Study the effect of rainfall on stability of earth dams on the basis of
unsaturated soil mechanics
Abstract: In fact, the soil mass in earth dams is a saturated/unsaturated
soil system. Therefore, the application of unsaturated soil mechanics is
really necessary to fully and accurately evaluate the slope stability of
earth dams. This paper reports the results of study to determine the
unsaturated soil parameters of filling material at Chuc Bai Son earth dam,
Quang Ninh province. Based on the historical rainfall observations, the
authors consider the impacts of different rainfall categories on the slope
stability of earth dams. The results show similar effects of high intensity
with short duration rainfall (HI) and small intensity with long duration
rainfall (LD) on variation of pore water pressure and slope stability.
However, the LD rainfall shows a greater impact on the slope stability
than the HI rainfall.
9 trang |
Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 449 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa đến ổn định của đập đất trên cơ sở khoa học đất không bão hõa, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 12
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MƯA ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA
ĐẬP ĐẤT TRÊN CƠ SỞ KHOA HỌC ĐẤT KHÔNG BÃO HÕA
PHẠM HUY DŨNG*, HOÀNG VIỆT HÙNG*,
NGUYỄN CÔNG MẪN**
Study the effect of rainfall on stability of earth dams on the basis of
unsaturated soil mechanics
Abstract: In fact, the soil mass in earth dams is a saturated/unsaturated
soil system. Therefore, the application of unsaturated soil mechanics is
really necessary to fully and accurately evaluate the slope stability of
earth dams. This paper reports the results of study to determine the
unsaturated soil parameters of filling material at Chuc Bai Son earth dam,
Quang Ninh province. Based on the historical rainfall observations, the
authors consider the impacts of different rainfall categories on the slope
stability of earth dams. The results show similar effects of high intensity
with short duration rainfall (HI) and small intensity with long duration
rainfall (LD) on variation of pore water pressure and slope stability.
However, the LD rainfall shows a greater impact on the slope stability
than the HI rainfall.
Keywords: earth dams, unsaturated soil mechanics, soil-water
characteristic curve
1. GIỚI THIỆU CHUNG*
1.1. Mở đầu
Theo hệ thống cơ sở dữ liệu ngành thủy
lợi thì hiện nay nước ta có 6421 hồ chứa,
trong đó loại hình đập đất chiếm số lượng
chủ yếu. Đối với đập đất, cường độ kháng cắt
và áp lực nước lỗ rỗng là những tham số quan
trọng khi đánh giá ổn định mái đập. Các quan
niệm truyền thống của cơ học đất đều giả
thiết đất bão hòa hoàn toàn khi nằm dưới
mực nước ngầm và khô hoàn toàn khi nằm
trên mực nước ngầm. Tuy nhiên, kết quả
nghiên cứu của nhiều nhà khoa học đã chứng
tỏ sự gia tăng cường độ kháng cắt do áp lực
nước lỗ rỗng âm (hoặc lực hút dính) trong đất
* Trường Đại học Thủy lợi
E-mail: phamhuydung0403@tlu.edu.vn
Trường Đại học Thủy lợi
E-mail: hoangviethung@tlu.edu.vn
** Viện Địa kỹ thuật Việt Nam
Email: ncman@fpt.vn
KBH, tức là làm tăng hệ số ổn định của mái
đập như trong nghiên cứu của Fredlund và
Rahardjo (1993).
Trên thực tế các khối đất trong thân đập là
một hệ đất bão hòa/không bão hòa. Trong
trường hợp có mưa, nước mưa xâm nhập vào
bề mặt mái đập làm tăng độ ẩm của đất, giảm
lực hút dính, giảm cường độ kháng cắt và
giảm hệ số ổn định mái đập. Trong điều kiện
khô hạn, nước bốc hơi từ bề mặt mái đập sẽ
làm giảm độ ẩm của đất, tăng lực hút dính,
tăng cường độ kháng cắt kéo theo tăng hệ số
ổn định mái đập.
