Phương pháp kiểm toán độ ổn định của các khối trượt có mặt trượt

7. Cấu trúc của luận văn

2.6. Các phương pháp kiểm toán độ ổn định trượt

2.6.1. Phương pháp kiểm toán độ ổn định của các khối trượt có mặt trượt

( cung trịn hình trụ) [5].

2.6.1. Phương pháp kiểm toán độ ổn định của các khối trượt có mặt trượt nằm nghiêng nghiêng

Phương pháp này kiểm toán độ ổn định của các khối trượt kiến trúc theo bề mặt có sẵn. Khối trượt kiểu này có mặt trượt phẳng, bậc thang – phẳng, hoặc nằm nghiêng hơi gợn sóng. Sơ đồ kiểm tốn ví dụ của những khối trượt đó được minh họa ở hình 2.5.

Điều kiện cân bằng của khối trượt dọc theo mặt trượt I-I sẽ được xác định theo phương trình:

T = Ntg + CL trong đó:

T: thành phần của trọng lực P ( trọng lượng chung P của đất đá cấu tạo nên khối trượt), có khuynh hướng làm dịch chuyển khối trượt, T=Psin;

N: thành phần trọng lực P có khuynh hướng giữ cho khối trượt ở trạng thái cân bằng, N=Pcos;

tg =f: hệ số ma sát trong dùng cho kiểm toán của đất đá tạo nên mặt trượt, hoặc đới kế cận mặt trượt đó;

C: lực dính dùng cho kiểm tốn của đất đá tạo nên mặt trượt, hoặc đới kế cận mặt trượt đó;

L: chiều dài của mặt trượt I-I; : góc nghiêng của mặt trượt.

a

b

Hình 2.5. Sơ đồ kiểm tốn ví dụ của khối trượt có mặt trượt nằm nghiêng

a- Mặt cắt địa chất kiểm tốn; b – mặt bằng khu trượt

Thường khơng tiến hành kiểm tốn cho tồn bộ khối trượt mà chỉ cho một khối đất đá có chiều rộng 1m, được tách ra theo mặt cắt kiểm toán. Khi đã xác định được

I I T P N 1m  (2.9)

diện tích S(m2) theo mặt cắt địa chất và thể tích V(m3) của khối đất đá được tách ra, ta xác định được trọng lượng P của nó: P=V.

( - khối lượng thể tích dùng cho kiểm toán đất đá tạo nên khối trượt).

Sau đó tính các đại lượng thành phần lực T và N, rồi lập phương trình cân bằng, xác định hệ số ổn định của khối trượt

N tg + CL T

Nếu khối trượt nằm trong cân bằng giới hạn, hệ số ổn định bằng 1. Nếu lực giữ vượt quá lực cắt, khối trượt sẽ có dự trữ ổn định và hệ số ổn định trong trường hợp này sẽ lớn hơn 1.

Việc kiểm toán độ ổn định của khối trượt sẽ phức tạp, nếu mặt trượt có độ nghiêng khơng đồng đều, có nghĩa là dạng bậc thang-phẳng. Dạng mặt trượt này phát sinh trong những trường hợp mà một phần của mặt trượt cắt theo mặt phân lớp, cịn phần khác thì đi theo mặt khe nứt hoặc mặt tiếp xúc lớp phủ. Trong đá cứng và một số loại đá nửa cứng, mặt trượt thường cắt toàn bộ theo mặt khe nứt hay mặt tiếp xúc( mặt này chia tách khối trượt khỏi sườn của đá gốc). Sơ đồ kiểm tốn ví dụ của những khối trượt như vậy được biểu thị ở hình 2.6.

Hình 2.6. Sơ đồ kiểm tốn ví dụ của một khối trượt có mặt trượt nghiêng khơng đồng nhất ( bậc thang phẳng).  = 2 1 3 4 5 6 7 8 9 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 (2.10)

Khi độ nghiêng của mặt trượt I-I không đều, ta chia khối đất đá trượt đã được tách ra ở mặt cắt địa chất thành nhiều khối nhỏ 1,2,3,...,i sao cho trong phạm vi một khối nhỏ đó, độ nghiêng của mặt trượt là đồng nhất. Sau đó, ta xác định trọng lượng của từng khối P1, P2,P3...,Pi và tính tốn giá trị mỗi thành phần:

N=f(P1cos1+ P2cos2+ P3cos3+...+ Picosi); T= P1sin1+ P2sin2+ P3sin3+...+ Pisini;

Từ đó tính hệ số ổn định của khối trượt được tính gần đúng  f Ni + CL

Ti

Nếu như phần dưới của khối trượt bị chìm ngập và chịu tác động của lực đẩy nổi thủy tĩnh, khi xác định trọng lượng các khối đất đá tương ứng ở dưới nước, cần thay  bằng ’, trong đó ’= (r – 1)(1-n).

Nếu khối truợt bị tác động của áp lực thuỷ động do dịng thấm thì độ ổn định của nó cịn thấp hơn nữa. Tổng thành phần trọng lực được tăng thêm đại lượng áp lực thủy động. Lực thấm trong trường hợp này phân bố vng góc với mặt trượt trong phạm vi khối kiểm toán và sẽ làm giảm tương ứng áp lực pháp tuyến. Trong phương trình xác định hệ số ổn định của khối trượt, thành phần pháp tuyến được viết dưới dạng có xét đến lực thuỷ động. Lực thuỷ động là:

ai cos i trong đó:

n - mật độ của nước;

hi - cột nước tác dụng trong phạm vi khối kiểm toán; i - diện tích đáy khối kiểm tốn, bằng ai/cos i;

Hi – cột nước trung bình trong phạm vi khối kiểm tốn, được tính từ mặt đường thẳng nằm ngang tuỳ ý A-A;

Yi - tung độ trung bình của đường cong trượt trong phạm vi khối kiểm toán, được tính từ mặt A-A;

ai - chiều rộng của khối;  =

Dtđ = nhii = n (Hi - Yi)

(2.13) (2.11) (2.12)

i - góc nghiêng của tiếp tuyến với mặt trượt ở trung điểm cạnh đáy của khối kiểm toán.

Từ đó, hệ số ổn định của khối trượt có xét tới áp lực thuỷ động : f (Ni – Dtđ i ) + CL

Ti

Hình 2.7. Sơ đồ kiểm tốn đại lượng áp lực thuỷ động tác dụng lên khối trượt (theo G.N. Fixenko) (theo G.N. Fixenko)

ở những vùng địa chấn, khi kiểm toán độ ổn định trượt cần xét tới mức độ địa chấn. Người ta thường coi tác động của các lực địa chấn sẽ xảy ra theo phương bất lợi nhất, như đã chỉ rõ ở hình 2.8. (G.M. Sakhunyantx, các năm 1953,1961). Trong đó, hợp lực P của của trọng lực Pg và lực địa chấn Ps sẽ là:

P = Pg2 + Ps2 i hi A A Yi MN Hi (2.16)  = (2.15)

Lực Ps được xác định từ biểu thức: Ps = ma = Ks Pg

Trong đó: m- khối lượng mà gia tốc địa chấn tác động lên; a – giá trị gia tốc

địa chấn; Ks - hệ số địa chấn; Pg - trọng lực. Từ đó : P = Pg 1+ Ks2

Góc nghiêng của hợp lực P so với phương thẳng đứng được xác định:

Ps

Pg

Hình 2.8. Sơ đồ kiểm tốn ổn định của khối trượt có xét tới lực địa chấn (G.M. Sakhunyantx).

Q trình kiểm tốn tiếp tục độ ổn định của trượt ở vùng địa chấn cũng giống như đã được trình bày, chỉ thay trọng lượng Pg bằng hợp lực P. Khi phân chia khối đất đá trượt (được tách ra theo mặt cắt địa chất) thành nhiều khối nhỏ, ta kẻ các đường phân chia không phải thẳng đứng, mà nghiêng với phương thẳng đứng một góc  [8].    Pg Ps P tg = (2.17) (2.18)