ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GEO-SLOPE ĐỂ TÍNH ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG VÀ MÁI TALUY

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GEO-SLOPE ĐỂ TÍNH ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG VÀ MÁI TALUY

PHẦN III ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GEO-SLOPE ĐỂ TÍNH

ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG VÀ MÁI TALUY

I TỔNG QUAN VỀ GEO-SLOPE

SLOPE/W là một trong những chương trình của công ty GEO-SLOPE,CANADA, chuyên về tính ổn định của mái dốc Chương trình cho phép tính toánmái dốc trong mọi điều kiện có thể xảy ra trong thực tế như: xét đến áp lực nước lỗrỗng, neo trong đất, vải địa kỹ thuật, tải trọng ngoài, tường chắn…

Chương trình SLOPE/W được thiết kế dưới dạng hệ CAD làm cho ngườidùng dễ sử dụng, hầu hết các số liệu được nhập vào trực tiếp ngay trên bản vẽ.SLOPE/W được áp dụng trong tính toán và thiết kế những công trình mỏ, xây dựng

và địa kỹ thuật Không có giới hạn về kích thước bài toán, SLOPE/W đã được viết

sử dụng phân phối bộ nhớ động, vì vậy không có hạn chế nào về kích thước bàitoán, do đó kích thước lớn nhất của bài toán chỉ phụ thuộc vào kích thước bộ nhớcủa máy tính

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Chương trình SLOPE/W được xây dựng dựa trên một số lý thuyết tính ổnđịnh mái dốc như: Phương pháp Ordinary (hay còn gọi là phương pháp Fellenius),phương pháp Bishop đơn giản hoá, phương pháp Janbu đơn giản hoá, phương phápSpencer, phương pháp Morgen-price, phương pháp cân bằng tổng quát Gle, phươngpháp ứng suất phần tử hữu hạn Đặc điểm khác biệt cơ bản giữa các phương phápkhác nhau là giả thiết liên quan đến lực tiếp tuyến và pháp tuyến giữa các dải Hơnnữa rất nhiều hàm số biểu diễn quan hệ giữa các lực tác động giữa các cạnh của cácdải cũng được sử dụng đối với các phương pháp Gle và phương pháp Morgenstern-price mà các phương pháp này rất chặt chẽ về mặt toán học SLOPE/W đưa ra rấtnhiều các phương pháp tính toán khác nhau để cho người dùng có thể lựa chọnphương pháp phù hợp nhất với bài toán của mình Một số lý thuyết tính được dùngtrong chương trình Slope/W:

Phương pháp Ordinary: Xem cả lực pháp tuyến và lực cắt của mảnh trượtbằng 0

Phương pháp Bishop: Đơn giản hoá chỉ quan tâm đến lực pháp tuyến màkhông để ý đến lực tiếp tuyến giữa các dải, và chỉ cần thoả mãn phương trình cânbằng momen

III LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH

Các Phương pháp Morgenstern-Price, Spencer và Gle thoả mãn cả hai điềukiện cân bằng lực và cân bằng mômen, do vậy tính chính xác cao Phương phápOrdinary do đã bỏ qua lực pháp tuyến và lực cắt giữa các mảnh trượt nên tính chínhxác không cao, do vậy ít được sử dụng trong thực tế Phương pháp Janbu đơn giảnhoá, do tính theo điều kiện cân bằng lực gây xoắn vặn các thỏi đất gây ảnh hưởngnhiều tới lực cắt giữa các thỏi, nên phương pháp này cho kết quả sai khác nhiều sovới phương pháp Morgenstern-Price và Gle Phương pháp Bishop đơn giản hoá tính

do theo điều kiện cân bằng mômen ít gây xoắn vặn các thỏi đất, nên ít ảnh hưởngtới lực cắt giữa các thỏi, do vậy phương pháp này cho kết quả không sai khác nhiều

so với phương pháp Morgenstern-Price và Gle Do vậy, hiện nay phương phápBishop đơn giản hoá thường được dùng trong tính toán ổn định nền đường Theoqui định của qui trình 22TCN262-2000, khi áp dụng phương pháp kinh nghiệmkiểm toán ổn định theo các cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn, hệ số ổnđịnh nhỏ nhất Kmin = 1.2 Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổnđịnh thì hệ số ổn định lấy theo phương pháp này là Kmin = 1.4

Từ các phân tích trên, hiện nay phương pháp được dùng để kiểm toán ổnđịnh nền đường và taluy thông dụng nhất và cho kết qủa khá chính xác là phươngpháp Bishop Do vậy ta cũng sử dụng phương pháp này cho các bài toán thiết kếdưới đây

III CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN THƯỜNG GẶP TRONG THIẾT KẾ

1 Số liệu thiết kế

Hình vẽ: Mặt cắt tính toán

 Thông số đề bài:

+ Bnền = 9(m) + A = 10 (m)

+ B = 3 (m) + C = 3 (m) + D = 3 (m) + Độ dốc mái đắp 1/x = 1:1.5

- Các lớp đất có các thông số C, ,  như sau:

- Cách khởi động chương trình DEFINE: 2 cách

+ Chọn DEFINE ở menu start của SLOPE/W

+ Nháy kép vào nút DEFINE ở cửa sổ SLOPE/W

2.2 Định vùng làm việc

1 Chọn Page ở Menu Set Hộp hội thoại Page sẽ xuất hiện như sau:

1 Chọn Set Scale ở menu của DEFINE Hộp hội thoại Scale sẽ xuất hiện:

2 Chọn meters ở hộp Engineering Units

3 Gõ các trị số vào hộp Problem Extents

4 Gõ 200 vào hộp Horz.1: và 200 vào hộp Vert.1:

5 Chọn OK

2.4 Đặt kích thước lưới các điểm

1 Chọn Grid ở menu Set Hộp hội thoại Grid xuất hiện như sau:

2 Gõ 1 vào ô X trong hộp Grid Spacing

3 Gõ 1 vào ô Y

4 Đánh dấu vào Display Grid

5 Đánh dấu vào Snap to Grid

6 Chọn OK

2.5 Định dạng các trục và kích thước các trục

- Chọn : Set/ Axis

2.6 Vẽ sơ đồ bài toán

1 Ở thanh công cụ của Zoom, bấm nút Zoom Page bằng chuột bên trái Toàn

bộ vùng làm việc sẽ hiển thị ở cửa sổ DEFINE

2 Chọn Lines ở thanh lệnh Sketch Con trỏ sẽ chuyển từ dạng mũi tên sangdạng chữ thập và thanh Status sẽ hiển thị cho biết chế độ hiện tại đang ở

2.7 Xác định phương pháp tính toán

 Cách xác định phương pháp tính:

1 Chọn Analysis Method từ menu lệnh KeyIn Hộp hội thoại sau hiện ra:

2 Chọn Bishop (With Ordinary và Janbu)

3 Chọn OK

2.8 Xác định các phương án tính toán

1 Chọn Analysis Control ở menu lệnh KeyIn Hộp hội thoại sau hiện ra:

2 Chọn các phương án tính mà trị số mặc định ở hộp KeyIn Analysis Control nhưsau:

 Không tính toán tần suất (Không đánh dấu vào mục Apply Probabilistic Analysis)

 Những thông tin hội tụ mặc định sẽ được sử dụng

 Hướng chuyển dịch của mặt trượt từ trái sang phải (Trong phần Direction ofMovement, đánh dấu vào mục Left to Right)

 Bán kính trượt ( Grid and Radius) sẽ được chọn ở Slip Surface để xác địnhmặt trượt bằng cách vẽ một lưới các tâm trượt và bán kính

 Chọn Piezometric Lines/ Ru ở Pore-Water Pressure

 Không có vùng nứt do kéo (chọn (none) ở mục Specify của hộp TensionCrack)

3 Chọn OK

2.9 Xác định tính chất của đất

1 Chọn Soil Properties ở menu "KeyIn" Hộp "KeyIn Soil Properties" sẽ xuấthiện như sau:

2 Gõ 1 vào hộp soạn thảo Soil để thể hiện rằng đang xác định lớp đất thứ nhất

3 Ấn Tab hai lần để chuyển sang hộp Description

4 Gõ Upper Soil Layer (lớp đất trên) vào hộp Description

5 Gõ 18 vào hộp Unit Weight

2 Chọn 1 ở hộp Line # để vẽ đường 1 (đây là trị số mặc định).

3 Chọn phím Draw Con trỏ sẽ chuyển từ dạng mũi tên sang dạng chữ thập vàthanh trạng thái sẽ hiển thị rằng chế độ hiện tại là Draw Lines

4 Chuyển con trỏ đến gần điểm (0,19) và bấm trái chuột Con trỏ sẽ "bắt" vàođiểm (0,19) của lưới và tạo nên điểm 1 Khi di chuyển con trỏ một đoạnthẳng sẽ được vẽ từ điểm (0,19) đến vị trí mới của con trỏ

5 Chuyển con trỏ đến đỉnh của dốc (điểm 9,19) và bấm trái chuột Con trỏ sẽ

"bắt" vào điểm (9,19) và một điểm mới sẽ được tạo ra (điểm 2) và mộtđường sẽ được vẽ từ điểm 1 đến điểm 2

6 Chuyển con trỏ dọc theo mái dốc đến điểm giữa hai loại đất (24,9) và bấmchuột trái Con trỏ sẽ "bắt" vào điểm (24,9) của lưới và một điểm mới sẽđược tạo nên (điểm 3) và một đoạn thẳng được vẽ từ điểm 2 đến điểm 3

7 Chuyển con trỏ đến điểm (9,9) và bấm trái chuột

8 Chuyển con trỏ đến lề trái của hình vẽ, gần điểm (0,9) và bấm trái chuột Sau

đó bấm phải chuột (hoặc nhấn phím ESC) để kết thúc vẽ đường 1

9 Bấm vào mũi tên chỉ xuống ở dòng Line # Danh sách các đường (mỗi đườngcho mỗi lớp đất đã định dạng)

10 Chọn vào số 2 ở hộp danh sách Sau đó chọn phím Draw để vẽ đường 2.Con trỏ sẽ chuyển từ dạng mũi tên sang dạng chữ thập và thanh trạng thái sẽ chỉ rarằng "Draw Lines" là chế độ hiện tại Tiến hành gán tương tự như trên, các lứp cònlại tiến hành tương tự

11 Chọn Done ở hộp "Draw Lines" để kết thúc vẽ các đường

 Sau khi hoàn thành các bước trên, màn hình sẽ như sau:

2.11 Vẽ tâm và bán kính mặt trượt

 Vẽ lưới các tâm trượt:

Chọn Slip Surface ở menu "Draw" Menu " Slip Surface" sẽ xuất hiện, chọn Grid ởmenu " Slip Surface" Con trỏ sẽ chuyển từ mũi tên sang dạng chữ thập và thanhStatus sẽ chỉ thị rằng "Draw Slip Surface Grid" đang là chế độ hiện tại

+ Điền số gia bán kính với # of Radius Increment

+ Chọn OK để tạo nên các đường bán kính

 Sau khi thực hiện xong các bước trên đây, màn hình thể hiện như hình sau :

2.12 Kiểm tra bài toán

Sau khi bài toán định dạng xong, cần kiểm tra để ta có thể chắc chắn rằng dữliệu đã được đưa vào chính xác Lệnh Tool Verify sẽ thực hiện một số việc kiểm tra

để giúp ta tìm lỗi trong việc định dạng bài toán

1 Chọn Verify ở menu "Tools" Hộp thoại sau xuất hiện:

2 Chọn nút Verify

Slope/W sẽ kiểm tra các dữ liệu của bài toán Nếu tìm thấy lỗi nào ở số liệu

sẽ có thông báo lỗi hiện lên ở hộp hội thoại Tổng số lỗi sẽ hiện lên ở dòng cuốicùng của hộp thoại xuất hiện ở hộp thoại Verify Data:

3 Khi đã xem xong mọi thông báo trong hộp Verify Data, chọn Done

2.13 Chạy chương trình và hiển thị kết quả

Để giải bài toán, bấm nút Start ở cửa sổ SOLVE, một chấm mầu xanh xuấthiện giữa nút Start và nút Stop Chấm này nhấp nháy khi việc tính toán đang đượcthực hiện Trong khi tính toán, SOLVE sẽ hiển thị hệ số an toàn nhỏ nhất và số hiệucủa mặt trượt hiện đang tính

2.14 Xem kết quả

1 Chọn Contours ở menu "Draw" Hộp hội thoại sau xuất hiện:

2 Gõ 0,014 vào mục Increment By (độ gia tăng hệ số an toàn)

3 Gõ 50 vào mục Number Of Contours (số đường)

4 Chọn Apply

5 Chọn OK

 Các đường thể hiện hệ số an toàn được vẽ như sau:

3 Trường hợp Khi có mực nước ngầm

3.1 Cách vẽ đường đo áp

1 Chọn Pore Water Pressure ở menu "Draw" hộp sau đây sẽ xuất hiện:

2 Chọn 1 ở hộp danh sách Piez Line # để vẽ 1 đường đo áp

4 Chọn Soil 1 ở hộp Apply To Soil để vẽ đường đo áp cho lớp đất 1

5 Chọn Draw Con trỏ sẽ chuyển từ mũi tên sang chữ thập và ở thanh trạngthái (Status) sẽ chỉ thị rằng "Draw P.W.P" là chế độ hiện tại

6 Chuyển con trỏ đến gần điểm (0,17) và bấm trái chuột Con trỏ sẽ "bắt" vàođiểm (0,17) của lưới và một điểm mới được tạo nên (điểm 12) Khi dichuyển con trỏ thì một đường chấm chấm sẽ vẽ từ điểm 12 đến vị trí mới củacon trỏ

7 Chuyển con trỏ đến gần điểm (8,15) và bấm trái chuột Con trỏ sẽ "bắt" vàođiểm (8,15) của lưới và một điểm mới (điểm 13) sẽ được tạo nên và mộtđường chấm sẽ được vẽ từ điểm 12 đến điểm 13

8 Chuyển con trỏ đến gần (12.5,14.5) và bấm trái chuột

9 Chuyển con trỏ đến gần (11,22) và bấm trái chuột Sau đó bấm phải chuột đểkết thúc vẽ đường đo áp cho đất 1 và 2 Hộp Draw Piez Lines sẽ lại xuấthiện

10 Chọn Done ở hộp Draw Piez Lines để kết thúc vẽ đường đo áp

 Sau khi hoàn thành các bước trên, màn hình trông như hình vẽ sau:

3.2 Xác định tâm và bán kính trượt

- Chọn: Draw/Slip Surface

- Xác định các thông số cho tâm trượt và bán kính trượt

- Sau khi xác định các thông số về tâm và bán kính trượt:

3.3 Chạy chương trình và xem kết quả

- Chọn: Tool / Slope

- Sau khi chạy xong kết qủa bài toán được thể hiện như sau:

4 Trường hợp thiết kế có sử dụng neo ngầm

- Chọn: Draw / Reinforcement Load

- Xác định các thông số neo:

+ Chiều dài neo: Length+ Góc bố trí neo: Dir+ Lực thiết kế: Applied Load+ Chiều dài dính bám: Bond Length+ Đường kính thanh neo: Bond Diameter

- Sau khi xác định các thông số bố trí neo, màn hình được thể hiện như sau:

- Chạy chương trình và hiển thị kết quả:

- Hệ số ổn định nhỏ nhất (Kmin) được thể hiện như sau:

5 Trường hợp thiết kế có sử dụng vải địa kỹ thuật

- Chọn: Draw / Reinforcement Load

- Xác định các thông số bố trí vải địa kỹ thuật:

+ Chiều dài bố trí vải: Length+ Góc bố trí : Dir

+ Lực tác dụng: Fabric Capacity

- Sau khi xác định được các thông số bố trí cho vải địa kỹ thuật, màn hình sẽ thể hiện như sau:

- Chạy chương trình và xem kết quả:

6.2 Nhập toạ độ các điêm trên mặt cắt

- Chọn: KeyIn / Points

- Nhập toạ độ các điểm vào bảng KeyIn Point

- Sau khi nhập toạ độ các điểm màn hình sẽ được thể hiện như sau:

6.3 Vẽ sơ đồ tính

- Vẽ phác thảo: Sketch / Line

6.4 Định nghĩa các lớp đất

- Chọn: KeyIn / Material Properties

 Sau khi điền các thông số của các lớp đất vào bảng KeyIn Material Properties… màn hình sẽ thể hiện các thông số như sau:

6.6 Vẽ tâm trượt và lưới bán kính trượt

- Chọn: KeyIn / Slip Surface / Grid and Radius…

6.7 Chạy chương trình và xem kết qủa

- Chọn: Tool /SOLVE:

- Chọn vùng dữ liệu thể hiện các đường đồng mức: Draw Contours

- Sau khi xác định vùng dữ liệu, hệ số ổn định nhỏ nhất được thể hiện như sau: