Nghiên cứu giải pháp xử lý chống sạt trượt mái đào đập tràn thủy điện sông bung 2

i

LỜI CẢM ƠN
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Phạm Văn Song, người đã dành nhiều thời
gian hướng dẫn và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn.
Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Lê Trung Thành, người đã có
nhiều ý kiến đóng góp quan trọng cho luận văn.
Tác giả xin cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Thủy công , các thầy cô giáo ở khoa
Sau đại học - Trường đại học Thủy Lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức
trong suốt thời gian tác giả học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả chân thành cám ơn lãnh đạo cùng đồng nghiệp trong công ty cổ phần
Đồng Tiến đã hết sức tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian học và
hoàn thành luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình và những người
thân, đã luôn ủng hộ và động viên tác giả hoàn thành luận văn này.
HCM, ngày

tháng
Tác giả

năm 2018


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

TÁC GIẢ

iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................1

2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................3

3.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU...............................................................................3

4.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................3

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .....................................................................................4
1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÍNH SẠT TRƯỢT ĐÃ XẢY RA TRÊN THẾ GIỚ
VÀ VIỆT NAM .......................................................................................................4
1.1.1. Một số sự cố sạt trượt mái đập đã xảy ra trên thế giới. ...........................4
a. Đập OTAKI ( Nhật Bản). ................................................................................4
b. Đập đất Teton (Mỹ). ........................................................................................5
1.1.2. Một số sự cố sạt trượt mái đập đã xảy ra ở Việt Nam. .............................7
a. Thuỷ điện Buon Kuop ( tỉnh Đắk lắk). ...........................................................7

b. Thuỷ điện Hủa Na ( tỉnh Nghệ An). ................................................................ 7
c. Thuỷ điện Đắk Mi 4 ( tỉnh Quảng Nam)..........................................................8
1.2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA MẤT ỔN ĐINH MÁI ĐÀO. .....................8
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC .........................10
1.3.1. Phương pháp cân bằng giới hạn (LEM) .................................................10
1.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) ...................................................17
1.3.3. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc thường dùng hiện nay ............20
1.4. CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG TRÀN ......................27
1.5. KẾT LUẬN ....................................................................................................27
CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ..............................................29
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ...................29
2.1.1. Xây dựng lưới phần tử ............................................................................29
2.1.2. Xấp xỉ chuyển vị ......................................................................................30
2.1.3. Các phương trình cơ bản cho phần tử ....................................................30
2.1.4. Tính toán chuyển vị .................................................................................30


iv

2.1.5. Điều kiện tương thích ..............................................................................31
2.1.6. Hành vi ứng xử của vật liệu ....................................................................31
2.1.7. Điều kiện cân bằng cho phần tử ............................................................. 32
2.1.8. Thiết lập phương trình tổng thể cho cả hệ ..............................................32
2.1.9. Xác định điều kiện biên ...........................................................................33
2.1.10. Giải phương trình tổng thể ...................................................................33
2.2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ...................33
2.2.1. Mô hình vật liệu ......................................................................................35
2.2.2. Mô hình tiếp xúc ......................................................................................38
2.3. XÂY DỰNG BÀI TOÁN MẪU .....................................................................40
2.3.1. Mô hình nghiên cứu ................................................................................40

2.3.2. Kết quả nghiên cứu mô hình ...................................................................41
2.3.3. Lực kéo huy động T trong neo ................................................................ 45
2.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NEO .....................................................48
2.4.1. Ảnh hưởng của chiều cao mái dốc ..........................................................48
2.4.2. Ảnh hưởng của độ cứng neo ...................................................................49
2.4.3. Ảnh hưởng của khoảng cách đặt neo ......................................................50
2.4.4. Ảnh hưởng của cường độ đất đắp ...........................................................51
2.4.5. Ảnh hưởng của chiều dài neo..................................................................53
2.4.6. Ảnh hưởng của đất nền ...........................................................................54
2.5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ NEO BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN ..........................................................................................55
2.5.1. Mặt phá hoại ...........................................................................................55
2.5.2. Hệ số an toàn ..........................................................................................56
2.6. KẾT LUẬN ....................................................................................................62
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHỐNG SẠT TRƯỢT CHO MÁI ĐÀO
ĐẬP TRÀN THỦY ĐIỆN SÔNG BUNG 2 ...........................................................64
3.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH ...................................................................64
3.2. LỊCH SỬ HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI MÁI DỐC..........................................64


v

3.3. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ CẦN THỰC HIỆN ...............................................68
3.3.1. Nguyên nhân trượt lở mái dốc ................................................................ 68
3.3.2. Các giải pháp xử lý cần thực hiện ..........................................................71
3.4. PHƯƠNG ÁN 1 – ĐÀO KẾT HỢP NEO GIA CỐ GIỮ ỔN ĐỊNH................................ 71
3.5. PHƯƠNG ÁN 2 – ĐÀO TOÀN BỘ KHÔNG NEO GIA CỐ .......................................72
3.6. CHỈ TIÊU CƠ LÝ KIẾN NGHỊ TÍNH TOÁN ............................................................72
3.7. BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG VÀ GIÁ THÀNH CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ..........73
3.8. THIẾT KẾ BẢO VỆ MÁI TALUY ................................................................ 73

3.8.1. Mặt cắt 2-2 .............................................................................................. 74
3.8.2. Mặt cắt 4-4 .............................................................................................. 75
3.8.3. Mặt cắt 6-6 .............................................................................................. 75
3.8.4. Phương pháp tính toán ............................................................................76
3.9. CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP TÍNH TOÁN ....................................76
3.9.1. Các trường hợp tính toán ........................................................................76
3.9.2. Tổ hợp tính toán ......................................................................................76
3.10. HỆ SỐ AN TOÀN ............................................................................................. 77
3.11. THÔNG SỐ THÉP NEO .....................................................................................77
3.12. KẾT QUẢ TINH TOAN .....................................................................................79
3.12.1. Độ bền ổn định tổng thể mái đào ..........................................................79
3.13. KẾT LUẬN ..................................................................................................81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................82
1.

NHỮNG KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN ...........................82

2.

NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI ............................................................... 82

3.

KIẾN NGHỊ ..................................................................................................82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................84
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .........................................................................................85


vi

THÔNG KÊ HÌNH VẼ
Hình I-1. Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đất thứ i _______________________ 11
Hình I-2. Sơ đồ lực theo PP Fellenius

______________________________________________ 13

Hình I-3. Sơ đồ lực tính toán theo PP Bishop đơn giản _____________________________ 13
Hình I-4. Sơ đồ lực tính toán theo PP Spencer _____________________________________ 14
Hình I-5. Hàm biến thiên của hướng lực tương tác của PP GLE ___________________ 15
Hình I-6. Sơ đồ lực tính toán theo phương pháp Janbu _____________________________ 16
Hình I-7. Sơ đồ lực tính toán theo phương pháp Janbu _____________________________ 19
Hình I-8. Tính toán ổn định nội bộ dốc đắp có neo theo phương pháp “ khối nêm
hai phần”. ___________________________________________________________________________ 23
Hình I-9. Các phương pháp khác nhau để dùng kiểm tra ổn định nội bộ của mái dôc
đắp có neo ___________________________________________________________________________ 25
Hình II-1. Phần tử tam giác biến dạng tuyến tính loại 1 ____________________________ 35
Hình II-2. Phần tử tam giác biến dạng tuyến tính loại 2 ___________________________ 35
Hình II-3. Phần tử tam giác biến dạng khối loại 1 __________________________________ 36
Hình II-4. Phần tử tam giác biến dạng khối loại 2 __________________________________ 36
Hình II-5. Quan hệ ứng suất – biến dạng của mô hình đàn dẻo

____________________ 37

Hình II-6. Mô hình phần tử tiếp xúc phẳng _________________________________________ 38
Hình II-7. Mô hình mái dốc không neo và có neo ___________________________________ 40
Hình II-8. Lưới phần tử của mái dốc có neo ________________________________________ 41
Hình II-9. Các giai đoạn thi công mái dốc có neo có chiều cao Hmax =18m ______ 41
Hình II-10. Phổ mức độ ứng suất đất huy động trong mái dốc cao 18m (%) _______ 42
Hình II-11. Phổ biến dạng góc xy trong mái dốc cao 18m (%) ____________________ 43

Hình II-12. Phổ biến dạng ngang x trong mái dốc cao 18m (%)

__________________ 43

Hình II-13. Phổ biến dạng đứng y trong mái dốc cao 18m (%)____________________ 44
Hình II-14. Phương biến dạng cắt lớn nhất max trong mái dốc___________________ 44
Hình II-15. Lưới biến dạng mái dốc

________________________________________________ 45

Hình II-16. Vector chuyển vị toàn phần mái dốc cao 18m __________________________ 45
Hình II-17. Phân bố lực kéo huy động dọc theo chiều dài neo thứ nhất ____________ 46


vii

Hình II-18. Thông số mô tả các quan hệ ____________________________________________ 46
Hình II-19. Quan hệ hi/H với Ti/Tmax ______________________________________________ 47
Hình II-20. Quan hệ Di/hi với Ti/Tmax _____________________________________________ 48
Hình II-21. Quan hệ giữa hệ số an toàn Fs, lực kéo Tmax với chiều cao mái dốc __ 49
Hình II-22. Ảnh hưởng của độ cứng neo EA (mái dốc cao 18m)

___________________ 50

Hình II-23. Ảnh hưởng của bước neo b (mái dốc cao 18m)_________________________ 51
Hình II-24. Ảnh hưởng của cường độ đất đắp (mái dốc cao 18m) __________________ 52
Hình II-25. Ảnh hưởng của chiều dài neo L (mái dốc cao 15m) ____________________ 53
Hình II-26. Ảnh hưởng của nền yếu (mái dốc cao 18m) _____________________ 54
Hình II-27. Quan hệ hi/H với Ti/Tmax (trường hợp đất nền tốt)_______________ 55
Hình II-28. Mặt phá hoại của mái dốc cao 18m tính theo phương pháp PTHH ___56

