L ời cám ơn
6. Bốc ục của luận án
4.2.1. Lý thuyết tính toán ổn định đập đất
Khi xây dựng đập đất, đặc biệt là ở những khu vực có địa chất phức tạp thì việc tính toán ổn định đập là bài toán vô cùng quan trọng. Tính chính xác của kết quảtính ảnh hưởng rất lớn đến độ bền, độổn định lâu dài của đập khi đưa vào khai thác và vận hành.Phân tích ổn định đập đất nhằm chủ yếu giải quyết hai vấn đềchính:
- Thiết kế mới mặt cắt đập: căn cứvào chỉtiêu cường độ của đất nền và hệ số an toàn của công trình, thiết kế mặt cắt đê, đập hợp lý, đảm bảo thỏa mãn yêu cầu về sử dụng;
- Kiểm tra ổn định đập đất đã có: đối với các đập đất đã xây dựng đi kiểm tra sựổn định đập.
Hiện nay, khi phân tích ổn định mái dốc đập đất các kỹsư thường dùng một trong hai phương pháp:
- Phương pháp thứ nhất là giả định trước mặt trượt và chỉ xét trạng thái cân bằng giới hạn của những điểm nằm trên cung trượt (thường gọi là phương pháp giả định mặt trượt) hay còn gọi là phương pháp cân bằng giới hạn (LEM);
- Phương pháp thứ hai xem nền đất là môi trường đàn hồi – dẻo và ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) đểphân tích ứng suất – biến dạng của các điểm trong nền đất hay còn gọi là phương pháp FEM.
4.2.1.1. Lý thuyết phântínhổn định mái dốc theo LEM
Nguyên lý phân mảnh khối trượt theo phương pháp LEM đã được chứng minh là khá hiệu quảtrong phân tích địa kỹ thuật và vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Các bước cơ bản khi sử dụng phương pháp LEM phân tích ổn định mái dốc là:
- Bước 1: Vẽ một cơ chếtrượt tùy ý gồm các mặt trượt;
- Bước 2: Giải các phương trình cân bằng tĩnh về lực và mô men của cơ chế đó đểxác định cường độhuy động của đất hoặc các ngoại lực;
- Bước 3: Kiểm tra cân bằng tĩnh của các cơ chếkhácvà tìm cơ chế giới hạn ứng với lực cân bằng giới hạn.
Hai hạn chếcơ bản của LEM là:
- Bỏ qua mối quan hệứng suất biến dạng của đất.
- Kết quảtìm được phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của kỹsư. Lý do vì khi giải bài toán ổn định mái dốc bằng LEM là một quá trình thử với giả thiết là vị trí và hình dạng mặt trượt phải được đưa vào từđầu.
Một sốtác giảnhư Duncan (1996) [43], Krahn (2003) [59] đã thực hiện đánh giá về các phương pháp khác nhau sử dụng lý thuyết cân bằng giới hạn trong phân tích ổn định mái dốc. Phương pháp LEM được đề xuất từ Fellenius (năm 1936), sau đóđược nhiều tác giảkhác phát triển như Janbu (1954), Bishop (1955), Morgenstern- Price (1965), Spencer(1967),… Mỗi tác giả đưa ra các phương trình cân bằng khác nhau, chủ yếu ở việc xét mối quan hệ giữa các lực tương tác giữa các mảnh. Các phương pháp nêu trên đã được nhiều cơ quan trong nước, nhiều công ty nước ngoài lập trình và được thương mại hoá sản phẩm. Trong sốđó, phương pháp Bishop được dùng phổ biến ởnước ta hiện nay trong phân tích ổn định mái dốc.
4.2.1.2. Lý thuyết tính ổn định mái dốc theo FEM
mới hơn như FEM đang trở nên phổ biến hơn trong lĩnh vực phân tích ổn định mái dốc. Như Duncan (1996) [43] đã nhấn mạnh, FEM là phương pháp có thể được sử dụng đểtính toán ứng suất, biến dạng, áp lực lỗ rỗng và các đặc tính khác của khối đất trong quá trình xây dựng (Lane và Griffiths (2000); Zheng và cộng sự, (2005)) mà không cần đến việc giảđịnh mặt trượt. Các bước cơ bản khi sử dụng phương pháp FEM đểphân tích ổn định mái dốc gồm:
- Bước 1: Giảm thông số sức chống cắt (C, φ) đến khi khối đất bị phá hoại; - Bước 2: Tính hệ sốan toàn K;
- Bước 3: Sử dụng cùng với một sốcông cụ thiết kế tựđộng xác định cơ chế phá hoại nguy hiểm nhất.
Ưu điểm đáng kể nhất của phương phápnày là xét đến quan hệứng suất biến dạng của đất và loại bỏ các giảđịnh được áp dụng trong LEM để thay đổi bài toán siêu tĩnh thành bài toántĩnh định. Một sốtác giả đã có nghiên cứu về phương pháp này như: Matsui và San (1988) [67], Griffiths và Lane (1999) [54], Brinkgreve và Bakker (1991) [35],…