Vì vậy, để tính toán một cách đầy đủ và
chính xác điều kiện ổn định của đập đất, đặc
biệt dưới ảnh hưởng của mưa thì việc áp dụng
các lý thuyết của cơ học đất KBH là thực sự cần
thiết. Bài viết này trình bày các kết quả nghiên
cứu xác định các thông số đất KBH của vật liệu
đất đắp đập Chúc Bài Sơn, tỉnh Quảng Ninh và
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 13
ứng dụng vào tính toán ảnh hưởng của mưa đến
ổn định mái đập.
1.2. Giới thiệu về hồ chứa Chúc Bài Sơn,
tỉnh Quảng Ninh
Hồ chứa nước Chúc Bài Sơn thuộc xã Quảng
Sơn, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh. Công
trình có nhiệm vụ đảm bảo nước tưới cho 3.100
ha diện tích đất nông nghiệp, cung cấp nước
sinh hoạt cho 20.000 nhân khẩu và một phần
nước công nghiệp của thị trấn Hà Cối. Đập
Chúc Bài Sơn thuộc loại đập đất đồng chất trên
nền đá sét phiến sét phong hóa mạnh đến trung
bình. Các thông số chính của hồ chứa nước
Chúc Bài Sơn như sau:
- Loại công trình: hồ chứa thủy lợi loại vừa,
cấp II.
- Diện tích lưu vực: 18,2 km2
- Cao trình MNDBT: +75,27 m
- Dung tích hồ chứa: 15.106 m3
- Cao trình đỉnh đập: +80,3 m
- Chiều rộng đỉnh đập: 5,0 m
- Chiều dài đập: 235,0 m
- Chiều cao đập lớn nhất: 25,0 m
1.3. Thông số cơ bản của đất KBH
1.3.1. Đường cong đặc trưng đất-nước
Đường cong đặc trưng đất-nước (SWCC)
được định nghĩa là mối quan hệ giữa lượng
chứa nước trong đất và lực hút của đất. SWCC
được coi là thông số trung tâm của đất KBH,
nó được dùng để xác định các đặc tính của đất
KBH như hệ số thấm, cường độ kháng cắt và
biến thiên thể tích. SWCC thường được phân
chia thành 3 vùng là vùng bão hòa, vùng
chuyển tiếp và vùng tàng dư với hai giá trị
biên là giá trị khí vào (AEV) và lực hút dính
dư. Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học
đã cho thấy sự thay đổi của SWCC cho các
loại đất khác nhau. Các nghiên cứu đều chỉ ra
xu hướng biến thiên của AEV và lực hút dính
dư tăng dần khi thay đổi từ đất cát đến đất bụi,
đất á sét và đất sét. Hình 1 minh họa SWCC
của một số loại đất điển hình theo Fredlund và
nnk (2012).
Đất bụi
Lực hút dính (kPa)
Đất cát
Đất sét
Đ
ộ
ẩm
th
ể
tí
ch
Hình 1: SWCC điển hình của một số loại đất
1.3.2. Cường độ kháng cắt đất KBH
Đối với đất KBH, các biến trạng thái ứng
suất được biểu thị bằng các ứng suất đo được
như ứng suất tổng , áp lực nước lỗ rỗng uw và
áp lực khí lỗ rỗng ua. Tổ hợp ứng suất pháp thực
(- ua) và lực hút dính (ua-uw) thường được lựa
chọn để biểu thị trạng thái ứng suất của đất
KBH. Phương trình cường độ kháng cắt dành
cho đất KBH theo đề xuất của Fredlund và nnk
(1978) có dạng:
f = c‟+( – ua) tan‟+(ua – uw) tan
b
(1)
Trong đó: Trong đó: f là cường độ kháng cắt
của đất; c‟ là lực dính đơn vị; (– ua) là ứng suất
pháp thực; (ua – uw) là lực hút dính; ‟ là góc ma
sát trong; b là góc má sát biểu thị lượng tăng
của cường độ kháng cắt theo lực hút dính.
