Qua nghiờn cứu về lý thuyết thấm cú những nhận định về cơ sở lý thuyết dựng trong nghiờn cứu.
Hiểu rừ và nghiờn cứu lý luận về việc ỏp dụng lý thuyết dũng thấm khụng ổn định trong phõn tớch ổn định cụng trỡnh núi chung và ổn định mỏi dốc bảo vệ bờ sụng núi riờng.
Việc xột đến ỏp lực lỗ rỗng trong việc phõn tớch ồn định tổng thể mỏi dốc khẳng định tớnh thực tiễn và cú ý nghĩa lớn trong việc ỏp dụng khoa học vào phục vụ sản xuất.
Những cơ sở lý thuyết được đề cập đến là cơ sở cho việc nghiờn cứu của luận văn trong cỏc chương ỏp dụng sau này.
Những cơ sở khoa học được trỡnh bày trong chương này là những yếu tố cơ bản để làm tiền đề cho nghiờn cứu thực tiễn ở chương sau.
CHƯƠNG III
LỰA CHỌN CÁC KẾT CẤU BẢO VỆ Kẩ PHÙ HỢP CHO Kẩ SễNG KA LONG
3.1 Giới thiệu cụng trỡnh.
3.1.1Tờn, vị trớ và phạm vi xõy dựng cụng trỡnh
+ Tờn cụng trỡnh: Xõy dựng tường kố bảo vệ bờ sụng biờn giới khu vực KM10, xó Bắc Sơn, thành phố Múng Cỏi. + Địa điểm xõy dựng: Xó Bắc Sơn, Thành phố Múng Cỏi, Tỉnh Quảng Ninh. + Vị trớ xõy dựng: Toạđộđịa lý: 21o35'20" ~ 21o35'40" Vĩ độ Bắc 107o53'20" ~ 107o53'55" Kinh độĐụng 3.1.2Mục tiờu, nhiệm vụ cụng trỡnh
Xõy dựng tường kố bảo vệ bờ sụng biờn giới khu vực KM10, xó Bắc Sơn thành phố Múng Cỏi nhằm bảo vệ tuyến đường giao thụng Múng Cỏi đi cửa khẩu Bắc Phong Sinh đảm bảo thụng suốt, chống sạt lở bờ sụng biờn giới, bảo vệ toàn vẹn lónh thổ, chủ quyền biờn giới Quốc gia, tạo cơ sở hạ tầng giao thụng, thủy lợi, thỳc đẩy phỏt triển kinh tế, ổn định dõn cư, đảm bảo thuận lợi cho việc tuần tra bảo vệ biờn giới.
3.1.3Quy mụ hạng mục cụng trỡnh.
+ Cụng trỡnh thủy lơi cấp III. + Tần suất lũ thiết kế P = 1,0 %. + Diện tớch lưu vực F = 676 km2
+ Qmax1% = 8798 m3/s.
+ Tổ hợp lực cơ bản hệ sốổn định cho phộp [Kcp] = 1,15. + Tổ hợp lực đặc biệt hệ sốổn định cho phộp [Kcp] = 1,05.
3.2 Cỏc điều kiện tự nhiờn tỏc động tới kết cấu cụng trỡnh.
Sụng Ka Long là con sụng biờn giới giữa Việt Nam và Trung Quốc, hiện nay phớa Trung Quốc đó và đang xõy dựng hệ thống cỏc tường kố bảo vệ
bờ sụng biờn giới. Sau khi Trung Quốc xõy dựng tuyến kố này lũng sụng bị
thu hẹp tạo cho lưu tốc, mực nước của dũng chảy lũ lớn lờn. Dũng chảy của sụng bị thay đổi, hướng trực diện vào phớa bờ sụng bờn Việt Nam. Với đặc
điểm lũng sụng dốc, lưu tốc dũng chảy lớn, mực nước trong sụng cú sự thay
đổi nhanh đoạn KM10 đó suất hiện nhiều đoạn trượt, sạt.
3.3 Bài toỏn nghiờn cứu. 3.3.1Hỡnh thức kết cấu.
Việc nghiờn cứu, phõn tớch để lựa chọn phương ỏn kết cấu kố bảo vệ mỏi sụng Ka Long được tiến hành đỏnh giỏ ổn định cho hai hỡnh thức kết cấu sau.
Hỡnh thức 1: m =0 .50 3.50 9.00 +6.10 7.50 20.00 33.60 Đất đắp K= 0.90 Đất đắp K= 0.90 m=1.75 m=1.7 5 18.00 MNLTK 19.00 MN TC 6.50 9A 5.10 5.03 5.80 7.60 8.38 9.66 11.13 15.40 20.17 .9524 33.64 33.6033.4033.4035.15 39.65 10.00 5.00 5.00 2.50 3.60 7.50 10.80 4.00 5.00 8.70 8.00 0.601.00 0.30 2.00 Tên cọc 9' 8.00 5.76 6.00 7.76 4 24.00 Hỡnh 3.1: Sơđồ kết cấu phương ỏn 1
Hỡnh thức 1 bờ sụng được bảo vệ bởi tuyến kố gồm hai cấp, cấp 1 và cấp 2. Kố cấp 1 đặt trờn nền đỏ tại cao trỡnh +4,0, kết cấu BTCT M250. Đỉnh kố cấp 1 tại cao trỡnh + 9,0m. Kố cấp 1 làm nhiệm vụ hộ chõn bảo vệ bờ khụng bị súi, trượt.
Kố cấp 2 đặt tại cao trỡnh +18,0 m. kết cấu tường bằng BTCT. Đỉnh kố cấp 2 cú cao trỡnh + 24,0m. Kố cấp 2 cú nhiệm vụ bảo vệ mỏi dốc taluy õm của đường giao thụng tuần tra biờn giới.
Hỡnh thức 2: Tên cọc 9' 8.00 5.76 6.00 7.76 4 m =0 .50 3.50 9.00 +6.10 7.50 20.00 33.60 Đất đắp K= 0.90 m=1.7 5 MNLTK 19.00 MN TC 6.50 m=1.50 9A 5. 1 0 5. 0 3 5. 8 0 7. 6 0 8. 3 8 9. 6 6 11 .13 15 .40 20 .17 24 .95 33 .64 33 .60 33 .40 33 .40 35 .15 39 .65 10.00 5.00 5.00 2.50 3.60 7.50 10.80 4.00 5.00 8.70 8.00 1.00 0.0.60 302.00 Hỡnh 3.2: Sơđồ kết cấu phương ỏn 2
Hỡnh thức 2: bờ sụng được bảo vệ bởi tuyến kố hộ chõn tại cao trỡnh +4,0. Kố đặt trờn nền đỏ, kết cấu BTCT M250. Đỉnh kố cấp 1 tại cao trỡnh + 9,0m ( kố cấp 1 của phương ỏn 1).
Tại cao trỡnh +20,0 bố trớ cơ rộng 2,5m. Phạm vi mỏi từ +20,0 trở lờn
Cỏc hỡnh thức bảo vệ bề mặt mỏi dốc cả hai phương ỏn khụng đổi; mỏi dưới cao trỡnh + 20,0 hỡnh thức bảo vệ bằng BTCT. Mỏi trờn trồng cỏ trong khung BTCT. 3.3.2Chỉ tiờu cơ lý tớnh toỏn Chỉ tiờu cơ lý của đất đắp bói vật liệu K = 0,95. - γk = 1,56 T/m3 - γbh =2,04T/m3 = 20,4 KN/m3 - ϕ bh = 25,0 - C bh = 3,5 T/m2 = 35 KN/m2 Chỉ tiờu cơ lý của nền ( Lớp đất 4) - γbh=22,6 KN/m3 - ϕ bh =35 0 - C bh = 3,2 T/m2 = 32 KN/m2 Hệ số thấm dựng trong tớnh toỏn: Lớp 4: K = 1.13 E -06 ( m/s) Lớp đất đắp: K = 4.80 E -07 ( m/s) 3.3.3Cỏc tổ hợp lực dựng trong tớnh toỏn.
