Báo cáo khoa học: "Vấn đề hệ số an toàn trong tính toán ổn định nền đ-ờng đắp" pptx

Vấn đề hệ số an toàn trong tính toán ổn định nền đờng đắp vũ tuấn anh Trờng Đại học giao thông Đờng Bộ Mascơva Tóm tắt: Bi báo đề cập đến những vấn đề cần thảo luận, nghiên cứu liên quan đến hệ số an ton ổn định khi tính toán thiết kế nền đờng. Summary: The article discusses the issues on the problems involving the safety coefficient in caculation and design road bed. 1. Đặt vấn đề Tính toán ổn định nền đờng đắp là một nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế đờng, đặc biệt đối với đờng đắp cao qua vùng đất yếu. Khi tiến hành tính toán ổn định nền đờng đắp ngời kỹ s thiết kế cần cân nhắc các dữ liệu cho trớc về cấp hạng đờng, tải trọng xe, các tham số hình học của nền đắp, chỉ tiêu cơ lý của đất đắp, đất nền tự nhiên để cân nhắc lựa chọn: phơng pháp tính toán ổn định và xác định hệ số an toàn ổn định cho phép. Sự cân nhắc lựa chọn nh vậy không mấy dễ dàng vì cho đến nay vẫn tồn tại một số phơng pháp tính toán ổn định và hệ số an toàn cũng đợc quy định theo một dải khá rộng (từ 1,2 ữ 1,6 có khi đến 1,8 hoặc 2) mà cha có một cơ sở lý luận chặt chẽ. Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến những vấn đề này nhằm gợi mở hớng nghiên cứu giải quyết. CT 2 2. Vấn đề tính toán ổn định của nền đờng đắp Trớc hết cần khẳng định rằng: Nền đờng đắp là khái niệm dùng để chỉ một hệ thống công trình tổ hợp không thể tách rời bao gồm nền đất đắp và đất nền tự nhiên. Nh vậy bài toán tính toán ổn định nền đờng đắp tất yếu phải là Tính toán ổn định tổng thể hệ thống nền đất đắp - đất nền tự nhiên. Tuy nhiên nội dung bài báo này chỉ giới hạn đề cập tới vấn đề tính toán ổn định đất nền tự nhiên dới nền đất đắp. Giả thiết v sơ đồ tính Để tính toán ổn định của nền đờng đắp ngời ta thờng ứng dụng một trong 2 phơng pháp phổ biến là: - Đánh giá ổn định của nền đờng đắp theo sức chịu tải giới hạn (P ph ) của đất nền tự nhiên. - Đánh giá ổn định của nền đờng đắp theo sức chống cắt (S) của đất nền tự nhiên. 2.1. Đánh giá ổn định của nền đờng đắp theo sức chịu tải giới hạn của đất nền tự nhiên Giải hệ thống phơng trình vi phân cân bằng giới hạn của F. Ketter, bỏ qua ảnh hởng của trọng lợng đất nền tự nhiên, Prandtl đã xác định đợc P gh1 theo biểu thức: + += gcot.ce sin1 sin1 )gcot.cP(P tg 01gh (1) trong đó: P 0 - tải trọng bền, P 0 = 0 ; - chiều sâu nền đất đắp lún vào nền tự nhiên; 0 , c, - tơng ứng là trọng lợng đơn vị, lực dính đơn vị, góc nội ma sát của đất nền tự nhiên. Hoặc theo lời giải của V. G. Berezansev: Khi xét đến trọng lợng của đất nền tự nhiên: c.Np.Nb NP c0p102gh + + = (2) trong đó: CT 2 N , N p , N C - các hệ số về khả năng chịu tải của đất tơng ứng với các giá trị góc nội ma sát ; b - nửa chiều rộng của tải trọng hình băng chữ nhật (chiều rộng trung bình nền đắp). Hệ số an toàn ổn định K 1 đợc xác định nh sau: P P K gh 1 = (3) trong đó: P gh - sức chịu tải giới hạn của đất nền tự nhiên (tính theo (1) hoặc (2)). P - áp suất lên bề mặt đất nền tự nhiên dới đáy nền đất đắp (do tải trọng đất đắp và tải trọng xe cộ gây ra). K 1 = 1 - nền đờng ở trạng thái cân bằng giới hạn; K 1 < 1 - nền đờng mất ổn định; K 1 > 1 - nền đờng ổn định. 2.2. Đánh giá ổn định của nền đờng đắp theo sức chống cắt của đất nền tự nhiên Theo phơng pháp này ngời ta quan niệm rằng: Dới tác dụng của tải trọng đất đắp, xe cộ và trọng lợng bản thân đất nền tự nhiên, trong đất nền tự nhiên phát sinh ứng suất cắt cực đại max . Đất nền tự nhiên sẽ bị biến dạng dẻo (phá hoại) tại những điểm ở đó max > sức chống cắt (S) của đất: ctgS + = (4) trong đó: - ứng suất pháp thẳng đứng do ngoại tải và trọng lợng bản thân gây ra trong đất nền tự nhiên. , c - góc nội ma sát và lực dính đơn vị của đất nền tự nhiên. Với đất yếu ( 0) thì S = c, trong quá trình gia tải, cố kết sức chống cắt tăng dần lên S; = (0,31 ữ 4,0). M - ứng suất cắt lớn nhất do ngoại tải (trọng lợng đất đắp và phơng tiện) gây ra tại điểm tính toán (M). Với sơ đồ nền đất đắp là tải trọng hình thang dài vô hạn (hình dới) - m đợc tính theo công thức (5). 2 31 32 41 2 M )( RR RR ln b pz + = (5) 1 , 2 - tính bằng radian. P - áp suất của nền đắp tác dụng lên nền đất tự nhiên ; P = H. CT 2 Hệ số an toàn ổn định K 2 đợc xác định: max 2 S K = (6) K 2 < 1 tại điểm tính toán đất nền tự nhiên bị biến dạng dẻo K 2 = 1 tại điểm tính toán đất nền tự nhiên ở trạng thái cân bằng giới hạn K 2 > 1 tại điểm tính toán đất nền tự nhiên ở trạng thái ổn định 3. Vấn đề hệ số an ton trong tính toán ổn định nền đờng đắp Qua những phân tích trên ta thấy: 3.1. Với phơng pháp tính toán theo sức chịu tải giới hạn (P gh ) của đất nền thì hệ số an toàn K 1 là hệ số an toàn ổn định của nền đờng đắp. Khi K 1 > 1 nền đờng ổn định. Tuy nhiên vấn đề đặt ra là K 1 yêu cầu đến mức nào: K 1 = 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6;. ? Quy phạm các quốc gia thờng quy định hệ số an toàn ổn định yêu cầu K yc khác nhau và nằm trong khoảng từ 1,4 ữ 1,8 tuỳ thuộc chức năng, ý nghĩa, cấp hạng kỹ thuật của đờng. Cấp hạng đờng càng cao thì giá trị hệ số an toàn càng lớn. Tuy nhiên khi tăng K yc thì chi phí cho xây dựng nền đờng cũng tăng lên do phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật cần thiết để tăng sức chịu tải (hoặc sức chống cắt) của đất nền tự nhiên, hoặc giảm tải trọng của nền đất đắp và nh vậy ngời kỹ s thiết kế cần cân nhắc, luận chứng kinh tế kỹ thuật để xác định hệ số an toàn hợp lý. Đây là một vấn đề hiện nay đang cần phải nghiên cứu làm sáng tỏ. 3.2. Với phơng pháp tính toán ổn định theo sức chống cắt của đất nền tự nhiên thì hệ số an toàn ổn định K 2 là hệ số an toàn ổn định cho một điểm trong đất nền tự nhiên. Đối với nền đờng cấp cao, khi có yêu cầu không cho phép phát sinh biến dạng dẻo ở bất kỳ một điểm nào trong đất nền tự nhiên. Khi đó K 2 sẽ là hệ số an toàn ổn định của nền đờng đắp và trị số của K yc hoàn toàn có ý nghĩa tơng tự nh đã đề cập ở mục 3.1. Hiện có quan niệm cho rằng đối với đờng thông thờng có thể cho phép tồn tại một vùng biến dạng dẻo (bao gồm những điểm có hệ số an toàn ổn định K 2 < 1) với bề rộng cha vợt quá một nửa bề rộng đáy nền đắp thì nền đờng vẫn ổn định. Vấn đề đặt ra là tại sao lại có thể quan niệm nh vậy? Nếu phạm vi khu vực biến dạng dẻo trong đất nền bé hơn hoặc lớn hơn một nửa bề rộng đáy nền đất đắp thì sao? Câu hỏi này đến nay vẫn cha đợc làm sáng tỏ và dĩ nhiên cần phải nghiên cứu tiếp. CT 2 4. Kết luận Nền đờng đắp là một bộ phận đặc biệt quan trọng, là kết cấu cơ sở của công trình đờng; những nội dung nghiên cứu đã thảo luận ở trên tất yếu. Sự ổn định của nền đờng đắp quyết định cho sự ổn định, tuổi thọ và chất lợng khai thác của toàn bộ công trình nền - mặt đờng từ đó dẫn tới khái niệm về hệ thống nền - mặt đờng và nền đất đắp - đất nền tự nhiên. Tính toán ổn định nền đờng đắp thực chất phải là tính toán ổn định tổng thể hệ thống nền đất đắp - đất nền tự nhiên. Những nội dung nghiên cứu nh đã thảo luận ở trên tất yếu sẽ dẫn tới lời giải cho sự lựa chọn hệ số an ton ổn định hợp lý trong tính toán ổn định nền đờng đắp. Đây thực sự là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng trong xây dựng đờng ô tô. Tài liệu tham khảo [1] Thiết kế nền đờng đắp trên đất yếu (bổ sung vào SNIP 2.05.02-85), nhà xuất bản Stroyizdat, Mascơva-1989 [2] N. N. Maslov. Địa chất và cơ học đất đại cơng. Nhà xuất bản Vshaya Skola, Mascơva, 1982. [3] Pierre Laréal, Nguyễn Thành Long, Nguyễn Quang Chiêu. Nền đờng đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt nam, Nhà xuất bản KHKT, Hà nội, 1994Ă . phơng pháp tính toán theo sức chịu tải giới hạn (P gh ) của đất nền thì hệ số an toàn K 1 là hệ số an toàn ổn định của nền đờng đắp. Khi K 1 > 1 nền đờng ổn định. Tuy nhiên vấn đề đặt ra. nền đất đắp và đất nền tự nhiên. Nh vậy bài toán tính toán ổn định nền đờng đắp tất yếu phải là Tính toán ổn định tổng thể hệ thống nền đất đắp - đất nền tự nhiên. Tuy nhiên nội dung bài báo. tính toán đất nền tự nhiên ở trạng thái cân bằng giới hạn K 2 > 1 tại điểm tính toán đất nền tự nhiên ở trạng thái ổn định 3. Vấn đề hệ số an ton trong tính toán ổn định nền đờng đắp