Nghiên cứu phương pháp thiết kế ổn định mái dốc bằng cọc

i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên nghành Xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu phương pháp thiết kế ổn định mái dốc cọc” hoàn thành với cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ nhiệt tình Khoa Cơng trình, thầy giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, Tổng công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt nam – CTCP (HEC) tạo điều kiện động viên giúp đỡ mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn quan, đơn vị cá nhân nói Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS TS Nguyễn Cảnh Thái trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ thời gian thực luận văn Sự thành công luận văn gắn liền với trình giúp đỡ, động viên cổ vũ gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, điều kiện thời gian có hạn nên tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy cô giáo, anh chị bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, ngày 21 tháng 08 năm 2015 Tác giả Tăng Tự Trung ii LỜI CAM ĐOAN Tên Tăng Tự Trung, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả Tăng Tự Trung iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH VẼ VII DANH MỤC BẢNG BIỂU X PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG KẾT CÁC HIỆN TƯỢNG LỞ ĐẤT TRONG THỰC TẾ, HẬU QUẢ, CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUNG VÀ GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 TẾ TỔNG KẾT CÁC HIỆN TƯỢNG SẠT TRƯỢT MÁI DỐC TRONG THỰC 1.2 CÁC HÌNH THỨC GIA CỐ MÁI DỐC ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG THỰC TẾ 10 1.2.1 Gia cố mặt mái dốc 10 1.2.2 Tăng khả ổn định thân mái dốc 11 1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC 13 1.3.1 Tình hình chịu lực mái dốc 13 1.3.2 Điều kiện áp dụng phương pháp gia cố ổn định mái dốc 13 1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 16 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC 16 iv Các quan điểm hệ số an toàn 16 2.1.1 2.1.1.1 Quan điểm thứ với hệ sơ an tồn chung 16 2.1.1.2 Quan điểm dùng hệ số huy động cường độ chống cắt đất làm hệ số an toàn 19 2.1.1.3 2.1.2 Kết luận hệ số ổn định 22 Lý thuyết phân thỏi 22 2.1.2.1 Nguyên lý 23 2.1.2.2 Hệ phương trình lý thuyết phân thỏi 24 2.1.3 Các phương pháp phân thỏi để tính hệ số an tồn ổn định mái dốc 27 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC GIA CỐ BẰNG CỌC 28 2.2.1 Đề xuất sở phương pháp gia cố mái dốc cọc 28 2.2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp 28 2.2.3 Quan hệ thông số thiết kế hệ cọc đến ổn định mái dốc 34 2.2.4 Minh họa trình tự thiết kế mái dốc gia cố hệ cọc 40 2.2.5 Kết luận kiến nghị phương pháp 44 2.3 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 46 2.3.1 Lựa chọn phương pháp tính 46 2.3.2 Lựa chọn mô hình tính 49 2.3.3 Phương pháp tính 50 2.3.4 Thiết lập hệ thống phương trình tốn 52 2.3.5 Giới thiệu phần mềm tính tốn GEOSTUDIO 2007 53 v 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHO MÁI DỐC ĐÀO TRÀN HỒ CHỨA NƯỚC NÀ LÁI, HUYỆN QUẢNG UYÊN, TỈNH CAO BẰNG 55 3.1 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH 55 3.1.1 Vị trí cơng trình 55 3.1.2 Nhiệm vụ công trình 55 3.1.3 Cấp cơng trình tiêu thiết kế 55 3.1.4 Quy mơ cơng trình 55 3.1.5 Đối tượng áp dụng luận văn 57 3.1.6 Số liệu đầu vào phục vụ tính tốn 58 3.1.6.1 Tài liệu địa hình, địa chất 58 3.1.6.2 Mặt cắt tính tốn 59 3.2 NỘI DUNG TÍNH TỐN 60 3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng 60 3.2.2 Các tổ hợp tính tốn: 61 3.2.3 Nội dung tính tốn 61 3.2.4 Các bước tính tốn 62 3.2.4.1 Tính tốn thấm: 62 3.2.4.2 Tính tốn ổn định: 64 3.3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 65 3.3.1 Kết tính tốn thấm 65 3.3.2 Kết tính tốn ổn định 69 vi 3.3.2.1 đ Kết tính tốn ổn định với trường hợp điển hình q = 150mm/ng 69 3.3.2.2 Kết phân tích ổn định cho tất tổ hợp tính tốn 74 3.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ TĂNG ĐỘ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 75 3.4.1 Phương án xử lý 1: tăng hệ số mái đào 75 3.4.2 Phương án xử lý 2: Gia cố mái dốc cọc 77 3.5 PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỔI ƯU 85 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 I NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 86 II TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC: SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ, THỜI GIAN MƯA ĐỔI VỚI SỰ ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC 91 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1.Lở đất mưa lũ Veracruz, Mexico ngày 16/09/2013 .4 Hình 1-2 Lở đất miền Bắc Afghanistan ngày 05/05/2014 .5 Hình 1-3 Lở đất Hiroshima, Nhật Bản ngày 20/08/2014 .5 Hình 1-4 Sạt lở đất Hà Giang ngày 07/07/2013 .7 Hình 1-5 Sạt lở đất Lạng Sơn ngày 17/09/2014 .7 Hình 1-6 Lở đất mưa lũ Nghệ An ngày 22/09/2014 Hình 1-7 Lở đất Cao Bằng ngày 02/08/2015 Hình 1-8 Sạt lở mái dốc thượng lưu hạ lưu đập vật liệu địa phương 10 Hình 1-9 Gia cố mặt ngồi mái dốc bê tông 12 Hình 1-10 Gia cố mái dốc lưới địa kỹ thuật neoweb 12 Hình 1-11 Gia cố mặt mái dốc trồng cỏ .12 Hình 1-12 Gia cố mái dốc cọc 13 Hình 2-1 Xác định momen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn .17 Hình 2-2 Xác định góc ma sát lực dính huy động .20 Hình 2-3 Các lực tác dụng vào thỏi 23 Hình 2-4 Nền biến dạng đàn hồi quanh cọc ổn định 30 Hình 2-5 Các lực tác dụng lên mái dốc không gia cố 33 Hình 2-6.Các lực tác dụng lên mái dốc gia cố cọc 34 Hình 2-7 Các mặt trụ trượt mái dốc theo hàm số vị trí hàng cọc 36 Hình 2-8 Ảnh hưởng vị trí cọc đến hệ số an tồn mái dốc đắp 37 Hình 2-9 Ảnh hưởng vị trí cọc hệ số an tồn mái dốc đào 37 Hình 2-10 ổn định cọc chèn đá gốc 41 Hình 2-11 Mái dốc cho ví dụ điển hình 41 Hình 2-12 Quan hệ hệ số an toàn FS với tỉ số D /b 42 Hình 3-1 Bình đồ tổng thể cơng trình đầu mối hồ chứa nước Nà Lái .57 Hình 3-2 Mặt cắt địa chất dọc tuyến đường 58 viii Hình 3-3 Mặt cắt móng đào tràn hồ chứa nước Nà Lái 60 Hình 3-4 Hàm hệ số thấm K-lớp 3a 63 Hình 3-5 Hàm chứa nước – lớp 3a 63 Hình 3-6 Hàm hệ số thấm K-lớp 3c 63 Hình 3-7 Hàm chứa nước lớp 3c 63 Hình 3-8 Lưới phần tử điều kiện biên trường hợp mưa q = 150mm/ng-đêm .64 Hình 3-9 Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t=2h 66 Hình 3-10.Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t=4h .66 Hình 3-11 Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t=6h 67 Hình 3-12 Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t = 12h 67 Hình 3-13 Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t = 18h 68 Hình 3-14 Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t = 24h 68 Hình 3-15 Biểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t = 30h 69 Hình 3-16 Biểu đồ quan hệ thời gian mưa với hệ số ổn định mái dốc K 70 Hình 3-17 Kết tính tốn ổn định mái dốc khơng có mưa 70 Hình 3-18 Kết tính toán ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=6h .71 Hình 3-19 Kết tính tốn ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=12h 71 Hình 3-20 Kết tính tốn ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=18h 72 Hình 3-21 Kết tính tốn ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=24h 72 Hình 3-22 Kết tính tốn ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=30h 73 Hình 3-23 Kết tính toán ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=36h 73 Hình 3-24 Biểu đồ quan hệ thời gian mưa hệ số ổn định với cường độ mưa khác .74 Hình 3-25 Biểu đồ AL thấm chưa xử lý với q = 200mm/ngày đêm, t = 72h 76 Hình 3-26 Biểu đồ AL thấm xử lý với q = 200mm/ngày đêm, t = 72h 76 Hình 3-27 Kết tính ổn định xử lý, q = 200mm/ngày-đêm, t = 72h 77 Hình 3-28.Quan hệ cự ly cọc S hệ số an toàn K mái dốc .78 Hình 3-29 Kết tính ổn định xử lý hàng cọc, S = 3m, D = 2m 78 Hình 3-30 Kết tính ổn định xử lý hàng cọc, S = 6m, D = 2m 79 ix Hình 3-31 Kết tính ổn định xử lý hàng cọc, S = 9m, D = 2m 79 Hình 3-32 Kết tính ổn định xử lý hàng cọc, S = 12m, D = 2m 80 Hình 3-33 Kết tính ổn định xử lý hàng cọc, S = 15m, D = 2m 80 Hình 3-34 Biểu đồ quan hệ cự ly cọc S hệ số ổn định K 81 Hình 3-35 Kết tính ổn định, xử lý hàng cọc, S=3m, D = 1,5m 82 Hình 3-36 Kết tính ổn định, xử lý hàng cọc, S=3m, D = 2,5m 82 Hình 3-37 Kết tính ổn định, xử lý hàng cọc, S=3m, D = 3,0m 83 Hình 3-38 Kết tính ổn định, xử lý hàng cọc, S=3m, D = 3,5m 83 Hình 3-39 Kết tính ổn định xử lý hàng cọc với S =3m&6m; D=2m 84 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=12h 91 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=24h 91 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=36h 92 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=48h 92 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=60h 93 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=72h 93 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 150mm/ng-đêm, t=48h 94 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=60h 94 Hình PL3 Kết tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=72h 95 Hình PL3 10 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=12h .95 Hình PL3 11 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=24h .96 Hình PL3 12 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=36h .96 Hình PL3 13 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=48h .97 Hình PL3 14 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=60h .97 Hình PL3 15 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=72h .98 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Tóm tắt số lượng ẩn việc tìm hệ số an tồn 25 Bảng 2-2 Tóm tắt số lượng đại lượng biết tìm hệ số an tồn .26 Bảng 2-3 Tóm tắt phương pháp tính 27 Bảng 3-1 Chỉ tiêu thí nghiệm lớp đất đá dùng tính tốn 59 Bảng 3-2 Các tổ hợp tính tốn ổn định mái dốc 61 Bảng 3-3 Bảng tổng hợp kết tính tốn với q = 150mm/ngày-đêm 69 Bảng 3-4 Bảng tổng hợp kết tính tốn ổn định với tổ hợp 74 Bảng 3-5 Kết phân tích ổn định gia cố mái dốc cọc với cự ly khác đến tim cọc tính từ chân mái dốc .78 Bảng 3-6 Kết phân tích ổn định gia cố mái dốc cọc với S = 3m, thay đổi khoảng cách cọc 81 97 Hình PL3 13 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=48h Hình PL3 14 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=60h 98 Hình PL3 15 Kết tính ổn định q = 200mm/ng-đêm, t=72h ... TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC GIA CỐ BẰNG CỌC 2.2.1 Đề xuất sở phương pháp gia cố mái dốc cọc Để giải toán gia cố mái dốc cọc, phương pháp đề xuất cho thiết kế gia cố mái dốc dùng hàng cọc đơn Phương pháp. .. dụng phương pháp Đề xuất nghiên cứu phương pháp thiết kế ổn định mái dốc cọc, lựa chọn cơng thức tính tốn, trình tự tính tốn phạm vi áp dụng phương pháp thiết kế - Lựa chọn giải pháp bố trí cọc. .. số ổn định mái dốc K 70 Hình 3-17 Kết tính tốn ổn định mái dốc khơng có mưa 70 Hình 3-18 Kết tính tốn ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=6h .71 Hình 3-19 Kết tính tốn ổn định mái dốc