Tài liệu 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