Chương 1: Tổng quan nghiên cứu. Trinh bảy đặc điểm mái dốc và tình hình nghiên cứu các đặc trưng cơ lý đất không bão hoà trong nước và trên thế giới. Chương 2: Cơ sở lý thuyết đất không bão hòa, sức chống cắt đất không bão hòa và mái dốc. Chương nay trình bay lý thuyết về lực hút dính, tính chất cơ lý, mối quan hệ khối lượng thé tích của đất không bão hòa.
Đặc điểm và phương pháp xác định đường cong đặc trưng đất - nước (SWCC). Lý thuyết cơ bản về cường độ chống cắt của đất bão hòa - không bão hòa. Các phương pháp xác định cường độ chồng cắt trực tiếp bằng thực nghiệm và phương pháp phân tích 6n mái dốc cho đất không bão hoà. Chương 3: Thí nghiệm trong phòng xác định cường độ chống cat và đường cong đặc trưng đất — nước (SWCC) trên mẫu đất không bão hòa.
Chương này giới thiệu thiết bị thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm xác định các đặc trưng của đất không bão hòa: đường cong đặc trưng đất - nước, cường độ chống cắt của đất không bão hòa ứng với các độ bão hòa khác nhau. Trình bày các kết quả đạt được từ nghiên cứu thực nghiệm: kết quả thí nghiệm xác định SWCC, các thí nghiệm cắt trực tiếp xác định cường độ chống cắt của đất không bão hòa ứng với các độ bão hòa khác nhau. -5- Chương 4: Ứng dụng tính toán ổn định mái dốc băng phần mềm Geo-slope. Nhập các kết quả thí nghiệm vào phần mềm GeoStudio 2007 để tính toán 6n định mái dốc theo các phương án tính toán.
Kết luận và kiến nghị : Đánh giá các kết quả nghiên cứu. Kiến nghị các biện pháp và hướng phát triển của đề tài. -6- CHUONG 1: TONG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 MAI DOC Mái dốc của khối đất đá có thé được hình thành do tác nhân tự nhiên hay nhân tạo. Tất cả các mái dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một dạng ôn định hơn, cuối cùng chuyển sang năm ngang và trong bối cảnh này, mat ôn định được quan niệm là khi có xu hướng di chuyển và phá hoại.
Các lực gây mat 6n định liên quan chủ yếu với trong lực và thắm trong khi sức chống phá hoại cơ bản là do hình dạng mái dốc kết hợp với bản thân độ bền kháng cat của dat và đá tạo nên, do đó khi tính toán ôn định của mái dôc can phải xét đền day đủ các nội lực và ngoại lực [1]. Mái Dốc Tự Nhiên Nhân Tạo Xói mòn hoặc Gom lại hoặc Đắp Đào Chia cắt trầm tích | | ee gk ` Mái doc sườn dôi x. Mái dốc lở tích và đông xã Khối đắp Đà. à eác hế ào móng và các hô à đã k ; va dap 5 5 ó hoặc thung lũng băng trước núi | rãnh không được chông - " Đống đất thải và Vách bờ biển Mái đốc trượt eee’ faa.
` đông đât đào và bờ sông và trượt dòng Hình 1.1: Các loại mái dốc tự nhiên và nhân tạo Sự di chuyển của khối đất đá có thể xảy ra do phá hoại cắt dọc theo một mặt ở bên trong khối hay do ứng suất hiệu quả giữa các hạt giảm tạo nên sự hóa hỏng một phân hay toàn bộ. Người ta đã quan sát được nhiều dạng di chuyển ( phá hoại) khác nhau. có 3 dạng di chuyển thường xảy ra nhiều hon [1]: a) Sut lở: dat đá di chuyên rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn: các thé nứt, khe nứt, mặt phang phan lớp dốc, mat đứt gay,. va diéu kién pha hoai co thé duoc hỗ trợ hay thúc day do tác động của áp lực nước ở trong các gián đoạn đó.
b) Trượt : khôi đất đá co bản không bị xáo động trong khi trượt theo một mặt xác định. Xét về kết cấu, có 2 dạng trượt sau: + Thrượt tịnh tiễn: sự di chuyển tuyến tính của khối đá dọc theo mặt phăng phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất năm gan mặt đất dốc. Sự di chuyển như thế thường khá nông vả song song với mặt đất + Trượt xoay: sự di chuyển dọc theo mặt cắt cong bang cách là khối trượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc va day trôi ở gần chân dốc (Hình 1- 2).2: Mô hình mái dốc điền hình cho trượt xoay c) Trượt dòng : bản thân khối trượt cũng bị sáo động và di chuyển một phan hay toàn bộ như một chat long. Trượt dòng thường xảy ra trong đất yếu bão hòa nước khi áp lực nước 16 rỗng tăng đủ dé làm mat toàn bộ độ bền chống cắt.
Mặt trượt thực hầu như không có hay chỉ biểu hiện từng lúc. Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là mái dốc tự nhiên do xói mòn hoặc chia cat, tại sười đổi hoặc thung lũng. Dang mái dốc này có thé tồn tại hàng năm ở trạng thái bat đầu phá hoại, ở trạng thái tới han, nhưng khi có sự thay đối các điều kiện tự nhiên (như mưa, thoát nước, .) hay có sự can thiệp của con người ( chất tải, bóc lớp phủ bé mặt, đào chân mái dốc.) sẽ thúc day sự phá hoại mái dốc theo mặt trượt đã tồn tại trước hay tạo ra mặt trượt mới. Những sự cố trượt lở lớn mái dốc trên thé giới và ở Việt Nam phan lớn có liên quan đến trạng thái không bão hòa của đất.
Các đất có van dé về trượt lở này thường có nguôn gốc tản tích và mực nước ngầm ở sâu. Các lớp đất trên mặt có áp lực nước lo rong âm, đóng vai tro quan trọng trong sự ôn định của mái doc. Tuy nhiên, lượng -8- mưa nhiều, liên tục có thể làm giảm áp lực lỗ rỗng âm của khối đất phía trên đường bão hòa, do đó cường độ chống cắt giảm dẫn đến mái dốc mat ôn định. Phương pháp thường dùng nhất dé phân tích sự 6n định của mái dốc trong đất dính là dựa trên việc xem xét cân bang déo giới han.
Về căn ban, điều kiện cân bang dẻo giới hạn ton tại từ thời điểm mà dich chuyển trượt cắt bắt đầu và biến dạng cứ tiếp diễn mà ứng suất không đổi [1]. Trong thực tế, khi mái dốc bị mất ôn định, mặt trượt có thể có nhiều hình dạng khác nhau. Sự trượt có thé xảy ra cục bộ hoặc pho biến trên một chiều dai nhất định; mặt trượt có dạng của mặt cầu (bài toán không gian 3 chiều) hoặc mặt trụ (bài toán phang 2 chiều). Dạng đơn giản nhất, do Cullmann đưa ra vào năm 1866, là một mặt phăng dài vô hạn đi qua chân mái dốc.
Phương pháp này cho hệ số chảy an toàn nên đã đánh giá quá cao điều kiện 6n định thực. Khi lựa chon mặt trượt phức tạp hơn như mặt cong xoăn logarit hay có dạng không theo quy tắc có thể cho kết quả gần với giá trị thực, nhưng việc phân tích dài dòng và kém hấp dẫn. Việc dùng mặt trụ tròn xoay với mặt cắt ngang là cung tròn sẽ cho kết quả thỏa mãn độ chính xác mà không cần tính toán quá phức tạp. Hiện nay hầu hết các phương pháp đều giả thiết mặt trượt có dang mặt trụ tròn xoay.
