LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH GEOSLOPE ĐỂ KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH

Bộ giáo dục và đào tạo

Tr"ờng Đại học giao thông vận tải
aúb





Nguyễn minh nhật




Cơ sở lý thuyết và ứng dụng
ch ơng trình Geo-Slope
để kiểm toán ổn định mái dốc ta luy nền

trên đ ờng Hồ Chí Minh




chuyên ngành : xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng thành phố
Mã số : 60.58.30





luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật

Ng#ời h#ớng dẫn khoa học :
TS. Lã Văn chăm







Hà nội, 2006

Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
1
Lời cảm ơn


Để hoàn thành đ ợc luận án này, tác giả đã nhận đ ợc rất nhiều sự
giúp đỡ của các thày giáo h ớng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng
nghiệp, và các cơ quan liên quan.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào
tạo Đại học và Sau Đại học Tr ờng Đại học Giao thông Vận tải đã giúp đỡ
tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn
Đ ờng bộ và Khoa Công trình Tr ờng Đại học Giao thông Vận tải đã
đóng góp những ý kiến thiết thực và quý báu.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo h ớng

dẫn TS. Lã Văn Chăm, thầy giáo Th.S Nguyễn Quang Phúc Bộ môn
Đ ờng bộ Tr ờng Đại học Giao thông Vận tải, là những ng ời thầy đã tận
tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Trong khuôn khổ một luận án Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắc chắn
ch a đáp ứng đ ợc một cách đầy đủ những vấn đề đã đặt ra, mặt khác do
trình độ bản thân còn nhiều hạn chế. Tác giả xin chân thành cảm ơn và tiếp
thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng
nghiệp.

Hà nội, ngày tháng năm 2006
Tác giả












Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
2
Mục Lục
!
"#! $%& '( )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) *

+,$ ",$ )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) -
+. /01 )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) 2
345'(6 ! ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) 7
89(6 :1;( <= >?(4 >@A( 9( /B(4 C# DE$ ))))))))))))))))))))))))))))))))))) 7
1.1 9n định bờ dốc 8
1.1.1 Các hiện t ợng chuyển dịch đất đá trên bờ dốc 8
1.1.2 Vấn đề ổn định bờ dốc. 9
1.1. các yếu tố ảnh h ởng tới sự ổn định bờ dốc 10
1.2.1 Các yếu tố tự nhiên 10
1.2. tính toán ổn định bờ dốc 14
1.3.1 Tính toán ổn định với mặt tr ợt phẳng 15
1.3. các giải pháp bảo vệ và gia cố mái dốc 22
1.4.1 Thiết kế mặt cắt hình học hợp lý cho mái dốc 23
1.4.2 Hạn chế ảnh h ởng của n ớc mặt và n ớc ngầm 26
1.4.3 Dùng kết cấu gia c ờng, kết cấu chống đỡ chịu lực. 28
1.4.4 Giảm bớt ảnh h ởng của hiện t ợng mất ổn định mái dốc đối với
công trình. 28
345'(6 !! ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) FG
3HIJKL 8MNKH O"PQRST 8?KH 8PAK 9( /B(4 C# DE$ ))))))))))))))) FG
2.1.Giới thiệu chung 30
2.1.1 Tính toán ổn định bờ dốc ở Việt Nam. 30
2.1.2 Giới thiệu một số phần mềm tính ổn định bờ dốc. 31
2.2. giới thiệu ch ơng trình 33
2.2.1 Đặc điểm ch ơng trình Slope/W. 33
2.2.2 Sơ đồ tính toán 33
2.2.3 Ph ơng pháp cân bằng giới hạn. 35
2.2.4 Các b ớc tính toán hệ số an toàn 37
2.2.5 Các ph ơng pháp tính ổn định mái dốc sử dụng trong Slope/W 40
2.3. sử dụng ch ơng trình 41
2.3.1 Nhập số liệu - Define. 42

2.3.2 Tính toán - Solve. 47
2.3.3 Hiển thị kết quả tính toán - Contour. 48
2.4. Các dạng bài toán 49
2.4.1 Các dạng mặt tr ợt. 49
2.4.2 Các dạng tải trọng. 53
2.4.3 Tính toán xác suất ổn định mái dốc. 56
2.5. Những nhận xét về sử dụng Slope 56
2.5.1 Lựa chọn các thông số tính toán. 56
2.5.2 Lựa chọn ph ơng pháp tính toán và các dạng mặt tr ợt. 57
2.5.3 Một số vấn đề khi tính toán thiết kế t ờng chắn. 58
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
3
345'(6 !!! )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) UV
W(6 D,(6 3HIJKL 8MNKH O"PQRST 8?KH 8PAK 9( /B(4 C#
DE$ >XY( /5#(6 HZ $4? &!(4 )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) [G
3.1.Giới thiệu đ ờng Hồ Chí Minh 60
3.2. sụt tr ợt trên đ ờng Hồ Chí Minh 63
3.2.1 Tình hình chung 63
3.2.2 Tình trạng sụt tr ợt trên đ ờng Hồ Chí Minh 65
3.2.3 Các biện pháp xử lý sụt tr ợt trên đ ờng Hồ Chí Minh 66
3.3. sử dụng slope tính ổn định mái dốc trên đ ờng 69
Hồ Chí Minh 69
\]> ^1_( `!]( (64B ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) a[

Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
4
Mở đầu
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với nền đ ờng là sự ổn định toàn
khối. Sự ổn định này không những phải đảm bảo trong quá trình thi công mà
còn cả trong quá trình khai thác. Với một số tuyến đ ờng thì công tác thiết
kế đảm bảo ổn định chiếm một vai trò lớn, khối l ợng công việc lớn và do
vậy chi phí cho công tác này th ờng lớn. Đặc biệt khi xây dựng những tuyến
đ ờng qua vùng đất yếu, vùng đồi núi có địa chất không ổn định
Hiện t ợng sụt tr ợt ta luy nền đ ờng đ ợc con ng ời biết đến từ rất lâu,
các giải pháp phòng chống đảm bảo ổn định cho các công trình cũng rất đa
dạng. Tuy nhiên hiện t ợng này luôn mang tính thời sự bởi tính bất ngờ cùng