Cỏc so sỏnh được tiến hành với 2 tổ hợp lực : cơ bản và đặc biệt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tổ hợp lực cơ bản : bao gồm trường hợp mực nước sụng đạt mực nước lũ thiết kế + 19,0 m, mỏi trờn kố cấp 2 bóo hũa nước.
- Tổ hợp lực đặc biệt: bao gồm trường hợp mực nước sụng đang rỳt nhanh từ mực nước lũ thiết kế +19,0m xuống cao trỡnh +9,0 m ( ) với vận tốc rỳt nước lần lượt v = 3m/ngày đờm, v = 4m/ngày đờm và v = 5m/ngày đờm. Mỏi trờn ở trạng thỏi bóo hũa nước.
3.4 Kết quả nghiờn cứu.
Bảng 3.1: Kết quả nghiờn cứu hệ sốổn định K với cỏc tổ hợp lực
TH tớnh toỏn Tổng thể mỏi Mỏi Dưới Mỏi trờn PA 1 PA2 PA 1 PA2 PA 1 PA2
TH cơ bản 1,307 1,491 3,029 3,578 1,688 1,783 TH đặc biệt 1,130 1,238 1,710 1,750 1,482 1,531
Hỡnh 3.4 : Sơđồ và kết quả tớnh toỏn ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA2
Kết luận : Cả hai phương ỏn đều đảm bảo điều kiện ổn định theo TCVN. Tuy nhiờn để nhận thấy rừ ưu nhược điểm của từng phương ỏn kết cấu, luận văn đi sõu vào nghiờn cứu quy luật biến đổi của hệ số an toàn cỏc bộ
phận cũng như tổng thể kố trong điều kiện đặc biệt khi cú lũ rỳt nhanh trong sụng.
3.5 Phần mềm sử dụng trong toỏn
Tỏc giả sử dụng bộ phần mềm địa kỹ thuật GeoStudio 2007 của Canada trong đú tớch hợp sẵn module Slope/W là cụng cụ dựng để tớnh toỏn ổn định trượt theo phương phỏp cõn bằng giới hạn của từng thỏi. Với phần mềm Slope/W cú thể phõn tớch ổn định mỏi đất - đỏ theo phương phỏp cõn bằng giới hạn khối trong đất bóo hoà và khụng bóo hoà gồm 9 phương phỏp khỏc nhau như Morgenstern-Price, Spencer, GLE, Janbu, Bishop..., cú thể tớch hợp với Seep/W để phõn tớch ổn định mỏi đờ, mỏi sụng trong điều kiện cú ỏp lực nước lỗ rỗng phức tạp, tớch hợp với Sigma/W phõn tớch ổn định mỏi đờ, mỏi sụng theo phần tử hữu hạn, tớch hợp với Quake/W phõn tớch ổn định cú xột
đến động đất. Theo QPVN II-77, tại điều 4.8: xỏc định Fs theo phương phỏp phõn thỏi cú xột đến tỏc dụng tương hỗ giữa cỏc thỏi, vỡ vậy cú thể lựa chọn nhiều phương phỏp tớnh cho bài toỏn như GLE, Spanencer, Bishop, Janbu...
3.6 Phõn tớch hệ sốổn định của kố trong điều kiện rỳt nước 3.6.1Xột sự thay đổi K ~ t của phương ỏn 1 3.6.1.1 Xột sựthay đổi K ~ t của phần kố cấp 2 Bảng 3.2: Kết quả K theo thời gian Thời điểm K min min v
=3m/ngay =4m/ngayv =5m/ngayv
t=0 1,688 1,688 1,688 t=0,3 1,580 1,481 1,480 t=0,5 1,482 1,487 1,492 t=1 1,497 1,506 1,514 t=1,5 1,510 1,520 1,526 t=2 1,520 1,528 1,531 t=2,5 1,526 1,531 1,531 t=3,0 1,530 1,531 1,531 t=3,5 1,531 1,531 1,531 t=4,0 1,531 1,531 1,531
Biểu đồ 3.1: Quan hệ K ~ t mỏi trờn, phương ỏn 1
Dựa vào kết quả tớnh toỏn trong bảng trờn ta thấy rằng :
Với tốc độ rỳt nước nghiờn cứu trong khoảng 3m/ngày đờm ữ 5m/ngày
đờm quy luật thay đổi hệ số ổn định mỏi K thay đổi tương tự như sau : Trong khoảng thời gian đầu tớnh toỏn giỏ trị K cú xu hướng giảm mạnh với t =0,3 ngày K = 1,58 với v= 3m/ngày đờm (giảm 6,4%). K = 1,481 với v= 4m/ngày
đờm (giảm 12,3%). K = 1.480 với v= 5m/ngày đờm(giảm 12,3%). Giỏ trị K
ứng với từng vận tốc lần lượt giảm tới giỏ trị nhỏ nhất sau đú K cú xu hướng tăng dần theo thời gian. Tại thời điểm t = 0.5 ngày K = 1,482 ứng với v = 3 m/ngày đờm. ứng với v = 4m/ngày đờm là 1,487 . ứng với v = 5m/ngày đờm là 1,492. Tại thời điểm t = 1 ngày K = 1,497 ( tăng 1%) ứng với v = 3 m/ngày đờm. ứng với v = 4m/ngày đờm là 1.506 ( tăng 1.3%) . ứng với v = 5m/ngày đờm là 1,514 ( tăng 1,5%)
Giỏ trị K tương ứng với từng vận tốc tăng dần đến giỏ trị khụng đổi là K = 1.531.
Qua đú thấy rằng đối với vận tốc rỳt nước lớn hơn được xột đến trong nghiờn cứu là v=4m/ngày đờm, 5 m/ngày đờm thỡ giỏ trị K cú xu hướng giảm nhanh hơn tới giỏ trị nhỏ nhất và sớm hồi phục về giỏ trịổn định.
3.6.1.2 Xột sự thay đổi K ~ t của mỏi kố dưới
Bảng 3.2 Kết quả K theo thời gian.
Biểu đồ 3.2 Quan hệ K ~ t mỏi dưới, phương ỏn 1
Thời
điểm
K min min v =3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
m/ngay v =4 m/ngay v =5 m/ngay
t=0 3,029 3,029 3,029 t=0,5 2,691 2,579 2,469 t=1 2,364 2,173 2,014 t=1,5 2,085 1,890 1,770 t=2 1,884 1,747 1,723 t=2,5 1,762 1,723 1,723 t=3,0 1,710 1,723 1,723 t=3,5 1,723 1,723 1,723 t=4,0 1,723 1,723 1,723
Với tốc độ rỳt nước nghiờn cứu trong khoảng 3m/ngày đờm ữ 5m/ngày
đờm quy luật thay đổi hệ sốổn định mỏi K thay đổi tương tự như sau :
Phạm vi cung trượt của mỏi dưới cơ bản nằm hoàn toàn trong phạm vi thay đổi của đường bóo hũa nờn dẫn tới suy giảm nhanh của hệ số ổn định mỏi K ; trong khoảng thời gian 0,5 ngày hệ số ổn định K giảm từ 3,029 xuống 2,691 ( giảm 11%) ứng với tốc độ rỳt nước v = 3m/ngày đờm, tương
ứng với v=4m/ngày đờm K = 2,597 ( giảm 15%), tương ứng với v= 5m/ngày
đờm K = 2,469 (giảm 19%)
Khi thời gian t = 1 ngày đờm giảm xuống 2,364 ( giảm 12%) ứng với v= 3m/ngày. Tương ứng với v=4m/ngày đờm k = 2,173 ( giảm 16%), v= 5m/ngày đờm k = 2,014 giảm 18%. Hệ số K giảm dần theo thời gian, lần lượt
đạt cỏc giỏ trị 2,085 khi t=1,5 ngày, k= 1,884 khi t = 2 ngày, k=1,762 khi t= 2,5 ngày, k = 1,710 khi t = 3 ngày. Cuối thời đoạn rỳt nước nhanh (khi t= 3,5 ngày , t = 4 ngày) thỡ hệ số K cú sự phục hồi nhẹ về giỏ trị K = 1,723 ( tăng 0,8%).
