng sức kháng cắt đất tới ổn định mái dốc 77 3.3.4 Ảnh hưởng mực nước ngầm tới ổn định mái dốc 81 3.3.5 Ảnh hưởng chiều dài neo ứng suất trước tới ổn định mái dốc 87 Kết luận chương 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 KẾT LUẬN 93 KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 1: HÌNH TRỤ LỖ KHOAN 99 PHỤ LỤC 2: BÌNH ĐỒ KHỐI TRƯỢT 107 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mô tả phận quy ước cho khối trượt [1] Hình 1.2 Sơ đồ mơ tả ví dụ cụ thể số dạng trượt lở [1] 11 Hình 1.3 Các dạng trượt lở theo phân loại Keller (1996) [6] 12 Hình 1.4 Kết cấu tường chắn nghiêng [8] 15 Hình 1.5 Bố trí đinh đá khung bê tông cốt thép [8] 16 Hình 1.6 Một mái dốc áp dụng gia cố neo [11] .17 Hình 1.7 Ví dụ tường rọ đá [12] .18 Hình 1.8 Gia cố mái dốc tường rọ đá [13] 18 Hình 1.9 Tường chắn đất có cốt dự án Monaco Hill Hạ Long [15] 20 Hình 1.10 Cỏ Vetiver [20] 21 Hình 1.11 Gia cố mái dốc Neoweb [21] 21 Hình 2.1 Sơ đồ tính ổn định mái dốc 23 Hình 2.2 Quan hệ ứng suất pháp ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt 27 Hình 2.3 Quan hệ ứng suất biến dạng thông số mô đun sử dụng mơ hình tăng bền .30 Hình 2.4 Quan hệ ứng suất nén ứng suất cắt mơ hình tăng bền .31 Hình 2.5 Sự phát triển đường biên dẻo ứng suất cắt khơng gian ứng suất nén cắt 31 Hình Lăng thể biến dạng đàn hồi đất không gian ứng suất pháp 32 Hình 2.7 Kiểm tra đường cong Mfs với chuyển vị điểm khống chế 34 Hình 2.8 Các phận neo đất .34 Hình 2.9 Các phận neo đất dạng bó cáp thép 35 Hình 2.10 Các loại neo đất vữa tiêu biểu 35 Hình 2.11 Phân tích lực neo đất cách tính tốn 36 Hình 2.12 Tính ổn định mái dốc theo phương pháp phân thỏi 38 Hình 2.13 Các lực tác dụng lên thỏi đất mặt trượt trụ trịn .39 Hình 2.14 Lực tác dụng lên thỏi đa giác lực theo phương pháp Bishop đơn giản 39 Hình 2.15 Mặt trượt truyền thống (bên trái) mặt trượt tối ưu (bên phải) .40 Hình 2.16: Vùng dịch chuyển điểm quy trình tối ưu hóa mặt trượt .40 Hình 2.17 Hệ tọa độ chung ba chiều quy ước chiều ứng suất mặt phân tố ứng suất 42 v Hình 2.18 Hệ tọa độ khơng gian ứng suất 44 Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu [29] 50 Hình 3.2 Vị trí khối trượt km27+900 [29] 51 Hình 3.3 Hình ảnh khung dầm bê tơng bị phá hoại xảy trượt.[29] 52 Hình 3.4 Hình ảnh khối trượt sau trận mưa [29] .52 Hình 3.5 Vị trí bên trái khối trượt [29] 53 Hình 3.6 Hình ảnh khối trượt chụp flycam [29] .53 Hình 3.7 Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu [30] .54 Hình 3.8 Sơ đồ tuyến đo Địa vật lý [29] 55 Hình 3.9 Mặt cắt ảnh điện 2D tuyến đo 2-2’ [29] .56 Hình 3.10 Mặt cắt ảnh điện 2D tuyến đo 5-5’[29] 56 Hình 3.11 Mặt cắt địa chất lỗ khoan 1-2-3-4 .59 Hình 3.12 Mơ hình tính tốn phần mềm Geoslope 61 Hình 3.13 Mơ hình tính toán phần mềm Plaxis 61 Hình 3.14 Kết tính tốn ổn định phần mềm Geoslope (FS=0.92) .64 Hình 3.15 Biểu đồ gia tốc chuyển vị tổng tính tốn ổn định Plaxis 64 Hình 3.16 Kết tính toán ổn định phần mềm Plaxis (FS=0.98) 65 Hình 3.17 Biểu đồ lượng mưa theo tháng từ năm 2013 đến năm 2018 (Tien, 2020) 66 Hình 3.18 Biểu đồ lượng mưa ngày tháng năm 2018 (Tien, 2020) 66 Hình 3.19 Mặt cắt gia cố cho khối trượt Km27+900 70 Hình 3.20 Mơ hình tính tốn phần mềm Geoslope 71 Hình 3.21 Mơ hình tính tốn phần mềm Plaxis .71 Hình 3.21 Kết phân tích ổn định với phần mềm Geoslope cho trường hợp mực nước ngầm cao (Trường hợp 2) (FS=1.300) .75 Hình 3.22 Biểu đồ gia tốc chuyển vị tổng phân tích ổn định với phần mềm Plaxis cho trường hợp mực nước ngầm cao (Trường hợp 2) (FS=1.339) 