Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI





HỒ DIÊN HIẾU


NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG
HỆ THỐNG CỌC





LUẬN VĂN THẠC SĨ







Hà Nội - 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HỒ DIÊN HIẾU


NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG
HỆ THỐNG CỌC

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60-58-40


LUẬN VĂN THẠC SĨ



Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái





Hà Nội - 2012


LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo
nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo, tác giả đã hoàn thành
luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố

bằng hệ thống cọc”.
Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn –
PGS. TS Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời
gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công
trình thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và
truyền đạt kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám
Hiệu phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Trung Tâm
Nghiên Cứu Động Lực Sông – Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam nơi tôi
đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và tinh thần giúp tôi hoàn thành
luận văn này.
Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối
tượng nghiên cứu là mái dốc công trình thủy lợi mà những điều kiện tác động
phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến công trình nên nội dung của luận văn này
không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm.
Hà Nội, tháng 02 năm 2012
Tác giả


Hồ Diên Hiếu


BẢN CAM KẾT


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả
nên trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, không sao chép từ

công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.


Tác giả


Hồ Diên Hiếu


MỤC LỤC

5TCHƯƠNG I5T 1
5TTỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ MÁI
DỐC
5T 1
5T1.1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC5T 1
5T1.2. HIỆN TRẠNG TRƯỢT LỞ MÁI DỐC5T 3
5T1.2.1. Mi dc t nhiên5T 3
5T1.2.1.1. Trong nước5T 3
5T1.2.1.2. Ngoài nước5T 6
5T1.2.2. Mi dc nhân to5T 8
5T1.2.2.1. Sự cố trượt mái dốc công trình thủy lợi5T 8
5T1.2.2.2. Sự cố trượt lở các công trình xây dựng khác5T 16
5T1.3. KẾT LUẬN5T 20
5TCHƯƠNG II5T 22
5TCÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI VÀ CÁC GIẢI PHÁP
GIA CỐ MÁI DỐC
5T 22
5T2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC5T 22

5T2.1.1. Cc điều kiện ảnh hưởng đến ổn định mi dc5T 22
5T2.1.2. Phương php tính ổn định mi dc5T 24
5T2.1.2.1. Hình dạng mặt trượt5T 24
5T2.1.2.2. Cơ sở phương pháp tính toán ổn định5T 25
5T2.1.2.3. Công nghệ tính toán ổn định hiện nay5T 41
5T2.2. CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC5T 45
5T2.2.1. Xây dng công trình chng đỡ5T 45
5T2.2.1.1. Tác dụng và phân loại công trình chống đỡ5T 45
5T2.2.1.2. Công trình chống đỡ5T 46
5T2.2.2. Giảm tải trên mi dc5T 47


5T2.2.3. Thot nước mặt5T 48
5T2.2.3.1. Các hình thức thoát nước mặt có thể vận dụng5T 48
5T2.2.3.2. Rãnh đỉnh và rãnh dọc5T 48
5T2.2.4. Thot nước ngầm5T 48
5T2.2.4.1. Các tìa liệu cần có để thiết kế thoát nước ngầm5T 48
5T2.2.4.2. Các loại công trình thoát nước ngầm5T 49
5T2.2.4.3. Mương thấm5T 50
5T2.2.5. Bảo vệ bề mặt mi dc5T 50
5T2.2.6. Tổng hợp cc biện php nâng cao ổn định mi dc có thể vận dụng5T . 51
5T2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG5T 53
5TCHƯƠNG 35T 55
5TỨNG DỤNG GEO – SLOPE 2D, PLAXIS 2D, PLAXIS 3D FOUNDATION
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC BẰNG HỆ
THỐNG CỌC
5T 55
5T3.1. LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU MÔ HÌNH5T 55
5T3.1.1. Khi qut chung nguyên nhân gây mất ổn định mi dc5T 55
5T3.1.1.1. Nguyên nhân địa chất5T 55

5T3.1.1.2. Nguyên nhân địa mạo5T 56
5T3.1.1.3. Nguyên nhân khí tượng5T 56
5T3.1.1.4. Nguyên nhân nhân sinh5T 56
5T3.1.2. Cơ sở khoa học5T 57
5T3.1.2.1. Độ dốc của sườn dốc5T 57
5T3.1.2.2. Giảm độ bền của đất đá5T 58
5T3.1.2.3. Tác động của lực thuỷ tĩnh, thuỷ động5T 60
5T3.1.2.4. Sự thay đổi trạng thái ứng suất ở sườn dốc do giỡ tải5T 61
5T3.1.2.5. Sự gia tải trên sườn dốc5T 62
5T3.1.4. Biện php khắc phục5T 63
5T3.1.4.1. Nhóm giải pháp phi công trình5T 63


