Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ổn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã Phú Tâm - huyện Châu Thành – tỉnh Sóc Trăng

TRƯƠNG HỮU TÂM

NGHIÊN CỨU ON ĐỊNH CUA TƯỜNG CHAN DAT CHO CAC

TRUONG HOP DAC BIET CUA CONG TRINH XU LY SAT LO BO KENH KHU VUC XA PHU TAM- HUYEN CHAU

THANH- TINH SOC TRANG

Chuyên ngành: DIA KỸ THUẬT XÂY DUNG Mã số: 60 — 58 - 02 — 04

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC TS NGUYEN QUANG TUẦN

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Trong thời gian học tập tại trường với sự định hướng của các thầy cô, đồng thời với kinh nghiệm làm việc tại cơ quan, sự giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp và đặc biệt là sự giúp dỡ chỉ bảo của thầy TS Nguyễn Quang Tuấn Việc thực hiện đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu ôn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công

trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã Phú Tâm- Huyện Châu Thành- Tỉnh Sóc Trăng”

tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả tính toán được nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dung trong bat kỳ công trình nào khác.

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích

dẫn trong luận văn đều được ghi gõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Người làm luận văn

Trương Hữu Tâm

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sĩ, tôi đã nhận được

sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báo của nhiều cá nhân tập thể.

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể Quy Thay, Cô trường Dai học Thủy Lợi Hà Nội và nhất là các Thầy, Cô tại Bộ môn Địa kỹ thuậtcủa trường đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua Tôi xin cảm ơn vì những kiến thức cần thiết, bổ ich và vì những kinh nghiệm mà các Thay, Cô đã tận tình truyền giảng lại cho tôi để tôivận dụng vào công việc thực tiễn, góp vào hành trang trên bước đường tương

lai trong cuộc sông, và có thê hoàn thành luận văn tôt nghiệp của mình.

Tiếp đến, tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy TS.Nguyễn Quang Tuấn đã tận tình hướng

dẫn, chỉ dạy ân cần, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, cung cấp và đề ra định hướng trong suốt quá làm luận văn tốt nghiệp này Tôi xin chân

thành cảm ơn thầy.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Công Trình- Trường

Đại học Thủy Loi đã tạo điều kiện thuận lợi dé tôi có thể hoàn thành luận văn đúng

tiên độ.

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị, các bạn cùng học lớp Cao học CH24DKT12da cung cấp tài liệu, giúp đỡ và đóng góp cho tôi những kiến thức bồ ích

dé tôi có thé hoàn thành luận văn một cách tốt nhất.

Cuối cùng tui xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động

viên giúp đỡ về mặt tinh thần và vật chất đề tôi hoàn thành chương trình học tập.

Do thời gian thực hiện dé tài có hạn va lượng kiến thức bao la vô tận nên không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định Tôi rất mong được sự đóng góp và ý kiến quý báu của Quý Thầy Cô và bạn bè dé ngày càng hoàn thiện hon.

Tôi xin chân thành cam on!

ii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 2222222VVEVEEE22222222222222222222212 rrrrrrrrrrrrrriee vi

DANH MỤC CÁC BIEU BANG.wiecsscssssssssssssssssssssccsssssssssssesssssecsessssssssunesssseseceesssssssniessesseeeeesse ix MO DAU cececsssssss ssssssessssscssssssssssssevessseessssssssssssvssssssecesssssssssnsveeseseeesessssssssnneessssseseeesssssnsneeesseseeeeeee 1

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE TƯỜNG CHAN DAT VA TIEU CHUAN THIET KE 5

1.1 Khái quát về tường chan dat và tải trọng tác động lên tường chắn đắt - 5

1.1.1 Khái niệm các loại tường CHAN oo eescseesccessessccessusescessseveccessusecsssssseesessuseceesssseesesssesessesnesecesses 5

1.1.2 Tải trọng và tác động lên tường chắn -22+++2EEEE+++++ttEEEEEEAeerrrrrrrrrreeree 6 1.2 Tiêu chuẩn thiết kế tường chắn -2 -++++2EEEE++++++2EEEEE2E221222121122212222112e e2 7

1.3.1 Chon mat cat tinh o8 9 1.3.2 Xác định lực tác dung lên tường Chắtn 222cc 22211 12221111122711111272111227711E 121711 re 9 1.3.3 Kiểm tra 6n định tường chắn 2 2+£++2EEEE2+2e++2EEEEEE+EetEEEEEEEEerrrrrrrrrreed 10 1.3.4 Kiểm tra điều kiện trượt ôn định tường Chan .cceecsssscccsssssssssseessssssesesssssssssseeesssseeeeessen 10

1.3.5 Kiểm tra điều kiện lật 6n định tường chắn c::+©EEEE22222cccz++rtrrrrrrrrre 10

1.3.6 Kiểm tra điều kiện đảm bao sức chịu tải của nền đất -cccccc+++++cccr+ 10

1.3.7 Kiểm tra lún của tường Cha0 csscsssssseessssssecsssssssssseessssseeesssssssssseeessssseesssssssssseeesesseeeeessen 11 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ON ĐỊNH TƯỜNG CHẢN 12

2.1 Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn -vvvvvvvvvvvccccccccccrrrrrrrrree 12

2.1.1 Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn -©22cccc+++zztrrrt 12

2.1.2 Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm) -cccccc++z+z+rr 12 2.2 Xác định áp lực tĩnh của đất lên tường chắn -©©+22+++22EEE2+ezerrrrrrrreeed 13 2.3 Lý thuyết áp lực đất của CA COULOMB csssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssesssssssssssssceeceeeeeees 14 2.3.1 Tính toán áp lực chủ động lớn nhất của dat theo lý thuyết C.A.Coulomb 14 2.3.2 Tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tac dụng lên tường chắn 20

2.4 Các phương pháp dựa vào lý thuyết cân băng giới hạn -cccccc::zz+rr 21

2.4.1 Tính toán áp lực đất theo lý luận W.J.W.RANKINE -ccccccccccerrrrrrre 21 2.4.2 Tính toán áp lực dat theo lý thuyết V.V.Xôclovski ccccccccccccccccccccrerreerree 28 2.5 Tính toán áp lực đất lên tường chan trong các trường hợp thường gặp 31 2.5.1 Trường hợp tải trọng ngoài tác dụng lên mặt đất -:++++++++£ttttrrrt 32

1H

2.5.2 Trường hợp lưng tường gãy khúc và mặt đất phăng + 35

2.5.3 Trường hợp đất đắp sau tường gồm nhiều lớp . -++£ E222 36 2.5.4 Trường hop đất đắp sau tường có nước ngầm -v+vvcccccccccccccrrrrrree 38 2.6 Nhận xét phạm vi áp dụng lý thuyết áp dụng lên tường chắn -2 39 2.7 Một số van đề chú ý khi tính toán áp lực lên tường chắn ¿+ 40 2.7.1 Việc chọn các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp -+cce++22EEEE+eeertrrrrkkkeerrrrrrrke 40

2.7.2 Ảnh hưởng của sự nở dat va áp lực đất thủy động -2vcccccerrrrrre 42

2.8 Kiểm tra ôn định tường chắn - -¿°°EEE++2+++22EEEEEEE21EEEE11111221227211122ecrrrr 42 2.8.1 Tiêu chuân đảm bảo sự ôn định -22222¿++222EEEEEEEE2222+ettrEEEEEEEEEELEEeerrrrrree 42

2.8.2 Tính toán ôn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng -cccc:++z+z+t 44

2.9 Mô hình hoa phân tích ôn định tường chắn -++£+t2EEEEEv2cccc+++rzzee 49 2.9.1 Giới thiệu về phần mềm Geo-Slope và các đặc điểm, khả năng mô hình hóa của các

09000 0001757 4 49

2.9.2 Bài toán tường chan và các lựa chọn trường hợp tính . -ccc+¿+c+ 49 2.9.3 Mô hình tính toán hệ tường chắn đất đắp nền cccccccccccccccccccccceereree 50 2.9.4 Phân tích kết quả tính toán -22 22+£+2EEEEE22+++EEEEEEEEEEEEEEEEE122212222111222 re 55 2.10 Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn vvvvvvccccccccccccrrrrrree 58 2.10.1 Dat van đề tính toán theo TCVN-4253-2012 .cssssssssssesssssscsssssssssssssesssssecsesssssssneeeeesseees 58 2.10.2 Tính toán tường chắn theo trạng thái giới ha scscccssssccscssssssssseesssssccsessssssssseesesseees 59

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNH ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH XỬ LY SAT LO BO KÊNH KHU VỰC XA PHU TÂM- HUYỆN CHAU THÀNH- TINH SOC TRĂNG -+++°99SSSEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE111111111111112222222222eeree 73

3.1 Đặc điểm địa hình tại khu vực bờ kênh xã Phú Tâm — Huyện Châu Thành — Tỉnh Sóc

c0 ÔỎ 73 3.2 Phan tich dia hinh 00) Ẻa ÔỎ 73

SN S ) , 73 3.2.2 Địa chất thủy văn -2222EEEV222222++EE22222121111111111 2.2717101111111 0 1 e 74

3.2.3 Nhận định và phân tích nguyên nhân gây sat lở hoặc mất ôn định của công trình 75

3.3 Thiết lập bài toán và tính toán ôn định tường chắn -cc¿¿©2vccez+cerrx 75

3.3.2 Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ I -©222+222EEE++2++t2EEEEE+ezetrrErEEvserrrrrrrke 83 3.3.3 Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ II -:+++++++++++2+t22222E2EEEEEEEEEEEEEEvrrrrrrrvve 87

1V

3.3.4 Kiểm tra 6n định tong thé công trình bằng phần mềm GeoSlope khi sử dụng giải pháp

cọc bê tông cốt thép - VV+++22222++++222EEEEEEEEEEE22212222227171111111111.2222211711111111.cerre 90

3.3.5 Phân tích kết quả và bình luận -++£+2EEEEEE2+222+++tttttEEEEEEEEEvreererrrrrre 93 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, -22222++++222EEEEEEEEE222221122272721111111122 crrL 96

TÀI LIEU THAM KHẢO -+++++++++**SSESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE 11111111111111222222222eeecre 98

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH.

Tình 1 Phân lại tưởng chắn cơ bản 6

inh 1.2 Mặt cắt ngang công tinh 9

Tình 2 Biểu đồ cường độ áp lực dit tie dạng lên tường, vòng tn Mohr biểu diễn ứng suất

gỉ điểm M “

Hình 22 Mô tà tinh toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất rồi theo lý thuyết

CA.Coulomb, 4

inh 23 Hàm số Ee-ffo) biến thién theo dang đường cong Is Tình 2.4 Mô tin toán áp lực chủ động lớn nhất của đt rời theo phương pháp giải ch, biên

Hình 2.5 Mô tả tinh toán áp lực đất chủ động lớn nhất của dit dính theo lý thuyết

CA Colomb, 19Tình 2.6 Mö t nh tin dp lực bj dng nhỏ nhất của dt te dụng lên tường chin, 20

Hình 2.7 Mô ta tinh toán ấp lực theo lý luận W.LRANKINE di với tồi 2 Hình 2.8 Trang thái ứng suit bị động và các họ đường nượt và biểu đồ cường độ áp lực chủ

động 2B

Tình 2.9 Trang thi ứng sắt bị động của mot diém, các mặt tnt, biểu đồ cường độ áp lục bị

động 2

inh 2,10 Mô tinh tn ấp lực theo ý luận W.IRANKINE đối với dit 25

Hình 2.11 Biểu đồ phân bd cường độ và điểm dit ea áp lực chủ động % Hình 2.12 Biểu đồ phân bé cường độ và điểm đặt của áp lực bị động 2

Hình 2.13 Mô tả nh toán áp lực theo ý thuyết V.V: XÔCLOVSKT ”

Hình 2.14 Mô tả tinh toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.XÔCLOVSKT 30 Hình 2.15 Sơ đồ tính toán áp lực chủ động của dit lên trồng chin theo phương pháp

Coulomb 2

Hình 2.16 Bigu đồ phan bố cường độ áp lực chủ động M4

Hình 2.17 Biểu đồ phân bổ cường độáp ye dt bi động _

inh 2.18 Mô tổ tinh toán trồng chấn với ải rọng phân bổ đều không kín khắp trên mặt đắt

phẳng 35

inh 2.19 Mô ti tinh ton tring chắn với lưng tường gãy khúc mst dt phẳng 36

Hình 220 Trình bảy dang phan bổ cường độ áp lực chủ động ei tri kh cc lớp to chỉ

tiêu cơ lý Khác nhan 37

Hình 2.21 Biểu đồ phân bổ cường dộ áp lực chủ động của đất ri khi các lop đất có chỉ iêu eo"lý khác nhau, 38

"Hình 2.22 Biển đồ tính toán dp lực đắt rường hợp đất đắp sau tường có nước ngằm 38

Hình 2.23 Lực tác dụng lên thôi và đa giác lực theo phương pháp Bishop 4“

Hình 2.24 sơ đồ tinh sức chịu ti của nén và sự ổn định của công trình khi trượt hỗn hợp 47

Hình 2.25 Mặt cắt ngang thể hiện một số kích thước cơ bản 50

Hình 2.26 Thiét lập thông số giới bạn trang về 2Hình 2.27 Thiết lập lệ và dom vi tính tn 2Hình 2.28 Thiết hip lưới vẽ Grid 32

Hình 2.29 Phát thảo mac et ede lớp đắt nền, va tường chắn 3

Hình 2.30 Nhập thông số cho lớp đất dip 33 Hình 2.31 Nhập thông số cho lớp đắt la Ban sét 3

Hình 2.32 Thiết lập hoat ti công trình “Hình 2.33 Thiết lập lưới tâm trượt, va lưới bán kính trượt saHình 2.34 Mô phòng công

Hình 2.35 Mô phỏng hign thị cung trượt và tâm trượt theo phương pháp Bishop %

nh thể hiện mặt ct tường lớp đắt én phần mễm GeoSkepe Hình 2.36 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phin mềm GeoSlope vớ tâm rượt nguy hiểm nhấtở trường hop 4 56

Hình 237 Mô phông cung trượt nguy hiển bằng phần mém GooStope ở trường hợp 57

Hình 238 Mô phòng cung mgt nguy hiển bằng phần mễm GeoStope ở tường hợp 2 57

Hình 2.39 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mém GeoSlope ở trường hợp 3 58.

Hình 2.40 Sơ đồ các lớp đắt thuộc hồ khoan 60

Hình 3.2 Sơ đỗ sức khẩng trượt của cọc, 80

Hình 3.3 Sơ đồ làm việc của cọc và cung trượt nguy hiểm 81

Hình 34 Sơ đồ ứng su tác dụng và phân bổ ứng sual ti đầy mồng quy ước 88

Hình 3.5 Mô phỏng cọc và nhậphàng cọc đứng,

Hình 3.6 Mô phỏng cọc và nhập sé liệu đầu vào trên phần mềm GeoSlope phương án 2 vớihàng cọc phía sông được đồng xiên 8:1 9Ị

Hình 3.7 Mô phỏng kết quả cung trượt vả tâm trượt nguy hiểm phương án 1 với 2 hàng cọc

đứng %

Hình 3.8 Mô phỏng kết quả cũng trượt và tâm trượt nguy hiểm phương én 2 với ng cọc

DANH MỤC CÁC BIEU BANG

Bảng 2.1 Hệ số áp lực hông Ko 14

Bảng 22 Trị số gốc ma sitgiữa dt dp và lưng tường 16

Bang 2.3 hệ số áp lực đắt chủ động Acd +theo thuyết Xôcôlovxki 31

Bảng 2 hệ số áp lục dt bi động abd «theo thuyết XBcélovxk 31

Bảng 25 Kích thước cơ bản trởng chin 51Bảng 26 Khai báo ti trong đầu vào vi cao tình mực nước 1

Bang 2.7 Khai báo chỉ tiêu cơ lý dat 51

Bang 2.8 Tong hợp hệ số an toàn các trường hợp xảy ra tính toán theo phương pháp Bishop58.

Bảng 29 Tổng hop số liệu địa chất các lớp đt trong hồ khoan [5] 61

Bảng 2.10 Hệ số rỗng trong thí nghiệm nén lún [5] 61

Bảng 2.11 git kích thước cơ bản tường chắn _

Bảng 2.12 Hệ số vượt tải [8] 6

Bang 2.13 Kết quả tng hợp lực và cánh tay đòn của trường hợp tính toán 65 Bảng 214 Giá tính toán ứng uất hình phần %

Bảng 2.15 Giá tính toán ứng suất trong trường hợp nguy hiểm 6Bảng 2.16 Tổng hợp giá tinh toán kiểm tra hình thúc trượt o

Bing 2.17 Chỉiê cúc lớp dt cần xét trược _

Bảng 218 Tính toán ứng với qạ=9.I° 6Bảng 2.19 Kết qua tinh toán hệ số an toàn theo số iệ chi êu cơ lý dt cho tưởng hợp nguyhiểm nhất TủBảng 3.1 Tỉnh toán súc chi ải của cọc theo vt gu 16

Bang 3.2 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 30cm x30cm T8

Bing 3.3 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 35cmx35em T8

Bảng 34 Tổng hop sức chịu tải của cọc bề tông cốtthép theo đất nền Qa (T) ?

Bảng 35 Tính toán số lượng cọc ”

Bảng 3.6 Kết quả tinh toán moment uốn của cọc theo độ bên vật liệu 81

Bảng 3.7 Kết quả tinh toán moment tốn của cọc theo điều kiện ngàm dưới mặt MIG 82

Bảng 3.8 Tính toán lực Kháng trượt của cọc 82Bảng 3.9 Tính toán tải trọng đứng va tải trong ngang tác dung lên cọc 8

Bang 3.10 Ứng suất bản thân 87

Bảng 3.11 Tr số ứng sất ee điễm nằm trên trực di qua điểm A và B 88 Bảng 3.12 Két qua tính ton lún tx mép A sọ

Bảng 313K qui tính tn lún gi mép B 89

‘Bang 3.14 khoảng cách va lực cắt cọc 35x35 (em) 90

Bang 3.15 Hệ số an toàn công trình khi chưa xử lý và xử lý bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện.

35x35em, dài 19m 93

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khi tinh toán thiết kế nén móng theo trạng tối hạn cin phải phản đoán các hình thúc

trượt của nên, khả năng trượt phẳng, khả năng trượt hỗn hợp hoặc khả năng trượt sâu.

“Các trường hợp này đều tính toán rt phúc tạp và khối lượng tinh toán rt nhiều

Môi số tường chắn có hệ số cấp công trình quan trọng, nên khi phải xét tính toán các

trường hợp nguy hiểm vé tải trong, xu hướng sử dụng phin mềm chuyên dụng để mô.

phòng bài toán là phổ biển.

Việc sử dụng phần mềm chuyên dụng tính toán nền móng tường chắn theo trạng thái

giới hạn sẽ cho thấy được tổng thé các trường hợp ng suit và chayén vị của cả hệ

sông tình Điều này giúp cho người thiết kể cảm nhận trực quan và nhanh chóng lựa

chon được phương án thiết kế hợp lý và xét được các trường hợp làm việc của tường chin, Đồng thời sử dụng phần mằm chuyên ding sẽ phát hiện những trường hợp mắt ‘én định của tường chắn mà các phương pháp tính toán không thé xác định được do khối lượng tính lp không đạt yêu cầu Tuy nhiên một số ty chọn trong vi

phỏng, nếu chọn không sát với thực t thi din đến kết quả sa số lớn

Vi vậy việc tính toán tưởng chin đất theo trang thải giới hạn cho một số trưởng hop

nguy hiém khi sử dụng phần mém dja kĩ thuật chuyên ding, có ý nghĩa khoa học và

thực tiễn Cùng chia sé với các đồng nghiệp các đảnh giá, so sánh, ưu điểm, nhược

điểm về mặt kỹ thuật Đây là yếu tổ đặc biệt quan trong đóng góp vào sự an toàn lâu

«ii của bệ công nh.

IIL Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu giả pháp ôn định tường chắn cho công trình ạt lở bở kênh khu vựcxã Phú

‘Tam — Huyện Châu Thành — Tỉnh Sóc Trăng.

IIL Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

aCách pean

Điều tra, thu thập, nghiên cứu tỉnh hình xối lờ và bảo vệ bờ sông, đặc biệt là di với

các đoạn bờ sông, bờ kênh chịu tác động của dong chảy mạnh, bị xói lở ở Sóc Trăng.

và Đồng bằng sông Cứu Long Tổng hợp về ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ trong đó có ứng dụng cọc bể tông cốt thép để xây dựng các loại công trình bảo vệ bờ

"Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phần mềm ứng dụng nhiều tiện ich, ổi tếng của

Geo-Slope với 3 mô dun Seep/W, Geo-Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang sử dụng

tông rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính toán ổn định.

‘Thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực, tinh hình

xi lở và công trình kè đã thi công xây dựng xong cho bờ kênh khu vực xã Phú Tâm —

Huyện Châu Thành - Tinh Sóc Trăng thuộc ving Đồng bằng sông Cứu Long Lấy đó

làm trường hợp nghiên cúu, phân tích của luận vănb Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu đặc điểm cầu trúc nén khu vựcxã Phú Tâm ~ Huyện Châu Thành — Tỉnh

Sóc Trăng Tổng hợp, phân tíchđiễu kiện địa hình, địa chất, thủy văn, đảnh giá nh

hình xdi lở bờ kênh.

Khái quất về tường chắn, tả trọng tác động và tính toán én định tưởng chắn

Nghiên cứu các phương pháp tính toán áp lực đt và n định trồng chắn

Giới thiệu phần mềm GeoSlope, tinh toán én định tổng thé bờ kênh cho trường hop

hiện trangcông tình thông qua sử dụng phần mềm GeoSlope - Studio vớimô dun

Mo phỏng mô hình bài toán tường chắn cho đoạn kénhkhu vựcxã Phú Tâm — Huyện

Châu Thành ~ Tỉnh Sóc Trăng

"Nghiên cứu ôn định tường chin, sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn Đánh giả kết «qu, so sánh mức độ tin cậy trong phần mềm GeoSlope ~ Studio.

"Nghiên cứu giải pháp xử lý sat lở bờ kênh bằng cọc bê tông cốt thép bảo vệ bờ kênh.

Đánh giá kết quả tính toán én định của hệ tường chắn và hiệu quả của giải pháp sir

dng cọc b tông cốt thép,

e Phương pháp nghiên cứu

Thu thập tài liệu công trình, tải iệu khảo sắt đắt nền

Phương pháp nghiền cứu mô hình, mô phỏng tinh toán én định thông qua phần

mềm Geo Slope kết hợp nghiền cứu lý thuyết, so sánh kết quả cho thấy mức độ tin cây

phin mềm GeoSlopc.

dd, Kết qua đạt được.

Đánh giá,phân tích điều kiện địa hình, dia chat, thủy văn, thủy lực, diễn biến xói lở,

đảnh giá nguyên nhân gây sat lỡ bờ công trình bờ kênh khu vựcxã Phú Tâm ~ Huyện“Châu Thành — Tinh Sóc Trăng.

Giới phần mém GeoStope - Studio ~ 2007 và phương pháp cân bằng giới hạn.

dùng mô đun Slope/\W để tính toán én định bờ kênh cho trường hợp hiện trang thể hiện

cung trượt nguy hiểm để có căn cứđưa ra giải pháp xử lý 6n định.

Kiểm tra, tính toán ôn định công tìnhtheơTCVN-4253-2012, so sánh kết quả tinh toán.

Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và khối đất dé xác

định hi

‘vuexd Phú Tâm ~ Huyện Châu Thành - Tinh Sóc Trăng.

1 quá kỹ thuật của giải pháp sử dụng cọc bé tôngcồthépcủa bờ kênh khu,

Cấu trúc luận văn

Luận văn này gỗm96trang, có 3 chương chính:

“Chương 1: Tổng quan về tường chắn đắt và tiêu chuẩn thiết

“Chương 2: Cơ sở lý thuyết tinh toán én định tường chắn.

Chương 3: Phân

khu vực xã Phú Tâm- huyện Châu Thành- tỉnh Sóc Trăng.

ch và tinh toán ổn định ứng dung cho công trình xử lý sat lở bờ kênh.

Không kém theo phụ lục và có 14 tài liệu tham kháo,

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE TƯỜNG CHAN DAT VÀ TIÊU CHUAN

THIET KE

1.1 Khái quát về tường chắn dit và ti trong tác động lên tường chắn đắt.

1.1.1 Khái niệm các loại tường chắn in đất, có.

“Tường chắn là loại công trình cl i thẳng đứng; gãy khúc hoặc nghiêng đồ với dit dip hoặc mái dio hồ móng vx với kết cầu công trình dung để giữ khối đắt

đắp hoặc vai hỗ đảo sau tường khỏi bị sat trượt Tường chắn dat được sứ dụng rộng rãi

trong các ngành xây dựng, thủ lợi, giao thông Khi lâm việc lưng tường chấn tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đắt

Khi thết kế tường chin dit cin tinh toán chính xác cn thân và dy đủ tải trọng tác

dung lên tường chắn đặc biệt là áp lực chủ động của đắt lên tường chắn không những,

đảm bảo được an toàn cho công trình ma cỏn tiết kiệm được nhiêu chỉ phí xây dựng.

Người ta có thé phân lại tường chin đựa trên các cơ sở mye đích sau đây: Theo mục

dich xây dựng, theo đặc tính công tác của tưởng, theo chiều cao tường, theo vật liệu

xây dựng tưởng, theo độ nghiêng của tưởng hay theo phương pháp thi công xây dựng,

tường, theo độ cứng, v.v Trong đó việc phân loại tường theo độ cứng à yếu tổ quan

trong nhất để tính toán sự làm việc đồng thờ giữa tưởng chắn và dit V8 cảch phân

loại này, tường được phân thành các loại như sau:

Tường cứng: là loại tường không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có

chuyển vị tinh tiến va xoay Loại tường này thường dùng vật liệu gạch, đá hộc, bê tông

đá hie, bê tông, tường có chiều cao, rộng, dày thường gần bằng nhau Độ én định của loi tường này thường được quyết định do trọng lượng bản thân tường, do đó còn có

tên gọi ld tường trong lực,

Turing bản trọng lục: loại tưởng này thường được tạo bởi các cấu ki bê tông cốtthếp

hoặc nhiều tắm bê tông cốt thép ghép lại với nhau Tường này có chiều đây nhỏ hơn

nhiều so với chiều cao và bể rộng của tường Độ én định được dam bảo không chỉ do

trong lượng bản thin và bản móng mà còn do trong lượng của khổi đắt đắp nằm trên

bản móng,

Tường mềm: là loại tường sinh ra biễn dạng uốn khi chịu tác dung của áp lực đất Loại tường này thường là những tim gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại, do đó chiều diy

nhỏ hơn nhiều so với chiều cao, b rộng của tường Nếu bản thân tường chắn đất bị

biến dạng thi nó sẽ làm thay đổi điều kệ tiếp xúc giữa lưng tường chắn với khối đắt đắp sau tường, do đồ làm thay đổi tị số áp lục đất tác dung lên lưng tường và cũng u đồ phân bồ áp lực đắt theo chiều cao của tường Sự dn định của

làm thay đổi dạng

loại tường này được đảm bảo bằng cách chôn chân tường vào trong nên Do đó loại

tường này còn gọi là tường cọc, tường cử Dé giảm bớt độ chôn sâu trong đất của

tường và dễ tăng độ cứng của tưởng người ta ding neo tường vào khối đắc [1]

xà

Ê-Hình 1.1 Phân loại tường cl

1.1.2 Tải trong và tác động lên tường chắn.

Nhu khải niệm trên, Tường chắn đắt là kết cấu công trình để giữ cho khối đất sau tường được cân bằng, khỏi bi sat và trượt Tường chắn dắt được đàng như một bộ phận

của công trình thủy lợi, do đó tai trọng tác động lên nó được đưa về hai tổ hợp: cơ ban

và đặc biệt theo quy định của TCXD-VN-9152-2012 Tuy nhiên tùy theo đặc điểm

làm việc của tường chấn mà mỗi tổ hợp đó đều được phân ra cụ thể khác nhau.

Tuan theo cáêu chuẩn xây dựng, tổ hợp cơ bản như sau:

a) Trọng lượng ban thân tường, tải trọng của đắt, các thiết bị và tải trọng cổ định đặt

trên lường

b) Ap lực đất lên tường chin và móng tưởng, kể cả tải trong phân bổ trên mặt đắt dp ©) Áp lực nước lên tường chắn và móng tưởng ứng với mực nước dân bình thưởng.

4 Ấp lực nước thắm khi chế độ thắm én định hoặc không én định nhưng lập lạ đều dần, với điều kiện các thết bị thoát nước và chống thắm làm việc bình thường

£) Tác động của sóng

Ø) Tác động của nhiệt mg với biến thiên nhiệt độ trung bình tháng của môi trường

xung quanh, ld theo điều kiện nhíđộ trung bình năm;

2) Tải trọng gây ra do các phương tiện vn chuyh) Tải trong do tau thuyễn và neo buộc gây ra

Tổ hợp đặc biệt bao gồm những ti rong nêu ở mục a, b,c, g cộng thêm các loi ảitrọng sau đây:

i) Tải trọng của động đất.

j) Áp lực nước khi mực nước chin quá mức.

io Ap lực nước thắm phát sinh do các thiết bị thoát nước làm việc không bình thường

1) Tác động của nhiệt ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môitrường xung quanh theo năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ đó trong năm,m) Tác động do tàu thuyén va đập gây rà

Khi lựa chọn tổ hợp các tải trọng và tác động để tính toán tưởng chắn, cần xác định rõ

xác suất đồng thời xảy ra thực tế của chúng để loại trừ các trường hợp những tỏ hợp tải

trọng va tác động không thể xây ra hoặc xây ra Mặt khác cần dự đoán trước.

trình tự ti công công trình để đảm bảo không gây ra các trường hop bit lợi về trang thái ứng suất công trình và những cầu kiện của nó trong giai đoạn thi công [2]

1.2 Tiêu chuẩn thiết kế tường chan,

Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng các tải liệu sau đây để thiết kể tường chắn đắt bao gồm:

3) Hướng dẫn thiết kế wing chấn công tình thủy lợi C4 76

bt công tinh thủy công- công tình thủy lợi: TCVN 4253-2012

© Tiêu chuẩn quy win thết kế tưởng chấn công tình thấy lợi: TCVN 9152-2012 chuẩn nề

"Ngoài m một số đơn vi còn sử đụng các tiêu chuẩn của Euro Code bao gm một số các

tải liệu như sau:

4, Euro code 7 Geotechnical design

Part Ì: General rule

Part 2: Ground investigation & testing

b EN 1990 Buro code Basie of Structural Design

bước thiết kế tường chắn.

1 việc tinh tn các ấp lực tíc dụng lên tường chấn là

tường đối phức tạp.Việc giải bài toán được thực hiện một số bước như sau,

Chọn mặt cắt cho trởng chin: Dựa trên ti liệu khảo sit địa chất công trinh lựa chọn chon sơ bộ kích thước cia trởng chin (kích thước về chiều cao

tường chin, b rộng móng, bé rộng định cũng như bề dày tường chắn )

XXác định các tải trong từ đồ tổ hợp và tính toán các lực tác dụng lên tường chấn Khi tính toán cần tién hành đối với ba tổ hợp tải trọng tác động

+ Tổ hợp cơ bản+ Tổ hợp đặc biệt

+ Tổ hợp tải trong trong giai đoạn thi công công trình

“Tính toán theo trang thái giới hạn thứ nhất về khả năng chịu tải (theo ổn định và độ

) cần được thực hiện theo tổ hợp tải trọng và tác động bắt lợi nhất có thể xảy ra

trong giai đoạn sử dụng, sửa chữa cũng như tong quá trình xây dựng nhằm đảm bảocho kết cấu:

+ Không bị phá hoại giòn, déo, hoặc theo dạng phá hoại khác, đấtđộ

+ Không bị mắt én định về hình dang (tính toán ổn định các kết cấu thà

xŠ vite ính toán chống trượt và chống lật cho tường chin đất )

đảm bảo cườngih mỏng) hoặc.

+ Đối với những tường chắn có nền đất thì cn tính toán On định tường chắn theo sơ đồ.

tính toán về rag Trot phẳng, Trượt hỗn hợp, Trượt sâu

+ Đối với những tường chắn đất có nỀ là đá thi cằn tính toán với sơ đồ trượt phẳng và

sơ đồ lật quanh chân tưởng trước,

Kich thước tường được chọn theo kinh nghiệm và theo điều kiện thực tế “Tường chin được cấu tạo bằng bê tông cốt thép

Mặt cắt tường nên chọn sao cho tiết kiệm được vat iệu, làm việc ốt, ng suất phân bổ

đấy mỏng, phân bổ cảng đều cảng tốt, đơn giản và dễ ding thi công 1.3.2 Xác định lực tác dụng lên tường chẳn.

- Ap lực chủ động của đt lên tường chin Bed

~ Áp lực bị động của đất lên tường chắn Ebd

Ap lực của nước sông, nước ngằm lên tưởng chin Es; Enn

- Trọng lượng bản thân của tường chắn G

Áp lực diy nỗi Edn

~ Áp lực thắm Eth

~ Tổ hợp cúc tai tong trong quá trình thi công (Tai trọng xe, các thiết bị thi công: ti

trọng của người di bộ )

Tiến hành tổ hợp các tải trọng (có sử dụng các hệ số tin cậy, hệ số tin cậy có thể lớn sự làm việc của kết cấu bat lợi hơn,

hơn, hoặc nhỏ hơn 1 để khi tính toán xét đế 1.13, Kim tra in định trồng chin

Việc tính toán én định của công trình trên nền trọng lực không phải là đá phải theo sơ.

trượt phẳng, trượt hỗn hợp và trượi sâu, Các sơ đồ trượt kể trên cổ thé xây ra theo

dạng trượt tịnh tiến hoặc vừa trượt vừa quay trên mật bằng

1.3.4 Kiểm tra dụ kiện trượt bn định tường chin.

Hình thức trượt phẳng của công trình chỉ xảy ra khi cả 3 đikiện sau được thỏa man:

— Chỉ số mô hinh: N=—S— <Ny=3

"Nếu một trong ba điều kiện không thỏa thì công trình sẽ xảy ra hình thức trượt hỗn hợp.

hoặc trượt sâu.

1.3.5 Kiểm tra dié kiện lật ẫn định tường c

Công thúc tính ổn định lật Kia = MEL peSmet

`Với KI Ia hệ số dn định it (đựa vào cắp công trình)

Mel Tổng moment của thành phần chống lật (Tam)Mel tổng moment của thành phần gây lật (Tim)

1.3.6 Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải của nền đất.

„Nt= Kte1N- Tải trọng tinh toán trên nền

chịu tai của nên

10

tin cậy.

1.3.7 Kiém tra lún của tường chắn.

Điều kiện: S < Sgh

Luu ý: Trong trường hợp móng tường chắn đặt lên trên nền lả dat, đá có cường độ lớn ít cô nguy cơ hư hỏng do mắt én định trượt sâu, trượt hỗn hợp, do đó thường phái kiểm

tra ôn định về hai mat: Trược phẳng và lật

Dia tác đụng của lực ngang sự trượt hỗn hợp là có thật Tuy nhiền nếu không xây ra

trượt phẳng và trượt sâu: là hai trạng thai giới hạn thi tage sâu không thé xảy ra Vi

vậy khi tính toán có thể bỏ qua trường hợp tỉnh toán trượt hỗn hợp.

Kết luận chương 1.

“Chương | đã tổng hop được các dạng của tưởng chắn, điều kiện sản sinh công như các

loại tai trọng tác dụng Từ đó cho thấy các loại đặc điểm cũng như phân loại theo điều

kiện làm việc của tường chin

Tang hợp được một số iêu chuẫn thiết kế thường dùng và các bước cơ bản thiết kế

tường chắn, đặc biệt áp dụng đến tường chắn chồng sạt lở thích hợp với điều kiện sông.

ngôi của đồng bằng sông Cứu Long Ngoài ra còn hình thành phương pháp luận cho

lắp tỉnh toán thiết kế cả hệ công trình nền, tưởng và

“Tổng hop được các điều kiện kiểm tr én định trồng chin đối với bai toán sat lở bờ

sông, bờ kênh trong các công trình thủy lợi.

Nhu vậy, để thực hiện đầy da các bước tính toán tường chắn đắt, khối lượng công việc là tắt lớn Vậy để giảm được thời gian và tăng phân tích trường hợp làm việc bắt lợi của tường, xu hướng sử dụng phần mễm chuyên môn trong tinh toán thiết kế là rất quan trọng và ngày cảng nhiều Ngoài việc đánh giá dn định một cách chính xác thi

việe mô phỏng của các phin mém đưa ra thật sự thuận lợi và phi hợp với quy định củacác quy phạm hiện hành Các tinh toán và phân tích ở các chương sau sẽ phân tích kỳhơn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ON ĐỊNH TƯỜNG

2.1 Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn.

Lý thuyết áp lực đất li một trong những vin để quan trọng và phúc tạp của Cơ học đất

Gồm hai loại cơ bản khác nhau:

Loại không xét đến độ cứng của tường và loại có xét đến độ cứng của tường ( loại này.

só thể tham khảo trong các ta liệu chuyên sâu vé tường chin dit)

Loại không xét đến độ cứng của tường, giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉ xét đến sắc tr số áp lực đắt ở các trang thải giới hạn là ấp lực chủ động và áp lực bị động, VỀ

loại này có thé phân thành hai nhóm chính.

2.1.1 Nhóm lý huyết cân bằng giới hạn của khối rắ

Các lý thuyết theo nhôm này đều giả thiết khối đất rượi sau tưởng chin, iới hạn bối mặt trượt có hình dạng trước, như một khối rắn ở trang thi cân bằng giới hạn Đại

Coulomb (1773) và sau đó được

LY Pôngxele, K.Culman, phát triển hoàn thiện thêm [1]

diện cho xu hưởng lý thuyết này là lý thuyết

2.1.2, Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tổ (điễm).

Nhóm lý thuyết này chủ trương tính toán các chỉ số áp lực đắt chủ động và áp lực đắt

bi động với gi thiết các điểm của mỗi trường đất dp đạt trang thái cân bằng giỏi hạn cùng một lúc Lý thuyết này đã được giáo sư V.L.MI.Ranldne để ra năm 1857 sau đó được nhiều tác giả phát triển thêm Đặc biệt đến nay lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố được phát triển mạnh mẽ, trước hết phải kể đến các công trình nghiên cứu lý thuyết

của viện sĩ V.V,Xôcôlovski Đến nay, lý thuyết tính toán đến áp lực đắt có xét đến độ.

cứng của tường (tường mém) chưa được nghiên cứu dy đủ bằng lý thuyết tỉnh toán áp

lực đất lên tường cứng loại nảy được phát triển theo hai hướng.

Xu hướng tính gin đúng theo các iu thức tính toán áp lực đắt chủđộng và áp lực đắt bị động đổi với ường cứng

Xu hướng tinh trồng mém như dim tựa lên nén din hồi và dùng các loại mô hình cơhọc về nền để gi, Các phương pháp theo xu hướng này không những cho phép xác

định áp lục đất lên tường mềm (ức là phản lực nên) mà còn xác định được chuyển vị của tờng mềm, Lý luận áp lực dit của Xôcölovski hiện nay được coi là lý luận chặt

chẽ về mặt toán học, cho kết quả với độ chính xác khá cao và đúng với các quan sắt

thực song cũng còn bị hạn chế chủ yu ở chỗ cảch thực hiện lồi giải quả phức tạp,

chưa ra được các lời giải và bing tinh cho mọi trường hợp cần thết khi tính toán áp

dụng thực tế Mặt khác lý luận áp lực đất của C.A.Coulomb chí được coi là lý luận gần.

dling do những hạn chế của các giả thiết cơ bản Song hiện nay lý uận này được ding

phé biển dé tính toán các trường hợp có áp lực đắt chủ động tác động lên tường chắn, vi các bước tính toán tương đối đơn giản, có khả năng giải được các bài toán thực tẾ

phức tạp và cho kết quả đủ chính xác trong các trường hợp tinh toán áp lực đất chủđộng, tuy nhiên việc xác định áp lực đắt bị động lại có mức sai

tế TH

chú lớn so với thực,

2.2 Xác định áp lực tĩnh cña đất lên trờng chắn.

Xét bài oán với mặt đất sau trồng đồng chất nằm wong tang thi cân bằng bên, đất sau tường phẳng và nằm ngang Giả thiết lưng tưởng phẳng thẳng đứng và sự có mặt

của tường không làm ảnh hưởng thay đổi đến điều kiện làm việc của đắt khi đó áp lực

sửa dit tác dụng lên mặt phẳng lưng tưởng chính là áp lực hồng trên mặt phẳng đô

trong nền khi không có tường Do khối dắt ở trang thái cân bằng tinh nên áp lực đồ gọi

là áp lực nh

“Cường độ áp lực đắt ảnh được xác định theo công thức sau:

ñ Kyz G0)

Trong đố: 7: là dung trọng của đất

z: l độ sâu của điểm M cần

Ko : hệ số áp lực hông của dt Hệ số này có thé xác định bing thí nghiệm hoặc tính

theo cúc công thức sauK,—:È5- Kyat-sing; Kee — (2)

Hoặc có thé lấy theo bảng (2-1) sau

Bang 2 Hệ số áp lực hông Ko

‘Ten đất Cát Á sét đất Á sét Sết

HệsốKo 0432054 |054:067 |0672082 |082+100

‘Vi đất ở trạng thái cân bằng bén nên vòng tròn Mohr biểu diễn ứng suất tại điểm Mnằm dưới đường C.A.CouLomb (Hình 2-1), Biểu diễn cường độ áp lực đất tác dụng

lên tường có dang tam giác, tổng áp lự đất tnh tính theo công thức:

Ey LHR, G3

Va điểm đặt E, cách đáy tưởng 1/3 H

2.3 Lý thuyết áp lực đất của C.A.COULOMB

2.3.1 Tinh toán áp lực chủ động lớn nhất của đắt theo lý thuyết C.A.Coutomb 2.3111, Tỉnh toán áp lực chủ động lớn nhất của đất rời the lệ tuyết CA.Coulom

Hình 2.2Mô tả tinh toán áp lực đắt chủ động lớn nhất của đắt rồi theo lý thuyết

Gia sử có một tưởng chin cứng với ưng tường phẳng AB, chắn giữ khối đất dip rồi sau lưng tường với mat dit đắp có dạng bắt kỳ, không chịu tắc dụng của tải trọng ngoài (Hình 2.2) Nếu gọi el gốc nghiên cia hưng tưởng so với phương thing đồng và ø là

hợp bởi mặt trượt giả thuyết nào đó với phương nằm ngang, th gi tồi điểm xảy

a trượt sẽ xuất hiện hai mặt trượt AB và BC, tạo thành lãng thể trượt Theo giả thiết

thì phương của hai phân lực Ee và R được xác định bởi góc ma sát ngoài ö và góc ma.

sit trong ọ như (Hình 22) Điền kiện cân bằng giới hạn được thôn mãn Kh tam giác

lực (G, Fe, R) khép kin, Do đó, đựa vào hệ thức của tam giác lự (Hình 2:2; có th rút

ra biểu thức sau đây của áp le chủ động đổi với dt ri Kn lưng tưởng cũng ABC.

“Tương tự ta có biểu thức tinh R;R = GHet eo

“rong phương trinh (2.4) do đại lượng G thay đổi theo ø, nên Ee là him số của ø, DE

tinh toán én định của tưởng phải dựa vào áp lực chủ động lớn nhất Eemax của đất tác dung lên lưng tưởng Do đó, để giải được bai toán áp lực đắt C.A.Coulomb để dựng

nguyên lý cực tri để đưa thêm vào một phương trình nữa, Nguyên lý cực là góc ứng

với tị số áp lực chủ động lớn nhất (Eemax) của đất rời lên lưng tường cứng được xác

nh đều kim #0 — G2)

Từ phương trình (2.4) có thé thấy ring ham số Ee = f (o) biến thiên theo dạng đường cong (Hình 23) đường cong này sẽ cit trục tạ các điểm khise = 90 + (2.8)

“Tức là Be= 0 Néu về đường thẳng tiếp tuyển với đường cong và song song với tre to sẽ xác định được tr số áp lực chủ động lớn nhất (Ecmax) và tr số góc trượt a0

Hình 2 3Hăm số E©-ffo) biến thiên theo dạng đường cong

15

Š xắc định được tị số lớn nhất cia Ee trong các tị số có th có, người ta phải giả

thuyết nhiều mặt rượt BC có thé xảy ra, đễ từ đó xá định được tị số Eemax, Dựa vio

các điều kiện của bài toán đặt ra (hình dạng lưng tường, hình dạng mặt đất đắp, và tải trọng ngoài ác dang lên khổi đất dip ) hiện nay thường dùng các phương pháp

sau đây để xác định áp lực chủ động lớn nhất Eemax của đt [1]

Ất rời theo 2) Thành lập công thức tinh toán ấp lực đất chiding lớn nhất của

phương pháp giải tích.

Phương pháp giới tích chỉ đồng để giải bài toán với trường hợp mặt đất phẳng và lưng

tường phẳng (Hình 2.4) Từ đáy tường B lên (Hình 2.4) Kẻ trục ma sit BD hợp với

phương nằm ngang một gốc bằng góc ma sit trong của đắt ọ, Và cũng từ B vẽ trục

chuin BK hợp với lưng tưởng một góc (g:ð) Như vậy trục chuẩn BK sẽ tạo vớiđường kéo dài của trục ma sát một góc bằng v.

Hinh 2.4 Mô tả tinh ton áp lực chủ động lớn nhất của đắt rời theo phương php giải

tích, biểu đồ đa giác lực.

Gia sử BC là một mặt trượt bất kỳ va có góc trượt tương ứng là œ Từ A và C kẻ các đường AE, CF song song với tục chuẩn BK Từ (Hình 24) ta thấy rằng tam giác BCF

ding dang với tam giác ie nên ta 8: Be = GỀ 29) Trong đó :G = }.y.AB.AC.sinB (210)

Vớig = 90% — e+

dung trọng của đắt

Thay (10 vào (29) tae Eụ =Š y.AB.AC SE sin G11)

ViCFIAE nên ta có: AC = AD và CP = AB (212)

‘Thay (2-12) vào (2-11) ta có: Ee = Š.y.sin 8.2229, 13)

Từ biểu thức (2.13) ta thấy rằng AB, AE, AD và ED hoàn toàn không phụ thuộc vào.

gốc trượt o, cho nên chỉ số cục đại của ấp ực chủ động (Eom) sẽ tương ứng với trĩ

số ove đạ của tiến hương =,

ABAEAD và

Nếu đặt A as a-y.sinB‹

với lý do trên ta có: Eemax= A.Xmax (2.14)

Do điểm C chưa xác định nên dẫn đến F cũng chưa xác định được nên đặt BF= x là in

số, BE= a và BD= b là những số đã biết

Ta cóc X= 615)

Dựa vào điều kiện (2.7) và (2.14) ta có: = = 0, sau khi giải ra ta có tri số cực đại của

xmax= va.Ð và đem tr} số này vào phương tỉnh 2.15 ta được trị số cực đại của X là

He là chiễu cao của tường chin; 6 góc ma sắt giữa đất dip và lưng tường

theo bảng (2.2); các dai lượng khác như (hình 2.4).

Bang 2.2Trị số góc ma sát giữa dit đắp và lung tường.

Đặc điễm tường chân Ge ma sắt ð

Lưng tường trơn nhẫn, thoát nước không tốt 0=g/3

Lưng tường nhắm, thoát nước tốt 3+ g2

Lưng tường rt nhắm, thoát nước ốt g2 g3

“Trường hợp đặc biệt

“Trường hợp tường thing đúng với lưng tường nhẫn, mặt đất sau lưng trờng nghiéng dưới góc bằng góc ma sát trong của dat, tức là (e=0, 5=0 và œ=p) Từ công thức (2.18) ta thấy rằng, áp lực đắt chủ động (Eed) tỷ lệ thuận với chiều cao tưởng Do vậy cường

độ áp lực đất chủ động tác dụng lên tường tại độ sâu Z được tính như sau:

= 8 (nat Ka) =vz-Ka G20

Biểu dd cường độ ấp lực đắt chủ động của đất lên tung theo chiều sâu có dang tam giác như trên (Hình 2.4b) Điểm dat của áp lực đất chủ động nằm ở trọng tầm biểu đồ cường độ áp lực, trong trường hợp này, trọng tâm của biểu đỏ nằm trên đáy tường là

HS, phương tác dụng của Ee nghiêng một góc 5 so với pháp tuyển của lưng tưởng [1]

b) Xie định áp lực đất chủđộng lớn nhất của đất rời theo phương pháp đồ giải

Phương pháp này dựa trên những giả thất cơ bản và nguyên lý tính toán giống như

phương pháp giải tích, khác là ding cách vẽ dé xác định áp lực đất chủ động

2.3.1.2 Tính toán áp lực chú động lớn nhất của đất dính theo lý thuyết C.A.Coulomb, Vige tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất, có xét đến ảnh hưởng của lực đính kết là

điều cin thiế Trước đây, khi thiết kế thường bỏ qua ảnh hưởng của lực dính vì cho

ring nó chi được phát huy trong một điều kiện nhất định, còn khi trong đất dip xuất

hiện ving biến dạng đèo dưới tác dung của trọng lượng bản thân đất cũng như do ảnh

hưởng của tải trọng ngoài trên mặt đất đắp, hoặc khi đắt nằm trong nước (thường thấy.18

ở dit dip sau tường chin thuộc công trinh thủy lợi), cũng như khi nhiệt độ của mỗi trường xung quanh thay đổi, im cho kết cầu của khối đất bị phá hoại, thi ảnh hưởng

của lực dính không cỏn nữa RO rang đánh giá ảnh hưởng của lực đính như vậy chưa.

Lý luận áp lực đất của Coulomb có thé mở rộng

định áp lực đất chủ động E,¡ của đất dính, vẫn dựa vào các giá thi

toán như đất rời, nhưng thêm vào giả thiết, lực dính của đất dip được xem như tác

dụng theo phương của mặt trượt và phân bỗ đều trên mặt trượt Như vậy ảnh hưởng

cia lực dính được xét đến qua hai lục tác dụng lên mặt trượt, trên mặt trượt thứ nhất, lực dinh được xác định theo công thức (xét bài oán phẳng): T= c.BỂ (2.21)

Lực đính tác dụng lên mặt trượt thứ hai (lưng tường) bằng:

T, = cụ.ÄB (2.22)

lực dính đơn vị của đt đắp

“Trong đó: ¢

— lực dính đơn vị của dit đắp với lưng tường,

“Trong trường hợp này đa giá lục gồm năm lục (G, Ry TT, và Ex) hop li cũng phải

khép kin, Dựa vào đa giác lục (Hình 2.50) có thể hết lập được công thức của ấp lực

chủ động trong trường hợp này dưới dạng:

“rong tinh toán nhiều khử để đỡ phúc tạp người ta không xét đến lực dinh rên lưng

tường mà chỉ xét đến lực dịnh trên mat trượt BC,

19

By = TB 229)

"Để tim được tr 6 áp lực chủ động lớn nhất của dt dính (E, ) cũng tiễn hành tương

tự đối với đất rời [1]

2.3.2 Tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của dắt tác dụng lên tường chủ

Nếu dưới tác dụng của lực ngoải, tường chắn chuyên vị về phía đất và gây ra trạng thái cân bằng giới hạn bị động, thi

và BA (Hình 2.6), ở trang thái cân bằng giới hạn, lăng thé ABC chịu tác đụng của các

it sau tường có khả năng bị trượt lên theo mặt trượt BC

ye he

» »

Hình 2.6 M6 tả tinh toán áp lực bị động nhỏ nhất của đắt tác dung lên tường chắn.

Trọng lượng bản thân G của lãng thể trượt ABC; Phản lực R của phần dit côn lại đối

với lãng thể ABC; phản lực Ey của lưng tường đối với lãng thể trượt Vì lãng thé 4

6 trạng thai cân bằng giới hạn và có xu hướng trượt lên trên, nên phương vi chiều của

các lực tác dụng có thể biểu thị như trên (Hinh 2.6 a) Hệ lực tác dụng lên lăng thể cân

clue khép kin, Từ bệ thức lượng trong tam giác lực có thể đễ đăng út

bằng nên tam g

ra công thức của Ey, Như sau:

Công thức (225) cho thấy rằng E¿ là một him số của © vit số của E sẽ thay đổi khi

© thay đổi, nghĩa là ứng với những mặt trượt khác nhau, Ey sẽ c những trị số khác

nhau Theo gi thiết của C.A.Coulomb, tri số áp lực bị động Ey là trị số nhỏ nhất của E, và mặt trượt ứng với Euu., là mặt trượt nguy hiểm nhất Muốn tim Epis có thể

20

đăng phương trinh tương tự như trường hợp tính áp lực của đất chủ động đối với đắt vời, kết quả của phương pháp giải tích cho trường hợp mặt phẳng nghiêng một góc aso

với phương nằm ngang, biểu thức áp lực bị động có dang như sau:

Bin = Kast G26)

“Trong đó Ky ~ hệ số áp lực bj động, trong trường hợp tổng quát tinh theo công thức.

=äco(e9l- [BE] am]

“Trường hop đặc biệt nếu lưng tường thẳng đứng, mặt tường trơn nhẫn, mặt đứng nằm 0,08: Kuu =g2(459+5) (2.28)

sau: Kya = 27

“Cường độ áp đất bị động tại điểm bắt kỳ theo chiều cao của tường được xác định theo

công thức sau: R, = m = s42) =yZKoa (229)

Ap lực đắt bị động Eạ tác dụng tai điểm cách chân tường một khoảng H/3, phương tác

dụng nghiêng với pháp tuyến lưng tường một góc 8.[1]

2.4, Các phương pháp dya vào lý thuyết cân bằng giới hạn 2241 Tink tin áp lực đắt theo ý luận (J W.RANKINE,

Dựa vào trang thái ứng suất trong vat thé bán không gian vô han và điều kiện cân bing giới hạn tai một điểm trong bán không gian đố W.J.W.Ranki_ne đã đề ra phương pháp tính toán áp lực dat chủ động va bị động của đất lên tường bỏ qua ma sat giữa dit và tường, nghĩa là ứng suất phân bổ tn mặt tiếp xúc giữa đắt và tưởng trong trường hop

số tường và không có tường như nhau

4.1.1 Trường hap dit rồi (20,

Limg tường thing ding, mặt đất nghiêng một gée a so với phương ngang

Xét một phân tổ đất M có hai mặt thẳng đứng và hai mặt song song với mặt đắt ở độ sâu z như trong trường hợp xác định áp lực tinh của đất lên tưởng,

“rong trường hợp này có th chứng minh được ring gid tj của ứng suất trên mat thẳng

img tương ứng với ba trang thái ứng suất của phân tổ kể trên là

a

inh 27 Mô ta tính toán ấp lực tho lý luận W.J.RANKINE đối vớ đất rời “rạng thi ứng suất tương ứng với vòng tròn 1: øy = OB

‘Trang thải cân bằng giới hạn cục 6

Kea SE cose (235)~ cose sinep-sinea

Do đó áp lực đất chủ động lên tường chắn được xúc định theo công thức sau:

B= Lyte Ka 236)

2

"Hình 2.8 Trang thái ứng suất bị động và các họ đường trượt và biểu đỗ cường độ áp

lực chủ động.

“Các đường đT; và dS» trên (Hình 2.8) chỉ hướng mặt phẳng chính HI và 1 Khi một

điểm nim trong trạng thái cân bing giới hạn, thì tại đồ sẽ xuất hiện hai mặt trượt cất

Kyg = 2U ‘cosa JainpaintaTT cosa (2.37)

` áp lực bị động By củađắtlên tường được sắc định theo công thức:

24,12 Trường hap ai với đấ nh: (940, c20) mặt nằm ngung (a0) và lưng trồng

thẳng đứng (e=0).

‘Trang thái ứng suất tại điểm M theo chiều sâu z, khi khối đất ở trạng thái cân bằng bên

thì lic đó thành phần ứng suất thẳng đứng được xác định như sau:ơ,= 7.2

Can thành phần ứng suất pháp của mặt thẳng đứng sẽ lrơ,=K,

"Nếu xem khối đất là bán không gian vô hạn thi mọi mặt phẳng đứng đều là mặt phẳng.đối xứng của bản không gian, do đó trên mặt phẳng đứng và ngang của ứng suất tiếp

đều bing không, Từ đó suy ra ứng sất pháp trên mặt phẳng nằm ngang ơ, và trên mặt

phẳng thing đứng ơ, đều là ứng suất chính tương ứng là cy và oy Từ hai ứng suất

chính này có thé dùng vòng tròn Mohr dé biểu thị (Hình 2.10) Do điểm M đang ở.

trang thải côn bằng bên nên ving tròn Mohr I nằm dưới đường bao cường độ ching cắt

của Coulomb.

Khi tường dịch chuyển ra ngoài khối đt, thi khối đất bị kéo giãn ra phía hông do đó ứng suất của mặt phẳng nằm ngang ơ, không thay đổi, còn ứng suất pháp của mặt

phẳng đứng ơ, sẽ bị giảm dẫn, cho đến khi đạt thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạnthì dùng lại (gọi là trang thái chủ động của Rankine), hie đồ oy đạt cực tu và ký hiệu

là P,P, là ứng suắt chỉnh nhỏ nhất, còn ơ,= yz à ứng suất chính lớn nhất Vòng trồn Mor It được đựng ừ các ứng suất đường bao cường độ chẳng cắt của Coulomb, nếu đất giãn tiếp th chỉ có thể dn đến trang thái chay do chứ không

làm thay đổi trang thái ứng suất đó.

Khi tưởng dich chuyển thì khối đất bị ép lại từ hai phía hông th ứngphía it

suit pháp của mặt phẳng đóng o, không nường ting lên, còn ơ, không đổi, cho đến

Khi khối đất thỏa mãn điều kiện cân bing giới hạn (goi là trạng thải bị động của Rankine) th, đạt giá tị cực đi, kỹ hiệu là Py, lúc đó P chính là ứng suất chính lớn nhất còn ơ, =y.z là ứng suất chính nhỏ nhất Vòng tròn Mohr dựng từ hai giá trị ứng.

suất này là vòng III tiếp xúc với đường bao Coulomb (Hình 2.10 b) Do khi khối dat ở.

trạng thái giới han chủ động, mặt ứng suất chính lớn nhất 1a mặt phẳng ngang cho nênmặt trượt làm với mặt phẳng đứng một góc (45°-9/2) còn khỏi dit ở trạng thải cân

bằng bị động thì mặt ứng suất chính lớn nhất là mặt phẳng đứng cho nên mặt trượt làm,

”

chvới mặt phẳng ngang một góc (45°- q/2) (Hình 2.10 e, d) Từ sự phan

W.J-W.Rankine đưa ra các công thức tính áp lực đắt chủ động và bị động như sau

Do diém M nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn, nên ứng suất tại điểm M phải thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn Mohr- Coulomb nêu trong Chương IV Từ công thức

(2-28) có

Thay 257) và 2.58) vo 2-56) 106

yon Pote?(45°4+2) +2.0te(45°+2) 242)

Hay Pog =y.ZKea—2cVKu (2.43)

Trong đó: Kea = Gras = tg2(45° — 2) là hệ số áp lực chủ động theo lý luận của

“Từ công thức (2.43) ta cố thể thấy ring cường độ áp lực đố dinhchủ động trong đãgồm hai thành phần: một do trọng lượng đắt gây ra (y-H.K.,) có tác dung day tường ra,

còn phần kia lực đính gây ra lực âm (2c Reg) không phụ thuộc vào chiều cao tường

25

có tức dụng nu tường lạ Trong thực t tinh toán người ta thường bỏ qua vai tr ảnh

hưởng của lực dinh đến cường độ áp lực dắt lê tường với lý do là lớp đắt này trên mặt thường bị anh hưởng nhiều của môi trường thay đổi trong tự nhiên, nên không phát

huy vai trò của nó.

tai —

By » 9

Hình 2.11 Biểu để phân bé cường độ và điểm đặt của áp lực chủ động.

[Néu loại bỏ vai trò phần biểu đổ âm thi biểu đổ phân bổ áp lực đất chỉ còn phần tam

giác abe

Nhu vậy tại a thì Phy =0 =y.z,.Kạ¿—2cVKa — 49Từ đồ rit a tg = FE2.45)

"Trong 46 :Z,- chiều st giới han ảnh hưởng của lực dịnh

Trị số tổng áp lực dat chủ động được tính bằng diện tích của biểu đồ abe (Hình

18):E,2¿ = dtdabe 2.46)‘Thay z2 từ công thức (2.45) vào công thức (2.46) ta có:

Bea =3Y-HẺ.Kạ — 2c Rea +2 (2.47)

Ap lực dit chủ động E,¡ tác dung tai điểm cách chân tường một khoang (

“Trong trường hợp đất đắp là dit rời (ø # 0,¢ = 0)

Cường độ áp lực đất chủ động: Pe = y.2.Keg (248)

“Tổng áp lục đất chủ động: Ee —Šy.H2Kạ, — G49)

“Từ đó ta thấy rằng công thức nay sẽ trùng với trường hợp đặc biệt theo lời giải giải tích.

của C.A.Coulomb, Biểu đồ phân bổ cường độ và điểm đặt của áp lực chủ động trong

(Hình 2.1111

b)_ Xác định áp lực dit bi động

Vĩ một lý đo nào dé làm cho tường chin dịch chuyển v8 phía khối đắt đắp, nó kim cho khối đất đắp bị ép lạ từ 2 phía, và khi khối đất đó dat ới trạng thái cân bằng gi

bị đông thi các thành phần ứng suất tại điểm M được xác định như sau

øy (2.50)

“Thay công thúc (2.50) và (2.51) vào điều kiện cân bing giới hạng Mohr Coulomb (2 59) ta được Rg = y.z.Kụu + 2¢V Roa (252)

“rong đó Ky = tạ2(45 + 2)- 1h s áp lục dt bj dng theo Rankine.

Tir công thức trên ta thấy ring cường độ áp lực dit bị động gồm hai phần, đồ là (y.H.K¿,) do trọng lượng khối đất gây ra và (2e.VKạj) do lực đính gây ra Ca hai phần áp lực đều cổ tác dụng chống lại trồng Lực dinh của đt làm tăng áp lực đất bị động

lên tường.

Biểu đỗ phân bổ cường độ áp lục đắt bị động lên trồng như (Hình 2.11 ) biểu đồ này có dang hình thang Tổng giá tị áp lực đất bị động trong trường hợp nảy được tính bằng điện tích của biểu độ hình thang Ea = 4.12 Kyg +2cH mg — (253)

Va điểm đặt ở tâm hình thang.

Trong trường hợp đắt dip là đắt rời (ø z 0, = 0) thì công thức (2.52) ta suy ra

cường độ áp lực đất bị động sẽ được tính là: Pkg = Y‹Z.Kụa

Va tổng áp lục dt bi động lạ, = 2y.H? Kya (259) [1]

2

Hình 2.12 Biểu đồ phân bố cường độ và điểm đặt của áp lực bj động.

3.42 Tính toán áp lực đắt the lý huyết V.V-XOclovski

Thực tế cho thấy rằng sự có mặt của tường chắn đắt trong đắt sẽ làm thay đổi điều kiện

lâm việc của nền dit sau lưng tưởng rất nhiễu Chính vì vậy cần đưa vào tính toán không những điều kiện biên ở trên mặt đắt mà còn cả điều kiện biên ở mặt tiếp xúc giữa đất và tường Khi xuất hiện áp lực dat cha động (hoặc bị động) trong nén đất đắp.

sau tường đồng thời xuất hiện khối trượt giới han bởi hai mặt trượt và mặt dat tự nhiên.

Mặt trượt thứ nhất xây ra trong khối đất như (Hình 2.13).

“Trong trường hợp nếu mặt phẳng lưng tường trơn nhẫn, ma sắt giữa đắt và tường nhỏ

ơn ma sắt rong của đất th mật rượt thứ I chính là mặt phẳng lưng tưởng như (Hình

2.13 a) Trường hợp bé mặt tường ghd ghé, độ nhám lớn, ma sát giữa đất và tường lớnhơn ma sắt trong của đắt, mặt trượt thứ II thường xảy ra trong dit sắt lưng tường (Hình2.13 b), Côn trường hợp lưng tường quá thoải, góc nghiêng lưng trởng (2) lớn thi mặttrượt thứ If cũng thường xây ra trong đắt nhưng cách lưng tường một quãng (Hình 2.13

©) Chính yết

trong trang thi cân bằng giới hạn không phải toàn bộ thỏa mãn điều kiện cân bằng hạn cực đại đơn thuẫn như WUJAW,

it hiện nhiều vùng khác nhau vớim, Khi đất nằm

ô ma sit làm thay đổi tỉnh hình ứng suất tong đất giới hạn cực tiểu đơn thudn, hoặc cân bằng gi

Rankine quan niệm, mã tong nền đất có thé x

những điều kiện cân bằng giới han khác nhau, tủy thuộc vào tỉnh hình tải trọng và ma

sắt giữa đất và tường