Đang tải... (xem toàn văn)
1.1. Đặt vấn đề Hiện nay, tình hình sạt lở trên địa bàn các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và tỉnh Đồng Tháp nói riêng đang diễn ra hết sức phức tạp làm tổn hao đến tính mạng và tài sản của nhân dân. Đồng Tháp là tỉnh đầu nguồn sông Cửu Long của chảy qua Việt Nam, có Sông Tiền và Sông Hậu chảy qua có nhiều thuận lợi do 02 con Sông này đem lại nhƣ: + Là tuyến giao thông huyết mạch nối liền các tỉnh trong khu vực và gắn kết với nƣớc bạn Campuchia, + Nơi cung cấp nƣớc ngọt, phù sa, tôm cá, lớn nhất cho dân sinh, nông nghiệp, thủy lợi, công nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng cho toàn Tỉnh. + Là tuyến thoát lũ chính của toàn bộ Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, + Kết hợp với hệ thống các sông ngòi, kênh rạch góp phần bảo tồn, ổn định, cân bằng môi trƣờng sinh thái cho Đồng Tháp và các tỉnh lân cận. + Là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng (cát san lấp và cát xây dựng công trình). + Có ý nghĩa quan trọng đối với an ninh quốc phòng của Tỉnh nói riêng và của cả vùng Nam Bộ nói chung. Tuy nhiên, bên cạnh đó tiềm ẩn cũng không ít những hiểm nguy do sạt lở bờ sông gây nên. Từ năm 2005 – 2014 có 84 đoạn bờ sông thuộc địa phận của 42 xã bị sạt lở, tổng chiều dài sạt lở là 703 Km, diện tích sạt lở là 283 ha, tổng số hộ dân cần phải di dời là 18.854 hộ, đã di dời 6.449 hộ còn lại 12.405 hộ phải tiếp tục di dời, tổng thiệt hại 227,18 tỷ đồng. Đặc điểm địa chất công trình dọc theo tuyến sông Tiền, sông Hậu và nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tƣợng mất ổn định của bờ sông Tiền, sông Hậu (trên góc độ địa chất) là: Đồng bằng sông Cửu Long đƣợc cấu tạo bởi các đất trầm tích phù sa trẻ có nguồn gốc biển và sông - biển hỗn hợp với bề dày khá lớn. Các lớp đất tạo nên nền đất đều là đất yếu với trạng thái vật lý kém, tính chất cơ học kém, mang những đặc trƣng của những loại đất đặc biệt. Với góc ma sát trong = 4 0 29'', C= 0,071 kG/cm 2 (độ sâu: 2-6m); = 6 0 28'', C= 0,086 kG/cm 2 (độ sâu: 7-14m); = 22 0 41'', C= 0,06 kG/cm 2 (độ sâu: 16-30m). Nƣớc ngầm là một trong những yếu tố quan trọng đi theo gây ra các hiện tƣợng xói ngầm, xúc biến và đặc biệt là cát chảy.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG TRỊNH VĂN DẪN NGHIÊN CỨU CHỐNG SẠT LỞ BỜ SƠNG ĐỒNG THÁP, DÙNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỰC TIẾP CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP MÃ NGÀNH: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ VĂN CẢNH Vĩnh Long, tháng 11 năm 2016 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.3 Tính cấp thiết đề tài MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 Mục tiêu đề tài 11 2.2 Nội dung nghiên cứu 11 2.3 Phƣơng pháp luận phƣơng pháp nghiên cứu 11 CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 13 1.1 DẺO LÝ TƢỞNG VÀ TIÊU CHUẨN PHÁ HỦY CHO ĐẤT 13 1.1.1 Giới hạn đàn hồi hàm chảy 13 1.1.2 Luật chảy dẻo kết hợp 14 1.1.3 Hàm chảy dẻo Morh-Coulomb 15 1.2 LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH GIỚI HẠN 17 1.2.1 Định lý cận dƣới 19 1.2.2 Định lý cận 20 1.3 PHƢƠNG PHÁP SỐ VÀ CÁCH TÍNH NĂNG LƢỢNG TIÊU TÁN DẺO CHO PHẦN TỬ 22 1.3.1 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn: 22 1.3.2 Năng lƣợng tiêu tán dẻo phần tử sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn 24 1.3.3 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn trơn cạnh ( ES-FEM) 25 1.3.4 Năng lƣợng tiêu tán dẻo phần tử sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn trơn dựa cạnh 26 1.3.5 Một số nhận xét phƣơng pháp số FEM-T3 ES-FEM-T3 27 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH NĨN VÀ CÁCH THIẾT LẬP BÀI TỐN TỐI ƢU HĨA TỪ LỜI GIẢI CẬN TRÊN 28 2.1 ĐỊNH NGHĨA 28 2.2 CÁC DẠNG HÌNH NĨN 29 2.3 SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH NĨN CHO BÀI TỐN BIẾN DẠNG PHẲNG 29 2.4 THIẾT LẬP BÀI TỐN TỐI ƢU 30 2.4.1 Thiết lập tốn tối ƣu dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần tử tam giác ba nút: 30 2.4.2 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn dựa cạnh (ES-FEM-T3) 31 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 33 3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 33 3.1.1 Lớp đất phủ: Đất phủ cát pha, sạn sỏi, gạch đá, lẫn rễ thực vật 34 3.1.2 Lớp đất số 1: Sét màu xám nâu, nâu đỏ, trạng thái dẻo chảy đến dẻo cứng 34 3.1.3.Thấu kính 1: Cát lẫn bụi màu xám đen, trạng thái rời 35 3.1.4 Lớp đất số 2: Bụi lẫn sét màu xám nâu đen, trạng thái chảy đến dẻo chảy 35 3.1.5 Thấu kính 2: Sét màu xám xanh, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng 36 3.1.6 Lớp đất số 3: Cát lẫn bụi màu xám nâu xanh, trạng thái rời đến chặt vừa 36 3.1.7 Lớp đất số 4: Cát pha bụi màu xám hồng, trạng thái dẻo 37 3.2 MƠ HÌNH TÍNH TỐN VÀ LƢỚI PHẦN TỬ HỮU HẠN: 37 3.3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN: 38 CHƢƠNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC SỬ DỤNG ES-FEM VÀ CHƢƠNG TRÌNH HÌNH NĨN 44 4.1 PHÂN TÍCH SỰ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 44 4.1.1 Sơ lƣợc phƣơng pháp tính tốn 44 4.1.2 Đặt vấn đề 44 4.1.3 Bài tốn tối ƣu 45 4.1.4 Mơ hình tính tốn 46 4.2 ĐỘ ỔN ĐỊNH KHƠNG THỐT NƢỚC KHI MĨNG CƠNG TRÌNH ĐẶT LÊN MÁI DỐC 46 4.2.1 Sơ lƣợc phƣơng pháp tính tốn 46 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 CODE THAM KHẢO 56 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT υ Góc nội ma sát c Lực dính ES-FEM Phƣơng pháp phần tử hữu hạn trơn dựa cạnh (edgebased smoothed finite element method) FEM Phần tử hữu hạn (finite element method) PTHH Phần tử hữu hạn SCOCP Chƣơng trình nón bậc hai x, y, z Các ứng suất pháp xy, xz, yz Các ứng suất tiếp Góc giãn nở ε Biến dạng tƣơng đối υcu Góc ma sát điều kiện có cố kết-khơng nƣớc k Miền trơn B Bề rộng móng L Khoảng cách từ mép Taluy đến móng Ns Hệ số ổn định mái dốc DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu ứng xử đàn-dẻo lý tƣởng 14 Hình Sự minh họa hình học luật chảy dẻo kết hợp 15 Hình Ứng xử thật đất ứng xử đàn dẻo lý tƣởng .16 Hình 1.4 Mơ hình Morh sức chống cắt nƣớc đất 16 Hình 1.5 Phƣơng vectơ gia số biến dạng dẻo hệ trục cho hai trƣờng hợp: a) đất khơng nƣớc b) đất nƣớc .17 Hình 1.6 Nghiệm lời giải cận cận dƣới cho tốn phân tích giới hạn 18 Hình 1.7 Sơ đồ phân tích giới hạn .18 Hình Điều kiện biên lực chuyển vị 19 Hình 1.9 Tọa độ phần tử tam giác 22 Hình 1.10 Miền trơn k dựa cạnh 25 Hình 2.1 Khơng gian hình nón …………………………………………………….28 Hình 2.2 Diện tích miền trơn k dựa cạnh 31 Hình 3.1 Mặt cắt ngang địa chất dọc bờ sơng Sở Thƣợng………………………….33 Hình Mặt cắt ngang địa chất bờ sơng Tiền 34 Hình 3 Mặt cắt điển hình mái dốc bờ sơng MC3 37 Hình Lƣới phần tử hữu hạn: MC1 38 Hình Cơ cấu trƣợt mái dốc theo mặt cắt MC3 .39 Hình Tốc độ biến dạng mái dốc theo mặt cắt MC3 .39 Hình Năng lƣợng tiêu tán dẻo mái dốc theo mặt cắt MC3 39 Hình Cơ cấu trƣợt mái dốc theo mặt cắt MC3 theo thơng số lớp đất .40 Hình Tốc độ biến dạng mái dốc theo mặt cắt MC3 theo thơng số lớp đất 40 Hình 3.10 Năng lƣợng tiêu tán dẻo mái dốc MC3 theo thơng số lớp đất 41 Hình 11 Góc mái dốc 500: hệ số ổn định mái dốc Ns = 1.5685 41 Hình 12 Góc mái dốc 700: hệ số ổn định mái dốc Ns = 1.2082 42 Hình 13 Góc mái dốc 800: hệ số ổn định mái dốc Ns = 1.0572 42 Hình 14 Góc mái dốc 900: hệ số ổn định mái dốc Ns = 0.9127 42 Hình sơ đồ mái dốc…………………………………………………………….45 Hình Phân tích ổn định mái dốc: sơ đồ hình học cách chia lƣới 46 Hình Mơ hình hình học tốn móng, cơng trình đặt mái dốc .48 Hình 4 Ổn định mái dốc: L/B = 0, Ns = 11.7234 .48 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 1, Ns = 18.5593 .49 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 2, Ns = 22.3178 .49 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 3, Ns = 26.8507 .50 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 4, Ns = 31.4405 .50 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 5, Ns = 35.7359 .51 Hình 10 Ổn định mái dốc: L/B = 6, Ns = 39.5911 51 Hình 11 Ổn định mái dốc: L/B = 7, Ns = 41.8449 52 MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, tình hình sạt lở địa bàn tỉnh Đồng Sơng Cửu Long nói chung tỉnh Đồng Tháp nói riêng diễn phức tạp làm tổn hao đến tính mạng tài sản nhân dân Đồng Tháp tỉnh đầu nguồn sơng Cửu Long chảy qua Việt Nam, có Sơng Tiền Sơng Hậu chảy qua có nhiều thuận lợi 02 Sơng đem lại nhƣ: + Là tuyến giao thơng huyết mạch nối liền tỉnh khu vực gắn kết với nƣớc bạn Campuchia, + Nơi cung cấp nƣớc ngọt, phù sa, tơm cá, lớn cho dân sinh, nơng nghiệp, thủy lợi, cơng nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng cho tồn Tỉnh + Là tuyến lũ tồn Khu vực Đồng sơng Cửu Long, + Kết hợp với hệ thống sơng ngòi, kênh rạch góp phần bảo tồn, ổn định, cân mơi trƣờng sinh thái cho Đồng Tháp tỉnh lân cận + Là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng (cát san lấp cát xây dựng cơng trình) + Có ý nghĩa quan trọng an ninh quốc phòng Tỉnh nói riêng vùng Nam Bộ nói chung Tuy nhiên, bên cạnh tiềm ẩn khơng hiểm nguy sạt lở bờ sơng gây nên Từ năm 2005 – 2014 có 84 đoạn bờ sơng thuộc địa phận 42 xã bị sạt lở, tổng chiều dài sạt lở 703 Km, diện tích sạt lở 283 ha, tổng số hộ dân cần phải di dời 18.854 hộ, di dời 6.449 hộ lại 12.405 hộ phải tiếp tục di dời, tổng thiệt hại 227,18 tỷ đồng Đặc điểm địa chất cơng trình dọc theo tuyến sơng Tiền, sơng Hậu ngun nhân chủ yếu gây tƣợng ổn định bờ sơng Tiền, sơng Hậu (trên góc độ địa chất) là: Đồng sơng Cửu Long đƣợc cấu tạo đất trầm tích phù sa trẻ có nguồn gốc biển sơng - biển hỗn hợp với bề dày lớn Các lớp đất tạo nên đất đất yếu với trạng thái vật lý kém, tính chất học kém, mang đặc trƣng loại đất đặc biệt Với góc ma sát = 4029', C= 0,071 kG/cm2(độ sâu: 2-6m); = 6028', C= 0,086 kG/cm2 (độ sâu: 7-14m); = 22041', C= 0,06 kG/cm2 (độ sâu: 16-30m) Nƣớc ngầm yếu tố quan trọng theo gây tƣợng xói ngầm, xúc biến đặc biệt cát chảy Hiện trƣờng vụ sạt lở Tổng kho xăng dầu Trần Quốc Toản – Đồng Tháp 1.2 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Ngƣời nghiên cứu sức chịu tải móng nơng đồng Prandlt [12], nghiên cứu Prandlt đƣa cấu mặt trƣợt xác đất đồng từ xác định đƣợc giá trị tải trọng giới hạn Sau đó, Terzaghi [16] đƣa cơng thức xác định sức chịu tải giới hạn dựa mơ hình mặt trƣợt tam giác Tuy nhiên, cơng thức gặp nhiều hạn chế áp dụng cho đất khác, đặc biệt đất thực tế với nhiều lớp đất khác Vì vậy, nhiều nghiên cứu phân tích giới hạn dựa định lý cận cận dƣới kết hợp với phƣơng pháp phần tử hữu hạn đƣợc phát triển Đầu tiên nghiên cứu Lysmer [9], tác giả dùng phƣơng pháp PTHH tối ƣu tuyến tính để xác định cận dƣới tải trọng giới hạn Trƣờng ứng suất đƣợc xấp xỉ PTHH bất liên tục, nghĩa tọa độ điểm đƣợc gán nút phần tử khác nhau, khác với PTHH truyền thống tọa độ tƣơng ứng với nút Sau đó, nhiều nghiên cứu khác đƣợc phát triển, đặc biệt nhóm nghiên cứu GS Sloan [5-8;14,15] Trong [14], trƣờng chuyển vị bất liên tục đƣợc sử để tính tốn cận tải giới hạn, cách rời rạc phần tử giống nhƣ [9] Trong nghiên cứu này, tiêu chuẩn Morh-Coloumb đƣợc tuyến tính hóa thành nhiều đoạn thẳng thuật tốn tối ƣu tuyến tính đƣợc sử dụng để thu đƣợc trƣờng chuyển vị bất liên tục Để giảm khối lƣợng tính tốn tăng độ xác, dạng phi tuyến tiêu chuẩn Morh-Coloumb đƣợc dùng [1,6,5] để thu đƣợc cận dƣới cận sức chịu tải đất Trong phân tích giới hạn, trƣờng ứng suất chuyển vị trạng thái giới hạn có tính cục - ứng suất biến dạng dẻo tập trung số miền hẹp tạo thành mặt trƣợt hay đƣờng dẻo, để tăng độ xác (giảm sai số tính tốn) lời giải phần tử miền cần chia nhỏ số lƣợng phần tử tập trung lớn Kỹ thuật thích nghi lƣới (tự động chia nhỏ lƣới miền quan tâm) đƣợc đề xuất [7,8] Gần đây, kỹ thuật tối ƣu nón bậc hai đƣợc phát triển rộng rãi lĩnh vực phân tích giới hạn đa số các tiêu chuẩn đƣa dạng nón (mặt dẻo đƣợc mơ tả nhƣ hình nón) [4,10,11] Ngồi việc dùng kỹ thuật xấp xỉ phần tử liên tục bất liên tục biên, trƣờng chuyển vị đƣợc xấp xỉ hồn tồn đƣờng bất liên tục [13] Miền tốn đƣợc rời rạc nút, sau nối tất nút với phần tử thanh, đƣợc xem nhƣ đƣờng chảy dẻo hay đƣờng trƣợt xảy ra, từ tính tốn lƣợng tiêu tán dẻo tất phần tử giải tốn tối ƣu động học tƣơng ứng Từ kết thu đƣợc, xác định đƣợc cấu trƣợt tập hợp phần tử có biến dạng dẻo khác khơng Đây phƣơng pháp hiệu để đƣa cấu phá hoại – cấu trƣợt, nhiên việc phát triển sang tốn chiều đòi hỏi việc xử lý hình học phức tạp Trong tốn phân tích giới hạn cận trên, dùng phần tử bậc thấp (hằng số tuyến tính) tƣợng chậm khơng hội tụ (locking) xãy điều kiện khơng nén đƣợc làm cho số bậc tự bị giảm bị khử Từ đó, dẫn đến tƣợng locking thể tích (volumetric locking) Phƣơng pháp phần tử bậc cao khử đƣợc tƣợng này, nhiên việc tạo lƣới cho phần tử bậc cao thƣờng tốn nhiều cơng sức Phần tử bất liên tục loại bỏ tƣợng nhƣ nghiên cứu [11,14] Ngồi phƣơng pháp khơng lƣới với kỹ thuật tích phân nút khử hồn tồn tƣợng xấp xỉ phƣơng pháp khơng lƣới có bậc cao [2] Gần đây, phƣơng pháp phần tử hữu hạn trơn đƣợc phát triển cho phần tích giới hạn cận trên, từ nghiên cứu cho thấy tƣợng locking ngăn chặn dùng lƣới thích hợp, cung cấp nghiệm tƣơng đối xác [3,4] Ở Việt Nam hƣớng nghiên cứu đƣợc quan tâm nhóm tác giả PGS.TS PGS.TS Lê Văn Cảnh Mục tiêu luận văn phát triển ứng dụng phƣơng pháp phân tích giới hạn cho tốn địa kỹ thuật với số liệu thực tiễn Đồng Tháp 1.3 Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, việc tính tốn sức chịu tải thƣờng áp dụng cơng thức tính tốn Terzaghi, Hansen, Meyerhof,… Và quan niệm đồng Tuy nhiên, đất có cấu tạo phức tạp khơng đồng cơng thức khơng xác Vì vậy, nhiều thuật tốn số dựa lý thuyết phân tích giới hạn cận cận dƣới đƣợc đề xuất Trong giải thuật số này, trƣờng chuyển vị hay ứng suất đƣợc xấp xỉ rời rạc phƣơng pháp phần tử hữu hạn; sau áp dụng định lý cận cận dƣới để đốn tải trọng giới hạn Vì việc thiết lập phần tử chuyển vị tƣơng đối dễ dàng so với phần tử cân bằng, nên phƣơng pháp phân tích giới hạn cận dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) chuyển vị đƣợc quan tâm đáng kể, đặc biệt phần tử chuyển vị bậc thấp, nhƣng vấn đề phát sinh dùng loại phần tử tƣợng “locking”, kết tính tốn số khơng hội tụ hội tụ chậm Trong phân tích giới hạn động học, “locking” xảy điều kiện chảy dẻo đƣợc áp đặt Các giải pháp để khử tƣợng locking đƣợc đề xuất nhƣ: i) Dùng phần tử chuyển vị bậc cao; ii) Dùng phần tử bất liên tục biên; Điểm phƣơng pháp nhằm tăng số bậc tự tổng thể tốn, giải đƣợc vấn đề “locking” Song, chi phí tính tốn tăng lên nhiều việc tạo lƣới phƣơng pháp tƣơng đối phức tạp Trong nghiên cứu này, phƣơng pháp PTHH trơn dựa cạnh đƣợc dùng để xấp xỉ trƣờng chuyển vị Khác với phƣơng pháp PTHH truyền thống, trƣờng biến dạng đƣợc dùng trƣờng biến dạng trung bình đƣợc tính tốn miền làm trơn dựa cạnh Vì trƣờng biến dạng trơn số miền làm trơn, nên cần áp đặt điều kiện chảy dẻo điểm miền trơn, đảm bảo điều kiện thỏa mãn nơi Do đó, tƣợng “locking” đƣợc khử, chi phí tính tốn đƣợc tối ƣu Khi trƣờng chuyển vị đƣợc rời rạc áp dụng định lý cận tốn phân tích giới hạn trở thành tốn tối ƣu tốn học Từ đó, ta dùng thuật tốn tối ƣu tuyến tính phi tuyến để giải tốn tối ƣu tốn học Tuy nhiên, hạn chế tồn là: - Để dùng thuật tốn tuyến tính tiêu chuẩn dẻo phải đƣợc tuyến tính hóa, ẩn số điều kiện ràng buộc tăng đáng kể, dẫn đến chi phí tính tốn lớn gây nhiều hạn chế phân tích tốn với số phần tử lớn - Thuật tốn tối ƣu phi tuyến dùng để giải tốn tối ƣu phi tuyến Tuy nhiên, hàm mục tiêu (cực tiểu lƣợng tiêu tán chảy dẻo tốn phân tích cận trên) khơng tồn đạo hàm điểm khơng có biến dạng dẻo, Cao độ bờ H Cao độ đáy sông D Cao độ Hình 4.1 sơ đồ mái dốc 4.1.3 Bài tốn tối ƣu Bài tốn tối ƣu cho lời giải cận min( D(&) Wext0 ) Ràng buộc: (4.1) Wext u u0 biên Thành phần gây trƣợt mái dốc trọng lƣợng thân đất Do khơng có thành phần lực mặt tác dụng nên: Wext0 Bài tốn tối ƣu hóa trở thành: D(&) Ràng buộc: (4.2) Wext u u0 biên Bài tốn tối ƣu hóa dùng phƣơng pháp ES-FEM T3 trở thành ned Ai cosi ti i 1 Ràng buộc: u u0 biên Wext 2 ti xx2 yy xy2 i 1, 2, , ned ned: tổng số cạnh mơ hình phân tích giới hạn (4.3) 4.1.4 Mơ hình tính tốn Trong trƣờng hợp đơn giản nhất, đất đƣợc xem đồng thơng số đất đƣợc xem xét tốn phân tích giới hạn ; c Hình Phân tích ổn định mái dốc: sơ đồ hình học cách chia lƣới Trên Hình 4.2 thể lƣới phần tử hữu hạn dùng để tính tốn với 3311 phần tử tam giác nút 1711 nút đƣợc tạo theo kích thƣớc phần tử khác dùng phần mềm GMSH 4.2 ĐỘ ỔN ĐỊNH KHƠNG THỐT NƢỚC KHI MĨNG CƠNG TRÌNH ĐẶT LÊN MÁI DỐC 4.2.1 Sơ lƣợc phƣơng pháp tính tốn Phân tích độ ổn định mái dốc có vật thể, móng cơng trình đặt lên mái dốc phúc tạp, chế trƣợt kết hợp yếu tố gồm tải lên móng trọng lƣợng đất Nhiều phƣơng pháp đƣợc đề xuất để giải vấn đề bao gồm: đƣờng trƣợt thẳng Sokolovski, cân giới hạn Meyerhof , lý thuyết mặt chảy dẻo Buhan Garnier,… Tuy nhiên, hai thập niên qua S W Sloan đồng nghiệp áp dụng lý thuyết phân tích giới hạn giải nhiều tốn địa kỹ thuật sử dụng phần tử hữu hạn phần tử bất liên tục Trong phần lý thuyết phân tích giới hạn sử dụng lời giải cận dùng ESFEMT3 chƣơng trình nón đƣợc tiến hành khảo sát cho vấn đề có xét đến ảnh hƣởng vị trí móng đặt mái dốc Thực trạng bờ sơng có nhiều cơng trình cơng cộng nhà đƣợc xây dựng, với nhiều kết cấu phức tạp, vị trí đặt khơng theo trật tự định Vì để đảm bảo việc đánh giá an tồn cho cơng trình này, tốn phân tích ổn định mái dốc có xét đến tải trọng móng cơng trình cần đƣợc quan tâm đƣợc trình bày phần Vấn đề chịu tải móng cứng đặt gần mái dốc cho Hình 4.3 Móng có bề rộng B đặt đồng với góc mái dốc với chiều cao H khoảng cách từ mép móng đến đỉnh mái dốc L Đất giả định đồng ứng xử theo tiêu chuẩn đàn – dẻo lý tƣởng Morh-Coulomb Tải giới hạn móng cứng khơng bị ảnh hƣởng góc mái dốc khoảng cách đặt móng L so với đỉnh mái dốc Khả chịu tải giới hạn phụ thuộc vào trọng lƣợng riêng đất, ảnh hƣởng đến ổn định tổng thể mái dốc Điều khơng giống với móng đặt mặt đất phẳng, mà khả chịu tải cực hạn độc lập với Khả chịu tải cực hạn tốn đƣợc xem xét đƣợc phát biểu dƣới dạng: L c p q H f , , u , , B B B B B Trong đó: - p: áp lực giới hạn trung bình tác động lên móng - q: tải phân bố Theo khả chịu tải đƣợc trình bày theo dạng khơng thứ ngun , L/B, cu/B, ảnh hƣởng độ thơ móng tải phân bố q/B đƣợc phân tích riêng lẽ H/B = tất phân tích, đủ để phá hủy xảy chân mái dốc L B Móng cứng H q Cu,γ,υu = Hình 4.3 Mơ hình hình học tốn móng, cơng trình đặt mái dốc Trong thực tế, mặt cắt bờ sơng bị xói mòn thay đổi theo thời gian, nên để an tồn xem xét trƣờng hợp bất lợi mái dốc thẳng đứng (bỏ qua phần mái dốc, nghĩa tăng độ an tồn cho tính tốn) Các thơng số địa chất lấy theo trƣờng hợp bất lợi Lớp địa chất số 2, đƣợc thiết lập tốn phân tích giới hạn cu/B = 5, q/B = 0, khoảng cách đặt móng so với đỉnh mái dốc L/B = ÷ Kết tính tốn cấu trƣợt hệ số ổn định mái dốc đƣợc thể Hình 4.4 đến Hình 4.11 Hình 4.4 Ổn định mái dốc: L/B = 0, Ns = 11.7234 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 1, Ns = 18.5593 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 2, Ns = 22.3178 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 3, Ns = 26.8507 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 4, Ns = 31.4405 Hình Ổn định mái dốc: L/B = 5, Ns = 35.7359 Hình 10 Ổn định mái dốc: L/B = 6, Ns = 39.5911 Hình 11 Ổn định mái dốc: L/B = 7, Ns = 41.8449 Nhận xét: Từ kết ta thấy: - Khi móng cơng trình xa đỉnh mái dốc (L/B lớn) hệ số ổn định mái dốc tăng, nghĩa việc xây dựng cơng trình xa mép bờ sơng an tồn - Khi L/B = 7, móng cơng trình khơng ảnh hƣởng đến mái dốc nữa, mà tác động cục nhƣ tốn móng nơng thiên nhiên CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Trong luận văn này, thuật tốn phân tích giới hạn dựa phƣơng pháp phần tử hữu hạn trơn ES-FEM kỹ thuật tối ƣu nón bậc hai đƣợc đề xuất Le [3] đƣợc phát triển cho mơ hình Morh-Coloumb mở rộng áp dụng cho tốn ổn định mái dốc tƣơng ứng với số liệu địa chất bờ sơng Tiền ngang qua địa phận tỉnh Đồng Tháp Hệ số ổn định mái dốc cấu trƣợt tƣơng ứng với mái dốc thực bờ sơng Tiền đƣợc xác định khuyến cáo cho cơng tác thiết kế chống sạt lở địa bàn tỉnh Đồng Tháp Phƣơng pháp đƣợc áp dụng tính tốn cho trƣờng hợp bất lợi địa chất góc mái dốc Trên sở đƣa giá trị tham chiếu cho đơn vị liên quan cơng tác thẩm định kiểm tra, giám sát cơng trình bờ kè cơng trình khác chống sạt lở Trong luận văn, ảnh hƣởng móng cơng trình xây dựng bờ sơng đƣợc phân tích tính tốn Kết tính tốn cho thấy rằng, cơng trình xây dựng xa đỉnh mái dốc hệ số ổn định mái dốc tăng, đồng thời khoảng cách từ đỉnh mái dốc đến mép móng cơng trình lớn lần kích thƣớc móng (L>7B) móng cơng trình khơng gây ảnh hƣởng đến mái dốc mà tác động cục nhƣ trƣờng hợp móng nơng thiên nhiên 5.2 KIẾN NGHỊ Tuy nhiên, để tăng hiệu tính tốn ứng dụng thực tiễn số vấn đề sau cần đƣợc quan tâm: - Để đạt đƣợc giá giá trị xác hệ số ổn định mái dốc số phần tử lƣới tính tốn cần tăng lên, nhiên dẫn đến chi phí tính tốn tăng theo Để khắc phục vấn đề kỹ thuật tái tạo lƣới tự động (mesh adaptivity) cần đƣợc xem xét, nghĩa lƣới vùng gần đƣờng trƣợt cần đƣợc tự động chia nhỏ để giảm sai số tính tốn - Cần xem xét tính tốn cho khơng đồng - Trong phƣơng pháp phần tử hữu hạn trơn, biến dạng cạnh hai phần tử lân cận đƣợc làm trơn dẫn đến khó khăn việc khai báo thơng số địa chất phần tử nằm biên tiếp giáp lớp đất Trong nghiên cứu tiếp cần xử lý vấn đề để mơ hình tốn có nhiều lớp đất có đặc trƣng khác Việc nghiên cứu sạt lở bờ sơng vấn đề phức tạp, cần kết hợp yếu tố nhƣ: địa chất, thủy văn, áp lực chủ động, áp lực bị động, lƣu lƣợng dòng chảy, áp lực dòng chảy, tƣợng bán nhật triều,…đặc biệt tình hình khai thác cát sơng nay./ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A V Lyamin and S W Sloan Upper bound limit analysis using linear finite elements and non-linear programming International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 26:181-216, 2002 [2] C V Le, H Askes, and M Gilbert A locking-free stabilized kinematic EFG model for plane strain limit analysis Computers and Structures, 106-107:1–8, 2012 [3] C.V Le, Nguyen-Xuan H, Askes H, Rabczuk T, Nguyen-Thoi T Computation of limit load using edge-based smoothed finite element method and secondorder cone programming International Journal of Computational Methods 2013; 10(1):1340004 [4] C.V Le, H Nguyen-Xuan, H Askes, S Bordas, T Rabczuk, and H NguyenVinh A cell-based smoothed finite element method for kinematic limit analysis International Journal for Numerical Methods in Engineering, 83:1651-1674, 2010 [5] Lyamin, A V & Sloan, S W 2002 Upper bound limit analysis using linear finite elements and non-linear programming International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 26, 181–216 [6] Lyamin, A V & Sloan, S W 2002 Lower bound limit analysis using nonlinear programming International Journal for Numerical Methods in Engineering 55, 573–611 [7] Lyamin, A V & Sloan, S.W 2003 Mesh generation for lower bound limit analysis Advances in Engineering Software 34, 321–338 [8] Lyamin, A V., Sloan, S W., Krabbenhoft, K & Hjiaj, M 2005 Lower bound limit analysis with adaptive remeshing International Journal for Numerical Methods in Engineering 63, 1961–1974 [9] Lysmer, J 1970 Limit analysis of plane problems in soil mechanics Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE 96, 1311–1334 [10] Makrodimopoulos A, Martin CM Lower bound limit analysis of cohesivefrictional materials using second-order cone programming Int J Numer Methods Eng 2006; 66:604–34 [11] Makrodimopoulos A, Martin CM Upper bound limit analysis using simplex strain elements and second-order cone programming International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 2006; 31:835–865 [12] Prandtl L Ueber die haerte plastischer koerper Nachrichtex der Akademie der Wissenschaften in Gottingen II Mathematisch-Physikalische Klasse II 1920; 12:74–85 [13] Smith C, Gilbert M 2007 Application of discontinuity layout optimization to plane plasticity problems Proc R Soc A 463, 2461–2484 [14] S W Sloan and P W Kleeman Upper bound limit analysis using discontinuous velocity fields Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 127:293-314, 1995 [15] S W Sloan, Randolph MF Numerical prediction of collapse loads using finite element methods Int J Numer Anal Methods Geomech 1982;6:47–76 [16] Terzaghi, K., Theoretical Soil Mechanics, John Wiley and Sons, New York (1943) CODE THAM KHẢO % -% Slope stability analysis using egde-based finite elements % Developed by Canh V Le, International Univeristy - VNU HCMC % clear all, format short global node element; global edges area_cell enrich_node ng; c = 0.088; % cohesion force phi = 6.9176*pi/180; % friction angle rho = 1.686; % weight of soil q = 0; % surcharge load % read mesh file -fid1 = fopen('mc60node.m','r'); count = 0; while tline = fgetl(fid1); if isnumeric(tline) break else [C2]= sscanf(tline,'%f %f %f %f') ; if size(C2,1)>0 count=count+1; node(count,1:2)=[C2(2) C2(3)]; end end end fclose(fid1); fid2=fopen('mc60element.m','r'); count=0; while tline = fgetl(fid2); if isnumeric(tline)%~ischar(tline) break else %[C2]= sscanf(tline,'%f %f %f %f ') ; [C2]= sscanf(tline,'%f %f %f %f %f %f %f %f') ; if size(C2,1)>0 count=count+1; %element(count,1:3)=[C2(2) C2(3) C2(4)]; element(count,1:3)=[C2(6) C2(7) C2(8)]; end end end fclose(fid2); % end read file ndof = 2; % number of displacement dofs per node nnode = size(node,1); % total sampling node number nel = size(element,1); % number of element sdof = nnode*ndof; % total system dofs for mechanical displacement Index = cell(nel,1); for i = 1:nel Index{i} = element(i,:); end % mesh plot patch('faces',element,'vertices',node,'facecolor','none'); axis equal, hold on % find nodes on boundary tol = 1e-9; x_max = max(node(:,1)); bc_left = find(abs(node(:,1))