Đối với vận tốc rỳt nước lớn hơn được xột đến trong nghiờn cứu là v=4m/ngày đờm, 5 m/ngày đờm thỡ đường bóo hũa nhanh chúng hạ thấp và ổn
định ở cuối thời đoạn tớnh toỏn nờn hệ số ổn định K cũng giảm nhanh tới giỏ trị cực tiểu và phục hồi về giỏ trịổn định K = 1,723.
Như vậy ứng với vận tốc rỳt nước càng nhanh thỡ độ giảm giỏ trị K càng lớn.
3.6.1.3 Xột sự thay đổi K ~ t tổng thể mỏi kố
Bảng 3.3 Kết quả K theo thời gian
Biểu đồ 3.3 Quan hệ K ~ t tổng thể mỏi phương ỏn 1
Thời điểm K min min v =3 m/ngay v =4 m/ngay v =5 m/ngay t=0 1,307 1,307 1,307 t=0,5 1,245 1,228 1,214 t=1 1,200 1,176 1,157 t=1,5 1,166 1,143 1,131 t=2 1,143 1,130 1,133 t=2,5 1,131 1,133 1,133 t=3,0 1,130 1,133 1,133 t=3,5 1,133 1,133 1,133 t=4,0 1,133 1,133 1,133
Với tốc độ rỳt nước nghiờn cứu trong khoảng 3m/ngày đờm ữ 5m/ngày
đờm quy luật thay đổi hệ sốổn định mỏi K thay đổi tương tự như sau :
Phạm vi cung trượt tổng thể của mỏi dưới cơ bản nằm hoàn toàn trong phạm vi thay đổi của đường bóo hũa nờn dẫn tới suy giảm nhanh của hệ sốổn
định mỏi K ; Với tốc độ rỳt nước v= 3m/ngày đờm trong khoảng thời gian 0,5 ngày hệ số ổn định K giảm từ 1,307 xuống 1,245 ( giảm 4,8%), thời gian t = 1ngày giảm xuống 1,2 ( giảm 3,6 %) . Hệ số K giảm dần theo thời gian. Cuối thời đoạn rỳt nước nhanh (khi t = 3 ngày) thỡ hệ số K đạt giỏ trị nhỏ nhất là K = 1,130 . Sau đú giỏ trị K cú sự phục hồi về giỏ trị K = 1,133 ( tăng 0,3%) và khụng đổi theo thời gian.
Đối với vận tốc rỳt nước lớn hơn được xột đến trong nghiờn cứu là v=4m/ngày đờm, 5 m/ngày đờm thỡ đường bóo hũa nhanh chúng hạ thấp đến giỏ trị nhỏ nhất và phục hồi về giỏ trị ổn định K = 1,133. Trong cựng thời
điểm xột thỡ ứng với vận tốc rỳt nước càng nhanh giỏ trị K càng nhỏ. Điều đú chứng tỏ với vận tốc rỳt nước càng nhanh thỡ càng nguy hiểm cho mỏi.
3.6.2 Xột tốc độ suy giảm K ~ t của phương ỏn 1 3.6.2.1 Xột tốc độ suy giảm K ~ t của kố cấp 2 Bảng 3.4 Kết quả K theo thời gian Thời điểm Tốc độ giảm K v =3 m/ngay v =4 m/ngay v =5 m/ngay 0-0,5 13,1% 13,6% 13,2% 0,5-1 -1,0% -1,3% -1,5% 1-1,5 -0,9% -0,9% -0,8% 1,5-2 -0,6% -0,5% -0,3% 2-2,5 -0,4% -0,2% 0,0% 2,5-3 -0,3% 0,0% 0,0% 3-3,5 -0,1% 0,0% 0,0% 3,5-4 0,0% 0,0% 0,0%
Biểu đồ 3.4: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t kố cấp kố cấp 2 phương ỏn 1
Thụng qua bảng kết quả và biểu đồ ta nhận thấy trong khoảng tốc độ
rỳt nước v = 3m/ngày đờm đến 5m/ngày đờm quy luật thay đổi về tốc độ
giảm hệ số K tương tự như sau ; