Nghiên cứu phương pháp tính ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tương thích của lực tương tác - ứng dụng cho xây dựng đê biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM PHAN TIẾN AN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN TƢƠNG THÍCH CỦA LỰC TƢƠNG TÁC - ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM PHAN TIẾN AN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN TƢƠNG THÍCH CỦA LỰC TƢƠNG TÁC - ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ 62 58 40 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Phan Trƣờng Phiệt PGS.TS Vũ Đình Hùng HÀ NỘI - 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả Phan Tiến An LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận án, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể thầy hƣớng dẫn: GS.TS Phan Trƣờng Phiệt (Trƣờng Đại học Thuỷ lợi) PGS.TS Vũ Đình Hùng (Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn) hƣớng dẫn tận tình suốt trình nghiên cứu viết luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Vụ Giáo dục Đại học Sau đại học - Bộ Giáo dục Đào tạo, Viện Thuỷ công, Trung tâm Đào tạo Hợp tác quốc tế, Viện khoa học thủy lợi Việt Nam, Vụ Kế hoạch – Tài chính, Tổng cục Thuỷ lợi - Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn tạo điều kiện thuận lợi nhất, quan tâm giúp đỡ mặt suốt trình nghiên cứu để luận án đƣợc hoàn thành Tác giả trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng (Viện Địa Chất, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) tận tình giúp đỡ để Nghiên cứu sinh hoàn thành nội dung luận án Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình tích cực giúp đỡ, khích lệ tinh thần suốt trình thực luận án Tác giả Phan Tiến An MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài luận án Mục đích luận án Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 6.Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Những đóng góp luận án Cấu trúc luận án Chƣơng I: Tổng quan 5 1.1 Đặc điểm đê biển Việt Nam 1.1.1 Đê biển đƣợc thiết kế nhƣ công trình bán vĩnh cửu 1.1.2 Đê biển phải tràn nƣớc 1.1.3 Đê biển công trình có khối lƣợng đào đắp lớn 1.1.4 Đặc điểm địa chất đê đất đắp đê biển 10 1.2 Vải địa kỹ thuật công nghệ đất có cốt VĐKT 1.2.1 Vải địa kỹ thuật 10 1.2.2 Công nghệ đất có cốt 14 1.2.3 Một số ứng dụng công nghệ đất có cốt VĐKT xây 19 dựng đê biển nƣớc ta giới 1.3 Các phƣơng pháp tính toán ổn định mái dốc đê, đập đất 22 thƣờng dùng 1.3.1 Phƣơng pháp phân tích giới hạn 23 1.3.2 Phƣơng pháp cân giới hạn 23 1.3.3 Phƣơng pháp tính toán ổn định mái dốc có cốt VĐKT 33 thƣờng dùng 1.3.4 Nhận xét 37 38 1.4 Kết luận chƣơng I Chƣơng II: Nghiên cứu sở lý thuyết phƣơng pháp phân tích ổn 40 định mái dốc có xét đến điều kiện tƣơng thích lực tƣơng tác 40 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp 2.2.1 Hệ phƣơng trình phƣơng pháp 2.2.2 Phƣơng pháp xác định giá trị hai đại lƣợng Ei Xi 2.3 Kết luận chƣơng II Chƣơng III: Kiểm định phƣơng pháp luận 3.1 Xây dựng phần mềm tính toán ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tƣơng thích lực tƣơng tác 3.1.1 Tóm tắt phƣơng trình tính toán giá trị đại lƣợng ∆E ∆X tác dụng lên thỏi đất trƣờng hợp khác 3.1.2 Xây dựng phần mềm tính toán ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tƣơng thích lực tƣơng tác 3.2 Tính toán kiểm chứng phƣơng pháp luận 3.2.1 Kết tính toán với cung trƣợt trạng thái cân giới hạn (Hệ số an toàn ổn định Fs=1) 3.2.2 Kết tính toán với cung trƣợt có hệ số an toàn ổn định Fs khác 3.3 Kết luận chƣơng III Chƣơng IV: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất có cốt VĐKT công trình thử nghiệm (Đê biển Bình Minh - Kim Sơn Ninh Bình) 4.1 Giới thiệu chung công trình thử nghiệm 4.2 Thí nghiệm xác định tƣơng tác cốt VĐKT đất 4.2.1 Mục đích thí nghiệm 4.2.2 Thí nghiệm xác định lực dính, góc ma sát đất VĐKT 4.2.3 Kết thí nghiệm 4.3 Thí nghiệm mô hình vật lý tỷ lệ 1:1 4.3.1 Mục tiêu thí nghiệm 4.3.2 Trƣờng hợp thí nghiệm thao tác thí nghiệm 4.3.3 Kết thí nghiệm 4.4 Thiết kế thi công đoạn đê thử nghiệm Bình Minh (Kim Sơn - Ninh Bình) 4.4.1 Các tiêu thiết kế 41 41 44 59 61 61 61 63 65 65 68 78 80 80 82 82 82 84 86 86 87 89 94 94 4.4.2 Thi công công trình thử nghiệm 4.5 So sánh đánh giá hiệu từ công trình thử nghiệm 4.5.1 Về kết cấu mặt cắt đê 4.5.2 Về biến dạng đê 4.5.3 Về tiến độ thời gian đắp đê 4.5.4 Về cố kết ổn định đê 4.5.5 Về khả chịu nƣớc tràn đê 4.5.6 Về hiệu kinh tế 4.6 Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu để tính toán với công trình thử nghiệm 4.6.1 Trƣờng hợp tính toán 4.6.2 Kết tính toán 4.7 Kết luận chƣơng IV 96 100 100 100 101 102 102 103 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 Kết luận Kiến nghị CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC 103 103 107 109 110 111 112 118 119 134 140 142 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Tổng số đại lƣợng lực tác dụng lên khối đất trƣợt 25 gồm n thỏi đất Bảng 1.2 Phƣơng pháp xác định hệ số KK Bảng 3.1 Kết tính toán hệ số an toàn ổn định mái đất theo 69 PP Tƣơng thích PP Bishop đơn giản TH1 Bảng 3.2 Kết tính toán hệ số an toàn ổn định mái đất theo 72 PP Tƣơng thích PP Bishop đơn giản TH2 Bảng 3.3 Kết tính toán hệ số an toàn ổn định mái đất theo 74 PP Tƣơng thích PP Bishop đơn giản TH3 Bảng 4.1 Một số tiêu lý lớp đất Bảng 4.2 Hệ số fds, fpo cho đất đắp đê Binh Minh (Ninh Bình) 85 loại đất tham khảo khác Bảng 4.3 Hệ số ổn định 02 cung trƣợt nguy hiểm theo % 105 huy động lực kéo VĐKT 35 81 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đất trộn cốt Trang 15 Hình 1.2 Khối đất trộn mảnh lƣới địa kỹ thuật 15 Hình 1.3 Lấp hàm ếch chống sạt lở bờ sông đống nòng 16 nọc đất Hình 1.4 Vòng Mohr ứng suất đất Hình 1.5 Xác định tính chất học đất có cốt theo quan 17 điểm vật liệu máy ba trục Hình 1.6 Lá nhôm làm cốt vết nứt, rách nhôm 17 mẫu thí nghiệm trạng thái phá hoại Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo tƣờng - mái đất có cốt vải địa kỹ thuật cuộn lên làm mặt tƣờng (theo cách tính toán 18 Broms,1980) với đất tốt Hình 1.8 Xác định chiều dài neo lneo theo mặt trtƣợt 18 Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống cốt cốt phụ 18 Hình 1.10 Sơ đồ cung trƣợt lực tác dụng lên thỏi đất thứ i 24 Hình 1.11 Sơ đồ lực theo PP Fellenius 27 Hình 1.12 Sơ đồ lực theo PP Bishop đơn giản 27 Hình 1.13 Sơ đồ lực theo PP Spencer 28 Hình 1.14 Hàm biến thiên hƣớng tác dụng lực tƣơng tác 29 PP GLE Hình 1.15 Sơ đồ lực theo PP Janbu Hình 1.16 Sơ đồ xác định lực kéo Vkéo theo phƣơng pháp mặt 35 trƣợt Hình 1.17 Sơ đồ lực tác dụng vào thỏi đất có lực neo Hình 1.18 Vị trí lớp cốt bị uốn theo mặt trƣợt mái đất bị phá 36 hoại theo mặt tâm O, bán kính R Hình 1.19 Sơ đồ thực xét đến lực kéo cốt nằm ngang Hình 1.20 Sơ đồ xét góc lệch  lực neo Vi [Sổ tay kỹ thuật 37 móng Canada] Hình 2.1 So sánh hƣớng tác dụng lực tƣơng tác PP: 40 16 31 35 36 GLE Janbu Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên thỏi đất theo PP tƣơng 41 thích Hình 2.3 Mô hình vật lý cua khối đất trƣợt 44 Hình 2.4 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH1 48 Hình 2.5 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH2 50 Hình 2.6 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH 52 Hình 2.7 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH 54 Hình 2.8 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH5 55 Hình 2.9 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH 6.a 56 Hình 2.10 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH 6.b 57 Hình 2.11 Đa giác lực tác dụng lên thỏi đất TH 6.3 58 Hình 3.1 Sơ đồ khối xác định cung trƣợt trạng thái cân 64 giới hạn Hình 3.2 Sơ đồ khối xác định hệ số ổn định cung trƣợt 64 không trạng thái cân giới hạn Hình 3.3 Sơ đồ thân đê phân chia thỏi đất tính ổn định 66 Hình 3.4 Phân bố W,ΔΧ, ΔE lát cắt TH Fs=1 66 Hình 3.5 Phân bố Wcosαtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ 67 lát cắt TH Fs=1 Hình 3.6 Phân bố lực kháng trƣợt lát cắt theo hai phƣơng 67 pháp TH FStt=1 Hình 3.7 Đồ thị chứng minh tăng ΔΧ, ΔE 68 Hình 3.8 Cung trƣợt tính toán trƣờng hợp 68 Hình 3.9 Hệ số ổn định theo PP Bishop đơn giản PP tƣơng 70 thích TH1 Hình 3.10 Cung trƣợt tính toán trƣờng hợp Hình 3.11 Hệ số ổn định theo PP Bishop đơn giản PP tƣơng 71 thích TH2 Hình 3.12 Cung trƣợt tính toán trƣờng hợp Hình 3.13 Hệ số ổn định theo PP Bishop đơn giản PP tƣơng 78 thích TH3 71 73 data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... VIỆT NAM PHAN TIẾN AN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN TƢƠNG THÍCH CỦA LỰC TƢƠNG TÁC - ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ... toán ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tƣơng thích lực tƣơng tác 3.2 Tính toán kiểm chứng phƣơng pháp luận 3.2.1 Kết tính toán với cung trƣợt trạng thái cân giới hạn (Hệ số an toàn ổn định. .. toán ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tƣơng thích lực tƣơng tác 3.1.1 Tóm tắt phƣơng trình tính toán giá trị đại lƣợng ∆E ∆X tác dụng lên thỏi đất trƣờng hợp khác 3.1.2 Xây dựng phần mềm tính