Hình II-29. Mặt phá hoại của mái dốc cao 18m tính theo phương pháp CBGH __56
Hình II-30. Phân phối lực cắt Tmax dọc theo chiều cao mái để tính Fr1 ________58
Hình II-31. Phân phối lực cắt Tmax dọc theo chiều cao mái để tính Fr2 ________58
Hình II-32.Quan hệ giữa hệ số an toàn Fs với chiều cao mái dốc H của mái dốc
không neo _________________________________________________________ 59
Hình II-33. Quan hệ giữa hệ số an toàn Fs với chiều cao mái dốc H của mái dốc có
neo ______________________________________________________________ 60
Hình II-34. Quan hệ giữa Ir (%) với chiều cao mái dốc H (m) ________________ 61
Hình II-35. Quan hệ giữa hệ số an toàn Fr1 và Fr2 với chiều cao mái dốc H (m) _62
Hình III-1. Hiện trạng sụt lở mái dốc taluy dương _________________________ 68


viii

THỐNG KẾ BẢNG BIỂU
Bảng I-1 Tổng số đại lượng các lực tác dụng lên khối trượt gồm n thỏi đất _____12
Bảng II-1. Thông số mô hình vật liệu____________________________________39
Bảng II-2. Kết quả tính toán ổn định theo hai phương pháp __________________ 59


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay Việt Nam đang là nước đang phát triển, các công trình xây dựng hạ tầng,
giao thông, thủy lợi, dân dụng, thủy điện đang được triển khai xây dựng ở khắp nơi
trên cả nước.
Các công trình thế kỷ có kích thước đồ sộ kéo theo hố móng của chúng cũng có
kích thước rất lớn, từ đó mà yêu cầu về tính ổn đinh mái hố móng là cần thiết để đảm
bảo an toàn thi công.

Công trình thủy điện Sông Bung 2 nằm ở thượng lưu Sông Bung, tỉnh Quảng Nam
thuộc miền Trung Việt Nam. Vị trí của tuyến đập nằm trên địa bàn xã Laêê huyện
Nam Giang tỉnh Quảng Nam, cách thành phố Đà Nẵng theo đường quốc lộ 14D
khoảng 165km về hướng Tây Nam. Tọa độ địa lý tuyến đập dự kiến là 1541’45’’ vĩ
Bắc, 10724’00’’ kinh Đông. Nhà máy nằm trên địa phận xã ZuôiH huyện Nam Giang
tỉnh Quảng Nam, có tọa độ là 107o29’31” kinh Đông; 15o42’57” vĩ Bắc. Nhà máy
nằm trong bậc thang thủy điện thuộc hệ thống sông Vu Gia- Thu Bồn, có công suất lắp
đặt 100 MW, sản lượng điện trung bình hàng năm là 425,57 triệu kWh; các hạng mục
công trình chủ yếu gồm đập chính, đập tràn, cửa nhận nước, hầm nhận nước, tháp điều
áp, đường ống áp lực, nhà máy thủy điện với 2 tổ máy. Khi đi vào vận hành, thủy điện
Sông Bung 2 sẽ cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu vực miền Trung, góp
phần thúc đẩy phát triển cơ sở hạ tầng, phát triển kinh tế tại các bản làng dân tộc thiểu
số miền núi của tỉnh Quảng Nam.
Việc khởi công xây dựng nhà máy thủy điện Sông Bung 2 có ý nghĩa đặc biệt quan
trọng trong việc giải quyết các nhu cầu cấp thiết về điện năng và phát triển kinh tế xã
hội, xóa đói giảm nghèo cho tỉnh Quảng Nam. Nhưng trong quá trình thi công đào hố
móng, công trình đã xuất hiện các vết nứt và xảy ra sạt trượt lớn .


2

Sạt trượt vai phải đập tràn bao gồm 3 khu vực như sau: khu vực 1: cửa vào đập tràn,
khu vực 2: dốc nước đập tràn, khu vực 3: mũi phun hố xói đập tràn. Chi tiết vết nứt tại
các khu vực sạt trượt đập tràn như bên dưới.


3

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tổng kết, đánh giá hiện trạng khu vực xảy ra sự cố

Xác định nguyên nhân, cơ chế sạt trượt và các nhân tố ảnh hưởng ổn định mái đập.
Đề xuất và chọn phương án thiết kế xử lý và biện pháp thi công hợp lý để đảm bảo
an toàn cho công trình.
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu mái dốc có neo trên nền tốt với các chiều cao khác nhau. Ứng xử của
đất và neo theo quan hệ đàn – dẻo Mohr-Coloumb.
Lời giải là của bài toán ứng suất tổng, không xét tới áp lực nước lỗ rỗng. Gia tải
ngắn hạn, không xét cố kết.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp thu thập thông tin : Thu thập tài liệu hiện có liên quan đến thiết kế mái
dốc có neo.
Phương pháp nghiên cứu trên mô hình số: Nghiên cứu sử dụng các phần mềm địa
kỹ thuật có khả năng giải quyết các bài toán liên quan đến đất có neo như : Plaxis,
GeoStudio 2007.


4

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÍNH SẠT TRƯỢT ĐÃ XẢY RA TRÊN THẾ GIỚ VÀ
VIỆT NAM
Trong những thập kỷ gần đây, các dự án công trình thuỷ điện phát triển rất
mạnh mẽ và đã đóng góp một phần rất đáng kể vào sản xuất điện ở Việt Nam. Tuy
nhiên trong quá trình thi công xây dựng và khai thác cũng có một số công trình bị sự
cố sạt trượt mái đào đập tràn làm mất an toàn, ảnh hướng tới chất lượng công trình
cũng như trong quá trình vận hành khai thác của các nhà máy thuỷ điện. Những sự cố
thường xảy ra trong thời gian thi công hay công trình vừa mới xây dựng xong. Nguyên
nhân sự cố chủ yếu là do sạt trượt đất hố móng, tạo mái…
Việc nghiên cứu giải pháp gia cường, xử lý chống sạt trượt cho mái đào sẽ đem
lại nhiều lợi ích lớn. Về kỹ thuật, sẽ làm tăng cường độ cho khối đất (đặc biệt là đối

với khối đất phải gia cố lại sau khi bị sạt lở) dẫn đến đảm bảo mái dốc ổn định trong
các điều kiện tính toán và làm việc. Về kinh tế, sẽ giảm khối lượng đào đắp cho các
công trình, tiết kiệm được chi phí xây dựng, tiết kiệm được vật liệu bảo vệ bề mặt mái
và tiêu thoát nước bề mặt nhanh hơn.
1.1.1. Một số sự cố sạt trượt mái đập đã xảy ra trên thế giới.
a. Đập OTAKI ( Nhật Bản).
Đập được xây dựng trên sông Kino. Chiều dài sông tính đến vị trí xây dựng đập
là 100km.
Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập là 258km2.
Nhiệm vụ chủ yếu của hồ là giảm lũ cho khu vực hạ du, phát điện và cấp nước
sinh hoạt.
Đập là trọng thực bằng bê tông truyền thống với 4 khoang tràn xả mặt, 3 cửa
tràn xả sâu.
-

Tổng dung tích của lòng hồ 84 triệu m3. Dung tích hữu ích 76 triệu m3.

-

Cao trình đỉnh đập +326,0m. Chiều dài đập 315m.

-

Cao trình mực nước dâng gia cường + 323,0m.


5

-

Cao trình mực nước dâng bình thường là + 321,0m.

-

Chiều cao đập tại mặt cắt lớn nhất là H = 100m,

Cũng như nhiều đập lớn khác ở Nhật Bản, khu vực xây dựng đập thường xuất
hiện hiện tượng trượt mái dốc ( landslide). Theo đơn vị quản lý, các sạt lở đó đều phải
xử lý vì lòng hồ rất hẹp và dọc theo suối, rất dễ gây tắc nghẹn dòng chảy và gây hiện
tượng vỡ đập.
Xử lý trượt mái dốc trong lòng hồ tại vị trí cách đập 4km. Kinh phí xử lý theo
thời giá 2009 là 7 tỷ yên (khoảng 70 triệu USD). Vật liệu làm “bệ phản áp” bằng bê
tông RCC.

b. Đập đất Teton (Mỹ).
Đập Teton được xây dựng trên sông Teton, bang Idaho, tây bắc nước Mỹ. Đập
có chiều cao 93m, chiều dài ở đỉnh là 940m, đáy rộng 520m, tạo hồ chứa có dung tích
289 triệu m3.
Đập được khởi công năm 1975 và hoàn thành sau hơn 1 năm. Khi hồ đầy nước,
lũ lớn về và ngày 5/6/1976, đập bị vỡ. 7h30 sáng hôm đó, dòng thấm chảy tràn trên
phần dưới mái hạ lưu bên vai phải. Xe máy được huy động đến để khắc phục nhưng
bất lực. Đập đã bị xói ngầm rất mạnh và bị vỡ lúc 11h30. Đến 20h cùng ngày, hoàn
toàn hết nước trong hồ. Các thị trấn Rexburg, Sugar City, Madison,.. dưới hạ lưu bị
ngập nặng.


6

11 người chết. Thiệt hại lên tới 2 tỷ USD (trong khi chi phí xây dựng đập chỉ
100 triệu USD). Nguyên nhân được xác định là nền rhyolite có nhiều nứt nẻ nhưng

7

khoan phụt không đạt yêu cầu, nước hồ dâng cao tạo thành dòng thấm mạnh, đập bị
xói ngầm nghiêm trọng rồi bị vỡ....
1.1.2. Một số sự cố sạt trượt mái đập đã xảy ra ở Việt Nam.
a. Thuỷ điện Buon Kuop ( tỉnh Đắk lắk).
Nhà máy Thủy điện Buôn Kuốp là một công trình thủy điện của tỉnh Đăk Lăk
được xây dựng trên sông Serepôk. Công trình nằm trong địa phận các xã Hòa Phú
(huyện Cư Jút), Nam Đà (huyện Krông Nô) và Ea Na (huyện Krông Ana).
Công suất : 280 MW,
Đập đồng chất, hmax = 28,5m.

+ Hồ có dung tích : 45,65 triệu m3.

Cao trình đỉnh đập : + 72,20m. + MNDBT : + 68,60m.
Sửa chữa nâng cấp: năm 2000  2001: Tường nghiêng thượng lưu có chân khay
chống thấm đặt đến nền không thấm, bổ sung gia tải mái hạ lưu. Cải tạo tràn tự do
thành tràn có cửa. Làm cống lấy nước mới thay cống cũ.

b. Thuỷ điện Hủa Na ( tỉnh Nghệ An).
Nhà máy Thủy điện Hủa Na là một công trình thủy điện của tỉnh Nghệ An được
xây dựng trên sông Chu, phía thượng nguồn công trình Cửa Đạt ( Thanh Hoá) . Công
trình nằm trong địa phận xã Đồng Văn, Huyện Quế Phong, Tỉnh Nghệ An. Công suất :
180 MW. Đập đồng chất, hmax = 28,5m.

+ Hồ có dung tích : 45,65 triệu m3.Cao

trình đỉnh đập : + 72,20m. + MNDBT : + 68,60m.

8

Sửa chữa nâng cấp: năm 2000  2001: Tường nghiêng thượng lưu có chân khay
chống thấm đặt đến nền không thấm, bổ sung gia tải mái hạ lưu. Cải tạo tràn tự do
thành tràn có cửa. Làm cống lấy nước mới thay cống cũ.

c. Thuỷ điện Đắk Mi 4 ( tỉnh Quảng Nam).
Nhà máy Thủy điện Hủa Na là một công trình thủy điện của tỉnh Quảng Nam
được xây dựng trên sông Vu Gia. Công trình nằm trong địa phận huộc xã Phước Xuân,
huyện Phước Sơn, tỉnh Quảng NamCông suất : 190 MW gồm 02 bậc, bậc trên Đak Mi
4a công suất 148MW và bậc dưới Đak Mi 4b công suất 42MW

1.2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA MẤT ỔN ĐINH MÁI ĐÀO.
Nước ta là một nước thuộc nhóm các nước đang phát triển, vì vậy việc thiết kế, thi
công các công trình xây dựng, giao thông đặc biệt là các công trình thuỷ lợi vẫn còn


9

nhiều vấn đề tồn tại cần phải giải quyết. Việc xử lý chống sạt lở bờ sông cũng không
tránh khỏi những sai sót nhất định trong quá trình khảo sát, thiết kế, thi công, giám sát
công trình.
- Về khảo sát:
Tài liệu khảo sát ở hiện trường là căn cứ quan trọng để thiết kế tính toán công trình
bảo vệ bờ. Sai sót trong công tác khảo sát tất sẽ để lại ẩn hoạ sự cố cho công trình.
Những vấn đề tồn tại trong khảo sát biểu hiện ở các mặt sau đây:
+ Không khảo sát thực địa một cách cẩn trọng tỉ mỉ, mà là lợi dụng một cách cầu
may, sử dụng tài liệu khảo sát của các công trình cũ ở lân cận để thiết kế thi công công

trình, dẫn đến mất độ chính xác của tài liệu.
+ Tài liệu khảo sát không chi tiết, chỉ đưa ra các thông số chung chung.
+ Xử lý số liệu khảo sát của các đơn vị khảo sát có sai số không phát hiện ra.
- Về thiết kế:
+ Các nhà tư vấn thiết kế không đúng chuyên ngành, năng lực thiết kế kém.
+ Thiết kế không có tài liệu khảo sát địa chất, không có điều tra môi trường xung
quanh, không tuân thủ những quy trình quy phạm.
+ Lựa chọn phương án chắn giữ thiếu luận chứng kỹ thuật.
+ Ngoài ra việc áp dụng các công nghệ, phần mềm tiến bộ vào trong quá trình thiết
kế còn hạn chế.
- Về thi công:
+ Nhân lực: Trình độ thi công còn non kém, đội ngũ công nhân chủ yếu là công
nhân chưa được đào tạo qua trường lớp, nếu có chỉ là đào tạo rất sơ lược hoặc vừa làm
vừa đào tạo. Vì vậy dễ dẫn đến sai sót trong quá trình thi công, sản phẩm tạo ra thường
chưa được như mong muốn.
+ Không tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thi công.
+ Xử lý không thoả đáng các quan hệ phối hợp với nhau, không coi trọng thông tin.
+ Tuỳ tiện thay đổi thiết kế. Thời gian vận chuyển quản lý không tốt.
+ Không có phương án xử lý tình huống hợp lý khi thi công.


10

- Về giám sát:
+ Giám sát thi công không đủ năng lực như người về hưu, hoặc bị thải hồi, làm việc
kiêm nhiệm; do già yếu thiếu sức khoẻ, hoặc là kinh nghiệm ít, hoặc là bận nhiều việc
khác, hoặc chủ quan, vô trách nhiệm với công việc không thể kịp thời phát hiện vấn
đề, không kịp thời cung cấp thông tin cho chủ công trình, khiến chủ công trình không
kịp thời nắm bắt được tình hình, bỏ qua mất cơ hội đề ra quyết sách.
+ Không kịp thời ngăn cản những hành vi của đơn vị thi công (như không giảm tải

ở phía sau cọc, đào mất phần đất phản áp lực ở phía trong của kết cấu chắn giữ, đào
trước chống sau, đào sâu quá thiết kế, quan trắc không kịp thời,...) từ đó ủ thành mầm
gây ra sự cố sau này.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
Phân tích ổn định mái dốc là một công việc rất quan trọng đối với các kỹ sư địa kỹ
thuật. Có rất nhiều phương pháp có thể sử dụng cho công việc này. Một nhiệm vụ cơ
bản của việc phân tích ổn định mái dốc, đó là xác định hệ số an toàn cho mái dốc. Đây
là hệ số để đánh giá công trình ổn định hay mất an toàn. Có rất nhiều phương pháp,
trong đó, hai phương pháp chính thường được sử dụng đó là phương pháp cân bằng
giới hạn (Limit Equilibrium Method – LEM) và phương pháp phân tử hữu hạn (Finite
Element Method-FEM).
1.3.1.

Phương pháp cân bằng giới hạn (LEM)

Dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (mặt trượt có thể là trụ tròn, hỗn hợp hoặc
bất kỳ), coi khối trượt như một cố thể, tiến hành phân tích trạng thái cân bằng tới hạn
của các phân tố đất trên mặt trượt đã giả định trước. Sự ổn định được đánh giá bằng tỷ
số giữa thành phần kháng trượt (lực ma sát, lực dính) huy động trên toàn mặt trượt với
thành phần lực gây trượt (trọng lượng, áp lực nước, áp lực thấm, động đất,...).
Phương pháp cân bằng giới hạn với mặt trượt giả định trước, tính toán dựa trên
nguyên lý chung:
- Chỉ những điểm dọc theo mặt trượt nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn, khối
trượt xem như một khối thể.
- Dạng mặt trượt được chọn tuỳ theo từng phương pháp cụ thể.


11

- Dựa trên cơ sở các phương trình cân bằng tĩnh học đối với toàn khối đất và đối với

từng thỏi được phân nhỏ để tìm hệ số an toàn (Fs). Mặt trượt nguy hiểm nhất sẽ là mặt
trượt giả định nào cho hệ số an toàn nhỏ nhất, sẽ tính được bằng cách thử dần.
Phương pháp phân thỏi được dùng phổ biến để tính toán ổn định đập đất và nền đất
từ những năm 1930. Hiện nay đã có nhiều phần mềm tính toán ổn định mái dốc được
lập theo phương pháp phân mảnh như chương trình của Viện kỹ thuật Châu á (AIT),
chương trình Slope/W của Geostudio (Canada).

X i-1
R

R
2 3

4

i-1

1

Qi

5

E i-1
P®i
n-1 n

Ti Wi


Ni
>0 thuËn

R
i

i

E i = E i-1 +  E i

X i = X i-1 +  X i

<0 nghÞch

Hình I-1. Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đất thứ i
Xét một thỏi đất được tách ra từ cung trượt tâm O, bán kính R (hình I-13), các lực
tác dụng lên thỏi đất gồm:
- Lực ngoài tác động lên đỉnh thỏi đất Qi;
- Các lực thể tích: Wi (trọng lượng thỏi đất), Fdi (lực động đất tác dụng lên thỏi đất);
- Các lực tương tác giữa các thỏi đất Ei-1, Ei (thành phần lực nằm ngang phía trái và
phải của thỏi đất); Xi-1, Xi (thành phần lực thẳng đứng bên phía trái và phải của thỏi
đất);
- Các phản lực Ni, Ti của đất dưới mặt trượt giả định tác dụng vào đáy thỏi đất.
Ở một trường hợp tính toán cụ thể, về lý thuyết các lực Wi, Fdi, Qi là xác định được
và còn lại các đại lượng chưa xác định được ứng với mỗi thỏi đất theo phương pháp
tính dồn từ thỏi đất ở đỉnh xuống thỏi đất ở chân gồm các lực: Ei, Xi, Ni, Ti (4 đại
lượng) và tham số xác định điểm đặt của Ei, Ni (2 đại lượng).


12

Như vậy trong một bài toán phân tích tính ổn định của mái dốc theo phương pháp
phân thỏi (ví dụ có n thỏi), số lượng các đại lượng chưa biết là (6n – 2) đại lượng
(Bảng I-1)
Bảng I-1 Tổng số đại lượng các lực tác dụng lên khối trượt gồm n thỏi đất
Đại lượng
Số đại lượng
Các lực Ei:

n-1

Các lực Xi:

n-1

Các lực Ni:

n

Các lực Ti:

n

Tham số điểm đặt của Ei:

n-1

Tham số điểm đặt của Ni:

n

Hệ số an toàn chung Fs:

1

Cộng

6n - 2

Theo lý thuyết phân thỏi, bài toán tính ổn định mái dốc là bài toán siêu tĩnh (thiếu
2n – 2 phương trình). Do vậy để giải bài toán, phải vận dụng một số thủ thuật: (i) bỏ
lực tương tác giữa các thỏi khi tách riêng thành từng thỏi; (ii) Giả thiết đường tương
tác – quỹ tích của điểm đặt lực tương tác; (iii) Giả thiết góc nghiêng của lực tương tác.
Việc xét đầy đủ lực tương tác giữa các thỏi là yêu cầu phát triển lý thuyết cơ học đất
và nhiều phương pháp tính đã được đề xuất. Trong số các phương pháp này Janbu đã
dùng thủ thuật giả thiết đường đặt lực tương tác, các phương pháp khác như Spencer,
Mogenstern – Price, GLE Canada,..., giả thiết góc nghiêng lực tương tác.
Các phương pháp tính hệ số an toàn ổn định mái dốc theo lý thuyết phân thỏi
Như trên đã phân tích, bài toán tính hệ số an toàn ổn định mái dốc theo lý thuyết
phân thỏi là bài toán siêu tĩnh bậc cao. Hiện nay nhiều nhà khoa học đã đề ra nhiều các
giải khác nhau như: bỏ bớt lực tương tác trên các thỏi đất; giả thiết hướng tác dụng của
lực tương tác; giả thiết vị trí điểm đặt của các lực tương tác trên một đường cong nhất
định,...
1. Các phương pháp bỏ bớt lực


13

a. Phương pháp Fellenius
- Các giả thiết

+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm 0, bán kính R.
+ Bỏ qua các lực tương tác giữa các thỏi, tức có Ei = Xi = 0 (hình I-14)

+ Điểm đặt của Ni tại trung điểm của đáy thỏi.
- Hệ phương trình cơ bản
+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông góc với
đáy thỏi.

Ti Wi

+ Điều kiện Mohr – Coulomb cho hai lực Ni và Ti.



Ni

- Nhận xét: Hiện nay phương pháp Fellenius chỉ có
giá trị về mặt lịch sử vì không xét đến lực tương tác
giữa hai thỏi.

Hình I-2. Sơ đồ lực theo
PP Fellenius

b. Phương pháp Bishop đơn giản
- Các giả thiết:
+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm O, bán kính R.
+ Bỏ qua thành phần đứng (Xi) của lực tương tác (hình I-15)
+ Điểm đặt của Ni trùng với trung điểm của
đáy thỏi.

Xi-1=0
E i-1

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các

Ei

thỏi và coi là hệ số an toàn ổn định.

Ti Wi

- Hệ phương trình cơ bản

hpi

Ni

+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông góc
với đáy thỏi.

X i= 0



Hình I-3. Sơ đồ lực tính toán theo
PP Bishop đơn giản

+ Cân bằng lực theo phương đứng
+ Điều kiện Mohr – Coulomb cho hai lực Ni và Ti.

14

- Nhận xét: hiện nay, phương pháp Bishop đơn giản vẫn được sử dụng rộng rãi và cho
kết quả khá tin cậy.
2. Các phương pháp dùng giả thiết hướng tác dụng của lực tương tác
a. Phương pháp Spencer
- Giả thiết
+ Mặt trượt trụ tròn, tâm O, bán kính R.
+ Độ nghiêng của lực tương tác không đổi


R
i-1

X
X
( i 1  i  tgθ  const ) với Ei-1, Xi-1, Xi, Ei là hai
E i 1 E i

Ei
R

thành phần của Ri-1 và Ri
Xi

Ni

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi và
lấy làm hệ số an toàn ổn định của mái dốc.

i





Ti Wi

+ Điểm đặt N trùng với trung điểm của đáy thỏi

Hình I-4. Sơ đồ lực tính
toán theo PP Spencer

- Hệ phương trình cơ bản
+ Phương trình hình chiếu lên hướng vuông góc với hướng tác dụng của lực tương tác
Ri (để loại trừ Ri):

Nicos( - ) – Wicos + Tisin( - ) =0

+ Điều kiện bền Mohr - Coulomb: Ti 

1
(N i  ul)tg 'c'l i 
F

(1.6)
(1.7)

+ Phương trình cân bằng mô men: Trường hợp không có ngoại lực là:

M/0 = Wi.xi - Ti.R = 0

(1.8)

- Nhận xét:
+ Trong công thức tính hệ số ổn định, nếu  = 0, ta có biểu thức tính Fs trong phương
pháp Bishop đơn giản.
+ Khác với phương pháp Bishop đơn giản hoá (có  = 0), theo phương pháp Spencer
trị số Fm nhận trị số  như một tham số tính toán cần xác định. Như vậy cần có thêm
một phương trình để xác định . Spencer dùng điều kiện cân bằng của các lực tác dụng
lên khối đất trượt (n thỏi) theo phương song song với phương tác dụng của các lực
tương tác:


15

// = Wi.sin - Ni.sin( - ) - Ti.cos( - ) = 0

(1.9)

b. Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát GLE (General Limit Equilibrium):
Phương pháp này được coi là dạng cải tiến của phương pháp Spencer nên được xếp
vào loại phương pháp dùng giả thiết về hướng tác dụng của lực tương tác giữa các
thỏi. Sau đây trình bày phương pháp GLE.
- Giả thiết
+ Mặt trượt dạng trụ tròn, tâm 0, bán kính R.
X
 λf(x) , với f(x) là
E

+ Độ nghiêng của lực tương tác được xác định theo biểu thức

hàm xác định, được gọi là hàm biến thiên của hướng tác dụng của lực tương tác (hình
I-14).

F (x)
1,00
0,50




x

Hình I-5. Hàm biến thiên của hướng lực tương tác của PP GLE
+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi và lấy là hệ số an toàn ổn định của
mái dốc.
+ Điểm đặt của Ni trùng với trung điểm của đáy thỏi.
Trong phương pháp GLE, hàm f(x) = sinx với 0  x  L (0,L là toạ độ hai điểm
chiếu của điểm đỉnh và chân của khối đất trượt lên phương x nằm ngang,  là một
hằng số, đóng vai trò tham số của bài toán cần phải tính toán. Phương pháp GLE được
coi là phương pháp cải tiến của phương pháp Spencer về góc nghiêng thay đổi của Q,
nhưng về thuật toán giữa  của Spencer và  của GLE là như nhau
- Hệ phương trình cơ bản:


16

+ Chiếu các lực tác dụng vào thỏi theo phương đứng:
y = Wi + (Xi-1 - Xi) - Ni.cos - Ti.sin = 0

Ti 

+ Phương trình trạng thái:
+ Phương trình cân bằng mô men:

(1.10)

1
(N i  ul)tg 'c'l i 
F

(1.11)

M/0 =  Wi.x -  Ti.R = 0

(1.12)

- Chiếu các lực tác dụng vào khối đất trượt (gồm n thỏi) theo phương ngang và coi các
lực tương tác giữa các thỏi là nội lực:
 Fx =  Ni.sin -  Ti.cos = 0

(1.13)

- Nhận xét: Phương pháp này chưa tĩnh định được hệ phương trình cơ bản, phải giải
bằng cách tính thử dần, quá trình tính toán thử dần là rất dài và phức tạp, nếu như
người sử dụng thiếu kinh nghiệm khi tính toán, bài toán có thể sẽ không hội tụ
3 Các phương pháp dùng giả thiết điểm đặt của lực tương tác
a. Phương pháp Janbu tổng quát
- Giả thiết:
+ Mặt trượt dạng trụ tròn, tâm 0, bán kính R

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi.
+ Các điểm đặt của các lực tương tác giữa các thỏi nằm trên một đường tương tác
+ Điểm đặt của lực N ở giữa đáy thỏi.
b

R
X i-1

i

h pi-1

E i-1

0,5.b.tg 

Ei



§-êng t-¬ng t¸c

Ti Wi


Ni

Hình I-6. Sơ đồ lực tính toán theo phương pháp Janbu
- Các phương trình cơ bản:

Xi

h pi


17

+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương đứng có:
Wi + Xi-1 – Xi – Nicosi - Ti.sini = 0

(1.14)

+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương ngang có:
Ei-1 – Ei + Ti.sini - Ni.cosi = 0

(1.15)

+ Từ các điều kiện cân bằng Momen lấy với trung điểm của đáy mỗi thỏi có:
E i (h i 

b
2

tgα )  E i (h i 

b
2

+ Phương trình trạng thái: Ti 

tgα )  X i-1

b
2

 X i-1

1
(N i  ul)tg 'c'l i 
F

b
2

0

(1.16)
(1.17)

- Nhận xét: Phương pháp Janbu tổng quát, có hệ 5 phương trình chứa 6 đại lượng cần
tìm: Ei, Xi, hi, Ni, Ti, Fs. Bài toán là siêu tĩnh. Để giải được bài toán, Janbu giả thiết
đường tương tác, tức giả thiết các đại lượng hi.
Theo nghiên cứu của G.Fredlund [13] thì phương pháp Janbu tổng quát đẹp về mặt lý
thuyết nhưng khó có lời giải thực tế vì bài toán rất khó hội tụ với giả thiết một đường
tương tác lực.
b. Phương pháp Janbu đơn giản hóa: Khác với phương pháp Janbu tổng quát, phương
pháp Janbu đơn giản hóa chấp nhận sơ đồ lực của Bishop (tức bỏ thành phần lực tương
tác tiếp tuyến với mặt phân thỏi) nhưng vẫn đảm bảo hệ lực đồng quy và đa giác lực
khép kín.
Để làm chính xác hóa trị số hệ số an toàn tính được theo các bước tính toán như đã nêu

ở phương pháp Janbu tổng quát với Xi = 0; hệ số an toàn được hiệu chỉnh bằng hệ số f0
xác định theo biểu đồ.
F = f0F(Xi = 0)

(1.18)

Trong đó: fo là hệ số xác định theo biểu đồ phụ thuộc tỷ số B/C của mái dốc.
F(Xi = 0) – trị số an toàn tính toán.
1.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
Khác với LEM, các phương pháp số cho phép phân tích bài toán mái dốc một cách
linh hoạt hơn cả về phương diện hình học của mái dốc cũng như tính dị hướng và ứng