(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ổn định trượt sâu của mố cầu trên móng nông bằng phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát (glem)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _ Soukha YAKOSHI NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA MỐ CẦU TRÊN MĨNG NƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG GIỚI HẠN TỔNG QT (GLEM) NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM MÃ SỐ: 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _ Soukha YAKOSHI NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA MỐ CẦU TRÊN MĨNG NƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG GIỚI HẠN TỔNG QT (GLEM) NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM MÃ SỐ: 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lương Xuân Bính PGS.TS Nguyễn Phương Duy HÀ NỘI, NĂM 2023 i i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực, đáng tin cậy không trùng với nghiên cứu khác công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Người cam đoan i ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi muốn nói xin chân thành giáo viên hướng dẫn PGS.TS Lương Xuân Bính PGS.TS Nguyễn Phương Duy người thầy hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho trình nghiên cứu Tơi xin cảm ơn thầy giáo đọc luận án tiến sĩ cho tơi nhận xét sâu sắc có ý nghĩa quan trọng cho luận án Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp cho giúp đỡ động viên thời gian qua i iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÀI TỐN ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU MỐ CẦU TRÊN MĨNG NƠNG 1.1 Tính tốn ổn định chống lật mố cầu móng nơng .9 1.2 Tính tốn ổn định chống trượt mố cầu móng nơng .10 1.3 Tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng 11 1.3.1 Các phương pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng .12 1.3.2 Các phương pháp cân giới hạn để tính ổn định mái dốc 13 1.3.3 Một số nghiên cứu tính tốn ổn định mố cầu 16 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG GIỚI HẠN TỔNG QUÁT (GLEM) TÍNH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU MỐ CẦU TRÊN MĨNG NƠNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG 21 2.1 Tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng đất đắp sau lưng mố phương pháp GLEM 23 2.1.1 Sơ đồ kết cấu mơ hình tính toán 23 2.1.2 Các phương trình 27 2.1.3 Thiết lập toán .31 2.2 Tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi cơng tác dụng tải trọng xe thi công sau lưng mố phương pháp GLEM .32 2.2.1 Sơ đồ kết cấu mơ hình tính tốn 32 2.2.2 Các phương trình 33 2.2.3 Thiết lập toán .35 i iv 2.3 Tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi cơng tác dụng động đất phương pháp GLEM 36 2.3.1 Sơ đồ kết cấu mơ hình tính tốn 36 2.3.3 Thiết lập toán .40 2.4 Kết luận chương 41 CHƯƠNG PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG GIỚI HẠN TỔNG QUÁT (GLEM) TÍNH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU MỐ CẦU TRÊN MĨNG NƠNG TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC 42 3.1 Tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng tải trọng tĩnh hoạt tải phương pháp GLEM 43 3.1.1 Sơ đồ kết cấu mơ hình tính tốn 43 3.1.2 Các phương trình 46 3.1.3 Thiết lập toán .48 3.2 Tính ổn định mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác có xét đến ảnh hưởng nước ngầm phương pháp GLEM 49 3.2.1 Sơ đồ kết cấu mô hình tính tốn 49 3.2.2 Các phương trình 50 3.2.3 Thiết lập toán .55 3.3 Tính ổn định mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng động đất phương pháp GLEM 55 3.3.1 Sơ đồ kết cấu mơ hình tính tốn 55 3.3.2 Các phương trình 56 3.3.3 Thiết lập toán .59 3.4 Kết luận chương 60 CHƯƠNG XÂY DỰNG THUẬT TỐN, CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU MỐ CẦU TRÊN MĨNG NƠNG 61 4.1 Giải hệ phương trình xác định trường lực, hệ số an toàn tương ứng với mặt trượt giả định .61 4.2 Giải toán tối ưu hóa xác định hệ số an tồn Fs nhỏ mặt trượt nguy hiểm .62 4.3 Thuật toán xác định hệ số an toàn nhỏ mặt trượt nguy hiểm 65 i v 4.4 Lập chương trình tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng 67 4.4.1 Giới thiệu nội hàm Solver 68 4.4.2 Xây dựng chương trình giải tốn ổn định mố cầu móng nơng 72 4.5 Kết luận chương 73 CHƯƠNG THÍ DỤ TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 74 5.1 Tính tốn ổn định mái dốc đồng 74 5.2 Tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi cơng 76 5.2.1 Tính ổn định trượt sâu mố cấu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng áp lực đất đắp sau lưng mố 76 5.2.2 Tính ổn định trượt sâu mố cấu móng nơng giai đoạn thi cơng xét đến tải trọng xe thi công sau lưng mố 84 5.2.3 Tính ổn định trượt sâu mố cấu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng động đất 87 5.3 Tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác 90 5.3.1 Tính ổn định trượt sâu mố cấu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng tĩnh tải hoạt tải 90 5.3.2 Tính ổn định mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác có xét đến ảnh hưởng nước ngầm 97 5.4 Ứng dụng phương pháp GLEM đề nghị vào tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu Nặm Sương, CHDCND Lào 99 5.5 Kết luận chương 107 KẾT LUẬN .109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 i vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Fsmed Hệ số an toàn ổn định biến dạng trượt xảy mặt trượt đáy mặt trượt khối trượt Fsmin Hệ số an toàn ổn định biến dạng trượt xảy mặt trượt đáy khối trượt GLEM Generalized Limit Equilibrium Method: Phương pháp cân giới hạn tổng quát GLEM-BA-CS Generalized Limit Equilibrium Method – Bridge Abutment – Construction Stage 1: Chương trình tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi cơng tác dụng đất đắp sau mố GLEM-BA-CS Generalized Limit Equilibrium Method – Bridge Abutment – Construction Stage 2: Chương trình tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng xe thi công sau lưng mố GLEM-BA-CS Generalized Limit Equilibrium Method – Bridge Abutment – Construction Stage 3: Chương trình tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng động đất GLEM-BA-IS Generalized Limit Equilibrium Method – Bridge Abutment – In Service 1: Chương trình tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng tải trọng tĩnh hoạt tải GLEM-BA-IS Generalized Limit Equilibrium Method – Bridge Abutment – In Service 2: Chương trình tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng tải trọng tĩnh hoạt tải có xét đến nước ngầm GLEM-BA-IS Generalized Limit Equilibrium Method – Bridge Abutment – In Service 3: Chương trình tính ổn định trượt sâu mố cầu i vii móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng động đất LEM Limit Equilibrium Method: Phương pháp cân giới hạn Log-Spiral Logarithmic spiral i viii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Hệ số ma sát đáy móng đất [27] 11 Bảng So sánh số phương trình số ẩn 31 Bảng Hệ số an toàn ổn định mái dốc đồng theo phương pháp GLEM đề nghị