Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa” hồn thành với giúp đỡ tận tình thầy giáo, giáo mơn địa kỹ thuật, khoa cơng trình, trường Đại học Thủy lợi bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, gia đình, bạn bè & đồng nghiệp tạo điều kiện cho tác giả suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS TS Trịnh Minh Thụ, thầy giáo, cô giáo môn địa kỹ thuật, khoa cơng trình, trường Đại học Thủy lợi Tuy có cố gắng định, thời gian có hạn trình độ cịn hạn chế, luận văn cịn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong thầy giáo, giáo, bạn bè & đồng nghiệp góp ý để tác giả tiếp tục học tập nghiên cứu hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015 Tác giả luận văn Đinh Xuân Dương CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM - Độc lập – Tự – Hạnh phúc - BẢN CAM KẾT Kính gửi: Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học – Trường Đại học Thủy lợi Tên là: Đinh Xuân Dương Học viên cao học lớp: 21ĐKT11 Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã học viên: 138580204005 Theo Quyết định số 1285 /QĐ-ĐHTL ngày 29 tháng năm 2014 Hiệu trường Trường Đại học Thủy lợi, việc giao đề tài luận văn cán hướng dẫn cho học viên cao học đợt năm 2014, nhận đề tài “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa” hướng dẫn Thầy giáo GS TS Trịnh Minh Thụ Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tài liệu trang website theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015 Tác giả luận văn Đinh Xuân Dương MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐẤT CÓ CỐT .3 1.1 Lịch sử hình thành 1.2 Các loại cốt đất ứng dụng 1.2.1 Khái quát đất có cốt 1.2.2 Ứng dụng đất có cốt xây dựng cơng trình đất .7 1.3 Khái quát chức vải địa kỹ thuật xây dựng 1.3.1 Ngăn cách 1.3.2 Chức lọc 10 1.3.3 Chức tiêu thoát nước 11 1.3.4 Chức bảo vệ 12 1.3.5 Chức gia cố .13 1.4 Tính chất vật lý vải địa kỹ thuật 14 1.4.1 Kích thước hình học vải địa kỹ thuật thương phẩm[5] 14 1.4.2 Khối lượng đơn vị diện tích vải 14 1.4.3 Chiều dày vải địa kỹ thuật 15 1.4.4 Tính rỗng vải địa kỹ thuật 15 1.4.5 Độ thưa vải địa kỹ thuật 17 1.4.6 Độ uốn dạng sóng vải địa kỹ thuật 18 1.4.7 Tính co ngắn tăng nhiệt độ vải địa kỹ thuật .19 1.5 Vấn đề ứng dụng cốt địa kỹ thuật 20 1.6 Kết luận chương 22 CHƯƠNG CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH KHỐI ĐẤT ĐẮP CĨ CỐT 23 2.1 Các đặc tính vật liệu làm cốt .23 2.1.1 Độ bền kéo vải địa kỹ thuật .23 2.1.2 Độ bền chọc thủng vải địa kỹ thuật 23 2.1.3 Độ bền lâu dài vải địa kỹ thuật 24 2.1.4 Ma sát dính kết vải địa kỹ thuật với đất 24 2.2 Các chế đất cốt .25 2.2.1 Các chế tương tác đất cốt .25 2.2.2 Cơ chế gia cường đất mái dốc có cốt 26 2.2.3 Cơ chế gia cường đất móng đắp 27 2.3 Nguyên tắc tính tốn cốt cơng trình mái đất 28 2.3.1 Các quan điểm đất có cốt 28 2.3.2 Bài toán lực neo lớn 29 2.3.3 Nguyên tắc bố trí cốt vải địa kỹ thuật 33 2.4 Sự ổn định mái dốc có cốt đất mềm yếu .36 2.4.1 Cơ chế phá hoại mái dốc có cốt đất mềm yếu 36 2.4.2 Những nguyên tắc tính tốn thiết kế cơng trình có cốt đất mềm yếu 37 2.5 Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc thường dùng chưa có cốt .38 2.5.1 Phương pháp phân mảnh W.Fellenius[9] 38 2.5.2 Phương pháp phân mảnh W.Bishop đơn giản[9] 40 2.6 Các phương pháp phân tích ổn định mái đắp có cốt đất yếu 41 2.6.1 Các trạng thái giới hạn ổn định mái dốc có cốt 42 2.6.2 Tính toán sơ chiều cao ổn định mái dốc chưa bố trí cốt .44 2.6.3 Phương pháp phân mảnh để tính tốn mặt trượt trịn mái dốc đắp có cốt 44 2.7 Kết luận chương .52 CHƯƠNG PHÂN TÍCH BÀI TỐN ỨNG DỤNG 53 3.1 Giới thiệu phần mềm ReSSA (3.0) 53 3.2 Bài toán nghiên cứu 59 3.2.1 Mục đích nghiên cứu 59 3.2.2 Trường hợp tính ổn định 59 3.2.3 Lựa chọn thông số 60 3.2.4 Các toán nghiên cứu 62 3.2.5 Kết tính tốn, phân tích đánh giá 64 3.3 Phân tích toán ứng dụng cho đoạn đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa 92 3.3.1 Phương pháp 1: Tính theo tra đường quan hệ 95 3.3.2 Phương pháp 2: Dùng phần mềm ReSSA (3.0) .96 3.3.3 So sánh hai kết tính 99 3.4 Kết luận chương .99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .100 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG Hình 1.1 Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật dệt Hình 1.2 Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật không dệt Hình Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật phức hợp .5 Hình Một số hình ảnh lưới địa kỹ thuật .6 Hình Cơng trình sử dụng cốt màng polime địa kỹ thuật[5] Hình Vải địa kỹ thuật trongxây dựng dân dụng[5] Hình Vải địa kỹ thuật giao thông[5] .8 Hình Vải địa kỹ thuật thủy lợi Hình Vải địa kỹ thuật làm chức ngăn cách Hình 10 Vải địa kỹ thuật làm chức lọc 10 Hình 11 Vải địa kỹ thuật làm chức tiêu thoát nước .12 Hình 12 Vải địa kỹ thuật làm chức bảo vệ 13 Hình 13 Một số kết cấu điển hình xây dựng CTGT đất mềm yếu 14 CHƯƠNG Hình Tác dụng cốt đất[11] 26 Hình 2 Cơ chế gia cường tường mái dốc cốt 27 Hình Mái đắp có cốt đất yếu 28 Hình Sơ đồ xác định vị trí mặt trượt khả dĩ[9] 29 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên khối trượt ABC 30 Hình Sơ đồ xác định lực kéo neo T kéo [3] 32 Hình Cơ chế gia cường tường mái dốc cốt 34 Hình Cơ chế phá hoại khối đất đắp mái có cốt đất mềm yếu[8] .36 Hình Sơ đồ tính tốn theo phương pháp W.Fellenius 39 Hình 10 Sơ đồ tính theo phương pháp W.Bishop đơn giản 40 Hình 11 Các trạng thái giới hạn phá hoại ổn định ngồi 42 Hình 12 Các trạng thái giới hạn phá hoại ổn định nội 43 Hình 13 Các trạng thái giới hạn phá hoại ổn định hỗn hợp .43 Hình 14 Phương pháp phân mảnh với mặt trượt tròn để tính ổn định mái đốc đất có cốt 45 Hình 15 Phương pháp phân mảnh với mặt trượt tròn Bishop 49 CHƯƠNG Hình Giao diện phần mềm ReSSA (3.0) 53 Hình Menu phần mềm ReSSA (3.0) 54 Hình 3 Nhập liệu cho toán 55 Hình Giao diện nhập số lượng lớp đất .56 Hình Giao diện nhập liệu lớp đất 56 Hình Giao diện nhập tải trọng 57 Hình Giao diện nhập lựa chọn kiểu cốt 57 Hình Giao diện nhập thông số cốt .58 Hình Giao diện lựa chọn bán kính tính ổn định mái 59 Hình 10 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =30;c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =5 (KN/m2) 64 Hình 11 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =30; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =9 (KN/m2) 65 Hình 12 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =30; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =12 (KN/m2) 66 Hình 13 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =30; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =15 (KN/m2) 67 Hình 14 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =60; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =5 (KN/m2) 69 Hình 15 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =60; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =9 (KN/m2) 70 Hình 16 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =60; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =12 (KN/m2) 71 Hình 17 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =60; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =15 (KN/m2) 72 Hình 18 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =100; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =5 (KN/m2) 74 Hình 19 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =90; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =9 (KN/m2) 75 Hình 20 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =90; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =12 (KN/m2) 76 Hình 21 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =90; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =15 (KN/m2) 77 Hình 22 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =120; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =5 (KN/m2) 78 Hình 23 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =120; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =9 (KN/m2) 79 Hình 24 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =120; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =12 (KN/m2) 80 Hình 25 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trường hợp đất ϕ n =120; c n =5(KN/m2); tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =15 (KN/m2) 81 Hình 26 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trường hợp khơng có cốt; tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =5 (KN/m2) .83 Hình 27 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trường hợp khơng có cốt; tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =9 (KN/m2) .84 Hình 28 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trường hợp khơng có cốt; tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =12 (KN/m2) .85 Hình 29 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trường hợp khơng có cốt; tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) c đ =15 (KN/m2) .86 Hình 30 Biểu đồ quan hệ hệ số ổn định (Fs)với tiêu đất đắp c đ =5 (ϕ đắp ) khác 88 Hình 31 Biểu đồ quan hệ hệ số ổn định (Fs)với tiêu đất đắp c đ =9 (ϕ đắp ) khác 89 Hình 32 Biểu đồ quan hệ hệ số ổn định (Fs) với tiêu đất đắp c đ =12 (ϕ đắp ) khác 90 Hình 33 Biểu đồ quan hệ hệ số ổn định (Fs) với tiêu đất đắp c đ =15 (ϕ đắp ) khác 91 Hình 34 Vị trí huyện Quảng Xương, tỉnh Thanh Hóa 92 Hình 35 Vị trí cơng trình địa phận xã Quảng Thái 93 Hình 36 Cắt ngang điển hình đê 94 Hình 37 Tra nội suy bước cốt từ biểu đồ quan hệ hệ số ổn định (Fs) với tiêu đất đắp c đ =5(kN/m2) (ϕ đắp ) khác 95 Hình 38 Dữ liệu lớp đất .97 Hình 39 Kết tính toán ổn định tổng thể 97 Hình 40 Kết tính tốn sơ đồ chia thỏi 98 Hình 41 Bảng kết phân tích 98 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CHƯƠNG Bảng 1 Tính chất vật lý vải địa kỹ thuật, phương pháp thí nghiệm, kiểm tra khoảng trị số vải địa kỹ thuật thường gặp[15] 19 CHƯƠNG Bảng Trị số góc θ để xác định mặt trượt trường hợp 31 Bảng 2 Xác định trị số K K với trường hợp góc dốc[4] 33 CHƯƠNG Bảng Các tiêu cường độ cốt dùng tính tốn[15] 61 Bảng Các tiêu cao trình đặt chiều dài cốt dùng tính tốn 62 Bảng 3 Các tiêu lý đất dùng tính tốn .63 Bảng Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =30 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =5 khoảng cách cốt khác 105 Bảng Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =30 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =9 khoảng cách cốt khác 105 Bảng Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =30 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =12và khoảng cách cốt khác .106 Bảng Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =30 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =15 khoảng cách cốt khác 106 Bảng Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =60 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =5 khoảng cách cốt khác 107 Bảng Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =60 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =9 khoảng cách cốt khác 107 Bảng 10 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =60 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =12 khoảng cách cốt khác .108 Bảng 11 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =60 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =15 khoảng cách cốt khác .108 Bảng 12 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có φ n =90 ;c n =5 với loại đất đắp c đ =5 khoảng cách cốt khác 109 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Chỉ tiêu đất đắp φđ (độ) Sv=0,3; φn=3 Sv=0,4; φn=3 Sv=0,5; φn=3 Sv=0,6; φn=3 Sv=0,9; φn=3 Sv=1,2; φn=3 Sv=0,3; φn=6 Sv=0,4; φn=6 Sv=0,5; φn=6 Sv=0,6; φn=6 Sv=0,9; φn=6 Sv=1,2; φn=6 Sv=0,3; φn=9 Sv=0,4; φn=9 Sv=0,5; φn=9 Sv=0,6; φn=9 Sv=0,9; φn=9 Sv=1,2; φn=9 Sv=0,3; φn=12 Sv=0,4; φn=12 Sv=0,5; φn=12 Sv=0,6; φn=12 Sv=0,9; φn=12 Sv=1,2; φn=12 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có cn=5 với loại đất đắp cđ=5 kh φn (độ) 12 φđ =5 0,52 0,67 0,77 0,80 Hệ số ổn định tổng thể Fs ứng với trường hợp tiêu lý đất đắp cđ= φđ =10 φđ =15 0,57 0,60 0,76 0,81 0,90 0,99 1,01 1,14 hoảng cách cốt khác 1,3 1,2 φđ =20 0,62 0,85 1,06 1,23 Hệ số ổn đinh tổng thể Fs =5 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Đất φnền(đ φđ =5 φđ =10 φđ =15 φđ =20 độ) 10 11 12 13 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có cn=5 với loại đất đắp cđ=9 kh φn 12 φđ =5 0,57 0,74 0,88 0,98 Hệ số ổn định tổng thể Fs ứng với trường hợp tiêu lý đất đắp cđ= φđ =10 φđ =15 0,60 0,62 0,81 0,85 0,97 1,04 1,11 1,21 hoảng cách cốt khác 1,4 1,3 φđ =20 0,64 0,89 1,10 1,28 Hệ số ổn đinh tổng thể Fs =9 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Đất φnền(đ φđ =5 φđ =10 φđ =15 φđ =20 độ) 10 11 12 13 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có cn=5 với loại đất đắp cđ=12 k φn 12 φđ =5 0,60 0,79 0,94 1,06 Hệ số ổn định tổng thể Fs ứng với trường hợp tiêu lý đất đắp cđ= φđ =10 φđ =15 0,62 0,64 0,84 0,88 1,02 1,08 1,17 1,25 khoảng cách cốt khác 1,4 1,3 =12 Hệ số ổn đinh tổng thể Fs φđ =20 0,66 0,91 1,13 1,32 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Đất φnền(đ φđ =5 φđ =10 φđ =15 φđ =20 độ) 10 11 12 13 Hệ số ổn định tổng thể Fs đất có cn=5 với loại đất đắp cđ=15 k φn 12 φđ =5 0,63 0,83 0,99 1,13 Hệ số ổn định tổng thể Fs ứng với trường hợp tiêu lý đất đắp cđ= φđ =10 φđ =15 0,65 0,66 0,87 0,91 1,06 1,11 1,22 1,29 khoảng cách cốt khác 1,4 1,3 φđ =20 0,68 0,93 1,16 1,36 Hệ số ổn đinh tổng thể Fs =15 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Đất φnền(đ φđ =5 φđ =10 φđ =15 φđ =20 độ) 10 11 12 13 ... Do đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa” có ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Mục đích nghiên cứu đề tài Hệ... tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa” hướng dẫn Thầy giáo GS TS Trịnh Minh Thụ Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên. .. VẬT LIỆU ĐẤT CÓ CỐT .3 1.1 Lịch sử hình thành 1.2 Các loại cốt đất ứng dụng 1.2.1 Khái quát đất có cốt 1.2.2 Ứng dụng đất có cốt xây dựng cơng trình đất