LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT CỦA MÁI ĐÁ, KIỂM CHỨNG VỚI NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SỐ, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG GIỮ ỔN ĐỊNH CHỐNG TRƯỢT

Bùi Mạnh Cường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

*
LUẬN VĂN THẠC SỸ

Bùi Mạnh Cường

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT CỦA MÁI ĐÁ, KIỂM

*

CHỨNG VỚI NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SỐ, ĐỀ

Ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Ngầm

XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG GIỮ ỔN ĐỊNH CHỐNG TRƯỢT

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Ngầm
Chuyên ngành ghi tên chuyên ngành đào tạo

*
Năm - 2014

Hà Nội - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bùi Mạnh Cường

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT CỦA MÁI ĐÁ, KIỂM
CHỨNG VỚI NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SỐ, ĐỀ
XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG GIỮ ỔN ĐỊNH CHỐNG TRƯỢT

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Ngầm
Mã số: 60.58.02.04

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thiết Trung

Hà Nội - 2014


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi thực hiện. Các kết
quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác .
Tác giả luận văn

Bùi Mạnh Cường


ii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng Công trình Ngầm
với đề tài “Nghiên cứu hiện tượng trượt của mái đá, kiểm chứng với nội dung của
phương pháp số, đề xuất phương hướng giữ ổn định chống trượt” là sự thể hiện
những kiến thức đã thu nhận được của tác giả trong những năm học tại Trường đại
học Xây dựng dưới sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô trong trường và đặc biệt là
các thầy cô trong bộ môn Cơ đất – Nền móng. Tác giả luận văn xin được bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc đến:
TS. Lê Thiết Trung, trưởng bộ môn Cơ đất – Nền móng trường đại học Xây
dựng Hà Nội, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
TS. Vũ Minh Tân, bộ môn Cơ đất – Nền móng trường đại học Xây dựng Hà
Nội, người đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu, giúp em sửa chữa những thiếu sót
của luận văn. Cùng toàn thể các thầy cô thuộc bộ môn Cơ đất – Nền móng, những
người đã giúp đỡ cổ vũ và tạo mọi điều kiện cho học viên trong suốt quá trình học
tập, định hướng nghiên cứu cũng như thực hiện luận văn.
Cuối cùng xin gửi lời biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn bè,
đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và hoàn
thành luận văn của mình.

Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2014
Học viên

Bùi Mạnh Cường


iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT............................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ............................................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1.

Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1

2.

Mục tiêu của luận văn ............................................................................................ 1

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn...................................................... 1

4.

Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 1

5.

Cấu trúc của luận văn............................................................................................. 2

6.

Đóng góp của luận văn .......................................................................................... 2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH MÁI DÔC ĐÁ .............................. 3
1.1. Tổng quan về ổn định mái dốc đá............................................................................ 3

1.1.1. Khái niệm ........................................................................................................ 3
1.1.2. Các loại hình mất ổn định của mái dốc............................................................. 4
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ổn định của mái dốc............................................. 7
1.1.4. Vấn đề mất ổn định mái dốc đá trong xây dựng.............................................. 12
1.2. Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc đá ..................................................... 16
1.2.1. Khái niệm ...................................................................................................... 16
1.2.2. Các phương pháp tính toán ổn định bờ dốc..................................................... 17
1.3. Các phương pháp giữ ổn định ............................................................................... 25
1.3.1. Sửa mặt bờ dốc .............................................................................................. 25
1.3.2. Gia cố bờ dốc, chống phong hóa mái dốc ....................................................... 26
1.3.3. Làm chắc đất đá ............................................................................................. 27
1.3.4. Xây dựng các công trình chống trượt.............................................................. 27
1.3.5. Xây dựng các công trình thoát nước ............................................................... 29
1.4. Kết luận................................................................................................................ 30
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM SLIDE V6 ............................................. 31
2.1. Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn......................................................... 31
2.1.1. Tổng quan...................................................................................................... 31
2.1.2. Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn........................................................ 32
2.2. Tổng quan về phần mềm SLIDE V6 ..................................................................... 33
2.2.1. Tổng quan...................................................................................................... 33
2.2.2. Các modul chính của phần mềm SLIDE......................................................... 34


iv

2.2.3. Các dạng bài toán của SLIDE......................................................................... 36
2.2.4. Ưu và nhược điểm của phần mềm .................................................................. 37
2.2.5. Các ứng dụng của phần mềm SLIDE.............................................................. 38
2.2.6. Các bước mô phỏng hóa................................................................................. 38
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT MÁI DỐC TỰ NHIÊN ......................... 46

3.1. Giới thiệu công trình............................................................................................. 46
3.1.1. Vị trí công trình.............................................................................................. 46
3.1.2. Đặc điểm địa chất – thủy văn: ........................................................................ 47
3.1.3. Sơ đồ mái dốc: ............................................................................................... 51
3.2. Phương pháp tính toán .......................................................................................... 52
3.2.1. Yêu cầu tính toán ........................................................................................... 52
3.2.2. Cơ chế mất ổn định ........................................................................................ 53
3.2.3. Tiêu chuẩn đánh giá ....................................................................................... 53
3.2.4. Phương pháp tính toán ................................................................................... 53
3.2.5. Bài toán kiểm chứng ...................................................................................... 58
3.2.6. Khảo sát mái dốc tự nhiên vai trái đập Sơn La................................................ 63
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC...................................... 71
4.1. Phương pháp neo .................................................................................................. 71
4.1.1. Tổng quan...................................................................................................... 71
4.1.2. Phân loại neo ................................................................................................. 71
4.1.3. Cấu tạo của neo.............................................................................................. 72
4.1.4. Quy trình tính toán neo .................................................................................. 74
4.2. Nghiên cứu áp dụng neo để giữ ổn định mái dốc đá tại khu vực vai trái đập thủy
điện Sơn La ................................................................................................................. 78
4.2.1. Sơ đồ và phương pháp nghiên cứu.................................................................. 78
4.2.2. Các thông số của neo ..................................................................................... 81
4.2.3. Các chỉ tiêu địa chất ....................................................................................... 81
4.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của phương neo tới hệ số an toàn ............................... 82
4.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài tự do Lf tới hệ số an toàn ...................... 85
4.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng khi thay đổi khoảng cách bố trí của neo tới hệ số an toàn
................................................................................................................................ 88
KẾT LUẬN..................................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 94

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
c

Lực dính của khối đá

G (W)

Khối lượng của khối trượt

n (FS)

Hệ số ổn đinh, hệ số an toàn

MCE

"Maximum Credible Earthquake" Động đất cực đại có thể

OBE

"Operating Basis Earthquake" Động đất vận hành cơ sở

PGA

Gia tốc cực đại nền



Góc nghiêng của mặt trượt so với phương ngang



Góc nghiêng mái dốc



Góc ma sát trong



Trọng lượng riêng của đá

 nn

Trọng lượng riêng của đá no nước (bão hòa)


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Các loại mái dốc ................................................................................................ 3
Hình 1.2: Các dạng mặt trượt khi trượt theo một mặt trượt ................................................ 5
Hình 1.3: Trượt theo các mặt bên ...................................................................................... 6
Hình 1.4: Hiện tượng đá đổ, đá lăn .................................................................................... 6
Hình 1.5: Mất ổn định mái dốc tự nhiên............................................................................. 7
Hình 1.6: Một số nguyên nhân sạt trượt do yếu tố con người .......................................... 11
Hình 1.7: Sạt mái ta luy thủy điện.................................................................................... 12
Hình 1.8: Các ví dụ sụt lở mái dốc................................................................................... 14
Hình 1.9: Sạt trượt do nổ mìn ......................................................................................... 15

Hình 1.10: Mặt trượt song song bờ dốc............................................................................ 18
Hình 1.11: Mặt trượt không song song bờ dốc ................................................................. 19
Hình 1.12: Bờ dốc có 2 mặt trượt .................................................................................... 21
Hình 1.13: Phương pháp tải trọng thừa ............................................................................ 22
Hình 1.14: Bờ dốc có nhiều mặt trượt.............................................................................. 22
Hình 1.15: Phương pháp vòng tròn lớn ............................................................................ 23
Hình 1.16: Gia cố mái .................................................................................................... 26
Hình 1.17: Bơm keo PUR gia cố mái đá .......................................................................... 27
Hình 1.18: Tường chắn kết hợp neo tại Ruzbakhi ............................................................ 28
Hình 1.19: Dùng cọc bê tông và neo ổn định mái đường tại San Remo ............................ 28
Hình 2.1: Phần mềm SLIDE V6 ...................................................................................... 33
Hình 2.2: Modul MODEL ............................................................................................... 34
Hình 2.3: Modul Groundwater compute .......................................................................... 35
Hình 2.4: Modul Slope Stability Compute ....................................................................... 35
Hình 2.5: Modul INTERPRET ........................................................................................ 36
Hình 2.6: Điều kiện ban đầu ............................................................................................ 39
Hình 2.7: Các mô hình tính toán ...................................................................................... 39
Hình 2.8: Khai báo vật liệu cho lớp EDQ + IA1 .............................................................. 41
Hình 2.9: Tải trọng phân bố đều ...................................................................................... 41
Hình 2.10: Tải trọng động đất.......................................................................................... 42
Hình 2.11: Dạng mặt trượt gãy khúc................................................................................ 42


vii

Hình 2.12: Định vị khu vực nguy hiểm cần tính............................................................... 43
Hình 2.13: Khai báo phương pháp gia cố......................................................................... 44
Hình 2.14: Bố trí neo....................................................................................................... 44
Hình 2.15: Kết quả tính toán hệ số ổn định ...................................................................... 45
Hình 2.16: Biểu đồ lực cắt ............................................................................................... 45

Hình 2.17: Biểu đồ lực dinh............................................................................................. 45
Hình 3.1: Công trình thủy điện Sơn La ............................................................................ 46
Hình 3.2: Sơ đồ mặt cắt địa chất mái tự nhiên.................................................................. 51
Hình 3.3: Sơ đồ mặt cắt địa chất sau khi thi công mái đào ............................................... 52
Hình 3.4: Sơ đồ tính mái dốc có khe nứt trên đỉnh mái .................................................... 54
Hình 3.5 Sơ dồ tính mái dốc có khe nứt trên mặt mái....................................................... 55
Hình 3.6: Biểu đồ tra P, Q, S .......................................................................................... 57
Hình 3.7: Mô hình bải toán kiểm tra ................................................................................ 58
Hình 3.8: Mô hình mái dốc bằng SLIDE.......................................................................... 60
Hình 3.9: Khai báo vật liệu.............................................................................................. 60
Hình 3.10: Kết quả tính toán với góc dốc 33o................................................................... 61
Hình 3.11: Biểu đồ so sánh kết quả hai phương pháp tính toán ........................................ 62
Hình 3.12: mô hình mái dốc ............................................................................................ 63
Hình 3.13: Mái dốc khu vực 1 ......................................................................................... 64
Hình 3.14: Mô phỏng bài toán ......................................................................................... 65
Hình 3.15: Khai báo vật liệu lớp IIA................................................................................ 65
Hình 3.16: Khai báo vât liệu lớp IIB................................................................................ 66
Hình 3.17: Kết quả tính toán ổn định khu vực 1( FS = 2.409) .......................................... 66
Hình 3.18: Mái dốc khu vực 2 ......................................................................................... 67
Hình 3.19: Mô phỏng bài toán ......................................................................................... 68
Hình 3.20: Khai báo vật liệu lớp IA2 ............................................................................... 69
Hình 3.21: Kết quả tính toán ổn định khu vực 2 (FS = 0.932) .......................................... 69
Hình 4.1: Bảng phân loại neo .......................................................................................... 72
Hình 4.2: Cấu tạo của neo................................................................................................ 73
Hình 4.3: Bó cáp neo....................................................................................................... 74
Hình 4.4: Giản đồ tính toán neo....................................................................................... 75
Hình 4.5 : Mất ổn định mái dốc đá vai trái thủy điện Sơn La ........................................... 79


viii

Hình 4.6: Mặt trượt nguy hiểm ........................................................................................ 79
Hình 4.7: Mô hình mái gia cố bằng phương pháp neo...................................................... 80
Hình 4.8: Kết quả tính toán mặt trượt khi  3  20o ......................................................... 82
Hình 4.9: Hệ số an toàn nhỏ nhất FSmin = 1.316 ............................................................. 83
Hình 4.10: Kết quả tính toán mặt trượt khi  6  50o ........................................................ 83
Hình 4.11 Hệ số an toàn nhỏ nhất FSmin = 1.216 ............................................................ 84
Hình 4.12: Biểu đồ quan hệ góc nghiêng - hệ số ổn đinh.................................................. 85
Hình 4.13: Kết quả tính toán mặt trượt khi Lf1 = 12 m...................................................... 86
Hình 4.14: Hệ số an toàn nhỏ nhất FSmin = 1.200 ........................................................... 86
Hình 4.15: Kết quả tính toán mặt trượt khi Lf1 = 18 m ..................................................... 87
Hình 4.16: Hệ số an toàn nhỏ nhất FSmin = 1.424 ........................................................... 87
Hình 4.17: Biểu đồ quan hệ chiều dài tự do - hệ số an toàn.............................................. 88
Hình 4.18: Kết quả tính toán mặt trượt khi axb = 2x3m ................................................... 89
Hình 4.19: Hệ số an toàn nhỏ nhất FSmin = 1.221 ........................................................... 90
Hình 4.20: Kết quả tính toán mặt trượt khi axb = 3x3 m .................................................. 90
Hình 4.21: Hệ số an toàn nhỏ nhất FSmin = 1.111 ........................................................... 91
Hình 4.22: Biểu đồ quan hệ khoảng cách neo - hệ số ổn định........................................... 92


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại chuyển động mái dốc ......................................................................... 5
Bảng 2.1: Bộ số liệu đầu vào SLIDE ............................................................................... 38
Bảng 3.1: Trụ địa chất ..................................................................................................... 47
Bảng 3.2: Số liệu địa chất lớp edQ + IA1......................................................................... 48
Bảng 3.3: Số liệu địa chất lớp IA2 ................................................................................... 48
Bảng 3.4: Số liệu địa chất lớp IB ..................................................................................... 49
Bảng 3.5: Số liệu địa chất lớp IIA.................................................................................... 49

Bảng 3.6: Số liệu địa chất lớp IIB.................................................................................... 50
Bảng 3.7: Số liệu mực nước ngầm ................................................................................... 50
Bảng 3.8: Hệ số an toàn theo TCXDVN 335-2004 .......................................................... 53
Bảng 3.9: Số liệu bài toán kiểm tra .................................................................................. 58
Bảng 3.10: Bảng tính trường hợp khe nứt trên đỉnh mái................................................... 59
Bảng 3.11 : Bảng tính trường hợp khe nứt trên đỉnh mái.................................................. 59
Bảng 3.12: Bảng kết quả tính toán bằng SLIDE với góc nghiêng khe nứt thay đổi........... 61
Bảng 3.13: Kết quả hệ số ổn đinh .................................................................................... 62
Bảng 3.14: Địa chất khu vực 1......................................................................................... 64
Bảng 3.15: Tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định khu vực 1 ...................................... 67
Bảng 3.16: Địa chất khu vực 2......................................................................................... 68
Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định khu vưc 2 ...................................... 70
Bảng 3.18: Tổng hợp kết quả tính toán ............................................................................ 70
Bảng 4.1: Địa chất khu vực 2........................................................................................... 81
Bảng 4.2: Biến thiên góc nghiêng neo ............................................................................. 82
Bảng 4.3: Hệ số an toàn khi thay đổi góc nghiêng neo ..................................................... 84
Bảng 4.4: Biến thiên chiều dài tự do ................................................................................ 85
Bảng 4.5: Hệ số an toàn khi thay đổi chiều dài tự do Lf ................................................... 88
Bảng 4.6: Biến thiên góc nghiêng neo ............................................................................. 89
Bảng 4.7: thay đổi khoảng cách neo ................................................................................ 91