phương pháp cân giới hạn LEM 76 Bảng Kích thước mố cầu qua sơng ÉT (đơn vị: m) 77 Bảng Tĩnh tả khố trượt có mố (trường hợp Hđ=8,19m) 78 Bảng Tổ hợp tả trọng tính theo TTGHCĐ (Vớ Hđ=8,19m) 79 Bảng 5 Hệ số an tồn ổn định mố cầu qua sơng ÉT giai đoạn thi công tác dụng áp lực đất đắp sau lưng mố 80 Bảng Khảo sát ảnh hưởng số lượng khối trượt đến hệ số an toàn 81 Bảng Hệ số an toàn theo phương pháp GLEM phần mềm GEOSLOPE .83 Bảng Tĩnh tả khố trượt có mố (trường hợp Hđ=2,05m xe trục) .86 Bảng Tổ hợp tải trọng (trường hợp Hđ=2,05m xe trục) 86 Bảng 10 Hệ số an toàn ổn định mố cầu móng nơng chịu tải trọng xe thi công sau lưng mố 87 Bảng 11 Tĩnh tả khố trượt có mố (trường hợp Hđ=2,05m) 89 Bảng 12 Tổ hợp tải trọng (trường hợp Hđ=2,05m) .89 Bảng 13 Hệ số an toàn ổn định mố cầu móng nơng giai đoạn thi cơng có động đất xảy 90 Bảng 14 Bảng thơng số hình học mố cầu (đơn vị: m) 91 Bảng 15 Hệ số an toàn ổn định mố cầu qua sông ÉT giai đoạn khai thác chịu tác dụng tĩnh tải hoạt tải .97 Bảng 16 Hệ số an toàn ổn định mố cầu qua sơng ÉT giai đoạn khai thác có xét đến nước ngầm 98 Bảng 17 Hệ số an toàn ổn định mố cầu qua sông ÉT giai đoạn khai thác có động đất .99 Bảng 18 Bảng thơng số hình học mố cầu Nặm Sương 100 Bảng 19 Hệ số an toàn ổn định mố A1 cầu qua sông Nặm Sương giai đoạn khai thác có mực nước ngầm xảy .107 i 99 Bảng 5.17 Trong đó, với ba tổ hợp tải trọng, hệ số an toàn Fsmin có giá trị khoảng 1,795 đến 1,799 Fsmed có giá trị khoảng 2,200 đến 2,298 Có thể thấy xuất động đất với gia tốc v = h = 0,15g = 1,5 m/s2, hệ số an toàn ổn định mố cầu bị g ảm rõ rệt so vớ kh chưa xét tớ động đất (Ví dụ 06) Phương pháp GLEM đề nghị đánh giá mức độ an toàn ổn định mố cầu giai đoạn khai thác có động đất xảy tương ứng với trạng thái giới hạn khác Bảng 17 Hệ số an tồn ổn định mố cầu qua sơng ÉT giai đoạn khai thác có động đất TT Hệ số an toàn TTGHCĐ1 TTGHCĐ2 TTGHCĐ3 Fsmin 1,799 1,799 1,795 Fsmed 2,298 2,298 2,200 5.4 Ứng dụng phương pháp GLEM đề nghị vào tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu Nặm Sương, CHDCND Lào Tháng năm 2018, mố cầu Nặm Sương đường quốc lộ 13N lý trình 402+500 tỉnh Lng Pha Bang bị ổn định trượt sâu vào tháng năm 2018 Với mục đích giúp đơn vị quản lý khai thác cơng trình cầu Nặm Sương hiểu rõ thực trạng cố cơng trình này, từ rút học kinh nghiệm công tác quản lý bảo trì cơng trình cầu nước CHDCND Lào, tác giả ứng dụng phương pháp GLEM đề nghị vào tính tốn ổn định mố cầu Nặm Sương Thơng tin chung cơng trình: Mố cầu (Mố A1), cầu Nặm Sương, bắc qua qua sông Nặm Sương thuộc đường quốc lộ 13N tỉnh Luông Pha Bang nước CHDCND Lào KM 402+500; cầu có kết cấu nhịp thép liên hợp nhịp giản đơn với sơ đồ 4x34=136m, dầm chữ I độ L=34m; bề rộng mặt cầu=9,50 m; thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 11823-3:2017, hoạt tải HL-93 chạy chiều, người hành: kN/m2 Số liệu chung:  Dự án: Cầu Nặm Sương thuộc quốc lộ 13N tỉnh Luông Pha Bang nước CHDCND Lào lý trình 402+500  Hạng mục cơng trình: Mố A1  Loại cầu: Cầu thép liên hợp nhịp giản đơn, dầm chữ I độ L=34m i 100  Bề rộng mặt cầu: 0,3+4,45@2=8,9m+0,3 = 9,50 m  Quy trình thiết kế: Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-3:2017  Tải trọng thiết kế: Hoạt tải HL-93 chạy chiều Người hành: kN/m2 Số liệu mố đất đắp:  Loại mố: Mố tường chữ U kiểu nhật bê tông cốt thép  Trọng lượng riêng bê tơng: c= 25  Góc ma sát lớp đất tự nhiên: 1 =12,25 = 0,214 Radians  Cường độ lực dính lớp đất tự nhiên: c1 = 2,38 kN/m2  Trọng lượng riêng đất tự nhiên: 1= 18,6 kN/m3  Góc ma sát lớp đất đắp: 2 = 38 = 0,663 Radians  Cường độ lực dính lớp đất đắp: c2 = kN/m2  Trọng lượng riêng đất đắp: 2= 15,6 kN/m3  Trọng lượng r êng nước: n= 9,81 kN/m3  Trọng lượng riêng đất no nước: ''= 23 kN/m3 kN/m3 Kích thước mố chiều cao đất đắp theo bảng 5.18: Bảng 18 Bảng thơng số hình học mố cầu Nặm Sương Hạng mục Tổng chiều cao mố Chiều cao tường đỉnh Chiều cao tường thân Chiều cao bệ móng Chiều cao đỉnh vai kê Chiều cao vai kê Chiều cao đáy vát vai kê Chiều cao tường vai kê Chiều rộng tường thân Chiều rộng tường đỉnh Chiều dài tường cánh Chiều rộng vai kê Ký hiệu Giá trị H H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 B1 B2 B3 B4 9,685 2,185 1,5 0,6 0,3 0,3 8,485 0,9 0,5 4,5 0,3 i Hạng mục Ký hiệu Giá trị Bề rộng phần móng trước bệ B5 1,1 Bề rộng tường thân B6 1,4 Bề rộng móng sau tường thân B7 4,5 Tổng bề rộng móng B8 KC từ mép trường trước đến tim gối B9 0,45 KC từ mép trường đỉnh đến tim gối B10 0,45 Bề rộng bệ móng b1 9,50 Bề rộng tường cánh b2 0,5 Chiều rộng vai kê (phía ngang) b3 8,5 Chiều rộng đất đắp đến mép mố B11 9,5 Chiều cao đất đắp tính tốn H8 11,19 H8 chiều cao tính từ đáy mố đến vị trí 101 Số liệu kết cấu phần trên: 9500 4750 4750 1250 300 225 225 220 225 1000 300 1150 2400 2400 2400 Mặt cắt ngang cầu Hình 16 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu Nặm Sương Các thông số mái dốc: - Chia lăng thể trượt thành khối trượt Hình 5.17 - Mố đặt khối trượt thứ - Có lớp đất (lớp đất tự nhiên lớp đất đắp sau lưng mố) - Độ dốc nghiêng mái dốc 1:1 - Mố chìm đất tự nhiên 3,5m - Chiều cao đất đắp tính tốn: Hđ= 11,19 m i 1150 102 T¶i träng trơc xe qll qdl bFr qH1 bwl+ws bbr qH3 qH2 Y P5 - P6 Hd x ,Y R1 R2 x ,Y 2 qM R3 R4 = 15,6kN/m3 x ,Y M1 MNN M o x , Y c= kN/m2 M2 X = 38 R5 P1 - P2 - P3 - P4 R7 R6 MN x ,Y P7 o = 12,25 c= 2,38 kN/m2 = 18,6 kN/m3 x ,Y x ,Y Hình 17 Sơ đồ chia khối lăng thể trượt tính ổn định mố cầu Nặm Sương Xác định tải trọng tác dụng lên khối trượt Tải trọng từ kết cấu phần + Tĩnh tả QDL cho mố cầu bên: Hạng mục TT Tổng trọng lượng kết cấu nhịp mắt cầu DC Trọng lượng lớp phủ,lan can tiện ích DW Tổng trọng lượng QDL + Hoạt tải i Đơn vị kN kN kN Lực đứng Q 2366,56 192,53 2559,09 Lực ngang B 0,00 0,00 0,00 103 - Tải trọng làn: WL Hoạt tải xe P1 35,00 P2 145,00 Xe trục P3 145,00 S1 4,30 S2 4,30 P1 110,00 Xe trục P2 110,00 S 1,20 Làn WL 9,30 - Lực hoạt tải: Hạng mục TT Xe trục (2 cụm bánh xe) Xe trục (2 cụm bánh xe) Lực xung kích 25% Tải trọng 9,3kN/m Tải trọng người hành 3kN/m2 Tổng tải trọng hoạt tải lớn kN kN kN m m kN kN m kN/m Lực đứng Q 594,31 432,05 148,58 154,38 0,00 897,26 Lực ngang B 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Lực hãm xe BBR lấy giá trị lớn giá trị đây: - 25% tải trọng xe trục xe trục thiết kê; - 5% xe trục cộng tải trọng 5% xe trục thiết kê cộng tải trọng Hạng mục Lực đứng Q TT Đơn vị 0,00 Lực hãm dọc cầu xe Truck kN 0,00 Lực hãm dọc cầu xe Tandem kN 0,00 Lực hãm lớn theo phương dọc cầu kN Lực ngang B 148,58 108,01 148,58 Đơn vị kN kN kN kN kN kN + Lực hãm xe BBR + Lực ma sát gối BFR - Tính BFR theo cơng thức: BFR = f N TT Trong đó: f: hệ số ma sát, f = 0.10 N: tải trọng thẳng đứng Lực đứng Q Đơn vị 0,00 kN Hạng mục Lực ma sát gối lớn + Lực gió dọc tác dụng lên hoạt tải kết cấu i Lực ngang B 345,64 104 Tải trọng từ kết cấu phần TT Hạng mục Đơn vị kN Tĩnh tải bệ mố QM1 Lực đứng Q 2443,88 Lực ngang B 0,00 Tĩnh tải tường thân QM2 kN 2932,65 0,00 Tĩnh tải tường cánh QM3 kN 1233,15 