Nghiên cứu ổn định mái dốc có cốt bằng phương pháp phần tử hữu hạn

B GIÁO D C VÀ ÀO T O B NÔNG NGHI P VÀ PHÁT TRI N NÔNG THÔN TR NG I H C THU L I LÊ H NG PH NGHIÊN C U PH N NG NH MÁI D C CÓ C T B NG NG PHÁP PH N T H UH N LU N V N TH C S HÀ N I – 2014 B GIÁO D C VÀ ÀO T O B NÔNG NGHI P VÀ PHÁT TRI N NÔNG THÔN TR NG I H C THU L I LÊ H NG PH NGHIÊN C U PH N NG NH MÁI D C CÓ C T B NG NG PHÁP PH N T H UH N Chuyên ngành : Xây d ng công trình th y Mã s : 60 – 58 - 40 LU N V N TH C S Ng ih ng d n khoa h c: PGS.TS Nguy n C nh Thái HÀ N I – 2014 i L IC M N Xin bày t long bi t n đ n PGS.TS Nguy n C nh Thái, ng th i gian h ng d n v ch nh ng đ nh h i dành nhi u ng khoa h c cho lu n v n Tác gi xin chân thành g i l i c m n đ n TS Hoàng Vi t Hùng, ng i có nhi u ý ki n đóng góp quan tr ng cho lu n v n Tác gi xin c m n th y, cô giáo khoa Công trình, th y cô giáo khoa Sau đ i h c t n tình giúp đ truy n đ t ki n th c su t th i gian tác gi h c t p c ng nh trình th c hi n lu n v n Tác gi chân thành cám n lãnh đ o đ ng nghi p b môn Th y công h t s c t o u ki n giúp đ t n tình su t th i gian h c hoàn thành lu n v n Cu i tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i Gia đình nh ng ng thân, ng h đ ng viên tác gi hoàn thành lu n v n Hà n i, ngày tháng n m 2014 Tác gi Lê H ng Ph ng i ii L I CAM OAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên c u c a riêng Các n i dung k t qu nghiên c u lu n v n trung th c, ch a t ng đ c ng i công b b t k công trình khác TÁC GI Lê H ng Ph ng iii M CL C M U 1 TÍNH C P THI T C A M C TIÊU NGHIÊN C U PH M VI NGHIÊN C U .2 PH CH TÀI NG PHÁP NGHIÊN C U NG I T NG QUAN .3 1.1 CÔNG NGH T CÓ C T 1.1.1 Hình th c th nh t v đ t có c t .3 1.1.2 Hình th c th hai v đ t có c t: T CÓ C T V M T C H C 1.2 NGUYÊN LÝ 1.2.1 Tính ch t c h c c a đ t có c t 1.2.2 C ch gia c 1.2.3 C ch t 1.3 CÁC PH ng đ t mái d c .10 ng tác đ t v i c t 11 NG PHÁP TÍNH TOÁN N NH MÁI D C 12 1.3.1 Ph ng pháp cân b ng gi i h n (LEM) 12 1.3.2 Ph ng pháp ph n t h u h n (FEM) 20 1.3.3 Ph ng pháp tính toán n đ nh mái d c có c t th ng dùng hi n 24 1.4 K T LU N 30 CH NG II PHÂN TÍCH N 2.1 C S LÝ THUY T PH 2.1.1 Xây d ng l NH MÁI D C CÓ C T .31 NG PHÁP PH N T H U H N 31 i ph n t 31 2.1.2 X p x chuy n v 32 2.1.3 Các ph ng trình c b n cho ph n t 32 2.1.4 Tính toán chuy n v 32 2.1.5 i u ki n t ng thích 33 2.1.6 Hành vi ng x c a v t li u 33 2.1.7 i u ki n cân b ng cho ph n t .34 2.1.8 Thi t l p ph ng trình t ng th cho c h 35 iv 2.1.9 Xác đ nh u ki n biên 35 2.1.10 Gi i ph ng trình t ng th 35 2.2 NG D NG PH N M M TÍNH TOÁN N NH MÁI D C CÓ C T 36 2.2.1 Mô hình v t li u 37 2.2.2 Mô hình ti p xúc 40 2.3 XÂY D NG BÀI TOÁN M U .43 2.3.1 Mô hình nghiên c u 43 2.3.2 K t qu nghiên c u mô hình 44 2.3.3 L c kéo huy đ ng T c t 48 NH H 2.4 CÁC Y U T NG N C T 51 2.4.1 nh h ng c a chi u cao mái d c 51 2.4.2 nh h ng c a đ c ng c t 52 2.4.3 nh h ng c a kho ng cách đ t c t .53 2.4.4 nh h ng c a c 2.4.5 nh h ng c a chi u dài c t 56 2.4.6 nh h ng c a đ t n n 57 2.5 TÍNH TOÁN N ng đ đ t đ p 54 NH MÁI D C CÓ C T B NG PH NG PHÁP PH N T H U H N 58 2.5.1 M t phá ho i 58 2.5.2 H s an toàn 60 2.6 K T LU N 66 CH NG III TÍNH TOÁN NG D NG CÔNG TRÌNH TH C T .67 3.1 GI I THI U V CÔNG TRÌNH 67 3.2 L CH S HI N T NG PHÁ HO I MÁI D C D C KI N 67 3.3 CÁC GI I PHÁP X LÝ C N TH C HI N .68 3.3.1 Nguyên nhân tr t l mái d c Ki n 68 3.3.2 Các gi i pháp x lý c n th c hi n 68 3.4 THI T K B O V MÁI TALUY D 3.4.1 K t c u mái taluy d NG 70 ng 70 v 3.4.2 Tính toán n đ nh mái d c có c t 71 3.5 K T LU N 77 K T LU N VÀ KI N NGH 78 Ã T C C A LU N V N 78 NH NG K T QU NH NG V N KI N NGH 79 CÒN T N T I .78 TÀI LI U THAM KH O 80 PH L C TÍNH TOÁN 82 vi THÔNG KÊ HÌNH V Hình I-1 t tr n c t _ Hình I-2 Kh i đ t tr n m nh l i đ a k thu t Hình I-3 L p hàm ch ch ng s t l b sông b ng đ ng nòng n c đ t Hình I-4 Vòng Mohr ng su t c a đ t: 1) t c t; 2) t có c t _ Hình I-5 Xác đ nh tính ch t c h c c a đ t có c t theo quan m v t li u m i b ng máy ba tr c _ Hình I-6 Lá nhôm làm c t nh ng v t n t, rách nhôm m u thí nghi m tr ng thái phá ho i Hình I-7 S đ c u t o t ng - mái d c có c t V KT cu n lên làm m t t ng Hình I-8 Xác đ nh chi u dài neo Hình I-9 Tác d ng c a c t đ i v i đ t Hình I-10 Nguyên lý c b n đ t gia c Hình I-11 C ch gia c ng ng mái d c b ng c t _ 10 Hình I-12 Mái d c gia c n hình, mô hình t Hình I-13 S đ cung tr ng tác - c t đ t 11 t l c tác d ng lên th i đ t th i _ 13 Hình I-14 S đ l c theo PP Fellenius _ 16 Hình I-15 S đ l c tính toán theo PP Bishop đ n gi n _ 16 Hình I-16 S đ l c tính toán theo PP Spencer 17 Hình I-17 Hàm bi n thiên c a h ng l c t ng tác c a PP GLE 18 Hình I-18 S đ l c tính toán theo ph ng pháp Janbu _ 19 Hình I-19 S đ l c tính toán theo ph ng pháp Janbu _ 22 Hình I-20 Tính toán n đ nh n i b d c đ p có c t theo ph ng pháp “ kh i nêm hai ph n” 26 Hình I-21 Các ph ng pháp khác đ dùng ki m tra n đ nh n i b c a mái dôc đ p có c t _ 28 Hình II-1 Ph n t tam giác bi n d ng n tính lo i 38 Hình II-2 Ph n t tam giác bi n d ng n tính lo i _ 38 Hình II-3 Ph n t tam giác bi n d ng kh i lo i 38 Hình II-4 Ph n t tam giác bi n d ng kh i lo i 38 Hình II-5 Quan h ng su t – bi n d ng c a mô hình đàn d o 40 vii Hình II-6 Mô hình ph n t ti p xúc ph ng 41 Hình II-7 Mô hình mái d c không c t có c t 43 Hình II-8 L i ph n t c a mái d c có c t _ 43 Hình II-9 Các giai đo n thi công mái d c có c t có chi u cao Hmax =18m 44 Hình II-10 Ph c ng đ đ t huy đ ng mái d c cao 18m(%) 45 Hình II-11 Ph bi n d ng góc εxy mái d c cao 18m (%) 46 Hình II-12 Ph bi n d ng ngang εx mái d c cao 18m (%) _ 46 Hình II-13 Ph bi n d ng đ ng εy mái d c cao 18m (%) 47 Hình II-14 Ph ng bi n d ng c t l n nh t γmax mái d c 47 Hình II-15 L i bi n d ng mái d c _ 48 Hình II-16 Vector chuy n v toàn ph n mái d c cao 18m 48 Hình II-17 Phân b l c kéo huy đ ng d c theo chi u dài c t th nh t 49 Hình II-18 Thông s mô t quan h 50 Hình II-19 Quan h hi/H v i Ti/Tmax _ 50 Hình II-20 Quan h Di/hi v i Ti/Tmax _ 51 Hình II-21 Quan h gi a h s an toàn Fs, l c kéo Tmax v i chi u cao mái d c 52 Hình II-22 nh h ng c a đ c ng c t EA (mái d c cao 18m) 53 Hình II-23 nh h ng c a b c c t b (mái d c cao 18m) 54 Hình II-24 nh h ng c a c ng đ đ t đ p (mái d c cao 18m) 55 Hình II-25 nh h ng c a chi u dài c t L (mái d c cao 15m) 56 Hình II-26 nh h ng c a n n y u (mái d c cao 18m) 57 Hình II-27 Quan h hi/H v i Ti/Tmax (tr ng h p đ t n n t t) _ 58 Hình II-28 M t phá ho i c a mái d c cao 18m tính theo ph ng pháp PTHH 59 Hình II-29 M t phá ho i c a mái d c cao 18m tính theo ph ng pháp CBGH _ 59 Hình II-30 Phân ph i l c c t Tmax d c theo chi u cao mái đ tính Fr1 _ 61 Hình II-31 Phân ph i l c c t Tmax d c theo chi u cao mái đ tính Fr2 _ 61 Hình II-32.Quan h gi a h s an toàn Fs v i chi u cao mái d c H c a mái d c không c t 62 Hình II-33 Quan h gi a h s an toàn Fs v i chi u cao mái d c H c a mái d c có c t 63 Hình II-34 Quan h gi a Ir (%) v i chi u cao mái d c H (m) _ 64 Hình II-35 Quan h gi a h s an toàn Fr1 Fr2 v i chi u cao mái d c H (m) _ 65 viii Hình III-1 Hi n tr ng s t l mái d c taluy d Hình III-2 Bi n pháp b o v mái taluy d Hình III-3 M t c t thi t k mái taluy d Hình III-4 Hình d ng l Hình III-5 Mô hình l Hình III-6 Ph ng 68 ng _ 71 ng _ 71 i đ a k thu t tr c _ 73 i ph n t mái taluy d ng 73 ng su t huy đ ng mái d c _ 74 Hình III-7 Vector chuy n v mái d c 74 Hình III-8 Ph ng bi n d ng c t l n nh t γ max mái d c 75 Hình III-9 K t qu tính toán n đ nh mái d c có c t 76 TH NG K B NG BI U B ng I-1 T ng s đ i l ng l c tác d ng lên kh i tr t g m n th i đ t 14 B ng II-1 Thông s mô hình v t li u 42 B ng II-2 K t qu tính toán n đ nh theo hai ph ng pháp _ 62 B ng III-1 Các ch tiêu c a đ t đ p đ t n n 72 B ng III-2 Các thông s k thu t l i đ a k thu t _ 72 B ng III-3 K t qu tính toán n đ nh mái d c có c t 75 PLB-2 Hình PLB I-3 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)-F le PLB-3 MÁI D C B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB I-4 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB I-5 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis)-F r PLB-4 Hình PLB I-6 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB I-7 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r2 PLB-5 II MÔ HÌNH MÁI D C CÓ CHI U CAO H = 10M MÁI D C KHÔNG B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB II-1 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB II-2 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis)-F fe PLB-6 Hình PLB II-3 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)-F le PLB-7 MÁI D C B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB II-4 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB II-5 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis) PLB-8 Hình PLB II-6 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB II-7 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r2 PLB-9 III MÔ HÌNH MÁI D C CÓ CHI U CAO H = 15M MÁI D C KHÔNG B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB III-1 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB III-2 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis) PLB-10 Hình PLB III-3 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio) PLB-11 MÁI D C B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB III-4 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB III-5 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis) PLB-12 Hình PLB III-6 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB III-7 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r2 PLB-13 IV MÔ HÌNH MÁI D C CÓ CHI U CAO H = 18M MÁI D C KHÔNG B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB IV-1 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB IV-2 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis) PLB-14 Hình PLB IV-3 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio) PLB-15 MÁI D C B TRÍ C T a Mô hình tính toán a, Ph ng pháp PTHH (Plaxis) b, Ph ng pháp CBGH (GeoStudio) Hình PLB IV-4 Mô hình tính toán b K t qu tính toán n đ nh Hình PLB IV-5 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp PTHH (Plaxis) PLB-16 Hình PLB IV-6 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r1 Hình PLB IV-7 K t qu tính toán n đ nh ph ng pháp CBGH (GeoStudio)- F r2