BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN HÀO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP NEO TRONG ĐẤT TĂNG
CƢỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CỬA HẦM THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN HÀO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP NEO TRONG ĐẤT TĂNG
CƢỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CỬA HẦM THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN

Chuyên ngành: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã số

: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS BÙI VĂN VỊNH
2. TS DƢƠNG ĐỨC TIẾN

Hà Nội – 2014


LỜI TÁC GIẢ
Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận
văn Thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường
ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện” đã hoàn thành đúng thời hạn theo
đề cương được phê duyệt.
Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Thuỷ
lợi đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình
học tập và thực hiện luận văn này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Bùi Văn Vịnh và TS. Dương Đức
Tiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa
học cần thiết cho luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Lãnh đạo, Cán bộ công nhân viên
Ban quản lý dự án Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Nghệ An đã tận tình
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện
luận văn này.
Tác giả xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ
động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả hôm nay.
Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi
những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô và cán
bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 02 năm 2014
Tác giả

Nguyễn Hào


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng
mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin
trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Nguyễn Hào


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu: ............................................................ 2
a/

Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 2

b/

Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 2

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

4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................................................ 3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG SỤT TRƢỢT MÁI DỐC .................. 4
1.1. Phân loại hiện tƣợng đất sụt trƣơt mái dốc (cửa hầm) ở Việt Nam ...................... 4
1.1.1.

Dạng 1: Trượt đất ........................................................................................... 4

1.1.2.

Dạng 2: Xói sụt ............................................................................................... 5

1.1.3.

Dạng 3: Sụt lở đất ........................................................................................... 5

1.1.4.

Dạng 4: Đá đổ, đá lăn ..................................................................................... 6

1.2. Những điều kiện dẫn đến sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm) ............................................ 6
1.2.1. Điều kiện về địa hình địa mạo ............................................................................ 6
1.2.2. Điều kiện về địa chất và địa chất công trình ...................................................... 7
1.2.3. Điều kiện về khí hậu ẩm ướt, nguồn nước......................................................... 8
1.3. Những nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm)................ 9
1.3.1. Nguyên nhân do quá trình tác động cơ học ....................................................... 9
1.3.2. Nguyên nhân do quá trình hoá lý. .................................................................... 11
1.4. Kết luận .............................................................................................................................. 11
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ TỔNG QUAN VỀ
CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC ............................................................................ 12
2.1. Các phƣơng pháp giải quyết bài toán ổn định mái dốc .......................................... 12



2.1.1.Phương pháp cân bằng giới hạn ....................................................................... 13
2.1.2. Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng .............................. 22
2.2 Các công nghệ xử lý sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm) hiện nay .................................. 24
2.2.1. Biện pháp thiết lập mặt cắt hình học hợp lý..................................................... 25
2.2.2. Biện pháp thoát nước kết hợp bảo vệ mặt mái dốc chống xói lở .................... 25
2.2.3. Biện pháp sử dụng các kết cấu chịu lực gia cường ......................................... 27
2.3. Sơ lƣợc về sự phát triển, cấu tạo và ứng dụng công nghệ neo cố đất ổn định mái
dốc ............................................................................................................................................... 28
2.3.1. Sơ lược về sự phát triển công nghệ neo trong đất ổn định mái dốc................ 28
2.3.2. Cấu tạo chung của neo trong đất ...................................................................... 29
2.3.3. Các loại neo trong đất ứng suất trước .............................................................. 30
2.3.4. Phạm vi ứng dụng ............................................................................................. 33
2.4. Kết luận .............................................................................................................................. 33
2.4.1. Lựa chọn phương pháp tính ổn định mái dốc: ................................................ 33
2.4.2 Lựa chọn giải pháp gia cố neo ổn định mái dốc:.............................................. 34
CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NEO ỨNG SUẤT TRƢỚC TĂNG
CƢỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ......................................................................................... 35
3.1. Bài toán cơ bản ................................................................................................................. 35
3.1.1. Vai trò của lực neo ứng suất trước để cải thiện trạng thái ứng suất trong đất
...................................................................................................................................... 35
3.1.2. Vai trò của lực neo ứng suất trước để ổn định tổng thể mái dốc .................... 36
3.2. Lý thuyết tính toán neo .................................................................................................. 38
3.2.1. Xác định sức chịu tải của neo trong đất theo một số tiêu chuẩn của các nước
trên thế giới .................................................................................................................. 38
3.2.2. Trình tự thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc: ......................................... 58
3.2.3. Sơ đồ tổng quát tính ổn định mái dốc............................................................... 61
3.3. Kết luận chƣơng 3............................................................................................................ 61



3.3.1. Nghiên cứu bài toán ổn định mái dốc bằng neo cho ta thấy tác dụng của neo
về ổn định mái dôc như sau: ....................................................................................... 61
3.3.2.Qua khảo sát các tiêu chuẩn xác định Po của một số nước trên thế giới cho
thấy: .............................................................................................................................. 62
3.3.3.Trình tự tính toán ổn định mái dốc tác giả nêu ra trên cơ sở nghiên cứu trình
tự................................................................................................................................... 63
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ NEO TĂNG
CƢỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƢỜNG HẦM THUỶ LỢI RÀO TRỔ TỈNH HÀ
TĨNH ................................................................................................................................... 64
4.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên ................................................................................... 64
4.1.1 Vị trí địa lý........................................................................................................... 64
4.1.2. Đặc điểm địa hình.............................................................................................. 64
4.1.3. Đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn khu vực tuyến đi qua ............................ 65
4.1.4. Phân tích nguy cơ gây sụt trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ .............. 68
4.2. Khái quát về kết quả thiết kế neo cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ ............................... 70
4.2.1. Quy mô dự án.................................................................................................... 70
4.2.2. Kết quả thiết kế neo cửa hầm Rào Trổ ............................................................. 72
4.2.3. Nhận xét và kiến nghị ....................................................................................... 73
4.3. Thiết kế neo tăng cƣờng ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ ................. 74
4.3.1. Sơ đồ tính toán ................................................................................................... 74
4.3.2. Kiểm tra ổn định mái dốc thiết kế ứng với điều kiện tự nhiên ........................ 74
4.3.3. Kiểm tra ổn định mái dốc thiết kế ứng với điều kiện bất lợi (Trường hợp bão
hòa nước) ..................................................................................................................... 76
4.3.4. Thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ ............ 77
4.3.5. Sơ đồ thi công, biện pháp thi công neo tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm
thuỷ lợi Rào Trổ ........................................................................................................... 81
4.4. Kết luận .............................................................................................................................. 84
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 86
1.Nội dung đã giải quyết của đề tài ..................................................................................... 86



2.Kết luận .................................................................................................................................. 86
3.Kiến nghị:............................................................................................................................... 88
4.Những mặt còn tồn tại và định hƣớng nghiên cứu tiếp theo...................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 90
1.Tiếng việt ................................................................................................................................ 90
2.Tiếng anh................................................................................................................................ 91


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ áp lực của phân tố đất

9

Hình 2.1: Sơ đồ các phương pháp tính toán ổn định

12

Hình 2.2: Mô hình bài toán phân tích ổn định mái dốc

13

Hình 2.3: Mô hình phân tích thỏi đất trong bài toán ổn định mái dốc

14

Hình 2.4: Xác định các thành phần lực theo thuyết đơn giản hóa của Janbu

21


Hình 2.5: Xác định các thành phần lực theo Phương pháp chiếc nêm

21

Hình 2.6: Mô hình bài toán mái dốc dài vô hạn – mặt trượt phẳng

22

Hình 2.7: Sức kháng cắt của phân tố đất theo định luật Morh – Culomb

23

Hình 2.8: phương trình cân bằng ở trạng thái ứng suất trong tọa độ đề các

23

Hình 2.9: Biểu diễn các thành phần ứng suất qua các ứng suất chính

24

Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo của neo trong đất đá

29

Hình 2.11: Sơ đồ thanh neo dính kết cả chiều dài không ƯST

31

Hình 2.12: Sơ đồ thanh neo dính kết cả chiều dài ƯST


31

Hình 3.1: Lực neo làm thay đổi ứng suất trong mái dốc

35

Hình 3.2: Lực neo làm thay đổi ổn định tổng thể của mái dốc

37

Hình 3.3: Ví dụ các thông số tính toán sức chịu tải của neo

40

Hình 3.4: Phân loại các kiểu neo theo hình dáng

41

Hình 3.5: ảnh hưởng của chiều dài bầu neo đến quan hệ tải trọng và chuyển vị

46

Hình 3.6: Quan hệ giữa hệ sô sức chịu tải Nq và góc nội ma sát 

47

Hình 3.7: Cấu tạo loại neo B và các thông số

48


Hình 3.8: Quan hệ giữa độ chặt đất và giá trị SPTc. Tính toán P0 trong đất dính

49

Hình 3.9: Sơ đồ tổng quát tính ổn định mái dốc

61

Hình 4.1: Mô hình hóa mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope trường hợp
tự nhiên

75


Hình 4.2: Kết quả tính ổn định mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope
trường hợp tự nhiên

75

Hình 4.3: Mô hình hóa mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope trường hợp
đất bão hòa nước

76

Hình 4.4: Kết quả tính ổn định mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope
trường hợp đất bão hòa nước

77


Hình 4.5: Sơ đồ bố trí neo trên mặt bằng và mặt đứng

82

Hình 4.6: Cấu tạo chi tiết neo

83


DANH MỤC BẢNG BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tổng hợp các thành phần đã biết và chưa biết liên quan đến phân tích ổn định
mái dốc

17

Bảng 2.2: Các phương trình cân bằng

18

Bảng 3.1: Trị số qr

40

Bảng 3.2: Trị số qs

40

Bảng 3.3: Hệ số an toàn K

40


Bảng 3.4: Chiều dài bầu neo cho các neo đá phun vữa xi măng

43

Bảng 3.5: Trị số dính bám giữa đá và vữa dùng cho thiết kế

44

Bảng 3.6: Cường độ chịu tải của neo đá dùng trong thiết kế sơ bộ

51

Bảng 3.7: Cường độ chịu tải của neo trong đất đường kính nhỏ trong thiết kế sơ bộ51
Bảng 3.8: Cường độ neo bám trung bình (  s ) tại bề mặt tiếp xúc vữa đất đá xung quanh
52
Bảng 3.9: Hệ số a để xác định Ds

53

Bảng 3.10: Hướng dẫn sử dụng các biểu đồ xác định qs

55

Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm neo cố dự án hầm đường bộ qua đèo Hải Vân

56

Bảng 3.12: Trị số sức neo bám theo các tiêu chuẩn


57

Bảng 4.1: Đặc điểm địa chất công trình

65

Bảng 4.2: Đặc điểm địa chất các hố khoan

66

Bảng 4.3: Thông số các hạng mục chính dự án cấp nước khu kinh tế Vũng Áng 70
Bảng 4.4: Kết quả thiết kế neo trong đất cửa hầm Rào Trổ

72

Bảng 4.5: Tổng hợp các lực phân mảnh trong chương trình Geo – Slpope trước khi gia cố
neo

77

Bảng 4.6: Tổng hợp các chỉ tiêu chính ứng với 2 giải pháp thiết kế

84


-1-

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong công cuộc đổi mới, hiện đại hoá và công nghiệp đất nước, nhà nước ta

đã có những đầu tư rất lớn vào cơ sở hạ tầng, đặc biệt là các công trình thuỷ lợi,
thuỷ điện, công trình giao thông. Nhiều công trình đang được xây dựng với chỉ tiêu
kỹ thuật ngày càng cao trên khắp mọi miền đất nước.
Một số công trình đi qua vùng có địa hình, địa chất, thuỷ văn phức tạp dẫn
đến thường xuyên xảy ra các hiện tượng sụt trượt làm mất ổn định mái dốc. Vì vậy
việc xây dựng các công trình phòng hộ chống sụt trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi,
thuỷ điên, tường, kè, mái dốc đường giao thông v.v... chiếm một tỷ lệ đáng kể trong
quá trình xây dựng. Hiện tại nhiều biện pháp chống sụt trượt đang được sử dụng
phổ biến để nâng cao ổn định mái dốc như: Đào giật cấp trên mái dôc, tường chắn
bê tông cốt thép, đá xây, kè rọ đá v.v... Tuy nhiên qua thực tế tình hình sụt trượt vẫn
xảy ra tại các mái dốc đã được ra cố.
Ứng dụng neo trong đất đá để chống trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ
điện là một giải pháp mới, giải quyết triệt để hơn vấn đề ổn định với mái dốc đào
sâu. Ngoài ra, kết cấu neo kết hợp với khung bê tông, tường chắn, cọc khoan nhồi
v.v...làm cho kết cấu thanh mảnh, có tính thẩm mỹ cao, đồng thời làm giảm đáng kể
khối lượng đào đắp đất đá và việc thi công neo trong đất cũng không đòi hỏi mặt
bằng lớn.
Trước những năm 50 của thế kỷ 20, thanh neo trong đá đã được ứng dụng
trong kết cấu vỏ hầm. Năm 1958 một công ty của Đức lần đầu tiên dùng neo giữ
tường chắn đất để thi công hố móng sâu. Các kỹ thuật neo đã được phát triển mạnh
mẽ trong hơn 40 năm qua đến mức nó đã được dùng rộng rãi trong ứng dụng tạm
thời và lâu dài trên khắp thế giới, không chỉ tăng về số lượng neo lắp đặt mà phạm
vi sử dụng cũng đã mở rộng đáng kể. Công nghệ neo đất ứng suất trước bằng thép
cường độ cao được ứng dụng cho các loại công trình ngầm trong thuỷ lợi, thuỷ điện,
ổn định mái dốc, neo giữ tháp và móng cầu v.v...


-2-

Ở Việt Nam công nghệ neo trong đất đã được dùng trong các công trình như:

Hầm thuỷ điện Hoà Bình, hầm đường bộ qua đèo Hải Vân. Gần đây, công nghệ neo
trong đất được ứng dụng để bảo vệ mái dốc cửa hầm Ngàn Trươi (Hà Tĩnh), hầm A
Roàng, mái dốc đường Hồ Chí Minh, cảng Tiên Sa ( Thành Phố Đà Nẵng).v.v...
Hầu hết các công trình này đều do Tư vấn nước ngoài thực hiện dựa trên cơ sở kinh
nghiệm và thí nghiệm kéo thử tại hiện trường.
Qua thực tế xử lý chống sụt trượt mái dốc cửa hầm Hải Vân, giải pháp neo
trong đất tỏ ra là một giải pháp kỹ thuật có nhiều ưu điểm cần được nghiên cứu và
ứng dụng rộng rãi.
Do vậy, đề tài "Nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường
ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện" có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất
và góp phần nhỏ vào việc phổ biến ứng dụng neo trong đất nói chung và trong xây
dựng thuỷ lợi thuỷ điện nói riêng.
Phạm vi ứng dụng của neo trong đất rất rộng, trong luận văn này tác giả chỉ
đi sâu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ neo trong đất để tăng cường ổn định mái
dốc chống sụt trượt mái dốc.
2. Mục đích nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu:
a. Mục đích nghiên cứu
- Tổng quan hiện tượng sụt trượt.
- Tổng quan lý thuyết về ổn định mái dôc, các biện pháp xử lý ở Việt Nam
và trên Thế giới.
- Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo và tổng quan các quy trình thiết kế neo
cố tăng cường ổn định mái dốc của một số nước trên thế giới.
- Vận dụng kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế tăng cường ổn định bằng
neo ứng suất trước trên cửa hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ.
b. Đối tượng nghiên cứu


-3-

- Lý thuyết ổn định mái dôc.

- Công nghệ neo tăng cường ổn định mái dôc.
- Cửa hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập, các tài liệu có liên quan.
- Nghiên cứu các dạng sụt trượt.
- Nghiên cứu lý thuyết về ổn định mái dốc và tính toán của giải pháp neo
tăng cường ổn định mái dốc. Vận dụng lý thuyết để tính toán neo trong đất tăng
cường ổn định mái dốc hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Góp phần nghiên cứu bản chất hiện tượng sụt trượt và ứng dụng công nghệ
neo trong đất vào lĩnh vực ổn định mái dốc phục vụ công tác xử lý đất sụt trượt mái
dốc cửa hầm các công trình Thuỷ lợi, thuỷ điện.


-4-

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG SỤT TRƢỢT MÁI DỐC
1.1. Phân loại hiện tƣợng đất sụt trƣơt mái dốc (cửa hầm) ở Việt Nam
Theo kết quả thống kê thực tế cho thấy, các dạng sụt trượt phụ thuộc vào đặc
điểm về địa hình, địa chất công trình, thủy văn, địa chất thủy văn và khí hậu. Có thể
phân loại hiện tượng sụt đất nói chung ra 4 loại đặc trưng sau đây:
1.1.1. Dạng 1: Trượt đất
Trượt đất là hiện tượng di chuyển của khối đất đá (thường là đất đá loại sét) theo
một mặt trượt nhất định, thường có dạng hình trụ tròn (khối trượt đất xảy ra trong
nền đào hoặc nền đắp có cấu trúc đất tương đối đồng nhất) hoặc có mặt trượt gãy
khúc phụ thuộc vào dạng bề mặt tầng đá gốc ở lớp dưới sâu. Khối đất đá dịch
chuyển gọi là khối trượt. Chiều dài khối trượt có thể tới vài trăm mét, thể tích có thể
tới hàng triệu mét khối hoặc hơn nữa. Về nguyên lý, hiện tượng trượt đất này khi
hoạt động thì toàn bộ khối đất nằm trong lăng thể trượt đều bị di chuyển đồng thời,
đất đá nằm trong khối trượt ít bị xáo trộn. Cây cối hoặc công trình trên bề mặt bị

nghiêng và cùng bị di chuyển với khối trượt. Trên bề mặt địa hình sẽ để lại một
vách trượt hay bậc trượt rõ rệt kèm theo vết nứt của vách trượt. Theo phân loại của
Giáo sư N.N.Maxlốp loại trượt đất này gần tương đương với dạng “sập đổ, vừa cắt,
vừa quay” . Tùy thuộc vào một vài dấu hiệu khác trong cơ chế trượt mà còn có các
phụ hạng như trượt cổ, trượt sâu, trượt nông, trượt phẳng (trượt tầng phủ), trượt
theo mặt đá gốc, trượt dòng…
Trong số các loại trượt đất, dạng trượt sâu tuy không phổ biến, nhưng nếu đã
xảy ra thì rất nguy hiểm. Khối lượng đất trượt và hậu quả thường gây ra rất lớn.
Nhiều chỗ mất đi nửa quả núi, làm mất hoặc xê dịch một đoạn nền đường dài hàng
trăm mét. Ví dụ như trượt cổ ở Km 112 và 119 trên quốc lộ 4D (Lào Cai – Sa Pa),
Km 27 trên quốc lộ 37 (thị xã Yên Bái) …
Khi xuất hiện hầu hết các loại trượt đất này thường gây nên những hậu quả
nghiêm trọng, làm đổ vỡ nhiều nhà cửa của dân trong khu vực ảnh hưởng, thậm chí


-5-

có thể gây thiệt mạng cho người và hủy hoại các phương tiện giao thông khi qua
đường.
1.1.2. Dạng 2: Xói sụt
Xói sụt đất là hiện tượng biến dạng cục bộ của mái dốc dưới tác động trực tiếp
của dòng chảy mưa rào từ lưu vực phía trên đổ về hoặc kết hợp với tác động của
dòng chảy ngầm, lúc đầu xuất hiện hiện tượng xói đất và đất bị bong tróc từng
mảng ở phía đỉnh mái dốc, sau đó phát triển mạnh dần xuống phía dưới dọc theo
chiều dòng chảy và tỷ lệ với lưu tốc dòng chảy. Mức độ hoạt động gây xói thường
chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần mới hoàn thành một quá trình xói
sụt. Khối lượng xói sụt thường không lớn và tùy thuộc vào mức độ phong hóa của
đất đá, độ dốc của mái dốc, lượng nước ngầm, nước mặt. Hậu quả cuối cùng của
hiện tượng này thường để lại trên mặt mái dốc những rãnh xói, mương xói hoặc
những hang hốc. Sản vật của xói sụt đất thường là những đống đất chất đống ở chân

dốc.
Một dạng xói khác thường gặp trong thực tế, đó là hiện tượng dòng bùn đá chảy
từ các vách núi hoặc từ các khe tụ thủy xuống mặt đất. Trận lũ bùn đá xảy ra vào
tháng 10/2000 trên Quốc lộ 27 Lâm Đồng đã gây nên những hậu quả nghiêm trọng
cho sản xuất nông nghiệp, làm hư hại hàng chục Km đường và gây nên thiệt hại tới
hàng chục tỷ đồng
1.1.3. Dạng 3: Sụt lở đất
Về bản chất, sụt lở đất đá là giai đoạn cuối cùng của hiện tượng xói sụt đã nêu
trên. Trong thực tế, đối với sụt lở khó phát hiện thấy các dấu hiệu vách sụt, mặt
trượt một cách rõ ràng. Sản vật đất sụt lở có xu hướng dịch chuyển xuống chân mái
dốc, đất đá nằm trong khối đất sụt bị xáo trộn kèm cây cối thường đổ ngổn ngang.
Khi sụt lở đất diễn ra thường xảy ra rất nhanh và làm cho khối đất xung quanh bị
biến dạng, nứt rạn, ảnh hưởng đến độ ổn định của các khối đất tiếp cận nó. Khối
lượng sụt loại này cũng có thể đạt tới mức độ khá lớn và có thể tràn xuống lấp hẳn


-6-

một đoạn đường. Đây là một dạng đất sụt phổ biến nhất trên các mái dốc ở vùng núi
ở nước ta.
1.1.4. Dạng 4: Đá đổ, đá lăn
Đây là hiện tượng đất đá bị lở và lăn xuống từng khối, từng mảng từ đỉnh dốc
xuống chân mái dốc, xuống mặt đường. Tùy thuộc vào độ dốc địa hình, mái dốc và
tính chất của đất đá mà mức độ đá đổ với tốc độ và quỹ đạo khác nhau. Hiện tượng
này xuất hiện phổ biến nhất vào mùa mưa một thời gian, thậm chí có thể xảy ra khi
trời nắng ráo.
Khối lượng đất đá không lớn nhưng nguy hiểm và dễ gây tai nạn, ùn tắc giao
thông.
1.2. Những điều kiện dẫn đến sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm)
1.2.1. Điều kiện về địa hình địa mạo

Hoạt động mãnh liệt của kiến tạo, tính đa dạng của thạch học, quá trình ngoại
lực phức tạp và lâu đời, mà đặc biệt là hoạt động xâm thực đã để lại trên mặt đất của
toàn lãnh thổ một địa hình rất phức tạp. Đặc điểm đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá
trình địa chất động lực mà trước hết là trượt đất.
Khi mức độ phân cắt mạnh (khe xói nhiều, độ dốc núi lớn) thì số lượng và khối
lượng sụt trượt càng nhiều. Khe xói, eo núi, thung lũng cũng là kết quả của sự xâm
thực bóc mòn. Cho nên vùng nào đồi núi cấu tạo từ đá gốc có thành phần thạch học
và cấu trúc đồng nhất như Granit, Rhyolit, Bazan,…thường tròn trĩnh với địa hình
“bát úp”, sườn thoải, đỉnh tròn và tương đối phẳng, ít bị chia căt. Tùy thuộc mức độ
phong hóa của đất đá và chiều cao, độ dốc mặt đất mà ở loại hình này thường ít bị
sụt trượt. Trong đó sườn núi là đất đá không đồng nhất về thành phần và cấu trúc
như đá trầm tích, cát kết, sét kết, …thì mặt địa hình gồ ghề, nhiều khe xói với địa
hình chân chim và bị chia cắt mạnh. Đối với loại địa hình này, hiện tượng đất sụt
bao gồm 4 dạng cơ bản nêu trên phát triển với mức độ mạnh. Nếu như mức độ phân
cách sâu càng lớn thì khối lượng đất sụt càng nhiều.


-7-

Mặt khác khi con người tác động vào thiên nhiên sẽ làm ảnh hưởng đến ổn định
mái dốc, biểu hiện ở một số mặt như sau:
+ Đào núi làm đường hầm thủy lợi, thủy điện, làm đường giao thông, phá vỡ
thế ổn định tự nhiên của sườn đồi thiên nhiên. Đặc biệt là những đoạn đào sâu
tạo nên những vách mái dốc nguy hiểm có độ cao từ 10m trở lên.
+ Đào núi làm đường hầm thủy lợi, thủy điện, làm đường giao thông, khai thác
mỏ với độ dốc mái dốc không hợp lý, không xét đến những yếu tố có ảnh hưởng
đến độ bền và độ ổn định của khối đất đá;
+ Sử dụng mìn quá tiêu chuẩn để nổ phá, gây chấn động làm phá vỡ kết cấu
nguyên dạng của khối đất đá;
+ Khai thác, canh tác đốt rẫy, làm mương, phá rừng,… làm thay đổi chế độ nước

mặt, nước ngầm của khu vực,…
Vì vậy địa hình là yếu tố quan trọng không những liên quan đến kinh tế mà còn
ảnh hưởng đến độ ổn định trong xây dựng và khai thác.
1.2.2. Điều kiện về địa chất và địa chất công trình
Trong thực tế khi thấy đá còn tươi và nguyên khối của các loại Macma (Granit),
biến chất (Gơnai, quăc zit, trầm tích, đá vôi, cát kết, bột kết, sét kết,…) thì ngay
trong mùa mưa lũ hiện tượng đất sụt cũng rất ít phát sinh, chỉ có hiện tượng đất lở
hoặc đá đổ nhưng khối lượng không nhiều. Trong lúc đó gặp nhiều trường hợp mà
các yếu tố hình học như nhau nhưng ở đâu có loại đá phiến sét màu đen, đá phiến
Xerixit, sét kết màu nâu, gan trâu (đèo Ma Thi Hồ, Phong Thổ - Lai Châu, đèo Pê
ke đường Hồ Chí Minh) Thì ở đấy đất sụt phát sinh trầm trọng. Lớp đất phong hóa
ở đây dày, thành phần chủ yếu là đá dăm sắc cạnh, kích cỡ không đồng đều thường
là dẹt và dài (vốn là từ đá phiến sét bở ra) xen lẫn đất sét. Ngoài ra do mưa nhiều và
mưa dài ngày tầng phong hóa dầy, lượng nước ngầm tàng trữ trong đất khá lớn làm
cho lượng đất đá vốn đã rời rạc lại thêm ẩm ướt, lực kháng cắt nhỏ. Như vậy liên
quan đến sự phát sinh và phát triển hiển tượng đất sụt, mà chủ yếu vẫn là thành


-8-

phần đất đá, cấu tạo theo chiều dày của tầng phong hóa. Đấy là điều kiện cơ bản để
phát sinh đất sụt.
1.2.3. Điều kiện về khí hậu ẩm ướt, nguồn nước
Trong công tác nghiên cứu khi đánh giá mức độ ổn định và xây dựng công trình
chống sụt cần chú ý đặc biệt đến điều kiện khí hậu thời tiết, vì trong thực tế tồn tại
mối quan hệ rất chặt chẽ giữa lượng mưa và độ phân bố sụt. Điều kiện về khí hậu
ẩm ướt, nguồn nước có ảnh hưởng trực tiếp để dẫn đến mất cân bằng và di chuyển
của khối đất đá trên mái dốc.
Do nguồn nước mặt: Độ dốc của địa hình kết hợp với lượng mưa lớn tạo nên
những dòng chảy có lưu tốc lớn. Vì vậy vào mùa mưa dòng nước lớn gây ra sự phá

hủy và làm xói mòn đất đá ở hai bên dòng suối và chân dốc, cuối cùng cả khối núi
mất ổn định trầm trọng.
Nước mưa: Nước mưa không những là nguồn cung cấp cho nước mặt mà còn
tạo thành dòng chảy trên bề mặt địa hình, làm bào xới, cuốn trôi đất đá, những sản
vật phong hóa và cả những mãnh núi lớn. Kết quả tạo ra những hiện tượng xói sụt
và sụt trượt, hoặc hình thành lúc đầu là các mương xói, rãnh xói và về sau là những
sụt trượt lớn. Ngoài ra nước mưa còn là nguồn cung cấp cho nước ngầm nhất là
những nơi đất đá có hệ số lớn.
Nước ngầm: Ngoài biểu hiện làm biến đổi lâu dài độ bền của đất đá theo một cơ
chế giống như quá trình phong hóa vỏ trái đất. Nước ngầm ở thời điểm bất lợi có tác
động tức thời ở các mặt:
+ Làm tăng trọng lượng thể tích của đất đá
+ Làm giảm sức kháng cắt mà chủ yếu là lực dính kết
+Tăng áp lực thủy động
+Xói ngầm,….
Những yếu tố lực học mà địa chất vật lý này góp phần tăng thêm lực gây trượt,
momen trượt và làm thay đổi điều kiện cân bằng giới hạn của khối đất đá.


-9-

1.3. Những nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm)
Thực tế cho thấy hiện tượng sụt trượt do tác động đồng thời của cả hai quá trình
cơ học và hóa lý. Để hiểu được bản chất của quá trình sụt trượt chúng ta nghiên cứu
hiện tượng chảy dẻo cơ học và chảy dẻo hóa lý của đất loại sét.
1.3.1. Nguyên nhân do quá trình tác động cơ học
Quá trình nén chặt đất trong thiên nhiên khi địa hình nằm ngang là quá trình nén
không nở hông. Điều kiện đó có thể thực hiện được trong phòng thí nghiệm bằng
cách tạo ra áp lực hông bằng áp lực thẳng đứng, tức là khi 1=2=3 (hình 1.1).
Trạng thái ứng suất đó gọi là trạng thái ứng suất thủy tĩnh.

1

¸P LùC

1

1

3

3
1

BIÕN D¹NG T¦¥NG §èI

2

1

1

3

2
1

2=3

2


Hình 1.1 : a) Sơ đồ áp lực của phân tố đất; b) đường cong biến dạng
Cường độ biến dạng với sự tăng ứng suất thủy tĩnh sẽ dần dần giảm xuống. Vì
vậy, quan hệ giữa biến dạng tương đối (giả sử là biến dạng thẳng đứng) của mẫu đất
với áp lực  là đường cong thoải dần (đường 1 trong hình 1.1). Trong trường hợp
2=3 =0, biến dạng tương đối sẽ tăng hơn nhiều khi 1 tăng (đường cong 2 trong
hình 1.1). Sau khi áp lực 1 đạt tới trị số giới hạn th biến dạng tăng lên đột ngột và
khi áp lực cố định ở đó (th ), biến dạng vấn tiếp tục tăng. Trị số th đặc trưng cho
giới hạn bền của mẫu đất khi bị nén. Biến dạng của mẫu đất tại áp lực này gọi là
biến dạng chảy.


-10-

Có thể tiến hành những thí nghiệm trong điều kiện mẫu đất chịu áp lực bên
(2,3 ) nhỏ hơn 1 và tăng hơn 1. Hiện tượng nén lún sẽ xảy ra như đường cong 3
(hình 1.1), đoạn đầu là tổng hợp kết quả của cả quá trình nén và chảy của đất. Khi
tăng 1 có nghĩa là tăng hiệu ứng suất chính, biến dạng chảy tăng lên.
Kết quả của nhiều thí nghiệm cho thấy th phụ thuộc vào trị số tuyệt đối của 1 3 . Thực nghiệm cũng cho thấy rằng hiệu 1 -3 tăng do 3 giảm sẽ gây biến dạng
chảy mạng mẽ hơn trường hợp tăng 1 lên tới 2,5 lần đến 3,5 lần. Chẳng hạn, có thể
chất tải để tạo nên trị số ∆1 hoặc đào chân mái dốc để tạo trị số ∆3 thì sự phá hủy
như nhau khi:∆3 =∆1

(1.1)

Trong đó:
=0,2-0,4
Một vật thể ở trạng thái chảy, độ bền của nó chủ yếu là do lực dính và được đặc
trưng bằng biểu thức: 1 -3 = 2C

(1.2)


Trong đó:
1 ,3 là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất
C là lực dính.
Nếu hiệu các ứng suất chính vượt quá 2C, đất bắt đầu chảy. Để đánh giá khả
năng ổn định chảy của đất, người ta dùng hệ số ổn định Kođ:
Kođ =

2c
1  3

(1.3)

Đất ở trạng thái tới hạn: Kođ = 1;
Đất ở trạng thái ổn định: Kođ >1;
Đất ở trạng thái chảy: Kođ<1;
Các loại đá cứng chỉ có thể chảy khi ứng suất chính chênh lệch rất lớn, cho nên
biểu hiện chảy chỉ xuất hiện khi đá ở sườn rất dốc, ở vách hào sâu.


-11-

Biểu thức trên cho ta thấy sự chảy của đất có thể do ảnh hưởng của hiệu ứng
suất chính gọi là chảy dẻo cơ học.
Một phân tố đất nằm ở sườn dốc sẽ có ứng suất chính lớn nhất là 1 tạo bởi
trọng lượng các lớp đất đá nằm trên nó và ứng suất chính nhỏ nhất 3 là áp lực
hông. Trị số 3 nhỏ nhất về phía sườn dốc. Sự thay đổi 1 -3 có thể do đào xói bờ
cửa sông, do các công trình đào cắt chân mái dốc, do chất tải, do xe chạy... Những
tác động này làm giảm hệ số ổn định và do vậy đất đá dễ sinh ra biến dạng chảy.
Như đã phân tích ở trên cho ta thấy sự chảy dẻo của đất cỏ thể do ảnh hưởng của

