Phân tích ảnh hưởng của lượng mưa đến ổn định mái dốc đất đắp khu vực quảng ninh (tóm tắt)

MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình, đồ thị Danh mục bảng Danh mục biểu đồ MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài * Mục tiêu nghiên cứu đề tài * Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 * Nội dung nghiên cứu luận văn * Phương pháp nghiên cứu .3 * Ý nghĩa khoa học thực tiễn .3 NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁI DỐC ĐẤT ĐẮP, ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU KHU VỰC TỈNH QUẢNG NINH 1.1 Tổng quan mái dốc chế làm việc 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại mái dốc 1.1.3 Một số nguyên nhân sạt lở khu vực miền núi phía bắc 1.2 Điều kiện khí hậu tỉnh Quảng Ninh 11 1.2.1 Phân tích lưu lượng mưa quanh năm khu vực Quảng Ninh 11 1.2.2 Đặc điểm phân bố mưa Quảng Ninh 13 1.2.3 Đặc điểm phân bố mưa Quảng Ninh 13 1.2.4 Các nghiên cứu ổn định ảnh hưởng mưa 17 1.3 Các loại đất nền, vật liệu đắp phổ biến khu vực Quảng Ninh 21 1.3.1.Vật liệu đắp đất 21 1.3.2 Vật liệu đắp đập đất đào hố móng khoang đào 22 1.3.3 Vật liệu đắp đập cát cuội sỏi 22 1.3.4 Vật liệu đắp đập hỗn hợp đất đá .23 CHƯƠNG LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC NỀN ĐẮP KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG MƯA .24 2.1 Tổng quan lý thuyết tính toán 24 2.1.1 Lý thuyết phân tích ổn định mái dốc chịu mưa 24 2.1.2 Phân tích ổn định mái dốc phương pháp phần tử hữu hạn .30 2.1.3 Một số tính phân tích mơ hình phần tử hữu hạn 39 2.2 Ứng dụng phân tích thơng số đầu vào đất vật liệu đắp 51 2.2.1 Đất phổ biến khu vực Quảng Ninh 51 2.2.2 Các thông số đất vật liệu đắp .52 2.3 Mô mưa khu vực Quảng Ninh: 54 2.3.1 Xây dựng đường đặc trưng đất nước hệ số thấm đất khơng bão hịa 54 2.3.3 Phân tích hàm dao động lượng mưa theo chu kì năm 56 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MƯA .57 3.1 Khái quát công trình, đặc điểm vị trí địa lý 57 3.1.1 Khái qt cơng trình 57 3.1.2 Vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu, địa hình - địa mạo điều kiện địa chất khu vực xây dựng 59 3.2 Lưu lượng mưa qua năm khu vực thành phố Hạ Long 64 3.2 Mô hình ổn định mái dốc đất đắp 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 Kết luận 79 Kiến nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ PTHH Phần tử hữu hạn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn BTXM Bê tông xi măng HK Hố khoan TB Trung bình MC Mặt cắt Danh mục hình, đồ thị Sớ hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1 Các phận mái dốc Hình 1.2 Sơ đồ mái dốc tự nhiên mái dốc nhân tạo Hình 1.3 Trượt mặt phẳng Hình 1.4 Trượt vịng cung Hình 1.5 Trượt vịng cung phức hợp Hình 1.6 Chuyển động trồi xề Hình 1.7 Các loại trượt cung trịn mái dốc Hình 1.8 Mưa gây áp lực thuỷ tĩnh áp lực thấm 10 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Lượng mưa trung bình tháng địa bàn tỉnh Quảng Ninh Độ ẩm trung bình tháng địa bàn tỉnh Quảng Ninh Đất, đá tràn xuống mặt thi công Dự án Cao tốc Hạ Long - Vân Đồn Sơ đồ cấu tạo số dạng mặt cắt ngang điển hình đập hỗn hợp đất đá 12 12 20 22 Hình 2.1 Sự làm việc mơ hình mohr đàn hồi dẻo tuyệt đối 31 Hình 2.2 Vịng trịn mohr phân tích theo ứng suất tổng 31 Hình 2.3 Vịng trịn mohr phân tích theo ứng suất tổng 31 Hình 2.4 Mặt phá hoại mơ hình Mohr khơng gian ứng suất 32 Hình 2.5 Đường cong chảy dẻo đường bao phá hoại mơ hình Soft-Soil 33 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Mặt chảy dẻo mơ hình Soft-Soil khơng gian ứng suất Mặt dẻo mơ hình Hardening soil không gian ứng suất ( p-q ) Sơ đồ trình ngấm bốc nước tầng đất khơng bão hịa 34 37 40 Hình 2.9 Đường cong đặc trưng đất nước 41 Hình 2.10 Đường cong hàm thấm thủy lực 44 Hình 2.11 Phân tích dịng chảy theo module PlaxFlow - Plaxis 46 Hình 2.12 Sơ đồ pha đất 48 Hình 2.13 Đường đặc trưng đất nước SWCC đất mái dốc 55 Hình 2.14 Hệ số thấm đất đới khơng bão hịa 56 Hình 2.15 Ví dụ Hàm mưa tính phần mềm Plaxis 56 Hình 3.1 Vị trí địa lý cơng trình xây dựng 58 Hình 3.2 Một số hình ảnh trạng cơng trình xây dựng 58 Danh mục bảng Số hiệu Tên bảng, biểu bảng Trang Bảng 1 Lượng mưa trung bình năm tỉnh Quảng Ninh 13 Bảng Phân phối lượng mưa theo mùa 14 Bảng Đặc trưng mưa tháng 15 Bảng Phân cấp đánh giá khả năng chịu tải loại đất 52 Bảng 2 Giá trị hệ số Ko ứng với loại đất 53 Bảng Cấu tạo thành phần hạt hệ số thấm theo van Genuchten 53 Bảng Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất 1b 61 Bảng Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất 62 Bảng 3 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 64 Bảng Lưu lượng mưa năm 2017 64 Bảng Lưu lượng mưa năm 2018 66 Bảng Lưu lượng mưa năm 2019 68 Bảng Lưu lượng mưa năm 2019 70 Bảng Bảng suy giảm sức kháng cắt theo năm từ 2017 đến 2020 77 Bảng Bảng hệ số ổn định % theo tháng từ 2017 đến 2020 78 MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Quảng Ninh tỉnh nằm địa đầu Tổ quốc, có vị trí chiến lược quan trọng phát triển kinh tế - xã hội nước Quảng Ninh là nơi tập trung nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên (khoáng sản, rừng, biển đảo, hệ thống sông suối ) Ðiều đó làm cho Quảng Ninh tạo sức thu hút nhiều nhà khoa học, nhà quản lý nước giới Quảng Ninh tỉnh miền núi, trung du nằm vùng duyên hải, với 80% đất đai đồi núi Trong đó, có hai nghìn hịn đảo núi đá vơi mặt biển, phần lớn chưa đặt tên Địa hình tỉnh đa dạng chia thành vùng gồm có Vùng núi, Vùng trung du đồng ven biển Ngoài ra, Quảng Ninh nằm vùng khí hậu cận nhiệt đới ẩm đặc trưng cho tỉnh miền bắc, có nét riêng tỉnh vùng núi ven biển có mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều, mùa đơng lạnh khơ, mưa tính nhiệt đới nóng ẩm bao trùm Lượng mưa nhiều, tập trung chủ yếu vào mùa hạ (chiếm tới 85% lượng mưa năm); lượng mưa trung bình hàng năm 1.995mm Lượng mưa vùng khác Nơi mưa nhiều sườn nam đông nam cánh cung Đông Triều vùng đồng duyên hải Móng Cái, Tiên Yên, Hải Hà, lượng mưa trung bình năm lên tới 2.400mm Vùng mưa sườn bắc cánh cung Đông Triều, Ba Chẽ, lượng mưa trung bình năm đạt 1.400mm Các vùng hải đảo có lượng mưa 1.700 - 1.800mm Với đặc điểm điều kiện địa lý, địa hình khí hậu trên, vấn đề ổn định sườn dốc mái dốc tượng tượng địa chất tự nhiên ý cơng tác xây dựng cơng