Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022 Thông tin giải pháp khoa học, cơng nghệ Phân tích ổn định mái dốc hai lớp đất theo phương pháp cân giới hạn phương pháp phần tử hữu hạn Đoàn Tấn Thi Phân hiệu Thành phố Hồ Chí MinhTrường Đại họcGiao thơng vận tải TỪ KHỐ Phân tích ổn định mái dốc Phương SKip cân giới hạn Phương pháp phần tử hữu hạn TÓM TẮT %jLEiRnày nghiên cứu ổn định mái dốc lớp đất với giả thiết toán biến dạng phẳng, đất giả thiết tuân theo tiêu chuẩn chảy dẻo MohrCoulomb Tác giả sử dụng phương pháp cân giới hạn theo lời giải Bishop, Janbu Spencer phần mềm SLOPE/W phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm PLAXIS Kết mô số bao gồm cấu trượt hệ số an toàn so sánh phương pháp này. (@giả thiết mái dốc phá hoại khơng theo mặt trượt trịn, hệ số an tồn )6thỏa mãn phương trình cân lực theo phương Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng haL Fich tiếp cận để phân tích ổn định mái dốc: phương pháp trực tiếp cách sử dụng ngang mảnh, kh{QJthỏa mãn phương trình cân phương pháp suy giảm sức chống cắt (cφ reduction), phương phá hoại Khi đó, khối đất trượt chia thành nhiều mảnh, phương pháp cân giới hạn. P{men Sau đó, Spencer phân tích ổn định mái dốc với giả thiết >@ có xét đến lực pháp tuyến lực trượt mảnh Hệ số an toàn )6 mái dốc theo6SHncer phải thỏa mãn phương trình cân lực phương trình cân m{men Sau Sarma &KXJK>@và >@ số tác giả khác nghiên cứu tạo phương pháp khác liên quan đến giả định khác lực lát cắt, nhằm mục đích tìm UD nhữQJ Nhác biệt phương pháp khác để xác định hệ số an toàn)6 Tất phương pháp LEM dựa giả định pháp gián tiếp phân tích hệ số an tồn )6bằng kết hợp với 7URQJ QJKLrn cứu này, phần mềm PLAXIS áp dụng để phân tích ổn định mái dốc hai lớp đất theo phương pháp phần tử hữu hạn. Bài tốn phân tích ổn định mái dốc lớp đất Mô tả sơ đồ mái dốc Trong toán này, sơ đồ kích thước hình học mái dốFWn định lực pháp tuyến (E) lực cắt (T) xen kẽ, khác lớp đất thỏa mãn điều kiện toán biến dạng phẳng thể giả định. với nhiều điều kiện độ dốc ꞵkhác Bài tốn phân tích với giả thiết biệt phương pháp cách lựFQjy xác định Lựa chọn phương pháp phân tích ổn định mái dốc Sử dụng LEM có ưu điểm chủ yếu đơn giản thuận tiện, thông số đầu vào đơn giản, dễ xác định Tuy nhiên, LEM có hạn chế khơng thỏa mãn điều kiện cân ứng suất Yj Nhông xét quan hệ ứng suất biến dạng Điều dẫn đến không xét Hình 4.1, sơ đồ toán kết hợp độ cao H lớp đất đất nước hồn tồn (DrDLQHd), không xét mực nước ngầm (áp lực nước lỗ rỗng khơng, tuynhiên với tốn khơng xét đến ảnh hưởng nước ngầm nên cao độ mực nước ngầm mặc định nằm đáy mơ hình) với điều kiện biên chuyển vị cưỡng không, tức dạngkếtcấungàm Bài tốn phân tích mái dốc tự nhiên chịu ảnh hưởng trọng lượng thân. ổn định cục mái dốc phân bố ứng suất không thực tế Kết phân tích theo LEM phụ thuộc vào dạng mặt trượt định, /(0phụ thuộc vào kinKQJhiệm người tíQKWRiQNKL[pW mặt trượt. 