6. Địa điểm nghiờn cứu
3.3.2.4. Tớnh toỏn ổn định tuyến đờ chớnh:
Bộ phần mềm Geo - Slove cú cỏc module khỏc nhau để tớnh toỏn, trong bộ phần mềm này sử dụng 2 module là STEEP và SlOVE, trong đú STEEP dựng để xỏc định đường viền thấm, SLOVE dựng để kiểm tra ổn định của đờ biển.
a. Giới thiệu về STEEP: +Tổng quan về STEEP:
STEEP/W là một trong 6 phần mềm địa kỹ thuật trong bộ GEO-SLOPE Officeb của GEO-SLOPE International- Canada.
STEEP/W là phần mềm giao diện đồ họa, 32 bớt cú thể chạy trong hệ điều hành Win 95/98/NT/2000 và XP, dựng mụ hỡnh húa chuyển động của nước và phõn bố ỏp lực nước lỗ rỗng trong mụi trường đất đỏ theo PTHH.
STEEP/W cú thể phõn tớch bài toỏn: dũng thấm cú ỏp, khụng ỏp, ngấm do mưa, thấm từ bồn chứa nước ảnh hưởng tới mức nước ngầm, ỏp lực nước lỗ rỗng dư và thấm ổn định và khụng ổn định.
STEEP/W ghộp đụi với SLOVE/W phõn tớch ổn định mỏi dốc trong điều kiện cú ỏp lực nước lỗ rỗng phức tạp( khi hồ chứa bắt đầu dõng hoặc rỳt nước) STEEP/W ghộp đụi với CTRAN/W phõn tớch lan truyền vật ụ nhiễm trong đất đỏ.
STEEP/W ghộp đụi với SIGMA/W để giải quyết bài toỏn cố kết thấm
Do đú cú thể ỏp dụng STEEP/W vào việc tớnh toỏn- thiết kế cỏc cụng trỡnh xõy dựng, địa kỹ thuật, khai thỏc mỏ cú liờn quan.
Ngoài ra, SEEP/W cũn sử dụng hàm thấm, thể hiện mối quan hệ giữa hệ số thấm và ỏp lực nước lỗ rỗng, hàm lượng chứa nước thể tớch với ỏp lực nước lỗ rỗng trong đất.
Hỡnh 56: 5 sơ đồ bài toỏn thấm
+ Mục đớch và nhiệm vụ của việc tớnh toỏn thấm:
Mục đớch : Cần phải tớnh toỏn thấm qua đờ biển, để làm cơ sở tớnh toỏn ổn định mỏi, kết cấu chống thấm, kết cấu cỏc bộ phận tiờu nước hợp lý và kinh tế nhất.
Trong tớnh toỏn thấm, cần phải xỏc định cỏc thụng số của dũng thấm ở thõn đờ, nền đờ và bờ đờ sau đõy :
- Xỏc định vị trớ đường bóo hũa, từ đú sẽ tỡm được ỏp lực thấm dung trong tớnh toỏn ổn định của mỏi đờ.
- Xỏc định gradient thấm (hoặc lưu tốc thấm) của dũng chảy trong thõn đờ, nền đờ nhất là chỗ dũng thấm thoỏt ra ở hạ lưu để kiểm tra xúi ngầm, đẩy trụi đất và xỏc định kớch thước cấu tạo của tầng lọc ngược.
+ Cơ sở khoa học để tớnh toỏn thấm
Dũng thấm trong đất bóo hũa và khụng bóo hũa tuõn theo định luật thấm Darcy q = kjω hoặc cú thể viết dưới dạng v = kj
Trong đú :
q = lưu lượng thấm đơn vị v = lưu tốc thấm trung bỡnh k = hệ số thấm
j = gradient của dũng thấm.
Lưu lượng vào và ra khỏi phõn tố đất biến thiờn theo độ ẩm thể tớch Δθ Trường hợp thấm ổn định Qvào – Qra =Δθ=0
Hỡnh 57: Trường hợp thấm ổn định
Tớnh toỏn thấm theo phương phỏp phần tử hữu hạn dựa trờn phần mềm SEEP/W của hóng GEO-SLOPE International Ltd của Canada. Cỏc phương trỡnh cơ bản sau đõy được sử dụng tớnh toỏn thấm trong SEEP/W như sau :
Phương trỡnh vi phõn tổng quỏt + Trường hợp dũng ổn định t Q y H k y x H k x x x ∂ ∂ = + ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ θ + Trường hợp dũng khụng ổn định t H m Q y H k y x H k x x x w w ∂ ∂ = + ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ . .γ
Trong đú :
H = tổng cột nước
kx = hệ số thấm theo phương x ky = hệ số thấm theo phương y
Q = lưu lượng biờn ỏp đặt cho phần tử. q = lượng chứa nước thể tớch
t = thời gian
γ n = trọng lượng đơn vị của nước
mw = hệ số gúc của đường cong lượng chứa nước với ỏp lực lỗ rỗng.
Ngoài ra, SEEP/W cũn sử dụng hàm thấm, thể hiện mối quan hệ giữa hệ số thấm và ỏp lực nước lỗ rỗng, hàm lượng chứa nước thể tớch với ỏp lực nước lỗ rỗng trong đất.
Lưu lương thấm qua đập tớnh gần đỳng theo cụng thức sau : Q = q.Ltb
b. Giới thiệu về SLOVE: +Tổng quan về SLOVE:
SLOVE/W là một trong 6 phần mềm địa kỹ thuật trong bộ GEO-SLOPE fficeb của GEO-SLOPE International- Canada.
SLOVE/W là phần mềm giao diện đồ họa, 32 bớt cú thể chạy trong hệ điều ành Win 95/98/NT/2000 và XP
SLOVE/W phõn tớch ổn định mỏi đất – đỏ theo phương phỏp cõn bằng giới hạn khối trong đất bào hũa và khụng bóo hũa như:
+ Mỏi dốc đồng nhất, khụng đồng nhất trờn nền đỏ + Mỏi dốc chịu tải trọng ngoài và cú cốt gia cố
+ Tớch hợp với STEEP/W phõn tớch ổn định mỏi dốc trong điều kiện ỏp lực nước lỗ rỗng phức tạp
+ Tớch hợp với SIGMA/W phõn tớch ổn định theo phần tử hữu hạn + Phõn tớch ổn định mỏi dốc theo xỏc xuất
+Cơ sở khoa học để tớnh toỏn ổn định:
Phần mềm SLOPE/W của hóng GEO-SLOPE International Ltd của Canada cho phộp tớnh toỏn theo rất nhiều phương phỏp khỏc nhau như phương phỏp Morgenstern, PP GLE, PP BISHOP, JANBU, PP SNIP 2.06.05-84….. Trong cụng trỡnh này, tớnh toỏn ổn định mỏi đờ được lựa chọn theo phương phỏp GLE.
+ Gỉa thiết: Dựng một hàm tựy ý để xỏc định phương của tổng lực giữa cỏc thỏi. Phần trăm của hàm đú, λ, cần thỏa món điều kiện cõn bằng mụ men và cõn bằng lực được tớnh bằng cỏch ỡm giao điểm trờn đường quan hệ hệ số an toàn.
Sơ đồ giả thiết và xỏc định hệ số an toàn mặt trượt trụ trũn
Hỡnh 58: Sơ đồ giả thiết và xỏc định hệ số an toàn mặt trượt trụ trũn
c. Tớnh toỏn ổn định cho mặt cắt của tuyến đờ chớnh:
Lựa chọn mặt cắt đờ bất lợi nhất làm MC thiết kế (Mặt cắt tại huyện Hải Hậu lý trỡnh K2 - K27+300), cú cấu trỳc như sau:
+ Hệ số mỏi phớa biển m = 4; mỏi cú cơ đờ rộng 2m, cao trỡnh cơ đờ là +3.40
+ Hệ số mỏi phớa đụng m=3;
+ Chiều rộng mặt đờ B=5m; mặt đờ kết hợp đường giao thong cú lớp mặt bằng bờ tong dày 20cm.
+ Cao trỡnh mặt đờ là: +7.00; Cao trỡnh chõn đờ là +0.00 + Mực nước thường xuyờn + nước biển dõng là +3.26. + Bề dày tấm bờ tụng liờn kết ngang là 0.51m
+ Mỏi gia cố bằng khối BT TSC - 178. Tớnh chất cơ lý của đất nền như sau:
Đất đắp đờ C = 2 KPa, φ =200 , γ = 3 KN/m3, k=1e-6 (m/s) Đất nền lớp 1 C = 5 KPa, φ =230, γ = 5 KN/m3, k=2e-6 (m/s) Đất nền lớp 2 C = 5 KPa, φ = 250 , γ = 8 KN/m3, k=1,5e-6 (m/s) Mỏi gia cố C =0 KPa,φ =320 , γ = 10 KN/m3, k=1e-8 (m/s)
* Chạy mụ hỡnh GEO-SLOVE:
+ Vẽ đường viền thấm bằng modul SEEP/W:
Lập phạm vi làm việc, vào set/page, chọn khổ giấy và nhập cỏc giỏ trị như trong hỡnh:
Lập trục vào set/axes:
Nhập cỏc điểm vào Keyin/point:
Khi nhập xong từng điểm phải chọn copy và muốn hiện điểm thỡ phải nhấn apply.
Sau khi nhập xong dựng lệnh Sketch/lines để phỏc họa đờ Dựng lệnh Sketch/text để ghi chỳ.
Vào keyin/hydraulic funtion/hydraulic conductivity đặt tờn cho từng lớp và nhập hệ số thấm:
Vào keyin/material nhập tớnh chất và xỏc định hàm thấm cho cỏc lớp vật liệu:
Vào Draw/regions để tạo cỏc phần tử hữu hạn, vào draw/material để ỏp cỏc loại vật liệu cho cỏc lớp khỏc nhau.
Xỏc định cỏc điều kiện biờn của nỳt: chọn Keyin Boundary conditions từ thực đơn keyin, sau đú vào Draw/Boundary conditions ỏp cỏc điều kiện biờn vào bài toỏn:
Chạy bài toỏn ta được kết quả sau:
Kết quả tớnh toỏn thấm cho đờ:
Cỏc thụng số về thấm Kết quả
Garadien thấm lớn nhất trờn mỏi nghiờng 3.2 Lưu lượng thấm đơn vị trong thõn đờ (m3/s.m) 4.961e-7 Tổng lưu lượng thấm quan thõn đờ Q (m3/ngày
đờm), L=55m
2.36
Nhận xột: Garadien thấm cho phộp [J] đối với đất dớnh là [J]=3.7, trong khi đú garadien thấm lớn nhất trờn mỏi nghiờm là J=3.2, vỡ vậy J<[J] đảm bảo điều kiện chống thấm.
+ Tớnh ổn định bằng module SlopeW:
Kết hợp SEEP và SlOPEW để phõn tớch bài toỏn thấm và tớnh ổn định của đờ biển, sử dụng sơ đồ trong module SEEP và thờm một số điều kiện về tớnh chất của đất để phõn tớch tiếp bài toỏn ổn định trong module SLOPEW.
Vào SLOPE/keyin/material nhập giỏ trị γ , φ, C vào ứng với từng loại đất:
Vào Draw/Slip surface/entry and exit để xỏc định phạm vi của cung trượt. Vào Tool/veryfy để kiểm tra xem bài toỏn cú lỗi hay khụng. Nếu khụng cú lỗi thỡ cỏc điều kiện nhập vào là đỳng, tiếp tục vào Tool/solve analyses để phõn tớch bài toỏn.
Kết quả tớnh toỏn ổn định mỏi đờ:
Hệ số ổn định mỏi đờ, Kmin Hệ số ổn định cho phộp [K]
1.452 1.15
Nhận xột: Hệ số ổn định mỏi đờ Kmin > [K] cho nờn mỏi đờ đảm bảo điều kiện ổn định, khụng gõy sạt lở.