Luận văn Nghiên cứu tương quan giữa khối lượng khai thác cát với độ ổn định bờ sông Đồng bằng sông Cửu Long (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu tương quan giữa khối lượng khai thác cát với độ ổn định bờ sông Đồng bằng sông Cửu Long (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC NHỨT NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA KHỐI LƯỢNG KHAI THÁC CÁT VỚI ÐỘ ỔN ÐỊNH BỜ SÔNG ÐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP : 60.58.02.08 S K C0 0 5 1 0 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC NHỨT NGHIÊN CỨU TƢƠNG QUAN GIỮA KHỐI LƢỢNG KHAI THÁC CÁT VỚI ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 2580208 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH ĐỨC Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 03/2016
3. LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN NGỌC NHỨT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/02/1990 Nơi sinh: Long An Quê quán: Tân Trụ-Long An Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 1218/1B Kha Vạn Cân, P. Linh Trung, Q. Thủ Đức Điện thoại cơ quan: Di Động: 0988088987 Fax : E-mail : ngocnhut1990@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : 1. Trung học chuyên nghiệp : Hệ đào tạo : Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố) : Ngành học : 2. Đại học : Hệ đào tạo : Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 09/ 2013 Nơi học (trường, thành phố) : Trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Tp.HCM Ngành học : Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp : Chung Cư 18 Tầng Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp : 7/2013 Người hướng dẫn : PGS.TS NGUYỄN TRUNG KIÊN III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC : Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2013-1/2014 ĐH Sư Phạm KỹThuật Tp.HCM Ôn Thi Cao Học 4/2014-4/2016 ĐH Sư Phạm KỹThuật Tp.HCM Học Cao Học i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Minh Đức. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 3 năm 2016 Nguyễn Ngọc Nhứt ii
5. LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học là TS. Nguyễn Minh Đức đã gợi nên ý tưởng của đề tài và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và chỉ bảo trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu ở đây. Cuối cùng tôi muốn gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Vì kiến thức có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2016 Nguyễn Ngọc Nhứt iii
6. TÓM TẮT 1. Nội dung luận văn tập trung trình bày về việc sử dụng chỉ bằng lý thuyết: ứng suất tổng cộng, áp lực tĩnh của nước sông, không xét áp lực động của nước sông để phân tích ổn định mái dốc dưới tác động thay đổi địa hình do khai thác cát. 2. So sánh và lựa chọn phương pháp tính trong phương pháp cân bằng giới hạn. 3. So sánh và lựa chọn phương pháp tính trong phương pháp phần tử hữu hạn. 4. So sánh và lựa chọn phương pháp tính sức chống cắt không thoát tính bằng chỉ số dẻo PI, cắt đất trực tiếp và cắt cánh. 5. So sánh và lựa chọn phương pháp tính hệ số an toàn mái dốc giữa phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp phần tử hữu hạn. 6. Tính toán hệ số an toàn theo sự thay đổi địa hình, bề rộng mái dốc, mực nước sông và tải trọng cho 3 tỉnh đồng bằng sông Cửu Long (Vĩnh Long, An Giang, Cần Thơ) 7. Tính toán chiều sâu cực hạn và góc dốc cực hạn theo mực nước sông và bề rộng mái dốc. 8. Tính khối lượng cát khai thác và hệ số an toàn theo mực nước sông và bề rộng mái dốc. 9. Kiểm nghiệm hệ số an toàn và thực tế khối lượng cát khai thác theo mực nước sông và bề rộng mái dốc. iv
7. MỤC LỤC TRANG TỰA Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH CÁ NHÂN I LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III TÓM TẮT IV MỤC LỤC V DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH IX DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU XII CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan 1 1.2 Tình hình sạt lở do khai thác cát 2 1.2.1 Đồng Tháp 2 1.2.2 Vĩnh Long 2 1.2.3 Cần Thơ 3 1.3 Tính cấp thiết của đề tài 4 1.4 Các nghiên cứu trƣớc 5 1.4.1 Quốc tế 5 1.4.2 Trong nước sông 6 1.5 Ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn áp dụng 6 1.5.1 Ý nghĩa lý thuyết 6 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng 7 1.6 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 7 1.7 Giới hạn và giả thuyết đề tài 7 1.7.1 Giả thuyết đề tài 7 1.7.2 Giới hạn đề tài 8 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1 Phƣơng pháp Cân Bằng Giới Hạn 9 2.2 Phƣơng pháp Spencer 1967 11 2.3 Phƣơng pháp tính trong PP Cân Bằng Giới Hạn 13 2.4 Lựa chọn phƣơng pháp tính trong PP Cân Bằng Giới Hạn 15 2.5 Phƣơng pháp Phần Tử Hữu Hạn 17 CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 21 3.1 Mô tả bài toán 21 3.2 Lựa chọn dạng thay đổi địa hình 22 v
8. 3.3 Các thông số của bài toán 24 3.3.1 Các thông số đầu vào 24 3.3.2 Các thông số đầu ra 25 3.4 Các phƣơng pháp phân tích 25 3.5 Xác định Su trong phân tích ổn định mái dốc. 26 3.5.1 Thí nghiệm cắt cánh hiện trường 27 3.5.2 Sức kháng cắt không thoát nước sông sử dụng chỉ số PI 27 3.5.3 Sức kháng cắt không thoát nước sông sử dụng TN cắt đất trực tiếp 28 3.6 So sánh Su tính từ PI và TN cắt đất trực tiếp, TN cắt cánh 28 3.6.1 Tính toán so sánh 29 3.6.1.1. Tỉnh Vĩnh Long 29 3.6.1.2. Tỉnh Trà Vinh 31 3.6.2 Kết luận: 33 3.7 Lựa chọn phƣơng pháp tính ổn định mái dốc 34 3.8 Lựa chọn phƣơng pháp tính Su cho hệ số an toàn 36 3.8.1 Tỉnh Vĩnh Long 36 3.8.2 Tỉnh Trà Vinh 37 3.9 Tải Trọng Phân Bố Trên Bờ Sông 38 CHƢƠNG 4 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 39 4.1 Điều kiện địa chất, thủy văn 39 4.1.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 39 4.1.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 43 4.1.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 49 4.1.4 Kết luận 54 4.2 Mô phỏng phân tích bằng phần mềm Geo Studio chƣa có tải 55 4.2.1 Tính toán hệ số an toàn ổn định bờ sông 55 4.2.1.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 55 4.2.1.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 61 4.2.1.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 67 4.2.2 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau 73 4.2.2.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 73 4.2.2.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 75 4.2.2.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 77 4.2.3 Kết quả hệ số hạ độ sâu cực hạn với các bề rộng mái khác nhau 79 4.2.3.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 79 4.2.3.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 80 4.2.3.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 81 vi
9. 4.2.4 Kết quả góc dốc cực hạn ứng với các bề rộng mái dốc khác nhau 81 4.2.4.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 81 4.2.4.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 83 4.2.4.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 83 4.3 Mô phỏng phân tích bằng phần mềm Geo Studio có tải 84 4.3.1 Tính toán hệ số an toàn ổn định bờ sông 85 4.3.1.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 85 4.3.1.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 88 4.3.1.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 91 4.3.2 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau 94 4.3.2.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 94 4.3.2.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 96 4.3.2.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 98 4.3.3 Kết quả hệ số hạ độ sâu cực hạn với các bề rộng mái khác nhau 100 4.3.3.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 100 4.3.3.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 101 4.3.3.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 101 4.3.4 Kết quả góc dốc cực hạn ứng với các bề rộng mái dốc khác nhau 102 4.3.4.1 Sông Cổ Chiên – Tỉnh Vĩnh Long 102 4.3.4.2 Sông Hậu Tp Long Xuyên – An Giang 103 4.3.4.3 Sông Cần Thơ – Tp Cần Thơ 104 4.4 Nhận xét và giải thích 105 4.4.1 Tính toán hệ số an toàn ổn định bờ sông 105 4.4.2 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau 105 4.4.3 Kết quả hệ số hạ độ sâu cực hạn với các bề rộng mái khác nhau 106 4.4.4 Kết quả góc dốc cực hạn ứng với các bề rộng mái dốc khác nhau 106 4.5 Áp dụng kết quả nghiên cứu 107 4.5.1 Kiểm tra hệ số an toàn bờ sông hiện tại 107 4.5.2 Tính toán khối lượng cát khai thác 108 4.5.3 Ví dụ tính toán 109 4.6 So sánh kết quả nghiên cứu với kết quả sạt lở thực tế 111 4.6.1 Trên sông Cổ Chiên – Vĩnh Long 111 4.6.2 Trên sông Hậu- Tỉnh An Giang 112 4.6.3 Trên sông Cần Thơ-Tp .Cần Thơ 114 4.7 So sánh kết quả tính toán khối lƣợng cát 116 4.8 Khoảng Cách Khai Thác Cát An Toàn 118 4.9 Tính tƣơng quan giữa khối lƣợng khai thác cát và Fs 119 4.9.1 Trên sông Cổ Chiên – Vĩnh Long 119 vii
10. 4.9.2 Trên sông Hậu- Tỉnh An Giang 119 4.9.3 Trên sông Cần Thơ-Tp .Cần Thơ 120 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121 5.1 Kết luận 121 5.2 Kiến nghị 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 viii
11. DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1Tình trạng khai thác cát và sạt lở ở Xã Thường Phước, Huyện Hồng Ngự 2 Hình 1.2 Sạt lở khu vực đầu cồn Xã An Bình, Huyện Long Hồ 2 Hình 1.3 Hiện trường vụ sạt lở khu vực Phú Lợi, Phường Tân Phú, Quận Cái Răng 3 Hình 2.1 Cơ chế phá hoại dạng cung trượt tròn điển hình 9 Hình 2.2 Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường 10 Hình 2.3 Sơ đồ lực và cách tay đòn tác dụng lên thỏi trượt 10 Hình 2.4 Mô hình tính toán của phương pháp Spencer 12 Hình 2.5 Mô hình tính toán dùng để lựa chọn phương pháp tính 15 Hình 2.6 Biểu đồ sức chống cắt không thoát nước sông theo TN cắt cánh trên sông Cổ Chiên 16 Hình 2.7 Biểu đồ hệ số Fs của các phương pháp Cân Bằng Giới Hạn 17 Hình 2.8 Mô hình trong phương pháp Phần Tử Hữu Hạn 18 Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ giữa τ và chuyển vị 19 Hình 3.1 Mặt cắt sông trong tính toán 21 Hình 3.2 Mặt cắt sông thay đổi theo hướng hạ lòng sông vuông góc 21 Hình 3.3 Mặt cắt sông thay đổi theo hướng tăng độ dốc 22 Hình 3.4 Mặt cắt sông lúc sông bị phá hoại 22 Hình 3.5 Hệ số an toàn và cung trượt lúc ban đầu bằng PP Spencer (Fs=3.275) 23 Hình 3.6 Hệ số an toàn và cung trượt theo hướng hạ vuông góc bằng PP Spencer (Fs=2.726) 23 Hình 3.7Hệ số an toàn và cung trượt theo hướng tăng độ dốc bằng PP Spencer (Fs=2.292) 23 Hình 3.8 Kết quả giá trị sức kháng cắt không thoát nước sông trên sông Cổ Chiên 27 Hình 3.9 Biểu đổ biểu diễn Su suy diễn và Su cắt cánh sông Cổ Chiên 30 Hình 3.10 Kết quả giá trị Su từ TN cắt cánh tỉnh Trà Vinh 32 Hình 3.11Biểu đổ biểu diễn Su suy diễn và Su cắt cánh tỉnh Trà Vinh 33 Hình 3.12 Mô hình tính toán dùng để lựa chọn phương pháp tính 34 2 Hình 3.13 Biểu đồ so sánh hệ số Fs giữa PP Spencer và PP PTHH (R =0.9887) 35 Hình 3.14 Mô hình tính toán dùng để lựa chọn PP tính Su 36 Hình 3.15 Mô hình tính toán dùng để lựa chọn PP tính Su 37 Hình 3.16 Biểu đồ so sánh hệ số Fs theo cắt cánh và PI Tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh 38 Hình 4.1 Bản đồ khảo sát vùng sạt lở sông Cổ Chiên – Vĩnh Long 39 Hình 4.2 Kết quả của sức kháng cắt không thoát nước sông của đất sét bão hòa 40 Hình 4.3 Biểu đồ khoảng mực nước sông trạm Mỹ Thuận cao nhhất và thấp nhất theo ngày năm (2013, 2014) 42 ix
12. Hình 4.4 Bản đồ khảo sát vùng sạt lở sông Hậu – An Giang 43 Hình 4.5 Biểu đồ sức kháng cắt không thoát nước theo chỉ số PI trên Sông Hậu 45 Hình 4.6 Biểu đồ khoảng mực nước sông trạm Long Xuyên cao nhhất và thấp nhất theo ngày (2013, 2014) 48 Hình 4.7 Bản đồ khảo sát vùng sạc lở sông Cần Thơ – Cần Thơ 49 Hình 4.8 Biểu đồ sức kháng cắt không thoát nước theo chỉ số PI trên Sông Cần Thơ 51 Hình 4.9 Biểu đồ khoảng mực nước sông trạm Cần Thơ cao nhất và thấp nhất theo ngày (2013, 2014) 54 Hình 4.10 Mô hình tính toán ổn định mái dốc Tỉnh Vĩnh Long chưa gia tải 55 Hình 4.11 Biểu đồ hệ số an toàn Fs Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải 61 Hình 4.12 Mô hình tính toán ổn định mái dốc khi chưa gia tải 61 Hình 4.13 Biểu đồ hệ số an toàn Fs của Tỉnh An Giang chưa có tải 67 Hình 4.14 Mô hình tính toán ổn định mái dốc khi chưa gia tải 67 Hình 4.15 Biểu đồ hệ số an toàn Fs của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải 72 Hình 4.16 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải Fs=1.1 74 Hình 4.17 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải Fs=1.15 74 Hình 4.18 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải Fs=1.2 75 Hình 4.19 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải Fs=1.1 76 Hình 4.20 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải Fs=1.15 76 Hình 4.21 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải Fs=1.2 76 Hình 4.22 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải Fs=1.1 78 Hình 4.23 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải Fs=1.15 78 Hình 4.24 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải Fs=1.2 79 Hình 4.25 Biểu đồ Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải 80 Hình 4.26 Biểu đồ Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải 81 Hình 4.27 Biểu đồ Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải 81 Hình 4.28 Biểu đồ αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải 82 Hình 4.29 Biểu đồ αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải 83 x
13. Hình 4.30 Biểu đồ αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải 84 Hình 4.31 Biểu đồ hệ số an toàn Fs của Tỉnh Vĩnh Long có tải 88 Hình 4.32 Biểu đồ hệ số an toàn Fs của Tỉnh An Giang có tải 91 Hình 4.33 Biểu đồ hệ số an toàn Fs của Tỉnh Cần Thơ có tải 93 Hình 4.34 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải Fs=1.1 95 Hình 4.35 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải Fs=1.15 95 Hình 4.36 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải Fs=1.2 95 Hình 4.37 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải Fs=1.1 . 97 Hình 4.38 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải Fs=1.15 97 Hình 4.39 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải Fs=1.2 . 97 Hình 4.40 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải Fs=1.1 99 Hình 4.41 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải Fs=1.15 . 99 Hình 4.42 Biểu đồ Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải Fs=1.2 99 Hình 4.43 Biểu đồ Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải 100 Hình 4.44 Biểu đồ Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải 101 Hình 4.45 Biểu đồ Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải 102 Hình 4.46 Biểu đồ αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải 103 Hình 4.47 Biểu đồ αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải 104 Hình 4.48 Biểu đồ αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải 105 Hình 4.49 Tính khối lượng cát khai thác 109 Hình 4.50 Hệ số an toàn và cung trượt kiểm chứng bằng PP Spencer (Fs=1.443) 110 Hình 4.51 Quá trình sạt lở diễn ra trên sông Cổ Chiên- Tỉnh Vĩnh Long 112 Hình 4.52 Quá trình sạt lở diễn ra trên sông Hậu-Tỉnh An Giang 113 Hình 4.53 Quá trình sạt lở diễn ra trên sông Cần Thơ, Tp Cần thơ 115 Hình 4.54 Tính khoảng cách khai thác cát an toàn 118 Hình 4.55 Biểu đồ tương quan giữa khối lượng khai thác cát và Fs 120 xi
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Đặc điểm của các phương pháp Cân Bằng Giới Hạn 13 Bảng 2.2 Hướng dẫn áp dụng phân tích ổn định mái dốc trong thiết kế Theo tiêu chuẩn FHWA–NHI–06–088 của Mỹ đề xuất bởi Naresh et al. 2006 14 Bảng 2.3 Hệ số Fs của các phương pháp Cân Bằng Giới Hạn 16 Bảng 3.1 Bảng kết quả so sánh hệ số Fs 24 Bảng 3.2 Xác định tính chất của đất trên sông Cổ Chiên 29 Bảng 3.3 Sức kháng cắt không thoát nước sông Su 29 Bảng 3.4 Bảng tính toán các trị số QTTB, COV 30 Bảng 3.5 Sức kháng cắt không thoát nước sông Su 31 Bảng 3.6 Bảng tính toán các trị số QTTB, COV 32 Bảng 3.7 So sánh hai phương pháp Cân Bằng Giới Hạn và Phần Tử Hữu Hạn 34 Bảng 3.8 Bảng kết quả so sánh hệ số Fs giữa PP Spencer và PP PTHH 35 Bảng 3.9 Kết quả hệ số an toàn Fs theo cắt cánh và PI 37 Bảng 3.10 Tải trọng phân bố trên bờ sông 38 Bảng 4.1 Xác định tính chất của đất trên sông Cổ Chiên 39 Bảng 4.2 Thống kê lớp đất theo độ sâu khu vực kè Cổ Chiên 40 Bảng 4.3 Điều kiện thủy văn trạm Mỹ Thuận khu vực sông Cổ Chiên năm 2013, 2014 41 Bảng 4.4 Xác định tính chất của đất trên Sông Hậu 43 Bảng 4.5 Kết quả tính toán Su theo kết quả thí nghiệm cắt đất trực tiếp 44 Bảng 4.6 Kết quả tính toán Su theo chỉ số dẻo PI 44 Bảng 4.7 Thống kê lớp đất theo độ sâu khu vực sông Hậu 45 Bảng 4.8 Điều kiện thủy văn trạm Long Xuyên khu vực sông Hậu năm 2013, 2014 46 Bảng 4.9 Xác định tính chất của đất trên Sông Cần Thơ 49 Bảng 4.10 Kết quả tính toán Su theo kết quả thí nghiệm cắt đất trực tiếp 50 Bảng 4.11 Kết quả tính toán Su theo chỉ số dẻo PI 50 Bảng 4.12 Thống kê lớp đất theo độ sâu sông Cần Thơ 51 Bảng 4.13 Điều kiện thủy văn trạm Cần Thơ khu vực sông Cần Thơ năm 2013, 2014 52 Bảng 4.14 Hệ số an toàn Fs Tỉnh Vĩnh Long (chưa tải) 58 Bảng 4.15 Hệ số an toàn Fs của Tỉnh An Giang chưa có tải 64 Bảng 4.16 Hệ số an toàn Fs của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải 70 xii
15. Bảng 4.17 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải Fs=1.1 73 Bảng 4.18 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải Fs=1.15 73 Bảng 4.19 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải Fs=1.2 73 Bảng 4.20 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải Fs=1.1 75 Bảng 4.21 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải Fs=1.15 75 Bảng 4.22 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải Fs=1.2 75 Bảng 4.23 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải Fs=1.1 77 Bảng 4.24 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải Fs=1.15 77 Bảng 4.25 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải Fs=1.2 77 Bảng 4.26 Kết quả Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải 79 Bảng 4.27 Kết quả Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải 80 Bảng 4.28 Kết quả Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải 81 Bảng 4.29 Kết quả αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long chưa có tải 81 Bảng 4.30 Kết quả αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang chưa có tải 83 Bảng 4.31 Kết quả αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ chưa có tải 83 Bảng 4.32 Hệ số an toàn Fs của Tỉnh Vĩnh Long có tải 85 Bảng 4.33 Hệ số an toàn Fs của Tỉnh An Giang có tải 88 Bảng 4.34 Hệ số an toàn Fs của Tỉnh Cần Thơ có tải 91 Bảng 4.35 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải Fs=1.1 94 Bảng 4.36 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải Fs=1.15 94 Bảng 4.37 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải Fs=1.2 94 Bảng 4.38 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải Fs=1.1 96 Bảng 4.39 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải Fs=1.15 96 Bảng 4.40 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải Fs=1.2 96 Bảng 4.41 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải Fs=1.1 98 xiii
16. Bảng 4.42 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải Fs=1.15 98 Bảng 4.43 Kết quả Hcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải Fs=1.2 98 Bảng 4.44 Kết quả Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải 100 Bảng 4.45 Kết quả Rcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải 101 Bảng 4.46 Kết quả Rcr ứng với các α0 khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải 101 Bảng 4.47 Kết quả αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Vĩnh Long có tải 102 Bảng 4.48 Kết quả αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh An Giang có tải 103 Bảng 4.49 Kết quả αcr ứng với các L khác nhau của Tỉnh Cần Thơ có tải 104 Bảng 4.50 Thống kê sạt lở trên sông Cổ Chiên – Vĩnh Long 111 Bảng 4.51 Thống kê sạt lở trên sông Hậu – An Giang 112 Bảng 4.52 Thống kê sạt lở trên sông Cần Thơ – Cần Thơ 114 Bảng 4.53 Khối lượng cát khai thác thân cát CC-TQ.5 117 Bảng 4.54 Khoảng cách bán kính (R) an toàn ứng với độ sâu khai thác (h) 119 Bảng 4.55 Tính tương quan giữa khối lượng khai thác cát và Fs của tỉnh Vĩnh Long 119 Bảng 4.56 Tính tương quan giữa khối lượng khai thác cát và Fs của tỉnh An Giang 119 Bảng 4.57 Tính tương quan giữa khối lượng khai thác cát và Fs của tỉnh Cần Thơ 120 xiv
17. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Đồng bằng sông Cửu Long là vùng đất phì nhiêu của cả nước sông với rất nhiều sản phẩm nông nghiệp và nhiều loại thủy sản cung cấp không chỉ trong nước sông mà còn xuất khẩu rất nhiều nơi. Với diện tích đất đai rộng lớn, màu mỡ được bồi đắp từ thượng nguồn. Hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt là điều kiện cung cấp phù sa không thể thiếu cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên cũng với nhiều hệ thống sông, lớp đất được bồi đắp và nền đất yếu gây nên nhiều vụ sạt lở đáng tiếc xảy ra. Toàn khu vực hàng năm vẫn xảy ra tình trạng sạt lở ở khắp các hệ thống sông gây nên nhiều hoang mang, lo lắng cho sinh hoạt, cũng như kinh tế cho người dân lao động. Sạt lở bờ sông đang là vấn đề lớn bức xúc hiện nay ở nước sông ta. Sạt lở bờ diễn ra ở hầu hết các bờ sông và ở hầu hết các địa phương có sông. Quá trình sạt lở bờ sông trong các điều kiện tác động vô cùng phức tạp của tự nhiên và con người. Việc xác định các nguyên nhân, cơ chế, giải pháp nhằm phòng, chống và hạn chế tác hại của quá trình sạt lở có ý ngĩa lớn. Một trong những nguyên nhân chủ quan gây sạt lở là việc khai thác cát. Hiện ở 13 địa phương ĐBSCL có khoảng 126 tổ chức, doanh nghiệp được cấp phép khai thác tại các mỏ cát dọc sông Cửu Long .Theo số liệu thì hằng năm, các con sông ở ĐBSCL đã bị lấy đi 34 triệu m3 trầm tích, tương đương 55 triệu tấn, trong đó có 90% là cát. 1
18. 1.2 Tình hình sạt lở do khai thác cát 1.2.1 Đồng Tháp Hình 1.1Tình trạng khai thác cát và sạt lở ở Xã Thường Phước, Huyện Hồng Ngự Trong Huyện Hồng Ngự, Xã Thường Phước là địa bàn đầu tiên đón nhận cát từ dòng Mekong đổ vào sông Tiền, giới buôn bán vật liệu xây dựng đều biết “Cát Thường Phước” và đây cũng là nơi đang phải đối mặt với vấn đề sạt lở kinh hoàng. Với trên 3km sông Tiền chảy qua địa bàn Xã Thường Phước hiện có tới 7 đoạn sạt lở (4 đoạn sạt lở nghiêm trọng). Gần đây nhất (16/10/2012) lại thêm một vụ sạt lở xảy ra tại ấp 1, nhấn chìm 4 căn nhà của người dân. (Nguồn Đài Truyền Hình Đồng Tháp) 1.2.2 Vĩnh Long Hình 1.2 Sạt lở khu vực đầu cồn Xã An Bình, Huyện Long Hồ 2
19. Vào ngày 29/10/2012 một đoạn bờ bao cặp tuyến sông Tiền thuộc Ấp An Long, Xã An Bình, Huyện Long Hồ đã xảy ra vụ sạt lở bờ sông khá lớn, làm cuốn trôi gần 8000 m2 đất ở khu vực này ra sông, đồng thời làm hư hại và nhấn chìm 23 bè và 4 hầm nuôi cá, gây thiệt hại nặng nề cho các hộ dân nuôi thủy sản, trị giá lên đến gần 4 tỷ đồng. (Nguồn Đài Truyền Hình Vĩnh Long) 1.2.3 Cần Thơ Hình 1.3 Hiện trường vụ sạt lở khu vực Phú Lợi, Phường Tân Phú, Quận Cái Răng Vụ sạt lở xảy ra vào khoảng 2h ngày 19/6/2015 sạt lở chiều dài 30m, rộng 5m và ăn sâu vào đất liền từ 5-7m. Vụ sạt lở làm đường lộ bê tông nông thôn qua khu vực này bị tắc hoàn toàn. (Nguồn Báo Công An Nhân Dân Online) Theo “Giảm trầm tích sông Mekong: Mối họa không còn là cảnh báo” TS. Đào Trọng Tứ, cố vấn mạng lưới sông ngòi Việt Nam cảnh báo: “ĐBSCL có 265 điểm sạt lở bờ sông, bờ biển với tổng chiều dài hơn 450km. Hầu hết bờ biển của khu vực châu thổ này đều bị xói lở với nhiều mức độ khác nhau. Mỗi năm sạt lở làm mất đi 500ha đất với tốc độ sạt lở dọc theo bờ biển từ 30- 40m/ năm. Như vậy mỗi năm khu vực mất đi diện tích đất tương đương với diện tích một xã. Dự báo đến năm 2050, sẽ có khoảng 1 triệu người ở ĐBSCL bị tác động trực tiếp bởi xói lở ven bờ và mất đất”. 3
20. 1.3 Tính cấp thiết của đề tài Quá trình phân tích kết quả thực tế cho thấy tình hình sạt lở diễn ra rất phức tạp và nguy hiểm. Việc đánh giá sai sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, kinh tế và tính mạng con người. Vì vậy cần một nghiên cứu đánh giá trước tình hình, nắm được quy luật nhằm hạn chế những sạt lở là rất quan trọng. Nghiên cứu này sẽ đi sâu phân tích từng trường hợp, khu vực địa chất cụ thể, lòng sông và từng điều kiện thủy văn. Nhằm đánh giá mức độ nguy hiểm và dự đoán khả năng sạt lở do khai thác cát. Nội dung phân tích sẽ đi sâu vào 3 tỉnh Vĩnh Long, An Giang, Cần Thơ, mô phỏng dưới dạng tổng quát một dòng sông cụ thể từ đó căn cứ vào mặt cắt của từng khu vực sẽ đưa ra những đánh giá chuẩn xác cho địa hình cần dự đoán. Việc khai thác cát không bền vững gây nhiều tác hại tiêu cực. Trong “Diễn đàn Bảo tồn thiên nhiên và văn hóa vì sự phát triển bền vững vùng đồng bằng sông Cửu Long lần 7”. Theo WWF Việt Nam phải tính toán chi tiết số lượng có thể khai thác cho từng loại trầm tích. Như vậy ảnh hưởng của việc khai thác cát đối với sự ổn định bờ sông là một vấn đề cấp bách. Việc tính toán khối lượng khai thác cát đảm bảo sự ổn định bờ sông sẽ mang lại nhiều lợi ích. →Do đó, phần nghiên cứu của này sẽ tập trung vào “Nghiên cứu tƣơng quan giữa khối lƣợng khai thác cát với độ ổn định bờ sông đồng bằng sông Cửu Long” 4
21. 1.4 Các nghiên cứu trƣớc 1.4.1 Quốc tế STT Bài nghiên cứu Tác giả Nội dung nghiên cứu Effects of in- Tìm được sự thay đổi địa hình lòng sông channel sand do khai thác cát excavation on Luo et Ảnh hưởng của khai thác cát làm thay đổi 1 the hydrology al.2007 mực nước sông sông of the Pearl Tác động của khai thác cát đến thủy văn và River Delta, môi trường biển China Tìm được sự thay đổi địa hình lòng sông Environmental do khai thác cát The Central Problems And Tìm được mối liên hệ giữa khối lượng Water 2 Data khai thác và độ hạ sâu Commission. Interpretation Khối lượng cát khai thác 2007 Ảnh hương của khai thác cát tới chất lượng nước sông, môi trường sinh học và xã hội Environmental Impac Of Sand Tìm được sự thay đổi địa hình lòng sông Mining: A Case do khai thác cát Study In The D. Padmalal. Quy trình quản lý và khai thác cát 3 River 2008 Ảnh hưởng của khai thác cát tới chất Catchments Of lượng nước sông, môi trường sinh học và Vembanad xã hội Lake, Southwest India River erosion, D. Millet. Xây dựng lý thuyết xói mòn và sạt lở 4 landslides and 2011 Ảnh hưởng của xói mòn đến hệ số an slope 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4