0,00 Tĩnh tải tường đỉnh QM4 kN 254,28 0,00 Tĩnh tải vai kê QM5 kN 31,42 0,00 Tĩnh tải đất đắp lòng mố Qsoil Tổng tĩnh tải phần mố (Khối M) QM kN kN 8762,54 15657,91 0,00 0,00 i 105 Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn: TTGHCĐ I TTGH Hệ số tải trọng ( P) Tải trọng TTGHCĐ II H kN kN 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Hoạt tải nhịp cầu QLL (LL+IM+PL) Tĩnh tải nhjip cầu QDL + Tổng trọng lượng kết cấu nhịp DC + Trọng lượng lớp phủ, lan can tiện ích DW Tĩnh tải mố cầu QM + Tải trọng bệ mố QM1 1,75 1,25 1570,21 3246,99 2958,20 288,79 8619,21 3054,84 + Tải trọng tường thân QM2 1,25 3665,81 0,00 + Tải trọng tường cánh QM3 1,25 1541,43 0,00 + Tải trọng tường đỉnh QM4 1,25 317,85 0,00 + Tải trọng vai kê QM5 1,25 1,35 1,75 0,00 0,00 1,00 1,25 1,50 39,28 0,00 1,25 11829,43 0,00 0,00 0,00 0,00 25265,85 1211,31 3246,99 2958,20 288,79 8619,21 3054,84 0,00 260,01 0,00 0,00 345,64 605,64 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 + Tải trọng tường thân QM2 1,25 3665,81 0,00 + Tải trọng tường cánh QM3 1,25 1541,43 0,00 + Tải trọng tường đỉnh QM4 1,25 317,85 0,00 + Tải trọng vai kê QM5 1,25 1,35 1,35 0,00 0,00 1,00 Tĩnh tải đất đắp lòng mố QSOIL Lực hãm xe BBR Lực gió dọc tác dụng lên kết cấu BWS Lực gió dọc tác dụng lên xe cộ BWL Lực ma sát gối BFR Tổng cộng: Hoạt tải nhịp cầu QLL (LL+IM+PL) Tĩnh tải nhjip cầu QM + Tổng trọng lượng kết cấu nhịp DC + Trọng lượng lớp phủ, lan can tiện ích DW Tĩnh tải mố cầu QM + Tải trọng bệ mố QM1 1,35 1,25 1,50 39,28 0,00 1,25 11829,43 0,00 0,00 0,00 0,00 24906,94 0,00 3246,99 2958,20 288,79 8619,21 3054,84 0,00 200,58 0,00 0,00 345,64 546,21 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 + Tải trọng tường thân QM2 1,25 3665,81 0,00 + Tải trọng tường cánh QM3 1,25 1541,43 0,00 + Tải trọng tường đỉnh QM4 1,25 317,85 0,00 + Tải trọng vai kê QM5 1,25 1,35 0,00 1,40 0,00 1,00 39,28 0,00 11829,43 0,00 0,00 0,00 0,00 23695,64 0,00 0,00 28,10 0,00 345,64 373,74 Tĩnh tải đất đắp lịng mố QSOIL Lực hãm xe BBR Lực gió dọc tác dụng lên kết cấu BWS Lực gió dọc tác dụng lên xe cộ BWL Lực ma sát gối BFR Tổng cộng: Hoạt tải nhịp cầu QLL (LL+IM+PL) Tĩnh tải nhjip cầu QM + Tổng trọng lượng kết cấu nhịp DC + Trọng lượng lớp phủ, lan can tiện ích DW Tĩnh tải mố cầu QM + Tải trọng bệ mố QM1 TTGHCĐ III V Tĩnh tải đất đắp lòng mố QSOIL Lực hãm xe BBR Lực gió dọc tác dụng lên kết cấu BWS Lực gió dọc tác dụng lên xe cộ BWL Lực ma sát gối BFR Tổng cộng: i 0,00 1,25 1,50 106 Kết tính tốn nhận xét: Chương trình GLEM-BA-IS ứng dụng khảo sát tính tốn ổn định trượt sâu mố A1 cầu Nặm Sương giai đoạn khai thác có xét đến ảnh hưởng nước ngầm tải trọng khai thác Hệ số an toàn ổn định mố cầu Nặm Sương giai đoạn khai thác xét đến nước ngầm thể Bảng 5.19, mặt trượt nguy hiểm ứng với Fsmin trạng thái giới hạn cường độ thể Hình 5.18, mặt trượt nguy hiểm ứng với Fsmed trạng thái giới hạn cường độ thể hình Hình 5.19 Trong đó, với ba trạng thái giới hạn cường độ, hệ số an tồn Fsmin có giá trị khoảng 0,627 đến 0,690 Fsmed có giá trị khoảng 0,899 đến 0,987 Có thể thấy xuất nước ngầm, hệ số an toàn ổn định mố cầu bị giảm rõ rệt, tính tốn theo trạng thái giới hạn cường độ 1, trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn cường độ cho kết Fsmin Fsmed nhỏ 1,0 Điều hoàn toàn phù hợp với thực tế cố mố A1 cầu Nặm Sương bị trượt hồn tồn ngồi sơng Như vậy, với liệu cơng trình, phương pháp GLEM đề nghị cho phép tính tốn hệ số an toàn ổn định, giá trị hệ số an