Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ CỐT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2014 B[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ CỐT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ CỐT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60 – 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái HÀ NỘI – 2014 i LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ long biết ơn đến PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái, người dành nhiều thời gian hướng dẫn vạch định hướng khoa học cho luận văn Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Hồng Việt Hùng, người có nhiều ý kiến đóng góp quan trọng cho luận văn Tác giả xin cảm ơn thầy, giáo khoa Cơng trình, thầy cô giáo khoa Sau đại học tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức suốt thời gian tác giả học tập trình thực luận văn Tác giả chân thành cám ơn lãnh đạo đồng nghiệp môn Thủy công tạo điều kiện giúp đỡ tận tình suốt thời gian học hồn thành luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Gia đình người thân, ủng hộ động viên tác giả hoàn thành luận văn Hà nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Lê Hồng Phương ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa người cơng bố cơng trình khác TÁC GIẢ Lê Hồng Phương iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU .2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I TỔNG QUAN .3 1.1 CƠNG NGHỆ ĐẤT CĨ CỐT 1.1.1 Hình thức thứ đất có cốt .3 1.1.2 Hình thức thứ hai đất có cốt: 1.2 NGUYÊN LÝ ĐẤT CÓ CỐT VỀ MẶT CƠ HỌC 1.2.1 Tính chất học đất có cốt 1.2.2 Cơ chế gia cường đất mái dốc .10 1.2.3 Cơ chế tương tác đất với cốt 11 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 12 1.3.1 Phương pháp cân giới hạn (LEM) 12 1.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 20 1.3.3 Phương pháp tính tốn ổn định mái dốc có cốt thường dùng 24 1.4 KẾT LUẬN 30 CHƯƠNG II PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ CỐT .31 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 31 2.1.1 Xây dựng lưới phần tử 31 2.1.2 Xấp xỉ chuyển vị 32 2.1.3 Các phương trình cho phần tử 32 2.1.4 Tính tốn chuyển vị 32 2.1.5 Điều kiện tương thích 33 2.1.6 Hành vi ứng xử vật liệu 33 2.1.7 Điều kiện cân cho phần tử .34 2.1.8 Thiết lập phương trình tổng thể cho hệ 35 iv 2.1.9 Xác định điều kiện biên 35 2.1.10 Giải phương trình tổng thể 35 2.2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CĨ CỐT 36 2.2.1 Mơ hình vật liệu 37 2.2.2 Mơ hình tiếp xúc 40 2.3 XÂY DỰNG BÀI TOÁN MẪU .43 2.3.1 Mơ hình nghiên cứu 43 2.3.2 Kết nghiên cứu mơ hình 44 2.3.3 Lực kéo huy động T cốt 48 2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CỐT 51 2.4.1 Ảnh hưởng chiều cao mái dốc 51 2.4.2 Ảnh hưởng độ cứng cốt 52 2.4.3 Ảnh hưởng khoảng cách đặt cốt .53 2.4.4 Ảnh hưởng cường độ đất đắp 54 2.4.5 Ảnh hưởng chiều dài cốt 56 2.4.6 Ảnh hưởng đất 57 2.5 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ CỐT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 58 2.5.1 Mặt phá hoại 58 2.5.2 Hệ số an toàn 60 2.6 KẾT LUẬN 66 CHƯƠNG III TÍNH TỐN ỨNG DỤNG CƠNG TRÌNH THỰC TẾ 67 3.1 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH 67 3.2 LỊCH SỬ HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI MÁI DỐC Ở DỐC KIỀN 67 3.3 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ CẦN THỰC HIỆN .68 3.3.1 Nguyên nhân trượt lở mái dốc Kiền 68 3.3.2 Các giải pháp xử lý cần thực 68 3.4 THIẾT KẾ BẢO VỆ MÁI TALUY DƯƠNG 70 3.4.1 Kết cấu mái taluy dương 70 v 3.4.2 Tính tốn ổn định mái dốc có cốt 71 3.5 KẾT LUẬN 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 NHỮNG KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 78 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI .78 KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 82 vi THÔNG KÊ HÌNH VẼ Hình I-1 Đất trộn cốt _ Hình I-2 Khối đất trộn mảnh lưới địa kỹ thuật Hình I-3 Lấp hàm ếch chống sạt lở bờ sơng đống nịng nọc đất Hình I-4 Vịng Mohr ứng suất đất: 1) Đất khơng có cốt; 2) Đất có cốt _ Hình I-5 Xác định tính chất học đất có cốt theo quan điểm vật liệu máy ba trục _ Hình I-6 Lá nhôm làm cốt vết nứt, rách nhơm mẫu thí nghiệm trạng thái phá hoại Hình I-7 Sơ đồ cấu tạo tường - mái dốc có cốt VĐKT cuộn lên làm mặt tường Hình I-8 Xác định chiều dài neo Hình I-9 Tác dụng cốt đất Hình I-10 Nguyên lý đất gia cường Hình I-11 Cơ chế gia cường mái dốc cốt _ 10 Hình I-12 Mái dốc gia cố điển hình, mơ hình tương tác - cốt đất 11 Hình I-13 Sơ đồ cung trượt lực tác dụng lên thỏi đất thứ i _ 13 Hình I-14 Sơ đồ lực theo PP Fellenius _ 16 Hình I-15 Sơ đồ lực tính tốn theo PP Bishop đơn giản _ 16 Hình I-16 Sơ đồ lực tính toán theo PP Spencer 17 Hình I-17 Hàm biến thiên hướng lực tương tác PP GLE 18 Hình I-18 Sơ đồ lực tính tốn theo phương pháp Janbu _ 19 Hình I-19 Sơ đồ lực tính tốn theo phương pháp Janbu _ 22 Hình I-20 Tính tốn ổn định nội dốc đắp có cốt theo phương pháp “ khối nêm hai phần” 26 Hình I-21 Các phương pháp khác để dùng kiểm tra ổn định nội mái dơc đắp có cốt _ 28 Hình II-1 Phần tử tam giác biến dạng tuyến tính loại 38 Hình II-2 Phần tử tam giác biến dạng tuyến tính loại _ 38 Hình II-3 Phần tử tam giác biến dạng khối loại 38 Hình II-4 Phần tử tam giác biến dạng khối loại 38 Hình II-5 Quan hệ ứng suất – biến dạng mơ hình đàn dẻo 40 vii Hình II-6 Mơ hình phần tử tiếp xúc phẳng 41 Hình II-7 Mơ hình mái dốc khơng cốt có cốt 43 Hình II-8 Lưới phần tử mái dốc có cốt _ 43 Hình II-9 Các giai đoạn thi cơng mái dốc có cốt có chiều cao Hmax =18m 44 Hình II-10 Phổ cường độ đất huy động mái dốc cao 18m(%) 45 Hình II-11 Phổ biến dạng góc εxy mái dốc cao 18m (%) 46 Hình II-12 Phổ biến dạng ngang εx mái dốc cao 18m (%) _ 46 Hình II-13 Phổ biến dạng đứng εy mái dốc cao 18m (%) 47 Hình II-14 Phương biến dạng cắt lớn γmax mái dốc 47 Hình II-15 Lưới biến dạng mái dốc _ 48 Hình II-16 Vector chuyển vị tồn phần mái dốc cao 18m 48 Hình II-17 Phân bố lực kéo huy động dọc theo chiều dài cốt thứ 49 Hình II-18 Thơng số mơ tả quan hệ 50 Hình II-19 Quan hệ hi/H với Ti/Tmax _ 50 Hình II-20 Quan hệ Di/hi với Ti/Tmax _ 51 Hình II-21 Quan hệ hệ số an toàn Fs, lực kéo Tmax với chiều cao mái dốc 52 Hình II-22 Ảnh hưởng độ cứng cốt EA (mái dốc cao 18m) 53 Hình II-23 Ảnh hưởng bước cốt b (mái dốc cao 18m) 54 Hình II-24 Ảnh hưởng cường độ đất đắp (mái dốc cao 18m) 55 Hình II-25 Ảnh hưởng chiều dài cốt L (mái dốc cao 15m) 56 Hình II-26 Ảnh hưởng yếu (mái dốc cao 18m) 57 Hình II-27 Quan hệ hi/H với Ti/Tmax (trường hợp đất tốt) _ 58 Hình II-28 Mặt phá hoại mái dốc cao 18m tính theo phương pháp PTHH 59 Hình II-29 Mặt phá hoại mái dốc cao 18m tính theo phương pháp CBGH _ 59 Hình II-30 Phân phối lực cắt Tmax dọc theo chiều cao mái để tính Fr1 _ 61 Hình II-31 Phân phối lực cắt Tmax dọc theo chiều cao mái để tính Fr2 _ 61 Hình II-32.Quan hệ hệ số an toàn Fs với chiều cao mái dốc H mái dốc không cốt 62 Hình II-33 Quan hệ hệ số an toàn Fs với chiều cao mái dốc H mái dốc có cốt 63 Hình II-34 Quan hệ Ir (%) với chiều cao mái dốc H (m) _ 64 Hình II-35 Quan hệ hệ số an tồn Fr1 Fr2 với chiều cao mái dốc H (m) _ 65 viii Hình III-1 Hiện trạng sụt lở mái dốc taluy dương 68 Hình III-2 Biện pháp bảo vệ mái taluy dương _ 71 Hình III-3 Mặt cắt thiết kế mái taluy dương _ 71 Hình III-4 Hình dạng lưới địa kỹ thuật trục _ 73 Hình III-5 Mơ hình lưới phần tử mái taluy dương 73 Hình III-6 Phổ ứng suất huy động mái dốc _ 74 Hình III-7 Vector chuyển vị mái dốc 74 Hình III-8 Phương biến dạng cắt lớn γ max mái dốc 75 Hình III-9 Kết tính tốn ổn định mái dốc có cốt 76 THỐNG KẾ BẢNG BIỂU Bảng I-1 Tổng số đại lượng lực tác dụng lên khối trượt gồm n thỏi đất 14 Bảng II-1 Thông số mơ hình vật liệu 42 Bảng II-2 Kết tính tốn ổn định theo hai phương pháp _ 62 Bảng III-1 Các tiêu đất đắp đất 72 Bảng III-2 Các thông số kỹ thuật lưới địa kỹ thuật _ 72 Bảng III-3 Kết tính tốn ổn định mái dốc có cốt 75 PLB-2 Hình PLB I-3 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)-F le PLB-3 MÁI DỐC BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính tốn a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB I-4 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB I-5 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis)-F r PLB-4 Hình PLB I-6 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB I-7 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r2 PLB-5 II MƠ HÌNH MÁI DỐC CĨ CHIỀU CAO H = 10M MÁI DỐC KHƠNG BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính tốn a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB II-1 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB II-2 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis)-F fe PLB-6 Hình PLB II-3 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)-F le PLB-7 MÁI DỐC BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính toán a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB II-4 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB II-5 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis) PLB-8 Hình PLB II-6 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB II-7 Kết tính toán ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r2 PLB-9 III MƠ HÌNH MÁI DỐC CĨ CHIỀU CAO H = 15M MÁI DỐC KHƠNG BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính tốn a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB III-1 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB III-2 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis) PLB-10 Hình PLB III-3 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio) PLB-11 MÁI DỐC BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính tốn a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB III-4 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB III-5 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis) PLB-12 Hình PLB III-6 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB III-7 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r2 PLB-13 IV MƠ HÌNH MÁI DỐC CĨ CHIỀU CAO H = 18M MÁI DỐC KHƠNG BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính tốn a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB IV-1 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB IV-2 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis) PLB-14 Hình PLB IV-3 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio) PLB-15 MÁI DỐC BỐ TRÍ CỐT a Mơ hình tính toán a, Phương pháp PTHH (Plaxis) b, Phương pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB IV-4 Mơ hình tính tốn b Kết tính tốn ổn định Hình PLB IV-5 Kết tính tốn ổn định phương pháp PTHH (Plaxis) PLB-16 Hình PLB IV-6 Kết tính tốn ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB IV-7 Kết tính toán ổn định phương pháp CBGH (GeoStudio)- F r2