7URQJ EjL EiR Qj\ Wác giả lựa chọn phương pháp phân tích theo lời giải Bishop hệ số an toàn )6 thỏa mãn điều kiện cân m{PHQ-DQEXhệ số an toàn )6thỏa mãn điều kiện cân lực, Spencer hệ số aQ WRjQ )6 thỏa mãn điều kiện cân lực +uQKMơ hình tốn phân tích ổn định mái dốc lớp đất P{PHQ Các thơng số đất phân tích ổn định mái dốc: 7URQJ QJKLrn cứu này, phần mềm SLOPE/W áp dụng để + P : Chiều cao mái dốc phân tích ổn định mái dốctrên hai lớp đấWtheo phương pháp cân ꞵ *yFQJhiêng mái dốc giới hạn với hệ số an toàn )6đã xác định. γγ N1P : Trọng lượng riêng đất lớp 1, lớp FF FUHI N1P : Lực dính đơn vị đất lớp 1, lớp Phương pháp phần tử hữu hạQ )(0 φφ : Góc ma sát đất lớp 1, lớp (( (UHI N1P 0ô đun biến dạng đất lớp 1, lớp Lý thuyết trạng thái giới hạn sử dụng phương pháp phân tíFK ν: Hệ số Poisson phần tử hữu hạn dựa thay đổi ứng suất, biến dạng điểm chia mái dốc Đây xem phương pháp phân tích xác, thoả mãn điều kiện cân lực, điều kiện tươQJ WKtFK phương trình cấu thành điều kiện biên điểm mái dốc. Ưu điểm FEM mặt trượt không cần giả định trước, mặt phá hoại xảy sức kháng cắt đất thấp ứng suất cắt trọng lượng thân đất; Không yêu cầu liệu tiến hành phân mảnh phân tích dựa phương trình cân lực mơ men; Có thể xác định ứng suất biến dạng điểm mái dốc thơng qua phân tích phương pháp phần tử hữu hạn. Mơ tả phương pháp phân tích phần mềm 6ORSHYj3OD[LV Với đất lớp đất, tác giả phân tích ổn định mái dốc theo phương pháp cân giới hạn theo lời giải Bishop (BSM), Janbu (JSM) Spencer (SM) sử dụng phần mềm SLOPE/W vàso sánh với phương pháp phần tửhữu hạn sử dụng phần mềm PLAXIS 8.6. Trong tốn hệ số an tồn )6 khảo sát góc nghiêng mái dốc thay đổi ꞵ= 30° ÷ 90°, thơng số khác lớp đất γφ(Nνđược giả thiết giống nhau.9uVức chống cắt JOMC 64 Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022 Thông tin giải pháp khoa học, công nghệ Phần mềm SLOPE/W đất phụ thuộc vào lực dính c góc ma sát φ, WURQJEjLEiRnày lực dính lớp đất khảo sát thay đổi theo trường hợp cF Phần mềm PLAXIS ¸ Phân tích kết quả Phân tích cấu trượt mái dốc +uQKECơ cấu trượt mái dốc ꞵ Với giả thiết lớp đất (lớp trên) có lực dính c lớp đất (lớp dưới) có lực dính thay đổi c N1P ▪ Cơ cấu trượt mái dốc với góc nJKLrQJꞵ ¸N1Pnhằm khảo sát ảnh hưởng lực dính lớp đất hệ số an toàn )6của mái dốc Kết phân tích cho thấy: Phần mềm SLOPE: FF Phần mềm PLAXIS ▪ Khi tỉ số cF KD\F F: điều chứng tỏ lớp đất có khả chịu tải yếu lớp đất Kết phân tích ổn định cho thấy, góc nghiêng ꞵ ꞵ ꞵ ꞵ Yj FF mái dốc có khuynh hướng phá hoại mở rộng đỉnh trượt sâu xuống lớp đất (lớp đất yếu phíadưới) Hình 4.2a, 4.3a, 4.4a, 4D +uQKDCơ cấu trượt mái dốc ꞵ ▪ Khi tỉ số cF!KD\F!F: điều chứng tỏ lớp đất có Phần mềm SLOPE/W khả chịu tải lớn lớp đất Kết phân tích ổn định cho thấy, góc nghiêng ꞵ ꞵ ꞵ ꞵ FF Phần mềm PLAXIS YjFF mái dốc có mặt trượt thu hẹp đỉnh trượt chân mái dốc phạm vi lớp đất yếu phía (lớp đất 1) Hình 4.2b, 4.3b, 4.4b, E Theo kết phân tích ta nhận thấy cấu trượt hai phương pháp LEM FEM có khác biệt không đáng kể. ▪ Cơ cấu trượt mái dốc với JyFQJKLrQJꞵ Phần mềm SLOPE: ▪ Cơ cấu trượt mái dốc vớiJyFQJKLrQJꞵ Phần mềm SLOPE: FF Phần mềm SLOPE: ▪ Với góc nghiêng ꞵ FF Phần mềm PLAXIS +uQKECơ cấu trượt mái dốc ꞵ FF Phần mềm PLAXIS Phần mềm SLOPE/W FF FF Cơ cấu trượt mái dốc với góc nghiêng ꞵ +uQKDCơ cấu trượt mái dốc ꞵ Phần mềm PLAXIS +uQKDCơ cấu trượt mái dốc ꞵ Phần mềm SLOPE/W Phần mềm PLAXIS +uQKECơ cấu trượt mái dốc ꞵ ▪ Phần mềm PLAXIS +uQKDCơ cấu trượt mái dốc ꞵ +uQKECơ cấu trượt mái dốc ꞵ FF Phần mềm SLOPE/W Phần mềm PLAX,6 +uQKDCơ cấu trượt mái dốc ꞵ FF JOMC 65 Thông tin giải pháp khoa học, công nghệ Phần mềm SLOPE/W Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022 Phần mềm PLAXIS ổn định điều kiện tự nhiên, ta cần biện pháp gia cố mái dốc đảm bảo ổn định. +uQKECơ cấu trượt mái dốc ꞵ FF Phân tích hệ số an tồn)6 Bảng 4.1 trình bày thay đổi hệ số an toàn )6 Pii dốc phụ thuộc vào góc nghiêng ꞵvà hệ số cFcủa lớp đất Kết cho +uQKDSo sánh FS LEM F(0ꞵ FF ¸ thấy, với góc nghiêng mái dốc ꞵcho trước, hệ cFtăng hệ số DQWRjQ)6càng tăng. Bảng 4.1Hệ số an toàn )6mái dốc thay đổi theo tỷ số cF +uQKESo sánh FS LEM FEM, ꞵ FF ¸ +uQKFSo sánh FS LEM FEM, ꞵ FF ¸ +uQKWUuQKEj\VRsánh hệ số an toàn FS mái dốc lớp đất sử dụng SLOPE/W PLAXIS góc nghiêng mái dốc ꞵ đến90°, ta thấy: ▪ Khi tỉ số cF tăng từ 0.25 ¸ 1.25 hệ số an toàn FS gia tăng liên tục, điều chứng tỏ lực dính lớp đất F F) ảnK hưởng đến hệ số an toàn mái dốc FS Khi tỉ số c F an toàn FS đạt giá trị lớn nhất. 25 hệ số +uQKGSo sánh FS LEM FEM, ꞵ FF ¸ ▪ Nếu tỉ số tiếp tục gia tăng cF≥ 125 hệ số an tồn FS có giá trị khơng đổi, điều chứng tỏ lớp đất tốt lớp đất 1 F ≥ 1 F), tiếp tục tăng giá trị c lực dính khơng ảnh hưởng đến hệ số an tồn FS. ▪ Khi góc nghiêng mái dốc ꞵ số an tồn FS > [FS]JK do mái dốc đảm bảo điều kiện ổn định điều kiện tự nhiên. ▪ KLꞵ Yjꞵ đếnYjFF≥ 0hệ , hệ số an toàn FS < [FS]JK 2 ứng +uQKHSo sánh FS LE0Yj)(0ꞵ FF ¸ với tất hệ số lực dính cF, mái dốc khơng đảm bảo điều kiện JOMC 66 Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022 Thông tin giải pháp khoa học, công nghệ Kết luận Từ kết phân tích tốn ổn định mái dốc hai lớp đấtta thấy: ▪ Cơ cấu trượt hai phương pháp LEM FEM có khác ▪ Hướng nghiên cứu khảo sát, tính tốn kết tính ổn định trượt cơng trình thực tế để kiểm chứng, đánh giá so sánh kết nghiên cứu kết hợp với nghiên cứu tính tốn nhiều số liệu địa chất, thủy văn, dạng tải trọng khác nhDX biệt không đáng kể, hệ số an tồn FS chênh lệch khơng nhiều, Tài liệu tham khảo SKiS/(0 >@ Nguyễn Bá Duẩn, Đặng Thanh Hải, Vũ Đức Minh, Lê Thị Thúy Hiên, phương pháp FEM cho kết hệ số an toàn FS nhỏ phương ▪ Với đồng nhất, góc ma sát φtăng cấu trượt chuyển từ trượt mở rộng đỉnh trượt sâu xuống chân mái dốc sang dạng trượt thu hẹp đỉnh chân mái dốc, lúc hệ số an WRjQ )6 Wăng, chứng tỏ mái dốc ổn định hơn, nhiên ổn định mái dốc cịn phụ thuộc vào góc nghiêng ꞵ ▪ Với toán lớp đất, lớp đất tốt lớp phía (cF1), mái dốc có mặt trượt thu hẹp đỉnh trượt chân mái dốc phạm vi lớp đất yếu phía Tuy nhiên, với mái dốc thẳng đứng xảy lớp đất phía trênvới với tất hệ số cFQua đó, nhận thấy cFtăng từ 0.25÷1.25 hệ số an tồn tăng liên tục, điều chứng tỏ lực dính lớp đất ảnh Nghiên cứu xác định nguyên nhân trượt lở khu vực cầu móng sếntỉnh Lào Cai >@ )HOOXQLXV &DOFXODWLRQVRIWKH6WDELOLW\RI(DUWK'DPV3URFHHGLQJVRI WKH6HFRQG&RQJUess of Large Dams, Vol 4, pp 445‐63, Washington D C >@ %LVKRS $ : 7KH XVH RI VOLS FLUFOHV LQ VWDELOLW\ DQDO\VLV RI VORSHV Geotechnique, Vol No 1, pp 7‐17, London >@ -DQEX1 6WDELOLW\ DQDO\VLV RI6ORSHV ZLWK 'LPHQVLRQOHVV3DUDPHWHUV 7KHVLVIRUWKH'RFWRURI6FLHQFHLQWKH)LHOGRI&LYLO(QJLQHHULQJ+DUYDUG 8QLYHUVLW\6RLO0HFKDQLFV6HULHV1R >@ 6SHQFHU ( $ PHWKRG RI $QDO\VLV RI WKH 6WDELOLW\ RI (PEDQNPHQWV $VVXPLQJ3DUDOOHO,QWHUVOLFH)RUFHV*HRWHFKQLTXH9ROSS11‐26 >@ 6DUPD 6 6WDELOLW\ $QDO\VLV RI (PEDQNPHQW DQG 6ORSHV Geotechnique, Vol 23 (3), pp 423‐33 >@ &KXJK $ 9DULDEOH ,QWHUVOLFH )RUFH ,QFOLQDWLRQ LQ 6ORSH 6WDELOLW\ $QDO\VLV6RLOVDQG)RXQGDWLRQV9RO1RSS hưởng đến hệ số an toàn mái dốc FS, cF≥ 1.25 việc thay đổi lực dính ckhơng cịn ảnh hưởngđến hệ số an toàn FS. ▪ Sự ổn định mái dốc tự nhiên phụ thuộc vào góc nghiêng mái dốc β, góc ma sát φvà lực dính c, sức chống cắt đất c, φảnh hưởng đến hệ số an toàn mái dốc Khi góc nghiêng mái dốc lớn cần phải có biện pháp gia cường để mái dốc đảm bảo ổn định. JOMC 67 ... phân tích phương pháp phần tử hữu hạn. Mô tả phương pháp phân tích phần mềm 6ORSHYj3OD[LV Với đất lớp đất, tác giả phân tích ổn định mái dốc theo phương pháp cân giới hạn theo lời... tích ổn định mái dốc hai lớp đất theo phương pháp phần tử hữu hạn. Bài tốn phân tích ổn định mái dốc lớp đất Mô tả sơ đồ mái dốc Trong toán này, sơ đồ kích thước hình học mái dốFWn... Các thơng số đất phân tích ổn định mái dốc: 7URQJ QJKLrn cứu này, phần mềm SLOPE/W áp dụng để + P : Chiều cao mái dốc phân tích ổn định mái dốc trên hai lớp đấW theo phương pháp cân ꞵ *yFQJhiêng