Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng lí thuyết độ tin cậy trong phân tích ổn định công trình ngầm và áp dụng cho một đường hầm ở thành phố Hồ Chí Minh

LỜI CÁM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn Thạc sĩ với dé tài “ Ung

dung lý thuyết độ tin cậy trong phân tích 6n định công trình ngẫm va áp dụng cho một đường ham ở thành phố Hỗ Chi Minh” tác giả đã hoàn thành theo đúng

nội dung của đề cương nghiên cứu, được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của Khoa

Công Trình phê duyệt Luận văn được thực hiện với mục đích nghiên cứu ứng dụng

lý thuyết độ tin cậy trong tính toán ổn định công trình ngầm.

Dé có được kết quả này, tác gid xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PSG.TS.

Trịnh Minh Thụ và PGS.TS Mai Văn Công - Khoa Công trình - Trường Dai hoc

Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và đóng góp các ÿ kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Xin chân thành cam on sự giúp đỡ nhiệt tinh, sự hỗ trợ về mặt chuyên môn và kinh nghiệm của các thay cô giáo trong khoa Công trình và đặc biệt là các thay

cô trong bộ môn Địa Kỹ Thuật, Phòng Đào tạo Đại học và sau đại học; tập thể lớp cao học 20PKT- Trường Đại học Thuy lợi cùng toàn thé gia đình va bạn bé đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi về moi mặt dé tác giả hoàn thành luận

văn này.

Trong quá trình thực hiện luận văn, do kiến thức về cả hai mảng công trình ngâm va lý thuyết độ tin cậy còn rất hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thay cô, dong

nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về mặt kiến thức trong học tập và nghiên cứu.

Xin trân trọng cam ơn!

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2014

Tác giả

Hoàng Thị Lụa

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆ NAM

Độc lập - Tự do ~ Hạnh phúc.

BAN CAM KET

Kinh gửi: Ban Giám hiệu trường Đại học Thuy lợi

Phòng Đảo tạo ĐH va Sau DH trường Đại học Thuy lợi.

“Tên tôi là: Hoàng Thị LuaHoe viên cao học lớp: 20ĐKT

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng.Mã học viên: 128580204030

Theo Quyết định số 116/QĐ-ĐHTL, của Hiệu trưởng trường Đại học Thuy Lợi về việc giao đề tài luận văn và cần bộ hướng dẫn cho học viên cao học khoá 20 dot 2 năm 2012 Ngày 23 tháng 01 năm 2014, tôi đã được nhận đề tài: “ Ung

dụng lý thuyết độ tin cậy trong phân tích ấn định công trình ngầm và áp dung

cho một đường him ở thành phố Hồ Chí Minh ” dưới sự hướng din của thầy

giáo PGS.TS Trịnh Minh Thụ và PGS.TS Mai Văn Công.

Tôi in cam đoan luận văn à kết qua nghiên cửu của riêng tô, Không sao chếp,

sửa ai, Nội dung luận văn cỏ (ham khảo và sử dụng các ti liệu, thông tin đượcđăng ải tên các tài liệu và các trang website theo danh mục tà iệu tham khảo cialuận văn.

Hà Nội, ngày thẳng 05 năm 2014Người làm đơn

Hoàng Thị Lụa

CHUONG I: TONG QUAN VE ON ĐỊNH CÔNG TRINH NGAM HIEN NAY 6VIET NAM VÀ THE GIỚI 3n định công tình ngằm 5252555oscsesce.8

1.1.1 Vấn đề sử dụng công trình ngắm hiện nay ở Việt Nam và trên thé giới 3

1.1.2 Một số sự cổ mắt dn định công trình ngằm đã xây ra 4

1.2 Các nguyên nhân gây mắt én định công trình ngẫm thưởng gặp 10

1.2.1 Nhóm nguyên nhân gay mat én định trong giai đoạn thi công: 10

1.2.2 Nhóm nguyên nhân gây mắt én định trong giai đoạn vận hành: 13

1.2.3, Tong kết €húng, 6551111,

1.3 Các phương pháp tính (oán, thiết kế én định công trình ngằm truyền thống và ưu nhược điểm của chúng “4

1.3.1 Phuong pháp ứng suất cho phép 41.3.2 Phương pháp tinh theo hệ số an toàn: 15

1.3.3 Phương pháp tính toán theo trang thái giới han: ¬ 1.3.2 Một số nhược điểm cơ bản của phương pháp thiết kế truyền thống: l6

1.4, Phuong pháp sử dụng lý thuyết độ tn cậy tinh toán én định công tinh ngằm 16

1.5 Lựa chọn phương pháp tính toán, a

CHUONG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CUA PHƯƠNG PHAP ĐỘ TIN

CAY VÀ NGUYÊN LÝ ÁP DỤNG TRONG PHAN TÍCH ON ĐỊNH CÔNG

‘TRINH NGAM 18

2.1 Tom tắt cơ sở lý thuyết 51 rrroooo.TRỶ2.1.1 Định nghĩa VỀ tồi rô: 5521,

2.1.2 Phân tích độ tin cậy của thành phần hệ thống 19 2.1.3 Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên: 21

2.2 Nguyên lý lý thuyết ứng dụng trong phân tích ổn định công trình ngằm 27

2.2.1 Xây dựng cây sơ đồ sự cổ tổng quát 27

2.2.2 Phân tích áp lực tác dụng lên vỏ hẳmm -525sscscscsceceooc30)

2.2.3.Mô tả bài toán mẫu cho một đoạn hầm đặc trưng 39

2.3 Kế luận chung SI

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ON DINH CHO MOT HAM GIAO THONG 6

3.1 Gigi thiệu trường hợp nghiên cứu s43.2 Các tai liệu cd thiết trong tính toán 55

3.2.1 Tài liệu địa chất và địa chất thủy văn SA 11.

3.2.2 Tài liệu về công trình và ti trọng 5252sssseeeseeeecoceeođf)

3.3 Tính toán én định công trình theo lý thuyết độ tin cậy 6

3.3.1.Kiém tra én định theo cơ chế phá hoại vỏ him do ứng suất vượt mức cho

phép 65

3.3.2 Kiểm tra ôn định theo cơ chếđây nỗi của đường him 83

3.3.3 Kiểm tra ôn định theo cơ chế sụt lún quá mức cho phép của đường him 92

3.3.4 Téng hợp xác suất phá hoại 2 mặt cắt kiểm tra của đường him Metrol 100 34 Két luận chương I 103 A 106

Bảng 1 Một số sự cổ đường him trên thể giới 5

Bang 1.2, Nguyên nhân dẫn tới sự cổ khi thi công CTN bằng phương pháp dio

ngằm thông thường

Bảng 2-1 Công thức tinh nội lực vỏ khuyên tròn biển dang tự do

Bảng 3.l.Các đặc tinh địa clcông trình của lớp A.Bảng 3.2.Cée đặc tính địa chất công tình của lớp B.

Bang 3.3.Các đặc tinh địa chất công tình lớp C

Bảng 3.4.Cée đặc tinh địa chất công tình lớp D

Bảng 3.5.Cée đặc tính địa chất công trì của lớp E.

Bang 3.6, Hàm tin cậy theo cơ chế ứng suất vượt mức cho phép,

ảnh hưởng tại điểm AN

tất sự cố và các hệ số ảnh hưởng tại điểm BN Bing 3.12: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hưởng tại điểm BT.

Bảng 3.13: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hưởng tai điểm CN.

Bảng 3.13: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hướng tại điểm CT

Bảng 3.14, Danh sch biến cổ định va giá tương ứng theo cơ chế ứng

Bảng 3.16: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hưởng ti điểm AN

Bảng 3.17: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hưởng ti điểm AT

Bảng 3.18: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hướng tại điểm BN.

Bing 3.19: Xác suất sự cổ và các hệ số ảnh hưởng ại điểm BT.

Xie suất sự cổ và các hệ số ảnh hưởng tại điểm CN si

Xác suất sự có và các hệ số ảnh hưởng tại điểm CT 82 éncé Š diy nỗi đường him 84

Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế diy nồi him 84

Xác suất sự cỗ diy nỗi ại mat cit 1-1, trường hợp 1 và ảnh85

Dan sách biển cổ định theo cơ chế diy nỗi đường him %6

Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế đầy nỗi him 86

Xác suất sự cố đấy nỗi tại mật cắt 1-1, tường hợp 2 và các hệ số ảnh

Danh sách biển cổ định theo cơ chế diy nỗi đường hằm-THỊ 88

ch biển ngẫu nhiền theo cơ chế day nổi hằm-THỊ 88Xác suất sự cổ day nỗi tại mặt cắt 2-2, THỊ và các hệ số ảnh hưởng 89

Danh sách biến cổ định theo cơ chế day nỗi đường hẳm-TH2 90 Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế day nỗi him-TH2 on Xác suất sự cô day nỗi tại mặt cắt 2-2, TH 2 va các hệ số ảnh hưởng 91 Ứng suất thẳng đứng trong nén him tại mặt cắt 1-1 93

Các giá ứng suất tính lớn %

Danh sách biến cổ định theo cơ chế lún đường hằm-THỊ 94

sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế lún hằm-THI 95

“Xác suất sự cổ lún quá mức cho phép tại mel-l và các hệ số ảnh hưởng

Ứng sut thing đứng tong nền him tại mặt cắt 2-2 97

Các giá tị ứng suất tính lớn 9Danh sách biến cổ định theo cơ chế kin đường hằm-THỊ 97

Dan ích bién ngẫu nhiên theo cơ chế hin hằm-THỊ 9%

XXác suất sự cổ lún quá mức cho phép tại mel-I và các hệ số ảnh hưởng.%

Bảng ting hợp xác suất nay ra sự cổ với mặt cắt him lôi

Hình 1.1 Một số sự cỗ công tinh ngằm trên thể giới

Hình L2 Tỷ ệ giữa ác loi sự cổ công tình ngằm

Hình 1 Cầu vượt Ngã Tự Sở và nhà dân in cận bị lún nứt

Hình 1.5 Ham Kim Liên bị mắt ôn định thắm

Hình 2.1: Sơ đỗ quá nh phân tích rủ ro

Hình 23: Định nghĩa xác suất xảy ra sự cổ và chỉ

Hình 2.4: Sơ đồ hóa cây sự có công trình ngằm.

Hình 25 Mô hình nền din hỗi đối với hằm không áp

Hình 2.6, Sơ đồ các áp lực tác dụng lên vỏ him

Hình 2.7 Mô hình cin bằng giới hạ khi him đảo nồng

Hình 28 Mô hình vòm áp lực

Hình 29 Áp lực te đụng lên công tinh ngầm đặt sâu

Hình 2.10 :Sơ đồ mặt cit ính toán

Hình 2.11, Tiết diện đặc trưng kiểm tra ứng suất Hình 2.12 Sơ đổ cây sự cổ chỉ ết tính toán Hình 2.13, Hệ cơ bản tính toán nội lực vỏ ham

Hình 3.1: Sơ đồ bổ trí các tuyến him thuộc dự án Metro Hỗ Chí Minh

Hình 3⁄2: Bản đồ địa chất của thành phố Hỗ Chí Minh tuyển Mẻ Trô dụkiển

Hình 3.3: Mat cất địa cl đọc tuyển Metrol Hình 34: Minh họa vỉ trí hằm trong đất

Hình 2.11 Tiết diện đặc trưng kiểm tra ứng suất

Hình 35: Biểu đồ phân phối ảnh hưởng các hệ số đến cơ chế phá hoại điểm AN Hình 3.7: Biểu đỗ tỷ lệ % phân phối các hệ số ảnh hưởng tới dn định tại BN Hình 38: Biểu đồ tỷ lệ % phân phối ảnh hưởng các hệ số tại BT.

Hình 39: Biểu đồ ty lệ % phân phối ảnh hưởng ác hệ số ti CN 3 Hình 3.10 Biểu đồ tỳ lệ phân phối ảnh hưởng các hệ số tại CT 4 Hình 3.11: Biểu đồ tỷ lệ %6 phân phối ảnh hướng các hệ số tại AN’ n

Hình 3.12: Biểu đồ ty lệ % phân phối ảnh hưởng các hệ số tại AT 78

Hình 3.13: Biểu đồ ty lệ phân phối ảnh hướng các hệ số tại BN 19

Hình 3.14: Biểu đỗ tỷ lệ % phân phổi ảnh hưởng các hệ số tại BT 80

Hình 3.16: Biểu ty lệ phân phối ảnh hưởng cúc hệ số tại CT 82 Hình 3.16: Biểu đồ tỷ lệ % phân phối hệ số ảnh hưởng mắt én định dy nỗi tại mel~

nổi tại

me2-Hình 320: Bigu đồ phân phối ty lệ % các hệ số ảnh hưởngin mắt ổn định do lún

«qué mức cho phép, mel-I %

Hình 320: Biu đồ phân phối ty lệ % các hệ số ảnh hưởngđến mắt ổn định do lún

“quá mức cho phép mel-1 99

Hình 3.21: Tổng hợp xác suit sự cổ mặt cit 11 theo OpenFTA, 102

Hình 3.22: Tông hợp xác suất sự cổ mặt cắt 2-2 theo OpenFTA 103

Sous : Ứng suất tính toán lớn fol |:Ứngsuấtchophép

K : Hệ số an toàn;

F, + Yêu tổ gây ôn định;

F + Yếu tổ gây mắt ôn định; Ky Hệ số an toàn cho phép

Nu Lực tinh toán gây mắt ôn định

Ra “Cường độ giối hạn bền công trình.

Se Biển dang, chênh lệch biến dang của công trình,

1s] dang, chênh lệch bia dang cho phép

R + Độ bền hay kha năng kháng hư hong s “Tải trong hay khả năng gây hư hỏng

z Hàm tin cậy

te : Hệ số an toàn của độ bên % Hệ số an toàn của tải trọng

o Ham ngược của hàm phân bé tiêu chun

Ft : Ham ngược của ham phân bd xác suất của biến X

Py Áp lực dit theo phương thing đứng Py Ấp lực diy ngược tác dung lên đáy him

Praia | Tải trong do các công trinh trên mặt đất gay nên

Pron “Tải trong do các phương tiện, may móc trên mặt đất gây nên Py Ap lực nước ngằm.

Pye ‘Ap lực theo phương ngang

h “Chiều sâu lớp đắt trên định him

hy "hiều cao mực nước ngằm trên đỉnh ham

Khối lượng rng tự nhiền

A Khối lượng riéng day nổi

te hoi lượng của nước

R Tai trọng của võ trên 1 đơn vị đài

4.0 _ | :Địaấp thing đúng tên đình hầm

Ry Ban kính trong của võ himye “ông momen

» Lực đọc tông hop

F Điện ích của it điện tính toán

w ‘Modun chẳng uốn

W„—_ | : Tông lực git cng tình không bị dy nỗi

Woaiy eis | :Lực đẩy nội

R “Trọng lượng Im theo chu vi ngoài của him Ry — | :Bánkihngoàicủahàm

D Dụng trọng tự nhiên của lớp đất

D Dung trọng hiệu quả của đất

M Chỉ dày lớp đất thứ ¡

Pe Dung trong riêng của nước

As, —_ | : Ứng suit ng thém thing đứng

_ Ứng suất trung bình thẳng đứng lớp ¡ ứng vớ giải đoạn trước khỉ ow tác dụng ứng suất gây lún.

_ Ứng suit rang bình thẳng đứng lớp ¡ ứng với giai đoạn Sau khi

2a —— [tác dung img suit gy lún

on Ứng suất thẳng đứng gây lún ớp thứ ¡ Bo | :Hệsốnởhônglớp thứi

h = Chiều diy lớp i

ey : Hệ số rỗng lớp i ứng với giai đoạn trước khi gia tải

Hệ số rng lớp ¡ứng với giai đoạn sau khi gia i

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của để tài

Công tinh ngằm hiện nay là một gi pháp thích hợp để tăng khả năng đáp ứng mật độ dân số cao của đô thị, Thêm vào đó sử dung công trình ngằm có ưu điểm là ít bị ảnh hưởng hơn bởi các vấn đề như ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu Các trung tâm lớn của Việt Nam như thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh cũng

dang trú trọng hơn tới việc xây dựng va sử dụng giao thông và không gian m

Đặc điểm của các công trình ngằm, đặc biệt là công tình phục vụ giao thông,

thường kéo đài qua nhiều ving có điều kiện khác nhau về địa chất, thủy văn và ti trong bé mặt Bên cạnh đó, các yếu tổ này còn biển đổi theo thời gian Sự én định

của công tình ngằm lại phụ thuộc vào các yếu tổ tiên mà khi tính toán thiết kế

thường chúng ta chỉ chọn được một số giá tị, ứng với địa điểm và thôi gian nhất‘nua phù hợp,

định Vì vậy kết quả tính toín có

Vige áp dụng lý thuyết độ tin ef h toán có thể giúp chúng ta tính toán

ổn định khi có xét đến sự thay đổi của các yếu tổ trên Do đó đề tài nghiên cứu cótính

thiết, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực

2 Mục đích của đ tài

-Nehién cứu lý thuyết của phương pháp, phân ch, đánh giá và tổng kết kính

nghiệm của việc sử dụng phương pháp trong các tính toán tương đương, từ đó đưa

ra cơ sở lý thuyết của phương pháp và ưu nhược điểm của phương pháp.

-Nehién cửu các phương pháp tính toán én định công tình ngằm thường sử

dụng hiện nay, ưu nhược điểm cia phương pháp,

~ Đánh giá khả năng ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để tính toán ổn định công.

trình ngằm.

-ĐỀ xuất phương án và quy trình cho việc sử dụng lý thuyết v độ tin cây trong

inh toán ồn định công trình ngằm Tính toán cy thé cho một công trình ngằm 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Nghiên cứu phát trién ứng dung lý thuyết độ tin cây trong phân tích én định

công trình ngắm Dựa trên cơ sở lý thuyết chung về độ tin cậy và cơ sở tính toán ôn

định công tình ngằm, thực hiện xây dưng bài oán mẫu để đánh giá an toàn công

công tình cụ thể (Metrol Hỗ Chí Minh) tinh toán với số li

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thự tế tai một số công trình đã xây

dụng ở trong nước

~_ Phương pháp chuyên gia: tập hợp, phân tích ý kiến của các chuyên gia.

= Khai thác nguồn thông tin mở trên mạng

"Nghiên cứu lý (huyết cơ bản qua những t

~ Ứng dụng công nghệ tin học hỗ trợ việc cdụng các phần mềm

liệu trong nước cũng như quốc tế.

toán, nghiên cứu bằng việc sử

'Với những nội dung và lý do ké trên học viên đã lựa chọn đề tài luận văn là

“Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy phân tích ổn định công trình ngầm và ứng dụng cho

một đường ham ở thành phố H Chí Minh”

Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương như sau:

“Chương I: Tổng quan về én định công tinh ngằm hiện nay ở Việt Nam và

một số nước trên thé giới: Chương này nhằm mục địch tổng hợp tà liệu về vin để

sử dụng công tinh ngằm hiện nay, các sự cỗ đã xảy ra trong quá trình thi công và

sử dụng công trình ngằm, phân tích nguyên nhân và đưa ra những nguyên nhân căn.

bản gây mắt ôn định cho công trình ngằm và đề xuất phương pháp tính én định cho

công trình ngằm,

Chương II: Cơ sở lý thuyết của phương pháp độ tin cậy: Nội dung cơ bản.

chương này sẽ nghiên cứu sơ bộ cơ sở lý thuyết ban đầu của phương pháp độ tin

cây, nghiên cứu cơ sở tính toán ôn định công tình ngim và mục tiê là phải xâydụng được phương trình hàm tin cậy để tính toán ổn định công trinh ngằm theo lý

thuyết độ tin cậy

“Chương Ill: Ứng dụng lý thuyết độ tn cậy inh toán ổn định cho một đường hầm giao thông ở Thành phố Hỗ Chí Minh Trong chương này tic giả luận văn sẽ áp dụng các phương trình mẫu đã xây đựng ở chương I cùng với các phn mém hỗ

trợ vào tính oán công tình cụ thé và phân tích các kết qu tính toán đạt được.

'CHƯƠNG I: TONG QUAN VE ON ĐỊNH CONG TRÌ NGAM HIEN NAY Ở VIỆT NAM VÀ THE GIỚI.

1.1.1.Vấn đề sử dụng công trình ngầm hiện nay ở Việt Nam và trên thé giới Công trình ngằm đã bit đầu được xây dựng từ rit lâu để phục vụ cho một

nhiệm vụ chuyên biệt Trong những thập kỹ gin dây, công tình ngằm là một giải

pháp thích hợp để tăng khả năng đáp ứng mật độ cao của dân số đô thị.Thêm vào đó.

sử dụng công tình ngằm có ưu điểm là ít bị ảnh hưởng hơn bởi các vẫn đề như ô

nhiễm môi trường, biển đổi khí hậu.Vì vậy ở các thnh phổ lớn trên thể giới cũngnhư ở Việt Nam đã và đang tú trong Khai thác sử dụng cũng như xây dụng mới

công tình ngằm

Ở Việt Nam cũng như trên thé giới, công trình ngằm đã được xây dựng để

hục vụ những mục dich chỉnh như

+ Mục dich giao thông: ham đường sắt, tàu điện ngằm, đường 6 tô xuyên núi,vượt sông, vượt biển, him cho người di bộ qua đường, him vượt nút giao thông.

+ Mặc dich thủy lợi: him thủy điện, him cắp thoát nước, cổng ngim

+ Công trình ngằm đô thị: Gara ngắm, him nhà dân dụng, hằm nhà xưởng,

trung tâm thương mại, him cấp thoát nước, him cáp thông tn, hậm chí cả thành

phố ngắm.

+ Ngoài ra các công trình ngằm còn phục vụ cho các mục đích quân sự, khaikhoáng, kho tang, nhà máy, thực phẩm, lãng mộ.

Mat số các công trình ngằm nỗi tiếng đã được xây dưng rên thể giới như: Hệ thống tàu điện ngằm Green Park, London, 1964; him Southend-on-sea Sewage,

UK, 1966; Rorvikskaret Road Tunnel on Highway 19, Thụy Điển, 1970, Orange-fish Tunnel, Nam Phi, 1970; Seoul Metro Line 5, Hàn Quốc, 1991; Munich

‘Tunnel, Istanbul Sewerage Scheme, Thổ Nhĩ KY, 1989.

Một số các công tình ngằm quan trong đã được xây dựng ở Việt Nam từ rt

âu như him giao thông qua đèo Hải Vân, hằm thủy điện Hòa Bình, Sơn La Hai

thành phố lớn là Hà Nội và Hỗ Chí Minh cũng đã và đang thực hiện các dự ấn lớn

về quy hoạch, xây dựng công trình ngằm như hệ thống tiu điện ngằm Metro Hà

Nội, Metro Hỗ Chi Minh, trung tâm thương mai Rolyal city, pacific.

Vai tò của công tình ngằm ngày cing quan trọng hơn, đặc biệt là với các thành phố dân cư đông đúc Tuy nhiên để xây dụng và sử dụng công tình ngằm một cach hiệu quả, trắnh các thệt hại về tính mang cũng như tải sản do các sự cỗ

công tình ngầm gây ra hiện vẫn là một vẫn đề cần đầu tư nghiên cứu kỹ lưỡng

trong cả khâu khảo sát, thiết ké và biện pháp thi công.

1.1.2, Một số sự cố mắt én định công trình ngầm đã xây ra.

Trên thực té, trong cả quá trình thi công và vận hành công trình ngằm đã xảy

ra rất nhiều vẫn đề liên quan đến sian toàn, ôn định của bản thân công trnh cũng

như các công trình lân cận.

Căn cứ vào nguyên lý tính toán địa lực tác dụng lên công trình ngằm, ta phân

chia công tinh ngằm thành 2 kiểu là hỗ đảo sâu (hường gặp là các tang him nhà cao ting), và đường ham kín nằm đưới mặt dat (thường gặp là các đường tàu điện ngầm) Phạm vi luận văn xem xét đến các đường him kín xây dựng trong các đô thị,

trên nền đất

Sau diy là trích dẫn một số sự cổ đã xây ra đối với him thi công trong đất

trong cả giai đoạn thi công và khi đã đi vào sử dụng.1.1.2.1 Trên thể gi

Một số các sự cố công tình ngằm đã xảy ra trên thể giới được trích dẫn trong

bảng sau:

Bảng L.I Một số sự cố lường him tên thé giới [19]

'Tên công a R hìnhtình Mô tả ra sự cố công diém | HÂMdứt trình

Sao Paulo | Không có sụt lở nhưng tên mặt đắt | Hằm | 1991 | Phá huỷ toà

retro, | binh thành phẩu lớn (120mm) | tau nhà trên mặt

Brazil | Đường him đường kính 6m, chống | điện đất

bằng bê tông phun dày 200mm Sự | ngẫmthay đổi điều kiện khối đất và điều

kiện thoát nước trước gương là

nguyên nhân chính din đến sự cổ.

Gibei “Thấu kính cát không mong đợi chảy |Railway 1985 |Gián đoạn

Railway, | un vào him qua ving gương him thi sông

Romania, | fim tắc một đoạn him

Bochum | Phá huỷ phát Hiển lên tới bề mặt |Hằm | 1985 |

-Metro, | hinh thành phễu sụ Nước ngằm là | tàu

Dire jnguyên nhân dẫn tới mất ổn định | điện

khi đất trước gương Một vòm sut | ngẫm

lờ có thể tích 30m” hình thành phía

dưới mặt đường giao thông

Munich | Suto dit gi khu vục giếng thì công, | Metro | 1987 | Phá huỷ mặt Metro, _ | giéng bị ngập nước Nguyên nhân là đấu máy đào

Đức do chiều day lớp đất cứng bảo vệ bị vùi lắp

tiên nóc đường him tại đoạn giao

với giếng Không như dự đoán là

1.5m mà chỉ có 0.8m Thể tích đất

stl vào giếng là 450 m*

Munich | Chiều day lớp đất phủ cuội soi là| Meưo | 1987 | Phá huỷ mặt

Metro, | Sm, phễu sụt phátiển tối bé mặt có đất

Germany | thể tích 30m‘, Sut lở xẩy ra tại phin

vôm không được chống giữ kịp thời

Tenens Mô tả ra sự cổ ae đốn | Hau gia

Munich | Khoảng 300m" đất đã sut lỡ vio | Metro 1987 | Phí huỷ mặt Metro, | CTN kéo theo hỗ sụtphítiển tới bÈ đất máy dio Germany | mặt, Nguyên nhân là do lớp đắt cứng bị vũi lấp

bảo vệ tên nóc him quá mỏng so

với dự đoán thu được từ kết quả

khảo sit dẫn đến chiều dài neo bảo

vệ tiến trước không đủ dài dé giữ ôn

định gương hằm

Munich | Đường him dang thi công qua ving | Metro 1987 | Phí huỷ mặt

Metro, | dit duge đồngbăngthì200m đất sụt đắc máy đảo

Germany | lờ vào trong CTN và phát tiến lên bị vũi lấptới bề mặt Nguyên nhân là do vàng

đất đóng băng không đảm bảo chất lượng, vẫn tổn tai một khoảng dit

không được đồng băng và đất bắt

đầu sụtlớ từ khu vue này

Seoul Phí huỷ phátiễn tới bÈ mặt xiy ra| Metro 1992 | phi — huỷMetro, |khỉ dang đảo bằng miy đảo sông tình

Korea | Roadheader trong khối đất cát, cuội mặt, gián

sỏi chứa nước Phểu sụt có kich đoạn giaothước rộng 4m, sâu 6m thông

Lambach | Phá huy phátiểntới bề mặt bắt đầu | Railwa 1992 | Phá - hủy

tunnel, từrvitiphẫn y mặt đất

Road | Đường him thi công trong đất sét | Metro | 1993 | Phá huỷ mặt

Tunnel, | cứng nứt nẻ với tang đất phủ nhỏ đất mạnh

Sao Phần vòm tiến trước quá xa dẫn đến

‘Ten công hình - ThờiMô tir 2 | Hậu ga

trình ota m sự ob công điểm | 9

trìnhPaulo, 'mất dn định và biên him dich

Brazil | chuyén hội tụ đắng kể Phá huỷ xdy

ra tại gương him

Munich | Chiều dày lớp dit cứng trên nóc đột | Metro 1994 Chất người, Metro, | ngét giảm so với dự kiến khiến cho gin đoạn

Germany | lớp cuội sỏi chứa nước phía trên sục hoạt động.

lờ vào trong đường him bề mặt

Hangzho | Sip vỏ him, phá hủy áo him dầy |Moto |15.11 Phí — 75m

{1 Metro, | 800mm, tạo ra hồ sụt rộng 21m, sâu 2008 đường - gi

Trung | 16m, nước từ sông chảy trần vào hỗ hông, — hệ "Một số hình ảnh sự cổ công tình ngầm đã xây ra trên thể giới [20]

a Sự c bye vỏ, nước tràn vào him, mô phỏng sự cổ

hầm SouthendonSea Sewage, Anh, 1966

(Do di qua vũng địa chit (thấu kính cit) không như mong đợi)

e Sự cổ ập v6 him Hangzhou Metro, Trung Quốc, 15.11.2008

Hình I.1 Một số sự cổ công tình ngằm trên thể

gia đã liệt kê, so sánh ty lệ giữa các loại sự cổ đã xây ra đối với

công trình ngằm trên thé giới và cho kết quả như sau:

Hình 1.2 Tỷ lệ giữa các loại sự cỗ công trình ngằm

Nhu vậy sự cố sụt đồ công trình ngằm và phá hủy phát triển đến mặt dat là hai sur cổ xiy ra nhiễu nhất (chiếm 80% tng số sự cổ xy ra đi với công trình ngằm)

1.1.22, 6 Việt Nam

Một số sự cổ công trình ngằm trong đất đã xảy ra ở Việt Nam [II]

+ Sự cổ kỹ thuật tại hm chui qua cầu Văn Thánh 2 tại TP Hồ Chi Minh: Sau khi đưa đường him vào sử dụng đã xuất hiện các sự cổ như

Mặt cầu bị sụt lún hơn 70em đến mức Không thể sử dụng được;

Đường him bị kin hơn Im, kết cầu hm nan nứt, phá hủy nghiêm trong:

Các công trinh xây dựng lần cận khu vực him chui bị sụt lún, rạn nứt và phá

hủy nghiêm trong bit buộc phải tiễn hành thảo đỡ, giải toa để dim bảo an toàn

+ Thi công him đường bộ Ngã Tư Sở gây lún nứt đường nhựa và các hộ dân,

‘vét nứt rộng 30em, kéo dai gin 100m, các tường nhà dân bị xế 2-3m,

Hình 1.4 Cầu vượt Ngã Tư Sở và nhà dan lân cận bị lún nút

+ Src thm nước tại hằm gio thông Kim Liên sau một thỏi gan đi và hot động

ôn định thắm 1.2, Các nguyên nhân gây mắt ôn định công trình ngầm thường gặp,

“Tổng hợp từ các sự cổ công tình ngẫm đã xảy ra và kết quả đánh gid nguyên

ấn dịnh có thé đượcnhân gây ra các sự cổ đồ của các chuyên gia, các hình thức mí

chia ra như sau;

1.2.1 Nhóm nguyên nhân gây mắt én định trong giai đoạn thi công:

Những nguyên nhân dẫn tới sự cổ đã gặp khi thi công CTN bằng phương pháp: đảo ngằm thông thường [20] (bảng 2)

Bang L2 Nguyên nhân din tới sự cổ khi thi công CTN bing phương pháp đảo

ngắm thông thường

A-Sự cỗ xdy ra ti phần vom tiến trước nằm giữa gương đào và

vom ngược

Sut lở xẵy ra do đất đá trên gương,

mắt ôn định

Sut lỡ xây ra do phía trước gương

đảo tồn tại các công trình nhân tạo,

thi công trước đó

Phá huy xây ra trước khi khépvom ngược

Phá huỷ xảy ra do sai sốttrong thi công

B- Sự cố xây ra trong khu

vực đã thi công kết cấu

trục đường him 2 | suất cục bộ quá lớn vượt quá

giá tị cho phép hoặc do điều

kiện tải trọng không dự kiến

Phá huỷ tại nn theo phương hướng || Phá huỷ xảy ra do sai sốt về âm trong quá tình thi công đường |3 —_ thi công hoặc vậtliệu chống him

Phí hủy do hiệu ứng dim (beam, | Phí huỷ xảy ra tat vị tí liên cantilever) tại khoảng giữa phần | 4 | két gita các két edu chống

vòm và v tri khép kin vòm ngược

Phá huy do phần vom tiến trade) | Phí huỷ do lỗi tong sửa

vượt quá xa vị trí khép kín vom | 5 | chi, thay đổi kết cấu chốngsơ bộ

Phá huỷ xây ra tại phần vòm ngược C- Các dạng phá huỷ khác.

3 lam

Phá huỷ xây ra ti phần chân kếtcẫu | Phí huỷ ti khu vục cửa him

9 | võ chống phần vom do đất nên vượt | 1 | do đất đá phong hoá, b rời(qua kha năng mang tải

Phá huy tong 5

10 | suất hoặc do dịch chuyển của các |2 | đầu do đất đá yếu có hoặc có

khối đá theo khe nứt nước ngằm.

ấu chống do ứng Phá huỷ phát triển từ git

«_ Nguyên nhân gây ra sự cổ trong phương pháp máy khiên đào;

C6 thé phân nhóm cơ chế phá huỷ chủ yếu khi thi công CTN bing máy khiến do trong điều kiện dắt yếu thành 2 nhóm:

~ Nhóm 1: sụt lở đất tại gương đào;

- _ Nh6m 2: phá huỷ kết cầu khung vỏ chống CTN đã p đặt

Nguyên nhân gây phá huỷ dưới dạng sụt lở đất tại gương đảo được phân thành 4dang sau

-Dit tại khu vue phía trước gương đào quá yếu không phù hợp với biện pháp thi

công dang sử dung din tới những phá huy, sụt lở xây ra tại nền, nóc gương đảo, sụt

lở cục bộ hay toàn bộ mặt gương;

~Chiều day tang đất phủ nhỏ hoặc tổn tại các hồ trên bề mặt gây ra sự sụt lở bề

-Đắt/nước ngằm xâm nhập vào trong CTN;

-Trên nóc CTN tổn tại cấu trúc yếu theo phương thẳng đứng, các công trình nhân tạo làm mắt inh đồng nhất của mỗi trường gây suy yếu khối đắt

Phi huỹ xấy ra trong kết cầu khung võ chống CTN được phân thành 5 dang saw Phá huy do ct; Phá huỹ do nến; Phá huỷ do kết hợp

1.2.2 Nhóm nguyên nhân gây mắt n định trong giai đoạn vận hành:

-Điều kiện địa chất én thay đổi theo thời gian: Độ ôn định của công tình ngằm

phụ thuộc một pl

trưng này; theo các phương pháp thi

lớn vào đặc trưng kháng cắt của đắt nên (như ọ, e) Các đặcig; thường được chọn là một

aid trị cỗ định, Tuy nhiên trong điều kiện đắt nền không cho ứng xử đúng như mong,

đợi, hoặc giá tỉ này bị suy giảm, biến đổi theo thời gian, hoặc bị thay đổi do tác

động môi trường (ví dụ như thay đổi mực nước ngằm dẫn đến cổ ke, trương nở).

Khi các đặc trưng Kháng cắt thay đổi theo chiều hướng bất lợi so với giá tr lựa chọn thiết kế ban đầu, đến một lúc nào đó, đất không còn đủ khả năng chống đỡ, có thể sẽ

lẫn đến mắt ôn định công trình ;

-Nuée ngầm: Khi mye nước ngằm dao động, không chỉ im ảnh hưởng đến các

chỉ tiêu cơ lý đất nền mà còn làm thay đổi áp lực thủy tinh tác động lên công trình.

Trong trường hợp xảy ra hiện tượng nước chảy vào trong công trình, công trình cóthể gặp sự cổ do hai vin dé sau: + Dong thắm gây cân trở hoạt động hoạt động bình.

thường của công trình (như người tham gia giao thông) và làm suy ycường độ.

công tình tại vị trí xay ra thắm + Sự vận động của đồng thim kéo theo đất cất chui

vào hm gây x6i ngằm, đảo rỗng đắt nền và thay đổi cắp phối hat;

lực rung động do máy móc vận

Dang đất nỗ tành gây mắt 6n định công tình;

Sut lún nền công trình do ải trọng bề mặt, công trình lân cận gây ra: Khi công

trình ngằm đặt không sâu trong ling đắt, dưới tác dụng của tii trọng của các côngtrình kin cận (xây đựng, phá đỡ nhà cửa, tải trọng giao thong ) sẽ làm thay đổi ứng

suất din đến chuyển vị cho vùng nén ngay phía đưới các tải trong này Sự chuyển vị của dit nền này kéo theo chuyỂn vị của công tink ngầm Sự thay dồi ti trong này kéo theo thay đổi ứng suất tác dụng lên v6 công trình ngim, Nếu các giá tị thay đổi

vượt phạm vi cho phép có thé gây mắt én định cục bộ công trình:

~Mắt ôn định kết cấu chống đỡ, bảo vệ, vỏ công trình: Khi ứng suất tác dụng lên

vỏ công trình vượt quá khả năng cho phép của võ thi có thé gây phá hoại lớp vỏ

‘eye bộ như nứt, gly tại một số vị trí (như chân tường him, định him, khớp nổi giữa

các đốt hằm), dy bật bản đáy (do ứng suất nén bị giảm khi đào him, do nước ngằm

sinh lực day nỗi quá lớn),

` Đáu kiện a8 đã tay of

tinh hướng nước agin

I8 Không ngyê chânce nguyện nhận hóc

6% 16% 6% I8 Cường ros vật

Hình L6 Tý lệ giữa các nguyên nhân gây sự cổ công trình ngằm [11]

13 Các phương pháp tính toán, thiết kế dn định công trình ngà

thống và ưu nhược điểm của chúng.

mm truyền

Thiết kế truyền thống hiện nay là tinh toán công trình theo mô hình tắt định.

