NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI BỜ KÊNH VĂN PHONG BÌNH ĐỊNH Ở CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT KHÁC NHAU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LÊ THÀNH CÔNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI BỜ
KÊNH VĂN PHONG - BÌNH ĐỊNH Ở CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA
KỸ THUẬT KHÁC NHAU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LÊ THÀNH CÔNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI BỜ
KÊNH VĂN PHONG - BÌNH ĐỊNH Ở CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA
KỸ THUẬT KHÁC NHAU

Chuyên ngành

: Xây dựng công trình thủy

Mã số

: 60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Nguyễn Văn Hoàng
2. PGS. TS Nguyễn Cảnh Thái

Hà Nội – 2011


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS. TS Nguyễn Văn Hoàng,
người đã hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho
luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Cảnh Thái, người đã hướng
dẫn trực tiếp và có nhiều đóng góp quan trọng cho luận văn.
Tác giả xin cảm ơn các thầy, cô giáo ở Trường Đại học Thủy lợi, Khoa
Công trình, Khoa sau đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và
nghiên cứu.
Tác giả xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Công ty, Viện Thủy Công đã tạo
điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận
văn.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Gia đình và những người thân.
Do thời gian có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh
được những thiếu sót, rất mong được các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp quan
tâm góp ý để tác giả có thêm kiến thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

Hà nội, ngày tháng năm 2011
Tác giả luận văn

Lê Thành Công

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

1

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI BỜ
KÊNH VĂN PHONG - BÌNH ĐỊNH Ở CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ
THUẬT KHÁC NHAU

Mục lục
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5
CHƯƠNG I ....................................................................................................... 8
NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC HỒ CHỨA, SÔNG VÀ BỜ KÊNH
........................................................................................................................... 8

1.1. Phân loại trượt lở .................................................................................... 8
1.2. Một số nghiên cứu trên thế giới ........................................................... 11
1.3. Một số nghiên cứu trong nước ............................................................. 16
1.4. Một số biện pháp gia cố mái dốc của các công trình thuỷ lợi .............. 21
CHƯƠNG II .................................................................................................... 23
ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH, KHÍ TƯỢNG-THỦY VĂN, ĐỊA CHẤT CÔNG
TRÌNH KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................................... 23
2.1. Hệ thống kênh chính Văn Phong.......................................................... 23
2.2. Điều kiện địa hình và thủy văn............................................................. 23
2.3. Đặc điểm lưu vực và điều kiện khí tượng ............................................ 27
2.3. Đặc điểm địa chất ................................................................................. 30
2.4. Điều kiện địa chất công trình ............................................................... 30
2.4. Điều kiện địa chất thủy văn .................................................................. 49
2.5. Khả năng suy giảm chỉ tiêu cơ lý đất ................................................... 50
CHƯƠNG III................................................................................................... 54
GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI BỜ KÊNH VĂN PHONG - BÌNH ĐỊNH Ở
CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC NHAU .................................................................. 54
3.1. Yêu cầu công trình đối với kênh dẫn chính Văn Phong....................... 54
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

2

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

3.2. Phương pháp Bishop phân tích ổn định trượt mái dốc......................... 56

3.3. Độ ổn định trượt mái dốc kênh Văn Phong ở các điều kiện khác nhau60
3.3.1. Điều kiện đất có độ ẩm tự nhiên, không có nước ngầm ................ 62
3.3.2. Điều kiện đất có độ ẩm bão hoà, không có nước ngầm ................ 63
3.3.3. Điều kiện đất có độ ẩm bão hoà, có nước ngầm............................ 66
3.3.4. Trường hợp có lớp đất cao lanh ở Km7-Km8 ............................... 68
3.4. Đề xuất giải pháp đảm bảo ổn định trượt mái dốc kênh Văn Phong ... 68
3.5. Phân tích tính toán các trường hợp thiết kế đặc trưng ......................... 83
CHƯƠNG IV .................................................................................................. 91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 91
4.1. Kết luận ................................................................................................ 91
4.2. Kiến nghị .............................................................................................. 92
Danh dách bảng:
Bảng 1. Phân loại trượt của ban nghiên cứu đường giao thông Mỹ ............... 10
Bảng 2. Đặc trưng địa hình tuyến kênh .......................................................... 27
Bảng 3. Vận tốc gió theo tần suất và theo hướng ........................................... 29
Bảng 4. Đặc trưng cơ lý các lớp đất nền tuyến kênh chính Văn Phong ......... 36
Bảng 5. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2a1 ...................................... 39
Bảng 6. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2a2 ...................................... 40
Bảng 7. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2.......................................... 41
Bảng 8. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2b........................................ 42
Bảng 9. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3.......................................... 43
Bảng 10. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3a ...................................... 44
Bảng 11. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5a ...................................... 45
Bảng 12. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5 ........................................ 45
Bảng 13. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý trung bình của các lớp đất................... 46
Bảng 14. Tổng hợp các chiều dày của các lớp đất .......................................... 46
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1

