CHƯƠNG 1 TONG QUAN NGHIÊN CỨU VE ON ĐỊNH MÁI DÓC DAT KHONG BAO HÒA 1. Tổng quan về phân tích ổn mái dốc 11-1. Các phương pháp phân tích én định mái đắc Hiện nay có nhiều phương pháp (PP) dé phân tích ôn định mái dốc, các PPnày được. phân thành ba nhóm chính là PP cân bằng giới han, PP phân tích giới hạn và PP sé.
PP cân bing giới hạn đánh giá trạng thái cân bằng của một khối trượt dưới tác dung của trọng lực. Chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay được xem xét trên một "mặt trượ tiềm năng giả định hoặc đã phía đưới khối đắt hoặc đi. Đối với PP cân bằng giới hạn, kỹ thuật phân mảnh được sử dụng phổ biển nhắc. Theo trường phái nay, khối trượt được chia thành các mảnh như của Taylor (1937), Bishop (1955) và Spencer (1967).
Các PP này đều dựa trên nguyên lý cân bằng tĩnh học (ức là cân bằng tinh của lực và/hoặc momen), ma không xét đến dịch chuyển trong khối đất. Mức độ an toàn của mái đốc được đánh giá bằng hệ số én định mái đốc Fs (i tỷ số giữa lựcimô men chống trượt với Iựe/mô men gây tug). Các PP phân mảnh khác nhau thi cho kết qua khác nhau do khác nhau vé giá thiết các lực tương tic giữa các mảnh. Giả thiết về lực tương tác giữa các mảnh và mỗi liên hệ giữa chúng của các PP khác nhau được tổng hợp trong Bang 1.
Điều kiện cân bằng tinh học cần được thỏa man của các PP phân thôi khác nhau được nêu trong Bảng 1.1 Phương tinh cân bằng tĩnh học trong các PP phân mảnh |5] Phương pháp. Can bằng mô men “Cân bằng lực Ordinary hoặc Fellenius Có Không Bishop đơn giản Có Không Janbu đơn giản. Không Có Spencer Có Có Morgenstern-Price Có Có Corps of Engineers — 1 Không cá Corps of Engineers — 2 Không cá Lowe-Karafiath Không cá Janbu tổng quit Có cá Sarma Có Cá Bảng 1.2 Mỗi quan hệ các le tương tc iữa các mình 5] Thươgphập — | Lue wong | Lye wong Tông hợp Mực tícpháp | te ep tuyển (E) —. tyễnÓ0, Ondinary hoặc Felemius Không — Không Không có lực Bishop đơn gin C5) Khôm Lực nim ngang Janbu đơn gin Cé__| Không Lực nằm ngang Spencer E1 có Tầm không đồi “Morgenstern Price có Co Him thay đối Comps of Engineers 1 6 C6 | Hop song sone vie dung Túi dae Comps of Engineers— C6 — [ Hop ive song song él mat ten sữa tha đất Towe-Karafiath c C6 —_ | Lá gôenghiêngtungbinhcủa mit dBc và diy thỏi Tanbu tông quát c FT Sarma C6 c6 X=C+ Eang với PP phân tích giới hạn thì đắt được coi như là một vật liệu déo tuyệt đổi và thỏa 1g thời hai định lý giới han trên và giới hạn dưới.
Theo nguyên lý giới hạn trên, nếu các tải tong ngoài tác dung lên một khối trượt và công sinh ra bởi các tải trọng. "goài gây gia tăng chuyén vị căn bằng với công sinh ra bởi nội lực th giá trị ải trong ngoài không nhỏ hon tải trọng phá hủy. Cồn theo nguyên lý giới hạn đưới, nu trường ứng suất được tim thấy cân bằng với tải trọng ngoài không vượt qua điều kiện phá hoại thì tai trong ngoài không lớn hơn tải trọng phá hủy [6] Đối với PP số như phần từ hữu hạn thi khối đắt được rời rạc hóa thành các phần từ liên kết với nhau tai các điễm nút. Mỗi nút phần từ là một tập hợp các bộc tự do có th thay đổi đưa theo diều kiện biên của bài toán.
Tắt cả các điều kiện của phần từ được tập hợp lại thành ma trận tổng thẻ. Giải phương trình ma trận tổng thé sẽ tìm được nghiệm. của bài toán. Griflths và Lane (1999) cho rằng PP phần từ hữu hạn có những ưu điểm so với PP khác như sau: (1) Không cần gia thiết hình dạng hoặc vị trí của mặt trượt, sự.
"trượt" xảy ra một cách tự nhiễn ở những ving mã cường độ kháng cắt của đắt không thỏa mãn điều kiện cân bằng giới han; (2) Không cần giả thiết về lực tương tác giữa ce mảnh vì không cần phân chia khổi trượi thành các mảnh. PP phần tử hữu hạn duy trì tang thái cân bằng tổng thể cho đến khi phá hoại: (3) Nếu có các thông số về đặc trưng biển dạng thì sẽ tìm được biển dạng của khổi đắc (6) PP phần từ hữu hạn có khả năng mô phỏng quả trình dẫn đến trạng thái phá hoại [7] “Trong các PP trên thi PP cân bằng giới hạn được sử dung rộng rã ở nhiều nơ trên thể giới cũng như ở Việt Nam trong các pl ân tích tính toán và thiết kế mái dốc. Các phân tích này được hỗ trợ ích cực bởi các phin mém thương mại nỗi têng trên thể giới như GeoStudio của Canada hay GeoS của Cộng hôn Sóc 5], [8]. Các bộ phần mém cổ giao diện đẹp, dễ sử dụng và có thể tính toán được nhiều PP khác nhau như PP của Janbu (1954), Bishop (1955), Morgenstern-Priee (1965), Spencer (1967) và Sarma (1973) 1.
Phân tích én định mái dốc trên cơ sở khoa học đắt không bão hòa. Các tham số cường độ kháng cắt góc ma sát trong $` và lực dính đơn vị e` thường được sử dạng khi thực hiện phân tích én định mái đốc đất bảo hỏa. Tuy nhiên, những: nghiên cứu gin đây đã làm sáng tỏ sự gia ting của cường độ khing cắt do áp lực nude lỗ rồng âm (ye hút dính) dẫn tới tăng hệ số ôn định mái đốc [1], I9]. Để xét nh hưởng của áp lục nước lỗ rổng âm khi phân ích ôn định mái đốc đắt không bao hoa thi có thể sử dụng PP đưa lực hút dinh vào lực dinh của đắt theo cách thức của ‘Ching và cộng sự, đây được gọi là PP "lực đính toàn phần” [10].
Theo PP này thi lực dinh của đắt được xem là tăng lên khi lực hút đính của đất tang lên. Độ tăng của lực cdính từ lực hút dính là (u, - u„)tgệ", cường độ kháng cắt của đắt do lực dính đảm nhận được gộp vào thành phan lực hút dính của đất là = e`+(u, = „)tgỆP PP thứ hai để xét ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng âm gọi là "cường độ kháng cắt mở rộng”. Quan hệ giữa cường độ kháng cắt với lực hút dính có thé là tuyển tính hoặc phi tuyển. Fredlund và Rahardjo (1993) đã sử dụng PP “lực dính toàn phin” để đánh giá ổn định cho một mái dốc đứng ở Hong Kong.
Trong tính toán, các tham số cường độ kháng cắt (ộ,et và đP) được cá tắc giả xác định từ thi nghiệm trong phòng. Ap lực nước lỗ rồng, âm được xác định bằng các căng kể ở hiện trường. Trong chuỗi phân tích thứ nhất, khi bỏ qua ảnh hưởng của lực hút dính thì hệsố ôn định mái đốc của các mặt cắt inh toán «bu nhỏ hon 1,0 tức là mái đốc không ổn định. Tuy nhiên, trong thực tế các mái dốc vẫn dn định, điều đó chứng tỏ lực hút đính góp phần gia tăng cường độ kháng cắt và 43 đảm bảo mái đốc ôn định.