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Thực tế hiện nay, rất nhiều hiện tượng sạt trượt triền đá, lở mái dốc đá trên thế
giới cũng như ở Việt Nam gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Qua
thống kê của Ngân hàng Thế Giới, tổng diện tích đất bị trượt lở vào khoảng 3.7
triệu km2 với dân số bị ảnh hưởng gần 300 triệu người, hay 5% tổng dân số thế

giới. Các khu vực có nguy cơ tương đối cao bao gồm khoảng 820.000 km2 với dân
số thiệt hại ước tính là 66 triệu người.
Qua tham khảo và tìm hiểu, hiện nay ở Việt Nam đã có nhiều các công trình
nghiên cứu về sự trượt, sạt lở của mái dốc. Các nghiên cứu này đã làm rõ được một
phần các vấn đề của hiện tượng trượt mái dốc nói chung và mái dốc đá nói riêng.
Tuy nhiên, các vấn đề về mái dốc đá vẫn còn nhiều và chưa được nghiên cứu kĩ. Vì
vậy, việc nghiên cứu sự ổn định trượt của mái đá là cần thiết và quan trọng trong
vấn đề đảm bảo an toàn trong thi công các công trình có mái dốc bằng dá.
2. Mục tiêu của luận văn


Thu thập số liệu thực tế liên quan đến địa chất của một khu vực sườn dốc đá;



Nghiên cứu chuyển vị mái đá theo công thức lý thuyết và sử dụng phần mềm
chuyên dụng để mô phỏng số hóa;



Đề xuất một giải pháp chống trượt cho mái đá. Đánh giá hiệu quả của biện
pháp thông qua mô phỏng bằng phần mềm trên.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn


Đối tượng nghiên cứu: Mái dốc taluy đá.



Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu hiện tượng trượt của mái dốc taluy đá theo
mặt trượt phẳng gẫy khúc. Đề xuất phương án gia cố chống trượt cho mái dốc.
Đánh giá hiệu quả của biện pháp bằng phần mềm chuyên dụng.

4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp toán và phương pháp số hóa, mô phỏng


2

Phương pháp toán: Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết để tính toán ổn
định cho mái dốc đá.
Phương pháp số hóa, mô phỏng: Mô phỏng các điều kiện biên của bài toán
bằng phần mềm chuyên dụng, tiến hành tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
5. Cấu trúc của luận văn
Nội dung của luận văn được sắp xếp thành các phần sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về ổn định mái dốc đá
1.1 Tổng quan về ổn định của mái dốc đá
1.2 Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc đá
1.3 Các phương pháp giữ ổn định mái dốc đá
Chương 2: Tổng quan về phần mềm SLIDE V6
2.1 Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn
2.2 Tổng quan về phần mềm SLIDE V6
Chương 3: Phân tích ổn định trượt mái dốc tự nhiên
3.1 Kiểm toán độ chính xác của phương pháp số và phần tử hữu hạn
3.2 Tính toán mái dốc vai trái thủy điện Sơn La bằng SLIDE
Chương 4: Phương pháp gia cố ổn định mái dốc
4.1 Phương pháp neo
4.2 Nghiên cứu gia cố mái dốc vai trái thủy điện Sơn La bằng neo dự ứng lực

Kết luận
6. Đóng góp của luận văn


Trình bày nguyên lý tính toán ổn định theo mặt trượt phẳng của mái dốc đá;



Đề xuất và đánh giá được hiệu quả của biện pháp neo gia cố thông qua kết quả
tính toán bằng phần mềm địa kĩ thuật;



Tìm ra mối liên hệ giữa các điều kiện tự nhiên, địa chất thủy văn tới độ ổn
định của mái dốc đá.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH MÁI DÔC ĐÁ
1.1. Tổng quan về ổn định mái dốc đá
1.1.1. Khái niệm
1.1.1.1 Khái niệm chung
Mái dốc của khối đất đá có thể được hình thành do tác nhân tự nhiên hoặc
nhân tạo. Tất cả các mái dốc có xu hướng giảm độ dốc tới dạng ổn định. Mất ổn
định được quan niệm là khi có xu hướng di chuyển và phá hoại. Khi đó các lực gây
mất ổn định lớn hơn các lực giữ ổn định. [9, tr 266]
MÁI DỐC
MÁI DỐC TỰ NHIÊN

Xói mòn hoặc
chia cắt

Gom lại hoặc
trấm tích

MÁI DỐC NHÂN TẠO

Đắp

Đào

Mái dốc sườn đồi Mái dốc lở tích
và thung lũng
và đồng bằng
trước núi

Khối đắp và đập

Hào rãnh và các hố móng
không được chống đỡ

Vách bờ biển và
bờ sông

Đống đất thải và
đống đất đào

Mái dốc trượt
và trượt dòng

Hình 1.1: Các loại mái dốc
Có nhiều dạng di chuyển của sự mất ổn định trong đó tiêu biểu là sụt lở và
trượt. Đối với các mái dốc đá, hiện tượng này tương ứng với đá rơi và trượt.
1.1.1.2 Mái dốc đất
Sự mất ổn định của mái dốc đất thể hiện chủ yếu qua hai dạng:
Sụt lở là đất đá di chuyển rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn: các thớt nứt, đứt gẫy,
mặt phân lớp… và điều kiện phá hoại hay thúc đẩy do tác động của áp lực nước hay
áp lực băng.


4

Trượt là dạng di chuyển mà trong đó khối đất đá cơ bản không bị xáo trộn
trong khi trượt dọc theo một mặt xác định. [10, tr180]
1.1.1.3 Mái dốc đá
Mất ổn định mái đá là hiện tượng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân khối
đá trong bờ dốc, đồng thời do tác dụng của các yếu tố bên ngoài như ngoại lực, các
hoạt động địa chất hay các tác động của nước ngầm và nước mặt…mà có thể làm bờ
dốc bị dịch chuyển [7, Tr 266].
Từ quan sát dịch chuyển và nghiên cứu trạng thái ứng suất của khối đá trên bờ
dốc sẽ đánh giá được sự ổn định của bờ dốc. Nói chung, một bờ dốc sẽ ổn định khi
ΣSi > ΣTi

(1-1)

Trong đó:


ΣSi là tổng các lực giữ bờ dốc không bị trượt theo mặt yếu nhất trong khối đá.



ΣTi là tổng các lực gây trượt trên mặt phẳng ấy.
Tỷ số giữa tổng các lực giữ và tổng các lực gây trượt trên gọi là hệ số dự trữ

ổn định hay gọi tắt là hệ số ổn định. Ký hiệu là n hoặc FS:
n

 Si
 Ti

(1-2)

Mặt yếu nhất trong khối đá sẽ có hệ số ổn định n bé nhất. Hiện tượng trượt sẽ
xảy ra theo mặt trượt này. Khi n=1 thì khối trượt sẽ ở trạng thái cân bằng giới hạn.
1.1.2. Các loại hình mất ổn định của mái dốc
Dưới các điều kiện tác động của ngoại lực thì các mái dốc đất hoặc đá có xu
hướng thay đổi độ dốc của mái. Đối với mái dốc đá ta có thể chỉ ra một số ví dụ mất
ổn định như:
Trượt theo một mặt trượt: Hiện tượng khối trượt bị dịch chuyển xuống dưới
theo các mặt phân lớp hay các mặt khe nứt là các mặt có liên kết kém nhất trong
khối đá. Mặt trượt ở trường hợp này thường là mặt phẳng (Hình 1.2, a). Trong các
đá đồng nhất, liên kết yếu, mặt trượt được coi là có dạng cung tròn (Hình 1.2, b).


5

Trong đá đồng nhất, nứt nẻ nhiều thì mặt trượt là kết hợp của hai loại mặt trượt trên,
không có hình dáng nhất định (Hình 1.2, c). Với khối đá có nhiều hệ thống khe nứt

cắt nhau, mặt trượt có thể là một mặt gẫy khúc hay có thể cắt khe nứt ở một phần
nào đó của mặt trượt.

Mặt trượt phẳng

Mặt trượt cung tròn

Mặt trượt bất kì

Hình 1.2: Các dạng mặt trượt khi trượt theo một mặt trượt
Theo D.J. Varnes ta có thể phân loại các loại chuyển động khi mái dốc mất ổn
định như bảng 1.1.
Bảng 1.1: Phân loại chuyển động mái dốc
Loại vật liệu
Loại chuyển động

Đá gốc

Đất xây dựng
Chủ yếu hạt thô

Chủ yếu hạt mịn

Rơi (lở)

Rơi đá

Rơi mảnh vụn

Rơi đất

Đổ (lật)

Đổ đá

Đổ mảnh vụn

Đổ đất

Xoay
Trượt

Vài đơn
vị

Tịnh

Nhiều

tiến

đơn vị

Trượt lở đá

Trượt khối đá

Trượt lở mảnh
vụn
Trượt khối mảnh

vụn

Trượt lở đất

Trượt khối đất

Trượt đá

Trượt mảnh vụn

Trượt đất

Tản ngang

Tản đá

Tản mảnh vụn

Tản đất

Dòng

Dòng đá

Dòng mảnh vụn

Dòng đất

Phức hợp

Kết hợp hai hay nhiều loại chuyển động


6

Trượt theo các mặt bên: Hiện tượng này được hình thành với hai mặt trượt
khác nhau, khối trượt được tạo thành có dạng hình nêm, chuyển dịch xuống phía
dưới, trường hợp này thường xảy ra với những khối đá có hai hay nhiều hệ thống
khe nứt giao nhau (Hình 1.3).

Hình 1.3: Trượt theo các mặt bên
Đá đổ, đá lăn: Hiện tượng các khối đá bị đổ, bị lăn theo các mặt trượt từ trên
cao xuống chân bờ dốc, thường thấy ở những khối đá có những khe nứt thẳng đứng
hay có nhiều khe nứt ngang dọc làm khối đá bị cắt vụn ra. Khi gặp điều kiện thuận
lợi, chúng đổ hoặc lăn xuống phía dưới với tốc độ khá nhanh (Hình 1. 4)

Hình 1.4: Hiện tượng đá đổ, đá lăn
Trong các dạng mặt trượt trên, nguy hiểm nhất là hiện tượng trượt theo một
mặt trượt. Trong mái dốc đá tồn tại các khe nứt song song với nhau và có thể
song song với bề mặt mái dốc. Đây là các vị trí có nguy cơ mất ổn định cao, dễ


7

xẩy ra hiện tượng trượt. Vì thế ta tập trung nghiên cứu theo hướng mặt trượt
phẳng mà không bị ảnh hưởng nhiều đên kết quả tính toán.
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ổn định của mái dốc
Các yếu tố ảnh hưởng tới sự mất ổn định của mái dốc ta có thể chia làm 2
nhóm chính là nhóm các yêu tố do tự nhiên hay còn gọi là các yếu tố khách quan và
nhóm yếu tố cho con người hay còn gọi là các yếu tố chủ quan.

