Nghiên cứu giải pháp nâng cao ổn định cho mái dốc chính diện nhà máy thủy điện a lưới

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------------PHẠM MINH QUỐC

PHẠM MINH QUỐC

KỸ THUẬT XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH THỦY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI.

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY.

KHOÁ K33
Đà Nẵng – Năm 2018


2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

PHẠM MINH QUỐC

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH DIỆN
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI.

Chuyên ngành :
Mã số:

Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS VŨ HUY CÔNG

Đà Nẵng – Năm 2018


3

LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ, tôi đã đọc và tham khảo rất nhiều loại tài
liệu khác nhau từ sách, giáo trình, sách chuyên khảo cho đến các bài báo đã đƣợc đăng
tải trong và ngoài nƣớc. Tôi xin cam đoan những gì tôi viết dƣới đây là hoàn toàn
chính thống, chân thực, mọi kết quả nghiên cứu đạt đƣợc trong luận văn không sao
chép từ bất cứ tài liệu nào dƣới mọi hình thức. Những kết quả đó là tất cả những gì tôi
đã nghiên cứu, tích lũy trong suốt thời gian làm luận văn.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kết quả từ các tài
liệu khác.
Đà Nẵng, ngày …..tháng 5 năm 2018

PHẠM MINH QUỐC


MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
1.

Lý do chọn đề tài. .................................................................................................1

2.

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu: ......................................................................3

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: .......................................................................3

4.

Phƣơng pháp nghiên cứu: .....................................................................................3

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: .............................................................................4

CHƢƠNG:TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC.....................................................5
1.1.

HIỆN TƢỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC...................................................5

1.1.1. Giới thiệu.....................................................................................................5
1.1.2. Các dạng mất ổn định mái dốc. ...................................................................6
1.1.2.1.

Sụt lở.....................................................................................................6

1.1.2.2.

Trƣợt. ....................................................................................................6

1.1.2.3.

Trôi (trƣợt dòng). ..................................................................................7

1.1.2.4.

Đá đổ, đá lăn. ........................................................................................8

1.1.3. Nguyên nhân gây nên hiện tƣợng mất ổn định mái dốc. ............................8

1.2.

1.1.3.1.

Nhóm nguyên nhân gây nên hiện tƣợng mất ổn định mái dốc.............9

1.1.3.2.

Nhóm các nguyên nhân tăng lực gây trƣợt. .........................................9

CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNHI MÁI DỐC. ......................11

1.2.1. Phƣơng pháp cân bằng giới hạn. ...............................................................11
1.2.2. Phƣơng pháp trạng thái giới hạn. ..............................................................14

1.2.2.1.

Phƣơng pháp PTHH trong phân tích ổn định mái dốc.. .....................14

1.2.2.2.

Phƣơng pháp suy giảm sức chống cắt (SRM). ...................................15

1.2.3. Ổn định mái dốc có xét đến ảnh hƣởng của sự thay đổi mực nƣớc ngầm.
15
1.2.3.1.

Sức chống cắt của đất không bão hòa. ...............................................16

1.2.3.2.

Đƣờng cong đặc trƣng đất – nƣớc. .....................................................17

1.3.

ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG BÃO HÒA ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC. .....18

1.4.

PHẦN MỀM PLAXIS PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC. ........................19

1.4.1. Giới thiệu phần mềm .................................................................................19
1.4.2. Đặc trƣng vật liệu trong Plaxis. .................................................................19
1.4.2.1.

Mô hình Mohr - Coulomb(MC). ........................................................19

1.4.2.2.

Mô hình Jointed Rock (JR). ...............................................................20

1.4.2.3.

Mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear elastic). ......................................21

1.4.3. Các bƣớc mô hình hóa trong Plaxis. .........................................................22


5

1.5.

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. ..............................................................................22

CHƢƠNG: LỊCH SỬ VÀ HIỆN TRẠNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH
DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI.................................................................24
2.1.

GIỚI THIỆU DỰ ÁN THỦY ĐIỆN A LƢỚI. ...............................................24

2.1.1. Vị trí của nhà máy: ....................................................................................24
2.1.2. Đặc điểm mái dốc. .....................................................................................24
2.1.3. Kết quả khảo sát địa chất. .........................................................................25
2.1.4. Một số kết quả quan trắc mực nƣớc ngầm. ...............................................28
2.1.5. PHÂN TÍCH LỊCH SỬ MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ

MÁY BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS THEO CÁC GIAI ĐOẠN..........................31
2.1.5.1.

Một số thông số đầu vào mô hình. .....................................................31

2.1.5.2.
2008).

Giai đoạn 1: Phân tích ổn định mái dốc theo thiết kế ban đầu (năm
32

2.1.5.3. Giai đoạn 2: Phân tích ổn định mái dốc sau khi xử lý giật cơ, hạ mái
dốc, giảm tải trọng gây trƣợt (năm 2013)...........................................................34
2.1.5.4. Giai đoạn 3: Phân tích ổn định mái dốc sau khi thiết kế giảm tải trọng
gây trƣợt kết hợp neo gia cƣờng và hạ thấp mực nƣớc ngầm (năm 2014). .......36
2.1.6. HIỆN TƢỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN A LƢỚI. ..........................................................................................38
2.2.

PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH. ..............................40

2.2.1. Nguyên nhân gây mất ổn định. .................................................................40

2.3.

2.2.1.1.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến dao động mực nƣớc ngầm. ......................40

2.2.1.2.

Yếu tố lƣợng mƣa. ..............................................................................40

2.2.1.3.

Yếu tố dòng chảy mặt. ........................................................................43

2.2.1.4.

Yếu tố địa hình địa mạo và kiến tạo. ..................................................43

2.2.1.5.

Yếu tố lƣợng bốc hơi. .........................................................................43

2.2.1.6.

Các yếu tố nhân sinh. .........................................................................44

2.2.1.7.

Các yếu tố công trình..........................................................................44

PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN NƢỚC NGẦM DÂNG CAO. ....................45

2.3.1. Nguyên nhân nƣớc ngầm đƣợc bổ sung từ các suối trên cao qua các đứt
gãy.
45
2.3.2. Nguyên nhân nƣớc ngầm đƣợc bổ sung từ suối trên cao qua hầm dẫn
nƣớc. 45

2.3.3. Phân tích khả năng rò rỉ nƣớc từ trong đƣờng hầm áp lực. ......................46
2.3.4. Giải thích hiện tƣợng mực nƣớc ngầm dâng cao. .....................................46
2.4.