hiệu ứng suất chính gọi là chảy dẻo cơ học.
1.3.2. Nguyên nhân do quá trình hoá lý.
Như đã phân tích ở trên, Kođ phụ thuộc vào hiệu của 1 và 3 , Phụ thuộc vào
lực dính C. Lực dính của đất là do lực Vanđecvan (lực dính nguyên sinh) và lực Ion
(lực gắn kết do các muối thạch cao, canxit, sắt tích đọng, ...). Ảnh hưởng của lực
Vanđecvan sẽ giảm do đất bị nở, còn ảnh hưởng của lực Ion giảm do màng liên kết
ximăng bị phá hủy.
Tóm lại nguyên nhân chung dẫn đến hiện tượng đất đá sụt bao gồm nhiều yếu
tố, trong đó có các yếu tố thiên nhiên và có các yếu tố do chính con người gây ra.
1.4. Kết luận
Từ nghiên cứu các dạng sụt trượt, mỗi loại sụt trượt thường xảy ra bởi điều kiện
nào và nguyên nhân nào dẫn đến sụt trượt. Hiểu dõ được điều đó nhằm giúp cho
người thiết kế:
- Tổng quát được các dạng sụt trượt xảy ra trong thực tế. Mỗi dạng sụt trượt
thường xảy ra với điều kiện địa hình địa mạo, địa chất thủy văn nào, nguyên nhân
nào dẫn đến tình trạng sụt trượt.
- Định hướng áp dụng các phương pháp tính ổn định mái dốc phù hợp
- Đề ra các giải pháp phòng chống sụt trượt một cách có hiệu quả.


-12-

CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ TỔNG
QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC
2.1. Các phƣơng pháp giải quyết bài toán ổn định mái dốc
Mái dốc bị phá hoại do tải trọng sinh ra tăng lên và vượt quá sức chống trượt của
đất trong một phạm vi thể tích khá lớn. Sụt đất, trượt đất là hiện tượng mất ổn định
và dịch chuyển xuống phía dưới của đất đá theo một hoặc nhiều mặt mà tại đó lực
gây trượt vượt quá lực giữ.
Mỗi khối trượt đều tạo nên một khu trượt mà ranh giới, hình dạng của nó trên

mặt bằng được quyết định bởi kích thước và kiểu trượt. Phương thức dich chuyển
đất đá rất khác nhau sẽ quyết định dạng nêm trượt khác nhau
Để tính toán ổn định mái dốc, người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác
nhau, nhưng nói chung phân chia làm hai nhóm chính: Nhóm thứ nhất đánh giá sự
ổn định dựa trên sự phân tích ở trạng thái cân bằng giới hạn của các lực tác dụng lên
mái dốc theo một mặt trượt nào đó. Nhóm thứ hai dựa trên sự phân tích trạng thái
ứng suất – biến dạng của khối trượt. Các phương pháp tính ổn định mái dốc có thể
liệt kê như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ các phương pháp tính toán ổn định


-13-

2.1.1.Phương pháp cân bằng giới hạn
Lý thuyết môi trường rời đã được Coulomb khởi xướng từ năm 1773. Sau đó
được các nhà khoa học

Rankine, Kurđyumov, Kotter, Krey, Pranđtl,

Geereerrxevanov, Fellenius, Terzaghi, ... tiếp tục nghiên cứu. Những lý thyết này
hiện đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây nhờ sự
phát triển của máy tính điện tử và phương pháp phần tử hữu hạn được ứng dụng
dộng rãi.
Hiện nay tính toán ổn định mái dốc hầu hết dựa vào hai phương trình cân bằng:
cân bằng lực và cân bằng mô men. Theo các phương pháp tính toán phần tử hữu
hạn, mái dốc được phân thành các thỏi. Các phương pháp xác định lực khác nhau
trong các cột đất (hoặc cung trượt) được gọi là các trường hợp đặc biệt của lý thuyết
cân bằng giới hạn.
Mô hình bài toán:

Mô hình hóa bài toán phân tích ổn định mái dốc cần có các thông số đầu vào
như sau:
+ Mô hình địa chất – trong đó toàn thể khối đất được phân tích thành những
phần tử địa chất công trình riêng biệt (các mặt cắt ngang địa chất) là những vật thể
địa chất đồng nhất về thành phần, trạng thái, tính chất vật lý.
+ Các đặc trưng tính toán của sức chống trượt của các phần tử địa chất công
trình
+ Trong lượng thể tích của mỗi phần tử địa chất công trình
+ Các số liệu về địa chấn của vùng
+ Dòng chảy nước mặt, nước ngầm


-14-

mùc n-íc

ER
Kw
EL

G

T
N



Hình 2.2: Mô hình bài toán phân tích ổn định mái dốc
Trong đó:
G: Trọng lực khối trượt

T: Lực ma sát
 : góc dốc

N: phản lực pháp tuyến
Kw: Lực động đất
EL, ER: lực tương tác theo phương ngang giữa các mảnh
Các giả thuyết của lý thuyết cân bằng giới hạn:
+ Đất là loại vật liệu tuân theo định luật Morh – Coulomb
+ Hế số an toàn của các thành phần cường độ lực dính và góc ma sát là bằng
nhau đối với mọi loại đất có cùng giá trị lực dính và góc ma sát
+ Hế số an toàn là giống nhau đối với mọi cột đất
Các yêu cầu về hệ số an toàn:
Hệ số an toàn được xác định như một hệ số mà ứng suất tiếp trong khối đất bị
giảm xuống đưa khối đất vào trạng thái cân bằng giới hạn tại mặt trượt cho trước.
Hệ số an toàn được đánh giá qua tỷ số giữa lực chống trượt và lực gây trượt: