Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu" là xác định cơ chế, nguyên nhân sạt lở Cù lao Rùa và dự báo diễn biến; xây dựng phương pháp tính toán sạt lở bờ phù hợp cho đoạn sông cong, sông có cù lao; đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MỘNG GIANG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN XÓI MÒN, SẠT LỞ BỜ SÔNG ĐỒNG NAI KHU VỰC CÙ LAO RÙA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số ngành: 62850101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Lê Song Giang Người hướng dẫn 2: PGS.TS. Võ Lê Phú Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá Luận án họp tại ................................................................................................................... ................................................................................................................... vào lúc giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM
MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của Luận án Sạt lở bờ sông đã và đang xảy ra nhiều nơi, là mối nguy hiểm cho đời sống của con người ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam làm ảnh hưởng đến tính mạng và cuộc sống của nhiều người, ảnh hưởng đối với môi trường, tài nguyên và nhiều vấn đề khác. Cù Lao Rùa thuộc xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên (Bình Dương) cách đập Trị An 44km về phía hạ du sông Đồng Nai là Di tích khảo cổ học Quốc Gia, trong những năm gần đây là một trong những điểm nóng về sạt lở. Hiện nay trên toàn bộ Cù lao có khoảng 7 điểm sạt lở với tổng chiều dài khoảng 2,5km đang đứng trước nguy cơ bị chia cắt ra làm hai tại vị trí cổ rùa. Vì vậy nghiên cứu xác định cơ chế và nguyên nhân sạt lở Cù lao Rùa để từ đó chỉ ra giải pháp chống sạt lở hiệu quả là cần thiết. Trên cơ sở đó đề tài “Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu” được lựa chọn để thực hiện trong Luận án tiến sĩ kỹ thuật. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của Luận án - Đối tượng nghiên cứu: sạt lở đất bờ sông. - Phạm vi nghiên cứu của Luận án: Cù lao Rùa, xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương 3. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án - Xác định cơ chế, nguyên nhân sạt lở Cù lao Rùa và dự báo diễn biến. - Xây dựng phương pháp tính toán sạt lở bờ phù hợp cho đoạn sông cong, sông có cù lao. - Đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở. i
4. Nội dung nghiên cứu chính của Luận án: Nội dung 1: Hệ thống hóa cơ sở khoa học về phương pháp mô hình toán nghiên cứu xói lở bờ sông, các giải pháp công nghệ bảo vệ bờ hiệu quả, tổng quan khu vực nghiên cứu và các nghiên cứu đã thực hiện tại Cù lao Rùa. Nội dung 2: Xây dựng cơ sở khoa học tính toán và đánh giá sạt lở, gồm: Module tính toán xói ngang bờ bởi dòng chảy; Module tính toán dòng chảy thấm; Module phân tính ổn định bờ và tính toán sạt lở; và Tích hợp các modules tính toán. Nội dung 3: Nghiên cứu và đánh giá diễn biến sạt lở bờ sông khu vực Cù lao Rùa gồm xây dựng các mô hình toán (Mô hình dòng chảy và bồi xói lòng sông, Mô hình xói mòn và sạt lở bờ); Tính toán trường vận tốc; Dự báo bồi xói và sạt lở khu vực Cù lao Rùa bao gồm tốc độ xói đáy, tốc độ bào mòn bờ và Dự báo sạt lở. Nội dung 4: Đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở bờ tại khu vực Cù lao Rùa, bao gồm: các giải pháp phi công trình và giải pháp công trình chống sạt lở đất tại vị trí cổ Rùa ở nhánh sông phụ. 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa, phân tích - tổng hợp có chọn lọc thông tin; Phương pháp thí nghiệm hiện trường; Phương pháp mô hình toán số; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp đa tiêu chí “Trọng số cộng đơn giản” – phương pháp SAW. 6. Điểm mới của Luận án Luận án có 02 điểm mới là mô hình diễn biến lòng dẫn và sử dụng phương pháp đa tiêu chí để lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm kiểm soát, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở bờ. - Về mô hình diễn biến lòng dẫn, trong phần tổng quan trình bày diễn biến lòng dẫn bao gồm 2 phần là bồi xói đáy và xâm thực bờ. Trong khi bồi xói đáy được gây ra bởi dòng chảy thì xâm thực bờ bao gồm 2 quá trình là bào mòn bởi dòng ii
chảy và sạt lở do mất ổn định. Bản thân mất ổn định bờ lại xảy ra do nguyên nhân xói đáy và xói bờ. Các nghiên cứu trong nước mặc dù đã tính được sạt lở bờ nhưng chưa xét được yếu tố xói mòn bờ mà chỉ mới tính tới xói đáy. Trong khi đó các nghiên cứu ở nước ngoài đã xét được cả xói mòn bờ nhưng do dòng chảy chỉ được tính bằng mô hình 1D hoặc 2D nên ứng suất ma sát trên mái bờ sông, yếu tố gây xói mòn bờ, được giả thiết là phân bố theo một quy luật nào đó. Trong Luận án của nghiên cứu sinh, STABI cho phép tính cả xói đáy và xói bờ làm cơ sở để từ đó tính sạt lở bờ. Trong tính toán này mô hình dòng chảy 3D được sử dụng nên ứng suất ma sát trên mái bờ sông được tính trực tiếp. - Về giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa và thiểu sạt lở bờ: giải pháp đề xuất trong Luận án là không mới, tuy nhiên tính mới ở đây là sử dụng phương pháp đa tiêu chí để lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp nhằm chống sạt lở khu vực Cù lao Rùa. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án Với kết quả nghiên cứu là cho ra đời một công cụ tính toán mới (STABI) trong đó dòng chảy tính bằng mô hình 3D nên ứng suất ma sát trên bề mặt lòng sông đã được tính toán trực tiếp, nghiên cứu của Luận án đã có một đóng góp nhỏ có ý nghĩa khoa học là đã đẩy phương pháp tính toán bước thêm được một bước nữa. Ngoài ra công cụ STABI hoàn toàn có thể được ứng dụng vào tính toán thực tế nên nghiên cứu của Luận án là có giá trị về mặt thực tiễn. 8. Cấu trúc của Luận án Bố cục Luận án gồm: Phần Mở đầu; Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về xói mòn, sạt lở bờ sông; Chương 2. Cơ sở khoa học tính toán và đánh giá sạt lở, xói mòn; Chương 3. Tính toán và đánh giá diễn biến sạt lở bờ sông khu vực Cù lao Rùa; Chương 4. Đề xuất các giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở bờ tại khu vực Cù lao Rùa; Kết luận và kiến nghị. iii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về Cù lao Rùa Cù lao Rùa nằm trên sông Đồng Nai thuộc xã Thạnh Hội, huyện Tân Uyên, Bình Dương. Đây là đoạn sông phân lạch với hai nhánh. Nhánh chính bên trái giáp ranh với tỉnh Đồng Nai. Nhánh phụ bên phải hoàn toàn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương. Nhánh sông chính có chiều rộng 200÷400m. Đoạn rộng nhất ngay tại vị trí cổ Cù lao Rùa. Nhánh sông phụ có chiều dài 6,3km, chiều rộng 120÷220m. Đoạn hẹp nhất là ngay tại vị trí cổ Cù lao Rùa. Hình 1.1 Bản đồ không ảnh Cù lao Rùa Có một số nghiên cứu có liên quan. H.V. Huân đã nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định lòng dẫn hạ du hệ thống sông Đồng Nai – Sài gòn; Gần đây N.Q. Dũng đã tiến hành một nghiên cứu tập trung vào Cù lao Rùa nhằm làm rõ hơn nguyên nhân và dự báo sạt lở đoạn sông này và một số công trình khác. Tuy nhiên các nghiên cứu cũng còn một số hạn chế. 1
1.2. Tổng quan về phương pháp mô hình toán nghiên cứu xói lở bờ sông 1.2.1. Cơ chế vật lý: Bồi xói lòng dẫn và sạt lở bờ là những quá trình xảy ra với lòng sông trong một hiện tượng tổng thể gọi là biến hình lòng dẫn. 1.2.1.1. Xâm thực: Lòng dẫn thường được xem là gồm có 2 phần là đáy và bờ nên xâm thực lòng dẫn cũng thường được phân biệt thành 2 hình thức: xói đáy và xâm thực bờ. a) Xói mòn bởi dòng chảy: Xói mòn xảy ra khi hạt bùn cát bị dòng chảy đẩy hoặc bứt ra khỏi vị trí ban đầu. Do có sự khác biệt về bản chất của lực cản chống xói, bùn cát phân thành hai nhóm là bùn cát rời và bùn cát dính. b) Sạt lở bờ: Sạt lở là vấn đề có cơ chế vật lý khác biệt với quá trình xói. Khi trọng lượng khối đất bờ sông vượt quá sức cản ma sát, khối đất sẽ trượt xuống. Ngoài yếu tố thủy lực làm xói mòn chân khối đất bờ sông, yếu tố ảnh hưởng tới sạt lở bờ gồm: Cấu trúc địa chất bờ; Độ dốc của bờ; Thảm thực vật; Độ ẩm của đất; Xâm lấn của con người. 1.2.1.2. Di chuyển bùn cát Bùn cát di chuyển bởi dòng chảy có thể xảy ra trong 2 dạng là dòng bùn cát lơ lửng và dòng bùn cát đáy. Mặc dù trong điều kiện tự nhiên không có một ranh giới rõ ràng phân chia bùn cát lơ lửng và bùn cát đáy nhưng việc phân chia này là cần thiết xét từ khía cạnh mô tả toán học. Đối với bùn cát dính, bùn cát lơ lửng được xem là toàn bộ bùn cát đã tách rời ra khỏi đáy và chuyển động trong tầng nước còn bùn cát đáy là lớp bùn nằm dưới đáy. Đối với bùn cát rời, thông thường các hạt bùn cát chuyển động dưới dạng lăn, trượt và nhảy cóc trên bề mặt đáy được gọi là bùn cát đáy. 1.2.1.3. Bồi tụ: Bồi tụ xảy ra khi các hạt bùn cát lơ lửng trong tầng nước lắng đọng xuống và nằm lại dưới đáy. 1.2.2. Mô hình tính toán Tính toán mô phỏng quá trình diễn biến lòng sông một cách đầy đủ sẽ bao gồm 2
3 tính toán: (1) Tính toán dòng chảy và ứng suất ma sát của dòng chảy; (2) Tính toán vận chuyển bùn cát và xói mòn lòng dẫn do dòng chảy; (3) Tính toán sạt lở bờ do mất ổn định bởi xói mòn lòng dẫn. Điều kiện ban đầu Bước thời gian mới TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY Thay đổi biên dạng CHẢYCHẢY Phân bố ứng suất τb > τ c SAI ĐÚNG Sạt lở XÓI ĐÁY VÀ XÓI BỜ Thay đổi biên dạng TÍNH TOÁN DÒNG THẤM Áp suất trong khe SAI rỗng PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH FS < 1 ĐÚNG Hình 1.2 Sơ đồ logic tính toán diễn biến lòng dẫn Hình 1.2 sơ đồ logic tính toán mà các tác giả khác nhau đã thực hiện toàn bộ hoặc một phần về diễn biến lòng sông. Do có sự khác biệt về đặc tính cơ lý của đất kết dính và đất bở rời (không kết dính) mà bờ sông đất kết dính thường dốc đứng còn bờ sông đất bở rời lại thoai thoải. Vì vậy, mặc dù vẫn chung sơ đồ trên Hình 1.2 nhưng mô hình tính toán cụ thể diễn biến lòng dẫn của sông trong 2 loại nền đất này không hoàn toàn giống nhau. 3
- Mô hình diễn biến lòng sông với vật liệu kết dính và không kết dính: Có những tác giả đã xây dựng được mô hình tính toán ít nhiều cũng tuân theo sơ đồ như Osman và Thorne [13, 25]; Jia và ctg [62]; Darby và Thorne [64]; Rinaldi và ctg [65]; Luppi và ctg [66]; Midgley và ctg [71]; trong một chuỗi các nghiên cứu của Lai và ctg [72, 73, 74]. - Mô hình diễn biến lòng sông với vật liệu không kết dính: có những tác giả đã xây dựng mô hình tính toán như Nagata và ctg [75]; Nakagawa và ctg [76]; Hasegawa [77]; Takebayashi và ctg [61]; Abderrezzak và ctg [79]. 1.3. Kết luận chương Trong chương này, đã nêu tổng quan tình hình sạt lở bờ sông trên thế giới, Việt Nam và khu vực nghiên cứu, các công trình nghiên cứu có liên quan. Tổng quan về phương pháp mô hình toán nghiên cứu xói lở bờ sông. Các vấn đề về cơ chế vật lý của quá trình bồi xói như xâm thực, di chuyển, bồi cho vật liệu kết dính, vật liệu rời và đi kèm với nó là các phương trình và công thức tính toán. Qua đó cho thấy rằng bồi xói tại Cù lao Rùa là một bài toán phức tạp. Một nghiên cứu đầy đủ về diễn biến lòng dẫn cần phải xét đến cả quá trình bồi xói đáy lẫn xói ngang bờ. Để hỗ trợ tính toán quá trình bồi xói, mô hình dòng chảy cần phải phản ánh đúng thực tế và kết quả tính phải đủ chi tiết. Các công cụ tính toán có thể tiếp cận được ở trong nước hiện nay cũng như các phần mềm thương mại trên thế giới chưa đáp ứng được yêu cầu này. Luận án còn nêu tổng quan các giải pháp công nghệ để làm cơ sở cho việc đề xuất giải pháp công trình chống sạt lở bờ sông sẽ được nêu ở phần đề xuất giải pháp. 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ SẠT LỞ, XÓI MÒN 2.1. Phần mềm F28 tính dòng chảy, vận tải bùn cát và bồi xói lòng dẫn Phần mềm F28 là công cụ giúp xây dựng các mô hình tích hợp để tính toán dòng chảy và các quá trình vận tải chất. Phần mềm F28 cũng cho phép mô hình hóa các công trình điều khiển dòng chảy hoặc có ảnh hưởng tới dòng chảy gồm đập tràn, cống, bờ bao, trạm bơm, nhà máy thủy điện. Ngoài dòng chảy phần mềm F28 còn tính được các bài toán vận tải chất mà một trong số đó là bài toán vận tải bùn cát và biến hình lòng dẫn. Riêng đối với mô hình 3D, phần mềm F28 cho phép tính cả xói bờ. 2.2. Xây dựng công cụ STABI tính toán diễn biến lòng dẫn, sạt lở bờ 2.2.1. Module tính toán dòng chảy thấm 2.2.1.1. Tính toán kiểm tra 2.2.1.1.1. Bài toán thấm ổn định qua đập đất chữ nhật Bài toán kiểm tra này cũng được nhiều tác giả sử dụng để đánh giá phương pháp của mình như Dou và ctg [84] hoặc Parsi và Daneshmand [85]. Hình 2.1 là sơ đồ bài toán. Đập có bề rộng 5m và được đặt trên bề mặt không thấm. AB và EF là các biên cột áp thấm với giá trị tương ứng là 10m và 2m. Trên mặt CE có thể có nước rỉ và D là điểm thoát nước tự do. Đường bão hòa BD sẽ được xác định trong tính toán. Hệ số thấm là k=1m/nđ. 5
B C 20m D 10m 20m 19m E 2m A F 5m Hình 2.1 Sơ đồ bài toán thấm qua Hình 2.2 Sơ đồ bài toán thấm qua đập đập đất hình chữ nhật đất chữ nhật Bảng 2.1 Cao độ điểm rỉ nước TT Tác giả zE (m) Khác biệt (%) 1 Tính toán của Luận án 6,30 - 2 Kazemzadeh-Parsi và Daneshmand [85] 6,29 0,16% 3 Dou và ctg. [84] 6,70 -5,97% 4 Lee và Leap [86] 6,55 -3,82% Kết quả tính toán lưu lượng thấm qua đập là 9,61 m3/nđ, khá phù hợp với kết quả tính của Dou và ctg. là 9,59 m3/nđ và với lời giải giải tích là 9,60 m3/nđ. 2.2.1.1.2. Bài toán thấm không ổn định qua đập đất chữ nhật Hệ số thấm của vật liệu đập là k=1,0m/s. Ban đầu mực nước thượng và hạ lưu đập là 20m và 19m tương ứng. Mực nước ngầm trong đập giảm tuyến tính từ mặt thượng lưu xuống mặt hạ lưu. Sau đó mực nước hạ lưu giảm dần từ 19m xuống còn 6m trong 65 phút rồi giữ không đổi. Bài toán này đã được Bazyar, Talebi [87] tính bằng phương pháp phần tử biên. Bảng 2.2 trình bày kết quả tính cao độ điểm rỉ nước ở các thời điểm khác nhau. Như đã được trình bày ở phần trước, kết quả tính cao độ điểm rỉ nước sẽ có sai số lớn nhất nên phù hợp để đánh giá độ chính xác. Khác biệt giữa kết quả tính của Luận án và của Bazyar và Talebi [87] lớn nhất là ở thời điểm 55 phút và chỉ là 3,19%. 6
Bảng 2.2 Cao độ điểm rỉ nước ở các thời điểm (m) Thời điểm Tính toán của Luận án Bazyar và Talebi [87] Khác biệt (%) 15 phút 16,00 16,06 0,37% 35 phút 12,13 12,36 1,86% 55 phút 9,40 9,71 3,19% 85 phút 8,45 8,68 2,65% 2.2.1.1.3. Tính toán kiểm tra với lời giải giải tích của dòng thấm qua đập với mực nước biến thiên tuần hoàn Đập có chiều dài 48m, đáy không thấm ở độ cao -18,96m. Hệ số thấm của vật liệu đập là k=1,67.10-4m/s và hệ số nhả nước trọng lực là Sy=0,025. Ban đầu mực nước ở 2 mặt thượng và hạ lưu đập với cao trình 0m. Sau đó trong khi mực nước tại mặt hạ lưu được giữ nguyên thì mực nước tại thượng lưu dao động theo quy luật hình sin: H 0, t   A0  B0 sin t (2.42) A0 = 0, B0 = 4m và với T = 24 giờ. Bài toán được Fu và Jin [88] giải bằng cả phương pháp giải tích lẫn phương pháp phần tử hữu hạn. H(t) 0m x - 18.96 mL=48m Hình 2.10 Sơ đồ bài toán Sử dụng hệ số Nash-Sutcliff để đánh giá sự tương đồng giữa tính toán của Luận án và các tính toán của Fu và Jin [88], ta có thể thấy hệ số này có giá trị gần như bằng 1,0 (xem Bảng 2.3). Điều đó cho thấy có sự tương đồng rất cao giữa tính toán của Luận án và các tính toán của Fu và Jin [88]. 7