KẾT LUẬN CHƢƠNG 2. ..............................................................................47


6

CHƢƠNG: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CHÍNH DIỆN NHÀ
MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI. .......................................................................................48
3.1.

THIẾT KẾ HẠ MỰC NƢỚC NGẦM. ..........................................................48

3.1.1. Nội dung thiết kế hạ mực nƣớc ngầm. ......................................................48
3.1.2. Các phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm. ......................................................49
3.1.2.1.

Phƣơng pháp tháo nƣớc nằm ngang. ..................................................49

3.1.2.2.

Phƣơng pháp tháo nƣớc thẳng đứng. ..................................................49

a) Giếng thƣờng: .................................................................................................49
b) Giếng kim: ......................................................................................................50
c) Giếng nhựa: ....................................................................................................50
3.2.

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT MỰC NƢỚC NGẦM .......................50

3.3.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN HẠ MỰC NƢỚC NGẦM ............51

3.3.1. Xác định lƣu lƣợng cho dòng thấm gần giếng khoan đứng. .....................51
3.3.1.1.

Các đặc trƣng dòng thấm gần giếng khoan đứng. ..............................51

3.3.1.2.

Trình tự thiết kế hạ mực nƣớc ngầm của một hệ thống giếng khoan. 52

3.3.1.3.

Tính toán hạ mực nƣớc ngầm. ............................................................53

3.3.2. Xác định lƣu lƣợng ống thoát nƣớc ngang. ...............................................55
3.4.1. Các trƣờng hợp tính toán...........................................................................56
3.4.2. Thông số đầu vào mô hình. .......................................................................56
3.4.3. Các bƣớc thiết lập mô hình .......................................................................57
3.4.4. Một số hình ảnh trong thiết lập mô hình ...................................................58
3.4.5. Kết quả mô phỏng .....................................................................................61
3.4.5.1.
cao.

Trƣờng hợp 1: Kiểm tra ổn định mái dốc khi mực nƣớc ngầm dâng
61

3.4.5.2. Trƣờng hợp 2: Kiểm tra ổn định mái dốc sau khi bố trí giếng hạ thấm
mực nƣớc ngầm. .................................................................................................64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................67
1.

KẾT LUẬN ........................................................................................................67

2.

KIẾN NGHỊ........................................................................................................67

3.

HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. ......................................................................67

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................69


7

TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC CHÍNH
DIỆN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƢỚI.
Tóm tắt. Trƣợt lở đất là một trong những loại hình thiên tai phổ biến nhất trên thế giới. Thủy
điện Alƣới ở Việt Nam cũng đang gặp phải vấn đề nhƣ vậy. Tháng 11 năm 2013, sau đợt mƣa
bão kéo dài, mái dốc nhà máy có hiện tƣợng nƣớc ngầm dâng cao và gây mất ổn định mái dốc
nhà máy. Năm 2014, công tác kiểm tra và xử lý mái dốc đã đƣợc thực hiện gồm các biện pháp
chủ yếu là đào giảm tải, kết hợp khoan neo và khoan thoát nƣớc bổ sung. Tuy nhiên vấn đề này
vẫn chƣa đƣợc xử lý triệt để. Trong luận văn này tác giả tập trung phân tích nguyên nhân và

giải pháp để xử lý vấn đề mực nƣớc ngầm dâng cao ảnh hƣởng đến ổn định của mái dốc. Phần
mềm Plaxis đƣợc tác giả sử dụng để tính toán xác định mực nƣớc ngầm và ổn định. Kết quả của
đề tài là cơ sở có tính khoa học để các đơn vị chức năng đề xuất phƣơng án nhằm đảm bảo ổn
định cho nhà máy.

Từ khóa: ổn định, trƣợt mái, nhà máy thủy điện, nƣớc ngầm, plaxis.

STUDY ON SOLUTION STABILITY OF SLOPE LOCATED IN FRONT OF
ALUOI HYDROELECTRIC PLANT.
Abstract: Landslides are one of the most common types of disasters in the world. The slopes
of the A LUOI Hydropower Plant in Vietnam are also experiencing such problems. In
November 2013, after a long period of heavy rain, the slope located in front of the plant has
high ground water level, which may cause unstable and threatening operation of the plant. By
2014, slope inspection and treatment has been carried out, consisting mainly of load
reduction, anchor drilling and drilling drainage well. However, this problem has not yet
ended. In this thesis, the author focuses on finding the causes and solutions to the problem of
rising groundwater level affecting the stability of the slope. Plaxis software is used to
determine groundwater level and calculating stability. The result of the research is the
scientific basis for functional units to propose plans to ensure stability for the plant.
Keywords: stability, landslide, hydroelectric plant, water level, plaxis.


8

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1: Sụt đất tại Km 859 + 419 đƣờng HCM (17/12/2008) [8]. .............................5
Hình 1. 2: Mất ổn định Sụt lỡ [3] ....................................................................................6
Hình 1. 3: Mất ổn định trƣợt tịnh tiến [8]. .......................................................................7
Hình 1. 4: Mất ổn định trƣợt xoay [8]. ............................................................................7
Hình 1. 5: Mất ổn định do trƣợt dòng [8]. .......................................................................8

Hình 1. 6: Hiện tƣợng đá đỗ, đá lăn (Nguồn internet). ...................................................8
Hình 1. 7: Sạt lỡ Nhà máy Thủy điện Bản Vẽ do mƣa lớn kéo dài. ..............................10
Hình 1. 8: Sạt lỡ tại mái dốc nhà máy Thủy điện Sử Pán 2 do mƣa lớn nhiều ngày. ...10
Hình 1. 9: Sạt lở mỏ đá Thủy điện Bản Vẽ do chấn động nổ mìn. ...............................10
Hình 1. 10: Phƣơng pháp xác định hệ số an toàn. .........................................................12
Hình 1. 11: So sánh hệ số an toàn trên mái dốc giả định. .............................................14
Hình 1. 12: Thay đổi trạng thái ứng suất tại điểm A theo phƣơng pháp SRM. ............15
Hình 1. 13: Diễn biến thay đổi ứng suất khi thi công mái dốc. .....................................16
Hình 1. 14: Diễn biến thay đổi ứng suất khi thi công mái đào. .....................................16
Hình 1. 15: Sức chống cắt của đất không bão hòa. .......................................................17
Hình 1. 16: Đƣờng cong đặc trƣng đất - nƣớc...............................................................18
Hình 1. 17: Sự phát triển của các phiên bảng phần mềm PLAXIS. ..............................19
Hình 1. 18: Mô phỏng vật liệu đá - Mô hình Jointed Rock. ..........................................21
Hình 1. 19: Mô phỏng vật liệu gia cố - Mô hình Linear elastic. ...................................21
Hình 2. 1: Vị trí công trình thủy điện A Lƣới. ..............................................................24
Hình 2. 2: Nhà máy thủy điện A Lƣới. ..........................................................................25
Hình 2. 3: Mặt bằng nhà máy khi chƣa xảy ra hiện tƣợng mất ổn định. .......................26
Hình 2. 4: Mặt bằng bố trí hố khoan quan trắc mực nƣớc ngầm...................................29
Hình 2. 5: Ký hiệu vật liệu trên mô hình. ......................................................................31
Hình 2. 6: Mặt cắt ngang tính toán cho giai đoạn 1. .....................................................32
Hình 2. 7: Mô hình tính toán cho giai đoạn 1. ...............................................................33
Hình 2. 8: Đƣờng bão hòa tính cho giai đoạn 1. ...........................................................33


