Tài liệu LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG HỆ THỐNG CỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỒ DIÊN HIẾU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG HỆ THỐNG CỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỒ DIÊN HIẾU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG HỆ THỐNG CỌC Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc”. Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – PGS. TS Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công trình thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Trung Tâm Nghiên Cứu Động Lực Sông – Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này. Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối tượng nghiên cứu là mái dốc công trình thủy lợi mà những điều kiện tác động phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến công trình nên nội dung của luận văn này không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm. Hà Nội, tháng 02 năm 2012 Tác giả Hồ Diên Hiếu BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nên trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, không sao chép từ công trình nghiên cứu nào khác. Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả Hồ Diên Hiếu MỤC LỤC CHƯƠNG I ................................................................................................................ 1 T 5 T 5 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ MÁI T 5 DỐC ............................................................................................................................ 1 T 5 1.1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ............................................................1 T 5 T 5 1.2. HIỆN TRẠNG TRƯỢT LỞ MÁI DỐC .......................................................3 T 5 T 5 1.2.1. Mái dốc tự nhiên ......................................................................................3 T 5 T 5 1.2.1.1. Trong nước ........................................................................................3 T 5 T 5 1.2.1.2. Ngoài nước ........................................................................................6 T 5 T 5 1.2.2. Mái dốc nhân tạo ....................................................................................8 T 5 T 5 1.2.2.1. Sự cố trượt mái dốc công trình thủy lợi ............................................8 T 5 T 5 1.2.2.2. Sự cố trượt lở các công trình xây dựng khác ..................................16 T 5 T 5 1.3. KẾT LUẬN ...................................................................................................20 T 5 T 5 CHƯƠNG II ............................................................................................................ 22 T 5 T 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI VÀ CÁC GIẢI PHÁP T 5 GIA CỐ MÁI DỐC ................................................................................................. 22 T 5 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC .................22 T 5 T 5 2.1.1. Các điều kiện ảnh hưởng đến ổn định mái dốc ...................................22 T 5 T 5 2.1.2. Phương pháp tính ổn định mái dốc .....................................................24 T 5 T 5 2.1.2.1. Hình dạng mặt trượt........................................................................24 T 5 T 5 2.1.2.2. Cơ sở phương pháp tính toán ổn định ............................................25 T 5 T 5 2.1.2.3. Công nghệ tính toán ổn định hiện nay ............................................41 T 5 T 5 2.2. CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC .......................................................45 T 5 T 5 2.2.1. Xây dựng công trình chống đỡ .............................................................45 T 5 T 5 2.2.1.1. Tác dụng và phân loại công trình chống đỡ ...................................45 T 5 T 5 2.2.1.2. Công trình chống đỡ .......................................................................46 T 5 T 5 2.2.2. Giảm tải trên mái dốc ............................................................................47 T 5 T 5 2.2.3. Thoát nước mặt......................................................................................48 T 5 T 5 2.2.3.1. Các hình thức thoát nước mặt có thể vận dụng ..............................48 T 5 T 5 2.2.3.2. Rãnh đỉnh và rãnh dọc ....................................................................48 T 5 T 5 2.2.4. Thoát nước ngầm ..................................................................................48 T 5 T 5 2.2.4.1. Các tìa liệu cần có để thiết kế thoát nước ngầm .............................48 T 5 T 5 2.2.4.2. Các loại công trình thoát nước ngầm .............................................49 T 5 T 5 2.2.4.3. Mương thấm ....................................................................................50 T 5 T 5 2.2.5. Bảo vệ bề mặt mái dốc ...........................................................................50 T 5 T 5 2.2.6. Tổng hợp các biện pháp nâng cao ổn định mái dốc có thể vận dụng.51 T 5 T 5 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ................................................................................53 T 5 T 5 CHƯƠNG 3 ............................................................................................................. 55 T 5 T 5 ỨNG DỤNG GEO – SLOPE 2D, PLAXIS 2D, PLAXIS 3D FOUNDATION T 5 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC BẰNG HỆ THỐNG CỌC .......................................................................................................... 55 T 5 3.1. LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ................................................55 T 5 T 5 3.1.1. Khái quát chung nguyên nhân gây mất ổn định mái dốc ...................55 T 5 T 5 3.1.1.1. Nguyên nhân địa chất......................................................................55 T 5 T 5 3.1.1.2. Nguyên nhân địa mạo......................................................................56 T 5 T 5 3.1.1.3. Nguyên nhân khí tượng ...................................................................56 T 5 T 5 3.1.1.4. Nguyên nhân nhân sinh ...................................................................56 T 5 T 5 3.1.2. Cơ sở khoa học ......................................................................................57 T 5 T 5 3.1.2.1. Độ dốc của sườn dốc.......................................................................57 T 5 T 5 3.1.2.2. Giảm độ bền của đất đá ..................................................................58 T 5 T 5 3.1.2.3. Tác động của lực thuỷ tĩnh, thuỷ động ............................................60 T 5 T 5 3.1.2.4. Sự thay đổi trạng thái ứng suất ở sườn dốc do giỡ tải ...................61 T 5 T 5 3.1.2.5. Sự gia tải trên sườn dốc ..................................................................62 T 5 T 5 3.1.4. Biện pháp khắc phục .............................................................................63 T 5 T 5 3.1.4.1. Nhóm giải pháp phi công trình .......................................................63 T 5 T 5 3.1.4.2. Nhóm giải pháp công trình .............................................................64 T 5 T 5 3.1.4.3. Biện pháp công nghệ .......................................................................64 T 5 T 5 3.1.4.4. Biện pháp khai thác .........................................................................65 T 5 T 5 3.1.5. Lựa chọn trường hợp tính.....................................................................65 T 5 T 5 3.1.5.1. Mặt cắt hình học đập đất ................................................................65 T 5 T 5 3.1.5.2. Chỉ tiêu cơ lý vật liệu của đập ........................................................66 T 5 T 5 3.2. ỨNG DỤNG GEO – SLOPE 2D, PLAXIS 2D TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI, T 5 XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT, SẠT ...............................................................69 T 5 3.2.1. Sử dụng modun Seep của phần mềm Geo-Slope xác định đường bảo T 5 hòa trong thân đập ..........................................................................................69 T 5 3.2.2. Trường hợp không dùng hệ thống cọc gia cố ......................................71 T 5 T 5 3.2.2.1. Sử dụng modun Slope của phần mềm Geo-Slope ...........................71 T 5 T 5 3.2.2.2. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D .........................................................72 T 5 T 5 3.2.2.3. Nhận xét ..........................................................................................74 T 5 T 5 3.2.3. Trường hợp sử dụng hệ thống cọc gia cố ............................................74 T 5 T 5 3.2.3.1. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D .........................................................74 T 5 T 5 3.2.3.2. Sử dụng modun Sigma của phần mềm Geo-Slope ..........................75 T 5 T 5 3.2.3.3. Sử dụng modun Slope của phần mềm Geo-Slope ...........................76 T 5 T 5 3.3. ỨNG DỤNG PLAXIS 3D FOUNDATION TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI, XÁC T 5 ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT, SẠT .........................................................................76 T 5 3.3.1. Trường hợp không dùng hệ thống cọc gia cố ......................................78 T 5 T 5 3.3.2. Trường hợp sử dụng hệ thống cọc gia cố ............................................79 T 5 T 5 3.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC, MẬT ĐỘ, PHẠM VI GIA CỐ CỌC ..........79 T 5 T 5 3.5. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .......................................................80 T 5 T 5 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG ................................................................................80 T 5 T 5 CHƯƠNG 4 ............................................................................................................. 82 T 5 T 5 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH NẬM KHẨU HU ..................... 82 T 5 T 5 4.1 TÍNH ỔN ĐỊNH, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM T 5 GEO-SLOPE, PLAXIS 2D (CHƯA GIA CỐ CỌC) ........................................82 T 5 4.1.1 Mô hình tính toán ...................................................................................82 T 5 T 5 4.1.2 Kết quả tính toán phần mềm ..................................................................82 T 5 T 5 4.2 TÍNH ỔN ĐỊNH, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM T 5 PLAXIS 3D FOUNDATION ..............................................................................86 T 5 4.2.1 Mô hình tính toán ...................................................................................86 T 5 T 5 4.2.2 Kết quả tính toán ....................................................................................87 T 5 T 5 4.3 KẾT QUẢ CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN .........................................91 T 5 T 5 4.3.1. TH 1( Phạm vi gia cố từ 1/3 đến 2/3 chiều dài mái đập hạ lưu) .........91 T 5 T 5 4.3.1.1 Mô hình tính toán ............................................................................91 T 5 T 5 4.3.1.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D .................................92 T 5 T 5 4.3.1.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D..................................96 T 5 T 5 4.3.1.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope) ..101 T 5 T 5 4.3.2 TH2 (Phạm vi gia cố từ 0 đến 1/3 chiều dài mái đập hạ lưu) ...........103 T 5 T 5 4.3.2.1 Mô hình tính toán ..........................................................................103 T 5 T 5 4.3.2.2 Tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D ............................................103 T 5 T 5 4.3.2.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D ...............................109 T 5 T 5 4.3.2.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope) ..113 T 5 T 5 4.3.3 TH3 (Phạm vi gia cố từ 1/6 đến 1/2 chiều dài mái đập hạ lưu) .........116 T 5 T 5 4.3.3.1 Mô hình tính toán ..........................................................................116 T 5 T 5 4.3.3.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D ...............................116 T 5 T 5 4.3.3.3 Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D ............................................121 T 5 T 5 4.3.3.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope) ..125 T 5 T 5 4.3.2 Phân tích kết quả, lựa chọn kết quả tính toán ....................................128 T 5 T 5 4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG ..............................................................................131 T 5 T 5 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 133 T 5 T 5 1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ................................................................................134 T 5 T 5 2. NHỮNG TỒN TẠI CỦA LUẬN VĂN .........................................................134 T 5 T 5 3. NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................................................135 T 5 T 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 136 T 5 T 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Điểm sạt trượt 1 - Núi Dung xã Nhơn Tân, An Nhơn, Bình Định .............4 T 5 T 5 Hình 1.2: Điểm sạt lở TM-SL1 xã Ngọc Yêu – huyện Tu Mơ Rông. ........................6 T 5 T 5 Hình 1.3: Điểm sạt lở Columbia năm 1985 tại Mỹ .....................................................7 T 5 T 5 Hình 1.4: Điểm sạt lở 3 đường cao tốc ở Đài Loan 26/06/2010 .................................7 T 5 T 5 Hình 1.5: Vỡ một phần thân đập do hiện tượng thấm gây ra ......................................8 T 5 T 5 Hình 1.6: Khu tiếp giáp thân cống và đập đất không gia cố sét chống thấm ..............9 T 5 T 5 Hình 1.7: Trượt mái dốc trong lòng hồ chứa Otaki Nhật Bản ..................................10 T 5 T 5 Hình 1.8: Đập Teton trước lúc vỡ – nhìn từ hạ lưu...................................................11 T 5 T 5 Hình 1.9: Chỗ đập vỡ(trái). Nền rhyolite nứt nẻ chỗ xây dựng đập (phải) ...............11 T 5 T 5 Hình 1.10: Hình ảnh dòng chảy phá đập Tenton ......................................................12 T 5 T 5 Hình 1.11: Sạt trượt mái thượng lưu đập Bản Chành .............................................12 T 5 T 5 Hình 1.12: Mái kênh bị sạt do nước rút ....................................................................13 T 5 T 5 Hình 1.13: Vỡ đập Cây Tắc – Quảng Bình, bắt đầu vỡ phần giữa thân cống ...........13 T 5 T 5 Hình 1.14: Vỡ đập Réch 20 tại xã Hương Trạch, Hương Khê, Hà Tĩnh ..................15 T 5 T 5 Hình 2.1: Hình dạng mặt trượt dạng cung tròn .........................................................24 T 5 T 5 Hình 2.3: Hình dạng mặt trượt dạng gẫy khúc khi trong nền có 1 lớp đất yếu.........25 T 5 T 5 Hình 2.4: Đường cong C=f(φ gh ) ...............................................................................27 T 5 R R T 5 Hình 2.5: Mô hình khối đất trượt được chia thành nhiều cột đất thẳng đứng...........29 T 5 T 5 Hình 2.6: Mô hình khối đất trượt xem như một vật rắn nguyên khối .......................31 T 5 T 5 Hình 2.7: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp G. Cơrây .................34 T 5 T 5 Hình 2.8: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp K. Terzaghi .............36 T 5 T 5 Hình 2.9: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp R.R. Tsu-gaev.........38 T 5 T 5 Hình 2.10: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp R.R. Tsu-gaev.......39 T 5 T 5 Hình 2.11: Tính toán ổn định bằng phương pháp cân bằng tĩnh...............................42 T 5 T 5 Hình 3.1: Mặt cắt ngang đập công trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu ..............................65 T 5 T 5 Hình 3.2: Kết quả xác định đường bão hòa trong thân đập ......................................70 T 5 T 5 Hình 3.3: Mô hình hóa đập trong tính toán ổn định bằng phần mềm Slope .............72 T 5 T 5 Hình 3.4: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D cho mái đập không gia cố ……… 74 T 5 Hình 3.5: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D cho mái đập gia cố cọc ..................75 T 5 T 5 Hình 3.6: Tính toán bằng phần mềm Sigma cho mái đập gia cố cọc ......................76 T 5 T 5 Hình 3.7: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D cho mái đập không gia cố cọc .......78 T 5 T 5 Hình 3.8: Mô hình hóa bằng phần mềm Plaxis 3D cho mái đập gia cố cọc .............79 T 5 T 5 Hình 4.1 : Mặt cắt ngang đập công trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu .............................82 T 5 T 5 Hình 4.2: Ổn định tính bằng Slope............................................................................82 T 5 T 5 Hình 4.3: Cung trượt tính bằng Plaxis 2D ................................................................83 T 5 T 5 Hình 4.4: Đường chuyển dịch tải trọng.....................................................................83 T 5 T 5 Hình 4.5: Áp lực nước ngầm tính theo Slope ...........................................................83 T 5 T 5 Hình 4.6: Áp lực nước ngầm tính theo Plaxis 2D .....................................................84 T 5 T 5 Hình 4.7: Chuyển vị theo phương X .........................................................................84 T 5 T 5 Hình 4.8: Chuyển vị theo phương Y .........................................................................84 T 5 T 5 Hình 4.9: Ứng suất theo phương X ...........................................................................85 T 5 T 5 Hình 4.10: Ứng suất theo phương Y .........................................................................85 T 5 T 5 Hình 4.11: Chuyển vị tổng tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D .............................85 T 5 T 5 Hình 4.12: Mô hình tính toán mái đập đất hạ lưu CTTL Nậm Khẩu Hu ..................87 T 5 T 5 Hình 4.13: Chuyển vị tổng của đập đất .....................................................................88 T 5 T 5 Hình 4.14: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập) ..........................................................88 T 5 T 5 Hình 4.15: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập .................................................................89 T 5 T 5 Hình 4.16: Chuyển vị tổng tại 1/6 chiều dài mái hạ lưu đập ....................................89 T 5 T 5 Hình 4.17: Chuyển vị tổng tại 1/3 chiều dài mái hạ lưu đập ....................................89 T 5 T 5 Hình 4.18: Chuyển vị tổng tại 1/2 chiều dài mái hạ lưu đập ....................................90 T 5 T 5 Hình 4.19: Mô hình tính toán theo mặt cắt ngang ....................................................92 T 5 T 5 Hình 4.20: Chuyển vị tổng của đập TH1 ..................................................................92 T 5 T 5 Hình 4.21: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập) TH1..................................................93 T 5 T 5 Hình 4.22: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập TH1 .........................................................93 T 5 T 5 Hình 4.23: Chuyển vị tổng1/3 L mái HL đập (hàng cọc 1-Tính từ trái sang) TH1.........93 T 5 R R T 5 Hình 4.24: Chuyển vị Ux hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH1 ..................................94 T 5 T 5 Hình 4.25: Ứng suất tổng hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH1 ..................................94 T 5 T 5 Hình 4.26: Chuyển vị tổng hàng cọc 3(tính từ trái sang) TH1 .................................94 T 5 T 5 Hình 4.27: Chuyển vị Ux hàng cọc 3(Tính từ trái sang) TH1 ..................................95 T 5 T 5 Hình 4.28: Chuyển vị tổng tại 1/6 chiều dài mái HL đập TH1 .................................95 T 5 T 5 Hình 4.29: Ứng suất tổng tại 1/6 chiều dài mái HL đập TH1 ...................................95 T 5 T 5 Hình 4.30: Chuyển vị tổng tại 1/2 chiều dài mái HL đập TH1 .................................96 T 5 T 5 Hình 4.31: Biến dạng mái gia cố cọc TH1 ................................................................97 T 5 T 5 Hình 4.32: Chuyển vị tổng của đập TH1 ..................................................................97 T 5 T 5 Hình 4.33: Chuyển vị theo phương Ux TH1 .............................................................97 T 5 T 5 Hình 4.34: Ứng suất tổng ..........................................................................................98 T 5 T 5 Hình 4.35: Đường dịch chuyển tải trọng tại điểm A cọc 1 (tính từ trái sang) .........98 T 5 T 5 Hình 4.36: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 1 ..........................................................98 T 5 T 5 Hình 4.37: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 3 ..........................................................99 T 5 T 5 Hình 4.38: Hệ số ổn định 1,104 tính theo Slope TH1 .............................................101 T 5 T 5 Hình 4.39: Chuyển vị theo phương X (Sigma) TH1 ...............................................101 T 5 T 5 Hình 4.40: Chuyển vị theo phương Y (Sigma) TH1 ...............................................101 T 5 T 5 Hình 4.41: Ứng suất theo phương X (Sigma) TH1 .................................................102 T 5 T 5 Hình 4.42: Ứng suất theo phương Y (Sigma) TH1 .................................................102 T 5 T 5 Hình 4.43: Mô hình tính toán theo mặt cắt ngang ..................................................103 T 5 T 5 Hình 4.44: Chuyển vị tổng của đập TH2 ................................................................104 T 5 T 5 Hình 4.45: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập)TH2.................................................104 T 5 T 5 Hình 4.46: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập TH2 .......................................................105 T 5 T 5 Hình 4.46: Chuyển vị tổng tại đỉnh đập (hàng cọc 1 - tính từ trái sang) TH2 ........105 T 5 T 5 Hình 4.47: Chuyển vị Ux hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH2 ...............................105 T 5 T 5 Hình 4.48: Ứng suất tổng hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH2 ...............................106 T 5 T 5 Hình 4.49: Chuyển vị tổng tại 1/6 L mai HL đập ( hàng cọc 3 - Tính từ trái sang)........106 T 5 R R T 5 Hình 4.50: Chuyển vị Ux hàng cọc 3(Tính từ trái sang) TH2 ...............................106 T 5 T 5 Hình 4.51: Ứng suất tổng tại hàng cọc 3 TH ..........................................................107 T 5 T 5 Hình 4.52: Chuyển vị tổng tại 1/3 L mai HL đập (cọc số 6 – Tính từ trái sang) ...........107 T 5 R R T 5 Hình 4.53: Chuyển vị tổng tại 1/2 L mai HL đập (cọc số 6 – Tính từ trái sang) ...........107 T 5 R R T 5 Hình 4.54: Biến dạng mái gia cố cọc TH2 ..............................................................109 T 5 T 5 Hình 4.55: Chuyển vị tổng của đập TH2 ................................................................110 T 5 T 5 Hình 4.56: Chuyển vị theo phương Ux TH2 ...........................................................110 T 5 T 5 Hình 4.57: Ứng suất tổng TH2 ................................................................................110 T 5 T 5 Hình 4.58: Đường dịch chuyển tải trọng tại điểm A cọc 1 (tính từ trái sang) .......111 T 5 T 5 Hình 4.59: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 1 ........................................................111 T 5 T 5 Hình 4.60: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 3 ........................................................111 T 5 T 5 Hình 4.61: Hệ số ổn định 1,115 tính theo Slope TH2 .............................................113 T 5 T 5 Hình 4.62: Chuyển vị theo phương X (Sigma) TH2 ...............................................114 T 5 T 5 Hình 4.63: Chuyển vị theo phương Y (Sigma) TH2 ...............................................114 T 5 T 5 Hình 4.64: Ứng suất theo phương X (Sigma) TH2 .................................................114 T 5 T 5 Hình 4.65: Ứng suất theo phương Y (Sigma) TH2 .................................................115 T 5 T 5 Hình 4.66: Mô hình tính toán theo mặt cắt ngang ..................................................116 T 5 T 5 Hình 4.67: Chuyển vị tổng của đập TH3 ................................................................116 T 5 T 5 Hình 4.68: Chuyển vị theo Ux (theo mái đập) TH3................................................117 T 5 T 5 Hình 4.69: Ứng suất tổng mái hạ lưu đập TH3 .......................................................117 T 5 T 5 Hình 4.70: Chuyển vị tổng tại 1/6 L máiHL hàng cọc 1(Tính từ trái sang) ................117 T 5 R R T 5 Hình 4.71: Chuyển vị Ux hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH3 ...............................118 T 5 T 5 Hình 4.72: Ứng suất tổng hàng cọc 1(Tính từ trái sang) TH .................................118 T 5 T 5 Hình 4.73: Chuyển vị tổng tại 1/3 L mai HL đập hàng cọc 3(Tính từ trái sang) ..........118 T 5 R R T 5 Hình 4.74: Chuyển vị Ux hàng cọc 3(Tính từ trái sang) TH3 ...............................119 T 5 T 5 Hình 4.75: Ứng suất tổng tại hàng cọc 3 TH3 ........................................................119 T 5 T 5 Hình 4.76: Chuyển vị tổng tại 1/2 L mai HL đập hàng cọc 3(Tính từ trái sang) ..........119 T 5 R R T 5 Hình 4.77: Biến dạng mái gia cố cọc TH3 ..............................................................121 T 5 T 5 Hình 4.78: Chuyển vị tổng của đập TH3 ................................................................122 T 5 T 5 Hình 4.79: Chuyển vị theo phương Ux TH3 ...........................................................122 T 5 T 5 Hình 4.80: Ứng suất tổng TH3 ................................................................................122 T 5 T 5 Hình 4.81: Đường dịch chuyển tải trọng tại điểm A cọc 1 (tính từ trái sang) .......123 T 5 T 5 Hình 4.82: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 1 TH3 ................................................123 T 5 T 5 Hình 4.83: Ứng suất và chuyển vị hàng cọc 3 TH3 ................................................123 T 5 T 5 Hình 4.84: Hệ số ổn định 1,21 tính theo Slope TH3 ...............................................125 T 5 T 5 Hình 4.85: Chuyển vị theo phương X (Sigma) TH3 ...............................................126 T 5 T 5 Hình 4.86: Chuyển vị theo phương Y (Sigma) TH3 ...............................................126 T 5 T 5 Hình 4.87: Ứng suất theo phương X (Sigma) TH3 .................................................126 T 5 T 5 Hình 4.88: Ứng suất theo phương Y (Sigma) TH3 .................................................127 T 5 T 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các loại công trình thoát nước ngầm........................................................49 Bảng 2.2: Các loại biện pháp nâng cao mái dốc .......................................................51 Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu lớp 1D (mái TL đập) ...................................................66 Bảng 3.2: Đặc trưng vật liệu lớp 1A (lõi giữa) .........................................................66 Bảng 3.3: Đặc trưng vật liệu lớp 1B (mái HL) .........................................................67 Bảng 3.4: Đặc trưng vật liệu lớp 1G (ống khói đứng) ..............................................67 Bảng 3.5: Đặc trưng vật liệu lớp 1C (ống khói nằm ngang) .....................................68 Bảng 3.6: Đặc trưng vật liệu lớp 1E (nền) ................................................................68 Bảng 3.7: Đặc trưng vật liệu cọc bê tông gia cố .......................................................69 Bảng 4.1: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D TH1 ...........96 Bảng 4.2: Chuyển vị tại 1 số nút(điểm) TH1 ............................................................99 Bảng 4.3: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH1 ..................................................100 Bảng 4.4: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D TH1 .........100 Bảng 4.5: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Sigma TH1 ...............102 Bảng 4.6: Chuyển vị tại 1 số nút(điểm) TH2 ..........................................................108 Bảng 4.7: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH2 ..................................................108 Bảng 4.8: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D TH2 .........109 Bảng 4.9: Chuyển vị tại 1 nút(điểm) TH2 ..............................................................112 Bảng 4.10: Ứng suất hiệu quả 1 nút(điểm) TH2 .....................................................112 Bảng 4.11: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D TH2 .......113 Bảng 4.12: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Sigma TH2 .............115 Bảng 4.13: Chuyển vị tại 1 số nút(điểm) TH3 ........................................................120 Bảng 4.14: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH3 ................................................120 Bảng 4.15: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D TH3 .......121 Bảng 4.16: Chuyển vị tại 1số nút(điểm) TH3 ........................................................124 Bảng 4.17: Ứng suất hiệu quả 1 số nút(điểm) TH3 ................................................124 Bảng 4.18: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D ................125 Bảng 4.19: Bảng thống kê kết quả tính toán bằng phần mềm Sigma TH3 .............127 Bảng 4.20: Bảng tổng hợp kết quả các trường hợp tính toán .................................128 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Bài toán ổn định mái dốc đất (đá) nói chung và mái dốc của đập đất đá nói riêng cho đến nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới vẫn còn chưa được giải quyết triệt để và đầy đủ, chứng tỏ đó là vấn đề không đơn giản. - Ổn định mái dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nội ngoại như tính chất cơ lí hóa của vật liệu cấu thành mái dốc, các lực và tổ hợp tác dụng (áp lực thủy tĩnh, áp lực đẩy nổi, áp lực thấm, áp lực gió, áp lực ngược, lực động đất, áp lực kẽ rỗng, tải trọng tĩnh và động của các phương tiện thiết bị quản lý vận hành vv...), sự biến đổi theo thời gian của các tải trọng và tác động kể cả tác động biến đổi của môi trường nhiệt như nhiệt độ, độ ẩm,... - Hình thức mất ổn định của trượt của mái dốc: Theo thống kê hiện nay, các mái dốc thường có những hình thức mất ổn định như sạt lở, trượt mái dốc là phổ biến. Ví dụ đường Hồ Chí Minh chạy dọc theo triền núi, địa hình phần lớn là đường đèo dốc, mặt cắt ngang thường có dạng một bên taluy dương và một bên taluy âm. Vì vậy hiện tượng sạt trượt là không tránh khỏi nhất là về mùa mưa lũ, phía taluy dương bên núi do địa hình, địa chất thủy văn rất phức tạp và liên tục thay đổi nên những đoạn đào sâu bị sạt lở taluy...Quy mô và hậu quả của các hiện tượng đó rất khác nhau: có thể là sự mất ổn định của một khối đất đá nhỏ trong phạm vi nền đường, nhưng cũng có thể là sự mất ổn định của cả một sườn núi trên đó xây dựng nền đường. Các công trình thủy lợi do điều kiện địa hình, địa chất thủy văn, địa chất công trình, thủy văn khí tượng, trị số cột nước trước đập, vật liệu xây dựng đập,...làm các mái đập mất ổn định sinh ra trượt mái. Vì vậy, cần phải có biện pháp xử lý kịp thời và hợp lý để ngăn chặn sự phát triển của hiện tượng sạt, trượt này dẫn đến hậu quả nghiêm trọng hơn xảy ra. - Phương pháp tính ổn định mái dốc hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp trạng thái cân bằng giới hạn Về hình dạng mặt trượt, có rất nhiều giả thiết nhưng trong tính toán thực tế thông thường dựa vào hai giả thiết sau đây: + Mặt trượt có dạng một cung tròn + Mặt trượt có dạng là một mặt phẳng gãy khúc Quy phạm thiết kế đập đất của nhiều nước trên thế giới đều công nhận hai giả thiết này để tính toán. Giả thiết mặt trượt có dạng hình cung tròn do một học giả Thủy Điển K.E. Pettec xơn đề nghị năm 1916. Về sau nhiều nhà nghiên cứu về ổn định mái dốc xác nhận giả thiết này là phù hợp thực tế, nhất là đối với những mái dốc đồng nhất. Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp xác định hệ số ổn định của mái dốc do nhiều nhà nghiên cứu đề nghị. Có thể kể đến các tác giả nổi tiếng như: K. Terzaghi, R.R. Tsugaev, Sven – Gunstan, Fenleniuxt, G. rray, A.I.Ivamy, D.Taylor, O.K. Forhlich, M. Caqoot..... Dựa trên cơ sở lý thuyết đó và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, thế giới đã nghiên cứu và đưa ra một số phần mềm tính ổn định mái dốc tương đối chính xác như phần mềm Geo – Slope của Canada và phần mềm Plaxis của Hà Lan. Đó là những phần mềm mô phỏng mái dốc rất hiệu quả. Qua tính toán cho kết quả tính tương đối phù hợp với các kinh nghiệm nghiên cứu ổn định mái dốc trước đó. - Giải pháp công trình bảo vệ mái dốc: Sau khi kiểm tra ổn định theo sơ đồ tính toán và phương pháp tính toán thích hợp, phát hiện mái dốc không đảm bảo khả năng ổn định thì cần có giải pháp công trình bảo vệ mái dốc. Hiện nay, các giải pháp bảo vệ mái có thể kể đến như: a/ Biện pháp kết cấu: + Xây dựng công trình chống đỡ: Tường chắn xây đá; tường chắn bê tông và bê tông cốt thép; tường ốp mái; đê phản áp chống trượt, trôi; kè đá và cắm cọc; cọc ghìm BTCT, cọc thép, cọc ray; đất có cốt; tường neo cố; phun vữa xi măng, phun bê tông. + Giảm tải trên mái dốc: Thiết lập mặt cắt hình học hợp lý của mái dôc; đặt mái dốc theo kết quả tính toán và xử lý công trình thực tế; hạn chế chiều cao mái dốc; đánh cấp trước khi đắp nền trên sườn dốc. + Thoát nước mặt và chống xói bề mặt: Rãnh đỉnh và hệ thống thoát nước mặt; bậc nước; dốc nước; chống thấm bề mặt mái dốc; cách ly nước và chống xói nền + Thoát nước ngầm: Rãnh hở hầm thoát nước; giếng ngầm; gia cường cửa thoát nước ngầm; rãnh, mương thấm, mương hạ mực nước ngầm. + Bảo vệ mặt mái dốc: Gia cố bằng cỏ; ván lật bê tông và BTCT; thả đá chân mái dốc lát đá; rọ đá; nền chặt và gia cố đất mái dốc. b/ Biện pháp công nghệ: + Tổ chức thi công hiệu quả + Gia cố đất(cải tạo đât): Nèn chặt đất, gia cố xi măng, phủ bề mặt bằng bê tông. c/ Biện pháp khai thác: + Bảo đảm chế độ làm việc bình thường của mái dốc theo đúng yêu cầu của đồ án thiết kế + Bão dưỡng thường xuyên hệ thống thoát nước + Phòng hộ và gia cố bổ sung trong quá trình quản lý. Trong các biện pháp đó cần lựa chọn biện pháp hiệu quả nhất dựa trên xem xét các yếu tố như: tác dụng, điều kiện và phạm vi áp dụng của từng biện pháp, điều kiện thi công, điều kiện nguyên vật liệu tại chổ, và cần ưu tiên áp dụng tổ hợp các biện pháp mang lại hiệu quả cao nhất, vững bền nhất. Việc gia cố mái dốc đồi núi gần đường giao thông với chiều dài lớn sẽ gây tốn kém về mặt kinh tế. Hoặc đối với đập đất, việc gia cố mái đập trong một số trường hợp việc thi công rất khó khăn, mà có thi công được cũng gây ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định của đập. Do vậy đề tài của tôi nghiên cứu giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc như cọc tre, cọc gỗ,...cho mái dốc để giữ ổn định mái. Nhưng vấn đề đặt ra là giải pháp gia cố mái bằng hệ cọc tre, cọc gỗ,...cần thông qua tính toán cụ thể để xác định được phạm vi gia cố điểm trượt, sạt mái, mật độ các cọc gia cố, chiều dài cọc gia cố để đảm bảo về mặt thi công nhanh, giữ ổn định được mái lâu dài, đem lại hiệu quả cao nhất. Đề tài là cấp thiết, có tính ứng dụng cao, đem lại hiệu quả lớn về mặt kinh tế. Như vậy, với việc nghiên cứu tổng hợp về phạm vi trượt của mái dốc, đưa các giải pháp gia cố bằng cọc tre, cọc gỗ,...sẵn có ở địa phương, có xét đến điều kiện thi công và lợi ích kinh tế. Hy vọng đề tài sẽ cung cấp thêm một giải pháp công trình mang tính hiệu quả cao cho việc giữ ổn định mái dốc tự nhiên, và mái đập đất trong công trình thủy lợi Trên đây là lý do chính cho thấy sự cần thiết của đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc" II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ổn định mái dốc tự nhiên, mái dốc trong công trình thủy lợi. Xác định phạm vi gia cố mái, đưa ra giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc tre, cọc gỗ,...có sẵn ở địa phương phù hợp để giữ ổn định mái. III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ổn định mái dốc đập đất đá được gia cố bằng hệ thống cọc.