75 Hình 3.23 Biến thiên hệ số ổn định tổng thể theo sức kháng cắt đất 78 Hình 3.24 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm 10% c,  (FS = 1.315) 78 Hình 3.25 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm 15% c,  (FS = 1.212) 79 Hình 3.26 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm 20% c,  (FS = 1.162) 79 Hình 3.27 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm 25% c,  (FS = 1.121) 80 Hình 3.28 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm 30% c,  (FS = 1.075) 80 Hình 3.29 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm 40% c,  (FS = 0.967 81 Hình 3.30 Biến thiên hệ số ổn định tổng thể theo mực nước ngầm 82 vi Hình 3.31 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất 14 m (FS = 1.516) .83 Hình 3.32 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất 12 m (FS = 1.486) .84 Hình 3.33 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất 10 m (FS = 1.367) 84 Hình 3.34 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất m (FS = 1.335) .85 Hình 3.35 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất m 85 Hình 3.36 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất m 86 Hình 3.37 Đường cong ∑Mfs chuyển vị MNN cách mặt đất m (FS = 1.152) .86 Hình 3.38 Biến thiên hệ số ổn định tổng thể theo chiều dài neo ứng suất trước .87 Hình 3.39 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm chiều dài neo 10% 88 Hình 3.40 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm chiều dài neo 20% 89 Hình 3.41 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm chiều dài neo 30% 89 Hình 3.42 Kết tính toán ổn định giảm chiều dài neo 40% 90 Hình 3.43 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm chiều dài neo 50% 90 Hình 3.44 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm chiều dài neo 60% 91 Hình 3.45 Đường cong ∑Mfs chuyển vị giảm chiều dài neo 70% 91 Hình PL1.1 Hình trụ lỗ khoan [29] 99 Hình PL1.2 Hình trụ lỗ khoan (tiếp) [29] .100 Hình PL1.3 Hình trụ lỗ khoan [29] 101 Hình PL1.4 Hình trụ lỗ khoan (tiếp) [29] .102 Hình PL1.5 Hình trụ lỗ khoan [29] 103 Hình PL1.6 Hình trụ lỗ khoan (tiếp) [29] .104 Hình PL1.7 Hình trụ lỗ khoan [29] 105 Hình PL1.8 Hình trụ lỗ khoan (tiếp) [29] .106 Hình PL2.9 Bình đồ khối trượt sau khảo sát [29] 107 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân chia theo dạng chủ yếu tượng trọng lực (theo Lomtadze, 1982) [3] Bảng 1.2 Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978, 1984) [1, 4] Bảng 1.3 Phân loại trượt lở dạng chuyển động sườn (theo Keller, 1996) [6] Bảng 1.4 Phân loại trượt lở theo tiêu chuẩn TCVN 13346:2021 [7] Bảng 1.5 Các loại đặc điểm tường chắn [9] 13 Bảng 3.1: Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất 60 Bảng 3.2 Thông số đầu vào đất sử dụng phần mềm Geoslope 62 Bảng 3.3 Thông số đầu vào đất sử dụng phần mềm Plaxis 63 Bảng 3.4 Phân tích ưu, nhược điểm phương án gia cố 68 Bảng 3.5 Thông số cáp neo 72 Bảng 3.6 Ứng suất tới hạn bầu neo đất dính [34] 73 Bảng 3.7 Ứng suất tới hạn bầu neo đất rời [34] 73 Bảng 3.8 Khả chịu tải neo theo địa chất đặt vào lớp đá cát kết (lớp 3) (neo loại 1) 74 Bảng 3.9 Khả chịu tải neo theo địa chất đặt vào lớp đá vôi (lớp 4) (neo loại 2) 74 Bảng 3.10 Hệ số ổn định mái dốc tiêu chuẩn [7] 76 Bảng 3.11 Tổng hợp kết phân tích ổn định mái dốc ảnh hưởng sức kháng cắt đất 77 Bảng 3.12 Tổng hợp kết phân tích ổn định mái dốc ảnh hưởng mực nước ngầm 82 Bảng 3.13 Tổng hợp kết phân tích ổn định mái dốc ảnh hưởng chiều dài neo ứng suất trước .87 vi