9

Hình 2. 9: Cung trƣợt nguy hiểm tính toán cho giai đoạn 1. .........................................33
Hình 2. 10: Mặt cắt ngang tính toán cho giai đoạn 2. ...................................................34
Hình 2. 11: Mô hình tính toán cho giai đoạn 2..............................................................35
Hình 2. 12: Đƣờng bão hòa cho giai đoạn 2. .................................................................35

Hình 2. 13: Cung trƣợt tính toán nguy hiểm cho giai đoạn 2. .......................................35
Hình 2. 14: Mặt cắt ngang tính toán cho giai đoạn 3. ...................................................36
Hình 2. 15: Mô hình tính toán cho giai đoạn 3..............................................................37
Hình 2. 16: Đƣờng bão hòa tính toán cho giai đoạn 3. .................................................37
Hình 2. 17: Cung trƣợt nguy hiểm tính toán cho giai đoạn 3. .......................................37
Hình 2. 18: Mặt bằng mô tả hiện trạng các vết nứt và điểm xuất lộ nƣớc trên mái dốc
nhà máy..........................................................................................................................38
Hình 2. 19: Các vết nứt trên mái dốc nhà máy ..............................................................39
Hình 2. 20: Hƣớng vết nứt phát triển từ cơ 92m – 107m. .............................................39
Hình 2. 21: Sơ họa về các yếu tố ảnh hƣởng đến nƣớc ngầm. ......................................40
Hình 2. 22: Đoạn gƣơng đào bị sạt. ...............................................................................45
Hình 3. 1: Sơ đồ lỗ khoan giếng kim hạ mực nƣớc ngầm. ............................................50
Hình 3. 2: Mặt bằng bố trí giếng khoan.........................................................................51
Hình 3. 3: Sơ họa phƣơng án khoan - đào giếng kiểm soát mực nƣớc ngầm. ..............52
Hình 3. 4: Sơ đồ tính lƣu lƣợng thấm vào giếng khoan hoàn chỉnh cho trƣờng hợp tầng
chứa nƣớc không áp. ......................................................................................................54
Hình 3. 5: Sơ đồ tính lƣu lƣợng thấm vào giếng khoan hoàn chỉnh cho trƣờng hợp tầng
chứa nƣớc có áp. ............................................................................................................54
Hình 3. 6: Ký hiệu đất, đá nền trên mô hình. ................................................................58
Hình 3. 7: Ký hiệu tấm bê tông trên mô hình ................................................................58
Hình 3. 8: Ký hiệu neo, vữa phụt trên mô hình. ............................................................59
Hình 3. 9: Mô phỏng giếng khoan trên mô hình. ..........................................................60
Hình 3. 10: Thiết lập điều kiện ban đầu cho mô hình. ..................................................60
Hình 3. 11: Chi lƣới cho mô hình. .................................................................................61
Hình 3. 12: Đƣờng bão hòa tính toán cho trƣờng hợp 1 (thể hiện dạng arrows) ..........62


10

Hình 3. 13: Vùng bão hòa tính toán cho trƣờng hợp 1. .................................................62

Hình 3. 14: Vùng ảnh hƣởng nƣớc ngầm tính toán cho trƣờng hợp 1. .........................63
Hình 3. 15: Chuyển vị theo lƣới phần tử tính toán trƣờng hợp 1. .................................63
Hình 3. 16: Cung trƣợt nguy hiểm tính toán trƣờng hợp 1. ..........................................63
Hình 3. 17: Đƣờng bão hòa tính toán cho trƣờng hợp 2 (thể hiện dạng arrows). .........64
Hình 3. 18: Vùng bão hòa tính toán cho trƣờng hợp 2. .................................................65
Hình 3. 19: Chuyển vị theo lƣới phần tử tính toán trƣờng hợp 2. .................................65
Hình 3. 20: Cung trƣợt nguy hiểm tính toán trƣờng hợp 2. ..........................................65
MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1: Các phƣơng pháp phân tích ổn định mái dốc theo LEM. ............................13

Bảng 2. 3: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đá [6]. ..............................................................26
Bảng 2. 1: Tổng họp các chỉ tiêu cơ lý của lớp phủ (edQ+IA1) [6]. ............................27
Bảng 2. 2: Đặc trung thấm của đất phủ [6]....................................................................27
Bảng 2. 4: Đặc trƣng thấm đá gốc [6]. ..........................................................................27
Bảng 2. 5: Kết quả cơ lý đất đá qua công tác đo đạt vật lý [6]. ....................................28
Bảng 2. 6: Tính chất cơ lý đất, đá nền mô phỏng trong Plaxis. ....................................32

Bảng 3. 1: Bảng kết quả tính toán thu nƣớc vào giếng .................................................55
Bảng 3. 2: Tính chất cơ lý đất, đá nền mô phỏng trong Plaxis. ....................................56
Bảng 3. 3: Thông số neo. ...............................................................................................57
Bảng 3. 4: Thông số vữa phụt. ......................................................................................57
Bảng 3. 5: Thông số tấm bê tông. ..................................................................................57
Bảng 3. 6: Bảng kết quả tính toán ổn định. ...................................................................66
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 2. 1: Biểu đồ quan hệ lƣợng mƣa và mực nƣớc ngầm hố khoan QT4 [6]. ......30
Biểu đồ 2. 2: Biểu đồ quan hệ lƣợng mƣa và hố khoan quan trắc QT3 [6]. .................31


11

Biểu đồ 2. 3: Biểu đồ quan hệ lƣợng mƣa và hiện tƣợng nƣớc ngầm dâng cao [6] . ....42


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Trƣợt lở đất là một trong những loại hình thiên tai phổ biến nhất trên thế giới.
Những năm gần đây, các loại hình thiên tai này xảy ra với tần suất và cƣờng độ ngày
càng tăng, gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cả về ngƣời và tải sản. Theo thống kê,
chỉ trong thời gian từ năm 2000 đến nay đã có hàng trăm vụ trƣợt lở đất lớn nhỏ xảy ra
ở nhiều quốc gia trên thế giới gây thiệt hại nghiêm trọng. Điển hình nhƣ vụ trƣợt lở đất
vào ngày 9 tháng 11 năm 2001 ở đồi Amboori, bang Kerala nằm ở miền Nam của Ấn
Độ gây hậu quả 40 ngƣời chết. Hay vụ lở đất bất thƣờng có quy mô lớn với khối lƣợng
đất đá khoảng 200 triệu m3, chiều rộng khoảng 1.600m, và chiều cao khoảng 750 m đã
xảy ra vào ngày 26 tháng 3 năm 2004, vào lúc 13:45 giờ địa phƣơng, trên bức tƣờng
dốc của miệng núi lửa trên sƣờn phía tây bắc núi Bawakaraeng (có độ cao 2830m) ở
đầu nguồn sông Jeneberang, phía Nam Sulawesi, Indonesia. Các mảnh vỡ lở kéo dài
khoảng 7 km từ đầu nguồn và chôn vùi các thung lũng, sông ngòi và nhà cửa, hậu quả
là 32 ngƣời chết. Vào ngày 10 tháng 1 năm 2005, một vụ lở đất xảy ra ở La Conchita,
bang California, Mỹ đã phá hủy hoàn toàn 36 ngôi nhà và giết chết 10 ngƣời. Ngày 17
tháng 2 năm 2006, một vụ trƣợt lở nghiêm trọng khác đã xảy ra ở đảo Leyte, Philippin,
vụ trƣợt lở bắt nguồn từ một dốc đứng cao 450m, một khối rừng lớn trƣợt lở và quét
xuống phía dƣới khu thung lũng sông Himbungao, nơi tập trung dân cƣ đông đúc. Vụ
trƣợt lở gây thảm họa vô cùng nghiêm trọng, chôn vùi toàn bộ ngôi làng Guinsaugon,
hậu quả hơn 1100 ngƣời chết. Tháng 6 năm 2007, ở thành phố Chittagong,
Bangladesh, một vụ sạt lở đất đá tƣơng tự đã xảy ra, nguyên nhân do việc cắt xén bừa
bãi các ngọn đồi làm gia tăng nguy cơ trƣợt lở, dẫn đến sự biến mất của hàng trăm
ngọn đồi, gây ô nhiễm môi trƣờng và đã giết chết ít nhất 120 ngƣời dân sống ở khu
vực lân cận. Năm 2010, một số nƣớc nhƣ Pakistan, Bồ Đào Nha, Uganda, Trung Quốc

và Canada cũng xảy ra các vụ trƣợt lở đất gây thiệt hại về cả ngƣời và tài sản. Chỉ tính
riêng trong năm 2014, thế giới đã có 5 vụ trƣợt lở đất nghiêm trọng, đầu tiên là vụ
trƣợt lở đất ngày 22 tháng 3 xảy ra ở Oso, Washington, nƣớc Mỹ gây ra cái chết cho
43 ngƣời dân thƣờng. Ngày 2 tháng 5, một vụ trƣợt lở đất khác xảy ra ở Badakhshan,
một tỉnh miền Đông Bắc Afghanistan, hậu quả là chôn vùi toàn bộ ngôi làng, khoảng
500 ngƣời đã thiệt mạng và 4000 ngƣời phải di chuyển đi nơi khác sinh sống. Sau đó,
vào ngày 30 tháng 7, một vụ trƣợt lở đất đá khác đã xảy ra ở quận Pune, bang
Maharashtra, Ấn Độ gây hậu quả cuốn trôi hơn 50 ngôi nhà, 136 ngƣời đã thiệt mạng
và hơn 100 ngƣời bị mất tích. Ngày 2 tháng 8, một vụ trƣợt lở đất tồi tệ ở Nepal đã gây
hậu quả làm chết hơn 156 ngƣời. Ngày 20 tháng 8, tại tỉnh Hiroshima, Nhật Bản, một
vụ trƣợt lở đất cũng đã tấn công một khu dân cƣ, làm cho các ngôi nhà bị chôn vùi


2

dƣới lớp bùn đất và đá. Ít nhất đã có 32 ngƣời bị thiệt mạng và nhiều ngƣời khác bị
mất tích. Trƣợt lở đất là một nguy cơ liên tục ở vùng miền núi, phía đông Nhật Bản,
nơi có nhiều ngôi nhà đƣợc xây dựng trên hoặc gần các sƣờn dốc, và có lƣợng mƣa lớn
hàng năm. Gần đây nhất là vụ trƣợt lở đất ngày 27 tháng 8 tại làng Yingping ở tỉnh
Quý Châu, Trung Quốc. Hậu quả là 77 ngôi nhà đã sập hoặc bị chôn vùi hoàn toàn, có
6 ngƣời đã thiệt mạng và hơn 20 ngƣời vẫn còn mất tích [2].
Việt Nam nằm ở khu vực Đông Nam Châu á, có địa hình tƣơng đối đa dạng
gồm: Núi, Cao nguyên, đồng bằng và bờ biển. Diện tích tự nhiên 330.000km2, trong
đó diện tích đồi núi chiếm 65%, hƣớng dốc chính Tây Bắc - Đông Nam. Nằm ở khu
vực nhiệt đới gió mùa, mỗi năm chịu ảnh hƣởng từ 6 đến 10 cơn bão và áp thấp nhiệt
đới, theo đó là mƣa lớn gây lũ lụt, lƣợng mƣa trung bình năm tƣơng đối lớn, gần
2.000mm/năm, trong đó khu vực lớn nhất là Trung Trung Bộ 2.700mm/năm, nhỏ nhất
là Nam Trung Bộ 1.300mm/năm. Khu vực miền núi, có địa hình sƣờn dốc cao, hoạt
động phát triển kinh tế - xã hội chƣa đƣợc qui hoạch hợp lý, nên các hiện tƣợng trƣợt
lở đất, lũ bùn đá và lũ quét thƣờng xảy ra.

Theo số liệu thống kê, từ năm 2000 đến 2014, đã xảy ra 250 đợt lũ quét, sạt lở
ảnh hƣởng tới các vùng dân cƣ, làm chết và mất tích 646 ngƣời, bị thƣơng gần 351
ngƣời; hơn 9.700 căn nhà bị đổ trôi; hơn 100.000 căn nhà bị ngập, hƣ hại nặng; hơn
75.000 ha lúa và hoa màu bị ngập; hàng trăm ha đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công
trình giao thông, thuỷ lợi, dân sinh kinh tế bị hƣ hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ƣớc tính
trên 3.300 tỷ đồng. Các tỉnh thƣờng xuyên xảy ra lũ quét, sạt lở đất nhất gồm: Lào Cai,
Hà Giang, Lai Châu, Sơn La, Cao Bằng, Bắc Cạn, Yên Bái, Nghệ An, Hà Tĩnh, Thừa
Thiên Huế, Quảng Nam, Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Bình Thuận [2].
Một số trận sạt lở đất điển hình trong những năm qua nhƣ sau:
- Sạt lở đất núi tại tỉnh Lào Cai năm 2004 đã làm 22 ngƣời chết và mất tích và
16 ngƣời bị thƣơng, trong đó có hộ cả gia đình thiệt mạng.
- Lũ, lũ quét, sạt lở đất sau bão số 4 và số 6, tại Lào Cai, Yên Bái năm 2008
làm 120 ngƣời chết và mất tích.
- Sạt lở đất tại xã Pắc Nậm, Bắc Kạn năm 2009 làm 13 ngƣời chết và mất tích,
5 ngƣời bị thƣơng.
- Sạt lở đất năm 2014: Do ảnh hƣởng của hoàn lƣu bão số 2 và mƣa lớn đã xảy
ra các trận lũ quét và sạt lở đất trên địa bàn các tỉnh miền núi (Hà Giang, Lai Châu,
Cao Bằng, Sơn La…) làm chết và mất tích 24 ngƣời, trong đó có 2 gia đình ở thị trấn
Tam Đƣờng và huyện Hoàng Su Phì bị thiệt mạng tới 5 ngƣời trong nhà.


3

Nhà máy thuỷ điện A Lƣới nằm trên sông A Sáp, thuộc địa bàn huyện A Lƣới,
tỉnh Thừa thiên Huế, nơi tiếp giáp với nƣớc bạn Lào. Thuỷ điện A Lƣới nằm trong hệ
thống điện Quốc gia, cung cấp điện cho toàn quốc, góp phần làm tăng độ ổn định và tin
cậy của hệ thống điện Quốc gia. Hiện nay công trình đang trong giai đoạn vận hành với
công suất 170MW, điện lƣợng bình quân năm 649 triệu kWh.
Trong các hạng mục công trình thủy điện A Lƣới, phần mái dốc chính diện nhà
máy đƣợc thi công và hoàn thành từ giữa năm 2012. Mái dốc nhà máy từ cao trình 67m

(sàn lắp máy) đến cao trình 244m, nằm trong các thành tạo địa chất tuổi từ Ocdovic Silua và các pha xâm nhập Paleozoi muộn. Tháng 11 năm 2013, sau đợt mƣa bão kéo
dài, mái dốc nhà máy có hiện tƣợng nƣớc ngầm dâng cao và gây mất ổn định mái dốc
nhà máy. Năm 2014, công tác kiểm tra và xử lý mái dốc đã đƣợc thực hiện gồm các biện
pháp chủ yếu là đào giảm tải, kết hợp khoan neo. Tuy nhiên vấn đề này vẫn chƣa đƣợc
xử lý triệt để. Theo số liệu quan trắc nƣớc ngầm trong khu vực mái dốc nhà máy từ cuối
năm 2016 đến tháng 4 năm 2017 cho thấy, mực nƣớc ngầm tiếp tục tăng cao và không
có chiều hƣớng giảm, đe dọa đến khả năng ổn định mái dốc nhà máy. Việc tìm ra
nguyên nhân và các giải pháp để xử lý vấn đề mực nƣớc ngầm dâng cao là hết sức cần
thiết nhằm đảm bảo hoạt động của nhà máy đƣợc an toàn. Xuất phát từ lý do trên tác giả
đã đề xuất đề tài luận văn là: « Nghiên cứu giải pháp nâng cao ổn định cho mái dốc
chính diện nhà máy thủy điện A Lưới ».
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu:
- Đánh giá hiện trạng ổn định mái dốc chính diện nhà máy thủy điện A Lƣới.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng về thấm và ổn định của mái dốc nhằm đƣa ra giải pháp
xử lý vấn đề nƣớc ngầm dâng cao ảnh hƣởng đến ổn định mái dốc nhà máy.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tƣợng: là đƣờng mực nƣớc ngầm trong mái dốc của nhà máy, các giải
pháp nâng cao ổn định cho công trình.
- Phạm vi nghiên cứu: là mái dốc chính diện nhà máy.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Để giải quyết mục tiêu trên, luận văn đƣa ra phƣơng pháp nghiên cứu nhƣ sau:
- Phƣơng pháp phân tích tài liệu: Điều tra, thu thập số liệu, tài liệu địa hình địa
chất thủy văn, lịch sử và hiện trạng mất ổn định mái dốc nhà máy.
- Phƣơng pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan.
- Phƣơng pháp mô hình hóa: Sử dụng mô hình số Plaxis của Hà lan để phân tích


4

thấm, kiểm tra ổn định trƣợt và ổn định mái dốc khi mực nƣớc ngầm dâng cao vào

mùa mƣa. Tổng hợp phân tích số liệu, đƣa ra các giải pháp.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Đề tài này có ý thực tiễn nhằm đƣa ra các giải pháp cho vấn đề cấp bách hiện
nay là mực nƣớc ngầm tăng cao có nguy cơ gây mất ổn định mái dốc nhà máy. Kết
quả của đề tài là cơ sở có tính khoa học để các đơn vị chức năng đề xuất phƣơng án
nhằm đảm bảo ổn định cho nhà máy.


5

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC.
1.1. HIỆN TƢỢNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC.
1.1.1. Giới thiệu.
Mất ổn định mái dốc của các công trình xây dựng khi đƣa vào khai thác thƣờng
xuyên xảy ra và gây ra những thiệt hại về nặng nề về tài sản cũng nhƣ con ngƣời, đồng
thời ảnh hƣởng lớn đến sự vận hành bình thƣờng của các công trình xây dựng.
Mất ổn định mái dốc có thể do các nguyên nhân sau: tăng cao độ dốc của sƣờn dốc
khi cắt xén, khi đào hoặc xói lở, khi thi công mái dốc; giảm độ bền của đất đá do biến dổi
trạng thái vật lý khi ngấm nƣớc, trƣơng nở, giảm độ chặt, phong hóa, phá hủy kết cấu tự
nhiên; các hiện tƣợng từ biến trong đất đá, tác động của các áp lực thủy tĩnh và thủy động
lên đất đá gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy...),
biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sƣờn dốc và thi công mái
dốc; các tác động bên ngoài nhƣ: chất tải lên sƣờn dốc, tác động địa chất và bị địa chấn...
Mất ổn định mái dốc đào có chiều sâu đào lớn thƣờng xảy ra rất phổ biến mặc dù
trong quá trình thiết kế đã tính toán và phân tích rất chi tiết nhƣng vẫn không tránh khỏi
những rủi ro không mong muốn. Có rất nhiều nguyên nhân (chủ quan và khách quan) gây
nên hiện tƣợng mất ổn định mái dốc đào, tuy nhiên vấn đề mất ổn định dài hạn (mất ổn
định trong quá trình khai thác) thƣờng xảy ra chủ yếu vào mùa mƣa lũ (hình 1.1). Sự thay
đổi mực nƣớc ngầm trong mái dốc đào dẫn đến trạng thái ứng suất ở sƣờn dốc bị thay đổi

theo chiều hƣớng bất lợi, đồng thời làm giảm sức chống cắt của đất đá.

Hình 1. 1: Sụt đất tại Km 859 + 419 đƣờng HCM (17/12/2008) [8].


6

1.1.2. Các dạng mất ổn định mái dốc.
Các hiện tƣợng mất ổn định mái dốc đào thƣờng đƣợc phân làm bốn dạng cơ bản:
sụt lở, trƣợt, trôi và hiện tƣợng đá đổ, đá lăn.
1.1.2.1.

Sụt lở.

Là hiện tƣợng đất đá trên sƣờn dốc hoặc trên mái dốc chuyển dịch về phía dƣới
không theo một mặt tựa rõ rệt (hoặc là không có mặt trƣợt) và không duy trì nguyên khối;
đất, đá có thể rơi tự do, lăn, đổ một cách đột ngột tức thời nhƣng cũng có thể lở, tróc dần,
tích tụ lại phía dƣới chân dốc (hình 1.2), đây là loại sụt trƣợt phổ biến trên các tuyến
đƣờng miền núi. Theo kết quả nghiên cứu đánh giá, phân loại các dạng sụt, trƣợt mái
taluy đƣờng Hồ Chí Minh đoạn Đăk Rông - Thạnh Mỹ, hiện tƣợng này chiếm tỷ lệ
khoảng 70% tổng số các điểm sụt trƣợt trên tuyến [3].

Sụt lở
Hình 1. 2: Mất ổn định Sụt lỡ [3]
1.1.2.2.

Trượt.

Là hiện tƣợng cả khối đất đá trên sƣờn đồi hay mái dốc chuyển dịch nhƣ một cơ
thể xuống phía dƣới chân dốc theo một hoặc vài mặt trƣợt rõ rệt (hình 1.3), mặt trƣợt có

thể liên tục, gãy khúc hoặc có dạng cung tròn. Hiện tƣợng mất ổn định này thƣờng xảy ra
với tốc độ chậm, tuy nhiên ở giai đoạn cuối có thể đột ngột di chuyển nhanh.
Ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo động trong khi trƣợt dọc
theo một mặt xác định. Về kết cấu, có hai dạng trƣợt sau:
- Trƣợt tịnh tiến: là sự di chuyển tuyến tính của khối đất đá dọc theo mặt phẳng
phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất nằm gần mặt đất dốc. Sự di chuyển mất ổn định
này thƣờng khá nông và song song với mặt đất (hình 1.3).


7

- Trƣợt xoay: thƣờng gặp trong đất đính hay đá mềm yếu đồng nhất. Sự di chuyển
diễn ra dọc theo mặt cắt cong theo cách khối trƣợt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc và đẩy
trồi gần chân dốc (hình 1.4).

Hình 1. 3: Mất ổn định trƣợt tịnh tiến [8].

Hình 1. 4: Mất ổn định trƣợt xoay [8].
1.1.2.3.

Trôi (trượt dòng).

Trôi là hiện tƣợng đất đá bị xáo động và di chuyển một phần hay toàn bộ thành
dòng trên sƣờn dốc xuống phía dƣới. Dòng đất đá có thể bao gồm đá tảng, đá hòn, cuội
sỏi, cát và đất.
Trƣợt dòng thƣờng xảy ra trong đất yếu bão hòa nƣớc khi áp lực nƣớc lỗ rỗng tăng


8

đủ để làm mất toàn bộ độ bền chống cắt. Mặt trƣợt thực hầu nhƣ không có hay chỉ biểu
hiện từng lúc.
Tùy theo dòng đất đá di chuyển có hoặc không có chứa lẫn nƣớc khi trôi, thƣờng
phân biệt hai trƣờng hợp: dòng đất đá khô và dòng ƣớt.

Hình 1. 5: Mất ổn định do trƣợt dòng [8].
1.1.2.4.

Đá đổ, đá lăn.

Là hiện tƣợng các tảng đá, khối đá từ trên cao của mái dốc bị lở và rơi tự do đồ
thẳng xuống mặt đƣờng gây cản trở giao thông và mất ổn định cho mái dốc.

Hình 1. 6: Hiện tƣợng đá đỗ, đá lăn (Nguồn internet).
1.1.3. Nguyên nhân gây nên hiện tƣợng mất ổn định mái dốc.


9

Sự thay đổi các điều kiện nhƣ mƣa, thoát nƣớc, chất tải hay sự ổn định bề mặt
thƣờng thúc đẩy sự phá hoại mái dốc. Các biến đổi đó có thể xảy ra ngay sau khi xây
dựng hoặc phát triển chậm chạp trong nhiều năm, hoặc xảy ra đột ngột ở thời điểm bất kì.
Phân tính các mái dốc đào cũng nhƣ mái dốc đắp, cần thiết phải xem xét cả điều
kiện ổn định tức thời và lâu dài, đồng thời cũng cần thiết xem xét phá hoại có thể có theo
mặt trƣợt mới tạo ra hay theo mặt trƣợt đã tồn tại trƣớc, do hiện tƣợng trƣợt đã xảy ra
trƣớc đó để lại. Hiện tƣợng trƣợt dọc theo mặt trƣợt đã tồn tại trƣớc chỉ có ở nơi các
chuyển vị lớn, có thể là vài mét, đã xảy ra. Trƣợt theo mặt trƣợt mới tạo thành xảy ra khi
bên trong khối đất đá chắc chắn đạt tới độ bền giới hạn (hay độ bền đỉnh) thì sẽ xuất hiện
một mặt trƣợt mới. Việc lựa chọn các thông số chỉ đƣợc tiến hành sau khi đã xem xét cẩn
thận lịch sử ứng suất và trạng thái thoát nƣớc đã dự đoán trƣớc.

