Đang tải... (xem toàn văn)
TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC KHI MỰC NƯỚC TRÊN MÁI RÚT NHANHA. GIỚI THIỆU CHUNG Việc xem xét đất có thoát nước hay không có thể đánh giá thông qua việc xác định hệ số không thứ nguyên Trong đó: Cv: là hệ số cố kết t: là thời gian nước rút D: là chiều dài thoát nước Theo Duncan, Wright nếu giá trị T3, hầu hết áp lực kẽ rỗng tăng thêm sinh ra trong quá trình nước rút sẽ tiêu tán hết. Trong trường hợp đó có thể coi vật liệu là thoát nước. Đối với hầu hết các loại đất có hệ số thấm K104cms ở tốc độ rút nước bình thường (0.1mngđ) có thể coi là thoát nước. Khi đó cường độ chống cắt thoát nước có thể sử dụng để tính toán cho loại đất này.
Tính toán ổn định mái dốc mực nớc m¸i rót nhanh TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC KHI MỰC NƯỚC TRÊN MÁI RÚT NHANH A GIỚI THIỆU CHUNG Việc xem xét đất có nước hay khơng đánh giá thông qua việc xác định hệ số không thứ nguyên T Trong đó: Cvt D2 - Cv: hệ số cố kết - t: thời gian nước rút - D: chiều dài thoát nước Theo Duncan, Wright giá trị T3, hầu hết áp lực kẽ rỗng tăng thêm sinh trình nước rút tiêu tán hết Trong trường hợp coi vật liệu thoát nước Đối với hầu hết loại đất có hệ số thấm K10-4cm/s tốc độ rút nước bình thường (0.1m/ngđ) coi nước Khi cường độ chống cắt nước sử dụng để tính tốn cho loại đất Hiện tượng nước rút nhanh xảy thời điểm bao gồm giai đoạn thi cơng Do cần tính tốn ổn định mái điều kiện nước rút cuối giai đoạn thi công giai đoạn vận hành Nếu việc rút nước xảy thời điểm sau thi cơng dài hình thành dòng thấm ổn định thân đập Đất đập đạt tới trạng thái cân trạng thái ứng suất hiệu Cường độ chống cắt khơng nước, đất có hệ số thấm nhỏ khống chế ứng suất cố kết trạng thái cân trước nước rút Cường độ chống cắt thoát nước đất có hệ số thấm cao khống chế áp lực nước kẽ rỗng sau nước rút Ổn định cuối thời điểm rút nước tính toán theo hai phương pháp khác nhau: (1) Sử dụng phương pháp ứng suất hiệu (2) Sử dụng phương phỏp tng ng sut Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh Trong ú cng chng cắt khơng nước đất có hệ số thấm nhỏ có liên hệ với áp lực cố kết hiệu đất trước nước rút Cả hai phương pháp xử lý đất thoát nước tự I Tính tốn ổn định theo phương pháp ứng suất hiệu Ưu điểm phương pháp ứng suất hiệu xác định cường độ chống cắt tương đối đơn giản Cường độ chống cắt hiệu đất xác định dễ dàng thơng qua thí nghiệm nén trục khơng nước kết hợp với đo áp lực kẽ rỗng mẫu đất cố kết đẳng hướng Loại thí nghiệm thực hầu hết phòng thí nghiệm học đất Nhược điểm phương pháp ứng suất hiệu việc xác định áp lực kẽ rỗng miền vật liệu có hệ số thấm nhỏ trình nước rút nước gặp nhiều khó khăn Sự thay đổi áp lực kẽ rỗng trình nước rút phụ thuộc vào thay đổi ứng suất tải trọng nước bên thay đổi ứng xử khơng nước đất thay đổi tải trọng bên Nếu thay đổi ứng suất xác định với độ xác tương đối cao, xác định ứng xử khơng nước đất phức tạp nhiều Thay đổi áp lực kẽ rỗng khác nhiều loại đất bị tăng thể tích trình cắt loại đất khơng tăng thể tích q trình cắt Về mặt ngun tắc xác định áp lực kẽ rỗng, nhiên thực tế việc xác định phức tạp độ tin cậy không cao II Phương pháp tổng ứng suất Giới thiệu chung Như đề cập trên, phương pháp xác định ứng suất hiệu đòi hỏi phải xác định áp lực kẽ rỗng xác trình nước rút Đó vấn đề phức tạp Bằng cách sử dụng cường độ chống cắt không nước vùng vật liệu có hệ số thấm nhỏ tránh hàng loạt vấn đề phức tạp liên quan đến việc xác định áp lực kẽ rỗng tính tốn ổn định theo phương pháp ng sut hiu qu Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh Phng phỏp tng ng sut dựa cường độ chống cắt khơng nước vùng vật liệu có hệ số thấm nhỏ Cường độ chống cắt khơng nước xác định dựa ứng suất hiệu tồn mái dốc trước nước rút Một vài miền vật liệu cố kết trình rút nước dẫn đến cường độ chống cắt khơng nước tăng theo thời gian Một số phần nơi có ứng suất thấp (ở gần mái) nở q trình rút nước dẫn đến giảm cường độ chống cắt khơng nước theo thời gian Đê, đập bão hồ thấm hồ chứa tích nước kéo dài Nếu sau đó, nước hồ chứa rút xuống nhanh nước khe rỗng xảy áp lực nước khe rỗng dư giảm khả ổn định Để phân tích cần giả sử nước rút nhanh nước khơng khỏi vật liệu thấm Trong thuyết minh trình bày hai quy trình riêng để tính ổn định mái trường hợp nước rút nhanh a Phương pháp phương pháp mô tả Tiêu chuẩn thiết kế Công binh Mỹ EM 1110-2-1902 năm 1970 Tài liệu gọi “Quy trình USAE 1970” b Phương pháp thứ hai phương pháp Lowe Karafiath phát triển năm 1960, Wright Duncan chỉnh sửa năm 1987, Duncan, Wright Wong chỉnh sửa lần vào năm 1990, phương pháp đưa vào Tiêu chuẩn thiết kế công binh Mỹ EM 1110-2-1902 năm 2003 Mục đích lần chỉnh sửa để đơn giản hoá phương pháp để tính tốn xác cường độ chống cắt vùng mà cường độ chống cắt thoát nước nhỏ cường độ chống cắt khơng nước Phương pháp thứ hai coi hoàn thiện phương pháp thứ nhất, Tiêu chuẩn thiết kế công binh Mỹ EM 1110-2-1902 năm 2003 kiến nghị dùng phương pháp hai Phương pháp cho kt qu thiờn nh quỏ Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh mc i vi cỏc loại đất có xu hướng tăng thể tích q trình cắt dẫn đến làm cho thiết kế khơng hiệu kinh tế Quy trình năm 1970 Công binh Mỹ a Cơ sở lý thuyết Phương pháp trình bày tiêu chuẩn tính tốn ổn định cơng binh Mỹ xuất năm 1970 (USAE 1970) Phương pháp gồm hai giai đoạn tính tốn ổn định hồn chỉnh cho cung trượt Thực giai đoạn tính tốn với điều kiện trước nước rút, kết dùng để tính ứng suất hiệu mà đất chịu cố kết trước nước rút Mục đích giai đoạn tính tốn để tính ứng suất cố kết Khi dùng ứng suất hiệu trước nước rút để xác định cường độ chống cắt đất trình rút nước Các giá trị cường độ chống cắt sử dụng để tính tốn lần thứ hai với điều kiện sau nước rút Hệ số an toàn tính tốn giai đoạn tính tốn thứ hai hệ số ổn định cho điều kiện rút nước nhanh b Tính tốn cho giai đoạn đầu Các phép tính giai đoạn đầu thực để tính tốn ứng suất hiệu đất cố kết trước nước rút Cường độ chống cắt đất áp lực khe rỗng dùng phân tích giống dùng phân tich điều kiện thấm ổn định thời gian dài Nên sử dụng thông số độ bền chống cắt hiệu xác định thí nghiệm cố kết – khơng nước (CU R) kết hợp với đo áp lực nước khe rỗng, thí nghiệm cố kết – nước (CD S) Tính tốn áp lực nước khe rỗng có điều kiện thuỷ tĩnh có phân tích thấm phù hợp Áp lực nước bên hồ chứa vùng nước lân cận tác động tải trọng lên bề mặt mái Mục tiêu tính tốn để đánh giá ứng suất hiệu sở dải dọc theo mặt trượt giả định Các ứng suất hiệu tính tốn cách chia lực pháp tuyến tồn phần (N) dải cho độ dài đáy dải trừ áp lực nước khe rỗng, nghĩa l: Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rót nhanh N σ 'c u Δl Ứng suất ’c ứng suất pháp tuyến hiệu quả, ứng suất cố kết, mặt trượt trước nước rút c Cường độ chống cắt giai đoạn hai Khi xác định ứng suất cố kết hiệu với phép tính giai đoạn đầu tính cường độ chống cắt cho giai đoạn hai Cường độ chống cắt tính tốn từ “tổ hợp” đường bao cường độ chống cắt gồm đoạn tuyến tính Đường bao đại diện cho giới hạn đường bao cường độ R S d Các phép tính giai đoạn hai Tiến hành tính tốn giai đoạn hai để tính tốn ổn định sau nước rút Các áp lực khe rỗng vật liệu thoát nước tự cần đại diện cho trị số sau xảy rút nước có thấm ổn định mực nước thấp Áp lực nước khe rỗng vật liệu không thoát nước tự gán giá trị Nếu phần mái bị ngập sau thoát nước nhanh, tính tốn áp lực nước bên lên phần mái bị ngập tác dụng tải trọng ngồi lên bề mặt mái Quy trình Duncan, Wright, Wong đề xuất a Cơ sở lý thuyết Phương pháp Lowe Karafiath phát triển Wright, Duncan chỉnh sửa năm 1987, sau Duncan, Wright Wong chỉnh sửa lần năm 1990 Phương pháp gồm hai ba giai đoạn tính ổn định mái cho cung trượt Tính tốn tính tốn quy trình 1970 Cơng binh Mỹ dùng để tính tốn ứng suất hiệu đất cố kết trước rút nước Giai đoạn tính tốn thứ hai thực sử dụng cường độ chống cắt không thoát nước ứng với ứng suất cố kết hiệu tính giai đoạn đầu Nếu cường độ chống cắt thoát nước nhỏ cường độ chống cắt khơng nước dải tiến hnh thc hin giai Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh on tớnh toỏn th ba, với cường độ chống cắt thoát nước cho dải Hệ số an toàn giai đoạn cuối (giai đoạn hai ba) hệ số an toàn sau nước rút nhanh b Các phép tính giai đoạn đầu: Các phép tính giai đoạn đầu giống phép tính theo phương pháp năm 1970 Cơng binh Mỹ Tuy nhiên, với việc tính tốn ứng suất pháp tuyến cố kết đáy dải, tính tốn ứng suất tiếp nơi cố kết cho dải Ứng suất cắt nơi cố kết tính lực cắt (S) đáy dải chia cho độ dài đáy, nghĩa là: τc S Δl c Các cường độ chống cắt giai đoạn hai: Sử dụng hai mối quan hệ cường độ chống cắt để đánh giá cường độ chống cắt cho phép tính giai đoạn hai d Các phép tính giai đoạn hai Tiến hành thực phép tính giai đoạn hai để tính ổn định sau nước rút, giả sử tất vật liệu thấm khơng nước Những vật liệu thấm gán trị số cường độ chống cắt khơng nước với =0 Dùng thơng số cường độ chống cắt ứng suất hiệu c’ ’ vật liệu thoát nước tự xác định giá trị áp lực nước khe rỗng tương ứng Áp lực nước khe rỗng cho vật liệu thoát nước tự giá trị xác định sau xảy rút nước dòng thấm trở lại trạng thái ổn định Các áp lực nước khe rỗng vật liệu thấm gán giá trị (tính tốn theo tổng ứng suất) Nếu phần mái bị ngập nước sau rút nước tính khối lượng nước mái tải trọng tác dụng lên bề mặt mái e Cường độ tính tốn cho giai on th ba Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh Ngay va hon thành phép tính giai đoạn thứ hai, phải kiểm tra dải để xác định cường độ chống cắt nước có nhỏ cường độ chống cắt khơng nước khơng Tính tốn cường độ chống cắt có nước sau: (1) Ứng suất pháp tuyến tồn phần đáy dải tính tốn cách lấy lực pháp tuyến N tính phép tính giai đoạn hai chia cho chiều dài đáy, nghĩa là: σ N Δl (2) Trị số ứng suất hiệu có nước ’d, sau dòng thấm ổn định trở lại tính tổng ứng suất trừ áp lực khe rỗng, nghĩa là: ’d = - u Trong ứng suất pháp tuyến tổng Do ứng suất pháp tuyến tổng dựa vào phép tính giai đoạn hai, ứng suất không cần thiết phải giống ứng suất pháp tuyến tổng lại sau nước Tuy nhiên, khơng nên khác nhiều giả sử giống phân tích Áp lực nước khe rỗng u áp lực nước khe rỗng sau dòng thấm ổn định trở lại sau rút nước Áp lực nước khe rỗng không giống áp lực nước khe rỗng dùng phép tính giai đoạn đầu (3) Cường độ chống cắt có nước tính cách dùng ứng suất hiệu tính (2) Các thơng số cường độ chống cắt ứng suất hiệu c’ ’ thơng số dùng tính tốn giai đoạn đầu Cường độ chống cắt có nước sd tính sau: Sd = c’ + ’dtg(’) (4) So sánh cường độ chống cắt có nươc tính (3) với trị số cường độ chống cắt khơng nước lên dải (dải dùng cho tính toán giai đoạn hai) Nếu cường độ chống cắt thoát nước lớn cường độ chống cắt Häc viªn: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh khụng thoỏt nước dải (có cường độ chống cắt khơng nước dùng trước đó) khơng cần phải tính tốn thêm Trong trường hợp đó, hệ số an toàn sau rút nước nhanh tương đương với hệ số an tồn tính giai đoạn hai Nếu dải có cường độ chống cắt nước nhỏ cường độ chống cắt khơng nước (đã dùng cho tính tốn giai đoạn hai) cần phải tiến hành tính tốn giai đoạn thứ ba Đối với dải có cường độ chống cắt nước nhỏ cường độ chống cắt khơng nước thơng số cường độ chống cắt ứng suất hiệu c’ ’, gán cho dải dùng cho tính tốn giai đoạn thứ ba Đồng thời áp lực nước khe rỗng xác định dựa vào điều kiện dòng thấm ổn định trở lại sau nước rút Đối với dải mà có cường độ chống cắt khơng nước giống tính tốn giai đoạn hai dùng cho giai đoạn ba f Tính tốn giai đoạn ba Các phép tính ổn định giai đoạn ba thực điều kiện tính tốn giai đoạn hai, trừ vật liệu có cường độ chống cắt nước thấp cường độ chống cắt khơng nước Đối với dải dùng thông số cường độ chống cắt thoát nước áp lực khe rỗng tương ứng nêu Hệ số an toàn sau rút nước nhanh tương đương với hệ số an tồn tính tốn cho giai đoạn ba Nếu khơng cần tính tốn giai đoạn ba hệ số an toàn sau rút nước nhanh tương đương với hệ số an tồn tính tốn cho giai đoạn hai B TÍNH TỐN CỤ THỂ I Đề Xác định hệ số an toàn ổn định F đập vật liệu địa phương mực nước mái rút từ H1 xuống H2 theo phương pháp - Công binh Mỹ năm 1970 - Theo Duncan, Wright Häc viªn: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh Cỏc số liệu sau: STT 10 H H1 H2 (m) (m) (m) 40.0 37.0 5.0 m 3.75 ’ C’ R CR (độ) (KN/m2) (độ) (KN/m2) 30 14 II Tính tốn chi tiết Cơng thức tính tốn Hệ số an tồn F xác định theo cơng thức sau: c ' b (W Pcosβ ub)tanφ ' mα F Wsinα R M P Trong đó: - R: bán kính cung trượt (m) - W: Là trọng lượng dải đất (KN) - : Góc nghiêng đáy dải (độ) Häc viªn: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 Tính toán ổn định mái dốc mực nớc mái rút nhanh - : Góc nghiêng đỉnh dải (độ) - b: Chiều rộng dải tính tốn - P: Trọng lượng nước mặt (KN) - u: Áp suất nước lỗ rỗng (KN/m2) - m =cos +(tan*sin)/F - Mp: Mômen (KNm) Kết qu tớnh toỏn: Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 10 Kết tính toán theo Duncan Học viên: Mai Thị Hơng Lớp CH15C2 ... tính tốn cho giai đoạn hai B TÍNH TỐN CỤ THỂ I Đề Xác định hệ số an toàn ổn định F đập vật liệu địa phương mực nước mái rút từ H1 xuống H2 theo phương pháp - Công binh Mỹ nm 1970 - Theo Duncan,... nước rút, giả sử tất vật liệu thấm khơng nước Những vật liệu thấm gán trị số cường độ chống cắt khơng nước với =0 Dùng thông số cường độ chống cắt ứng suất hiệu c’ ’ vật liệu thoát nước tự xác... khơng khỏi vật liệu thấm Trong thuyết minh trình bày hai quy trình riêng để tính ổn định mái trường hợp nước rút nhanh a Phương pháp phương pháp mô tả Tiêu chuẩn thiết kế Công binh Mỹ EM 1 110- 2-1902