toàn phản ánh tốt mức độ an tồn ổn định cơng trình Qua đây, thấy rằng, phương pháp GLEM đề nghị ứng dụng để tính tốn dự báo mức độ an tồn ổn định cơng trình mố cầu khai thác Hình 18 Mặt trượt giả định ban đầu mặt trượt thực tế mố cầu Nặm Sương tính theo TTGHCĐ1 có Fsmin=0,627 i 107 Hình 19 Mặt trượt giả định ban đầu mặt trượt thực tế mố cầu Nặm Sương tính theo TTGHCĐ1 có Fsmed=0,899 Bảng 19 Hệ số an tồn ổn định mố A1 cầu qua sơng Nặm Sương giai đoạn khai thác có mực nước ngầm xảy TT Hệ số an toàn TTGHCĐ1 TTGHCĐ2 TTGHCĐ3 Fsmin 0,627 0,687 0,690 Fsmed 0,899 0,908 0,987 5.5 Kết luận chương Trong phạm vi chương này, phương pháp GLEM đề nghị (phương pháp cân giới hạn tổng quát phát triển để tính ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng) chương trình máy tính ứng dụng vào tính toán ổn định mái dốc đồng Sự phù hợp kết tính tốn phương pháp GLEM đề nghị phương pháp cân giới hạn truyền thống cho thấy độ tin cậy tốt thuật toán chương trình máy tính Có thể thấy rằng, phương pháp GLEM đề nghị cho phép xác định hệ số an toàn Fsmin nhỏ so với phương pháp cân giới hạn khác, nghĩa sử dụng phương pháp cân giới hạn truyền thống để tính tốn ổn định mái dốc, chưa phản ánh mức độ nguy hiểm mái dốc Phương pháp GLEM đề nghị chương trình máy tính ứng dụng tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng đắp đắp sau lưng mố, hoạt tải thi công sau lưng mố có động đất xảy Trường hợp i 108 ổn định mố cầu giai đoạn thi công tác dụng đất đắp sau lưng mố tính toán so sánh phương pháp GLEM đề nghị phần mềm GEOSLOPE, kết cho thấy phần mềm GEOSLOPE cho hệ số an toàn lớn phương pháp GLEM đề nghị 5,27%, phần mềm GEOSLOPE chưa phản ánh mức độ nguy hiểm mái dốc Phương pháp GLEM đề nghị cho phép xác định hệ số an toàn ổn định mố cầu với chiều cao đất đắp khác nhau, tải trọng hoạt tải thi công, động đất xảy q trình thi cơng, từ cho phép xác định bước triển khai tham số phù hợp công tác thi công xây dựng mố cầu để đảm bảo mố cầu an toàn ổn định suốt trình xây lắp Phương pháp GLEM đề nghị chương trình máy tính ứng dụng tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng tĩnh tải, hoạt tải, nước ngầm, tải trọng động đất với tổ hợp tải trọng theo quy định Khi cập nhật điều kiện thực tế cơng trình q trình khai thác, phương pháp GLEM đề nghị cho phép khảo sát tính tốn xác định hệ số an toàn ổn định mố cầu, từ đánh giá mức độ an tồn cơng trình q trình khai thác, sở quan trọng cho định giải pháp bảo trì cơng trình cầu Phương pháp GLEM đề nghị ứng dụng vào tính tốn ổn định mố cầu Nặm Sương, CHDCND Lào với cố trượt mố cầu A1 vào tháng năm 2018 Kết tính tốn cho thấy hệ số an tồn Fsmin Fsmed mố A1 cầu Nặm Sương xuất mực nước ngầm nhỏ 1,0, nghĩa mực nước ngầm làm suy giảm ổn định mố cầu gây tượng ổn định trượt sâu i 109 KẾT LUẬN Các kết đạt đóng góp luận án Luận án đạt kết đóng góp sau: i Bằng cách kết hợp khối mố vào lăng thể trượt, xét đến tải trọng xe thi công sau lưng mố lực quán tính sinh động đất, phương pháp cân giới hạn tổng quát (GLEM) lần phát triển để tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi công tác dụng đất đắp sau lưng mố, tải trọng xe thi công động đất ii Bằng cách giới thiệu khối mố vào lăng thể trượt, xét đến tải trọng xe nhịp truyền xuống mố qua gối cầu, tải trọng xe sau lưng mố, lực quán tính sinh động đất lực đẩy có nước ngầm, phương pháp cân giới hạn tổng quát (GLEM) lần phát triển để tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn khai thác tác dụng của: tĩnh tải, hoạt tải; ảnh hưởng mực nước ngầm; tải trọng động đất iii Đã xây dựng thuật tốn chương trình máy tính giải tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng giai đoạn thi cơng giai đoạn khai thác Chương trình máy tính cho phép xác định hệ số an toàn ổn định: Fsmin (khi điều kiện trượt xảy mặt đáy lăng thể trượt), Fsmed (khi điều kiện trượt xảy mặt đáy mặt khối trượt) Đồng thời cho phép xác định mặt trượt nguy hiểm tương ứng với Fsmin Fsmed cho trượng hợp chịu lực Mặt trượt đáy lăng thể trượt có dạng đường gấp khúc bất kỳ, cho phép mô tả mặt trượt có dạng: mặt trượt phẳng; mặt trượt trụ trịn; mặt trượt có dạng cong tổng qt iv Kết khảo sát tính tốn số cho thấy phương pháp GLEM cho hệ số an toàn ổn định Fsmin có giá trị nhỏ so với phương pháp cân giới hạn truyền thống Như vậy, phương pháp GLEM cho phép xác định mức độ nguy hiểm ổn định mố cầu móng nơng cao so với phương pháp cân giới hạn truyền thống v Phương pháp GLEM cho phép xác định tham số kết cấu mố cầu mặt ổn định trình xây lắp Đồng thời cho phép đánh giá ổn định i 110 mố cầu q trình thi cơng khai thác có yếu tố bất lợi xảy ảnh hưởng nước ngầm, tải trọng động đất vi Phương pháp GLEM ứng dụng vào tính tốn ổn định mố A1 cầu Nặm Sương, CHDCND Lào Dưới ảnh hưởng nước ngầm dâng cao q trình khai thác, hệ số an tồn ổn định Fsmin Fsmed mố A1, cầu Nặm Sương có giá trị nhỏ Điều phù hợp với thực tế mố A1 cầu Nặm Sương bị ổn định trượt phía sơng vào tháng năm 2018 Hướng phát triển Trên sở kết đạt được, nghiên cứu sinh đề xuất hướng phát triển sau: - Phát triển phương pháp cân giới hạn tổng qt tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng nơng có sử dụng vải địa kỹ thuật cho đất đắp sau lưng mố - Phát triển phương pháp cân giới hạn tổng quát tính tốn ổn định trượt sâu mố cầu móng cọc - Phát triển toán cho trường hợp mặt trượt khơng gian - Bài tốn 3D i 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tổng cục Đường Việt Nam (2016), https://www.baogiaothong.vn/cau-o-ro-sap-la-dosup-va-truot-dat-nen-d164766.html Sở Giao thông vận tải Long An (2015), https://vnexpress.net/cau-2-5-ty-dong-bi-sap-saunua-thang-su-dung-3225582.html Bản tin Đài truyền hình Quốc gia Lào (2018), https://www.facebook.com/Laoedaily/videos/724602274541767/ 22TCN 18-79 (1979), Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, Nhà xuất Giao thông vận tải 22TCN272-05 (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu, Nhà xuất Giao thông vận tải TCVN 11823-10:2017 (2017), Tiêu chuẩn quốc gia Thiết kế cầu đường bộ, Phần 10 – Thiết kế móng, Nhà xuất Xây dựng TCVN 11823-11:2017 (2017), Tiêu chuẩn quốc gia Thiết kế cầu đường bộ, Phần 11 – Mố, trụ tường chắn, Nhà xuất Xây dựng AASHTO (2012), AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 6th Edition, American Association of State Highway and Transportation Officials Fellenius, W (1936), Calculation of the stability of earth dams – Proc., the 2nd Congress on Large Dams, 445-462 10 Bishop, A.W (1955), The use of slip circle in stability analysis of slop stability – Geotechnique 11 Spencer E (1967), A method of analysis of the stability of embankments assuming parallel inter-slice forces, Geotechnique 12 Janbu, N (1957), Earth pressure and bearing capacity calculation by generalized procedure of slice, Proc., the 4th ICSMFE 13 Morgenstern, N.R and Price, V.E (1965), The analysis of stability of general slip surface, Geotechnique 14 Azemeraw Wubalem (2020), Comparison of General Limit Equilibrium Method for Slope Stability Analysis, ResearchGate of University of Gondar, Ethiopia, DOI:10.13140/RG.2.2.17083.44324 15 Chen, W.F (1975), Limit analysis and soil plasticity, Elsevier Scientific Publishing Company, London i 112 16 Sloan, S W (1988a): Lower bound limit analysis using finite elements and linear programming, Int J Numer Anal Methods Geomech., 12, 61-77 17 Sloan, S.W (1989), Upper bound limit analysis using finite elements and linear programming, Int J Numer Anal Methods Geomech 18 Wymyslowski, M., Kuralowicz, Z (2016), “Study of displacements of a bridge abutment using FEM”, Studia Geotechnica et Mechanica, Vol 38, No 19 Sokolovsky, V.V (1960), Static of soil media - London, Butterworth’s Scientific Publications 20 Enoki, M et al (1990), Generalized slice method for slope stability analysis, Soils and Foundations – Japanese Soc of Soil Mech And Found Engng., 30(2) 21 Enoki, M., Yagi, N., Yatabe, R and Ichimoto, E (1991a), Generalized limit equilibrium method and its relation to slip line method, Soils and Foundations, Japanese Soc of Soil Mech and Found Engrg., 31(2), 1–13 22 Enoki, M., Yagi, N., Yatabe, R and Ichimoto, E (1991b), Relation of limit equilibrium method to limit analysis method, Soils and Foundations, Japanese Soc of Soil Mech and Found Engrg., 31(4), 37-47 23 Chao-Jun Ouyang, Qiang Xu, Si-Ming He, Yu Luo, Yong Wu (2013), A generalized Limit Equilibrium Method for the Solution of Active Earth Pressure on a Retaining Wall, Journal of Mountain Science, Vol 10(6), pp 1018-1027 24 Chuanzhi Huang (2020), Virtual Work Equation – Based Generalized Limit Equilibrium Method, Hardcover Book ISBN: 978-981-15-1571-2, The Chapter of Book, DOI:10.1007/978-981-15-1572-9_6 25 Chuanzhi Huang (2020), Generalized Limit Equilibrium Method in Plane Failure Mode, Hardcover Book ISBN: 978-981-15-1571-2, The Chapter of Book, DOI:10.1007/978-98115-1572-9_7 26 Trần Nhật Thăng (2011), Phát triển phương pháp cân giới hạn tổng quát tính ổn định mố cầu, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông vận tải 27 Bùi Anh Định – Nguyễn Sỹ Ngọc (2000), Nền móng cơng trình cầu đường - Nhà xuất xây dựng 28 Ellis, E.A et al (2001), Modelling of soil–structure interaction for a piled bridge abutment in plane strain FEM analyses, Computers and Geotechnics 28(2):79-98 29 GEO5 v16 (GEO FEM) (2013) [computer software]: Fine spol s r o 30 Fredlund, D G., and Krahn, J (1977), “Comparison of slope stability methods of analysis”, Canadian Geotechnical Journal, 14(3), 429–439 i 113 31 Lee W Abramson, et Al (1996), Slope stability and stabilization methods, John Wiley & Sons, Inc 32 Whitman, R.V and Bailey, W.A (1967), “Use of computers for slope stability analysis”, Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 93(SM4), 475-497 33 M G Anderson and K S Richards (Eds), (1987), Slope stability—geotechnical engineering and geomorphology, Wiley, Chichester 34 Sarma, S K (1973), “Stability analysis of embankments and slopes”, Géotechnique, 23(3), Sept., 423–433 35 Young-Suk Song & Tae-Hyung Kim (2009), Estimation of the Effect of Lateral Flow on Piled Bridge Abutments in Soft Ground Considering Piled Slabs as a Countermeasure of the Abutments, Marine Georesources & Geotechnology, 27:1, 34-52 36 Emad Farouz, Bhooshan Karnik, and Robert Stanley (2007), Case Study: Optimization and Monitoring of Slope Design in Highly Weathered Shale, Seventh International Symposium on Field Measurements in Geomechanics i