ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-------Ơ------

TRẦN ANH TRUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ
DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC CÓ CHU KỲ ĐẾN
SỰ ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC BẰNG ĐẤT
Chuyên ngành: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã số ngành: 60.58.40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 naêm 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH THANH SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ MẠNH HÙNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. TRÀ THANH PHƯƠNG

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……… tháng ……… năm 2005

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày ……… tháng ……… năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

TRẦN ANH TRUNG

Phái: nam.

Ngày, tháng, năm sinh:

16 – 04 – 1978

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: xây dựng công trình thủy
I.

MSHV: 02003508

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC CÓ CHU KỲ
ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC BẰNG ĐẤT.

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
•

Nhiệm vụ:

- Thiết lập và giải một phương trình toán học diễn tả sự thay đổi của đường bão
hòa trong mái dốc với điều kiện biên thượng lưu là mực nước dao động có chu kỳ,
xuất phát từ định luật thấm cơ bản Darcy.
- Kiểm tra tính ổn định của mái dốc bằng đất trong điều kiện đường bão hòa thay
đổi liên tục.
•

Nội dung:

- Giải bài toán dòng thấm không ổn định bằng 3 phương pháp:
+ phương pháp giải tích.
+ phương pháp sai phân hữu hạn (lập trình bằng ngôn ngữ Visual Fortan 6.0).
+ phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng phần mềm tính toán Seep/w trong
bộ Geo – Slope).
- Đo đạc dòng thấm thực tế tại Bình Đức – Long Xuyên.
- So sánh các kết quả tính toán.
- Tính toán ổn định mái dốc bằng đất (sử dụng phần mềm tính toán Slope/w trong
bộ Geo – Slope).



III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. HUỲNH THANH SƠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Ts. Huỳnh Thanh Sơn

Ts. Huỳnh Thanh Sơn

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông
qua.
TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH

Ngày ……… tháng ……… năm 2005
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH



LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn thạc só này, đã có sự giúp đỡ của rất nhiều
người, tổ chức xung quanh. Cho phép tôi được dành vài dòng để gởi tới họ tấm
lòng biết ơn chân thành nhất.
Xin được cảm ơn thầy Huỳnh Thanh Sơn đã tận tình hướng dẫn tôi trong
việc hoàn thành đề tài nghiên cứu nói riêng, giúp tôi chập chững bước vào con
đường nghiên cứu nói chung.
Xin cảm ơn nhóm đo đạc đã cung cấp số liệu kịp thời và hoàn chỉnh để tôi
có thể hoàn thành nghiên cứu này.
Xin được cảm ơn gia đình, bạn bè, cơ quan tôi (trường Đại học Dân lập
Công Nghệ Sài Gòn) đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi về mặt vật chất và tinh thần
để tôi an tâm hoàn thành luận văn. Xin được cảm ơn q thầy cô trường Đại
Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức.


Trang 6

Mục lục
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................9
ABSTRACT .................................................................................................10
PHẦN 1: TỔNG QUAN...............................................................................11
Chương 1: TÌNH HÌNH SẠT LỞ BỜ SÔNG ...........................................12
Chương 2: CÁC NGUYÊN NHÂN CHÍNH .............................................16
Chương 3: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHUNG ....................................18
Chương 4: MỤC TIÊU - ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................................21
PHẦN 2: NGHIÊN CỨU CHUNG...............................................................22
CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH .............................................23
2.1.1.


Hệ phương trình mô tả dòng thấm:........................................23

2.1.2.

Tuyến tính hóa theo phương pháp Boussinesq. .....................24

2.1.3.

Lời giải giải tích: ...................................................................25

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN ...........................27
2.2.1.

Phương trình tính và lý thuyết về lập trình: ...........................27

2.2.2.

Trình tự thiết lập bài toán bằng ngôn ngữ Visual Fortran: ....30

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .........................31
2.3.1.

Định luật dòng chảy:..............................................................31

2.3.2.

Phương trình chủ đạo: ............................................................31

2.3.3.


Hệ tọa độ: ..............................................................................33

2.3.4.

Hàm nội suy:..........................................................................34

2.3.5.

Phương pháp giải: ..................................................................35

2.3.6.

Các thông số đặc trưng khi giải bài toán thấm bằng Seep/w:37

2.3.6.1. Chọn hệ thống đơn vị:.......................................................37
2.3.6.2. Thiết lập trạng thái tính toán cho bài toán:.......................38
2.3.6.3. Khai báo thời gian mô phỏng:...........................................38
2.3.6.4. Hàm độ dẫn suất thủy lực (Conductivity Hydraulic
Functions):
..........................................................................................38
Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 7

2.3.6.5. Hàm dung tích chứa nước (Volumn Water Content
Functions):
..........................................................................................38

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ...................39
2.4.1.

Lý thuyết tính ổn định mái dốc:.............................................39

2.4.1.1. Định nghóa các biến: .........................................................39
2.4.1.2. Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát: .......................43
2.4.1.3. Hệ số an toàn theo phương pháp cân bằng moment: ........43
2.4.1.4. Hệ số an toàn theo phương pháp cân bằng lực: ................43
2.4.1.5. Lực pháp tuyến tại đáy cột đất:.........................................44
2.4.2. Các đặc trưng khi giải bài toán dòng thấm không ổn định bằng
phần mềm Slope/w: ......................................................................................45
PHẦN 3: ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN CỤ THỂ .....................................46
CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN KIỂM TRA .....................................................47
3.1.1. Phương pháp giải tích: ................................................................48
3.1.2. Phương pháp SPHH (lập trình):..................................................51
3.1.3. Phương pháp PTHH (phần mềm Seep/w): .................................52
3.1.4. So sánh ba phương pháp:............................................................55
CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN THỰC TẾ........................................................59
Bài toán 1: ............................................................................................59
1. Đo đạc: .............................................................................................59
2. Phương pháp SPHH (lập trình):........................................................61
3. Phương pháp PTHH (Seep/w): .........................................................62
4. So sánh kết quả tính toán: ................................................................65
5. Tính toán ổn định khối đất: ..............................................................70
Bài toán 2: ............................................................................................74
Bài toán 3: ............................................................................................76
PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................80
Kết luận:...............................................................................................81
Kiến nghị:.............................................................................................81

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 8

PHỤ LỤC .....................................................................................................83
Phụ lục 1...................................................................................................84
Phụ lục 2...................................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................98
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..........................................................................99

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 9

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài ”Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước có chu kỳ đến sự
ổn định của mái dốc bằng đất” về cơ bản gồm bốn phần chính:
Phần 1: Tổng quan.
Giới thiệu sơ lược về tình hình sạt lở bờ sông chủ yếu là khu vực TP.Hồ Chí
Minh và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long - Việt Nam. Các nguyên nhân chính
và tình hình nghiên cứu về vấn đề này của một số học giả, nhà khoa học. Đồng
thời trình bày mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài.
Phần 2: Nghiên cứu chung.
Phần này sẽ trình bày lý thuyết tính toán của ba phương pháp chính giải bài
toán dòng thấm không ổn định gồm: phương pháp giải tích, phương pháp sai phân
hữu hạn (lập trình máy tính bằng ngôn ngữ Visual Fortran), phương pháp phần tử

hữu hạn (phần mềm tính toán Seep/w trong bộ Geo-Slope).
Nghiên cứu sơ bộ về lý thuyết tính ổn định mái dốc của phần mềm Slope/w
trong bộ Geo-Slope.
Phần 3: Ứng dụng vào bài toán cụ thể.
Phần này sẽ đi tính toán dòng thấm không ổn định cho một khối đất giả thiết
bằng cả ba phương pháp, sau đó so sánh các kết quả để kiểm tra tính chính xác
của chúng.
Tiếp theo là đi tính toán dòng thấm không ổn định và kiểm tra tính ổn định
của một mái dốc thực tế với các số liệu đo đạc vào các thời điểm khác nhau.
Phần 4: Kết luận và kiến nghị.

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng ñaát


Trang 10

ABSTRACT
Theme: “Research about influence of the periodic variation of water level
on the stability of earth slope”, include four part:
Part 1: General
Introduce cursory about sliding of river bank in the Ho Chi Minh City and
MeKong Delta – Viet Nam. Some of main reason cause sliding and common
research of some scholar, scientist. And present the target and object of this
research.
Part 2: Methodology
This part will be present the theory of main three method of unsteady
seepage: Analytic method, Partial differential method (set a program by used
programming language Visual Fortran 6.0), Finite element method (study
software SEEP/W of GEO-SLOPE).

Study software SLOPE/W of GEO-SLOPE to calculate the stability of earth
slope.
Part 3: Apply theory into practice
This part will be calculated the unsteady seepage for one supposed earthbank by three method. After that these results were compared to check the
degree of accuracy of them.
Finally, the stability of river-bank will be calculated with consideration of
unsteady seepage effect.
Part 4: Conclusion and Recommendation

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 11

PHẦN 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1:

TÌNH HÌNH SẠT LỞ BỜ SÔNG

CHƯƠNG 2:

CÁC NGUYÊN NHÂN CHÍNH

CHƯƠNG 3:

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHUNG

CHƯƠNG 4:


MỤC TIÊU - ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN
CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 12

Chương 1: TÌNH HÌNH SẠT LỞ BỜ SÔNG

Trong cuộc sống hàng ngày, con người thường xuyên đối mặt với vô số các
thiên tai như động đất, cháy rừng, các thủy tai… Trong số các thủy tai thì tai họa
do sạt lở bờ sông là hay gặp nhất với hậu quả là các mảng lớn khối đất bờ bị sụp
đổ xuống sông.
Sạt lở bờ sông thực tế là một sự biến đổi lòng dẫn sông ngòi. Nó không phải
là hiện cá biệt ở Việt Nam mà xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới. Chẳng hạn vào
năm 1981, hội Kỹ sư Công chánh Mỹ ước tính trong tổng số hơn 5,63 triệu km
chiều dài sông suối ở Mỹ có khoảng 925 nghìn km đường bờ bị sạt lở (chiếm
16%). Một trong những vấn đề mang tính thách thức nhất đối với việc quản lý
môi trường tự nhiên ở Mỹ hiện nay là việc nghiên cứu ổn định bờ sông bị sạt lở.
Hệ thống sông ngòi ở Việt Nam nói chung và các tỉnh phía Nam – đặc biệt
là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng cũng
không thoát khỏi điều đó. Đã có nhiều hội nghị khoa học bàn về hiện trạng,
nguyên nhân và biện pháp phòng chống vấn đề sạt lở bờ sông. Theo thống kê
chưa đầy đủ tại hội thảo khoa học “Phòng chống sạt lở bờ sông phía Nam” [4] thì
thiệt hại trong mấy thập niên qua là:
+ Hơn 35 người bị thiệt mạng.
+ Năm dãy phố bị cuốn trôi.

+ Sáu làng bị phá hủy, trên 3000 ngôi nhà bị sụp đổ xuống sông.
+ Nhiều công trình giao thông, trụ sở cơ quan, bệnh viện trường học, cơ sở
kinh tế, công trình kiến trúc, công trình văn hoá,… bị dòng nước cuốn đi.
+ Một thị xã tỉnh lỵ bị sạt lở nghiêm trọng nên buộc phải di dời qua nơi
khác.
Trong đó khu vực Nam trung bộ: sông Thu Bồn tỉnh Quảng Nam, với phạm
vi sạt lở kéo dài trên 500m sâu vào bờ hơn 50m phía trên cầu đường quốc lộ 1 đã
uy hiếp cuộc sống của không ít người dân trong khu vực; sông Trà Khúc đoạn
sông phía hạ du thị xã Quảng Ngãi đã xảy ra hiện tượng sạt lở bờ sông trong
nhiều năm với tốc độ lấn sâu vào bờ khoảng 10m mỗi năm đang tiềm ẩn những
nguy cơ rất lớn; sông Lại Giang sạt lở diễn ra mạnh ở đoạn chảy qua xã Hoài Mỹ,
xã Hoài Xuân và thị trấn Bồng Sơn đã làm sụp đổ nhiều nhà cửa xuống sông, hơn

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 13

100 ngôi nhà khác buộc phải di dời; sông Ba tỉnh Phú Yên, đoạn gần cầu Tuy An
ngày 23/12/1999 sạt lở bờ sông cuốn trôi 123 ngôi nhà,…
Còn ở khu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai, thường xuyên xảy ra những đợt
sạt lở lớn mà đa phần đều xảy ra trên đoạn sông chảy qua địa phận TP. Hồ Chí
Minh, nơi tập trung đông dân cư, nhiều nhà cửa, nhiều công trình kiến trúc hiện
đại, vì thế thiệt hại do sạt lở bờ nơi đây đều rất nghiêm trọng, kể cả về vật chất
và sinh mạng con người. Ví dụ như: đợt lở bờ sông khu vực họ Đạo Mai Thôn tại
bán đảo Thanh Đa vào năm 1992, đã làm chết 2 người cùng với ngôi nhà hai tầng
lầu bị đổ xuống sông, ngày 6/7/2001 sạt lở mái bờ sông dẫn đến sự sụp đổ hoàn
toàn quán Hoàng Ty I, làm thiệt mạng 2 người, 3 người khác bị thương, ngày
31/5/2002 sạt lở bờ sông dài 100m sâu vào bờ 15m kéo theo kho chứa của lò vôi

Tân Phát, ngày 29/6/2002 đoạn bờ sông khu vực kho tang vật của công an quận
Bình Thạnh bị sạt lở làm tường rào cao 2m, dài trên 40m bị đổ xuống sông,…
Vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có sông Cửu Long – là tên gọi
của sông Mê-Kông trên phần lãnh thổ Việt Nam, có chiều dài 230 km từ biên
giới Việt Nam – Campuchia ra tới biển Đông có diện tích khoảng 39 nghìn km2
và dân số khoảng 16 triệu người. Nhiều thành phố, làng mạc, các công trình được
xây dựng dọc theo hai bờ sông.
Những khảo sát thực tế năm 2003 [7] cho kết quả sau về số vị trí sạt lở bờ
sông Cửu Long.
Bảng 1.1.1 Số vị trí sạt lở bờ sông Cửu Long
Sông Cửu Long
Tổng số sạt lở:
Sạt lở mạnh (>10 m/năm):
Sạt lở trung bình (5 ÷ 10 m/năm):
Sạt lở yếu (< 5 m/năm):

68
11
32
25

Sông Tiền
37
7
18
12

Sông Hậu
31
4

14
13

Nếu thống kê theo các đặc trưng hình thái sông ngòi thì số vị trí sạt lở có 18
vị trí trên đoạn sông cong, 4 vị trí trên những đoạn thu hẹp, 6 vị trí trên các sông
nhánh, 12 vị trí trên các cù lao,… Cho đến nay, tổng số vị trí sạt lở tăng đến trên
100 điểm với tổng chiều dài sạt lở khoảng 80 km.
Theo [7] một số điểm sạt lở cụ thể và các thông số cơ bản về sạt lở được
thống kê trong bảng 1.1.2 dưới đây:

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 14

Bảng 1.1.2 Một số vị trí sạt lở bờ trên sông Cửu Long và các thông số cơ bản giai đoạn trước năm 2000
Sông

Tỉnh

Huyện, thị

SÔNG TIỀN

ĐỒNG THÁP

Hồng Ngự

Tam Nông

Thanh Bình
Cao Lãnh
Sa Đéc
Châu Thành

AN GIANG

Tân Châu

Phú Tân
Chợ Mới
Cái Bè

…

…

Gò Công Tây
TP.Mỹ Tho
…

Xã, ấp
Xã Thường Phước
Xã Thường Lạc
Thị trấn Hồng Ngự
Xã Long Hòa
Xã Long Khánh
Xã An Bình
An Long
Xã Tân Hòa

Xã An Phong
Phường 6, An Hòa
Tân Thuận đông
Tân Thuận Tây
Phường 3
Phường 4
Xã An Hiệp
Xã Châu Thành
Xã Vónh Xương
Xã Vónh Hòa
Thị trấn Tân Châu
Xã Phú An
Xã Phú Thọ
Xã Phú Mỹ
Xã Kiến An
Ấp An Mỹ
Ấp Mỹ Thuận
Cù lao bà Nở
Cù lao Tào, Thái Sơn
…

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất

Vị trí cụ thể bờ sông
Bờ tả
Bờ tả
Bờ tả
Bờ tả
Đầu cù lao Long Khánh

Bờ tả
Bờ tả
Cù lao Tây
Bờ tả
Sông Cao Lãnh
Cù lao Chảy
Bờ tả
Bờ hữu
Bờ hữu
Bờ hữu
Bờ hữu
Bờ tả
Đầu cù lao vónh Lạc
Bờ hữu
Bờ hữu
Bờ hữu
Sông Vàm Nao
Bờ tả Sông Vàm Nao
Bờ tả
Bờ hữu
Cuối cù lao bà Nở
Đầu cù lao
…

Chiều dài - m
3000
2000
700
1200
2000

1200
2500
1500
3000
2000
2900
2300
1000
2000
4000
1600
5000
5000
2000
4500
4000
5000
3000
3000
1500
4000
8000
…

Tốc độ - m/năm
30
10
8
6
6

5
5
3
3
3,5
4
3
9
30
20
8
15
21
10
7
9
7
8
8
2
1,5
7
…

Mức độ
mạnh
mạnh
TB
TB
TB

TB
TB
yếu
Yếu
yếu
yếu
yếu
TB
mạnh
mạnh
TB
mạnh
mạnh
mạnh
TB
TB
TB
TB
TB
yếu
yếu
TB
…


Trang 15

Sau nhiều năm nghiên cứu, khảo sát hiện tượng sạt lở bờ sông ở ĐBSCL, có
thể rút ra các nhận xét sau [7] và [4]:
- Sạt lở bờ sông Cửu Long là một hiện tượng rất phức tạp diễn ra ngày càng