với những hậu quả nghiêm trọng khi nó xẩy ra. Hàng năm có rất nhiều vụ sụt
tr ợt xảy ra và hậu quả do chúng để lại th ờng gây ra tổn thất lớn: thiệt hại
về ng ời, gây h hỏng các công trình, đình trệ các quá trình sản xuất, l u
thông và do vậy gây lãng phí về thời gian tiền của.
N ớc ta thuộc miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, sự chênh lệch về nhiệt độ,
l ợng m a và khí hậu trong năm là khá đáng kể. Đặc biệt một số vùng có
l ợng m a lớn và không đều trong năm (khu vực miền Trung, Tây Nguyên).
N ớc ta lại là một n ớc có phần lớn diện tích là đồi núi, các tuyến đ ờng
đ ợc xây dựng th ờng đi qua khu vực đồi núi có địa hình phức tạp. Những
nguyên nhân trên khiến cho các công trình đ ờng ở n ớc ta phải đối mặt
th ờng xuyên với những hiện t ợng sụt tr ợt: đ ờng Hồ Chí Minh, quốc lộ
4D Lào Cai, quốc lộ 37 Yên Bái, ga đ ờng sắt trên đèo Hải Vân
Chính vì vậy công tác thiết kế ổn định, kiên cố hóa các tuyến đ ờng đ ợc
chú trọng.
Tuyến đ ờng Hồ Chí Minh là một trong những công trình trọng điểm của
đất n ớc ta nhằm thực hiện nhiều sứ mệnh quan trọng. Quyết tâm xây dựng
con đ ờng hiện đại, đảm bảo đ ợc những mục đích đề ra đ ợc Đảng, Nhà
n ớc, nhân dân hết sức quan tâm. Đây là tuyến đ ờng có chiều dài lớn
(3.129Km), đi qua nhiều vùng địa hình khí hậu khác nhau: từ miền Bắc, miền
Trung đến khu vực Tây Nguyên, Nam Bộ. Những điều kiện khó khăn về điều
kiện tự nhiên đã dẫn đến sự phức tạp trong thiết kế, thi công, khai thác tuyến
đ ờng. Cũng nh nhiều tuyến đ ờng khác vấn đề sụt tr ợt là một trong
những vấn đề đáng quan tấm nhất hiện nay trên tuyến đ ờng này. Hiện t ợng
tắc đ ờng đã từng xảy ra trên tuyến đ ờng này mặc dù thời gian đ a vào sử
dụng ch a lâu. Bên cạnh xuất hiện các điểm sụt tr ợt mới, một số điểm sụt
tr ợt cũ tái phát gây khó khăn cho công tác xây dựng tuyến đ ờng này (đèo
Lò Xo, đèo Đá Đẽo, đoạn A Đớt A Tép ). Công tác kiên cố hóa đ ờng
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT

5
Hồ Chí Minh đã và đang đ ợc triển khai nhằm đảm bảo cho tuyến đ ờng này
có thể đ ợc khai thác hiệu quả phát huy đ ợc ý nghĩa to lớn của nó.
Vấn đề giải quyết sụt tr ợt từ lâu đ ợc nhiều nhà khoa học và các kỹ s
quan tâm giải quyết. Bằng chứng là có rất nhiều nhà khoa học lớn đã từng
đ a ra những ph ơng pháp tính toán ổn định đ ợc thế giới công nhận:
Fellenius, Bishop, Janbu, Spencer Bài toán tính ổn định mái ta luy th ờng
phải thực hiện với khối l ợng tính toán lớn. Ngày nay khi máy tính trở thành
công cụ tính toán hữu hiệu thì việc sử dụng các phần mềm khi tính toán ổn
định mái ta luy trở nên phổ biến.
. n ớc ta hiện rất nhiều phần mềm tính toán ổn định đ ợc sử dụng: bộ
phần mềm Geo-Slope, Plaxis, STAB 95, và nhiều phần mềm do các tác giả
trong n ớc xây dựng Phổ biến nhất là việc sử dụng phần mềm
Slope (Canada) để tính ổn định mái dốc, một số đơn vị t vấn đã sử dụng
phần mềm này để tính toán ổn định cho tuyến đ ờng Hồ Chí Minh: Viện
khoa học công nghệ GTVT, công ty t vấn và KSTK xây dựng Bộ quốc
phòng, công ty cổ phần t vấn XDCT giao thông 5 Trong khi đó các tài liệu
về sử dụng phần mềm Slope còn thiếu nên gây khó khăn cho sử dụng, ảnh
h ởng đến kết quả tính toán thiết kế.
Phần mềm Slope của Canada đ ợc xây dựng chủ yếu dựa trên lý thuyết
Cơ học đất không bão hòa, đây là một vấn đề khó khăn cho ng ời dùng bởi
từ lâu chúng ta th ờng làm quen với Cơ học đất bão hòa. Khi sử dụng
phần mềm này ng ời dùng có thể gặp phải một số vấn đề mà việc giải quyết
các vấn đề đó có ảnh h ởng đến độ chính xác của kết quả tính toán:
- Phần mềm đ ợc xây dựng trên cơ sở Cơ học đất không bão hòa, với
việc đ a vào các thông số tính toán mới lạ, vậy ở n ớc ta có dùng đ ợc
không và phải có những chú ý gì.
- Có rất nhiều ph ơng pháp tính toán, lựa chọn ph ơng pháp nào để cho
kết quả chính xác nhất.
- Slope có thể giải đ ợc nhiều dạng khác nhau của bài toán ổn định, áp

dụng cụ thể cho từng loại bài toán có những điểm gì đáng l u ý.
Chúng ta biết rằng chi phí cho công tác phòng chống sụt tr ợt nhiều khi
là rất lớn, đặc biệt đối với các tuyến đ ờng đi qua vùng đồi núi nh đ ờng
Hồ Chí Minh (chi phí kiên cố hóa đ ờng Hồ Chí Minh v ợt quá 1.000 tỷ).
Chính vì vậy việc lựa chọn hợp lý các giải pháp xử lý cũng nh việc tính toán
chính xác sẽ góp phần làm giảm chi phí xây dựng, vận hành công trình. Để
có đ ợc giải pháp xử lý hợp lý và kết quả chính xác đòi hỏi rất nhiều yếu tố,
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
6
trong đó việc khai thác tốt phần mềm tính toán, vận dụng hợp lý điều kiện
tính toán cũng là một yếu tố quan trọng.
Sử dụng phần mềm Slope để giải bài toán ổn định trên đ ờng Hồ Chí
Minh đã đ ợc thực hiện. Việc khai thác phần mềm có hiệu quả để đ a ra kết
quả có độ tin cậy hơn, từ đó có những giải pháp xử lý đảm bảo hợp lý cho
tuyến đ ờng này là cần thiết.
Đó là lý do tôi chọn đề tài: Cơ sở lý thuyết và ứng dụng ch ơng trình
Geo-Slope để kiểm toán ổn định mái dốc ta luy nền trên đ ờng
Hồ Chí Minh
sự cần thiết của đề tài
Qua những vấn đề ở trên chúng ta thấy rằng:
- Nắm vững cơ sở lý thuyết (liên quan đến cơ học đất không bão hòa)
cũng nh sử dụng phần mềm Slope là một vấn đề cần thiết để có đ ợc sự hiểu
biết sâu về phần mềm này.
- Chứng tỏ đ ợc tính đa năng của ch ơng trình để thấy rằng việc sử dụng
phổ biến phần mềm này ở Việt Nam là đúng đắn và những l u ý khi sử dụng.
- Tuyến đ ờng Hồ Chí Minh đang trong giai đoạn kiên cố hóa, việc sử
dụng phần mềm Slope để tính toán để tìm ra những giải pháp xử lý hợp lý là
cần thiết.

Mục đích và ph ơng pháp nghiên cứu
Thông qua việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết và sử dụng ch ơng trình Slope
từ đó có những nhận xét đánh giá để đảm bảo kết quả tính toán chính xác,
phù hợp với điều kiện Việt Nam. Trên cơ sở đó sử dụng tính toán thiết kế cho
một số đoạn trên đ ờng Hồ Chí Minh nhằm tìm ra giải pháp xử lý hợp lý.
Đề tài đ ợc thực hiện bằng ph ơng pháp nghiên cứu lý thuyết là chủ yếu
kết hợp với thực tiễn thiết kế, thi công xử lý sụt tr ợt trên đ ờng Hồ Chí
Minh để có đ ợc những nhận xét bổ ích.
nội dung và kết quả nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu một số vấn đề sau:
- Tổng quan về vấn đề ổn định mái dốc.
- Cơ sở lý thuyết của ch ơng trình Slope cùng với cách khai thác sử
dụng.
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
7
- Vấn đề sụt tr ợt trên đ ờng Hồ Chí Minh, ứng dụng phần mềm Slope
phục vụ kế hoạch kiên cố hóa.
Những kết quả cần đạt đ ợc.
- Nắm vững nội dung tính toán ổn định mái dốc. Các vấn đề về tính
toán ổn định ở n ớc ta.
- Sử dụng tốt ch ơng trình Slope dựa trên những hiểu biết về cơ học đất
không bão hòa, đ a ra đ ợc những vấn đề l u ý khi sử dụng ch ơng trình
này, áp dụng tính toán ổn định ở Việt Nam.
- Kết quả tính toán xử lý sụt tr ợt một số đoạn trên đ ờng Hồ Chí
Minh, lựa chọn giải pháp xử lý trên cơ sở tính toán bằng Slope.

Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
8
Ch ơng i

Tổng quan về tính toán ổn định bờ dốc

1.1 ổn định bờ dốc
1.1.1 Các hiện t ợng chuyển dịch đất đá trên bờ dốc
D ới tác dụng của trọng l ợng bản thân khối đất đá trong bờ dốc, đồng

thời do tác động của các yếu tố tự nhiên, các hoạt động của con ng ời mà có
thể làm đất đá trên bờ dốc bị dịch chuyển với các cơ chế và tốc độ khác nhau.
Cho tới nay vẫn ch a có một sự phân loại thống nhất các loại chuyển dịch
của đất đá, mặc dù vấn đề này đ ợc nghiên cứu từ rất lâu.
- Có thể phân loại theo cơ chế và tốc độ dịch chuyển của đất đá trên bờ
dốc nh cách phân loại của A.Nemcok, J. Pasek, J. Rybar; có 4 loại chuyển
dịch: tr ợt chậm, tr ợt, tr ợt dòng, đất đá đổ.
- Theo D.J. Varnes có thể phân loại theo các dạng chuyển dịch đất đá, có
thể chia thành: tr ợt, tr ợt trôi và sụt đổ. Nếu dựa vào loại vật liệu trong khối
tr ợt thì chia thành: tr ợt đất và tr ợt đá.
- Theo Hồ Chất, Doãn Minh Tâm (Viện khoa học và công nghệ GTVT)
thì các dạng cơ bản của hiện t ợng chuyển dịch đất đá trên bờ dốc gồm 4
loại:
+ Tr ợt đất: là hiện t ợng di chuyển của khối đất theo một mặt nhất định,
th ờng có dạng trụ tròn xoay (khi đất trong khối tr ợt t ơng đối đồng nhất)
hoặc tr ợt theo bề mặt tầng đá gốc.
Đất đá trong khối tr ợt ít bị xáo trộn, mặt địa hình để lại vách tr ợt
hay mặt tr ợt rõ rệt. Tùy theo các dấu hiệu khác mà ng ời ta lại có thể chia
thành: tr ợt cổ, tr ợt sâu, tr ợt nông, tr ợt theo mặt đá gốc, tr ợt dòng
+ Xói sụt: là hiện t ợng biến dạng cục bộ, lúc đầu bóc từng mảng ở chân
hoặc đỉnh dốc đào, sau phát triển dần lên trên, hiện t ợng này xảy ra chậm.
Khối l ợng xói sụt không lớn, phụ thuộc vào mức độ phong hóa của
đất đá. Sản vật của xói sụt th ờng chất đống ở chân bờ dốc và khi xói sụt
càng phát triển lên cao sẽ tạo thành sụt tr ợt.
+ Sụt tr ợt: là giai đoạn cuối cùng của hiện t ợng xói sụt. Thực tế th ờng
khó xác định đ ợc vách sụt, mặt tr ợt nh ng đôi khi cũng thấy ở dạng cung
tròn. Sản vật trong khối tr ợt dịch chuyển hẳn xuống chân bờ dốc hay s ờn
dốc. Đất đá bị xáo trộn, cây cối đổ ngổn ngang.
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
9
Hiện t ợng sụt tr ợt xảy ra với tốc độ nhanh và gây chấn động, làm
ảnh h ởng đến các công trình lân cận. Đây là loại chuyển dịch đất đá trên bờ
dốc rất phổ biến trên các tuyến đ ờng giao thông miền núi.
+ Đất đổ, đá đổ: là hiện t ợng văng từng mảng đất hoặc khối đá từ đỉnh dốc
hoặc núi dốc xuống chân dốc. Tùy theo địa hình và loại đá mà hiện t ợng đá
đổ có thể xảy ra với những quỹ đạo và tốc độ khác nhau. Khối l ợng đất đá
đổ th ờng không lớn.
1.1.2 Vấn đề ổn định bờ dốc.
Các chuyển dịch bờ dốc th ờng gây ra nhiều tác động xấu, gây tác hại
lớn cho nền kinh tế quốc dân: phá hủy đất trồng, rừng cây, nhà cửa, x ởng
máy, các công trình giao thông công cộng, mạng sống con ng ời
Vì vậy khi thiết kế, xây dựng hay khai thác một bờ dốc, vấn đề ổn định
của nó là hết sức quan trọng. Nền đ ờng với các mái ta luy đào, đắp là các
dạng cụ thể của bờ dốc, sự ổn định của các mái ta luy sẽ đảm bảo tính ổn
định về khai thác cho các tuyến đ ờng.
Một bờ dốc bất kỳ sẽ chịu tác dụng đồng thời của mômen giữ (do các
lực giữ cho đất đá không bị dịch chuyển nh lực ma sát, lực dính ) và
mômen tr ợt (do các lực gây tr ợt nh trọng l ợng của đất đá, áp lực thủy
động ). Ngoài ra còn có các lực bổ sung do các yếu tố tự nhiên hay hoạt
động của con ng ời mà góp phần làm thay đổi t ơng quan giữa hai loại
mômen trên.
Một bờ dốc đ ợc coi là mất ổn định khi đất đá trên bờ dốc có xu
h ớng chuyển dịch xuống chân bờ dốc. Sau đó đất đá bắt đầu bị dịch chuyển,
trạng thái này có thể tồn tại khá lâu và khi khối đất đá thực sự di chuyển thì
bờ dốc đã bị phá hoại.
Để đặc tr ng cho mức độ ổn định của bờ dốc, ng ời ta dùng hệ số ổn
định bờ dốc, đ ợc xác định theo công thức:

=
t
g
M
M
n
Trong đó:
n : hệ số ổn định
Mg: tổng mô men giữ
Mt : tổng mô men gây tr ợt.
Khi n>1 thì bờ dốc ổn định, khi n<1 bờ dốc mất ổn định.
Việc xác định hệ số ổn định n là một bài toán phức tạp vì nó phụ thuộc
vào nhiều yếu tố: các nhân tố ảnh h ởng tới sự ổn định bờ dốc, các đặc tr ng
vật lý của đất đá trên bờ dốc, áp dụng đúng các điều kiện cụ thể của bờ dốc
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
10
vào các mô hình, các ph ơng pháp tính toán Thực tế nhiều khi không đáp
ứng đ ợc các yêu cầu trên nên bài toán tính toán ổn định mái dốc th ờng có
kết quả gần đúng.

