Đánh giá ổn định mái dốc theo lý thuyết độ tin cậy có xét đến sự thay đổi sức kháng cắt (c, , ) theo chiều sâu áp dụng cho tuyến cao tốc cam lộ la sơn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - ĐOÀN TRẦN VŨ C C ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI R L T SỨC KHÁNG CẮT (c, , ) THEO CHIỀU SÂU DU ÁP DỤNG CHO TUYẾN CAO TỐC CAM LỘ - LA SƠN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - ĐOÀN TRẦN VŨ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI C C SỨC KHÁNG CẮT (c, , ) THEO CHIỀU SÂU R L T ÁP DỤNG CHO TUYẾN CAO TỐC CAM LỘ - LA SƠN DU Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN TRUNG VIỆT Đà Nẵng - Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đoàn Trần Vũ C C DU R L T ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI SỨC KHÁNG CẮT (c, , ) THEO CHIỀU SÂU ÁP DỤNG CHO TUYẾN CAO TỐC CAM LỘ - LA SƠN Học viên: Đoàn Trần Vũ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa: K37 Trường: Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy địa kĩ thuật tập trung đánh giá ứng xử tham số kháng cắt đất ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng, ổn định mái dốc Mơ hình hóa toán ban đầu, xét đến thay đổi ngẫu nhiên theo chiều sâu tham số kháng cắt đất (c, , ), sử dụng giả thiết thay đổi ngẫu nhiên tham số kháng cắt đất theo luật phân phối Normal, mô Monte - Carlo, chuỗi Karhunen - Loeve để xây dựng phương trình số phóng đại số lượng kết quả, giải toán ổn định mái dốc ngôn ngữ Matlab với lý thuyết tính tốn độ tin cậy Mơ mơ hình tính toán, đưa biểu đồ đánh giá độ tin cậy dựa vào số liệu từ toán [Yang, 2010] Từ cho nhìn chung ảnh hưởng hay nhiều yếu tố mà tập trung xử lý có cố C C R L T Từ khóa - độ tin cậy; đại lượng ngẫu nhiên; xác suất phá hoại; tham số kháng cắt; cao tốc Cam Lộ - La Sơn DU ASSESS OF STABILITY FOR RELIABILITY THEORY TO CHANGE SHEAR RESISTANCE (c, , ) BY DEPTH APPLICATION FOR CAM LO - LA SON HIGHWAY Abstract - The application research of reliability theory in geotechnical engineering focus on assessing the behavior of mechanical properties which directly affect slope quality and stability According to the model the initial problem which consider the random change by depth of soil shear resistance (c, , ) and use the assumption of random change of soil shear resistance by Normal distribution law, simulation of MonteCarlo and Karhunen-Loeve chain to build a numerical equation that magnifies the number of results and solve the slope stability problem in Matlab language with the reliability theory Thanks to Simulation of computational model that give the graph and assess the reliability based on data from the problem of [Yang, 2010] Therefrom, giving the most general view on the impact of more or less the factors that focus on handling the problem Key words - reliability; random variability; probability of failure; shear resistance; Cam Lo - La Son highway MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu 4.1 Mục tiêu tổng quát 4.2 Mục tiêu cụ thể Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn C C CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY R L T 1.1 MỞ ĐẦU DU 1.2 CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.2.1 Sụt lở .6 1.2.2 Trượt .6 1.2.3 Trôi .6 1.3 NGUYÊN NHÂN MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.3.1 Nguyên nhân làm giảm yếu sức kháng cắt (chống trượt) đất đá 1.3.2 Nguyên nhân tăng lực gây trượt 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.4.1 Phương pháp Janbu (1957) 1.4.2 Phương pháp Bishop (1955) .10 1.4.3 Phương pháp Spencer (1973) .11 1.4.4 Phương pháp Morgenstern - Price (1965) 12 1.4.5 Một số nghiên cứu khác .13 1.4.6 Kết luận .15 1.5 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA MÁI DỐC HIỆN NAY 16 1.6 NGUỒN NGẪU NHIÊN VÀ MƠ HÌNH HĨA ĐẠI LƯỢNG NGẪU NHIÊN 16 1.6.1 Vật liệu không đồng 17 1.6.2 Do đo đạc, thí nghiệm 18 1.6.3 Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên .18 1.6.4 Do mơ hình tính 18 1.6.5 Mơ hình hóa đại lượng ngẫu nhiên .18 1.6.6 Mô xác suất 19 1.6.7 Hàm phân phối chuẩn Normal [Jones et al., 2002] 20 1.6.8 Sự thay đổi ngẫu nhiên tham số kháng cắt đất 21 1.6.9 Kết luận .23 1.7 LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 23 C C 1.7.1 Xác suất phá hoại (Pf) 24 R L T 1.7.2 Chỉ số độ tin cậy () 24 1.8 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 26 DU 1.