nhiều trên diện rộng.
- Bờ sông Tiền sạt lở nhiều hơn bờ sông Hậu.
- Ở phần trên của sông Cửu Long, nơi ảnh hưởng chủ yếu của dòng chảy
thượng nguồn, sạt lở thường xảy ra vào đầu mùa khô (tháng một, tháng
hai) với sự trượt bờ khối lớn.
- Ở phần dưới của sông Cửu Long, nơi chịu ảnh hưởng chủ yếu của dòng
triều, thời gian sạt lở không phải xảy ra quanh năm mà chỉ xảy ra trong
khoảng ba tháng từ tháng năm đến tháng tám (nhiều nhất là hai tháng
năm và tháng sáu), thời kỳ này trùng với thời kỳ đỉnh triều thấp nhất ứng
với mực nước trung bình trong các sông rạch thấp nhất, cũng là thời kỳ
đầu mùa mưa. Đa số các trường hợp sạt lở đều diễn ra vào lúc mưa nhiều,
triều xuống thấp.
- Phần lớn đầu các cồn trên sông bị xói lở nhiều vào mùa lũ và đuôi cồn bị
bồi lắng.
- Trong những đoạn sông cong với hố sâu bên bờ lõm, khả năng sạt lở bờ là
lớn.
- V.v …

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 16

Chương 2: CÁC NGUYÊN NHÂN CHÍNH

Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự
sạt lở bờ sông, trong đó có thể kể đến các nguyên nhân chủ yếu sau [7]:
1. Do dòng chảy mặt: chế độ thủy văn vùng đồng bằng sông Cửu Long
không những chỉ chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy nguồn (do mưa, thấm) mà

còn chịu ảnh hưởng mãnh liệt của chế độ thủy triều biển Đông, với tổng lượng
dòng chảy nguồn hàng năm rất lớn lại phân bố chủ yếu vào ba tháng mùa mưa
nên tạo nên dòng chảy ở nhiều đoạn sông có vận tốc rất lớn vượt gấp nhiều lần
vận tốc cho phép không xói của vật liệu đất cấu tạo nên bờ sông.
Bảng 1.2.1 ghi một số giá trị của vận tốc dòng chảy trung bình max Vmax
trong mùa lũ tại Tân Châu và Long Xuyên so với vận tốc không xói cho phép
[Vmax]. Bảng 1.2.2 cho những thông tin tương tự nhưng trong mùa khô trong phần
hạ lưu sông Cửu Long. Các giá trị [Vmax] được ước tính theo đồ thị do Hội Kỹ sư
Công chánh Mỹ ASCE đề nghị [2] với các loại đất bờ sông tương ứng.
Bảng 1.2.1 So sánh giữa Vmax và [V]max trong mùa lũ
Tân Châu
Vmax (m/s)
2,70
[V]max (m/s)
0,50

Long Xuyên
1,90
0,50

Bảng 1.2.2 So sánh giữa Vmax và [V]max trong mùa khô
Vónh Long
Vmax (m/s)
1,20
[V]max (m/s)
0,50

Cần Thơ
1,50
0,75


2. Do địa chất bờ: cấu tạo lớp vật liệu bờ không đủ khả năng chống lại vận
tốc lớn của dòng chảy hoặc của dòng thấm từ bên trong thoát ngược trở ra.
3. Do địa hình sông: các đoạn sông cong, gấp khúc, cù lao, cồn cát giữa
sông đã bị dòng chảy vào mùa mưa lũ với vận tốc lớn tác dụng trực tiếp vào làm
cho vật liệu bờ tại vị trí này mất ổn định, xói lở dần và dẫn tới sạt lở.
4. Do dòng thấm: Dòng triều với chế độ bán nhật triều không đều ảnh
hưởng từ biển Đông không những tạo nên sự thay đổi mực nước sông theo thời
gian mà còn tạo ra dòng thấm không ổn định trong khối đất bờ sông làm cho nó
khi ướt khi khô. Điều này có thể sẽ làm giảm tính chất cơ lý của đất, sức kháng
Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 17

cắt của đất cũng giảm đi. Ảnh hưởng của dòng thấm không ổn định đến sự ổn
định của bờ sẽ được kiểm chứng trong các nghiên cứu tiếp theo dưới đây.
5. Do tác động của con người: sự khai thác cát bừa bãi trên lòng sông tạo
nên các hố xoáy lớn nên đẩy nhanh quá trình sạt lở bờ.
6. V.v …

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 18

Chương 3: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHUNG
Trước vấn đề này, trong nước đã có nhiều hội nghị, trong đó nhiều nguyên

nhân và giải pháp phòng chống sạt lở bờ sông đã được trình bày. Sơ bộ thu thập
được một số bài nghiên cứu của các học giả trong nước [4]:
GS TSKH Nguyễn Ân Niên, Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam. “Tình
hình sạt lở biến đổi bờ sông các tỉnh phía Nam và ĐBSCL và một số biện pháp
phòng chống”: báo cáo này điểm qua tình hình sạt lở bờ sông và cửa sông bồi
lắng lòng dẫn các tỉnh phía Nam trong vài thập niên gần đây với mục tiêu tìm
một giải pháp tổng hợp cho vấn đề này. Từ đó đưa ra một số nguyên nhân gây sạt
lở và bồi lắng như: yếu tố xung kích của dòng nước do mưa và dòng chảy phía
thượng lưu đưa xuống, dòng chảy phát triển trên nền đất yếu, tình trạng nước
ngầm dâng cao… từ đó đưa ra hai nhóm biện pháp phòng chống là phi công trình
(khôi phục rừng đầu nguồn, quy hoạch khu dân cư…) và biện pháp công trình (làm
bờ kè, trồng cây chắn sóng…)
TSKH. Phan Văn Hoặc, Trung tâm KTTV phía Nam. TS. Nguyễn Kỳ
Phùng, Đại học Khoa học Tự nhiên. “Đánh giá nguyên nhân và đề xuất một số
giải pháp phòng chống sạt lở bờ sông ĐBSCL”: sơ lược quá trình hình thành và
phát triển của ĐBSCL, xác định các nguyên nhân chính và đề xuất các biện pháp
phòng chống sạt lở bờ sông. Trong đó một số nguyên nhân chính là do tác động
của dòng chảy sông và thuỷ triều, do tác động của mưa thượng nguồn và tại chỗ,
… Và đề xuất một số giải pháp phòng chống như thành lập ban chỉ đạo chung về
phát triển kinh tế – xã hội ở ĐBSCL, chọn một số mô hình tính toán thích hợp với
sạt lở bờ sông ở ĐBSCL…
TS. Nguyễn Bá Hoằng, Liên đoàn ĐCTV – ĐCCT miền Nam. “Đánh giá sơ
bộ tình hình xói lở bờ sông Sài Gòn – Đồng Nai, dự báo và kiến nghị một số giải
pháp phòng chống xói lở bờ sông theo quan điểm địa chất công trình”: đánh giá
địa chất của lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai, thống kê hiện trạng xói lở. Dựa
trên sự vận động của môi trường địa chất, dự báo xói lở bờ sông Sài Gòn – Đồng
Nai theo quan điểm địa chất công trình. Từ đó kiến nghị các biện pháp phòng
chống.
PGS. TS. Hoàng Văn Huân, Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam. “Thực
trạng sạt lở bờ khu vực cửa sông, ven biển Nam bộ và giải pháp phòng tránh”:

đưa ra nhận xét về tình hình sạt lở bờ khu vực cửa sông, ven biển Nam bộ. Từ đó
đưa ra những nguyên nhân, cơ chế hiện tượng sạt lở bờ và các biện pháp bảo vệ

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 19

bờ hữu hiệu với những ứng dụng công nghệ mới, vật liệu mới, kết hợp với các
biện pháp dân gian.
PGS. TS. Lê Mạnh Hùng, Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Miền Nam. “Hiện
tượng sạt lở bờ sông các tỉnh miền Nam thực trạng, nguyên nhân và giải pháp
giảm nhẹ thiệt hại”.
KS. Phan Phùng Sanh, Hội KHKT Xây Dựng Tp. Hồ Chí Minh. “Chống sạt
lở hai bờ sông Tiền, sông Hậu trở thành nhiệm vụ trọng tâm và cấp bách”: đưa ra
một trong những nguyên nhân sạt lở: đê bao tự phát và tràn lan. Từ đó đề ra biện
pháp quy hoạch đê bao, sống chung với lũ và bảo vệ bờ chống sạt lở như trồng cỏ
Vetiver, hạn chế khai thác cát quá mức…
PGS. Lê Ngọc Bích, Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Miền Nam. “Quy luật hình
thái sông cong vùng triều ở Nam Bộ”: qua kết quả nghiên cứu các đoạn sông
cong trên sông Sài Gòn, sông Cửu Long, sông Vàm Cỏ và các sông thủy triều ở
khu vực bán đảo Cà Mau… bước đầu tác giả đi đến kết luận: quy luật hình thái
của sông chịu ảnh hưởng thủy triều khác với quy luật hình thái của các sông
không chịu ảnh hưởng thuỷ triều và quy luật hình thái của L. Fargue.
Sở KHCN&MT Vónh Long. “Tình hình sạt lở bờ sông Tiền, sông Hậu tỉnh
Vónh Long”: đưa ra tình hình và dự báo sạt lở đến năm 2020 các đoạn sông thuộc
tỉnh Vónh Long. Đưa ra các biện pháp phòng chống như: di dời nhà dân, tổ chức
khai thác cát hợp lý, nạo vét, chỉnh dòng, làm kè…
Ngô Chí Hưng, Sở KHCNMT tỉnh Cà Mau. “Hiện trạng xói lở ven sông tỉnh

Cà Mau”: thống kê hiện trạng xói lở ven sông tỉnh Cà Mau, nguyên nhân. Đưa
những kinh nghiệm dân gian về dự báo xói bờ và những kiến nghị phòng chống.
Ths. Phan Văn Tuyến, Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam. “Các yếu tố
liên quan đến hoạt động xói lở và sụp đổ bờ sông, hướng nghiên cứu và biện
pháp khắc phục”: bài báo nêu lên một số các yếu tố quyết định hoạt động xói lở
của sông và hướng nghiên cứu khắc phục.
Ts. Tô Văn Nhụ. Ts. Đậu Văn Ngọ. Ts. Nguyễn Hồng Bỉnh. “p dụng
tường bê tông cốt thép chống sạt lở bờ sông”: đưa ra một số biện pháp gia cố bờ.
Ks. Trần Minh Lâm, Chi cục Quản lý nước và PCLB TPHCM. “Hành lang
bảo vệ bờ sông, một giải pháp chống sạt lở hiệu quả”: đưa ra một giải pháp về
chống sạt lở bờ sông.
V.v…

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 20

Nhìn chung, các bài báo, nghiên cứu trong nước đều đề cập đến nhiều
nguyên nhân gây ra sạt lở bờ sông trong đó một số nguyên nhân chính đã được
trích dẫn ở chương 2 phần 1. Từ đó đề ra giải pháp phòng chống bằng các biện
pháp phi công trình và công trình… Tuy nhiên những nghiên cứu và tính toán
cụ thể về ảnh hưởng của dòng thấm không ổn định đến sự ổn định của mái dốc
bờ sông và từ đó đưa ra những kết luận hoặc khuyến cáo cụ thể vẫn chưa thấy
đề cập tới.

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất



Trang 21

Chương 4: MỤC TIÊU - ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI
NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước có chu kỳ đến sự ổn định
của mái dốc bằng đất” được hình thành để góp phần vào việc hiểu rõ hơn bản
chất vốn rất phức tạp của dòng thấm không ổn định và hiện tượng sạt lở bờ sông,
đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long.
Đối tượng:
Khi mực nước trong sông, hồ thay đổi sẽ ảnh hưởng đến dòng thấm (đường
bão hòa) đi vào bên trong khối đất bờ sông. Và tính ổn định của khối đất sẽ phụ
thuộc vào vị trí của đường bão hòa này.
Sự thay đổi của đường bão hòa khi mực nước ngoài thay đổi? và ảnh hưởng
của nó như thế nào đối với khối đất bờ sông? Chính là đối tượng nghiên cứu của
đề tài.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết sẽ giới hạn bằng phương trình dòng thấm phẳng 1D
của Boussinesq.
- Nghiên cứu sử dụng phần mềm tính toán Seep/w trong bộ Geo-Slope là
dòng thấm phẳng 2D.
- Kiểm tra tính ổn định của khối đất khi đường bão hòa thay đổi.
Trong phạm vi nghiên cứu này chỉ xét đến ảnh hưởng của mực nước ngoài
thay đổi bởi ảnh hưởng thuần túy của thủy triều lên xuống, còn các tác động khác
sẽ không được đề cập ở đây.

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng ñaát



Trang 22

PHẦN 2: NGHIÊN CỨU CHUNG

CHƯƠNG 1:

PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH

CHƯƠNG 2:

PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN

CHƯƠNG 3:

PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

CHƯƠNG 4:

PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 23

CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH
2.1.1. Hệ phương trình mô tả dòng thấm:

Xuất phát từ Định luật Darcy, ta có phương trình động lực học:
r
r
r
V = K J = − K∇ H
(2.1.1)
r
Phương trình trên chứa 2 biến phụ thuộc V(x, y, z) và H(x, y, z, t) . Dưới dạng
tường minh phương trình (2.1.1) gồm ba phương trình của ba thành phần vận tốc
Vx, Vy, Vz trên ba trục chứa bốn biến số Vx, Vy, Vz và H. Do đó cần thêm một
phương trình nữa để khép kín hệ: đó là phương trình liên tục:
rr rr
∂n
∂ρ
(2.1.2)
n + ρ + ρ∇ V + V ∇ ρ = 0
∂t
∂t
Như vậy sẽ giải hệ (2.1.1) và (2.1.2):
r
r
r
⎧ V = K J = − K∇ H
⎪
rr rr
⎨ ∂ρ
∂n
⎪ n + ρ + ρ∇ V + V ∇ ρ = 0
∂t
⎩ ∂t

Các giả thiết đưa ra và quá trình biến đổi và giải hệ sẽ không đề cập ở đây
mà chỉ dựa vào kết quả có được theo tài liệu [10] sẽ có được phương trình mô tả
dòng thấm của tầng thấm nước theo phương ngang, không áp và rò rỉ. Trong phần
này chỉ xét dòng thấm phẳng không áp, không rò rỉ, đáy không thấm nằm ngang,
có lưu lượng thấm từ mưa trong môi trường rỗng (MTR) đồng chất và đẳng
hướng, và đối với dòng thấm một chiều:
∂ ⎡ ∂H ⎤ N Ssy ∂H
, H = f(x, t)
H
+ =
∂x ⎢⎣ ∂x ⎥⎦ K K ∂t

(2.1.3)

N
N

diện tích A

ĐBH

ĐBH
t+ ∆ t
ĐBH
t

ĐBH

H


∆y

t

∆H

t+ ∆ t

∆x

Đ áy khôn g thấm
z=0

Hình 2.1.1. Sơ đồ tính toán dòng thấm không ổn định
Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất


Trang 24

* Giải thích các số hạng trong các phương trình trên:
H: cột nước đo áp tổng cộng H = H(x,y,t) (đơn vị m)
K: độ dẫn suất thủy lực, K = K(x,y) (đơn vị m/s)
t: thời gian
N: lưu lượng thấm từ mưa N = (x,y,t) (đơn vị m/s)
Ssy: hệ số tích chứa của tầng thấm nước không áp, hay còn gọi là sản lượng
riêng: là sản lượng của tầng thấm nước / đơn vị diện tích / đơn vị độ giảm cột
nước đo áp:
Ssy =


∆U w
A∆H

(2.1.4)

∆Uw: thể tích nước được phóng thích (hay thêm vào) từ phần rỗng giữa các
vị trí ban đầu và sau cùng của mặt bão hòa.
A: diện tích nằm ngang của tầng thấm nước
∆H: độ giảm cột nước đo áp
Phương trình (2.1.3) là phương trình phi tuyến do số hạng:
2

∂ ⎛ ∂H ⎞
∂ 2 H ⎛ ∂H ⎞
=
+⎜
H
H
⎜
⎟
⎟ nên không có lời giải chính xác
∂x ⎝ ∂x ⎠
∂x 2 ⎝ ∂x ⎠

Vì vậy để có thể giải phương trình (2.1.3) bằng phương pháp giải tích, trước
hết cần phải tuyến tính hoá nó.

2.1.2. Tuyến tính hóa theo phương pháp Boussinesq.
- Thay H trong số hạng đầu tiên của (2.1.3) bằng chiều dày trung bình H và
đưa ra ngoài dấu đạo hàm, nhận được:


hay:

Ssy ∂H
∂2H
N
+
=
∂x 2 K H K H ∂t

(2.1.5)

∂ 2 H N 1 ∂H
+ =
∂x 2 T a ∂t

(2.1.6)

Trong đó:
T = K H : được xem như hệ số dẫn truyền của tầng thấm nước không áp.
a=

KH T
gọi là hệ số dẫn mực nước.
=
Ssy Ssy

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất



Trang 25

2.1.3. Lời giải giải tích:
* Giải phương trình (2.1.6) với điều kiện biên là mực nước sông (hồ) thay
đổi liên tục theo thời gian, như sông bị ảnh hưởng của thủy triều hay trong hồ
chứa điều tiết ngày của trạm thủy điện. Để có thể giải phương trình (2.1.6) bằng
phương pháp giải tích với điều kiện biên này, đưa ra thêm một giả thiết đơn giản
nữa là N=0 (không có lượng thấm từ trên xuống).
- Như vậy phương trình (2.1.6) cùng với các điều kiện biên của nó là:

∂ 2 H 1 ∂H
=
∂x 2 a ∂t

(2.1.7)
∧

điều kiện biên: x=0, H(0,t)= H sinωt
x → ∞,

(2.1.8)

∂H
=0
∂x

(2.1.9)

∧


H : là nửa biên độ mực nước sông (hồ)

Trong đó:

ω=

2π
: là tần số góc.
T

T: là chu kỳ dao động.
- Dùng phương pháp phân ly biến số bằng cách đặt:
H(x,t) = X(x).T(t)

(2.1.10)

Với X(x) và T(t) là hai hàm một biến có dạng :
T(t) = e-iωt

⇒ T’ = -iωe-iωt = -iωΤ

(2.1.11)

X(x) = X0 e-iδx

⇒ X’’ = i2δ2 X0 e-iδx = -δ2 X

(2.1.12)


trong đó:

X0 là hằng số cần phải xác định và
i là số phức (với i2 = -1)

- Như vậy ta có:

∂2H
= X" T
∂x 2

và

∂H
= XT'
∂t

- Thay các biến đổi này vào (2.1.7) ta được:
X" T =

⇔

1
XT '
a

− δ 2 XT =

1
X( − iωT)

a

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dao động mực nước
có chu kỳ đến sự ổn định của mái dốc bằng đất