5T3.1.4.2. Nhóm giải pháp công trình5T 64
5T3.1.4.3. Biện pháp công nghệ5T 64
5T3.1.4.4. Biện pháp khai thác5T 65
5T3.1.5. La chọn trường hợp tính5T 65
5T3.1.5.1. Mặt cắt hình học đập đất5T 65
5T3.1.5.2. Chỉ tiêu cơ lý vật liệu của đập5T 66
5T3.2. ỨNG DỤNG GEO – SLOPE 2D, PLAXIS 2D TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI,
XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT, SẠT5T 69
5T3.2.1. Sử dụng modun Seep của phần mềm Geo-Slope xc định đường bảo
hòa trong thân đập
5T 69
5T3.2.2. Trường hợp không dùng hệ thng cọc gia c5T 71
5T3.2.2.1. Sử dụng modun Slope của phần mềm Geo-Slope5T 71
5T3.2.2.2. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D5T 72
5T3.2.2.3. Nhận xét5T 74
5T3.2.3. Trường hợp sử dụng hệ thng cọc gia c5T 74
5T3.2.3.1. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D5T 74

5T3.2.3.2. Sử dụng modun Sigma của phần mềm Geo-Slope5T 75
5T3.2.3.3. Sử dụng modun Slope của phần mềm Geo-Slope5T 76
5T3.3. ỨNG DỤNG PLAXIS 3D FOUNDATION TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI, XÁC
ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT, SẠT5T 76
5T3.3.1. Trường hợp không dùng hệ thng cọc gia c5T 78
5T3.3.2. Trường hợp sử dụng hệ thng cọc gia c5T 79
5T3.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC, MẬT ĐỘ, PHẠM VI GIA CỐ CỌC5T 79
5T3.5. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN5T 80
5T3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG5T 80
5TCHƯƠNG 45T 82
5TÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH NẬM KHẨU HU5T 82


5T4.1 TÍNH ỔN ĐỊNH, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM
GEO-SLOPE, PLAXIS 2D (CHƯA GIA CỐ CỌC)5T 82
5T4.1.1 Mô hình tính toán5T 82
5T4.1.2 Kết quả tính ton phần mềm5T 82
5T4.2 TÍNH ỔN ĐỊNH, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM
PLAXIS 3D FOUNDATION5T 86
5T4.2.1 Mô hình tính toán5T 86
5T4.2.2 Kết quả tính ton5T 87
5T4.3 KẾT QUẢ CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN5T 91
5T4.3.1. TH 1( Phm vi gia c từ 1/3 đến 2/3 chiều dài mi đập h lưu)5T 91
5T4.3.1.1 Mô hình tính toán5T 91
5T4.3.1.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D5T 92
5T4.3.1.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 96
5T4.3.1.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope)5T 101
5T4.3.2 TH2 (Phm vi gia c từ 0 đến 1/3 chiều dài mi đập h lưu)5T 103
5T4.3.2.1 Mô hình tính toán5T 103
5T4.3.2.2 Tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D5T 103

5T4.3.2.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 109
5T4.3.2.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope)5T 113
5T4.3.3 TH3 (Phm vi gia c từ 1/6 đến 1/2 chiều dài mi đập h lưu)5T 116
5T4.3.3.1 Mô hình tính toán5T 116
5T4.3.3.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D5T 116
5T4.3.3.3 Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 121
5T4.3.3.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope)5T 125
5T4.3.2 Phân tích kết quả, la chọn kết quả tính ton5T 128
5T4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG5T 131
5TKẾT LUẬN5T 133
5T1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC5T 134
5T2. NHỮNG TỒN TẠI CỦA LUẬN VĂN5T 134


5T3. NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO5T 135
5TTÀI LIỆU THAM KHẢO5T 136



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

5THình 1.1: Điểm sạt trượt 1 - Núi Dung xã Nhơn Tân, An Nhơn, Bình Định5T 4
5THình 1.2: Điểm sạt lở TM-SL1 xã Ngọc Yêu – huyện Tu Mơ Rông.5T 6
5THình 1.3: Điểm sạt lở Columbia năm 1985 tại Mỹ5T 7
5THình 1.4: Điểm sạt lở 3 đường cao tốc ở Đài Loan 26/06/20105T 7
5THình 1.5: Vỡ một phần thân đập do hiện tượng thấm gây ra5T 8
5THình 1.6: Khu tiếp giáp thân cống và đập đất không gia cố sét chống thấm5T 9
5THình 1.7: Trượt mái dốc trong lòng hồ chứa Otaki Nhật Bản5T 10
5THình 1.8: Đập Teton trước lúc vỡ – nhìn từ hạ lưu5T 11
5THình 1.9: Chỗ đập vỡ(trái). Nền rhyolite nứt nẻ chỗ xây dựng đập (phải)5T 11

5THình 1.10: Hình ảnh dòng chảy phá đập Tenton5T 12
5THình 1.11: Sạt trượt mái thượng lưu đập Bản Chành5T 12
5THình 1.12: Mái kênh bị sạt do nước rút5T 13
5THình 1.13: Vỡ đập Cây Tắc – Quảng Bình, bắt đầu vỡ phần giữa thân cống5T 13
5THình 1.14: Vỡ đập Réch 20 tại xã Hương Trạch, Hương Khê, Hà Tĩnh5T 15
5THình 2.1: Hình dạng mặt trượt dạng cung tròn5T 24
5THình 2.3: Hình dạng mặt trượt dạng gẫy khúc khi trong nền có 1 lớp đất yếu5T 25
5THình 2.4: Đường cong C=f(φR
gh
R)5T 27
5THình 2.5: Mô hình khối đất trượt được chia thành nhiều cột đất thẳng đứng5T 29
5THình 2.6: Mô hình khối đất trượt xem như một vật rắn nguyên khối5T 31
5THình 2.7: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp G. Cơrây5T 34
5THình 2.8: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp K. Terzaghi5T 36
5THình 2.9: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp R.R. Tsu-gaev5T 38
5THình 2.10: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp R.R. Tsu-gaev5T 39
5THình 2.11: Tính toán ổn định bằng phương pháp cân bằng tĩnh5T 42
5THình 3.1: Mặt cắt ngang đập công trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu5T 65
5THình 3.2: Kết quả xác định đường bão hòa trong thân đập5T 70
5THình 3.3: Mô hình hóa đập trong tính toán ổn định bằng phần mềm Slope5T 72


5THình 3.4: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D cho mái đập không gia cố ……… 74
5THình 3.5: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D cho mái đập gia cố cọc5T 75
5THình 3.6: Tính toán bằng phần mềm Sigma cho mái đập gia cố cọc5T 76
5THình 3.7: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D cho mái đập không gia cố cọc5T 78
5THình 3.8: Mô hình hóa bằng phần mềm Plaxis 3D cho mái đập gia cố cọc5T 79
5THình 4.1 : Mặt cắt ngang đập công trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu5T 82
5THình 4.2: Ổn định tính bằng Slope5T 82
5THình 4.3: Cung trượt tính bằng Plaxis 2D5T 83

5THình 4.4: Đường chuyển dịch tải trọng5T 83
5THình 4.5: Áp lực nước ngầm tính theo Slope5T 83
5THình 4.6: Áp lực nước ngầm tính theo Plaxis 2D5T 84
5THình 4.7: Chuyển vị theo phương X5T 84
5THình 4.8: Chuyển vị theo phương Y5T 84
5THình 4.9: Ứng suất theo phương X5T 85
5THình 4.10: Ứng suất theo phương Y5T 85
5THình 4.11: Chuyển vị tổng tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 85
5THình 4.12: Mô hình tính toán mái đập đất hạ lưu CTTL Nậm Khẩu Hu5T 87
5THình 4.13: Chuyển vị tổng của đập đất5T 88
5THình 4.14: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập)5T 88
5THình 4.15: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập5T 89
5THình 4.16: Chuyển vị tổng tại 1/6 chiều dài mái hạ lưu đập5T 89
5THình 4.17: Chuyển vị tổng tại 1/3 chiều dài mái hạ lưu đập5T 89
5THình 4.18: Chuyển vị tổng tại 1/2 chiều dài mái hạ lưu đập5T 90
5THình 4.19: Mô hình tính toán theo mặt cắt ngang5T 92
5THình 4.20: Chuyển vị tổng của đập TH15T 92
5THình 4.21: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập) TH15T 93
5THình 4.22: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập TH15T 93
5THình 4.23: Chuyển vị tổng1/3 LR
mái HL đập
R (hàng cọc 1-Tính từ trái sang) TH15T 93
5THình 4.24: Chuyển vị Ux hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH15T 94


5THình 4.25: Ứng suất tổng hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH15T 94
5THình 4.26: Chuyển vị tổng hàng cọc 3(tính từ trái sang) TH15T 94
5THình 4.27: Chuyển vị Ux hàng cọc 3(Tính từ trái sang) TH15T 95
5THình 4.28: Chuyển vị tổng tại 1/6 chiều dài mái HL đập TH15T 95
5THình 4.29: Ứng suất tổng tại 1/6 chiều dài mái HL đập TH15T 95

5THình 4.30: Chuyển vị tổng tại 1/2 chiều dài mái HL đập TH15T 96
5THình 4.31: Biến dạng mái gia cố cọc TH15T 97
5THình 4.32: Chuyển vị tổng của đập TH15T 97
5THình 4.33: Chuyển vị theo phương Ux TH15T 97
5THình 4.34: Ứng suất tổng5T 98
5THình 4.35: Đường dịch chuyển tải trọng tại điểm A cọc 1 (tính từ trái sang)5T 98
5THình 4.36: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 15T 98
5THình 4.37: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 35T 99
5THình 4.38: Hệ số ổn định 1,104 tính theo Slope TH15T 101
5THình 4.39: Chuyển vị theo phương X (Sigma) TH15T 101
5THình 4.40: Chuyển vị theo phương Y (Sigma) TH15T 101
5THình 4.41: Ứng suất theo phương X (Sigma) TH15T 102
5THình 4.42: Ứng suất theo phương Y (Sigma) TH15T 102
5THình 4.43: Mô hình tính toán theo mặt cắt ngang5T 103
5THình 4.44: Chuyển vị tổng của đập TH25T 104
5THình 4.45: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập)TH25T 104
5THình 4.46: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập TH25T 105
5THình 4.46: Chuyển vị tổng tại đỉnh đập (hàng cọc 1 - tính từ trái sang) TH25T 105
5THình 4.47: Chuyển vị Ux hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH25T 105
5THình 4.48: Ứng suất tổng hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH25T 106
5THình 4.49: Chuyển vị tổng tại 1/6 LR
mai HL đập
R( hàng cọc 3 - Tính từ trái sang)5T 106
5THình 4.50: Chuyển vị Ux hàng cọc 3(Tính từ trái sang) TH25T 106
5THình 4.51: Ứng suất tổng tại hàng cọc 3 TH5T 107
5THình 4.52: Chuyển vị tổng tại 1/3 LR
mai HL đập
R (cọc số 6 – Tính từ trái sang)5T 107

5THình 4.53: Chuyển vị tổng tại 1/2 LR
mai HL đập
R (cọc số 6 – Tính từ trái sang)5T 107
5THình 4.54: Biến dạng mái gia cố cọc TH25T 109
5THình 4.55: Chuyển vị tổng của đập TH25T 110
5THình 4.56: Chuyển vị theo phương Ux TH25T 110
5THình 4.57: Ứng suất tổng TH25T 110
5THình 4.58: Đường dịch chuyển tải trọng tại điểm A cọc 1 (tính từ trái sang)5T 111
5THình 4.59: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 15T 111
5THình 4.60: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 35T 111
5THình 4.61: Hệ số ổn định 1,115 tính theo Slope TH25T 113
5THình 4.62: Chuyển vị theo phương X (Sigma) TH25T 114
5THình 4.63: Chuyển vị theo phương Y (Sigma) TH25T 114
5THình 4.64: Ứng suất theo phương X (Sigma) TH25T 114
5THình 4.65: Ứng suất theo phương Y (Sigma) TH25T 115
5THình 4.66: Mô hình tính toán theo mặt cắt ngang5T 116
5THình 4.67: Chuyển vị tổng của đập TH35T 116
5THình 4.68: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập) TH35T 117
5THình 4.69: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập TH35T 117
5THình 4.70: Chuyển vị tổng tại 1/6 LR
máiHL
R hàng cọc 1(Tính từ trái sang)5T 117
5THình 4.71: Chuyển vị Ux hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH35T 118
5THình 4.72: Ứng suất tổng hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH5T 118
5THình 4.73: Chuyển vị tổng tại 1/3 LR
mai HL đập
R hàng cọc 3(Tính từ trái sang)5T 118
5THình 4.74: Chuyển vị Ux hàng cọc 3(Tính từ trái sang) TH35T 119
5THình 4.75: Ứng suất tổng tại hàng cọc 3 TH35T 119
5THình 4.76: Chuyển vị tổng tại 1/2 LR

mai HL đập
R hàng cọc 3(Tính từ trái sang)5T 119
5THình 4.77: Biến dạng mái gia cố cọc TH35T 121
5THình 4.78: Chuyển vị tổng của đập TH35T 122
5THình 4.79: Chuyển vị theo phương Ux TH35T 122
5THình 4.80: Ứng suất tổng TH35T 122
5THình 4.81: Đường dịch chuyển tải trọng tại điểm A cọc 1 (tính từ trái sang)5T 123


5THình 4.82: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 1 TH35T 123
5THình 4.83: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 3 TH35T 123
5THình 4.84: Hệ số ổn định 1,21 tính theo Slope TH35T 125
5THình 4.85: Chuyển vị theo phương X (Sigma) TH35T 126
5THình 4.86: Chuyển vị theo phương Y (Sigma) TH35T 126
5THình 4.87: Ứng suất theo phương X (Sigma) TH35T 126
5THình 4.88: Ứng suất theo phương Y (Sigma) TH35T 127



DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các loại công trình thoát nước ngầm 49
Bảng 2.2: Các loại biện pháp nâng cao mái dốc 51
Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu lớp 1D (mái TL đập) 66
Bảng 3.2: Đặc trưng vật liệu lớp 1A (lõi giữa) 66
Bảng 3.3: Đặc trưng vật liệu lớp 1B (mái HL) 67
Bảng 3.4: Đặc trưng vật liệu lớp 1G (ống khói đứng) 67
Bảng 3.5: Đặc trưng vật liệu lớp 1C (ống khói nằm ngang) 68
Bảng 3.6: Đặc trưng vật liệu lớp 1E (nền) 68
Bảng 3.7: Đặc trưng vật liệu cọc bê tông gia cố 69

Bảng 4.1: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D TH1 96
Bảng 4.2: Chuyển vị tại 1 số nút(điểm) TH1 99
Bảng 4.3: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH1 100
Bảng 4.4: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D TH1 100
Bảng 4.5: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Sigma TH1 102
Bảng 4.6: Chuyển vị tại 1 số nút(điểm) TH2 108
Bảng 4.7: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH2 108
Bảng 4.8: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D TH2 109
Bảng 4.9: Chuyển vị tại 1 nút(điểm) TH2 112
Bảng 4.10: Ứng suất hiệu quả 1 nút(điểm) TH2 112
Bảng 4.11: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D TH2 113
Bảng 4.12: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Sigma TH2 115
Bảng 4.13: Chuyển vị tại 1 số nút(điểm) TH3 120
Bảng 4.14: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH3 120
Bảng 4.15: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D TH3 121
Bảng 4.16: Chuyển vị tại 1số nút(điểm) TH3 124
Bảng 4.17: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH3 124
Bảng 4.18: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D 125


Bảng 4.19: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Sigma TH3 127
Bảng 4.20: Bảng tổng hợp kết quả các trường hợp tính toán 128



I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
- Bài toán ổn định mái dốc đất (đá) nói chung và mái dốc của đập đất
đá nói riêng cho đến nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới vẫn còn chưa
được giải quyết triệt để và đầy đủ, chứng tỏ đó là vấn đề không đơn giản.
- Ổn định mái dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nội ngoại như tính

chất cơ lí hóa của vật liệu cấu thành mái dốc, các lực và tổ hợp tác dụng (áp
lực thủy tĩnh, áp lực đẩy nổi, áp lực thấm, áp lực gió, áp lực ngược, lực động
đất, áp lực kẽ rỗng, tải trọng tĩnh và động của các phương tiện thiết bị quản lý
vận hành vv ), sự biến đổi theo thời gian của các tải trọng và tác động kể cả
tác động biến đổi của môi trường nhiệt như nhiệt độ, độ ẩm,
- Hình thức mất ổn định của trượt của mái dốc:
Theo thống kê hiện nay, các mái dốc thường có những hình thức mất ổn
định như sạt lở, trượt mái dốc là phổ biến.
Ví dụ đường Hồ Chí Minh chạy dọc theo triền núi, địa hình phần lớn là
đường đèo dốc, mặt cắt ngang thường có dạng một bên taluy dương và một
bên taluy âm. Vì vậy hiện tượng sạt trượt là không tránh khỏi nhất là về mùa
mưa lũ, phía taluy dương bên núi do địa hình, địa chất thủy văn rất phức tạp
và liên tục thay đổi nên những đoạn đào sâu bị sạt lở taluy Quy mô và hậu
quả của các hiện tượng đó rất khác nhau: có thể là sự mất ổn định của một
khối đất đá nhỏ trong phạm vi nền đường, nhưng cũng có thể là sự mất ổn
định của cả một sườn núi trên đó xây dựng nền đường.
Các công trình thủy lợi do điều kiện địa hình, địa chất thủy văn, địa chất
công trình, thủy văn khí tượng, trị số cột nước trước đập, vật liệu xây dựng
đập, làm các mái đập mất ổn định sinh ra trượt mái.
Vì vậy, cần phải có biện pháp xử lý kịp thời và hợp lý để ngăn chặn sự
phát triển của hiện tượng sạt, trượt này dẫn đến hậu quả nghiêm trọng hơn xảy
ra.


- Phương pháp tính ổn định mái dốc hiện nay chủ yếu sử dụng phương
pháp trạng thái cân bằng giới hạn
Về hình dạng mặt trượt, có rất nhiều giả thiết nhưng trong tính toán thực
tế thông thường dựa vào hai giả thiết sau đây:
+ Mặt trượt có dạng một cung tròn
+ Mặt trượt có dạng là một mặt phẳng gãy khúc

Quy phạm thiết kế đập đất của nhiều nước trên thế giới đều công nhận
hai giả thiết này để tính toán.
Giả thiết mặt trượt có dạng hình cung tròn do một học giả Thủy Điển
K.E. Pettec xơn đề nghị năm 1916. Về sau nhiều nhà nghiên cứu về ổn định
mái dốc xác nhận giả thiết này là phù hợp thực tế, nhất là đối với những mái
dốc đồng nhất.
Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp xác định hệ số ổn định của mái
dốc do nhiều nhà nghiên cứu đề nghị. Có thể kể đến các tác giả nổi tiếng như:
K. Terzaghi, R.R. Tsugaev, Sven – Gunstan, Fenleniuxt, G. rray, A.I.Ivamy,
D.Taylor, O.K. Forhlich, M. Caqoot
Dựa trên cơ sở lý thuyết đó và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công
nghệ, thế giới đã nghiên cứu và đưa ra một số phần mềm tính ổn định mái dốc
tương đối chính xác như phần mềm Geo – Slope của Canada và phần mềm
Plaxis của Hà Lan. Đó là những phần mềm mô phỏng mái dốc rất hiệu quả.
Qua tính toán cho kết quả tính tương đối phù hợp với các kinh nghiệm nghiên
cứu ổn định mái dốc trước đó.
- Giải pháp công trình bảo vệ mái dốc:
Sau khi kiểm tra ổn định theo sơ đồ tính toán và phương pháp tính toán
thích hợp, phát hiện mái dốc không đảm bảo khả năng ổn định thì cần có giải
pháp công trình bảo vệ mái dốc. Hiện nay, các giải pháp bảo vệ mái có thể kể
đến như:


a/ Biện pháp kết cấu:
+ Xây dựng công trình chống đỡ: Tường chắn xây đá; tường chắn bê
tông và bê tông cốt thép; tường ốp mái; đê phản áp chống trượt, trôi; kè đá và
cắm cọc; cọc ghìm BTCT, cọc thép, cọc ray; đất có cốt; tường neo cố; phun
vữa xi măng, phun bê tông.
+ Giảm tải trên mái dốc: Thiết lập mặt cắt hình học hợp lý của mái dôc;
đặt mái dốc theo kết quả tính toán và xử lý công trình thực tế; hạn chế chiều

cao mái dốc; đánh cấp trước khi đắp nền trên sườn dốc.
+ Thoát nước mặt và chống xói bề mặt: Rãnh đỉnh và hệ thống thoát
nước mặt; bậc nước; dốc nước; chống thấm bề mặt mái dốc; cách ly nước và
chống xói nền
+ Thoát nước ngầm: Rãnh hở hầm thoát nước; giếng ngầm; gia cường
cửa thoát nước ngầm; rãnh, mương thấm, mương hạ mực nước ngầm.
+ Bảo vệ mặt mái dốc: Gia cố bằng cỏ; ván lật bê tông và BTCT; thả đá
chân mái dốc lát đá; rọ đá; nền chặt và gia cố đất mái dốc.
b/ Biện pháp công nghệ:
+ Tổ chức thi công hiệu quả
+ Gia cố đất(cải tạo đât): Nèn chặt đất, gia cố xi măng, phủ bề mặt bằng
bê tông.
c/ Biện pháp khai thác:
+ Bảo đảm chế độ làm việc bình thường của mái dốc theo đúng yêu cầu
của đồ án thiết kế
+ Bão dưỡng thường xuyên hệ thống thoát nước
+ Phòng hộ và gia cố bổ sung trong quá trình quản lý.
Trong các biện pháp đó cần lựa chọn biện pháp hiệu quả nhất dựa trên
xem xét các yếu tố như: tác dụng, điều kiện và phạm vi áp dụng của từng biện


pháp, điều kiện thi công, điều kiện nguyên vật liệu tại chổ, và cần ưu tiên áp
dụng tổ hợp các biện pháp mang lại hiệu quả cao nhất, vững bền nhất.
Việc gia cố mái dốc đồi núi gần đường giao thông với chiều dài lớn sẽ
gây tốn kém về mặt kinh tế. Hoặc đối với đập đất, việc gia cố mái đập trong
một số trường hợp việc thi công rất khó khăn, mà có thi công được cũng gây
ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định của đập. Do vậy đề tài của tôi nghiên cứu
giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc như cọc tre, cọc gỗ, cho mái dốc để
giữ ổn định mái. Nhưng vấn đề đặt ra là giải pháp gia cố mái bằng hệ cọc tre,
cọc gỗ, cần thông qua tính toán cụ thể để xác định được phạm vi gia cố điểm

trượt, sạt mái, mật độ các cọc gia cố, chiều dài cọc gia cố để đảm bảo về mặt
thi công nhanh, giữ ổn định được mái lâu dài, đem lại hiệu quả cao nhất.
Đề tài là cấp thiết, có tính ứng dụng cao, đem lại hiệu quả lớn về mặt
kinh tế.
Như vậy, với việc nghiên cứu tổng hợp về phạm vi trượt của mái dốc,
đưa các giải pháp gia cố bằng cọc tre, cọc gỗ, sẵn có ở địa phương, có xét
đến điều kiện thi công và lợi ích kinh tế. Hy vọng đề tài sẽ cung cấp thêm một
giải pháp công trình mang tính hiệu quả cao cho việc giữ ổn định mái dốc tự
nhiên, và mái đập đất trong công trình thủy lợi
Trên đây là lý do chính cho thấy sự cần thiết của đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc"
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu ổn định mái dốc tự nhiên, mái dốc trong công trình thủy
lợi. Xác định phạm vi gia cố mái, đưa ra giải pháp gia cố mái bằng hệ thống
cọc tre, cọc gỗ, có sẵn ở địa phương phù hợp để giữ ổn định mái.
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ổn định mái dốc đập đất đá được
gia cố bằng hệ thống cọc.


- Phạm vi nghiên cứu: Thông qua tính toán bằng phần mềm Geo Slope
và Plaxis 2D để kiểm tra ổn định mái dốc. Tính toán kết cấu mái dốc bằng
modun Sigma của phần mềm Geo Slope và phần mềm Plaxis 2D, 3D của mái
dốc được gia cố hệ thống cọc.
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu cụ thể là:
- Phương pháp thống kê
- Phương pháp phần tử hửu hạn: Ứng dụng phần mềm Geo – Slope 2D,
Plaxis 2D, Plaxis 3D Foundation.
- Phương pháp phân tích hệ thống: Tính toán xác định phạm vi sạt,

trượt, tính toán chiều sâu gia cố cọc,
- Phương pháp thiết kế công trình: Xác định kết cấu, kích thước loại
cọc, mật độ cọc gia cố, phạm vi gia cố mái,












1

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ
MÁI DỐC

1.1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
- Bài toán ổn định mái dốc đất (đá) nói chung và mái dốc của đập đất đá
nói riêng cho đến nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới vẫn còn chưa được
giải quyết triệt để và đầy đủ, chứng tỏ đó là vấn đề không đơn giản.
- Ổn định mái dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nội ngoại như tính chất
cơ lí hóa của vật liệu cấu thành mái dốc, các lực và tổ hợp tác dụng (áp lực
thủy tĩnh, áp lực đẩy nổi, áp lực thấm, áp lực gió, áp lực ngược, lực động đất,
áp lực kẽ rỗng, tải trọng tĩnh và động của các phương tiện thiết bị quản lý vận
hành vv ), sự biến đổi theo thời gian của các tải trọng và tác động kể cả tác

động biến đổi của môi trường nhiệt như nhiệt độ, độ ẩm,
- Hình thức mất ổn định của trượt của mái dốc:
Theo thống kê hiện nay, các mái dốc thường có những hình thức mất ổn
định như sạt lở, trượt mái dốc là phổ biến.
Ví dụ đường Hồ Chí Minh chạy dọc theo triền núi, địa hình phần lớn là
đường đèo dốc, mặt cắt ngang thường có dạng một bên taluy dương và một
bên taluy âm. Vì vậy hiện tượng sạt trượt là không tránh khỏi nhất là về mùa
mưa lũ, phía taluy dương bên núi do địa hình, địa chất thủy văn rất phức tạp
và liên tục thay đổi nên những đoạn đào sâu bị sạt lở taluy Quy mô và hậu
quả của các hiện tượng đó rất khác nhau: có thể là sự mất ổn định của một
khối đất đá nhỏ trong phạm vi nền đường, nhưng cũng có thể là sự mất ổn
định của cả một sườn núi trên đó xây dựng nền đường.
2

Các công trình thủy lợi do điều kiện địa hình, địa chất thủy văn, địa chất
công trình, thủy văn khí tượng, trị số cột nước trước đập, vật liệu xây dựng
đập, làm các mái đập mất ổn định sinh ra trượt mái.
Vì vậy, cần phải có biện pháp xử lý kịp thời và hợp lý để ngăn chặn sự
phát triển của hiện tượng sạt, trượt này dẫn đến hậu quả nghiêm trọng hơn xảy
ra.
- Phương pháp tính ổn định mái dốc hiện nay chủ yếu sử dụng phương
pháp trạng thái cân bằng giới hạn
Về hình dạng mặt trượt, có rất nhiều giả thiết nhưng trong tính toán thực
tế thông thường dựa vào hai giả thiết sau đây:
+ Mặt trượt có dạng một cung tròn
+ Mặt trượt có dạng là một mặt phẳng gãy khúc
Quy phạm thiết kế đập đất của nhiều nước trên thế giới đều công nhận
hai giả thiết này để tính toán.
Giả thiết mặt trượt có dạng hình cung tròn do một học giả Thủy Điển
K.E. Pettec xơn đề nghị năm 1916. Về sau nhiều nhà nghiên cứu về ổn định

mái dốc xác nhận giả thiết này là phù hợp thực tế, nhất là đối với những mái
dốc đồng nhất.
Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp xác định hệ số ổn định của mái
dốc do nhiều nhà nghiên cứu đề nghị. Có thể kể đến các tác giả nổi tiếng như:
K. Terzaghi, R.R. Tsugaev, Sven – Gunstan, Fenleniuxt, G. rray, A.I.Ivamy,
D.Taylor, O.K. Forhlich, M. Caqoot
Dựa trên cơ sở lý thuyết đó và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công
nghệ, thế giới đã nghiên cứu và đưa ra một số phần mềm tính ổn định mái dốc
tương đối chính xác như phần mềm Geo – Slope của Canada và phần mềm
Plaxis của Hà Lan. Đó là những phần mềm mô phỏng mái dốc rất hiệu quả.
3

Qua tính toán cho kết quả tính tương đối phù hợp với các kinh nghiệm nghiên
cứu ổn định mái dốc trước đó.
1.2. HIỆN TRẠNG TRƯỢT LỞ MÁI DỐC
1.2.1. Mái dốc tự nhiên
1T Trượt lở đất đá là một dạng tai biến tự nhiên xảy ra tương đối phổ biến
ở vùng đồi núi Việt Nam, đặc biệt dọc theo các tuyến đường mới được xây
dựng, các tuyến đường đang được mở rộng hoặc nắn thẳng. Hậu quả của trượt
lở đất đá dẫn đến vùi lấp đường giao thông, đe dọa cuộc sống của các khu dân
cư dọc theo tuyến đường và dưới chân các sườn dốc.
1T1.2.1.1. Trong nước
a) Núi Dung thuộc địa phận xã Nhơn Tân, huyện An Nhơn, Bình Định
Khu vực nghiên cứu có 20 khối trượt, phần lớn tập trung ở các mỏ khai
thác đá làm vật liệu xây dựng. Các đặc điểm chính có thể được ghi nhận ở các
khối trượt như sau:
- Hiện trạng:
+ Địa chất: Mặt cắt vỏ phong hóa khu vực Núi Dung, qua khảo sát thực
địa và đo sâu điện, bao gồm các lớp sau:
Lớp thổ nhưỡng: Dày 0,1 - 0,3m, màu xám, xám nâu.

Lớp đất sườn-tàn tích: Thành phần chủ yếu là sét pha, sét, ít hơn là cát
pha, trạng thái cứng. Đất có độ rỗng thấp, tính nén lún trung bình, sức chịu tải
tương đối cao. Bề dày thay đổi từ 0 đến 1,5m.
Đá gốc phong hóa mạnh: Bao gồm các sản phẩm sét bột màu xám
vàng, xám trắng và có lẫn ít mảnh vụn của đá gốc. Thành phần khoáng vật
chủ yểu là các loại sét (hydromica và kaolinit, limonit). Trên các tuyến đo sâu
điện, bề dày lớp sườn-tàn tích và đá gốc phong hóa mạnh thay đổi từ 2 - 10m,
điện trở suất thay đổi từ 400 - 3.000 Wm. Đây là tầng có khả năng trượt lở
cao, khi có mưa to ngấm nước.
4

Đá gốc bán phong hóa nứt nẻ mạnh có bề dày thay đổi từ 6,5m đến hơn
40m, điện trở suất biến đổi từ 10 đến 3.000 Wm.
Đá gốc tươi cứng rắn chắc có điện trở suất cao từ 700 - 10.000 Wm
nằm ở độ sâu từ 13,1 m đến hơn 50m. Độ bền cao hơn hẳn so với đá phong
hóa mạnh
+ Địa hình phân cắt mạnh, độ dốc địa hình lớn, thường cao hơn 30
0
.
+ Đá gốc phát triển nhiều hệ thống khe nứt, thuận lợi cho trượt lở.
+ Đá đổ có dạng trượt phẳng, trượt dạng nêm, còn trượt đất chủ yếu
dưới dạng trượt phẳng nông.
+ Thảm thực vật thưa thớt, nhiều bề mặt mái dốc không có cây che phủ.
+ Trượt xảy ra chủ yếu trong tầng đá gốc bán phong hóa. Chỗ xung yếu
hiện tượng đá đổ và trượt đất c
ó thể xảy ra đồng thời. Các tảng đá gốc bán
phong hóa khi xảy ra trượt lở thường có khoảng lăn xa lớn, lấp cả vào nhà
dân.
+ Đất có độ chặt cao, nhưng dễ bị tan rã và độ bền suy giảm mạnh khi
bị bão hòa nước.

Hình 1.1: Điểm sạt trượt 1 - Núi Dung xã Nhơn Tân, An Nhơn, Bình Định
- Nguyên nhân và biện pháp khắc phục:
+ Hoạt động khai thác đá xây dựng và khai đào mái dốc làm đường,
nhà ở là yếu tố gây mất cân bằng, dẫn đến trượt lở ở khu vực Núi Dung.