Luận văn thạc sĩ

3

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Bảng 15. Bảng thống kê các thông số kỹ thuật thiết kế các đoạn kênh Văn
Phong ............................................................................................................... 55
Bảng 16. Các chỉ tiêu cơ lý trung bình Min, TB, Max của các lớp đất .......... 62
Bảng 17. Tổng hợp Fs các trường hợp phân tích tính toán (mái dốc 1:1) ...... 68
Bảng 18. Các lớp đất có chỉ tiêu cơ lý nhỏ hơn TB của tất cả các lớp đất ..... 70
Bảng 19. Bảng các dạng mặt cắt có mái dốc có hệ số ổn định có thể dưới 1,15
......................................................................................................................... 70
Bảng 20. Bảng các dạng mặt cắt có mái dốc có hệ số ổn định có thể dưới 1,15
......................................................................................................................... 73
Bảng 21. Tổng hợp Fs các trường hợp phân tích tính toán khi hạ mái dốc từ
1:1 xuống 1:1,5................................................................................................ 76
Bảng 22. Tổng hợp Fs các trường hợp phân tích tính toán sau xử lý bằng
khoan phụt vữa xi măng đất ............................................................................ 78
Bảng 23. Tổng hợp Fs các trường hợp phân tích tính toán sau xử lý bằng bằng
phương pháp đóng cọc tre ............................................................................... 81
Danh sách hình:
Hình 1. Đặc điểm sườn dốc khu vực trường St. Hild ..................................... 12
Hình 2. ảnh sườn dốc khu vực trường St. Hild. .............................................. 12
Hình 3. Phát triển trượt trong phiến sét Curaracha ở Đông Culebra, kênh đào
Panama (P.B. Attewell & W. Farmer, 1975) .................................................. 13
Hình 4. Quan hệ giữa tốc độ trườn và độc dốc của sét bờ biển N. Yorks
(Courchée, 1970) ............................................................................................. 15
Hình 5. Mặt cắt địa chất khái quát khu vực trượt thung lũng sông Piave

thượng lưu đập Vayont−Ytaly (V.Đ.Lômtađze, 1977) ................................... 15
Hình 6. Bản đồ tuyến kênh chính Văn Phong ................................................. 25
Hình 7. Địa hình dọc tuyến kênh .................................................................... 26
Hình 8. Một số mặt địa chất cắt dọc tuyến kênh ............................................. 34
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

4

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Hình 9. Khối lượng riêng tự nhiên các lớp đất ............................................... 47
Hình 10. Góc ma sát trong các lớp đất ............................................................ 47
Hình 11. Lực dính các lớp đất ......................................................................... 48
Hình 12. Độ bão hòa các lớp đất ..................................................................... 48
Hình 13. Tỷ lệ khe hở...................................................................................... 49
Hình 14. Biến thiên hệ số dính và góc ma sát theo độ ẩm .............................. 51
Hình 15. Quan hệ giữa khối lượng thể tích trạng thái tự nhiên và bão hòa .... 51
Hình 16. Quan hệ giữa độ dính trạng thái tự nhiên và hiệu giữa độ dính trạng
thái tự nhiên và trạng thái bão hoà .................................................................. 52
Hình 17. Quan hệ giữa góc ma sát trong trạng thái tự nhiên và bão hoà........ 52
Hình 18. Mặt cắt ngang kênh đại diện ............................................................ 56
Hình 19. Sơ đồ minh hoạ phương pháp Bishop lát cắt đơn giản .................... 57
Hình 20. Minh họa kết quả tính theo Geostudio: tính chất cơ lý bất lợi nhất,
độ ẩm tự nhiên ................................................................................................. 62
Hình 21. Ổn định trượt mái dốc kênh: tính chất cơ lý bất lợi nhất, độ ẩm tự

nhiên ................................................................................................................ 63
Hình 22. Ổn định trượt mái dốc kênh: tính chất cơ lý TB, đất bão hòa ......... 64
Hình 23. Ổn định trượt mái dốc kênh: tính chất cơ lý TB nhỏ nhất, đất bão
hòa ................................................................................................................... 65
Hình 24. Ổn định trượt mái dốc kênh: tính chất cơ lý TB, có nước ngầm trong
taluy kênh ........................................................................................................ 66
Hình 25. Ổn định trượt mái dốc kênh: tính chất cơ lý TB nhỏ nhất, có nước
ngầm trong taluy kênh ..................................................................................... 67
Hình 26. Thí dụ bố trí trụ trộn khô:................................................................. 77

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

5

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
Hiện nay trong quá trình phát triển, các nhu cầu xã hội ngày càng cao, nhu
cầu trong phục vụ sản xuất cũng ngày càng tăng rõ rệt. Trong công cuộc hiện
đại hóa và phát triển nông thôn, các hệ thống công trình thủy lợi đang được
đầu tư xây dựng và nâng cấp ngày càng nhiều nhằm mục đích phục vụ tốt hơn
cho công tác sản xuất. Các công trình như hồ, đập được nâng cấp sửa chữa,
xây mới. Đi cùng với việc xây mới các đập, hồ chứa là việc xây dựng các hệ
thống kênh dẫn nước tưới, kênh tiêu chống úng.

