Báo cáo nghiên cứu khoa học đề tài " ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG HƯƠNG THEO LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC " potx

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG HƯƠNG THEO LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC Trần Hữu Tuyên, Đỗ Quang Thiên Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế ĐẶT VẤN ĐỀ Với diện tích lưu vực 2830 km2, chảy ngang qua thị cổ có nhiều di tích lịch sử - văn hố, sơng Hương đóng vai trò quan trọng đời sống, tâm tư tình cảm người dân Dịng sơng góp phần tạo nên mơi trường cảnh quan xanh - - đẹp cho Huế Vì thế, đảm bảo độ ổn định bờ sông Hương nhiệm vụ vơ cấp bách mang tính thời Như biết, vào mùa mưa lũ hàng năm gần đây, vào mùa mưa lũ cuối năm 1998, 1999 2000 đoạn sông thuộc hạ lưu sơng Hương q trình sạt lở bờ xảy mạnh mẽ Nguyên nhân gây sạt lở bờ đa dạng, 39 nhìn chung có ngun nhân dẫn đến ổn định bờ sơng Hương sau: - Sạt lở bờ mùa lũ xâm thực ngang dịng chảy Qui mơ cường độ tượng phụ thuộc vào chế độ thuỷ văn - thuỷ lực, lưu lượng bùn cát hình thái lịng dẫn cấu trúc địa chất bờ - Trượt trọng lực xảy hình dạng lịng sơng thay đổi xâm thực sâu dòng chảy (do khai thác cát xây dựng cơng trình ven bờ) Q trình trượt trọng lực chủ yếu phụ thuộc vào trắc diện ngang bờ, tính chất địa chất cơng trình loại đất đá cấu tạo nên bờ tác động thuỷ động lực nước ngầm Thật ra, ranh giới phân định rõ ràng ổn định bờ sơng xâm thực ngang dịng chảy trượt trọng lực (xâm thực sâu dòng chảy) Điều khác biệt dễ nhận thấy cách thức biểu chúng.Trong tượng sạt lở bờ thường xảy lũ lớn đoạn sông uốn khúc, quanh co trượt trọng lực xảy vào thời điểm với cường độ mạnh nhiều mang tính chất tai biến địa chất Hiện tượng trượt lỡ đường gần Ngã Ba Tuần, quốc lộ 49 vào mùa lũ năm 1998 ví dụ điển hình Trên sở lý thuyết ổn định mái dốc số liệu Dự án “ Nghiên cứu, dự báo phòng chống sạt lở bờ sông hệ thống sông miền Trung” PGS TSKH Nguyễn Viễn Thọ chủ trì, chúng tơi thử tiến hành đánh giá độ ổn định bờ sông Hương đoạn Tuần - Bao Vinh (T-BV) mơ hình SLOPE/W sau: 40 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Có thể nói, Coulomb người đặt tảng cho lý thuyết ổn định mái dốc, lẽ vào năm 70 kỷ 18 ơng viết sách học đất đưa phương trình tiếng cường độ chống cắt đất  = n ă + C Mặt dù ý tưởng ơng đưa cịn gặp phải nhiều nhược điểm, chẳng hạn ông giả thiết mặt trượt mặt phẳng chưa đề cập đến áp lực nước lỗ rỗng ảnh hưởng ứng suất Tuy nhiên, điều hội tụ quan tâm nhà khoa học thúc đẩy lý thuyết ổn định mái dốc dần phát triển hoàn thiện vài kỷ qua việc đánh giá độ bền mái dốc tự nhiên nhân tạo thiết kế thi cơng cơng trình đất như: mái đập, ta luy đường, kênh dẫn, bờ sông Trong thời đại ngày với tiến phát triển thần kỳ khoa học kỹ thuật, việc kiểm toán ổn định chương trình hóa máy tính với phần mềm SLOPE/W hãng GEO- SLOPE Internation Ltd (Canada) Chương trình thiết lập để tính tốn hệ số an tồn nhỏ theo phương pháp Canada (GLE - General limit equilibrium) Nhìn chung, phần mềm tổng hợp đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến phân tích ổn định mái dốc, đặc biệt việc xét đến tính chất đất điều kiện bảo hòa nước (hệ số bảo hòa khác 1) làm tăng độ xác kết tính tóan Đây chương trình tính tốn độ ổn định mái dốc thông dụng dựa theo lý thuyết phân mảnh Fellenius đề xuất vào đầu kỷ 19 khơng ngừng hồn thiện Chúng xem phương pháp số (Soil mechanic; T.Wu - Boston, 1966) có hiệu lực để tính tốn ổn định mái dốc xét đến tính không đồng khối đất đá áp lực nước lổ rỗng điểm khối đất 41 Theo lý thuyết phân mảnh, khối đất phân chia thành mảnh thẳng đứng đánh số thứ tự từ đến n Từ sơ đồ lực tổng quát hình 1, cho thấy lực tác động lên mảnh sau: - Tải trọng tác động đỉnh mảnh Qi - Trọng lượng mảnh Wi - Lực tương tác mảnh bên trái bên phải: Et, Ep - Lực tiếp tuyến bên trái bên phải mảnh: Xt,Xp - Lực pháp tuyến Ni tác động đáy mảnh - Lực tiếp tuyến Si tác động mặt trượt 42 Hình 1: Sơ đồ lực tác động tổng quát vào mảnh Khối đất trạng thái cân bền khi: + Cân tĩnh học: gồm có - Cân hình chiếu theo phương ngang : h = - Cân hình chiếu theo phương đứng :  v = - Cân momen quay M bất kỳ:  M = + Điều kiện bền Morh - Coulomb cho quan hệ N S mặt trượt Si=Nitgi + Ci li (Ci , tgi lực dính góc ma sát đất; li chiều dài cung trượt thứ i) Độ ổn định khối đất đặc trưng hệ số ổn định K định nghĩa tỷ số lực chống trượt lực gây trượt Tỷ số lớn khối đất có độ ổn định cao tượng trượt khó xảy 43 Bài tốn đánh giá ổn định mái dốc toán siêu tĩnh Để đưa dạng tĩnh định, nhà khoa học đề xuất phương pháp tính toán dựa giả thiết khác như: bỏ bớt lực tương tác giả thiết hướng lực tác dụng không đổi Sau đây, xin đề cập đến giả thiết số phương pháp tính tóan ổn định mái dốc thơng dụng sau:  Phương pháp Fellenius: Phương pháp đời có cách tính đơn giản với giả thiết sau: - Xem mặt trượt cung trịn hình trụ có tâm O, bán kính R - Bỏ qua lực tương tác mảnh: Ei = 0, Xi=0 - Điểm đặt N trung điểm đáy mảnh  Phương pháp Bishop: - Xem mặt trượt cung trịn hình trụ có tâm O, bán kính R - Bỏ qua thành phần thẳng đứng lực tương tác Xi=0 - Điểm đặt phản lực N trung điểm đáy mảnh 44  Phương pháp Janbu: Hiện nay, phương pháp hoàn thiện lý thuyết phân mảnh dựa giả thiết: - Mặt trụ trịn tâm O, bán kính R - Các điểm đặt lực tương tác nằm đường cong phạm vị khối trượt gọi đường tương tác - Điểm đặt phản lực N trung điểm đáy mảnh Giải hệ phương trình cân với mái dốc cụ thể, ta có đường trượt khác tương ứng hệ số ổn định khác Hệ số ổn định nhỏ (Kmin) đặc trưng cho độ ổn định chung khối đất Tuy nhiên Kmin hệ số để khẳng định xem khối đất có bị trượt hay không mà đánh giá nguy xảy ổn định mà 45 - Kmin < 0.8 Khối đất có độ ổn định thấp, dể xảy trượt - Kmin = 0.8-1.2 Khối đất trạng thái cân giới hạn Quá trình trượt xảy hình thái tính chất đất đá bị thay đổi - Kmin > 1.2 Khối đất trạng thái cân bền, khó xảy trượt Để xác định Kmin dùng phương pháp lặp có điều chỉnh bậc cao, khối lượng tính tốn lớn Tuy nhiên, với trợ giúp chương trình SLOPE/W, việc xác định độ ổn định mái dốc đơn giản nhiều đạt độ xác cần thiết Hình 2: Sơ đồ mặt cắt tính tốn ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ SƠNG HƯƠNG ĐOẠN TUẦN - BAO VINH 3.1 Cơ sở số liệu: Để đánh giá độ ổn định trượt bờ sông Hương, đoạn Tuần - Bao Vinh, sử dụng số liệu tài liệu dự án “Nghiên cứu, dự báo phịng chống sạt lở bờ sơng hệ thống sơng miền Trung” Trong gồm có: - Số liệu đo đạc địa hình 23 mặt cắt ngang sơng Hương (Hình 2) 46 - Tài liệu cấu trúc địa chất thu thập cơng trình lân cận mặt cắt tính tốn - Tính chất lý lớp đất xác định điều kiện bảo hoà nước 3.2 Các giả thiết tính tốn: - Các mặt cắt lựa chọn để tính tốn độ ổn định thuộc đoạn bờ có nguy xảy trượt cao - Thời điểm tính tốn trùng với mùa mưa lũ khu vực tương ứng với điều kiện bất lợi ổn định bờ sông - Bỏ qua ảnh hưởng áp lực thuỷ động dòng ngầm dòng chảy mặt - Phương pháp Janbu lựa chọn để xác định hệ số ổn định nhỏ Kmin 3.3 Kết tính tốn Hệ số ổn định mái dốc Kmin mặt cắt lựa chọn tính tốn chương trình SLOPE/W thể hình bảng 47 Kh.lượng Dài L (m) Rộng B Bảng 1: Kết tính tóan hệ số ổn định nhỏ mái dốc Kmin * Trọng lượng đất được tính cho 1m dài khối trượt ( Tấn/m) * * Công ty Giống - Trồng Thừa Thiên Huế ; ** *Chợ Hương Long 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết tính tốn ổn định bờ sông Hương mặt cắt ngang, nhận thấy đa số hệ số ổn định nhỏ Kmin thay đổi từ 0.8 đến 1.2, nghĩa phần lớn bờ sông Hương trạng thái cân giới hạn, dể bị phá xảy tượng trượt bờ sơng Vì thế, chúng tơi xin có kết luận sau: - Khả xảy trượt lớn các đoạn bờ thuộc khu vực: Tuần, Bao Vinh Thiên Mụ - Tuy bề rộng đỉnh trượt (tính từ đường mép nước đến bờ) nhỏ thay đổi từ 0.5m - mét, nhìn chung trọng lượng khối trượt nguy hiểm dự đoán lớn 13 12 - Các kết tính tốn 0.930 11 loại trừ ảnh hưởng 10 a áp lực thuỷ động nước ngầm dòng chảy mặt Nếu nhân tố tác động công hưởng với độ ổn định bờ sông Hương giảm -1 nhiều -2 -3 -4 -5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Khoang cach (m) 28 30 32 34 36 38 49 40 42 44 Cho nên, để đảm bảo độ ổn định bờ sông Hương, xin kiến nghị: - Hạn chế hoạt động khai thác cát, sỏi sông Hương đoạn Tuần - Bao Vinh Đặc biệt đoạn có độ ổn định thấp đề cập - Khơng tiến hành xây dựng cơng trình có tải trọng lớn lận cận bờ sơng Hình 3: Mặt cắt 221- bờ phải (SLOPE/W software) TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Q An, Nguyễn Cơng Mẫn Giáo trình học đất Nxb Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội (1970) Phan Trường Giang Nâng cao hiệu lực phương pháp phân mảnh tính ổn định đập đất lý thuyết phân tích hệ thống Luận án Thạc sĩ Khoa học Kỹ thuật Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội (2000) D.F Fredlund The analysis of slope Short course Hà Nội (1997) R.w whilow Cơ học đất Nxb Giáo dục (1996) GEO-SLOPE Slope/ W for slope stability analysis Canada.(1999) 50 51 STABILITY ANALYSIS FOR HUONG RIVERBANK BY SLOPE STABILITY THEORY Tran Huu Tuyen, Do Quang Thien College of Sciences, Hue University SUMMARY The slope stability theory has occurred in 1920's It is used to analyse slope stabilization of: dam, road, and canal bank of In this article, the author has analysed the stability of Tuan - Bao Vinh section of Huong riverbank using Slope/W software The research involved 29 slopes and base on Hue universities project documents to find minimal safety coefficients and stability of Huong river bank - In this caculating - section, Kmin coefficient: 0.8-1.2 Bank of Huong River occurred within the limit of equilibrium state and landslide process would happen if the balanced factors are changed - The anthors suggest a reduction for sand exploitation, construction in Bao Vinh, Tuan, Thien Mu section of Huong River 52 53 ... tốn ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG HƯƠNG ĐOẠN TUẦN - BAO VINH 3.1 Cơ sở số liệu: Để đánh giá độ ổn định trượt bờ sông Hương, đoạn Tuần - Bao Vinh, sử dụng số liệu tài liệu dự án ? ?Nghiên cứu, dự báo. .. thứ i) Độ ổn định khối đất đặc trưng hệ số ổn định K định nghĩa tỷ số lực chống trượt lực gây trượt Tỷ số lớn khối đất có độ ổn định cao tượng trượt khó xảy 43 Bài tốn đánh giá ổn định mái dốc toán... chưa đề cập đến áp lực nước lỗ rỗng ảnh hưởng ứng suất Tuy nhiên, điều hội tụ quan tâm nhà khoa học thúc đẩy lý thuyết ổn định mái dốc dần phát triển hoàn thiện vài kỷ qua việc đánh giá độ bền mái