Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh đoạn Đakrông – Thạnh Mỹ và luận chứng giải pháp xử lý thích hợp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:218

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ "Nghiên cứu đặc điểm trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh đoạn Đakrông – Thạnh Mỹ và luận chứng giải pháp xử lý thích hợp" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về nghiên cứu trượt đất đá trên sườn dốc và mái dốc; Đặc điểm trượt đất đá trên đường HCM, đoạn ĐK-TM; Nghiên cứu thực nghiệm quá trình trượt đất đá trên mô hình vật lý; Luận chứng giải pháp xử lý trượt thích hợp trên đoạn tuyến ĐaKrông – Thạnh Mỹ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh đoạn Đakrông – Thạnh Mỹ và luận chứng giải pháp xử lý thích hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HUỲNH THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH ĐOẠN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ VÀ LUẬN CHỨNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HUỲNH THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH ĐOẠN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ VÀ LUẬN CHỨNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 9580205 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TẠ ĐỨC THỊNH PGS.TS NGUYỄN SỸ NGỌC Hà Nội - 2023
i LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Tạ Đức Thịnh và PGS.TS. Nguyễn Sỹ Ngọc. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy hướng dẫn đã chỉ dẫn tận tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông Vận tải, đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS. Nguyễn Đức Mạnh trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ, các chuyên gia và các nhà khoa học đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu để luận án được hoàn thiện. Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải, tác giả xin được trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Công trình đã quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tác giả xin được cảm ơn những người thân trong gia đình, anh em, bạn bè đã động viên, chia sẻ trong suốt thời gian thực hiện luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2023
ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Huỳnh Thanh Bình
iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2 3. Mục đích nghiên cứu của đề tài ................................................................. 2 4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu....................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................... 3 6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài .................................................................... 3 7. Bố cục luận án............................................................................................ 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC VÀ MÁI DỐC ...................................................................................... 5 1.1. Hiện tượng trượt đất đá ....................................................................................... 5 1.2. Các nghiên cứu về trượt đất đá trên thế giới .....................................................11 1.2.1. Nghiên cứu về động lực của khối trượt ..........................................................12 1.2.2. Nghiên cứu về độ ổn định của mái dốc ..........................................................14 1.2.3. Nghiên cứu về phân loại trượt ........................................................................17 1.2.4. Nghiên cứu về giải pháp xử lý khối trượt ......................................................19 1.3. Các nghiên cứu về trượt đất đá tại Việt Nam ....................................................21 1.3.1. Nghiên cứu về đặc điểm phân bố, nguyên nhân, động lực của khối trượt và động lực của quá trình trượt .....................................................................................21 1.3.2. Nghiên cứu về độ ổn định của mái dốc ..........................................................21 1.3.3. Nghiên cứu về phân loại trượt đất đá và các loại hình dịch chuyển đất đá....22 1.3.4. Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp phòng chống trượt ...............................23 1.3.5. Nghiên cứu lập quy hoạch và phân vùng trượt đất ........................................24 1.4. Nhận xét và hướng nghiên cứu .........................................................................27 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH ĐOẠN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ ........................................................................ 28 2.1. Hiện trạng trượt đất đá trên đường HCM đoạn ĐK–TM ..................................28 2.1.1. Hiện trạng trượt đất đá đoạn ĐaKrông đến Pêke ...........................................28
iv 2.1.2. Hiện trạng trượt đất đá đoạn Peke đến xã Hồng Thủy ...................................30 2.1.3. Hiện trạng trượt đất đá đoạn Hồng Thủy đến xã A Đớt .................................31 2.1.4. Hiện trạng trượt đất đá đoạn xã A Đớt đến xã A Tép ....................................31 2.1.5. Hiện trạng trượt đất đá đoạn xã A Tép đến Hiên ...........................................36 2.1.6. Hiện trạng trượt đất đá đoạn Hiên đến Thị trấn Thạnh Mỹ ...........................38 2.1.7. Một số đặc điểm của các khối trượt ...............................................................46 2.2. Các yếu tố thúc đẩy hiện tượng trượt đất đá trên đường HCM đoạn ĐK–TM .49 2.2.1. Đặc điểm khí hậu ............................................................................................49 2.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất .............................................................................52 2.2.3. Cấu trúc - kiến tạo, vận động kiến tạo hiện đại ..............................................63 2.2.4. Đặc điểm phong hóa và tính chất cơ lý của đất đá trong các đới, phụ đới phong hóa ............................................................................................................................67 2.3. Kết luận Chương 2 ............................................................................................72 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ...................................................................................... 75 3.1. Tổng quan về nghiên cứu mô hình vật lý ..........................................................75 3.2. Xây dựng mô hình máng trượt đất ....................................................................76 3.2.1. Tổng quan nghiên cứu trượt lở đất bằng mô hình máng trượt .......................76 3.2.2. Mục đích xây dựng mô hình...........................................................................79 3.2.3. Cơ sở lý thuyết xác định thời điểm khối trượt phát sinh ................................79 3.2.4. Các thông số của mô hình ..............................................................................80 3.2.5. Phương pháp thí nghiệm ................................................................................81 3.2.6. Thiết bị thí nghiệm .........................................................................................81 3.2.7. Công tác lắp đặt thiết bị thí nghiệm ...............................................................85 3.3. Kết quả thí nghiệm ............................................................................................89 3.3.1. Kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng ...........................................................91 3.3.2. Kết quả quan trắc độ dịch chuyển ..................................................................92 3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm .............................................................................95 3.4.1. Phân tích sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng ...............................................95 3.4.2. Phân tích sự dịch chuyển của khối trượt ........................................................95
v 3.4.3. Phân tích sự thay đổi của vận tốc khối trượt ..................................................96 3.4.4. Phân tích cơ chế dịch chuyển của khối trượt .................................................97 3.5. Tính toán lực gây trượt ......................................................................................97 3.6. Tính toán lực gây trượt bằng phương pháp số ................................................104 3.7. Kết luận chương 3 ...........................................................................................106 CHƯƠNG 4. LUẬN CHỨNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT THÍCH HỢP ĐOẠN TUYẾN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ ....................................................... 108 4.1. Đánh giá hiện trạng xử lý trượt trên tuyến nghiên cứu ...................................108 4.1.1. Các giải pháp xử lý trượt đã sử dụng ...........................................................108 4.1.2. Đánh giá hiệu quả các giải pháp xử lý trượt ................................................108 4.2. Nguyên tắc xử lý trượt đất đá ..........................................................................110 4.3. Các giải pháp xử lý trượt .................................................................................111 4.3.1. Các giải pháp xử lý khối trượt do hoạt động kiến tạo hiện đại ....................111 4.3.2. Các giải pháp xử lý đá đổ .............................................................................111 4.3.3. Các giải pháp xử lý trượt đất, đá ..................................................................113 4.4. Luận