Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 16 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
16
Dung lượng
453,04 KB
Nội dung
12/30/2019 KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC MÔN: CƠ SỞ THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH THỦY GV: Ths.NCS Lê Ngọc Anh Ths.NCS Lê Ngọc Anh 1 NỘI DUNG CHÍNH: 5.1 Các phương pháp tính tốn 5.2 Ổn định cơng trình đá I Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại II Phương pháp xét lực chống cắt mặt phá hoại 5.3 Ổn định cơng trình đất I Những vấn đề chung II Tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng III Tính ổn định theo sơ đồ trượt hỗn hợp IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Ths.NCS Lê Ngọc Anh 2 12/30/2019 5.1 Các phương pháp tính tốn (1) I Phương pháp trạng thái giới hạn Điều kiện ổn định cho cơng trình Cơng trình đạt đến trạng thái giới hạn chúng khả chống lại tải trọng tác động từ bên ngoài, chúng bị hư hỏng hay biến dạng q mức cho phép, khơng cịn thoả mãn u cầu khai thác bình thường Có trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn thứ nhất: Cơng trình, kết cấu chúng làm việc điều kiện khai thác bất lợi Trạng thái giới hạn thứ hai: Cơng trình, kết cấu chúng làm việc bất lợi điều kiện khai thác bình thường Ths.NCS Lê Ngọc Anh 5.1 Các phương pháp tính tốn (2) I Phương pháp trạng thái giới hạn Điều kiện ổn định cho cơng trình Điều kiện đảm bảo ổn định cho cơng trình: nc N tt m.R Kn Vế phải điều kiện bên khơng vượt q (10÷15)% để đảm bảo điều kiện kinh tế Kn: hệ số tin cậy nc: hệ số tổ hợp tải trọng m: hệ số điều kiện làm việc Ntt: trị số tính tốn tải trọng tổng hợp R: Trị số tính tốn sức chịu tổng hợp cơng trình hay Ths.NCS Lê Ngọc Anh 4 12/30/2019 5.1 Các phương pháp tính toán (3) I Phương pháp trạng thái giới hạn Xác định giá trị đại lượng hệ số Tải trọng tính tốn N tt n N tc n: hệ số lệch tải (tra bảng) Ntc: tải trọng tiêu chuẩn Hệ số ngoặc đơn dùng trường hợp ứng với cơng trình điều kiện bất lợi Ths.NCS Lê Ngọc Anh 5.1 Các phương pháp tính tốn (4) I Phương pháp trạng thái giới hạn Xác định giá trị đại lượng hệ số Độ bền tính tốn vật liệu hay R Rtc KVL Rtc: cường độ tiêu chuẩn vật liệu KVL: hệ số an toàn vật liệu Đối với kim loại tính tốn trạng thái giới hạn thứ nhất: KVL = 1,5; tính với trạng thái giới hạn thứ hai: KVL = 1,5 Hệ số tổ hợp tải trọng Việc tính tốn kiểm tra theo điều kiện ổn định cơng trình thực với tổ hợp tải trọng khác Giá trị tổ hợp tải trọng nc sau: Tổ hợp tải trọng bản: nc = 1,0 Tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0,9 Tổ hợp tải trọng thi công: nc = 0,95 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6 12/30/2019 5.1 Các phương pháp tính tốn (5) I Phương pháp trạng thái giới hạn Xác định giá trị đại lượng hệ số Hệ số điều kiện làm việc Hệ số xét đến tính gần sơ đồ phương pháp tính tốn, kiểu cơng trình, kết cấu hay nền, loại vật liệu xây dựng, dạng trạng thái giới hạn yếu tố khác chưa tính đến Hệ số điều kiện làm việc m tính theo trạng thái giới hạn thứ lấy theo bảng dưới, theo trạng thái giới hạn thứ hai lấy m = Ths.NCS Lê Ngọc Anh 5.1 Các phương pháp tính tốn (6) I Phương pháp trạng thái giới hạn Xác định giá trị đại lượng hệ số Hệ số tin cậy Kn Xét đến tầm quan trọng (cấp) cơng trình, hậu xảy trạng thái giới hạn Khi tính tốn trạng thái giới hạn thứ 1, trị số Kn lấy sau: Cơng trình cấp I: Kn = 1,25 Cơng trình cấp II: Kn = 1,20 Cơng trình cấp III, IV, V: Kn = 1,15 Khi tính tốn trạng thái giới hạn thứ 2: Kn = 1,0 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 8 12/30/2019 5.1 Các phương pháp tính tốn (7) II Các phương pháp khác Phương pháp ứng suất cho trước max : ứng suất tính tốn lớn điểm cơng trình : ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu tiêu chuẩn vật liệu, loại kết cấu dạng trạng thái ứng suất Hiện phương pháp thường áp dụng thiết kế cửa van, giai đoạn thiết kế sơ đập bêtông, bêtông cốt thép Ths.NCS Lê Ngọc Anh 5.1 Các phương pháp tính tốn (8) II Các phương pháp khác Phương pháp hệ số an tồn Thường dùng tính tốn ổn định K Fg Ft K cp K: hệ số an toàn tỷ lệ yếu tố (lực hay mômen Fg yếu tố gây ổn định Ft Kcp: hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc vào cấp cơng trình tổ hợp tải trọng, xác định theo qui phạm Phương pháp theo độ tin cậy (đọc thêm) Ths.NCS Lê Ngọc Anh 10 10 12/30/2019 5.2 Ổn định cơng trình đá (1) Các cơng trình nói tới loại đập dâng nước, tường chắn, cống đá xây, bêtông, bêtông cốt thép đặt đá Khả ổn định tồn khối cơng trình sau: Bị trượt theo mặt đó, mặt tiếp xúc cơng trình nền, mặt nằm hay cơng trình (tại vị trí xung yếu) Mặt trượt xét mặt phẳng (nằm ngang nghiêng) Bị lật quanh trục nằm ngang (ví dụ qua điểm chân đập hạ lưu) mômen ngoại lực gây lật lấy trục vượt mômen chống lật Bị đẩy tác dụng lực hướng từ lên (áp lực thấm, thuỷ tĩnh, động đất ) 11 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 11 5.2 Ổn định cơng trình đá (2) Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại Khi mặt trượt nằm ngang Kt f P Q p: tổng hợp lực thẳng đứng tác dụng lên phần cơng trình tính từ mặt trượt trở lên (kể áp lực thấm đẩy có); Q: tổng hợp lực nằm ngang tác dụng lên cơng trình, tính từ mặt trượt trở lên; f: hệ số ma sát tiếp xúc mặt trượt, vật liệu cơng trình với đá nền, đá với đá hay lớp vật liệu cơng trình với Trị số f cần xác định thơng qua thí nghiệm xử lý thống kê chuỗi số liệu đo đạc Ths.NCS Lê Ngọc Anh 12 12 12/30/2019 5.2 Ổn định cơng trình đá (3) Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại Khi mặt trượt nằm nghiêng P’: tổng hợp lực thẳng đứng tác dụng lên phần cơng trình tính từ mặt trượt trở lên, trừ phần lực đẩy áp lực thấm áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt (theo phương vng góc với mặt này); Q: tổng hợp lực nằm ngang tác dụng lên cơng trình, tính từ mặt trượt trở lên β: góc phương mặt trượt phương nằm ngang 13 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 13 5.2 Ổn định cơng trình đá (4) Phương pháp xét lực ma sát mặt phá hoại Khi mặt trượt nằm nghiêng Khi mặt trượt nghiêng phía thượng lưu Kt P ' cos Q sin Wdn f Q cos P ' sin Khi mặt trượt nghiêng phía hạ lưu P ' cos Q sin Wdn Kt f Q cos P ' sin Cơng trình tăng thêm ổn định mặt trượt nghiêng thượng lưu; ngược lại công trình bị giảm ổn định mặt trượt nghiêng hạ lưu Phương pháp cho cơng thức tính toán đơn giản bỏ qua nhiều yếu tố làm tăng ổn đinh cho cơng trình (như lực dính kết mặt trượt) nên kết không phản ánh thực tế, thiên an toàn Phương pháp thường dùng tính tốn sơ chọn mặt cắt đập, lựa chọn phương án Ths.NCS Lê Ngọc Anh 14 14 12/30/2019 5.2 Ổn định cơng trình đá (5) Phương pháp xét đến lực chống cắt mặt phá hoại Phương pháp xét đến thực tế lực để chống trượt mặt khơng phải có ma sát, mà cịn có lực dính kết mặt Cường độ chống cắt: f C f c đặc trưng chống cắt mặt phá hoại, có ý nghĩa tương tự hệ số ma sát lực dính đơn vị; : ứng suất pháp mặt tính tốn Khi mặt trượt nằm ngang Kt f P A.C Q A: diện tích mặt trượt Khi mặt trượt nằm nghiêng Vận dụng tương tự cách thiết lập công thức phương pháp xét đến lực ma sát mặt phá hoại Ths.NCS Lê Ngọc Anh 15 15 5.3 Ổn định cơng trình đất (1) I Những vấn đề chung Hình dạng mặt trượt Cơng trình xây dựng đất, chịu tác dụng tải trọng đứng ngang, hình thành dạng mặt trượt sau đây: Trượt phẳng (hình a) xảy đất mặt tiếp giáp cơng trình bị phá hoại, cịn đất trạng thái cân bền Trượt hỗn hợp (hình b) mặt trượt bao gồm phần mặt tiếp xúc cơng trình và phần khoét sâu vào - đất bị phá hoại bị ép trồi lên Trượt sâu (hình c) mặt trượt ăn sâu vào phạm vi tồn cơng trình phạm vi khối trượt, đất bị phá hoại bị ép trồi lên Ths.NCS Lê Ngọc Anh 16 16 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (2) Hình dạng mặt trượt Các dạng mặt trượt cơng trình xây đất (a): trượt phẳng, (b): trượt hổn hợp, (c): trượt sâu 17 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 17 5.3 Ổn định cơng trình đất (3) Phán đoán khả trượt Với cát, đất hịn lớn, đất có xét cứng nửa cứng: tính theo sơ đồ trượt phẳng thõa điều kiện số mơ hình hóa N max N lim B. I : số mơ hình hoá; : ứng suất pháp lớn điểm góc đáy móng cơng trình; B: kích thước cạnh (chiều rộng) đáy móng cơng trình hình chữ nhật song song với lực gây trượt (khơng tính chiều dài sân trước néo vào móng cơng trình); : trọng lượng riêng đất nền, nằm mực nước ngầm cần xét đến đẩy nước : chuẩn số không thứ nguyên, lấy 1,0 đối vói cát chặt 3,0 loại đất khác Ths.NCS Lê Ngọc Anh 18 18 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (4) Phán đoán khả trượt Với đất sét dẻo, dẻo cứng dẻo mềm: cần xét sơ đồ trượt phẳng thõa mãn đồng thời điều kiện sau: N max N lim Điều kiện số mơ hình: B. I Điều kiện cường độ chống cắt nền: tg I tg I Điều kiện tốc độ cố kết: CV0 Ψ : giá trị tính tốn hệ số kháng trượt : góc ma sát đất : ứng suất pháp trung bình đáy móng h0: chiều dày tính tốn lớp cố kết : hệ số rỗng đất trạng thái tự nhiên CI TB 0, 45 K th 1 e t0 4 a n h 02 : hệ số thấm : lực dính đơn vị : thời gian thi cơng : hệ số nén đất : hệ số cố kết Ths.NCS Lê Ngọc Anh 19 19 5.3 Ổn định cơng trình đất (5) Phán đốn khả trượt Khi không thõa mãn điều kiện quy định trên: Cơng trình đồng nhất, trường hợp phải tính tốn ổn định theo sơ đồ trượt hỗn hợp Cơng trình chịu tải trọng thẳng đứng: tính theo sơ đồ trượt sâu Cơng trình khơng đồng nhất, chịu tải trọng thẳng đứng nằm ngang: tính theo sơ đồ trượt sâu Ths.NCS Lê Ngọc Anh 20 20 10 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (6) II Tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng Điều kiện ổn định trượt: K R nc K n N tt m Kn: hệ số tin cậy nc: hệ số tổ hợp tải trọng m: hệ số điều kiện làm việc Ntt: trị số tính tốn tải trọng tổng hợp R: Trị số tính tốn sức chịu tộng hợp cơng trình hay 21 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 21 5.3 Ổn định cơng trình đất (7) II Tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng Khi mặt trượt nằm ngang, R Ntt xác định sau: Lực chống trượt: R Ptg I m1Eb AC I Lực gây trượt: Sơ đồ tính tốn trượt phẳng N tt Q T1 EC1 T2 P: tổng thành phần thẳng đứng tải trọng tính tốn Eb2: giá trị tính tốn áp lực bị động đất phía hạ lưu m1: hệ số điều kiện làm việc có xét đến quan hệ áp lực bị động đất với chuyển vị ngang cơng trình Có thể lấy m1 = 0,7 A: diện tích mặt trượt nằm ngang T1,T2: Tổng giá trị tính tốn lực chủ động từ phía thượng, hạ lưu cơng trình, trừ áp lực chủ động đất EC1: giá trị tính tốn áp lực chủ động đất từ phía thượng lưu Ths.NCS Lê Ngọc Anh 22 22 11 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (8) II Tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng Khi mặt trượt nằm nghiêng, R Ntt xác định sau: Lực chống trượt: ' R P' cos Q sin Wdn tg I m1Eb2 cos AC I Lực gây trượt: N tt Q cos P 'sin P’: tổng thành phần thẳng đứng tải trọng tính tốn Wdn: tổng áp lực đẩy ngược lên mặt trượt (bao gồm áp lực thấm thuỷ tĩnh) A’: diện tích mặt trượt nằm nghiêng : góc phương mặt trượt phương nằm ngang 23 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 23 5.3 Ổn định cơng trình đất (9) III Tính ổn định theo sơ đồ trượt hỗn hợp Chiều rộng móng chia thành phần: phần có chiều rộng B thuộc phạm vi trượt sâu; phần có chiều rộng B thuộc phạm vi trượt phẳng Công thức kiểm tra ổn định sau: Sơ đồ tính tốn trượt hỗn hợp R nc K n K N tt m Lực chống trượt: N tt Q Lực gây trượt: R TB tg I CI B2 L gh B1L Ths.NCS Lê Ngọc Anh : Ứng suất tiếp giới hạn phần trượt ép trồi (TCVN-4253) L: chiều dài đáy móng chữ nhật (thẳng góc với lực gây trượt), toán phẳng L=1 : Ứng suất đáy móng trung bình phạm vi B2 24 24 12 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (10) III Tính ổn định theo sơ đồ trượt hỗn hợp Giá trị B1 xác định theo giá trị = tra theo đồ thị Khi lực pháp tuyến P lệch tâm phía hạ lưu giá trị B, B1, B2 phải thay B*, B1*,B2* Trong đó: B* = B – 2ep; B ∗ =B ∗ ; ep: độ lệch tâm hạ lưu lực P k Nlim B. I a) Đất có tgψ > 0,45 b) Đất có tgψ ≤ 0,45 : ứng suất pháp trung bình đáy móng cơng trình mà xảy phá hoại tải trọng đứng tính theo TCVN-4253 25 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 25 5.3 Ổn định cơng trình đất (11) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Áp dụng phưong pháp gần M.M.Grisin để tính tốn Phương pháp này, xem mặt trượt (trong tốn phẳng) cung trịn qua điểm đầu đáy móng cơng trình; xem cơng trình khối không biến dạng gắn chặt vào kiểm tra hệ số an toàn chống trượt cho tồn khối cơng trình + Hệ số an tồn ổn đinh cho phép xác đinh theo công thức: K cp Ths.NCS Lê Ngọc Anh nc K n m 26 26 13 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (11) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Trường hợp đồng chất Các lực tác dụng bao gồm: Hợp lực P lực thẳng đứng gồm: trọng lượng công trình, sân sau …, có cánh tay địn đầu cung trượt (điểm I) x0 Hợp lực Q lực nằm ngang có cánh tay địn lấy I y0 Trọng lượng đất nằm cung trượt tính theo dung trọng đẩy G dn sin cos R 180 27 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 27 5.3 Ổn định cơng trình đất (12) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Trường hợp đồng chất Áp lực thấm phần cung trượt Wth n J i i Ji: gradient thấm ô lưới thứ i Ω : diện tích lưới thứ i Cánh tay địn hợp lực thấm W th lấy điểm O r Các lực ma sát Dời song song hệ trục (P,Q) đến vị trí (P1,Q1) có Q1 qua điểm I, hệ lực có P1 = P, Q1 = Q; điểm đặt P1: = + Đối với thành phần P1, B: N1 = Pcosβ; T1 = Psinβ Đối với thành phần Q1, D: N2 = Qsinα; T2 = Qcosα Ths.NCS Lê Ngọc Anh 28 28 14 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (13) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Trường hợp đồng chất Các lực ma sát (tt) S1 = N1tgφ = P.cosβ.tgφ S2 = N2tgφ = Q.sinα.tgφ S3 = σ.tgφ φ: góc ma sát đất Lực dính dọc theo cung trượt C = 2.α.R.c c: lực dính đơn vị 29 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 29 5.3 Ổn định cơng trình đất (14) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Trường hợp đồng chất Hệ số an toàn ổn định xác định theo công thức: K at M ct M gt Mct: mômen chống trượt Mct = S1.R + S2.R + S3.R + 2α.R.c.R Mgt: mômen gây trượt Mgt = T1.R + T2.R + W th.r Vậy, hệ số an toàn chống trượt: K at Ths.NCS Lê Ngọc Anh M ct P cos Q sin G tg 2 Rc W r M gt Q cos P sin th R 30 30 15 12/30/2019 5.3 Ổn định cơng trình đất (14) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Trường hợp không đồng chất Nếu cung trượt qua nhiều lớp đất có tiêu lý khác (γ , φ , C ) phải chia khối trượt thành nhiều dải thẳng đứng có chiều rộng b xét cân tổng số mômen chống trượt đẩy trượt dải đất lực thẳng đứng truyền xuống đáy dải là: P = P + Pđ P : tải trọng thẳng đứng phần áp lực tác dụng lên dải P đ : trọng lượng dải đất Pđ = b γ Z + γ Z + ⋯ , : trọng lượng riêng chiều dày dải đất thứ i 31 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 31 5.3 Ổn định cơng trình đất (15) IV Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu Trường hợp không đồng chất Pi phân tích thành thành phần Ni = Pi.cosβi Ti = Pi.sinβi (βi: góc định vị dải đất) Qi làm tương tự trường hợp Vậy, hệ số an toàn chống trượt: K at • • M ct M gt P cos tg c S Q sin tg P sin Q cos i i i i i i i , : góc ma sát lực dính đơn vị dải đất thứ i Si: chiều dày dải đất thứ i Ths.NCS Lê Ngọc Anh 32 32 16