Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỒ DIÊN HIẾU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG HỆ THỐNG CỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỒ DIÊN HIẾU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG HỆ THỐNG CỌC Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc”. Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – PGS. TS Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công trình thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Trung Tâm Nghiên Cứu Động Lực Sông – Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này. Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối tượng nghiên cứu là mái dốc công trình thủy lợi mà những điều kiện tác động phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến công trình nên nội dung của luận văn này không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm. Hà Nội, tháng 02 năm 2012 Tác giả Hồ Diên Hiếu BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nên trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, không sao chép từ công trình nghiên cứu nào khác. Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả Hồ Diên Hiếu MỤC LỤC 5TCHƯƠNG I5T 1 5TTỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ MÁI DỐC 5T 1 5T1.1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC5T 1 5T1.2. HIỆN TRẠNG TRƯỢT LỞ MÁI DỐC5T 3 5T1.2.1. Mi dc t nhiên5T 3 5T1.2.1.1. Trong nước5T 3 5T1.2.1.2. Ngoài nước5T 6 5T1.2.2. Mi dc nhân to5T 8 5T1.2.2.1. Sự cố trượt mái dốc công trình thủy lợi5T 8 5T1.2.2.2. Sự cố trượt lở các công trình xây dựng khác5T 16 5T1.3. KẾT LUẬN5T 20 5TCHƯƠNG II5T 22 5TCÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC 5T 22 5T2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH MÁI DỐC5T 22 5T2.1.1. Cc điều kiện ảnh hưởng đến ổn định mi dc5T 22 5T2.1.2. Phương php tính ổn định mi dc5T 24 5T2.1.2.1. Hình dạng mặt trượt5T 24 5T2.1.2.2. Cơ sở phương pháp tính toán ổn định5T 25 5T2.1.2.3. Công nghệ tính toán ổn định hiện nay5T 41 5T2.2. CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC5T 45 5T2.2.1. Xây dng công trình chng đỡ5T 45 5T2.2.1.1. Tác dụng và phân loại công trình chống đỡ5T 45 5T2.2.1.2. Công trình chống đỡ5T 46 5T2.2.2. Giảm tải trên mi dc5T 47 5T2.2.3. Thot nước mặt5T 48 5T2.2.3.1. Các hình thức thoát nước mặt có thể vận dụng5T 48 5T2.2.3.2. Rãnh đỉnh và rãnh dọc5T 48 5T2.2.4. Thot nước ngầm5T 48 5T2.2.4.1. Các tìa liệu cần có để thiết kế thoát nước ngầm5T 48 5T2.2.4.2. Các loại công trình thoát nước ngầm5T 49 5T2.2.4.3. Mương thấm5T 50 5T2.2.5. Bảo vệ bề mặt mi dc5T 50 5T2.2.6. Tổng hợp cc biện php nâng cao ổn định mi dc có thể vận dụng5T . 51 5T2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG5T 53 5TCHƯƠNG 35T 55 5TỨNG DỤNG GEO – SLOPE 2D, PLAXIS 2D, PLAXIS 3D FOUNDATION PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC BẰNG HỆ THỐNG CỌC 5T 55 5T3.1. LỰA CHỌN VÀ GIỚI THIỆU MÔ HÌNH5T 55 5T3.1.1. Khi qut chung nguyên nhân gây mất ổn định mi dc5T 55 5T3.1.1.1. Nguyên nhân địa chất5T 55 5T3.1.1.2. Nguyên nhân địa mạo5T 56 5T3.1.1.3. Nguyên nhân khí tượng5T 56 5T3.1.1.4. Nguyên nhân nhân sinh5T 56 5T3.1.2. Cơ sở khoa học5T 57 5T3.1.2.1. Độ dốc của sườn dốc5T 57 5T3.1.2.2. Giảm độ bền của đất đá5T 58 5T3.1.2.3. Tác động của lực thuỷ tĩnh, thuỷ động5T 60 5T3.1.2.4. Sự thay đổi trạng thái ứng suất ở sườn dốc do giỡ tải5T 61 5T3.1.2.5. Sự gia tải trên sườn dốc5T 62 5T3.1.4. Biện php khắc phục5T 63 5T3.1.4.1. Nhóm giải pháp phi công trình5T 63 5T3.1.4.2. Nhóm giải pháp công trình5T 64 5T3.1.4.3. Biện pháp công nghệ5T 64 5T3.1.4.4. Biện pháp khai thác5T 65 5T3.1.5. La chọn trường hợp tính5T 65 5T3.1.5.1. Mặt cắt hình học đập đất5T 65 5T3.1.5.2. Chỉ tiêu cơ lý vật liệu của đập5T 66 5T3.2. ỨNG DỤNG GEO – SLOPE 2D, PLAXIS 2D TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT, SẠT5T 69 5T3.2.1. Sử dụng modun Seep của phần mềm Geo-Slope xc định đường bảo hòa trong thân đập 5T 69 5T3.2.2. Trường hợp không dùng hệ thng cọc gia c5T 71 5T3.2.2.1. Sử dụng modun Slope của phần mềm Geo-Slope5T 71 5T3.2.2.2. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D5T 72 5T3.2.2.3. Nhận xét5T 74 5T3.2.3. Trường hợp sử dụng hệ thng cọc gia c5T 74 5T3.2.3.1. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D5T 74 5T3.2.3.2. Sử dụng modun Sigma của phần mềm Geo-Slope5T 75 5T3.2.3.3. Sử dụng modun Slope của phần mềm Geo-Slope5T 76 5T3.3. ỨNG DỤNG PLAXIS 3D FOUNDATION TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT, SẠT5T 76 5T3.3.1. Trường hợp không dùng hệ thng cọc gia c5T 78 5T3.3.2. Trường hợp sử dụng hệ thng cọc gia c5T 79 5T3.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC, MẬT ĐỘ, PHẠM VI GIA CỐ CỌC5T 79 5T3.5. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN5T 80 5T3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG5T 80 5TCHƯƠNG 45T 82 5TÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH NẬM KHẨU HU5T 82 5T4.1 TÍNH ỔN ĐỊNH, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM GEO-SLOPE, PLAXIS 2D (CHƯA GIA CỐ CỌC)5T 82 5T4.1.1 Mô hình tính toán5T 82 5T4.1.2 Kết quả tính ton phần mềm5T 82 5T4.2 TÍNH ỔN ĐỊNH, XÁC ĐỊNH PHẠM VI TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION5T 86 5T4.2.1 Mô hình tính toán5T 86 5T4.2.2 Kết quả tính ton5T 87 5T4.3 KẾT QUẢ CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN5T 91 5T4.3.1. TH 1( Phm vi gia c từ 1/3 đến 2/3 chiều dài mi đập h lưu)5T 91 5T4.3.1.1 Mô hình tính toán5T 91 5T4.3.1.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D5T 92 5T4.3.1.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 96 5T4.3.1.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope)5T 101 5T4.3.2 TH2 (Phm vi gia c từ 0 đến 1/3 chiều dài mi đập h lưu)5T 103 5T4.3.2.1 Mô hình tính toán5T 103 5T4.3.2.2 Tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D5T 103 5T4.3.2.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 109 5T4.3.2.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope)5T 113 5T4.3.3 TH3 (Phm vi gia c từ 1/6 đến 1/2 chiều dài mi đập h lưu)5T 116 5T4.3.3.1 Mô hình tính toán5T 116 5T4.3.3.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D5T 116 5T4.3.3.3 Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D5T 121 5T4.3.3.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm Slope và Sigma (Geo Slope)5T 125 5T4.3.2 Phân tích kết quả, la chọn kết quả tính ton5T 128 5T4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG5T 131 5TKẾT LUẬN5T 133 5T1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC5T 134 5T2. NHỮNG TỒN TẠI CỦA LUẬN VĂN5T 134 5T3. NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO5T 135 5TTÀI LIỆU THAM KHẢO5T 136 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5THình 1.1: Điểm sạt trượt 1 - Núi Dung xã Nhơn Tân, An Nhơn, Bình Định5T 4 5THình 1.2: Điểm sạt lở TM-SL1 xã Ngọc Yêu – huyện Tu Mơ Rông.5T 6 5THình 1.3: Điểm sạt lở Columbia năm 1985 tại Mỹ5T 7 5THình 1.4: Điểm sạt lở 3 đường cao tốc ở Đài Loan 26/06/20105T 7 5THình 1.5: Vỡ một phần thân đập do hiện tượng thấm gây ra5T 8 5THình 1.6: Khu tiếp giáp thân cống và đập đất không gia cố sét chống thấm5T 9 5THình 1.7: Trượt mái dốc trong lòng hồ chứa Otaki Nhật Bản5T 10 5THình 1.8: Đập Teton trước lúc vỡ – nhìn từ hạ lưu5T 11 5THình 1.9: Chỗ đập vỡ(trái). Nền rhyolite nứt nẻ chỗ xây dựng đập (phải)5T 11 5THình 1.10: Hình ảnh dòng chảy phá đập Tenton5T 12 5THình 1.11: Sạt trượt mái thượng lưu đập Bản Chành5T 12 5THình 1.12: Mái kênh bị sạt do nước rút5T 13 5THình 1.13: Vỡ đập Cây Tắc – Quảng Bình, bắt đầu vỡ phần giữa thân cống5T 13 5THình 1.14: Vỡ đập Réch 20 tại xã Hương Trạch, Hương Khê, Hà Tĩnh5T 15 5THình 2.1: Hình dạng mặt trượt dạng cung tròn5T 24 5THình 2.3: Hình dạng mặt trượt dạng gẫy khúc khi trong nền có 1 lớp đất yếu5T 25 5THình 2.4: Đường cong C=f(φR gh R)5T 27 5THình 2.5: Mô hình khối đất trượt được chia thành nhiều cột đất thẳng đứng5T 29 5THình 2.6: Mô hình khối đất trượt xem như một vật rắn nguyên khối5T 31 5THình 2.7: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp G. Cơrây5T 34 5THình 2.8: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp K. Terzaghi5T 36 5THình 2.9: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp R.R. Tsu-gaev5T 38 5THình 2.10: Sơ đồ tính toán đối với 1 cột đất theo phương pháp R.R. Tsu-gaev5T 39 5THình 2.11: Tính toán ổn định bằng phương pháp cân bằng tĩnh5T 42 5THình 3.1: Mặt cắt ngang đập công trình thủy lợi Nậm Khẩu Hu5T 65 5THình 3.2: Kết quả xác định đường bão hòa trong thân đập5T 70 5THình 3.3: Mô hình hóa đập trong tính toán ổn định bằng phần mềm Slope5T 72 [...]... cao cho việc giữ ổn định mái dốc tự nhiên, và mái đập đất trong công trình thủy lợi Trên đây là lý do chính cho thấy sự cần thiết của đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu ổn định mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc" II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ổn định mái dốc tự nhiên, mái dốc trong công trình thủy lợi Xác định phạm vi gia cố mái, đưa ra giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc tre, cọc gỗ, có sẵn ở... giữ ổn định mái III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ổn định mái dốc đập đất đá được gia cố bằng hệ thống cọc - Phạm vi nghiên cứu: Thông qua tính toán bằng phần mềm Geo Slope và Plaxis 2D để kiểm tra ổn định mái dốc Tính toán kết cấu mái dốc bằng modun Sigma của phần mềm Geo Slope và phần mềm Plaxis 2D, 3D của mái dốc được gia cố hệ thống cọc IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... việc gia cố mái đập trong một số trường hợp việc thi công rất khó khăn, mà có thi công được cũng gây ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định của đập Do vậy đề tài của tôi nghiên cứu giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc như cọc tre, cọc gỗ, cho mái dốc để giữ ổn định mái Nhưng vấn đề đặt ra là giải pháp gia cố mái bằng hệ cọc tre, cọc gỗ, cần thông qua tính toán cụ thể để xác định được phạm vi gia cố điểm...Hình 3.4: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D cho mái đập không gia cố ……… 74 T 5 Hình 3.5: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D cho mái đập gia cố cọc 75 T 5 T 5 Hình 3.6: Tính toán bằng phần mềm Sigma cho mái đập gia cố cọc 76 T 5 T 5 Hình 3.7: Tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D cho mái đập không gia cố cọc .78 T 5 T 5 Hình 3.8: Mô hình hóa bằng phần mềm Plaxis 3D cho mái đập gia cố cọc .79 T 5 T 5 Hình... pháp nghiên cứu cụ thể là: - Phương pháp thống kê - Phương pháp phần tử hửu hạn: Ứng dụng phần mềm Geo – Slope 2D, Plaxis 2D, Plaxis 3D Foundation - Phương pháp phân tích hệ thống: Tính toán xác định phạm vi sạt, trượt, tính toán chiều sâu gia cố cọc, - Phương pháp thiết kế công trình: Xác định kết cấu, kích thước loại cọc, mật độ cọc gia cố, phạm vi gia cố mái, 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC... định được phạm vi gia cố điểm trượt, sạt mái, mật độ các cọc gia cố, chiều dài cọc gia cố để đảm bảo về mặt thi công nhanh, giữ ổn định được mái lâu dài, đem lại hiệu quả cao nhất Đề tài là cấp thiết, có tính ứng dụng cao, đem lại hiệu quả lớn về mặt kinh tế Như vậy, với việc nghiên cứu tổng hợp về phạm vi trượt của mái dốc, đưa các giải pháp gia cố bằng cọc tre, cọc gỗ, sẵn có ở địa phương, có xét đến... vệ mặt mái dốc: Gia cố bằng cỏ; ván lật bê tông và BTCT; thả đá chân mái dốc lát đá; rọ đá; nền chặt và gia cố đất mái dốc b/ Biện pháp công nghệ: + Tổ chức thi công hiệu quả + Gia cố đất(cải tạo đât): Nèn chặt đất, gia cố xi măng, phủ bề mặt bằng bê tông c/ Biện pháp khai thác: + Bảo đảm chế độ làm việc bình thường của mái dốc theo đúng yêu cầu của đồ án thiết kế + Bão dưỡng thường xuyên hệ thống thoát... CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ MÁI DỐC 1.1 TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC - Bài toán ổn định mái dốc đất (đá) nói chung và mái dốc của đập đất đá nói riêng cho đến nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới vẫn còn chưa được giải quyết triệt để và đầy đủ, chứng tỏ đó là vấn đề không đơn giản - Ổn định mái dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nội ngoại như tính chất cơ lí hóa của vật liệu cấu thành mái dốc, các lực và tổ hợp... khoa học công nghệ, thế giới đã nghiên cứu và đưa ra một số phần mềm tính ổn định mái dốc tương đối chính xác như phần mềm Geo – Slope của Canada và phần mềm Plaxis của Hà Lan Đó là những phần mềm mô phỏng mái dốc rất hiệu quả Qua tính toán cho kết quả tính tương đối phù hợp với các kinh nghiệm nghiên cứu ổn định mái dốc trước đó - Giải pháp công trình bảo vệ mái dốc: Sau khi kiểm tra ổn định theo sơ... mạnh mẽ của khoa học công nghệ, thế giới đã nghiên cứu và đưa ra một số phần mềm tính ổn định mái dốc tương đối chính xác như phần mềm Geo – Slope của Canada và phần mềm Plaxis của Hà Lan Đó là những phần mềm mô phỏng mái dốc rất hiệu quả 3 Qua tính toán cho kết quả tính tương đối phù hợp với các kinh nghiệm nghiên cứu ổn định mái dốc trước đó 1.2 HIỆN TRẠNG TRƯỢT LỞ MÁI DỐC 1.2.1 Mái dốc tự nhiên . tre, cọc gỗ, có sẵn ở địa phương phù hợp để giữ ổn định mái. III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ổn định mái dốc đập đất đá được gia cố bằng hệ thống cọc. . thống cọc& quot; II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ổn định mái dốc tự nhiên, mái dốc trong công trình thủy lợi. Xác định phạm vi gia cố mái, đưa ra giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc tre,. công được cũng gây ảnh hưởng tới sự làm việc ổn định của đập. Do vậy đề tài của tôi nghiên cứu giải pháp gia cố mái bằng hệ thống cọc như cọc tre, cọc gỗ, cho mái dốc để giữ ổn định mái. Nhưng