Nghiên cứu giải pháp hợp lý để tính toán ổn định đê đắp bằng đất tại chỗ trên nền đất yếu ở đồng tháp mười

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc oOo - NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC Họ tên: NGUYỄN VĨNH TRIỆU Ngày tháng năm sinh: 10 / / 1963 Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU Khoá: 2000 I- TÊN ĐỀ TÀI: Phái : Nam Nơi sinh: Đồng Nai Mã số ngành: 31.10.02 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HP LÝ ĐỂ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ ĐẮP BẰNG ĐẤT TẠI CHỔ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG THÁP MƯỜI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 2.1 Nhiệm vụ: Nghiên cứu điều kiện thuỷ văn, Địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, Vật liệu đắp, để chọn mô hình tính toán thích hợp nhằm nâng cao tính ổn định đê đồng Tháp Mười, từ rút số yêu cầu công tác khảo sát, thi công kiến nghị thiết kế 2.2 Nội dung: Phần 1: TỔNG QUAN - Nghiên cứu điều kiện tự nhiên: Điều kiện địa lý, thuỷ văn Điều kiện địa chất công trình Điều kiện địa chất thuỷ văn - Đất đắp chổ phương pháp thi công - Đặc điểm cấu tạo địa chất đê - Các phương pháp tính toán ổn định đê Phần 2: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỄN - Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mái dốc - Các phương pháp tính toán ổn định khối đất đắp mô hình khác - Nghiên cứu, thu thập tài liệu, chọn tiêu thí nghiệm dùng thiết kế - So sánh phương pháp vá kiến nghị sử dụng - Rút kết luận lựa chọn phương pháp tính cho điều kiện đê, đê khác Kiến nghị vấn đề liên quan đến thiết kế III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11 / 2001 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS TRẦN THỊ THANH VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1: GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG VIII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2: TS LÊ BÁ KHÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS TRẦN THỊ THANH CÁN BỘ PHẢN BIỆN1 GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG CÁN BỘ PHẢN BIỆN TS LÊ BÁ KHÁNH Nội dung đề cương Luận án cao học thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC SAU ĐẠI HỌC Ngày tháng năm CHỦ NHIỆM NGÀNH GS.SKH LÊ BÁ LƯƠNG TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN Hàng năm vào khoảng tháng lại nghe báo động khẩn cấp tình hình lũ lụt đồng sông Cửu Long nói chung, Đồng tháp Mười nói riêng Cụm từ sống chung với lũ không xa lạ với Để thực điều chương trình nâng cấp, xây đê phòng chống lũ đề Nhưng vấn đề đất đắp đê, tình trạng đất mềm yếu làm cho vấn đề ổn định đê trở nên khó khăn mà chiều cao đê phải vượt đỉnh lũ Giải pháp hợp lý để nâng cao tính ổn định đê đất yếu vấn đề mang tính cấp thiết Trong luận án tác giả bước đầu nghiên cứu điều kiện tự nhiên để rút bốn sơ đồ cấu tạo khối đất đắp để tính toán cho vùng Đồng Tháp Mười Trong tính toán tác giả tính cho đê có chiều cao từ 3m đến 7m, có mái dốc n=1→4 cho sơ đồ nêu Việc phân tích ổn định thực phương pháp phân mảnh Bishop chạy chương trình XSTABLE Kết cho Kmin dạng bảng để tiện tham khảo Phân tích ứng suất- biến dạng nhờ chương trình SIGMA, nhằm xác định vùng phá hoại thân đê mục đích cho người xem cân nhắc lựa chọn hệ số ổn định cho trường hợp cụ thể Trong tính toán phát việc nâng hệ số an toàn ( hệ số ổn định Kmin ) cách xoảy taluy không đáng kể Ngược lại tăng lớp vật liệu gia cường ( trường hợp 1) hay tăng chiều dầy lớp phủ (trường hợp 3) mang lại hiệu cao Kết tính toán phần lý giải thực tế thi công, đê thường bị lún sụt mái dốc Việc phân tích ứng suất_ biến dạng cho thấy việc cân nhắc lựa chọn thông số đất đưa vào tính toán ảnh hưởng lớn đến độ xác kết toán MỤC LỤC Mở đầu TỔNG QUAN Trang Chương : Đặc điểm Địa chất công trình vùng Đồng Tháp mười 1.