Tuy nhiên do quá trình phát triển với tốc độ nhanh, mức độ quan trọng
của các công trình trong một số trường hợp đã không được xét đến 1 cách đầy
đủ và chưa đưa ra được các đánh giá mức độ nguy hiểm nhất của các trường
hợp công trình, khả năng xấu nhất có thể xảy ra gây lãng phí trong đầu tư xây
dựng, không đảm bảo yêu cầu về mục đích sử dụng và có thể gây nguy hiểm
cho tài sản và tính mạng con người.
Kênh chính thuộc hệ thống tưới Văn Phong nằm trong dự án đầu tư hợp
phần khu tưới Văn Phong của dự án thủy lợi Hồ chứa nước Định Bình, tỉnh
Bình Định. Mục tiêu của kênh Văn Phong là: Xây dựng mới kênh chính Văn
Phong, các công trình trên kênh và hệ thống kênh để dẫn nước được điều tiết
từ hồ Định Bình về tưới cho 10.336ha. Chiều dài của tuyến kênh là hơn 34
km và một bên bờ kênh có thiết kế xây dựng đường giao thông. Tuyến kênh
có chiều dài rất lớn và qua nhiều khu vực có điều kiện địa hình, thủy văn và
địa chất khác nhau. Đánh giá đúng điều kiện địa kỹ thuật trên toàn tuyến
kênh, xác định được các đặc thù về điều kiện thủy văn, địa chất công trình,
các tính chất cơ học của đất, điều kiện nước ngầm… là yêu cầu không thể
thiếu nhằm phân tích đánh giá ổn định kênh trong quá trình thi công đào đắp
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

6

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

và phục vụ việc đưa ra các giải pháp thiết kế cho từng điều kiện cụ thể. Hơn
nữa đáy kênh ở cốt cao từ 15,5m đến 22,5m trong khi đó địa hình mặt đất tự

nhiên trung bình khoảng 26m nên nhiều đoạn góc sườn dốc của đê cùng với
mặt đất tự nhiên sẽ tương đối lớn.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, đề tài góp phần đánh giá các khả năng
nguy hiểm có thể xảy ra trong quá trình thi công xây dựng và trong quá trình
hoạt động của công trình, từ đó đề ra giải pháp giúp sửa chữa, khắc phục
nhằm nâng cao khả năng ổn định của bờ kênh, đáp ứng được yêu cầu phòng
chống lũ, yêu cầu truyền tải nước cũng như yêu cầu giao thông trên bờ kênh.
Từ đó tập trung đi sâu nghiên cứu ổn định mái, các trường hợp nguy hiểm có
thể xảy ra mà trong thiết kế đã chưa xét đến một cách đầy đủ nhằm nâng cao
khả năng an toàn ổn định cho hệ thống kênh. Điều này hết sức có ý nghĩa
khoa học và mang tính thực tiễn.
Mục đích nghiên cứu: Để có biện pháp công trình hợp lý trong thi công xây
dựng tuyến kênh, tuyến kênh được xây dựng có độ ổn định đạt tiêu chuẩn.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Xác định các đặc thù về điều kiện địa chất công trình tuyến kênh: các
lớp đất, các điều kiện lớp đất trong quá trình thi công, đưa vào sử dụng, các
điều kiện gây bão hòa các lớp đất;
- Xác định độ ổn định về trượt mái dốc tuyến kênh ở các điều kiện khác
nhau phục vụ thiết kế trong điều kiện quá trình thi công, trong quá trình đưa
vào sử dụng;

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

7

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- Đề xuất các giải pháp nhằm ổn định mái dốc trong quá trình thi công và
ổn định lâu dài của kênh dựa trên ứng dụng các biện pháp xử lý công nghệ
tiên tiến cũng như biện pháp truyền thống.

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

8

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC HỒ CHỨA, SÔNG VÀ BỜ
KÊNH
Hiện tượng trượt lở mái dốc là hiện tượng nổi bật nhất đối với các công
trình hồ chứa và kênh thủy lợi cũng như mái dốc đường giao thông, bờ sông,
bờ biển... Phân tích đánh giá ổn định sườn dốc vì vậy được đặc biệt quan tâm
trong thiết kế các công trình này. Đặc biệt hiện tượng trượt lở sườn dốc các
công trình thủy lợi liên quan rất chặt đến chế độ dao động mực nước gây bất
lợi về điều kiện thủy lực và suy giảm chỉ tiêu cơ lý đất dẫn đến trượt lở bờ.
Hơn nữa, theo Quyết định số 2869/QĐ-BNN-XD ngày 28 tháng 9 năm
2007 của Bộ trưởng Bộ NN và PTNT phê duyệt DAĐT Hợp phần khu tưới
Văn Phong Dự án Hồ chứa nước Định Bình tỉnh Bình Định. Kênh chính Văn
Phong được thiết kế với 2 bên bờ kênh có bề rộng bờ trái là 2m; bờ phải rộng

6m (theo chiều dòng chảy) kết hợp đường giao thông. Đường giao thông sẽ là
trục giao thông liên huyện nối giữa các huyện Phù Cát, Tây Sơn An Nhơn của
Tỉnh Bình Định và sẽ là tuyến đường giao thông quan trọng. Bờ kênh 6m là
tuyến đường giao thông liên huyện theo phân cấp đường bộ theo tiêu chuẩn
thiết kế đường giao thông 4054 - 2005 là tuyến đường cấp IV: 2 làn đường
không có làn xe riêng, xe đạp và xe thô sơ đi bên lề phần gia cố. Như vậy tải
trọng lên mặt đường bên kênh là rất lớn, theo tiêu chuẩn 22TCN-18-79 ta
được tải trọng quy đổi H13≈2t/m2, có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định trượt của
mái kênh.
1.1. Phân loại trượt lở
Trượt lở có nhiều loại và có nhiều phương pháp phân loại trượt khác nhau
có thể trình bày như sau (Trần Trọng Huệ, 2011) :
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

9

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- Phương pháp phân loại Pavlôv P (1903) phân chia trượt ra: trượt lôi kéo và
trượt xô đẩy. Trượt lôi kéo là trượt mà sự dịch chuyển đất đá thường bắt đầu ở
phần dưới của sườn và sau đó phát triển vào đất đá đã bị mất điểm tựa nằm ở
phía trên. Trượt xô đẩy thì sự dịch chuyển của đất đá được bắt đầu ở phần trên
của sườn, sau đó tác động và xô đẩy đất đá nằm bên dưới.
- Phương pháp phân loại Bogđanovits K. I. (1911) chia ra trượt bậc một,
phát sinh trong đất đá chưa hề bị dịch chuyển và trượt bậc hai, xuất hiện trong

thân trượt được thành tạo từ trước.
- Phương pháp phân loại Maxlôv N. N. (năm 1955) phân loại trượt theo
dạng phá huỷ độ ổn định của sườn dốc và mái dốc.
- Phương pháp phân loại của Ban nghiên cứu đường giao thông Mỹ
(1958) phân chia trượt theo loại dịch chuyển đất đá và thành phần của nó.
- Phương pháp phân loại trượt theo tốc độ dịch chuyển (K. Sarp và Ê.
Êkkel năm 1960) phân loại trượt theo tốc độ dịch chuyển thành 7 cấp, trong
đó cấp thấp nhất là cực chậm (có tốc độ dịch chuyển nhỏ hơn 0,06m/năm),
cấp lớn nhất là cực nhanh (có tốc độ dịch chuyển lớn hơn 3m/s)
- Phương pháp phân loại trượt của Lômtađze V. Đ. (1970) phân loại theo
dạng, phương thức, đặc điểm dịch chuyển của các khối đất đá, tức là cơ chế
của hiện tượng. Để nhận xét và đánh giá đầy đủ hơn mỗi một hiện tượng
trong bảng phân loại có bổ sung thêm ba dấu hiệu cơ bản, cho phép xét tới
nguyên nhân phá huỷ cân bằng các khối đất đá, động lực phát triển hiện tượng
và quy mô của nó.
- Phân loại trượt lở theo thể tích khối trượt (theo Lomtadze V.D.,1997 và
Đỗ Tuyết bổ sung 1999) thành 5 cấp từ nhỏ (thể tích dưới 200m3) đến cực
lớn (lớn hơn 1 triệu m3)
- Phân loại trượt lở theo chiều sâu mặt trượt (F. P. Xavarensky, 1934)
thành 4 loại: bề mặt (<1m), nông ( 1-5m), sâu (5-20m) và rất sâu (> 20)
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

10

Trong các loại phân loại trượt thì phân loại trượt của ban nghiên cứu đường
giao thông Mỹ sẽ phù hợp nhất đối với trượt bờ kênh. Phân loại trượt theo
phương pháp này thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1. Phân loại trượt của ban nghiên cứu đường giao thông Mỹ
Kiểu dịch

Dạng đất đá

chuyển
Đất đá đổ
Trượt

Cứng

Không cứng

Đất đá đổ cứng

Đất đá đổ không cứng

Phẳng

Quay

Phẳng

Một số ít tảng
lớn

Trượt quay

Quay
Trượt khối

Cắt khối tảng

tảng
Trượt đất

Nhiều bộ phận

Trượt đá

phủ

riêng biệt

cứng

Trượt nén
trồi
Đất đá bở rời

Mảnh
Chảy

vụn đá

Cát

Đất bụi

cứng

Trầm tích
hỗn hợp

Đất dẻo

Sụt lở
Khô

Sụt lở đá
vụn

Sụt lở cát

hoàng thổ
Trôi chảy

Tuôn ồ ạt

Trôi chảy
chậm

nhanh

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

11

Ướt
Hỗn hợp

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Chảy của cát hoặc đất

Chảy đất

bụi (biến lỏng)

phủ

Dòng bùn

Kết hợp các loại đất hoặc các loại dịch chuyển

Trong các kiểu dịch chuyển được phân loại này thì trượt quay theo
cung là điển hình đối với sườn dốc kênh thủy lợi.
1.2. Một số nghiên cứu trên thế giới
Từ trước đây rất lâu trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu tập trung vào
lĩnh vực này. Marsland (Roland Berkeley Thorn, 1966) cho rằng cần phải
nghiên cứu các kiểu loại phá hoại đê và nền móng đê dễ xảy ra để đánh giá

mức độ ổn định của đê trong các điều kiện lũ lụt. Tác giả đã tiến hành nghiên
cứu tổng quan sự hủy hoại của đê ở khu vực Kent và Essex và cho thấy các
dạng hủy hoại chủ yếu là:
− Trượt hoặc lở đất bờ do dòng chảy ngầm;
− Lở một phần hoặc toàn bộ bờ đê do áp lực nước trong các lớp đất thấm
nước nằm dưới đê;
− Phần nền đê là đất phù sa yếu bị quá tải bởi thân đê cao gây ra trượt sâu.
Lynn (1973) thực hiện nghiên cứu hai khu vực trượt lở khu vực bờ sông
Wear, một khu vực tại trường St. Hild và khu vực còn lại cạnh đường giao
thông. Phần trên của mặt cắt là sét, bùn, cát và sạn sỏi có chiều dày tới trên
30m (ở khu vực sườn dốc thoải) và giảm xuống 20m (ở phần sườn dốc dốc
gần bờ sông) . Phía dưới là nền cát kết. Kết quả quan trắc cho thấy trượt xảy
ra với vận tốc khoảng 5mm/năm. Bằng các phân tích tính toán cơ học đất và
công tác quan trắc thực tế tác giả đã xác định được các mặt trượt và các chỉ
tiêu cơ lý hữu hiệu của đất (giá trị nhỏ nhất sau khi trượt) là φ' r =11o và độ
dính c' r =0kN/m2. Nguyên nhân dẫn đến trượt là sự phân bố lại áp lực nước lỗ
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

12

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

rỗng là giảm các chỉ tiêu bền vững của đất và sự việc đào khai thác than khu
vực chân sườn dốc. Từ đó đề xuất và tiến hành các biện pháp gia cố bằng
cách hạ thấp mực nước ngầm và đắp gia cố chân sườn dốc. Sự mất ổn định

khu vực bờ sông tương tự cũng xảy ra trong khoảng thời gian 1965-1966 ở
khu trường St. Hild sau mùa đông có mưa lớn (Hình 1 và Hình 2) .

Hình 1. Đặc điểm sườn dốc khu vực trường St. Hild

Hình 2. ảnh sườn dốc khu vực trường St. Hild.

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

13

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Kết quả phân tích và quan trắc cho giá trị cực đại của góc ma sát trong là

φ' p =23,4o và độ dính c' p =12,4kN/m2 và giá trị cực tiểu (sau khi trượt) là
φ' r =11,7o và độ dính c' r =0kN/m2.
Đất phần trên của mặt cắt, đặc biệt ở sườn dốc bờ sông thay đổi tính chất
cơ lý do sự phong hóa vật lý và cơ học dưới tác dụng của sự thay đổi mạnh
mẽ nhiệt độ và độ ẩm (Courchée, 1970) . Cũng theo tác giả các kết quả thí
nghiệm cho thấy đất sườn dốc bị trườn xuống theo cơ chế cắt dưới tác dụng
của trong lực τ=γzcosαsinα (τ-ứng suất cắt, γ-khối lượng riêng của đất, z-độ
sâu tính từ mặt đất, α-góc nghiêng sườn dốc) .
Một thí dụ lịch sử về trượt lở tại Đông Culebra trên kênh đào Panama nằm
trên nền phiến sét Curaracha được mô tả từ tháng 3 năm 1911 đến tháng 3

năm 1969 trên Hình 3 dưới đây.

Hình 3. Phát triển trượt trong phiến sét Curaracha ở Đông Culebra, kênh
đào Panama (P.B. Attewell & W. Farmer, 1975)
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

14

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Nguyên nhân dẫn đến trượt lở ở khu vực này là sự giảm dần sức bền hữu
hiệu (góc ma sát trong và độ dính) của phiến sét do sự giảm áp lực nước khe
nứt lỗ hỗng do nước nước ngầm được thoát về sông nhờ mực nước ngầm
trong chúng luôn cao hơn mực nước kênh Panama.
Qua thí dụ này, cũng như nhiều minh chứng và lập luận khác trong phần
này, có thể thấy rằng quá trình phá hủy bờ sông xảy ra chủ yếu bởi trượt lở.
Đây là quá trình trọng lực nhằm thiết lập thế cân bằng mới. Trong trường hợp
các thông số sức bền của sườn dốc, bờ sông không thay đổi thì các quá trình
trượt lở sau đó xảy ra do sự thay đổi hình học cấu trúc sườn dốc. Chế độ dòng
chảy của sông trong trường hợp này đóng vai trò quan trọng, cụ thể là xói
mòn chân sườn dốc và lôi cuốn vật liệu trượt lở xuống phía hạ lưu. Vì vậy
phương pháp luận và phương pháp đánh giá trượt lở bờ sông chủ yếu là sự kết
hợp của phương pháp luận và phương pháp đánh giá trượt lở sườn dốc, vận
chuyển vận liệu của dòng chảy và sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của đất đá bờ
sông.

Các thí nghiệm đối với đất sét tại bờ biển ở vịnh Robin Hood, bờ biển N.
Yorks, nước Anh tác giả có quan hệ giữa tốc độ trườn và độ dốc (tương ứng
với ứng suất cắt) trên Hình 4.

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

15

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Hình 4. Quan hệ giữa tốc độ trườn và
độc dốc của sét bờ biển N. Yorks
(Courchée, 1970)
Trục hoành dưới: Ứng suất cắt (kN/m2)
Trục hoành trên: góc dốc sườn (độ)
Trục tung: tốc độ trườn (10-2mm/ngày)

Nguyên nhân trượt do sự dao động của mực nước sông-hồ cùng sự giảm
độ bền của đất đá được minh họa bằng khối trượt 240 triệu m3 ngày 9 tháng
10 năm 1963 phía thượng lưu đập vòm Vayont cao 165,5m xây xong năm
1960 tại thung lũng Piave, Ytaly (V.Đ. Lômtađze, 1977) . Thung lũng cấu tạo
bởi đá vôi phân lớp, đá macnơ phân lớp mỏng xen kẹp sét nằm dưới lớp phủ
Đệ Tứ. Đá vôi bị chia cắt bởi nhiều hệ thống khe nứt và có hướng cắm dốc về
phía dòng sông và chứa nhiều đới vụn nát kiến tạo (Hình 5) . Đây là những
điều kiện thuận lợi cho quá trình trượt.

Hình 5. Mặt cắt địa chất khái quát khu vực trượt thung lũng sông Piave
thượng lưu đập Vayont−Ytaly (V.Đ.Lômtađze, 1977)
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

16

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Có thể nêu thí dụ trượt lở trên đoạn dài 630m với khối lượng trượt 20
triệu m3 đất đá tại khu vực hợp lưu sông Zeravsan và Fanđaria−Tađjikixtan
(Liên Xô cũ) vào 24 tháng 4 năm 1964 minh họa nguyên nhân trượt do giảm
độ bền của các sản phẩm phong hóa trên sườn dốc do bị ẩm ướt, sự cắt xén
chân sườn dốc tới độ cao 14-20m để xây dựng đường giao thông và chấn
động cường độ cấp 4 (V.Đ. Lômtađze, 1977) .
1.3. Một số nghiên cứu trong nước
Sau trận lũ lịch sử năm 1999 các sông khu vực miền Trung nói chung và
sông Trà Khúc-Quảng Ngãi nói riêng đã xảy ra trượt lở mạnh mẽ. Dọc sông
Trà Khúc đoạn từ đập Thạch Nham đến hạ lưu cầu Trà Khúc hàng loạt vị trí
trwjt lở đã xảy ra, có những đoạt sông trượt lở trên suốt chiều dài hàng trăm
mét, thậm chí có nơi đường giao sông được kè bê tông dày kiên cố sát sông
cũng bị trượt xé kè (Nguyễn Trọng Yêm, 2001) .

Trượt bờ trái sông Trà Khúc-thôn Thống Nhất-xã Tịnh Ấn Tây-huyện Sơn
Tịnh-Quảng Ngãi (Nguyễn Trọng Yêm, 2001)

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

17

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Trượt taluy TL623C bờ phải sông Trà Khúc-TP. Quảng Ngãi (Nguyễn
Trọng Yêm, 2001)
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài thì các yếu tố gây trượt lở là:
- Nhìn chung đất hai bên bờ sông là loại sét pha, cát pha và cát thuộc loại
dễ bị xói mòn do dòng chảy và có các chỉ tiêu kháng cắt thấp.
- Đất đá bên bờ sông phần trên mực nước sông dưới tác dụng của các yếu
tố khí hậu như mưa, nắng, gió, chênh lệch nhiệt độ ngày đêm và mùa trong
năm nên thường xuyên bị thay đổi trạng thái độ ẩm dẫn đến co ngót và nở làm
hình thành các khe nứt tách nở;
- Đất sườn dốc của bờ sông thông thường ít được phủ bởi lớp thảm thực
vật nên đặc biệt dễ bị ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng;
- Khu vực lân cận sát bờ sông thường có biến đổi về dòng chảy ngầm
mạnh mẽ do dao động của mực nước sông, chẳng hạn vào mùa khô hạn
gradient dòng ngầm chảy ra sông ở gần sông lớn hơn nhiều so với các khu
vực xa sông;
- Mưa làm tách các hạt đất khỏi bề mặt sườn dốc hoặc làm tan vỡ các khối
đất, cũng như dòng nước mặt chảy tràn xuống sông làm sói mòn bề mặt đất
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