chứng giải pháp xử lý trượt đất thích hợp tại đường HCM đoạn ĐK–TM. ................................................................................................................................119 4.4.1. Cơ sở luận chứng ..........................................................................................119 4.4.2. Giải pháp xử lý thích hợp .............................................................................119 4.4.3. Xử lý một số điểm trượt trên đoạn tuyến ĐaKrông – Thạnh Mỹ ................120 4.5. Kết luận chương 4 ...........................................................................................137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 138 1. Kết luận ..............................................................................................................138 2. Kiến nghị ............................................................................................................139 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ...............................................................................139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................... 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 141 Phụ lục 1 (45 trang) Phụ lục 2 (9 trang)
vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CRED Centre for Research on the Epidemiology of Disasters - Trung tâm nghiên cứu về bệnh dịch và thiên tai Đường HCM, đoạn Đường Hồ Chí Minh, đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ ĐK-TM ICL The International Consortium on Landslides – Hội trượt đất Quốc tế NCS Nghiên cứu sinh ODA Official Development Assistance Hỗ trợ Phát triển Chính thức Viện KH&CN GTVT Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải RQD Rock Quality Designation - Chỉ số chất lượng đá DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Kí hiệu Đơn vị Giải thích ý nghĩa ρ g/cm³ Khối lượng riêng w % Độ ẩm ρw g/cm³ Khối lượng thể tích ρbh g/cm³ Khối lượng thể tích ở trạng thái bão hòa ρc g/cm³ Khối lượng thể tích ở trạng thái khô n % Độ lỗ rỗng e - Hệ số rỗng G % Độ bão hòa k cm/s Hệ số thấm
vii LL % Độ ẩm giới hạn chảy PL % Độ ẩm giới hạn dẻo PI % Chỉ số dẻo (PI=LL-PL) φ độ Góc ma sát trong c kPa Lực dính đơn vị φbh độ Góc ma sát trong ở trạng thái bão hòa cbh kPa Lực dính đơn vị ở trạng thái bão hòa Rn MPa Cường độ kháng nén Rt MPa Cường độ kháng kéo E MPa Mô đun đàn hồi Eo MPa Mô đun biến dạng
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Thống kê thiệt hại do trượt đất đá trên thế giới giai đoạn 1950-2020 ....... 7 Hình 1.2. Trượt đất đá tại Rossberg, Thụy Sỹ, 1806 ................................................. 8 Hình 1.3. Đập Vaiont, Italia trước khi xảy ra trượt đất .............................................. 9 Hình 1.4. Đập Vaiont, Italia sau khi xảy ra trượt đất ................................................. 9 Hình 1.5. Trượt đất tại làng Tân Ma, huyện Mậu, tỉnh Tứ Xuyên, Trung Quốc, 6/2017 .................................................................................................................................. 10 Hình 1.6. Trượt đất đá tại Nhà máy Thủy điện Rào Trăng 3, xã Phong Xuân, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên - Huế, năm 2020 ....................................................... 10 Hình 1.7. Trượt tại doanh trại đoàn Kinh tế quốc phòng 337 (bản Cợp, xã Hướng Phùng, huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị), năm 2020 ........................................... 11 Hình 1.8. Biểu đồ phân tích ổn định mái dốc theo Janbu (1968) ............................. 16 Hình 1.9. Kết quả tính ổn định mái dốc sử dụng phần mềm Geostudio/GeoslopeW .................................................................................................................................. 17 Hình 1.10. Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá trên bờ dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế (Nguyễn Thị Thanh Nhàn, 2014) .............................. 26 Hình 2.1. Vị trí đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ .......................... 28 Hình 2.2. Điểm trượt km267T+700 và mặt cắt địa chất công trình ......................... 29 Hình 2.3. Vết nứt trên đỉnh mái dốc tại km315T+700 ............................................. 30 Hình 2.4. Điểm trượt km368T+798 nằm trong đứt gãy kiến tạo hiện đại ĐaKrông – A Lưới đang hoạt động ............................................................................................. 32 Hình 2.5. Nứt đất trên taluy dương tại điểm km371T+500 ..................................... 32 Hình 2.6. Khối trượt tràn qua đỉnh tường chắn ở km372T+400 .............................. 33 Hình 2.7 - Điểm trượt tại km395T+100 và mặt cắt địa chất công trình................... 34 Hình 2.8. Mặt đường km395T+100 bị đẩy trồi lên khoảng 0,5 m ........................... 34 Hình 2.9. Đo nước ngầm xuất lộ tại km386T+490 và mặt cắt địa chất công trình .. 34 Hình 2.10. Trượt dạng khối nêm tại km386T+400 .................................................. 35 Hình 2.11. Điểm trượt km403T+272 và mặt cắt địa chất công trình ....................... 36 Hình 2.12. Điểm trượt km427T+350, mái dốc xuất hiện vách trượt ở độ cao 30 m .... 37 Hình 2.13. Điểm trượt km429T+000 và mặt cắt địa chất công trình........................... 37 Hình 2.14. Điểm trượt km444T+500 và mặt cắt địa chất công trình........................... 38 Hình 2.15. Điểm trượt km413T+485 và mặt cắt địa chất công trình.............................. 38
ix Hình 2.16. Điểm trượt km477T+393 và mặt cắt địa chất công trình ....................... 39 Hình 2.17. Khối trượt km448T+634 và mặt cắt địa chất công trình ........................ 41 Hình 2.18. Điểm trượt km 496T+510 và mặt cắt địa chất công trình ...................... 41 Hình 2.19. Mức độ phong hóa không đồng đều làm mất chân taluy gây đá đổ tại km489T..................................................................................................................... 42 Hình 2.20. Quan hệ giữa số lượng điểm trượt phát sinh trong năm và lượng mưa bình quân năm và lượng mưa ngày lớn nhất tại các trạm trong khu vực ......................... 44 Hình 2.21. Quan hệ giữa số lượng điểm trượt phát sinh trong năm và lượng mưa ngày lớn nhất và lượng mưa giờ lớn nhất tại các trạm trong khu vực .............................. 44 Hình 2.22. Biểu đồ quy mô điểm trượt và số lượng điểm trượt ............................... 47 Hình 2.23. Biểu đồ lượng mưa hàng năm tại vùng nghiên cứu giai đoạn 2007 - 2021 .. 50 Hình 2.24. Biểu đồ lượng mưa trung bình tháng tại vùng nghiên cứu giai đoạn 2007 - 2021........................................................................................................................... 51 Hình 2.25. Bản đồ lượng mưa trung bình năm tại khu vực nghiên cứu (Viện Khí tượng Thủy văn) .................................................................................................................. 52 Hình 2.26. Bản đồ địa chất dọc đường HCM, đoạn ĐK-TM tỷ lệ 1/200.000 (thu nhỏ thu nhỏ từ các tỷ lệ tương ứng) ................................................................................ 55 Hình 2.27. Trầm tích Đệ Tứ Pleistocen giữa – trên (QII-III) phân bố dọc đường Hồ Chí Minh, chủ yếu dọc thung lũng A Sầu – A Lưới ................................................ 60 Hình 2.28. Phụ hệ uốn nếp Trường Sơn và các đứt gãy chính tại khu vực nghiên cứu . 64 Hình 2.29. Bản đồ đứt gãy khu vực nghiên cứu....................................................... 65 Hình 2.30. Bồn trũng A Lưới và đứt gãy kiến tạo hiện đại...................................... 66 Hình 2.31. Bản đồ địa chất dọc đường HCM, đoạn ĐK-TM và vị trí các điểm trượt đất tỷ lệ: 1/50.000 (thu nhỏ từ các tỷ lệ tương ứng) ................................................ 74 Hình 3.1. Mô hình vật lý 1-g và mô hình ly tâm địa kỹ thuật .................................. 76 Hình 3.2. Các đường nghịch đảo của vận tốc trung bình đo được trong thí nghiệm mô hình máng trượt .................................................................................................. 77 Hình 3.3. Lực tác động bên trong sườn dốc ............................................................. 79 Hình 3.4. Cấu tạo máng trượt ................................................................................... 82 Hình 3.5. Máng trượt chế tạo tại Viện KH&CN GTVT .......................................... 82 Hình 3.6. Hệ thống quan trắc của máng trượt ............................................................. 83 Hình 3.7. Kẻ lưới trên máng trượt ............................................................................ 85 Hình 3.8. Cân khối lượng ......................................................................................... 85
x Hình 3.9. Đặt các hộp mica vào vị trí trên máng thép.............................................. 85 Hình 3.10. Hệ thống phun mưa ................................................................................ 86 Hình 3.11. Điều chỉnh áp lực phun và đo cường độ mưa ........................................ 86 Hình 3.12. Dụng cụ san nền mái dốc ....................................................................... 87 Hình 3.13. Đắp đất trên máng trượt ......................................................................... 87 Hình 3.14. Bão hoà đầu đo áp lực nước lỗ rỗng....................................................... 87 Hình 3.15. Hiệu chỉnh đầu đo áp lực nước lỗ rỗng .................................................. 87 Hình 3.16. Đầu đo chiều cao mực nước ................................................................... 88 Hình 3.17. Thiết bị đo dãn dài .................................................................................. 88 Hình 3.18. Điểm đánh dấu........................................................................................ 88 Hình 3.19. Phần mềm ghi số liệu quan trắc ............................................................. 88 Hình 3.20. Khối đất trên máng trượt được đặt các điểm đánh dấu để quan trắc ........... 88 Hình 3.21. Quỹ đạo chuyển động của các điểm đánh dấu tại thời điểm bắt đầu trượt .. 90 Hình 3.22. Hình dạng khối trượt đất sau khi trượt....................................................... 90 Hình 3.23. So sánh khối lượng thể tích của đất sau và trước khi thí nghiệm ................ 91 Hình 3.24. Áp lực nước lỗ rỗng tại các đầu đo chôn sâu 60 cm .............................. 91 Hình 3.25. Dịch chuyển của các điểm đánh dấu trên máng trượt trong toàn bộ quá trình thí nghiệm ........................................................................................................ 92 Hình 3.26. Biến đổi của các phân tố trên máng trượt trong toàn bộ quá trình thí nghiệm ...................................................................................................................... 93 Hình 3.27. Quá trình dịch chuyển của các điểm và trọng tâm của một phần tử ...... 93 Hình 3.28. Độ dịch chuyển của EX1, EX2, EX3 theo thời gian .............................. 93 Hình 3.29. Tốc độ dịch chuyển của EX1, EX2, EX3 theo thời gian ....................... 94 Hình 3.30. Gia tốc dịch chuyển của EX1, EX2, EX3 theo thời gian (giai đoạn trượt đất) ............................................................................................................................ 94 Hình 3.31. Biểu đồ quan hệ quãng đường và vận tốc theo thời gian ....................... 94 Hình 3.32. Biểu đồ quan hệ quãng đường và gia tốc theo thời gian ........................ 94 Hình 3.33. Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và quãng đường dịch chuyển theo thời gian .................................................................................................................................. 96 Hình 3.34. Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và khoảng cách dịch chuyển của khối trượt .................................................................................................................................. 96 Hình 3.35. Phần tử được tách ra trên máng trượt ..................................................... 98 Hình 3.36. Phần tử tứ giác 4 nút ............................................................................... 99
xi Hình 3.37. Phần tử tứ giác 4 nút tách ra từ thí nghiệm máng trượt ....................... 100 Hình 3.38. Sơ đồ khối tính toán lực gây trượt của khối trượt ................................ 104 Hình 3.39. Hình ảnh máng trượt sau khi được mô phỏng vào phần mềm Geostudio/GeoslopeW............................................................................................ 105 Hình 3.40. Mô hình và hệ số ổn định tính toán theo phương pháp Janbu................... 106 Hình 3.41. Kết quả tính toán cuối cùng sau khi sử dụng phần mềm mô phỏng và tính toán Geostudio/GeoslopeW bằng phương pháp Janbu............................................... 106 Hình 4.1. Bệ phản áp bằng rọ đá tại km318T+450 ................................................ 109 Hình 4.2. Tường chắn trọng lực bằng đá xây và bê tông bị đẩy vỡ tại km405T+340 ................................................................................................................................ 109 Hình 4.3. Ví dụ về sự thay đổi hệ số an toàn theo thời gian của 1 khối trượt ........ 110 Hình 4.4. Bề rộng sân hứng đỡ đá đổ ..................................................................... 112 Hình 4.5. Tạo mái che (hành lang) ở mái dốc của đường nửa đào để bảo vệ nền đường khỏi bị đá đổ đe doạ ................................................................................................. 112 Hình 4.6. Tạo chốt chặn khối trượt ........................................................................ 115 Hình 4.7. Cấu tạo một neo đất ................................................................................ 116 Hình 4.8. Ứng dụng của neo đất ............................................................................. 116 Hình 4.9. Sử dụng neo đất tại đèo Đá Đẽo km511 - đường Hồ Chí Minh ............ 117 Hình 4.10. Trình tự thi công cột đá ........................................................................ 117 Hình 4.11. Mặt cắt khối trượt tại km427T+350 ..................................................... 121 Hình 4.12. Bình đồ hiện trạng khối trượt tại km427T+350 ................................... 121 Hình 4.13. Phân mảnh khối trượt tính toán ổn định theo phương pháp Janbu ...... 124 Hình 4.14. Mặt cắt ngang thiết kế khối trượt tại km427T+350 ............................. 125 Hình 4.15. Bình đồ thiết kế chống trượt tại km427T+350 ..................................... 126 Hình 4.16. Bình đồ hiện trạng khối trượt km362T+160 ........................................ 126 Hình 4.17. Kết quả tính toán ổn định mái dốc km362T+160 ................................ 128 Hình 4.18. Bình đồ thiết kế xử lý mái dốc km362T+160 sau khi đào bạt ............. 128 Hình 4.19. Mái dốc km362T+160 sau khi thi công 02 năm .................................. 129 Hình 4.20. Kết quả tính toán ổn định mái dốc khối trượt tại km 318T+600 ......... 130 Hình 4.21. Mặt đường bị đẩy trồi 0,5 m - 0,7 m và dịch chuyển ngang 3 m - 5 m131 Hình 4.22. Hệ số ổn định mái dốc ban đầu ............................................................ 132 Hình 4.23. Mô hình hóa mái dốc để tính toán ........................................................ 132 Hình 4.24. Hệ số ổn định mái dốc khi đưa tường + cọc vào mô hình tính ............ 132
xii Hình 4.25. Cấu tạo tường chắn cọc khoan nhồi tại điểm trượt km444T+500 ....... 133 Hình 4.26. Bình đồ thiết kế chống trượt điểm km444T+500 ................................. 133 Hình 4.27. Mặt cắt địa chất công trình khối trượt điểm km388T+180 .................. 134 Hình 4.28. Hệ số ổn định mái dốc ban đầu ............................................................ 135 Hình 4.29. Hệ số ổn định mái dốc sau khi thiết kế neo điểm km388T+180 .......... 136 Hình 4.30. Bình đồ thiết kế chống trượt tại km388T+180 .................................... 136 Hình 4.31. Cấu tạo neo đất chống trượt tại km388T+180 ..................................... 137
xiii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thống kê thiệt hại do trượt đất đá gây ra trong giai đoạn 1950-2020 (theo CRED) ........................................................................................................................ 6 Bảng 1.2. Phân chia hiện tượng trượt theo tuổi (Popov, 1946) [87] ........................ 12 Bảng 1.3. Phân chia hiện tượng trượt theo thời kỳ tồn tại (Lomtadze, 1977) [13] .. 13 Bảng 1.4. Phân loại trượt theo Ban nghiên cứu đường sá Mỹ, (1986) [79] ............. 14 Bảng 1.5. Phân loại trượt theo các nhà nghiên cứu của Thụy Điển [54] ................. 17 Bảng 1.6. Phân loại trượt đất theo Varnes (1978) [80] ............................................ 18 Bảng 1.7. Phân loại trượt đất theo ICL, 2013 [65] ................................................... 19 Bảng 2.1. Thống kê chiều dài tuyến theo độ cao và số điểm trượt .......................... 42 Bảng 2.2. Số điểm trượt phát sinh trong năm giai đoạn 2007 - 2021 ........................ 43 Bảng 2.3. Thống kê chiều dài tuyến theo các hệ tầng địa chất ................................ 45 Bảng 2.4. Thống kê tần suất xuất hiện trượt theo các hệ tầng địa chất .................... 45 Bảng 2.5. Thống kê bề dày tầng phủ của các điểm trượt ......................................... 46 Bảng 2.6. Thống kê chiều cao các điểm trượt .......................................................... 46 Bảng 2.7. Thống kê quy mô các điểm trượt ............................................................. 47 Bảng 2.8. Thống kê góc dốc địa hình các khối trượt ............................................... 48 Bảng 2.9. Phân loại trượt .......................................................................................... 48 Bảng 2.10. Số liệu mưa (mm) tại các trạm khí tượng thủy văn vùng nghiên cứu giai đoạn 2007 – 2021 ...................................................................................................... 49 Bảng 2.11. Lượng mưa trung bình tháng giai đoạn 2007 - 2021 tại các trạm đo khu vực đường HCM đoạn ĐK–TM ............................................................................... 50 Bảng 2.12. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất phụ đới tàn, sườn tích - phong hóa hoàn toàn (edQ + IA1) ...................................... 68 Bảng 2.13. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất phụ đới phong hóa mạnh IA2.................................................................................... 69 Bảng 2.14. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đá đới phong hóa vừa IB ..................................................................................................... 70 Bảng 2.15. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đá đới phong hóa nhẹ IIA .................................................................................................... 70 Bảng 2.16. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đới đá tương đối nguyên vẹn (đới đá tươi) (IIB) ................................................................. 71 Bảng 3.1. Nội dung và mục đích nghiên cứu mô hình máng trượt của các tác giả . 78
xiv Bảng 3.2 Quan hệ tỷ lệ giữa mô hình thực và mô hình thu nhỏ .............................. 80 Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất dùng để thí nghiệm ....................................... 84 Bảng 3.4. Đắp đất trên máng trượt ........................................................................... 86 Bảng 3.5. Các thiết bị quan trắc ............................................................................... 87 Bảng 3.6. Kết quả tính toán mô phỏng thí nghiệm máng trượt bằng bài toán số .. 105 Bảng 4.1. Tổng hợp những giải pháp xử lý khối trượt cơ bản ............................... 118 Bảng 4.2. Đề xuất giải pháp xử lý thích hợp (tổ hợp những giải pháp) các khối trượt trên tuyến đường HCM đoạn ĐK–TM ................................................................... 119 Bảng 4.3. Kết quả tính toán ổn định theo phương pháp Janbu cho khối trượt tại km427T+350 .......................................................................................................... 125 Bảng 4.4. So sánh kết quả tính toán ổn định theo các phương pháp ...................... 125
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đường Hồ Chí Minh là trục giao thông đường bộ Bắc Nam xuyên Việt thứ hai ở phía Tây Tổ quốc. Đầu tư xây dựng tuyến đường này góp phần hoàn thiện mạng lưới giao thông đường bộ, khắc phục thế độc đạo và những hạn chế của Quốc lộ 1 hiện nay (đi qua vùng đông dân cư khó có khả năng mở rộng và nâng cao chống ngập, thường xuyên xảy ra ách tắc trong mùa mưa bão...). Đường Hồ Chí Minh đã được triển khai xây dựng từ tháng 4 năm 2000 dài khoảng 3167 km chạy qua vùng núi phía Tây. Đường Hồ Chí Minh đóng vai trò hết sức quan trọng và cần thiết để phát triển vùng giàu tiềm năng ở phía Tây Tổ quốc, đồng thời đảm bảo an ninh – quốc phòng cho đất nước. Hiện tượng trượt taluy đường ô tô trên các tuyến đường miền núi ở nước ta trong những năm qua xảy ra khá thường xuyên, gây thiệt hại lớn về người và của, đặc biệt là trên tuyến đường HCM đoạn ĐK–TM. Đây là đoạn tuyến có đặc điểm địa hình phân cắt rất mạnh (đi qua 3 đoạn đèo núi cao, điển hình là đoạn A Đớt – A Tép và thung lũng A Lưới); điều kiện địa chất đặc biệt phức tạp (đi qua hơn 30 phân vị địa tầng); lượng mưa trung bình hàng năm lớn nhất cả nước (> 4000 mm/năm) tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (tháng 9 - tháng 11). Các yếu tố địa hình, địa chất, khí hậu bất lợi này làm hiện tượng trượt đất đá trên đoạn tuyến xảy ra thường xuyên với số lượng, quy mô lớn và loại hình trượt đa dạng. Mặc dù đã có nhiều cơ quan, đơn vị nghiên cứu, áp dụng các giải pháp phòng chống trượt mang lại hiệu quả bước đầu nhưng cho đến nay, hiện tượng trượt trên đoạn tuyến vẫn thường xảy ra, đặc biệt là vào mùa mưa bão. Ngoài các khối trượt mới xuất hiện, tại một số điểm trượt cũ, cho dù đã áp dụng các giải pháp xử lý nhưng hiện tượng trượt vẫn tiếp tục xảy ra. Điều này cho thấy sự phức tạp của hiện tượng trượt trên đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ và hiệu quả của các giải pháp phòng chống trượt chưa cao. Để có cơ sở khoa học đề xuất, thiết kế các giải pháp xử lý trượt thực sự hiệu quả, cần thiết phải làm sáng tỏ đặc điểm các khối trượt, nguyên nhân và các yếu tố thúc đẩy trượt trên tuyến đường HCM, đoạn ĐK–TM. Điều này có thể thực hiện được khi tiến hành nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống các đặc điểm tự nhiên, địa hình, địa mạo, địa chất… vùng nghiên cứu, chỉ ra được chi tiết đặc điểm các khối trượt, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hưởng quá trình trượt và trên cơ sở đó đề ra các giải pháp xử lý phù hợp. Vì vậy, đề tài "Nghiên cứu đặc điểm trượt đất đá trên đường HCM đoạn ĐK–TM và
2 luận chứng giải pháp xử lý thích hợp" có tính cấp thiết cao, có ý nghĩa khoa học, thực tiễn lớn và hoàn toàn xuất phát tự thực tiễn khách quan. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: - Quá trình trượt đất đá trên tuyến đường HCM, đoạn ĐK-TM. - Giải pháp xử lý trượt phù hợp đối với mỗi loại hình trượt khác nhau. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là các khối trượt trên taluy đào của tuyến đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông - Thạnh Mỹ. 3. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Làm sáng tỏ đặc điểm, nguyên nhân, cơ chế, động lực và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trượt đất đá trên đường HCM, đoạn ĐK-TM. - Luận chứng và đề xuất giải pháp xử lý thích hợp đối với mỗi loại hình trượt đất đá. 4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu chính của luận án bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng trượt đất đá trên sườn dốc và mái dốc. - Nghiên cứu đặc điểm, nguyên nhân và các yếu tố hỗ trợ thúc đẩy quá trình trượt đất đá trên đường HCM, đoạn ĐK-TM. - Nghiên cứu quá trình trượt đất đá bằng mô hình máng trượt. - Luận chứng và đề xuất các giải pháp xử lý trượt đất đá thích hợp trên tuyến đường Hồ Chí Minh. Để giải quyết các nội dung nghiên cứu trên, NCS sử dụng các phương pháp nghiên cứu bao gồm: - Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu hiện có ở trong và ngoài nước liên quan tới đề tài, khu vực nghiên cứu. - Phương pháp phân tích hệ thống: được vận dụng trong phân tích, đánh giá quá trình trượt đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. - Phương pháp điều tra, nghiên cứu địa chất nhằm đánh giá hiện trạng, xác định nguyên nhân, điều kiện, động lực, loại hình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, đồng thời nghiên cứu, lấy mẫu đất đá thí nghiệm. - Phương pháp thực nghiệm: thực hiện thí nghiệm trong phòng (xác định các chỉ
3 tiêu cơ lý của đất đá) và thí nghiệm trên mô hình máng trượt. - Phương pháp kiểm toán ổn định trượt sườn dốc, mái dốc: sử dụng các phương pháp khác nhau để đánh giá độ ổn định của sườn dốc, mái dốc. Qua đó, đưa ra các giải pháp xử lý thích hợp. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học của đề tài - Xác định rõ ràng, đầy đủ, hệ thống các nguyên nhân, yếu tố thúc đẩy quá trình trượt và loại hình trượt đất đá trên tuyến đường HCM, đoạn ĐK-TM làm cơ sở khoa học luận chứng các giải pháp xử lý trượt thích hợp, - Xác định được cơ chế, quy mô, tốc độ và hình thái mặt trượt của đoạn tuyến ĐaKrông - Thạnh Mỹ trên cơ sở nghiên cứu quá trình trượt đất đá bằng mô hình máng trượt kết hợp với thí nghiệm trong phòng, - Việc nghiên cứu quá trình trượt đất bằng mô hình máng trượt góp phần bổ sung vào phương pháp luận nghiên cứu trượt lở đất đá trên sườn dốc nói chung, mái dốc đường giao thông nói riêng. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Kết quả nghiên cứu cho phép xác định được mối quan hệ giữa các yếu tố nguyên nhân, yếu tố thúc đẩy quá trình trượt đất đá tương ứng với các đặc điểm về địa hình, địa chất, khí hậu, thành phần và tính chất của một số loại đất đá trên đường HCM, đoạn ĐK- TM. - Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học quan trọng để các cơ quan quản lý, tư vấn, thiết kế, thi công lựa chọn giải pháp xử lý trượt phù hợp trên tuyến đường Hồ Chí Minh cũng như trong việc xây dựng các tuyến đường giao thông khác có đặc điểm tự nhiên tương tự đường Hồ Chí Minh. 6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài Đề tài luận án được thực hiện trên cơ sở các tài liệu chính sau đây: - Các tài liệu đã công bố về hiện tượng trượt đất đá trên thế giới và ở Việt Nam (có danh mục tài liệu tham khảo kèm theo). - Đề án " Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất, kiến tạo và các yếu tố liên quan đến tai biến địa chất, môi trường dọc một số đoạn trên tuyến đường Hồ Chí Minh" do Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản thực hiện. - Báo cáo Bền vững hóa công trình hằng năm của Ban Quản lý dự án đường Hồ Chí Minh và Khu quản lý đường bộ IV (cập nhật dữ liệu trượt đất đá trên tuyến từ 2006 đến
4 2021). - Dự án phát triển công nghệ đánh giá rủi ro trượt đất dọc theo các tuyến đường giao thông chính tại Việt Nam, mã số 721000, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT – Jica thực hiện. - Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 được thành lập và hiệu đính, chính thức xuất bản vào năm 2005. Khu vực nghiên cứu bao gồm 4 tờ Mahaxay - Đồng Hới; Hướng Hóa - Huế - Đà Nẵng; Bà Nà; Hội An. - Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 được NCS tổng hợp, số hóa, cập nhật các điểm trượt đất lên bản đồ bao gồm 20 mảnh thuộc các nhóm tờ Huế; Nam Đông; Hội An đã thành lập (bản giấy từ năm 1995 đến 2008). - Dữ liệu mưa (mưa ngày và mưa giờ) tại một số trạm khí tượng thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ và Trung Trung Bộ được NCS mua và tổng hợp từ năm 2007 đến năm 2021. - Các tài liệu về đặc điểm địa lý tự nhiên, cấu trúc địa chất, địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn, vỏ phong hóa, tính chất cơ lý của đất đá tuyến đường Hồ Chí Minh nói chung, đoạn ĐaKrông - Thạnh Mỹ nói riêng (có danh mục tài liệu tham khảo kèm theo). - Các tài liệu đã được công bố về giải pháp xử lý trượt của các tổ chức, cá nhân nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam (có danh mục tài liệu tham khảo kèm theo). - Các tài liệu do nghiên cứu sinh thực hiện trong suốt thời gian nghiên cứu, bao gồm: các kết quả khảo sát, lấy mẫu ở hiện trường; các kết quả thí nghiệm mẫu đất ở trong phòng; các kết quả áp dụng mô hình vật lý, mô phỏng quá trình trượt đất đá bằng máng trượt ... 7. Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung chính của luận án được trình bày trong 4 chương: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu trượt đất đá trên sườn dốc và mái dốc. Chương 2: Đặc điểm trượt đất đá trên đường HCM, đoạn ĐK-TM. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm quá trình trượt đất đá trên mô hình vật lý. Chương 4: Luận chứng giải pháp xử lý trượt thích hợp trên đoạn tuyến ĐaKrông – Thạnh Mỹ.