Luận án tiến sĩ Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của các loại đất Tàn - Sườn tích ở Tây Nguyên khi mưa lũ kéo dài có ảnh hưởng đến sự ổn định của sườn dố

c Sử dụng số liệu nghiên cứu được ở mục a, áp dụng phương pháp tính toán ở mục b, với hệ số an toàn theo quy phạm là k=1.4, NCS đã tính toán được chiều cao giới hạn h theo độ dốc 1:m và

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Tây Nguyên Việt Nam là vùng núi phía Tây Nam của tổ quốc, bao gồm các tỉnh: Lâm Đồng, Đắk Nông, Đắk Lắk, Gia Lai, KonTum

Tây Nguyên là một vùng đất giàu tiềm năng phát triển, có vị trí chiến lược quan trọng về chính trị, kinh tế, văn hóa và an ninh quốc phòng của cả nước Sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước nói chung và khu vực Tây Nguyên nói riêng đòi hỏi phải xây dựng nhiều tuyến đường giao thông xuyên qua các tỉnh, như:

- Quốc lộ 14 chạy dài từ KonTum qua Gia Lai, Đắk Lắk, Đăk Nông, Bình Phước đến Tp.Hồ Chí Minh

- Quốc lộ 24 nối Kontum với Ba Tơ (Quảng Ngãi)

- Quốc lộ 25 nối từ Pleiku (Gia Lai) với Tuy Hòa (Phú Yên)

- Quốc lộ 26 nối Đắk Lắk (Buôn Mê Thuột) với Nha Trang (Khánh Hoà)

- Quốc lộ 27 nối từ Đà Lạt (Lâm Đồng) với Đắk Lắk (Buôn Mê Thuột)

- Quốc lộ 28 nối từ Đà Lạt (Lâm Đồng) với Đăk Nông

- Quốc lộ 19 nối Pleiku (Gia Lai) với Quy Nhơn

- Quốc lộ 40 nối với Xayden-Antoum (Lào) cửa khẩu Pờ Y với Q Lộ 14

- Đặc biệt, tuyến đường Hồ Chí Minh, chạy qua các tỉnh Tây Nguyên Đây là tuyến đường trọng điểm, không chỉ có ý nghĩa chiến lược trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá, phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng đối với khu vực miền Trung và Tây Nguyên, mà còn là một tuyến đường lịch sử, gắn liền với sự nghiệp giải phóng đất nước (đường Trường Sơn)

- Ngoài ra, nhiều tuyến đường nối liền tỉnh lỵ đến các huyện lỵ và các vùng sâu, vùng xa nơi có nhiều đồng bào dân tộc sinh sống, nhiều tuyến giao thông phục

vụ xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện và khai thác du lịch ở các tỉnh Tây Nguyên Những tuyến đường ô-tô chạy ven theo các chân đồi hoặc các đèo cao được hình thành bởi các loại đất có nguồn gốc khác nhau

Về mùa mưa, sau những trận mưa lớn kéo dài thường gây những hiện tượng trượt các đồi đất bên đường, gây tắt nghẽn giao thông, cần phải có thời gian dài và kinh phí để khắc phục

Một trong những nguyên nhân gây ra sự cố nêu trên chủ yếu là do mưa lũ kéo dài làm cho độ bền của khối đất bên đường thay đổi gây ra sự chuyển vị lớn dẫn đến

sạt lở Do đó đề tài được chọn là: NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ

LÝ CỦA CÁC LOẠI ĐẤT TÀN - SƯỜN TÍCH Ở TÂY NGUYÊN KHI MƯA LŨ KÉO DÀI CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA SƯỜN DỐC CẠNH ĐƯỜNG Ô TÔ

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu đặc điểm biến đổi độ bền của các loại đất tàn - sườn tích ở Tây Nguyên trong điều kiện khô (vào mùa khô) và ngấm nước bão hoà (trong mùa mưa); từ đó, có cơ sở đánh giá ổn định của các đồi đất bên đường và cung cấp những số liệu cần thiết để bạn đọc tham khảo sử dụng khi xây dựng các tuyến đường giao thông ở Tây Nguyên

- Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi tính chất cơ lý của các loại đất tàn - sườn tích chủ yếu thường gặp ở Tây Nguyên có liên quan đến ổn định bờ dốc bằng đất Sự

ổn định bờ dốc cạnh đường giao thông còn có chịu ảnh hưởng rung động của các phương tiện giao thông trên đường Trong phạm vi luận án chỉ nghiên cứu sự giảm độ bền của đất do thời tiết mưa lũ kéo dài ảnh hưởng đến hệ số an toàn ổn định của bờ dốc, không xét đến ảnh hưởng rung động của các phương tiện giao thông trên đường

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a) Nghiên cứu thí nghiệm xác định được đặc điểm biến đổi dung trọng tự nhiên (Wvà các thông số chống cắt (C) theo độ ẩm (W) từ mùa khô đến mùa mưa của bốn loại đất Tàn - sườn tích thường gặp ở Tây Nguyên Đó là các loại Tàn-sườn tích thuộc vỏ phong hóa trên đá Bazan, đá xâm nhập Granite, đá Trầm tích lục nguyên và đá Biến chất

b) Tính toán, so sánh và xác định được: Hệ số ổn định chống trượt cho cùng một mái dốc được tính theo phương pháp cung tròn Bishop (thông qua phần mềm Geo – Slope International Ltd Canada) và tính theo phương pháp cung tròn cải tiến

của M.Н Голbдштейн và Г.Ц Тер-cтепанян (M.N.Gônxtên và G.I.Ter-Xtêpanian)

có giá trị xấp xỉ nhau NCS đã chọn theo phương pháp cung tròn cải tiến của M.N.Gônxtên để tính toán xác định chiều cao giới hạn của mái dốc (h) theo độ dốc (1:m) của mái dốc theo hệ số ổn định K được định trước

c) Sử dụng số liệu nghiên cứu được ở mục a, áp dụng phương pháp tính toán ở mục b, với hệ số an toàn theo quy phạm là k=1.4, NCS đã tính toán được chiều cao giới hạn (h) theo độ dốc (1:m) và độ ẩm (W) khác nhau của đất trong mái dốc đối với bốn loại đất Tàn – sườn tích được nghiên cứu ở Tây Nguyên

d) Kết quả nghiên cứu cung cấp những số liệu cần thiết để bạn đọc tham khảo khi thiết kế hoặc xem xét tình trạng ổn định của các bờ dốc thực tế có chiều cao (h)

và độ dốc (1: m) khác nhau theo mùa khô và mùa mưa của bốn loại đất thường gặp ở Tây Nguyên

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các lý thuyết có liên quan đến phương pháp tính toán ổn định mái dốc và phương pháp thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý của đất

- Nghiên cứu thực nghiệm: Chọn địa điểm khảo sát đối với các loại đất khác nhau theo mùa khô và mùa mưa trong nhiều năm, tiến hành lấy mẫu đất nguyên dạng đem về phòng thí nghiệm để xác định các đặc trưng cơ lý của đất theo mùa Đồng thời thu thập số liệu thực tế để bổ sung

- Viết báo thông tin của kết quả nghiên cứu trên các tạp chí khoa học, hội thảo Tiếp xúc với nhiều đơn vị khảo sát, thiết kế và thi công đường ở Tây Nguyên để tìm hiểu thực tế Trao đổi với các cơ quan quản lý như: Sở Khoa học công nghệ, Sở Giao thông, Sở Tài nguyên Môi trường, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn ở các tỉnh Tây Nguyên để xác định những yêu cầu cần nghiên cứu cũng như những kinh nghiệm thực tế của địa phương

5 Cấu trúc luận án

Luận án gồm 2 phần: Phần thuyết minh và phần phụ lục

Phần thuyết minh: 103 trang, ngoài phần mở đầu, luận án gồm có 4 chương và phần kết luận chung ở cuối luận án Cuối phần thuyết minh, có 5 trang liệt kê danh mục các tài liệu tham khảo của các tác giả trong nước và nước ngoài, và 1 trang liệt

kê danh mục các bài báo của NCS có liên quan đến nội dung luận án

Phần phụ lục: 28 trang, gồm:

Phụ lục chương III: 17 trang Phụ lục chương IV: 11 trang

CHƯƠNG I

- Núi khối tảng (Ngọc Linh, Mon Ray, Kon Ka Kinh, Đông Con Chơ Ro, Chư Yang Sin, Đông Đơn Dương, Tây Bảo Lâm, Nam Di Linh…)

- Bình sơn nguyên bóc mòn (Chư Pông - Chư Gau Ngo, Chư Rơ Bang, Xnaro,

1.1.2 Đặc điểm về khí tượng thuỷ văn

1.1.2.1 Đặc điểm về sông suối:

Khu vực nghiên cứu, nhận đường đỉnh của dãy Trường Sơn làm đường phân thuỷ, phân chia khu vực thành hai lưu vực chính, đó là lưu vực của các sông đổ ra biển Đông, gồm có: Sông Ba , sông Đà Rằng, sông Đồng Nai, sông Bé, sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ …

Và lưu vực các sông đổ vào sông Mê Kông (phía Tây) như: sông SeRePok, sông PôCô, sông Sê San…

Đặc điểm cơ bản của hệ thống sông suối trong khu vực: ngắn, hẹp, dốc, có nhiều ghềnh thác Sông ngòi ở đây thường có 3 đoạn, với đặc thù riêng, đó là: đoạn qua vùng đồi núi, đoạn qua vùng cao nguyên và đoạn qua vùng đồng bằng

Trong thực tế, đoạn sông ngòi qua vùng đồi núi có rất ít vật liệu bồi tích Chỉ khi đổ ra vùng cao nguyên, đồng bằng hoặc thung lũng, sông mới mở rộng, tạo ra những vùng bồi tích rộng lớn nhưng không dày

1.1.2.2 Đặc điểm về mưa:

Vùng Tây Nguyên mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa trong thời kỳ này chiếm khoảng 75% khối lượng mưa năm Lượng mưa trung bình năm khu vực khoảng 1200mm đến 3000mm

Trong đó:

Vùng núi cao trung bình - Ngọc Linh: 2500mm đến 3000mm

Vùng cao nguyên Pleiku: 2600mm đến 2800mm

Vùng thung lũng PôCô, cao nguyên Mandrak: 2000mm đến 2500mm

Vùng thung lũng Cheo Reo, An Khê, Krông Buk: 1200mm đến 1400mm Vùng duyên hải Nam Trung Bộ, mưa tập trung từ tháng 9 đến tháng 12, lượng mưa trung bình năm từ 1100mm đến 1300mm

Vùng Đông Nam Bộ, mưa tập trung từ tháng 8 đến tháng 11, lượng mưa trung bình năm từ 1400mm đến 2000mm

1.1.2.3 Đặc điểm về gió:

Khu vực Tây Nguyên, gió mùa Tây Nam thịnh hành từ tháng 5 đến tháng 9, tốc độ gió trung bình 4.1 đến 5.2m/s Từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, chủ yếu là gió mùa Đông Bắc

Tây Nguyên ít chịu trực tiếp của bão từ Biển Đông, nhưng bão có thể gây mưa lớn ở địa bàn rộng, gây lũ, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, đặc biệt gây thiệt hại cho công trình thủy lợi và các tuyến đường giao thông

Khu vực Nam Trung Bộ, gió mùa Tây Nam thịnh hành từ tháng 5 đến tháng 9, gió mùa Đông Bắc thịnh hành từ tháng 10 đến tháng 04 Ngoài ra khu vực này còn chịu ảnh hưởng của bão và lũ quét vào khoảng tháng 8 đến tháng 10 hàng năm

Khu vực Đông Nam Bộ, gió Tây Nam, Đông Nam tương đối điều hòa quanh năm

1.1.3 Đặc điểm thời tiết và khí hậu

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa và mùa khô rõ rệt: mùa khô bắt đầu từ tháng 01 đến tháng 05, mùa mưa từ tháng 06 đến tháng 12

Nhiệt độ trung bình trong năm ở Tây Nguyên (Cheo Reo) là 25.5oC, ở Nam Trung Bộ (Nha Trang ) là 26.4oC, ở Đông Nam Bộ (Bình Dương) là 26,5oC

Độ ẩm bình quân năm, ở Tây Nguyên từ 74% đến 90%, ở Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ từ 75% đến 80%

Lượng bức xạ dồi dào (trung bình khoảng 140Kcal/cm2/năm) nhưng có sự khác biệt theo mùa Mùa khô có bức xạ mặt trời cao, thời kì có bức xạ cao vào tháng

4 và 5 (đạt 400 - 500 Kcal/cm2/ngày) Mùa mưa có bức xạ mặt trời thấp hơn, cường

độ bức xạ cao nhất đạt 300-400 cal/cm2/ngày

Vào các tháng mùa khô, do lượng bốc hơi vượt xa hơn lượng mưa như ở cao nguyên Pleiku, vùng Cheo Reo-Phú Túc đã làm cho đất đai khô kiệt, cây cỏ héo úa, thời tiết nóng bức, mực nước ngầm tụt sâu…

Đặc điểm về thời tiết, khí hậu, thuỷ văn ở khu vực nghiên cứu rất khắc nghiệt, mùa khô và mùa mưa khác biệt nhau nhiều, ảnh hưởng nghiêm trọng đến điều kiện thi công và chất lượng công trình xây dựng

Hình 1.1 Bản đồ khu vực nghiên cứu

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TRONG KHU VỰC

Trong tài liệu [27] - khái quát về điều kiện Địa chất công trình ở khu vực từ Quảng Nam - Đà Nẵng đến Đông Nam Bộ, có giới thiệu “Sơ đồ địa chất công trình vùng Tây Nguyên” (Hình 1.2) Tùy thuộc vào chế độ địa kiến tạo, có những thành hệ địa chất và phức hệ địa chất nguồn gốc khác nhau được chú giải trên sơ đồ

Hình 1.2 Sơ đồ địa chất công trình vùng Tây Nguyên

1.2.1 Đặc điểm về cấu tạo địa chất

Theo kết quả nghiên cứu Nguyễn Việt Kỳ và Nguyễn Văn Tuấn [9] về địa tầng địa chất, nơi đây phổ biến bảy nhóm đá chính, đó là:

1 Nhóm Trầm tích bởi rời Kainozoi nguồn gốc sông hồ, đầm lầy tuổi Neogen phân bố chủ yếu dọc theo các thung lũng sông tạo thành bậc thềm sông, bãi bồi hoặc lấp đầy các địa hào ở dạng gắn kết yếu

2 Nhóm đá Trầm tích phân bố chủ yếu ở Nam Tây Nguyên gồm các đá Trầm tích có tuổi Jara sớm - giữa, một ít có tuổi Permi với các hệ tầng Chư Minh (tuổi Permi); Loại Bản Đôn (tuổi Jara sớm - giữa) với 4 hệ tầng Đắk Bùng, Đray Linh, La Ngà, Ea Sup; hệ tầng Đắk Rium (tuổi Creta muộn)

3 Nhóm đá Biến chất có tuổi từ Tiền Cambri đến Paleozoi sớm, phân bố chủ yếu

ở phía Tây Bắc, Bắc và Đông Tây Nguyên gồm các hệ tầng: Kon Cot, Xalamco, Đắk

Lô, Ki Sơn, Sông Re, Tak Cò, Núi Vú, Tiên An , Đắk Ui, Đắk Long và Chư Sê phân

bố dưới dạng địa hình núi cao, sắc, phân cắt mạnh

4 Nhóm đá xâm nhập axit - Trung tính Gồm các đá tuổi Paleozoi và Mezozoi thuộc phức hệ Diên Bình, bến Giằng - Quế Sơn, Hải Vân, Vân Canh, Định Quán, Đèo Cả, Ankroet, Bà Nà,… tạo thành các dãy núi cao

5 Nhóm đá phun trào axit - Trung tính Gồm các đá từ Andezit (Hệ tầng Đắk Lin tuổi Cacbon - Permi và hệ đèo Bảo Lộc tuổi Jara muộn - Creta sớm) đến Ryolit, Felsit (hệ tầng Mang Yang, Chư Prông, Nha Trang, Đơn Dương), các đá này tạo thành núi cao, sắc nhọn, phân dị mạnh

6 Nhóm đá xâm nhập Mafic, siêu Mafic chỉ chiếm một phần diện tích rất nhỏ ở vùng nghiên cứu, dưới dạng các khối nhỏ

7 Nhóm đá phun trào Mafic gồm Bazan, các loại có tuổi từ Neogen đến Đệ Tứ với các hệ tầng Túc Trưng, Đại Nga và Xuân Lộc Đây là nhóm đá có diện tích phân

bố rất rộng, chiếm tới 1/4 diện tích Tây Nguyên

Về kiến tạo, Tây Nguyên nằm trọn vẹn trong 2 đới kiến tạo lớn là đới KonTum

và đới Đà Lạt (Nguyễn Xuân Bao và nnk, 2000) Ranh giới giữa 2 đới này là hệ thống đứt gãy Ea Sup - Krông Pach Mỗi đới kiến tạo có các đặc điểm khác nhau về thành phần, cấu trúc và nhiều đặc điểm địa chất rất khác nhau Trên mỗi đới cũng phát triển nhiều hệ thống đứt gãy khác như đứt gãy Pô Cô, Biển Hồ - Chư Hơ Đrông, Đèo Mang Yang - An Trung, Đắk Min - Madagui, Đắk Min - Krông Bông, Sông Ba,

đới đứt gãy Batơ - Kontum, Biên Hoà - Tuy Hoà, Đa Nhim - Tánh Linh Tại vùng nghiên cứu có biểu hiện của các hoạt động tân kiến tạo, nơi đây phát triển các chuyển động ngang và thẳng đứng Các dạng tai biến địa chất có nguồn gốc nội sinh thường gắn với các hoạt động này

1.2.2 Vỏ phong hóa ở Tây Nguyên

Có nhiều loại phong hóa khác nhau như: phong hóa hóa học, phong hóa vật lý, phong hóa sinh học… Ở Tây Nguyên do điều kiện khí hậu thuận lợi nên phong hóa hóa học là chủ yếu

Tác nhân của phong hóa hóa học chủ yếu là: nước, oxýt, axit cacbonic, axit hữu cơ và các axit khác hòa tan trong nước

Phong hóa hóa học có đặc điểm rất phức tạp Có thể xảy ra cùng lúc nhiều quá trình khác nhau như: hòa tan, oxy hóa, trao đổi ion và thủy phân Sự chiếm ưu thế của một quá trình nào đó phụ thuộc vào thành phần và tính chất của bản thân đá, điều kiện môi trường xung quanh, thời gian phong hóa, chiều sâu, thế nằm của đá

1.2.2.1 Vỏ phong hóa trên đá xâm nhập:

Phân bố thành hai dải lớn: dải ở rìa phía đông, kéo liên tục từ Tu Mơ Rông xuống Krong Pa, Chư Yang sin, dải ở phía Tây Trường Sơn, từ ĐakGlie xuống Chư Prong, vòng qua Krong Pa theo hướng Đông Nam Nơi đây phổ biến là vỏ phong hóa trên đá xâm nhập axit Bề dày từ 5 đến 10m, lớn nhất ở vùng ManĐen đạt 50m-80m trên đá Granite - migmatít phức hệ Chu Lai, nhỏ nhất là ở sườn dốc chỉ 0.5m-2.5m

Lớp trên bị phong hóa hoàn toàn trở thành sét và sét pha

1.2.2.2 Vỏ phong hoá trên đá phun trào:

a) Vỏ phong hoá trên đá phun trào Bazan:

Phân bố rộng rãi, bao phủ hầu hết 5 cao nguyên Bazan lớn là Kon Hà Nừng, Pleiku, Buôn Ma Thuột, Đăk Nông và Di Linh Gồm 2 nhóm sau:

Vỏ phong hoá trên đá phun trào Bazan Pliocen - Pleistocen sớm (βN2-QI1):

 Phân bố: chiếm phần lớn diện tích 5 cao nguyên lớn, trừ phần trung tâm Pleiku, Buôn Ma Thuột, Đăk Nông

 Bề dày từ 10 - 20m, lớn nhất là ở phần vòm cao nguyên kon Hà Nừng, Đăk Nông đạt 32 - 82.5m trên đá Granite-migmatít phức hệ Chu Lai, nhỏ nhất là ở ven rìa cao nguyên chỉ 3m- 5m

 Đặc trưng cho loại vỏ phong hóa đá phun trào Bazan này là kiểu vỏ phong hoá laterit, mặt cắt từ trên xuống gồm 4 đới: thổ nhưỡng, laterit, sét hoá và đới biến đổi yếu

 Đới thổ nhưỡng 0.1-1m, chủ yếu là bộ sét lẫn rễ cây và vài mảnh cục laterit

 Đới laterit 0.5-12.3m: dạng dăm, sạn, que, khung xương, lỗ rỗng, kết cấu khá cứng

 Đới sét hoá 2-70.2m: là sét phong hoá tàn dư dạng cầu, còn giữ được cấu tạo của

đá mẹ

 Đới biến đổi yếu 1-5m là Bazan nứt vỡ thành dăm, cục tảng, khoáng vật chủ yếu

là nguyên sinh

b) Vỏ phong hoá trên đá phun trào Bazan Pleistocen (βQ 1 ):

 Phân bố: phát triển ở trung tâm vòm Pleiku, Buôn Hồ, KrôngAna, Đăk Min, Đức Trọng

 Bề dày từ 15 - 20m, lớn nhất là ở phần vòm cao nguyên Kon Hà Nừng, Đăk Nông đạt 50 - 70m ở vòm Pleiku, nhỏ nhất là ở vùng KrôngAna, chỉ 3m - 10m

 Đặc trưng cho loại vỏ phong hóa đá phun trào Bazan này là kiểu vỏ phong hoá sét hoá, mặt cắt từ trên xuống gồm 3 đới: thổ nhưỡng, sét hoá và đới biến đổi yếu

 Đới thổ nhưỡng 0 - 0.5m: chủ yếu là bột sét lẫn rễ cây

 Đới sét hoá 5 - 10m: là sét màu nâu đỏ chuyển xuống màu loang lổ xám nâu, còn giữ được cấu tạo của đá mẹ

 Đới biến đổi chủ yếu 1-3m là Bazan nứt vỡ thành dăm, cục, tảng, khoáng vật chủ yếu là nguyên sinh

c) Vỏ phong hoá trên đá phun trào trung tính:

 Phân bố: phát triển trên đá phun trào Andezit ở Bản Đôn, vùng đèo Bảo Lộc, Đông Nam Di Linh, Đa Dâng

 Bề dày từ 2 - 5m, lớn nhất là ở Đăk Lin đạt 10 - 12m, ở vòm Pleiku, nhỏ nhất là

ở đèo Bảo Lộc, chỉ 0.5 - 1m

 Đới trên cùng và dày nhất là đới sét hoá

d) Vỏ phong hoá trên đá phun trào axit:

 Phân bố: ở Sa Thầy, Mang Yang, đèo Tô Na, Chư Prông, Tây Krông Pa, Đơn Dương, Đức Trọng…

 Bề dày từ 5 - 10m, lớn nhất là ở đèo Mang Yang, Pren, Mo Ray đạt 20-25m, nhỏ nhất là ở sườn dốc, thung lũng, phân cắt chỉ 1 - 3m

 Đới trên cùng là đới biến đổi yếu dày 1 - 5m gồm các cực, tảng đá phun trào bị sét hoá bên ngoài, bên trong còn khá cứng

1.2.2.3 Vỏ phong hoá trên đá Biến chất:

 Phân bố: ở khu vực tỉnh Kontum, Đông và Đông Bắc tỉnh Gia Lai, Iabang, MĐrăk (Đăk Lăk)

 Bề dày từ 10-20m, lớn nhất là vách đường mòn Hồ Chí Minh đoạn Đăk Lăk- đèo Lò xo, đạt 50m-60m, nhỏ nhất là ở sườn dốc, thung lũng phân cắt chỉ 3-5m

 Đới trên cùng là thổ nhưỡng (0.2-1.5)m

 Đới thứ hai là đới sét hoá dày (10-15)m

 Đới thứ ba là đới biến đổi yếu (3m-10)m

1.2.2.4 Vỏ phong hoá trên đá Trầm tích:

Chủ yếu là đá Trầm tích có tuổi Jara

 Phân bố: chủ yếu từ EaSup - Bản Đôn kéo dài xuống Đà Lạt - Đức Trọng

 Bề dày từ 10-15m, lớn nhất là ở Đà Lạt trên 40m, nhỏ nhất là (1-2)m

 Đới trên cùng là thổ nhưỡng (0.3-1)m

 Đới thứ hai là đới sét hoá dày (2-18)m

 Đới thứ ba là đới biến đổi yếu (2-4)m

Các tai biến (quá trình địa động lực ngoại sinh) ở vỏ phong hoá của các loại đá khác nhau cũng khác nhau Ở vỏ phong hoá trên đá xâm nhập có thể gặp các hiện tượng đổ lở trọng lực, trượt lở, sạt lở… Trong Bazan phong hoá có thể gặp các hiện tượng nứt đất, trượt lở, xói mòn… Trong vỏ phong hoá của đá phun trào axit cũng có thể gặp các hiện tượng trên như trong Bazan phong hoá, song với quy mô nhỏ và mức

độ tập trung hơn Các quá trình địa động lực thường gặp trong đá Biến chất là trượt lở đất, mương xói, rãnh xói, các quá trình này phát triển rất mạnh vào mùa mưa ở những nơi thảm thực vật bị tàn phá, khi vách đường cắt vào vỏ phong hoá (ĐăkGlei dọc theo đường Hồ Chí Minh)

(a) (b)

Hình 1.3 a-b Vỏ phong hoá trên đá Bazan -Vỏ phong hoá trên đá xâm nhập Granite

Hình 1.4 a-b Vỏ phong hoá trên Trên đá Trầm tích Lục Nguyên - Đá Biến chất

1.2.3 Chỉ tiêu cơ lý, thành phần khoáng vật và hóa học của các loại đất đặc trưng trong khu vực ở trạng thái tự nhiên

Các tác giả Nguyễn Văn Thơ, Nguyễn Tài trong tài liệu [17] đã tổng kết giới thiệu trị trung bình đặc trưng cơ lý của các loại đất trong vỏ phong hoá có cấu trúc tự nhiên ở Tây Nguyên (bảng 1.1) và phạm vi biến đổi các chỉ tiêu chính (bảng 1.2) Đối với loại đất ở Tây Nguyên, tác giả Nguyễn Thanh [25] đã thu thập chỉnh lý các số liệu về thành phần khoáng vật của đất thuộc nhiều phức hệ địa chất, nguồn gốc phát triển trên các loại đá mẹ khác nhau theo mỗi tỉnh (bảng 1.3) Các tác giả Nguyễn Việt

Kỳ và Nguyễn Văn Tuấn [9] đã nghiên cứu tổng kết thành phần khoáng vật và hóa học chủ yếu trong vỏ phong hóa ở Tây Nguyên được giới thiệu ở bảng 1.4

Qua các tài liệu nghiên cứu ở trên, cho thấy rằng vùng nghiên cứu có vỏ phong hoá phát triển trên tất cả các loại đá có mặt trên khu vực Mức độ phong hoá của các loại

đá rất khác nhau, phụ thuộc vào bản chất thạch học ban đầu của đá Chỉ tiêu cơ lý và

thành phần khoáng vật của đất trong vỏ phong hoá cũng khác nhau, sẽ có ảnh hưởng

đến sự ổn định mái dốc của các tuyến đường giao thông trong khu vực nghiên cứu

Bảng 1.1 Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất có cấu trúc tự nhiên

Thiên nhiên Khô Tên loại đất > 2 2-0,5

0,005 <0,005 W o c  eo

loang lổ chứa vón kết mảng 20,0 25,0 25,0 30,0 30,0 1,75 1,35 3,01 1,33Lớp 3: Đất sét màu nâu

35,0 27,0 13,0 25,0 10,0 1,98 1,80 2,93 0,65

Lớp 2: Đất sét màu loang lổ chứa 20-25%

vón kết Laterit 20,0 21,0 21,0 38,0 15,0 1,73 1,50 2,77 0,70Lớp 3: Đất sét màu nâu

vàng, chứa ít dăm sạn 3,0 30,0 30,0 37,0 26,0 1,89 1,50 2,75 0,75Đất trên nền

loang lổ, xám sáng lẫn 10% dăm sạn 8,0 8,0 41,0 39,0 22,0 1,85 1,52 2,74 0,80Đất trên nền

đá Biến chất

(Gơnai)

Lớp 1: Đất sét màu nâu

đỏ ít vón kết Laterit 2,0 26,0 24,0 38,0 25,0 1,89 1,51 2,73 0,81Lớp 2: Đất sét màu

loang lổ ít vón kết laterit 8,0 27,0 33,0 22,0 26,0 1,82 1,44 2,74 0,90Đất trên nền

lổ, lẫn ít dăm sạn 3,0 34,0 35,0 28,0 24,0 1,61 1,30 2,71 0,96

Cường độ chống cắt

Hệ số thấm Thiên nhiên Bão hòa

Góc

ma sát

Lực dính

(12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) 100,0 03 o 30' 0,06 03 o 30' 0,05 10 -6

88,0 40,0 23,0 17,0 0,12 21 o 00' 0,30 19 o 00' 0,20 10 -5

70,0 58,0 40,0 18,0 -0,17 20 o 00' 0,30 18 o 00' 0,25 2,0x10-4(6,0x10-5

-1,0x10 -3 ) 76,0 62,0 44,0 18,0 -0,78 22 o 00' 0,40 19 o 00' 0,30 3,0x10-4(6,0x10-5-

1,0x10 -3 ) 80,0 63,0 45,0 18,0 -0,78 21 o 00' 0,40 19 o 00' 0,30 3,0x10-4(6,0x10-5-

1,0x10 -3 ) 45,0 50,0 30,0 20,0 -1,00 25 o 00' 0,45 23 o 00' 0,45 3,5x10-4(1,0x10-5-

5,0x10 -3 ) 60,0 51,0 30,0 21,0 -0,71 23 o 00' 0,50 21 o 00' 0,40 1,0x10-4(3,0x10-5-

1,0x10 -3 ) 95,0 49,0 28,0 21,0 -0,10 21 o 00' 0,50 19 o 00' 0,40 6,0x10

-4 (1,0x10 -5 1,0x10 -3 ) 58,0 38,0 20,0 18,0 -0,11 23 o 00' 0,53 20 o 00' 0,34 1,0x10-4(5,0x10-5-

-5,0x10 -3 ) 75,0 47,0 29,0 18,0 -0,39 24 o 00' 0,53 21 o 00' 0,34 1,0x10

-4 (5,0x10 -5 5,0x10 -3 ) 84,0 53,0 32,0 21,0 -0,33 27 o 00' 0,60 21 o 00' 0,42 1,0x10-4(5,0x10-5-

-5,0x10 -3 ) 80,0 46,0 27,0 19,0 -0,05 23 o 00' 0,70 20 o 00' 0,47 1,0x10

-4 (5,0x10 -5 5,0x10 -3 ) 70,0 50,0 32,0 18,0 -0,50 27 o 00' 0,42 24 o 00' 0,31 1,0x10-4(5,0x10-5-

-5,0x10 -3 ) 75,0 52,0 38,0 14,0 -1,00 25 o 00' 0,41 22 o 00' 0,30 1,0x10-4(5,0x10-5-

5,0x10 -3 )

Bảng 1.3 Thành phần khoáng vật đất loại sét Tây Nguyên

Tỉnh Thành phần địa

chất (đá gốc)

Thành phần khoáng vật (theo thứ tự giảm dần của lượng chất ở trong đất)

Gia Lai

Kontum

Xâm nhập acid Biến chất Phun trào Bazan Bồi tích aQIV

Kaolinite, ít hydromica, gibsite, thạch anh Kaolinite, hydromica, ít thạch anh

Hydrogotite, hydrohematite, gơtite, gibsite, kaolinite,Gibait, hydrogotite, gơtite, kaolinite, ít hơn có hydrogotite, hydrohematite

Kaolinite, hỗn hợp hydromica- montmorillonite, hydromica

Đăk Lăk

Phun trào acid Phun trào Bazan

Trầm tích lục nguyên Bồi tích aQIV

Kaolinite, vecmiculite, hỗn hợp hydromica- vecmiculite Hydrogotite, kaolinite, gibsite, bơmite,

Gibsite, bơmite, kaolinite, hydrogotite, gơtit, hematite Kaolinite, hydromica, montmorillonite, vecmiculite, hydrogotite

Kaolinite, montmorillonite, hydromica, hỗn hợp hydromica- vecmiculite

Lâm Đồng

Phun trào Bazan

Hồ tích NdL Bồi tích aQIV

Kaolinite, hydrogotite, gơtite, gibsite Gibsite, kaolinite, hydrogotite Kaolinite, gibsite,hydrogotite Kaolinite, ít hydromica, hydrogotite, gibsite Hydromica, montmorillonite, kaolinite Kaolinite, hydromica, montmorillonite

Bảng 1.2 Khoảng biến thiên của các chỉ tiêu chính

TÊN ĐẤT

Độ ẩm thiên nhiên

Dung trọng khô

Hệ số rỗng

Độ bão hoà nước

Góc

ma sát trong

Lực dính

- Đất trên nền đá phun trào

(Đaxit, Riolit, Andezit)

Bảng 1.4 Thành phần khoáng vật và hóa học chủ yếu trong các vỏ phong hóa ở Tây Nguyên

vật chủ yếu

Thành phần hóa học chủ yếu

Vỏ phong hóa trên đá xâm

nhập axit ở đới phong hóa

triệt để

Thạch anh, Kaolinit, geotit, hydromica, haluazit-felspat

70-80 10-20

0,3-7,0

2

Vỏ phong hóa trên phun

trào Bazan Pliocen-

Pleistocen sớm (N2- Q1 )

ở đới laterit hóa

Kaolinit, gibsit, geotit 10-15 15-50 20-45

3

Vỏ phong hóa trên phun trào

Bazan Pliocen-Pleistocon

sớm (N2- Q1 ) đới sét hóa

Kaolinit, gibsit, geotit 30-42 24-27 12-25

4 Vỏ phong hóa trên Bazan

Pleistocen giữa ở đới sét hóa

Kaolinit, gibsit, Monmorilonit 30-50 15-20 13-20

5 Vỏ phong hóa trên đá phun

trào trung bình ở đới sét hóa

Kaolinit, geotit, hydromica 30-40 10-20 20-30

6 Vỏ phong hóa trên đá phun

trào axít ở đới sét hóa

Thạch anh, Kaolinit, gibsit, haluarit, felspát, hydromica, geotit

65-75 10-20 1-10

7 Vỏ phong hóa trên đá Biến

chất ở đới sét hóa

Thạch anh, Kaolinit, hydromica, geotit 50-70 20-25 4-10

8 Vỏ phong hóa trên đá Trầm

tích ở đới sét hóa

Thạch anh, Kaolinit, hydromica, geotit 50-60 20-25 5-10

1.3 TÌNH HÌNH SẠT LỞ Ở CÁC TUYẾN ĐƯỜNG TRONG KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Trên bản đồ (hình 1.1), khu vực Tây Nguyên có các tuyến đường giao thông chính là: - Đường Hồ Chí Minh qua Quảng nam, Kon Tum

- Quốc lộ 14 chạy dài từ KonTum qua Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông…

- Quốc lộ 24 nối Kontum đến Ba Tơ (Quảng Ngãi)

- Quốc lộ 25 nối từ Pleiku (Gia Lai) với Tuy Hòa (Phú Yên)

- Quốc lộ 26 nối Đăk Lăk (Buôn Mê Thuột) đi Nha Trang

- Quốc lộ 27 nối từ Đà Lạt (Lâm Đồng) với ĐăkLăk (Buôn Mê Thuột)

- Quốc lộ 28 nối từ Đà Lạt (Lâm Đồng) với Đăk Nông

- Quốc lộ 19 từ cửa khẩu Lệ Thanh đến Pleiku (GiaLai) với Quy Nhơn

- Quốc lộ 40 nối với Xayden-Antoum (Lào) cửa khẩu Pờ Y với Q Lộ 14 Các tuyến đường ở trên đặc biệt là tuyến đường Hồ Chí Minh, trải dài trên nhiều địa hình phức tạp, đặc điểm địa hình công trình khác nhau, đến mùa mưa, do ảnh hưởng mưa lũ kéo dài, do địa hình quá hiểm trở, núi cao, vực sâu, hệ thống taluy đường quá mỏng manh nên trời mưa lũ là sạt lở

1.3.1 Các dạng sạt lở thường gặp

Tùy theo đặc điểm địa hình, địa chất mỗi đoạn có các dạng sạt lở khác nhau

1.3.1.1 Những đoạn đường đi qua chân vách đá gần như thẳng đứng:

Thường gặp phải sự sụp đổ nhào nhiều tảng đá khổng lồ từ trên rơi xuống chắn ngang đường, Ví dụ: như hình 1.6 giới thiệu vụ sạt lở xảy ra ở đường Hồ Chí Minh đoạn tại Km67 - Km68 trên đèo Vi ô lắc - Quốc lộ 24, đoạn Đakrông Tà Rụt

và vụ đất, đá sụp trượt khủng khiếp vùi lấp toàn bộ đường Hồ Chí Minh ở đoạn Lò

xo, thuộc làng Mang Khênh, xã Đak Mang, huyện Đak Glei - KomTum

a) Vụ sạt lở núi xảy ra ngày 20-1 tại Km67-Km68 trên đèo Viôlắc Quốc lộ 24A

b) Đất, đá sụp trượt khủng khiếp vùi lấp toàn bộ đường Hồ Chí Minh, đoạn Lò xo thuộc làng Mang Khênh, xã Đak Mang, huyện Đak Glei tỉnh KomTum

Hình 1.5 (a, b)

Hình 1.6 Hình ảnh sụp đổ các vách đá trên đường Hồ Chí Minh

1.3.1.2 Những đoạn đường đi qua các chân đồi núi có vỏ phong hóa khác nhau:

Tùy thuộc địa hình và chiều dày của vỏ phong hóa, có các dạng sạt lở sau đây:

a) Bào mòn theo mái dốc và xói rửa bề mặt:

Xảy ra ở những địa hình dốc thoải, khi bước vào mùa mưa, đất mặt đang khô gặp mưa dễ bị tan rã, xói rửa, nhất là các bờ đất dốc trên đất Bazan, hiện tượng xói rửa lặp đi lặp lại nhiều mùa mưa, tạo nên những rãnh xói sâu hình thành những mái đất dốc hơn và dẫn đến sạt lở (hình 1.7)

b) Trượt khối với mặt trượt gần như trụ tròn:

Xảy ra ở những mái dốc có độ dày lớp phong hóa lớn, ví dụ: một số hình ảnh trượt khối (hình 1.8), Khối lượng có thể xảy ra cả ở mái taluy dương và taluy âm

c) Trượt hỗn hợp với mặt trượt hỗn hợp:

Một phần trượt khối xảy ra ở lớp phong hóa tương đối dày, phần trên mái dốc

và phần trượt phẳng xảy ra ở lớp phong hóa mỏng ở phần chân mái dốc (hình 1.9)

d) Trượt phẳng: Xảy ra trên mặt đá gốc có vỏ phong hóa mỏng, ví dụ, một số hình

ảnh trượt phẳng trên hình 1.10

a) Mái dốc không có cắt cơ bạt mái b) Mái dốc có cắt cơ bạt mái

Hình 1.7 Hình ảnh mặt cắt mái dốc bị nước mưa bào mòn

a) Trượt khối trên mái taluy dương

b) Trượt khối trên mái taluy âm Điểm sạt lở tạo ra hàm ếch ăn sâu vào mép nhựa của đường Hồ Chí Minh

Hình 1.8 Hình ảnh các mặt mái dốc bị trượt khối

Hình 1.9 Hình ảnh các mặt mái dốc bị trượt hỗn hợp

Hình 1.10 Hình ảnh các mặt mái dốc bị trượt phẳng

1.3.2 Những nguyên nhân gây ra sạt lở

Nguyên nhân gây ra sạt lở có thể là do độ bền của đất đá bị giảm nhỏ, do trạng thái ứng suất ở sườn dốc bị thay đổi theo chiều hướng bất lợi, hoặc do cả hai nguyên nhân trên Theo nhà khoa học của Nga В Д Ломтадзе (V.D.Lomtadze) [49], các nguyên nhân gây trượt thường là: tăng cao độ dốc của sườn dốc khi cắt xén, khi đào hoặc xói lở, khi thi công mái dốc; giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi ngấm nước, trương nở, giảm độ chặt, phong hóa, phá hủy kết cấu tự nhiên; các hiện tượng từ biến trong đất đá, tác động của các áp lực thủy tĩnh

và thủy động lên đất đá gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy v.v ), biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc; các tác động bên ngoài như: chất tải lên sườn dốc, tác động địa chất và bị địa chấn v.v

Trên cơ sở khảo sát hiện tượng tại những nơi xói, bị sạt lở của những tuyến đường ô tô trong khu vực nghiên cứu, đồng thời thu thập nhiều ý kiến nhận xét của các công ty tư vấn khảo sát, thiết kế, thi công và các ban quản lý dự án giao thông, NCS rút ra những nguyên nhân chủ yếu gây ra sạt lở sau đây:

KonTum, phải xẻ vào núi để tạo nền đường Khi xẻ vào núi thì mái dốc nhân tạo được đào, cắt vào sườn tự nhiên sâu từ 5m đến hơn 30-40m Mái dốc nhân tạo thường có độ dốc lớn, thay đổi từ 40o đến 70o và được phân bậc với chiều cao mỗi bậc từ 7 - 10m nhằm giảm nhẹ trọng lượng mái dốc

1.3.2.3 Do thời tiết khắc nghiệt:

- Mùa nắng: Nhiệt độ cao làm cho đất đá bị khô, nứt nẻ, làm giảm lực liên

kết của đất, tạo điều kiện đất đá dễ bị phong hóa

- Mùa mưa: Độ ẩm của đất tăng lên, làm cho đất bị tan rã, xói rửa, làm giảm

độ bền của đất Nước đọng trong những khe nứt gây áp lực lên mái dốc Nếu mưa lũ kéo dài, dưới tác động của dòng nước, gây xói lở, cuốn trôi đất đá

1.3.2.4 Do tác động nhân sinh:

Do nạn phá rừng trên đầu nguồn và trên đỉnh núi làm cho dòng chảy tập trung về nhanh khi mưa lũ Do con người xây dựng nhà cửa trên sườn dốc, sửa đường, hủy hoại các thảm thực vật, v.v

Trong các nguyên nhân kể trên, đáng chú ý nhất là tác động của nước với đất Mưa lũ kéo dài, đất đang ở trạng thái khô chuyển sang trạng thái bão hòa no nước, làm cho độ bền của đất bị suy giảm, gây ra sự mất ổn định mái dốc Nhưng sự thay đổi tính chất cơ lý của một số loại đất tàn - sườn tích ở Tây Nguyên khi mưa lũ kéo dài sẽ xảy ra như thế nào? Mức độ thay đổi của chúng theo thời tiết quanh năm có ảnh hưởng nhiều hay ít đến sự ổn định của bờ dốc, sườn dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ Nghiên cứu các vấn đề tồn tại nêu trên cũng chính là nhiệm vụ và nội dung của luận án

1.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA CÁC NHÀ KHOA HỌC NƯỚC NGOÀI

VÀ TRONG NƯỚC VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC, BỜ DỐC

Bờ dốc là khối đất được giới hạn bởi một mặt phẳng thẳng đứng (dốc đứng) hay nghiêng (mái dốc) nối liền hai mức cao độ khác nhau (đỉnh dốc và chân dốc) Các bờ dốc có thể là tự nhiên như mặt nghiêng tự nhiên của sườn đồi, sườn núi… hay nhân tạo như bờ dốc các đường đắp trên sườn núi, đường đắp cao, đê đập đắp bằng đất v.v…

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân khối đất đá trong bờ dốc, đồng thời

do tác động của các yếu tố tự nhiên hay các hoạt động của con người mà có thể làm đất đá trên bờ dốc bị dịch chuyển xuống dưới với các cơ chế và tốc độ khác nhau tạo nên sự chuyển dịch và trượt bờ dốc

1.4.1 Một số đề nghị về phân loại các chuyển dịch của bờ dốc

Vấn đề phân loại các chuyển dịch của bờ dốc đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ lâu Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có một cách phân loại thống nhất các chuyển dịch bờ dốc [13] Trong luận án NCS xin giới thiệu một số cách phân loại phổ biến thường được nhắc đến ở nước ta trong những năm gần đây:

1.4.1.1 Phân loại theo D.J.Varnes:

Năm 1958, D.J.Varnes đã phân loại các chuyển dịch bờ dốc theo dạng

chuyển dịch và loại vật liệu trong khối trượt Theo các dạng chuyển dịch có thể chia thành trượt, trượt dòng và sạt đổ Còn theo vật liệu trong khối trượt, có thể chia thành trượt đất, trượt đá và trượt hỗn hợp đất đá

- Trượt là những chuyển dịch do phá hủy kiểu cắt (trượt) của khối đất đá theo một hay nhiều mặt trượt Mặt trượt có thể là thẳng, phẳng (trong đất rời hay đá phân lớp) hay cong (trong đất dính, đồng nhất)

- Trượt dòng là những chuyển dịch của khối đất đá do tác dụng của dòng nước, thường xảy ra ở những nơi đất yếu bão hòa nước, làm cho sức chống cắt của đất giảm đi Tùy theo thành phần của đất đá và tốc độ của dòng chảy, mà tốc độ của dòng trượt có thể thay đổi từ nhanh tới rất nhanh hoặc cực nhanh

- Sạt đổ là những chuyển dịch của khối đá với tốc độ rất nhanh, tới cực nhanh Từ trên đỉnh dốc, các tảng, các khối đất đá bị rơi tự do, sụt xuống, bị nhảy vọt hoặc lăn theo bờ dốc rồi tích tụ lại dưới chân bờ dốc D.J.Varnes đã phân chia gần đúng tốc độ dịch chuyển của đất đá trên bờ dốc như sau:

Cực chậm, khi tốc độ chuyển dịch < 0.3m/5năm

Rất chậm: 0.3m/5năm - 1.5m/năm Chậm: 1.5m/năm - 1.5m/tháng Trung bình: 1.5m/tháng - 1.5m/ngày Nhanh: 1.5m/ngày - 0.3m/phút Rất nhanh: 0.3m/phút - 3m/s Cực nhanh: > 3m/s

1.4.1.2 Phân loại theo A.Nemcok, J.Pasek và J.Rybar:

Năm 1974, A.Nemcok, J.Pasek và J.Rybar (Tiệp Khắc) đã phân loại các dạng chuyển dịch bờ dốc theo cơ chế và tốc độ chuyển dịch của đất đá trên bờ dốc thành 4 loại: trượt chậm, trượt, trượt dòng và đất đá đổ

- Trượt chậm (trượt từ biến) là hiện tượng chuyển dịch từ từ, trong một khoảng thời gian dài của khối đất đá từ đỉnh xuống chân bờ dốc Tốc độ chuyển dịch rất chậm chỉ khoảng vài milimét đến vài centimét trong 10 năm Đây là dạng chuyển dịch cơ bản là bước đầu của các loại chuyển dịch đất đá trên bờ dốc

- Trượt là những chuyển dịch tương đối nhanh của một khối đất đá theo một hay nhiều mặt trượt là những mặt phân chia khối trượt và phần nền không bị dịch chuyển Tốc độ dịch chuyển của đất đá có thể đạt đến vài mét trong một ngày đêm

- Trượt dòng: là những chuyển dịch nhanh của khối đất đá dọc theo bờ dốc

do đất đá bị bão hòa nước Trượt dòng có tốc độ dịch chuyển khoảng vài mét trong một phút và thường xảy ra mùa mưa, nhất là khi có những trận mưa kéo dài với vùng mưa lớn Tùy theo thành phần vật chất của đất đá trên bờ dốc mà trượt dòng tạo thành những dòng bùn đất hay dòng bùn đá

- Đất đá đổ là những chuyển dịch rất nhanh của những khối đất đá từ những

bờ dốc đứng hay theo những mặt trượt có độ dốc lớn Tốc độ chuyển dịch rất nhanh (khoảng vài m/s) nên thường gây ra những tai nạn bất ngờ trên các tuyến giao thông miền núi Cách phân loại này đã được Ủy ban Kỹ thuật của hội đồng tương trợ kinh

tế của khối các nước trước đây thừa nhận là cách phân loại thống nhất chuyển dịch

bờ dốc và áp dụng cho các nước XHCN

1.4.1.3 Phân loại theo Hồ Chất và Doãn Minh Tâm

Năm 1985, Hồ Chất và Doãn Minh Tâm (Viện Khoa Học Kỹ Thuật Giao Thông Vận Tải - nay là Viện Khoa Học và Công Nghệ Giao Thông Vận Tải) đã phân chia các dạng cơ bản của hiện tượng chuyển dịch đất đá trên bờ dốc ra làm 4 loại: trượt đất, sụt trượt, xói sạt và đất đổ, đá đổ

- Trượt đất là hiện tượng di chuyển của khối đất theo một mặt trượt nhất định, thường có dạng trụ tròn xoay (khi đất trong khối trượt tương đối đồng nhất) và

có khi mặt trượt cắm sâu vào tảng đá nằm dưới hoặc trượt theo mặt bằng đá gốc

- Sụt trượt là giai đoạn cuối cùng của hiện tượng xói sụt Thực tế thường khó xác định được vách sạt, mặt trượt nhưng đôi khi cũng thấy dạng cung tròn Sản vật trong khối trượt dịch chuyển hẳn xuống chân bờ dốc hay sườn dốc

- Xói sạt là hiện tượng biến dạng cục bộ, lúc đầu từng mảng đất đá ở chân hoặc đỉnh dốc đào bị bóc ra sau phát triển dần lên trên

- Đất đổ, đá đổ là hiện tượng văng từng mảnh đất hoặc khối đá từ đỉnh dốc hoặc sườn dốc xuống chân dốc

Cách phân loại này đã được dùng trong các tiêu chuẩn của ngành Giao thông Vận tải như 22.TCN.171.87 “Quy trình khảo sát địa chất công trình và thiết kế biện pháp ổn định nền đường vùng có hoạt động trượt, sụt lở”

1.4.1.4 Phân loại theo đề nghị của Nguyễn Sĩ Ngọc

Theo Nguyễn Sĩ Ngọc [13], cho dù cách phân loại nào chăng nữa thì sự khác biệt giữa chúng cũng không nhiều, bởi vì thực chất các hiện tượng chỉ có như thế

Do đó, Nguyễn Sĩ Ngọc đề nghị cần chia các chuyển dịch bờ dốc làm 4 loại là: trượt, trượt dòng, sạt lở và đá đổ, đá rơi

- Ở hiện tượng trượt đất đá bị dịch chuyển theo một mặt trượt nào đó, có thể

là mặt phẳng hoặc mặt trụ tròn hay là tổng hợp của hai loại mặt trên

- Ở hiện tượng trượt dòng, sự dịch chuyển đất đá xảy ra chủ yếu do tác dụng của dòng nước mặt và tùy theo các điều kiện địa chất thích hợp mà có thể tạo thành các dòng bùn chảy, đá trôi

- Ở hiện tượng sụt lở (hay sạt lở) những mảng, những khối đất đá thường ở cuối chân bờ dốc bị sụt xuống gần như theo phương thẳng đứng, đổ xuống chân bờ dốc Sự sụt lở này sẽ có thể tiếp tục xảy ra ở những dạng khối tiếp theo

- Ở hiện tượng đá đổ, đá rơi, những tảng đá, khối đá từ trên đỉnh hay sườn dốc rớt xuống hoặc đổ rồi lăn xuống chân hồ dốc dưới tác động của trọng lượng bản thân của chúng

Ở mục 1.3, giới thiệu các dạng sạt lở thường gặp ở Tây Nguyên cũng có các dạng chuyển vị sạt lở bờ dốc như được giới thịệu ở mục 1.4.1.4 Giới hạn nhiệm vụ nghiên cứu của luận án là đánh giá sự ổn định của sườn dốc cạnh đường ô tô, nên NCS nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán ổn định mái dốc cấu tạo bằng đất

1.4.2 Các phương pháp tính toán ổn định trượt bờ dốc, mái dốc

Bài toán ổn định của khối đất là bài toán riêng của lý thuyết tổng quát về trạng thái ứng suất giới hạn của đất, song nó có những đặc điểm quan trọng, do chuyển động đặc biệt của khối đất khi chúng mất ổn định

Ở mục 1.4.1, giới thiệu một số đề nghị về phân loại các chuyển dịch của bờ dốc Nhưng nguyên nhân chủ yếu làm khối đất mất ổn định là:

1 Các quá trình xói mòn

2 Sự cân bằng bị phá hủy

Các quá trình xói mòn diễn ra thường rất chậm, khó thấy được, chúng phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng và địa - vật lý bên ngoài vào tính chất bề mặt của khối đất và thường không được xét tới trong cơ học đất [53]

Nghiên cứu điều kiện ổn định của khối đất và những điều kiện phá hủy sự ổn định đó là nhiệm vụ trực tiếp của bài toán cơ học đất Do vậy, hầu hết trong các giáo trình hoặc các sách chuyên khảo về cơ học đất đều có giới thiệu các phương pháp tính toán ổn định mái dốc

Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc có thể chia ra làm hai nhóm:

Nhóm phương pháp lý thuyết: thuộc về nhóm này phải kể đến những công

trình nghiên cứu của Viện sĩ thông tấn viện Hàn Lâm khoa học Liên Xô (trước đây)

Giáo sư B.B.Соколовский (V.V.Xô-cô-lôp-ski-1942,1954) Bằng cách giải phương trình vi phân cân bằng giới hạn, B.B Соколовский đã lập ra biểu đồ xác định dạng đường cong mái dốc ổn định đối với trường hợp đất có góc ma sát φ ≠ 0 và lực dính

c ≠ 0 phương pháp này được giới thiệu trong tài liệu [53] Đường viền của mặt mái dốc được xác định theo phương pháp này có độ dốc lớn hơn so với tính toán theo các phương pháp khác, vì nó huy động toàn bộ khả năng tới hạn của đất [53]

Nhóm sử dụng phương pháp gần đúng: như phương pháp cung trượt tròn

của các tác giả: Tsugaev, Terzaghi, А.A Ничипорович, Bishop Phương pháp cân bằng bền Fb của Н.Н.Macлob Các phương pháp này được trình bày trong chương 2

“Cơ sở lý thuyết sử dụng để tính toán ổn định mái dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên”

1.4.3 Một số giải pháp phòng chống trượt bờ dốc ở Tây Nguyên

1.4.3.1 Một số biện pháp chống sụt trượt khi bờ dốc thực tế không thỏa mãn yêu cầu chống trượt:

1) Phân bổ lại khối đất đá trên bờ dốc một cách hợp lý:

Tùy theo địa hình trong khu vực cắt cơ bạt mái, đào bỏ bớt đất ở phần chủ động gây ra sự xói trượt của bờ dốc, đồng thời có thể đắp thêm bệ phản áp ở chân

bờ dốc để tăng áp lực, tăng mô men chống trượt, trong những trường hợp cần thiết

có thể xây dựng tường chắn trọng lực bằng bê tông cốt thép, đá xây, rọ đá ở chân bờ dốc để không cho đất đá rơi vãi ra mặt đường, giữ lại đất đá ở sau lưng tường chắn, tạo thêm áp lực chống trượt Giải pháp này đơn giản nhưng rất có hiệu quả

2) Đặc biệt chú ý thoát nước cho bờ dốc:

Khi thiết kế bờ dốc, đã tính ổn định nhưng không thể bỏ qua việc thoát nước cho bờ dốc, nước tác động đến bờ dốc có thể là nước ngầm, có thể là nước mặt Đối với các bờ dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên, theo nghiên cứu tài liệu khảo sát [9], [33] cho biết, rất ít gặp trường hợp có nước ngầm trong bờ dốc Trong những trường hợp đường ô tô chạy ven theo bờ sông suối có thể gặp nước ngầm Để thoát nước ngầm, có thể sử dụng giếng khoan tập trung nước, dùng bơm hút nước đi hoặc dùng lỗ khoan nghiêng để thoát nước ra khỏi bờ dốc, được giới thiệu trong tài liệu [33] Đối với các bờ dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên chủ yếu là điều chỉnh dòng nước chảy mặt Giải pháp này nhằm hạn chế tác động của nước vào mùa mưa lũ, giảm bớt nước ngấm vào đất làm tăng dung trọng của đất, làm giảm độ bền của đất, làm tăng áp lực gây trượt, làm giảm lực chống trượt Mặt khác, điều chỉnh dòng chảy mặt để tránh hiện tượng xói rãnh bờ mặt bờ dốc, làm tăng độ dốc mái, dẫn đến giảm nhỏ hệ số an toàn chống trượt Giải pháp thoát nước mặt thường kết hợp với

giải pháp cắt cơ bạt mái, tạo những rãnh thoát nước theo các cơ trên mái dốc, trường hợp trên đỉnh mái dốc có khe nứt phải che phủ khe nứt bằng mảng đất đá hoặc lấp chặt các khe nứt lỗ rỗng để ngăn nước thấm vào

3) Che phủ bảo vệ bờ mặt mái dốc:

Có thể dùng các lớp phủ thực vật, lớp bảo vệ mái bằng đá xây, bê tông lưới thép v.v Biện pháp này nhằm giữ cho đặc trưng cơ học của đất trên mặt mái dốc không bị giảm do phong hóa nứt nẻ, chống sự xói mòn mặt mái dốc

4) Làm chắc đất đá:

Đối với khối đất đá nứt nẻ, có nhiều khe rỗng, phải khoan phụt bằng các vật liệu liên kết, tạo nên sự liên kết nhân tạo giữa các khối đất đá với nhau, làm tăng sức chống trượt của bờ dốc

5) Xây dựng các công trình chống trượt:

Hiện nay, cùng với những tiến bộ mới trong lĩnh vực cơ học đất đá nền móng, nhiều biện pháp kỹ thuật mới có hiệu quả cao đã được áp dụng để chống trượt bờ dốc như các loại tường chắn, cọc hay neo… [4], [8], [10], [12], [27]

- Các loại tường chống và tường chắn được dùng để chống trượt nhờ trọng lượng bản thân của chúng Tường chống có thể là dạng cột hay dạng khối và thường làm bằng bê tông cốt thép Tường chắn có thể làm bằng gạch, đá, bê tông thường,

bê tông cốt thép hoặc bê tông đúc sẵn, rọ đá và phải thiết kế sao cho tường chắn cũng phải được ổn định, không bị lật, đất dưới tường không bị lún, tường không bị phá hủy do ngoại lực…

- Các loại cọc được đóng xuống đất để giữ ổn định bờ dốc

- Các loại neo ngày nay cũng thường được dùng để chống trượt

6) Các biện pháp đặc biệt:

Khi chống trượt ở những vùng quá khó khăn, gây nhiều tốn kém, người ta phải dùng biện pháp đặc biệt như nắn lại tuyến đường đi tránh xa vùng trượt, làm cầu vượt hay tuynel để vượt hoặc chui qua vùng trượt Tuy nhiên, khi áp dụng biện pháp đặc biệt này phải tính toán kỹ lưỡng về mặt kinh tế - kỹ thuật và mỹ quan khu vực Việc chống trượt ở các tuyến đường ô tô ở Tây Nguyên chưa gặp phải trường hợp này

1.4.3.2 Một số biện pháp chống sụt trượt chủ yếu đã áp dụng trên đường Hồ Chí Minh và một số tuyến giao thông ở Tây Nguyên

- Hệ thống rãnh thoát nước mặt: Hệ thống rãnh đinh, rãnh cơ, rãnh đứng và rãnh dọc chân taluy để chống xói lở do tác động của nước mặt

- Cắt cơ bạt mái: bạt trung bình 1:1.5 ở những đoạn taluy đào cao, đất đá bị phong hóa nặng, để giảm nhẹ trọng lượng mái dốc cắt cơ rộng từ 2-3m, mặt cơ đổ

bê tông mác xi măng M150, dày 10cm, nghiêng 20% về phía núi, kết hợp làm rãnh thoát nước mặt chữ V trên mặt cơ

- Gia cố mái taluy: trồng cỏ bản địa hoặc cỏ Vetiver, lát mặt bằng bê tông xi măng hoặc ốp đá, khung bê tông xi măng, kết hợp trồng cỏ, lưới bê tông xi măng kết hợp với neo

- Tường trọng lực chắn taluy dương: làm tường bê tông cốt thép nơi địa chất yếu, tường rọ đá neo, bọc đá nhựa PVC

- Tường chờ tạo lưu không để chờ sụt trượt áp dụng tại các vị trí có đá mồ côi, đá nứt nẻ hoặc đất - đá phong hóa dễ trôi trượt

Hiện nay, chưa có giải pháp tối ưu để ngăn chặn sự sạt lở bờ dốc các tuyến đường giao thông trên khu vực Tây Nguyên Bà Lê Minh Châu - phó tổng giám đốc BQL dự án đường Hồ Chí Minh có nhận xét: “Chống sụt trượt là vấn đề lâu dài trên mọi tuyến đường đi qua các vùng địa chất phức tạp hay những vùng có nhiều thiên tai, mưa bão Cho nên, việc nghiên cứu xử lý để đưa mọi biện pháp bảo vệ công trình là tất yếu, nhất là đối với con đường Hồ Chí Minh” và gần đây nhất ngày 12.4.2011, Viện Khoa học ĐC&KS cùng với các chuyên gia địa chất của Na Uy khảo sát tuyến đường Hồ Chí Minh, TS.Trần Tân Văn Viện Trưởng nhận xét: “Vấn

đề quan trọng nhất trong xử lý sạt lở và muốn giảm nhẹ tai biến sạt lở, trước hết phải làm tốt công tác khảo sát địa chất, địa kỹ thuật, phải xây dựng các hệ thống thoát nước, vấn đề này lại chưa được giải quyết triệt để còn rất nhiều điểm có nguy

cơ sạt lở lớn, nghiêm trọng, làm mất đường, gián đoạn giao thông trên toàn tuyến, tuy nhiên, mình vẫn chưa có biện pháp để đảm bảo giao thông trong mùa mưa lũ”

Do vậy, sau khi tìm ra những nguyên nhân chủ yếu gây sạt lở bờ dốc, cần phải tiếp tục theo dõi, thử nghiệm các giải pháp đã dùng trong thực tế và những phương pháp mới được áp dụng ở nước ngoài để rút ra một số biện pháp phù hợp theo từng điều kiện địa hình, địa chất thủy văn khu vực Tây Nguyên Hình 1.11 giới thiệu hình ảnh một số biện pháp chống trượt

a) Tường rọ đá neo chống sụt trượt trên đường Hồ Chí Minh

b) Đổ bêtông tại một đoạn trên tuyến đường Hồ Chí Minh để chắn sạt lở

c) Kiên cố hoá là một trong những tiêu chí của tuyến đường Hồ Chí Minh

Hình 1.11: Hình ảnh một số công trình chống trượt trên đường Hồ Chí Minh

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:

Về điều kiện địa chất: Tây Nguyên nằm trong hai đới kiến tạo lớn là đới

KonTum và đới Đà Lạt Mỗi đới kiến tạo có các đặt điểm khác nhau về thành phần, cấu trúc và nhiều đặc điểm địa chất khác Trên mỗi đới cũng phát triển nhiều hệ thống đứt gãy khác nhau

Trên khu vực có nhiều địa tầng, địa chất khác nhau, các vỏ phong hóa trên các loại đá cũng khác nhau về thành phần khoáng vật và tính chất cơ lý của chúng

Đặc điểm về thời tiết: Khí hậu, thủy văn Tây Nguyên rất khắc nghiệt, mùa

khô và mùa mưa khác biệt nhau nhiều, ảnh hưởng nghiêm trọng đến điều kiện xây dựng và ổn định công trình

Các tuyến đường giao thông ở Tây Nguyên: Các tuyến đường giao thông

trải dài trên nhiều địa hình phức tạp, hiểm trở, núi cao, vực sâu, chịu ảnh hưởng bởi mưa lũ kéo dài nên thường sạt lở vào mùa mưa

Các dạng sạt lở: Gồm có sập đổ vách đá, trượt đổ các bờ mái dốc trên vỏ

phong hóa dưới dạng trượt khối, trượt hỗn hợp, trượt phẳng

Nguyên nhân gây trượt: Có nhiều, nhưng chủ yếu là sự tác động của nước

với đất trong mùa mưa, làm giảm độ bền của đất, tăng trọng lượng của đất trên mái dốc, nước chảy xói rửa… dẫn đến sạt trượt mái dốc Do vậy, cần nghiên cứu sự biến đổi các tính chất cơ lý của đất ở các vỏ phong hóa khi ngấm nước, để có cơ sở đánh giá sự ổn định và đề xuất giải pháp phòng chống sạt lở ở các tuyến đường giao thông trong khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

CẠNH ĐƯỜNG Ô TÔ Ở TÂY NGUYÊN.

Quan sát hiện tượng mất ổn định bờ dốc thực tế dọc các tuyến đường ô tô trên Tây Nguyên được giới thiệu ở chương 1 cho thấy, có 3 dạng trượt lở chủ yếu sau đây:

* Trượt phẳng: Xảy ra trên mặt đá gốc có sự phong hóa mỏng, thường có dạng gãy khúc

* Trượt khối với mặt trượt gần như trụ tròn: Xảy ra ở những mái dốc có độ dày lớp phong hóa lớn, tương đối đồng chất

* Trượt hỗn hợp với mặt trượt hỗn hợp: Một phần trượt khối xảy ra ở lớp phong hoá tương đối dày phần trên mái dốc và phần trượt phẳng xảy ra ở lớp phong hoá mỏng ở phần chân mái dốc Tùy thuộc vào dạng mặt trượt lựa chọn phương pháp tính toán ổn định mái dốc thích hợp

Như những đều trình bày ở mục 1.4.2 chương 1, các phương pháp tính toán

ổn định mái dốc có thể chia ra làm hai nhóm

Nhóm phương pháp lý thuyết: Thuộc về nhóm này phải kể đến những công

trình nghiên cứu của Viện sĩ thông tấn viện hàn lâm khoa học Liên Xô (trước đây), Giáo sư B.B Соколовский (V.V.Xô-cô-lôp-ski 1942, 1954) đã lập ra biểu đồ xác định dạng đường cong mặt mái dốc ổn định đối với trường hợp đất có góc ma sát

 0 và lực dính C  0 Phương pháp này được giới thiệu trong tài liệu [53] Đường viền của mặt mái dốc được xác định theo phương pháp này có độ dốc lớn hơn so với tính toán theo các phương pháp khác, vì nó huy động toàn bộ khả năng tới hạn của khối đất [53] Nên phương pháp này ít dùng trong thực tế

Nhóm sử dụng phương pháp gần đúng: như phương pháp cung trượt tròn,

phương pháp cân bằng bền “Fp”

Sử dụng các lý thuyết của nhiều nhà khoa học được giới thiệu trong các sách chuyên khảo hoặc giáo trình về thổ chất và cơ học đất [47], [51], [52] và [53], trong phần này NCS chọn giới thiệu một số phương pháp thích hợp để tính toán ổn định mái dốc, bờ dốc cạnh đường ô tô trong điều kiện núi đồi ở Tây Nguyên

2.1 MẶT TRƯỢT PHẲNG GÃY KHÚC

Đây là dạng khối trượt thường gặp ở bờ đất phong hóa mỏng nằm trên mặt

đá gốc gãy khúc (hình 2.1a) Phương pháp tính toán ổn định theo dạng này do giáo

sư Г.М.Шахуньянц đề nghị và được giáo sư Β.Ф.Бабкоa giới thiệu trong tài liệu

[54] Khối đất trượt được chia thành lát cắt thẳng đứng như trên hình vẽ Sự ổn định mỗi khối trong chúng chịu ảnh hưởng của trọng lượng bản thân và áp lực của các khối lân cận Trong đó, mỗi khối cắt người ta xem như khối cứng

Trị số áp lực truyền từ khối thứ i lên khối bên dưới Fi+1 (hình 2.1b) tính theo công thức: Fi  Fi1cos( i1 i)  Gi cos i tg   Gisin i  C  Li, (2.1) Trong đó: Fi-1 : áp lực truyền lên khối đang xét từ khối bên trên

Gi : trọng lượng của khối

Li : chiều dài mặt cung trượt

: góc ma sát trong của đất khối trượt C: lực dính của đất

Nếu như khối phân tử bên trên áp lực Fi-1 có giá trị âm thì không đưa vào tính toán Hệ số ổn định đối với mỗi khối:

i i i i i

i i

i i

G F

L C tg G

cos(

cos 1

Phương pháp tính toán ổn định mái dốc được mô tả ở trên có thể sử dụng đối với những trường hợp chịu tác dụng của những tải trọng phức tạp hơn

b) Hình 2.1 Sơ đồ để xác định sự ổn định của khối trượt theo mặt phẳng

trọng lượng dải đất Pi với đoạn cung trượt tương ứng, còn các lực tương tác trên các mặt thẳng đứng của các dải được bỏ qua (xem như áp xuất của các dải lân cận có giá trị bằng nhau còn phương thì ngược nhau) Sau đó phân phối các lực của trọng lượng Pi theo phương bán kính quay và phương vuông góc với nó lập phương trình cân bằng, cho bằng không, tổng momen của các lực đối với điểm quay:

Ti.R - Nitg.R - cL.R = 0 (2.3) Ước lược biểu thức này cho R, ta có: Ti -  Nitg - cL = 0 (2.4) Trong đó:

L : chiều dài cung trượt AC

R L C tg N M

M K

i

r i i tr

g

T

L C tg N M

M K



1 (2.5) Tuy nhiên, việc giải bài toán đặt ra bằng cách xác định hệ số ổn định đối với cung mặt trượt chọn tuỳ ý chưa kết thúc được, vì cần phải chọn trong tất cả các cung có thể trượt một cung trượt nguy hiểm nhất

Khi thiết kế đường ô tô [54] để xác định vùng phân bổ các tâm trượt nguy hiểm nhất, người ta sử dụng đề nghị của nhà khoa học Thụy Điển - giáo sư Phenleniux Theo đó, các tâm trượt nguy hiểm phân bổ trên đường thẳng AB (hình 2.2b) Các giá trị góc  và  để xác định vị trí đường thẳng đó được ghi ở bảng 2.1

Theo nhận xét của giáo sư Н.А Цытович (N.A.Xư tô Vich) [53] phương pháp mặt trụ tròn được áp dụng rộng rãi trong thực tế, vì nó cho một lượng dự trữ

ổn định nào đó và được dựa trên những số liệu thực nghiệm về dạng mặt trượt khi sụt quây, dựa trên nhiều số đo thực địa Các tính toán tương ứng đã chỉ rõ phương pháp mặt trượt trụ tròn trong một số trường hợp cho mức độ an toàn cao

a Sơ đồ tác dụng của các lực b Vị trí tâm các cung trượt nguy hiểm

Hình 2.2 Sơ đồ để tính toán ổn định mái dốc theo mặt trượt trụ tròn: Bảng 2.1 Giá trị của các góc góc  và  :

Hệ số mái dốc Góc nghiêng của

mái dốc

Giá trị các góc, độ

1:0.6 1:1 1:1.5 1:2 1:3 1:4 1:5

Nếu ký hiệu các lực trượt hướng về phía trượt (cắt) là Titr, còn các lực ngược hướng chuyển vị và giữ cho mái dốc khỏi trượt là Tig, thì công thức (2.5) có dạng sau:

r i ig i r i i r i i

T

T L C tg

N K

1

1 1

A 4,5H

Phương pháp tính toán theo đề nghị của các giáo sư M.Н Голbдштейн

và Г.Ц Тер-cтепанян (M.N Gônxtên và G.I.Ter-Xtêpanion):

Để cải tiến và đơn giản hoá việc tính toán theo phương pháp mặt trụ tròn giáo sư M.Н Голbдштейн và giáo sư Г.Ц Тер-cтепанян đồng thời đề nghị tính toán hệ số ổn định theo biểu thức (2.7) Phương pháp này được giáo sư Н.А Цытович (N.A Xư Tô vich) giới thiệu trong tài liệu [53]

K = f.A + B

h

C

 , (2.7) Trong đó: f : hệ số ma sát của đất f = tg; C: lực dính của đất;

h: chiều cao mái dốc, : dung trọng tự nhiên của đất trong mái dốc

A & B : các hệ số phụ thuộc vào kích thước hình học của nêm sụt, được biểu thị theo phân lượng của chiều cao mái dốc h, được ghi ở bảng 2.2

Phương pháp cung tròn cải tiến của M.Н Голbдштейн có nhiều thuận lợi trong tính toán, nhưng trong tư liệu thực tế chưa thấy có tác giả nào tính toán so sánh kiểm nghiệm kết quả với phương pháp cung tròn Do vậy ở mục 4.1 thuộc chương 4, NCS có tính toán so sánh hệ số an toàn ổn định mái dốc theo phương pháp cung tròn cải tiến của M.Н Голbдштейн và phương pháp cung tròn Bishop

Bảng 2.2 Giá trị các hệ số A và B để tính gần đúng ổn định của mái dốc

2.3 PHƯƠNG PHÁP MẶT TRƯỢT TRỤ TRÒN CÓ XÉT ĐẾN ÁP LỰC THẤM HOẶC ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG

Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt trụ tròn được giới thiệu ở mục 2.2 chưa có xét đến ảnh hưởng của áp lực thấm hoặc áp lực nước lỗ rỗng trong mái dốc, các phương pháp trên thích hợp cho phần lớn các bờ dốc, sườn dốc cạnh đường ô tô ở Tây Nguyên Tuy nhiên, cũng có trường hợp bờ dốc đường

đi qua vùng thung lũng, cạnh bờ sông sẽ bị ngập nước vào mùa mưa lũ Do vậy, NCS tóm tắt giới thiệu một số phương pháp tính toán ổn định mái dốc theo mặt trượt trụ tròn có xét đến áp lực thấm, áp lực nước lỗ rỗng, thường được dùng để tính toán ổn định mái dốc đập đất trong hồ chứa nước

2.3.1 Phương pháp áp lực trọng lượng của Tsugaev (hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán cung trượt theo Tsugaev

Hệ số ổn định mái dốc tính theo công thức:

.x

n 2 H

n μ.dS

b.γ

R tb tg n x

n 2 H

) n u

n 1

ε(H R

Xn : hoành độ của cột đất thứ n, xn > 0 khi cột đất nằm bên trái trục OY

dSn : chiều dài đoạn cung trượt nằm trong phạm vi cột đất

, C : góc ma sát trong và lực dính của lớp đất đoạn cung trượt đang xét đi qua

 ; k : dung trọng đất khô ; đn : dung trọng đất đẩy nổi

Z1 ,Z2 : chiều cao trung bình phần đất nằm trên và dưới đường bão hoà của cột đất thứ n

un: áp lực nước lỗ rỗng tác dụng lên đoạn cung trượt trong phạm vi đáy cột đất thứ n

2.3.2 Phương pháp Terzaghi (hình 2.5)

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán cung trượt theo Terzaghi

Hệ số ổn định mái dốc tính theo công thức :

R

r n sinα n G

n L n C n tg n cosα n G K

Gn = đ.b.Zn là trọng lượng cột đất thứ n, đ là dung trọng của đất tại vị trí đang xét

w : Dung trọng của nước; Zn là chiều cao cột đất trên và duới đường bão hòa nước J: Gradient trung bình của dòng thấm

 : Lực thấm, tính như sau = .J.,  là diện tích vùng thấm

r : Khoảng cách từ lực thấm  đến tâm cung trượt, R: Bán kính cung trượt

n: Góc tạo bởi đường thẳng đứng qua tâm trượt và đường pháp tuyến của tâm đoạn cung trượt;

n, Cn: Góc nội ma sát và lực dính của cột đất thứ n

2.3.3 Phương pháp của А.A Ничипорович (hình 2.6)

Theo phương pháp này chuyển lực thấm thành ngoại lực tác dụng lên mặt ngoài cung trượt và có hướng vuông góc với cung trượt

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán cung trượt theo А.A Ничипорович

Hệ số ổn định K được tính theo công thức:

 

n sinα n G

R

r o W n C.L tg

n ) n φ n (B n cosα n G K

Trong đó:

Gn = (Z1 k + Z2 bh ).b hoặc Gn = (Z2 bh + H2.w): trọng lượng cột đất

k : dung trọng đất khô; bh : dung trọng đất bão hòa; w : dung trọng của nước

Z1 , Z2 : chiều cao trung bình phần đất nằm trên và dưới đường bão hòa của cột đất thứ n

H2: chiều cao cột nước từ đường bão hòa đến đáy cột đất trong đoạn cung trượt

un: áp lực nước lỗ rỗng tác dụng lên đoạn cung trượt trong phạm vi đáy cột đất thứ n

Bn, n: Lực đẩy nổi, lực thấm, (Bn+n) = w.Z2 b n

cos , (Bn+n) = w.(Z2 +H2) b n

cos

r : khoảng cách từ lực Wo đến tâm cung trượt; R: bán kính cung trượt

n: góc tạo bởi đường thẳng đứng qua tâm trượt và đường pháp tuyến của tâm đoạn cung trượt ; Wo: áp lực thuỷ tĩnh tác dụng vào mái dốc tạo lực giữ phía hạ lưu

Ln: chiều dài từng đoạn cung trượt ở đáy phân đoạn cột đất của cung trượt

(G.sinα

.L C u).tg

.G.sinα d

k (G.cosα K

, C: góc ma sát trong và lực dính hiệu quả của đất

: góc giữa đường thẳng đứng qua tâm trượt và đường pháp tuyến của tâm đoạn cung trượt ; L : chiều dài cung trượt ở đáy cột đất

2.3.5 Phần mềm tính toán ổn định

Phần mềm thông dụng nhất để tính toán ổn định mái dốc là GEO - SLOPE International Ltd (Canada), Slope/W là phần mềm giao diện đồ hoạ, có thể điều hành trong môi trường Wins 95/98/NT/2000 và XP, phân tích ổn định mái đất - đá bão hoà và không bão hoà gồm 9 phương pháp khác nhau; Slope/W có thể phân tích

và giải các bài toán mái dốc không đồng nhất trên nền đá, trường hợp mặt trượt xác định trước theo từng khối, mái đất chịu tải trọng ngoài và có gia cố

Slope/W sử dụng lý thuyết cân bằng các lực và moment để tính hệ số an toàn

chống lại sự phá hủy Lý thuyết Cân bằng giới hạn tổng quát (General Limit

Equilirium-GLE) được trình bày và sử dụng xem như vấn đề liên quan tới các hệ số

an toàn của tất cả các phương pháp nói chung cho bài toán ổn định trượt

Với Slope/W có thể phân tích cả hai vấn đề đơn giản và phức tạp đối với một

loạt các hình dạng bề mặt trượt, điều kiện áp lực nước lỗ rỗng, tính chất của đất,

phương pháp phân tích và các điều kiện tải Bằng phương pháp sử dụng lý thuyết

cân bằng giới hạn, Slope/W có thể mô hình các loại đất không đồng nhất, hình học

bề mặt phức tạp của địa tầng và trượt; các điều kiện áp lực nước lỗ rỗng bằng cách

sử dụng một lựa chọn lớn của các mô hình đất Phân tích sự ổn định độ dốc có thể

được thực hiện bằng cách sử dụng các thông số đầu vào xác định hoặc xác suất

Nhấn mạnh tính toán phân tích ứng suất phần tử hữu hạn có thể được sử dụng trong

các tính toán cân bằng giới hạn, để phân tích ổn định độ dốc có sẵn đầy đủ nhất, với

đầy đủ các tính năng này, Slope/W có thể được sử dụng để phân tích hầu như bất kỳ

vấn đề ổn định mái dốc

2.4 PHƯƠNG PHÁP “CÂN BẰNG BỀN F P ” CỦA GIÁO SƯ Н.Н MACЛOB

Giáo sư Н.Н Macлob (1943) đã đề nghị công thức để xác định góc dốc 

của bờ dốc trên nền đã ổn định, được gọi là “phương pháp cân bằng bền Fp”

Theo phương pháp này, góc dốc  được xác định bởi công thức:

h

C tg tg F

w

p    , (2.12)

 : góc dốc của mái dốc có độ cao h;

; ; C: theo thứ tự là dung trọng, góc ma sát, lực dính của khối đất trong bờ

dốc

a) Nếu trên mặt bờ dốc có tải trọng phân bố đều Po (hình 2.7b) thì công thức

(2.12) sẽ là:

o w p

P h

C tg

tg F

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán mái dốc theo phương pháp F p

P o

Đối với những bờ dốc được cấu tạo bởi nhiều lớp đất có chiều dày khác nhau (hi), có các đặc trưng cơ lý của mỗi lớp khác nhau i, i, Ci thì góc dốc  được xác định cho mỗi lớp từ chân mái dốc trở lên, ví dụ như hình 2.8 ta xác định góc dốc i

cho mỗi lớp như sau:

3 3 2 2 1 1

1 1

1

h h h

C tg

2 2

C tg

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán mái dốc nhiều lớp theo phương pháp F p

Hệ số mái dốc m = cotg = 1/tgΨ (2.15)

- Khi thiết kế mái dốc, hệ số mái dốc yêu cầu [m] được xác định qua hệ số an toàn K, tức là: [m] = K.m (2.16a) Trong trường hợp bờ dốc bên đường gồm một loại đất đồng nhất, nhưng có chiều cao lớn, người ta chia bờ dốc thành nhiều lớp có hi = 5m, áp dụng công thức (2.14) để tính góc dốc i cho các lớp từ chân mái dốc trở lên, và thông qua công thức (2.16a) xác định hệ số mái dốc yêu cầu [mi] cho mỗi lớp

- Khi kiểm tra an toàn ổn định mái dốc của công trình thực tế có hệ số mái dốc là mct, ta sử dụng các chỉ tiêu cơ lý của đất trong bờ dốc (được khảo sát vào mùa tính toán), dựa theo các công thức (2.12) đến (2.15) để xác định hệ số mái dốc tính toán là mtt, và hệ số an toàn ổn định chống trượt xác định theo công thức:

Theo phương pháp cung tròn, hệ số an toàn ổn định (K) của mái dốc được xác định bằng tỉ số momen giữa các lực giữ (Mg) với momen các lực trượt (Mtr)

trong khối đất được giới hạn bởi mặt mái dốc và cung trượt nguy hiểm nhất, theo công thức (2.5) Do vậy, trong cùng một bờ dốc, hệ số an toàn chống trượt xác định theo những phương pháp khác nhau sẽ không giống nhau

Tiến sĩ Nguyễn Trấp (1974) [35] dưới sự hướng dẫn của giáo sư Н.Н Macлob đã bảo vệ thành công luận án phó tiến sĩ KHKT với đề tài “So sánh giá trị thực tế của các phương pháp khác nhau về tính toán ổn định mái dốc dưới ánh sáng của các đối tượng trượt” Kết quả tính toán với các phương pháp khác nhau qua 49 đối tượng trượt mái dốc cho thấy rằng: phương pháp cân bằng bền “Fp” của giáo sư Н.Н Macлob có hệ số an toàn nhỏ nhất, và đường viền mặt mái dốc tính theo phương pháp “Fp” gần sát với mặt trượt thực tế

Trong giáo trình giảng dạy cho sinh viên ngành cầu đường ở Liên Xô (trước đây), giáo sư Β.ф.Бабков [54] có giới thiệu phương pháp “Fp” để tính toán ổn định mái dốc đường giao thông

2.5 NHẬN XÉT

Tất cả các phương pháp tính toán ổn định của mái dốc, sườn dốc được giới thiệu ở trên đều cho thấy rằng, hệ số an toàn chống trượt của khối đất phụ thuộc vào dung trọng tự nhiên (), các thông số chống cắt (, C), áp lực thấm, áp lực nước lỗ rỗng trong đất Tuy nhiên theo tài liệu nghiên cứu [9], “nước thấm vào đất đá chỉ hiện diện vào mùa mưa và chỉ có tác dụng làm bão hòa đất đá và thay đổi tính chất

cơ lý của chúng theo hướng bất lợi của sự ổn định mái dốc, chứ không đủ lượng để tạo nên tầng chứa nước”

Do vậy cần nghiên cứu sự thay đổi các đặc trưng (, , C) của đất tự nhiên trong mùa khô và mùa mưa lũ ở Tây Nguyên, phục vụ cho việc tính toán ổn định mái dốc