Bảng 2.3 Hệ số Nash-Sutcliff Vị trí So sánh 42m 24m 6m 0m So với lời giải giải tích của Fu và Jin [88] 0.970 0.992 0.997 1.000 So với tính toán số của Fu và Jin [88] 0.963 0.988 0.999 1.000 2.2.2. Module phân tính ổn định bờ và tính toán sạt lở. 2.2.2.1. Phân tích tính ổn định a) Tính toán hệ số an toàn: Do bờ sông khu vực Cù lao Rùa khá cao, cấu tạo bởi các vật liệu dính kết có góc dốc nhỏ nên bề mặt trượt nhiều khả năng là một cung tròn hoặc xấp xỉ tròn. Nghiên cứu này chọn sử dụng phương pháp cung trượt tròn của Fellenius. Hệ số an toàn chống trượt của khối đất bên trên cung trượt được tính: FR FS  (2.43) FD Trong đó FR và FD lần lượt là các moment chống trượt và kéo trượt tính trên một đơn vị chiều rộng của khối trượt. Qua các bước tính toán, ta có công thức:  C.l  G cos  P  P cos   tg i i b i i FS  i (2.50)  G sin   P sin     i i i i b) Xác định cung trượt nguy hiểm nhất: Xác định cung trượt nguy hiểm nhất là xác định vị trí tâm và bán kính cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất. Việc này được tiến hành như sau: - Bước 1: Thiết lập lưới 3x3 điểm (Hình 2.4). Khoảng cách giữa các hàng và các cột của lưới 3x3 là đều nhau và cùng bằng Δs. Vị trí của lưới 3x3 điểm này càng gần tâm của cung trượt nguy hiểm nhất thì quá trình xác định cung trượt nguy hiểm sẽ càng mất ít thời gian. 8
- Bước 2: Xác định 9 cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất với tâm đặt tại 9 điểm trên lưới 3x3. Cách xác định các cung trượt này được trình bày ở mục sau. - Bước 3: So sánh hệ số an toàn của 9 cung trượt. Có thể xảy ra các trường hợp: + Nếu cung trượt có tâm đặt tại điểm (2,3) có hệ số an toàn nhỏ nhất: Dịch chuyển lưới theo hướng I về phía phải một bước lưới (xem Hình 2.4) và lặp lại bước 2 và 3. Nếu cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất có tâm đặt tại điểm (1,2), hoặc (2,1), hoặc (3,3) thì cũng làm tương tự. + Nếu cung trượt có tâm đặt tại điểm (3,3) có hệ số an toàn nhỏ nhất: Dịch chuyển lưới theo hướng II một bước lưới (xem Hình 2.5) và lặp lại bước 2 và 3. Nếu cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất có tâm đặt tại điểm (1,3), hoặc (1,1), hoặc (3,1) thì cũng làm tương tự. + Nếu cung trượt có tâm đặt tại điểm (2,2) có hệ số an toàn nhỏ nhất: Tâm của cung trượt nguy hiểm nhất đã được khoanh vùng là nằm ở bên trong lưới 3x3. Chuyển qua thực hiện bước 4 để tinh chỉnh. - Bước 4: Lấy các điểm A, B, C, D, E, F, G và H tại vị trí 1/2 mắt lưới (xem Hình 2.6). Xác định 8 cung trượt có hệ số an toàn với tâm đặt tại 8 điểm này. - Bước 5: Xác định điểm có hệ số an toàn là nhỏ nhất trong số 8 điểm A, B, C, D, E, F, G, H và điểm (2,2). Thu nhỏ lưới 3x3 còn một nửa và dời điểm về vị trí sao cho điểm (2,2) trùng điểm có hệ số an toàn nhỏ nhất. Như vậy sau bước 5, khu vực có tâm của cung trượt nguy hiểm nhất đã thu nhỏ còn một nửa. - Bước 6: Lặp lại các bước 4 và 5 cho tới khi kích thước của khu vực nhỏ hơn một giá trị được gọi là sai số. Cung trượt nguy hiểm nhất chính là cung trượt có tâm đặt tại điểm (2,2). 9
(1,1) (1,2) (1,3) (2,1) (2,2) (2,3) I (3,1) (3,2) (3,3) II R Hình 2.4 Sơ đồ xác định cung trượt nguy hiểm (1,1) (1,2) (1,3) (1,1) (1,2) (1,3) (2,1) (2,2) (2,3) (2,1) (2,2) (2,3) I (3,1) (3,2) (3,3) (3,1) (3,2) (3,3) a) II b) Hình 2.5 Sơ đồ dịch chuyển lưới 10
(1,1) (1,2) (1,3) C D E (2,1) B (2,2) (2,3) F A H G (3,1) (3,2) (3,3) Hình 2.6 Thu nhỏ lưới c) Xác định cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất với tâm đặt tại 1 điểm cho trước (x0, z0) - Bước 1: Lấy 3 cung trượt cùng có tâm đặt tại 1 điểm (x0, z0) với bán kính R1, R2 và R3 trong đó R2=R1+dR, R3=R1+2.dR - Bước 2: Xác định hệ số an toàn của 3 cung trượt này. Giả sử các hệ số an toàn của các cung trượt lần lượt là FS1, FS2 và FS3. - Bước 3: So sánh hệ số an toàn của 3 cung trượt. Có thể xảy ra trường hợp sau: + Nếu cung trượt có bán kính R1 có hệ số an toàn nhỏ nhất: Đổi R2 thành R3 và R1 thành R2; lấy thêm một cung trượt mới có bán kính bằng R1-dR và xem đó là cung trượt R1 mới; lặp lại bước 2. Nếu cung trượt có bán kính R3 có hệ số an toàn nhỏ nhất thì cũng làm tương tự nhưng ngược lại. + Nếu cung trượt có bán kính R2 có hệ số an toàn nhỏ nhất: Bán kính của cung trượt nguy hiểm nhất đã được khoanh vùng là nằm ở bên trong khoảng từ R1 tới R3. Chuyển qua thực hiện bước 4 để tinh chỉnh. - Bước 4: Lấy các bán kính RA=(R2+R1)/2 và RB=(R2+R3)/2. Xác định hệ số an toàn của 2 cung trượt này. - Bước 5: Xác định bán kính có hệ số an toàn nhỏ nhất trong số 5 bán kính R1, R2, R3 và RA, RB; đổi R2 vào bán kính có hệ số an toàn nhỏ nhất, R1 và R2 ở 2 bên. Như vậy sau bước 5, khoảng có bán kính cung trượt nguy hiểm nhất đã thu nhỏ còn một nửa. 11
- Bước 6: Lặp lại các bước 4 và 5 cho tới khi khoảng có bán kính cung trượt nguy hiểm nhất nhỏ hơn một giá trị được gọi là sai số. Bán kính cung trượt nguy hiểm nhất chính là R2. 2.2.2.2. Tính toán sạt lở: Sạt lở mái dốc sẽ xảy ra tại cung trượt nguy hiểm nhất khi hệ số an toàn FS nhỏ hơn giá trị tới hạn FScr. Theo Tokaldany và Samadi [48] và Osman và Thorne [13, 25] thì FScr=1,0. Khối đất bờ sông sau khi trượt xuống sẽ nằm lại tại chân bờ sông (xem Hình 2.7). Bờ sông sau sạt lở Đáy sông sau sạt lở α Hình 2.7 Sơ đồ tính sạt lở Hình dạng khối đất sau khi trượt xuống đáy sông không cố định, khó xác định. Trong nghiên cứu này khối đất sau khi trượt xuống đáy được giả thiết là có bề mặt phẳng và nghiêng một góc α so với phương ngang. Vị trí của bề mặt đáy sông sau sạt lở được xác định từ điều kiện cân bằng diện tích khối đất trượt xuống và khối đất nằm tại chân bờ sông. 2.2.2.3. Tính toán kiểm tra: Hình 2.8 bài toán đơn giản để kiểm tra module phân tích ổn định bờ và sạt lở. 12
A(0m, 12m) B(22m, 12m) 10m 8m C(25m, 6m) D(33m, 2m) E(50m, 2m) Hình 2.8 Sơ đồ bài toán kiểm tra Bờ sông ban đầu Bờ sông sau sạt lở Hình 2.9 Kết quả tính toán sạt lở bờ Đáy sông và mặt đất nằm ngang ở các cao trình tương ứng là 2m và 12m. Mái dốc bờ sông thẳng và có hệ số mái dốc m=0.75. Mặt nước ngầm ở bờ sông nằm ngang và ở cao trình 10m. Mực nước sông ở cao trình 8m. Đất bờ sông có dung trọng tự nhiên là γs=1800kgf/m3; lực kết dính đơn vị C=760kgf/m2 và góc nội ma sát φ=350. Góc nghiêng của bề mặt khối đất sau khi trượt xuống đáy được giả thiết là α=180. Hệ số an toàn giới hạn được lấy là FScr=1,0 Kết quả phân tích đã xác định cung trượt nguy hiểm có tâm tại tọa độ (40,45m, 13
26,45m), bán kính R=25,62m và hệ số an toàn là FS=0,986. Do FS