Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu giải pháp xử lý chống sạt trượt mái đào đập tràn Thủy Điện Sông Bung 2

LỜI CẢM ƠN

Xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Phạm Văn Song, người đã dành nhiều thời

gian hướng dẫn và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn.

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Lê Trung Thành, người đã có nhiều ý kiến đóng góp quan trọng cho luận văn.

Tác giả xin cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Thủy công , các thầy cô giáo ở khoa

Sau đại học - Trường đại học Thủy Lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức

trong suốt thời gian tác giả học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này Tác giả chân thành cám ơn lãnh đạo cùng đồng nghiệp trong công ty cô phan Đồng Tiến đã hết sức tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian học và

hoàn thành luận văn.

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình và những người thân, đã luôn ủng hộ và động viên tác giả hoàn thành luận văn này.

HCM,ngày tháng năm 2018

Tác giả

LỜI CAM ĐOAN

“Tôi xin cam đoạn đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kết

«ivi nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bổ

trong bắt kỳ công trình nào khác.

TÁC GIÁ

MỞ DAU

1 TÍNHCÁP THIẾT CUA DETAL 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

3 PHAM VINGHIEN CỨU 3

4 PHƯƠNG PHAP NGHIEN CUU 3

CHƯƠNG I TONG QUAN

1.1 TONG QUAN TINH HINH SAT TRƯỢT ĐÃ XAY RA TREN THE GIÓ

VA VIETNAM 4

LLL Một số sự cổ sat trượt mai đập xy ra trên thé gid 4

4 Bip OTAKI Nhit Bản) 4ap dit Teton (Mỹ) 51.1.2 Một số sự cổ sat trượt ma đập đã xảy ru ở Việt Nam ?

ca Thuỷ điện Buon Kuop ( tinh Đắk lắk) 7

Thu điện Húa Na (tinh Nghệ An) 76 Thuy điện Đắt Mi (tỉnh Quảng Nam) 4

12 CÁC NGUYÊN NHÂN GAY RA MAT ON ĐINH MÁI ĐẢO, 8 1.3 CÁC PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN ON ĐỊNH MAI DOC 10

1.3.1 Phương phúp côn bằng giới hạn (LEM) 10

1.3.2 Phương pháp phản tử hữu han (FEM) 17 1.3.3 Phương pháp tinh todn én định mái dốc thường dùng hiện nay 20 1.4 CAC BIEN PHÁP DAM BẢO ON ĐỊNH HỒ MONG TRAN 2

1.5 KẾT LUẬN 27

CHƯƠNG IL PHAN TÍCH ÔN ĐỊNH MÁI DOC

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHAN TỪ HỮU HAN 29 211.1 Xây đựng lưới phần we 29 2.12 Xdp xi chuydn vị 30 2113 Cúc phương tink cơ bản cho phân tử 30

2.1.4 Tinh toán chuyển vị 30

2.1.5, Điều kiện tương thích:21.6 Hành vi ứng xứ của vật liện2.1.7 Điều kiện cần bằng cho phan nit

2.1.8 Thiết lập phương trình tong thé cho cả hệ 3.1.9 Xác định điều kiện biên.

2.1.10, Giải phương trình tổng thé

2.2 UNG DUNG PHAN MEM TÍNH TOÁN ON ĐỊNH MÁI DÓC:

2.2.1 Mô hình vật liệu

2.2.2 Mô hình tiếp xúc

2.3 XÂY DỰNG BÀI TOÁN MAU

2.3.1 Mô hình nghiên cứu

2.3.2 Kết quả nghiên cứu mô hình3.3.3 Lực kéo uy động T trong neo

2.4 CAC YEU TO ANH HUONG ĐỀN NEO.

2.4.1 Ảnh hưởng của chiều cao mái đốc

24.2 Ảnh hưởng của độ cứng neo

2.4.3 Ảnh hưởng của khoảng cách đặt neo.

2.4.4 Ảnh hướng của cường độ dat đấp.

24.5 Ảnh hưởng của chiều dai neo.

25 TÍNH TOÁN ON ĐỊNH MAI DOC CÓ NEO BANG PHƯƠNG PHÁP PHAN TỪ HỮU HAN

ING DỤNG XỬ LÝ CHONG SẠT TRƯỢT CHO MAI ĐÀO DAP TRAN THỦY ĐIỆN SÔNG BUNG2 eeeeeeeoeeoeo.B4,

3.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH

3.2 LICH SỬ HIỆN TƯỢNG PHA HOẠI MÁI ĐC.

646

3.3 CÁC GIẢI PHÁP XU LÝ CAN THUC HIỆN 68 3.3.1 Nguyên nhân trượt lở mái dốc 68

3.3.2 Các giải pháp xử lý cẩn thực hiện 7

3.4 PHƯƠNG AN 1 ~ DAO KET HOP NEO GIÁ CÓ GIỮ ON ĐỊNH 13.5 PHƯƠNG AN 2~ ĐÀO TOAN BỘ KHONG NEO GIA CO 72

3.6 CHÍ TIEU CƠ LÝ KIÊN NGHỊ TINH TOÁN 72

3.7 BẰNG TONG HỢP KHÔI LƯỢNG VÀ GIÁ THÀNH CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 73

3.8 THIẾT KE BẢO VỆ MÁI TALUY 3

5.8.1 Mặt cắt 2-2 74

3.8.2 Mặt cắt 4-4 75

3.8.3 Mặt cắt 6-6 753.8.4 Phương pháp tinh toản, 763.9 CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN VÀ TÔ HỢP TÍNH TOÁN 163.9.1 Cúc trường hợp tinh toán 76

THONG KE HÌNH VE

Hinh F1, Sơ đỗ cung trượt và lực tác đụng lên the đất hei ”

“Hình 1-2, So đổ lục theo PP Fellenius 2B

Hinh 1-3, Sơ dé lực tink toán theo PP Bishop đơn giản 3

“Hình 1-4, Sơ dé lực tính toán theo PP Spencer “

Hình L5 Hàm biển thiên của hướng lực tương tác của PP GL as

“Hình 1-6, Sơ đỗ lực tinh toán theo phương pháp Janbu 16 “Hình 1-7, Sơ dé lực tính toán theo phương pháp Janbu Py Tình I-8 Tinh toán ôn định nội bộ doc đắp có neo theo phương phip “ khối nêm hai phân" a Hinh -9 Các phương pháp khác nhau dé dùng kiém tra én định nội bộ của mái độc đắp có neo i

Hình 1-1 Phẫn tử tam giác biển dạng tuyến tính loại 1 3s

Hình II-2 Phan tử tam giác biển dang tuyển tính loại 2 35 “Hình 113, Phin từ tam giác biển dang khối loại 1 “ Tình II-4 Phan tử tam giác biển dang khối loại 2 36

“Hình 1-5 Quan hệ ứng suất ~ biển dang của mô hình đản déo 2?

Hinh 11-6, Mô hành phần we tiếp xúc phẳng 38 Hình II-7 Mô hình mdi doc không neo và có neo 40 "Hình IL-8, Lưới phần tử của mái đốc có neo “4 "Hình 1-9 Các giai đoạn thi công mái ddc có neo cổ chiéw cao Hmax

"Hình 1-10 Phổ mức độ ứng suất đắt luy động trong mái đốc cao lâm (%)——_

Tình I-11 Phổ biển dang sóc exy trong mái đắc cao lầm (f6)Hình 1-12 Ph biến dang ngang ex trong mai đốc cao lầm (%6)

““

Hình 11-13 Phổ biển dạng đứng ey trong mái đắc cao 18m (%) “

"Hình I-14 Phương biến dang cất lớn nhất ymax trong mái đắc “ "Hình 1-15, Lưới bién dạng mái đốc “ Tình 1-16, Vector chuyển vị toàn phân mái đốc cao lầm “ "Hình 1-17 Phân bổ lực kéo huy động dọc theo chiều dài neo thứ nhắt “

Hình I-18 Thông số mô tả các quan hệ “

"Hình 1-19 Quan hệ hifH với TifTmax 4“Hinh 1-20 Quan hệ Dihi với Ti/Tmax “

Hình II-21 Quan hệ giữa hệ số an toàn Fs, lực kéo Tmax với chiéu cao mái dốc_ 43

"Hình 11-22 Ảnh hưởng của độ cũng neo EA (mái dắc cao 18m) soHình 1-23 Ảnh huông của bước neo b (mái đắc cao lãm) mã

"Hình I-24 Ảnh hưởng của cường đủ đất đắp (mái đắc cao lầm) 2 "Hình 1-25 Ảnh hưởng của chiều dai neo L (mái đốc cao 151) 8 Tình 11-26, Ảnh hưởng của nỗn ye (mái đốc cao lãm) 4 "Hình 11-27 Quan hệ bill với T/Dmax (rường hợp đắt nền tt) 3ã Hinh II-28 Mặt phá hoại của mái đắc cao 18m tinh theo phương pháp PTHH _S6 "Hình 11-29 Mặt phá hoại của mái đắc cao 18m tinh theo phương pháp CBGH 56

Hình 11-30 Phan phối lực cắt Tmax doc theo chiều cao mái dé tính Fri 58

"Hình I-31 Phân phối lực cắt Tmax dọc theo chiéw cao mái dé tính rô ss "Hình 1-32.Quan hệ giữa hệ số an toàn Fs với chidu cao mái đắc H của mái dắc

khang neo 39

"Hình 1-33 Quan hệ gia hệ số an toàn Fs với chiều cao mái đắc H của mái dốc có

neo “0

Hình 11-34 Quan hệ giữa Ir (%) với chiều cao mái đắc H (m) 61 “Hình 11-35 Quan hệ giữa hệ số an toàn Erl và Fr2 với chiều cao mái đốc H (m)_62 “Hình I-1 Hiện trạng sut lở mái dé taluy đương, 68

THONG KE BANG BIEU

Bing 1-1 Tông số đi lượng các lực ác dụng ên i trượt sim mth đẫt ——— 12 Baing I1 Thông số mồ hình vật liệu 49 Bang II-2 Kết quả tính toán ổn định theo hai phương pháp 59

MỠ ĐẦU 1 TÍNH CAP THIẾT CUA ĐÈ TÀI

Hiện nay Việt Nam đang li nước dang phát triển, các công tỉnh xây dựng hạ ting,

giao thông, thủy lợi, dân dụng, thủy điện đang được triển khai xây dựng ở khắp nơi

trên cả nước.

“Các công tình thé kỷ có kích thước đồ sộ kéo theo hé móng của chúng cũng có thiết để đảm kích hước rất lớn, ừ đó m hiên dính mái hỗ móng là c

bảo an toàn thi công

“Công tình thủy điện Sông Bung 2 nằm ở thượng lưu Sông Bung, tinh Quảng Nam thuộc miễn Trung Việt Nam Vị mí của tuyển đập nằm trên địa bàn xã Laêê huyện Nam Giang tinh Quảng Nam, cách thành phố Đà Nẵng theo đường quốc lộ 4D khoảng 165km về hướng Tây Nam Tọa độ địa lý tuyển đập dự kiến là 15241145 vĩ

Bắc, 107°24°00" kinh Đông Nhà miy nằm trén địa phận xã Zuô¡H huyện Nam Giangtinh Quảng Nam, có tọa độ là 107°29°31" kinh Đông; 15%2°S7" vĩ Bắc, Nhà máy

nằm trong bậc thang thủy điện thuộc hệ thống sông Vu Gia- Thu Bổn, có công suit lắp

đặc 100 MW, sắn lượng điện trùng bình hàng năm là 425,57 triệu kWh; các hạng mục1 tình chủ yếu gồm đập chính, dip tin, cửa nhận nước, him nhận nước, thấp điều

áp, đường Ống áp lực, nhà máy thủy điện với 2 tổ máy Khi di vào vận hành, thủy điện

Séng Bung 2 sé cung cắp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu vục min Trung gópphần thúc diy phát triển cơ sở hạ ting, phát triển kinh tế tại các bản làng dan tộc thiểu

sé min núi của tỉnh Quảng Nam

Việc khỏi công xây dung nhà máy thủy điện Sông Bung 2 có ý nghĩa đặc biệt quan

trọng trong việc giải quyết các nhu cầu cắp thiết về điện năng và phát triển kinh tế xã

hội, xóa đối giảm nghèo cho tinh Quảng Nam Nhưng trong quá trình thi công dio hỗmóng, công trình đã xuất hi.các vất nứt và xây ra sat trượt lớn,

Sat trugt vai phải đập tràn bao gồm 3 khu vực như sau: khu vực I: cửa vào đập tràn, khu vực 2: đốc nước đập tràn, khu vye 3: mũi phun hỗ xói đập tran, Chi tiết vết nứt tại

các khu vực sat trượt đập trần nh bên đưới

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CUU

“Tổng kết, đánh giá hiện trang khu vực xây ra sự cổ

“Xác định nguyên nhân, cơ chế sat trượt và các nhân tổ ảnh hưởng ổn định mái đập.

Để xuất và chọn phương án thiết kế xử lý và biện pháp thi côn hợp lý dé đảm bio

‘an toàn cho công trình.

3 PHAM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cửu mái dốc có neo trên nén tốt với các chiều cao khác nhau, Ung xử của

đất và neo theo quan hệ din ~ déo Molr-Colonnb,

Lồi giải là của bài toán ứng suất tổng, không xét tối áp lực nước

ngắn hạn, không xét cổ kết

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Phuong pháp thu thập thông tin : Thu thập thi liệu hiện có liên quan đến thiết kế mái

ốc có neo.

Phương pháp nghiên cứu trên mô hình số: Nghiên cứu sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật có khả năng giải quyết các bai toán liên quan đến đất có neo như : Plaxis,

GeoStudio 2001,

‘CHUONG I TONG QUAN

1.1 TONG QUAN TINH HINH SAT TRƯỢT ĐÃ XÂY RA TREN THE GIỚ VÀ

Trong những thập kỷ gần đây, các dự án công tình thuy điện phát triển rất

mạnh mẽ và đã đồng góp một phần rit đáng kể vào sản xuất điện ở Việt Nam Tuy

nhiên rong guá tình thi công xây dựng và khai thác cũng có một số công tình bị sự 6 sat trượt mắt dio đập trần làm mắt an toàn, ảnh hướng tới chất lượng công tình cũng như tong quá tình vận hành khai thác của các nhà máy thuỷ điện Những sự cố

thường xây ra trong thời gian thi công hay công trình vừa mới xây dựng xong Nguyên

nhân sự cổ chủ yếu là do sat hượt đất hồ móng, tạo mái.

Việc nghiên cứu giải pháp gia cường, xử lý chống sạt trượt cho mái đảo sẽ đem lại nhiều lợi ích lớn VỀ kỹ thuật, sẽ lâm tăng cường độ cho khối đt (đặc biệt là đối ới khối đất phải gia cố lại sau khi bị set 16) dẫn đến đảm bao mái dốc ôn định tong các điều kiện tính toán và làm việc Về kinh tế, š giảm khỏi lượng dio dip cho các sông trinh tết kiệm được chỉ phí xây đựng, tết kiệm được vật liệu bảo vệ bỀ mặt mái

và tiêu thoát nước bề mặt nhanh hơn.

LLL Một số sự cổ sạt trượt mái đập đã xây ra trên thé giới.

Nhiệm vụ chủ yếu của hỗ là giảm lũ cho khu vực hạ du, phát điện và cấp nước

trong thực bằng bé tông truyền thống với 4 khoang tràn xã mặt, 3 cửa

~ Tổng dung tích của lòng hỗ 84 triệu m3 Dung tích hữu ích T6 triệu m3,

= Cao trình đỉnh đập +326,0m Chiều dài dap 315m,

~ Cao trình mực nước dâng gia cường + 323,0m,

~ Cao hình mực nước ding bình thường là + 321.0m

= Chiễu cao đập tại mat et lớn nhấtHà H= 100m,

“Cũng như nhiều đập lớn khác ở Nhật Bản, khu vực xây dựng đập thường xuất ý, các sat lờ đó đều phải hiện hiện tượng trượt mái đốc ( landslide) Theo đơn vị quản

xử lý và lòng hỗ rất hẹp và dọc theo subi rit đễ gây tắc nghẹn dong chảy và gây hiện

tượng vỡ đập.

Xử lý trượt mái đốc trong lòng hồ tai vịt cách đập km, Kinh phí xử lý theo thời giá 2009 là tỷ yên (khoảng 70 triệu USD) Vật liệu làm "bệ phản áp” bằng bê

tông RCC

b Đập đất Teton (Mỹ).

‘Dap Teton được xây dựng trên sông Teton, bang Idaho, tây bắc nước Mỹ Dap

6 chiễu cao 93m, chiều đài ở dinh 14 940m, đáy rộng 520m, tạo hỗ chứa có dung tích

289 triệu my

Đặp được khởi công năm 1975 và hoàn thành sau hơn I năm Khi hỗ đầy nước, lũ lớn về và ngày 5/6/1976, đập bị vỡ 7h30 sáng hôm đó, dòng thấm chảy tran trên

phần dưới mái hạ lưu bên vai phải Xe máy được huy động đến dé khắc phục nhưng

lực Dap đã bị xói ngằm rit mạnh và bị vỡ lúc 11h30 Dén 20h cũng ngày, hoàn toàn hét nước tong hồ Các thị trấn Rexburg, Sugar City, Madison dui hạ lưu bị

gập nặng.

11 người chết Thiệt hại lên tới 2 tỷ USD (trong khi chi phí xây dựng đập chi 100 triệu USD) Nguyên nhân được xe định là nén rhyolite có nhiễu nút nẻ nhưng

Khoan phụt không đạt yêu cầu, nước hồ dâng cao tạo thành dòng thẩm mạnh, đập bi

xối ngằm nghiêm trọng rồi bị vỡ.

1.1.2 Một số sự cố sat trượt mái đập đã xây ra ở Việt Nam.

a Thuỷ điện Buon Kuop (tinh Dak lak).

b Dak Lak

Nha máy Thủy điện Buôn Kuép là một công trình thủy điện của

được xây dựng trên sông Serepôk Công trình nằm trong địa phận các xã Hòa Phú

(huyện Cư Jat), Nam Đã (huyện Krông Nô) và Ea Na (huyện Krông Ana)‘Cong suất : 280 MW,

Đập đồng chất, hmax = 28.5m + Hồ có dung tích : 45,65 triệu m3.Cao trình đỉnh đập : + 72.20m + MNDBT: + 68,60m,

“Sửa chữa nâng cắp: năm 2000 + 2001: Tường nghiêng thượng lưu có chân khay

chống thắm đặt đến nên không thắm, bổ sung gia tải mái hạ lưu Cải tạo tràn tự do thành trần có cửa Lm cổng lấy nước mới thay cổng cũ

b Thuy điện Hiia Na (tinh Nghệ An).

Nhà máy Thùy điện Hủa Na là một công tình thủy diện của tính Nghệ An được

xây dựng trên sông Chu, phía thượng nguồn công trình Cửa Dat ( Thanh Hoá) Công trình nằm trong dia phận xã Đồng Van, Huyện Qué Phong, Tỉnh Nghệ An Công suit

180 MW Đập đồng chit, hmax = 285m + Hỗ có dung teh : 4565 triệu mã Caotrình định đập : + 72,20m + MNDBT : + 68,60m,

“Sửa chữa nâng cấp: năm 2000 + 2001: Tường nghiêng thượng lưu có chân khay.

chống thấm đặt đến nền không thắm, bổ sung gia tải mái hạ lưu Cai tạo tran tự do thành tràn có cửa Làm cổng lấy nước mới thay cổng cũ.

©- Thuỷ điện Đắk Mi 4 (tink Quảng Nam).

"Nhà máy Thủy điện Hữa Na là một công trình thủy điện của tinh Quảng Nam

được xây dựng trên sông Vu Gia Công trình nằm trong địa phận huge xã Phước Xuân,

huyện Phước Sơn, tinh Quảng NamCông suất : 190 MW gồm 02 bậc, bậc trên Dak Mi 4a công suất 148MW và bậc dưới Dak Mi 4b công suất 42MW

1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA MAT ON ĐINH MAI DAO.

"Nước ta là một nước thuộc nhóm các nước dang phát triển, vì vậy việc thi

công các công trình xây dựng, giao thông đặc biệt là các công trinh thuỷ lợi vẫn còn

nhiều vin dé tồn tại cần phải giải quyết Việc xử lý chồng sat lở bờ sông cũng không.

tránh khỏi những vú sót nhất định trong quá tinh khảo ít, thiết kế, thi công, giám sắt

công trình- Về Khảo sát

‘Tai liệu khảo sét ở hign trường là căn cứ quan trong để thiết kế tính toán công tình

‘bao vệ bờ Sai sót trong công tác khảo sát tất sẽ để lại ấn hoạ sự cố cho công trình.

Những vin đŠ tin ại rong khảo sát biểu hiện ở các mặt sau đây

+ Không khảo sát thực địa một cách cẳn trọng ti mi, mà là lợi dụng một cách cầumay, sử dụng tà liệu khảo sát của các công trình cũ ở lân cận để thiết kế thi công công,

tình, dẫn đến mắt độ chính xác của tà liều

+ Thi iệu khả sit không chỉ đất chỉ đưa ra ede thôn số chung chung

++ Xử lý s liệu khảo sit của các đơn vị khảo st có sai số không phát hiện ra

- Về tế kế.

+ Các nhà tư vẫn thiết kế không đúng chuyên ngành, năng lực thiết kế kém.

+Th ết kế không có tài liệu khảo sát địa chất, không có điều tra môi trường xung.‘quan, không tuân thủ những quy trình quy phạm.

+ Lựa chọn phương án chắn giữ thiếu luận chứng kỹ thuật

+ Ngoài ra việc áp dụng các công nghệ, phần mềm tiền bộ vào trong quá trình thiếtkế còn hạn chế.

- VỀ thi công

+ Nhân lực: Trình độ thi công còn non kém, đội ngũ công nhân chủ yếu là công hân chưa được đảo tạo qua trường lớp, néu có chỉ là đảo tạo rất sơ lược hoặc vừa làm

vita dio tạo Vì vậy dễ dẫn đến sai sót trong quá trình thi công, sản phẩm tạo ra thường.chưa được như mong muốn.

+ Không tuân thủ nghiênngặt quy tình th công

+ Xử ý không thoả đáng ác quan hệ phối hợp với nhau, không coi trọn thông tin+ Tuy tiện thay đổi thế kế Thời gian vẫn chuyển quan lý không tốt

+ Không có phương án xử lý nh hud hợp lý kh thi công

- VỀ giám sát

+ Giám sát thi công không đủ năng lực như người về hưu, hoặc bị thai hồi, làm việckiêm nhiệm; do già yếu thiếu sức khoẻ, hoặc là kinh nghiệm ít, hoặc là bận nhiều việc

khác, hoặc chủ quan, vô trách nhiệm với công việc không thể kịp thời phát hiện vin

48, không kịp thời cung cắp thông tin cho chủ công trình, khiến chủ công tinh không

kịp thời nắm bắt được tình hình, bỏ qua mắt cơ hội đề ra quyết sách.