trình Chúng ln tiềm ẩn mối đe dọa đời sống cộng đồng dân cư, phá hủy cảnh quan vùng đồi núi tỉnh Hiện tượng mưa tập trung, kéo dài làm tăng nguy gây ổn định sườn dốc, mái dốc đất Việt Nam nhiều học giả tiến hành nghiên cứu, đánh giá, nhiên cịn có hạn chế tồn số vấn đề chưa giải hoàn toàn Trong đó phải kể đến khó khăn việc mô hình hóa thấm nước mưa khối đất khơng bão hịa có áp lực nước lỗ rỗng, hệ số thấm, lực hút dính (hiệu số áp lực khí lỗ rỗng áp lực nước lỗ rỗng), ứng suất hiệu có quan hệ phi tuyến với thay đổi độ bão hòa Hiện việc sử dụng phần mềm địa kĩ thuật để mô phỏng, dự báo ổn định mái dốc giúp cho công tác đánh giá, đưa giải pháp phòng chống phù hợp với thực tế Tuy nhiên, phần mềm địa kĩ thuật đòi hỏi người dùng phải có kiến thức định toán học, thuật toán thao tác phần mềm Ngoài ra, việc khai thác phần phềm cịn địi hỏi thơng số đầu vào phải đầy đủ, có độ xác cao, phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn vùng Xuất phát từ vấn đề trên, đề tài “Phân tích ảnh hưởng lượng mưa đến ổn định mái dốc đất đắp khu vực Quảng Ninh” mà tác giả lựa chọn nghiên cứu thật cần thiết * Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Xây dựng thông số địa kĩ thuật phù hợp việc phân tích ổn định mái dốc đất đắp kể đến ảnh hưởng mưa - Xây dựng chương trình dự báo ổn định mái dốc đất đắp với thông số địa kĩ thuật đề xuất theo phương pháp phần tử hữu hạn; - Xây dựng phân tích xử lý số liệu thiết kế mái dốc đất đắp khu vực Quảng Ninh, đồng từ khâu khảo sát đến mơ hình hóa tính tốn * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: phân tích ổn định mái dốc đất đắp điều kiện ảnh hưởng mưa - Phạm vi nghiên cứu: Các mái dốc đất đắp điều kiện khu vực Quảng Ninh, nơi có mật độ xây dựng cao, thời gian thi công tương đối nhanh * Nội dung nghiên cứu luận văn - Phân tích sáng tỏ mối quan hệ cân ổn định khối đất mái dốc đất đắp - Xây dựng phương pháp xác định thực nghiệm thông số địa kỹ thuật đầu vào đất phục vụ cho tính tốn dự báo ổn định mái dốc đất - Thiết lập thơng số mơ hình đất tốn phù hợp kể đến ảnh hưởng mưa - Lập trình chương trình xử lý thơng số tính tốn ổn định mái dốc đất đắp phương pháp PTHH; - Tổng hợp đề xuất quy trình đồng từ khảo sát, thí nghiệm xác định thơng số vật liệu để phục vụ tính tốn kiểm tra ổn định mái dốc * Phương pháp nghiên cứu * Các phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: phương pháp thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu có liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: phương pháp điều tra, phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm - Phương pháp chuyên gia - Phương pháp mô hình hóa: sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, mơ hình tốn nghiên cứu phần mềm Plaxis * Ý nghĩa khoa học thực tiễn Thơng qua việc phân tích, đánh giá đầy đủ nguyên nhân gây ổn định mái dốc đất đắp, bao gồm: đặc trưng đất nền, đặc trưng vật liệu đắp, ảnh hưởng mưa làm ổn định mái dốc, kết nghiên cứu luận văn có số ý nghĩa sau: - Ý nghĩa khoa học: đưa phương pháp phân tích, tính tốn ổn định mái dốc đất đắp có kể tới ảnh hưởng tác dụng dòng thấm mưa; - Ý nghĩa