Ảnh hưởng của sự biến đổi tính chất cơ lý theo độ ẩm đến ổn định mái dốc trên các loại đất sườn tàn tích khu vực Đà Lạt

Nội dung bài viết trình bày sức chống cắt của đất bị thay đổi dẫn đến sự gia tăng hàm lượng nước được tính toán dựa trên độ ẩm tự nhiên, hàm lượng nước tối ưu và hàm lượng nước bão hòa. Kết quả được sử dụng để tính toán hệ số an toàn của mái dốc giả định. Kết quả cho thấy lực dính và góc nội ma sát giảm khi độ bão hòa tăng và sự giảm lực dính đáng kể hơn so với góc ma sát trong. Giá trị của hệ số an toàn giảm từ 34 - 60 theo phần trăm.

ẢNH HƯỞNG CỦA S BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ THEO ĐỘ ẨM ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRÊN CÁC LOẠI ĐẤT SƯỜN TÀN TÍCH KHU V C ĐÀ LẠT HÀ N ỌC NH, TH I HỒN NH*, HOÀN HẢI YẾN, N UYỄN VIỆT TIẾN Changes in geotechnical paramenters of residual soils with water content and factor of safety of assumed slope in Dalat Abstrast: Landslide has occurred more and more seriously in Da Lat city in recent years Public articles based on landslide assessment, landslide zonation mapping to prevent and mitigate negative consequence Changes in geotechnical paramenters of residual soils with water content were invetigated in this study Shear strength of the soil are alterated resulting on an increase in water content were calculated on nature moisture content, optimum water content, and saturated water content The results were used to calculated factor of safety of assumed slope The results show that cohesion and angle of internal friction were decreased with increasing saturated degrees and the decrease of cohesion was more significant than that of angle of internal friction Valuas of factor of safety decreased from 34 - 60 in percentage Keywords: residual soil, water content, shear strength, internal friction angle, cohensive, factor of safety ĐẶT VẤN ĐỀ * Tai biến trƣợt lở đất khu v c thành phố Đà Lạt năm gần có chiều hƣớng gia tăng Trên địa bàn thành phố ghi nhận 214 điểm nứt, sụt đất, trƣợt lở đất Trƣợt lở đất xảy tập trung chủ yếu vào mùa mƣa vị trí trƣợt lở chủ yếu xảy dọc tuyến đƣờng giao thông, khu v c san gạt mặt để quy hoạch làm khu đô thị, khu tái định cƣ, chân sƣờn dốc bị cắt x để xây d ng cơng trình, khu đất đ i đƣợc cải tạo bóc bỏ lớp phủ th c vật để chuyển đổi mục đích sử dụng Quy mô trƣợt lở c ng đa dạng từ nhỏ đến vừa, vật liệu trƣợt loại đất sƣờn tàn tích có mặt khu v c sản phẩm trình * Việ ị chấ - Việ H h Việ N D : 0363801689; Email: honganh224@gmail.com học v Cơ g ghệ phong hóa đá loại đá granit (hệ tầng Định Quán, hệ tầng nkoret - Cà Ná), ryolit dacit (hệ tầng Đơn Dƣơng) bazan (hệ tầng Xuân Lộc), sét kết, bột kết (hệ tầng La Ngà) Trƣợt lở phát triển mái dốc có thành phần đất sƣờn tàn tích phong hóa từ đá thuộc hệ tầng Định Quán nkoret - Cà Ná [2] Đặc điểm trƣợt lở phụ thuộc nhiều vào tính chất vật liệu trƣợt Đánh giá tai biến trƣợt lở cần quan tâm đến yếu tố ảnh hƣởng, tính chất lý vật liệu trƣợt, xác