1.1.các yếu tố ảnh h ởng tới sự ổn định bờ dốc
Sự ổn định của bờ dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, tuy nhiên có thể
chia thành hai nhóm: nhóm các yếu tố tự nhiên và nhóm các yếu tố con
ng ời.
1.2.1 Các yếu tố tự nhiên
Yếu tố tự nhiên bao gồm tất cả những quá trình, hiện t ợng tự nhiên
xảy ra không phụ thuộc vào ý muốn chủ quan của con ng ời, làm thay đổi sự

ổn định của bờ dốc.
1.2.1.1 Địa hình
Nhìn bề ngoài một bờ dốc càng thoải và càng thấp thì càng ổn định, có
nghĩa là góc nghiêng và chiều cao của bờ dốc ảnh h ởng đến sự ổn định của
nó. Bờ dốc càng cao thì trọng l ợng khối tr ợt càng lớn. Bờ dốc càng dốc,
thành phần lực gây tr ợt càng tăng, hệ số ổn định bờ dốc càng giảm.
1.2.1.2 Khí hậu
L ợng m a, nhiệt độ và gió là gây ra những ảnh h ởng chủ yếu của
khí hậu đối với sự ổn định của bờ dốc.
N ớc m a làm giảm độ bền của đất đá (do góc nội ma sát, lực dính
đều giảm), làm tăng mực n ớc ngầm, tăng áp lực thủy động, tăng trọng l ợng
khối tr ợt dẫn đến làm giảm độ ổn định bờ dốc.
Thực tế đã cho thấy số vụ sụt tr ợt, mất ổn định mái dốc chủ yếu xảy
ra vào mùa m a. Sự có mặt của n ớc m a nhiều khi là nguyên nhân chính
trong các hiện t ợng mất ổn định bờ dốc.
Sự dao động về nhiệt độ giữa ngày và đêm cũng gây ra các khe nứt
trong đất đá. N ớc thấm vào làm các khe này càng phát triển sâu và rộng hơn
làm cho đất đá dễ tr ợt hơn.
1.2.1.3 Phong hóa
Phong hóa là những quá trình vật lý, sinh hóa làm thay đổi thành phần,
trạng thái và tính chất của đất đá ở phần trên của vỏ trái đất do tác động của
sự dao động nhiệt độ, n ớc lẫn các chất hòa tan và hoạt động của sinh vật.
Tùy theo tác nhân gây phong hóa mà ng ời ta chia thành 3 kiểu phong
hóa là: Vật lý, hóa học và sinh vật. Quá trình phong hóa làm giảm độ bền của
đất đá, nguy cơ xảy ra sụt tr ợt tăng lên.

Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
11

1.2.1.4 Động đất
Động đất là một dạng thiên tai đặc biệt nguy hiểm, xảy ra tại nhiều nơi
trong vỏ trái đất. Trên đất liền, động đất gây tr ợt lở ở vùng núi, gây biến
dạng mặt đất ở vùng đồng bằng, làm biến mất hay tạo thành các hồ, đầm lầy,
làm biến đổi dòng chảy các con sông. Ngoài biển khơi, động đất làm thay đổi
địa hình đáy biển, gây ra sóng thần tàn phá các vùng ven bờ.
Những rung động do động đất gây ra đã phá hủy nhà cửa và các công
trình, tàn phá các làng mạc, thành phố và c ớp đi mạng sống của rất nhiều
ng ời.
Động đất ảnh h ởng tới sự ổn định bờ dốc, mức độ ảnh h ởng phụ
thuộc vào dạng bờ dốc và tính chất đất đá trong bờ dốc.
Nếu bờ dốc có trọng l ợng là Q, khi xảy ra động đất, lực do động đất
gây ra tác dụng lên bờ dốc sẽ đ ợc tính theo công thức:
cs
K*Q
g
a
*QW ==
Trong đó:
a: gia tốc của sóng động đất.
g: gia tốc rơi tự do
k
c
: hệ số động đất (k
c
=0.05-0.15 Mỹ; k
c
=0.01-0.08 Tiệp Khắc)
( theo ổn định bờ dốc Nguyễn Sỹ Ngọc)
Bảng tra k

c
tùy thuộc vào cấp động đất theo quy trình Việt Nam
Cp ng t
7 8 9 10 11 12
H s Kc
0,025 0,05 0,1 0,25 0,5 0,5
Phân vùng động đất của n ớc ta có thể tham khảo ở Quy chuẩn Xây
dựng Việt Nam và chỉ những vùng có thể có động đất từ cấp 7 trở lên thì khi
tính toán mới phải xét đến lực động đất. Ngoài ra còn có thể tham khảo cách
tính lực động đất ở tiêu chuẩn ngành 22 TCN 221-95.
Lực động đất góp phần làm đất đá trên bờ dốc bị dịch chuyển. Bờ dốc
càng cao và góc nghiêng càng lớn thì khi động đất, biên độ dao động và thời
gian dao động càng lớn làm bờ dốc càng dễ tr ợt. Ngoài ra ảnh h ởng của
động đất còn phụ thuộc vào tính chất đàn hồi của đất đá. Khi động đất vùng
đất đá vụn rời có phạm vi ảnh h ởng nhỏ nh ng mức độ ảnh h ởng lại lớn,
còn vùng đất đá rắn chắc thì ng ợc lại.


Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
12
1.2.1.5 N ớc mặt và n ớc ngầm
%nh h ởng của n ớc mặt và n ớc ngầm tới sự ổn định bờ dốc đ ợc
giải thích qua việc n ớc làm tăng trọng l ợng của khối tr ợt, làm tăng độ ẩm
và giảm các đặc tr ng cơ học của đất đá.
Nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ đ ợc n ớc làm giảm góc nội ma sát và
c ờng độ lực dính của đất đá. Với đất sét ở trạng thái tự nhiên có góc ma sát
trong là =25
0

và c ờng độ lực dính C=0.6 MPa, nh ng khi bị no n ớc
giảm xuống chỉ còn 6-9
0
và C chỉ còn là 0.01MPa (Maxlov,1977) (ổn định bờ
dốc Nguyễn Sỹ Ngọc).
Khi chịu ảnh h ởng của n ớc, góc ma sát trong và lực dính C đều
giảm làm cho độ bền cắt của đất đá giảm đi. Điều này dễ dàng thấy đ ợc qua
điều kiện bền Coulomb Navier
Ctg
+


=


Trong đó: và là ứng suất tiếp và ứng suất pháp.
Ngoài ra n ớc ngầm còn gây ra áp lực thủy tĩnh (n ớc trong các lỗ
rỗng, khe nứt) hay áp lực thủy động (trên các bờ dốc ngập n ớc) chúng đều
làm giảm khả năng chống tr ợt của bờ dốc. Việc thay đổi động thái của n ớc
ngầm đôi khi cũng làm tăng nguy cơ mất ổn định của bờ dốc.
1.2.1.6 Thời gian
Ngoài việc làm thay đổi tất cả các yếu tố ảnh h ởng tới sự ổn định của
bờ dốc, thời gian còn trực tiếp làm thay đổi tính chất của đất đá thể hiện qua
ba hiện t ợng: từ biến, chùng ứng suất, độ bền lâu dài của đất đá.
Hiện t ợng từ biến làm cho biến dạng của đất đá tăng theo thời gian
trong khi ứng suất không đổi. Mặt khác khi chịu tác dụng lâu dài của tải
trọng độ bền của đất đá giảm đi và thực nghiệm đã thấy là nó sẽ tiệm cận với
một giá trị gọi là độ bền lâu dài của đất đá. Những hiện t ợng này chứng tỏ
theo thời gian đất đá trên bờ dốc ngày càng dễ dịch chuyển.
1.2.2 Yếu tố con ng ời

Theo thống kê trên thế giới có đến 80% các vụ sụt tr ợt xảy ra đều có
nguyên nhân là các hoạt động của con ng ời. Các ảnh h ởng do con ng ời
gây ra rất đa dạng bao gồm cả các ảnh h ởng trực tiếp và gián tiếp, nhiều khi
không thể hiện chúng bằng các công thức rõ ràng đ ợc.
1.2.2.1 Làm đọng n ớc trên bề mặt s ờn dốc
Sự ảnh h ởng của n ớc tới độ ổn định của bờ dốc đã đ ợc phân tích ở
trên, chính vì vậy tất cả các hoạt động làm đọng n ớc trên bờ dốc, không tạo
điều kiện thoát n ớc cho bờ dốc, để n ớc ngày càng thấm sâu vào bờ dốc đều
làm giảm sự ổn định bờ dốc.
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
13
1.2.2.2 Làm mất lớp phủ thực vật trên mặt bờ dốc
Lớp phủ thực vật trên mặt bờ dốc ngoài khả năng giữ n ớc còn có tác
dụng ngăn cản sự dịch chuyển của đất đá do rễ cây bám chặt vào đất đá.
Việc làm mất lớp phủ do nạn chặt phá rừng sẽ làm mất tác dụng của
lớp phủ thực vật trên bờ dốc, bờ dốc dễ bị sụt tr ợt hơn.
1.2.2.3 Làm thay đổi địa hình bờ dốc
Các hoạt động khai thác mỏ, xây dựng các công trình giao thông, thủy
lợi nhiều khi làm thay đổi địa hình bờ dốc theo h ớng bất lợi.
Việc khai thác các mỏ bằng đ ờng hầm nhiều khi làm cho mặt đất bị
lún sụt. Khi thi công các hố móng trong các công trình xây dựng cũng dễ dẫn
đến sự dịch chuyển của đất đá. Xây dựng các kênh m ơng nhiều khi cũng
gây sụt lở bờ dốc.
Có lẽ làm thay đổi địa hình bờ dốc nhiều nhất là việc xây dựng các
công trình giao thông. Các tuyến đ ờng với các điều kiện riêng của nó đã
biến mặt đất tự nhiên thành các chỗ đào đắp khác nhau, đặc biệt là các tuyến
đ ờng vùng núi. Việc đào bớt đất ở chân bờ dốc hay đắp thêm đất trên đỉnh
bờ dốc đều làm t ơng quan giữa lực gây tr ợt và lực giữ thay đổi theo h ớng

bất lợi. Chính vì điều này trong quá trình thiết kế, thi công và khai thác các
công trình giao thông luôn phải đối mặt với tình trạng mất ổn định bờ dốc.
1.2.2.4 Làm thay đổi trạng thái ứng suất trên bờ dốc
Khi bờ dốc ổn định, trạng thái ứng suất tại các điểm trên mặt nghiêng
bờ dốc đều ở trạng thái cân bằng, t ơng quan giữa mô men giữ và mô men
gây tr ợt với một điểm nào đó ít nhất cũng phải ngang nhau.
Tất cả những tác động làm t ơng quan này thay đổi theo h ớng tăng
mô men gây tr ợt nh : chất tải trên bề mặt s ờn dốc, làm mất chân bờ dốc
đều làm cho bờ dốc có nguy cơ mất ổn định.
1.2.2.5 Làm xuất hiện các chấn động lớn do các hoạt động quân sự, sản xuất
Những chấn động lớn do các hoạt động nổ mìn để khai thác đá hoặc
bom mìn trong các hoạt động quân sự, phần lớn làm cho bờ dốc càng mất ổn
định.
1.2.2.6 Làm thay đổi điều kiện địa chất thủy văn do xây dựng đập, hồ chứa
n ớc lớn
Việc xây dựng các đập, các hồ chứa n ớc lớn gây ra nhiều nguyên
nhân mất ổn định mái dốc:
- Làm tăng độ ẩm của đất đá, tăng trọng l ợng khối tr ợt.
- Làm giảm các đặc tr ng cơ học, làm giảm độ bền (cắt) của đất đá
- Làm giảm thành phần lực giữ ổn định bờ dốc do lực đẩy Acsimet.
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
14
- Làm tăng áp lực thủy động.
- Sóng n ớc gây xói mòn, cuốn trôi đất đá bờ dốc.

1.2. tính toán ổn định bờ dốc
Khi thiết kế nền đ ờng đào sâu, đắp cao hoặc nền đ ờng đắp trên đất yếu,
nền đ ờng đắp trên s ờn dốc không ổn định phải kiểm toán ổn định. Theo

TCVN 4054-05 đối với nền đào và nền đắp khi chiều cao mái dốc lớn hơn
12m phải phân tích kiểm toán ổn định (K
ôd
> 1.25).
Có thể phân loại các ph ơng pháp tính toán ổn định bờ dốc thành 2 nhóm
chính: nhóm thứ nhất đánh giá sự ổn định dựa trên sự phân tích trạng thái cân
bằng giới hạn các lực tác dụng lên bờ dốc theo một mặt tr ợt nào đó, nhóm
thứ hai dựa trên sự phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của khối tr ợt.
Hiện nay ng ời ta th ờng sử dụng ph ơng pháp cân bằng giới hạn để tính
toán ổn định của bờ dốc. Trong ph ơng pháp này bài toán phẳng lại th ờng
đ ợc sử dụng hơn so với bài toán không gian. Tùy theo dạng mặt tr ợt là
thẳng, trụ tròn hay các dạng bất kỳ khác mà chúng ta có các ph ơng pháp
tính khác nhau.
Trạng thái cân bằng giới hạn th ờng đ ợc biểu thị qua các ph ơng trình
cân bằng là tổng các lực theo ph ơng ngang, ph ơng đứng và tổng các mô
men lực đối với 1 điểm đều bằng 0, nghĩa là:
X = 0
Y = 0
M = 0
Điều kiện cân bằng Coulomb-Navier viết ở trạng thái giới hạn:

k
C
tg
k
+

=
Nếu kể đến áp lực n ớc lỗ rỗng, điều kiện cân bằng này đ ợc viết d ới
dạng:

k
'C
'tg
k
)u(
+


=
Trong đó:
u: áp lực n ớc lỗ rỗng

'

và C : góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất khi chịu tác
dụng của n ớc.
k: hệ số ổn định (hệ số an toàn).
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
15
1.3.1 Tính toán ổn định với mặt tr ợt phẳng
Các mặt tr ợt thẳng hay gãy khúc th ờng xuất hiện với các bờ dốc đất
đá rời rạc hoặc các bờ dốc đất đá phân lớp.
1.3.1.1 Bờ dốc có 1 mặt tr ợt
Tr ờng hợp này có thể xảy ra khi tầng đất phủ trên tầng đá gốc phẳng.
Xét một phân tố đất có kích th ớc hx1x1:
- Lực gây tr ợt F
tr
=Q.sin

- Lực giữ F
g
=Q.cos.f+c.1
Điều kiện ổn định F
g
> F
tr
hay ta có
Q.cos.f+c.1 > Q.sin
Chia cả 2 vế cho Q.cos và thay
Q=V. = h.1.1. =h. ta có
Điều kiện ổn định s ờn dốc về mặt cơ học đ ợc xác định:
cosh
c
fi +
Trong đó:
i độ dốc của s ờn dốc.
f hệ số ma sát giữa
khối tr ợt trên mặt tr ợt.
- dung trọng đất khối
tr ợt ở trạng thái chứa ẩm lớn
nhất, kN/m
3
.
h chiều dày trung bình
của khối tr ợt, m.
c lực dính giữa khối
tr ợt và mặt tr ợt, kPa.
- góc nghiêng của mặt
tr ợt so với mặt phẳng nằm ngang.

1.3.1.2 Bờ dốc gãy khúc
- Ph ơng pháp tải trọng thừa đ ợc xem là đáng tin cậy nhất để giải bài
toán bờ dốc gãy khúc.





Q
Q.sin

Q.cos

h
1
Hình 1.1 Mặt tr ợt phẳng

Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
16
Trình tự tính toán nh sau:
- Tại các chỗ thay đổi dốc của mặt tr ợt, kẻ các đ ờng thẳng đứng
phân khối tr ợt thành các đoạn nh hình vẽ. Trên mỗi đoạn tính toán trọng
l ợng bản thân khối tr ợt Qi và chiều dài mặt tr ợt t ơng ứng L
i
.

i-1

i

i+1
F
i-1
Qi
Qi.
cos
i
Q
i.
sin

i
L
i
F
i+1
F
i-1


Hình 1.2 Mặt tr ợt gãy khúc
- Xác định các hệ số an toàn cho các phần khối tr ợt
)cos(.Fsin.Q
L.ctan.cos.Q
F
F
K
1ii1iii

iiiii
tr
g
i

+
+
==

với F
i-1
là lực đẩy của khối thứ (i-1) vào khối i
- Qua các trị số K
i
của các đoạn khối tr ợt đánh giá sự ổn định của
từng đoạn, nếu K
i
< 1 thì khối có khả năng bị đẩy trôi xuống phía d ới,
nh ng bị khối thứ (i+1) giữ nên tại các mặt tiếp xúc sẽ phát sinh các vết nứt.
Cũng có thể tính toán theo hệ số truyền nh sau:
- Lần l ợt tính toán lực gây tr ợt Fi do mảnh thứ i tác dụng vào mảnh
i+1
F
i
= Q
i
(sin
i
- cos
i

.tg
i
) + F
i-1
.cos(
i
-
i-1
) c.L
i

Trong đó:

i
độ dốc nghiêng của mặt tr ợt đoạn i
c, - lực dính và góc nội ma sát của khối tr ợt
- Cuối cùng tính đ ợc lực gây tr ợt của đoạn khối tr ợt d ới chân dốc
F
i
. Nếu F
i
0 thì khối tr ợt ổn định trên s ờn dốc và ng ợc lại.


Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
17
1.3.2 Tính toán ổn định với mặt tr ợt trụ tròn.
Đối với đất dính đồng nhất, ng ời ta coi mặt tr ợt có dạng trụ tròn,

trên mặt cắt là một cung tròn. Mặt tr ợt này có thể đi qua mặt nghiêng, qua
chân hay hạ thấp xuống d ới chân bờ dốc.
Với loại bài toán này có thể sử dụng các ph ơng pháp sau: Ph ơng
pháp toàn khối, ph ơng pháp phân mảnh, ph ơng pháp biểu đồ và tra bảng.
Hiện nay ph ơng pháp phân mảnh đ ợc sử dụng phổ biến hơn cả.
Nền đ ờng là một kết cấu trải dài theo tuyến, nên th ờng cắt 1m dài
theo dọc tuyến để phân tích tính toán ổn định mà không xét đến lực trên hai
mặt cắt thẳng đứng tr ớc và sau (nh vậy là thiên về an toàn).
i
D
A
B
C
Wi
Qi
Ei-1
Ei
l
i
N
i
S
i
i
Ti-1
Ti
A
B
C
D

a)
b)

Hình 1.3 Ph ơng pháp phân mảnh
a) Cách phân mảnh b) Tình hình chịu lực
Ph ơng pháp phân mảnh là dùng n-1 mặt thẳng đứng cắt khối đất tr ợt
thành n mảnh (hình a). Vì chiều rộng mảnh t ơng đối nhỏ nên xem đáy mỗi
mảnh là phẳng, góc nghiêng giữa đáy mỗi mảnh với mặt nằm ngang là
i
.
Các lực tác dụng lên mảnh thứ i gồm có:
- Lực thẳng đứng đã biết Q
i
: Trọng l ợng bản thân của phân mảnh và tải
trọng xe.
- Lực nằm ngang W
i
: Lực quán tính động đất
- Lực t ơng hỗ giữa các mảnh ch a biết có thể phân thành lực đẩy ngang E
i

và lực cắt thẳng đứng T
i

Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
18
- Phản lực ở đáy của phân mảnh: Phản lực pháp tuyển N
i

và phản lực chống
tr ợt S
i
với giả thiết là tác dụng của N
i
là điểm giữa của mặt đáy phân
mảnh
Lấy cùng một hệ số an toàn K giống nhau cho các phân mảnh, tức là giả
định c ờng độ kháng cắt ở đáy các phân mảnh đều đạt tới trạng thái cân bằng
giới hạn. Từ điều kiện cân bằng giới hạn (định nghĩa của hệ số an toàn) ta
đ ợc

( )
iiiii
tg.Nl.C
K
1
S += (1)
Trong đó : C
i
,
i
là lực dính và góc nội ma sát của mảnh thứ i; l
i
là
chiều dài mặt tr ợt; K là hệ số an toàn cần tìm.
C
i
l
i

: Lực dính trên mặt tr ợt của mỗi mảnh.
N
i
tg
i
: Lực ma sát trên mặt tr ợt của mỗi mảnh.
Đồng thời mỗi phân mảnh có ba điều kiện cân bằng (lực và mômen).
Tuỳ theo sự khác nhau của giả thiết và ph ơng pháp xử lý mà dẫn đến các
ph ơng pháp khác nhau. D ới đây giới thiệu các lời giải tĩnh định của
ph ơng pháp phân mảnh th ờng gặp.
1.3.2.1 Ph ơng pháp phân mảnh giản đơn : (Còn gọi là ph ơng pháp phân
mảnh cổ điển; ph ơng pháp theo Fellenius, ph ơng pháp Thuỵ Điển hoặc
Ordinary Method)
Ph ơng pháp này do W.Fellenius ng ời Thụy Điển đề xuất từ năm
1926 với giả thiết khối đất trên ta luy khi mất ổn định sẽ tr ợt theo mặt tr ợt
hình trụ tròn nh ng không xét đến tác dụng của các lực giữa các phân mảnh.
Nh vậy n phân mảnh có 2n đại l ợng ch a biết (N
i
và S
i
) và một hệ số an
toàn K, cộng lại có 2n+1 đại l ợng ch a biết.
Xét bài toán phẳng nh hình bên, phân khối đất tr ợt hình trụ tròn thành các
mảnh.
Căn cứ vào giả thiết là các phân mảnh đồng thời đạt tới sự cân bằng
giới hạn (tr ợt tổng thể) có thể chỉ cần xét tới điều kiện cân bằng mômen của
toàn khối tr ợt quanh tâm tr ợt O, bán kính R, tức là M=0.
Ta có S
i
.R = Q

i
.x
i
+ W
i
.z
i
(2)
Với x
i
và z
i
là cánh tay đòn của Q
i
và W
i
(chú ý là dấu của x
i
có thể + hoặc
-
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
19
0
a) Fellenius
Qi
i
Ni
Zi

D
Wi
A
l
i
S
i
i
i
R
di
i
B
N
i
b) Bishop
S
i
i
C
Ei-1
Wi
l
i
Qi
Ei
i
Xi
Yi
y

x
Ti-1
Ti

Hình 1.4 Ph ơng pháp phân mảnh
a) Theo Fellenius b) Theo Bishop
Thay S
i
từ (1) vào (2) và rút gọn ta có công thức tính hệ số an toàn của mái
đất
(
)








+
+
=
R
Z
WsinQ
.tg.NlC
K
i
iii

iiii
(3)
Trong đó
i
= arcsin(x
i
/R) là góc nghiêng của mặt tr ợt của phân
mảnh tức là góc kẹp giữa phản lực pháp tuyến với trục tung y.
Thay N
i
= Q
i
.cos
i
W
i
.sin
i
vào (3) ta đ ợc
(
)
[
]

+
+
=
R
Z
WsinQ
tg.sinWcosQlC
K
i
iii
iiiiiii
(4)
Trong nhiều tr ờng hợp W
i
rất bé so với Q
i
hoặc chênh lệch giữa z
i
và y
i
là
không lớn do đó có thể coi gần đúng (z
i
/Ry
i
/R=cos
i
) và có thể viết (4) theo
(

)
[
]
( )


+
+
=
iiii
iiiiiii
cosWsinQ
tg.sinWcosQlC
K (5)
Nếu không xét đến lực quán tính động đất W
i
thì ta có công thức
[
]
( )



+
=
ii
iiiii
sinQ
lCtg.cosQ
K

(6)
và tr ờng hợp nếu đất đồng nhất có c, và nh nhau, ta có
)sinQ(
L.c)cosQ(.tg
K
ii
ii



+
=
(7)
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
20
với L=l
i
chiều dài cung tr ợt của cả khối tr ợt.
Nếu kể đến cả hiện t ợng xuất hiện các vết nứt thẳng đứng trên mặt
đỉnh bờ dốc thì chiều dài cung tr ợt sẽ bị giảm đi và chỉ còn bằng 0.8L.
Khi tính đến ảnh h ởng của n ớc d ới đất trong bờ dốc, do có lực đẩy
Arcsimet của n ớc, hệ số ổn định của bờ dốc sẽ giảm đi và đ ợc tính theo
công thức:
[
]
( )

+
=
ii
iiiiiii
sinQ
l'C'tg).ducosQ(
K

Trong đó:
u
i
: là áp lực của n ớc d ới đất tại mảnh thứ i, đ ợc tính theo công thức:
u
i
=
w
h
i

Với: h
i
là chiều cao cột n ớc áp lực tại mảnh thứ i.
, C là góc ma sát trong và c ờng độ lực dính của đất khi chịu ảnh
h ởng của n ớc.
Ph ơng pháp này hoàn toàn không xét đến ảnh h ởng của các lực giữa
các phân mảnh, về mặt lý thuyết đó là điều ch a hoàn chỉnh, sai số của kết
quả tính toán vào khoảng 10-20%. Nh ng việc tính toán bằng số đơn giản,
sai số của K không lớn, do đó vẫn đ ợc sử dụng rộng rãi.
1.3.2.2 Ph ơng pháp Bishop (1955)

Giả sử bờ dốc có mặt tr ợt trụ tròn, cung tr ợt CD tâm O, bán kính R.
Các lực tác dụng lên mảnh thứ i của bờ dốc đ ợc thể hiện trên hình vẽ 1.4.
Xét cân bằng mảnh thứ i.
Giả sử trong mảnh có các lực tác dụng t ơng hỗ theo ph ơng thẳng
đứng và nằm ngang với E= E
i
E
i+1
và

T= T
i
T
i+1
Nh vậy mảnh thứ i chịu tác dụng của các lực:
- Trọng l ợng mảnh Q
i
- Lực quán tính động đất W
i
- Phản lực của đất d ới mặt tr ợt, đ ợc phân thành 2 thành phần, pháp
tuyến N
i
và thành phần tiếp tuyến T
i
.
- Các lực t ơng tác E và T
Từ điều kiện Coulomb, có thể viết:
T
i
= N

i
tg
i
+ C
i
l
i
=
( )
iiii
tg.Nl.C
K
1
+
(8)
Chiếu các lực lên ph ơng thẳng đứng ta đ ợc:
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
21
Q
i
+ T = N
i
cos
i
+
( )
iiii
tg.Nl.C

K
1
+ sin
i

Suy ra:
k
sintg
cos
k
sincl
TQ
N
i
i
ii
i
i

+

+
= s (9)
Từ điều kiện cân bằng mô men với điểm O cho cả khối tr ợt ABC,
ng ời ta sẽ tính đ ợc hệ số ổn định bờ dốc.
)R/Z(WsinQ
T
ZWsinRQ
RT
k

iiii
i
iiii
i
+

=
+

= (10)
Thay các giá trị của T
i
, N
i
ở các công thức (8), (9) và thay chiều dài
cung tr ợt thứ i bằng d
i
/cos
i
, công thức tính k sẽ có dạng:

+
+


+


=
m

1
*
))R/Z(WsinQ(
)cdTtgtgQ(
k
iiii
ii
(11)
Với )
k
tgtg
1(cos
k
tg
sincosm


+=

+=

(12)
Trong điều kiện đất t ơng đối đồng nhất, khi không có những dịch
chuyển đứng thì có thể coi T = 0. Khi ấy công thức tính hệ số ổn định sẽ
đơn giản hơn:

+
+

=
m
1
*
))R/Z(WsinQ(
)cdtgQ(
k
iiii
ii
(13)
Nếu kể đến cả ảnh h ởng của n ớc d ới đất với áp lực tại mảnh thứ i là
u
i
thì hệ số ổn định trong tr ờng hợp này đ ợc tính theo công thức sau:

+
+



=
m
1
*
))R/Z(WsinQ(
)'cd'tg)duQ(
k
iiii
iiii
(14)

Vì trong công thức tính k lại có mặt của k nên để tìm đ ợc hệ số ổn
định bờ dốc phải dùng ph ơng pháp thử nhiều lần.
Hệ số ổn định bờ dốc tính theo ph ơng pháp này có thể là hơi thấp,
nh ng sai số không quá 3%, trừ tr ờng hợp đáy cung tr ợt ở rất sâu.
Ngoài 2 ph ơng pháp phổ biến đ ợc trình bày ở trên còn có nhiều
ph ơng pháp khác: Ph ơng pháp Spencer; Morgenstern-Price; Corps of
Engineers 1&2; Lowe-Karafiath (theo S^@bcW Engineering book)
Có thể tóm tắt các giai đoạn phát triển lời giải của bài toán tính ổn
định bờ dốc:
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
22
- Giả thiết giữa các mảnh không có lực t ơng tác (X=E=0), tính trực
tiếp phản lực pháp tuyến N rồi tính M=0 ta suy ra hệ số an toàn F. T ơng
ứng với lời giải này là ph ơng pháp thông th ờng hay Fellenius.
- Xem giữa các mảnh chỉ có một thành phần lực t ơng tác là E (X=0),
tính phản lực pháp tuyến N sau đó:
+) tính M=0 ta suy ra hệ số an toàn F thông qua cách tính thử đúng
dần. T ơng ứng với cách giải này ta có ph ơng pháp Bishop.
+) tính X=0 ta cũng suy ra hệ số an toàn F thông qua cách tính thử
đúng dần. T ơng ứng với cách giải này ta có ph ơng pháp Janbu đơn giản
hóa (ch a có hệ số điều chỉnh f
0
)
- Xem giữa các mảnh có các lực t ơng tác E và X. Tính phản lực pháp
tuyến N sau đó:
+) tính M=0 ta suy ra hệ số an toàn F thông qua cách tính thử đúng
dần. Đây là cách giải của Spencer; Morgenstern-Price.
+) tính X=0 ta cũng suy ra hệ số an toàn F thông qua cách tính thử

đúng dần. T ơng ứng với cách giải này ta có ph ơng pháp Corps of
Engineers 1&2 ; Lowe-Karafiath. (theo S^@bcW Engineering book)
Nhìn chung càng về sau các ph ơng pháp càng xét bài toán kỹ càng
hơn, các giả thiết làm đơn giản bài toán càng ít đ ợc sử dụng do vậy bài toán
phức tạp hơn. Tuy nhiên khi kết hợp với máy tính thì mọi việc tính toán đều
đ ợc giải quyết chính xác và nhanh gọn. Các hệ số an toàn tính theo các
ph ơng pháp khác nhau cho kết quả cũng lệch nhau. Th ờng thì ph ơng pháp
Fellenius cho hệ số an toàn thấp nhất vì vậy tính theo ph ơng pháp này thì sẽ
an toàn hơn.

1.3. các giải pháp bảo vệ và gia cố mái dốc
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với nền đ ờng là phải đảm bảo
tính ổn định. Các giải pháp bảo vệ, tăng c ờng ổn định đối với mái dốc đều
nhằm đạt đ ợc các mục đích nh : giảm ảnh h ởng của các nguyên nhân gây
mất ổn định mái dốc, tăng c ờng khả năng chống phá hoại của bờ dốc, giảm
thiểu những tác hại do hiện t ợng mất ổn định bờ dốc gây ra
Một bờ dốc có thể mất ổn định khi đang ở trạng thái tự nhiên, trong
quá trình thi công, quá trình khai thác. Chính vì điều này, các biện pháp
phòng hộ và gia cố bờ dốc đ ợc chia thành: biện pháp kết cấu, biện pháp
công nghệ, biện pháp khai thác.
Luận án thạc sỹ Nguyễn Minh Nhật

Tr#ờng Đại học GTVT
23
- Nhóm các biện pháp kết cấu bao gồm tất cả những giải pháp kết cấu
đ ợc thiết kế nhằm đảm bảo ổn định cho bờ dốc. Đây là nhóm biện pháp chủ
yếu đ ợc thực hiện trong quá trình tính toán thiết kế đảm bảo ổn định cho bờ
dốc.
- Nhóm các biện pháp công nghệ bao gồm tất cả những giải pháp đ ợc
thực hiện trong quá trình tổ chức thi công công trình. Việc thực hiện tốt quá

trình thi công sẽ phát huy đ ợc tác dụng của những giải pháp đ ợc thiết kế từ
tr ớc.
- Nhóm các biện pháp khai thác bao gồm những giải pháp nhằm đảm
bảo các kết cấu, công trình đã thi công, xây dựng hoạt động có hiệu quả, an
toàn. Ngăn ngừa, cảnh báo về sự xuất hiện của các hiện t ợng mất ổn định có
thể xảy ra.
Các biện pháp kết cấu rất đa dạng, tùy vào từng điều kiện cụ thể mà có
những sự áp dụng khác nhau. Rất nhiều tr ờng hợp ph ơng án đ a ra để xử
lý là tổ hợp của nhiều biện pháp. Sau đây chúng ta sẽ đi sâu vào nghiên cứu
các biện pháp kết cấu th ờng gặp.
1.4.1 Thiết kế mặt cắt hình học hợp lý cho mái dốc
Nh đã phân tích ở trên một trong những nguyên nhân khiến cho mái
dốc mất ổn định là do mái dốc có hình dạng bất lợi. Nhiệm vụ của ng ời thiết
kế là phải thay đổi hình dạng theo chiều h ớng đảm bảo ổn định. Đây là một
biện pháp hiệu quả nhất về mặt kinh tế, kỹ thuật.
Chúng ta biết rằng một mái dốc càng thấp, càng thoải thì càng ổn định.
Để chứng minh cho điều đó chúng ta xét bài toán sau:
Xét một vách đất thẳng đứng, khối đất trên nó sẽ bị mất ổn định và tr ợt theo
một mặt tr ợt nào đó (Hình 1.5).
Chia khối đất tr ợt thành nhiều mảnh nhỏ 1,2, i (mảnh có chiều rộng 1-2m)
Xét điều kiện cân bằng cơ học mảnh thứ i bất kỳ có chiều cao h
i
và rộng d
i