So với đất bão hòa, cường độ kháng cắt của
đất KBH có bổ sung thêm thành phần (ua–
uw)tg
b, đại lượng này thể hiện sự gia tăng
cường độ kháng cắt của đất KBH so với đất bão
hòa là do lực hút dính. Như vậy, cường độ
kháng cắt đất KBH là sự mở rộng của tiêu
chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb so với đất bão
hòa. Những nghiên cứu ban đầu cho thấy góc b
hầu như không đổi chứng tỏ quan hệ tuyến tính
của cường độ kháng cắt đất KBH theo lực hút
dính. Tuy nhiên, các nghiên cứu sau này đã cho
thấy sự thay đổi của góc b theo lực hút dính
như trong các công bố của Fredlund và nnk
(1987), Thu và nnk (2006), tức là cường độ
kháng cắt đất KBH có quan hệ phi tuyến theo
lực hút dính. Một trong những phương trình
cường độ kháng cắt dạng phi tuyến được sử
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 14
dụng phổ biến là theo đề xuất của Vanapalli và
nnk (1996) có dạng:
(2)
Trong đó: là độ ẩm thể tích; s là độ ẩm thể
tích bão hòa; r là độ ẩm thể tích dư.
2. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA
ĐẤT KHÔNG BÃO HÒA
2.1. Xác định SWCC
Để xác định SWCC, tác giả sử dụng thiết bị
thí nghiệm là bình áp lực với đĩa gốm tiếp nhận
khí cao 500 kPa chế tạo bởi hãng Eijkelkamp
như ở hình 2.
Hình 2: Bình áp lực để xác định SWCC
của đất KBH
Trong nghiên cứu này, thí nghiệm SWCC
được tiến hành với các mẫu đất nguyên dạng
được lấy từ hố khoan ở tim đập Chúc Bài Sơn.
Công tác thực nghiệm được tiến hành tại
Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật, Trường Đại
học Thủy lợi. Kết quả thực nghiệm đã xác
định được độ ẩm thể tích bão hòa và giá trị khí
vào đối với đất đắp đập Chúc Bài Sơn là s
=0,425 và AEV =18 kPa (như ở hình 3).
Để xây dựng đường cong SWCC hoàn
chỉnh, tác giả sử dụng phương trình thực
nghiệm của Modified Kovacs (MK) được
trình bày trong nghiên cứu của Aubertin và
nnk (2003). Đây là một trong những mô hình
được biết đến rộng rãi vì nó phù hợp với khá
nhiều loại đất bao gồm cả đất rời và đất dính.
Các tham số hiệu chỉnh của mô hình dựa vào
các dữ liệu liên quan đến đường cong cấp
phối hạt. Đây là dữ liệu rất phổ biến trong
các tài liệu khảo sát địa chất ở Việt Nam.
Hình 3: Kết quả thực nghiệm xác định SWCC
của đất đắp đập Chúc Bài Sơn
Trong phương trình MK, hai tham số là hệ
số hút dính ac và hệ số phân bố kích thước lỗ
rỗng m là các tham số khống chế độ dốc của
SWCC và độ lớn của AEV. Quy luật ảnh
hưởng của ac và m đến SWCC là khi ac tăng
thì SWCC dốc hơn và khi m tăng thì AEV
tăng. Đối với các loại đất có nguồn gốc Bắc
Mỹ, ac và m là các hằng số với giá trị ac
=0,0007 và m=0,00003 theo như Aubertin và
nnk (2003). Tuy nhiên, khi áp dụng trực tiếp
các giá trị như vậy cho loại đất đắp đập Chúc
Bài Sơn thì có sự sai lệch lớn. Bằng phương
pháp bình phương nhỏ nhất tìm được cặp giá
trị ac =0,0005 và m=0,00002 thì đường cong
MK phù hợp nhất với kết quả thực nghiệm. Vì
vậy, tác giả kiến nghị sử dụng ac=0,0005 và
m=0,00002 trong phương trình MK cho loại
đất đắp đập Chúc Bài Sơn. Kết quả xây dựng
đường cong SWCC hoàn chỉnh được minh họa
ở hình 4.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 15
Hình 4: Đường cong SWCC của đất đắp đập
Chúc Bài Sơn
2.2. Xác định hàm thấm
Hàm thấm là thông số quan trọng đối với đất
KBH, đặc biệt trong các bài toán có sự ảnh
hưởng của môi trường nước. Từ kết quả xây
dựng đường cong SWCC ở mục 2.1, sử dụng
phương trình hàm thấm của Leong và Rahardjo
(1997) để xác định hệ số thấm tại các giá trị lực
hút dính khác nhau. Ở đây giá trị độ ẩm thể tích
w được xác định theo hai trường hợp là theo
phương trình MK và theo đề xuất hiệu chỉnh của
tác giả như ở mục 2.1. Kết quả xác định hàm
thấm của đất KBH tương ứng với các lực hút
dính khác nhau được trình bày trong hình 5. Kết
quả tính toán cho thấy, hình dạng của hàm thấm
tương đồng với hình dáng của SWCC.
