“Trong thực tế, người thiết kế thường gặp rất nhiều mặt cắt đập phức tap mà việc tính toán thắm theo phương pháp thủy lực gặp rất nhiều khó khăn, mặt khác trong giai đoạn thiết kế sơ bộ,
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
NGÔ LAN HƯƠNG
NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA HÌNH DẠNG
DAY DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG DEN
LUU LUONG VA DUONG BAO HOA
Ha Nội 8/2013
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NONG NGHIỆP VÀ PTNT
TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
NGÔ LAN HƯƠNG
NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA HÌNH DANG DAY DAP VAT LIEU DIA PHUONG DEN
LƯU LƯỢNG VA ĐƯỜNG BAO HOA
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60-58-40
"Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái
Hà Nội 82013
Trang 312 Các loại dip dit a8 xây dựng
1.3 Các sự cổ nghiệm trong của đập đất
1.4 Nguyễn nhân gly thắm,
1.5 Ảnh hưởng của đường thẩm đến dip đất
1.6 Một số sự cố do ding thắm gây ra
1.7 Các biện pháp phòng chong thắm.
1⁄71 Ching thim cho những công trình mới xây dựng,
1.72 Chẳng thim cho những công tình đãxây đựng rước đây
CHUONG 2; LÝ THUYẾT THÂM VA ON ĐỊNH
2:1 Tổng quan về phương pháp tính oán thắm
aut
2.1.2 Tắm quan trong của lý thuyét thắm.
2.1.3 Các phuong pháp giả bài toán thẳm
22 Tổng quan về phương pháp tinh dn định mái d
22.1 Lý luận tinh toain 6n djnh mái dốc
“Cách chia thoi dit và cách xác định trong lượng thoi
223 Cáephươngphiptínhhệsố mn toàn ôn đnh mái ốc.
“32.4 Các phương pháp tinh toán ổn định mái đốc 3ã
CHUONG 3: UNG DỰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢNT Ù HỮU HẠN TRONG TÍNH THẤM VA TINH ÔN ĐỊNH MÁI DÓC CUA DAP DAT
3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn
3.2 Mụe dich tinh toán.
3 Lựa chon các thông số tinh toán
40
40
2
4
Trang 435.2 Tỉnh toán én định trượt mai đập
353 Tổ hợp các trường hợp tinh toán.
354 Kết qua tinh toán và đánh giá
3.6 Hướng dẫn sử dụng biểu đồ tra
KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ
“TÀI LIỆU THAM KHAO
PHỤ LỤC
4 4
“
48
44 45
46 4 78
“
86
87
Trang 5DANH MỤC BANG BIEU
Hình 1-5; Sin lầy do thắm hạ lưu dp Kim Sơn: Hả Tĩnh
Hình 1-6: Mạch si ha lơ đập Am Cha Khánh Hồa
rong lỗi mềm,
Hin 1-7: Đập đắt đồng chất có tường răng
Hình 1-8: Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân rang
Tình 1-9: Chống thắm cho nên bằng bản coe.
inh I-10: Chẳng thẳm bằng trồng nghiêng sin phủ.
Hình 2-1: Xác định moment chống trượt va gây trượt với mặt trụ tròn
inh 2-2: Xác định góc ma sit vi lục dính huy động
Hình 2-3: Các lực tác dụng vào mỗi thỏi.
Hình 2-4: Sơ đỗ tinh lục thắm theo phương pháp Bishop đơn giản.
tình 2-5: Dịch chuyển điềm trên cung trượt
inh 2-6: Mặt cắt ngàng mái dốc
Hình 3-1: Sơ đỗ chia lưới phần tử và các điều kiện biên
Hình 32: Sơ đồ khai báo điều kiện tính toán ôn định đập đắt
Hình 33: Sơ tính thắm qua đập đất hệ
Hình 3-4: Biểu đồ quan hệ 1, L tại mái hạ lưu
Hình 3-5: Sơ tính ổn định cho dp đất hộ số mái m
Hình 3-6; Biểu đỏ quan hệ Q ~ Ha.
Trang 6Hình 3-12: Quan hệ q ~ œ với trường hợp hệ số mái m= 2 56
Hình 3-13: Quan bg Ja ~ với rường hợp hệ số mái m 56
Hình 3-14: Quan hệ K ~œ với trường hợp hg số mái m = 2 37
inh 3-15: Quan hệ q~ ơ với tường hợp hệ số mái m= 2,8 39
Hình 3-16: Quan Ja ~ ơ với trường hop hệ số mim = 2,5 39
inh 3-17: Quan be K ~ avi rường hợp hệ số mk m = 2,5 “0 Hình 3-18: Quan hệ q ~ ơ với trường hợp hệ số mai m = 3,0 62
Tình 3-19: Quan hệ 1„ =ø với trường hợp hệ sổ msi m = 3,0 “
Tình 3-20: Quan hệ K ~ a với trường hợp bg số mim = 3,0 “
Hình 3-21: Quan hệ q ~ a với trường hợp hệ số mái m = 3,5 65
Hình 3-22: Quan bệ 12 ~ ơ với trường hop hệ số mái m = 3,5 6
inh 3-23: Quan hệ K ~ a với rường hợp hệ số mim = 3,5 66
Hình 3-25: Quan bệ 12 ~ ơ với trường hợp hệ sổ mái m = 4,0 “
Hình 3-26: Quan hệ K ~ a với trường hợp hệ số mái m =4/0 6 inh 3-27: Quan hệ (Hs/Hlg~ a), tường hợp m = 2,0 4
Hình 3-28: Quan bệ (Hag/H ~ a), trường hợp m = 2.8 1
Hình 3⁄29: Quan (Hhe/Hy ~ a), trường hợp m= 40 1
Hình 3-30: Quan bệ (Hoe/Hy ~ a), trường hop m= 3,5 16
Hình 331: Quan hg (Hie/Hy ~ ø), trường họp m= 4,0 16
Tình 3-32: Biểu đồ quan hệ (T./H, ~ 0), ứng với các h số mái đập khác nhan 7 inh 3-33: Sơ đồ đặp tính toán 1
Hình 334: Biểu đồ tr quan hệ (Tu/H ~ a) 19
Tình 3-35 Sơ đồ đập biến đỗi trên nền nằm ngang 19
“Hình 3-36: Sơ đỗ tính thắm bing phương pháp thủy lực 81
Trang 7DANH MỤC HÌNH VẼ
Bảng 2-1: Bảng tôm tắt số lượng ấn trong việc tim hệ số an toàn 2
“Bảng 2-2: Bảng tôm tit số lượng các đại lượng đã biết trong tìm hệ số an toàn 31
Bảng 3-1: Các tổ hợp được tinh toán trong đề tải (x) 46
Bảng 3-2: Lưu lượng thắm qua đập dit ứng với các hg số mái và chiều cao đập (q=10
“m'ss) 50
"Băng +3: Gradin thắm lớn nhất rên mái hạ lưu ứng với các hé số mái và chiễu cao đập Bảng 3-4: Hệ số bn định mái bạ lưu đập ứng vớ các hộ số mái và chi cao đập 32 Bảng 3-5; Giá tị lưu lượng thẩm q và gradign thắm ti chân mái hại ưu ứng với các chiều cao dip và gốc nghiềng nền 35
Bảng 3-6: Hệ số én định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng nén, mái hạ lưu m=
2 56
Bảng 3-7: Giá trị lưu lượng a
“hiểu cao dip và góc nghiêng nền 38 Bảng 3-8: Hệ số
Bảng 39: Giá tị lưu lượng thấm q và gađiên thắm tại chân mái hại lưu 12 ứng với các chiều cao đập và gc nghiêng nén i
0.63
4 và gradign thắm tại chân mái hai lưu J„ ứng với các
n dinh K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m= 2,5 60
Bảng 3-10: Hệ số bn định K ứng với ccchiề cao đập và góc nghiêng, mi hạ lưu m
“Bảng 3-11: Giá tr lưu lượng thắm q và gradién thắm tại chân mái hại lưu J, ứng với các
“chiều cao đập và góc nghiêng nền “
‘Bang 3-12: Hệ số dn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m = 3,5.66
Bảng 3-13: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thắm tại chân mái hại lưu J„ ứng với các
chiều cao dip và góc nghiên
Bảng 3-14: Hệ số dn định K ứng với các chiều cao đập và góc nghiêng, mái hạ lưu m
"Băng 3-15: Bảng tổng hợp kết quả ứng với Hạ, Họa, Heo, Hạn với Hạ = 10m 70 Bảng 3-16: Bảng tổng bop kết quả ứng với Hạ, Hoey, Huy, Hos với Hạ = 15 m ? Bảng 3-17; Bảng ting hợp kết quả ứng với Hạ Họa, Họa, Hạn với Hạ =20m n
‘Bang 3-18: Bang tổng hợp kết quả ứng với Hạ, Họ, Hos Hass với Hạ n Bảng 3-19; Bing ving hop kt quả ứng với Hạ, Họa, Hẹn, Hes với Hạ B
‘Bang 3-20: Quan he (Hya/Hy ~ a) với các hệ số mái khác nhau n
Trang 8LỜI CẮM ON
Tôi đã hoàn thành luận văn này theo đúng thời gian quy định của nhà trường,
Dé có được kết quả như vậy, trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc đến PGS TS Nguyễn Cảnh Thai, người đã nhiệt tình hướng dẫn tôi thựchiện nghiên cứu của mình.
"Nhân đây, tôi cũng xin cùng bày tỏ long biết on chân thành tới các giảngviên Khoa sau Đại học, những người đã đem lại cho tôi những kién thức bo
trg, võ cùng có Ích trong những năm học vừa qua.
Xin được gửi lời cảm on chân thành tỏi Trung tâm Đào tạo và Hợp tác quốc té trực thuộc Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi trong suét quá trình học tập.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những
người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quả trình thực
hiện dé tài nghiên cứu của mình
Trang 9BẢN CAM ĐOAN
Tên tôi là Ngô Lan Hương, học viên cao học lớp 18C21, chuyên ngành Xay dựng công trình thủy, khoá 2010-2013 Tôi xin cam đoan luận văn thạc
sĩ “Aghiên cứu ảnh hưởng của hình dang đáy đập vật liệu địa phương đến
lieu lượng và đường bão hòa” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi
không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bổ trong bắt kỳ công
trình nghiên cứu khoa học nào.
Học viên
Ngô Lan Hương
Trang 10TINH CAP THIET CUA DE TAL
Vi vậy, việc tinh toán thấm và ổn định của đập dat là một phin rit
‘quan trọng trong thiết kế và xây dựng các công trình thủy lợi, nó ảnh hưởng,
trực tiếp đến giá thành và sự làm việc an toàn của công trình
“Trong thực tế, người thiết kế thường gặp rất nhiều mặt cắt đập phức tap
mà việc tính toán thắm theo phương pháp thủy lực gặp rất nhiều khó khăn,
mặt khác trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, người thiết kế cũng chưa có được cácthông số chỉ tiết như về hệ sổ thắm, dung trọng riêng của đất, lực dính đơn vi,
góc ma sắt trong Và việc lựa chọn cho đập một thiết kế tối tru về độ cao,mái đốc sẽ khiến người thiết kế tốn rất nhiều thời gian để giả thiết các trường.hợp rồi chạy phần mềm thắm, én định để đưa ra được một bản thiết kế tối ưu.nhất
Bên cạnh đó, đối với đập có đáy nằm nghiêng, người thiết kế vẫn phảitính toán và xây dựng mô hình khá phức tạp so với đáy nằm ngang Chính vì
vậy, luận văn đã đi vào nghiên cứu nhằm kết hợp giữa phương pháp thủy lực
và phương pháp phan tử hữu hạn (giải bằng phần mềm Geo Slope ) dé đưa rakết quả tính toán cho đập có đáy nằm nghiêng _ một cách nhanh va đáng tincậy, bên cạnh đó, luận văn cũng đưa ra khuyến nghị lựachọn vị trí chiều cao.đập biến đổi về đáy nằm ngang cho kết quả phù hợp nhất đối với đáy nằmnghiêng thực tế của đập Cũng chính từ chiều cao đập quy đổi, người thiết kế
có thể đựa vào đó để tinh toán, thiết kế nhanh và đơn giản hơn nhiều so với
đập có day nghiêng trên thực tế
Với mục đích giúp người thiết kế chi với vài biểu dé tra cơ bản có thé
sơ bộ vạch ra được cho mình một thiết kế công trình tối ưu, luận văn đã đi vào.nghiên cứu và đưa ra các biểu dé dé từ đó người thiết kế có thể xác định sơ bộ
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 11chiều cao đập thiết kế, mái dốc, góc nghiêng đáy, lưu lượng thấm, Gradien
thấm,
Hình 0- Đập trên nền nằm nghiêng
Do vậy, khi tính toán cần thiết phải biến đổi để đưa các dạng đó về sơ
đồ cơ bản Tuy nhiên, việc lựa chọn vị trí xác định chiéu cao đập quy đổi như
thé nào thì hiện nay vẫn chưa có một dé tài nào nghiên cứu vấn đề này Trongphạm vi nghiên cứu, đề tai sẽ nghiên cứu và đưa ra khuyến nghị về vị trí
chiều cao đập biến đôi phủ hợp nhất cũng như các bảng biéu giúp người thiết
kế sơ bộ tra nhanh được các thông số cơ bản mà không can phải sử dụng phan
nào
ID MỤC TIÊU CUA ĐÈ TÀI
Nghiên cứu ảnh hưởng của nền nằm nghiêng đến các yếu tố thắm của
1) Đối tượng
"Nghiên cứu công trình dâng nước làm bằng đập vật liệu địa phương,
2) Phạm vi nghiên cứu
Các công trình đập đất trên nền không thắm nước nằm nghiêng với các
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 12Ký hiệu
MNTL: Mực nước thượng lưu
Lo: Chiều dai đầy nghiêng của đập
m: Chiều cao đập tinh từ đỉnh xuống tới đáy thấp nhất
IV) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để tải đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu theo một số bước
chung sau
Tổng quan về áp dụng công trình đập dâng làm bằng vật liệu địa
phương ở trong nước;
Tổng hợp lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính thấm va én định cho
công trình đập vật liệu địa phương.
Lựa chọn phần mềm mô phỏng bài toán thắm và én định đối với công
trình đập vật liệu địa phương
Lựa chọn vị tri biế
1/3L¿, L/2La, 2/3,
đổi chiều cao đập Hạ, Hoo, Hay ứng với các vị trí
‘Ned Lan Hương
Trang 13- Thiết lập các mỗi quan hệ giữa hệ số én định mái, lưu lượng thấm vàchiều cao đập, giữa lưu lượng thắm, hệ số ôn định và góc nghiêng a củanén, giữa chiều cao đập biến đổi với góc nghiêng ơ.
~_ Đưa ra khuyến nghị lựa chọn chiều cao đập biến đổi Hyg dé thu được
ié trị về thắm, ôn định chính xác nhất, phù hợp nhất so với trường,
hợp tính toán cho đập đáy nghiêng.
V) GIỚI HAN VA PHAM VI NGHIÊN CUU CUA DE TÀI
Do han chế về thời gian, phạm vi nghiên cứu của dé tài sẽ được giới
hạn theo các nội dung sau:
Nghiên cứu các trường hợp đập nghiêng góc ơ phía hạ lưu
‘Ned Lan Hương
Trang 14CHƯƠNG 1: TONG QUAN
cdụng tổng hợp tai nguyên dòng nước |4]
gây nay, cùng với sự phát tiễn của nhiều ngành khoa học như cơ hoe
đất, lý luận thắm, địa chất thủy văn, địa chất công trình cũng như việc ứngdung cơ giới hóa, thủy cơ giới hóa trong thi công nên việc xây dựng đập đấtcảng có xu thé phát triển mạnh Hiện nay, trên thể giới đã xây dựng được
hàng ngàn đập đất, ở Việt Nam nói riêng cũng đã xây dung hing trim đập
đất
"Đập vật liệu địa phương (đập dat) là một loại đập được xây dung bằngcác loại đất hiện có trong vũng xây dựng như: sét, á sét, á cát, sỏi cuội Đập
đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hoá cao khi thi công,
và trong đa số các trường hợp có giá thành hạ nên là loại đập được ứng dụng
rộng rai nhất ở hầu hết các nước trên thế giới Đặc biệt là đối với nước ta,
trong điều kiện kinh tế còn khó khăn thì giá thành xây dựng công trình là một
điều kiện quan trọng khi lựa chọn phương án xây dựng công trình |4]
1.2 Các loại đập đất đã xây dựng
Ở Việt Nam hiện nay, các loại đập đất được xây dựng cũng tương đốiphong phú và da dang, tủy thuộc đặc điểm địa hình, địa chất, thủy van của địaphương Có thể kể ra đây một số loại đập đắt [1].I4]:
a Đập kết cau dong chất
‘Ned Lan Hương
Trang 15số thắmđịa phương Đập được đắp bằng loại vật liệu địa phương sẵn có có
lớn, để đảm bảo ôn định thắm thường dùng biện pháp tăng kích thước mặt cắtđập và khối lượng đắp đập
+ Thi công dé ding, nhanh chóng,
+ Giá thành xây dung thấp
nhau Trong trường hợp đó phải nghiên cứu kết cấu đập dé sử dụng hợp lý các
loại đất nhằm khắc phục các mat bat lợi và phát huy các mặt lợi của chúng đẻ
phòng tránh sự cổ đập do đắt gây ra Mặt khác cũng dé tận dụng tối đa các vật
Jigu sẵn có tại chỗ nhằm giảm chi phí đầu tư
‘Ned Lan Hương
Trang 16(A): Khối lăng trụ thượng lưu.
(B): Khối trung tâm
(©: Khối lăng trụ hạ lưu(Ð: Vùng thường xuyên bão hòa
(11): Vùng bị bão hòa từng thời ky (II): Ving khô ướt thay đổi trong năm
Ưu điểm của kết cấu đập không đồng chất:
+ Tận dụng được các loại vật liệu tại chỗ của địa phương
+ Kết cấu ôn định, khả năng chống thắm tốt
Nhược điểm:
+ Kết cầu phức tap
+ Thi công khô khăn
c Kết cấu đập có tường lõi mồm
Trong trường hợp khối dat trung tâm vùng B bằng sét hoặc đất sét phacát, hệ số thắm nhỏ, khả năng chống thẳm trở thành tường lõi mềm Yêu cầu
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 17số thấm của đất thân đập (50-100) lần.phải đảm bảo hg số thấm nhỏ hơn
Đồng thời đất làm tường lõi chống thấm phải đủ dẻo, dễ thích ứng với biến
hình của thân đập ma không gây nứt nẻ Cấu tạo của bể day tường lõi đắp.bing đất sét không nhỏ quá 0,8m, độ day chân tường lõi không nhỏ hơn 1/10
+ Khan hiểm nguồn vật liệu đắt sét chống thắm tại chỗ
+ Kỹ thuật thi công phức tạp.
Ngoài ra cũng còn nhiều dạng kết cấu đập đất khác như kết cầu đậptường nghiêng mềm, kết cấu đập dat có tường nghiêng và sân phủ phía trước.mềm, kết cấu đập đắt có tường nghiêng va chân khay mềm, kết cầu đặp đắt có
‘Ned Lan Hương iy dựng | ig trình thấy
Trang 18màng chồng thấm khoan phụt vữa ximãng-bentonite Tuy nhiên, trong phạm
sứu của dé tai này chỉ xét tới trường hợp đập đất có kết cấu đồng
d Đập có trờng nghiêng mém
“Tường nghiêng đắp bằng đất sét, đất thịt ít thắm nước được đặt ở sát
mái thugng lưu đập có tác dụng chống thắm cho thân đập Bé dày tường.nghiêng phụ thuộc vào các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép củađất
không nên nhỏ hơn 0,8m Chân tường không nhỏ hơn H/10 (H - cột nước tác
lắp tường Bề dày tường tăng từ trên xuống dưới Bề dày đỉnh tường
dụng), và không nên nhỏ hơn 2 + âm Độ vượt cao của đình tường nghiêng trên mực nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo cấp công trình 8 =
0.5+0,8m Dinh tường không được thấp hơn mực nước tinh gia cường
“Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ diy (khoảng Im) détránh mưa nắng Giữa tường nghiêng va lớp bảo vệ bố trí một ting lọc ngược
Sự liên kết giữa tường nghiêng và nền phải tốt Nếu nền đập là đá thi
liên kết tường nghiêng với nền bằng các răng chống thắm Khi nén bị nứt nẻ
và thấm nước nhiều sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thắm
Ưu điểm:
~ Hạ thấp đường bão hoà rất nhanh làm cho đất trong thân đập được
khô ráo và tăng thêm tính én định của mái hạ lưu.