định định lƣợng s ảnh hƣởng độ ẩm đến s suy giảm sức kháng cắt c ng nhƣ hệ số ổn định mái dốc Tính chất vật lý đất chủ yếu ảnh hƣởng đến đến sức kháng cắt đất bao g m cấp phối thành phần hạt, độ lỗ rỗng, độ ẩm tính thấm Q trình xâm nhập nƣớc mƣa d n đến ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 28 thay đổi độ ẩm đất với s suy giảm cƣờng độ kháng cắt đất hệ số ổn định mái dốc 5] Bài báo sử dụng phƣơng pháp điều tra th c địa, thu thập m u ngun trạng; Thí nghiệm phịng xác định tiêu lý Phân tích đánh giá ảnh hƣởng độ ẩm đến tính chất học loại đất sƣờn tàn tích khu v c thành phố Đà Lạt, phân tích mơ hình s suy giảm hệ số ổn định mái dốc điều kiện khách ĐẶC ĐIỂM C C LOẠI ĐẤT S ỜN TÀN TÍCH HU VỰC N HIÊN CỨU Thành phố Đà lạt có cấu trúc g m 90% diện tích đất sản phẩm sƣờn tàn tích phát triển loại đá granit (hệ tầng Định Quán, hệ tầng nkoret - Cà Ná), ryolit dacit (hệ tầng Đơn Dƣơng) bazan (hệ tầng Xuân Lộc), sét kết, bột kết (hệ tầng La Ngà) Khoảng 10 % diện tích sản phẩm trầm tích đại Đối tƣợng nghiên cứu đề tài nhằm đến loại đất sƣờn tàn tích khu v c nghiên cứu thƣờng phân bố sƣờn dốc khu v c Đất sườn tàn tích hệ tầng Định Quán Đất sƣờn tàn tích phát triển magma xâm nhập granite hạt nhỏ - trung sáng màu, granite biotit hạt trung - lớn dạng porphyr, có bề dày biến đổi từ 8-15m với thành phần chủ yếu sét pha l n dăm sạn màu nâu đỏ, nâu vàng; xuất nhiều tảng lăn sƣờn dốc Lớp phủ phong hoá đá magma xâm nhập granodiorit - biotite hạt vừa - nhỏ, có bề dày biến đổi từ 10 15 m với thành phần chủ yếu sét, sét pha màu nâu đỏ l n dăm sạn chứa nhiều thạch anh Đất sườn tàn tích hệ tầng Ankoret - Cana Phân bố chủ yếu phần phí tây - tây nam thành phố Đà Lạt phần phía nam H Xuân Hƣơng Thành phần chủ yếu sét lần dăm, sạn, cát, trạng thái nửa cứng Chiều dày vỏ phong hóa phát đá thuộc hệ thầng Ankoret - Ca Ná khoảng mỏng từ m đến khoảng 8-10 m Đất sườn tàn tích hệ tầng Đơn Dương ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 29 Lớp phủ đá trầm tích núi lửa có bề dày biến đổi từ 5-10m với thành phần sét, sét pha l n dăm sạn, màu xám xanh, loang lổ; trạng thái từ d o mềm – d o cứng Phân bố yếu phía đơng, đơng nam thành phố Đà Lạt Đất sườn tàn tích hệ tầng La Ngà Lớp phủ phong hóa đá trầm tích có bề dày biến đổi thay đổi từ – 5m Thành phần chủ yếu sét, sét pha màu nâu đỏ, nâu tím, trạng thái d o mềm - d o cứng, v n giữ đƣợc cấu trúc Phân bố chủ yếu phân trung tâm, phía bắ phía đơng bắc thành phố Đà Lạt Đất sườn tàn tích hệ tầng Xuân Lộc Sản phẩm phong hóa thƣờng s m màu, đen Diện phân bố loại vỏ phong hóa khơng lớn tập trung khu v c sân bay Cam Ly xã Xuân Thọ, nhiên bề dày loại vỏ phong hóa đến 20m, địa hình khu v c phân bố loại có độ dốc lớn, có nguy cao xảy trƣợt lở, cần có nghiên cứu đánh giá cụ thể VẬT LIỆU VÀ PH ƠN PH P N HIÊN CỨU Các m u đất khu v c đƣợc lấy đại diện cho đất sƣờn tàn tích khu v c Với loại đất, tiến hành đóng m u đất nguyên dạng độ sâu từ 0,5m đến 1m Các m u đất sau thu thập đƣợc bảo quản chuyển phịng thí nghiệm để xác định tiêu lý đất Với loại đất sƣờn tàn tích c ng tiến hành thu thập m u đất khơng ngun dạng để thí nghiệm đầm nện Proctor cải tiến Thành phần hạt trung bình m u đất thể bảng Các tiêu vật lý đƣợc thể bảng Kết thí nghiệm xác định thành phần hạt m u đất cho thất nhóm hạt sét hạt bụi chiếm ƣu với tỷ lệ từ 26-29 % 32-37%, theo thứ t Từ kết phân tích thành phần hạt số d o, đất đƣợc xếp vào loại đất sét trạng thái d o cứng đến cứng Ở trạng thái t nhiên, m u đất có độ ẩm trung bình từ 40 đến 60% ả T ầ ạt tru Hà Loại đất iá trị Độ ẩm t nhiên W edQ(K2 q) edQ(K2ac) edQ(K2 d) edQ(J2ln) edQ(Q2xl) % 19,6 21,0 28,7 30,3 38,5 Hạt sét 0,25-0,10 0,10-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 10 mm - edQ(K2 q) Số hiệu m u ợ Hạt sạn sỏi edQ(K2ac) ả ẫu đất % 48,7 47,5 48,6 51,7 54,1 đƣợc giã nhỏ vỡ chày cao su, bổ sung thêm khoảng 5% nƣớc tiến hành đầm nện lần Thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp Thí nghiệm cắt ph ng tr c tiếp đƣợc tiến hành máy cắt ph ng t động th c theo tiêu chuẩn STM D 3080 để xác định thông số độ bền kháng cắt m u đất ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 nguyên dạng, m u đất trạng thái bão hòa trạng thái khối lƣợng thể tích khơ lớn (m u đầm nện) Tính tốn hệ số ổn định mái dốc Hệ số ổn định mái dốc đƣợc tính tốn qua phần mềm Geo-Slope, modul Slope W, áp dụng phƣơng pháp Bishop đơn giản hoá tính theo điều kiện cân mơmen gây xoắn vặn mảnh đất, ảnh hƣởng tới l c cắt mảnh Các trƣờng hợp tính tốn hệ số ổn định mái dốc đƣợc xây d ng trạng thái t nhiên, trạng thái bão hòa trạng thái đất có khối lƣợng thể tích khơ lớn Kích thƣớc hình học mái dốc đƣợc giả định cho trƣờng hợp chiều cao mái dốc 5m, góc dốc 45o để đánh giá mức độ giảm hệ số ổn định trƣợt tăng độ ẩm giảm giá trị kháng cắt đất ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thí nghiệm đầm nện Proctor cải tiến đƣợc tiến hành loại đất sƣờn tàn tích khu v c nghiên cứu Kết thí nghiệm đƣợc thể biểu đ biểu diễn s thay đổi khối lƣợng thể tích khơ theo độ ẩm (hình 1) Khối lƣợng thể tích khơ ứng với độ ẩm tốt m u edQ(K2 q), edQ(K2ac), edQ(K2 d), edQ(J2ln) edQ(Q2xl) lần lƣợt theo thứ t 1,52g cm3 – 18,1%, 1,57g/cm3 – 21,3%, 1,46g/cm3 – 27,2%, 1,49g/cm3 – 26,7% 1,52g/cm3 - 30.4% Từ thí nghiệm đầm nên Proctor cải tiến, giá trị độ ẩm tốt loại m u đƣợc sử dụng để tính tốn lƣợng nƣớc thêm vào để đầm nện chế bị m u có độ chặt lớn M u chế bị có độ chặt lớn sau đƣợc thí nghiệm cắt ph ng tr c tiếp máy cắt t động Coopper TS-2060 để xác định sức kháng cắt m u K t qu thí nghi m đ m n n Proctor c i ti n a) c) b) d) e) Hình Bi ế q ả hí ghiệ ệ P c cải iế a: edQ(K2 q), b: edQ(K2ac), c: edQ(K2 d), d: edQ(J2ln), e: edQ(Q2xl) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 31 Kết thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp Các đặc trƣng sức kháng cắt m u đất edQ(K2 q), edQ(K2 ac), edQ(K2 d), edQ(J2 ln) edQ(Q2xl) trạng thái nguyên dạng, sau bão hòa 5h, bão hòa 24h m u đầm nện Proctor cải tiến thể bảng hình Sức kháng cắt m u đầm nện thể hình Trong đặc trƣng sức kháng cắt m u đất, s suy giảm l c dính kết thấy r so với góc ma sát Các m u đất sét tàn tích trạng thái bão hòa độ dày lớp nƣớc màng mỏng bao bọc hạt sét tăng lên làm độ chặt c ng nhƣ l c dính kết hạt suy giảm đáng kể Kết phù hợp với kết Nguyễn Thị Ngọc Hƣơng, Trịnh Minh Thụ (2013), Kai Cui Ye Yang (2014) S suy giảm nhanh l c dính kết thành phần khống đất có khống chất có tính kháng nƣớc kém, dễ bị tan rã làm l c dính kết hạt giảm đáng kể bị ngâm nƣớc 140 160 kg kg kg 140 kg kg kg 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 10 12 14 16 10 12 14 16 Horizontal displacement (mm) Horizontal displacement (mm) edQ(K2ac) edQ(K2đq) 200 150 kg kg kg kg kg kg 150 100 100 50 50 -50 0 10 Horizontal displacement (mm) edQ(K2đd 32 12 14 16 10 12 14 16 Horizontal displacement (mm) edQ(J2 ln) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 100 kg kg kg 80 60 40 20 -20 10 12 14 16 Horizontal displacement (mm) edQ(Q2xl) H h ế q ả hí ghiệ c ả Số hiệu m u edQ(K2 q) edQ(K2ac) edQ(K2 d) edQ(J2ln) edQ(Q2xl) hẳ g iá trị ự d Nguyên dạng C kG/cm2 17°49' 0,28 20°15' 0,33 21°43' 0,27 20°05' 0,36 19°18' 0,33 c iế ẫ t ó a sát tr M u đầm nện C kG/cm2 20°32' 0,33 22°30' 0,38 23°49' 0,29 21°43' 0,38 22°12' 0,36 ệ P c cải iế ẫu đất Bão hòa 5h C kG/cm2 14°44' 0,17 10°57' 0,19 12°57' 0,15 14°18' 0,21 17°04' 0,23 Bão hòa 24h C kG/cm2 13°54' 0,17 17°40' 0,15 11°39' 0,14 8°35' 0,15 14°09' 0,19 0.4 24 0.35 20 0.3 16 0.25 0.2 12 TN DN 5h 24h 0.15 TN DN 5h 24h 0.1 edQ(K2dq) edQ(K2dd) edQ(K2ac) edQ(Q2xl) edQ(K2dq) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 edQ(Q2xl) edQ(J2ln) b) a) H h S biế ổi c b c ẫ ấ edQ(K2dd) edQ(K2ac) edQ(J2ln) c dí h ế C ích h v g c gφ c h h h L 33 Ảnh hưởng độ ẩm đến sức kháng cắt hệ số ổn định Để đánh giá ảnh hƣởng độ ẩm đến sức kháng cắt hệ số ổn định mái dốc, mơ hình giả định mái dốc đƣợc thiết lập với góc dốc 45o, chiều cao mái dốc 20m, thành phần loại đất sƣờn tàn tích khu v c nghiên cứu ả Hệ số ổ đị Trạ t ái dố iả đị trê (hình 4) Trong nghiên cứu ảnh hƣởng áp l c thủy tĩnh thủy động chƣa đƣa vào nhằm thấy r s ảnh hƣởng độ ẩm đến hệ số ổn định mái dốc Các thông số đầu vào đƣa vào mơ hình tính tốn hệ số ổn định thể bảng Kết tính tốn theo phƣơng pháp Bishop đơn giản trình bày bảng ại đất s tà t t ố Đà Lạt Hệ số ổ đị edQ(K2 q) edQ(K2 d) edQ(J2ln) edQ(J2ln) edQ(Q2xl) T nhiên 1,31 1,38 1,43 1,29 1,15 Bão hòa 0,73 0,91 0,78 0,52 0,65 Mức độ suy giảm (%) 43,95 34,04 45,17 59,81 43,61 H h Mơ h h í h Hệ số ổn định mái dốc giả định loại đất sƣờn tàn tích có giá trị lớn trạng thái t nhiên, độ ẩm đất nhỏ độ ẩm trạng thái bão hòa Khi loại đất trạng thái bão hòa nƣớc, hệ số ổn định giảm từ 34 % đến 60 % (bảng 6) tức mái dốc ổn định Kết tính tốn cho mái dốc giả định Th c tế, ổn định mái dốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Trong s biến đổi độ ẩm mái dốc t nhiên phụ thuộc vào hệ số thấm, độ che phủ mái 34 hệ ổ ị h dốc, lƣợng mƣa… Mơ hình mái dốc cụ thể cần có khảo sát chi tiết lớp đất mái dốc ẾT LUẬN Tính chất lý loại đất sƣờn tàn tích (edQ(K2 q), edQ(K2ac), edQ(K2 d), edQ(J2ln) edQ(Q2xl)) khu v c thành phố Đà Lạt đóng vai trò quan trọng định độ ổn định mái dốc Phân bố loại đất chiếm 90% diện tích tồn vùng Nghiên cứu xác định số tiêu lý đặc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 trƣng cho loại đất đánh giá mức độ suy giảm đặc trƣng kháng cắt đất trạng thái khác Các thông số đặc trƣng kháng cắt m u đất đƣợc khảo sát trạng thái t nhiên, trạng thái đầm nện có độ ẩm tốt nhất, bão hòa 5h, bão hòa 24h cho thấy s biến đổi thơng số l c dính kết góc ma sát trong, nhiên s suy giảm sức kháng cắt m u đất chủ yếu phụ thuộc vào s suy giảm l c dính kết độ ẩm tăng dần đến độ ẩm bão hòa Hệ số ổn định đƣợc tính tốn cho mái dốc giả định loại đất sƣờn tàn tích edQ(K2 q), edQ(K2 ac), edQ(K2 d), edQ(J2 ln) edQ(Q2 xl) khu v c cho thấy mức độ suy giảm từ 34 đến 60 % điều kiện mái dốc bão hịa hồn tồn Để tính tốn cụ thể cho mái dốc th c tế cần khảo sát chi tiết đánh giá thêm mức độ truyền ẩm mơ hình LỜI CẢM ƠN Bài báo đƣợc hồn thành với s giúp đỡ Đề tài DDL 01 20-21 Các tác giả chân thành cảm ơn s hỗ trợ nhiệt tình quan, Sở, Ban, Ngành, nhân dân khu v c nghiên cứu Viện Địa chất - Viện HLKHCN VN trình nghiên cứu Ng TÀI LIỆU TH M HẢO Lê Ngọc Thanh, 2020 Nghiên cứu tai biế ịa chất: nứt, sụ ấ ợt l ấ v ề xuất giải pháp h bá gă gừa kh c phục ê ịa bàn thành ph L t, tỉnh Lâm ồng Báo cáo tổng kết đề tài Hoàng Vƣợng nnk, 1997 Bá cá iề ị chấ ô hị h h h L Trung tâm Thông tin Lƣu trữ Địa chất Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Nguyễn Thanh, 2012 Tí h chấ ý ấ v ả h h gc g ế q h dịch ch y ấ ê d c d c v vù g ồi Q ả g T ị Thừ Thiê H ế, Tạp trí Khoa học, Đại học Huế, tập 74B, số 5, -123-132 Nguyễn Văn Thìn, 2007 Ảnh hƣởng mƣa đến ổn định mái dốc, Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Mơi trƣờng, số 16 p95-99 Nguyễn Thị Ngọc Hƣơng, Trịnh Minh Thụ, 2013, ác ị h c g ch g c c ấ hơ g bã hị b g hí ghiệ c c iế Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trƣờng, số 42, p94-99 Kai Cui1, Ye Yang, 2014 Experimental Study on Engineering Characteristics of Basalt Residual Vols 580-583 (2014) pp 460-463 i biệ : PGS, TS VŨ C O MINH ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 35 ... giá ảnh hƣởng độ ẩm đến tính chất học loại đất sƣờn tàn tích khu v c thành phố Đà Lạt, phân tích mơ hình s suy giảm hệ số ổn định mái dốc điều kiện khách ĐẶC ĐIỂM C C LOẠI ĐẤT S ỜN TÀN TÍCH HU VỰC... 33 Ảnh hưởng độ ẩm đến sức kháng cắt hệ số ổn định Để đánh giá ảnh hƣởng độ ẩm đến sức kháng cắt hệ số ổn định mái dốc, mơ hình giả định mái dốc đƣợc thiết lập với góc dốc 45o, chiều cao mái dốc. .. diện tích sản phẩm trầm tích đại Đối tƣợng nghiên cứu đề tài nhằm đến loại đất sƣờn tàn tích khu v c nghiên cứu thƣờng phân bố sƣờn dốc khu v c Đất sườn tàn tích hệ tầng Định Quán Đất sƣờn tàn tích