Hình 5: Hàm thấm của đất đắp đập
Chúc Bài Sơn
3. ẢNH HƢỞNG CỦA MƢA ĐẾN ỔN
ĐỊNH ĐẬP CHÚC BÀI SƠN
3.1. Phƣơng pháp tính toán
Trong tính toán, tác giả sử dụng bộ phần mềm
Geo-Studio (2018) để phân tích ổn định mái dốc
với hai mô đun là SEEP/W và SLOPE/W. Trong
đó, mô đun SEEP/W được dùng để phân tích
thấm không ổn định theo thời gian nhằm xác
định sự thay đổi của đường bão hòa trong mái
dốc khi có mưa. SEEP/W sử dụng phương pháp
phần tử hữu hạn để giải quyết bài toán thấm hai
hướng với phương trình vi phân có dạng:
Ở đây: h là cột nước tổng; kx là hệ số thấm
của đất theo phương x; ky là hệ số thấm của đất
theo phương y; Q là điều kiện biên của dòng
chảy tác dụng lên bề mặt mái dốc; w là độ ẩm
thể tích; t là thời gian.
Do và nên
phương trình (3) có thể được viết dưới dạng:
Ở đây: mw là độ dốc của SWCC; uw là áp lực
nước lỗ rỗng; w là trọng lượng riêng của nước;
y là thế năng.
Trong phân tích tính toán dòng thấm không
ổn định đập Chúc Bài Sơn, điều kiện ban đầu
được thiết lập tương ứng với trường hợp
MNDBT. Để xét tới ảnh hưởng của mưa, điều
kiện biên về cường độ mưa thay đổi theo thời
gian được tác dụng lên toàn bộ bề mặt của mái
dốc. Ở nghiên cứu này, mực nước thượng lưu
được giả định là không thay đổi theo thời gian
trong quá trình mưa. Sau đó, mô đun
SLOPE/W được sử dụng ghép đôi với mô đun
SEEP/W để phân tích ổn định mái dốc. Mô đun
SLOPE/W cho phép phân tích ổn định mái dốc
theo nhiều phương pháp khác nhau. Ở nghiên
cứu này tác giả lựa chọn phương pháp tính toán
theo Bishop (1955). Ngoài ra, tác giả cũng lựa
chọn phương trình cường độ kháng cắt của đất
KBH theo Vanapalli và nnk (1996) vì nó cho
phép thể hiện sự phi tuyến của cường độ kháng
cắt theo lực hút dính.
3.2. Trƣờng hợp tính toán
Theo tài liệu khảo sát của Viện kỹ thuật công
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 16
trình (2017), tác giả lựa chọn tính toán ổn
định đập Chúc Bài Sơn cho mặt cắt nguy hiểm
nhất là mặt cắt giữa đập D3 (hình 6). Mực
nước trong hồ tương ứng với trường hợp
MNDBT +75,27 m. Số liệu mưa được phân
tích, lựa chọn từ dữ liệu thống kê các trận mưa
của trạm Quảng Hà trong khoảng thời gian 15
năm từ 2001 đến 2015. Theo dữ liệu này, các
trận mưa có cường độ lớn thường xảy ra trong
khoảng thời gian từ 1,0 giờ đến 3,0 giờ. Trong
khi các trận mưa nhỏ có thể liên tiếp kéo dài
từ 3,0 đến 4,0 ngày, cá biệt kéo dài đến 7
ngày. Cường độ mưa giờ lớn nhất được ghi
nhận trong khu vực là 91,0 mm/giờ (từ 6h00
đến 9h00 ngày 29/06/2003). Trận mưa dài
nhất trong khu vực kéo dài 162,0 giờ (từ 2h00
ngày 26/07/2015 đến 20h00 ngày
01/08/2015) với tổng lượng mưa là 1150,1
mm. Vì vậy, trong nghiên cứu này tác giả lựa
chọn hai kiểu mưa điển hình là mưa cường độ
lớn (HI) và mưa kéo dài (LD). Trận mưa
cường độ lớn HI được lựa chọn có cường độ
91,0 mm/giờ với thời gian mưa liên tục trong
3,0 giờ, còn trận mưa kéo dài LD được lựa
chọn có thời gian mưa liên tục trong 162,0 giờ
với cường độ phân bố đều từ tổng lượng mưa
(1150,1 mm) trong thời gian mưa.
3.3. Các chỉ tiêu cơ lý của đất dùng trong
tính toán
Căn cứ vào tài liệu khảo sát của Viện kỹ
thuật công trình (2017), cấu tạo địa chất đập
Chúc Bài Sơn bao gồm lớp đất đắp (lớp 1a)
thuộc loại đất á sét màu nâu vàng, nâu đỏ lẫn
dăm sạn, trạng thái dẻo cứng. Tiếp đến là lớp á
sét (lớp 1b) màu nâu vàng, nâu đỏ lẫn dăm sạn,
trạng thái dẻo mềm. Bên dưới là lớp cuội lẫn cát
(lớp 2) màu xám nâu, xám vàng, trạng thái chặt
vừa. Dưới cùng là đới đá phong hóa IA2 (lớp 3)
thuộc loại đá phiến sét phong hóa mạnh đến
trung bình. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất dùng
trong tính toán ổn định mái dốc đập Chúc Bài
Sơn được nêu trong bảng 1. Ngoài ra, để xét đến
yếu tố không bão hòa của đất đắp, các thông số
về đường cong SWCC và hàm thấm được lấy từ
các kết quả nghiên cứu thực nghiệm của tác giả
ở mục 2.1 và 2.2.
Hình 6: Mặt cắt tính toán đập Chúc Bài Sơn
Bảng 1: Các chỉ tiêu cơ lý dùng trong tính toán đập Chúc Bài Sơn
STT Chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Lớp 1a Lớp 1b Lớp 2
1 Trọng lượng thể tích
tự nhiên
kN/m
3
19,2 18,6 19,5
2 Góc ma sát trong ‟ độ 26,7 17,0 30
3 Lực dính đơn vị C‟ kN/m2 14,5 14,9 0,1
4 Hệ số thấm bão hòa K cm/s 6,2.10-5 7,6.10-5 1,0.10
-4
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 17
3.4. Khi không xét ảnh hƣởng của mƣa
Kết quả tính toán cho thấy, khi không xét đến
ảnh hưởng của mưa và không xét đến yếu tố
không bão hòa của đất đắp thì đường bão hòa
trong thân đập có xu thế như ở hình 7. Lúc này
hệ số ổn định mái đập Chúc Bài Sơn là Kmin =
1,505 (hình 8). Tức là điều kiện về ổn định được
thỏa mãn do Kmin = 1,505 > [K] = 1,30 (tham
chiếu TCVN 8216:2018).
Tuy nhiên, khi xét đến các yêu tố không bão
hòa thì hệ số ổn định mái đập ở trường hợp này
là Kmin = 1,633 (hình 9). Nguyên nhân của sự
gia tăng này là do áp lực nước lỗ rỗng âm hay
lực hút dính của đất ở vùng không bão hòa đã
làm tăng cường độ kháng cắt ở đới không bão
hòa theo quy luật được biểu diễn ở phương trình
2. Như vậy, khi xét đến yếu tố không bão hòa đã
làm hệ số ổn định tăng thêm 8,5% so với trường
hợp không xét đến yếu tố không bão hòa.
3.5. Ảnh hƣởng của kiểu mƣa HI
Hình 10 biểu diễn sự biến đổi của cột nước
áp lực tại điểm A nằm trên mặt cắt X-X và cách
bề mặt mái dốc 1,0 m (hình 6). Kết quả phân
tích cho thấy khi bắt đầu mưa thì áp lực nước lỗ
rỗng tăng rất nhanh cho đến thời điểm kết thúc
mưa. Sau đó, áp lực nước lỗ rỗng tiếp tục tăng
nhưng với tốc độ giảm dần.
Như vậy, dưới tác động của kiểu mưa HI đã
làm cho mực nước ngầm trong thân đập dâng
lên và thu hẹp đới không bão hòa. Sự gia tăng
của áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình mưa ở
vùng không bão hòa đã dẫn đến sự suy giảm của
hệ số ổn định mái dốc. Hệ số ổn định mái dốc
giảm từ Kmin = 1,633 về Kmin = 1,545 (giảm
5,7%) khi kết thúc mưa (hình 11). Tuy nhiên giá
trị này vẫn vượt ngưỡng an toàn theo yêu cầu
của TCVN 8216:2018. Sau khi ngừng mưa, hệ
số ổn định mái dốc tăng ngược trở lại và đạt trị
số Kmin = 1,59 sau khi ngừng mưa 8,0 giờ.
3.6. Ảnh hƣởng của kiểu mƣa LD
Khi bắt đầu mưa thì áp lực nước lỗ rỗng tại A
tăng nhanh trong khoảng thời gian 15,0 giờ đầu
tiên, sau đó tăng rất chậm cho đến khi kết thúc
mưa thì cột nước áp lực đạt giá trị 0,5 m. Như
vậy, mực nước ngầm trong thân đập đã dâng lên
và vượt qua điểm A (hình 12). Điều này chứng
tỏ kiểu mưa LD đã làm mái đập hầu như bão
hòa hoàn toàn.
27
23
19
11 7
3
-1
-5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
45
51
57
63
69
75
81 MNDBT = 75.27 m
[m]
[m]
Hình 7: Phân bố áp lực nước trong thân
và nền đập Chúc Bài Sơn
Hình 8: Hệ số ổn định mái đập khi không
xét đến yếu tố không bão hòa
1.633
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
45
51
57
63
69
75
81 MNDBT = 75.27 m
[m]
[m]
Hình 9: Hệ số ổn định mái đập khi có xét
đến yếu tố không bão hòa
Hình 10: Sự biến đổi của cột nước áp lực tại
điểm A với kiểu mưa HI
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 18
Hình 11: Sự biến đổi của hệ số ổn định mái đập
với kiểu mưa HI
Khi ngừng mưa, áp lực nước lỗ rỗng tại A
giảm nhanh trong khoảng 20,0 giờ đầu tiên. Tiếp
đó, tốc độ suy giảm của áp lực nước lỗ rỗng chậm
dần và cột nước áp lực đạt trị số -1,3m sau thời
gian ngừng mưa 7,0 ngày (hình 12).
Hình 12: Sự biến đổi của cột nước áp lực tại
điểm A với kiểu mưa LD
Sự biến đổi của áp lực nước lỗ rỗng trong
quá trình mưa đã dẫn đến sự thay đổi của hệ số
ổn định mái đập. Ban đầu, hệ số ổn định mái
đập giảm rất nhanh từ giá trị Kmin = 1,633 trong
khoảng 70,0 giờ kể từ lúc bắt đầu mưa. Sau đó,
hệ số ổn định mái đập hầu như không đổi cho
đến khi kết thúc mưa với giá trị ở ngưỡng an
toàn Kmin = 1,304 khi so với yêu cầu của TCVN
8216:2018, tức là giảm đến 20,1 % kể từ lúc bắt
đầu mưa. Khi dừng mưa, hệ số ổn định mái đập
tăng nhanh trở lại trong khoảng 20 giờ đầu tiên,
sau đó tốc độ tăng chậm dần. Sau khi dừng mưa
7,0 ngày, thì hệ số ổn định mái đập đạt tới giá trị
Kmin = 1,51 tức là tăng thêm 15,8 % so với lúc
dừng mưa.
Hình 13: Sự biến đổi của hệ số ổn định
mái đập với kiểu mưa LD
4. KẾT LUẬN
Từ những nghiên cứu thực nghiệm và phân
tích mô hình số, bài báo đã đánh giá ảnh hưởng
của mưa đến ổn định của đập đất trên cơ sở
khoa học đất KBH. Một số kết luận chính có thể
rút ra từ nghiên cứu này đó là:
1. Các khối đất trong thân đập đất là một hệ
đất bão hòa/không bão hòa. Vì vậy, để đánh giá
một cách đầy đủ và chính xác điều kiện ổn định
của đập đất thì việc áp dụng các lý thuyết của cơ
học đất KBH là thực sự cần thiết.
2. Đối với đất KBH, SWCC là một thông số
quan trọng, nó liên hệ mật thiết đến tính thấm,
tính kháng cắt và biến thiên thể tích. Dựa vào
kết quả thực nghiệm, kiến nghị sử dụng mô hình
MK với sự điều chỉnh hai tham số là hệ số hút
dính ac=0,0005 và hệ số phân bố kích thước lỗ
rỗng m=0,00002 khi thiết lập SWCC cho vật
liệu đất đắp đập Chúc Bài Sơn.
3. Kết quả phân tích đã cho thấy, trong
trường hợp không có mưa thì hệ số ổn định mái
đập Chúc Bài Sơn tăng tới 8,5% khi xét đến yếu
tố KBH so với tính toán đất bão hòa truyền
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2020 19
thống. Hai kiểu mưa LD và HI có xu thế gây
ảnh hưởng đến mái dốc tương tự nhau. Tuy
nhiên, kiểu mưa LD cho thấy xu thế áp lực nước
lỗ rỗng tăng nhanh và giảm nhanh khi bắt đầu
mưa và sau khi dừng mưa. Sau đó tốc độ tăng
và giảm chậm dần khi thời gian tăng dần. Đặc
biệt, kiểu mưa LD làm hệ số ổn định mái dốc
giảm tới 20,1% so với không có mưa. Vì vậy,
trường hợp mưa dài có nguy cơ gây mất ổn định
mái đập là rất lớn, đặc biệt khi không có đủ thời
gian để hệ số ổn định mái đập hồi phục trở lại
sau mỗi trận mưa.
4. Mưa tác động rất lớn đến sự ổn định của
đập đất, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí
hậu như hiện nay. Vì vậy, kiến nghị bổ sung
tính toán trường hợp ảnh hưởng của mưa kéo
dài trong công tác thiết kế mới hoặc nâng cấp
sửa chữa đập đất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Viện kỹ thuật công trình, "Hồ sơ thiết kế
dự án hồ chứa nước Chúc Bài Sơn," 2017.
2. Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất
lượng, "TCVN 8216:2018 Công trình thủy lợi -
Thiết kế đập đất đầm nén," 2018.
3. A. W Bishop, "The use of the slip circle
in the stability analysis of slopes," Geotechnique
5, No.1, pp. 7-17, 1955.
4. D. G. Fredlund et al, "The shear strength
of unsaturated soils," Canadian Geotechnical
Journal, vol. 15, No. 3, pp. 313–321, 1978.
5. D. G. Fredlund et al, "Nonlinearity of
strength envelope for unsaturated soils," in
Proceedings of the Sixth International
Conference on E