Tổng quan luận án

Hiện tượng trượt lở mái dốc là dạng sự cố địa kỹ thuật xuất hiện phổ biến đối với cả mái dốc tự nhiên lẫn các công trình đất đắp như đê, đập thủy lợi, nền đường giao thông và hố móng xây dựng. Tại Việt Nam, địa hình đồi núi và trung du chiếm tới 74,3% diện tích tự nhiên, cùng với lượng mưa trung bình năm lớn và phân bố theo mùa, dẫn đến nguy cơ mất ổn định mái dốc diễn ra thường xuyên và gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản (điển hình như các đợt sạt lở tại miền Trung vào tháng 10 năm 2020).

Theo quan niệm cơ học đất truyền thống, khối đất thường được giả thiết bão hòa hoàn toàn khi nằm dưới mực nước ngầm hoặc khô hoàn toàn khi nằm trên mực nước ngầm. Tuy nhiên, phần lớn mái dốc đất đắp và mái dốc tự nhiên có mực nước ngầm nằm sâu tồn tại ở trạng thái không bão hòa (hệ đất - nước - khí). Trong môi trường đất không bão hòa, áp lực nước lỗ rỗng âm (lực hút dính) làm gia tăng cường độ kháng cắt của đất và góp phần duy trì hệ số ổn định của mái dốc. Khi có mưa, lượng nước mưa thâm nhập vào thân mái dốc làm tăng độ ẩm, giảm lực hút dính, giảm cường độ kháng cắt, đồng thời làm tăng trọng lượng khối trượt và dâng cao mực nước ngầm, từ đó làm suy giảm hệ số an toàn ổn định mái dốc.

Mặc dù đường cong đặc trưng đất - nước (SWCC - Soil Water Characteristic Curve) đóng vai trò trung tâm trong việc xác định các đặc tính cơ bản của đất không bão hòa (như hàm thấm, cường độ kháng cắt, quan hệ ứng suất - biến dạng), nhưng cơ sở dữ liệu thực nghiệm về SWCC và tham số kháng cắt mở rộng của các loại đất đắp tại Việt Nam còn rất hạn chế. Đồng thời, các nghiên cứu mô hình hóa trước đây chủ yếu dựa trên giả thiết mà chưa có nhiều số liệu thực nghiệm định lượng về tỷ lệ nước mưa xâm nhập thực tế, cũng như quy luật biến thiên áp lực nước lỗ rỗng trong và sau khi dừng mưa. Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Phạm Huy Dũng được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống nghiên cứu này.

  • Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu sự thay đổi của hệ số ổn định mái dốc đất không bão hòa dưới tác động của mưa.
  • Đối tượng nghiên cứu: Mái dốc đất không bão hòa đắp bằng đất dính phân bố ở miền Bắc Việt Nam.
  • Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung vào quá trình biến đổi áp lực nước lỗ rỗng trong thân mái dốc đất dính dẫn đến thay đổi cường độ kháng cắt của đất và hệ số ổn định của các loại mái dốc đất đắp công trình thủy lợi (cụ thể là đê và đập) trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về cơ học đất không bão hòa và ổn định mái dốc chịu tác động của mưa được tác giả tổng thuật theo các nhánh chính:

  1. Phương pháp phân tích ổn định mái dốc: Luận án hệ thống hóa ba nhóm phương pháp phân tích ổn định mái dốc:
    • Phương pháp cân bằng giới hạn (LEM): Dựa trên kỹ thuật phân mảnh với các sơ đồ giả thiết lực tương tác giữa các thỏi đất của Taylor (1937), Bishop (1955), Janbu (1954, 1973), Spencer (1967), Morgenstern-Price (1965), Corps of Engineers (1970), Lowe-Karafiath (1960) và Sarma (1973).
    • Phương pháp phân tích giới hạn: Dựa trên hai định lý cận trên và cận dưới của lý thuyết dẻo.
    • Phương pháp số (phần tử hữu hạn - FEM): Được phân tích theo các nghiên cứu của Griffiths và Lane (1999), chỉ rõ ưu điểm trong việc không cần giả định trước hình dạng mặt trượt và mô phỏng được quá trình phát triển biến dạng đến khi phá hoại.
  2. Cơ học đất không bão hòa và cường độ kháng cắt:
    • Fredlund và cộng sự (1978) đã đề xuất phương trình cường độ kháng cắt mở rộng từ tiêu chuẩn Mohr-Coulomb: $\tau_f = c' + (\sigma - u_a)\tan\phi' + (u_a - u_w)\tan\phi^b$, trong đó xuất hiện thành phần góc ma sát biểu kiến $\phi^b$ đại diện cho mức tăng cường độ kháng cắt theo lực hút dính $(u_a - u_w)$.
    • Các nghiên cứu của Sillers (1997), Pham (2002), Satija (1978), Escario và Saez (1986), Gan và cộng sự (1988) chỉ ra tính phi tuyến của $\phi^b$: khi lực hút dính nhỏ ($< 50 \div 70\text{ kPa}$), $\phi^b \approx \phi'$; khi lực hút dính lớn ($> 200 \div 300\text{ kPa}$), $\phi^b$ suy giảm và duy trì trong khoảng $(1/2 \div 1/3)\phi'$.
    • Tại Việt Nam, các nghiên cứu thực nghiệm của Đỗ Minh Toàn (2016) trên đất phù sa sông Hồng tại Đại học Ibaraki (Nhật Bản), Nguyễn Thị Hương (2013) trên đất đắp đập Khe Cát (Quảng Ninh) và đất tại Yên Bái, Ninh Thuận đã bước đầu xác định đặc tính SWCC và hiệu chỉnh tham số $m, n$ của mô hình Fredlund và Xing (1994).
  3. Ảnh hưởng của mưa đến ổn định mái dốc:
    • Gasmo và cộng sự (2000) chứng minh cường độ thấm xâm nhập đạt cực đại ở chân mái dốc; trận mưa $50\text{ mm/ngày}$ làm giảm hệ số an toàn $F_s$ khoảng 25% sau 12 giờ và cần 2 tuần sau mưa để $F_s$ hồi phục lại 30%.
    • Rahardjo và cộng sự (2002) phân tích mái dốc tàn tích tại Singapore chịu mưa $30\text{ mm/h}$ liên tục 4 giờ, chỉ ra $F_s$ đạt cực tiểu ngay khi dứt mưa.
    • Nguyễn Văn Việt và cộng sự (2015, 2016) khảo sát 4 dạng biểu đồ mưa (Advanced, Centralized, Delayed, Uniformed) tác động lên mái dốc tàn tích ở Yên Bái, xác định mức suy giảm $F_s$ từ 19% đến 33%.
    • Nguyễn Khắc Thắng (2017) mô phỏng sạt trượt đê Tả Đuống (K1+070) cho thấy bỏ qua lực hút dính làm giảm $F_s$ tới 15%.
    • Đỗ Minh Tân và cộng sự (2015) thiết lập ngưỡng mưa trượt lở tại Mai Châu (Hòa Bình) theo công thức $P = 128,41 - 0,076 P_{10}$.
    • Hoàng Việt Hùng và Trịnh Minh Khang (2011) mô hình hóa lượng nước mưa thấm vào mái dốc tại Cốc Pài (Xín Mần, Hà Giang) chiếm từ 14% đến 34% tổng lượng mưa.

Khoảng trống nghiên cứu: Các công trình trong nước chủ yếu sử dụng mô hình số với các tham số SWCC giả định hoặc tham khảo tài liệu nước ngoài; thiếu hụt mô hình thí nghiệm vật lý quy mô lớn để quan trắc trực tiếp lượng nước chảy tràn, lượng nước thâm nhập thực tế và quy luật suy giảm/phục hồi của lực hút dính theo chiều sâu mái dốc dưới các cường độ mưa khác nhau.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

Luận án dựa trên nền tảng lý thuyết cơ học môi trường liên tục nhiều pha cho đất không bão hòa của Fredlund và Morgenstern (1977), trong đó đất không bão hòa được mô hình hóa là hệ 4 pha: hạt đất, nước lỗ rỗng, khí lỗ rỗng và màng co bề mặt (mặt phân cách khí - nước).

Trạng thái ứng suất của đất không bão hòa được kiểm soát bởi hai biến độc lập:

  1. Ứng suất pháp thực: $(\sigma - u_a)$
  2. Lực hút dính ma mao dẫn: $(u_a - u_w)$

Định luật thấm Darcy mở rộng cho đất không bão hòa với hệ số thấm $k_w$ là một hàm phụ thuộc vào lực hút dính ma mao dẫn $k_w = k(u_a - u_w)$ hoặc phụ thuộc vào độ ẩm thể tích $\theta_w$.

Đường cong đặc trưng đất - nước biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng nước ($\theta_w$ hoặc độ bão hòa $S_r$) và lực hút dính $(u_a - u_w)$, chia làm ba vùng: vùng bão hòa, vùng chuyển tiếp và vùng tàn dư, ngăn cách bởi hai giá trị ngưỡng là giá trị khí vào (AEV - Air Entry Value) và lực hút dính tàn dư ($\psi_r$).

Mô hình cân bằng giới hạn tổng quát (GLE) được phát triển để tích hợp áp lực nước lỗ rỗng âm vào cả phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mô men của từng thỏi đất.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp đồng bộ 4 phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích các lý thuyết biến trạng thái ứng suất, thấm không bão hòa và cơ chế mở rộng cân bằng giới hạn.
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
    • Thực nghiệm hiện trường: Đo lực hút dính bằng thiết bị căng kế chuyên dụng (Jet Fill Tensiometer kiểu 2725ARL) tại các mái dốc công trình thủy lợi.
    • Thực nghiệm trong phòng: Xác định SWCC bằng bình chiết áp lực cao (Pressure Plate Extractor) kết hợp đĩa gốm tiếp nhận khí cao; xác định cường độ kháng cắt bằng máy nén ba trục tự động TRIAX50 (sơ đồ CD, CW, CU) và máy cắt phẳng trực tiếp EDI-2.
    • Thực nghiệm mô hình vật lý mẫu lớn: Thiết kế, chế tạo máng mô hình có trục quay tự do (thay đổi mái dốc $m = 1, 2, 4$) kết hợp dàn mưa nhân tạo kiểm soát cường độ mưa và hệ thống căng kế điện tử tự động (2100F-Remote Tensometer) kết nối bộ thu nhận số liệu ICT.
  • Phương pháp mô hình số: Ứng dụng các bộ công cụ tính toán địa kỹ thuật (GeoStudio: Seep/W và Slope/W) để giải bài toán thấm không dừng kết hợp phân tích ổn định mái dốc đê, đập theo thời gian.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến từ các nhà khoa học, chuyên gia địa kỹ thuật và công trình thủy lợi thông qua các hội thảo chuyên đề.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về ổn định mái dốc đất không bão hòa

Chương 1 tổng thuật chi tiết bối cảnh lý thuyết và thực tiễn về ổn định mái dốc đất không bão hòa. Tác giả phân tích các vụ sự cố công trình điển hình do mưa trên thế giới (Mỹ, Ý, Nhật Bản) và tại Việt Nam: sự cố trượt lở lòng hồ Đak Lông Thượng (Lâm Đồng, 2013), vai phải Thủy điện Trung Sơn (Thanh Hóa, 2018), vỡ đường ống dẫn nước Thủy điện Đak Kar (Đắk Nông, 2019), sạt lở đê tả sông Chu (Thanh Hóa, 2013), đê biển Thịnh Long - Thanh Hương (Nam Định, 2015), vỡ đập Đầm Hà Động (Quảng Ninh, 2014) và đập Đầm Thìn (Phú Thọ, 2020).

Chương này tổng hợp các giả thiết cơ bản của các phương pháp phân mảnh cân bằng giới hạn (Bảng 1.1 và Bảng 1.2), đồng thời phân tích các kết quả thí nghiệm xác định tham số kháng cắt không bão hòa của các tác giả quốc tế (Bảng 1.3).

Tác giả Loại đất Độ ẩm $w$ (%) $c'$ ($\text{kN/m}^2$) $\phi'$ (độ) $\phi^b$ (độ) Sơ đồ thí nghiệm
Bishop và cs (1960) Phiến sét đầm chặt 18,6 15,8 / 9,6 24,8 / 27,3 18,1 / 21,7 CW
Satija (1978) Sét Dhanauri ($\rho_d = 1580\text{ kg/m}^3$) 22,2 37,3 / 15,5 28,5 / 28,5 16,2 / 22,6 CD
Satija (1978) Sét Dhanauri ($\rho_d = 1478\text{ kg/m}^3$) 22,2 20,3 / 11,3 29,0 / 29,0 12,6 / 16,5 CW
Escario (1980) Sét Madrid 29,0 23,7 22,5 16,1 DST
Ho và Fredlund (1982) Granite Hong Kong - 28,9 33,4 15,3 CD
Ho và Fredlund (1982) Rhyolite Hong Kong - 7,4 35,3 13,8 CD
Krahn và cs (1989) Bụi Tappen-Notch ($\rho_d = 1590\text{ kg/m}^3$) 21,5 0,0 35,0 16,0 CD
Gan và cs (1988) Băng tích đầm chặt - 10,0 25,3 7,0 - 12,0 DST

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mái dốc đất không bão hòa

Chương 2 trình bày có hệ thống các cơ sở toán học và cơ học của đất không bão hòa:

  • Biến trạng thái ứng suất theo quan điểm cơ học liên tục nhiều pha của Fredlund và Morgenstern (1977), phân tích sự khác biệt giữa đất bão hòa (ứng suất hiệu quả Terzaghi) và đất không bão hòa (tổ hợp biến $(\sigma - u_a)$ và $(u_a - u_w)$).
  • Phân tích bản chất của lực hút dính ma mao dẫn $(u_a - u_w)$, các kỹ thuật đo trực tiếp bằng căng kế và đo gián tiếp.
  • Các mô hình toán học biểu diễn SWCC (phương trình Fredlund - Xing 1994, mô hình Modified Kovacs - MK) và các giải pháp ước lượng SWCC từ thành phần hạt và giới hạn Atterberg.
  • Lý thuyết thấm không bão hòa mở rộng từ định luật Darcy, các phương trình xác định hàm hệ số thấm $k_w(u_a - u_w)$ từ đường cong SWCC.
  • Phương trình cường độ kháng cắt mở rộng Mohr-Coulomb và nguyên lý tích hợp lực hút dính vào phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát (GLE) để thiết lập hệ số an toàn theo cân bằng lực $F_f$ và theo cân bằng mô men $F_m$.

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các đặc trưng của đất không bão hòa

Chương 3 tiến hành chuỗi thực nghiệm chuyên sâu trên các đối tượng đất đắp công trình thủy lợi thực tế: đê hữu Cầu, đập Khau Piều và đập Chúc Bài Sơn.

  • Thực nghiệm hiện trường: Đo lực hút dính bằng căng kế Jet Fill 2725ARL tại 3 vị trí (đỉnh mái, giữa mái và chân mái) qua các đợt quan trắc năm 2017 (Bảng 3.1 đến Bảng 3.6). Kết quả chỉ ra lực hút dính tại đỉnh mái luôn lớn hơn ở giữa và chân mái dốc, và có quan hệ tương quan nghịch với độ bão hòa $S_r$.
  • Thí nghiệm xác định SWCC trong phòng: Sử dụng hệ thiết bị bình áp lực cao (Pressure Plate Extractor) và đĩa tiếp nhận khí cao. Kết quả cho thấy giá trị khí vào AEV của đất đắp các công trình biến đổi phụ thuộc vào thành phần hạt mịn và chỉ số dẻo. Tác giả đã áp dụng mô hình Modified Kovacs (MK) để ước lượng SWCC và dẫn xuất hàm thấm cho ba loại đất đắp.
  • Thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt: Thực hiện trên máy nén ba trục TRIAX50 và máy cắt phẳng trực tiếp EDI-2. Kết quả chứng minh lực dính của đất tăng lên rõ rệt khi lực hút dính tăng, trong khi góc ma sát trong $\phi'$ hầu như không đổi; góc ma sát biểu kiến $\phi^b$ suy giảm dần khi lực hút dính vượt qua giá trị khí vào AEV.

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của mưa lên mái dốc đất đắp

Chương 4 tập trung vào nghiên cứu mô hình vật lý mẫu lớn được thiết kế và chế tạo tại phòng thí nghiệm:

  • Hệ thống thiết bị: Chế tạo máng thí nghiệm có khớp quay tự do cho phép thay đổi hệ số mái dốc ($m = 1; 2; 4$); chế tạo dàn mưa nhân tạo với hệ thống vòi phun điều tiết áp lực; lắp đặt hệ thống căng kế điện tử 2100F-Remote Tensometer kết nối bộ thu thập dữ liệu tự động ICT.
  • Vật liệu đắp mô hình: Sử dụng đất mỏ Đại Phong được chuẩn bị ở các độ chặt đầm nén khác nhau ($K = 0,90; 0,95; 0,97$) với thành phần hạt và chỉ tiêu cơ lý được kiểm soát chặt chẽ (Bảng 4.1 và 4.2).
  • Quy luật phân bố dòng chảy mặt và thâm nhập:
    • Độ chặt đầm nén $K$ càng cao làm giảm hệ số thấm, dẫn đến cường độ chảy tràn ổn định xuất hiện sớm hơn và tỷ lệ nước mưa xâm nhập vào thân mái dốc giảm đi.
    • Hệ số mái dốc $m$ càng lớn (mái càng thoải) làm giảm vận tốc dòng chảy tràn mặt, từ đó làm gia tăng tỷ lệ nước mưa thâm nhập vào trong mái dốc.
  • Quy luật biến thiên lực hút dính: Lực hút dính tại các tầng nông tiêu tán nhanh chóng ngay sau khi mưa bắt đầu; sau khi dừng mưa, lực hút dính tại các tầng nông phục hồi chậm do quá trình thoát nước và bốc hơi, trong khi áp lực nước lỗ rỗng ở các tầng sâu tiếp tục tăng thêm một thời gian trước khi suy giảm.

Chương 5: Ứng dụng kết quả nghiên cứu tính toán cho một số mái dốc công trình thủy lợi

Chương 5 ứng dụng toàn bộ các thông số thực nghiệm (SWCC, hàm thấm, tham số kháng cắt $c', \phi', \phi^b$) vào mô phỏng số đánh giá ổn định cho 3 công trình thực tế ở miền Bắc:

  1. Mái dốc đất đắp đê hữu Cầu: Đánh giá phân bố áp lực nước lỗ rỗng và hệ số ổn định $F_s$ dưới hai kịch bản mưa: kiểu mưa cường độ lớn thời gian ngắn (HI) và kiểu mưa kéo dài cường độ nhỏ (LD). Kết quả chỉ ra rằng việc tính toán theo cơ học đất không bão hòa cho giá trị $F_s$ ban đầu cao hơn so với quan niệm bão hòa truyền thống. Trong quá trình mưa, $F_s$ suy giảm liên tục và đạt mức thấp nhất khi dứt mưa đối với kiểu mưa HI, hoặc tiếp tục giảm sâu dưới tác động của mưa kéo dài kiểu LD.
  2. Mái dốc đập đất Khau Piều: Phân tích ứng xử của thân và nền đập, sự thay đổi cột nước áp lực tại các điểm quan trắc trong thân đập dưới hai kiểu mưa HI và LD.
  3. Mái dốc đập đất Chúc Bài Sơn: Phân tích quy luật biến thiên $F_s$ và hình dạng cung trượt nguy hiểm khi xét đến tác động đồng thời của dòng thấm bão hòa - không bão hòa.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả cụ thể và đóng góp mới sau:

  1. Bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm: Cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm đầy đủ về các đặc trưng của đất không bão hòa (bao gồm đường cong đặc trưng đất - nước SWCC, hàm thấm, lực hút dính hiện trường, tham số kháng cắt mở rộng $\phi^b$) cho các loại đất dính đắp công trình thủy lợi phân bố ở miền Bắc Việt Nam (đê hữu Cầu, đập Khau Piều, đập Chúc Bài Sơn và đất mỏ Đại Phong).
  2. Mô hình thí nghiệm vật lý mẫu lớn: Thiết kế, chế tạo thành công máng thí nghiệm thay đổi được độ dốc mái kết hợp dàn tạo mưa và hệ thống căng kế đo tự động, qua đó xác định định lượng tỷ lệ nước mưa xâm nhập thực tế vào mái dốc đất đắp theo độ dốc mái ($m$) và độ đầm chặt ($K$).
  3. Làm sáng tỏ cơ chế ứng xử áp lực lỗ rỗng: Làm rõ quy luật tiêu tán và phục hồi của lực hút dính trong thân mái dốc trong suốt quá trình mưa và sau khi dừng mưa.
  4. Đề xuất công cụ tính toán thực tiễn: Ứng dụng mô hình Modified Kovacs (MK) để ước lượng SWCC cho đất dính miền Bắc Việt Nam khi không có điều kiện thí nghiệm chuyên sâu; đề xuất quy trình tính toán ổn định mái dốc đê, đập có xét đến ảnh hưởng của các dạng biểu đồ mưa (mưa ngắn ngày cường độ lớn HI và mưa kéo dài cường độ nhỏ LD) trên cơ sở lý thuyết đất không bão hòa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản luận án:

  • Hạn chế: Các thí nghiệm thực nghiệm chuyên sâu mới chỉ tập trung vào một số loại đất dính đắp điển hình tại khu vực miền Bắc Việt Nam; mô hình thực nghiệm mẫu lớn chưa xét đến yếu tố nứt nẻ co ngót bề mặt do thời tiết khô hạn kéo dài trước khi mưa, cũng như chưa xét đến tác động của thảm phủ thực vật và quá trình thoát hơi nước của cây trồng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm xác định đặc trưng đất không bão hòa cho các loại đất tàn tích tự nhiên và đất đắp ở các vùng địa chất khác (miền Trung, Tây Nguyên); nghiên cứu bổ sung ảnh hưởng của hiện tượng nứt nẻ bề mặt mái dốc đến sự hình thành các đường thấm ưu tiên trong quá trình mưa.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Địa kỹ thuật xây dựng, Công trình thủy lợi, Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm và Mỏ: cung cấp quy trình thí nghiệm đo lực hút dính, xác định SWCC và phương pháp nén ba trục/cắt trực tiếp cho đất không bão hòa.
  • Kỹ sư tư vấn thiết kế và cán bộ quản lý đê điều, hồ đập: cung cấp phương pháp luận và thông số thực tế để chính xác hóa bài toán tính toán ổn định mái dốc đê, đập dưới tác động của các trận mưa cực đoan, tránh việc thiết kế quá thiên về an toàn gây lãng phí hoặc đánh giá thiếu an toàn dẫn đến sự cố sạt trượt.

Câu hỏi thường gặp

1. Đường cong đặc trưng đất - nước (SWCC) đóng vai trò gì trong việc tính toán ổn định mái dốc đất không bão hòa?
SWCC là mối quan hệ giữa hàm lượng nước chứa trong đất và lực hút dính $(u_a - u_w)$. Trong cơ học đất không bão hòa, SWCC là thông số trung tâm được sử dụng để xác định hàm hệ số thấm $k_w(u_a - u_w)$, cường độ kháng cắt mở rộng và biến thiên thể tích của khối đất trong thân mái dốc khi có nước mưa thâm nhập.

2. Công thức cường độ kháng cắt của đất không bão hòa theo Fredlund và cộng sự (1978) khác gì so với công thức Mohr-Coulomb truyền thống?
Phương trình của Fredlund và cộng sự (1978) có dạng $\tau_f = c' + (\sigma - u_a)\tan\phi' + (u_a - u_w)\tan\phi^b$. Khác biệt cốt lõi là việc tách biến trạng thái thành ứng suất pháp thực $(\sigma - u_a)$ và lực hút dính $(u_a - u_w)$, đồng thời bổ sung thêm số hạng $(u_a - u_w)\tan\phi^b$, phản ánh sự gia tăng cường độ kháng cắt của đất do áp lực nước lỗ rỗng âm mang lại.

3. Kết quả thí nghiệm mô hình vật lý chỉ ra yếu tố độ chặt đầm nén $K$ và hệ số mái dốc $m$ ảnh hưởng như thế nào đến lượng nước mưa xâm nhập?
Khi độ chặt đầm nén $K$ tăng lên, độ rỗng giảm dẫn đến hệ số thấm giảm, cường độ chảy tràn mặt xuất hiện sớm hơn và tỷ lệ nước mưa thấm vào thân mái dốc giảm. Ngược lại, khi hệ số mái dốc $m$ tăng (mái dốc thoải hơn), vận tốc dòng chảy tràn giảm, kéo dài thời gian đọng nước trên bề mặt và làm tăng lượng nước mưa thâm nhập vào khối đất đắp.

4. Hai kiểu mưa HI và LD được phân loại và tác động đến hệ số ổn định mái dốc như thế nào?
Kiểu mưa HI là mưa thời gian ngắn với cường độ lớn; kiểu mưa LD là mưa kéo dài với cường độ nhỏ. Cả hai kiểu mưa đều làm suy giảm hệ số ổn định $F_s$, trong đó kiểu mưa HI làm tiêu tán lực hút dính cục bộ nhanh ở lớp mặt khiến $F_s$ giảm nhanh trong thời gian ngắn, còn kiểu mưa LD làm nước mưa thấm sâu vào thân công trình, duy trì trạng thái bão hòa lâu và khiến $F_s$ tiếp tục suy giảm kéo dài.

Kết luận

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Phạm Huy Dũng đã giải quyết toàn diện bài toán đánh giá ảnh hưởng của mưa đến ổn định mái dốc đất dính đắp không bão hòa tại miền Bắc Việt Nam. Thông qua sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm hiện trường/phòng thí nghiệm, chế tạo mô hình máng xoay dàn mưa mẫu lớn và mô phỏng số, tác giả đã làm sáng tỏ cơ chế biến thiên áp lực nước lỗ rỗng và sự suy giảm cường độ kháng cắt của đất dưới tác động của mưa. Các kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng và đề xuất giải pháp tính toán khoa học, góp phần nâng cao độ chính xác và an toàn trong công tác thiết kế, quản lý công trình đê, đập thủy lợi.