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 1.2 Đặc điểm thuỷ văn 1.2.1 Hệ thống sông rạch, kênh 1.2.2 Đặc điểm lũ 1.3 Đặc điểm Địa chất thuỷ văn 1.4 Đặc điểm nước ngầm 1.5 Tính chất lý số loại đất vùng Đồng Tháp Mười Chương 2: ĐẶC ĐIỂM ĐẤT YẾU, ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO ĐÊ ĐỒNG THÁP MƯỜI 2.1 Đặc điểm đất yếu đê vùng Đồng Tháp Mười 2.1.1 Đất yếu 2.1.2 Đất yếu vùng Đồng Tháp Mười 2.1 Đặc điểm cấu tạo đê vùng Đồng Tháp Mười 2.2.1 Tình hình xây dựng đê vùng 2.2.2 Đặc điểm cấu tạo đê vùng Đồng Tháp Mười 2.2.2.1 Điều kiện xây dựng 2.2.2.2 Địa chất đê 2.2.2.3 Đất đắp đê công nghệ thi công 2.2.3 Những tồn đê ngăn lũ Đồng Tháp Mười 2.2.3.1 Khâu khảo sát, thiết kế, thi công quản lý đê 2.2.3.2 Những hư hỏng thường gặp VÙNG 11 12 18 21 22 Chương 3: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH TRƯT MÁI DỐC 3.1 Khái niệm ổn định mái dốc 3.2 Các phương pháp tính ổn định trượt 3.2.1 Nhóm phương pháp xét cân giới hạn lăng thể trượt dựa mặt trượt giả định trước 3.2.2 Nhóm phương pháp xét cân giới hạn điểm phân tố khối đất 25 26 27 27 Phần 2: NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VÀ PHÁT TRIỄN Chương 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 29 4.1 Các phương pháp tính ổn định mái dốc dựa phân tích cân 30 giới hạn lăng thể trượt 4.1.1 Nhóm phương pháp xem lăng thể trượt thể 4.1.1.1 Phương pháp Cullmann 31 4.1.1.2 Phương pháp mặt trụ tròn 4.1.2 Nhóm phương pháp phân mảnh lăng thể trượt 32 4.1.2.1 Phương pháp Fellenius 36 4.1.2.2 Phương pháp Bishop 4.2 Các phương pháp tính ổn định mái dốc dựa vào trạng thái ứng suất-biến dạng điểm phân tố Phương pháp Phần tử hửu hạn 4.2.1 Hệ toạ độ 4.2.2 Mô hình biến trường 4.2.3 Phương trình 4.2.4 Tích phân số 4.2.5 Tổ hợp phương trìng tổng thể 4.2.6 Giải phương trình 4.2.7 Ứng suất Phần tử 4.2.8 Bài toán phi tuyến 4.2.9 plực nước lổ rỗng 4.2.10 Mô hình fđàn hồi tuyến tính 49 4.2.11 Mô hình đàn hồi phi tuyến 4.2.12 Mô hình đàn dẻo 4.2.13 Mô hình đàn-giảm bền 4.2.14 Mô hình đất sét Cam 4.2.15 Mô hình đất sét Cam biến thể 37 39 40 41 44 45 46 48 51 54 58 62 69 Chương : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 5.1 Cơ sở giả thiết tính toán 5.2 Các sơ đồ tính 5.3 Phân tích kết tính toán 71 72 78 Chương 6: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VIỆC CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƯỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT ĐỂ TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 6.1 Các phương pháp xác định sức chống cắt đất 6.1.1 Cắt trực tiếp 6.1.2 Nén ba trục 6.1.3 Nén đơn 6.1.4 Cắt cánh trường 6.2 Các sơ đồ làm việc đất đê 6.3 Mô hình điều kiện làm việc đất đê 6.3.1 Đối với đất đê 6.3.2 Đối với đất thân đê KẾT LUẬN 94 95 96 97 97 102 103 103 MỞ ĐẦU Đồng Tháp Mười nói riêng, vùng châu thổ sông Mêkông nói chung, hàng năm vào mùa nước lũ, hàng trăm tỷ mét khối nước từ thượng nguồn đổ tạo thành biển nước mênh mông Dù mực nước lũ không lớn ( mét) lên chậm, kéo dài từ tháng đến tháng 12, nên thiệt hại mặt kinh tế người vô to lớn Điều làm ảnh hưởng không nhỏ đến phát triễn kinh tế dân sinh vùng Đồng Tháp Mười có địa hình trũng dạng lòng chảo, phiá Bắc sông biên giới Cái Cỏ_Long Khốt phần biên giới với Cam Pu Chia nằm hai sông Vàm Cỏ, cao độ đến 4m nối tiếp miền đất cao Đông Nam Bộ, phiá Tây Nam bờ giồng ven sông Tiền có cao độ 1.5 đến 2m, phiá Đông quốc lộ 1A đường bờ dọc sông Vàm Cỏ Đông có cao độ 1.5 đến 2m.Vùng trung tâm có cao độ từ 0,5 đến 1,25 mét Với đặc điểm đường thoát lũ không trực tiếp biển mà trở ngược lại sông Tiền sông Vàm Cỏ nên vùng ngập lũ nặng nề đồng sông Cưủ Long Do đồng trẻ nên toàn đất phạm vi 10-40m phù sa hình thành gồm loại đất bùn, sét dẻo chảy đến chảy có hệ số rỗng lớn (e >1) có tên chung mặt xây dựng đất yếu Việc phát triển kinh tế, dân sinh vùng Đồng Tháp Mười gắn liền với công tác quy hoạch đê bao chống lũ Các đê dọc kênh trục, kênh cấp 1, kéo dài hàng chục số trục giao thông thuỷ tuyến dân cư Việc xây dựng đê ngoàiù ý nghiã to lớn mặt kinh tế- xả hội, mặt kỹ thuật phải giải loạt vấn đề liên quan đến khảo sát, thiết kế thi công đất yếu nhằm bảo đảm ổn định suốt trình xây dựng khai thác Thực tế năm qua tượng sạt lở mái, trượt mái, trượt cắt đê,…đã xảy công trình xây dưng có, xây dựng có đê sa rài, đê tân Thành-Lò Gạch,… Hiện chưa có tổng kết công tác khảo sát, thiết kế, thi công công trình đê ngăn lũ cho vùng đồng sông Cửu Long, vây việc nghiên cứu chọn giải pháp hợp lý để nâng cao tính ổn định đê đắp vật liệu chổ vấn đề thiết thực góp phần giải vấn đề xúc mà phủ đề Với mong muốn góp chút cho công việc trên, đồng thời hướng dẫn giúp đở tận tình GS.TSKH Nguyễn văn Thơ, TS Trần thị Thanh, tác giả thực đề tài: ” Nghiên cứu giải pháp hợp lý để tính toán ổn định đê đắp đất chổ đất yếu vùng Đồng Tháp Mười” Luận văn thực qua bước sau: Thu thập tài liệu khảo sát Địa Kỷ Thuật, trạng công trình, báo cáo khoa học có liên quan Tổng hợp tài liệu thu thập Nghiên cứu lý thuyết học đất, học môi trường liên tục, phương pháp tính toán liên quan đến tính toán ổn định công trình đê đất Thực hàng loạt phép tính ổn định nền-đê phương pháp giả định trứơc dạng mặt trượt phương pháp phần tử hửu hạn Một lần nữa, tác giả xin chân thành biết ơn thầy cô hướng dẫn, ý kiến quý báo GS.TSKH Lê Bá Lương số thầy, cô khác trình chọn thực đề tài LỜI CẢM ƠN Khi đặt bút viết lên dòng lúc kết thúc chặn đường hành trình mà không đến đích Những truyền đạt kết tinh gần đời người thầy cô khoa, trường Tôi xin gởi lại lòng biết ơn sâu sắc đến cán Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Phòng Quản Lý Khoa Học Sau Đại Học Ngành Công Trình Trên Đất Yếu, tạo điều kiện thuận lợi giúp đở trình học tập Xin chân thành cảm ơn đến thầy, cô tham gia giảng dạy Xin cảm ơn GS.TSKH Lê Bá Lương, GS.TSKH Hoàng Văn Tân có dẫn quý báu giảng dạy chọn đề tài luận án Đặc biệt cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ, TS, Trần Thị Thanh, người hướng dẫn khoa học, đường, dẫn lối cho suốt trình thực đề tài Xin cảm ơn ý kiến quý báo TS Lê Bá Khánh, TS Châu Ngọc n TS Cao Văn Triệu Chương ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÙNG ĐỒNG THÁP MƯỜI -000 - 1.1 Điều kiện địa lý tự nhiên Vùng Đồng Tháp Mười nằm kinh tuyến Đông 105°12’ 106°30’, vó tuyến Nam 10°15’ 16°00’ Có diện tích tự nhiên 729.065 hecta, nằm địa phận hành ba tỉnh Long An, Tiền Giang Đồng Tháp Nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai muà mưa nắng rõ rệt Mùa mưa từ tháng đến tháng 10, mang theo gió mùa Tây Nam Mùa khô từ tháng 11 đến tháng năm sau, mang theo gió mùa Đông Bắc Các tháng chuyển tiếp từ khô hạn sang mưa lũ tháng 5-tháng 7, tháng chuyển tiếp từ thời gian lũ lụt sang khô tháng 12-tháng Lượng mưa hàng năm trung bình 1400 – 1700mm thuộc vùng có lượng mưa nhỏ miền Nam Lượng mưa tập trung vào tháng mùa mưa, tháng mùa khô mưa Lượng tập trung lớn vào tháng đến tháng 10 khối nước khổng lồ từ Cam Pu Chia tràn sang khiến Đồng Tháp Mười chìm bể nước Nhiệt độ trung bình 27°, thấp 21°, cao 34° Độ ẩm không khí trung bình năm 80% Số nắng cao 2200-2700 giờ/năm Vùng thuộc vùng I phân cấp gió, chịu ảnh hưởng bảo 1.2 Đặc điểm thuỷ văn 1.2.1 Hệ thống sông rạch, kênh Ngoài sông Tiền sông nhánh, rạch bao bọc phiá Tây Nam, hệ thống sông Vàm Cỏ phía Đông Đông bắc, mạng lưới kênh đào chằng chịt dọc ngang phát triển, đặc biệt kể từ sau năm 1994 triển khai quy hoạch chống lũ cấp bách cho toàn đồng sông Cửu Long Trong đáng kể kênh hướng Đông Tây kênh Đồng Tiến-Dương văn Dương, kênh Nguyễn văn Tiếp, kênh Hồng Ngự, kênh Tân Thành - Lò Gạch, Kênh An Phong _ Mỹ Hoà, kênh dọc kênh Bình Thành, Tân Công Chí, Kháng Chiến, Phú Hiệp,… 1.2.2 Đặc điểm lũ Mùa lũ thông thường tháng kéo dài đến tháng 12 Ngay từ cuối tháng mực nước Tân Châu thấp ( xấp xỉ +3.00 mét), gặp triều cường, nước lũ bị dồn ứ gây ngập nơi gần sông vùng trũng diễn vào năm 1978, 1984 Cuối tháng đến đầu tháng 9, mực nước thượng nguồn trạm Tân Châu tăng dần, nước lũ bắt đầu tràn qua biên giới Cam pu Chia vào Đồng Tháp Mười Vùng xa sông Tiền lũ lên chậm, điển mựïc nước sông Vàm Cỏ vẩn mức thấp Cuối tháng 9, lượng nước tràn qua biên giới vào Đồng Tháp Mười nhiều, năm lũ lớn Mực nước khu phía Bắc kênh Tân Thành-Lò Gạch từ Cái Cái đến sông Tiền cao mực nước Tân Châu Cuối tháng 10 đầu tháng 11, nước lũ thoát mạnh phiá sông Tiền qua đoạn Cao Lãnh-Cổ Cò Phần lại chảy hướng sông Vàm Cỏ qua kênh 28, Sông Trăng Tuỳ cường suất trận lũ hàng năm mà mức độ ngập sâu vùng Đồng Tháp Mười khác nhau, nhìn chung múc độ ngập sâu giảm dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam (xem bảng số 1.1) Khu vực ngập sâu phiá Tây sông Cái Cái, phiá Bắc kênh Đồng Tiến, trung bình từ đến 3.5m, có nới 4,00m, mức độ ngập sâu lũ năm 1996 thể đồ số 1.2 Bảng số 1.1 : Cao độ mực nước max số nơi số trận lũ Tên trạm Vị trí Năm 1978 1984 1991 1994 1996 Tân Châu Sông Tiền 4,94 4.96 4.80 4.67 5.04 Mộc Hoá Vàm Cỏ Tây 2.93 2.60 2.70 2.73 2.79 Tân An Vàm Cỏ Đông 1.55 _ 1.27 1.50 1.67 Số liệu thống kê liên tục từ năm 1931 đến 1996 cho thấy chu kỳ lũ nhỏ ( mực nước Hmax 4,50m) đến năm Lũ Đồng Tháp Mười có cường suất không lớn ( 3-5cm/ngày) gây ngập sâu kéo dài năm lũ lớn, nên gây thiệt hại lớn đến tính mạng người kinh kế vùng, gây khó khăn cho viêc phát triễn sở hạ tầng khu vực Vì việc kiểm soát lũ, “sống chung với lũ” nhiệm vụ hàng đầu cuả bộ, ngành có liên quan 5.3.4 Trường hợp 4: Trường hợp đất đắp đê đất đê sét cứng nên mặt ổn định taluy ổn định tổng thể, đê thoả cấu tạo thi công tiêu chuẩn Để minh hoạ cho điều này, toán phân tích ứng suất ứng với chiều cao đê H=7m, hệ số mái dốc n=2, cho vùng biến dạng dẻo phát triễn đạt a/b = 0.13, thể hình 5.17 CASE 4, N=2, H=7M 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 -5 10 15 20 25 30 35 toa m Hình 5.17: phân bố điểm chảy dẻo đê trường hợp 4, h=7m, n=2 Cung trượt tròn tính theo phương pháp Bishop có hệ số ổn định Kmin= 1,886, cắt vào độ sâu xấp xỉ 4m, phần cuối cách chân mái dốc 5m không qua vùng biến dạng dẻo (hình 5.18) Các đê đắp qua vùng có cấu tạo đất theo trường hợp thuận lợi mặt đất mà thuận lợi mặt thi công lẫn vật liệu đắp 92 Chương 6: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VIỆC CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƯỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT ĐỂ TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC _ooo Qua phân tích ứng suất_ biến dạng đất thân đê đê, tác giả thấy cần thiết nhắc lại vấn đề việc chọn sơ đồ điều kiện thí nghiệm để xác định thông số cường độ đất dùng tính toán Để tính ổn định đê nói riêng, mái dốc nói chung thông số trực tiếp cường độ chống cắt đất thể qua thông số góc ma sát φ lực