1.1.3.1 Yếu tố tự nhiên

a) Dạng hình học của bờ dốc:
Bề ngoài bờ dốc được quyết định bằng chiều cao và góc nghiêng của bờ dốc.
Nói chung chiều cao càng lớn, góc nghiêng càng nhiều thì độ ổn định của bờ dốc
càng kém. (Hình 1.5)

Hình 1.5: Mất ổn định mái dốc tự nhiên

b) Tính chất của đá trên bờ dốc:
Khi bờ dốc bị chuyển dịch, lực gây trượt đã lớn hơn lực chống trượt và góc
nâng ban đầu khi trượt của đá trên mặt trượt. Trong các chỉ tiêu cơ lý của khối đá
thì thông số góc ma sát trong  và cường độ lực liên kết c của đá là những đặc trưng
rất quan trọng khi nghiên cứu về trượt, nhất là các giá trị của  và c xác định được
bằng phương pháp hiện trường. Khi các điều kiện khác như nhau, độ bền của đá
càng cao thì góc nghiêng ổn định của bờ dốc càng lớn. Với bờ dốc đá cao 300m khi
tăng góc nghiêng bờ dốc từ 30o đến 34o thì đã giảm được việc phá huỷ và vận
chuyển 10,8 triệu m3 đá trên 1 km dài của bờ dốc. Mặt khác, do mặt trượt chủ yếu


8

trong đá là trượt trên mặt các khe nứt nên tính chất nứt nẻ của khối đá ảnh hưởng rất
lớn đến sự ổn định của bờ dốc.

c) Mức độ phong hoá:
Ảnh hưởng của mức độ phong hoá đến độ ổn định bờ dốc thể hiện ở việc làm
giảm độ bền của khối đá. Tuỳ theo thành phần khoáng vật, cấu trúc của đá và môi
trường bên ngoài mà đá có thể bị phong hoá bề mặt hay vào sâu bên trong khối đá với
các tốc độ khác nhau. Mức độ phong hoá càng tăng thì độ ổn định bờ dốc càng giảm.

d) Khí hậu:
Lượng mưa hàng năm có ảnh hưởng quyết định đến độ ổn định bờ dốc qua
việc làm mặt bờ dốc và bờ dốc bị ngập nước. Nước mưa theo các khe nứt thấm vào
trong đá làm thay đổi tính chất của đá, làm giảm lực liên kết giữa hai mặt của khe
nứt, làm khe nứt phát triển rộng thêm, sâu thêm làm cho đá dễ bị trượt hơn. Chế độ
nhiệt của khu vực cũng làm ảnh hưởng tới độ ổn định của bờ dốc. Sự dao động
nhiệt độ trong một ngày (ban ngày và ban đêm), giữa các mùa (mùa lạnh và mùa
nóng) đã làm xuất hiện các ứng suất nhiệt gây rạn nứt đá. Chiểu sâu nứt nẻ của đá
dao động phụ thuộc nhiều yếu tố, nhiều vị trí chỉ nứt nẻ trong 1 đến 2 cm nhưng có
khi tới 27,6 m như ở Paris (Pháp).

e) Thuỷ văn và địa chất thuỷ văn
Nước mặt và nước ngầm đều ảnh hưởng tới sự ổn định của bờ dốc qua việc
làm tăng độ ẩm của đá, làm tăng trọng lượng của khối trượt và làm giảm các đặc
trưng cơ học của đá. Khi chịu tác động của nước, góc ma sát trong  và cường độ
lực liên kết c của đá đều giảm, làm độ bền cắt của đá giảm đi. Qua nhiều nghiên cứu
đều chỉ ra rằng góc ma sát trong, cường độ lực liên kết và độ bền của đá đã giảm đi
rất nhiều do ảnh hưởng của nước.

f) Động đất
Những dao động của vỏ trái đất do động đất gây ra đã ảnh hưởng lớn đến sự
ổn định bờ dốc, những ảnh hưởng này còn phụ thuộc vào dạng của bờ dốc và tính
chất của đá ở trong bờ dốc.


9

Khi xảy động đất, lực bổ sung do động đất gây ra tác dụng lên bờ dốc góp
phần làm chuyển dịch đá trên bờ dốc. Lực do động đất gây ra cũng chịu ảnh hưởng

của tính chất đàn hồi của đá. Khi động đất, vùng đất đá vụn rời có phạm vi ảnh
hưởng nhỏ nhưng mức độ ảnh hưởng lại lớn, còn trong vùng đá rắn chắc thì ngược
lại. Thực tế, biên độ dao động của sóng động đất trong đá cứng là khoảng 2.5mm;
nhưng trong đá rời rạc lại có thể lớn hơn hay bằng 100mm. Người ta cũng đã tổng
kết ở Nhật, khi có động đất, tỷ lệ nhà xây trên đá gốc bị phá huỷ chỉ chiếm khoảng
1,4% trong khi ở vùng trầm tích rời rạc, có tới 75-100% nhà cửa xây dựng ở đấy đã
bị phá hoại.