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG 28 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG SỰ THAY ĐỔI THAM SỐ KHÁNG CẮT CỦA ĐẤT THEO CHIỀU SÂU ĐẾN ĐỘ TIN CẬY TRONG TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 29 2.1 MỞ ĐẦU 29 2.2 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BISHOP 30 2.3 MƠ HÌNH HĨA ĐẠI LƯỢNG NGẪU NHIÊN BẰNG CHUỖI KARHUNEN LOEVE 31 2.3.1 Bài toán tĩnh 31 2.3.2 Mơ hình hóa đại lượng ngẫu nhiên 34 2.3.2.1 Mô Monte-Carlo 34 2.3.2.2 Mô nguồn ngẫu nhiên cho thông số đầu vào 36 2.3.3 Mô trường ngẫu nhiên theo không gian chuỗi Karhunen - Loeve 37 2.3.4 Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy 41 2.4 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC KHI XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI THEO CHIỀU SÂU SỨC KHÁNG CẮT 41 2.4.1 Xây dựng mơ hình tính tốn hệ số ổn định 41 2.4.2 Đánh giá hệ số ổn định cho mái dốc xét đến thay đổi ngẫu nhiên theo chiều sâu tham số kháng cắt đất 43 2.5 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG SỰ THAY ĐỔI THAM SỐ KHÁNG CẮT CỦA ĐẤT THEO CHIỀU SÂU ĐẾN ĐỘ TIN CẬY TRONG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 45 2.5.1 Mô đại lượng ngẫu nhiên theo chiều sâu 45 2.5.2 Xây dựng mơ hình phân tích 47 2.5.3 Phân tích ảnh hưởng COV đến độ tin cậy 50 2.5.4 Phân tích ảnh hưởng b đến độ tin cậy 51 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN CAO TỐC CAM LỘ - LA SƠN 54 C C 3.1 MỞ ĐẦU 54 R L T 3.2 GIỚI THIỆU DỰ ÁN 54 3.2.1 Tổng quan 54 DU 3.2.2 Giới thiệu dự án 55 3.2.2.1 Tên dự án 56 3.2.2.2 Phạm vi nghiên cứu: 56 3.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 56 3.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 61 3.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA GIẢI PHÁP 65 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 KẾT LUẬN 67 KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các dạng ổn định mái dốc .5 Hình 1.2: Sơ đồ ngun lí chung Hình 1.3: Sơ đồ lực tác dụng lên khối đất theo Janbu Hình 1.4: Biểu đồ hệ số ƒo theo d/L Hình 1.5: Sơ đồ tính tốn theo phương pháp phân mảnh Bishop 10 Hình 1.6: Sơ đồ lực theo Spencer 11 Hình 1.7: Biểu đồ hàm half-sin f(xi) .12 Hình 1.8: Kết so sánh FOS phương pháp cổ điển phương pháp UD-LASSO hai phương pháp cổ điển Bishop, Janbu 13 Hình 1.9: Quan hệ xác suất phá hoại số mảnh theo [Abdallah I Husein Malkawi, Waleed F Hassan, Fayez A Abdulla] 14 C C R L T Hình 1.10: Hình dạng so sánh kết FOS phương pháp (theo Fredlund Krahn 1977) 15 DU Hình 1.11 Mơ hình tính toán học thường áp dụng 16 Hình 1.12 : Nguồn ngẫu nhiên tính chất lý đất [Phoon and Kulhawy, 1999] .17 Hình 1.13: Nguồn ngẫu nhiên tính chất lý đất tính tốn phân tích độ tin cậy cơng trình địa kỹ thuật [trích dẫn Huber, 2013] 17 Hình 1.14: Giới thiệu phân phối chuẩn Normal cho giá trị khác σ 20 Hình 1.15: Hàm phân phối tích lũy hàm mật độ xác suất phân phối Normal 20 Hình 1.16: Sự thay đổi ngẫu nhiên tham số kháng cắt đất đất không đồng [Phoon and Kulhawy, 1990a] 21 Hình 1.17: Xác định giá trị Pf .24 Hình 1.18: Biểu đồ tương quan  Pf 25 Hình 1.19: Kết phân tích ảnh hưởng CoV trường ngẫu nhiên đến xác suất phá hoại [Jiang et al., 2014] 27 Hình 1.20: Kết phân tích ảnh hưởng trường ngẫu nhiên đến xác suất phá hoại [Tao et al., 2014] 27 Hình 1.21: Kết phân tích ảnh hưởng trường ngẫu nhiên đến xác suất phá hoại [Zhu et al., 2019] 28 Hình 2.1: Sơ đồ lực tác dụng lên phân tố đất theo Bishop 30 Hình 2.2: Biểu đồ tương quan FOS số mảnh n 32 Hình 2.3: Kết tốn tĩnh từ phần mềm GeoSlope 33 Hình 2.4: Kết tốn tĩnh từ phương pháp đề xuất 33 Hình 2.5: Mô Monte - Carlo đại lượng ngẫu nhiên từ 20 mẫu đo .35 Hình 2.6: Nguyên tắc hoạt động lý thuyết Monte - Carlo 35 Hình 2.7: Mơ ngẫu nhiên 1000 giá trị tiêu lý 37 Hình 2.8: Biến thiên theo chiều sâu tiêu lý đất X [Zhu et al 2019] 38 Hình 2.9: P.trình tương quan (∆x), chiều dài biến thiên b đại lượng ngẫu nhiên x .39 Hình 2.10: Mơ tổ hợp biến ngẫu nhiên theo chiều sâu 39 C C Hình 2.11 Mơ trường ngẫu nhiên góc nội ma sát chuỗi Karhunen - Loeve .40 R L T Hình 2.12 Sự thay đổi theo chiều sâu E đất theo mô Salaheldin Elkatatny (2018) 40 DU Hình 2.13 Sơ đồ xác định hệ số ổn định FoS phương pháp Bishop xét đến thay đổi theo chiều sâu tính chất lý đất 42 Hình 2.14 Sơ đồ mái dốc phân tích 43 Hình 2.15 Kết mơ thay đổi theo chiều sâu lực dính đơn vị C chuỗi Karhunen - Loeve 44 Hình 2.16 So sánh kết có xét đến (mơ hình đề xuất) khơng xét đến thay đổi tham số kháng cắt đất theo chiều sâu (Geostudio) 45 Hình 2.17 Mơ thay đổi c,  đất theo chiều sâu .46 Hình 2.18 Sự thay đổi phân bố lực dính c theo chiều sâu cho lần mô khác .47 Hình 2.19 Sơ đồ tính tốn đại lượng ngẫu nhiên 47 Hình 2.20 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.2, b=2m .49 Hình 2.21 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV=0.2, b=1m 50 Hình 2.22: Biểu đồ tương quan Pf CoV với b 51 Hình 2.23: Biểu đồ ảnh hưởng b đến Pf .52 Hình 3.1 Bản đồ đoạn đường cao tốc tuyến Bắc - Nam phía Đơng 55 Hình 3.2 Mặt cắt ngang vị trí đắp cao Dự án cao tốc Cam Lộ - La Sơn 57 Hình 3.3 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.10, b=1m .57 Hình 3.4 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.15, b=1m .58 Hình 3.5 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.20, b=1m .58 Hình 3.6 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.25, b=1m .58 Hình 3.7 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.30, b=1m .59 Hình 3.8 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.10, b=2m .59 Hình 3.9 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.20, b=2m .59 Hình 3.10 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc: CoV =0.30, b=2m .60 Hình 3.11 Biểu đồ tương quan Pf CoV với b={1m,2m,5m,10m,20m} 60 Hình 3.12 Mặt cắt ngang vị trí đắp cao Dự án cao tốc Cam Lộ - La Sơn điều chỉnh ngã mái sau xét đến thay đổi sức kháng cắt theo chiều sâu 61 C C R L T Hình 3.13 Biểu đồ tương quan Pf CoV với b={1m,2m,5m,10m,20m} 62 Hình 3.14 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc sau ngã mái: 62 DU Hình 3.15 Mặt cắt ngang tiến hành giảm độ ngã mái taluy theo độ dốc nhỏ .63 Hình 3.16 Kết phân tích độ tin cậy ổn định mái dốc sau giảm độ ngã mái: 64 36 Hình 36 Trường hợp COV=0.20 & b=20m (Giải pháp 1: sau tiến hành ngã mái taluy - Mục 3.4 - Bảng 3.2) C C DU R L T 37 Hình 36 Trường hợp COV=0.25 & b=20m (Giải pháp 1: sau tiến hành ngã mái taluy - Mục 3.4 - Bảng 3.2) C C DU R L T 38 Hình 37 Trường hợp COV=0.10 & b=1m (Giải pháp 2: sau tiến hành giảm độ ngã mái taluy - Mục 3.4 - Bảng 3.3) C C DU R L T 39 Hình 38 Trường hợp COV=0.10 & b=2m (Giải pháp 2: sau tiến hành giảm độ ngã mái taluy - Mục 3.4 - Bảng 3.3) C C DU R L T U D L T C C R C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... - ĐOÀN TRẦN VŨ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI C C SỨC KHÁNG CẮT (c, , ) THEO CHIỀU SÂU R L T ÁP DỤNG CHO TUYẾN CAO TỐC CAM LỘ - LA SƠN DU Chuyên ngành:... R L T ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI SỨC KHÁNG CẮT (c, , ) THEO CHIỀU SÂU ÁP DỤNG CHO TUYẾN CAO TỐC CAM LỘ - LA SƠN Học viên: Đoàn Trần Vũ Chun ngành:... ảnh hưởng thay đổi tham số kháng cắt đất (c, ) theo chiều sâu đến độ tin cậy ổn định mái dốc (đối với đường đắp) DU Áp dụng đánh giá ổn định cho dự án cao tốc Cam Lộ - La Sơn Phương pháp nghiên