- Thi công sửa chữa dé dàng
Nhược điểm:
~ Lớp bảo vệ và tường nghiêng dé bj mắt ôn định trượt
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng |
Trang 19Hồ chứa dem lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích to lớn, nó không chỉ donthuần là một công trình thủy lợi điều tiết ding chảy, phát điện mà bên cạnh đó.
nó còn đồng vai trò quan trọng trong việc thoát lũ, cấp nước phục vụ nôngnghiệp, nuôi trồng thủy sản, cải tạo điều kiện khí hậu Tuy nhiên nếu đẻ
xảy ra sự cổ vỡ đập thì ngược lại nó sẽ gây nguy hiểm và thiệt hại không nhỏ
cho khu vực hạ lưu
Chi tính trong 30 năm đầu thé kỷ 20, trên thé giới đã có 159 đập đắt, 12
đập đá đỏ, 67 đập đá xây và bê tông trọng lực, 7 đập vòm, 293 loại đập khác
có chiều dài từ 15-150m xảy ra sự cổ nghiém trọng Chính vì lý do như vậy,việ cứu tính toán thiết kế dé đảm bảo an toàn đập là hết sức quanc nghiê trọng và cần thiết
1.4 Nguyên nhân gây thắm
Nguyên nhân gây thắm trong dat bão hòa nước là do _ thể chuyển động
của dòng thắm hay chính là gradient cột nước thủy lực _ Nguyên nhân gây thấm trong đắt không bão hòa ngoài tác nhân chính là gradient cột nước thủy lực (bao gồm gradient áp lực và gradient cao trình _ ) còn do grad ient độ ẩm ent hút dính (6] độ hút dính là U, - Us trong đó U, chính là áp lực khí lỗ
lực nước lỗ rồng,
‘Thé chuyển động của dong nước thắm
"Tổng năng lượng tại điểm A có thé biểu thị theo nan g lượng trên trọng
Trang 20ae ~ cột nước áp lực.
Š* - cột nước tốc độ trong đất không đáng kể, do đó công thức trên có
thể viết lại thành.
Nước sẽ thấm từ nơi có tng cột nước cao đến nơi có tổng cột nước
thấp hơn, bắt ké áp lực nước lỗ rỗng là âm hay là đương
1.5 Ảnh hưởng của đường thấm đến đập đất
Dap vậtliệu địa phương là một loại công trình dng nước làm bằng vật
liệu xốp (dat), chính vì vậy cho dù có đầm chặt đến đâu cũng không thể đảm.bảo tuyệt đối không thắm nước Khi hồ chứa đưa vào vận hành thì thân đập.cũng bắt đầu chịu áp lực của nước và phát sinh hiện tượng thắm, đập chịu tác.dụng của cột nước và hình thành đồng thắm đi xuyên qua đập và nền Dòngthấm đi qua thân đập, nền va thấm vòng quanh bờ làm mắt nước ở hồ chứa vaảnh hưởng lớn đến én định của đập (xói ngầm và trượt mái dốc) Thân đậpcàng cao thì nước thấm cảng nhiều
Chính vì vậy việc nghiên cứu van đề thắm và ôn định đối với đập vật
liệu địa phương luôn là bài toán đặc biệt quan trọng luôn phải đặt lên hàng
đầu trong quá trình nghiên cứu thiết kế đập nhằm đảm bảo đập hoạt động an
toàn.
1⁄6 Một số sự cố đo dong thấm gây ra
'Như chúng ta đã biết, mặt cắt đập đất có dang hình thang với mái dốc
lớn để đảm bảo ôn định trượt nên mặt cắt đập khá rộng, trị số gradien trong.thân đập không lớn lắm và thường không dẫn đến những nguy hiểm đáng kẻ
Vi vậy vấn đề nguy hiểm đối với đập đất về mặt xói ngầm do dòng thấm gây
ra không phải là sự xói ngầm bình thường như chúng ta thường hiểu mà là sự
phá hoại do xuất hiện những hang thắm tập trung Những hang nay đầu tiên
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 21thi công, tạo ra những khe hở ở các lớp tiếp giáp của đắt đắp hay tiếp giáp vớicông trình bê tông, các khe nứt do lún không đều v.v Trong quá trình khaithác công trình , dưới tác dụng của dòng thấm và dòng chảy của nước manhững hang này bị bảo mòn, mở rộng ra thành những hang thắm tập trung dẫnđến phá hoại dap
Trong thực tế thiết kế và xây dựng đập dat đá, không ít đập bị phá hoạimột phần hoặc phá hoại hoàn toàn là do hiện tượng thấm tập trung này ở Mỹ
trong số 72 đập bị phá hoại đã có 27 đập là do nguyên nhân này (gần 40 %).ign hình nhất là đập Triton đã bị pha hoại hoàn toàn do hang thắm tập trung,
ở phần tiếp giáp của thân và nên dip
Sự cố về thắm rat muôn hình muôn vẻ, nó có thể xảy ra ngay khi công
inh Kiên trình mới hoàn thành: điển hình như hồ chứa nước mưa Nam Du -
Giang, khi thi công xong hỗ cạn hết nước dẫn đến phải xử lý chống thắm rat
tốn kém, hay như đập Ca Giây - Bình Thuận khi chưa hoàn công (1988) đã
xuất hiện thấm ra ở chân mái hạ lưu với lưu lượng 5 + 7(íphúÐ, sau đó lưu
lượng tăng nhanh có nguy cơ vỡ đập Hoặc sau một vài năm làm việc hiện
tượng thấm mới xảy ra mãnh liệt gây tổn hại rất lớn đến công trình như: sự cố
thấm gây vỡ đập đất của hồ chứa Suối Hành, Suỗi Trầu, Am Chúa-KhánhHoà, đập Vực Tròn - Quảng Bình là một trong những vi dụ điền hình Đó là
những đập đã bj vỡ rồi còn những đập tuy chưa vỡ nhưng phải xử lý thắm rit
kém như đập Dau Ti một
loạt hồ chứa bị sự "hú Ninh, hd Đồng
Mô - Ngai Sơn
im phải hạ thấp MNDBT như
quá cao gây mắt én định mái hạ lưu đập Một s công trình bị hư hỏng do
đồng thắm rất mạnh gây hiện tượng sủi đất ở nền đập như: đập Đồng Mô-Hà
Tây, Suối Giai Sông Bé, Vân Trục - Vĩnh Phúc Hiện tượng thắm mạnh
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 22siii nước ở vai đập Khe Chẻ - Quảng Ninh, Ba Khoang - Lai Châu, Sông Mây
- Đồng Nai
Hình
I-Hình 1 Mạch si hạ lưu đập Am Chúa Khánh Hòa
Tir các sự cổ xảy ra do thấm đối với đập đất đã diễn ra muôn màu muôn
vẻ như đã nêu ở trên cho thấy việc nghiên cứu thắm đối với các công trình
đập đất là vô cùng quan trọng và thiết thực Mục tiêu an toàn hỗ đập trongmùa li, ôn định công trình trong khai thác sử dụng hiện nay đang là vấn đề
được các cắp các ngành hết sức quan tâm
Ned Lan Hương
Trang 231.7 Các biện pháp phòng chống thắm
1.7.1 Chẳng thắm cho những công trình mới xây dựng
Đối với các đập đất khi thiết kế xây dựng mới, nếu mức độ thắm củavật liệu đất đắp đập hoặc địa chất nền đập không dam bảo vẻ lưu lượng thấm
qua thân đập và qua nền trong phạm vi cho phép thì ngudi thiết kế sẽ áp dụngmột số các biện pháp chống thắm sau đây nhằm khắc phục các yếu tổ nảy
ip
a Chong thấm cho thâm
Vật liệu chống thấm cho thân đập thường có dang lõi hoặc tường
nghiêng Chi tiết các phương pháp được trình bay ở mục 1.2.
b Chống thấm cho nền đập
Nền đập và thân đập nói chung đều thấm nước Khi mực nước thượng
n từ thượng lưu về hạ lưu
lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành đồng th
Vi vay, đập đất xây dựng trên nền thắm nước cần thiết phải có những biện.pháp chống thấm cho nền đập nhằm hạn chế sự mắt nước đồng thời dé phòng.biến dang thắm trong nền đập Hình thức chống thấm trong nền đập phụ thuộc
vào loại đập, chiều sâu ting nên thắm nước và địa chất của nền
s* Đập đông chất xây trên nền thắm nước thì hình thức chống thắmcho nền thông thường là tường răng, bản cọc hoặc mang xi măng
tền có tầng thắm nước không sâu lắmTường răng thích hợp đối v‹
(thường T < 5m) và làm bằng chính vật liệu làm thân đập hoặc bằng vật liệuchống thắm tốt như sét, á sét Nếu ting thấm nước lớn không thé ay dựng
được tường răng thì cần phải dùng bản cọc hoặc phun màng chống thắm
xuống tận ting không thắm nước Trong trường hợp ting thắm nước nằm quá
sâu hoặc vô hạn thì bản cọc hoặc màng xi măng chỉ cắm xuống một đoạntrong ting nền
‘Ned Lan Hương
Trang 24** Đổi với đập không đồng chat (có lõi giữa hoặc tường nghiêng) thì vật
chống thắm trong nền thường nối tiếp với vật chống thắm của than
đập.
Hình thức chống thắm là: tường răng, sân trước Dùng hình thức
nio phụ thuộc vào chiều sâu ting nén, tinh chất đắt nén va kỹ thuật thi công.
~ Tầng thắm nhỏ T < 5m dùng tường răng làm vật chống thắm cho nền
và nối tiếp với lõi giữa hoặc tường nghiêng của đập Tường răng cần cắm sâu
xuống tang không thắm một đoạn > 0,5m
ình 1-8: Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng.
- Tầng thắm nước tương đối sâu thì hình thức chống thắm cho nền có
thể là bản cọc Bản cọc cắm sâu vào lõi giữa hoặc tường nghiêng và ting
không thấm một độ dài nhất định nhằm tránh không sinh ra xói ngầm cục bộ.tại hai đầu mút bản cọc
Mình 1
Ngô Lan Hương
Trang 25số thấm nhỏ kéo dai
là biện pháp hay dùng Sân trước làm bằng vật liệu có
ra phía thượng lưu nên có hiệu ích giảm lưu lượng thắm qua nền và tăng ổnđịnh thắm cho nén, Theo điều kiện thi công chiều day sản trước > 0,5m đốivới đập thấp va > 1m đối với đập cao Mặt trên của sân trước phủ một lớp day1,5 + 2,5m bằng các loại vật liệu hạt lớn như: cát, sỏi, cuội để tránh hurhỏng do nhiệt độ thay đổi va tác dụng của sóng khi tháo cạn hỗ chứa
Mình 1-10: Chống thắm bằng tường nghiêng sân phủ
1.7.2 Chống thắm cho những công trình đã xây dựng trước day
Về nguyên tắc khi thiết kế sửa chữa, nâng cắp cho đập đắt thuộc các hỗchứa đều dựa theo nguyên lý làm việc của các biện pháp chống thấm khi thiết
kế mới dé ra Tuy nhiên vấn dé cần được giải quyết ở đây là sử dụng biện
rút nga
pháp nao, áp dung công nghệ nào dé đạt hiệu quả cao trong thi côn;
thời gian xây dựng va hạ giá thành công trình Một số biện pháp điển hìnhthường được sử dụng để xử lý chống thấm cho đập đã cho hiệu quả rất tốt
như:
~ Công nghệ chống thắm bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane)
~ Công nghệ khoan phut chống thắm Công nghệ khoan phut cao áp
Jet-Grouting
bằng tưởng hao xi măng - Bentonite
‘Ned Lan Hương
Trang 26CHƯƠNG2: LY THUYẾT THẤM VÀ ON ĐỊNH
2.1 Tổng quan về phương pháp tính toán thắm
2.1.1 Sơ lược quá trình phát triển
Với tác phẩm nỗi tiếng “Về các lớp vỏ của Trái đất — 1750,Lomonosov đã đặt cơ sở đầu tiên dé phat triển khoa học về sự vận động của
nước dưới da
Hiện tượng thắm củ a nước dưới đắt trong môi trường lỗ hồng được
Darcy nghiên cứu từ năm 1856 Trên cơ sở thực nghiệm Darey đã xác định
quy luật thấm của nước trong môi trường lỗ hông, đó là định luật thám đường
thẳng.
Lý thuyết suy rộng về sự vận động của nước dưới đất xuất hiện vào.năm 1898, sau khi N E.Jueovxky công bố tác phẩm “Nghién cứu lý thuyết
vận động của nước ngầm” Ông đã đưa ra khái niệm lực cản, lực khối lượng
khi thấm và lần đầu tiên ông đã đư a ra phương trình vi phân về sự vận độngcủa nước dưới dat Chính Jucovxki đã đặt cơ sở khoa học để tiếp tục pháttriển lý thuyết thắm
Năm 1922 N.N.Pavlovxki đã đề nghị dùng phương pháp điện _ - thủy động lực tương tự để xác định các thông số của dòng thắm ma cho đến nay nó
vẫn là một trong những phương pháp hiện dai nhất áp dụng cho bão hòa đất
"Những vấn đề về lý thuyết vận động không én định đã được
Boussinesq nghiên cứu đầu tiên (1904) Phương trình vi phân vận động không
‘dn định do ông thành lập cho đến ngày nay vẫn được coi như là phương trình
vi phân cơ bản của vận động không 6n định của nước dưới đắt
Ngày nay lý thuyết thắm vẫn không ngừng phát triển và được ứng dungvào nhiều chuyên ngành khác nhau
2.412 Tầm quan trong của lý huyễt thắm
Suvi động của chất lỏng trong mí trường lỗ hồng gọi là thd”
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 27khái niệm vật lý của hiện tượng thấm.
Lý thuyết về sự vận động của chất lỏng _ (nước, dầu mỏ, hơi nước )
trong dat, đá nứt nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung _, gọi là lý thuycthắm Việc nghiên cứu vận động của c hat lỏng trong môi trường đắt , đá có ý'
nghĩa quan trọng trong thực tế như : khai thác nước ngầm, khai thác đầu mỏ ,
rửa mặn bằng tiêu nước , tồn that nước do thấm , nước mưa, nước tưới thắmvào mặt đất, thắm qua nền các công trình ngăn nước
Đặc biệt trong công trình thủy lợi, lý thuyết thấm có vai trò quan trongnhư cần xác định các đặc trưng của dòng thắm qua đập đắt qua dé quai thi
công hồ móng , thắm vào hỗ móng , thắm dưới đáy công trình bê_ tông, thắmvòng qua vai đập , thắm vòng quanh bờ Trong thiết kế công trình thủy lợiphải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thắm như áp lực thấm lưulượng thắm, Gradient nghĩa là giải quyết xong bai toán thắm, khi đó mới đủđiều kiện dé đánh giá én định và độ bền của công trình
Nội dung trong luận văn này sẽ để cập đến sự phát triển va ứng dụng lýthuyết thắm trong công trình thủy lợi mà đối tượng chủ yếu là thắm qua độ p
đất
2.1.3 Các phương pháp giải bài toán thắm
a Phương pháp cơ học chất long
Phương pháp cơ học chất lỏng dùng công cụ toán học để xác định
những trưng của dòng thắm như lưu lượng , lưu tốc, gradient, áp lực, đường
bão hỏa tai bat kỳ mộ vj trí nào trong môi trường thắm Do khi tính toán
không đưa vào nhiều những giả thiết cho nên phương pháp này cho kết quả
chính xác.
Tuy vậy phương pháp nay chỉ sử dụng được trong trường hợp bai toán
có sơ đồ đơn giản Khi gặp những sơ dé phức tạp (điều kiện ban đầu và điều
‘Ned Lan Hương iy dựng | ig trình thấy
Trang 28kế tinh toán trong nhiều trường hợp gần như bể tắc Do vậy trong thực tế thi
thắm, phương pháp này ứng dụng rất hạn chế
b Phương pháp thấy lực
Kế từ khi công bổ định luật thắm cơ bản Darcy đến khoảng cuối thập
niên 80 của thé kỷ 20, phương pháp thủy lực trong lý thuyết thấm phát triểnmạnh và đạt đến những thành tựu to lớn, đã ứng dụng giải quyết được nhiều.bài toán thắm trong công trình thủy lợi, khai thác nước ngim và các bài toánthấm ồn định khác
Phuong pháp thủy lực giới hạn nghiên cứu dòng thắm biến đổi chậm
thỏa mãn tiền để Duy -puy, khi xem tắt cả các đường dòng có đường cong,
const Khi miền thắm.nhỏ, song song với nhau, dan đến gradient thủy lực J
có thiết bị thoát nước , cần sử dụng giả thiết Cozeny , mặt khác cần sơ đỗ hóa
cao độ mặt cắt tính toán.
Phuong pháp thủy lực cho lời giải các thông số dòng thắm như dưới
dang biểu thức toán don giản dễ tính toán ngay cả đối với bai toán phức tap
trong thực tế Độ chính xác của phương pháp thủy lực đủ đáp ứng yêu cầu kỳ thuật và thường thiên về an toàn.„ do đó phương pháp này được phỏ biến và
ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế
¢ Phương pháp thực nghiệm
Trong lý thuyết thắm, phương pháp thực nghiệm đóng vai trỏ quan
trọng Điều nay dễ nhận thấy vì xuất phát từ thực nghiệm, Darcy đã khái quátrút ra định luật thắm cơ bản, bên cạnh đó, nhiều thực nghiệm đã là cơ sở đểxây dựng lý thuyết thắm Trong quá trình nghiên cứu, với nhiềt trường hop
điều kiện biên của bai toán kha phức tạp, việc tìm lời giái bằng các phương,pháp lý thuyết không đơn giản thì phương pháp thực nghiệm lại tỏ ra chiếm
uu thế hơn
‘Ned Lan Hương
Trang 29“Thí nghiệm trên mô hình vật lý: đây là mô hình được làm bằng vật liệu
ở dang thấm thực tế Giữa chúng có sự tương tự về mặt hình học, vềvận động của chat lỏng thắm Mô hình có lắp đặt các thiết bị tạo ra các
điều kiện biên để đo cột nước áp lực bên trong mô hình Hình thức thí
nghiệm này có nhược điểm về kỹ thuật là công kénh, khó chế tạo mô.hình, khó khống chế được tính không đồng nhất của mô hình Ưu điểm
là có khả năng nghiên cứu trực tiếp bản chất của các quá trình thắm
Khả năng này cho phép tiến hành lập mô hình trong trường hợp còn
chưa rõ cách mô tả toán học của quá trình
“Thí nghiệm thấm khe hep Hele-shaw: trong máng khe hep, dang thấm
được mô hình hóa bằng dòng chảy tang của chất lỏng nhớt trong khe hở
nhỏ hẹp Tuy nhiên vì khó khăn về phương pháp và kỹ thuật nên máng,
khe hep không được phổ biến rộng rãi
Lập mô hình quá trình theo phương pháp tương tự điện thủy động: đây
là một mô hình toán học, là phương pháp mô phỏng dong thắm thực tếbằng một qué trình vật lý nào đó khác quá trình thắm ma giữa chúng có
sự tương tự về toán học, ở đây chính là sự tương tự giữa hiện tượng,
chuyển động của dong thấm với sự chuyển dong của dòng điện Thí
nghiệm này cũng có nhược điểm dé là: nếu mô hình làm bằng giấy din
điện thì các giấy có điện trở tiêu chuẩn khó có thể đảm bảo giữ được tỷ
lệ chính xác; trên mô hình dung dịch chất điện phân tuy khắc được hạn
chế của mô hình giấy dẫn điện thì mắc phải sai 6 trong quá trình thí nghiệm xảy ra hiện tượng điện phân Hiện nay, để khắc phục hiện
tượng điện phan, người ta đã có sự tự động hóa trong thí nghiệm bằng,các thiết bị đo hiện đại sao cho quá trình thí nghiệm diễn ra nhanh
‘Ned Lan Hương
Trang 30rộng rãi cho nhiều bai toán thấm khác nhau.
- _ Ngoài ra còn rất nhiều thí nghiệm thắm khác đã được sử dụng dé xác
định hệ si
lực, hệ số thoát nước,
him cho từng loại vật liệu, xác định hệ số dung tích trong
d Phương pháp vẽ lưới thắm
Phuong pháp vẽ lưới thắm có thể thực hiện cho môi trường đồng nhất
và bat đẳng hướng, tuy nhiên việc vẽ lưới thắm phức tạp nên ít sử dụng,
thường sử dụng các mô hình số để giải quyết
e Phương pháp mô hình số
Mô hình số được ứng dụng cho nhiều công trình khoa học kỹ thuật Sự
phát triển của phương pháp số, đặc biệt là sự phát triển rit mạnh mẽ,
22 ¡ng quan về phương pháp tính dn định mái dốc
2.2.1 Lý luận tính toán én định mái doc
"Để tính toán dn định trượt của mái đất có thé đùng hai phương pháp,tính toán én định mái dốc : Đó là phương pháp phan tích giới hạn (dùng phần
từ hữu hạn ), hoặc phương pháp cân bằng giới hạn dựa trên cơ sở giả địnhtrước mặt trượt (coi khối trượt như một có thẻ ); và phân tích trang thái cânbing của các phân tố dat trên mặt trượt giả định trước đó
4a Phương pháp cân bằng giới hạn [1]
Phương pháp cân bằng giới hạn dựa vào mặt trượt giả định trước (cân
bằng giới hạn cổ thổ)
Mức độ dn định được đánh giá bằng tỷ số giữa thành phần lực chốngtrượt (do ma sát và lực dinh) của dat nêu được huy động hết so với thành phần.gây trượt (do trọng lượng, áp lực dat, áp lực nước, áp lực thắm ) Mức độ ônđịnh của mái đốc được đánh giá định lượng qua hệ số an toàn ổn định , gọi tắt
‘Ned Lan Hương iy dựng | ig trình thấy
Trang 31‘Theo quan điểm này, hệ số an toàn én định K được định nghĩa như tỷ
số giữa tổng moment chống trượt của đất đọc theo mặt trượt với tổng momentgay trượt do tải trọng ngoài và trọng lượng đất của khối lượng dat trượt gây
ø: ứng suất tổng vuông góc với mặt trượt
áp lực nước lỗ rỗng tại điểm mặt trượt đi qua
©: gốc ma sắt và lực dính đơn vị ứng với thí nghiệm cắt thoát nước.'Với mặt trượt trụ tròn tâm O bán kính R, trị số Ma, (chống trượt) được
xác định như sau:
Mụ;= RỰ, tdl=Rf [(0 — u)tgø + c]ải (2-3)
Va tri số Mạ (gây trượt) được tính theo công thức
‘Ned Lan Hương
Trang 32Tuy nhiên phương pháp hệ số an toàn trên mới được tín _ h toán theo
phương pháp tit định, coi tai trong và độ bên tinh toán được mặc định trong
suốt quá trình Lim việc của công trình Tuy nhiên, thực tế các ham tải trọng va
độ bén chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau nh ư: điều kiện làm việc
uve chung giữa kết cấu công trình và nền đất, mức độ tin cậy của các dữ liệ
đất nên, t n quan trọng của công trình ,mức độ tin cậy về tải trọng và tổ hợp.tải trong và chúng thay đổi theo quy luật ngẫu nhiên Khi tinh toán thiết kế
theo quan điểm thứ nhất vừa nêu ở mục trên thì mức độ tin cậy của các loại
dit liệu tính toán được xét gộp chung lại trong một hệ số an toàn và ấn định trước các giá trị của chúng trong suốt thời gian làm việc là không thỏa đáng
Do đó, công thức tính hệ số an toàn chung trên được chuyên sang
Ned Lan Hương ‘Lurin văn thạc si ngành Xây dựng công tinh thấy
Trang 33được xác định bằng con đường xác suất thống kê như sau:
“Trong đó:
‘Na: Lực tổng hợp gây trượt tính toán , đã xét đến hệ số vượt tải và hệ
số tin cậy về tải trọng, ở đây là moment gây trượt
k„: Hệ số tin cậy phụ thuộc cấp công trình thay đổi từ 1,1 đến 1,5
nạ: Hệ số tổng hợp tai trọng (0.9 đến 1)
m: Hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc loại công trình và loại nền
Ryu: Lực tong hợp chống trượt giới hạn, hay moment chống trượtĐiều kiện ôn định có thé vi ết đưới dang thông thường với một hệ số
an toàn tổng hợp, trong đó đã tổng hợp đầy đủ các hệ số tin cậy của các đại
lượng hoặc yếu tổ ảnh hưởng đến mức độ an toàn:
5 Phương pháp phân tích giới hạn [1]
Phuong pháp phân tích giới hạn dựa trên cơ sở phân tích ứng sui
trong công trình (khối đắt đắp đê, đập ) và nền của chúng Dùng các thuyếtbền Morh — Coulomb, Hill Tresca, Nises- Shleiker kiểm tra én định cho
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
Trang 34các điểm mat én định tạo thành mặt trượt liên tue Giải quyết vấn dé này cần
sử dụng các kiến thức của sức bền vật liệu, lý thuyết đản hdi và dùng phương,
pháp sai phân để hoán Ngày nay, do công cụ máy tính phát triển nên
phương pháp phần tử hữu hạn có phần chiếm ưu thế Mức độ dn định của máiđốc được đánh giá định lượng qua hệ số huy động cường độ chống cắt củađất Nó đưa ra khái niệm về mức độ hoạt động khả năng chống cắt của đắt
XXét một diện tích đơn vị (ví dụ Im’) trong khối đất nghiêng góc a
dang ở trang thái cân bằng bên, chịu tác dụng của lực cắt xạ (KN/m”), lực nénvuông góc ø (kN/m?) và áp lực nước lỗ rỗng là u_ (N/m”) (hình 2-2) Có thể
tính được cường độ chồng cắt trên diện tích đơn vị ấy với các chỉ tiêu chống.cất của đất theo định luật Coulomb
ty = (Ø0) tag +e" (2-10) Với một loại dat, đường Coulomb không đổi do các trị số 9°, c` không đối
Trang 35trạng thái cân bằng giới hạn), người ta thường giữ nguyên trạng thái ứng suất(tức giữ nguyên trị số tạ) và giảm trị số các chỉ tiêu cường độ chống cắt củađất, vi dụ giảm trị số xọ xuống Tom, tức giảm độ nghiêng của đường Coulomb.Nhu vậy sẽ có công thức tính lực chống cắt huy động của dat
số huy động cường độ chồng cắt của đất, được coi là hệ số an toàn ôn định về
trượt tại nơi đang xết.
Theo định luật Coulomb , cường độ chống cắt c ua dat trên diện tích
don vị tính theo công thức ma trong đó trị số Tụ tính theo công thức này được
coi là cường độ chống cit vốn có của đất và đường Coulomb là đường — (1)
trong hình 2-2.
dính của đắt ứng với hệ số an toàn F và đường Coulomb của dit là đường (2)
trong hình 2-2.
Khi =I (tức đã huy động hết kha năng chồng cắt của đất ) thì dat tại
nơi đang xét thực sự ở trạng thai cân bằng giới han , diện tích đơn vị nơi đang
‘Ned Lan Hương iy dựng | ig trình thấy
Trang 36xét thuộc về mặt trượt thực Đường Coulomb (2) trùng với đường Coulomb
q)
'Nếu F > thì diện tích đơn vị đang xét còn ở trang thái cân bằng bền
với hệ số an toàn F tính theo công thức:
G14)
Với Tom +
+, ø là hai thành phần ứng suất tiếp và phát trên diện tích đơn vị nơi
dang xét
“Trên mặt trugt giả thiết (tite mặt trượt nguy hiểm nhất _) cường độ,
chồng cắt của đất được huy động ở các mức độ khác nhau và thường xác định.trị số trung bình của các mức độ huy động _ (F) tại các nơi trên mặt trượt giảđịnh để làm hệ số an toàn ôn định của mái dat ứng với mặt trượt đang xét
Nhu vậy theo quan điểm nay , hệ số an toàn được định nghĩa như là
một hệ số mà với nó sức chịu cắt của dat bị giảm để chịu khối lượng đất trong
trạng thái cân bằng dọc theo toàn bộ mặt trượt đã chọn.
Sw khác biệt giữa hai phương pháp đó la phương pháp phân tích giới
hạn linh hoạt hơn và được sử dụng dé phân tích các đặc tính giới hạn của tat
cả các vật liệu đẻo, chứ không chỉ riêng của các công trình đất Đối vớiphương pháp phân tích ôn định khối trượt bằng cách chia dai, được phát triểnđầu tiên bởi Fellenius , phương pháp phân tích giới han chủ yêu dựa trên lý
thuyết dẻo, là một lý thuyết cơ học tổng quát Nói chung, phương pháp phân tích giới hạn áp dụng với các loại vật ệu khác nhau, trong điều kiện tải trọng,
phúc tạp
Đối với tính toán On định mái đốc, phương pháp này phân tích ứngsuất, biến dạng và từ đó xác định ra mặt trượt nguy hiểm _ nhất dựa trên sự.phan bố các vectơ ứng suất đó
‘Ned Lan Hương iy dựng | ig trình thấy
Trang 372.2.2.1 Nguyên lý cơ bản [1]
Phuong pháp phân thỏi, còn gọi là phân mảnh, được Fellenius dé xuất
và ứng dung vào việc p hân tích én định từ đầu những thập ky 20 Đến nay,
phương pháp phân thỏi được coi như một phương pháp số rat có hiệu lực dé
tính toán ôn định của mái đốc có thé xét đến tính không đồng chất của dat và
trị số áp lực nước lỗ rỗng tại mọi điểm trong khối đắt
“Trong lý thuyết phân thỏi, khối dat trượt được phân thành từng mảnh
thẳng đứng, mỗi mảnh được gọi là một thỏi, được đánh.
tính từ đỉnh mái xuống chân mái _ hoặc ngược lại Như vậy mỗi thỏi có mặt
"bên là những mặt cắt đứng tủy ÿ ; các mặt bên không phải là mặt trượt Đỉnh
thỏi là giới hạn trên của khi „ Đây thỏi là mặt trượt giả định có góc
nghiêng thuận (hướng góc đốc) và nghịch (theo hướng ngược lai)
Ee VY N
ác lực tác đụng vào mỗi thôi
“Tính toán ổn định bao gồm iit trượt của khối đất được chia thành
các thỏi tuân thủ các giả thiết:
~ Bit được xem như vật liệu tuân theo nguyên lý Mohr.Coulomb.
~ Hệ số an toàn độ bền của thành phần cố kết và thành phần ma sát là như:
nhau cho các mặt trượt
‘Ned Lan Hương
Trang 382.2.2.2 Hệ phương trình cơ bản của lý thuyết phân thỏi
a Các lực tác dụng lên bề mặt trưgr[1]
Hệ lực tác dụng vào một thoi được trình bay ở hình trên trong đó W
là trọng lượng thoi với chiều rộng b và chiều cao h
“Các thỏi được tách khỏi khối đắt trượt nên về mặt cơ học ở các mặt
biên đều phải cho lực pháp tuyển và tiếp tuyển tác dụng : E,, Ey là lực vuông
góc với mặt bên phía trái và phải của thỏi (các lực tương tác ngang giữa các thôi Xi Xp là lực tiếp tuyển mặt bên phía trái và phải của thôi (các lực tương
tác đứng giữa các thỏi ) Các phản lực : lực pháp tuyến N, lực cắt Ty của đất
đứng yên dưới mat trượt giả định tác dụng của đáy thôi Bay thoi là một mảnh
của mặt trượt nên hai lực T » và N phải thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn
Mohr ~ Coulomb.
Ở trường hợp tính toán cy thé , về mặt lý thuyết, các ngoại lực kẻ cá
trọng lượng W là xác định duge , còn lại các đại lượng chưa xác định được
ứng với mỗi thỏi theo phương pháp tính dồn từ đỉnh xuống chân thỏi gồm các.lực: Ey, Xp, N, to và tham số xác định điểm của E,, N Như vậy trong bài toán
phân tích tính én định theo phươ ng pháp phân thỏi (vi dụ có n thỏi ) c
lượng các đại lượng chưa biết được xác định theo bảng dưới đây
Đại lượng ân
Lực tương tác ngang tại mặt trong mỗi dai E„ Ỉ mm
Tham số điểm đặt của E mài
Lye tương tác đứng tại mặt trong mỗi dai X, n-1
Lực pháp tuyển tại day của mỗi dải N n
‘Ned Lan Hương
Trang 39Tham số điểm đặt của N a
Lực cắt tại đáy mỗi dai tạ
Hệ số an toàn chung F
Cộng E— ã-2
Vay tổng cộng có 6n - 2 đại lượng chưa biết
b Hệ phương trình cơ bản của lý thuyết phân thỏi
‘Theo lý thuyết phân thỏi „ để đảm bảo mảnh đất tách ra ở trạng _ thái
€ lực tác dụng vào mỗi mảnh phải thỏa man hệ phương trình saw
es
+ Cúc phương trình tĩnh lực hoc (xét bài toán phẳng)
(2-15)
Can bing hình chiếu theo phương đứng (hoặc cân bằng theo hai phương
bắt kỳ không song song)
xv=0 (2-16)
ng moment quay quanh điểm M bắt ky
EM/O=0
s& Điều kiện bền Mohr-Coulomb cho quan hệ giữa N và T,, trên mặt trượt
"Nếu day thỏi là một mảnh của mặt trượt thực thì có
To=N' tg" +el (2-18) Trong đó:
~ N’ là lực pháp tuyến hiệu quả:
~ 9", ©'là góc ma sát và lực dính đơn vị của dit có được bằng thí
nghiệm cắt thoát nước
lếu day thỏi là mảnh của mặt trượt giả định thi có:
Tụ = NỈ tg 0`» 46m (19)
‘Ned Lan Hương
Trang 40t00'm = ie = (2-20)
Ké cả điều kiện cân bằng giới hạn Mohr_ - Coulomb cho quan hệ giữa
Ty vaN’ ng với một trường hợp tinh toán mái dốc với khối trượt được chia
thành n mảnh, có thé lập được hệ phương trình bản gồm 4n phương trình Cácphương trình cân bằng tĩnh của toàn khối đất trượt(gồm n thỏi) được coi là hệ
quả của hệ phương trình cơ bản này.
Bảng 2-2: Bảng tom tắt số lượng các đại lượng đã biết trong tim hệ số an toàn
Đại lượng ân
Lực tương tác ngang tại mặt ngoài mỗi dải E, "
Lực tương tác đứng tại mặt ngoài mỗi dai X, "
sự khác nhau của các giả thiết đem đến các phương pháp tính khác nhau3.2.3 Các phương pháp tính hệ số an toàn ỗn định mái đắc
Để giải bai toán ôn định của mái đốc, nên đất theo lý thuyết phân thỏi làcác bài toán siêu tinh bậc cao , nhiều nha khoa học dé ra nhiều cách giải khác.nhau nhờ những giả thiết khác nhau như : bô qua lực tương tác giữa các thỏi
hướng tác dụng của lực tương tác là ngang hoặc xiên không đổi hay thay đổi
theo quy luật nào đó_, điểm đặt của các lực tương tác nằm trên một đường
‘Ned Lan Hương mạc iy dựng | ig trình thấy