18

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

sườn sông hoặc dưới những điều kiện nhất định sẽ tạo ra các rãnh cắt vào bờ
sông điều dễ dẫn đến sụt lở các khối đất giữa các rãnh này;
- Phần sườn bờ sông chịu tác động của sóng nước và dòng bị thay đổi (tốc
độ xói mòn lớn, sức bền của đất giảm nhanh nhất...) làm cho sườn bị mất cân
bằng dẫn đến phá hủy mà điển hình là trượt đất;
- Dòng nước sông luôn lôi cuốn các trầm tích lòng sông, đặc biệt khi vận
tốc dòng chảy lớn khối lượng trầm tích cũng như kích thước hạt trầm tích bị
cuốn trôi sẽ lớn hơn và có thể tạo nên sự mất cân bằng bờ sông gây nên phá
hủy nó.
Tác giả Nguyễn Văn Hoàng và Nguyễn Quốc Thành (2007) đã nghiên cứu
đánh giá mối tương quan giữa dao động của nước sông Hồng mùa lũ và nước
ngầm phía trong đê khu vực Đan Phượng-Hà Nội và vai trò của sự gia tăng áp
lực nước ngầm đến sự mất ổn định nền đê sông Hồng từ hiện tượng bùng
nhùng nền đê đến bục vỡ nền.
Tác giả Thiềm Quốc Tuấn và nnk (2008) trong nghiên cứu hiện tượng
trượt lở bờ sông Sài Gòn đã kết luận các yếu tố dẫn đến trượt lở bờ sông ở
đây là đất bờ sông thuộc loại yếu với sức chống cắt rất thấp (góc ma sát trong
TB 4o49’, lực dính kết TB 0.057kG/cm2, xâm thực bờ sông do dòng chảy, quá
trình tẩm ướt đất tăng trọng lượng khối đất trên bờ dốc, kèm theo sự giảm độ
bền các chỉ số kháng cắt, tác động của áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh, thủy

động và các hoạt động nhân sinh liên quan.
Tác giả Nguyễn Cảnh Thái và Lương Thị Thanh Hương đã sử dụng thuật
toán tối ưu tìm kiếm mặt trượt nguy hiểm nhất theo phương pháp Monte
Carlo theo hai bước: a) xác định hệ số an toàn ổn định trượt theo mặt trượt trụ
tròn truyền thống bằng phương pháp Morgenstern-Price (K M-P ) trong phần
mềm Geostudio của Geoslope International, và b) hệ số an toàn ổn định trượt
(K tối ưu ) và hình dạng mặt trượt được xác định theo kỹ thuật tối ưu Monte
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

19

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Carlo từ mặt trượt xác định ở bước trước. Khi mái dốc là đất đồng chất có chỉ
tiêu các lớp vật liệu chênh lệch không lớn, mặt trượt nguy hiểm nhất dạng
cung tròn gần như trùng với mặt trượt tìm được theo phương pháp tối ưu, hệ
số an toàn gần bằng nhau. Khi mái dốc có nền đất yếu được gia tăng độ ổn
định bằng khối phản áp thì mặt trượt tìm được theo phương pháp tối ưu khác
nhiều so với mặt trượt hình trụ tròn: Mặt trượt không ăn sâu xuống nền mà có
xu hướng nông hơn và kéo dài hơn, đặc biệt đoạn mặt trượt nằm dưới tầng
phản áp có xu hướng nằm ngang, sai khác Fs trong trường hợp này lớn, có thể
lên tới 20%.
Tác giả Nguyễn Cảnh Thái và Lương Thị Thanh Hương (2008) đã tiến
hành nghiên cứu ảnh hưởng của ổn định mái dốc trong trường hợp mực nước
trên mái dốc rút nhanh cho thấy Mực nước trên mái của các công trình đất

