Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ổn định của tường kè cọc bản trong điều kiện địa chất khu vực sông Tiền thành phố Mỹ Tho tỉnh Tiền Giang

gây ra + Tổng lực chống trượt Rạ = Res * Rex Ror lực chống trượt lực giữ do khối đất tạo ra thông qua góc lh và dung trọng dat Ree = lực chốn qua nền cọc, hay nói cách khác là lực kháng

VÕ KHAC AN

NGHIÊN CUU ON ĐỊNH CUA TƯỜNG KE CỌC B.

TRONG DIEU KIEN DJA CHAT KHU VỰC SÔNG TIEN

THANH PHO MY THO TINH TIEN GIANG

‘TP HO CHÍ MINH - 2014

vO KHÁC AN

NGHIÊN CUU ON ĐỊNH CUA TƯỜNG KE CỌC BAN

TRONG DIEU KIEN DIA CHAT KHU VỰC SONG TI

THANH PHO MY THO TINH TIEN GIANG

Chuyên ngành: DIA K’ jUAT XÂY DUNG

Mã số: 60.58.02.04

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRINH MINH THY

TP HO CHÍ MINH - 2014

Tôi xin cam đoan day là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu và thực.

hiện Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bé

trong bắt kỳ công trình nào khác Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực

và nguyên bản của luận văn,

"Tác giả luận văn

Vũ Khắc An

“Trước tiên, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn

PGS.TS, Trinh Minh Thụ, Thầy đã luôn tận tâm hướng dẫn, động viên và tạo mọi điều kiện cho tôi được học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài Những chỉ dẫn của Thấy không chỉ là những kiến thức khos học quý bầu giúp tối hoàn thành luận văn

mà Thầy còn giúp tôi rất nhiều v8 khả năng tư duy khoa học

Tôi xin gời lời cảm ơn chin thành đến các Thầy, C6 đã và dang giing dạy

chương tinh Sau đại học ngành Địa kỹ thuật xây dụng của trường đã truyền đạt cho

tôi những kiến thức khoa học quý báu, cảm ơn các bạn học cùng lớp đã luôn có.những chia sẻ và trao đổi iến thúc bổ ich rong suốt thôi gian qua

Tôi cũng xin cảm ơn các anh chị quản lý thư viện Cơ sở 2 đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được tham khảo nguôn ti liệu quý giá của trường, cảm ơn các anh

chỉ quản lý trong Khoa đảo tạo sau đại học tạo nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt

aq trình tôi theo học

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn tắt cả những người thân, gia đình, bè bạn,những tri ky đã luôn gắn bô cùng tôi, không ngừng khuyén khích tôi trong suốt quá

trình học tập, nghiên cứu khoa học vi thực hiện đề tải này.

Tôi xin chân thành cảm ơn !

4 Là cường độ tải p w phân bổ đ u.

AP}: Veet tải tổng thé

Re: tổng các lực chốn_ trượt (lực giữ).

Ros lực chống tr ợt

Ri: tổng các lực gây trượt,

Ra: lực gây trượt do khối đất tạo ra

Re: lực gây trượt do tải trọng ngoài

T, Tụ: Lần lượt là lực dính trên mặt trượt giữa khối đất trượt với nền đất và vụ

W: Bi

tường.

tự nhiên,

We: Giới hạn chảy

We: Giới hạn déo.

7 : tổng ứng suất tiếp thực tế trên mặt trượt,

1y: Trọng lượng riêng của đắt nd

4 và tạ: Thành phần ứng suất pháp và ứng suất tip theo trục x.ø; và tax: Thành phần ứng suất pháp và ứng suất tiếp theo trục Z

a: gốc giữa lưng tường với mặt thẳng đứng

Ô: góc giữa mặt trượt giả định với mặt nằm ngang

Ap.: La dp lực gia tăng theo phương đứng do tải trọng phy.

p: giá trị của tải phân bổ đường thẳng.

‘yw: Dung trong tự nhiên

‘yoo: Dung trong để nỗi

‘ye: Dung trọng khô.

A: Ti trong.

= Lời cam doan

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mye đích của để tài

2.5.1 Phương pháp Culmam 30

2.6 Ap lực ngang tác dụng lên bờ kể do ải trọng phụ 35

2.6.1 Trường hợp ti trọng phụ phân bổ đu coocooooooB8

2.62 Trường hợp ti trong phụ là ải tập trung 36

2.6.3 Tải trong phụ là tải phân bổ theo đường thẳng, hình băng và hình tam giác 382.7 Sit dụng phương phấp phần ử hữu hạn (FEM) trong tính toán công tình bờ kếbằng hệ cọc ban, 40

3/11 Vai nét sơ lược về phương pháp PTHH (FEM 40

2.7.2 Tình tựính toán bài ton phần từ hữu hạn 412.7.3 Sử dung phim mém Plaxie trong bai toán phân tích và kiểm tra bờ kẻ tường

cọc bản 4

2.8 Kiểm tra dn định tổng thể bờ kẻ cọc bản theo phương pháp Bishop, 4s

2.8.1 Phương pháp cung trượt lãng trụ tron - phương pháp Bishop 45 2.8.2 Ứng dụng chương trình phần mém Geoslope trong kiểm tra bài toán ôn định tổng thể bờ kê theo Bishop 46 2.10 Kết luận chương 2 48

CHUONG 3 TINH TOÁN KET CAU, ON ĐỊNH VA BIEN DANG CONGTRINH TƯỞNG KE SONG TIEN KHU VUC THÀNH PHO MY THO TINHTIEN GIANG 303.1 Giới thiệu v8 công trình và điều kiện dia chit cng tinh s0

3.1.2 Điều kiện dia chit công trình khu vực xây đựng tưởng kẻ 33

3.2 Tinh toán, phân tich ổn định tường cọc bain 37

3.2.1 Nội dung phân tích ứng xử của kết cấu đến én định công trình _—,,

3.22 Tinh toán theo phương pháp giải tích s 3.2.2.1 Tổ hợp tải trọng s8

3.5.2 Biểu đồ quan hệ ổn định — biến dang ~ thời gian.

1 vào của Plaxis trong mô hình Mohr-Coulomb.

HƯỚNG NGHIÊN CUU TIẾP TỤC

TÀI LIEU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

65 65 61

79 80 82 83

gã

84 84 85 86

Hình 1.2 Các dang mặt cắt ngang công trình tưởng kề.

Hình 1.3 Cắu tạo các bộ phận của kết cấu tường kẻ

Hình 1.4 Tường ke bằng đá hộc xây

Hình 1.5 Tường kẻ có định và mái là các thm BTCT.

Hình 1.6 Tường kẻ có thang lên xuống đặt cạnh ác bích neo.

Hình 1.7 Cấu tạo mái tường kỳ

Hình 1.8 Kết cấu mái bằng tắm BTCT đổ tại chỗ

Hình 1.9 Kết cấu tường kẻ có cọc đỡ chân khay

Hình 1.10 Thành phần ứng suất của phân tổ đất.

Hinh 2.1 Chuyển vị của tường và áp lực đất

Hình 2.2 Các loi áp lực lên tường chắn

Hình 2.3 Vòng tròn Mobr cho các trạng thái áp lực đất.

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống tường đấttheo lý thu

Hình 2.8 Vòng tròn Morh phát sinh biểu thức áp lực đất Rankine.

Hình 2.9 Phương pháp Culmann cho dit rời

Hình 2.10 Ảnh hưởng của tải trong phụ phân bổ đều

Hình 2,11 Ảnh hưởng của tải trọng đường thẳng

Hình 2.12 Phương pháp Culmann cho đắt dinh.

Hình 2.13 Sử dụng phương phápTrial-Wedge để xác định áp lực đất

Hình 2.14 Ap dụng

Hình 2.15 Phân bố ứng st

giải Bousinesq cho tường cọc bản.

it do tải tập trung theo Terzagbi.

Hình 2.16 Ap lực ngang do tải đường thẳng song song với trồng

Hình 2.17 Ap lực ngang do tai phân bổ hình băng, hình tam giác, hình thang,

Hình 2.18 Sơ đồ phân ch én định theo Bishop.

Hình 3,11 Hình dang cung trượt nguy hiểm ~ kết quả THỦ m

Hình 3.12 Hình dạng cung trượt nguy hiểm - kết quả TH4 72Hình 3.13 Sơ đồ tỉnh ton trong Plax 2

Hình 3.14 Sơ dé tính điển hình 75 Hình 3.15 Giá tr chuyển vỉ ngang, nội lực cọc vấn ~ Phase 3 T6 Hình 3.16 Giá tị chuyển vị ngang, nội lực cọc vấn ~ Phase 5 n

Hình 3.17 Giá trị chuyển vị ngang, nội lực cọc ván — Phase 7 TT

Hình 3.18 Giá tr chuyển vi ngang, nội lực cọc ván ~ Phase 9 _

Hình 3.19 Giá tr chuyển vị ngang, nội lực cọc vấn = Phase 11 79

Hình 3.20 Quan hệ hệ số an toàn - thời gian giữa 2 PP PTHH và giải tích 81 Hình 3.21 Quan hệ chuyển vi ngang cọc bản thời gian theo PP PTHH $1 Hình 3.22 Quan hệ giữa nội lục tường cọc bản - thời gian 82

Bảng 2.1 Giá trị hệ số áp lực chủ động Ky theo $ và 8 khi œ =0°và =0° 27

Bảng 2.2 Giá trị hệ số áp lực chủ động Ky theo 6 va khi a= 0 và B= 0% 27 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng (tir Lớp | đến Lớp 4 và TK) 5s

Bảng 3.2 hi tiêu cơ lý đặc trưng (từ Lớp 5 Lớp 9 và TK3) - 56

Bảng 3.3 Thông số các loại cử ot

Bang 3.4 Chiều cao tính đổi ra mat cắt chữ nhật và độ chôn sâu của cử 62

Bảng 3.5 Kết qua tinh toán ip lực dit chủ động 6

Bảng 3.6 Kết qua tinh toán áp lực dit bi động 62

Bảng 37 Kết qui tính toán lực quay 66Bảng 3.8 Kết qua tinh toin lực giữ 66Bảng 3.9 Thống kế 3Bảng 3.10 Thống kể sổ liệu của tường và cọc 14

Bảng 3.11 Thống kê số liệu của thanh neo 7” Bảng 3.12 Kết quả phân tích theo PP PTH và giải tích sl

Thành phố Mỹ Tho là trung tâm văn hoá, kinh tế, xã hội của tỉnh Tiền Giang

và thành phố Mỹ Tho đang tập trung mọi nguồn lực dé hoàn thiện đô thị loại II và

vươn lên đô thị loại I vào năm 2015, một thành phố mang nét đặc thủ của miễn sông

nước Việt Nam

Thành phố Mỹ Tho là nơi hội tụ của 2 ding sông (sông Tiền và sông BaoĐỉnh), với bé dày lich sử 333 năm bình thành và phát triển Đắn năm 2015, thành

phố Mỹ Tho cơ bản hoàn thành hệ thống giao thông nội thị và nông thôn ở thành.

phổ, Nâng cao chit lượng, hiệu quả việc thực hiện để án xây dựng nép sống văn

mình đô thị và xây dụng đô thị xanh, sạch, an toàn Triển khai xây dựng các dự án

lớn như dự án kẻ sông Tiển, kẻ sông Bảo Định, dự ân năng cấp đô thị Mỹ Tho

Sông Tiên bao quanh địa bàn thành phổ Mỹ Tho có chiều dai khoảng 13km.

Do ảnh hưởng của hiện tượng biển đổi khí hậu của thể giới, theo nghiên cứu của cácnhà khoa học thi khu vực Đẳng bản it Nam là nơi chịu ảnhng Cửu Long của

hưởng nặng n của việc biến đổi khí hậu và thành phố Mỹ Tho cũng chịu ảnh.hưởng không nhỏ đến hiện tượng này, hiện nay bar sông Tiền bao quanh thành phố

Mỹ Tho đang sạt lở nghiêm trọng, làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân, cũng như lâm hạn chế sự phát iển du ich sinh thi của địa phương.

dải khoảng 13km,

‘Dy án đầu tư xây dựng công trình Tưởng kẻ sông Tiền đang triển khai có địa điểm

Sông Tiền bao quanh địa bàn thành phố Mỹ Tho có c

xây dựng tại phường 1, phường 4, phường 6 thành phố Mỹ Tho bắt đầu từ rạchBinh Đức đến ranh Công ty Cap thoát nước Tiền Giang Day là công trình bảo vệ

bờ sông trước tinh trạng sat lờ nghiêm trong hiện nay, tạo cơ sở hạ ting, gốp phầm cải tạo, chỉnh trang đô thị, phát triển khu dân cư, kinh tế xã hội cho thành phổ Mỹ

Tho Công trinh cỏ chiễu dài tường chắn 2.625m, kết edu tường cọc vin bé tôngsắt thép (BTCT) với vẫn đầu tr trên 500 tỷ đồng (rung bình 200 triệu đồng mổ,bao gồm cá hạ tang kỹ thuật sau tường ke),

Kinh phí xây dựng tường ké dang tưởng cọc bản bể tông cốt thép (BTCT)

là rit lớn, Nghiên cứu ổn định, biến dạng của tường kẻ nhằm mye đích theo dõi ôn

2 Me đích của để tài

Nghiên cửa ôn định của tường ké cọc bản trong điều kiện địa chất khu vựcven sông Tiền thành phổ Mỹ Tho tinh Tiền Giang

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu diều kiện dia chit, địa mạo và khả năng ứng dung

công nghệ thi công tường cọc bản thực tiễn, dé ra giải pháp thiết kế phù hợp với địa.chất khu vực Việc nghiên cứu, phân ích căn cứ vào các giái phip tính toán ôn định

do việc san lắp nền khu vực ven sông Trên cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính hiện có, nhiệm vụ của luận văn là tinh toán áp dụng cho một đoạn công trình tường,

kẻ ven sông Tiên thành phố Mỹ Tho tỉnh Tiền Giang Các vin đề được đề cậpnghiên cứu ở đây chủ yếu là việc tính toán én định của nên do quá trình cổ kết, ảnh

hưởng của độ lún do cổ kết của nền đất ếu lên sự làm việc của công trình bảo vệ

bờ sông.

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận

- Tổng hợp, ké thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh

vue ke sông, ké biển.

~ Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ting dung,

= Khảo sat thực t ở những công trình đã ứng dụng ở Việt Nam.

ác đánh giá của các chuyên gia.

Phương pháp nghiên cứu:

~ Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn

~ Nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam.

- Sử dụng phần mềm địa kỹ thuật Plaxis, Geoslope để nghiên cứu én định

của tường ké cọc bản cho 01 phân đoạn đại diện đã được xây dựng (48 có số liệu

"

chiếu tính toán với thực tổ)

1.1 Khái quất v8 công trình bảo vệ tường kè

(Cong trình tường kẻ là một trong những phương pháp thường được sử dụng để

éu trong nước Tuy nhiên hiệu quả

bảo vệ các công trình ven sông phổ biển khả n

của tường kẻ trong việc chống st Iti những khu vực có khả năng sat lở cao ở khu

vực nên đất yếu cần phải nghiên cứu bổ sung, bởi vì một số công trình đã và dang

lớn thi công xây dựng đã bị sự cổ gây thiệt hại rổ người và tài sản Trong tính.

toán công trình tưởng kẻ ven sông, én định mái đốc công trình tường kẻ là vấn đề

«quan trọng hàng đầu cin phải xét

Hình 1.1 Đoạn tường kè dọc sông Tiên tại thành pho Mỹ Tho tỉnh Tiên Giang

1-1.1 Các dạng mặt cắt ngang công trình tường kè

Trong thực tế xây dựng công trình tường kẻ, thường gặp các dạng mặt cất ngang của công trình tường kề như hình 1.2.

những nơi có nhiễu tàu thuyén qua Iai và chiếm diện ích không đáng kể.

= Tường kẻ nghiêng (b): đơn giản và rẻ tiền nhưng không thuận tiện cho việc

khai thác và sử dụng Loại kè nay chủ yêu dùng bảo vệ ba.

- Tường ké hỗn hop nửa nghiêng nửa đứng (c) vi (4): được sử dụng ở những

nơi có mực nước thấp hoặc mực nước cao kéo dải trong năm

1.1.2 Về kết cấu công trình tường kè

Cấu tạo các bộ phận tường kẻ thông thường gồm 3 bộ phận chính, kết

mái, kết ấu mái và kết cầu chân khay như hình 1.3,

trong và mái phía ngoài Các giải pháp thường dùng là đá hộc xây với chiều day lớn

hơn hoặc bằng chiều dày của nén đường phía trong như hình 1.4

Hình 1.4 Tường k bằng đá hộc xây (6) Không có chiếu nghỉ, (6) Có chu nghĩ

- Khối bê tông hoặc các khối trọng lực khác kết hợp với các công trình phụ

HOR RIOR ER

"Hình 1.6 Tuông ke có thang lê xuống đặ cạnh các Bich neo

trình tường kể cảng

- Kết cầu mái: Mãi là bộ phận cốt lõi của kết cấu tường kẻ, kết cấu mái phụ

thuộc vào độ đốc mái vừa để tạo ra thể ôn định tổng thể vừa để duy trì các dn định

‘cuc bộ chống lại mọi tác nhân bên ngoài như: Tải trọng tảu, dòng chảy, tải trọng củanước ngằm, áp lực đất và các nguyên nhân khác như các tắc nhân x6i ở, tạo mỹ

quan.

Yêu cầu chang của kết cấu mái không đồi hỏi quả kiên Ê thi công

trên nguyên tắc tân dụng triệt để các vật liệu địa phương, cũng như khả năng thi công tại chỗ Dưới đã dái phổ biển.

+ Đá hộc lát một lớp hoặc hai lớp phía trong có ting lọc ngược như hình 1.6.

+ Mái bằng bê tông cốt thép đúc sẵn có kích thước 200x200x25em hoặc bằng

Đổ tại chỗ +449

Hình 1.8 Kết cẩu mái bằng tắm BTCT đổ tại e

- Kết cấu chân khay: Chân khay là điểm tựa cho kết cầu méi và đỉnh, thường được thi công dưới nước nên đòi hỏi mức độ dn định cao hơn các bộ phận khác của tường kẻ, Giải pháp thông thường của chân khay là dé đá hộc có đường kính khác

del đến 15.

Ở những nơi hiểm có vật liệu xây dựng, chân khay được thiết kế bằng các loại

nhau với mái đốc m

kết cấu trong lực như chuồng gỗ, khối chồng BTCT

Ở những ving đất yếu chân khay thường làm bằng cir hoặc cọc BTCT hạ

eden hay

Hinh 1.9 Kết cấu ung kẻ có cọc đỡ chân khay

1.2 Khái quát về các phương pháp tính toán én định công trình bảo vệ bờ.

‘Cac vấn đề chính trong việc tinh toán én định công trình bảo vệ bờ bao gồm

én định mãi đốc, én định hệ gia cổ bờ kênh, én định mãi

Biểu thức tổng quát tinh toán ôn định tổng thể công trình:

Tính toán ôn định tổng thé là một trong những nội dung quan trong trong tỉnh

toán thiết kế, Trong một số trường hợp, nhất i khi tường kè được xây dụng trênnên đất yéu thì việc tính toán én định tổng thé của công trình là một trong những

nội dung chính quyết định việc lựa chọn phương án kết cấu tường kè

Ban chất việc tinh toán ổn định tổng thể là kiểm tra ổn định của nền đất có.xớt đến ảnh hưởng chẳng trượt của cúc cấu kiện mà mặt trượt cắt qua, chống lại các

tải trọng và tác động gây mắt én định công trình [7].

Tính toán én định tổng thé là xác định hệ số an toàn én định của công trình

lâm việc đồng thời với nên đắc Thông qua hệ số an toản ổn định để đánh gid khảnăng giữ được trạng thái làm việc bình thường của công trình trong mối tương tác

với môi trường xung quanh Hệ số an toàn én định được mở rộng theo các hướng.

sau

~ Theo tương quan gia lực chẳng trượt vả lực gây trượt

~ Theo các đặc trưng cường độ của nền đất

1g số an toàn én định tính theo trơng quan giữa lực chống trượt và gây

trượt

"Biểu thức tính toán hệ số an toàn én định:

ay Trong đó:

số an toàn dn định

R¿ — tổng các lực chống trượt (lực git).

R tiny các lực gây trượt.

“Tổng các lực gây trượt và lực chống trượt được xác định ty thuộc vào phương pháp tinh dn định, Các lực này có thé là mômen, lực, hoặc theo một trạng thái ứng suất của nề đất

+ Tổng lực gây trugt: R,— Ra + Ry

Ra — lực gây trượt do khối đất tạo ra

Ry — lục gây trượt do tải trọng ngoài như: hoạt tải (ải trọng hàng hoá, thiết bi, áp lục sóng, áp lực nước, áp lục nước lỗ rỗng gây ra

+ Tổng lực chống trượt Rạ = Res * Rex

Ror lực chống trượt (lực giữ) do khối đất tạo ra thông qua góc

lh và dung trọng dat

Ree = lực chốn

qua nền cọc, hay nói cách khác là lực kháng trượt được tạo ra do kết cấu,

ma sắt trong, lực

trượt (lực giữ) do nén cọc tạo ra khi mặt trượt di

+ Hệ số an toàn én định tinh theo các đặc trưng cường độ của nin đt

Biểu thức tính toán hệ số an toàn ôn định:

d2)

“Trong đó:

7 : ổng ứng sud tiếp thực 8 rên mặt trượt

hy: tổng ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trượt, xác định theo điềukiện cân bằng giới hạn của Coulomb Z„„ = 049 +

Hệ số an toàn ôn định của công trình tinh theo hướng này về bản chất là coi

hệ số an toàn én định của công trình cũng là hệ số an toàn ôn định của phần nén đắt

fim dưới công trình Công trình én định được khi nền ổn định được; yếu tổ t

động đến sự ổn định là sức chống trượt của từng phân ổ đất, C

ổn định khi F, > [Fs]; trong đó [F,] là hệ số an toàn ôn định cho phép, phụ thuộc vào.các yê

1g trình được coi là

~ Tầm quan trọng của công trình cụ thể là cấp công trình

~ Tải trong và tổ hợp tả trọng tỉnh toán.

~ Điều kiện làm việc của công trình.

~ Độ tn ây của ác kết quả thí nghiệm khảo sit nén đắt vã các yế tổ khác

Xét bài oán phẳng, điều kiện để một phân tổ đất có kích thước dx, dz (xem

hình 1.10) ở trang thái cân bằng tỉnh

d3)

"Nếu phân tổ đất nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn thì các thành phẩn

ng suất chính phải thoả mãn điều kiện cân bing:

Tình 1.10 Thành phan ứng suất của phân tổ dat

Biểu thức (1.4) có thé viết dưới dạng các thành phần ứng suất ơ,, 62, sự

trong điều kiện bài toán phẳng như sau:

(Gx 6)2 +4 th (ox+ ơ; + 2 cotg @)2.sin20, as)

Theo định luật đối xứng của ứng suất tiẾp, ta có: te = ta,

Từ các điều kiện trén tacó hệ phương trình cơ bản sau:

Trong đó

Trọng lượng riêng của đắt nền

và tạ¿ Thành phần ting suất pháp va ứng suất tiếp theo trực x.

6 va tat Thành phin ứng suất pháp vã ứng suit tgp theo trục z

Phương pháp giải: Giải hệ phương trình eo bản (1.6) bằng cách đưa vào các

điều kiện biên, ta xác định được chính xác về mặt toán học hình dạng các mặt trượt

và trang thải ứng suất của các điểm trên mặt trượt Nhưng trong thực té việc giải

trực tiếp hệ phương trình cơ bản (1.6) gặp nhiều khó khăn Người ta đã có gắng biển.443i đưa hệ phương trình này về các dang khác nhau để giải Nhiều khi để đơn giản

tinh toán, phải thêm vào một số giả thiết để đưa bài toán về dang đơn giản, dễ giải.

Sau đây 1a một số phương pháp giải gin đúng hệ phương trình cơ bản trên [7]

~ Phương pháp của V.V Socolovski

“Giáo sự Socolovski đã biển đổi hệ phương trình (1.6) từ dang phương trình

vi phần đạo hàm riêng về dạng phương trình vi phân thường Sau đó áp dụng

phương pháp sai phân hữu hạn để giải Đây là một trong những lời giải chặt chế,

tim ra được họ phương trình mặt trượt và tải trong giới hạn tác dung lên nền.

~ Phương pháp của V.G, Berezanxev:

Giáo su Berezanxev đã áp dụng lời giải của Socolovski cho bài toán không

sian, Bằng các thí nghiệm nén đắt đến tải trọng giới hạn cho thấy dưới đấy móng

sn chặt Sự hình thành nêm dat này chủ yếu do ma sát giữa đất

va diy móng tạo nên Căn cứ trực tiếp vào kết quả thí nghiệm nén đất, Berezanxev

đã kiến nghị hệ thống mặt trượt cho các trường hợp móng bing và móng tròn Từphương trình hệ thống mặt trượt kiến nghị kết hợp với các phương tình cân bằng vi

điều kiện cân bằng giới hạn, Berezanxev đã tim được lời giải

= Phương pháp 1a K, Terzagh

K Terzaghi cũng đựng các mặt trượt dựa trên giả thiết nén là môi trường

không trọng lượng =0, nhưng sửa đổi kích thước vũng ứng suất chủ động cho

phủ hợp với các kết quả thí nghiệm nén đất, Theo đó, trong ving ứng suất chủ động,

đất bị nén chặt và dính kết với mỏng tạo thành nêm đất có dạng tam giác cân với

gốc ở day là ọ Các mặt trượt được xác định tương tự như trong phương pháp của

Reissner.

- Phương pháp của P.D.Evdokimov - C.C.Goluskevit

Nội dung của phương pháp là xác định đường bao của khối trượt với giả

thiết nên là môi trường Không trọng lượng Sau đó dựa vào điều kiện cân bằng giớihạn của từng khối trượt có kể đến trong lượng bản thân đắt để xác định tải trọng

giới hạn tác dụng lên nền.

= Phương pháp tinh theo mặt trượt gi định:

Theo kết quả quan trie thực tế và kết quả thi nghiệm, các trường hợp mái

dốc bị mit én định cho thấy nên đất bị diy trượt theo những mặt trượt nhất định

Phương pháp ding mặt trượt gi định không giải quyết vẫn đề tim hình dang của mặt trượt mà gán cho mái đốc các mặt trượt khả di (theo kinh nghiệm) có thể xảy

ra để từ đó tìm rà hệ số an toàn ổn định chống trượt Tổng hợp các mặt trượt khả di

đó, có thé tìm được mặt trượt bat lợi nhất tương ứng với hệ số an toàn dn định nhỏ

nhất (Fon) để đánh gi khả năng én dinh của công rnh

Trong số các mặt trượt khả dĩ nhất có thể xây ra khi công trình mắt bị ổn inh à mặt trượt sung trồn và mặt trượi gãy khúc, trong đó mặt trượt gy Khốc cổ dạng bắt kỳ và có thể coi là dang mat trượt tổng quác Thy theo cu trúc địa ng của

nên đất mả công trình có thể xảy ra theo một trong hai dạng mặt trượt trên Việc xác

định bệ số an toàn ôn định cho mỗi mặt trượt thường được thực hiện theo bai cách

sử

= Cách 1: Thử đúng din vòng tròn ma sắt để tìm 1a hệ số Foo Phương pháp,

này chỉ được sử dụng trong trường hợp giả thiết mặt trượt là cung tròn và chỉ thích

hợp cho nên đất đồng nhất Trong các trường hop nền dit không đồng nhất và tải

trọng phân bổ phức tạp, việc sử dụng phương pháp này sẽ gặp khó khan do việc xác

định tổng lực ma sát và lực dính trên mặt trượt phức tạp Mặt khác theo phương

pháp này, với mỗi mặt trượt gi định ta phải thử dần để tim ra hệ số an toa ổn định,

đo vậy phương pháp nảy ít được sử dung.

+ Cách 2: Phân minh khối trượt, diy là thủ thuật được sử dụng chủ yếu để

xác định hệ số an toàn én định cho các dạng mặt trượt khác nhau.

Ôn đình của mới đc của công tình dip đề cập trong nội dung đề ải chủ yêu

là én định của mái dc dip trên nén đất yếu chịu nén

Dat dip thường là dat đầm chặt nằm trên lớp dat yếu thưởng là bùn, bùn sétMat trượt mái dốc loại này thường đi qua một độ sâu nhất định dưới lớp dắt yếu

Mái đốc loại này có khả năng mắt én định, đất nền thường lún xuống và trồi ra ở.

© On định hệ tường gia cố tường kè chịu tải ngang: Hệ gia cổ mái tường kè.

số nhiệm vụ duy tì dn định của khối đắt sau tường và hệ kết cấu gia cố mái Tưởng

số thé bị mắt ổn định do trượt, do quá trình lún xuống sau tường tạo ra lục diy

ngang vio thân tường Tường tinh toàn là tưởng chịu ải trọng ngang On định hệtường cọc bản ven sông được dé cập là móng cọc chiu tác dụng của tải trọng ngang

và ip lực đắt lên tường chắn đất

+ Ôn định của kết cấu mi: Trong tính toán én dịnh của hệ kết cầu mái gia cổ

mái dốc edn xét đến

~ Khả năng trượt của kết cấu mái theo mái đốc của khối đắt dip, phương

pháp tính toán dựa trên ma sát giữa đất và vật liệu kết cầu mãi

~ Ôn định của nội lục bản thân kết cấu gia cố mái theo các trạng thái xuất

hiện vết nứt (giới han 3) và biển dạng (giới han 2) theo các phương pháp tinh toán

kết cấu bê tông cốt thép

1.3 Kết luận chương 1

“Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất, địa mạo và khả năng ứng dụng.sông nghệ thi công tường cọc bản thực tiễn, đề ra giải pháp thiết kế phủ hợp với địa

chit khu ve đồng thời đánh giá khả năng ổn định của công trình trên nền đất yếuvới sự cö mặt của kết cấu tường kẻ, cụ thể La:

- Chon lựa giải pháp và tỉnh toán kết cầu công trình bảo về bar sông ở khu vực

it yéu

= Phân ích, đảnh giá khả năng én định công tỉnh tung kẻ trong điều kiện địa

chất khu vue thành phố Mỹ Tho tính Tiên Giang

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ 'YÉT TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH KE BẰNG

“TƯỜNG COC BẢN

"Để tính toán và kiểm tra ổn định của công trình bờ kê được đúng din, chúng,

ta phải nghiên cứu kĩ các lý thuyết tính toán áp lực ngang tác dụng vào bở kè cũng,

như các ý thuyết xác định độ ôn định của công trình bo ke.

tương ứng với ấp lực đất được biểu thị bởi diém B trong hình 2-1, Nếu cho tường

dich chuyển v8 phía đắt thì áp lực đất tăng lên và kh khối đắt ở trang thải cân bằnggiới hạn trượt thì áp lực đắt đạt tị số lớn nhất tương ứng với áp lực đắt được biểu

thị bởi điểm C trên hình 2-1, Khi tường không chuyển vị thi áp lực đất có trị số

dan ra áp lực dit lên tường do đó cũng giảm di Đến một trang thải giới hạn gọi làtrạng thái cân bằng chủ động thi áp lực đất đạt đến một trị số nhỏ nhất Khi đó, khốiđất sau tường bị trượt xuống phía dui theo một mặt nằm trong khối đất và đọc theo

lưng tường Trong trường hợp này, áp lực đắt tác dụng lên tường được gọi là áp lực

“chủ động đất

Hink 2.2 Các loại áp lực lên tưởng chin

dui tác dung của tii trọng ngoài mà tường dich chuyển hoặc xoay về

phía sau thì khối đất sau tường bị nén lại, đồng thời tr số áp lực đất tăng lên Đến

một trạng thái giới hạn gọi là trạng thái cân bằng bị động thì áp lực đất đạt đến một

tr số lớn nhất Khi đó, kh đắt sau tường bị trượt lên theo một mặt nằm trong khốiđất và dọc theo lưng tường Trong trường hợp này, áp lực đất tác dụng lên tườngcược gọi là áp lực bị động của đắt

Khi tưởng hoàn toàn không có chuyển vị trong dat thì áp lực dat có giá trịtrung gian giữa áp lực chủ động và bị động Lúc đó khối đắt su tưởng ở trang thái

cân bằng tinh (cân bằng đàn hồi)

Ba loại áp lực đất trên có thé biểu diễn trên vòng tròn Morh như trong hình

đới đây

"Độ lớn của áp lực đất phụ thuộc vào các đặc trưng độ bền kháng cắt của đất,

điều kiên biến dang hông, áp lục nước lỗ rồng và trang thấi cân bằng của đất

Những yếu tổ này, đến lượt chúng lại phụ thuộc vio điều kiện thoát nước, tác dụng

qua lại giữa tường và dat, độ lớn và bản chất của các chuyển vị tương đối.

Áp lực it nh được xem xét bằng lí luận cân bằng ở trang thải din hồi còn

áp lực chủ động và bị động được xem xét bằng các Ii luận cân bằng ở trang thái do,Céc lý thuyết tính toán áp lực đắt chủ động và bị động hiện đang được sử dụng trêntoàn thể giới lý thuyết Coulomb, lý thuyết Rankine, ý thuyết Sokolovshi, Các lýthuyết này mặc dủ có những hạn chế nhưng có độ chính xác tương đối chấp nhận

được

2.2 Áp lực đất tinh [4]

Như đã nội ở trên, ấp lực đất tinh xây ra khi không tổn tại chuyển vi ngang

của tưởng trong đất nÈn Ta xem xét bài toán ở trang thái cân bằng đàn hồi với mô

hình không biển dang hông,

Xết bãi toán như hình 2.4 Một tường chin trong đắt có các chỉ tiêu, c, ý

và chịu một tải trọng phân bổ đều q Tại độ sâu z dưới mặt đất, ứng suất theo

với u là áp lực nước lỗ ing, Ke là hệ số áp lực tĩnh.

Ko=1- sing 22)

Theo Brooker và Ireland, đổi với đất sét cổ kết thông thường có thể sử

dụng công thức thực nghiệm sau để xác định áp lực ngang:

Ko= 0,95 - sing 23)

với è là gốc ma sát trong ứng với trường hợp thoát nước.

ing theo Brooker và Alpan, giá trị Ko còn có liên hệ với chỉ số dẻo PI qua các biễu tứ sau:

K,=04~ 0/007: PI= {0401

Ky = 0,64 — 0,001PI; PI = {40,801 a4)

Đối với đt sét quá cổ kết th

Koy VOCR 25)

với OCR (over consolidatin ratio) Ia hệ số quá cổ kết

Mayne và Kulhawy (1982) đã đề xuất công thức thực nghiệm sau cho đất cất và đất sót

Sherif vào năm 1984 đã bổ sung công thức tính hệ s 4p lực tinh cho đất cát

chặt trong đó có y là dung trọng tại hiện trường, Yann là dung trọng khô ứng với

trạng thi dt toi xốp (obi rac) nhất

K,=(1-sing)+55{ 2-1] en

2.3 Thuyết áp lực đắt Coulomb [4]

Năm 1773 C.A Coulomb đã ứng dụng khái niệm cân bằng giới hạn của một

cỗ thể và nguyên lí cực dại để tinh áp lực đất tác dụng lên tường chin, từ đồ xâydụng lý thuyết v8 áp lực đất mang tên ông Sau 4, tuyết này được Ponsole (1840),

Culmanm (1866), Reffand (1871) va nhi

Thuyết áp lực đắt Coulomb đơn giản, có khả năng giải được nhiều bài toán

người khác phát triển thêm.

thực tế phức tạp và cho kết quả tương đối chính xác, đặc biệt là trong trường hop

tính toán áp lực chủ động Hiện nay, lý thuyết Coulomb vẫn được dùng phổ biến để

tính áp lực lên tường chắn đất cho cả trường hợp đất sau tường là đất rời và datdính Theo nhiều kết quả nghiên cửu th lực dinh trong đất làm giảm tỉ số áp lực

chủ động và làm tăng trị số áp lự bị động.

2.3.1 Các giả sơ bản

“Thuyết áp lực đắt Coulomb dựa trên các gia thiết cơ bản sau:

~ Đất là môi trường đồng nhất, đẳng hướng có cả góc nội ma sát và lực dính

(ộ=0; cz0).

ft trượt của các khối đắt ở trạng that cân bằng giới hạn (chủ động và bị

động) là một mặt phẳng.

- Khối đắt trượt được coi là một khối rắn tuyệt đối được giới hạn bởi hai

mặt trượt là mặt trượt phát sinh trong khối đất va mặt lưng tường.

~ Trị số áp lực chủ động lên tường chắn được xác định trong ứng với lựcđầy của khối đất rượt lên tường chin trong trang thái cân bằng chủ động Tương tựtrị số áp lực bị động lên tường chắn được xác định tương ứng với lực chống của.khối dt trượt lên tường chắn trong trạng thái cân bằng bị động

ốT= tang,

- Lực dính trong đất được phân bổ đều và tác dụng theo phương mat trượt

~ Sức kháng ma sát được phân bổ đều dọc mặt phá hoại và có trị

“Từ những giả thiết trên, ta cổ thể rất ra một số nhận xét để tiễn hành tính

toán

= Cổ thể thay thể các lực thể tích và lực bề mặt tác dụng lên khối đắt trượtbằng những hợp lực của chúng và có thể ứng dung rực tigp các kết quả của môn cơ

học vật rắn.

- Sơ đồ lực li đa giác khép kín

- Các phản lực của tường và đất tác dụng lên khối trượt lệch với phương.phip tuyén của mặt trượt một gốc bằng góc ma sit ngoài (6) hoặc bing góc ma sát

trong (8)

Các sơ đồ tính toán áp lực đất chủ động và áp lực đắt bị động ứng với các

trường hợp đất sau tưởng là đất rời và đất dính được cho trên hình 2.5 và hình 2.6

Hình 3Š Các sơ đồ lục xác định áp lực chỉ động theo lý Huyết Coulomb

Hình 2.6 Các sơ dé lực xác định áp lực bị động theo lý thuyết Coulomb

a: góc giữa lưng tường với mặt thẳng đứng

0: góc giữa mặt trượt giả định với mặt nằm ngang

ä: góc giữa phương lực Ế với phương phấp tuyến của lưng tưởng

#~90 a8

Wlà trọng lượng khối đất E là số của áp lục hông,

Ti phương trình trên suy ra

“Trong phương trình (2.12) có các dn số là E và 0, các đại lượng khác có thể

xác định theo hai én số này Như ly dựa vào trạng thái cân bảng mới xác định.urge một phương trình cho hai ấn sé

Coulomb đã dùng nguyên lí cực tị để đưa ra thêm một phương trình nữa.

Neuyén li cực tr này có thể phát biểu: “Dang phá hoại thực của hệ hông tường đắtsau tường ứng với trị số nhỏ nhất của tải trong ngoài" Do dé cần chọn sao cho Eđạt giá trị cực trị (lớn nhất ứng với áp lực chủ động hoặc nhỏ nhất ứng áp lực bị

Tương tự như trong trường hợp xác định áp lực chủ động, từ các sơ đỗ lực

trong bình 2.6 ta thành lập các phương trình cân bằng Trong tường hợp tổng quit

ta chi xét cho đất đính (c=0; 640) Do khối dat có xu hướng bị day trồi lên nên các

phản lực E;, N nằm trên các pháp tuyển tương ứng với các góc 8, 4; các lực dính T,

To có xu hướng chống lại sự trượt lên của khối

các lực T, Todd

với trường hợp chủ động thì các lực Ep, N lệch phương.

Chiếu các lực lên phương vuông trục vuông góc với 2V ta có:

YU = Wsino 9) Esint.+016)~T,r sin(0-+g-a)—Teosar=0 (2.16)

Từ đó, được phương trình su

_Wsin(0-+9)+T eos +T, sin(8+ p~g)

Trong đó:

T, To lần lượt là lực dính trên mặt trượt giữa khối đắt trượt với nền dt và

901-g+ð với tường.

Nguyên lí cực tiéu được áp dụng cho trường hợp bị động li: "Mặt trượt ứng

với tri số cực tiễu của lực chống E được coi là mặt trượt nguy hiểm nhất và ấy trị

wo

(2.18)

2.3.3 Kết quả lý thuyết Coulomb

Để giải hệ phương trình (2.15) và (2.18), hiện nay có 2 phương pháp tuỳ

theo điều kiện bài toán đặt ra Đó là các điều hiện về hình dạng lưng tường, ma sátgiữa tường và dit, hình dạng mặt đất dip, tải trong ngoài tác dụng lên khối đắt

trượt, Các phương pháp đó là

Phuong pháp giải tích:

= Cách giải trực tiếp: giải hệ phương trình (2.15) hoặc (2.18) bằng cách lấy,

đạo hàm trực tiếp đối với biểu thúc tinh E.hoặc Eạ, từ đó xác định được tr số 0 = 0;thỏa mãn phương trình vi phân bà 0 Khi biết được 0u sẽ xác định được E.

Cách này trên nguyên tắc có thể giải được những bài toán phức tạp Tuy nhiên, không phải lác nào cũng dé dàng đi đến được li giải cub cũng

h giải gián tiếp : không ding trực tiếp biến f ma dùng cách thay đối

biến số để tìm ra dang giải ich của biểu thức xác định E Phương pháp này chi giải

được cho một số trường hợp đơn giản như: lục dính c = 0, lưng tường phẳng, mặt

sau tưởng phẳng,

Phuong pháp đồ giải: phương pháp này vẫn dựa trên những giả thiết cơ bản

và nguyên í tinh toán giống như phương pháp giải tích, chỉ khác ở chỗ là ding cách

vẽ để xác định áp lực hông (chủ động, bị động) Cách này mắt nhiễu thời gian

nhưng có thể giải được những bai toán mà phương pháp giải tích không giải được.

Những phương pháp đồ giải thường được sử dụng là phương pháp Cullman,

phương pháp Golukevik

Coulomb và những người kế thừa đã dùng phương pháp giải ích tìm ra các

lời giải về áp lực đất cho đắt rời như sau:

* Ap lực chủ động tại độ sâu h:

PeKeyh (2.19) Trong đó

đong tone dt

chiều su vị in áp lục bị động

Ky: hệ số áp lực chủ động, tính theo công thức

sin’(90-¢-a) + (2.22)

Trường hợp lưng tường thing đứng, giữa tường và đất không ma sắt, đất

sau tường nằm ngang thi

k= 45-$ 2.23)

was’) 639Đối với trường hợp tưởng cọc bản (tường chắn có lưng tưởng thẳng đứng)

trong đất cát Các hệ số áp lực chủ động và bị động còn có thể tra theo các bảng,

"Bảng 2.1 Giá trị hệ số áp lực chủ động K, theo đ và ð khi a= 0° và = 0°

8 (độ) (đi

24.1 Các ghd thiết và nguyên lí tính toấn

Rankine (1857) xem xét đắt ở trang thái cân bing phân tổ va sử dung hi F

các giả thiết ban đầu của lý thuyết Coulomb ngoại trừ việc giả định giữa lưngtường và dit sau tường không có ma sắt

Theo quan điểm của Rankine, lúc đất tai một ving nào đó trong khối đấtmit én định, trang thái cân bằng giới hạn sẽ xảy ra không phải chỉ tai các điểm trênmặt trượt mã xây ra ở tất cả các điểm trong ving ấy Khi đó, đất ở khắp nơi trong.vũng đều có xu hướng trượt theo những đường trượt, g8m hai họ khác nhau và tạo

thành một mạng lưới khép kín trong phạm vi khối đắt bị phá hoại

Từ quan diém trên, Rankine đã gii bài toán ôn định cña khổi đắt có dang

một nữa mặt phẳng vô tận, giới hạn phía trên bởi một mặt phẳng bắt ki, sau đó áp,

dụng các kết quả thu được để nghiên cứu vin đề áp lực đt lên trờng chin với giảthiết rằng sự có mat của tường chắn không ảnh hưởng đến trạng thải căng của khiđất.

"Hình 2.7 Sơ đồ hệ thẳng trờng đắt theo l thuyắt Rankine

“Tit các giả thiếu lập vòng tròn Morh cho phân tổ đắt ở trang thái cân bằnggiới hạn sau đồ so sinh ứng suất phương ngung và phương thẳng đứng ta sẽ thụđược các hệ số áp lực đất chủ động và bị động

Hình 2.8 Vòng tràn Morh phải sinh biểu thức áp lực đắt Rankine