i

LỜI CẢM ƠN
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Phạm Văn Song, người đã dành nhiều thời
gian hướng dẫn và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn.
Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Lê Trung Thành, người đã có
nhiều ý kiến đóng góp quan trọng cho luận văn.
Tác giả xin cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Thủy công , các thầy cô giáo ở khoa
Sau đại học - Trường đại học Thủy Lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức
trong suốt thời gian tác giả học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả chân thành cám ơn lãnh đạo cùng đồng nghiệp trong công ty cổ phần
Đồng Tiến đã hết sức tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian học và
hoàn thành luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình và những người
thân, đã luôn ủng hộ và động viên tác giả hoàn thành luận văn này.
HCM, ngày

tháng
Tác giả

năm 2018


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

TÁC GIẢ

b. Thuỷ điện Hủa Na ( tỉnh Nghệ An). ................................................................ 7
c. Thuỷ điện Đắk Mi 4 ( tỉnh Quảng Nam)..........................................................8
1.2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA MẤT ỔN ĐINH MÁI ĐÀO. .....................8
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC .........................10
1.3.1. Phương pháp cân bằng giới hạn (LEM) .................................................10
1.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) ...................................................17
1.3.3. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc thường dùng hiện nay ............20
1.4. CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG TRÀN ......................27
1.5. KẾT LUẬN ....................................................................................................27
CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ..............................................29
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ...................29
2.1.1. Xây dựng lưới phần tử ............................................................................29
2.1.2. Xấp xỉ chuyển vị ......................................................................................30
2.1.3. Các phương trình cơ bản cho phần tử ....................................................30
2.1.4. Tính toán chuyển vị .................................................................................30


iv

2.1.5. Điều kiện tương thích ..............................................................................31
2.1.6. Hành vi ứng xử của vật liệu ....................................................................31
2.1.7. Điều kiện cân bằng cho phần tử ............................................................. 32
2.1.8. Thiết lập phương trình tổng thể cho cả hệ ..............................................32
2.1.9. Xác định điều kiện biên ...........................................................................33
2.1.10. Giải phương trình tổng thể ...................................................................33
2.2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ...................33
2.2.1. Mô hình vật liệu ......................................................................................35
2.2.2. Mô hình tiếp xúc ......................................................................................38
2.3. XÂY DỰNG BÀI TOÁN MẪU .....................................................................40
2.3.1. Mô hình nghiên cứu ................................................................................40

3.8.1. Mặt cắt 2-2 .............................................................................................. 74
3.8.2. Mặt cắt 4-4 .............................................................................................. 75
3.8.3. Mặt cắt 6-6 .............................................................................................. 75
3.8.4. Phương pháp tính toán ............................................................................76
3.9. CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP TÍNH TOÁN ....................................76
3.9.1. Các trường hợp tính toán ........................................................................76
3.9.2. Tổ hợp tính toán ......................................................................................76
3.10. HỆ SỐ AN TOÀN ............................................................................................. 77
3.11. THÔNG SỐ THÉP NEO .....................................................................................77
3.12. KẾT QUẢ TINH TOAN .....................................................................................79
3.12.1. Độ bền ổn định tổng thể mái đào ..........................................................79
3.13. KẾT LUẬN ..................................................................................................81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................82
1.

NHỮNG KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN ...........................82

2.

NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI ............................................................... 82

3.

KIẾN NGHỊ ..................................................................................................82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................84
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .........................................................................................85


vi

Hình II-12. Phổ biến dạng ngang x trong mái dốc cao 18m (%)

__________________ 43

Hình II-13. Phổ biến dạng đứng y trong mái dốc cao 18m (%)____________________ 44
Hình II-14. Phương biến dạng cắt lớn nhất max trong mái dốc___________________ 44
Hình II-15. Lưới biến dạng mái dốc

________________________________________________ 45

Hình II-16. Vector chuyển vị toàn phần mái dốc cao 18m __________________________ 45
Hình II-17. Phân bố lực kéo huy động dọc theo chiều dài neo thứ nhất ____________ 46


vii

Hình II-18. Thông số mô tả các quan hệ ____________________________________________ 46
Hình II-19. Quan hệ hi/H với Ti/Tmax ______________________________________________ 47
Hình II-20. Quan hệ Di/hi với Ti/Tmax _____________________________________________ 48
Hình II-21. Quan hệ giữa hệ số an toàn Fs, lực kéo Tmax với chiều cao mái dốc __ 49
Hình II-22. Ảnh hưởng của độ cứng neo EA (mái dốc cao 18m)