(đập vật liệu địa phương, đê, kênh, bờ sông…) rút xuống trong quá trình vận
hành là một trong những nguyên nhân chủ yếu làm mất ổn định mái dốc.
Trường hợp mực nước trên mái rút xuống nhanh, hệ số thấm của đất nhỏ khi
đó áp lực kẽ rỗng trong khối đất hầu như không thay đổi so với trước khi
nước rút. Trong khi đó tác dụng phản áp giữ ổn định của khối nước trên mái
mất đi dẫn đến mất ổn định mái. Các tác giả cho biết hiện nay, ở nước ta có
khoảng 2000 hồ chứa nước có dung tích từ 0,2 triệu m3 trở lên. Hầu hết các
đập dâng của các hồ chứa là đập đất. Trong quá trình quản lý, khai thác, vận
hành, có nhiều hồ chứa phải hạ thấp mực nước hoặc tháo cạn hồ qua cống lấy
nước, cống xả đáy, tuy nen... Tháo cạn hồ chứa quá nhanh dẫn đến gây trượt
mái thượng lưu đập đất. Đối với các hệ thống đê sông và bờ sông có mực
nước dao động về mùa lũ rất lớn như sông Hồng, sông Đà, sông Lô, sông
Thái Bình, sông Mã, sông Cả, sông Hương, sông Ba, sông SêrêPok ... Đặc
biệt trên một số sông, dao động mực nước phụ thuộc vào quy trình vận hành
xả lũ của các hồ chứa ở thượng nguồn, khi có lũ về thì hồ xả lũ với lưu lượng
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

20

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

lớn, mực nước sông ở hạ lưu công trình dâng cao, khi ngừng xả lũ thì mực
nước sông rút rất nhanh làm cho mái đê phía sông và các bãi ven sông bị sạt
lở dẫn đến đê có nguy cơ bị vỡ. Trong các hệ thống công trình thuỷ lợi có rất
nhiều kênh tưới, tiêu lớn. Khi yêu cầu về tưới giảm hay lưu lượng tiêu giảm

(hoặc tháo cạn kênh để sửa chữa), mực nước trong các kênh giảm nhanh; đặc
biệt là đối với các kênh của các trạm bơm, khi dừng bơm, mực nước trong
kênh giảm rất nhanh xảy ra hiện tượng sạt trượt bờ kênh.

Sạt trượt mái thượng lưu đập Bản

Mái kênh bị sạt do nước rút (Nguyễn

Chành (Nguyễn Cảnh Thái và Lương

Cảnh Thái và Lương Thị Thanh Hương,

Thị Thanh Hương, 2008)

2008)

Các tác giả khuyến nghị khi phân tích thấm qua thân công trình ở cuối
giai đoạn rút nước nhanh tiến hành theo quan điểm cung tròn mặt trượt của
Bishop với các điều kịên sử dụng:
- Xem khối đất được bao bọc bởi một màng không thấm lý tưởng.
- Dung trọng đất dưới đường bão hoà được tính là dung trọng bão hoà
- Hướng lực tác dụng giữa các dải theo phương ngang (nghĩa là không có lực
cắt giữa các dải) .
- Sử dụng cường độ chống cắt hiệu quả của đất là góc ma sát trong j’ và lực
dính C’ hiệu quả.

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1

Luận văn thạc sĩ

21

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

1.4. Một số biện pháp gia cố mái dốc của các công trình thuỷ lợi
Hình ảnh bờ kênh gia cố bêtông sạt trượt trong quá trình sử dụng
Việc mất ổn định của mái dốc của các sườn dốc rất đáng được quan tâm
khi ta xây dựng các công trình. Sự cố gây ra mất ổn định mái dốc có thể xuất
phát từ nhiều nguyên nhân có thể được tóm lược sau đây:
- Tình trạng quá tải trên mái dốc (do phương tiện giao thông, hi công cơ
giới hay các do tải trọng của công trình)
- Tăng độ dốc mái đắp mà không có sự thoát nước hợp lí
- Phá hủy các loại thực vật trên mái dốc
- Cắt chân của các mái dốc
- Thay đổi tuyến thoát nước mặt
- Thay đổi tuyến thoát nước ngầm
Để ngăn ngừa và bảo vệ sự mất ổn định của mái dốc trong tình trạng kém
ổn định và khả năng xảy ra lở đất, trượt đất có thể xảy ra, mái dốc các công
trình thường được gia cố theo nhiều hình thức khác nhau:
- Tăng độ dốc mái, trồng cỏ để tăng ổn định mái dốc với các công trình
đất.
- Gia cố mái bằng đổ Bêtông nguyên khối mặt.
- Gia cố bằng tấm Bêtông cốt thép lắp ghép.
- Gia cố bằng kết cấu đá xây.
- Gia cố bằng đá hộc xếp hoặc rọ đá.
- Gia cố bằng Bêtông Atphan.
- Gia cố thân mái dốc bằng cột đất xi măng, cọc.

- Gia cố bằng phải địa kỹ thụât.
- Gia cố bằng vữa cát nhựa đường liên kiết với đá.
- Và nhiều biện pháp gia cố khác.
Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1


Luận văn thạc sĩ

22

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Một số hình ảnh gia cố mái các công trình:

Kênh thủy lợi gia cố bằng đổ Bêtông

Gia cố đê bằng đá xếp khan và đá đổ

Gia cố đê bằng đá xếp khan và đá đổ

Gia cố bờ biển Hàm Tiến - Mũi Né

Học viên thực hiện: Lê Thành Công

Lớp cao học 16 c1