Nghiên Cứu Giải Pháp Xử Lý Chống Sạt Trượt Mái Đào Đập Tràn Thủy Điện Sông Bung 2

i

L IC M

N

Xin bày t lòng bi tă năđ n PGS.TS Ph m V năSong,ăng
gianăh

ng d n và v ch ra nh ngăđ nhăh

iăđưădƠnhănhi u th i

ng khoa h c cho lu năv n.

Tác gi xin chân thành g i l i c mă năđ n PGS.TS Lê Trung Thành,ăng

iăđưăcóă

nhi u ý ki năđóngăgópăquan tr ng cho lu năv n.
Tác gi xin c mă năcácăth y, cô giáo b môn Th y công , các th y cô giáo
Sauăđ i h c - Tr

khoa

ngăđ i h c Th y L i đưăt nătìnhăgiúpăđ và truy năđ t ki n th c

trong su t th i gian tác gi h c t păc ngănh ătrongăquáătrìnhăth c hi n lu năv nănƠy.
Tác gi chơnă thƠnhă cámă nă lưnhă đ oă cùngă đ ng nghi p trong công ty c ph n
ng Ti n đưăh t s c t oăđi u ki năvƠăgiúpăđ t n tình trong su t th i gian h c và
hoàn thành lu năv n.

Cu i cùng tác gi xin bày t lòng bi tă năsơuăs c t iă Giaă đình và nh ngăng
thơn,ăđưăluônă ng h vƠăđ ng viên tác gi hoàn thành lu năv nănƠy.
HCM, ngày

tháng
Tác gi

n mă2018

i


ii

L I CAM OAN
TôiăxinăcamăđoanăđơyălƠăcôngătrìnhănghiênăc u c a riêng tôi. Các n i dung và k t
qu nghiên c u trong lu nă v nă lƠă trungă th c,ă ch aă t ngă đ

că ng

i nào công b

trong b t k công trình nào khác.

TÁC GI


iii

M CL C

M

U ....................................................................................................................1
1.

TÍNH C P THI T C A

2.

M C TIÊU NGHIÊN C U ............................................................................3

3.

PH M VI NGHIÊN C U...............................................................................3

4.

PH

CH

TÀI ...................................................................1

σG PHÁP NGHIÊN C U ...................................................................3

NG I. T NG QUAN .....................................................................................4

1.1. T NG QUAN TÌNH HÍNH S T TR

ẩ X Y RA TRÊN TH GI

T

VÀ VI T NAM .......................................................................................................4
1.1.1. M t s s c s t tr

t mái đ p đã x y ra trên th gi i. ...........................4

a.

p OTAKI ( Nh t B n). ................................................................................4

b.

p đ t Teton (M ). ........................................................................................5

1.1.2. M t s s c s t tr

t mái đ p đã x y ra

a. Thu đi n Buon Kuop ( t nh

Vi t Nam. .............................7

k l k). ...........................................................7

b. Thu đi n H a Na ( t nh Ngh An). ................................................................ 7
c. Thu đi n

k Mi 4 ( t nh Qu ng Nam)..........................................................8

1.2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA M T N IσH MÁI Àτ. .....................8
1.3. CÁC PH

σG PHÁP TÍNH TOÁN N

NH MÁI D C .........................10

1.3.1. Ph

ng pháp cân b ng gi i h n (LEM) .................................................10

1.3.2. Ph

ng pháp ph n t h u h n (FEM) ...................................................17

1.3.3. Ph

ng pháp tính toán n đ nh mái d c th

1.4. CÁC BI N PHÁP

MB O N

ng dùng hi n nay ............20

NH H MÓNG TRÀN ......................27

1.5. K T LU N ....................................................................................................27
CH

NG II. PHỂN TệCH

N

2.1. C S LÝ THUY T PH
2.1.1. Xây d ng l

NH MÁI D C ..............................................29
σG PHÁP PH N T H U H N ...................29

i ph n t ............................................................................29

2.1.2. X p x chuy n v ......................................................................................30
2.1.3. Các ph

ng trình c b n cho ph n t ....................................................30

2.1.4. Tính toán chuy n v .................................................................................30


iv

2.1.5. i u ki n t

ng thích ..............................................................................31

2.1.6. Hành vi ng x c a v t li u ....................................................................31
2.1.7. i u ki n cân b ng cho ph n t ............................................................. 32
2.1.8. Thi t l p ph

ng trình t ng th cho c h ..............................................32

2.1.9. Xác đ nh đi u ki n biên ...........................................................................33
2.1.10. Gi i ph

ng trình t ng th ...................................................................33

2.2. NG D NG PH N M M TÍNH TOÁN N

NH MÁI D C ...................33

2.2.1. Mô hình v t li u ......................................................................................35
2.2.2. Mô hình ti p xúc ......................................................................................38
2.3. XÂY D NG BÀI TOÁN M U .....................................................................40
2.3.1. Mô hình nghiên c u ................................................................................40
2.3.2. K t qu nghiên c u mô hình ...................................................................41
2.3.3. L c kéo huy đ ng T trong neo ................................................................ 45
NH H

2.4. CÁC Y U T

NG

N NEO .....................................................48

2.4.1. nh h

ng c a chi u cao mái d c ..........................................................48

2.4.2. nh h

ng c a đ c ng neo ...................................................................49

2.4.3. nh h

ng c a kho ng cách đ t neo ......................................................50

2.4.4. nh h

ng c a c

2.4.5. nh h

ng c a chi u dài neo..................................................................53

2.4.6. nh h

ng c a đ t n n ...........................................................................54

2.5. TÍNH TOÁN

N

ng đ đ t đ p ...........................................................51

NH MÁI D C CÓ NEO B NG PH

σG PHÁP

PH N T H U H N ..........................................................................................55
2.5.1. M t phá ho i ...........................................................................................55
2.5.2. H s an toàn ..........................................................................................56
2.6. K T LU N ....................................................................................................62
CH

NG III.

NG D NG X

LÝ CH NG S T TR

T CHO MÁI

ÀO

P TRÀN TH Y I N SÔNG BUNG 2 ...........................................................64
3.1. GI I THI U V CÔNG TRÌNH ...................................................................64
3.2. L CH S HI N T

NG PHÁ HO I MÁI D C..........................................64


v

3.3. CÁC GI I PHÁP X LÝ C N TH C HI N ...............................................68
3.3.1. Nguyên nhân tr

t l mái d c ................................................................ 68

3.3.2. Các gi i pháp x lý c n th c hi n ..........................................................71
3.4. PH

σGăÁN 1 ậ

ÀO K T H P NEO GIA C GI

3.5. PH

σGăÁσă2 ậ

ÀO TOÀN B KHÔNG NEO GIA C

σă

NH................................ 71

.......................................72

3.6. CH TIÊUăC ăLụăKI N NGH TÍNH TOÁN ............................................................72
3.7. B NG T NG H P KH IăL

NG VÀ GIÁ THÀNH CÁC PH

σGăÁσăX

LÝ.......... 73

3.8. THI T K B O V MÁI TALUY ................................................................ 73
3.8.1. M t c t 2-2 .............................................................................................. 74

3.8.2. M t c t 4-4 .............................................................................................. 75
3.8.3. M t c t 6-6 .............................................................................................. 75
3.8.4. Ph

ng pháp tính toán ............................................................................76

3.9. CÁCăTR

NG H P TÍNH TOÁN VÀ T H P TÍNH TOÁN .................................... 76

3.9.1. Các tr

ng h p tính toán ........................................................................76

3.9.2. T h p tính toán ......................................................................................76
3.10. H S AN TOÀN ............................................................................................. 77
3.11. THÔNG S THÉP NEO .....................................................................................77
3.12. K T QU TINH TOAN .....................................................................................79
3.12.1.

b n n đ nh t ng th mái đào ..........................................................79

3.13. K T LU N ..................................................................................................81
K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................82
ẩ

T

C C A LU N V σ ...........................82

1.

NH NG K T QU

2.

NH NG V N

3.

KI N NGH ..................................................................................................82

CÒN T N T I ............................................................... 82

TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................84
PH L C TÍNH TOÁN .........................................................................................85


vi

THÔNG KÊ HÌNH V
Hình I-1. S đ cung tr

t và l c tác d ng lên th i đ t th i _______________________ 11

Hình I-2. S đ l c theo PP Fellenius

______________________________________________ 13

Hình I-3. S đ l c tính toán theo PP Bishop đ n gi n _____________________________ 13

Hình I-4. S đ l c tính toán theo PP Spencer _____________________________________ 14
Hình I-5. Hàm bi n thiên c a h

ng l c t

ng tác c a PP GLE ___________________ 15

Hình I-6. S đ l c tính toán theo ph

ng pháp Janbu _____________________________ 16

Hình I-7. S đ l c tính toán theo ph

ng pháp Janbu _____________________________ 19

Hình I-8. Tính toán n đ nh n i b d c đ p có neo theo ph

ng pháp “ kh i nêm

hai ph n”. ___________________________________________________________________________ 23
Hình I-9. Các ph

ng pháp khác nhau đ dùng ki m tra n đ nh n i b c a mái dôc

đ p có neo ___________________________________________________________________________ 25
Hình II-1. Ph n t tam giác bi n d ng tuy n tính lo i 1 ____________________________ 35
Hình II-2. Ph n t tam giác bi n d ng tuy n tính lo i 2 ___________________________ 35
Hình II-3. Ph n t tam giác bi n d ng kh i lo i 1 __________________________________ 36
Hình II-4. Ph n t tam giác bi n d ng kh i lo i 2 __________________________________ 36
Hình II-5. Quan h

ng su t – bi n d ng c a mô hình đàn d o

____________________ 37

Hình II-6. Mô hình ph n t ti p xúc ph ng _________________________________________ 38
Hình II-7. Mô hình mái d c không neo và có neo ___________________________________ 40
Hình II-8. L

i ph n t c a mái d c có neo ________________________________________ 41

Hình II-9. Các giai đo n thi công mái d c có neo có chi u cao Hmax = 18m ______ 41
Hình II-10. Ph m c đ

ng su t đ t huy đ ng trong mái d c cao 18m (%) _______ 42

Hình II-11. Ph bi n d ng góc xy trong mái d c cao 18m (%) ____________________ 43
Hình II-12. Ph bi n d ng ngang x trong mái d c cao 18m (%)

__________________ 43

Hình II-13. Ph bi n d ng đ ng y trong mái d c cao 18m (%)____________________ 44
Hình II-14. Ph
Hình II-15. L

ng bi n d ng c t l n nh t max trong mái d c___________________ 44
i bi n d ng mái d c

________________________________________________ 45

Hình II-16. Vector chuy n v toàn ph n mái d c cao 18m __________________________ 45
Hình II-17. Phân b l c kéo huy đ ng d c theo chi u dài neo th nh t ____________ 46


vii

Hình II-18. Thông s mô t các quan h

____________________________________________ 46

Hình II-19. Quan h hi/H v i Ti/Tmax ______________________________________________ 47
Hình II-20. Quan h Di/hi v i Ti/Tmax _____________________________________________ 48
Hình II-21. Quan h gi a h s an toàn Fs, l c kéo Tmax v i chi u cao mái d c __ 49
Hình II-22. nh h

ng c a đ c ng neo EA (mái d c cao 18m)

Hình II-23. nh h

ng c a b

c neo b (mái d c cao 18m)_________________________ 51

Hình II-24. nh h

ng c a c

ng đ đ t đ p (mái d c cao 18m) __________________ 52

Hình II-25. nh h

ng c a chi u dài neo L (mái d c cao 15m) ____________________ 53

Hình II-26. nh h

ng c a n n y u (mái d c cao 18m) _____________________ 54

Hình II-27. Quan h hi/H v i Ti/Tmax (tr

___________________ 50

ng h p đ t n n t t)_______________ 55

Hình II-28. M t phá ho i c a mái d c cao 18m tính theo ph

ng pháp PTảả ___56

Hình II-29. M t phá ho i c a mái d c cao 18m tính theo ph

ng pháp CBẢả __56

Hình II-30. Phân ph i l c c t Tmax d c theo chi u cao mái đ tính Fr1 ________58
Hình II-31. Phân ph i l c c t Tmax d c theo chi u cao mái đ tính Fr2 ________58
Hình II-32.Quan h gi a h s an toàn Fs v i chi u cao mái d c H c a mái d c
không neo _________________________________________________________ 59
Hình II-33. Quan h gi a h s an toàn Fs v i chi u cao mái d c H c a mái d c có
neo ______________________________________________________________ 60
Hình II-34. Quan h gi a Ir (%) v i chi u cao mái d c H (m) ________________ 61
Hình II-35. Quan h gi a h s an toàn Fr1 và Fr2 v i chi u cao mái d c H (m) _62
Hình III-1. Hi n tr ng s t l mái d c taluy d

ng _________________________ 68


viii

TH NG K B NG BI U
B ng I-1 T ng s đ i l

ng các l c tác d ng lên kh i tr

t g m n th i đ t _____12

B ng II-1. Thông s mô hình v t li u____________________________________39
B ng II-2. K t qu tính toán n đ nh theo hai ph

ng pháp __________________ 59


1

M
1. TệNH C P THI T C A
Hi n nay Vi tăσamăđangălƠăn

U

TÀI
căđangăphátătri n, các công trình xây d ng h t ng,

giao thông, th y l i, dân d ng, th yă đi nă đangă đ
trên c n

kh pă n iă

c.

Các công trình th k cóă kíchă th
kíchăth

c tri n khai xây d ng

că đ s kéo theo h móng c aă chúngă c ngă cóă

c r t l n, t đóămƠăyêuăc u v tính năđinhămáiăh móng là c n thi tăđ đ m

b o an toàn thi công.
Công trình th yăđi n Sông Bung 2 n m

th

ngăl uăSôngăBung,ăt nh Qu ng Nam

thu c mi n Trung Vi t Nam. V trí c a tuy nă đ p n mă trênă đ a bàn xã Laêê huy n
Nam Giang t nh Qu ng Nam, cách thành ph
kho ng 165km v h

Ơă σ ngă theoă đ

ng qu c l 14D

ng Tây Nam. T aăđ đ a lý tuy năđ p d ki n là 1541’45’’ăv ă

B c, 10724’00’’ăkinhă ông.ăσhƠămáyăn mătrênăđ a ph n xã ZuôiH huy n Nam Giang
t nh Qu ng Nam, có t aă đ là 107o29’31Ằă kinhă ông;ă 15o42’57Ằă v ă B c. Nhà máy
n m trong b c thang th yăđi n thu c h th ng sông Vu Gia- Thu B n, có công su t l p
đ t 100 MW, s năl

ngăđi nătrungăbìnhăhƠngăn mălƠă425,57ătri u kWh; các h ng m c

công trình ch y u g măđ păchính,ăđ p tràn, c a nh năn
áp,ăđ

c, h m nh năn

c,ăthápăđi u

ng ng áp l c, nhà máy th yăđi n v i 2 t máy.ăKhiăđiăvƠoăv n hành, th yăđi n

Sông Bung 2 s cung c păđi n cho h th ngăđi n qu c gia và khu v c mi n Trung, góp
ph n thúcăđ y phát tri năc ăs h t ng, phát tri n kinh t t i các b n làng dân t c thi u
s mi n núi c a t nh Qu ng Nam.
Vi c kh i công xây d ng nhà máy th yăđi năSôngăBungă2ăcóăỦăngh aăđ c bi t quan
tr ng trong vi c gi i quy t các nhu c u c p thi t v đi n n ngăvƠăphátătri n kinh t xã
h i,ăxóaăđóiăgi m nghèo cho t nh Qu ngăσam.ăσh ngătrongăquáătrìnhăthiăcôngăđƠoăh
móng,ăcôngătrìnhăđưăxu t hi n các v t n t và x y ra s tătr

tl n.

2

S tătr

t vai ph iăđ p tràn bao g m 3 khu v cănh ăsau:ăkhuăv c 1: c a vƠoăđ p tràn,

khu v c 2: d căn

căđ p tràn, khu v că3:ăm iăphunăh xóiăđ p tràn. Chi ti t v t n t t i

các khu v c s tătr

tăđ pătrƠnănh ăbênăd

i.


3

2. M C TIểU NGHIểN C U
T ng k t,ăđánhăgiá hi n tr ng khu v c x y ra s c
Xácăđ nhănguyênănhơn,ăc ăch s tătr
xu t và ch n ph

t và các nhân t

nhăh

ng năđ nhămáiăđ p.

ngăánăthi t k x lý và bi n pháp thi công h pălỦăđ đ m b o

an toàn cho công trình.
3. PH M VI NGHIểN C U
Nghiên c u mái d c có neo trên n n t t v i các chi u cao khác nhau.

ng x c a

đ t và neo theo quan h đƠnăậ d o Mohr-Coloumb.
L i gi i là c a bài toán ng su t t ng, không xét t i áp l că n

c l r ng. Gia t i

ng n h n, không xét c k t.
4. PH
Ph

NG PHÁP NGHIểN C U
ngăphápăthuăth p thông tin : Thu th p tài li u hi năcóăliênăquanăđ n thi t k mái

d c có neo.
Ph

ng pháp nghiên c u trên mô hình s : Nghiên c u s d ng các ph n m măđ a

k thu t có kh n ngă gi i quy tă cácă bƠiă toánă liênă quană đ nă đ t có neo nh ă :ă Plaxis,ă
GeoStudio 2007.


4

CH

NG I. T NG QUAN

1.1. T NG QUAN TỊNH HệNH S T TR

T

à X Y RA TRểN TH GI

VÀ

VI T NAM
Trong nh ng th p k g nă đơy,ă cácă d án công trình thu đi n phát tri n r t
m nh m vƠă đưă đóngă gópă m t ph n r tă đángă k vào s n xu tă đi n

Vi t Nam. Tuy

nhiên trong quá trình thi công xây d ngăvƠăkhaiăthácăc ngăcóăm t s công trình b s
c s tă tr

t máiă đƠoă đ p tràn làm m t an toàn, nhă h

ng t i ch tă l

ng công trình

c ngănh ătrongăquáătrìnhăv n hành khai thác c a các nhà máy thu đi n. Nh ng s c
th

ng x y ra trong th i gian thi công hay công trình v a m i xây d ng xong. Nguyên

nhân s c ch y u là do s tătr

tăđ t h móng, t oămáiầă

Vi c nghiên c u gi iăphápăgiaăc

ng, x lý ch ng s t tr

l i nhi u l i ích l n. V k thu t, s lƠmăt ngăc

t cho mái đƠo s đemă

ngăđ cho kh iăđ t (đ c bi tălƠăđ i

v i kh iăđ t ph i gia c l i sau khi b s t l ) d năđ năđ m b o mái d c năđ nh trong
cácăđi u ki n tính toán và làm vi c. V kinh t , s gi m kh iăl
công trình, ti t ki măđ
vƠătiêuăthoátăn

c chi phí xây d ng, ti t ki măđ

ngăđƠoăđ p cho các

c v t li u b o v b m t mái

c b m t nhanhăh n.ă

1.1.1. M t s s c s t tr

t mái đ p đư x y ra trên th gi i.

p OTAKI ( Nh t B n).

a.

păđ

c xây d ng trên sông Kino. Chi uădƠiăsôngătínhăđ n v trí xây d ngăđ p

là 100km.
Di nătíchăl uăv cătínhăđ n tuy năđ p là 258km2.
Nhi m v ch y u c a h là gi măl ăchoăkhuăv c h du,ăphátăđi n và c păn

c

sinh ho t.
p là tr ng th c b ng bê tông truy n th ng v i 4 khoang tràn x m t, 3 c a
tràn x sâu.
-

T ng dung tích c a lòng h 84 tri u m3. Dung tích h u ích 76 tri u m3.

-

Caoătrìnhăđ nhăđ p +326,0m. Chi uădƠiăđ p 315m.

-

Cao trình m căn

cădơngăgiaăc

ng + 323,0m.


5

-

Cao trình m căn

cădơngăbìnhăth

-

Chi uăcaoăđ p t i m t c t l n nh t là H = 100m,

C ngănh ănhi uăđ p l n khác
hi n hi năt

ngătr

ng là + 321,0m.

Nh t B n, khu v c xây d ngăđ păth

ng xu t

t mái d c ( landslide).ăTheoăđ năv qu n lý, các s t l đóăđ u ph i

x lý vì lòng h r t h p và d c theo su i, r t d gây t c ngh n dòng ch y và gây hi n
t

ng v đ p.
X lỦătr

t mái d c trong lòng h t i v tríăcáchăđ p 4km. Kinh phí x lý theo

th i giá 2009 là 7 t yên (kho ng 70 tri u USD). V t li uălƠmăắb ph năápẰăb ng bê
tông RCC.

p đ t Teton (M ).

b.

păTetonăđ

c xây d ng trên sông Teton, bang Idaho, tây b căn

có chi u cao 93m, chi u dài

c M .ă

p

đ nhăălƠă940m,ăđáyăr ng 520m, t o h ch a có dung tích

289 tri u m3.
păđ

c kh iăcôngăn mă1975ăvƠăhoƠnăthƠnhăsauăh nă1ăn m.ăKhiăh đ yăn

c,

l ă l n v và ngƠyă 5/6/1976,ă đ p b v .ă 7h30ă sángă hômă đó,ă dòngă th m ch y tràn trên
ph năd

i mái h l uăbênăvaiăph i.ăXeămáyăđ

b t l c.ă
toàn h tă n
ng p n ng.

căhuyăđ ngăđ năđ kh c ph cănh ngă

păđưăb xói ng m r t m nh và b v lúcă11h30.ă

n 20h cùng ngày, hoàn

c trong h . Các th tr n Rexburg, Sugar City, Madison,..ă d

i h l uă b


6

11ăng

i ch t. Thi t h i lên t i 2 t USD (trong khi chi phí xây d ngăđ p ch

100 tri u USD). σguyênă nhơnă đ

că xácă đ nh là n n rhyolite có nhi u n t n nh ngă


7

khoan ph tăkhôngăđ t yêu c u,ăn

c h dâng cao t o thành dòng th m m nh,ăđ p b

xói ng m nghiêm tr ng r i b v ....
1.1.2. M t s s c s t tr

t mái đ p đư x y ra

a. Thu đi n Buon Kuop ( t nh

Vi t Nam.

k l k).

Nhà máy Th yăđi n Buôn Ku p là m t công trình th yăđi n c a t nhă
đ

kăL kă

c xây d ng trên sông Serepôk. Công trình n m trong đ a ph n các xã Hòa Phú

(huy năC ăJút),ăσamă Ơă(huy n Krông Nô) và Ea Na (huy n Krông Ana).
Công su t : 280 MW,
păđ ng ch t, hmax = 28,5m.

+ H có dung tích : 45,65 tri u m3.

Caoătrìnhăđ nhăđ p : + 72,20m. + MNDBT : + 68,60m.
S a ch a nâng c p:ăn mă2000ă 2001:ăT

ngănghiêngăth

ngăl uăcóăchơnăkhayă

ch ng th mă đ tă đ n n n không th m, b sung gia t i mái h l u.ă C i t o tràn t do
thành tràn có c a. Làm c ng l yăn

c m i thay c ngăc .

b. Thu đi n ả a Na ( t nh Ngh An).
Nhà máy Th yăđi n H a Na là m t công trình th yăđi n c a t nh Ngh An đ
xây d ng trên sông Chu,ăphíaăth
trình n mătrongăđ a ph n xã
180 MW.

ng ngu n công trình C aă

c

t ( Thanh Hoá) . Công

ngăV n, Huy n Qu Phong, T nh Ngh An. Công su t :

păđ ng ch t, hmax = 28,5m.

+ H có dung tích : 45,65 tri u m3.Cao

trìnhăđ nhăđ p : + 72,20m. + MNDBT : + 68,60m.


8

S a ch a nâng c p:ăn mă2000ă 2001:ăT

ngănghiêngăth

ngăl uăcóăchơnăkhayă

ch ng th mă đ tă đ n n n không th m, b sung gia t i mái h l u.ă C i t o tràn t do
thành tràn có c a. Làm c ng l yăn

c. Thu đi n

c m i thay c ngăc .

k Mi 4 ( t nh Qu ng Nam).

Nhà máy Th yăđi n H a Na là m t công trình th yăđi n c a t nh Qu ng Nam
đ

c xây d ng trên sông Vu Gia. Công trình n mătrongăđ a ph n hu

huy năPh

xưăPh

c Xuân,

căS n,ăt nh Qu ng NamCông su t : 190 MW g m 02 b c, b cătrênă akăMiă

4a công su t 148MW và b căd

iă akăMiă4băcôngăsu t 42MW

1.2. CÁC NGUYểN NHỂN GỂY RA M T
σ

c

c ta là m tăn

c thu cănhómăcácăn

N INH MÁI ÀO.
căđangăphát tri n, vì v y vi c thi t k , thi

công các công trình xây d ng,ăgiaoăthôngăđ c bi t là các công trình thu l i v n còn

9

nhi u v năđ t n t i c n ph i gi i quy t. Vi c x lý ch ng s t l b sôngăc ngăkhôngă
tránh kh i nh ng sai sót nh tăđ nh trong quá trình kh o sát, thi t k , thi công, giám sát
công trình.
- V kh o sát:
Tài li u kh o sát

hi nătr

ngălƠăc năc quan tr ngăđ thi t k tính toán công trình

b o v b . Sai sót trong công tác kh o sát t t s đ l i n ho s c cho công trình.
Nh ng v năđ t n t i trong kh o sát bi u hi n

các m tăsauăđơy:

+ Không kh o sát th căđ a m t cách c n tr ng t m , mà là l i d ng m t cách c u
may, s d ng tài li u kh o sát c aăcácăcôngătrìnhăc ă lân c năđ thi t k thi công công
trình, d năđ n m tăđ chính xác c a tài li u.
+ Tài li u kh o sát không chi ti t, ch đ aăraăcácăthôngăs chung chung.
+ X lý s li u kh o sát c aăcácăđ năv kh o sát có sai s không phát hi n ra.
- V thi t k :
+ăCácănhƠăt ăv n thi t k khôngăđúngăchuyênăngƠnh,ăn ngăl c thi t k kém.
+ Thi t k không có tài li u kh oăsátăđ a ch t,ăkhôngăcóăđi uătraămôiătr

ng xung

quanh, không tuân th nh ng quy trình quy ph m.
+ L a ch năph

ngăánăch n gi thi u lu n ch ng k thu t.

+ Ngoài ra vi c áp d ng các công ngh , ph n m m ti n b vào trong quá trình thi t
k còn h n ch .
- V thi công:
+ Nhân l c:ă Trìnhă đ thiă côngă cònă nonă kém,ă đ iă ng ă côngă nhơnă ch y u là công
nhơnăch aăđ

căđƠoăt oăquaătr

ng l p, n u có ch lƠăđƠoăt o r tăs ăl

c ho c v a làm

v aăđƠoăt o. Vì v y d d năđ n sai sót trong quá trình thi công, s n ph m t oăraăth
ch aăđ

ng

cănh ămongămu n.

+ Không tuân th nghiêm ng t quy trình thi công.
+ X lý không tho đángăcácăquanăh ph i h p v i nhau, không coi tr ng thông tin.
+ Tu ti năthayăđ i thi t k . Th i gian v n chuy n qu n lý không t t.
+ăKhôngăcóăph

ngăánăx lý tình hu ng h p lý khi thi công.

10

- V giám sát:
+ăGiámăsátăthiăcôngăkhôngăđ n ngăl cănh ăng

i v h u,ăho c b th i h i, làm vi c

kiêm nhi m; do già y u thi u s c kho , ho c là kinh nghi m ít, ho c là b n nhi u vi c
khác, ho c ch quan, vô trách nhi m v i công vi c không th k p th i phát hi n v n
đ , không k p th i cung c p thông tin cho ch công trình, khi n ch công trình không
k p th i n m b tăđ

c tình hình, b qua m tăc ăh iăđ ra quy t sách.

+ Không k p th iăng năc n nh ng hành vi c aăđ năv thiăcôngă(nh ăkhôngăgi m t i
phía sau c c,ăđƠoăm t ph năđ t ph n áp l c
tr

phía trong c a k t c u ch n gi ,ăđƠoă

c ch ngăsau,ăđƠoăsơuăquáăthi t k , quan tr c không k p th i,...) t đóă thành m m

gây ra s c sau này.
1.3. CÁC PH

NG PHÁP TệNH TOÁN

N

NH MÁI D C

Phân tích năđ nh mái d c là m t công vi c r t quan tr ngăđ i v i các k s ăđ a k
thu t. Có r t nhi uăph

ngăphápăcóăth s d ng cho công vi c này. M t nhi m v c ă

b n c a vi c phân tích năđ nh mái d c, đóălƠăxácăđ nh h s an toàn cho mái d c.ă ơyă
là h s đ đánhăgiáăcôngătrìnhă năđ nh hay m t an toàn. Có r t nhi uăph
trongă đó,ă haiă ph

ngă phápă chínhă th

ngă đ

c s d ngă đóă lƠă ph

gi i h n (Limit Equilibrium Method ậ LEM)ăvƠăph

ngăpháp,ă

ngăphápă cơnă b ng

ngăphápăphân t h u h n (Finite

Element Method-FEM).
1.3.1.

Ph

ng pháp cơn b ng gi i h n (LEM)

D aătrênăc ăs gi đ nhătr
b t k ), coi kh iătr

c m tătr

s gi a thành ph năkhángătr
Ph

t có th là tr tròn, h n h p ho c

tănh ăm t c th , ti n hành phân tích tr ng thái cân b ng t i h n

c a các phân t đ t trên m tătr
thành ph n l căgơyătr

t (m tătr

tăđưăgi đ nhătr

c. S

năđ nhăđ

căđánhăgiáăb ng t

t (l c ma sát, l cădính)ăhuyăđ ng trên toàn m tătr

t (tr ngăl

ng, áp l căn

ngă phápă cơnă b ng gi i h n v i m tă tr

tv i

c, áp l c th m,ăđ ngăđ t,...).
t gi đ nhă tr

c, tính toán d a trên

nguyên lý chung:
- Ch nh ngăđi m d c theo m tătr
tr

t n m trong tr ng thái cân b ng gi i h n, kh i

tăxemănh ăm t kh i th .
- D ng m tătr

tăđ

c ch n tu theo t ng ph

ngăphápăc th .


11

- D aătrênăc ăs cácăph

t ng th iăđ
tr

ngătrìnhăcơnăb ngăt nhăh căđ i v i toàn kh iăđ tăvƠăđ i v i

c phân nh đ tìm h s an toàn (Fs). M tătr

t gi đ nh nào cho h s an toàn nh nh t, s tínhăđ
Ph

ngăphápăphơnăth iăđ

t nguy hi m nh t s là m t

c b ng cách th d n.

c dùng ph bi năđ tính toán năđ nhăđ păđ t và n năđ t

t nh ngăn mă1930.ăHi nănayăđưăcóănhi u ph n m m tính toán năđ nh mái d căđ
l pătheoăph
ch

ngăphápăphơnăm nhănh ăch

c

ngătrìnhăc a Vi n k thu t Châu á (AIT),

ngătrìnhăSlope/Wăc a Geostudio (Canada).

X i-1
R

R
2 3

4

i -1

1

Qi

5

E i-1
P®i
Ti Wi

n-1 n



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. S đ cung tr t và l c tác d ng lên th i đ t th i
Xét m t th iăđ tăđ c tách ra t cungătr t tâm O, bán kính R (hình I-13), các l c
tác d ng lên th iăđ t g m:
- L căngoƠiătácăđ ngălênăđ nh th iăđ t Qi;
- Các l c th tích: Wi (tr ngăl
- Các l căt

ng th iăđ t), Fdi (l căđ ngăđ t tác d ng lên th iăđ t);

ngătácăgi a các th iăđ t Ei-1, Ei (thành ph n l c n m ngang phía trái và

ph i c a th iăđ t); Xi-1, Xi (thành ph n l c th ngăđ ng bên phía trái và ph i c a th i
đ t);
- Các ph n l c Ni, Ti c aăđ tăd
m tătr

t gi đ nh tác d ngăvƠoăđáyăth iăđ t.

ng h p tính toán c th , v lý thuy t các l c Wi, Fdi, Qi lƠăxácăđ nhăđ

và còn l iăcácăđ iăl
tính d n t th iă đ t

l

i m tătr

ngăch aăxácăđ nhăđ
đ nh xu ng th iă đ t

c ng v i m i th iăđ tătheoăph

c

ngăphápă

chân g m các l c: Ei, Xi, Ni, Ti (4ă đ i

ng) và tham s xácăđ nhăđi măđ t c a Ei, Ni (2ăđ iăl

ng).


12

σh ăv y trong m t bài toán phân tích tính năđ nh c a mái d cătheoăph
phân th i (ví d có n th i), s l

ngă cácă đ iă l

ngăphápă

ngă ch aă bi t là (6n ậ 2)ă đ iă l

ng

(B ng I-1)
B ng I-1 T ng s đ i l

ng các l c tác d ng lên kh i tr t g m n th i đ t
iăl ng
S đ iăl ng

Các l c Ei:

n-1

Các l c Xi:

n-1

Các l c Ni:

n

Các l c Ti:

n

Tham s đi măđ t c a Ei:

n-1

Tham s đi măđ t c a Ni:

n

H s an toàn chung Fs:

1

C ng

6n - 2

Theo lý thuy t phân th i, bài toán tính n đ nh mái d călƠăbƠiătoánăsiêuăt nhă(thi u
2n ậ 2ăph
l căt

ngătrình).ăDoăv yăđ gi i bài toán, ph i v n d ng m t s th thu t: (i) b

ngătácăgi a các th i khi tách riêng thành t ng th i; (ii) Gi thi tăđ

tác ậ qu tích c aăđi măđ t l căt
Vi căxétăđ yăđ l căt
và nhi uăph

căđ xu t. Trong s cácăph

ngăđ t l căt

ngătác,ăcácăph

ngătác.

ngăphápănƠyăJanbuăđưă

ngăphápăkhácănh ăSpencer,ă

Mogenstern ậ Price, GLE Canada,..., gi thi t góc nghiêng l căt
Các ph

ngă

ngătácăgi a các th i là yêu c u phát tri n lý thuy tăc ăh căđ t

ngăphápătínhăđưăđ

dùng th thu t gi thi tăđ

ngătác; (iii) Gi thi t góc nghiêng c a l căt

ngăt

ngătác.

ng pháp tính h s an toàn n đ nh mái d c theo lý thuy t phân th i

σh ătrênăđưăphơnătích,ăbƠiătoánătínhăh s an toàn năđ nh mái d c theo lý thuy t
phân th iălƠăbƠiătoánăsiêuăt nhăb c cao. Hi n nay nhi u nhà khoa h căđưăđ ra nhi u các
gi iăkhácănhauănh :ăb b t l căt
l căt

ngătácătrênăcácăth iăđ t; gi thi tăh

ngătác;ăgi thi t v tríăđi măđ t c a các l căt

đ nh,...
1. Các ph

ng pháp b b t l c

ng tác d ng c a

ng tác trên m tăđ

ng cong nh t


13

a. Ph

ng pháp ạellenius

- Các gi thi t
+ M tătr

t là m t tr tròn tâm 0, bán kính R.

+ B qua các l căt

ngătácăgi a các th i, t c có Ei = Xi = 0 (hình I-14)

+ă i măđ t c a Ni t i trungăđi m c aăđáyăth i.
- H ph

ngătrìnhăc ăb n

+ Cân b ng hình chi uă theoă ph

ngă vuôngă gócă v i

đáyăth i.

Ti Wi

+ă i u ki n Mohr ậ Coulomb cho hai l c Ni và Ti.
- Nh n xét: Hi nă nayă ph

ngă phápă Felleniusă ch có

giá tr v m t l ch s vì khôngă xétă đ n l că t

ng tác

gi a hai th i.
b. Ph



Ni

Hình I-2. S đ l c theo
PP Fellenius

ng pháp Bishop đ n gi n

- Các gi thi t:
+ M tătr

t là m t tr tròn tâm O, bán kính R.

+ B qua thành ph năđ ng (Xi) c a l căt

ngătácă(hìnhăI-15)

+ă i mă đ t c a Ni trùng v iă trungă đi m c a
đáyăth i.

Xi-1=0

+ H s huyă đ ngă Fsă lƠă nh ă nhauă đ i v i các

E i-1
Ei

th i và coi là h s an toàn năđ nh.
- H ph

Ti Wi

ngătrìnhăc ăb n

+ Cân b ng hình chi uătheoăph

hpi

Ni

ngăvuôngăgócă

Hình I-3. S đ l c tính toán theo
PP Bishop đ n gi n

v iăđáyăth i.
+ Cân b ng l cătheoăph

X i= 0



ngăđ ng

+ă i u ki n Mohr ậ Coulomb cho hai l c Ni và Ti.


14

- Nh n xét: hi nănay,ăph

ngăphápăBishopăđ n gi n v năđ

c s d ng r ng rãi và cho

k t qu khá tin c y.
2. Các ph
a.ăPh

ng pháp dùng gi thi t h

ng tác d ng c a l c t

ng tác

ngăphápăSpencer

- Gi thi t
+ M tătr

nghiêng c a l că t

ngă tácă khôngă đ i
R
i-1

X
X
( i 1  i  tg  const ) v i Ei-1, Xi-1, Xi, Ei là hai
E i 1 E i



+ă

t tr tròn, tâm O, bán kính R.

Ei
R

thành ph n c a Ri-1 và Ri

+ H s huyăđ ng Fs lƠănh ănhauăđ i v i các th i và
l y làm h s an toàn năđ nh c a mái d c.
- H ph
+ăPh

i





Ti Wi

+ă i măđ t N trùng v iătrungăđi m c aăđáyăth i

Xi

Ni

Hình I-4. S đ l c tính
toán theo PP Spencer

ngătrìnhăc ăb n

ngătrìnhăhìnhăchi uălênăh

Ri (đ lo i tr Ri):

ng vuông góc v iăh

ng tác d ng c a l căt

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

(1.6)

+ă i u ki n b n Mohr - Coulomb: Ti 

1
(N i  ul)tg 'c'l i 
F

+ăPh

ng h p không có ngo i l c là:

ngătrìnhăcơnăb ngămôămen:ăTr

ngătácă

(1.7)

M/0 = Wi.xi - Ti.R = 0

(1.8)

- Nh n xét:
+ Trong công th c tính h s

năđ nh, n u  = 0, ta có bi u th cătínhăFsătrongăph

ngă

phápăBishopăđ năgi n.
+ Khác v iăph

ngăphápăBishopăđ năgi n hoá (có  =ă0),ătheoăph

ngăphápăSpenceră

tr s Fm nh n tr s  nh ăm t tham s tính toán c năxácăđ nh.ăσh ăv y c n có thêm
m tăph

ngătrìnhăđ xácăđ nh . Spencerădùngăđi u ki n cân b ng c a các l c tác d ng

lên kh iă đ tă tr
t

ngătác:

t (n th i)ă theoă ph

ngă songă songă v iă ph

ngă tácă d ng c a các l c


15

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

(1.9)

ng pháp cân b ng gi i h n t ng quát GLE (General Limit Equilibrium):

ngăphápă nƠyă đ

vào lo iă ph

c coi là d ng c i ti n c aă ph

ngă phápă dùngă gi thi t v h

th i.ăSauăđơyătrìnhăbƠyăph

ngă phápă Spenceră nênă đ

ng tác d ng c a l că t

cx p

ngă tácă gi a các

ngăphápăGLE.

- Gi thi t
+ M tătr
+ă

t d ng tr tròn, tâm 0, bán kính R.

nghiêng c a l că t

hƠmăxácăđ nh,ăđ

ngătácă đ

X
 f(x) , v i f(x) là
E

că xácă đ nh theo bi u th c

c g i là hàm bi n thiên c aăh

ng tác d ng c a l căt

ngătácă(hìnhă

I-14).

F (x)
1,00
0,50




x

Hình I-5. ảàm bi n thiên c a h ng l c t ng tác c a PP ẢLE
+ H s huyăđ ng Fs lƠănh ănhauăđ i v i các th i và l y là h s an toàn năđ nh c a
mái d c.
+ă i măđ t c a Ni trùng v iătrungăđi m c aăđáyăth i.
Trongă ph

ngă phápă GLE,ă hƠmă f(x)ă =ă sinxă v i 0  x  L (0,L là to đ haiă đi m

chi u c aă đi mă đ nh và chân c a kh iă đ tă tr

tă lênă ph

ngă xă n m ngang,  là m t

h ng s ,ăđóngăvaiătròăthamăs c a bài toán c n ph iătínhătoán.ăPh
coiălƠăph

ngăphápăc i ti n c aăph
ngătrìnhăc ăb n:

c

ngăphápăSpencerăv gócănghiêngăthayăđ i c a Q,

nh ngăv thu t toán gi a  c a Spencer và  c aăGLEălƠănh ănhau
- H ph

ngăphápăGLEăđ


16

+ Chi u các l c tác d ng vào th iătheoăph

ngăđ ng:

y = Wi + (Xi-1 - Xi) - Ni.cos - Ti.sin = 0
+ăPh

ngătrìnhătr ng thái:

+ăPh

ngătrìnhăcơnăb ng mô men:

Ti 

1
(N i  ul)tg 'c'l i 

F

(1.11)

M/0 =  Wi.x -  Ti.R = 0

- Chi u các l c tác d ng vào kh iăđ tătr
l căt

(1.10)

t (g m n th i)ătheoăph

(1.12)

ngăngangăvƠăcoiăcácă

ngătácăgi a các th i là n i l c:
 Fx =  Ni.sin -  Ti.cos = 0

- Nh năxét:ăPh

ngăphápănƠyăch aăt nhăđ nhăđ

(1.13)
c h ph

ngătrìnhăc ăb n, ph i gi i

b ng cách tính th d n, quá trình tính toán th d n là r t dài và ph c t p, n uă nh ă

ng

i s d ng thi u kinh nghi m khi tính toán, bài toán có th s không h i t

3 Các ph
a. Ph

ng pháp dùng gi thi t đi m đ t c a l c t

ng tác

ng pháp Janbu t ng quát

- Gi thi t:
+ M tătr

t d ng tr tròn, tâm 0, bán kính R

+ H s huyăđ ng Fs lƠănh ănhauăđ i v i các th i.
+ Cácăđi măđ t c a các l c t
+ă i măđ t c a l c N

ngătácăgi a các th i n m trên m tăđ

ngăt

ngătác

gi aăđáyăth i.
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

- Cácăph

Hình I-6. S đ l c tính toán theo ph
ngătrìnhăc ăb n:

ng pháp Janbu

Xi

h pi


17

+ T cácăđi u ki n cân b ng c a th iătheoăph

ngăđ ng có:

Wi + Xi-1 ậ Xi ậ Nicosi - Ti.sini = 0

(1.14)

+ T cácăđi u ki n cân b ng c a th iătheoăph

ngăngangăcó:

Ei-1 ậ Ei + Ti.sini - Ni.cosi = 0

(1.15)

+ T cácăđi u ki n cân b ng Momen l y v iătrungăđi m c aăđáyăm i th i có:
E i (h i 

+ăPh

b
2

tg )  E i (h i 

b
2

ngătrìnhătr ng thái: Ti 

- Nh năxét:ăPh

tg )  X i-1

b
2

 X i-1

ngăt

0

(1.16)

2

1
(N i  ul)tg 'c'l i 
F

(1.17)

ngăphápăJanbuăt ng quát, có h 5ăph

tìm: Ei, Xi, hi, Ni, Ti, Fs. Bài toán là siêuăt nh.ă
đ

b

ngătác,ăt c gi thi tăcácăđ iăl

ngătrìnhăch aă6ăđ iăl

gi iăđ

ng c n

c bài toán, Janbu gi thi t

ng hi.

Theo nghiên c u c a G.Fredlund [13]ăthìăph

ngăphápăJanbuăt ngăquátăđ p v m t lý

thuy tănh ngăkhóăcóăl i gi i th c t vì bài toán r t khó h i t v i gi thi t m tăđ
t

ng

ngătácăl c.

ngăphápăJanbuăt ngăquát,ăph

ngă

phápăJanbuăđ năgi n hóa ch p nh năs ăđ l c c a Bishop (t c b thành ph n l căt

ngă

b. Ph

ng pháp Janbu đ n gi n hóa: Khác v iăph

tác ti p tuy n v i m t phân th i)ănh ngăv năđ m b o h l căđ ng quyăvƠăđaăgiácăl c
khép kín.
làm chính xác hóa tr s h s anătoƠnătínhăđ
ph

cătheoăcácăb

ngăphápăJanbuăt ng quát v i Xi = 0; h s anătoƠnăđ

cătínhătoánănh ăđưănêuă

c hi u ch nh b ng h s f0

xácăđ nh theo bi uăđ .
F = f0F(Xi = 0)

(1.18)

Trongăđó:ăfoălƠăh s xácăđ nh theo bi uăđ ph thu c t s B/C c a mái d c.
F(Xi = 0) ậ tr s an toàn tính toán.
1.3.2. Ph

ng pháp ph n t h u h n (FEM)

Khác v iăLEM,ăcácăph
linh ho tăh năc v ph

ngăphápăs cho phép phân tích bài toán mái d c m t cách

ngădi n hình h c c a mái d căc ngănh ătínhăd h

ng và ng