Trường hợp tôn tại lớp đá cứng dưới nên hoặc lớp đất mềm yếu trong nên, mặt trượt có dang phức tạp [1].3: Các dạng mặt phá hoại: a) mặt phăng; b) cung tròn; c) không theo quy tắc; đ) hỗn hợp Sự ồn định của mái dốc phụ thuộc nhiều vào sự thay đôi của động thái áp lực -0- nước lễ rỗng. Độ bền chống cắt thường quan hệ nghịch với áp lực nước lỗ rỗng. Hiện nay, khi phân tích sự ôn định của mái dốc trên đất bão hòa người ta thường dùng các thông số cường độ chống cắt hiệu quả (tức là c’ va 6’). Nhưng đối với các mái dốc được hình thành do xói mòn hoặc chia cắt tại các sườn đôi hoặc thung lũng, mực nược ngâm ở rất sâu so với mặt đất tự nhiên, sẽ xuất hiện thành phân cường độ chống cat do áp lực nước lỗ rỗng âm phía trên mặt nước ngầm.
Khi tính toán thành phan này thường được bỏ qua, bang cách đặt độ lớn của chúng bang không là do những khó khăn để đo được áp lực nước lỗ rỗng âm và cách đưa nó vào phân tích 6n định mái dốc. Nhất là, trong những trường hop mặt nước ngầm sâu hay khi người ta quan tâm tới khả năng xuất hiện mặt phá hoại nông, thì không thể bỏ qua áp lực nước 16 rỗng âm được. Vậy, van dé mat 6n định trong vùng đất không bão hòa rất cần được quan tâm nghiên cứu, các thông số đất không bão hòa nên được đề cập đến trong phân tích ôn định mái đất.2 TONG QUAN VE DAT BAO HOA VÀ DAT KHONG BAO HÒA Khí hậu đóng vai trò quan trọng dù đất bão hòa hay không bão hòa. Nước bị lay đi khỏi đất hoặc do bốc hơi từ mặt đất hoặc do thoát — bốc hơi từ lớp phủ thực vật (Hình 1.
Các quá trình này tạo nên một dòng nước hướng lên, ra khỏi đất. Mặt khác, nước mưa và các dạng nước khác tạo dòng nước hướng xuống đi vào trong đất. Sự khác nhau giữa điều kiện của hai dòng trên trong phạm vi cục bộ có tính chất quyết định tới điều kiện áp lực nước lỗ rỗng trong đất. Dòng hướng lên làm khối đất khô dan, nứt nẻ, trong khi dòng hướng xuống cuối cùng làm bão hòa khối đất.
Cùng với các điều kiện khác, dòng mặt có thực ảnh hưởng đến chiều sâu mực nước ngâm. Một đường thủy tĩnh liên quan với mực nước ngâm biểu thị một điều kiện cân bằng ở nơi không có dòng chảy tại mặt đất. Trong thời kỳ khô, áp lực nước lỗ rỗng trở nên âm hơn so với áp lực nước lỗ rỗng biểu thị băng đường thủy tĩnh. Điều kiện ngược lại trong thời kỳ âm [2,8].
Tại những khu vực có mực nước ngâm sâu, đất năm từ mực nước ngâm trở xuống có áp lực nước 16 rỗng dương và được coi là đất bão hòa, dat từ mực nước ngâm trở lên có áp lực nước lô rong âm và được coi là dat không bão hòa [2]. -10- Đất bão hòa và không bão hòa khác nhau cơ bản (đơn giản nhất) về bản chất và đặc tính kỹ thuật: + Đất bão hòa là loại đất gồm hai pha (pha ran va pha lỏng) và có áp lực nước lỗ rỗng dương. + Đất không bão hoà là loại đất có nhiều hơn hai pha và có áp lực nước lỗ rỗng âm, liên quan với áp lực khí lỗ rỗng. Theo Fredlund và Rahardjo đã đưa ra quá trình thay đổi mực nước lỗ rỗng trong vùng đất năm trên đường bão hòa khi có quá trình mưa và bốc hơi.