Nghiên cứu tính toán ổn định đập xà lan trên nền đất yếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 0O0 NGUYỄN HẢI HÀ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐẬP XÀ LAN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 0O0 NGUYỄN HẢI HÀ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐẬP XÀ LAN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Chuyên ngành Mã số : Xây dựng cơng trình thủy : 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Đình Hịa PGS.TS Trịnh Minh Thụ Hà Nội - 2010 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -iLỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến PGS.TS Trần Đình Hồ, người tận tình giúp đỡ tác giả nhiều vấn đề tiếp cận công nghệ định hướng nghiên cứu thời gian làm luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trịnh Minh Thụ hướng dẫn có ý kiến quý báu lĩnh vực học thuật đặc biệt địa kỹ thuật Những bảo Thầy giúp tác giả định hướng nghiên cứu trước thời gian làm luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Trương Đình Dụ, chủ nhiệm đề tài sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước đập xà lan ThS Trần Văn Thái, người vạch định hướng khoa học cho tác giả Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Trung tâm Đồng Ven biển Đê Điều, Viện Thủy công, Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam đồng nghiệp khác tác giả nghiên cứu áp dụng công nghệ đập xà lan thời gian qua Xin cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Thủy Lợi, phòng Đào tạo Sau đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ bảo, dìu dắt tác giả đến ngày hôm Xin cảm ơn Vợ, Con gái người thân gia định động viên để tác giả chuyên tâm nghiên cứu Hà Nội, 08 tháng 12 năm 2010 Tác giả Nguyễn Hải Hà Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -ii- MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Đề tài Mục đích Đề tài .2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 Bố cục luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Nhu cầu tình hình ứng dụng công nghệ đập xà lan thực tế 1.1.1 Nhu cầu thực tế ứng dụng công nghệ đập xà lan 1.1.2 Tình hình ứng dụng đập xà lan nước ta 1.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng công nghệ ngăn sông giới nước 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Trong nước 13 1.3 Kết luận chương 24 CHƢƠNG 2: ĐẬP XÀ LAN VÀ CƠ SỞ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH 27 TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 27 2.1 Đặc điểm điều kiện làm việc Đập xà lan 27 2.2 Các tính chất lý ứng xử đất yếu 28 2.2.1 Đặc điểm phân loại đất yếu 28 2.2.2 Cường độ chống cắt khơng nước Su 29 2.2.3 Các phương pháp xác định lực dính khơng nước 29 2.2.4 Tương quan số dẻo Ip với sức kháng cắt Su 36 2.2.5 Mô đun khơng nước sét 37 2.3 Các phương pháp tính tốn cổ điển 37 2.3.1 Theo phương pháp Meyerhof 39 2.3.2 Theo phương pháp Brinch Hansen 40 2.3.3 Theo phương pháp Vesic 42 2.4 Mơ hình tính tốn 44 2.4.1 Tiêu chuẩn Mohr- Coulomb 44 2.4.2 Tiêu chuẩn Tresca 49 2.5 Kết luận chương 50 Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -iii- CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐẬP XÀ LAN 52 3.1 Giới thiệu chung 52 3.1.1 Công trình cống Minh Hà 52 3.1.2 Đặc điểm địa chất cơng trình 54 3.2 Tính toán ổn định phương pháp cổ điển 55 3.2.1 Tính tốn tải trọng cơng trình 55 3.2.2 Phân tích ổn định cơng trình 59 3.3 Tính tốn ổn định cơng trình theo phương pháp phần tử hữ hạn 62 3.3.1 Phần mềm Plaxis 62 3.3.2 Phương pháp chiết giảm cường độ chống cắt (Shear Strength Reduction) 63 3.3.3 Thơng số mơ hình tính tốn 65 3.4 Kết tính tốn ổn định đập xà lan 69 3.4.1 Chuyển vị tổng thể đất 69 3.4.2 Ứng suất phân bố 70 3.4.3 Phân tích ổn định đập xà lan theo phương pháp giảm cường độ 71 3.4.5 Nhận xét kết tính tốn 75 3.5 Đề xuất giải pháp xử lý tiếp xúc đáy đập 76 3.6 Kết luận chương 78 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 4.1 Kết luận 79 4.2 Kiến nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Tiếng Việt 81 Tiếng Anh 81 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 83 Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -ivTHỐNG KÊ HÌNH VẼ Hình 1.1 : Cống Phước Long - Bạc Liêu Hình 1.2 : Cống Rạch Lùm – Cà Mau Hình 1.3 : Các cống thuộc dự án Ơ Mơn- Xà No Hình 1.4: Sức tàn phá khủng khiếp lũ Hình 1.5 :Một số hình ảnh cống Veerse gat dam Hình 1.6 :Đập Braddock – Mỹ Hình 1.7 :Dự án ngăn cửa sơng Vinece – Italia Hình 1.8 : Kết cấu chung đập Trụ đỡ Hình 1.9: Cơng trình Thảo Long hồn thành Hình 1.10: Mơ hình tổng thể đơn nguyên xà lan Hình 1.11: Cắt ngang xà lan Hình 1.12: Mơ hình tổng thể đơn ngun xà lan Hình 1.13 : Mơ hình cấu tạo xà lan Hình 1.14 :Cấu tạo đập xà lan di động Hình 2.1: Hình thức móng cơng trình đất yếu Hình 2.2 Sơ đồ ổn định đập xà lan chịu trải trọng phức tạp Hình 2.3 Vịng trịn Mohr với thí nghiệm khơng cố kết, khơng nước Hình 2.4 Thí nghiệm nén khơng hạn hơng Hình 2.5 Biểu đồ sức kháng cắt Su theo chiều sâu 6 10 12 13 14 17 19 20 20 21 23 27 28 30 Hình 2.6: Hệ số điều chỉnh  theo số dẻo (theo Bjerrum) 34 Hình 2.7: Tương quan su/N với số dẻo (Terzaghi) Hình 2.8: Tải trọng xiên lệch tâm theo phương cạnh L Hình 2.9: Tải trọng tác dụng lên móng Hình 2.10: Độ lệch tâm ứng với móng chữ nhật Hình 2.11: Quan hệ ứng suất biến dạng Hình 2.12: Mặt chảy dẻo Tresca khơng gian ứng suất Hình 3.1: Mặt xà lan Hình 3.2: Mặt cắt dọc xà lan 36 Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 31 33 38 38 39 45 50 52 52 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -v- Hình 3.3: Mặt cắt ngang xà lan Hình 3.4: Sức kháng cắt theo độ sâu vị trí cơng trình Hình 3.5: Sơ đồ lực tác dụng lên cơng trình Hình 3.6: Quan hệ chênh lệch mực nước góc nghiêng tải trọng  Hình 3.7: Quan hệ hệ số ổn định với chênh lệch mực nước Hình 3.8 Phần tử tam giác Plaxis Hình 3.9: Quan hệ ứng suất pháp ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt Hình 3.10: Kiểm tra đường cong Msf với chuyển vị Hình 3.11: Mơ hình tính tốn theo Plaxis Hình 3.12: Sơ đồ chia lưới tính tốn Hình 3.13: Biều đồ chuyển vị với H= 1,0m Hình 3.14: Biểu đồ chuyển vị đất với H= 1,5m Hình 3.15: Biểu đồ chuyển vị đất với H= 2,2m Hình 3.16: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,0m Hình 3.17: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,5m Hình 3.18: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 2,2m Hình 3.19 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,0m Hình 3.20 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,5m Hình 3.21 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 2,2m Hình 3.22: Phân bố điểm dẻo với H= 1,0m Hình 3.23: Phân bố điểm dẻo với H= 1,5m Hình 3.24: Phân bố điểm dẻo với H= 2,2m Hình 3.25: Hệ số ổn định độ chênh mực nước thượng hạ lưu Hình 3.26: Mặt bố trí dầm chân chống trượt đáy xà lan Hình 3.27 : Cắt ngang bố trí dầm chân xà lan Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 53 54 55 56 59 62 63 65 68 69 70 70 71 72 72 71 72 72 72 72 73 75 75 75 76 76 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -vi- THỐNG KÊ BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Một số tiêu phân biệt loại đất mềm yếu Bảng 2.2 Phân loại đất sét theo độ nhậy Bảng 3.1: Tính tốn tải trọng ứng với trường hợp Bảng 3.2: Tính tải trọng cực hạn hệ số ổn định cơng trình Bảng 3.3: Tổng hợp tiêu lý đất Bảng 3.4: Chiều dài móng tính tốn L’ Bảng 3.5: Hệ số ổn định đập xà lan theo phương pháp Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 29 34 57 60 66 67 74 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -1PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài Đập xà lan lần nghiên cứu thông qua đề tài cấp nhà nước KC12-10 phần A giải pháp tiến tiến tạo nguồn nước vùng ven biển Đập xà lan tiếp tục nghiên cứu sâu qua đề tài nghiên cứu cấp Bộ “ Nghiên cứu đập xà lan di động áp dụng cho vùng triều” [3] áp dụng dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước ” Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo thi công quản lý vận hành đập xà lan di động ” [5] mã số DADL-2004/06 Viện khoa học Thủy Lợi nghiên cứu ứng dụng thành công đập xà lan di động Đập xà lan loại cơng trình ngăn sông mới, nghiên cứu ứng dụng lần đầu Việt Nam Đập xà lan có hiệu kinh tế kỹ thuật cao, giá thành rẻ so với cơng trình truyền thống, đền bù giải phóng mặt bằng, chuyển đổi vị trí quy hoạch vùng thay đổi, sản xuất chế tạo hàng loạt, kết cấu nhẹ nên phù hợp với vùng đất yếu Đến có nhiều cơng trình dạng đập xà lan áp dụng vào thực tế mang lại hiệu cao kinh tế Bộ Nông nghiệp PTNT chuẩn bị phê duyệt quy hoạch thủy lợi đồng sông Cửu long với hàng trăm cống dạng đập xà lan thực năm tới Đập xà lan xây dựng chủ yếu đặt đất sét yếu tự nhiên Nền đất yếu có góc ma sát khoảng từ 30 đến 50, lực dính theo phương pháp cắt nhanh trực tiếp khoảng từ 0,03 đến 0,05 kG/cm2, nói chung sức chịu tải đứng nhỏ Đập xà lan áp dụng cơng trình ngăn sơng khơng chịu tải trọng đứng, mà cịn chịu tải trọng ngang mơ men Khi tính tốn ổn định đập xà lan, cơng thức chủ yếu sử dụng TCXDVN 4253-86 [1] Các nghiên cứu trước chưa sâu nghiên cứu ổn định đập xà Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -2- lan đất yếu có xét đến tải trọng phức tạp: tải trọng đứng, tải trọng ngang mơ men Vì đề tài “Nghiên cứu tính tốn ổn định đập xà lan đất yếu” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục đích Đề tài - Nghiên cứu tính tốn ổn định đập xà lan đất yếu, - Đề xuất giải pháp xử lý tiếp giáp đáy đập xà lan đất Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: Tiếp cận cách trực tiếp gián tiếp thông qua tổ chức, cá nhân khoa học hay phương tiện thông tin đại chúng; qua kết nghiên cứu cơng trình ngăn sơng giới nước có kết hợp tìm hiểu, thu thập, phân tích đánh giá tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế trạng vị trí đề xuất xây dựng cơng trình, từ đề phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể nước ta - Phƣơng pháp nghiên cứu: + Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mơ hình tốn phần mềm ứng dụng + Phương pháp chuyên gia hội thảo + Phương pháp phân tích, tổng hợp Bố cục luận văn Ngồi phần Mở đầu khẳng định tính cấp thiết đề tài, mục tiêu cần đạt thực đề tài, cách tiếp cận phương pháp thực để đạt mục tiêu Bố cục luận văn bao gồm chương sau: Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -82- 11 Bowles E.J (1997), Foundation analysis and design, McGraw-hill international editions 12 Cong Luan Ngo – Tran (1996), The analysis of offshore foundations subjected to combined loading, Brasenose College, Oxford 13 Christopher Michael Martin (1996), Physical and numerical modelling of offshore foundations under combined loads, New College, Trinity Term 14 Donald McGillivray Elder (1985), Stress strain and strength behaviour of very soft soil sediment, Wolfson College, Oxford 15 G.T.Houlsby (1984), Foundation fixity of spudcan footings, Report prepared for Noble Denton and Associates Ltd 16 Kenneth Been (1980), Stress strain behaviour of a cohesive soil deposited under water, Balliol College, Oxford 17 Lam Nguyen – Sy (2005), The theoretical modelling of circular shallow foundation for offshore wind turbines, Brasenose College, Oxford 18 Meyerhof (1953), The bearing capacity of foundations under eccentric and inclined loads, 3rd, ICSMFE, Vol 1, 440-445 19 Ross Wesley Bell (1991), The analysis of offshore foundations subjected to combined loading, Wolfson College, Oxford 20 U.S Army Corps of Engineers (1990), Settlement analysis, Engineer Manual 1110-1-1904 21 Vesic A.S (1975), Bearing capacity of shallow foundations, In: Foundation Engineering Handbook, Ch.3 (eds H.F.Winterkorn and H.Y.Fand) Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -83PHỤ LỤC TÍNH TỐN Kết tính tốn ổn định đập xà lan phần mềm Plaxis 2D ứng với trường hợp chênh lệch mực nước khác Hình PL1: Biều đồ chuyển vị với H= 1,1m Hình PL2: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,1m Hình PL3 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,1m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -84- Hình PL4: Phân bố điểm dẻo với H= 1,1m Hình PL5: Biều đồ chuyển vị với H= 1,2m Hình PL6: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,2m Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -85- Hình PL7 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,2m Hình PL8: Phân bố điểm dẻo với H= 1,2m Hình PL9: Biều đồ chuyển vị với H= 1,3m Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -86- Hình PL10: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,3m Hình PL11 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,3m Hình PL12: Phân bố điểm dẻo với H= 1,3m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -87- Hình PL13: Biều đồ chuyển vị với H= 1,4m Hình PL14: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,4m Hình PL15 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,4m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -88- Hình PL16: Phân bố điểm dẻo với H= 1,4m Hình PL17: Biều đồ chuyển vị với H= 1,6m Hình PL18: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,6m Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -89- Hình PL19 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,6m Hình PL20: Phân bố điểm dẻo với H= 1,6m Hình PL21: Biều đồ chuyển vị với H= 1,7m Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -90- Hình PL22: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,7m Hình PL23 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,7m Hình PL24: Phân bố điểm dẻo với H= 1,7m Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -91- Hình PL25: Biều đồ chuyển vị với H= 1,8m Hình PL26: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,8m Hình PL27: Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,8m Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -92- Hình PL28: Phân bố điểm dẻo với H= 1,8m Hình PL29: Biều đồ chuyển vị với H= 1,9m Hình PL30: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 1,9m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -93- Hình PL31 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 1,9m Hình PL32: Phân bố điểm dẻo với H= 1,9m Hình PL33: Biều đồ chuyển vị với H= 2,0m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -94- Hình PL34: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 2,0m Hình PL35 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 2,0m Hình PL36: Phân bố điểm dẻo với H= 2,0m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -95- Hình PL37: Biều đồ chuyển vị với H= 2,1m Hình PL38: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu với H= 2,1m Hình PL39 : Tổng chuyển vị gia tăng, phân tích ổn định với H= 2,1m Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -96- Hình PL40: Phân bố điểm dẻo với H= 2,1m Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy ... Trong chương tổng quan vấn đề nghiên cứu ổn định đập xà lan đất yếu, kết đạt hướng nghiên cứu CHƢƠNG 2: Đập xà lan sở tính tốn ổn định Chương tổng quan đặc điểm làm việc đập xà lan đất yếu Phân tích... mơ men Vì đề tài ? ?Nghiên cứu tính tốn ổn định đập xà lan đất yếu? ?? cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục đích Đề tài - Nghiên cứu tính toán ổn định đập xà lan đất yếu, - Đề xuất giải... định đập xà lan đất yếu, tập trung nghiên cứu tính tốn góc nghiêng tải trọng giới hạn  góc nghiêng tải trọng ứng vớisự ổn định đập xà lan thay đổi từ trạng thái ổn định theo phương đứng sang ổn