Trong chuỗi phân tích thứ bai, dựa theo kết quả đo đạc lực hút dính ở hiện trường các tác giả đãphân chia thành cic lớp mang có chiều dây 5,0 m, Mỗi lớp nay có một giá tri “lve dính toàn phin” độc lập, lượng tăng của lực hút inh đối với mỗi lớp là (u,=. Kết quả tinh toắn đã cho thấy, hệ số én định mái đốc đều lớn hơn 1,0 khi dựa và giá trị lực hút dính đo ngày 29/11/1980 và ngày 27/10/1981 [1] Đối với PP "cường độ kháng cắt mở rộng", Fredlund và Rahardjo (1993) cũng đã áp đụng tính toán cho một mái dốc tần tch cao 38,0 m với góc d 60° 6 Hong Kong [I] Phương trình cường độ kháng cất được sử dụng theo đề xuất của của Fredlund và cộng sự. Sự khác biệt của phương trình này so với phương trình cường độ kháng cắt của dat bao hoa là xuất hiện thành phan (a, -u,)te tức là cường độ kháng cắt của đắt không bão hòa tăng tuyển tính theo giá trị lực hút dinh [11], Kết quả phân tích cho thấy, kh bỏ qua áp lực nước lỗ rỗng âm (ức là 4%? = 0) thi hệ số ổn định mái dốc bằng 09. Tuy nhiên, không tim thấy bắt cứ dấu hiệu nào của sự mắt én định mái dốc, chứng tỏ hệ số ổn định mái dốc phải lớn hơn 1,0.
Điều này giải thích áp lực nước lỗ rỗng âm đã. góp phần ting thêm cường độ kháng cắt của đắt và làm tăng thêm hệ số ôn định. Khi thay đổi ty số 6°76" từ 0,25 đến 1,0 thì hệ số ổn định mái dốc thay đi từ 1,0 đến 1,4.2 Tầm quan trọng của cơ học dat không bão hòa.1 Mãi trường đất không bão hoa Môi trường đất chịu ảnh hưởng lớn tác động của khí hậu thông qua quả tình bốc hơi và thẩm thấu. Theon hiền cứu của Dregne (1970), có tối 33% bề mặt ái đắt được coi là khô hạn và bán khô hạn [12].
Trong khi đó, ở Việt Nam có đến 74,3 diện tích là vùng đổi núi và trung du [13], những vùng đất này thường có mye nước ny ở khá âu. Vũng đất nằm đưới đường bão hỏa thi có áp lực nước lỗ rồng dương, rong khi "vũng dit không bão hòa có áp lực nước lỗ rỗng âm. Quá trình nước trong lỗ rồng di ra khỏi vùng đất bề mặt bởi quá trình bốc hơi sẽ làm cho đất tiếp tục khô hơn và làm tăng, 4p lực nước lỗ rỗng âm. Ngược lại, nước mưa và dng chấy mặt tạo thành dòng thắm hướng vào đắt thì làm đắt tăng dm và giảm áp lực nước lỗ rỗng Fredlund và Rahardjo (1993) đã đưa ra quá trình thay đổi dp lực nước lỗ ng trong vùng đất nằm trên đường bão hỏa khi có quá trình mưa và bốc hơi như ở Hình 1.
Khi không có 4qué trình nước mưa cung cấp, thường sẽ xuất hiện quá trinh bốc hơi nước từ trong đất đã ra làm độ ẩm giảm din tới đường áp lực nước lỗ rổng dich chuyển về phía tri (đường 2), cường độ kháng cit tăng lên làm cho hệ số 6n định mái dốc tăng. Ving thay đổi lớn nhất nằm ở vũng gà nat đất Thời gian bốc hơi cảng đài thi đường áp lực lỗ rồng căng dich về bên ri, và dẫn dẫn mục nước ngằm he thấp, Khi só mưa hì lượng nước mưa sẽ thắm vào tong đất làm cho đường áp lực nước 1g dich chuyển về bên phi (đường 3). Quá tránh này sẽ kim cho vùng không bão hoà thu hẹp, cường độ kháng cất giảm din đến mắt én định mái d set maeeen saensen Ạ tttt „Z?®, Hụi | Donors nsromig AS 757 iat $a (9 (nem KỲ caer) ° Hình 1.