thực tiễn: kết nghiên cứu luận văn thơng qua cơng trình cụ thể Hạ Long, Quảng Ninh tài liệu tham khảo có giá trị, cung cấp thơng tin cần thiết công tác lựa chọn vật liệu đắp, khảo sát địa kỹ thuật, tính tốn thiết kế ổn định mái dốc đắp điều kiện có kể đến ảnh hưởng lượng mưa Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor To remove this notice, visit: www.foxitsoftware.com/shopping THƠNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.1 - Nhà F - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 - Nguyễn Trãi - Thanh Xuân Hà Nội Email: huongdtl@hau.edu.vn ĐT: 0243.8545.649 TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tác dụng dòng thấm mưa làm tăng trọng lượng khối đất đắp mái dốc, tăng áp lực nước lỗ rỗng đất bão hịa khơng bão hịa dẫn đến giảm hệ số ổn định mái dốc Có trình thủy lực xảy mái dốc đất sau mưa kết thúc Đó trình phân phối nước mưa vào sâu mái dốc trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư mưa gây Trong trình đầu làm giảm ổn định mái dốc, trình sau giúp cho mái dốc đất phục hồi lại Vì ổn định mái dốc đất tiếp tục giảm hay phục hồi phụ thuộc vào mức độ ảnh hưởng trình Với tổng lượng mưa, ngắn hạn, mưa tập trung gây nguy hiểm cho mái dốc đất so với ảnh hưởng mưa kéo dài theo đợt Khi xét quãng thời gian dài ngày, trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng chiếm ưu làm giảm ảnh hưởng mưa tập trung Ảnh hưởng mưa kéo dài theo đợt trở nên rõ ràng lượng mưa bổ sung vào lượng mưa tích lũy khối trượt trước đó Điều giải thích tượng quan sát thực tế có nhiều mái dốc an toàn mưa to lại bị ổn định mưa nhỏ theo đợt (sụt lún diễn tháng 10/2022 lượng mưa lớn lại vào tháng 8) Căn vào biểu đồ phân tích hệ số ổn định khối trượt kết luận: hệ số ổn định khu vực phân tích nghiên cứu > 1,3 cố xảy vào tháng 9/2020 việc ổn định xảy vào tháng 8/2020 thời điểm bắt đầu hình thành sụt lún Đánh giá suy giảm hệ số ổn định lưu lượng mưa, cho thấy: ví dụ phân tích nghiên cứu, hệ số ổn định từ tháng đến tháng 11 có suy giảm lớn nhất; tháng lại lưu lượng mưa có suy giảm mức trung bình khơng gây ảnh hưởng lớn Mức suy giảm sức kháng cắt lớn 2,21% Lớp 1b lớp đất san lấp, trình san lấp đất làm lu lèn tới độ chặt định, nhiên trình khai thác cơng trình, tác dụng yếu tố bên (nước mặt nước mưa sinh dịng thấm gây xói ngầm, rửa trơi…) làm cho kết cấu lớp đất bị phá hủy số vị trí Đây nguyên nhân gây 80 tượng sụt lún bề mặt số vị trí đoạn tuyến đường B2 từ đó tạo áp lực đất lên đoạn kè chắn đất phía đoạn tuyến B4-2 Hệ thống tiêu thoát nước thân kè hoạt động không hiệu khiến cho nước gia tăng tải lên phần mái dốc, từ đó làm giảm hệ số ổn định gây ổn định mái dốc đắp Kiến nghị Việc tận dụng vật liệu đất đắp khai thác chỗ giúp giảm chi phí xây dựng, nhiên trước tiến hành sử dụng đất làm vật liệu đắp cần tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá khả làm chặt đất lu lèn Ngồi ra, q trình thi cơng mái dốc cần tuân thủ tiêu chuẩn, quy phạm hành yêu cầu công tác thiết kế Cơng tác khảo sát địa chất phục vụ tính tốn, thiết kế kè/tường chắn đất việc cung cấp tiêu lý đất trạng thái tự nhiên cần thiết phải tiến hành thí nghiệm mẫu đất điều kiện bão hịa nước Ngồi tính toán, thiết kế kè/tường chắn đất cần thiết phải kể đến ảnh hưởng áp lực dòng thấm sinh tác dụng nước mưa nước mặt Ở giai đoạn nghiên cứu tiếp theo, xét tới ảnh hưởng tải trọng động (phương tiện giao thông tuyến đường nằm sát đỉnh mái dốc, tác dụng động đất ) đến tính ổn định mái dốc đắp 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Đặng Thị Lan Anh (2019), Nghiên cứu biến đổi số đặc trưng mưa mùa mưa khu vực Nam Bộ, luận văn thạc sỹ chuyên ngành khí tượng khí hậu học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội Hồ Bá Tuấn Anh, Nguyễn Trường Huy (2020), Giải pháp đường hầm thông minh cho thị Hà Nội, Tạp chí khoa học Kiến Trúc Xây Dựng – Nghiên cứu khoa học sinh viên 2020, Đại học Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội Bộ Xây dựng (2014), TCVN 4198:2014 - Đất xây dựng – Phương pháp phân tích thành thần tạt thịng thí tghiệm, Viện Khoa học Cơng nghệ Xây dựng – Bộ Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Thanh Danh (2019), Nghiên cứu ảnh hưởng mưa trượt lở xây dựng đồ tai biến trượt lở huyện Khánh Vĩnh, tỉnh Khánh Hòa, luận văn tiến sĩ ngành Kỹ thuật địa chất, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2004), “Ổn định cơng trình thủy lợi”, Bài giảng cao học ngành Cơng trình Thủy lợi Vũ Văn Phái (2010), Hà Nội- Địa chất, Địa mạo Tài nguyên thiên nhiên liên quan, Nhà xuất Hà Nội Trung tâm Kỹ thuật đường (2020), “Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình dự án đầu tư xây dựng kinh doanh hạ tầng khu biệt thự Ban Mai, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh”, tr 66-69, Quảng Ninh Nguyễn Văn Thìn (2019), Ảnh hưởng mưa đến ổn định mái dốc, Tạp chí Địa kĩ thuật số 38, Trường Đại học Thủy Lợi Trịnh Minh Thụ, Nguyễn Uyên (2011), Phòng chống trượt lở đất đá bờ dốc, mái dốc, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 10 Trạm Khí tượng thủy tăn Môi trường Bãi Cháy (2021), Báo cáo quan trắc lưu lượng mưa từ năm 2017 – 2021, Quảng Ninh 11 Nguyễn Uyên (2006), Khảo sát địa chất để thiết kế loại cơng trình, tr.5165, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 82 12 Trần Văn Việt (2008), Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thuật, tr.126-304, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 13 R.Whitlow (1996), Cơ học đất, tập 1,2, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Tiếng Anh: 14 Bentley Systems The Infrastructure Engineering Software Company (2023), PLAXIS 2D-Reference Manual, Netherlands 15 Bentley Systems The Infrastructure Engineering Software Company (2023), Material Models Manual, Netherlands 16 Bentley Systems The Infrastructure Engineering Software Company (2023), Scientific Manual, Netherlands 17 Vahid Galavi (2010), Internal Report Groundwater flow, fully coupled flow deformation and undrained analyses in PLAXIS 2D and 3D, Netherlands 18 Elias V, & Turan I Soil Nailing for Stabilization of Highway Slope and Excavation June, 1991 19 Juran, I., Elias, V., Ground Anchors and Soil Nails In Retaining Structures, Foundation Engineering Hanbook, Van Nostrod Beihold Public., 1991