Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định công trình kè ven sông trên đất yếu

Các dạng neo trong tường kè 1.3 Một số dạng mất ổn định cơng trình kè ven sơng trên đất yếu Các dạng mất ổn định của tường kè được chia thành 3 loại chính sau: - Mất ổn định do trượt t

HUỲNH THỊ BẢO CHUYÊN

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN

KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH KÈ VEN

SÔNG TRÊN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2015

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

2 TS NGUYỄN CẢNH TUẤN3 PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN4 GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ5 TS PHẠM VĂN HÙNG

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Tp HCM, ngày … tháng…… năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HUỲNH THỊ BẢO CHUYÊN

Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1987 Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

MSHV: 13090073 Nơi sinh: KIÊN GIANGMS: 60 58 02 04

Tp HCM, ngày … tháng … năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

Luận văn tốt nghiệp cao học được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa vào tháng 6 năm 2015 Có được bản luận văn tốt nghiệp này, bản thân tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Trường Đại học Bách Khoa, phòng Đào tạo sau

đại học, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, đặc biệt là PGS.TS Bùi Trường Sơn đã trực tiếp

hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tôi với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá

trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài "Phân tích đánh giá một số yếu tố

ảnh hưởng lên khả năng ổn định công trình kè ven sông trên đất yếu"

Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo - Các nhà khoa học đã trực tiếp giảng dạy truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng cho bản thân tôi trong những năm tháng qua

Đặc biệt là sự quan tâm động viên, khuyến khích, sự cảm thông sâu sắc của các thành viên trong gia đình đã khích lệ tinh thần tôi hoàn thành chương trình cao học Một lần nữa tôi xin gửi lời tri ân chân thành nhất đến họ

Mặc dù đã có nhiều cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Song, do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học nên chắc chắn còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, khó có thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được

Bản thân rất mong nhận được sự đóng góp, phê bình của quý Thầy Cô, các nhà khoa học, các đọc giả và các bạn đồng nghiệp nhằm góp phần cho bản luận văn tốt nghiệp này hoàn chỉnh hơn

Trân trọng cảm ơn!

Học viên

trình kè ven sông trên đất yếu

Nội dung chính của luận văn là phân tích các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định công trình kè ven sông Việc phân tích chủ yếu tập trung vào sự thay đổi mực nước, chiều dài cọc

Kết quả phân tích cho thấy mực nước ảnh hưởng đáng kể lên khả năng ổn định của công trình Ngoài ra, việc chọn lựa chiều dài cọc không hợp lý gây tác hại đến công trình

ABSTRACT Analyzing and evaluating some factors influencing on stability of the river

embankment on soft soil

The main content of the thesis is to analyze the factors that influence on the stability of the embankment along the river The analysis concentrated on the changes of water level, pile length

The analysis results show that the water level affect on the stability of the construction significantly In addition, the unreasonable selection of pile length may lead to disadvantages for construction

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Huỳnh Thị Bảo Chuyên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Nội dung nghiên cứu 1

3 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BỜ KÈ VEN SÔNG 3

1.1 Đặt vấn đề 3

1.2 Các dạng tường kè thường sử dụng ở khu vực đất yếu 3

1.2.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ công trình ven sông 3

1.2.2 Các dạng neo trong tường kè 9

1.3 Một số dạng mất ổn định công trình kè ven sông trên đất yếu 9

1.4 Các phương pháp tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ 12

1.4.1 Nguyên tắc cơ bản trong tính toán ổn định tổng thể công trình 12

1.4.2 Phương pháp tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn 14

1.5 Nhận xét chương 18

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ VEN SÔNG TRÊN ĐẤT YẾU 19

2.1 Phương pháp tính toán ổn định mái 19

2.1.1 Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt giả định 20

2.1.2 Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp cân bằng giới hạn

thuần túy 25

2.1.3 Tính toán ổn định theo sự suy giảm sức chống cắt trong phần mềm Plaxis 31

2.2 Ổn định của nền đất đắp lên đất yếu ven sông 32

2.2.1 Tính toán độ lún của nền đất yếu sau tường kè 32

2.2.2 Phương pháp xác định độ lún theo thời gian 38

2.2.3 Ước lượng độ lún do nén thứ cấp của nền đất 42

2.3 Đặc điểm mô hình Soft soil 43

2.3.1 Khái quát mô hình Camclay 43

2.3.2 Đặc điểm mô hình Camclay 44

2.3.3 Các thông số cơ bản 58

2.4 Nhận xét chương 60

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG LÊN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH KÈ CHỐNG XÓI LỞ HUYỆN GIỒNG RIỀNG 61

3.1 Giới thiệu về công trình và điều kiện địa chất công trình 61

3.1.1 Giới thiệu công trình và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định nền công trình kè 61

3.1.2 Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng bờ kè 63

3.1.3 Cơ sở thiết kế 65

3.2 Mô phỏng và đánh giá khả năng ổn định công trình bằng Plaxis 70

3.2.1 Trường hợp theo thiết kế cọc dài 12m 70

Hình 1.6 Tường cọc bản có neo và không neo 8

Hình 1.7 Các dạng neo trong tường kè 9

Hình 1.8 Tường cọc bản bị mất ổn định do bị trượt sâu 10

Hình 1.9 Tường cọc bản mất ổn định do chiều sâu ngàm không đủ 10

Hình 1.10 Tường cọc bản bị phá hoại do bị gãy 11

Hình 1.11 Tường cọc bản bị phá hoại do neo 11

Hình 2.1 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tròn 21

Hình 2.2 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp 22

Hình 2.3 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gãy khúc 22

Hình 2.4 Các dạng mái dốc cân bằng giới hạn 26

Hình 2.5 Sơ đồ xác định áp lực giới hạn ứng với mái dốc thẳng và cân bằng 26

Hình 2.6 Mặt cắt mái đất có lực dính và ma sát OB đường cong mái dốc ổn định 30 Hình 2.7 Sơ đồ mặt cắt mái dốc được tính theo phương pháp cân bằng Fp 31

Hình 2.8 Sơ đồ xác đinh phạm vi vùng nén chặt 33

Hình 2.9 Sơ đồ tính toán độ lún ổn định theo phương pháp tổng độ lún lớp phân tố 34

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán độ lún ổn định theo phương pháp lớp tương đương 37

Hình 2.11 Các biểu đồ áp lực trong nước lỗ rỗng (uw) và ứng suất lên cốt đất (’) trong lớp đất chịu tải trọng phân bố đều 39

Hình 2.12 Áp lực trong nước và ứng suất trong cốt đất khi cố kết lớp đất dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều (a), trọng lượng bản thân đất (b, c) và lực thấm (d) 40

Hình 2.13 Các sơ đồ bài toán cố kết cơ bản thường gặp 41

Hình 2.14 Sơ đồ bài toán cố kết kết hợp 42

Hình 2.15 Sơ đồ độ lún thứ cấp 42

Hình 2.16 Quan hệ giữa biến dạng thể tích và ứng suất nén đẳng hướng…………45

Hình 2.17 a) Đường cong dẻo dạng ellip của mô hình Cam clay trong mặt (p’- q); b, c) Đường dỡ - chất tải trong mặt phẳng nén……… 47

Hình 2.18 a) Độ gia tăng ứng suất làm dãn nở đường cong dẻo b) Độ gia tăng ứng suất bên trong đường cong dẻo……… 49

Hình 2.18 Mức độ gia tăng ứng suất trong thí nghiệm nén……….……… 50

Hình 2.19: Đường trạng thái tới hạn (csl) và giao điểm của đường cong dẻo với đường có q/p’ = ……… ….………….……… 53

Hình 2.20 điểm X, Y nằm bên trong đường cong dẻo,không thuộc đường trạng thái tới hạn……… ….………….……… …………55

Hình 2.21 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb… ….……… … ……… 56

Hình 2.22 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb… ….……… ……… 57

Hình 3.1 Vị trí công trình kè 66

Hình 3.2 Vị trí xây dựng bờ kè sông Giồng Riềng, đoạn từ trại tạm giữ công an huyện đến cầu KH6 67

Hình 3.3 Một số mặt cắt ngang công trình kè sông Giồng Riềng 69

Hình 3.4 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước ở cao trình+0,8m 72

Hình 3.5 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước ở cao trình+1,2m 72

Hình 3.6 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước ở cao trình-0,3m 73

Hình 3.7 Chuyển vị ngang của công trình khi vừa mới xây dựng khi mực nước ở cao trình -0,3m 73

Hình 3.8 Tổng chuyển vị khi đất nền đạt ổn định với mực nước +0,8m 74

Hình 3.9 Ứng suất tiếp tương đối của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước ở cao trình +0,8m 74

Hình 3.10 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng khi mực nước ở cao trình+0,8m……… 76

Hình 3.11 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng khi mực nước ở cao trình+1,2m… ………76

Hình 3.12 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước

ở cao trình -0,3m……….……… ……….77 Hình 3.13 Tổng chuyển vị của công trình khi cố kết vô cùng khi mực nước ở cao

trình+0,8m……….……….77 Hình 3.14 Ứng suất tiếp tương đối của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi

mực nước ở cao trình +0,8m.……… ……… …….….78 Hình 3.15 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước

ở cao trình+0,8m.……… ……….… …….….79 Hình 3.16 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước

ở cao trình+1,2m.……….… …… …….….79 Hình 3.17 Tổng chuyển vị của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi mực nước

ở cao trình-0,3m.……….………… ….… 80 Hình 3.18 Tổng chuyển vị của công trình khi cố kết vô cùng khi mực nước ở cao

trình+0,8m.……….………… …….……….80 Hình 3.19 Ứng suất tiếp tương đối của công trình khi vừa mới xây dựng xong khi

mực nước ở cao trình +0,8m.……….…… …….…… 81

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các giá trị áp lực giới hạn không thứ nguyên qz 28

Bảng 3.1 Đặc trưng cơ lý trung bình các lớp đất sử dụng cho mô phỏng 64

Bảng 3.2 Các thông số tính toán của các vật liệu 65

Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra ổn định tổng thể công trình … 75

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Giồng Riềng là huyện thuần nông thuộc tỉnh Kiên Giang có hệ thống kênh rạch chằng chịt, đây cũng là vùng chịu ảnh hưởng bởi lũ khá mạnh Như các tỉnh khác ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, khu vực này có các lớp đất sét bão hòa nước nằm trên bề mặt nên dễ bị sạt lở và xói mòn do dòng chảy Hiện tượng sạt lở bờ thường xảy ra đe dọa đến tính mạng người dân, tuyến đường liên tỉnh ven sông và ảnh hưởng đến việc lưu thông vận chuyển hàng hóa Dó đó, việc khai thác mở rộng nạo vét kênh rạch được quan tâm nhiều nhằm phục vụ sản xuất nông nghiệp, vận chuyển hàng hóa, lưu thông của người dân thuận lợi hơn Tuy nhiên, do việc nạo vét các tuyến kênh rạch làm thay đổi hình dạng và kích thước dòng chảy nên bờ sông có xu hướng bị sạt lở ngày càng nhiều Một số nơi sạt lở phá hoại đến tuyến đường phía trong ảnh hưởng đến việc lưu thông của người dân, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp Việc tìm ra giải pháp phù hợp với điều kiện địa chất khu vực, đảm bảo ổn định, kinh tế và mỹ quan là những yêu cầu đặt ra đối với những người làm công tác xây dựng

Kè là loại hình công trình thường được sử dụng để chống sạt lở Việc nghiên cứu để lựa chọn giải pháp hợp lý cho bờ kè cũng như so sánh các phương pháp tính toán để chọn ra kết quả tin cậy là điều hết sức cần thiết Đồng thời, việc phân tích đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định công trình kè ven sông trên đất yếu giúp rút ra các kinh nghiệm trong xây dựng và khai thác công trình hợp lý Điều này có ý nghĩa thực tiễn cao trong xây dựng cơ sở hạ tầng ở địa phương

2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu là: phân tích đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định công trình kè ven sông trên đất yếu Việc tính toán áp dụng căn cứ vào điều kiện tự nhiên và địa chất thực tế công trình: Kè chống xói lở huyện Giồng Riềng – tỉnh Kiên Giang; nhận xét, đánh giá và phân tích một số yếu tố ảnh hưởng

lên khả năng ổn định của công trình, kiến nghị các giải pháp an toàn, kinh tế trong

đầu tư Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

Mở đầu Chương 1: Tổng quan về ổn định và phương pháp tính toán công trình bờ kè

Tổng hợp các phương pháp phân tích ổn định của tường kè dưới tác dụng của tải công trình ven sông theo các tiêu chuẩn trong và ngoài nước

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) để mô phỏng phân tích, đánh giá khả năng ổn định công trình kè ven sông theo các phương án thiết kế và khả năng nguy hiểm có thể xảy ra

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ PHƯƠNG PHÁP

TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BỜ KÈ VEN SÔNG 1.1 Đặt vấn đề

Hiện tượng sạt lở bờ sông ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long đã diễn ra từ rất lâu gây nên những thiệt hại to lớn đe dọa đến tính mạng, tài sản của Nhà nước và nhân dân trong vùng Điều này đặt ra một nhiệm vụ cho các cấp chính quyền phải đảm bảo ổn định về chỗ ở, đi lại cho nhân dân tạo điều kiện phát triển về kinh tế xã hội

Để khắc phục hiện tượng sạt lở, có nhiều giải pháp tường chắn đã được thực hiện như: tường chắn bêtông cốt thép, tường bêtông trọng lực, bờ kè bằng rọ đá, bờ kè bằng thép hình Tường cọc bản cũng là một phương án được chọn để bảo vệ bờ sông, các công trình ven bờ, hiện nay đang được ứng dụng tại một số công trình tương đối quan trọng Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế cụ thể cho loại hình công trình này, việc kiểm tra ổn định tường vẫn thực hiện theo các tiêu chuẩn riêng rẽ Nhu cầu về thiết kế công trình tường kè phù hợp với điều kiện địa chất khu vực là một nhu cầu có thực, việc tìm ra được giải pháp an toàn với chi phí hợp lý là mong muốn của rất nhiều kỹ sư xây dựng hiện nay

Địa chất ở Đồng bằng sông Cửu Long hầu hết là đất yếu, gồm đất bùn sét, á sét trạng thái chảy, dễ bị xói lở khi có tác động bên ngoài Các lớp cát xen kẹp trong lớp sét, bùn sét thường là cát mịn trạng thái chảy, khi có nước ngầm chúng dễ bị cuốn trôi gây nên hiện tượng xói ngầm làm sạt lở các khối đất bên trên

1.2 Các dạng tường kè thường sử dụng ở khu vực đất yếu

1.2.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ công trình ven sông

Tường cọc bản là loại tường mềm được phân loại theo các cách sau:

1.2.1.1 Theo vật liệu

Có thể chia thành các dạng sau:

+ Rọ đá

+ Tường cọc bản gỗ + Tường bằng cọc đất trộn xi măng + Tường cọc bản thép

+ Tường cọc bản bêtông cốt thép

Rọ đá

Cấu tạo: Rọ đá (Gabion) hay thảm đá (Revet Mattresses hay Reno

mattresses) như một cái hộp hình khối mà ở đó chúng ta có thể bỏ đá vào để sử dụng gia cố cho các công trình Chúng là các hệ thống hình lưới có liên kết thành các khối hình học và phía trong là đá xếp, rất đơn giản

Hình 1.1 Cấu tạo rọ đá

Hình 1.2 Thảm đá

Rọ đá được dùng chủ yếu cho các công trình sau : - Tường chắn đất, mố cầu

- Chống xói bờ sông, biển - Lát mái và đáy kênh - Bảo vệ mái đê, kè

Ưu điểm: Giá thành thấp, dể thi công Nhược điểm: Tuổi thọ không cao

 Tường cọc bản gỗ

Hình 1.3 Bờ kè dạng tường cừ bằng gỗ

Cấu tạo: Các cọc gỗ được xẻ nguyên cây có tiết diện vuông, tròn có mộng

để nối lại với nhau Tường chắn đất là các tấm gỗ dày 6  8cm xếp chồng lên nhau Có dầm ốp bằng gỗ trên đỉnh tường Phần trên đỉnh tường là mái nghiêng bằng đá hộc có tầng lọc ngược, độ dốc m = 1:1,5 Để tránh va đập, cọc gỗ được gia cường thêm phía ngoài để chịu va đập của thuyền bè

Phạm vi sử dụng: Thường được sử dụng ở vùng nông thôn, làm bến đò

nhỏ, bến bốc dở hàng hóa nhẹ, các bến cảng có chiều sâu nhỏ Xây dựng ở những nhánh sông rạch có tốc độ dòng chảy nhỏ, không bị ảnh hưởng lớn của ngập lũ

Ưu điểm: Giá thành thấp do tận dụng cây gỗ có tại địa phương (như:

tràm, đước, mắm, bạch đàn, dừa…), dễ thi công, dễ gia cố sửa chữa, thay thế

Nhược điểm: Tuổi thọ không cao, gỗ dễ bị mục khi do thủy triều lên

xuống Dễ bị hư hỏng hoàn toàn khi bị xói lở và ngập lũ

 Tường cọc bản bằng đất trộn ximăng

Cấu tạo: Các cọc đất trộn ximăng tiếp xúc khít nhau hoặc giao nhau để

chống đỡ các vách hố đào hoặc chịu áp lực đất Cừ vây bằng ximăng được thi công bằng thiết bị khoan có thể phun vữa gồm cát ximăng và nước ra xung quanh thân ống trộn với đất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khoảng (0,3 - 0,45)m Có thể cắm lồng thép hoặc thép hình vào khi vữa còn ướt

Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong việc chống vách hố đào cho tầng hầm

Cấu tạo: Tường cừ chắn đất làm bằng thép định hình có tiết diện: hình

chữ Z, chữ I, hình máng, cừ Larsen, thép ống… có chiều dài từ (5 – 22)m Dầm ốp có cấu tạo là 2 thanh thép chữ I đặt cao hơn mực nước thi công 0,5m Dầm

mũ bằng BTCT có tiết diện hình chữ nhật đổ tại chỗ Các thanh neo bằng thép tròn 75, 80 Mũ giữ thanh neo làm dầm BTCT

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho

tàu có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân cư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông

Ưu điểm: Tuổi thọ cao, tính công nghiệp lắp ghép cao, thi công nhanh

Chịu được những nơi có tốc độ dòng chảy lớn, bị ngập lũ sâu

Nhược điểm: Giá thành cao do phải nhập cừ thép định hình từ nước

ngoài Thép bị ăn mòn ở những vùng có nước nhiễm phèn, nhiễm mặn Loại này ít dùng ở Đồng bằng Sông Cửu Long

Hình 1.4 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản bằng thép

 Tường cừ bản bêtông cốt thép

Cấu tạo: Cọc bản bằng BTCT, có nhiều dạng tiết diện, cọc bản tiếp nhận

trực tiếp áp lực của lớp đất đắp đất Dầm mũ bằng BTCT đổ tại chỗ, liên kết các đầu cọc bản, tiếp nhận lực của cọc bản truyền vào, sau đó dầm mũ truyền lực qua cọc vây và dầm neo Dầm neo bằng BTCT đúc sẵn, hoặc thép hình có tăng đơ

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè cĩ qui mơ lớn, làm bến cảng nước sâu cho

tàu cĩ trọng tải lớn, bốc dở hàng hĩa nặng Xây dựng bảo vệ xĩi lở khu trung tâm dân cư, bảo vệ các cơng trình quan trọng ven sơng

Ưu điểm: Bờ kè bằng BTCT kết cấu bền vững, tuổi thọ cao, dễ thi cơng

Tận dụng được vật liệu cĩ sẵn, giá thành thấp hơn so với thép định hình Được dùng rộng rãi ở Đồng bằng Sơng Cửu Long, ở những nơi ngập lũ sâu, tốc độ dịng chảy lớn, xĩi lở bờ mạnh

Nhược điểm: Khi thi cơng các cọc bản ghép lại với nhau, các mối nối khĩ

khít nhau khi đĩng cọc bản vào đất

1.2.1.2 Theo cách giữ tường ổn định

Cĩ thể chia thành 2 loại: tường cĩ neo và tường khơng neo

TƯỜNG CỌC BẢN

CỌC NEOTƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO

GIẰNG

Hình 1.6 Tường cọc bản cĩ neo và khơng neo

1.2.2 Các dạng neo trong tường kè

Các dạng neo sau được sử dụng phổ biến trong tường cọc bản:

- Bản neo và dầm neo: Bản neo thường là các tấm bêtơng nối với tường bằng các thanh neo Các thanh neo được chống ăn mịn bằng các lớp sơn hoặc asphalt bảo vệ

- Thanh neo: Cĩ cấu tạo gồm một khối bêtơng đúc tại chỗ trong lịng đất và nối với tường bằng các thanh neo hoặc dây cáp chịu kéo

- Cọc neo thẳng đứng: sử dụng các thanh neo để neo tường vào các cọc đĩng thẳng đứng Dùng cho các trường hợp cĩ lực ngang nhỏ

- Các dầm neo trên các cọc xiên: Sử dụng thanh neo hoặc cáp neo để neo tường vào các cọc xiên chịu nhổ Sử dụng trong các trường hợp cĩ lực ngang lớn

Các dạng neo trong tường kè được thể hiện trong hình 1.7

NHÓM CỌC NEODẦM NEO

BẦU NEO

CỌC NEOCÁP NEO

KHỐI BÊTÔNG NEO

TƯỜNG CỌC BẢNTƯỜNG CỌC BẢNTƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO

GIẰNGGIẰNG

a Neo bằng khối bêtông cố địnhb Neo bằng cọc neo hay tường neo

d Neo bằng dầm có cọc xiên chống đởc Neo đất

Hình 1.7 Các dạng neo trong tường kè

1.3 Một số dạng mất ổn định cơng trình kè ven sơng trên đất yếu

Các dạng mất ổn định của tường kè được chia thành 3 loại chính sau: - Mất ổn định do trượt tổng thể: trượt sâu, mặt trượt đi qua chân cọc

(hình 1.8 và 1.9)

- Mất ổn định do phá hoại về kết cấu: tường không đủ chịu tải trọng ngang, hệ thống neo không đảm bảo, ăn mòn vật liệu, xói lở,… mặt

trượt khi đó sẽ đi qua thân cọc (hình 1.10 và 1.11)

Hình 1.8 Tường cọc bản bị mất ổn định do bị trượt sâu

Hình 1.9 Tường cọc bản mất ổn định do chiều sâu ngàm không đủ

(phá hoại xoay)

Hình 1.10 Tường cọc bản bị phá hoại do bị gãy

Hình 1.11 Tường cọc bản bị phá hoại do neo

1.4 Các phương pháp tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ

Các vấn đề chính trong việc tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ bao gồm ổn

định mái dốc, ổn định hệ gia cố bờ kênh, ổn định mái

1.4.1 Nguyên tắc cơ bản trong tính toán ổn định tổng thể công trình

Tính toán ổn định tổng thể là một trong những nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế Trong một số trường hợp, nhất là khi bờ kè được xây dựng trên nền đất yếu thì việc tính toán ổn định tổng thể của công trình là một trong những nội dung chính, quyết định việc lựa chọn phương án kết cấu bờ kè

Bản chất việc tính toán ổn định tổng thể là kiểm tra ổn định của nền đất có xét đến ảnh hưởng chống trượt của các cấu kiện mà mặt trượt cắt qua, chống lại các tải trọng và tác động gây mất ổn định công trình

Tính toán ổn định tổng thể là xác định hệ số an toàn ổn định của công trình làm việc đồng thời với nền đất Thông qua hệ số an toàn ổn định để đánh giá khả năng giữ được trạng thái làm việc bình thường của công trình trong mối tương tác với môi trường xung quanh Hệ số an toàn ổn định được mở rộng theo các hướng sau:

- Theo tương quan giữa lực chống trượt và lực gây trượt - Theo các đặc trưng cường độ của nền đất

* Hệ số an toàn ổn định tính theo tương quan giữa lực chống trượt và gây trượt

Biểu thức tính toán hệ số an toàn ổn định:

tg

RRK  (1.1) Trong đó:

K – hệ số an toàn ổn định Rg – tổng các lực chống trượt (lực giữ) Rt – tổng các lực gây trượt

Tổng các lực gây trượt và lực chống trượt được xác định tùy thuộc vào phương pháp tính ổn định Các lực này có thể là mômen, lực, hoặc theo một trạng thái ứng suất của nền đất

+ Tổng lực gây trượt: Rt = Rtđ + Rtp

Rtđ – lực gây trượt do khối đất tạo ra Rtp – lực gây trượt do tải trọng ngoài như: hoạt tải (tải trọng hàng hoá, thiết bị), áp lực sóng, áp lực nước, áp lực nước lỗ rỗng… gây ra

+ Tổng lực chống trượt Rg = Rgđ + Rgc Rgđ – lực chống trượt (lực giữ) do khối đất tạo ra thông qua góc ma sát trong, lực dính và dung trọng đất

Rgc – lực chống trượt (lực giữ) do nền cọc tạo ra khi mặt trượt đi qua nền cọc, hay nói cách khác là lực kháng trượt được tạo ra do kết cấu

* Hệ số an toàn ổn định tính theo các đặc trưng cường độ của nền đất Biểu thức tính toán hệ số an toàn ổn định:

gh

sức chống trượt của từng phân tố đất Công trình được coi là ổn định khi: K  K ; trong đó  K là hệ số an toàn ổn định cho phép, phụ thuộc vào các yếu tố:

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

- Tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán - Điều kiện làm việc của công trình - Độ tin cậy của các kết quả thí nghiệm khảo sát nền đất và các yếu tố khác

1.4.2 Phương pháp tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn

Khi nền đất hay mái dốc đất dưới bờ kè bị mất ổn định, mọi điểm thuộc vùng trượt đều nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn Ta có hệ phương trình cơ bản sau:

Xét bài toán phẳng, điều kiện để một phân tố đất có kích thước dx, dz (hình

1.12) ở trạng thái cân bằng tĩnh:







0

zx

xz

xzx

zxz





(1.3)

Nếu phân tố đất nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn thì các thành phần ứng suất chính phải thoả mãn điều kiện cân bằng:







gc cot 2sin

31

31



 (1.4) Trong đó:

1 và 3 - các thành phần ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất c,  - lực dính và góc ma sát trong của đất

z

xz

zx+(zx/x)dxx+(x/x)dx

z+(z/z)dz

xz+(xz/z)dzx

zx

Hình 1.12 Thành phần ứng suất của phân tố đất

Biểu thức (1.4) có thể viết dưới dạng các thành phần ứng suất x, z, xz

trong điều kiện bài toán phẳng như sau:

(xz)2 + 4.xz2= (x+z+ 2.c.cotg)2.sin2 (1.5) Theo định luật đối xứng của ứng suất tiếp, ta có: xz=zx

Từ các điều kiện trên ta có hệ phương trình cơ bản sau:













zxxz

zxxz

zx

xzx

zxz

gcz

x

xz













222

2

sin.)cot 2(

4)(

Trong đó:  - trọng lượng riêng của đất nền

- Phương pháp của V.V Socolovski: Giáo sư Socolovski đã biến đổi hệ phương trình (1.6) từ dạng phương trình vi phân 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 chẽ, tìm ra được họ phương trình mặt trượt và tải trọng giới hạn tác dụng lên nền

- Phương pháp của V.G Berezanxev: Giáo sư Berezanxev đã áp dụng lời giải của Socolovski cho bài toán không gian Bằng các thí nghiệm nén đất đến tải trọng giới hạn cho thấy dưới đáy móng hình thành nêm đất nén chặt Sự hình thành nêm đất này chủ yếu do ma sát giữa đất và đáy 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 băng và móng tròn Từ phương trình hệ thống mặt trượt kiến nghị kết hợp với các phương trình cân bằng và điều kiện cân bằng giới hạn, Berezanxev đã tìm được lời giải

- Phương pháp của K Terzaghi: K Terzaghi cũng dựng các mặt trượt dựa trên giả thiết nền là môi trường không trọng lượng ( 0), nhưng sửa đổi kích thước vùng ứng suất chủ động cho phù hợp với các kết quả thí nghiệm nén đất Theo đó, trong vùng ứng suất chủ động đất bị nén chặt và dính kết với móng tạo thành nêm đất có dạng tam giác cân với góc ở đáy là  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 nền là môi trường không trọng lượng Sau đó dựa vào điều kiện cân bằng giới hạn của từng khối trượt có kể đến trọng lượng bản thân đất để xác định tải trọng giới hạn tác dụng lên nền

- Phương pháp tính theo mặt trượt giả định: Theo kết quả quan trắc thực tế và kết quả thí nghiệm, các trường hợp mái dốc bị mất ổn định cho thấy nền đất bị đẩy trượt theo những mặt trượt nhất định Phương pháp dùng mặt trượt giả định không giải quyết vấn đề tìm hình dạng của mặt trượt mà gán cho mái dốc các mặt trượt khả dĩ (theo kinh nghiệm) có thể xảy ra, để từ đó tìm ra hệ số an toàn ổn định chống trượt Tổng hợp các mặt trượt khả dĩ đó, có thể tìm được mặt trượt bất lợi nhất tương ứng với hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất (Kmin) để đánh giá khả năng ổn định của công trình

Trong số các mặt trượt khả dĩ nhất có thể xảy ra khi công trình mất bị ổn định là mặt trượt cung tròn và mặt trượt gãy khúc, trong đó mặt trượt gãy khúc có dạng bất kỳ và có thể coi là dạng mặt trượt tổng quát Tùy theo cấu trúc địa tầng của nền đất mà công trình có thể xảy ra theo một trong hai dạng mặt trượt trên Việc xác định hệ số an toàn ổn định cho mỗi mặt trượt thường được thực hiện theo hai cách sau:

- Cách 1: thử đúng dần vòng tròn ma sát để tìm ra hệ số Kmin Phương pháp này chỉ được sử dụng trong trường hợp giả thiết mặt trượt là cung tròn và chỉ thích hợp cho nền đất đồng nhất Trong các trường hợp nền đất không đồng nhất và tải trọng phân bố phức tạp, việc sử dụng phương pháp này sẽ gặp khó khăn 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 giả định ta phải thử dần để tìm ra hệ số an toàn ổn định, do vậy phương pháp này ít được sử dụng

- Cách 2: phân mảnh khối trượt, đây là thủ thuật được sử dụng chủ yếu để xác định hệ số an toàn ổn định cho các dạng mặt trượt khác nhau

Ổn định của mái dốc của công trình đắp đề cập trong nội dung đề tài chủ yếu là ổn định của mái dốc đắp trên nền đất yếu chịu nén

Đất đắp thường là đất đầm chặt nằm trên lớp đất yếu thường là bùn, bùn sét Mặt trượt mái dốc loại này thường đi qua một độ sâu nhất định dưới lớp đất yếu Mái dốc loại này có khả năng mất ổn định, đất nền thường lún xuống và trồi ra ở mép dốc tạo ra độ lún lớn ở vùng gần biên các khối đắp

Quá trình biến dạng của đất yếu nằm dưới đất đắp thường xảy ra quá trình biến đổi thể tích (giảm hệ số rỗng do nước thoát ra) và đa số các trường hợp phù hợp lý thuyết cố kết thấm

 Ổn định hệ tường gia cố bờ kè chịu tải ngang Hệ gia cố mái bờ kè có nhiệm vụ duy trì ổn định của khối đất sau tường và hệ kết cấu gia cố mái Tường có thể bị mất ổn định do trượt, do quá trình lún xuống sau tường tạo ra lực đẩy ngang vào thân tường Tường tính toán là tường chịu tải

trọng ngang Ổn định hệ tường cọc bản ven sông được đề cập là móng cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang và áp lực đất lên tường chắn đất

 Ổn định của kết cấu mái Trong tính toán ổn định của hệ kết cấu gia cố mái dốc cần xét đến khả năng trượt của kết cấu mái theo mái dốc của khối đất đắp, phương pháp tính toán dựa trên ma sát giữa đất và vật liệu kết cấu mái

Ổn định của nội lực bản thân kết cấu gia cố mái theo các trạng thái xuất hiện vết nứt (giới hạn 3) và biến dạng (giới hạn 2) theo các phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép

1.5 Nhận xét chương

Việc tính toán và đánh giá khả năng ổn định công trình kè ven sông trên đất yếu bao gồm nhiều yếu tố như: khả năng ổn định trượt, các tác động của công trình bên trong kè, khả năng chịu lực ngang lên hệ công trình,… Trong thực tế đã xảy ra một số sự cố sạt lở công trình dạng này Việc phân tích và đánh giá nguyên nhân sự cố trong đa số các trường hợp chưa được phân tích định lượng chi tiết Mục tiêu của đề tài là sử dụng các công cụ tính toán sẵn có để mô phỏng quá trình thi công và ứng xử thực tế của công trình Việc phân tích tập trung đánh giá khả năng ổn định và các nguyên nhân có thể gây mất ổn định công trình

Trong thực tế việc thiết kế công trình kè ở các địa phương phụ thuộc đáng kể vào kinh phí được cấp nêu trong một số trường hợp kết cấu công trình được chiếc giảm cho phù hợp Điều này có thể dẫn đến khà năng mất ổn định công trình và nội dung luận văn chủ yếu tập trung phân tích yếu tố này

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ VEN SÔNG TRÊN ĐẤT YẾU

Việc tính toán ổn định bờ kè ven sông bao gồm các vấn đề sau: ổn định mái dốc, ổn định hệ tường chắn, ổn định đất đắp trên đất yếu ven sông

2.1 Phương pháp tính toán ổn định mái

Ổn định mái dốc là một trường hợp đặc biệt trong tính toán ổn định của khối đất nói chung Phân tích sự ổn định của khối đất có ý nghĩa thực tế đối với thiết kế thi công các công trình đất như đường - đê - đập đất, đào hố móng sâu,… Những nguyên nhân chủ yếu làm mất ổn định của khối đất là do sự phá vỡ thế cân bằng bền của khối đất, có thể xảy ra đột ngột cùng với sự sụt khối đất lớn, dạng này thường xảy ra ở các mái - sườn dốc tự nhiên do sự tăng tải như xây dựng công trình trên mái dốc cũng như giảm sức chống đỡ bên trong khối đất do mưa lũ làm đất no nước hoặc giảm ma sát và lực dính của đất khi đất tăng độ ẩm ướt

Việc tính toán ổn định mái đất chính là việc xác định hình dạng, kích thước mái dốc khối đất hợp lý nhất để mái dốc ổn định Khi phân tích cũng cần phải xem xét đồng thời cả khối đất nền bên dưới, vì các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của mái dốc không chỉ gồm hình dạng, cường độ, tải trọng ngoài tác dụng lên mà còn cả biến dạng của nền bên dưới

Cơ sở lý luận của bài toán ổn định mái đất là dựa trên cơ sở bài toán sức chịu tải của nền đất và áp lực đất lên tường chắn, thường dùng những cách như: Phương pháp dựa trên cơ sở giả thiết trước mặt trượt; Phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn của đất

a Phương pháp dựa trên cơ sở giả thiết trước mặt trượt Xuất phát từ quan trắc thực tế mà đưa ra các giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trượt để tính toán gần đúng như: Phương pháp giả thiết mặt trượt gãy khúc (theo hệ thống nứt nẻ hay theo cấu tạo địa chất), mặt trượt xoắn Logarit, mặt trượt trụ tròn

Nhược điểm của các phương pháp trên là gần đúng, xem khối đất phá hoại như một thể được giới hạn bởi mặt trượt và mặt mái dốc, trạng thái giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt

Phương pháp mặt trượt gãy khúc chỉ thích hợp như khi đã biết phương của mặt trượt yếu nhất, thường dùng trong mái đất không đồng nhất Phương pháp mặt trượt xoắn Logarit gần với thực tế hơn nhưng cũng ít được dùng mà chỉ trong trường hợp đơn giản như mái đất đồng nhất Phương pháp mặt trượt trụ tròn có thể dùng để giải quyết các bài toán phức tạp của mái đất, phương pháp này hiện được dùng rộng rãi

b Phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết cân bằng giới hạn thuần tuý: Quan điểm này cho rằng khi mái đất mất ổn định thì trạng thái cân bằng giới hạn không chỉ xuất hiện trên mặt trượt mà cả ở trong toàn bộ khối đất bị trượt Các phương pháp này dựa trên lời giải chặt chẽ của V.V Sokolovski (1942, 1954) cho đất có cả góc ma sát trong và lực dính phản ánh tương đối đúng trạng thái ứng suất trong khối đất bị phá hoại Tuy nhiên giải bài toán mất ổn định theo cách này rất phức tạp, chỉ dùng được trong các trường hợp đơn giản Các phương pháp cụ thể như:

 Phương pháp của V.V Sokolovski

 Phương pháp Fp của N.N Maslov

2.1.1 Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt giả định

Đặc điểm của nhóm phương pháp dùng mặt trượt giả định là không căn cứ trực tiếp vào tình hình cụ thể của tải trọng và tính chất cơ lý của đất đắp để quy định mặt trượt cho mái dốc, mà xuất phát từ kết quả quan trắc lâu dài các mặt trượt của mái dốc trong thực tế để đưa ra giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trượt rồi từ đó nêu lên phương pháp tính toán, đồng thời xem khối trượt như là một vật thể rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn

Các giả thiết tính toán

Để lập phương trình cân bằng giới hạn của khối đất trượt các tác giả như K.E.Petterson, W Fellenius, Bishop, Sokolovski, K Terzaghi đều dựa vào tiêu chuẩn bền Mohr - Coulomb về sức chống cắt của đất:

tgc  

(2.1) hoặc:



 c(u)tg

(2.2) Khi tính toán độ ổn định, mặt trượt giả định trước có thể là tròn, hỗn hợp (tổ hợp các cung trượt tròn và thẳng) hoặc có hình dạng bất kỳ theo các mặt trượt được xem là yếu nhất Chia khối đất trượt ra thành nhiều lăng trụ thẳng đứng, mỗi lăng trụ đất được giới hạn bởi hai mặt phẳng thẳng đứng và được xem như một vật thể nguyên khối tựa lên trên cung trượt Điểm khác nhau cơ bản giữa các phương pháp của các tác giả nêu trên chính là việc giả thiết phương, vị trí tác dụng và giá trị của các lực tác dụng tương hỗ giữa các mảnh trượt bao gồm lực cắt và lực xô ngang giữa các mảnh

Hình 2.1 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tròn

Hình 2.2 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp

Hình 2.3 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gãy khúc

Hình 2.1, 2.2 và 2.3 thể hiện các hình dạng mặt trượt Các giá trị được định

nghĩa như sau:

W - trọng lượng của mảnh trượt với bề rộng b và chiều cao trung bình h N - tổng lực pháp tuyến tại đáy mặt trượt của phân tố đất

S - lực cắt di chuyển (lực cắt hoạt động) tại đáy mặt trượt của phân tố đất, hoặc là Sm khi mặt trượt có hình dạng bất kỳ

EL, ER - lực pháp tuyến bên trái và bên phải của mỗi phân tố đất XL, XR - Lực cắt bên trái và bên phải của mỗi phân tố đất

D - ngoại lực tác dụng

kW - tải trọng động đất theo phương ngang tác dụng đi qua trọng tâm mỗi phân tố đất

R - bán kính mặt trượt tròn hay cánh tay đòn của lực cắt di chuyển, Sm khi mặt trượt có hình dạng bất kỳ

f - khoảng cách từ tâm quay đến phương của lực pháp tuyến N x - khoảng cách theo phương ngang từ đường trọng tâm của mỗi phân tố

đất đến tâm cung trượt tròn hay tâm mômen (khi cung trượt có hình dạng bất kỳ)

e - khoảng cách theo phương đứng từ tâm của mỗi phân tố đất đến tâm cung trượt tròn hay tâm mômen (khi cung trượt có hình dạng bất kỳ) d - khoảng cách vuông góc từ đường tác dụng của tải trọng ngoài đến tâm

cung trượt tròn hay tâm mômen h - chiều cao trung bình của mỗi phân tố đất b - chiều rộng theo phương ngang của mỗi phân tố đất

 - chiều dài đáy mặt trượt a - khoảng cách từ hợp lực nước bên ngoài (nước ngập hai bên taluy) tới

tâm quay hay tâm mômen AL, AR - hợp lực tác dụng của nước

 - góc nghiêng của đường tải trọng ngooài so với phương ngang

 - góc hợp giữa tiếp tuyến tại đáy mỗi mặt trượt với phương nằm ngang Hệ số ổn định của mái dốc có thể được xác định từ điều kiện cân bằng moment hoặc cân bằng lực theo điều kiện cân bằng giới hạn tổng quát

Phương trình cân bằng moment

Điều kiện cân bằng giới hạn về moment là tổng moment của các lực đối với tâm trượt phải bằng không:

0

.

Xem:



 n

itruotini

giui

MMK

1

Do đó





aAdDekWf

Nx

W

tgRuNRcK

].) (

(2.4) Trong đó:

K

tgRuNRcKSSm . [ .. (  .). . ]



(2.5)

Với:

n  S.N - ứng suất pháp trung bình tại đáy móng Km - hệ số ổn định xác định theo điều kiện cân bằng về moment S - được xác định từ công thức (2.1) hay (2.2)

Phương trình cân bằng lực

Điều kiện cân bằng lực theo phương ngang cho tất cả các mảnh trượt:

0cos

.cos

.sin

.)

Xem:



 n

itruotini

giui

FFK

1

Do đó









AD

kWN

tgu

Nc

K







cos.sin

].cos) (cos [

(2.7)

Phương trình cân bằng giới hạn tổng quát

Trong thực tế, tình hình phân bố địa chất, địa chất thuỷ văn rất phức tạp ở các mái dốc nền đào, nên mặt trượt cũng thường có hình dạng rất phức tạp: có thể là hỗn hợp các cung tròn và các đoạn thẳng hoặc các đoạn thẳng gãy khúc Do vậy tồn tại tâm trượt ảo, số lượng ẩn lớn hơn số các phương trình được lập, bài toán trở nên

vô định Nếu giả thiết một tâm trượt để thoả mãn điều kiện cân bằng moment, thì không thoả mãn điều kiện cân bằng về lực theo một phương nào đó, hoặc ngược lại Do vậy, một số tác giả kết hợp các điều kiện cân bằng trên để giải quyết bài toán - Được gọi là phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát (General Limit Equilibrium - GLE), sử dụng các phương trình cân bằng tĩnh học sau đây để tìm hệ số an toàn:

Tổng các lực theo phương đứng đối với phân tố đất được giả định để tìm lực pháp tuyến N tại đáy mặt trượt

0sin.sin

.cos

.)



(2.8) Ta giải được phản lực pháp tuyến N:

Ktg

DK

tgu

cXLXRW





.sincos

sin

cos cos )(







Tổng các lực theo phương ngang đối với mỗi mặt trượt được sử dụng để tính toán lực tương hỗ E Phương trình được áp dụng khi tính tích phân toàn bộ khối lượng khối trượt từ trái sang phải

Tổng moment đối với một điểm chung cho tất cả các phân tố đất, dùng để tính hệ số ổn định moment Km

Tổng các lực theo phương ngang đối với tất cả các lát cắt, dùng để tính hệ số ổn định Kf

Kết quả là hệ số ổn định chung K được tính trên các hệ số ổn định Km và Kf, tức là thoả mãn cả điều kiện cân bằng lực và cân bằng moment và được xem là hệ số ổn định (hệ số an toàn) hội tụ của phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát Đại diện cho phương pháp này có bộ phần mềm Geo-Slope (Canada) được nhiều nước trên thế giới đánh giá là bộ phần mềm mạnh nhất được dùng phổ biến hiện nay

2.1.2 Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp cân bằng giới hạn thuần túy

Nhóm lý thuyết này dựa trên giả thuyết chính cho rằng, tại mỗi điểm trong khối đất đều thoả mãn điều kiện cân bằng giới hạn Việc một điểm mất ổn định

được giải thích là do sự xuất hiện biến dạng trượt tại điểm đó Còn mái đất mất ổn định là do sự phát triển của biến dạng trượt trong một vùng rộng lớn giới hạn của khối đất đắp

 Phương pháp của V.V Sokolovski

Hình 2.4 Các dạng mái dốc cân

bằng giới hạn

Hình 2.5 Sơ đồ xác định áp lực giới hạn ứng

với mái dốc thẳng và cân bằng

Dựa vào kết quả giải bằng số hệ phương trình vi phân cân bằng giới hạn của đất trong trường hợp tổng quát (#0 và c#0) V.V.Sokolovski đã tìm được dạng mái dốc cân bằng giới hạn với tọa độ được xác định như sau:



czz ;



Cxx

(2.10) Trong đó:

z,x - các tọa độ không thứ nguyên có liên hệ tới góc nội ma sát 

của đất xác định theo (hình 2.4)

c,  - lực dính và trọng lượng thể tích của đất

Theo V.V.Sokolovski mặt nằm ngang ở đỉnh mái dốc cân bằng ổn định (giới hạn) có thể mang một tải trọng phân bố đều có giá trị xác định theo biểu thức:



sin1

cos2



q

(2.11) Đây cũng là biểu thức xác định độ bền kết cấu của đất cho nên cũng có thể thay tải trọng phân bố đều theo (2.11) bằng một lớp đất đắp có chiều cao h90 với độ dốc thẳng đứng:

)sin1(

cos2







h

(2.12) Như vậy theo phương pháp của V.V.Sokolovski mái dốc cân bằng giới hạn trong điều kiện không có tải trọng ngoài tác dụng được xác định như sau: Phần trên có độ dốc thẳng đứng trong phạm vi chiều cao xác định theo biểu thức (2.12), phần dưới là đường cong xác định theo điều kiện (2.10)

Về hình dáng, mái dốc cân bằng giới hạn xác định theo V.V.Sokolovski có phần phản ánh được các dạng mặt trượt xảy ra ở các mái dốc và sườn dốc Nhưng về độ dốc, kết quả trên thường dốc hơn so với các mái dốc ổn định trong thực tế Trong trường hợp mái dốc thẳng và có tải trọng ngoài tác dụng lên mặt nằm ngang đỉnh mái dốc, trên cơ sở các phép tích phân bằng số các phương trình vi phân cân bằng giới hạn V.V.Sokolovski đã tìm được áp lực tới hạn (tải trọng ngoài lớn nhất) khi mái taluy thẳng còn ở trạng thái cân bằng (hình 2.5) Áp lực giới hạn xác định theo biểu thức:

cz

(2.14) Ở đây

q - giá trị áp lực giới hạn không thứ nguyên (bảng 2.1) qc - áp lực dính

x - tọa độ tương đối (bảng 2.1) Như vậy áp lực giới hạn và độ dốc taluy có liên quan với nhau, đồng thời chúng có liên quan trực tiếp tới các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất nền c, , 

Bảng 2.1 Các giá trị áp lực giới hạn không thứ nguyên qz

 Phương pháp Fp của N.N Maslov

Xét một điểm phân tố trên bề mặt mái dốc đất với góc nghiêng 

Lực kéo hạt xuống chân dốc:



cos

Pctg

P.cos chính là áp lực pháp tuyến tác dụng lên hạt phân tử đất nên P.cos = 