Theo phương pháp này các giá tr thiết kế của tải trong và các tham số độ bên được xem là xác định, tương ứng với trường hợp và tổ hợp thiết kế Người thiết kế lựa

chon điều kiện giới hạn và tương ứng với nó là các t hợp tải trọng thiết kế thích.

hợp Giới hạn này thường tương ứng với độ bin đặc trưng của công trình.

Công trình được coi là an toàn khi khoảng cách giữa ải trọng và độ bên đủ lớn

i đảm bảo thỏa mãn từng trạng thải giới hạn của tắt cả các thành phần công trình,

Tính toán theo cách này mới chỉ giải quyết được hai vin đề la ổn định tổng thể

và én định theo độ bén của công trình.

Nội dung các phương pháp thi

1-3.1.Phương pháp ứng suất cho phép

Là phương pháp kiểm tra độ bền công trinh dựa vào việc so ánh ứng suất phát

sinh trong công tỉnh do tả tác đụng vào công trinh và ứng suất lớn nhất mã vật liệu

xây dựng công trình chịu đựng được,

+ [ø] - ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu, tiêu chuẩn.

1.3.2 Phương pháp tính theo hệ số an toàn:

Phuong pháp này thường được ứng dung trong tính toán dn định Khi đó công.

thức kiếm tra là

K=E//Ee Ky, d2)* Trong đồ;

+ K - hệ số an toàn;

+E,yếu tố gây én định:+E,- yếu tổ gây mắt én định;

+ Kạy - hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc cấp công và tỗ hợp tải trọng;

1.33 Phương pháp tính toán theo trạng th giới hạ

‘Trang thái giới hạn I (v8 cường độ)

Nét đặc thủ của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn về cường độ là việc.

sử dung một nhôm các hệ số mang đặc trưng thống kế: hệ số tổ hợp tải trong n., hệ

số điều kiện làm việc m, hệ số độ tin cậy K„, hệ số vượt tải n., hệ số an toàn về vật

liệu Ky Nhôm các hệ số này thay thể cho một hệ số an toàn chung FS Điều kiện

đảm bảo ổn định hay độ bên của công trình là:

nạ NuŠmR„/K, a)* Trong đó:

+N — Lực tinh toán gay mắt ôn định;

+ Ra: Cường độ giới hạn bền công trình.

in dạng)n dang, di

+ _ Trạng thái giới han lI (vi

“Theo trang thái giới hạn vi

Ses [S] a4)

u kiện để công trình ôn định là

* Trong đó

+ Sw Biển dạng, chênh lệch biển dạng của công tình theo tỉnh toán

+ IS] — Biển dạng, chênh lệch biển dang cho phép, lay theo tài liệu, tiêu chuẩn.

1.32.Một số nhược điểm cơ bản cũa phương pháp thiết kế truyền thống:

+ Chưa đưa ra được xác suất phá hỏng của từng thành phi trong hệ thông

công trình cũng như của toàn hệ thông

+ Chưa xét được ảnh hưởng của quy mô hệ thống (như chiều dài tuyến) mà chỉ

tính toán các mat cất tiêu biểu và áp dụng tương tự cho toàn tuyển Trong khí đó,cđụ, tuyển công trình cảng dai thi nguy cơ mắt dn định càng cao.

+ Chưa xết được xác suất xây ra thiệt hại và mức độ thiệt hi cũa vùng xây rà sử cố, ví dụ như cùng một sự cổ xảy ra vỉ tri dn cư đông đúc phải thiệt hại lớn

hơn so với nơi không có dân sinh.

1.4.Phương pháp sử dụng lý thuyết độ tin cậy tính toán én định công trình ngằm

Phương pháp lý thuyết độ tin cậy (hay còn gọi là phương pháp thiết ké ng

m) là phương pháp thit kế dựa trên cơ sở toán xác suất thống kế để phân ích

tương tác giữa các biển ngẫu nhiên của tải trọng và của sức chịu tai trong cá

phá hoại theo giới hạn làm việc của công trình.Trong thiết kế ngẫu nhiên, tắt cả các

hả hông được mô tả bi mô hình toán hoặc mô hình mo phông tương ứng

Tính toin xác suất phá hong của một bộ phận kết cấu hoặc của công trình được dựa trên him độ tin cậy của từng cơ chế phá hong, Ham độ tin cậy này được thiết lập

dua căn cứ vào trạng thái giới hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng tương ứng và là

hàm của nhiều biển và tham số ngẫu nhiên Do đó kết quả tinh toán từ phương pháp

độ tin cậy không những cho xác suất phá hong của từng cơ chế đơn lẻ mà còn cho

biết mức độ ảnh hưởng của từng biến ngẫu nhiên và tổng hợp cho ta xác suất cuối

cùng của cả hệ thống dang xem xét, Co sở lý thuyết và ứng dụng của phương pháp.

thiết kế ngẫu nhiên tác gi đi sâu vio phân tivà nghiên cứu trong chương I

1.5 Lựa chọn phương pháp tinh toán.

So sánh với phương pháp thiết kế tit định, phương pháp thiết kế ngẫu nhiên đã “dựa trên xác suất hoặc tin suất chấp nhận d lệt hại của vùng ảnh hưởng, kết qua là đưa ra được xác suất hư hỏng của từng thành phần công trình và toàn bộ hệ thông.

Hay có thể nói, phương pháp tính toán theo độ tin cậy tổng hợp được cho toàn hệ

một giá tr tải trong thiết kế cụ thể như phương pháp thiết kể tắt định, phương pháp

3g Thêm vào đó phương pháp thiết kể ngẫu nhiên có um diém là không chọn

này cũng ké đến được các khả năng xuất hiện các tả trong vượt quá hoặc nhỏ hơntải trọng thiết

ước lượng mức độ hư hỏng của công trình cho mục dich duy tu bảo dưỡng khi thiết kế theo phương pháp tắt định

4 Trong khi đồ dy chính là một thiểu sốt nghiêm trọng trong việc

Trong điều kiện công trình ngằm đang được trú trọng ở Việt Nam, việc nghiên.

cửu mở rộng ứng dụng cia phương pháp thiết ké theo lý thuyết độ in cậy kết hợp

với phân tích các yêu tổ ác động, ảnh hưởng đến én định công tình ngằm là nhu

cầu thực tiPhương pháp này sẽ được nghiên cứu lý thuyết và xây đựng bài toán

mẫu ở chương II, ứng dụng phương pháp luận nêu trên được thực hiện cụ thể cho

cho một công tình là đường him Metro thành phd Hỗ Chí Minh tu

CHUONG II: CƠ SỞ LÝ THUYET CHUNG CUA PHƯƠNG

PHAP ĐỘ TIN CẬY VÀ NGUYÊN LÝ AP DỤNG TRONG PHAN TICH ON ĐỊNH CÔNG TRÌNH NGAM.

2.1 Tóm tit cơ sở: ý thuyết [als 2.1.1 Định nghĩa về rủi ro:

Ri ro được din nghĩa một cách tổng quất à tích số của xác suất xây ra thiệt

hai với lũy thừa bậc n của hậu quả thiệt hại:

Mite độ rũi r= (Xác suất xây ra sự cố) x (Hậu quả hại” (1)

Trong dé ly thừa bộc n phụ thuộc vào tình trang của hệ thống, thông thường

với =I là trường hợp phân tích rủi ro tự nhiên, và n> là trường hợp rủ ro không

mong muốn

(Qua trình phân tích rủi ro của một hệ thông theo phương pháp ngẫu nhiên bao

gốm các bước

+ Mô tả các thành phần của hệ thống:

+ Liệt kế các kiểu nguy cơ và sự cổ có thể xây ra;

+ Định lượng hậu qui cho tit cả các sự cổ có khả năng xây ai

+ Xác định và đánh giá ri 10;

4+ Ra quyẾt định trên kết quả phân ích rủi ro

So dé tiếp cận tổng quát để đánh giá, phân tích rủi ro ứng dụng cho thiết kế

công trình được thực hiện như minh họa tại Hình 2-1

Bin “reves

‘ipa ave

Hinh 2.1: Sơ đồ quá trình phân tích rủi ro

2.1.2 Phân tích độ tin y của thành phần hệ thống:

Trạng thi giới hạn là trạng thái ngay trước khi sự cỗ xảy ra Độ tin cậy là xác

uất mà trang tái giới bạn không bị vượt qua Người ta thường ding các rạng thai

igi hạn để xây dựng, thành lập các him tin cây Công thức tổng quất của một himtin cậy có dạng 2,1 sau:

` en

* Trong di R — Độ bin hay khả năng kháng hư hỏng;

+S — Tải trong hay khả năng gây hư hồng

Vige tính toán sác sult phá hỏng của một thành phần được dựa trên hảm tin cây của từng cơ chế phá hỏng Hàm tin cậy Z được thiết lập căn cứ vào trạng thái giới hạn trơng ứng với cơ chế pha hỏng dang xem xét và là hàm của nhiễu biển và

tham số ngẫu nhiên, Theo đồ, Z0 được coi là có hư hỏng xảy ra và hư hong Không

xây ra nếu Z nhận các giá rị cồn lại (Z>0).

‘Trang thi giới hạn là trạng thi mà ti đó Z-0 trong mặt phẳng RS; đây được

coi là biên sự có,

Xác suất phá hông được xác định Pr = P(Z=0) = P(S>R)

Độ tin cậy được xác định là : P(Z>0) = 1-P,

nhiên cơ bản

Trường hợp đơn giản, hàm tn cậy tuyển tinh với các biến ng

phân bổ chun, việc tinh ton xác suất ay ra sự cổ thông qua him phân phối tiêu chuẩn ®x(-) bằng cách sử dụng các giá trị kỳ vọng uz, độ lệch chuẩn ơ; và chỉ số.

độ in câyAzføz của hâm tin cậy

Ham tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS và xác suất xảy ra sự cổ và chỉ số

độ tin cậy được định nghĩa trên Hình 2.2 và 2.3 dưới đây:

Z<0 Vine sự có

Z 0 Vàng an toàn

Hình 22: Hàm tn cây biểu diễn rong mặt phẳng RS [7]

Điểm nằm trong miễn sự cổ với mật độ xác suất lớn nhất được coi là điểm thiết kế.Thông thường điểm này nằm trên đường biên sự c6.Diém thiết kế đóng vai

trồ quan trọng trong tước lượng xác suất xiy r sự cí

2.1.3 Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên: 2.13.1 Tỉnh toán cắp độ:

Một cách tổng quất, hiện nay các thiết kế dược dựa vào các tiêu chun và

hướng dẫn thiết ké.Trong đó các thông số độ bền được gia giảm bằng các hệ số đặc.

trưng, các hông số ti trong được gia tăng bằng các hệ số tải trong Thể hiện theo + s — Hệ số an toàn của tải trọng.

Các gi tị đặc trưng của thông số độ bên và di tong được tinh theo công thức 2.3:

Mộtsách hướng dn thiết kế gần đây đã liên kết tinh toán theo biểu thức 2.2với lí thuyết độ tin cậy đểh toán xác suất xây ra sự cố ở mức độ II Sự kết hop

điểm thiết kí

này được thểign trong định nghĩ im thiết kế là điểmtrong

miễn sự cổ với mật độ xác suất kết hợp của độ bên và tải trong là lớn nhất" Vì vậy mà giá trị độ bền va tải trọng tại điểm sự cổ gin với giá trị tại điểm thiết kế:

St =ụ +g,8ø, =g,(L+a,fV,) “

“Thể công thức 2.4 vào 2.3 được hệ phương trình của các hệ số an toàn thành

phần 2.5:

ypc lle

¬ ene e5

SS Tey,

Hệ số an toàn thành phẩn của độ bền phụ thuộc vào độ lệch chuẩn của cả độ

bên và tải trong:

2.1.3.2 Tính toán cấp độ II:

Tinh toán cắp độ II bao gồm một số phương pháp gin đúng để biến đổi ham

Gaussian, Để xác,

phân phối xác suất sang dạng hàm phân phối chuẩn hay phân phối

định gần đúng các giá trị xác suất xảy ra sự cố, quá trình tuyến tính hóa toán học

các phương trình liên quan cằn được thực hiện

‘Tay thuộc dang him tin cậy và phân bổ các biến ngẫu nhiên cơ bản ma các

trường hợp tính toán cấp độ nay bao gồm:

+ Trường hợp (1): Hàm tin cậy tuyển tính với các biển ngẫu nhiên cơ

bản phân bổ chun;

+ Trường hợp (2): Hàm tin cậy phi tuyển;

+ Trường hợp (3): Các biển cơ bản không phân bổ chuẳn;

+ Trường hop (4) Các biển ngẫu nhiên cơ sở phụ thuộc

(1) Tường hợp (1) - Hàm tỉ cậy tuyễn tính với các biển ngẫu nhiên cơ bản phân

bổ chuẩn:

“Trường hợp này việc tinh toin xác suất xảy ra sự cổ là đơn giản bằng cách sử dụng các giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn của các biển cơ bản Trị số độ tin cậy

cđược xác định theo biểu thức 2.7:

pote @7)

Trong đó, j,.0, được tính theo công thức 2.8 dưới đầy:ZaaX, +ayX + £AjX, +b

Me =BỤ, date, tA yt, +b 28)Re.

2: \/ŸÖ#ecaguxo

Các biến ngẫu nhiên cơ bản X,, Xạ Xq tuân theo luật phân bổ chuẩn thì Z

cũng là hàm phân bố chuẩn, Xác sult 20 được xác định thông qua him phân bổ

tiêu chuẩn

Tơ c0 d0 29) (2) 2 Trường hợp (2) - Hàm tin cậy phi tuy

“Trường hợp him tin cậy là him phi tuyển của một số biển cơ bản độc lập có phân bổ chuẩn thi hàm này sẽ không phân bố chuẩn.Có thé sử dụng phương pháp khai triển Taylor (ấy 2 số hang dầu tiên của da thức) để xác định hm tin cậy Z gần

“đúng Biểu thức gần đúng có dạng 2.10

Z=x0 OLE "1= `) (210)

Biểu thie gin ding trên của Z là tu n tính nên theo định lý giới hạn trungtâm thì Z phân bố chuẩn Khi đó kỳ vọng và độ lệch chuẩn của hàm độ tin cậy có

thể được tinh gần đúng với giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn của hàm tuyến tink hóa

theo công thức 2.11, 2.12

My = KY TT (ẤM, Ko) G10

qua tuyển tính hóa him tin cậy phụ thuộc vào việc lựa chọn điểm tuyến tinh hóa của

hàm Nhung theo Hasofer và Lind thi chỉ số độ tn cậy không phụ thuộc vio him tin cậy có phải là him tuyển tính không, Vì vậy, cin tuyển tính hóa him Z tại đồng điểm thiết kể (điểm thiết kế là điểm nằm trên biên sự cổ với khoảng cách đến gốc

tọa độ là ngắn nhất) Có nhiễu phương pháp để tìm điểm thiết ké thông qua quá trình

lip, nhưng có hai phương pháp thường dùng là phương pháp giả tích và phươngphíp số.

- Phương pháp đầu tiên dựa vào việc chuẩn hóa him tin cậy thành him của các,

biến tiêu chuẩn Tọa độ của điểm thiết kế

03, (0B Bo 8BNAX, = py, +U1Ø, G15)Điểm thiết kế và giá trị tim được dựa vào quá trình lặp để giải các biểu thức:

(2.16)

Me ) =

Trong đó, f(U,, Ua, Uy) là him tin cậy của các biển cơ bản đã được chuẩn

hóa, œ, là hệ số ảnh hưởng của biến i.

- Phương pháp thứ hai không cin chuẫn hóa him tin cậy thinh him của các

biến tiêu chuẩn Giá tr được tính theo biể thức 2.13 với him tin cậy được tuyển

tính hóa tại một điểm Sau đó dùng giá tị này để xác định điểm mới ma tại đó ham

tin cậy là tuyển tính,

“Trường hợp này giá trị a, được tính theo công thức 2.17:

* Trường hop ()~ Các bibn co sở không tuân theo luật phân bổ chuẩn

cơ sở ngẫu ngiên không phân bé chuẩn thì Nếu bitin liên quan đến các bí

hàm tn cậy cũng không phân bé chuẫn Để có thé áp dụng được phương pháp gần đúng cấp độ II thi cin phải biển đổi các biển cơ sở này thành các biển cơ sở phân bổ chun Khi đó biểu thức 2.19 sau phải thỏa môn tại điểm thiết kế

®;Íx')=@(0") G19)

* Trong di:

+ 4ˆ Him ngược của hàm phân bồ tiêu chuẩn,

+ Fy! = Hàm ngược của hàm phân bổ xác suất của biển X;

Phuong pháp biến đổi này có thể làm phúc tap hóa him độ tin cậy đơn giản

ban đầu Rackwi và + đưa ra phương pháp chuyển đổi một biến ngẫu nhiên có luật phân bổ tùy ÿ sang phân bổ chuẩn Giả thiết rằng giá tị thực và gi tỉ

của hàm mật độ xác suất cũng như hàm phân bỗ xác suất là tương đương nhau tại

điểm thiết kế, tacó

- 62D Le) Sa}

*Trong đó

+@— Ham mật độ xác suất phân

Giải hệ phương trình trên thu được

ofr, (x J}

Fal 022)

Tir hệ phương trình 2.22 cho thấy, độ lệch chuẩn và trung bình giá trị xắp xi

của hàm phân bổ chuẩn phụ thuộc vào giá trị của X tại điểm thiết kế Do đó, trong

“quá trình tính toán lặp điểm thiết kế và chỉ số độ tin cậy cần phải tính luôn giá trị

mới của ơ', 40, ti mỗi bước

* Trường hap (4) ~ Các biến ngẫu nhiên cơ sở phụ thuộc

Nếu các biển ngẫu nhiên cơ sở là phụ thuộc thi chúng phải được biến đổi sang dạng biến độc lập Nếu tin tại một hàm liên hệ thé hiện sự phụ thuộc giữa các biến thì có thể rất gon các biến trong hàm tin cậy Trong nhiều trường hợp không xác

định được chính xác mỗi liên hệ giữa các biển, khi đó cần thiết phải biểu diễn bằng

sắc mỗi tương quan thống kế Trong những trường hợp như vậy, các biển cơ sở cổ

thể biến đổi đượcPhương pháp biến đổi tổng quit được sử dụng rộng rãi làRosenblatt ~ Tranformation,

Phương pháp biển đổi Rosenblatt dựa trên hàm mật độ xác suất kết hợp của Mit một vector thông kê với các biến có phụ thuộc, Bắt đầu bằng hàm mật độ xác s của một vetor có n biển ngẫu nhiên, ta có thể sác định các hàm mật độ xác uất của

1 vector thành phin bằng tích phân.

2.1.3.3 Tính toán cấp độ 1

Nền ting của phương pháp tinh toán xác suất xây ra sự cổ cấp độ III là mô

phỏng toán học các khoảng tập hợp con xác suất liên quan đến sự có.

Xu him mật độ xác suất k&t hop fas(R, S) của độ bén R với tải trọng S đã biết thì xác suất xây ra sự cổ có thể được tính theo phương pháp tích phan:

Piz <0)=P, ff fes(R.svanas (2.23)

‘V8 nguyên tắc tich phân này được xác định bằng phương pháp giả ích, nhưng

với các bài toin kĩ thuật bằng cách này rất hạn chế Vĩ vậy, giải pháp thông

thường là tính toán sử dung các phương pháp số.Có hai phương pháp được sử dung

nhiều là phương pháp tích phân số và phương pháp Monte Carlo

“Trong Luận văn nàytác giả áp dung ở cấp độ II, tức là sử dụng một số phương.

pháp xp xi và bai toán được tuyến tính hóa, him mật độ xác suất của các biến ngẫu.

n được thay thé bằng him mật độ tân theo luật phần phối chuẩn Két quả xác

đình xác suất xây a sự cổ của hệ thẳng cũng như xác suất của từng cơ ch xây ra sự

cổ được xắc định gin đúng

2.2 Nguyên lý lý thuyết ứng dụng trong phân tích 6n định công trình ngầm.

22.1, Xây dựng cây sơ đồ sự cổ tổng quát

Các công trình ngằm, đặc biệt là các đường him giao thông kéo đãi thường di

qua các vùng có điều kiện khác nhau về dân sinh, địa chất Mức độ an toàn của

công trình phy thuộc vào tiêu chuẩn an toàn khi thiết kế và xây dựng hệ thống này

Các mức độ khác nhau của tiêu chuẩn an toàn được quy định cụ thể trong các tiêu.

chuẩn ngành, tiêu chun quốc gia và được ứng dụng trong công tác thiết kể,

Một số nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự cổ đổi công tình ngằm như đã nêu ra ởchương I bao gồm:

- Điệnlên địa chit nén suy giảm theo thời gian;

~ Ap lực nước ngằm quá lớn, bao gồm cả áp lực diy ngược tác dụng lên đáy

công trình và áp lực đồng thấm tác động vio công trình, đặc biệt là các vị tí

= Sutin nền do mắt đắt đo quá tình thi công gây ras

-. c điều kiện địa chất không như mong đợi (không được phát hiện trong quá

trình khảo sát địa chat)

+ Mắt én định do kết cầu chống đỡ, bảo vệ, vô công trình không thực hiện được chức năng như thết kế

+ Cec biểu hiện sự cổ thường gặp như

+ Ren nứt cục bộ một xvi tí rên công tình do ứng suit tác dụng vượt ứngsuất cho phép của v6 him

~ _ Công trình bị sụt lún không đều, lún từng đốt và miliên kết ổn định

với các đốt khác

= Công trình bị đẩy nỗi, bản đáy bị đẩy bật

+ Công trình bị thắm, bị nước chảy tràn vào phía trong công trình.

Dựa trên các cơ chế xây ra sự cổ ta có thể xây dựng sơ đồ cây sự cổ như sau:

[sc cove mi

lmưnoxepoyxt || ev H6ve poss

Lxướcciyvàontw| — icpynesy coxa

sucnixpej vị Lanmrn vướcxotwcö| [w/cwvöcao!lenox rit ras [nux poe