___________________ 50

Hình II-23. Ảnh hưởng của bước neo b (mái dốc cao 18m)_________________________ 51
Hình II-24. Ảnh hưởng của cường độ đất đắp (mái dốc cao 18m) __________________ 52
Hình II-25. Ảnh hưởng của chiều dài neo L (mái dốc cao 15m) ____________________ 53
Hình II-26. Ảnh hưởng của nền yếu (mái dốc cao 18m) _____________________ 54
Hình II-27. Quan hệ hi/H với Ti/Tmax (trường hợp đất nền tốt)_______________ 55
Hình II-28. Mặt phá hoại của mái dốc cao 18m tính theo phương pháp PTHH ___56

Công trình thủy điện Sông Bung 2 nằm ở thượng lưu Sông Bung, tỉnh Quảng Nam
thuộc miền Trung Việt Nam. Vị trí của tuyến đập nằm trên địa bàn xã Laêê huyện
Nam Giang tỉnh Quảng Nam, cách thành phố Đà Nẵng theo đường quốc lộ 14D
khoảng 165km về hướng Tây Nam. Tọa độ địa lý tuyến đập dự kiến là 1541’45’’ vĩ
Bắc, 10724’00’’ kinh Đông. Nhà máy nằm trên địa phận xã ZuôiH huyện Nam Giang
tỉnh Quảng Nam, có tọa độ là 107o29’31” kinh Đông; 15o42’57” vĩ Bắc. Nhà máy
nằm trong bậc thang thủy điện thuộc hệ thống sông Vu Gia- Thu Bồn, có công suất lắp
đặt 100 MW, sản lượng điện trung bình hàng năm là 425,57 triệu kWh; các hạng mục
công trình chủ yếu gồm đập chính, đập tràn, cửa nhận nước, hầm nhận nước, tháp điều
áp, đường ống áp lực, nhà máy thủy điện với 2 tổ máy. Khi đi vào vận hành, thủy điện
Sông Bung 2 sẽ cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu vực miền Trung, góp
phần thúc đẩy phát triển cơ sở hạ tầng, phát triển kinh tế tại các bản làng dân tộc thiểu
số miền núi của tỉnh Quảng Nam.
Việc khởi công xây dựng nhà máy thủy điện Sông Bung 2 có ý nghĩa đặc biệt quan
trọng trong việc giải quyết các nhu cầu cấp thiết về điện năng và phát triển kinh tế xã
hội, xóa đói giảm nghèo cho tỉnh Quảng Nam. Nhưng trong quá trình thi công đào hố
móng, công trình đã xuất hiện các vết nứt và xảy ra sạt trượt lớn .


2

Sạt trượt vai phải đập tràn bao gồm 3 khu vực như sau: khu vực 1: cửa vào đập tràn,
khu vực 2: dốc nước đập tràn, khu vực 3: mũi phun hố xói đập tràn. Chi tiết vết nứt tại
các khu vực sạt trượt đập tràn như bên dưới.


3

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tổng kết, đánh giá hiện trạng khu vực xảy ra sự cố

với khối đất phải gia cố lại sau khi bị sạt lở) dẫn đến đảm bảo mái dốc ổn định trong
các điều kiện tính toán và làm việc. Về kinh tế, sẽ giảm khối lượng đào đắp cho các
công trình, tiết kiệm được chi phí xây dựng, tiết kiệm được vật liệu bảo vệ bề mặt mái
và tiêu thoát nước bề mặt nhanh hơn.
1.1.1. Một số sự cố sạt trượt mái đập đã xảy ra trên thế giới.
a. Đập OTAKI ( Nhật Bản).
Đập được xây dựng trên sông Kino. Chiều dài sông tính đến vị trí xây dựng đập
là 100km.
Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập là 258km2.
Nhiệm vụ chủ yếu của hồ là giảm lũ cho khu vực hạ du, phát điện và cấp nước
sinh hoạt.
Đập là trọng thực bằng bê tông truyền thống với 4 khoang tràn xả mặt, 3 cửa
tràn xả sâu.
-

Tổng dung tích của lòng hồ 84 triệu m3. Dung tích hữu ích 76 triệu m3.

-

Cao trình đỉnh đập +326,0m. Chiều dài đập 315m.

-

Cao trình mực nước dâng gia cường + 323,0m.


5

-




7

khoan phụt không đạt yêu cầu, nước hồ dâng cao tạo thành dòng thấm mạnh, đập bị
xói ngầm nghiêm trọng rồi bị vỡ....
1.1.2. Một số sự cố sạt trượt mái đập đã xảy ra ở Việt Nam.
a. Thuỷ điện Buon Kuop ( tỉnh Đắk lắk).
Nhà máy Thủy điện Buôn Kuốp là một công trình thủy điện của tỉnh Đăk Lăk
được xây dựng trên sông Serepôk. Công trình nằm trong địa phận các xã Hòa Phú
(huyện Cư Jút), Nam Đà (huyện Krông Nô) và Ea Na (huyện Krông Ana).
Công suất : 280 MW,
Đập đồng chất, hmax = 28,5m.

+ Hồ có dung tích : 45,65 triệu m3.

Cao trình đỉnh đập : + 72,20m. + MNDBT : + 68,60m.
Sửa chữa nâng cấp: năm 2000  2001: Tường nghiêng thượng lưu có chân khay
chống thấm đặt đến nền không thấm, bổ sung gia tải mái hạ lưu. Cải tạo tràn tự do
thành tràn có cửa. Làm cống lấy nước mới thay cống cũ.

b. Thuỷ điện Hủa Na ( tỉnh Nghệ An).
Nhà máy Thủy điện Hủa Na là một công trình thủy điện của tỉnh Nghệ An được
xây dựng trên sông Chu, phía thượng nguồn công trình Cửa Đạt ( Thanh Hoá) . Công
trình nằm trong địa phận xã Đồng Văn, Huyện Quế Phong, Tỉnh Nghệ An. Công suất :
180 MW. Đập đồng chất, hmax = 28,5m.

+ Hồ có dung tích : 45,65 triệu m3.Cao

trình đỉnh đập : + 72,20m. + MNDBT : + 68,60m.

trình, dẫn đến mất độ chính xác của tài liệu.
+ Tài liệu khảo sát không chi tiết, chỉ đưa ra các thông số chung chung.
+ Xử lý số liệu khảo sát của các đơn vị khảo sát có sai số không phát hiện ra.
- Về thiết kế:
+ Các nhà tư vấn thiết kế không đúng chuyên ngành, năng lực thiết kế kém.
+ Thiết kế không có tài liệu khảo sát địa chất, không có điều tra môi trường xung
quanh, không tuân thủ những quy trình quy phạm.
+ Lựa chọn phương án chắn giữ thiếu luận chứng kỹ thuật.
+ Ngoài ra việc áp dụng các công nghệ, phần mềm tiến bộ vào trong quá trình thiết
kế còn hạn chế.
- Về thi công:
+ Nhân lực: Trình độ thi công còn non kém, đội ngũ công nhân chủ yếu là công
nhân chưa được đào tạo qua trường lớp, nếu có chỉ là đào tạo rất sơ lược hoặc vừa làm
vừa đào tạo. Vì vậy dễ dẫn đến sai sót trong quá trình thi công, sản phẩm tạo ra thường
chưa được như mong muốn.
+ Không tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thi công.
+ Xử lý không thoả đáng các quan hệ phối hợp với nhau, không coi trọng thông tin.
+ Tuỳ tiện thay đổi thiết kế. Thời gian vận chuyển quản lý không tốt.
+ Không có phương án xử lý tình huống hợp lý khi thi công.


10

- Về giám sát:
+ Giám sát thi công không đủ năng lực như người về hưu, hoặc bị thải hồi, làm việc
kiêm nhiệm; do già yếu thiếu sức khoẻ, hoặc là kinh nghiệm ít, hoặc là bận nhiều việc
khác, hoặc chủ quan, vô trách nhiệm với công việc không thể kịp thời phát hiện vấn
đề, không kịp thời cung cấp thông tin cho chủ công trình, khiến chủ công trình không
kịp thời nắm bắt được tình hình, bỏ qua mất cơ hội đề ra quyết sách.
+ Không kịp thời ngăn cản những hành vi của đơn vị thi công (như không giảm tải

từng thỏi được phân nhỏ để tìm hệ số an toàn (Fs). Mặt trượt nguy hiểm nhất sẽ là mặt
trượt giả định nào cho hệ số an toàn nhỏ nhất, sẽ tính được bằng cách thử dần.
Phương pháp phân thỏi được dùng phổ biến để tính toán ổn định đập đất và nền đất
từ những năm 1930. Hiện nay đã có nhiều phần mềm tính toán ổn định mái dốc được
lập theo phương pháp phân mảnh như chương trình của Viện kỹ thuật Châu á (AIT),
chương trình Slope/W của Geostudio (Canada).

X i-1
R

R
2 3

4

i-1

1

Qi

5

E i-1
P®i
n-1 n

Ti Wi




Như vậy trong một bài toán phân tích tính ổn định của mái dốc theo phương pháp
phân thỏi (ví dụ có n thỏi), số lượng các đại lượng chưa biết là (6n – 2) đại lượng
(Bảng I-1)
Bảng I-1 Tổng số đại lượng các lực tác dụng lên khối trượt gồm n thỏi đất
Đại lượng
Số đại lượng
Các lực Ei:

n-1

Các lực Xi:

n-1

Các lực Ni:

n

Các lực Ti:

n

Tham số điểm đặt của Ei:

n-1

Tham số điểm đặt của Ni:

n

+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm 0, bán kính R.
+ Bỏ qua các lực tương tác giữa các thỏi, tức có Ei = Xi = 0 (hình I-14)

+ Điểm đặt của Ni tại trung điểm của đáy thỏi.
- Hệ phương trình cơ bản
+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông góc với
đáy thỏi.

Ti Wi

+ Điều kiện Mohr – Coulomb cho hai lực Ni và Ti.



Ni

- Nhận xét: Hiện nay phương pháp Fellenius chỉ có
giá trị về mặt lịch sử vì không xét đến lực tương tác
giữa hai thỏi.

Hình I-2. Sơ đồ lực theo
PP Fellenius

b. Phương pháp Bishop đơn giản
- Các giả thiết:
+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm O, bán kính R.
+ Bỏ qua thành phần đứng (Xi) của lực tương tác (hình I-15)
+ Điểm đặt của Ni trùng với trung điểm của
đáy thỏi.



14

- Nhận xét: hiện nay, phương pháp Bishop đơn giản vẫn được sử dụng rộng rãi và cho
kết quả khá tin cậy.
2. Các phương pháp dùng giả thiết hướng tác dụng của lực tương tác
a. Phương pháp Spencer
- Giả thiết
+ Mặt trượt trụ tròn, tâm O, bán kính R.
+ Độ nghiêng của lực tương tác không đổi


R
i-1

X
X
( i 1  i  tgθ  const ) với Ei-1, Xi-1, Xi, Ei là hai
E i 1 E i

Ei
R

thành phần của Ri-1 và Ri
Xi

Ni

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi và
lấy làm hệ số an toàn ổn định của mái dốc.

M/0 = Wi.xi - Ti.R = 0

(1.8)

- Nhận xét:
+ Trong công thức tính hệ số ổn định, nếu  = 0, ta có biểu thức tính Fs trong phương
pháp Bishop đơn giản.
+ Khác với phương pháp Bishop đơn giản hoá (có  = 0), theo phương pháp Spencer
trị số Fm nhận trị số  như một tham số tính toán cần xác định. Như vậy cần có thêm
một phương trình để xác định . Spencer dùng điều kiện cân bằng của các lực tác dụng
lên khối đất trượt (n thỏi) theo phương song song với phương tác dụng của các lực
tương tác:


15

// = Wi.sin - Ni.sin( - ) - Ti.cos( - ) = 0

(1.9)

b. Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát GLE (General Limit Equilibrium):
Phương pháp này được coi là dạng cải tiến của phương pháp Spencer nên được xếp
vào loại phương pháp dùng giả thiết về hướng tác dụng của lực tương tác giữa các
thỏi. Sau đây trình bày phương pháp GLE.
- Giả thiết
+ Mặt trượt dạng trụ tròn, tâm 0, bán kính R.
X
 λf(x) , với f(x) là
E


Ti 

+ Phương trình trạng thái:
+ Phương trình cân bằng mô men:

(1.10)

1
(N i  ul)tg 'c'l i 
F

(1.11)

M/0 =  Wi.x -  Ti.R = 0

(1.12)

- Chiếu các lực tác dụng vào khối đất trượt (gồm n thỏi) theo phương ngang và coi các
lực tương tác giữa các thỏi là nội lực:
 Fx =  Ni.sin -  Ti.cos = 0

(1.13)

- Nhận xét: Phương pháp này chưa tĩnh định được hệ phương trình cơ bản, phải giải
bằng cách tính thử dần, quá trình tính toán thử dần là rất dài và phức tạp, nếu như
người sử dụng thiếu kinh nghiệm khi tính toán, bài toán có thể sẽ không hội tụ
3 Các phương pháp dùng giả thiết điểm đặt của lực tương tác
a. Phương pháp Janbu tổng quát
- Giả thiết:
+ Mặt trượt dạng trụ tròn, tâm 0, bán kính R

Xi

h pi


17

+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương đứng có:
Wi + Xi-1 – Xi – Nicosi - Ti.sini = 0

(1.14)

+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương ngang có:
Ei-1 – Ei + Ti.sini - Ni.cosi = 0

(1.15)

+ Từ các điều kiện cân bằng Momen lấy với trung điểm của đáy mỗi thỏi có:
E i (h i 

b
2

tgα )  E i (h i 

b
2

+ Phương trình trạng thái: Ti 


ở phương pháp Janbu tổng quát với Xi = 0; hệ số an toàn được hiệu chỉnh bằng hệ số f0
xác định theo biểu đồ.
F = f0F(Xi = 0)

(1.18)

Trong đó: fo là hệ số xác định theo biểu đồ phụ thuộc tỷ số B/C của mái dốc.
F(Xi = 0) – trị số an toàn tính toán.
1.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
Khác với LEM, các phương pháp số cho phép phân tích bài toán mái dốc một cách
linh hoạt hơn cả về phương diện hình học của mái dốc cũng như tính dị hướng và ứng