Sự Thay Đổi Hệ Số Ổn Định Bãi Thải Với Lượng Mưa 37 Cm/ngày

Với bãi thải S21 khi tăng lượng mưa theo các kịch bản R1 = 5 cm/ngày tới R5= 37 cm/ngày, hệ số ổn định bãi thải S21 thể hiện trên Hình 2.9.

Hệ số ổn định

1.7

1.68

1.66

1.64

1.62

1.6

1.58

1.56

1.54

1.52

0

12 24 36

S11

S21

48

S35

60

72

84

96

Hình 2.8. Sự thay đổi hệ số ổn định bãi thải với lượng mưa 37 cm/ngày

Hệ số ổn định

(FoS)

	Thời gian mưa, giờ

Có thể bạn quan tâm!

• Xói Lở Các Tầng Thải Từ Mức +200÷+60 M Gây Bồi Lấp Mặt Bằng +58 [5]
• Các Chỉ Tiêu Cơ Lý Đất Đá Theo Chiều Sâu Tại Bãi Thải Chính Bắc [68]
• Các Dạng Trượt Lở Liên Quan Tới Tính Chất Nền Thải
• Mối Quan Hệ Giữa Hệ Số An Toàn Fs Và Tỷ Lệ Không Thứ Nguyên C/γht, Cho Đống Đá Thải Có  = 30°, 37° Và 45 ° Và C = 1, 5, 10 Và 25 Kpa; A) Trường
• Vị Trí Lấy Mẫu Đất Đá Thải Tại Các Bãi Thải Vùng Cẩm Phả Năm 2015
• Phân Loại Các Bãi Thải Lớn Tại Vùng Cẩm Phả Theo Nguy Cơ Mất Ổn Định

Xem toàn bộ 222 trang tài liệu này.

Hình 2.9. Sự thay đổi hệ số ổn định bãi thải với lượng mưa thay đổi

Từ các Hình 2.8-2.9 cho thấy: trong mọi trường hợp, hệ số ổn định giảm trong thời gian mưa do áp lực nước lỗ rỗng ngày càng tăng. Mặc dù mức giảm là nhỏ, từ 0,2 đến 2,9%. Sau 24 giờ hệ số ổn định đạt giá trị tối thiểu. Đây là cơ sở để lựa chọn các thông số hình học của bãi thải đảm bảo ổn định trong mùa mưa.

2.2.2. Ảnh hưởng của địa chấn

Khi động đất xảy ra sẽ xuất hiện các dịch chuyển từ một điểm nhất định và lan truyền nhanh đến các điểm khác (sóng địa chấn) gây hư hại bờ dốc cũng như các công trình xung quanh do lực quán tính, sự thay đổi đặc tính bền của đất đá do hóa mềm, hóa lỏng, chuyển vị, trượt đất hay các chuyển vị bề mặt khác. Khi xảy ra

động đất bãi thải có thể bị trượt lở bởi tác dụng của các thành phần sau:

+ Sự tăng nhanh nhất thời của các lực theo phương thẳng đứng và phương ngang làm tăng thành phần lực gây trượt trên mặt yếu của bờ dốc;

+ Do sự rung lắc gây lún thân và nền bãi thải;

+ Trong trường hợp đất đá đổ thải hoặc lớp nền tồn tại nhiều cát hoặc sét ở trạng thái bão hòa hoà có thể thể gây ra hiện tượng hóa dẻo hay hóa lỏng tạm thời, từ đó làm giảm hay mất khả năng chống cắt của đất, do đó gây ra trượt lở.

Hệ số ổn định của bờ mỏ khi chịu tác động đồng thời của nước ngầm và chấn động được tính theo công thức [41, 42]:

𝐹𝑆

= 𝑐𝐿+[𝑊(𝑐𝑜𝑠𝛽−𝑘𝑠𝑖𝑛𝛽)−𝑈−𝑉𝑠𝑖𝑛𝛽]𝑡𝑎𝑛𝜑

𝑊(𝑠𝑖𝑛𝛽+𝑘𝑐𝑜𝑠𝛽)+𝑇+𝑉𝑐𝑜𝑠𝛽

(2.5)

Trong đó: c - lực dính kết; L - chiều dài đáy khối trượt; W - trọng lượng khối trượt; U - áp lực nước trong đất đá; V - Áp lực nước trong khe nứt thẳng đứng; β - góc nghiêng đáy khối trượt; k - hệ số chấn động.

2000

4000

Trên cơ sở sử dụng phần mềm chuyên dụng phân tích tác động của địa chấn và chấn động nổ mìn tới ổn định bãi thải (các Hình 2.10-2.14) cho thấy: khi bờ dốc chịu tác động của chấn động nổ mìn, sóng chấn động và dịch động của đất đá tại các vị trí trên bờ mỏ là khác nhau. Dịch chuyển của đất đá tại mép bờ lớn hơn tại chân bờ, điều này cho thấy phần trên của bờ mỏ chịu ảnh hưởng của địa chấn và chấn động nổ mìn lớn hơn phần dưới.

10000

8000

6000

12000

Hình 2.10. Phân bố ứng suất khi chịu tác động chấn động

Tốc độ sóng chấn động

	Mép tầng Chân tầng
	Thời gian, giây

Hình 2.11. Tốc độ sóng chấn động theo phương X tại mép và chân bờ

Tốc độ sóng chấn động

	Mép tầng Chân tầng
Thời gian, giây Hình 2.12. Tốc độ sóng chấn động theo phương Y tại mép và chân bờ
Dịch động		Mép tầng Chân tầng
	Thời gian, giây

Hình 2.13. Dịch động theo phương Y tại mép và chân bờ

Hình 2.14. Hệ số ổn định bãi thải khi chịu tác động nước mưa và chấn động nổ mìn

Dựa trên kết quả phân tích ở Hình 2.14 cho thấy: khi bờ bãi thải chịu tác động của địa chấn, hệ số ổn định giảm so với khi không chịu tác động là 8÷10%.

2.2.3. Ảnh hưởng của nền bãi thải

Đất nền bãi thải thường bị phá hoại dưới dạng đất nền hoặc khối đất đắp bị trượt. Sự trượt xảy ra theo một mặt nào đó trong khối đất là do ứng suất cắt τ (do tải trọng từ bãi thải gây ra) tại các điểm trên mặt đó quá lớn, lớn bằng cường độ chống cắt τo. Khi trượt, khối đất chuyển dịch lớn gây mất ổn định nền hoặc khối đất đá thải. Như vậy cường độ chống cắt τo của nền bãi thải là nhân tố chủ yếu quyết định đối với sự ổn định của khối đất (nền, đất thải) và an toàn của bãi thải.

Khả năng chống cắt đó của đất được đánh giá bằng cường độ chống cắt τo tại từng điểm trên mặt trượt. Cường độ chống cắt τo được hiểu là lực chống trượt lớn nhất trên một đơn vị diện tích tại mặt trượt khi khối đất này trượt lên khối đất kia.

Cường độ chống cắt trước hết phụ thuộc ứng suất pháp (do tải trọng ngoài gây ra) tác dụng tại mặt trượt. Ngoài ra, cường độ chống cắt còn phụ thuộc cường độ ma sát bề mặt, lực liên kết và lực cản giữa các hạt đất.

Trong thực tế, tải trọng và nền bãi thải có mối quan hệ mật thiết với nhau. Nếu tải trọng bãi thải nằm trong giới hạn chịu tải của đất nền thì ổn định của bãi thải chỉ phụ thuộc vào các thông số thiết kế bãi thải. Nếu tăng tải trọng của bãi thải tới một giá trị nhất định, vượt quá giới hạn tải trọng cho phép thì sẽ gây biến dạng nền dẫn

đến phá hoại nền bãi thải. Các giai đoạn biến dạng dẫn đến phá hoại nền bãi thải thể hiện ở Hình 2.15 [1].

0 Po Pgh

P (KN/m2)

a

(Sp)

b

c

S (mm)

Hình 2.15. Biểu đồ đường cong nén lún (S~p) của nền khi chịu tác động của tải trọng bãi thải [1]

Khi tải trọng chưa lớn 0 < p < p0, quan hệ S~p gần như là một đường thẳng.

Nếu tải trọng vượt quá po và ở trong phạm vi po < p < pgh thì quan hệ S~p là đường cong. Điều đó chứng tỏ với tải trọng p tăng đều đặn nhưng độ lún S tăng nhanh. Nếu tải trọng tiếp tục tăng và khi p > pgh thì vùng trượt cục bộ ở hai phía đột nhiên mở rộng và phát triển trong toàn nền tạo nên mặt trượt liên tục, gây trượt sâu trong nền, đất nền bị ép trồi lên, lún của nền thấp đột ngột. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phá hoại nền. Tải trọng pgh gọi là tải trọng giới hạn - tải trọng phá hoại.

Qua phân tích ở trên cho thấy: nếu tải trọng của bãi thải được khống chế p < po thì sẽ an toàn, ngược lại khi tải trọng bãi thải tác dụng lên nền > pgh thì rất nguy hiểm. Như vậy, bãi thải được coi là hợp lý khi: po <p < pgh.

Mối quan hệ giữa áp lực vật liệu đổ thải và vật liệu nền đổ thải

Các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng phương pháp Y = 0 xét quan hệ giữa vật liệu đổ thải và độ bền nền bãi thải. Thí nghiệm này đánh giá phân tích về hiện tượng xảy ra trong trường các trường hợp độ bền nền bãi thải giảm dần , trong khi đó góc dốc của lớp nền bãi thải tăng dần (Hình 2.16). Xét trường hợp đổ thải lên lớp đất nền có độ bền lớn, yếu hơn và yếu nhất [13].

Các Hình 2.16-a và 2.16-c chỉ ra sự thay đổi của lực phân bố P và hệ số ổn định F dọc theo bề mặt CBA cho 3 trường hợp. Trong mỗi trường hợp có sự biến

A

Vật liệu thải

B

C

a)



100

Lớp nền cứng hoặc góc nhá

P

P

0

2,0

n 1,0

b)

100

Lớp nền yếu hơn hoặc góc lớ n hơn

P

0

P

2,0

n 1,0

c)

100

Lớp nền yếu hoặc P góc rất lớn

0

P

2,0

n 1,0

d)

Lớp nền

dạng dọc theo bề mặt trượt của bãi thải. Ví dụ, dọc theo hướng AB, độ lún của vật liệu thì như nhau trong 3 trường hợp về giá trị lực p. Hai trường hợp đầu (các Hình 2.16-b và 2.16-c) có đủ lực dự trữ tại chân bãi thải nên không xảy ra hiện tượng sạt lở. Trong Hình 2.16-d khi lực dự trữ không đủ lớn, chân bãi thải sẽ bị trượt lở.

Hình 2.16. Sự thay đổi lực phân bố P và hệ số an toàn khi tăng độ bền của nền bãi thải hoặc giảm góc của lớp đất nền [13]

2.2.4. Ảnh hưởng của các thông số bãi thải

2.2.4.1. Ảnh hưởng của chiều cao tầng thải và bãi thải

Chiều cao của tầng thải (khi bãi thải 1 tầng) và bãi thải Ht có thể ảnh hưởng đến hệ số ổn định bãi thải FoS. Ảnh hưởng của Ht với ổn định bãi thải được minh họa ở Hình 2.17. Hình 2.17 (a) minh họa các kết quả thu được đối với một bãi thải

đồng nhất với một tầng thải Ht = 20÷120 m. Những kết quả này chỉ ra rằng chiều cao Ht lớn hơn dẫn đến hệ số an toàn thấp hơn. Đối với một độ cao nhất định, lực dính kết lớn thì hệ số ổn định lớn. Khi lực dính kết lớn như C= 25 kPa, FoS tại bãi thải 11 giảm từ 2,1 xuống 1,5 khi chiều cao của bãi thải tăng từ 20 m đến 120 m.

a)

b)

Hình 2.17. Mối quan hệ giữa hệ số an toàn FoS và chiều cao bãi thải Ht

a) Trường hợp bãi thải S1; b) Trường hợp Bãi thải S11

2.2.4.2. Ảnh hưởng của góc dốc bãi thải tới ổn định bãi thải

Ảnh hưởng của góc dốc bãi thải (α) đến hệ số an toàn FoS đã được khảo sát với bãi thải S1 có một tầng (Ht = 20 m), bãi thải S11 hai tầng, mỗi tầng có chiều cao Ht = 20 m với lực dính kết khác nhau (C = 1, 5, 10 và 25 kPa); góc dốc bãi thải thay đổi từ 26° đến 37°. Kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 2.18.

Hình 2.18. Mối quan hệ giữa FoS và góc dốc bãi thải

Qua Hình 2.18 cho thấy rằng: với mỗi loại đất đá khi cùng giá trị lực dính kết hệ số ổn định sẽ giảm khi tăng góc dốc bãi thải. Khi góc dốc bãi thải α = 30o, nếu tăng khi lực dính kết C từ 1 kPa đến 25 kPa, FoS tăng từ 1,2 đến 2,2.

2.2.5. Ảnh hưởng số lực dính kết đến ổn định bãi thải

Lực dính kết đất đá (C) là một trong các thông số quan trọng ảnh hưởng tới độ ổn định của bãi thải. Cũng tương tự như khối lượng thể tích đất đá, lực dính kết tại các vị trí khác nhau của tầng thải cũng có giá trị khác nhau. Lực dính kết phụ thuộc vào loại đất đá, kích thước cỡ hạt và lượng nước trong tầng thải.

Để xem xét ảnh hưởng của lực dính kết đến ổn định bãi thải [52] đã sử dụng phần mềm SIGMA/W và sau đó là SLOPE/W cho 4 trường hợp bãi thải S1, S11, S21 và S35 thông quq giá trị c/Ht. Các số liệu đầu vào cho việc tính toán bao gồm:

 đối với vật liệu đá thải được giả định thay đổi từ 30° đến 37° đến 45° và C = 1, 5, 10 hoặc 25 kPa. Các bề mặt trượt quan trọng và hệ số an toàn liên quan thu được dựa trên ứng suất tối ưu (các Hình 2.19-a, b, c và d).

Qua Hình 2.19 cho thấy: khi tăng  thì hệ số an toàn của bãi thải tăng. Ngoài ra, lực dính kết lớn sẽ tăng hệ số ổn định FoS. Ví dụ, đối với trường hợp S1 với c/Ht = 0,04 FoS tăng từ 1,1 lên 1,4 đến 1,7 khi  tương ứng từ 30° lên 37° đến 45°. Trong Hình 2.19-b, đối với trường hợp S11 với  = 37°, c/Ht tăng từ 0,012 lên 0,025 đến 0,065; đồng thời FoS tương ứng tăng từ 1,2 lên 1,3 đến 1,6. Tương tự ở Hình 2.19-c (Trường hợp S21) và Hình 2.19-d (Trường hợp S35), giá trị của FoS đi từ 1,4 đến 2 (Hình 2.19-c) và 1,4 đến 2,15 (Hình 2.19-d) khi  tăng từ 30° đến 45°.