+ Không kịp thời ngăn căn những hành vi của đơn vị thi công (như không giảm tải

ở phía sau cọc, dio mắt phần đắt phản áp lực ở phía trong của kết cầu chin giữ, đào trước chống sau, đo sâu quá thiết kế, quan trắc không kịp tồi từ đồ ù thành mim gây m sự cổ sau này

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ON ĐỊNH MAI DOC

Phân tich én định mái dốc là một công việc rit quan trong đỗi với các kỹ sư dia kỹ thuật Có rất nhiều phương pháp có thé sử dụng cho công việc này Một nhiệm vụ cơ bin của việc phân tích dn định mái dc, đỏ là xác định hệ số an toàn cho mái dốc Đây à hệ số để đánh á công tình ổn định hay mắt an toàn Có rắt nhiều phương pháp,

trong đó, hai phương pháp chính thường được sử dụng đó là phương pháp cân binggiới han (Limit Equilibrium Method ~ LEM) và phương pháp phân từ hữu hạn (FiniteElement Method-FEM).

13.1 Phương pháp cân bằng giới(LEM)

Dựa trên cơ sở giả định trước mat trượt (mặt trượt có thé là trụ tròn, hỗn hợp hoặc bắt kỷ), coi khối trượt như một cổ th, tến hành phân tích trạng thái cân bing tới họn của các phân tổ đắt rên mặt trượt đã giá định trước Sự ôn định được đánh gid bằng tỷ số giữa thành phần kháng trượt (lực ma sát, lực dính) huy động trên toàn mặt trượt với

thành phần lực gây trượt rong lượng, áp lực nước, Ấp lực thẩm, động đất

Phương pháp cân bằng giới hạn với mặt trượt giả định trước, tính toán dựa trên

nguyên ý chung

- Chỉ những điểm dọc theo mặt trượt nằm trong trang thai cân bằng giới hạn, khối

trượt xem như một kt

- Dang mặt trượt được chọn tuy theo từng phương pháp cụ thể

~ Dựa trên cơ sở các phương trinh cân bằng tĩnh học đổi với oàn Khi đt và đối vớitừmg thôi được phân nhỏ để tim hệ số an toàn () Mặt trượt nguy hiểm nhất sẽ là mặt

trượt giá định nào cho hệ số an toàn nhỏ nhất, sẽ nh được bằng cách thử dẫn.

Phuong pháp phân thỏi được dùng phổ biến để tính toán ồn định đập dat và nền đắt từ những năm 1930 Hiện nay đã có nhiều phần mềm tính toán én định mái dốc được

lập theo phương pháp phân mảnh như chương trình của Viện kỹ thuật Châu á (AIT),

“hương trình Slope/W của Geostudio (Canada)

Hình 1-1, Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đắt thứ ¡

“Xét một thoi đất được tách ra từ cung trượt tâm O, bán kính R (hình I-13), các lựctác dụng lên thoi đắt gồm:

= Lực ngoài tie động lên định thỏi đắt Qs:

ác lực thể tích: Wi (trong lượng thôi dit), Ea (lực động đất tác dụng lên thổi dat); ~ Các lực tương tác giữa các thỏi đất Ess, E: (hành phần lục nằm ngang phía tri và

phải của thoi dit): Xs1, Xi (thành phần lực thẳng đứng bên phíđấu:

trái và phải của thôi

- Các phản lực Nụ, Tị của đất dưới mặt trượt giả định tác dụng vào đáy thỏi đắt

6 một trường hợp tính toán cụ thể, về lý thuyết các lục Wi, Fa, Qs là xác định được

và còn lại các đại lượng chưa xác định được ứng với mỗi thỏi đắt theo phương pháp

tính dn từ thỏi đất ở đỉnh xuống thỏi đắt ở chân gồm các lực: E, Xi Nụ T (4 dại

lượng) và tham số xác định điểm đặt của E., Nị (2 đại lượng).

Như vậy trong một bài toán phân tích tính én định của mái dốc theo phương pháp.phân thôi (ví dụ 6 n thôi, số lượng các dại lượng chưa biết là (ồn — 2) dat lượng(Bảng LD)

Bảng [1 Tổng số đại lượng các lực tác dung lên khối trượt gm n thỏi đất

Đại lượng lại lượngCác lực Es mlCác lực Xị nlCác lực Ni aCác lực T: "

‘Tham số điểm đặt của Ey n-l ‘Tham số điểm đặt của Ni " ‘HG số an toàn chung Fs: 1

Cong 6n-2

“Theo ý thuyết phân thôi, bài toán tính ấn định mi dộc là ải toán siêu nh (hiếu2n — 2 phương trình) Do vậy để giải ¡ toán, phi vận dung một số th thuật: 6) bỏ

lực tương tác giữa các thỏi kh tách riêng thành từng thỏi (i) Giả thiết đường tương

tác — quỹ tích của điểm đặt lực tương tác; (iii) Gia thiết góc nghiêng của lực tương tác,

Việc xế diy đủ lực tương tác giữa các thôi là yêu cầu phát tri lý thuyết cơ học đắtvà nhiều phương pháp tính đã được dé xuất Trong số các phương pháp này Janbu đã.đăng thủ thuật giả thiết đường đặt lực tương tác, các phương phip khốc như Spencer,Mogenstern ~ Price, GLE Canada, giả thiết góc nghiê Ine tường tác,

Cúc phương pháp tính hệ số an toàn in định mái đắc theo lý thuyết phân thổi

Như trên đã phân tích, bài toán tinh hệ số an toàn ổn định mái dốc theo lý thuyết phân thỏi là bài toán siêu tĩnh bậc cao Hiện nay nhiều nhà khoa học đã đề ra nhiều các giả khác nhau như: bỏ bớt lực tương tác trên các thỏi ấu giá thiết hướng tác dụng của

lực tương tác; giả thiết vị trí điểm đặt của các lực tương tác trên một đường cong nhất

1 Các phương pháp bỏ bớt lực

«a, Phương pháp Fellenius~ Các giả thiết

+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm 0, bán kính R,

+ Bỏ qua các lực tương tắc giữa các thỏi, ức có E, = X =0 (hình I-14)

+ Điểm đặt của Ni tại trung điểm của đáy thỏi.

~ Hệ phương trình cơ bản

+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông góc với

đáy thôi \

+ Điều kiện Mohr ~ Coulomb cho hai lực N, và T, TỒN

~ Nhận xé: Hiện nay phương pháp Fellenius chỉ có ụ

itr về mặt lch sử vì không xốt đến lực tương tác - Hình F2 So dle theo

giữa hai thôi PP Fellenius

5, Phương pháp Bishop đơn giản

= Các giả tiếc

++ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm O, bán kính R

+ Bỏ qua thành phần đứng (X) của lự tương te (hin 115)

+ Điểm đặt của Ni trùng với trung điểm của

day thôi

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các

thỏi và coi là hệ số an toàn ôn định In BEWw | x20 |,

- Hệ phương trình cơ bản VÀ

+ Cân bằng hình chiều theo phương vuông góc N

với đy thôi Hin 1-3 Sơ đồ lực tink toán theo

PP Bishop đơn giản

+ Cân bằng lực theo phương đứng.

+ Điều kiện Mohr ~ Coulomb cho hai lực Ni và T,

~ Nhận xét hiện nay, phương pháp Bishop đơn gin vẫn được sử dụng rộng rãi và cho

kết quả khá tin cậy.

2, Các phương pháp dùng giả thết hướng tác dụng của lực tương tác

+ Biển địt N tng với rng điểm của đầy hôi SAI

+ Hệ số huy động F, là như nhau đối với các thoi và Ñ

HẾy làm hệ số an toan ổn định của mái đốc Hình L4 So đồ lực tínhtoán theo PP Spencer- Hệ phương trình cơ ban

+ Phương trình hình chiếu lên hướng vuông góc với hướng tác dung của lực tương tác

R, (dé loại trừ R): Neos(œ-~6)~ Weos0 + Tasin(œ - 0) =0) q6+ biểu kiện bin Mohr - Coulomb: T, = T[(N, ~uDte'+e1,] an

+ Phuong trình cân bằng mô men: Trường hợp không có ngoại lực là

EMs=EW,x,-ET.R =0 (8)Nhận xét

+ Trong công thức tính bệ số ôn định, nếu 0 =0, ta có biểu thức tính Fs trong phươngpháp Bishop đơn giản.

+ Khác với phương pháp Bishop don giản hoá (có @ = 0), theo phương pháp Spencer

trị số Fay nhận tị số 0 như một tham số tính toán edn xác định Như vậy cần có thêm một phương trình để xác định 0 Spencer dùng điều kiện cân bằng của các lực tác dụng lên khối đất trượt (n thỏi) theo phương song song với phương tác dụng của các lực.

tương tắc;

S¡=EWiin6 -S b, Phương pháp côn bằng §

sin(g = 9) - ET: cos(œ - 9)ay)ới han tổng quát GLE (General Limit Equilibrium):

Phương pháp này được coi là dạng củ tiến của phương pháp Spencer nên được xếp vào loại phương pháp dùng giả tiết về hướng tác dụng của lực tương tác giữa các

thỏi Sau đây trình bày phương pháp GLE.

Gia thiết

+ Mặt tarot dạng trụ tròn, tâm 0, bán kính R

+ Độ nghiêng của lực tương tác được xác định theo biểu thức = Me) với f(x) là

hảm xác din, được gọi là hàm biển thiên ia hướng tác dụng cia lực tương te (hình

Hình IS, Hàm biến thiên của hưởng lực trong tác của PP GLE

+ Hệ số huy động E,là như nhau đối với các thôi và Kay là hệ số an toàn ôn định của

mái dốc.

+ Điểm đặt của N; trùng với trung điểm của đáy thỏi.

Trong phương pháp GLIham f(x) = sinx với 0 < x < L (0L là tog độ hai điểm

chiếu của điểm định và chân của khối đắt trượt lên phương x nằm ngang, % là mộthing số, đóng vai trd tham số của bài toán cần phải tinh toán, Phương pháp GLE được.coi ki phương pháp cải tiển của phương pháp Spencer về góc nghiêng thay đổi của Q.nhưng về thuật toán giữa 8 của Spencer và 2 của GLE là như nhau.

Hệ phương trình cơ bản:

+ Chiếu các lực tác dụng vào thỏi theo phương đứng:

Dy =Wi+ (Xi Xi) - N.cosa- Ty sina =0 (10)+ Phương tỉnh rang thi neo] aan

+ Phương trình cần bằng mô men: EWix-ET.R=0 (113)

= Chiếu các lự tác dung vào khối đắtrượ (gdm n thỏi) theo phương ngang và coi các

lực tương tác giữa các thoi là nội lực:

X Nuying -¥ T.cosa = 0 (1.13)- Nhận xét: Phương pháp này chưa tinh định được hệ phương trình cơ bản, phải giải

bằng cách tính thử dẫn, quá trình tính toán thử dần là rất đàthức tạp, nếu như.

người sử dụng thiểu kinh ngiệm khi tính toán, bài toán có thể sẽ không hội tụ3 Cúc phương pháp dùng giả thiết điểm đặt của lực tương tác

«a, Phương pháp Janbu ting quát- Giả

+ Mặt trượt dang trụ trồn, tâm 0, bán kính R

+ Hệ số huy động F, là như nhau đối với các thôi

+ Các điểm đặt của các lực tương tác giữa các thỏi nằm trên một đường tương tác

+ Bin đặt của lực N ở giữa đáy thỏi.

+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương đứng cĩ:

W, + Xoy — Xi Nicosay = Ty sin (aay

+ Từ các điều kiện cân bing của thỏi theo phương ngang cĩ:

Eui— E,+ T,sing; - N.cosa, = 0 (ts)

+ Từ các điều kin cân bằng Momen lẤy với trang điểm của đầy mỗi thoi cĩ:

Ej th, +f +E, th, LF +X; a Xi Laryith +2 tam) FBO) +N Xi (116)

+ Phương tình trang thai: T, = '[(Đ, =uDtgø+el,] aayNhận xét: Phuong pháp Janbu tổng quất, cĩ hệ 5 phương trình chứa 6 đại lượng cintìm: E, Xi, hy, Ni, Tụ E, Bài tốn

đường tương tác, tức giả thiết các đại lượng hy,

siêu tinh, Bé giải được bài tốn, Tanbu giả thiết “Theo nghiên cứu của G.Predlund [13] thi phương pháp Janbu tổng quất đẹp về một lý

thuyết nhưng khĩ cĩ lờ giải thực tế vi bài tốn rất khĩ hội tụ với gi thiết một đườngtương tc lục

b, Phương pháp Janbu đơn giản hĩa: Khác với phương pháp Janbu tổng quất, phường

pháp Janbu đơn giản hĩa chấp nhận sơ 46 lực của Bishop (tức bỏ thành phẩn lực tương.

tác tiếp tuyến với mặt phân thơi) nhưng vẫn đảm bảo hệ lực đồng quy và da giác lực

khép kín

"Để làm chính xác hĩa trị số hệ số an tộn tính được theo các bude tỉnh tốn như đã nêu

phương pháp Janbu tổng quát với Xi = 0; hệ số an tồn được hiệu chỉnh bằng hệ số fy

"xác định theo biểu đồ.

P= fIF(X =0)

“Trong đĩ: fo là hệ số xác định theo biểu đỏ phụ thuộc t F(X; = 0) — trị số an tồn tính tốn 1.32 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

Khác với LEM, các phương pháp số cho phép phân tích bài tốn mát dc một cáchlinh hoạt hơn cả v phương điện hình học của mái đốc cũng như tính dị hướng và ứng

xử phi tuydn của vật liệu Các phương pháp số đã và đang được đưa ra, thiết lập, hoànthivà áp dung vào tính toán phân ch bi toán da kỹ thuật nồi chung va bài toán ổn

định mái đốc nói riêng, Nỗi bật lên trong phương pháp số, có thé nói đến phương pháp

phần từ hữu hạn (FEM)

Tựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong toàn miễn của công tình Dùng các thuyết

bền nhự: Morh - Coulomb, Hill-Tresca, Nisesthleiker, , kiểm tra ôn định cục bộ tại

mỗi điễm trong toàn miỄn Công tinh sẽ mắt én định tổng thể kh tập hợp các điểm‘cue bộ bị mắt ôn định làm thành một mặt liên tục.

Theo phương pháp phin từ hữu hạn (FEM), hệ số an toàn được xúc định theo phương pháp triết giảm cường độ kháng cit Theo phương pháp này, các thông số cường độ của đắt được giảm dẫn cho tới khi mô hình mái đốc mắt én định Hệ số an

toàn chính là tỷ số g

mà tại đó mái dốc ổn định Hay nói c¿

Kháng cắt của dit cin phải giảm để mái đốc đạt tới trung thai ới hạn

a cường độ kháng cất của đất và cường độ kháng cit ti thiểu 'h khác, hệ số an toàn là hệ số mà cường độ Phương pháp triết giảm cường độ kháng cắt

Xét một điện tích đơn vị (ví dụ Im2) trong khối đắt nghiêng góc a đang ở trang thái

cân bằng bén, chịu tác dụng của lực cất £ (KN/m2), lực nén vuông góc ø (kN/m2) và áp

lực nước lỗ rỗng là u (KN/m2), (hình đưới) Có thể tính được cường độ chống cắt trên đơn vị điện tích ấy theo chỉ iêu chông cất của đt theo định ật Coulomb

5y =(Ø=0)tangt+et d9)

Đối với một loại đất, đường Coulomb không đổi do các trị số 9” và e` không đối

Ae :

“` Deine Could “t

Hink 1-7 Sa dé lực tính toán theo phương pháp Janbu

Vì khối đắt được thiết kế ở trang thái cân bằng bén nên tên một đơn vị diện tích có bất ding thức:

T1 (1.20)Để diện tích đơn vị đang xét là một mảnh của mặt uot thực (tức ở trạng thái cân

ing giới hạn), người ta thường nguyên rạng thái ứng suất đức là giữ nguyên trĩ số) và giảm trị số của các chỉ tiêu cường độ chông cất của đít ví đụ giảm tỉ số 10

xuống số rOm, tức giảm độ nghiêng của đường Coulomb, Như vậy sẽ có công thức

tính lực chống cắt huy động của đắt

Trong đó F là t số lơn hơn hoặc bằng 1, được gọi là hệ số huy động cường độ chống cất của dit, tị số của F được xá định theo công thức:

Fa (1.22)xÖm gợi là phần cường độ chống cắt của dit đã được huy động đủ đảm bảo sự cảm

bing giới hen, được gọi là cường độ ching cắt huy động và E là hệ số huy động cường độ chống cắt của đất, được coi làhệ số an toàn ổn định trượt tại nơi dang xét

Theo định luật Coulomb, cường độ chồng cắt trên diện tích đơn vị tính theo công.

thức (1.21).

Theo quan điểm này, tj số +0 tính theo công thức này được coi là cường độ chống

sắt vin có của đất và đường Coulomb là đường (1) rong hình 1-19 trên

“Có thé viết

=(ø~ulang xe, (1.23)

5 ~ tang" esó 4Trong đó: tang’, =P, tang’, = “8” là tị số giảm nhỏ của hệ số ma sát và lực:1g đó: tang, = TẾT” là tị số g it

dính của dat ứng với hệ số an toàn F và đường cong Coulomb của dat là đường số (2)

trong hình 22.

Nhu vậy, khi F=1 (tức đã huy động hết khả năng chống cắt của đất) thì đất tại nơi

dang xét thực sự ở trang thấi cing bằng giới hạn, diện tích đơn vị đang xét thuộc về

mặt trợ thực Đường Coulomb (2) trồng với đường Coulomb (1)

Nếu F >1 tì điện ích đơn vi đang xét còn ở trang thi cân bằng bên với hệ số an

tuần F tinh theo công thức:

'—— S5 “ (129

xe là hai thành phan ứng suất (img suất tiếp và ứng suit pháp) tén diện tich đơn vi

đang xét.

ất của đất “Trên mặt trượt giả thiết (ức mặt trượt nguy hiểm nhấ) cường độ chống

due huy động ở các mức độ khác nhau và thường xác định trị số trung bình của mức

độ huy động (F) tại các nơi trên mặt trượt giả định để làm hệ số an toàn én định trượt

của mái đắt ứng với mặt trượt dang xét

Nhu vậy, theo quan điểm này, hệ số an toàn được định nghĩa như là một hệ số mà với nó sic chịu cit của đất bị giảm để chịu khối lượng đất trong trang thd cân bằng

đọc theo toàn bộ mặt trượt đã chọn.

1.33 Phương pháp tính toán ôn định mái dốc thường dùng hiện nay 1.3.3.1 Phương pháp “Phân tích khối nêm hai phần”

Phương pháp này giả thiết xây ra một mặt phá hoại giy khúc (hình I-20).

Gia thiết này đã đưa ra được một mật phá hoạ tiêu bigu và hợp lí đối với việc tínhtoán các mái đốc [I3], [I4] Đó là một sự mở rong logic của phương pháp khối nêm

Culéng vốn áp dụng cho tường thẳng đứng Khi góc mặt tường từ thing đứng giảm din thì cơ chế cân bằng giới hạn sẽ xay ra trên một khối nêm.

Khi phân tích én định cần phải thử với các mặt phá hoại khác nhau, rồi đánh giá sự

mặt phá hoại đã thiết đó Có thể thực hiện việc ổn định như vay bằng một cách nào đó tủy thuộc vào điều kiện được giả thiết cân bằng của khối dat phía trên cị

tại mặt ranh giới giữa hai phần của khối dắt hình nêm Trên mặt phá hoại giới hạn có

thể xảy ra sẽ sinh ra lực gây trượt lớn nhất và dé bảo đảm trạng thái giới hạn khong

xảy rath phải chống lại được lực gây xáo động lớn nhất đó (đình 1204).

Đối với trường hợp mái đốc có lớp dip cuối cùng nằm ngang thì lực trượt có thé

được xem làhợp lực của các áp lục đất phía hông; lực này tăng dẫn gin ding theo lệ

bậc nhất với độ sâu trong phạm vi chiều cao mát dốc (hình 1-20b) Như vậy, lực gây

trượt trong trường hợp một mái đốc không chịu thêm ngoại tai sẽ được xác định theobiểu thúc sau

Ri = 0/50, K.y(129)Trong đó:

Ry Ie gây trượt đối với Lm dài đọc theo mặt mái dốc (hình E204); Tụ - hệ số ng phần áp dụng cho trong lượng đơn v của đắt

'K— tỉ số giữa ứng suất (áp lực) nằm ngang và ứng suất thẳng đứng;

7 = trọng lượng đơn vị của đất:

H~ chiều cao của mái đốc theo phương thẳng đứng.

Khoảng cách thực té ti thiểu của neo theo phương thẳng đứng phải rùng với bội số bề dày lớp dip (hông thường b8 day lớp dip được quyết định bởi điều kiện đầm nén) BG diy lớp dip diễn hình thường trong khoảng 150mm đến 300mm Khoảng cách neo

tối đa theo phương thẳng đứng phải hạn chế dưới 1.0m, Yêu cầu này xuất phá từ lí dothực tế vì n định củaĐố trí khoảng cách các lớp neo quá lớn sẽ khó bảo dim sự mặt mai đốc Trong phạm vi giữa tị số tên và t số đưới nối trên, để đỀ phòng neo

khỏi bị kéo đức, khoảng cách neo theo phương thẳng đứng nên dùng $y, có thể được."xác định theo biểu thức sau (hình 1-20b);

Sy (126)

Trong đó:

S— khoảng cách neo theo phương thing đứng ở mức j rong mái dốc;

TT, — lực kéo lớn nhất rong neo cho tm đài ở mức j trong mái dốc;

Tu — hệ số ti trong riêng phần áp dụng cho trong lượng đơn vị của đắt

H;— chiều cao dip trên mức j trong mái dốc (hinh I-200);F, hg số ải trong riêng phần ấp dụng cho ngoại tả

“33 ~ ngoại ải do tinh và hoạt ải

Hình 18 Tink toán én định nội bộ dác điphải

khối nêm hai phan” đùng cho mãi đắc có neo

tổ neo theo phương pháp " khỏi nêm haia Phương phá

b Srphân bố ứng suất gần ding ứng suất gay trượt nỗi lốp neo

Để đảm bảo không xảy rà trạng thái giới han phá hoại về neo bám gây tuột neo,

“chiều dài neo neo Le phải thỏa mãn điều kiện sau (hình I-20b)

fy tạ phần để không ck tượng neo bị kéo tuột

— hệ số riêng phin để khống chế hậu quả kinh tế do việc công tình bị pháp hoại gây fou hi số riêng phần áp đụng cho te và c

© ngoại tải (chi do tinh tả);

dẻ hg số tương tác biểu thị mỗi ién hệ giữa sức neo bim neo va đất với tgợa, = hệ số dính bám biểu thị liên hệ giữa sức neo bám đất = neo với escc’ lực dính hữu hiệu của vật liệu đắp.

1.3.3.2 Phương pháp phân mảnh dé tính toán mặt trượt tròn

Phuong pháp phân mảnh đã được lập ra để phân tích, tính toán én định các mái dốc có neo hoặc không có neo đối với phần lớn các trường hợp mái dốc thông thưởng có dạng hình học khác nhau và có nhiều ting đắt khác nhau (hình I-21) Trong trường hợp.

mái đốc có neo, người ta giả thiết rằng lực tương tác giữa các mảnh được bỏ qua vì sự

có mặt của neo có ảnh hưởng phức tạp đến các lực đó và vì sự có mặt của neo khiển cho khối đất trung í bị xio động Người ta cũng giá thiết rằng các lớp neo

ngang và chỉ được xét đến ở những chỗ chúng giao cit với mặt trượt giả thết tại mỗi

mảnh riêng Mômen chống trượt do các tác động tổ hợp của đất và neo phải không,

được nhỏ hon mômen gay trượt do trọng lượng đất gây ra Các momen này đều phảiđược tinh với tâm quay của khối rượt

Đi cân bằng, cần phải thôa mãn điều kiện

Mp < Mrs + Mục 028)Trong đó:

Mo~ mômen gây trượt do trọng lượng bản than của đất và do ngoại tải; Mas ~ mômen chống trượt do cường độ chống cắt của đắt,

Mag mômen chồng trượt do sự có mặt của neo trong mái dốc.

Fy - hệ số riêng phần ấp dụng cho trọng lượng đơn vị của đất

E, - hệ số tải trong riêng phần ấp dung cho ngoại ti

4 - ngoại tải tác dụng lên mảnh i;

` lự dính của vật liệu đắp được xác định trong điều kiện ứng suất hữu hiệu:

u— áp lực nước lỗ rỗng tác dụng trên mặt trượt ở mảnh i;

9°; — gốc kháng cắt lồn nhất của vật liệu dip:

1s — các hệ số vật liệu riêng phần áp dung cho tgøy vie?

+ hệ số hiệu chỉnh mômen: z = 1.25 khi tính theo trạng thấ giới han phá hoại và

0 Khi tinh theo trang thái giới hạn sử dụng.

Tem cng ste anit

44) Tính toán trượi tròn theo phương pháp phan mảnh.

b) Tính toán theo mặt trượi xoắn ốc logarit

"Để bảo đảm không dat đến trạng thi giới han về phá hoại tuật neo, chiều dit neo neo ‘bam cột có thể được xác định bằng cách sử dụng biểu thức ở 1.3.3.1

1.333 Tính toán theo mặt trượt xoắn ốc logarit

Tính toán cũng da trên mặt trượt có dang xoắn ốc logarit(hinh I-21b) Việc tính toán cân bằng momen với mặt trượt như vậy đã được Bridle và Bar nghiên cứu ở [I2],

được Leschinsky và Boedecker nghiên cứu ở [16].

Việc sử dụng phương pháp mặt trượt xoắn ốc logarit đã đơn giản hóa được trình tự.

tính toán: ví dụ như có thể xác định trực tip ra trị số mômen sây trượt Mômen chống trượt do sự có mặt của neo phải lớn hơn hoặc bằng mômen gây mắt cân bằng, tức là:

Man > Mo (1.32)Trong đó:

“Max — mômen chống trượi do sự có mặt của neo rong mái đốc; AM momen gây trượt của má đốc

Sử đụng hình 1-21b có:

My =ŠT,, (1.33)

Trong đó:

1% - hệ số riêng phần áp dung cho trong lượng đơn vị của đắt

fy hg số tải trong riêng phần ấp dụng cho ngoạ ti© 4 - ngoại ải tác dụng trên mãi i;

ing tác dụng trên mặt truow(j của mảnh is

z - hệ số hiệu chỉnh mômen; z = 1.25 khi tinh theo trang thái giới hạn phá hoại và+ = 1,0 Khi tinh theo trạng thái giới hạn sử dụng

1.3.3.4, Nhận xét

“Theo lý thuyết phân thôi, bài oán tính ổn định mái dốc là bài oán siễu tĩnh (thiểu 2n — 2 phương tỉnh) Do dé cần phải bd sung một số điều kiện để có thể giải bài toán

siêu tinh này theo phương pháp phân thỏi Mặc dù vậy, khi áp dụng phương pháp tính

toán này đối với mái dốc được gia cường bằng neo thì vẫn chưa thật phù hợp Thật

vậy, các phương pháp phân tích ổn định mát dốc theo phương pháp cân bằng giới hạn

(LEM) hiện nay hoặc là không xét đến lực tương tác ngang hoặc không xét được đi

4 lực tương tác giữa các thôi đt do đó không xét được ảnh hưởng của lực neo đến trạng thái ứng suất của từng thỏi đất, lực neo của neo chỉ được xét đến thông qua mô men chồng trượt của khối đắt trượt.

Phương pháp cân bằng giới hạn chỉ giải quyết tốt bài toán mái đốc có hình đạngthông thường, mặt trượt tròn, gây khúc giả thiết dựa trên trạng thái cân bằng giới hạn,tính toán có xét đến cường độ neo nhưng chưa xét đến médun đàn hoi E của đất, củavật liệu gia cường và độ cứng EA của vật liệu gia cường; thì phương pháp PTHH(FEM) tinh toán được cho tắt cả các loại mái dốc có hình dạng khác nhau, có địa chất

nên gồm nhiều lớp tính chat phức tạp, hệ số an toàn ổn định được xác định là duy nhất

và mặt trượt duy nhất trên cơ sở xét chuyển vị tại các nút phần tử Mặt khác, phương.pháp PTHH còn kể đến nhiễu ảnh hưởng như médun đàn hồi của đắt nền; médun đànhồi, độ cứng của vật liệu gia cường trong đ

1⁄4, CAC BIEN PHAP DAM BAO ON ĐỊNH HO MONG TRAN

Hang mục trần là hạng mục rất quan trong của công tình thủy lợi- thủy digKhông những phải đảm bảo các điều kiện về kết cấu, ôn định hồ móng còn phải đảm

bảo khả năng chẳng thắm tối đa cho hi chứa, tránh mắt nước cũng như giảm gradien

thắm, tránh xảy ra xói ngằm Chính vì vậy hỗ móng tran yêu cầu phải được dio đến

«din đến các

tương đối tí

lớp địa chất tốt đảm bảo kha năng chịu lực va chống t

nóng trim thường có mái đốc có độ chênh exo lớn vì vậy một số biện pháp tăng ôn

định mái dốc phù hợp như sau

~ Đảo bại mái, giảm độ đốc mái, hạ độ cao từng mái dốc bằng cách tạo các cơ

~ Đảo bat mái kết hợp xây dựng ting phân áp ở chân mái dốc~ Xây dựng các mái, tưởng đất có neo.

Trong các phương án trên mỗi phương án có ưu nhược điểm riêng xong với mái dốc tràn có độ cao lớn thì biện pháp đảo bạt mái và giật cơ yêu cẳu một khối lượng dio, bat mái rất lớn dẫn đến không mang lạ hiệu quả kính tế cao và kéo dài thời gian thi

Biện pháp bạt mái kết hop ting phản áptại chân mái dốc yêu cầu mặt bằng rộng đủ để xây dựng tầng phản áp đủ dai để đảm bảo én định, trong trường hợp trường hợp

đập trần thủy điện song bung 2 do địa thé chật hep, trần nằm tự trên vai dồi nênphương án chưa phải phương án tối ưu,

lượng đảo bat

Phuong án mắt đắt có neo là phương án có wu điểm hơn cả do khối

mái không quá lớn, diện ích chiếm chỗ để xử lý mái dốc không yêu cầu phải rộng,phù hợp với điện tích công trình.

1.5 KET LUẬN

Nội dung chương I về mặt cơ sở lý tuyết đã nêu rõ tính toán ổn đỉnh mái đốc, phân tích cơ chế phá hoại của mái đốc : cúc phương pháp tính toán én định mái dốc có gia cường, Hai phương pháp chủ yếu là phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp

phần tử hữu hạn

"Về mặt nguyên nhân gây mắt ôn định mái dốc đã nêu ra một số nguyên nhân chủ.

«quan và Khách quan dẫn đến gây mắt 6n định mái dốc và đề xuắt một số giải pháp

công trình để nâng cao trang thái dn định mái đốc.

CHUONG II PHAN TÍCH ON ĐỊNH MAI DOC.

2.1 CƠ: Ở LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHAN TỪ HỮU HAN

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để nghiên cứu hành vi của một mái đốc có neo đặt trên nền cứng Phân tích phan tử hữu hạn cho phép xem xét day đủ

các đặc điểm về cường độ- bidang của các thành phần mai đốc: đắt và neo Không

giống như các phương pháp cân bằng giới hạn - không thé cung cấp một người kỹ sư

sắc thông tin v biển dang, ứng suất huy động rong mái đốc hoặc cường độ neo phát

triển trong mỗi lớp neo, phương pháp phan từ hữu hạn cung cấp các thông số đổ thông «qua đường đặc tinh ứng suất -bién dạng của dit và đường tối trọng — biển dang của

Các bước cơ bản của phương pháp phin tử hữu hạn bao gồm:

+ Chia lưới phần từ hữu hạn

= Chuyển vị tại các nút à các in số

~ Chuyển vị bên trong phin tử nội uy tử các giá tỉ của chuyển vị nút

+ Thiết lập mô hình vật liệu (quan hệ gia ứng suất va biển dạng)

~ Diu kiện biên v8 chuyển vị, lục

~ Giải hệ phương trình tổng thé cân bằng lực cho kết quả chuyển vị nút

~ Tính các đại lượng khác (biến dạng, ứng suất)

“Chỉ tết thực hiện giải bài t6an PTHH như sau.

21.1 Xây dựng lưới phần tứ

Bước đầu tiên của việc phân. th bằng FEM li xây dụng cá

định điều kiện biên của cơ hệ, Sau đó, cơ hệ liên tục được thay thể bằng lưới phần tửic yếu tổ hình học và xác,

hữu hạn tương đương bao gồm các phần nhỏ gọi là phần từ hữu hạn Thông thưởng

với các bài toán 2 chiều chúng có dang tam giác hoặc tứ giác Đặc trưng hình học của

chúng được định nghĩa bằng toạ độ tại các điểm nút Các phẳn từ hữu han được nỗi với

nhau tại các nút trên cạnh.

2.12, Xấp xi chuyển vị

Trong FEM với mô hình chuyển vị, biển số chính là trường chuyển vị cho khắp phạm vi bài toán Ứng suất ~ Biển dạng được xem xét như là các biển số thứ cấp và nó được tinh toán tử trường các véc tơ chuyển vị Với bai toán biển dang phẳng hoặc đối xứng trục, trường véc tơ chuyển vị được nhận dang bằng 2 biễn chuyên v tổng quất u

va trong hệ tọa độ Đề các,

Giả thiết được đưa về dang các biển chuyển vị cho toàn bộ phạm vi bài toán Độ

chinh xác của việc phân tích bằng FEM phụ thuộc vào kích thước của phần tử và việc

ấp xi các chuyển vị Diễu này được đặt ra nhằm mục dich thỏa mãn các điều kiện

tương thích Giả thiết được đặt ra cho mỗi phần tử là các thành phần chuyển vị có dạng.

a thức Các thành phan chuyển vị được biểu diễn qua các giá trị chuyển vị nút : f a cm], G0

Trong đó:

[N] ma trận him dangii chi số nút của phần tử

Bing việc mô tả các chuyển vị chưa biết trong phần tử là một hàm số của các chuyển vi nút, vin đề xác định trường chuyển vị cho khắp lưới phần từ hữu hạn được quy vỀ việc xác định các thành phần chuyển vị của các nút Các ẩn số chuyển vị được xem.

như là bộc tự do chưa biết

2.1.3 Các phương trình cơ bản cho phần tr

“Các phương trinh ơ bản cho phần tử quy định ứng xử biển dang cho mỗi phi từ Ching kết hợp điều kiện tương thích, điều kiện cân bằng và ứng xử cơ bản.

2.14 Tinh toần chuyển vị

Các chuyển vị được tính toán bởi phương trình sau;

SN" 22)

214Điều kiện tương thích.

Dé théa min điều kiện tương thích, cúc biến dạng tương ứng với các chuyển vi ởtrên cho bài toán biến dạng phẳng được tinh toán bởi:

Kết hợp (22) và (23) cho phép mô tả các biển dang qua chuyển vị của các mit Đồi

với | phần tử có n nú

(az)=[slaz], 24)

Trong đó ma trận [B] chứa các đạo ham trong hệ toa độ chung của các hàm dang

ÊN/ôx, ØN/êy, và ma trận {Ad)s chứa các chuyển vị nút của phần tử Đạo hàm tronghệ toa độ chung của các hàm dang được tinh toán từ các đạo him trong hệ toa độ riêng.

Trong dé: (D] la matrin din hdi co bin

“Trong bài toán biển dang phẳng (2.7) được viết như sau:

ao, am cứ 0 “TA,

do, TA HA, "

Ar,| 0+z00=230| 00 02-4 0 [ary

ao noon 0 d-w) ae |

Véi pli hệ số poission

E là mô dun din hồi Young

21.7 Điều kiện cân bằng cho phần tit

Phương trình cơ bản cho phin tử được xắc định dựa trên nguyên lý năng lượng tối thiểu, Nguyên lý này phát biểu rằng, vị tí cân bằng tỉnh của một phần từ chịu tải trọng

là vị tr mà nó cổ tổng năng lượng thấp nhất Dé cân bằng dat được th

SAE = ðAW-BAL=0 29) “Trong dé: AW là năng lượng biến dang

AL là công của tải trọng tác dụng.

"Như vậy phương trình cân bằng cho mỗi phần tử có dang:

[Kc]{A4)=(ARr] G10)

Trong đó:

{Kel =[[B] ÍD[BÿV à ma trận cứng của phần từ

[ARE] = JIN] (arjav + [[NỶ farjas là ma trận vector tải trong

{AF} là vector trong lượng bản thân

{AT} là véc tơ tải trọng trên biên V là thể tích của phản tử.

S li phần của biên nơi mà ải trọng trên biên tác dụng 2.1.8 Thiết lập phương trình tổng thé cho cả hệ

Busi p theo là kết hợp các phương trinh cân bằng cho từng phần tir

1 hệ phương trình tổng thé

IKo]{Ađìao = {ARo} G10)