Nguyên nhân gây nên hiện tƣợng mất ổn định mái dốc đào có thể chia làm 2 nhóm
chính:
1.1.3.1.

Nhóm nguyên nhân gây nên hiện tượng mất ổn định mái dốc.

- Các nguyên nhân thuộc về bản chất đất, đá: Đất đá thuộc loại mềm yếu, dễ
phong hóa, dễ hóa mềm khi gặp nƣớc; các lớp đất đá có cấu tạo xen kẽ các lớp yếu;
- Các yếu tố thúc đẩy quá trình phong hóa và quá trình biến đổi hóa lý: sự dao
động nhiệt độ làm phá vỡ kết cấu đất đá; sự thủy hóa, sự hấp phụ nƣớc của các khoáng
vật sét khi tăng độ ẩm; nƣớc ngầm hòa tan và mang đi các thành phần dễ hòa tan có trong
đất đá (muối cacbonat, sunfat,...);
- Các nguyên nhân về địa hình, địa mạo: độ dốc của mái dốc lớn, mái dốc trơ trụi
ít cây cỏ làm đất đá dễ bị xói mòn, dễ bị phong hóa dẫn đến sự mất ổn định mái dốc.
1.1.3.2.

Nhóm các nguyên nhân tăng lực gây trượt.

- Các nguyên nhân làm tăng tải trọng trên mái dốc (đào): nƣớc mặt và nƣớc ngầm
thấm đầy lỗ rỗng đất đá; đất đá trƣợt, sụt lở từ phía trên rồi tích lại trên sƣờn dốc (hình
1.6), (hình 1/7).
- Các nguyên nhân gây phá hoại chân mái dốc đào: dòng nƣớc mặt mùa lũ chảy
xói chân mái dốc; không gia cố, rãnh biên quá dốc dẫn đến xói chân mái dốc.
- Các nguyên nhân gây chấn động đất đá: động đất, nổ mìn khai thác đá hoặc xây
dựng đƣờng, ... (hình 1.8).
Kết luận chung: Mất ổn định mái dốc đào thƣờng xảy ra do tổng hợp nhiều
nguyên nhân, do đó khi phân tích ổn định mái dốc cần phân tích các hiện tƣợng, sự kiện
xảy ra lúc mái dốc mất ổn định và trong suốt quá trình trƣớc đổ; cần điều tra môi trƣờng
xung quanh chứ không phải chỉ chú ý đến điều kiện riêng tại chỗ mái đất mất ổn định.

10

Hình 1. 7: Sạt lỡ Nhà máy Thủy điện Bản Vẽ do mƣa lớn kéo dài.

Hình 1. 8: Sạt lỡ tại mái dốc nhà máy Thủy điện Sử Pán 2 do mƣa lớn nhiều ngày.

Hình 1. 9: Sạt lở mỏ đá Thủy điện Bản Vẽ do chấn động nổ mìn.


11

1.2.

CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNHI MÁI DỐC.

1.2.1. Phƣơng pháp cân bằng giới hạn.
Phƣơng pháp cân bằng giới hạn thƣờng giả định các mặt trƣợt là mặt phẳng hoặc
mặt trƣợt trụ tròn. Lăng thể trƣợt đƣợc coi là một cá thể, điều kiện trƣợt chỉ xảy ra tại mặt
đáy của lăng thể trƣợt. Khi tính toán, lăng thể trƣợt có thể đƣợc chia thành các mảnh chia
nhỏ với mặt giữa các mảnh là thẳng đứng và không xảy ra điều kiện trƣợt trên các mặt
phẳng này (phƣơng pháp phân mảnh).
Đặc điểm chung của các phƣơng pháp cân bằng giới hạn là chỉ xét sự làm việc của
kết cấu trong trạng thái giới hạn mà không quan tâm đến quan hệ ứng suất - biến dạng
theo quá trình tác dụng của tải trọng. Do đó những phƣơng pháp này khá đơn giản và yêu
cầu các tham số đầu vào khi tính toán thƣờng là trọng lƣợng riêng, lực dính, góc ma sát
trong của đất (những thông số cơ bản của đất có thể đƣợc xác định bằng những thí
nghiệm kinh điển trong cơ học đất).
Phƣơng pháp cân bằng giới hạn sử dụng lý thuyết vòng tròn Morh-Coulomb để
xác định ứng suất cắt gây trƣợt dọc theo bề mặt trƣợt, ứng suất cắt tại vị trí mặt trƣợt phá

hoại đƣợc định nghĩa là sức kháng cắt (hay độ bền kháng cắt) của đất.
Sức chống cắt của đất đƣợc biểu diễn bởi quan hệ tuyến tính Morh-Coulomb (hình
1.9), trong đó ứng suất cắt ở trạng thái giới hạn phá hoại và ứng suất cắt gây trƣợt có thể
xác định theo công thức:
f = Su = c + tan (điều kiện ứng suất tổng)

(1.1)

f = S’u = c’ + ’tan’(điều kiện ứng hữu hiệu)

(1.2)

 = f/F (1.3)
Trong đó:
c’, ’ - lực dính và góc ma sát riêng trong giai đoạn ứng suất hữu hiệu.
Su, Su’ - sức kháng cắt của đất (độ bền cắt) trong điều kiện ứng suất tổng và
ứng suất hữu hiệu.
F - hệ số an toàn (FOS, một số tài liệu sử dụng ký hiệu K), có thể đƣợc xác
định bằng 3 cách: cân bằng giới hạn, cân bằng lực và cân bằng moment nhƣ hình 1.6.
- Điều kiện cân bằng giới hạn: hệ số an toàn F đƣợc xác định dựa trên tỷ số sức
chống trƣợt và ứng suất gây trƣợt (hình 1.6).
+ Trƣờng hợp ổn định ngắn hạn (ứng suất tổng):
F

Su  tan   c




(1.3)

12

+ Trƣờng hợp ổn định dài hạn (ứng suất hữu hiệu):
F

(a) Cân bằng giới hạn.

S 'u  ' tan  ' c '




(1.4)

Cân bằng lực

(b)

(c) Cân bằng mô ment

Hình 1. 10: Phƣơng pháp xác định hệ số an toàn.
Ứng suất tổng đƣợc sử dụng trong điều kiện ổn định ngắn hạn (ổn định trong thời
gian thi công) cho các đất loại sét. Ứng suất hữu hiệu đƣợc sử dụng trong tính toán ổn
định dài hạn cho tất cả các loại dất, hoặc trong bất cứ các điều kiện khi biết đƣợc áp lực
nƣớc lỗ rỗng.
- Điều kiện cân bằng lực: hệ số an toàn đƣợc xác định dựa trên tỷ số giữa tổng
lực giữ và tổng lực gây trƣợt của khối trƣợt (hình 1.6b).
F=

Trong đó:

Tổng lực giữ

S
N.tan
c.L
=
W.sin
Tổng lực gây trƣợt W.sin
c - lực dính dơn vị;
=

(1.5)

L - chiều dài tổng cộng lăng thể trƣợt;
N - lực pháp tuyến tổng cộng;
W - trọng lƣợng lăng thể trƣợt;
- góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang của lăng thể trƣợt.
- Điều kiện cân bằng môment: hệ số an toàn đƣợc xác định dựa trên tỷ số giữa
tổng mô ment giữ và tổng mô ment gây trƣợt của khối trƣợt (hình 1.6c).
F=

Tổng momen giữ
Tổng momem gây trƣợt

L

=

R ∫0 Su dl
W.x

(1.6)

Trong đó:
Su - sức chống cắt đơn vị (trên 1m chiều dài mảnh trƣợt);
R - bán kính cung trƣợt giả định;
X - khoảng cách theo phƣơng ngang tính từ điểm đặt lực w đến tâm cung
trƣợt;


13

Hệ số an toàn F có thể rất nhạy cảm với sự thay đổi của thông số này, nhƣng lại
tƣơng đối không nhạy cảm với một số thông số khác. Việc xác định hệ số an toàn tối
thiểu F phải căn cứ trên các quan điểm về kinh tế, có xét đến tất cả các yếu tố ảnh hƣởng.
Trƣờng hợp mẫu thí nghiệm không đủ đại diện hay quy trình thí nghiệm không chắc chắn
và đặc biệt khi dùng giá trị giả định cho các thông số chính, thì hệ số an toàn phải đƣợc
tăng lên tƣơng ứng. Trong trƣờng hợp này có thể tham khảo sử dụng các trị số tính toán
nhƣ sau:
-

Ổn định ở cuối giai đoạn thi công của mái dốc đào và đắp: F = l,30;

-

Theo điều kiện thấm ổn định:

F = 1,25;

-

Khi mực nƣớc hạ thấp đột ngột:

F = 1,20;

-

Mái đốc tự nhiên kéo dài:

F = 1,10- 1,20;

-

Khối đất thải:

F = 1,50.

Bảng 1.1 tổng hợp một số phƣơng pháp phân tích ổn định mái dốc theo phƣơng
pháp cân bằng giới hạn, trong đó có lƣu ý các giả định và điều kiện cân bằng đƣợc sử
dụng trong tính toán.
Bảng 1. 1: Các phƣơng pháp phân tích ổn định mái dốc theo LEM.
Hệ số an toàn (F)
Phƣơng pháp

Fellenius
Bishop (1955)
Đơn giản hoá Janbu (1954)
Spencer (1967)

Morgestcrn-Price (1960)
GLE

Cân
bằng
lực

Cân
bằng
mô men

Yes
Yes
Ycs
Yes

Yes
Yes
Yes
Yes
-

Giả định lực tƣơng tác
giữa các mảnh trƣợt theo
phƣơng ngang (H) và
đứng(V)
Bỏ qua H, V
Bỏ qua V, chỉ xét H
Bỏ qua V, chỉ xét H
Có xét cả H và V

Có xét cả H và V
Có xét cảH và V

Để so sánh kết quả tính toán hệ số an toàn theo các phƣơng pháp khác nhau,
Fredlund và Krahn (1977) đã tiến hành phân tích trên mái dốc giả định và rút ra kết luận
nhƣ sau:
Phƣơng pháp đơn giản hoá Bishop, Morgcnstern-Price và Spencers cho kết quả hệ
số an toàn khá giống nhau (độ sai khác <0,1%); Phƣơng pháp Fellenius cho kết quả thiên
về an toàn, hệ số an toàn thấp hơn so với phƣơng pháp đơn giản hoá Bishop.
Phƣơng pháp Janbu cho kết quả sai khác ± 15% so với các phƣơng pháp Spencer
vàMorgenstern-Price.


14

Hình 1. 11: So sánh hệ số an toàn trên mái dốc giả định.
1.2.2. Phƣơng pháp trạng thái giới hạn.
1.2.2.1.

Phương pháp PTHH trong phân tích ổn định mái dốc..

Lý thuyết trạng thái giới hạn sử dụng phƣơng pháp phân tích phần tử hữu hạn
(Finite Element Method - FEM) dựa trên sự thay đổi ứng suất, biến dạng của các điểm
chia trong mái dốc. Đây có thể xem là phƣơng pháp phân tích chính xác, thoả mãn các
điều kiện cân bằng lực, điều kiện tƣơng thích, phƣơng trình cấu thành và điều kiện biên
tại mỗi điểm của mái dốc. Nó mô phỏng cơ chế phá hoại mái dốc thực tế và xác định
đồng thời cả hai yếu tố là hệ số an toàn nhỏ nhất và cơ chế phá hoại, đồng thời có thể mô
phỏng quá trình phá hoại mà không phải giả định trƣớc mặt trƣợt phá hoại nhƣ phƣơng
pháp cân bằng giới hạn (Griffith et al 1999; Matsui, 1990).
Phân tích ổn định mái dốc bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn có các ƣu điểm sau:

- Mặt trƣợt không cần giả định trƣớc. Mặt phá hoại diễn ra khi sức kháng cắt của
đất thấp hơn so với ứng suất cắt do trọng lƣợng bản thân của đất;
- Không yêu cầu các dữ liệu hoặc tiến hành phân mảnh phân tích dựa trên các
phƣơng trình cân bằng lực hoặc mô men;
- Có thể xác định đƣợc ứng suất và biến dạng tại mọi điểm trong mái dốc thông
qua phân tích bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn.
Phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng hai cách tiếp cận để phân tích ổn định mái
dốc: phƣơng pháp trực tiếp bằng cách sử dụng phƣơng pháp suy giảm sức chống cắt
Strength Reduction Method - SRM) và phƣơng pháp gián tiếp phân tích các hệ số an toàn
bằng sự kết hợp với các phƣơng pháp cân bằng giới hạn (Pasternack, sc và Gao, s, 1988).
Trong phƣơng pháp suy giảm sức chống cắt, độ bền kháng cắt (c, υ) của vật liệu mái dốc