Phân tích sự làm việc tương tác của kết cấu vỏ cống với môi tường đất đá xung quanh

Bài viết này mô tả các kết quả nghiên cứu về phân tích các lớp lót ống ngầm trên các tương tác với đá xung quanh khai quật. Dữ liệu và đồ thị được thể hiện cho kết quả tính toán. Các kết luận từ kết quả nghiên cứu đã được trình bày.

chất cơng trình Mơi trường số (7/2004) Đỗ Minh Đức (2004), Nghiên cứu hình thành biến đổi q trình bồi tụ-xói lở đới ven biển Thái Bình-Nam Định Luận án Tiến sĩ chuyên ngành Địa chất cơng trình Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Lương Phương Hợp (2002), Diễn biến cửa sông vùng đồng Bắc Bộ Nhà xuất Xây dựng, 2002 Phân viện Hải dương học Hải Phòng (2000) Dự án độc lập cấp nhà nước KHCN-5A, Nghiên cứu dự báo, phòng chống sạt lở bờ biển Bắc Bộ từ Quảng Ninh tới Thanh Hoá Do Minh Duc, Chu Van Ngoi, Nguyen Huy Phuong, Ta Duc Thinh (2003), “Influences of seadike system on shoreline change in a rapid accretion delta: the example of Thaibinh province, the Red River Delta (Northern Vietnam)”, Hanoi GeoEngineering 2003 U.S Army Corps of Engineers (2002), Manual of Coastal Engineering Ton That Vinh et al (1996), “Sea Dike Erosion and Coastal Retreat at Nam Ha Province, Vietnam”, Coastal Engineering 1996, Chapter 28, p 2820-2828 Phân tích làm việc tương tác kết cấu vỏ cống với môi tường đất đá xung quanh Đỗ Như Tráng(1) Vũ Thùy Giang(2) Analyse of interaction of underyround tube with the ground surrounding excaration Abstract: This paper describes the results of reseach on the analyse of the underground tube linings on interactions whith the rock surrounding undergound excavation Data and graph are demonstrated for calculated results The conclusions from the results of reseach have been presented I Đặt vấn đề tính tốn vỏ cống theo chế độ tương tác, sơ đồ Hiện quy trình tính vỏ cống thuật tốn, kết phân tich làm việc nước ta số tiêu chuẩn nước AASHTO hay JIS v.v… có nhiều phương pháp đồng thời vỏ với đất đá kết luận II Mơ hình tính tính toán khác nhau: dựa giả thiết tải Xét kết cấu cống nằm lòng đất-trong trọng cho trước, chưa xét đầy đủ chế độ lỗ khoét, kết cấu nằm mặt làm việc (tương tác) vỏ cống môi phẳng đàn hồi, xem xét làm việc kết cấu trường đất đá; Bài báo trình bầy phương pháp kết cấu làm việc với môi trường đất đá Khoa cơng trình Qn - Học viện kỹ thuật qn 100 Đường Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy - Hà Nội Tel: 9193068, 0903225054 Email: donhtrang2001@yahoo.com Viện Khoa học kỹ thuật GTVT 1252 Đường Láng - Hà Nội xung quanh Xét kết cấu có mặt cắt ngang hình trịn với bán kính R đặt chiều sâu lớn, nằm mặt phẳng đàn hồi có ứng suất tương ứng biên Py Px (hình1) cho biến dạng biên lỗ khoét biên kết cấu Hàm biến dạng biên lỗ khoét có dạng sau: RP (   1) q0 R   1  (4)    (1   )    2( 1   ) 4( 1   )   RP0 (   1) q0 R  1   x   (1   )   2( 1   ) 4( 1   )   y (5) R: Bán kính ngồi vành (kết cấu); Khi mơmen lực dọc ống xác định theo cơng thức: Hình Sơ đồ mặt phẳng đàn hồi cống đặt sâu Các điều kiên biên tốn theo hình là:  x  Px ;   (1)  y  Py ;    xy  0; Trên biên ống khơng có lực tác dụng nên ứng suất viết dạng sau:  x0  0;  (2)   0;  y   xy  0; Khi xét tương tác kết cấu môi trường đất đá xung quanh, giả thiết biên lỗ tồn áp lực biên phân bố theo qui luật sau: q  P0  q0 cos 2S R (3) : S - Chiều dài đoạn cung biên lỗ trịn tính từ điểm A Các giá trị P0 q0 cần chọn qR 2S cos R q0 R I1 2S M   P0  cos R F N   RP0  (6) Chuyển dịch hướng tâm điểm A B ống xác định theo công thức: P R2 q R4 u ( A)   EF EI (7) P0 R q0 R v( B)   P0  F E EI Trong đó: E: Mơđun đàn hồi vật liệu ống; F1  F I ;I  B b b - Chiều rộng ống tính tốn dọc trục; F - Diện tích mặt cắt ngang tiết diện ống; J - Mơmen qn tính tiết diện tuờng ống Cho biến dạng ống biến dạng điểm đất đá tương ứng điểm A B tìm cơng thức để tính tốn P0 q0 1 R  R2     a (       )  a  P  a  a (       )   12 q0  2 12 11 2  11 EF '  EFJ '   2  a11 (1     )  a12   p  (8) 1   1 R  1  R2   )  a12   )  q  a 22 (   P0   a12  a 22 (  1  1  EF '       EFJ '   2  a 1  a 22  (1   ) p  21  (9) 1 2 1  đó, hệ số sau: a11= a13 = độ sâu kể -1 , a12 = 1 ; E1 E1 P   1  H -1 3 , a22 = ; E3 G E1 E3 - Môđun đàn hồi theo hướng trục tương ứng (1 - Hệ số Poiison xác định tỷ lệ biến đạng dọc biến dạng ngang mặt phẳng phân lớp (3 - Hệ số Poiison xác định tỷ lệ Các chuyển vị xun tâm tính tốn theo cơng thức sau đây: Tại điểm A; R  P0 R R  (13) uA   q0 ( )   E0     Tại điểm B: R  P0 R R  uB   q0 ( )2   E0     (14) biến dạng ngang đất đá mặt phẳng bất đẳng hướng biến dạng dọc G - Môđun trượt đất đá; (1, (2 - Nghiệm phương trình: (10) a11  (2a12  a21 )   a22  Sau xác định P0, q0, dễ dàng tính nội lực ống theo công thức sau: R   N   P0 R  q0 cos 2 ;  2 M    P  q R cos 2 0  12 (11) đó:  p  p' P   ;  RE  1   ( )  E0   4( p  p ' ) q  ;  8R F 3  ( )  3 E0  (12) công thức trên: ( - Hệ số Poiison đất đá R - Bán kính ống ; E - Môđun biến dạng tổng quát củađất đá; E0- Môđun biến dạng tổng quát vật liệu ống; ( - Chiều dày ống; P‟- áp lực đất đá thẳng đứngtại độ sâu đặt ống cho trước tính từ đỉnh ống H; P'   H ; ( - Trọng lượng thể tích đất đá; P - áp lực đất đá nằm (áp lực hơng) ngang Hình Sơ đồ tính ống nằm độ sâu nhỏ ba lần đường kính ống(trường hợp nơng) Đối với ống nằm độ sâu nhỏ ba lần đường kính ống mơ hình tính tốn bán mặt phẳng có trọng lượng có lỗ khoét đặt bên Lời giải toán lý thuyết đàn hồi tác giả I G Aracôvich, I Ja Bjaler, I A Prusovy giải Xét bán mặt phẳng đàn hồi có trọng lượng bị suy giảm tồn lỗ khoét hình trịn bán kính R (Hình 2), tâm ống đặt chiều sâu H Vành (ống) xem mỏng chịu tác dụng hệ lực phân bố Chuyển vị điểm bán mặt phẳng chu vi lỗ khoét chuyển vị vành điểm tương ứng giả thiết ống đất đá tiếp xúc chặt chẽ với nhau; Từ điều kiện làm việc bán mặt phẳng vành tìm phương trình xác định P0 q0:  ae  a0 R2 a e 3a0 P (  )  ;  G EF ' 16(  2G )   2  5G R4 a e 3a0 G q   ;  a  3G (  G )ae EJ ' 16(  2G )(  G ) Trong đó: a  H  R2 ;  2G ;  2 15) (16) a0 -Toạ độ cực điểm A; Trong hầu hết trường hợp thực tế lấy giá trị a0 ( 1,8; Mơmen uốn lực dọc ống tính tốn theo công thức sau đây:  q0 R b Jb cos 2  ( P0  q0 e 2 a0 ); M  F  q  N  Rb ( cos 2  P  q e 2 a0 ); 0  Chọn mô hình kiểm nghiệm hành: Các số liệu tính sau(số liệu tham khảo khu vực Hà Nội): Bán kính cống trịn(m): r=2m; Khối lượng thể tích đất (T/m3): (=1,8; Chiều dầy ống (m): (=0,15; Hệ số nở hông: (=0,2; Lực dính đất (T/m2): c= 0,5; Góc ma sát trong(O): ( =3,5 ; (17) Sơ đồ khối thực phân tích làm việc vỏ cống sau: Hình Mơ hình chọn để so sánh kiểm nghiệm {1} Hình Sơ đồ khối III Các kết tính tốn nhận xét Bảng Giá trị mơmen Mmax cho mơ hình tính độ sâu khác H(m) A 4,68 7,01 9,35 B -0,26 0,27 1,77 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 11,69 14,02 16,36 18,70 21,04 23,37 25,71 28,05 30,39 32,72 35,06 4,52 8,82 14,99 23,33 34,15 47,77 64,49 84,63 108,49 136,38 168,62 C 4,68 7,35 10,05 12,75 15,45 18,15 20,85 23,55 26,25 28,95 31,65 34,35 37,05 39,75 Ghi chú:A: Mơ hình đặt nơng; B: Mơ hình đặt sâu; C: Mơ hình chọn kiểm nghiệm; Bảng số 2: Giá trị lực dọc Nmax cho mơ hình tính độ sâu khác H(m) B 2,33 3,49 4,66 10 5,82 12 6,99 14 8,15 16 9,31 18 20 22 24 26 28 30 10,48 11,64 12,81 13,97 15,13 16,30 17,46 4,34 7,40 11,54 16,92 23,69 32,01 42,02 53,89 67,67 83,81 A -0,16 0,11 0,85 2,21 C 6,08 7,88 9,68 11,48 13,28 15,08 16,88 18,68 20,48 22,28 24,08 25,88 27,68 29,48 Hình Biểu đồ giá trị lực dọc Nmax cho mơ hình tính độ sâu khác Hình Biểu đồ giá trị mômen Mmax cho mô hình độ sâu khác Bảng số Giá trị mômen Mmax lực dọc Nmax cho mơ hình tính độ sâu khác H(M) A 2,94 2,0 1,5 10 1,21 12 1,01 14 0,87 16 0,76 18 0,68 20 0,61 22 0,56 24 0,51 26 0,47 28 0,44 30 0,41 C 1,53 1,03 0,78 14,4 19,76 7,38 0,63 5,93 0,53 4,96 0,45 4,26 0,40 3,74 0,35 3,33 0,32 3,0 0,29 2,73 0,27 2,5 0,24 2,31 0,23 2,15 0,21 2,0 D 3,93 2,66 1,62 1,35 1,16 1,02 0,91 0,82 0,74 0,68 0,63 0,59 0,55 B 2,01 Ghi chú: A:Mơ hình đặt nơng (Mơmen Mmax) ;B: Mơ hình đặt nơng (Lực dọc Nmax) ;C: Mơ hình chọn để kiểm nghiệm (Mơmen Mmax) ;B: Mơ hình chọn để kiểm nghiệm (Lực dọc Nmax) Hình Biểu đồ giá trị mơmen Mmax lực dọc Nmax cho mơ hình tính độ sâu khác Một số nhận xét: Trong khoảng H3D Nội lực tính theo mơ hình tương tác đặt sâu cho giá trị nội lực nhỏ (Hình ); Khi chiều sâu đặt cống tăng lên, giá trị định (H=12 -15m), chiều sâu ảnh hưởng tới nội lực lựa chọn chiều dầy, cấu tạo ống hợp l í (Hình 7) Các kết luận cho thấy tính xác hợp lí cấu tạo tính tốn vỏ cống theo mơ hình tương tác Tài liệu tham khảo: Tiêu chuẩn thiết kế 20-TCN-51-84(1989); Đỗ Như Tráng, “áp lực đất đá tính tốn kết cấu cơng trình ngầm”, Học viên Kỹ Thuật Quân Sự (1997) AASHTO American Standard Specification for Highway Bridge-1994 Borodavkin P P Mekhanika Gruntov v Truboprovodnom stroitelstvje M 1976 - Nghiên cứu Các đặc tính đàn hồi cát Nguyễn Hồng Nam* Trung Tâm Thuỷ Công, Viện Khoa Học Thuỷ Lợi, 95/3 Chùa Bộc, Hà Nội Tel: 8522794, Fax: 8533377; Email: hong_nam@yahoo.com Study on quasi-elastic deformation properties of sand Abstract: Quasi-elastic deformation properties of dry, dense Toyoura sand at very small strain level were investigated by conducting a series of triaxial and torsional shear tests on hollow cylindrical specimens Strains were measured locally by a newly developed pintyped local deformation transducer Degradation of vertical Young’s modulus Ez and shear modulus Gz( with the increase of shear stress (z( was observed during torsional shear tests, while keeping the constant values of vertical stress (’z and horizontal stress (’( Effect of end-restraint at the top cap and pedestal on small strain shear modulus that was measured externally by applying small unload/reload cycles in the torsional direction was found to be significant I Đặt vấn đề Các đặc tính đàn hồi cuả đất có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu toán biến dạng đất cứng đá mềm biến dạng loại thường nhỏ 0.1% (Burland, 1989) Trong vài thập kỷ qua, kiến thức đặc tính đàn hồi đất mức biến dạng nhỏ (