TÍNH TOÁN ổn ĐỊNH TRƯỢT của đập và nền THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH

Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT CỦA ĐẬP VÀ NỀN THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH Mục Lục 1.1 Phân tích ổn định theo mặt trượt phẳng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.2 Phân tích ổn định theo phương pháp mặt trượt gãy phức hợp 1.3 Phân tích an toàn chống lật 1.4 Phân tích ổn định trượt 1.5 Xác định loại tải trọng 1.6 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định SỐ LIỆU TÍNH TOÁN TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN MỸ (EM 1110–2–2100 EM 1110–2–2100 ) 3.1 Nguyên lý tính toán 3.2 Thành lập công thức tính toán 3.3 Tính toán chi tiết 3.4 Kết NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.7 Phân tích ổn định theo mặt trượt phẳng Khi mặt trượt nằm ngang,  = 0, hệ số ổn định trượt theo phương pháp cân giới hạn tính: (W  U )tg  CL (1.1) K H Khi mặt trượt nằm nghiêng,  ≠ 0, hệ số an toàn tính: (W cos   U  H sin  )tg  CL K H cos s  w sin  w w H w H T U (1.2) n H U n T T U n Hình 1-1: Vị trí hợp lực trường hợp Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh 2 5 1 1.8 Phân tích ổn định theo phương pháp mặt trượt gãy phức hợp Khi phân tích ổn định đập có mặt trượt sâu nền, khối trượt chống trượt chia thành phần tử, tương tự phương pháp phân thỏi sơ đồ sau 4 3 Hình 1-2 : Hình dạng mặt trượt HL W3 V2 P1 W1 P1  U1 W4 W2 V1 T1 N1 P3  T2 P2 P2 P4 P3 P4  (i = 2) U5 U4 T3 U3 T5 N5 N4   T4 U2 N2 (i = 1) W5 (i = 3) N3 (i = 4) Hình1- 3: Sơ đồ tính ổn định Tính theo phương pháp cân giới hạn, công thức tính hệ số an toàn: {[(Wi  Vi ) cos   ( H Li  H Ri ) sin   ( Pi 1  P i ) sin  i  U i ]tgi  Ci li } FS  [( H Li  H Ri ) cos  i  ( Pi 1  Pi ) cos  i  (Wi  Vi ) sin  i (i = 5) (1.3) Trong đó: i: thứ tự phần tử Pi-1 – Pi: tổng lực theo phương ngang Wi : tổng trọng lượng nước, bùn cát, đá, bê tông tác dụng lên phần tử tính toán Vi : lực thẳng đứng kết cấu bê tông tác dụng phần tử tính toán (nếu có) i = tg/Fs Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh Góc αi góc mặt trượt phương ngang; Ui : áp lực đẩy ngược tác động lên đáy phần tử; Hli Hri lực tác động lên phía trái phía phải đập nền; Li: chiều dài theo mặt trượt phần tử; 1.9 Phân tích an toàn chống lật R R pmin R pmax pmax pmax Hình 1-4: Vị trí hợp lực trường hợp An toàn chống lật vào vị trí hợp lực (R), số tính toán tỷ số tổng mômen M lực thẳng đứng nằm ngang lấy với chân đập tổng lực thẳng đứng V R M V (1.4) Chỉ số tính toán nằm 1/3 phần tiết diện, không thỏa mãn điều kiện chịu nén 1.10 Phân tích ổn định trượt Quan điểm tính giả thiết Hệ số ổn định tính theo phương pháp cân giới hạn tỷ số ứng suất tiếp giới hạn mặt trượt với ứng suất phát sinh mặt trượt công thức sau:  f  tg  c FS   (1.5)   Trong đó:  F = tg + c : theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr – couloml Khi tính toán toàn mặt trượt, hệ số ổn định tỷ số lực cắt giới hạn lớn TF lực cắt phát sinh mặt trượt T FS  Tf T  Ntg  CL T (1.6) Trong đó:  N: Tổng lực thẳng đứng tác dụng lên mặt trượt   : Góc ma sát  C: Lực dính  L: Chiều dài mặt trượt 1.11 Xác định loại tải trọng Các tải trọng tác dụng tính phù hợp với trường hợp tính toán, bao gồm: Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh - Trọng lượng thân thiết bị đặt đập - Áp lực nước thượng hạ lưu đập - Áp lực đẩy ngược - Nhiệt độ - Áp lực đất bùn cát - Lực động đất - Lực gió - Áp lực chân không phát sinh dòng chảy qua đập - Áp lực sóng - Phản lực - Lực va đập vật băng Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh 1.12 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định Bảng 1-1: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn ổn định tổng thể ứng suất cho phép đập Hệ số an toàn Trường hợp tải trọng Điểm đặt hợp lực đáy Bình thường 1/3 Không bình thường 1/2 Đặc biệt Trong đáy Sau động đất C C=0 1,5 Ứng suất Ứng suất bê tông nén kéo ≤ UScp 0,3fc 1,7 1,5 ≤ UScp 0,5fc 0,6f12/3 1,3 1,3 ≤ 1,33UScp 0,9fc 1,5f12/3 1,3 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN Thông số tính toán w= bt= -1,50 25,88 22,88 15,26 15,26 10,69 12,22 13,74 m m m m m m m 9,81 KN/m3 23,550 KN/m3 Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 TÍNH TOÁN Chiều dày lớp A= CTDD= A= B= C= D= E= F= Lớp 1= 20 (độ) C1= 1= 8,56KN/m3 Lớp 2, lớp 3, lớp 2= 30 (độ) C2= 2= 9,34KN/m3 Lớp = 40 (độ) C5= = 10,91KN/m3 T1= T2= T4= T5= HF= HD= H E= 1,52 3,05 1,52 1,52 9,14 12,19 10,66 m m m m m m m Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh A W3 B C F E D Hình 2-1: Sơ đồ tính toán Với đập bê tông trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng thân), việc thiết kế mặt cắt đập khống chế điều kiện ổn định lật [4] Vì phạm vi tập tính khả trượt công trình TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN MỸ (EM 1110–2–2100 EM 1110–2–2100 ) 3.1 Nguyên lý tính toán Để tính ổn đinh đập theo theo tiêu chuẩn thiết kế đập BTTL EM 1110–2–2200 phải xác định hệ số FS cho đập sau kiểm tra xem hệ số có đảm bảo an toàn trượt lật không? Để tính FS toán mặt trượt phức hợp giả thiết giá trị FS sau tính tổng P (tổng phản lực theo phương ngang thỏi) Vẽ đồ thị quan hệ FS ~ P giá trị FS ứng với P = giá trị FS cần tìm (đây hệ số ổn định trượt lật công trình) So sánh hệ số với hệ số ổn định nhỏ công trình: Nếu FS < [FS] công trình ổn định cần có giải pháp gia cố bảo vệ thích hợp Nếu FS > [FS] công trình đảm bảo ổn định Trình tự tính toán sau: 3.2 Thành lập công thức tính toán - Tính toán cho toán phẳng, chiều dày mặt cắt tính toán 1m - Trường hợp tính toán: Đập làm việc bình thường, Mực nước thượng lưu MNDBT, mực nước hạ lưu nằm ngang mặt đất tự nhiên - Mặt trượt gãy khúc gồm thỏi Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh - Các lực tác dụng lên thỏi gồm: + Trọng lượng thỏi W + Phản lực thỏi Pi-1; Pi + Áp lực nước theo phương đứng V theo phương ngang HL + Áp lực thấm U HL W3 V2 P1 W1 P1  U1 W4 W2 V1 T1 N1 P3 T2 P2 P2 P4 P3 P4  U5 U4 T3 U3 (i = 2) T5 N5 N4 N2  T4 U2  (i = 1) W5 (i = 3)  N3 (i = 4) (i = 5) Hình 3-1: Các lực tác dụng lên thỏi (mảnh) Thành lập công thức Xét cân mặt trượt Chọn hệ toạ độ tOn đó: + Trục Ot có phương song song với phương mặt trượt + Trục On có phương vuông góc với mặt trượt Tiến hành chiếu lực lên phương vuông góc song song với mặt trượt ta được: * Fn = 0=Ni +Ui - Wicosi - Vicosi - HLisini + HRisini +…- Pi-1sini + Pisini  Ni=(Wi +Vi)cosi - Ui + (HLi - HRi)sini +(Pi-1- Pi)sini (1) * Ft = 0=-Ti - Wi sini - Visini + HLicosi - HRicosi +…+ Pi-1cosi - Picosi  Ti=(HLi - HRi)cosi - (Wi +Vi)sini +(Pi-1- Pi)cosi (2) Mô hình phá hoại mặt trượt Mohr-Coulomb TF = Nitani +CiLi (3) FSi  TF N i tanφ i  C i L i  Ti Ti (4) tanφi C  (H Li  H Ri )cosα i  (Wi  Vi )sinα i  i Li FSi FSi  tanφ i   cosα i  sinα i  FSi    (Wi  Vi )cosαi  Ui  (H Li  H Ri )sinαi  Pi 1  Pi  Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh 3.3 Tính toán chi tiết Tiến hành tính toán với hệ số an toàn giả định FS = 1,5 a Tính cho nêm số (i = 1): HL1 = HR1 =0 - Góc ma sát đá phía thượng lưu 1 = 20o; - Tính 1 : tan 1 tan  d  =0,2426  d = 13,64o FS   1    45o  d  o  = -51,82  Sin1  -0,7861 Cos1  0,6181 T - Chiều dài theo phương mặt trượt nêm số 1: L1  Sin1 = 1,9337 m; + Các lực tác dụng lên nêm số 1 - Trọng lượng thân: W1   1T1L1cos1 = 7,78 Tấn/m - Áp lực nước theo phương đứng: V1   w HL1cos1 = 0,0 Tấn/m - Áp lực thấm U1   w  H  H  T1  L1 =0,0 Tấn/m (W1  V1 )cosα1  U1  tanφ1  (W1  V1 )sinα1 FS  P0  P1  tanφ1    cosα1  sinα1  FS   = -6,115 Tấn/m b Tính cho nêm số (i = 2): HR2 =HL2= 0; - Góc ma sát đá phía thượng lưu 3 = 30o; - Tính 2 : tan  tan  d  =0,3849  d = 21,05o FS       45o  d   o  = -55,53  Sin  -0,8244 Cos  0,5660 T - Chiều dài theo phương mặt trượt nêm số 2: L2  Sin = 3,70 m; + Các lực tác dụng lên nêm số 2 - Áp lực nước theo phương đứng: V2   w HL2cos = 0,0 Tấn/m - Trọng lượng thân: W2  T1.L2 cos     3T2 L2Cos  57,08 Tấn/m Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh - Áp lực thấm U   w  H  2T1  T2  L2 = 0,0 Tấn/m tanφ  (W2  V2 )sinα FS = -39,1895 Tấn/m tanφ    cosα  sinα  FS    (W2  V2 )cosα  U   P1  P2  c Tính cho nêm số (i = 3): HR3 =V3= 0; - 3 = 9,5o  Sin  0,1650; Cos  0,9863 - Chiều dài theo phương mặt trượt nêm số 3: L3  T3  9,21 m; Sin + Các lực tác dụng lên nêm số - Trọng lượng thân: W3  Fmc bt  1786,40 Tấn/m - Áp lực nước theo phương ngang: H L   w H = 728,86 Tấn/m; - Áp lực thấm U   w  H  T1  T2  T4  T5  L3 = 687,98 Tấn/m;  P2  P3  tanφ3  H L3cosα  (W3  V3 )sinα FS = 83,9418 Tấn/m tanφ3    cosα  sinα FS     (W3  V3 )cosα3  U3  H L3*sinα3  d Tính cho nêm số (i = 4): HL4 = HR4 =V4= 0; - Góc ma sát đá 3 = 30o; - Tính 4 : tan  tan  d  =0,3849  d = 21,05o FS       45o  d  = 34,474o   Sin  0,5660 Cos  0,8244 T - Chiều dài theo phương mặt trượt nêm số 4: L4  Sin = 2,685 m; + Các lực tác dụng lên nêm số - Trọng lượng thân: W4  T5 L4 cos     3T4 L4Cos  54,13 Tấn/m - Áp lực thấm U   w  2T5  T4  L4 = 0,0 Tấn/m tanφ3  (W4  V4 )sinα FS = 78,833 Tấn/m tanφ    cosα  sinα  FS   (W4  V4 )cosα  U   P3  P4  e Tính cho nêm số (i = 5): HL5 = HR5 =V5= 0; Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh - Góc ma sát đá 2 = 40o; - Tính 4 : tan  tan  d  =0,5594  d = 29,22o FS      45o  d   = 30,39  o Sin  0,5059 Cos  0,8626 T - Chiều dài theo phương mặt trượt nêm số 5: L5  Sin = 9,88m; + Các lực tác dụng lên nêm số - Trọng lượng thân: W5   2T5 L5Cos  21,49 Tấn/m - Áp lực thấm U   wT5 L5 L4 =0,0 Tấn/m tanφ  (W5  V5 )sinα FS = 36,65 Tấn/m tanφ5    cosα  sinα  FS   (W5  V5 )cosα5  U5   P4  P5  Bảng 3: Tổng hợp kết Pi-1-Pi tính với FS=1,5 i  L HLi HRi V W U  (m) (Tấn/m) (Tấn/m) (Tấn/m) (Tấn/m) (Tấn/m)   - 51,82 - 55,53 9,50 34,47 30,39 i  độ - 50,16 - 53,05 9,50 36,95 33,62 1,93 3,70 9,21 2,69 3,00 728,86 - - Pi-1-Pi (Tấn/m) - 7,78 6,11 57,08 39,19 1.786,40 687,98 83,94 54,13 78,83 21,49 36,65 P  154,12(KN / m) Tương tự, tính cho hệ số FS=2; FS=2,5 với cách tính có kết theo bảng sau : Bảng : Tổng hợp kết Pi-1-Pi tính với FS=2,0 L HLi HRi V W U (m) (Tấn/m) (Tấn/m) (Tấn/m) (Tấn/m) (Tấn/m) 1,98 3,82 9,21 2,53 2,75 728,86 - Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 - Pi-1-Pi (Tấn/m) 8,25 - 6,89 62,52 - 47,03 - 1.786,40 687,98 - 39,14 49,26 65,50 18,96 28,51 (Pi-1-Pi) = 0,95 (KN/m) Trang : 10 Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh Bảng : Tổng hợp kết Pi-1-Pi tính với FS=2,5 HLi HRi (Tấn/m) (Tấn/m) V (Tấn/m) W (Tấn/m) - - - 8,55 - - 7,40 3,90 - - - 66,12 - - 52,59 9,21 2,44 2,60 728,86 - - - 1.786,40 687,98 - 111,01 46,44 58,39 17,52 24,37 Pi-1-Pi = -88,24 (KN/m) i  (độ) - 49,14 2,01 - 51,50 9,50 38,50 35,72 L (m) U (Tấn/m) Pi-1-Pi (Tấn/m) Tổng hợp kết tính toán xem bảng Bảng 6: Tổng hợp kết tính toán Σ  P STT FS P 1.50 154,12 2,00 0,95 2,09 2.50 -88,24 Hình 3-2: Biểu đồ quan hệ FS ~PR 200 Pi(KN/m) 150 100 50 -50 -100 -150 FS Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : 11 Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh 3.4 Kết Với số liệu cho, hệ số an toàn chống trượt theo mặt trượt phức hợp qua đồ giải FS = 2,09 So sánh với hệ số an toàn chống trượt cho phép [FS]=1,50 (ứng với C=0) công trình đảm bảo ổn định không xảy trượt Phương pháp cân giới hạn theo tiêu chuẩn EM110 – – 2200 tính toán dùng đồ giải để tìm hệ số an toàn FS Bài tập thực với trợ giúp máy tính dùng lệnh Goal Seak phần mềm Exel dò tìm trực tiếp hệ số FS không cần qua bước đồ giải Chương trình kiểm tra cho hệ số FS=2,09 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Tính toán ổn định trượt công trình theo tiêu chuẩn Mỹ xét ứng với tổ hợp tải trọng (bình thường) có xét đến tham gia lực dính C ảnh hưởng đến hệ số an toàn cho phép (nếu có lực dính C [FS]=2,0 lực dính C [FS]=1,50) Hệ số ổn định trượt cho phép theo tiêu chuẩn Mỹ tập [FS]=1,50 Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : 12 Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Mạo “Đập bê tông BTCT” Bài giảng sau đại học - Hà Nội, 2010; Ngô Trí Viềng “Sổ tay kỹ thuật thủy lợi - Phần II Tập 2” - Phần Đập bê tông, BTCT công trình tháo lũ, Hà Nội 2004; Cao Văn Chí Trịnh Văn Cương “Cơ học đất” – Hà Nội, 2003; Ngô Trí Viềng “Giáo trình thủy công” – Hà Nội, 2004; 14 TCN 56 – 88 “Thiết kế đập bê tông & BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế” – Hà Nội, 2003; “Engineering and Design - Gravity Dam Design - EM 1110-2-2200” – US Army Corps of Engineers 1995; “Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285 – 2002” Học viên: Nhóm – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : 13 [...]... tính toán xem ở bảng 6 Bảng 6: Tổng hợp kết quả tính toán Σ  P STT FS P 1 1.50 154,12 2 2,00 0,95 3 2,09 0 4 2.50 -88,24 Hình 3-2: Biểu đồ quan hệ FS ~PR 200 Pi(KN/m) 150 100 50 0 -50 1 2 3 -100 -150 FS Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : 11 Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh 3.4 Kết quả Với số liệu đã cho, hệ số an toàn chống trượt theo mặt trượt. .. VÀ KẾT LUẬN Tính toán ổn định trượt của công trình theo tiêu chuẩn Mỹ chỉ xét ứng với tổ hợp tải trọng (bình thường) và có xét đến sự tham gia của lực dính C ảnh hưởng đến hệ số an toàn cho phép (nếu có lực dính C thì [FS]=2,0 và nếu không có lực dính C thì [FS]=1,50) Hệ số ổn định trượt cho phép theo tiêu chuẩn Mỹ của bài tập [FS]=1,50 Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : 12 Bài tập môn học: Phân. .. Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2 Trang : 12 Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Nguyễn Văn Mạo Đập bê tông và BTCT” Bài giảng sau đại học - Hà Nội, 2010; 2 Ngô Trí Viềng “Sổ tay kỹ thuật thủy lợi - Phần II Tập 2” - Phần Đập bê tông, BTCT và công trình tháo lũ, Hà Nội 2004; 3 Cao Văn Chí và Trịnh Văn Cương “Cơ học đất” – Hà Nội, 2003; 4 Ngô Trí... Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh Bảng 5 : Tổng hợp kết quả Pi-1-Pi tính với FS=2,5 HLi HRi (Tấn/m) (Tấn/m) V (Tấn/m) W (Tấn/m) - - - 8,55 - - 7,40 3,90 - - - 66,12 - - 52,59 9,21 2,44 2,60 728,86 - - - 1.786,40 687,98 - 111,01 46,44 58,39 17,52 24,37 Pi-1-Pi = -88,24 (KN/m) i  (độ) 1 - 49,14 2,01 2 - 51,50 3 4 5 9,50 38,50 35,72 L (m) U (Tấn/m) Pi-1-Pi (Tấn/m) Tổng... trượt phức hợp qua đồ giải là FS = 2,09 So sánh với hệ số an toàn chống trượt cho phép [FS]=1,50 (ứng với C=0) thì công trình đảm bảo ổn định không xảy ra trượt Phương pháp cân bằng giới hạn theo tiêu chuẩn EM110 – 2 – 2200 được tính toán và dùng đồ giải để tìm ra hệ số an toàn FS Bài tập này được thực hiện với sự trợ giúp của máy tính và dùng lệnh Goal Seak trong phần mềm Exel sẽ dò tìm trực tiếp hệ số... Phần Đập bê tông, BTCT và công trình tháo lũ, Hà Nội 2004; 3 Cao Văn Chí và Trịnh Văn Cương “Cơ học đất” – Hà Nội, 2003; 4 Ngô Trí Viềng “Giáo trình thủy công” – Hà Nội, 2004; 5 14 TCN 56 – 88 “Thiết kế đập bê tông & BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế” – Hà Nội, 2003; 6 “Engineering and Design - Gravity Dam Design - EM 1110-2-2200” – US Army Corps of Engineers 1995; 7 “Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285 ... học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh 2 5 1 1.8 Phân tích ổn định theo phương pháp mặt trượt gãy phức hợp Khi phân tích ổn định đập có mặt trượt sâu nền, khối trượt. .. học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh A W3 B C F E D Hình 2-1: Sơ đồ tính toán Với đập bê tông trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng thân), việc thiết kế mặt cắt đập khống... Trang : Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL tho phương pháp phân mảnh 3.3 Tính toán chi tiết Tiến hành tính toán với hệ số an toàn giả định FS = 1,5 a Tính cho nêm số (i = 1): HL1