“Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện biên đến ổn định mái dốc đất vùng duyên hải miền trung”

Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu làm luận văn, giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, cán khoa học – Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam, hướng dẫn TS Lê Xuân Khâm PGS.TS Trịnh Minh Thụ đến tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật Với đề tài nghiên cứu luận văn là: “ Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện biên đến ổn định mái dốc đất vùng duyên hải miền trung” tác giả góp phần nhỏ để định hướng nghiên cứu ổn định mái dốc đất Do thời gian hạn chế nên tồn số vấn đề cần nghiên cứu tiếp Tác giả mong nhận góp ý, bảo thầy cô, đồng nghiệp người quan tâm Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến hai thầy giáo- TS Lê Xuân Khâm PGS.TS Trịnh Minh Thụ nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình làm luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới bạn đồng nghiệp, gia đình tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tác giả trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 03 năm 2011 Lê Thị Văn Anh Học viên: Lê Thị Văn Anh Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T 1.Tính cấp thiết đề tài T T Mục đích đề tài T T 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .9 T T Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu T T CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC T T 11 1.1 Giới thiệu chung vấn đề ổn định mái dốc giới Việt Nam (tiêu T biểu khu vực duyên hải miền trung) 11 T 1.1.1 Các cố trượt lở đất giới 11 T T 1.1.2.Các cố trượt lở đất khu vực duyên hải miền trung Việt Nam 19 T T 1.2 Thiên tai bất thường Việt Nam năm gần 29 T 3T 1.3 Trượt lở mái dốc đường mưa 31 T T 1.4 Một số dạng mái dốc điển hình .33 T T 1.5 Ý nghĩa việc nghiên cứu ổn định mái dốc đất .34 T T CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG CHỊU TẢI CỦA MÁI DỐC CƠNG TRÌNH ĐẤT T KHI CÓ MƯA LỚN 36 T 2.1 Ứng xử đất có mưa lớn 36 T T 2.2 Các dạng hư hỏng và chế phá hoại của mái dốc công trình đất .36 T T 2.3 Các tải trọng tác dụng lên mái dốc đất có mưa lớn 41 T T 2.4 Cơ chế thấm mái dốc đất có mưa lớn 41 T T 2.4.1.Khái niệm hệ đất bão hòa hệ đất khơng bão hòa .41 T T 2.4.2 Định luật Darcy cho đất không bão hòa 43 T T 2.4.3 Biến đổi hệ số thấm đất khơng bão hòa 44 T Học viên: Lê Thị Văn Anh T Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ 2.5 Ảnh hưởng áp lực nước lỗ rỗng đến ổn định mái dốc đất có mưa T lớn 45 T CHƯƠNG 3: CƠ SỞ TÍNH TỐN, LỰA CHỌN PHẦN MỀM PHÙ HỢP ĐỂ T TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC KHI CÓ MƯA LỚN 47 T 3.1 Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc đất .47 T T 3.1.1 Phương trình độ bền Coulomb 47 T T 3.1.2 Phương pháp Fellenius .47 T T 3.1.3 Phương pháp Bishop đơn giản 49 T T 3.1.4 Phương pháp Janbu tổng quát 49 T T 3.1.5 Phương pháp Bishop- Morgenstern 50 T T 3.1.6 Phương pháp Spencer .51 T T 3.1.7 Phương pháp cân giới hạn tổng quát (GLE) 52 T T 3.2 Lựa chọn hình dạng mặt trượt mái dốc đất 53 T T 3.3 Phân tích lý thuyết, lựa chọn phần mềm phù hợp để tính toán 53 T T 3.3.1 Lựa chọn phần mềm 54 T T 3.3.2 Cơ sở lý thuyết phần mềm ứng dụng 54 T T CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 61 T T 4.1 Giới thiệu công trình chọn 61 T T 4.2 Dùng phần mềm phù hợp để tính ổn định mái dốc đất cơng trình 64 T T 4.3 Các trường hợp tính tốn 65 T T 4.3.1 Mặt cắt trường hợp tính tốn 65 T T 4.3.2 Tài liệu địa chất cơng trình chọn: .66 T T 4.3.3 Tài liệu mưa 66 T T 4.3.4 Kết tính tốn 67_Toc287605771 T T T T 4.4 Phân tích, đánh giá kết toán: 73 T T CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 T Học viên: Lê Thị Văn Anh T Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ 5.1 Kết đạt .81 T T 5.2 Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu 82 T T 5.3 Kiến nghị .82 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 T T PHỤ LỤC 85 T T Học viên: Lê Thị Văn Anh Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Trượt lở đất Ginsaugon 14 T T Hình 1.2: Lở đất sạt lở đường mưa lớn Trung Quốc 14 T T Hình 1.3 Các dòng bùn đá khối trượt Minh Hóa, Quảng Bình 23 T T Hình 1.4: Trượt dòng A Lưới, Thừa Thiên, Huế 24 T T Hình 1.5: Trượt ta luy đường Hồ Chí Minh Quảng Nam 25 T T Hình 1.6: Trượt Khâm Đức (Quảng Nam) 26 T T Hình 1.7 : Trượt ta luy đường Hồ Chí Minh đèo Lò So, Quảng Ngãi 27 T T Hình 1.8 Trượt núi Tây Trà - Quảng Ngãi 27 T T Hình 1.9 Sạt lở đường Thường Xuân-Thanh Hóa 31 T T Hình 1.10 Điểm sạt lở đường Hồ Chí Minh đoạn qua xã Xuân Trạch-Nghệ An T T .32 Hình 1.11 Đường bị sạt lở huyện miền núi cao Tương Dương- Nghệ An 32 T T Hình 1.12 Sạt lở đường Quảng Ngãi 32 T T Hình 1.13: Mái dốc tự nhiên 33 T T Hình 1.14 : Mái dốc nhân tạo 33 T T Hình 1.15: Mái dốc kết hợp 33 T T Hình 2.1 Trượt lăn rơi khối đất, đá 37 T T Hình 2.2 Trượt mặt phẳng 37 T T Hình 2.3.Trượt vòng cung đơn giản 38 T T Hình 2.4 Trượt vòng cung phức hợp 38 T T Hình 2.5 Trượt trồi xệ tải trọng 39 T T Hình 2.6 Chuyển động dòng nước chảy 39 T Học viên: Lê Thị Văn Anh T Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ Hình 2.7 Các loại cung tròn mái dốc 40 T T Hình 2.8 Trượt đất yếu 41 T T Hình 2.9: Mơ hình đất bão hòa khơng bão hòa 42 T T Hình 2.10 Biến đổi hệ số thấm nước đất khơng bão hòa 45 T T Hình 2.11: Mặt cắt phân bố áp lực lỗ rỗng vùng đất khơng bão hòa ( Fredlund T Rahardjo, 1993) 45 T Hình 3.1: Sơ đồ mặt trượt 48 T T Hình 4.1 Km K0+125 vào Hạ xã Sơn Hà- Quan Sơn 61 T T Hình 4.2 Km K7+225 vào Bơn xã Tam Thanh- Quan Sơn 62 T T Hình 4.3 Vị trí cơng trình 63 T T Hình 4.4 Mặt cắt đường vào Hầu km: K0+50 65 T T Hình 4.5 Lưới phần tử hữu hạn điều kiện biên tính tốn 67 T T Hình 4.6 Kết tính thấm có mưa liên tục 68 T T Hình 4.7 Kết tính ổn định có mưa liên tục 68 T T Hình 4.8 Quan hệ hệ số ổn định theo thời gian trường hợp mưa liên tục 69 T T Hình 4.9 Kết tính thấm dừng mưa 70 T T Hình 4.10 Kết tính ổn định có mưa liên tục 70 T T Hình 4.11 Quan hệ hệ số ổn định theo thời gian trường hợp dừng mưa 71 T T Hình 4.12 Kết tính ổn định nước sơng rút nhanh 72 T T Hình 4.13 Quan hệ hệ số ổn định theo thời gian trường hợp nước sông rút T nhanh 73 T Hình 4.14 Phản áp 76 T T Học viên: Lê Thị Văn Anh Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số thảm họa trượt xảy kỷ 20………………… 15 Bảng 3.1.Điều kiện cân tĩnh theo phương pháp…………………… 58 Bảng 4.1 Điều kiện địa chất vùng nghiên cứu…………… …………… 58 Bảng 4.2 Tổng hợp kết tính tốn ổn định trường hợp mưa liên tục… 68 Bảng 4.3 Tổng hợp kết tính tốn ổn định trường hợp sau dừng mưa……… Bảng 4.4 Tổng hợp kết tính tốn ổn định trường hợp nước rút nhanh………………………………………………………………………… Học viên: Lê Thị Văn Anh 70 72 Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng có nhiều cơng trình làm vật liệu đất: Đường, đập, sườn đồi…Những cơng trình có vai trò lớn sống Vì vậy, vấn đề giữ ổn định cho cơng trình vấn đề mà lâu nhiều người quan tâm Một số giữ ổn định mái dốc cơng trình đất Hiện có nhiều cố liên quan đến mái dốc đất như: sụt lún, trượt lở đất…gọi ổn định mái dốc Ở Mỹ thiệt hại ổn định mái dốc đất cụ thể trượt lở đất xếp vào hạng thứ hai sau động đất, lũ lụt Hàng năm trượt lở đất Mỹ làm chết trung bình 25-50 người, thiệt hại 3.5 tỷ USD Ở Ý kỉ XX, trượt lở đất làm chết tích 10.000 người Ở Trung Quốc hàng năm có khoảng 1.000 vụ trượt lở đất làm thiệt hại hàng tỷ nhân dân tệ Ở vùng duyên hải miền Trung nước ta, bão áp thấp nhiệt đới thường kéo theo mưa to to, tập trung gây ổn định mái dốc đất Trong số năm gần nước ta phải gánh chịu thiệt hại to lớn người ổn định mái dốc đất gây Chỉ tính riêng mùa mưa năm 1999, ổn định mái dốc đất xảy diện rộng tỉnh Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định có hàng chục người bị vùi lấp, hàng trăm gia đình phải di chuyển Riêng tỉnh Quảng Ngãi có 3400 ruộng bị đất, đất, cát, sỏi có nguồn gốc từ trượt lở đất vùi lấp dày trung bình 1m, giao thông Bắc Nam đường sắt đường ách tắc nhiều ngày Vì nghiên cứu chi tiết nhiều khu vực nước ta tiếp tục tiến hành tập trung vào phân tích tình hình phân tích chế phát sinh, nguyên nhân nhân tố ảnh hưởng làm ổn định mái dốc đất cơng trình xây dựng khu vực nghiên cứu để từ đề biện pháp ngăn ngừa giảm thiểu thiệt hại Mưa nguyên nhân nghiên cứu Học viên: Lê Thị Văn Anh Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ảnh hưởng cường độ mưa tới ổn định mái dốc đất tự nhiên mái dốc đất đắp có mái dốc đường cho thấy có xâm nhập nước mưa, vùng đất bão hòa mở rộng Hiện tượng làm giảm ổn định chống trượt mái dốc Phân tích ảnh hưởng nước mưa tới ổn định mái dốc có liên quan tới vấn đề thực nghiệm lý thuyết thấm đất khơng bão hòa Cho đến nay, nghiên cứu phát triển mơ hình tốn thí nghiệm phục vụ cho nghiên cứu có liên quan tới mơi trường thấm khơng bão hòa đủ sở khoa học điều kiện để phát triển toán ứng dụng Modul SLOPE/W VANDO/SLOPE phần mềm GEOSLOPE Canada phần mềm sử dụng vào nghiên cứu thấm môi trường đất không bão hòa có hiệu Vì vậy đề tài “Nghiên c ứu ảnh hưởng điều kiện biên đến ổn định mái dốc đất vùng duyên hải miền trung” là hết sức cần thiết , có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn Mục đích đề tài - Tổng kết dạng ổn định mái dốc có mưa lớn tải trọng ngồi - Xây dựng quan hệ g iữa hệ số an toàn với cường độ mưa , dòng chảy lũ ngoại lực Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Mái dốc đất (trong có mái dốc đường) khu vực miền trung Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Điều tra, thống kê tài liệu nghiên cứu có liên quan đến ổn định mái dốc đất - Tổng hợp hư hỏng thường gặp - Nghiên cứu sở lý thuyết Học viên: Lê Thị Văn Anh Cao học khóa 17 Trường Đại học Thuỷ lợi 10 - Lựa chọn phương pháp tính tốn và phần mềm hợp lý đ Luận văn thạc sĩ ể tính tốn ổn định mái dốc đường - Tính toán cho công trình cụ thể Học viên: Lê Thị Văn Anh Cao học khóa 17 Cao (m) -Mưa liên tục 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Kết tính tốn thấm Cao (m) 1.084 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,084) Cao (m) -Mưa liên tục 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Kết tính tốn thấm Cao (m) 0.955 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,955) Cao (m) -Mưa liên tục 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Kết tính tốn thấm Cao (m) 0.939 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin =0,939) Cao (m) -Mưa liên tục 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Kết tính tốn thấm Cao (m) 0.925 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,925) Cao (m) -Mưa liên tục 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Kết tính tốn thấm Cao (m) 0.887 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,887) Cao (m) -Mưa liên tục 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Kết tính tốn thấm Cao (m) 0.878 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,878) Phụ lục 2: Trường hợp sau dừng mưa Cao (m) - Dừng mưa 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Cao (m) 0.886 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,886) Cao (m) - Dừng mưa 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Cao (m) 0.903 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,903) Cao (m) - Dừng mưa 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Cao (m) 0.923 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,923) Cao (m) - Dừng mưa 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Cao (m) 0.986 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 0,986) Dừng mưa Cao (m) - 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Cao (m) 1.004 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,004) Dừng mưa Cao (m) - 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Cao (m) 1.166 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,166) Phụ lục 3: Trường hợp nước rút nhanh - Nước sông bắt đầu rút Cao (m) 1.497 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,624) - Nước sông rút sau Cao (m) 1.337 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,337) - Nước sông rút sau Cao (m) 1.214 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,214) - Nước sông rút sau Cao (m) 1.179 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) (Kminmin = 1,179) - Nước sông rút sau Cao (m) 1.096 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Sau 4h (Kminmin = 1,096) - Nước sông rút sau Cao (m) 0.994 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Lop Lop Lop -2 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Khoang cach (m) Sau 5h (Kminmin = 0,994) ... liên quan đến mái dốc đất như: sụt lún, trượt lở đất gọi ổn định mái dốc Ở Mỹ thiệt hại ổn định mái dốc đất cụ thể trượt lở đất xếp vào hạng thứ hai sau động đất, lũ lụt Hàng năm trượt lở đất Mỹ... ảnh hưởng cường độ mưa tới ổn định mái dốc đất tự nhiên mái dốc đất đắp có mái dốc đường cho thấy có xâm nhập nước mưa, vùng đất bão hòa mở rộng Hiện tượng làm giảm ổn định chống trượt mái dốc. .. to, tập trung gây ổn định mái dốc đất Trong số năm gần nước ta phải gánh chịu thiệt hại to lớn người ổn định mái dốc đất gây Chỉ tính riêng mùa mưa năm 1999, ổn định mái dốc đất xảy diện rộng