dính C Tuỳ điều kiện thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm mà chúng có giá trị khác thêm ký hiệu khác Hiện nước ta thường áp dụng phương pháp sau đây: 5.1 Các phương pháp xác định sực chống cắt đất 5.1.1.Cắt trực tiếp máy cắt phẳng σ ε Hình : Sơ đồ máy cắt phẳng τ τ σ Tuỳ yêu cầu tính toán mà sơ đồ thí nghiệm chọn cắt nhanh không cố kết (UU), cắt nhanh cố kết (CU), hay cắt chậm cố kết (CD) mô hình sức chống cắt đất phụ thuộc vào ứng suất pháp σ trạng thái độ ẩm, độ chắt ban đầu đất, mô tả qua định luật Coulomb: -Đối với đất cát: τf = σ tgϕ -Đối với đất sét: τf = σ tgϕ + c ϕ c góc nội ma sát lực dính đất Khi biểu diễn thông qua ứng suất hiệu ta có: 94 τf = (σ - u) tgϕ’ + c’ (σ - u): ứng suất hiệu kí hiệu σ’ u : áp lực nước lổ rỗng đất ϕ’ c’ góc nội ma sát lực dính đất σ đạt σ’ 5.1.2.Xác định sức chống cắt máy nén ba trục Để phản ánh tương đối xác trạng thái làm việc không gian khối đất người ta tiến hành thí nghiệm xác định sức chống cắt mẩu đất máy nén ba trục Tải dọc trục van xả khí σ1=σ3+σd Ống trụ Mũ đặt tải σ3 ống dẻo thoát nước mẩu đất α u đóa xốp τf σn σ3 đóa xốp mũ đáy bệ Burét thoát nước Đo áp lực lổ rỗng Hình 6.2 Áp lực buồng σ1=σ3+σd : Sơ đồ buồng nén ba trục ứng suất lúc mẩu phá hoại cắt Phá hoại cắt xảy σ1 tăng từ σ3 thêm đại lượng σd gọi độ lệch ứng suất Vì ứng suất tiếp mặt bên thành mẩu nên ứng suất σ1 σ3 ứng suất lớn ứng suất nhỏ Tập hợp vòng tròn Mohr dựng đồ thị σn_τf tiếp tuyến chúng thể tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb> Đường tiếp tuyến gọi đường bao Mohr-coulomb 95 τf đường bao phá hoại Mohr-Coulomb τf = c'+ σ'n tg φ' φ' c' σ'3 σ''3 σ'''3 σ'1 σ''1 σ'''1 σ'n Hình 6.3 : Đường bao Mohr-Coulomb thí nghiệm nén ba trục Cũng tuỳ điều kiện làm việc thực tế chọn tính toán mà thí nghiệm nén ba trục thực theo quy trình thí nghiệm nhanh - không thoát nước (UU), thí nghiệm cố kết - không thoát nước(CU), thí nghiệm cố kết – thoát nước (CD) 5.1.3.Xác định sức chống cắt nén đơn ( nén nở hông) Đó trường hợp đặc biệt nén ba trục Ở áp lực buồng hay áp lực buồng không σ3 = Sơ đồ chịu lực mẩu đất đồ thị MohrCoulomb thể hình 6.4 σ1 τf α cu đường bao phá hoại Mohr-Coulomb τ f = cu φu=0 τf σn σ1 σ3=0 σ1 (a) (b) Hình 6.4 : Sơ đồ nén đơn (a) đồ thị Mohr_Coulomb (b) 96 σn Sơ đồ cho kết dạng ứng suất tổng, Khi mẩu bảo hoà nước gần ta có τf = σ1/2 = Cu 5.1.4.Xác định sức chống cắt cắt cánh ỏ trường Đối với đất yếu, khó lấy mẩu đảm bảo nguyên dạng, thí nghiệm tỏ thích hợp dùng để xác định sức chống cắt không thoát nước điều kiện bảo hoà nước cần xoay Hình đồ cấu tạo dụng cụ cắt cánh trường lưỡi cánh cắt Hình chiếu đứng Hình chiếu mômen xoắn Mx Thông số xác định độ bền chống cắt không thoát nước Cu Mx Cu = π dh ( 1+d/3) 5.2 Các sơ đồ làm việc đất đê Chọn trường hợp tính toán chương 5: đất trường hợp 1, đê cao 5m mái dốc n=3 ta xem xét phân tố có số thứ tự từ đến (hình 6.6 ) để khảo sát thay đổi trạng thái ứng suất đất dọc theo mặt trượt trụ tròn ( hay gần tròn) nhằm chọn sơ đồ thí nghiệm thích hợp 97 BIEU DO CHON CAC PHAN TO KHAO SAT UNG SUAT CUNG TRƯT BISHOP GIẢĐỊINH PHÂN TỐ PHÂN TỐ PHÂN TỐ PHÂN TỐ PHÂN TỐ PHÂN TỐ Hình 6.6: Sơ đồ vị trí làm việc phấn tố đât dọc theo măt trượt trụ tròn Phân tố nằm gần đường tim đê có vòng tròn Mohr ứng suất phương ứng suất thể hình 6.7 Total Stress at Node 926 20 53.899 15 1.2683 20.812 10 Shear sy sx 53.948 -5 -10 20.763 -15 -20 15 20 25 30 35 Normal 40 45 50 55 Hình 6.7 :đồ thị vòng tròn Mohr ứng suất thành phần phân tố 98 ng suất lớn σ1 gần thẳng đứng ứng suất nhỏ σ3 phân tố gần nằm ngang cho thấy phù hợp sơ đồ thí nghiệm phương pháp nén ba trục Phân tố có vòng tròn Mohr ứng suất phương ứng suất thể hình 6.8 Total Stress at Node 825 30 85.562 4.426 20 44.2 10 Shear sy sx 86.03 -10 43.732 -20 -30 30 40 50 60 Normal 70 80 90 Hình 6.8 :đồ thị vòng tròn Mohr ứng suất thành phần phân tố Ở phân tố góc xiên ứng suất có lớn trường hợp phân tố sơ đồ thí nghiệm nén ba trục phản ánh đủ xác Phân tố có vòng tròn Mohr ứng suất phương ứng suất thể hình 6.9 99 Total Stress at Node 651 25 72.547 20 9.9894 15 39.969 10 sy Shear 75.366 -5 sx -10 37.15 -15 -20 -25 30 35 40 45 50 55 60 Normal 65 70 75 80 Hình 6.9 :đồ thị vòng tròn Mohr ứng suất thành phần phân tố Ở phân tố góc xiên ứng suất đủ để xét sơ đồ thí nghiệm nén xiên ba trục ta chưa có thiết bị thí nghiệm cho trường hợp Do phương pháp thí nghiệm có, sơ đồ phương pháp nén ba trục gần Phân tố nằm phần nằm ngang cung trượt có vòng tròn Mohr ứng suất phương ứng suất thể hình 6.10 phân tố nàymặt trượt cắt ngang thân phân tố đất, ứng suất lệch so với phương đứng ( hoaởc ngang ) ~ 45 ă, maởt trửụùt treõn thoả mãn tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb phân tố đất gần nằm ngang ( lệch với σ3 góc α) Xem xét trạng thái ứng suất phân tố ta thấy chúng gần với sơ đồ cắt phẳng trực tiếp mẩu đất trình bày phần 6.1.1 100 Total Stress at Node 416 15 42.246 sy 13.917 10 37.694 Shear 54.072 -5 25.868 -10 sx -15 25 30 35 40 Normal 45 50 55 Hình 6.10 :đồ thị vòng tròn Mohr ứng suất thành phần phân tố Phân tố có vòng tròn Mohr ứng suất phương ứng suất thể hình 6.11, a b Total Stress at Node 197 20 5.0528 3.8723 29.232 10 Shear sy sx 4.4478 -10 29.837 -20 10 20 Normal 101 30 40 Total Stress at Node 147 15 1.0088 0.37687 10 24.779 Shear sy sx 1.0028 -5 24.785 -10 -15 10 15 Normal 20 25 30 Hình 6.11 :đồ thị vòng tròn Mohr ứng suất thành phần phân tố (a), Và phân tố (b) Trạng thái ứng suất x,y ứng suất cho thấy thành phần ngang chính, mặt phá hoại Mohr-coulomb có chiều hướng nghiêng lên tăng dần từ phân tố đến phân tố Độ tăng σ1 không đáng kể, dó xem đất đồng nhất, đẳng hướng trạng thái làm việc phân tố đất gần với sơ đồ thí nghiệm nén đơn Như toàn chiều dài cung trượt trạng thái làm việc đất đất thân đê chia làm vùng : vùng đầu cung trượt nằm mặt đê, vùng cung trượt nằm mái dốc vùng cuối cung trượt phần đất tự nhiện chân đê Tương ứng với vùng cần có số liệu thí nghiệm nén ba trục, thí nghiệm cắt phẳng nén nở hông tương ứng Đối với đất yếu việc nén đơn nhiều không thực được, số liệu thay thí nghiệm thiết bị nén ba trục cắt cánh trường 5.2 Mô hình điều kiện làm việc đất đê Việc chọn điều kiện thí nghiệm để xác định độ bền chống cắt có ý nghỉa đặc biệt quan trọng ảnh hưởng nhiều đến số liệu thu được.Tuỳ thuộc vào chất đất nền, điều kiện làm việc đê, điều kiện thi công xử lý thoát nước mà ta chọn điều kiện thí nghiệm liên quan tới áp lực nước lổ rỗng khác mẳu đất 102 5.2.1 Đối với đất đê Trong điều kiện chống lũ lớp đất bùn sét lớp sét cứng điều làm việc trạng thái bảo hoà nước nên chọn sơ đồ thí nghiệm ứng với điều kiện cắt nhanh-không thoát nước (UU) phù hợp đê đắp Đối với đê nâng cấp cần đánh giá mức độ cố kết đất thân đê cũ đểø chọn điều kiện thí nghiệm (CU) hay (UU) cho phù hợp Nếu đê đắp xử lý trước đệm cát, giếng cát, cọc cát hay bất thấm nên chọn điều kiện thí nghiệm cố kết không thoát nước (CU) 5.2.1 Đối với đất thân đê Do diều kiện thi công vật liệu đắp đê trình bày phần trước mà đất thân đê thường có hệ số đầm nén không 0.90 đa số thi công theo theo phương pháp ướt, Vì trường hợp nguy hiểm trường hợp trượt bảo hoà hoàn toàn lúc đê vừa đắp hay lúc ngập mà mực nước hạ lưu hạ nhanh ( so với mức độ hạ thấp mực nước tónh thân đê) Do mẩu vật liệu đắp chế bị theo điều kiện thi công, sau dem bảo hoà nước thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước 103 KẾT LUẬN 1- Đê Đồng Tháp Mười thường có hai loại: a) Đê ngăn lũ: có nhiệm vụ bảo vệ khu vực sản xuất ba vụ lúa, bảo vệ trung tâm dân cư, thị xã, thị trấn, thị tứ đê kết hợp với đường giao thôngchính vượt lũ Tuỳ theo địa hình dọc tuyến, đê loại có chiều cao đắp từ 4m đến 7m, có đạt đến 10m vượt qua sông rạch Bề rông đỉnh đê thường từ 6m đến 9m Hiện số lượng đê loại không nhiều, đáng kể tuyến: Đê Tứ Tân huyên Tân Hồng; đê Sa Rài thị trấn Sa Rài; Đê Vónh Hưng thị trấn Vónh Hưng; Đê Tân Hưng thị trấn Tân Hưng b) Đê ngăn lũ tháng tám ( đê bao): Có nhiệm vụ ngăn nước lũ từ đầu tháng đến cuối tháng đầu tháng 9, để bảo đảm an toàn sản xuất vụ hè thu, sau cho nước tràn qua thời kỳ lũ vụ Loại đê thường thấp, chiều cao từ đến 3m, bề rộng mặt đê từ đến 6m Độ dốc mái đê thay đổi tuỳ theo chiều cao đê, tính chất đất , đất đắp điều kiện thi công 2- Đất Đồng Tháp Mười thay đổi phức tạp, phần lớn cấu tạo từ loại đất sét yếu Các tuyến đê tghường dài, qua nhiều vùng có cấu tạo đất khác Xét phạm vi độ sâu đến 7m kể từ mặt đất ( phạm vị chịu ảnh hưởng tải trọng đê) đất thường gặp có từ đến hại lớp, gồm đất sét, sét trạng thái dẻo cứng, dẻo mềm, dẻo chảy loại bùn sét, bùn sét, bùn cát có chứa nhiều chất hửu 3- Đê đắp đất đào dọc tuyến đê, nên dạng khác đất có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khối đất đắp thân đê Dung trọng khô khối đất đắp thân đê phụ thuộc vào điều kiện thi công đê đồng sông Cửu Long Đồng Tháp Mười - Đắp đê có đầm nén: Phương pháp áp dụng cho vùng đất tương đối tốt, không bị ngập nước Trong điều kiện đất lấy lên ẩm, phơi khô để đạt độ ẩm yêu cầu đầm nén Đầm đất máy đầm bánh xích, máy ủi banh xích, dung trọng khô khối đất đắp đạt: γc= 0.9γcmax - ( γcmax – dung trọng khô lớn đạt công đầm tiêu chuẩn thí nghiệm đầm Proctor) i đất để khô gió hai bên bờ rối lắp trực tiếp vào dòng chảy kênh rạch Đất đầm nén tác động phương tiện thi công lại mặt đê, nên dung trọng đạt: γc= 0.8γcmax - Đào đất ngập nước xáng ngoạm, máy đào, đắp trực tiếp thành đê, không đầm nén Đất thường bảo hòa nước, nên dung trọng khô khối đất đắp đạt dung trọng khô tự nhiên đất chổ đào: 104 γc = γc tn 4- Đất đất đắp đất loại sét, có hệ số thấm nước bé, thoát nước không đáng kể thời gian thi công thực tế Mặt khác đất bảo hòa nước, đất đắp điều kiện thi công nêu trạng thái bảo hòa nước, sức kháng cắt đất dùng tính toán ổn định đê chọn theo sơ đồ không nén trước, cắt nhanh không thoát nước ( sơ đồ UU) cho đất đất đắp trạng thái bảo hòa nước 5- Đê chịu tác động nhiều tổ hợp lực khác trình thi công khai thác Trong luận văn xét tính với trường hợp thực tế xem nguy hiểm nhất: mực nước thượng lưu hạ lưu hạ thấp chân đê, khối đất thân đê bảo hòa nước Sức chống cắt đất đất đắp chọn theo kết luận 6- Tính toán ổn định mái dốc đê thực theo phương pháp phân mảnh Bishop chạy chương trình XSTAB.Phân tích ứng suất, biến dạng khối đất đắp đê nhờ chương trình SIGMA Chiều cao giới hạn đê đắp đất yếu tính theo lời giải giải tích hệ phương trình vi phân cân cho toán phẳng, tải trọng phân bố Prandtl Khi lớp đất yếu có bề dầy nhỏ chiều cao giới hạn tính phương pháp Jogghenxon Trong luận án có giới thiệu kết tính toán hệ số an toàn ổn định cho đê có chiều rộng đỉnh b=9m, chiều cao đê thay đổi H=4,5,6,7m, mái dốc đê thay đổi n=2,3,4 ứng với dạng cấu tạo đất đất đắp khác Tuỳ theo chiều cao đê thực tế, loại đất nền, đất đắp mức độ an toàn cho phép, người đọc tham khảo chọn mái dốc đê thích hợp 7- Từ kết tính toán ổn định mái dốc, ứng suất biến dạng đê đê cho số trường hợp cụ thể luận văn rút số nhận xét sau đây: a) Trường hợp 1: Trong phạm vi chịu ảnh hưởng tải trọng đê, đất - - - lớp sét yếu (OH) có γ tt=1.68 t/m² , ϕtt = 5° , Ctt = 0.11 kg/cm² Vùng biến dạng dẻo đê bắt đầu xuất từ phát triễn rộng dần hai bên chân đê Khi đê có hệ số ổn định Kmin≥ 1,2, tuỳ thuộc vào chiều cao H vàmái dốc n đê, chiều rộng vùng biến dạng dẻo a thay đổi trọng phạm vi a= (0.55→0.71)B ( B_ chiều rộng đáy đê) Các cung trượt nguy hiểm mái dốc đê cắt sâu vào đê từ 3→6m, cách chân mái đê từ 4→6m cắt qua vùng biến dạng dẻo Khi đê có chiều cao H ≥ 4m ( gần hay vượt chiều cao giới hạn Hgh đất yếu), việc tăng mái dốc n làm tăng không đáng kể hệ số an toàn chống trượt, việc tăng lớp vật liệu gia cường cho thấy vùng biến dạng dẻo thu hẹp nhanh chóng b) Trường hợp 2: Nền đê có lớp sét yếu yếu (OH) dày 1→2m, phủ lên lớp sét nửa cứng, tham gia vào chịu tải trọng đê Lời giải FEM mái dốc n=2, chiều cao đê H thay đổi từ 3→7m cho thấy vùng biến dạng dẻo xuất lớp sét yếu phần chân mái dốc, nơi tiếp xúc 105 - - với lớp sét cứng bên Theo mức độ tăng dần chiều cao đê, vùng biến dạng dẽo mở rộng dần phía trung tâm đê Các cung trượt nguy hiểm tính theo phương pháp Bishop cắt vào đất yếu đê, qua mặt ranh giới lớp sét yếu lớp sét cứng bên qua vùng biến dạng dẽo c) Trường hợp 3: Dưới đáy đê có mặt lớp sét deõ cứng (MH) có γ tt=1.82 t/m² , ϕtt = 11° , Ctt = 0.27 kg/cm² Lớp sét phủ lên lớp sét yếu (OH) tạo thành chịu ảnh hưởng tải trọng đê Có tập trung ứng suất đới lớp sét phủ dẽo cứng, nên có thay đổi hình dạng vùng biến dạng dẽo nơi tiếp giáp lớp sét yếu lớp sét dẽo cứng Sự tồn lớp sét dẽo cứng phủ lớp sét yếu làm tăng sức chống cắt đê dẫn đến tăng hệ số ổn định Kmin Tăng chiều dày lớp sét phủ (MH) làm tăng hệ số ổn định Kmin nhanh so với việc làm xoảy taluy đê d) Trong nhiều trường hợp tính toán, nhận thấy rằng, tính theo phương pháp phân mảnh trượt cung tròn Bishop có hệ số an toàn cao, đê xuất vùng biến dạng dẽo vượt mức cho phép ( a/B > 0.6) Đây nguyên nhân dẫn đến thân đê bị lún sụt mái dốc tồn e) Quan sát thấy phần độ dài cung trượt tròn Bishop qua vùng biến dạng dẽo Ltd ( tính FEM ) chiếm ≥ 50% so với toàn chiều dài cung trượt Lt hệ số ổn định Kmin ≤ 1.2 (xem hình) Ltd/Lt (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 8- 0.5 1.5 Kmin Đối với đê đắp đất yếu, cần phải tính toán xác định chiều cao giới hạn cho phép đê trước tính toán mái dốc ổn định tổng thể đê, Nếu chiều cao (theo 106 9- yêu cầu) thực tế đê vượt chiều cao giới hạn cho phép đất yếu cần phải có giải pháp xử lý đê, kể thân đê Do giới hạn thời gian khả năng, nên nhiều nội dung cần tiếp tục nghiên cứu như: ảnh hưởng chiều rộng đê đến vùng biến dạng dẽo đê, ảnh hưởng dạng phần tử đất đến vùng biến dạng dẽo, làm việc đồng thời loại cốt gia cường cụ thể với đất xung quanh nó, giải pháp xử lý hợp lý cho đê vùng Đồng Tháp Mười nói riêng, đồng sông Cửu Long noùi chung 107 ... Tính chất lý số loại đất vùng Đồng Tháp Mười Chương 2: ĐẶC ĐIỂM ĐẤT YẾU, ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO ĐÊ ĐỒNG THÁP MƯỜI 2.1 Đặc điểm đất yếu đê vùng Đồng Tháp Mười 2.1.1 Đất yếu 2.1.2 Đất yếu vùng Đồng Tháp. .. việc trên, đồng thời hướng dẫn giúp ? ?ở tận tình GS.TSKH Nguyễn văn Thơ, TS Trần thị Thanh, tác giả thực đề tài: ” Nghiên cứu giải pháp hợp lý để tính toán ổn định đê đắp đất chổ đất yếu vùng Đồng. .. đắp đê, tình trạng đất mềm yếu làm cho vấn đề ổn định đê trở nên khó khăn mà chiều cao đê phải vượt đỉnh lũ Giải pháp hợp lý để nâng cao tính ổn định đê đất yếu vấn đề mang tính cấp thiết Trong