Tính toán thảm bê tông và hệ số tin cậy trong thiết kế kè _ TS nguyễn thị diễm chi

TÍNH TOÁN THẢM BÊ TÔNG TRONG THIẾT KẾ KÈ CALCULATION OF CONCRETE CARPET IN DESIGN OF REVETMENTS TS NGUYỄN THỊ DIỄM CHI Khoa Công trình, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Ở nước ta, nguồn nguyên liệu đá dồi hầu hết tỉnh nên kết cấu kè truyền thống bảo vệ bờ sông thông dụng đá lát phần mái kè thả rọ đá bảo vệ chân kè Tuy nhiên, số địa phương đồng sông Cửu Long, đá vật liệu khan giá thành cao loại vật liệu xây dựng khác nên việc sử dụng bê tông liên kết thành thảm bê tông hiệu Bài báo nghiên cứu ứng dụng tính toán thảm bê tông thiết kế kè Abstract In Viet Nam, natural stone is available in almost provinces so traditional revetment structure is usually designed with stone for underwater part and slope of revetments However, some locations such as Mekong Delta, stone is limited and lead to construction cost of stone revetment is higher than other materials, the use of concrete carpet in construction of revetmentsis effectively This paper studies application of concrete carpet in design of revetments Keywords: stone, revetments, concrete carpet Giới thiệu chung Kè thảm bê tông gồm bê tông liên kết với dây cáp thép (hình 1.c) lớp vải địa kỹ thuật chống lại tác dụng phá hoại nước biển, tia cực tím mặt trời … Khe hở bê tông thường đổ đầy đá vụn, sỏi cao su (hình 1.b) nên thảm bê tông ổn định so với kết cấu kè thả đá rời Thảm bê tông có ưu điểm hiệu qủa sử dụng tốt, thi công nhanh Nhưng có nhược điểm làm ép thảm bị lật chịu tải trọng thủy lực Vì vậy, để tăng ổn định thảm, bê tông mép thảm thường dày nặng [1],[3],[4] S a) Lớp vải địa kỹ thuật b) c) Hình Ví dụ thảm bê tông a)Thảm bê tông tiêu chuẩn: bê tông ghim trực tiếp vào lớp vải lọc b)Thảm bê tông liên kết dầm: Khe hở bê tông làm đầy đá vụn, sỏi c)Thảm cáp: bê tông liên kết với dây cáp thép Các quy trình tính toán kè thảm bê tông 2.1 Tải trọng sóng Khi sóng tác dụng lên kè, dòng chảy sóng xuất dọc theo mái xuyên qua kè Lực sóng leo lên mái hướng ngược với trọng lực nên nguy hiểm so với sóng trườn xuống Khi tính toán tác động tải trọng sóng, hệ số kè F tương ứng với kết cấu kè lấy theo bảng [1],[3]: Bảng Hệ số kè thảm bê tông Kết cấu kè F Tấm bê tông cát 5-6 Tấm bê tông đất sét - Sét tốt - Sét trung bình 5-6 4,5-5 Thảm bê tông lớp lọc cấp phối hạt: - Thi công tốt 5-6 - Thi công trung bình 4-5 - Thi công -4 2.2 Ổn định đất Khi sóng tác dụng lên mái kè thảm bê tông neo chắn, tượng thảm bị trượt đẩy khó xảy Tuy nhiên, chuyển động nước xuyên qua mái kè thấm vào lớp đất gây tượng tích dẻo, hóa lỏng sụt mực nước làm lớp đất bị trượt cạn, đặc biệt đất cát Yếu tố quan trọng định kè ổn định hay không cấu đất Vì kiểm tra ổn định đất phải xem xét tiêu chuẩn thiết kế * Hiện tượng tích dẻo [1],[2] Sự tích dẻo đất có quan hệ tỷ lệ thuận với cấp cốt hạt, độ thấm độ nén nước khe hở Sự tích dẻo gây lên chế phá hoại như: Đẩy nâng trượt cục lớp bề mặt kè, sạt lở lớp đất Khi đất sét ướt, sức căng lớn nước xuất bề mặt tiếp giáp kè đất nên không xảy khả trượt lớp Khi lớp đất sét khô với nhiều khe nứt, cấu trúc cục, độ thấm lớn sức căng nước ảnh hưởng sâu nên lớp đất dễ bị trượt Biểu đồ hình biểu đồ thiết kế ổn định kè thảm bê tông đặt cát xây dựng o với giả thiết cát chặt trung bình có góc nội ma sát 35 Sop=0.02 Trượt Trượt Sop=0.05 Chiều cao sóng lớn Chiều dày lớp mặt (m) Chiều dày lớp mặt (m) Hình Biểu đồ ổn định trượt kè thảm bê tôngtrên o cát chặt có góc nội ma sát 35 [2] 1) Mái dốc 1:5; 2) Mái dốc 1:4; 3) Mái dốc 1:3; 4) Mái dốc 1:2 Khi thảm bê tông đặt lớp đệm lọc có chiều dày b, chiều dày lớp mặt biểu đồ xem là: D+b/∆1 Với ∆1 tỷ trọng tương đối lớp mặt nước, xác định theo công thức: ∆1=(1-)/ : Khối lượng đơn vị nước(kg/m ) 1: Khối lượng đơn vị lớp mặt (kg/m ) Với kè thảm bê tông: ∆1= 1,2 ÷ 1,9 * Hiện tượng hóa lỏng (1) Khi sức căng tải nước xuất làm giảm áp lực liên kết hạt giảm sức kháng trượt gây lên tượng hóa mềm hay hóa lỏng Khi lớp mặt đất đất sét lớp đệm lọc cấp phối hạt, tượng hóa lỏng không xuất Khi lớp mặt đất cát, tượng hóa lỏng không xuất nếu: - Độ dốc mái kè thoải 1:3 - Độ dốc mái kè thoải 1:2 chiều cao sóng nhỏ 2m - Độ dốc mái kè thoải 1:2 đất đầm chặt * Hiện tượng sụt giảm mực nước Sự nguy hiểm mực nước giảm phụ thuộc vào chiều dài rò rỉ, hay phụ thuộc vào tính chất lý lớp bề mặt lớp đất Nếu kè thảm bê tông đất cát chiều dài rò rỉ nhỏ nên giảm mực nước gây nguy hiểm cho kè Một kè thảm bê tông có độ dốc mái 1:2,chiều dày D = 0,1m, tỷ trọng tương đối lớp mặt -5 nước ∆1 = 1,3 cát Nếu chiều dài rò rỉ lớn 0,2 m, độ thấm lớp mặt ≤ 7,5.10 m/s, trường hợp tượng giảm mực nước tương đối nguy hiểm 2.3 Tải trọng dòng chảy Tải trọng dòng chảy tác dụng lên kè thảm bê tông phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy xác định theo công thức Pilarczyk [1]: (2) Thông số mái Ks ổn định thành phần kè phụ thuộc vào độ dốc mái α góc nội ma sát  vật liệu kè: Với thảm bê tông liên kết cáp có neo: Ks = cosα Với thảm không neo, bê tông ghép không liên kết: (3) Thông số ổn định  thông số Shield tới hạn  phụ thuộc vào loại kết cấu kè Thông số chiều sâu nước Khphụ thuộc vào cách thức phát triển độ ráp dòng chảy (4) h: Chiều sâu dòng sông α: Góc dốc mái kè Ứng dụng tính toán kè thảm bê tông Tính toán kè thảm bê tông chịu tác động tải trọng sóng dòng chảy rối với điều kiện biên sau: - Chiều cao sóng : Hs=0.5m; - Chu kỳ sóng : Tp=4s; - Độ dốc mái kè : cotgα =3; - Chiều sâu kênh dẫn : h = 1,5m - Vận tốc dòng chảy trung bình : uct= 3,2 m/s - Tỷ trọng tương đối : ∆1 = 1,5 Đất cát đầm chặt có D50 = 0,15mm với góc nội ma sát cát :1 = 35 Chiều dài rò rỉ xác định 0,2 m * Xét ảnh hưởng tải trọng sóng Chiều dài sóng nước sâu thời điểm đỉnh : Lop = g/2π.Tp = 25m o Độ dốc sóng : Sop = Hs/Lop=0,02 Thông số sóng vỡ : Thông số kè cát (tra bảng 1) : F=5 ÷ Tải trọng tới hạn : Hs/D= F op = 2.8 ÷3.4 Chiều dày yêu cầu bê tông theo tiêu chuẩn: D=0,15 ÷ 0,18m * Kiểm tra ổn định đất nền: -2/3 Hiện tượng tích dẻo: Theo biểu đồ hình 2, ứng với chiều dày D=0,15 ÷ 0,18m thảm bê tông neo tốt mái dốc 1:3 chiều cao sóng cho phép lớn hơn0,6 ÷ 0,8m Chiều cao sóng thiết kế Hs = 0.5m nên tượng tích dẻo không xảy Hiện tượng hóa lỏng: Vì cát đầm chặt độ dốc mái 1:3 nên theo quy định thiết kế không xảy tượng hóa lỏng Hiện tượng giảm mức nước: Vì kè thảm bê tông đất cát với chiều dài rò rỉ nhỏ (0.2m) nên không xảy nguy hiểm hạ mực nước ngầm * Xét ảnh hưởng dòng chảy - Hệ số xáo động dòng chảy rối : Kt=2,0 - Thông số chiều sâu nước : Kh=0,4 - Góc nội ma sát vật liệu kè Với kè bê tông có neo Với kè bê tông không neo - Thông số mái : =90 o : = ¾ 1 =26 o Với kè bê tông có neo : Ks=cosα =0,95 Với kè bê tông không neo : Ks=0,58 - Thông số ổn định kè : =0,5 cho phía thảm  = 0,75 cho mép thảm - Thông số Shield tới hạn kè : =0,07 Thay số trị giá trị uct ∆1 vào công thức Pilarczyk (2), chiều dày yêu cầu lớp bê tông sau: - Thảm có neo, chiều dày bê tông phía thảm: D=0,08m chiều dày bê tông mép thảm: D= 0,12m - Thảm không neo, chiều dày bê tông phía thảm: D=0,12m chiều dày bê tông mép thảm: D= 0,19m Kết luận Như vậy, chiều dày thảm bê tông phụ thuộc vào cấu trúc đất nền, chiều cao sóng phát triển dòng chảy Trong điều kiện biên tiêu chuẩn, chiều dày lớp thảm bê tông kè chịu ảnh hưởng tải trọng sóng lớn chiều dày thảm bê tông kè chịu tác động dòng chảy Khi kè chịu tải trọng sóng nên thiết kế thảm bê tông có neo tốt vào đất Để đảm bảo mép thảm bê tông không bị lật chịu tải trọng thủy lực, bê tông mép thảm nên thiết kế dày bê tông phía thảm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Klein Breteler, K W Pilarczyk, T Stoutjesdijk Design of alternative revetments.Coastal engineering 1998; [2] K.W Pilarczyk Dikes and Revetments 1998; [3] Nguyễn Văn Bản – Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam: Nghiên cứu ứng dụng làm chủ công nghệ thiết kế, thi công thảm bê tông tông bao khuôn (Fs) để bảo vệ bờ công trình thuỷ lợi 2004; [4] TCVN 8419: 2010, Công trình thủy lợi - Thiết kế công trình bảo vệ bờ sông để chống lũ; TÍNH ĐỘ TIN CẬY AN TOÀN CỦA KÈ BẢO VỆ MÁI DỐC LẮP GHÉP BẰNG CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG ĐÚC SẴN Nguyễn Quang Hùng1, Nguyễn Văn Mạo1, Tóm tắt: Kè bảo vệ mái dốc lắp ghép cấu kiện bê tông đúc sẵn liên kết ma sát loại kết cấu linh hoạt dễ biến dạng theo dùng phổ biến để bảo vệ mái đê, mái đập, bờ sông, bờ biển Việt Nam Do đặc điểm cấu tạo chịu tác động nhiều yếu tố bất định tự nhiên nên hệ thống kết cấu làm việc phức tạp Các phân tích kết cấu theo thiết kế truyền thống gặp nhiều hạn chế việc mô tả điều kiện biên hạn chế mô hình thiết kế tất định Bài báo trình bầy kết nghiên cứu độ tin cậy an toàn loại kè bảo vệ mái dốc theo hướng tiếp cận với toán phân tích hệ thống Bài báo tài liệu tham khảo cho thiết kế theo hướng khác phục hạn chế thiết kế truyền thống sử dụng loại kết cấu Việt Nam Từ khóa: kè bảo vệ mái dốc; Kết cấu linh hoạt; Độ tin cậy an toàn Đặt vấn đề1 Đã từ lâu, cấu kiện bê tông đúc sẵn sử dụng để thay vật liệu đá tự nhiên kết cấu kè chống sóng bảo vệ mái dốc đê, đập, bờ sông, bờ biển… Để giảm trọng lượng cấu kiện giảm thiểu chiều dầy kết cấu, cấu kiện liên kết lại với Hình thức liên kết cấu kiện với từ đơn giản đến phức tạp Các hình thức liên kết thường gặp liên kết tự chèn hay gọi liên kết ma sát, liên kết với móc sâu vào sợi dây chuỗi hạt… Kè cấu kiện bê tông đúc sẵn liên liên kết ma sát loại kết cấu “linh hoạt” dễ biến dạng theo nền, dùng phổ biến Việt Nam Hiện nhiều nước giới sử dụng mô hình thiết kế xác suất để tính toán công trình bảo vệ bờ Việt Nam thực tính toán theo mô hình thiết kế truyền thống Đây hạn chế lĩnh vực công trình bảo vệ bờ Viêt Nam cần sớm cải thiện Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu phát triển mô hình thiết kế theo xác suất vào tính toán kè bảo vệ mái dốc [1][2][3] [4] [5] Các loại cấu kiện hệ thống kết cấu mảng liên kết ma sát Các cấu kiện dùng kết cấu chống sóng bảo vệ mái đê, mái đập, bờ sông, bờ biển Việt Nam khối bê tông lập Đại học Thủy lợi phương, bê tông nhỏ hình chữ nhật khối lục lăng…Trong kết cấu, cấu kiện liên kết chặt chẽ với lực ma sát chúng lớn, có lợi mặt ổn định cho kết cấu Các nghiên cứu cải tiến xử lí mặt tiếp xúc cấu kiện cách vát xiên tạo gờ có quy luật, lắp ghép cấu kiện tự chèn khít vào nhau, lực ma sát cấu kiện tăng lên rõ rệt Các cấu kiện lắp ghép với tạo thành lớp phủ bề mặt mái dốc cần bảo vệ Trong kĩ thuật thủy lợi, lớp gọi lớp vỏ kè, kết cấu gọi kè bảo vệ mái dốc Kè bảo vệ mái dốc lắp ghép cấu kiện bê tông đúc sẵn thường chia thành mảng độc lập Kích thước mảng tùy thuộc vào quy mô kè Thông thường chiều rộng mảng lấy theo phương chiều dài đê đập từ 15- 20 m Chiều dài mảng lấy theo phương mái dốc Giới hạn mảng đỉnh kè, giới hạn chân kè, giới hạn bên mảng bờ Các cấu kiện mảng đặt tầng lọc ngược, biên trên, biên dưới, hai bên kết cấu liên kết chặt xuống mái dốc hình Mỗi mảng lắp ghép cấu kiện bê tông đúc sẵn (MLGBT) hệ kết cấu linh hoạt làm việc tương tác ba môi trường Nước – Đất – Công trình Mức độ linh hoạt kết cấu cao khả trì ổn định hệ thống kết cấu tốt [ 1] [2 ] [4 ] KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 37 Các phân tích kết cấu ổn định MLGBT thực Việt Nam Tải trọng tác động lên kè bảo vệ mái dốc bao gồm lực phát sinh từ môi trường nước lực thủy tĩnh, lực sóng…và lực phát sinh từ điều kiện địa kĩ thuật môi trường đất áp lực thấm, áp lực nước đẩy nổi… Cũng loại kết cấu bảo vệ mái dốc khác, MLGBT liên kết ma sát bị ổn định tổng thể bị lún không đều, bị trượt theo mặt tiếp xúc với mái dốc bị trượt theo khối trượt mái dốc Cơ chế phá hoại làm tách rời phần tử bao gồm cấu kiện thuộc mảng kết cấu biên dẫn đến MLGBT liên kết ma sát bị phá hoại có nhiều điểm khác so với loại kết cấu kè khác Giới hạn cấu kiện tách khỏi mảng nghiên cứu chi tiết, Cơ chế phá hoại tiêu chuẩn ổn định tùy thuộc vào loại cấu kiện loại liên kết cấu kiện mảng Kết nghiên cứu thí nghiệm MLGBT liên kết ma sát máng sóng mô làm việc mảng mô hình học phòng thí nghiệm Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam trường Đại học Thủy lợi năm 1995, theo dõi làm việc mảng trường cho thấy: cấu kiện mảng bị tách rời khỏi mảng kết cấu biên bị ổn định, không khắc phục kip thời mảng bị sóng phá hoại hoàn toàn Vì tính toán ổn định MLGBT liên kết ma sát lấy giới hạn liên kết cấu kiện mảng giới hạn liên kết kết cấu biên làm tiêu chuẩn phá hoại mảng Trong tính toán thiết kế nay, ổn định hầu hết loại cấu kiện thuộc MLGBT liên kết ma sát xét điều kiện cân đẩy Một số cấu kiện có cải tiến hình dạng nhằm tăng diện tích tiếp xúc, giới hạn phá hoại vào độ lớn trình chuyển vị cấu kiện bị đẩy khỏi mảng Ổn định kết cấu biên đánh giá theo chế phá hoại kiểu kết cấu hình thức liên kết với mái dốc MLGBT liên kết ma sát kết cấu không gian phức tạp, không thuộc vào loại kết cấu truyền thống Ở Việt Nam có số phân tích kết cấu chọn loại kết cấu làm đối tượng nghiên cứu Phân tích kết cấu MLGBT liên kết ma sát dựa sở xem mảng kết cấu Sử dụng sơ đồ dầm đàn hồi để tính mảng theo toán phẳng Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, sơ đồ dầm đàn hồi thay vị trí tiếp xúc phần tử ảo, kết tính toán gần với quy luật phá hoại mảng mô hình thí nghiêm Phân tích xem phân tích gần tham khảo thiết kế Các tính toán phần tử hữu hạn phần mềm SAMSEP sử dụng độ dài liên kết ma sát làm giới hạn liên kết cấu kiện Phân tích kết cấu MLGBT liên kết ma sát phần mềm ABAQS sử dụng phương pháp biến phân Penalty lấy thời điểm không lực ma sát làm giới hạn phá hoại liên kết Cho mảng làm việc với sóng thiết kế, đến cấu kiện rời khỏi mảng, xác định độ dầy cần thiết cấu kiện (hình ) Tuy số hạn chế mô điều kiện biên, phân tích kết cấu theo hướng mở triển vọng thực thiết kế MLGBT iiên kết ma sát máy tính Hình Sơ đồ tính phần tử tiếp xúc phần mềm ABAQS 38 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) Phần lớn tính toán thiết kế MLGBT liên kết ma sát dựa điều kiện ổn định đẩy cấu kiện ổn định kết cấu biên để định điều kiện ổn định mảng Mặt khác tính toán xét với tổ hợp tải trọng định trước cho kết cấu độc lập Mối quan hệ làm việc có tính hệ thống mảng tính ngẫu nhiên tải trọng chưa xét tới Hay nói cách khác tính toán thực theo mô hình thiết kế truyền thống, số đánh giá an toàn kết cấu hệ số an toàn [3 ][4 ][5] [6 ] [7 ][8 ] Hình Cấu tạo MLGBT Một cách xác định độ tin cậy an toàn MLGBT liên kết ma sát Theo xu tiến giới, tính toán kè bảo vệ mái dốc thực theo thiết kế xác suất, tiêu đánh giá an toàn độ tin cậy an toàn Mục báo trình bày nội dung tính toán độ tin cậy an toàn MLGBT liên kết ma sát theo hướng tiếp cận với toán phân tích hệ thống Các phân tích hệ thống kết cấu kè MLGBT tiến hành theo bước Các cấu kiện thân mảng Kết cấu chân kè Kết cấu đỉnh kè Kết cấu nối tiếp với mảng bên Bước Nhận biết hệ thống kết cấu MLGBT MLGBT có hai phần chính: thân mảng biên mảng Thân mảng gồm cấu kiện liên kết với theo kiểu liên kết ma sát Các cấu kiện đặt tầng lọc ngược gồm hai lớp, lớp vải lọc, lớp đá dăm Biên mảng chân kè có kết cấu dạng tường chắn đất Biên đỉnh kè có kết cấu dạng tường chắn sóng Hai phía lại mảng tiếp xúc với mảng khác hàng cấu kiện tương tự cấu kiện thân mảng có chiều dầy lớn hơn.( hình 1) MLGBT hệ kết cấu làm việc điều kiện tương tác ba môi trường Nước – Đất – MLGBT Các tải trọng tác dụng vào MLGBT phát sinh từ môi trường nước môi trường đất Tải trọng tác dụng vào cấu kiện thân mảng lực sóng, lực thủy tĩnh, lực thấm đẩy Chân kè tường chắn sóng, chịu tác dụng sóng, áp lực nước tĩnh áp lực đất Bước Mô hệ thống kết cấu mảng (1) Cây cố Các cấu kiện mảng, kết cấu biên, phần tử thuộc hệ thống kết cấu MLGBT Các phần tử liên kết với theo hình thức liên kết ma sát Mảng gọi xảy cố phần tử thuộc mảng xảy cố Từ quan điểm mô trình xảy cố hệ thống theo sơ đồ hình KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 39 Hình Cây cố MLGBT liên kết ma sát ( 2) Cơ chế phá hoại hàm tin cậy Các cấu kiện mảng bị phá hoại không thỏa mãn điều kiện cân sơ đồ hình Trong tổng thành phần trọng lượng thân (G cosα), lực ma sát (Fms) mặt tiếp xúc cấu kiện thành phần hàm sức chịu tải R= Gcosα +∑ Fms (1) Lực sóng âm (Ps) lực đẩy (Pđn) nước tác dụng vào cấu kiện thành phần hàm tải trọng N = Ps + Pđn (2) Theo điều kiện cân đẩy lập hàm tin cậy cấu kiện thuộc mảng: Z1 = (Gcosα +∑ Fms ) – ( Ps + Pđn ) (3) Các phần tử kết cấu chân tường chắn sóng đỉnh kè có liên kết với mái dốc theo sơ đồ hình Kết cấu tường chăn đất chân kè đỉnh kè bị pha hoại trượt, lật bị lún nghiêng ứng suất không đảm bảo… Hiện tượng phá hoại không xảy thỏa mãn biểu thức trạng thái giới hạn (công thức 4) R.m/ Kn ≥ nc N (4) Trong R, N sức chịu tải tải trọng tính toán, m hệ số điều kiện, Kn hệ số tin cậy, nc hệ số lệch tải Từ điều kiện an toàn (4) tiến hành thiết lập hàm tin cậy theo chế phá hoại lật, trượt… cho kết cấu chân kè tường chắn sóng đỉnh kè Ví dụ: Thiết lập hàm tin cậy chế phá hoại lật kết cấu chân kè hình Tổng mô men chống lật quanh điểm A xem thành phần hàm sức chịu tải (R) R = m/kn [(G – Pđn) l1 + Pđ2 h2 ] (5) Tổng mô men gây lật xem thành phần hàm tải trọng N = nc[ Pđ1 h1+ Psh3 ] (6) Hàm tin cậy Z2 cho chế phá hoại lật viết (6) 40 Z2 = m/kn [(G – Pđn) l1 ] - nc[ Pđ1 h1+ Psh3] (7) Trong G, Pđn,Pđ1 ,Pđ2 , Ps , l1 , h1 ,h2, h3 tổng tải trọng thẳng đứng, áp lực đẩy nổi, áp lực đất nước phía thượng lưu, áp lực đất nước phía hạ lưu, áp lực sóng cánh tay đòn mô men lực tính đến điểm A (hình 4) Tương tự thành lập hàm tin cậy cho chế phá hoại trượt, lún không đều, đẩy nổi… cho cấu kiện đỉnh kè chân kè Hai bên mảng cấu kiện tương tự cấu kiện mảng có chiều dầy dầy hơn, tinh toán thiết lập hàm tin cậy tương tự cấu kiện mảng Các đại lượng hàm tải trọng hàm chịu tải đại lượng ngẫu nhiên, xác định từ kết phân tích xác suất thống kê số liệu khảo sát đo đạc cụ thể mảng Bước Sơ đồ hóa hệ thống Căn vào đặc điểm cấu tạo, chế phá hoại sơ đồ cố xác định hệ thống kết cấu MLGBT liên kết ma sát hệ thống nối tiếp Sơ đồ hệ thống mảng hình Trong X1 phần tử thuộc thân mảng, X2 phần tử biên dưới, X3 phần tử thuộc biên trên, X4 phần tử biên phải trái mảng Bước Tính độ tin cậy phận mảng Các hàm tin cậy hàm biến tham số ngẫu nhiên, biến tham số tạo từ kết phân tích xác suất thống kê số liệu quan sát, quan trắc, khảo sát … mảng tính toán Mức độ phản ảnh xác với quy luật tự nhiên tình hình làm việc mảng phụ thuộc nhiều vào khả phản ảnh yếu tố ngẫu nhiên trình phân tích xác suất thống kê KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) phức số lẻ người ta quen dùng độ tin cậy an toàn để thay cho xác suất Quan hệ xác suất độ tin cậy hàm phân bố chuẩn sử dụng bảng lập sẵn P = Φ (β ) Độ tin cậy an toàn cấu kiện kết cấu hàm tin cậy có phân bố dạng chuẩn tính theo công thức (8)  Sơ đồ tính cấu kiện Tính chân kè Hình Sơ đồ tính ổn định cấu kiện, kết cấu chân kè tường chắn sóng Các hàm tin cậy hàm có quy luật phân bố xác suất quy luật phân bố chuẩn Mức độ phức tạp việc tìm xác suất độ tin cậy từ hàm tin cậy tùy thuộc vào quy luật phân bố xác suất hàm độ tin cậy Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, toán giải mức độ xác suất khác Các tính toán thực phương pháp lập bảng Exel sử dụng phần mềm, tùy thuộc vào mức độ phức tạp khối lượng cần tính toán toán Hình Sơ đồ hệ thống MLGBT liên kết ma sát Hiện giới phần lớn thiết kế công trình thủy lợi, chấp nhận kết tính với mức độ xác suất cấp độ hai Các tính toán thực cách gần cách tuyến tính hóa hàm phi tuyến đưa hàm có dạng phân bố chuẩn (1) Tính độ tin cậy an toàn cấu kiện kết cấu Xác suất an toàn cấu kiện kết cấu xác suất P(Z > 0) Trong tính toán để tránh phiền Z RN  Z  R2   N2 (8) Trong β số độ tin cậy an toàn cấu kiện hay kết cấu, σZ , σR , σN độ lêch chuẩn hàm Z, hàm sức chịu tải R hàm tải trọng N (2) Tính độ tin cậy hệ thống kết cấu mảng MLGBT liên kết ma sát Hầu hết toán tìm độ tin cậy tổng hợp hệ thống thường gặp phải vấn đề phức tạp hàm nhiều biến thường phải sử dụng phương pháp số, áp dụng phương pháp Monte Carlo … Phân tích hệ thống với mức độ xác suất cấp độ hai sử dụng định lí công định lí nhân xác suất để tính độ tin cậy tổng hợp hệ thống Các hệ thống kết cấu MLGBT liên kết ma sát mô tả hệ thống nối tiếp, xác suất an toàn hệ thống tính từ định lí cộng xác suất (9) Pht (Z > 0) = P1 (Z > 0) + P2 (Z > 0) + P3 (Z > 0) + P4 (Z > 0) (9) Trong P1 (Z > 0) , P2 (Z > 0) , P3 (Z > 0) , P4 (Z > 0) xác suất an toàn cấu kiện thân mảng, kết cấu biên trên, biên kết cấu liên kết hai bên Bước Phân tích kết Các kết thu tính toán xác suất an toàn thành phần thuộc hệ thống mảng xác suất an toàn hệ thống kết cấu MLGBT liên kết ma sát Phân tích ảnh hưởng xác suất thành phần đến xác suất hệ thống làm sở lựa chọn yếu tố tác động mạnh làm thay đổi phương án thiết kế theo hướng có lợi đưa những đối tượng biện pháp sửa chữa phù hợp cho mảng hữu công trình Ví dụ tính độ tin cậy hệ thống Trong khuôn khổ báo, ví dụ trình bầy cách tính độ tin cậy an toàn hệ thống có sơ đồ hình Trong độ tin cậy (β) cấu kiện kết cấu mảng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 41 tính theo công thức (8) sử dụng bảng P = Φ (β ) xác định xác suất an toàn cấu kiện thuộc mảng P1 (Z1 > 0) = 0,9848 , chân kè P2 (Z2 > 0) = 0,9976, đỉnh kè P3 (Z3 > 0) = 0,9982, hai biên P4 (Z4 > 0) = 0, 9954 Xác suất an toàn hệ thống tính theo công thức (9) ước lược theo biên dải rộng Pht = 0, 9848, sử đụng bảng P = Φ (β ) xác định độ tin cậy an toàn hệ thống kết cấu MLGBT liên kết ma sát ví dụ β = 2,16 [8 ] Kết luận (1) Bài báo khái quát dạng kết cấu MLGBT, tình hình nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế Việt Nam đồng thời giới thiệu phương pháp tính độ tin cậy an toàn kết cấu kè MLGBT liên kết ma sát theo hướng tiếp cận với phương pháp phân tích hệ thống (2) Thiết kế theo xác suất sử dụng độ tin cậy làm tiêu đánh giá an toàn MLGBT liên kết ma sát, khắc phục hạn chế thiết kế truyền thống phù hợp với phát triển mô hình thiết kế loại kết cấu Nội dung báo tài liệu tham khảo hữu ích cho thiết kế nghiên cứu MLGBT liên kết ma sát TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Mạo, Kè bảo vệ mái dốc, Thiết kế đê công trình bảo vệ bờ, Nhà xuất Xây dựng 2001 [2] Krystian W Pilarczyk, Dikes and Revetmen, 1992 [3] Nguyễn Quang Hùng, Luận văn Thạc sĩ ĐHTL, Hà Nội 2000 [4] Nguyễn Văn Mạo, Phạm Ngọc Quý, Nguyễn Quang Hùng & nnkh, Tổng kết kết cấu chân kè đê biển, nghiên cứu KHCN, Đề tài cấp Bộ 1996 [5] Phan Tấn Huy1, Nguyễn Đăng Hưng1, Nguyễn Văn Hiếu2, Phan Đức Tác3, Nguyễn Văn Mạo4 Slope protection structures, Structural analysis of inter-locking blocks PDT - CM 5874 & toe structure type HWRU-2001 by using ABAQUS ICEC 2012, Proceedings of the fourth International Conference on Estuaries and Coasts, volume [6 ] Phan Đức Tác, Phạm Ngọc Khánh, Thí nghiệm ổn định kè sử dụng cấu kiện Tsc – 178 mô hình cứng, Tập san Thủy Lợi 307 tháng 11-12/1995 [7] Phan Đức Tác, Đào Xuân Sơn, Nghiên cứu ổn định mảng mềm Tsc – 178 máng sóng, Tập san Thủy Lợi 307 tháng 11-12/1995 [8] Nguyễn Văn Mạo & nnkh, Cơ sở tính độ tin cậy an toàn đập, Nhà xuất Xây dựng 2014 (bản thảo) Abstract RELIABILITY ANALYSIS OF REVETMENTS USING INTERLOCKING CONCRETE BLOCKS Revetments by assembling precast concrete friction associated structures as flexible easy ground deformation commonly used for dye, dam slope protection and river, sea bank protection in Vietnam Nam Due to the physical characteristics and are affected by many uncertain factors of nature, it is a system of complex structural work The structure analysis in the traditional design met limitations in describing the boundary conditions as well as the limitations of deterministic design models This paper presents the results of a research into the revetment safety reliability in the direction of approach to the problem of system analysis The article is a reference for modern design to overcome the limitations of traditional designs are used for this structure in Vietnam Key words: Revetments; Flexible structure; Safety reliability Người phản biện: PGS.TS Mai Văn Công 42 BBT nhận bài: 28/2/2014 Phản biện xong: 11/3/2014 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) ... tông phía thảm: D=0,08m chi u dày bê tông mép thảm: D= 0,12m - Thảm không neo, chi u dày bê tông phía thảm: D=0,12m chi u dày bê tông mép thảm: D= 0,19m Kết luận Như vậy, chi u dày thảm bê tông phụ... chảy Khi kè chịu tải trọng sóng nên thiết kế thảm bê tông có neo tốt vào đất Để đảm bảo mép thảm bê tông không bị lật chịu tải trọng thủy lực, bê tông mép thảm nên thiết kế dày bê tông phía thảm. .. liệu kè Với kè bê tông có neo Với kè bê tông không neo - Thông số mái : =90 o : = ¾ 1 =26 o Với kè bê tông có neo : Ks=cosα =0,95 Với kè bê tông không neo : Ks=0,58 - Thông số ổn định kè :