Trong nội dung của luận văn sử dụng 2 chương trỡnh trong Windows để kiểm tra quy luật phõn phối xỏc suất và tớnh ổn định cụng trỡnh:
-Sử dụng phần mềm BESTFIT: để kiểm tra quy luật phõn phối trong chuỗi số liệu đưa ra.
- Sử dụng phần mềm VAP 1.6 for Windows với phương phỏp FORM và thuật giải Monte-Carlo: để xử lý cỏc biến ngẫu nhiờn và giải bài toỏn xỏc suất thống kờ.
2.5.1 Phần mềm BESTFIT
Bước đầu: Khởi động mỏy chạy chế độ Windows, sau đú chạy chương trỡnh, việc đầu tiờn là tạo ra một cửa sổ làm việc mới (chọn new trong danh mục file hoặc sử dụng cỏc thanh cụng cụ). Một cửa sổ trống với cỏc ký hiệu đơn giản xuất hiện như sau:
Bước 1: Nhập chuỗi số liệu vào biểu thức trờn
Bước 2: Nhấn F5 hoặc Start trờn thanh cụng cụ chạy chương trỡnh
Phần mềm BESTFIT lựa chọn quy luận phõn phối tối ưu nhất cho chuỗi số liệu đú.
Bước 4: Nhấn vào nỳt stats để lấy kết quả thống kờ chuỗi số liệu:
Từ kết quả trờn bảng thấy: Mean: Kỳ vọng
Std Deviation: Độ lệch chuẩn Kurtosis: Độ nhọn của chuỗi Minimum: Số liệu bộ nhất
Maximum: Số liệu lớn nhất….
2.5.2 Phần mềm VAP for MS Windows
Bước đầu: Khởi động mỏy chạy chế độ Windows, sau đú chạy chương trỡnh, việc đầu tiờn là tạo ra một cửa sổ làm việc mới (chọn new trong danh mục file hoặc sử dụng cỏc thanh cụng cụ). Một cửa sổ trống với cỏc ký hiệu đơn giản xuất hiện như sau:
Sau đú nhấn nỳt function trong danh mục Define để thấy thanh cụng cụ Inspector. Biểu thức đại số của hàm trạng thỏi tới hạn cú thể được đưa vào chương trỡnh bằng cỏch nhấn phớm Enter, cụ thể như sau:
Bước 2: Nhập cỏc đại lượng ngẫu nhiờn. Mỗi đại lượng ngẫu nhiờn tớnh toỏn trờn một cửa sổ khụng gian tớnh toỏn. Bằng cỏch chọn Variables trong danh mục Define, thanh cụng cụ Variables xuất hiện. Mỗi đại lượng biến thiờn được phõn loại và sắp xếp bằng những thụng số liờn quan.
Nhập hết cỏc biến thiờn theo cỏc giỏ trị kỳ vọng đó xỏc định và độ lệch quõn phương theo kinh nghiệm khi nhấn nỳt N để tiến lờn hoặc P để lựi lại, sau đú nhấn nỳt Enter để kiểm tra hàm chuẩn, cuối cựng nhấn nỳt Done.
Bước 3: Khi đó nhấp nhận cỏc số liệu đầu vào theo cỏc đại lượng ngẫu nhiờn như trờn, nờn đồng ý nhấn nỳt done. Để tớnh toỏn lựa chọn kết quả bằng cỏch đưa chuột vào Method, nếu tớnh theo xỏc suất theo phương phỏp momen thỡ đưa con chuột vào vị trớ Form trờn thanh cụng cụ xuất hiện kết quả ngay bờn dưới:
Trong đú :
HL – index: Là chỉ số tin cậy P(G < 0): Xỏc suất xảy ra sự cố
Nhận xột:
- Phần mềm Bestfit cho phộp chỳng ta xử lý chuỗi số liệu lớn với ưu điểm là lựa chọn được quy luật phõn phối tối ưu của từng chuỗi. Trong khi nếu tớnh tay ta chỉ tớnh cho trường hợp quy luật phõn phối chuẩn và kiểm định xem chuỗi số đú đó tuõn theo phõn phối chuẩn chưa. Tớnh ra ngay cỏc kỳ vọng, độ lệch chuẩn của chuỗi số liệu.
- Phần mềm Vap cho phộp người sử dụng chương trỡnh cú thể xử lý một khối lượng lớn cỏc phộp tớnh liờn tục được gọi là đại lượng biến thiờn trong một số biểu thức toỏn học. Chương trỡnh tự bổ sung cỏc phõn tớch mang tớnh thực tế, nhưng cũng cú thể sử dụng rộng rói hơn trong cỏc trường hợp đỏnh giỏ những ảnh hưởng của đại lượng biến thiờn đến cỏc vấn đề được đem ra tớnh toỏn trong cỏc lĩnh vực khỏc của kỹ thuật thực tế.
+ Vap cú khả năng giải được rất nhiều hàm tin cậy theo cỏc trạng thỏi giới hạn khỏc nhau trong cựng một khụng gian làm việc bằng cỏch đặt tờn lại những hàm gốc trong cửa sổ nhỏ phớa trờn và thay đổi lại biểu thức của những hàm đú.
+ Cỏc đại lượng biến thiờn cũng cú thể được giả thiết dưới dạng biểu đồ. Cỏc biểu đồ cú thể xuất ra được bitap bằng cỏch nhấn SaveBMP
+ Form thỉnh thoảng cũng gõy khú khăn cho người sử dụng để giải cỏc đại lượng biến thiờn dựa vào hỡnh dạng biểu thị của cỏc biểu đồ tương ứng. Kết quả đụi lỳc bị bỏo lỗi làm cho người sử dụng khú xử lý.
2.6 Kết luận chương 2
Dựa trờn nền tảng lý thuyết độ tin cậy và phương phỏp truyền thống của tớnh ổn
định cống đồng bằng, trong chương 2 tỏc giả đó đề cập và phõn tớch cỏc nội dung sau:
1. Trờn cơ sở nhận thức về cơ chế phỏ hoại đó xõy dựng được sơ đồ cành cõy sự cố làm cơ sở tớnh toỏn độ tin cậy về an toàn cho cống đồng bằng.
2. Làm rừ được cơ sở toỏn học của phương phỏp ngẫu nhiờn, tiến hành xõy dựng bài toỏn tớnh độ tin cậy an toàn tổng thể cụng trỡnh theo cấp độ 2 và lựa chọn phần mềm hỗ trợ trong tớnh toỏn.
Đồng thời để tường minh cỏc hàm tin cậy theo trạng thỏi giới hạn của cỏc cơ chế hư hỏng. Chương 3 tỏc giả sẽ ứng dụng phần mềm tớnh toỏn cho ổn định Cống Nam Đàn, Nghệ An với 3 cơ chế: Trượt, lật, ứng suất nền. Trong đú mỗi cơ chế đều tớnh với phương phỏp truyền thống: Theo hệ số an toàn, trạng thỏi giới hạn, lý thuyết độ tin cậy. Từ đú rỳt ra những nhận xột về cỏc kết quả tớnh toỏn xỏc suất theo cơ chế hư hỏng.
CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG Lí THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TÍNH ỔN ĐỊNH MỘT PHƯƠNG ÁN CỐNG NAM ĐÀN - NGHỆ AN
(Phương ỏn chưa xử lý nền bằng gia cố múng cọc bờ tụng cốt thộp)
3.1 Đặt vấn đề
Để làm rừ tớnh thực tiễn của cỏc nghiờn cứu, chương này của luận văn trỡnh bày cỏc ứng dụng vào tớnh toỏn ổn định cống Nam Đàn bao gồm cỏc tớnh toỏn sau:
- Tớnh ổn định trượt, lật, ổn định cường độ nền theo 3 phương phỏp: hệ số an toàn, trạng thỏi giới hạn và lý thuyết độ tin cậy.
- Làm rừ cỏch vận dụng tiờu chuẩn kỹ thuật Việt Nam và Eurocode.
3.2 Giới thiệu chung [4]
3.2.1 . Vị trớ cụng trỡnh
Đầu mối Cống Nam Đàn được xõy dựng ở bờ tả sụng Lam thuộc địa bàn xó Xuõn Hoà huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An, vị trớ được đặt cỏch cống Nam Đàn cũ khoảng 1,9 km về phớa hạ lưu.
3.2.2. Nhiệm vụ và quy mụ cụng trỡnh
Xõy dựng Cống Nam Đàn mới để thay thế cống Nam Đàn cũ, cấp nước tưới cho khoảng 19.472 ha đất sản xuất nụng nghiệp, nuụi trồng thuỷ sản, cụng nghiệp và sinh hoạt của cỏc huyện Nam Đàn, Hưng Nguyờn, Thành phố Vinh, Nghi Lộc và thị xó Cửa Lũ;
+ Bảo đảm cấp nước tưới cho 19.472 ha diện tớch đất canh tỏc, nuụi trồng thủy sản, cụng nghiệp và sinh hoạt cho cỏc huyện Nam Đàn, Hưng Nguyờn, Thành phố Vinh, Nghi Lộc và thị xó Cửa Lũ;
+ Bảo đảm giao thụng thủy với tàu thuyền cú tải trọng ≤100 tấn và mớn nước ≤1,3m;
+ Bảo đảm ngăn lũ sụng Lam tràn vào đồng ứng với tần suất lũ thiết kế P=1,0% (+10,45m) và lũ kiểm tra P=0,2% (11,15m);
+ Bảo đảm giải phúng mặt bằng và đền bự ớt nhất, giao thụng thủy – bộ thuận lợi, gúp phần phỏt triển kinh tế vựng;
+ Bảo đảm cụng trỡnh làm việc an toàn, ổn định khi khai thỏc bỡnh thường và khi cú lũ theo tần suất quy định, cú biện phỏp cụng trỡnh thớch hợp cho cống và õu thuyền để đảm bảo ổn định lõu dài cho cụng trỡnh;
+ Cỏc hạng mục cụng trỡnh đầu mối hợp lý, cú kết cấu thớch hợp, vừa đỏp ứng được cỏc yờu cầu kỹ thuật, quản lý, khai thỏc, vận hành thuận lợi, vừa thỏa món về kiến trỳc thẩm mỹ và quy hoạch tổng thể của khu vực xõy dựng cụng trỡnh;
- Đảm bảo giao thụng thuỷ với tầu thuyền tải trọng 100 tấn; - Ngăn lũ và gúp phần cải thiện mụi trường sinh thỏi.
Cống Nam Đàn là cống lấy nước lộ thiờn gồm 3 khoang mỗi khoang rộng 5m, cửa cống là van phẳng đúng mở bằng vớt điện. Theo tiờu chuẩn xõy dựng Việt Nam TCXDVN 285 -2002 thỡ:
- Cụng trỡnh đầu mối cống : cấp II - Kờnh dẫn hạ lưu : cấp III - Tiờu chuẩn thiết kế:
+ Lũ kiểm tra: p =0,2%;
+ Lũ thiết kế: p = 1,0%;
+ Tần suất đảm bảo cấp nước: p =85%;
+ Dẫn dũng thi cụng mựa lũ: p = 5,0% và theo đờ Tả Lam hiện tại; + Dẫn dũng thi cụng mựa kiệt: p = 10%;
3.2.3 Cỏc thụng số chớnh của cụng trỡnh đầu mối [4]
1. Cống lấy nước
- Bố trớ ở phớa phải õu thuyền. Lưu lượng thiết kế QRtkR = 27,64 mP
3
P/s. /s.
- Hỡnh thức cống lộ thiờn, kết cấu bằng BTCT cú phụ gia chống nước mặn ăn mũn. - Thõn cống dài 28,0m, chiều rộng tràn nước BRtrR = 15,0 m, chia thành 3 khoang. Đỏy cao trỡnh -1,40 m, phớa thượng lưu bố trớ hàng cừ thộp chống thấm qua nền. Gia cố nền bằng cọc BTCT. Tường bờn và trụ pin cao trỡnh đỉnh +11,95 m (bằng cao
trỡnh đỉnh đờ). Phớa thượng lưu bố trớ khe phai & khe van, nhà đúng mở van, cầu nối với đỉnh đờ & đường du lịch ở cơ đờ rộng 9,0m. Tường ngực bố trớ phớa sau van đúng mở, cao trỡnh đỏy +2,5m. Phớa hạ lưu bố trớ 2 khe phai. Bố trớ 1 hầm để phai giữa cống và õu thuyền.
- Bể tiờu năng nối tiếp dài 20,0m; đỏy cao trỡnh -2,4m, chiều rộng mở rộng dần từ (18,2ữ23,0) m; nền gia cố bằng cọc BTCT. Tường cỏnh nối tiếp với bờ phải, dạng tường sườn, đỉnh cao trỡnh +6,0 m.
- Nối tiếp sau bể tiờu năng là đoạn kờnh dài 73,0m gồm: Đoạn 1 dài 10,0m; đỏy rộng 23,0 m, gia cố bằng BTCT. Đoạn 2 dài 63,0m , đỏy rộng 23,0m gia cố bằng rọ đỏ. Mặt cắt kờnh: từ cao trỡnh đỏy (-1,4 ữ+3,0)m mặt cắt chữ nhật, gia cố chõn đến cao trỡnh +3,0m bằng cừ bản BTCT dự ứng lực. Từ cao trỡnh lớn hơn +3,0m mặt cắt hỡnh thang, hệ số mỏi m = 2,0, gia cố bằng trồng cỏ trong khung BTCT đỳc sẵn. Bố trớ một cơ ở cao trỡnh +3,0m. Hai bờ kờnh là đường quản lý.
2. Âu thuyền
- Bố trớ ở phớa trỏi cống; ngoài nhiệm vụ thụng thuyền, cũn tham gia lấy nước vào mựa kiệt với lưu lượng 12,91 mP
3
P/s. /s.
- Âu dài 113,5m, lũng rộng 7,0 m, kết cấu bằng BTCT cú phụ gia chống nước mặn ăn mũn.
- Cửa vào dài 28,0m; đỏy cao trỡnh -1,4 m, phớa thượng lưu bố trớ hàng cừ thộp chống thấm qua nền và cầu nối với đỉnh đờ & đường du lịch ở cơ đờ rộng 9,0m. Gia cố nền bằng cọc BTCT. Bố trớ khe phai, khe van vận hành. Hầm để phai chung với cống. Tường cỏnh nối tiếp với bờ phớa trỏi dạng tường sườn.
- Thõn õu dài 70,0m. Đỏy cao trỡnh -1,4 m, gia cố nền bằng cọc BTCT. Tường hai bờn cao trỡnh đỉnh +6,5 m; phớa trỏi là đường quản lý.
- Cửa ra dài 15,5m. Đỏy cao trỡnh -1,4m; gia cố nền bằng cọc BTCT. Bố trớ khe phai và khe van vận hành. Tường cỏnh nối tiếp với bờ phớa trỏi dạng tường sườn, gia cố nền bằng cọc BTCT.
Nối tiếp với kờnh chuyển tiếp hạ lưu của cống lấy nước và õu thuyền, kờnh dài 1.110,0m, theo tuyến sụng Cụt qua Quốc Lộ 46 nhập vào kờnh Thấp tại KR2 R+500.
Mặt cắt kờnh: Từ cao trỡnh đỏy (-1,4 ữ+3,0)m là kờnh chữ nhật, đỏy khụng gia cố, rộng 35,0 m, cao trỡnh đầu -1,4 m, độ đốc dọc i = 4,5 x 10P
-5
P
. Từ cao trỡnh lớn hơn +3,0m mặt cắt hỡnh thang, hệ số mỏi m = 2,0. Bố trớ một cơ ở cao trỡnh +3,0m. Gia cố mỏi hai bờn: chõn mỏi đến cao trỡnh +3,0m bằng cừ bản BTCT dự ứng lực, phần trờn cơ trồng cỏ trong khung BTCT. Hai bờ kờnh là đường quản lý.
4. Cầu giao thụng trờn đường QL46
Cầu giao thụng trờn đường QL46, cắt kờnh tại KR0R + 875 được thiết kế thành hai cầu độc lập với cỏc thụng số kỹ thuật theo quy hoạch đường QL46. Một cầu và giải phõn cỏch sẽ đầu tư xõy dựng khi làm đường QL46 theo quy hoạch. Một cầu đầu tư xõy dựng trước với nội dung sau:
Cầu kết cấu bằng BTCT. Sơ đồ trục (1 x 42m) + (2 x 10m). Độ dốc dọc iRdR = 2% từ tim cầu về hai phớa.
Phần thượng bộ: Hệ đỡ mặt cầu gồm 5 dầm chủ bằng BTCT dự ứng lực lắp ghộp, mỗi dầm dài 42,0 m, mặt cắt chữ I; liờn kết giữa cỏc dầm chủ với nhau bằng 5 dầm phụ. Mặt cầu gồm cỏc lớp: BT nhựa hạt trung dầy 7cm ; lớp phũng nước dầy 0,4cm; lớp bản mặt cầu bằng BTCT dầy 20cm. Lan can bằng ống và thộp bản mạ kẽm nhỳng núng. Khe biến dạng bằng cao su. Gối cầu loại gối chậu thộp.
Phần hạ bộ: Mố cầu dạng mố tường, múng cọc nhồi đường kớnh D = 1,2m (chiều dài cọc khoảng 29m). Taluy quanh mố, tứ nún chõn khay gia cố bằng đỏ hộc xõy.
Đoạn chuyển tiếp giữa cầu và đường mỗi bờn dài 10,0 m, độ dốc dọc i = 4%. Sau mố đặt bản dẫn BTCT đổ tại chỗ L = 3m. Xử lý nền đất yếu đầu cầu bằng giếng cỏt kết hợp đắp đất gia tải. Mặt đường rộng 14,5m, gồm cỏc lớp: BT nhựa hạt mịn dầy 5cm, BT nhựa hạt trung dầy 7cm, cấp phối đỏ dăm tiờu chuẩn loại 1 dầy 22cm và loại 2 dầy 30cm và lớp vải địa kỹ thuật. Lề đường hai bờn cú chiều rộng thu hẹp dần về phớa cầu.
- Đường hai đầu cầu nối với đường QL46, mỗi đường dài khoảng 100,0 m, độ dốc dọc i = 4%. Mặt đường theo hiện trạng đường QL hiện trạng, gồm cỏc lớp: BT
nhựa hạt mịn dầy 5cm, BT nhựa hạt trung dầy 7cm, cấp phối đỏ dăm tiờu chuẩn loại 1 dầy 22cm và loại 2 dầy 30cm và lớp vải địa kỹ thuật.
3.3 Cỏc trường hợp tớnh toỏn ổn định Cống Nam Đàn
Trong thiết kế tớnh ổn định cống với nhiều trường hợp chờnh lệch mực nước thượng hạ lưu khỏc nhau.
+ Mực nước sụng Lam (p=85%), khi chưa cú sự điều tiết của hồ chứa thượng lưu, cống Nam Đàn cũ mở hoàn toàn: ZRsR = +0,833m;
+ Mực nước sụng Lam (p=85%), khi cú sự điều tiết của hồ chứa thượng lưu, cống Nam Đàn cũ hoành triệt toàn bộ: ZRsR = +1,332m;
+ Mực nước sụng Lam ở mức bỏo động 1 – Tại vị trớ cống Nam Đàn: ZRBĐ1R = +5,40m;
+ Mực nước sụng Lam ở mức bỏo động 2 – Tại vị trớ cống Nam Đàn: ZRBĐ2R = +7,90m;
+ Mực nước sụng Lam ở mức bỏo động 3 – Tại vị trớ cống Nam Đàn: ZRBĐ3R > +7,90m;
+ Mực nước đảm bảo thụng thuyền (p=95%), khi chưa cú sự điều tiết của cỏc hồ chứa thượng lưu, cống Nam Đàn cũ hoành triệt: ZR95%R = +0,816m;
+ Mực nước đảm bảo thụng thuyền (p=95%), khi cú sự điều tiết của cỏc hồ chứa thượng lưu, cống Nam Đàn cũ đó hoành triệt: ZR95%R = +1,327m;
+ Mực nước lớn nhất cho phộp tàu thuyền đi lại trờn kờnh Thấp: ZRTT-maxR = +2,50m;
Phạm vi luận văn chỉ nghiờn cứu với trường hợp đặc biệt – cống đúng hoàn toàn lỳc này chờnh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất:
Mực nước trước cống : ZRtcR = + 11,15m; Mực nước sau cống : ZRkR = + 2,50m;
Hỡnh 3 – 1: Sơ đồ đỏy múng cống .
Kiểm tra ổn định với 03 trường hợp:
- Trường hợp 1: kiểm tra ổn định trượt phẳng - Trường hợp 2: kiểm tra ổn định lật quanh trục B - Trường hợp 3: kiểm tra ứng suất đỏy múng A, B
Đối với cả 3 trường hợp đều tớnh với 3 phương phỏp sau: - Phương phỏp hệ số an toàn
- Phương phỏp trạng thỏi giới hạn