Nghiên cứu sự an toàn của nền đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn hiện hành và theo lý thuyết độ tin cậy

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ……………………………………………………… DANH MỤC BẢNG BIỂU…………………………………………………… LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………… … MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 1.1 Sự cần thiết đề tài 1.2 Mục đích đề tài………………………………………………… 1.3 Phương pháp phạm vi nghiên cứu đề tài………………… 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài………………………… 8 8 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 10 TÍNH TỐN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU…………………… 1.1 Khái niệm đất yếu……………………………………………… 1.2 Những cố thường xảy đắp đất yếu………… 1.2.1 Phá hoại trượt trụ tròn……………………………………… 1.2.2 Phá hoại lún trồi………… ………………………………… 1.3 Các giải pháp khắc phục cố đắp đất yếu… 1.3.1 Sửa chữa hình học 10 11 11 12 13 13 1.3.2 Xây dựng theo giai đoạn………………………………………… 1.3.3 Cải thiện tính chất đất yếu…………………………… 1.3.4 Các phương pháp khác……… ………………………………… 1.4 Các phương pháp tính tốn ổn định đắp đất yếu……… 1.4.1 Tính tốn đắp đất yếu theo quan điểm tiền định… 1.4.2 Sự cần thiết tính tốn đắp đất yếu theo quan điểm 14 15 16 16 16 lý thuyết độ tin cậy…………………………………………… 1.4.2.1 Những vấn đề tồn phương pháp trạng 22 thái giới hạn………………… ……………………………… 22 1.4.2.2 Sự cần thiết tính kiểm tra ổn định đắp đất yếu theo lý thuyết độ tin cậy…………………………… 23 CHƯƠNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU THEO TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH VÀ THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN 25 CẬY 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn tiền định đắp đất yếu 25 2.2 Tính tốn đắp đất yếu theo Tiêu chuẩn hành… 36 2.2.1 Các Tiêu chuẩn thiết kế đất yếu hành… ………… 36 2.2.2 Tính tốn ổn định đắp đất yếu trượt trụ tròn………………………………………………………………… 37 2.2.3 Tính tốn ổn định đắp đất yếu lún trồi…… 42 2.3 Tính tốn đắp đất yếu theo lý thuyết độ tin cậy……… 43 2.3.1 Nguyên tắc tính toán đắp đất yếu theo lý thuyết độ tin cậy [4]…………………………………………………… 43 -1- 2.3.2 Phương pháp tính tốn độ tin cậy ổn định đắp đất yếu 2.3.3 Phương pháp mơ hình hóa thống kê bước tính tốn độ tin cậy cơng trình 2.3.4 Độ tin cậy ổn định đắp đất yếu trượt sâu 2.3.4.1 Thuật toán tiền định 2.3.4.2 Q trình mơ hình hóa thống kê CHƯƠNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TRONG CƠNG TRÌNH CỤ THỂ 3.1 Giới thiệu cơng trình “Gói thầu số (km 0+00 ÷ km 2+00) – Đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây” 3.2 Tài liệu cơng trình đắp đất yếu………………… … 3.2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo……………… …………………… 3.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn……………………………………… 3.2.3 Đặc điểm địa chất khu vực……………………………………… 3.2.4 Đặc điểm địa chất cơng trình đường …………………… 3.3 Tính tốn ổn định đắp đất yếu theo Tiểu chuẩn 45 hành… ……………………………………………………… 3.3.1 Tính tốn ổn định đắp đất yếu lún 64 trồi…………………………………………………………….…… 3.3.2 Tính tốn ổn định đắp đất yếu trượt trụ 64 48 52 52 55 59 59 60 60 60 61 61 tròn………………………………………………………………… 65 3.4 Tính tốn độ tin cậy ổn định cơng trình đắp đất yếu………………………………………………………………… 68 3.5 Phân tích kết tính tốn…………… ……… 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 86 Kết luận………………………………………………………………… 86 Kiến nghị………………………………………………………………… 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC TRÌNH TỰ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ỔN ĐỊNH NHỎ NHẤT K MIN VÀ MẶT TRƯỢT TRÒN NGUY HIỂM NHẤT THEO PHẦN MỀM GEOSLOPE………………………………………………………………………… 90 -2- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các phá hoại dạng mặt trượt trụ tròn Hình 1.2 Phá hoại đắp lún trồi Hình 1.3 Nguyên tắc xây dựng đắp theo giai đoạn Hình 1.4 Xây dựng theo giai đoạn - Sơ đồ xét tới việc tăng lực dính cố kết Hình 2.1 Các mặt trượt có bán kính cung trượt khác Hình 2.2 Phân tích ứng suất tổng φu = Hình 2.3 Ảnh hưởng khe nứt căng phân tích ứng suất tổng Hình 2.4 Phương pháp phân mảnh Hình 2.5 Sơ đồ tác dụng lực Hình 2.6 Mảnh đơn giản hóa Bishop Hình 2.7 Sơ đồ dạng ổn định đắp đất yếu trượt Hình 2.8 Sơ đồ xác định hệ số Kminmin theo phương pháp mò tìm -3- Hình 2.9 Sơ đồ tính tốn ổn định trượt theo phương pháp Bishop Hình 2.10 Sơ đồ ổn định đắp đất yếu lún trồi Hình 2.11 Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải Nc đất yếu Hình 2.12 Sơ đồ tính tốn ổn định đắp đất yếu Hình 3.1 Bản đồ hướng tuyến Đường cao tốc TP Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây Hình 3.2 Mặt cắt ngang điển hình tính tốn Hình 3.3 Kiểm tốn ổn định đường với trường hợp chiều dày lớp đất yếu H1 = 10m Hệ số ổn định Kmin = 1,218 Hình 3.4 Kiểm tốn ổn định đường với trường hợp chiều dày lớp đất yếu H1 = 6m Hệ số ổn định Kmin = 1,255 Hình 3.5 Kiểm toán ổn định đường với trường hợp chiều dày lớp đất yếu H1 = 12m Hệ số ổn định Kmin = 1,219 Hình 3.6 Sơ đồ tính tốn ổn định đắp đất yếu Gói thầu số – Đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây Hình 3.7 Chương trình tính tốn tiền định Hình 3.8 Số liệu tính tốn tiền định Hình 3.9 Kết tính tốn tiền định Hình 3.10 Số liệu tính tốn xác suất Hình 3.11 Kết tính tốn xác suất Hình 3.12 Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê của: a) mômen chống trượt Mg; b) mômen gây trượt Mtr , φ1 = 150 (bảng 3.6) Hình 3.13 Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê mômen chống trượt Mg khi: a) φ1 = 250 ; b) φ1 = 450 (bảng 3.6) Hình 3.14 Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê mômen chống trượt Mg khi: a) φ2 = 5,150 ; b) φ2 = 7,150 (bảng 3.8) Hình 3.15 Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê mômen chống trượt Mg khi: a) c1 = 25 kPa ; b) c1 = 35 kPa (bảng 3.7) Hình 3.16 Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê mômen chống trượt Mg khi: a) c2 = 11 kPa ; b) c2 = 14 kPa (bảng 3.9) Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ: 1- hệ số ổn định KB φ1 (a), KB c1 (b); -4- 2- độ tin cậy P φ1 (a), P c1 (b) Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ: 1- hệ số ổn định KB φ2 (a), KB c2 (b); 2- độ tin cậy P φ2 (a), P c2 (b) Hình 3.19 Minh họa phân bố thống kê góc nội ma sát  lực dính đơn vị c DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thống kê phân bố lớp Bảng 3.2: Các đặc tính lý lớp Bảng 3.3: Thống kê phân bố lớp Bảng 3.4: Các đặc tính lý lớp Bảng 3.5: Các số liệu đưa vào tính tốn ổn định đắp đất yếu Bảng 3.6: Kết tính tốn cho giá trị φ1 thay đổi Bảng 3.7: Kết tính tốn cho giá trị c1 thay đổi Bảng 3.8: Kết tính tốn cho giá trị φ2 thay đổi Bảng 3.9: Kết tính tốn cho giá trị c1 thay đổi -5- LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn, PGS.TS Nguyễn Văn Vi, cùng các Thầy, các Cơ Khoa Cơng trình thủy, Viện Đào tạo Sau đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tơi śt quá trình học tập và nghiên cứu Tơi cũng xin được tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và gia đình, sư khích lệ đợng viên tạo điều kiện về vật chất cũng tinh thần là một nguồn lưc to lớn giúp vượt qua những khó khăn śt quá trình học tập và nghiên cứu đê hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật này Hải Phòng, ngày 06 tháng 09 năm 2015 Học viên Vũ Văn Nghĩa -6- MỞ ĐẦU 1.1 Sự cần thiết đề tài Đất yếu là loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn, thường gặp nước ta Khi xây dưng nền đắp đất yếu nếu không được khảo sát, thiết kế cẩn thận và có biện pháp xử lý thích đáng nền đắp xây dưng đó thường dễ mất ổn định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh hưởng xấu đến việc khai thác và sử dụng mặt nền Đã có nhiều phương pháp được nêu đê tính toán ổn định và lún nền đắp đất yếu, đó có phương pháp đã được đưa vào Tiêu chuẩn hành Các phương pháp này phản ảnh mức đợ nào đó thưc trạng cơng trình bị mất ổn định Tuy nhiên, các phương pháp này mang tính tiền định, không xét một cách đầy đủ đặc tính ngẫu nhiên các tham số tính toán đất nền, đất đắp và các tải trọng được đưa vào tính toán, cũng không xét đến yếu tố thời gian Do đó, nhiều trường hợp, công trình nền đắp đã bị mất ổn định lún quá nhiều gây hậu nghiêm trọng mặc dù việc thiết kế, thi cơng và khai thác cơng trình nền đã tuân thủ nghiêm ngặt các Tiêu chuẩn, Quy phạm hành Rõ ràng, cần phải xét đến đặc tính ngẫu nhiên các tham số đất và tải trọng tính toán cơng trình nền đắp Việc đánh giá an toàn nền đắp đất yếu xét đến đặc tính ngẫu nhiên các tham số kê chỉ được giải quyết -7- sở lý thút xác śt và đợ tin cậy Vì thế, đề tài “Nghiên cứu an toàn đắp đất yếu theo tiêu chuẩn hành theo lý thuyết độ tin cậy” có tính cấp thiết và giải quyết vấn đề là mục đích Luận văn này 1.2 Mục đích đề tài So sánh sư an toàn nền đắp đất yếu tính toán theo tiêu chuẩn hành và theo lý thuyết độ tin cậy, ứng dụng phương pháp đê tính toán nền đắp đất yếu điều kiện cụ thê mợt cơng trình 1.3 Phương pháp phạm vi nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu các tài liệu thí nghiệm từ các nguồn khác kết hợp với phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phạm vi nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu ổn định về trượt sâu, về lún trời cơng trình nền đắp đất ́u theo các Tiêu chuẩn hành và theo lý thuyết độ tin cậy 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần hoàn thiện sở lý thuyết cho việc thiết kế và thi công nền đắp đất yếu Ý nghĩa thực tiễn: Lý giải được những nguyên nhân xảy nhiều sư cố nền đắp đất yếu thiết kế và thi công nền đắp đất yếu đã tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn hành đê có giải pháp tránh được những sư cố này -8- CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm đất yếu Cho đến nay, khái niệm đất yếu chưa thật rõ ràng và thống nhất tùy theo quy mơ cơng trình và tải trọng tác dụng mà nền đất có mức độ tương tác với cơng trình khác Có đất nền là ́u với cấp loại cơng trình này lại khơng ́u với cấp loại cơng trình khác Theo quan niệm nhiều nhà khoa học về địa kỹ thuật và về xây dưng, đất yếu thường được hiêu sau [2], [13]: Đất yếu là loại đất có độ ẩm lớn 80%, mô đun biến dạng thấp, với khoảng áp lưc (0,05÷0,3) MPa E0 ≤ MPa Đất yếu là đất có khả chịu tải thấp, khoảng(0,05÷0,1) MPa Góc ma sát đất φ = 20÷100, lưc dính đơn vị khoảng (0,002÷0,03) MPa Tính biến dạng lớn, thế nằm tư nhiên đất yếu có mật đợ khơng lớn – tải trọng (0,1÷0,15) MPa đợ lún đất có thê đạt đến (10÷15)% chiều dày lớp đất Thông thường, hệ số rỗng các đất ́u e > 1,0 Quá trình cớ kết đất yếu diễn khoảng thời gian rất dài Do khả thấm nhỏ, hệ số thấm dao đợng khoảng (10 ‒6÷10‒9) cm/s, nên đợ lún ći cùng cơng trình kéo dài có đến hàng chục năm Vì thế, nếu khơng có biện pháp xử lý đúng đắn việc xây dưng cơng trình đất yếu rất khó khăn không thê thưc được Theo 22TCN 262-2000 [1], tùy theo nguyên nhân hình thành, đất ́u có thế có ng̀n gớc khoáng vật hoặcnguồn gốc hữu Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét á sét trầm tích nước ven biên, vùng vịnh, đầm hồ, đồng tam giác châu; loại này có thê lẫn hữu quá trình trầm tích (hàm lượng hữu có thê tới 10 - 12 %) nên có thê có mầu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất y ếu nếu -9- trạng thái tư nhiên, độ ẩm chúng gần cao giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5 , á sét e ≥ 1), lưc dính с theo kết cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát φ từ 00 – 100 lưc dính từ kết thí nghiệm cắt cánh trường сu ≤ 0,35 daN/cm2 Ngoài các vùng thung lũng còn có thê hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8) Loại có nguồn gốc hữu thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mưc nước ngầm cao, tại các loài thưc vật phát triên, thối rữa và phân hủy, tạo các vật lắng hữu lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc khơng mịn (vì lẫn các tàn dư thưc vật) 1.2 Những cố thường xảy đắp đất yếu Nền đắp đất yếu thường được thi công nhanh, đó ứng suất đất yếu cũng áp lưc nước lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho cường độ kháng cắt đất trở nên không kịp đủ cân với ứng suất cắt tải trọng gây khối đất Đó là lý làm cho nền đắp đất yếu dễ bị phá hoại quá trình xây dưng, và là những phá hoại trước mắt Sau xây dưng, áp lưc nước lỗ rỗng giảm xuống, cường độ kháng cắt tăng lên và độ ổn định nền được cải thiện Tương quan τmax= C’ + (σ – u)tgφ’ giữa cường độ kháng cắt τmax đất với ứng suất có hiệu σ’= σ – u cho phép ta giải thích tượng Từ những điều và kinh nghiệm cho thấy các hư hỏng nền đắp đất yếu thường là các phá hoại trượt quay với cung trượt tròn Trong các trường hợp đặc biệt, nền đất thiên nhiên rất đồng nhất đáy nền đất được tăng cường cấu sư phá hoại là cấu phá hoại đất nền chịu tác dụng một móng nông Trong trường hợp này đất nền bị phá hoại theo kiêu lún trồi và việc tính toán độ ổn định được tiến hành tính móng nông cổ điên 1.2.1 Phá hoại trượt trụ tròn Kiêu phá hoại này thường gặp xây dưng đường dạng hình học thơng thường nền đắp Một mặt trượt dạng trụ tròn được sinh nền đắp bị lún cục -10- tính toán, thế trường hợp xác suất xảy 2tt  (h 3.19) hệ sớ ổn định chỉ là KB = 1,26