g) Thời gian
Yếu tố thời gian luôn luôn ảnh hưởng tới độ ổn định của bờ dốc vì khi thời
gian dài các yếu tố trên đều xảy ra. Thời gian còn trực tiếp làm thay đổi tính chất
của đá trên bờ dốc. Khi thiết kế cần chú ý tới quá trình tư biến làm giảm độ bền của
đá theo thời gian.
1.1.3.2 Yếu tố con người
Hoạt động của con người trong thế giới hiện đại ảnh hưởng rất lớn đến môi
trường thiên nhiên, tạo điều kiện chuyển dịch các bờ dốc đá .
Ảnh hưởng của yếu tố con người tới độ ổn định và gây chuyển dịch bờ dốc rất
đa dạng, bao gồm cả những ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp. Theo thống kê có đến
80-90% nguyên nhân của các vụ trượt là đều do hoạt động của con người gây ra với
khoảng hơn 50 loại hoạt động khác nhau.
Yếu tố con người có thể chia thành một số nhóm sau:
. Tất cả các hoạt động vô tình hay cố ý của con người làm tăng ảnh hưởng của
nước đến bờ dốc như: đọng nước trên mặt bờ dốc, không thoát nước cho bờ dốc, để
nước thấm sâu vào trong đá sẽ làm giảm độ bền của đá, dần dần dẫn tới sự dịch
chuyển của đá trên bờ dốc.
Làm thay đổi địa hình bờ dốc do các hoạt động của khai thác mỏ, của việc thi
công các công trình xây dựng, giao thông, thuỷ lợi...Việc khai thác mỏ thường dẫn


10

đến hiện tượng trượt bờ dốc, nhất là với các mỏ lộ thiên. Năm 1881, việc khai thác
đá ở vùng Elm (Thụy Sỹ) đã làm hơn 20 triệu m3 đá bị trượt chỉ trong vài phút, khối
trượt đã tràn xuống , bao phủ cả một vùng rộng tới 90 ha, dày từ 10-20 m, phá huỷ
nhiều nhà cửa và làm chết 83 người.
Trong quá trình thi công các công trình xây dựng cũng tạo nên nhiều mái dốc
khác nhau như mái đào hố móng, các ta luy âm và dương của công trình đường giao
thông. Các hoạt động này đã làm thay đổi địa hình bờ dốc, làm thay đổi sự phân bố
ứng suất trong khối đá theo xu hướng có lợi cho sự mất ổn định nên cũng làm cho
đá dễ bị trượt hơn. (Hình 1.6 a và hình 1.6 b)
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. Vì một lý
do nào đó làm tương quan này thay đổi theo chiều hướng tăng lực gây trượt như
chất tải lớn trên mặt hay trên mặt nghiêng bờ dốc, làm mất chân bờ dốc. thì sẽ làm
bờ dốc có xu hướng bị dịch chuyển. Lực tập trung tác dụng thêm trên mặt hay mặt
nghiêng bờ dốc đều gây ra trong đất đá những ứng suất bổ sung. (Hinh 1. 6 c)
Gây các chấn động lớn do các hoạt động quân sự, sản xuất: Khi nổ mìn để
khai thác đá hay khoáng sản hoặc đánh bom, mìn trong chiến tranh đều gây ra
những chấn động lớn, làm mất ổn định bờ dốc (hình 1. 6 d). Ở nước ta, trong thời
gian chiến tranh ngoài tác động của bom đạn thì đại đa số các đường dã chiến đều
được thi công bằng phương pháp nổ mìn và như vậy kết quả là đường được thi công
nhanh, nhưng cấu trúc, các liên kết trong đất đá thì đã bị phá huỷ. Khi gặp điều kiện
thuận lợi như mưa bão, chấn động ... thì đất đá ở đó rất dễ bị trượt. Điều này cũng
giải thích cho hiện tượng trượt thường xảy ra ở vùng núi Trường Sơn của nước ta,
nơi mà trong những năm chiến tranh, hoạt động của bom mìn đã xảy ra rất ác liệt.
Người ta cũng dựa vào lý do này để giải thích hiện tượng đá đổ, đá lăn xảy ra tại núi
Bài Thơ - thị xã Hồng Gai vào lúc 0h ngày 8/6/1994, nhiều tảng đá (có tảng nặng
tới 6 tấn) đã rơi từ độ cao 50 m xuống chân núi, phá huỷ 5 ngôi nhà, làm chết 2 và
bị thương 8 người, mặc dù Mỹ đã ném bom vùng này từ những năm 1963,1972.

11

Tuy nhiên, khi xét ảnh hưởng của các sóng chấn động do nổ mìn thì cũng
không phải đơn giản, một chiều, vì ngoài việc phá huỷ đất đá , trong một chừng
mực nào đó ở dưới sâu, đất đá cũng được làm chặt lại. Do vậy, tuỳ điều kiện cụ thể,
ta mới có đánh giá về các ảnh hưởng này cho thích hợp.

a, Sạt taluy dương

b, Sạt mái hố móng thủy điện

c, Sạt mái dốc do quá cao

d, Sạt núi do nổ mìn

Hình 1.6: Một số nguyên nhân sạt trượt do yếu tố con người
Làm thay đổi điều kiện địa chất thuỷ văn do xây dựng đập, hồ chứa nước lớn:
Khi làm thuỷ điện, thuỷ lợi, việc xây dựng các đập, hồ chứa đã ảnh hưởng rất lớn đến
môi trường địa chất tự nhiên, trong đó có ảnh hưởng đến sự chuyển dịch của đất đá
trên bờ dốc (hình 1.7). Ảnh hưởng này có thể được giải thích theo nhiều nguyên nhân:


Khi bị ngập nước, độ ẩm của đá tăng nên trọng lượng khối trượt cũng tăng.
Đồng thời các đặc trưng cơ học của đá đều giảm, làm độ bền và nhất là độ bền


12

chống cắt của đá giảm đi. Do bị ngập nước, khối trượt sẽ chịu sức đẩy

Archimède, làm giảm thành phần lực giữ ổn định bờ dốc.


Do mực nước ngầm tăng lên khi xây dựng đập và hồ chứa, làm áp lực thuỷ
động của nước tăng lên. Thường mực nước ngầm tăng khoảng từ 20 tới 60m.



Sự dao động của mực nước ngầm làm thay đổi trạng thái của đá và áp lực
nước lỗ rỗng trong chúng. Ở nước ta, khi xây dựng hồ chứa cho nhà máy thuỷ
điện Hoà Bình, người ta cũng phát hiện thấy sự trượt đổ của các khối đá vôi có
thể tích hàng trăm m3 từ các bờ dốc trong khu vực xây dựng.

Hình 1.7: Sạt mái ta luy thủy điện
Qua các nguyên nhân trên, ta nhận thấy trong thời điểm hiện nay nguyên
nhân chủ yếu gây ra các vụ sạt trượt mái dốc là do yếu tố chủ quan của con
người gây ra. Các yếu tố khách quan gây ra sạt trượt đều xảy ra trong thời gian
dài, biến đổi từ từ. Nhưng các hoạt động của con người tác động vào tự nhiên
một cách ồ ạt, các công trình được thi công nhanh chóng đã gây ra các tác động
trực tiếp như tăng tải trọng lên mái dốc, tạo các chấn động lớn trong môi
trường… các tác động này đã trực tiếp làm mất ổn định các mái dốc tự nhiên
cũng như nhân tạo gây ra nhiều sự cố đáng tiếc.
1.1.4. Vấn đề mất ổn định mái dốc đá trong xây dựng
Trong quá trính phát triển của con người luôn gắn liền với các hoạt động xây
dựng. Các hoạt động này tác động trực tiếp vào môi trường tự nhiên từ đó hình


13

thành nên các mái dốc nhân tạo. Các hoạt động này tạo ra các nguyên nhân chính

gây ra mất ổn định mái dốc như gây đọng nước trên bề mặt gây các chấn động do
hoạt động nổ mìn, xây hồ chứa.
Thực tế hiện nay, rất nhiều hiện tượng sạt trượt triền đá, lở mái dốc đá trên thế
giới cũng như ở Việt Nam gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Việt Nam
đứng thứ 7 trong số 75 quốc gia chịu thiệt hại nặng nề nhất dựa trên GDP. Theo đó
phần trăm tổng diện tích chịu rủi ro là 33.2%, phần trăm dân số trong diện tích chịu
ảnh hưởng của rủi ro là 75.7%, và phần trăm của GDP trong diện tích chịu rủi ro là
89.4%. Cũng theo thống kê, thể tích các khối trượt hàng năm trên đường giao thông
sau mỗi mùa mưa ở Việt Nam lên đến hàng trăm nghìn mét khối, không chỉ phá
hủy đường giao thông mà còn làm chết khoảng 30 người mỗi năm. Một số ví dụ
điển hình như:
1.1.4.1 Sạt lở mái taluy đường
Tại Hòa Bình, trong vụ sạt lở quốc lộ 6 tháng 02/2012 uớc tính khoảng 2 vạn
mét khối đất đá đã vùi lấp 200m đường, làm tê liệt tuyến giao thông huyết mạch nối
Hà Nội với các tỉnh Tây Bắc, 2 người tử nạn, 3 căn nhà của dân bị san phẳng.
Nguyên nhân chính trong sự cố sạt lở này là do mưa lớn tăng độ ẩm của đất đá giảm
khả năng chống cắt của đất cũng như của đá (Hình 1.8 a).
Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Tây đoạn Đắk Rông - Thạnh Mỹ từ Km250T
đến Km510T đi qua các tỉnh Quảng Trị, Thừa Thiên-Huế, Quảng Nam dài khoảng
250Km. Sau khi thi công và hoàn thành vào năm 2005 đến nay đã và đang diễn ra
hiện tượng sụt, trượt mái taluy hết sức mãnh liệt và phức tạp. [3]
Theo thống kê của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT tháng 11/2007 trên
đoạn có khoảng 140 điểm sụt trượt các loại. (Hình 1.8 c). Trong số140 điểm thống
kê được có 122 điểm sụt lở taluy dương, 13 điểm sụt lở taluy âm, 05 điểm sụt lở cả
taluy dương và taluy âm, có 138 điểm có khối lượng trên 1000m3, 38 điểm có khối
lượng > 10.000 m 3. Hàng năm, trên tuyến xảy ra trung bình khoảng 30 đến 40 điểm
sụt và trượt đất có qui mô vừa và lớn (>10.000 m3), hàng trăm điểm sụt qui mô nhỏ


14

với khối lượng hàng chục vạn khối đất đá, mỗi năm lại phát sinh các điểm sụt khác
nhau. [3]

a, Sạt lở đường 6 – Hòa Bình

b, Sạt lở đường Hạ Long

c, Sạt lở đường Hồ Chí Minh

Hình 1.8: Các ví dụ sụt lở mái dốc
Các dạng phá hoại chủ yếu của ta luy gồm: trượt đất, sụt lở đất đá, xói sụt đất
đá, đá đổ đá lăn. Trong các dạng sự cố trên, sự cố sụt lở đất đá là thường xuyên xảy
ra nhất. Nguyên nhân chủ yếu gây ra các sự cố trên do quá trình thay đổi độ ẩm và
mực nước ngầm khi vào mùa mưa. Đồng thời với đó là do các hoạt động thi công
nổ mìn làm đường tạo sóng chấn động ảnh hưởng tới độ bền vững của khối đá. Các
vết nứt trong đá phát triển thêm. Các giải pháp đưa ra chủ yếu đáp ứng yêu cầu
thoát nước nhanh, không làm nước đọng trên về mặt mái dốc. Cùng với đó là sử
dụng các biện pháp gia cố, giữ chặt các khối đá.