Trong thiết kế cảng và các công trình bến, loại nền móng thích hợp sẽ được chọn lựa căn cứ vào tầm quan trọng của công trình và điều kiện đất nềnNếu đất nền có lớp đất sét yếu, thì độ ổn định và độ lún của nền móng sẽ phải xem xét kỹ lưỡng. nếu đất nền gồm các lớp cát rời, thì ảnh hưởng của yếu tố hóa lỏng do động đất sẽ được đề cập đếnNếu sức chịu tải của đất nền không đủ so với tải trọng của kết cấu thì cần thiết phải tính đến giải pháp móng cọc và cải tạo đất nền cho công trình
Chơng ổn định mái dốc 6.1 Khái quát (1) ổn định mái dốc chống trợt gây tự trọng đất (hoặc) tải trọng rải cần đợc phân tích nh toán hai chiều, với giả thiết mặt trợt cung tròn phẳng (2) Phân tích ổn định mái dốc cần đợc thực điều kiện mái dốc ổn định [Chú giải] (1) Khái quát Phân tích ổn định mái dốc tính toán hệ số an toàn trạng thái cân giới hạn khối đất mái dốc trở nên ổn định trọng lợng và/hoặc ngoại tải Các phơng pháp tính toán sử dụng phân tích ổn định mái dốc dùng để nghiên cứu khả chịu lực móng, đợc dùng để kiểm tra ổn định khối đất (2) Hình dạng mặt trợt a) Các loại hình dạng mặt trợt Về lý thuyết, hình dạng mặt trợt bao gồm mặt trợt phẳng, xoắn lôgarit và/hoặc cung tròn 1) Tuy nhiên, thực tế giả thuyết mặt trợt phẳng cung tròn Khi tầng đất đặc biệt yếu thờng giả định mặt trợt nằm Nói chung, mặt trợt đợc giả định mặt trợt mà khối trợt dễ xảy Nh vậy, mặt trợt có dạng cong gấp đờng cong đợc coi nh chuyển động không tự nhiên không đợc dùng b) Phá hoại mái dốc cát Phá hoại mái dốc cát khô cát bão hoà nớc thờng theo kiểu nghiêng máI dốc bị tụt xuống Nh vậy, hình dạng phải đợc coi nh mặt phẳng cung tròn Ngay giả định mặt trợt cung tròn, hình dạng gần giống với mặt phẳng Độ nghiêng mái dốc cát cân đợc gọi góc nghỉ, tơng đơng với góc ma sát ứng với độ rỗng cát mái dốc Góc nghỉ cát không bão hoà có lực dính biểu kiến sức căng bề mặt nớc lỗ rỗng cát trở nên lớn so với cát khô hay cát bão hoà c) Phá hoại mái dốc sét Mặt trợt phá hoại thực tế sét gần nh cung tròn, thờng xảy trợt sâu nên gọi phá hoại nền, mái dốc cát thờng xuất trợt nông gần bề mặt mái dốc Phân tích ổn định mái dốc thờng toán hai chiều Tuy mặt trợt thực tế mái dốc với mở rộng theo chiều dọc thành dạng mặt trợt cong ba chiều nhng phân tích hai chiều có lời giải an toàn Khi ổn định bị giảm ngoại tải phủ phạm vi sức kháng bên hai đầu mặt trợt đa vào tính toán (3) Ngoại lực phân tích ổn định mái dốc Nguyên nhân quan trọng phá hoại trợt trọng lợng đất, chất tải, áp lực nớc v.v Bên cạnh có tải trọng chu kỳ nh lực chấn động, lực sóng v.v Sức kháng trợt sức kháng cắt đất đối trọng Vì cờng độ chịu cắt đất liên quan đến thời gian, toán ổn định khối đất đợc phân thành hai trờng hợp: Đặt tải lên trạng thái cố kết bình thờng dỡ tải cách xúc Trờng hợp đầu đợc xem nh toán ổn định ngắn hạn, trờng hợp sau ổn định dài hạn trờng hợp, cờng độ chịu cắt có giá trị ớc lọng phù hợp (xem Phần II 11.3.3 Đặc tính cắt) [Chỉ dẫn kỹ thuật] Hệ số an toàn ổn định mái dốc tỷ số sức chịu cắt cuả đất ứng suất cắt phát sinh mặt trợt giả định Do giá trị hệ số an toàn mặt trợt giả định khác theo mặt trợt nên hệ số an toàn chống trợt mái dốc nhỏ tất loại mặt trợt giả định khác theo điều kiện cho Nh tiêu chuẩn, hệ số an toàn cao 1,3 cho điều kiện bình thờng, để trì ổn định mái dốc Tuy nhiên, hệ số an toàn nằm khoảng 1,1 1,3 chấp nhận thông số thiết kế có độ tin cậy cao Dựa vào làm việc thực tế điều kiện đất tơng tự, công việc xây dựng đợc thực với quan trắc chi tiết dịch chuyển ứng suất 2) 6.2 Phân tích ổn định 6.2.1 Phân tích ổn định phơng pháp mặt trợt tròn (điều 44 thông báo) Dựa vào đặc tính nền, ổn định mái dốc cần đợc kiểm tra phân tích trợt tròn theo phơng pháp Fellenius cải biên công thức dới đây, phơng pháp thích hợp theo 2.5 Sức chịu tải với tải trọng nghiêng lệch tâm Trong phân tích nêu trên, hệ số an toàn cần có giá trị phù hợp với đặc tính kết cấu - V.54 - FS = R (c + W ' cos tan Wx + Ha Trong đó: FS : R : c : (cb + W cos tan ) sec W sin + R Ha ' = (6.2.1) Hệ số an toàn theo phơng pháp Fellenius cải biên Bán kính cung trợt (m) Sức kháng cắt không thoát nớc đất dính lực dính biểu kiến đất cát điều kiện thoát nớc (kN/m2) W : Chiều dài đáy phân đoạn (m) : : Trọng lợng có hiệu phân đoạn đơn vị dài (Tổng trọng lợng thân đất chất tải; phần ngập sử dụng trọng lợng đơn vị ngập) (kN/m) Góc đáy phân đoạn so với phơng nằm ngang (0) : W : x : H : a : b : Góc ma sát đất cát điều kiện thoát nớc sét (0), Bằng cho đất dính Tổng trọng lợng phân đoạn đơn vị dài (Tổng trọng lợng đất, nớc chất tải) (kN/m) Khoảng cách nằm ngang trọng tâm phân đoạn tâm cung trợt (m) Ngoại lực theo phơng ngang tác động vào khối đất khung trợt (áp lực nớc, lực chấn động lực sóng) (kN/m) Cánh tay đòn theo phơng ngang ngoại lực H tâm cung trợt (m) Chiều rộng phân đoạn (m) [Chú giải] Trong phân tích ổn định mái dốc, nguyên nhân gây trợt trọng lợng đất, chất tải, áp lực nớc,áp lực sóng, lực địa chấn lực khác Các lực chống trợt lực chống cắt đất đối trọng lực khác Hệ số an toàn chống trợt mái dốc tỷ số cờng độ cắt đất ứng suất cắt phát sinh mặt trợt giả định Khi giả định mặt trợt tròn đợc tính tỷ số mô men chống mô men lật quanh tâm trợt tròn [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Phân tích ổn định theo phơng pháp Fellenius cải biên Có nhiều phơng pháp tính ổn định trợt khác Chúng khác giả thiết tác động lực mặt phẳng đứng phân đoạn Phơng pháp Fellenius cải biên giả thiết rằng, chiều lực tổng hợp tác động mặt phẳng đứng phân đoạn song song với đáy phân đoạn Đây phơng pháp đơn giản hoá phơng pháp Tschebotarioff Khi cung trợt phân đoạn nh hình T-6.2.1 hệ số an toàn theo phơng pháp Fellenius cải biên dùng công thức (6.2.1) - V.55 - Hình T-6.2.1 Phân tích cung tròn theo phơng pháp Fellenius cải biên Để phân tích ổn định mái dốc trớc hêt xác định tâm cung trợt Trong cung trợt giả định có chung tâm, tìm cung có giá trị hệ số an toàn nhỏ nhất, hệ số an toàn hệ số cho tâm Hệ số an toàn cho tâm khác làm cách tơng tự Giá trị nhỏ thu đợc thông qua đờng bao hệ số an toàn hệ số an toàn chống trợt mái dốc (2) Phân tích ổn định theo phơng pháp Bishop 4) Bishop đề xuất công thức tính hệ số an toàn có kể đến lực cắt thẳng đứng lực nằm ngang tác động lên mặt phẳng đứng phân đoạn Trong thực tế thờng giả thiết lực cắt thẳng đứng cân bằng, đợc gọi phơng pháp Bishop đơn giản hoá Công thức (6.2.2) để tính toán hệ số an toàn theo phơng pháp đơn giản hoá FS = 1 W sin + R Ha (cb + W ' tan ) sec + tan tan ) / F s (6.2.2) Trong đó: FS : Hệ số an toàn theo phơng pháp Bishop đơn giản hoá R : Bán kính cung trợt (m) c : Sức kháng cắt không thoát nớc đất dính lực dính biểu kiến đất cát điều kiện thoát nớc (kN/m2) : Chiều dài đáy phân đoạn (m) W : Trọng lợng có hiệu phân đoạn đơn vị dài (Tổng trọng lợng thân đất chất tải; phần ngập sử dụng trọng lợng đơn vị ngập) (kN/m) : Góc đáy phân đoạn so với phơng nằm ngang (0) : Góc ma sát đất cát điều kiện thoát nớc sét (0), Bằng cho đất dính W : Tổng trọng lợng phân đoạn đơn vị dài (Tổng trọng lợng đất, nớc chất tải) (kN/m) x : Khoảng cách nằm ngang trọng tâm phân đoạn tâm cung trợt (m) H : Ngoại lực theo phơng ngang tác động vào khối đất khung trợt (áp lực nớc, lực chấn động lực sóng) (kN/m) a : Cánh tay đòn theo phơng ngang ngoại lực H tâm cung trợt (m) b : Chiều rộng phân đoạn (m) (3) Khả áp dung phơng pháp phân tích ổn định 5) Hệ số an toàn thu đợc từ phơng pháp Fellenius cải biên phơng pháp Bishop đơn giản hoá phù hợp cho đất dính có 0, khác cung trợt qua tầng đất cát Pơng pháp Fellenius cải biên thờng đợc dùng cho phân tích cung trợt Nhật Bản nớc Phơng pháp Fellenius cải biên giải thích đợc diễn biến thực phá hoại trợt, dựa kết phân tích ổn định trờng hợp phá hoại trợt khu vực cảng bến Nhật Bản 3), phơng pháp Fellenius cải biên cho hệ số có hệ số an toàn thiên an toàn với tầng đất cát Tuy nhiên, đất gồm lớp đất cát cung trợt cắt qua đất có chứa tầng cát dày định tầng đất dính đáy phơng pháp Fellenius cải biên đánh giá thấp hệ số an toàn Phơng pháp Bishop đơn giản hoá đa lời giải có độ tin cậy cao với điều kiện tơng tự, đợc đánh giá theo quan điểm nguyên lý phơng pháp tính toán ổn định Nh vậy, phơng pháp Bishop đơn giản hoá đợc dùng riêng cho vấn đề sức chịu tải đất sỏi cuội (đất rời) chịu tải trọng lệch tâm nghiêng (xem 2.5 Khả chịu tải tải trọng lệch tâm nghiêng) Phơng pháp Bishop - V.56 - đơn giản hoá có nhợc điểm đánh giá cao hệ số an toàn tải trọng tác dụng thẳng đứng lớp đất cát mà lớp hầu nh nằm ngang Với trờng hợp nh phơng pháp tính toán ổn định có thực theo tỷ số lực đứng với lực ngang phân đoạn đợc giả thiết 1/3,5 góc đáy phân đoạn phơng ngang Hệ số an toàn tính toán đợc tính theo công thức: F= 1 W sin + R (ncb + W ' tan ) sec n + [ tan tan( )](tan ) / F Ha (6.2.3) tan tan( ) Thông số xác định tỷ số lực đứng lực ngang tác động lên mặt đứng phân đoạn, lấy = 1/3,5 Các ký hiệu khác giống nh công thức (6.2.2) Trong n = + 6.2.2 Phân tích ổn định giả thiết mặt trợt khác với mặt trợt cung tròn Theo điều kiện nêu từ phần trớc, mặt phẳng mặt trợt hỗn hợp cần đợc giả thiết phân tích ổn định phù hợp so với giả thiết mặt trợt tròn phù hợp với điều kiện đất [Chỉ dẫn kỹ thuật] Khi giả định mặt trợt phẳng hệ số an toàn chống trợt mái dốc đợc tính theo công thức: F= { c + (W ' cos H sin ) tan } sin H + cos H (6.2.4) Trong đó: F : Hệ số an toàn chống trợt phẳng c : Lực dính (kN/m2) : Góc ma sát đất (0) : Chiều dài đáy phân đoạn (m) : Góc đáy phân đoạn so với phơng nằm ngang (0) (theo hình T-6.2.2) H : Ngoại lực theo phơng ngang tác động vào khối đất khung trợt (áp lực nớc, lực chấn động lực sóng) (kN/m) Hệ số an toàn chống trợt tối thiểu 1,2 điều kiện thiết kế bình thờng động đất Hình T-6.2.2 Phân tích ổn định mái dốc theo mặt trợt phẳng [Tài liệu tham khảo] 1) R F Scott: Principles of soil mechanics, Addison Wesley, 1972, p 431 2) Takashi TSUCHIDA, Tang YIXIN: The optimum safety factor for stability analyses of harbor structures by use of the circular arc ship method, Rept of PHRI, Vol 35, No 1, 1996 (in Japanese) 3) Akio NAKASE: The = analysis of stability and unconfined compressive strength , Soils and Foundations, Vol 7, No 2, 1967, pp33-50 - V.57 - 4) A W Bishop: The use of the slip circle in the stability analysis of slopes , Geotechnique, Vol No 1, 1955, pp 7-17 5) Kenji NOMURA, Yoshinobu HAYAFUJI, Fumiaki NAGATOMO: Comparison between Bishop s method and Tschebotarioff's method in slope stability analysis , Rept of PHRI, Vol 7, No 4, 1968, pp 133 175 (in Japanese) - V.58 -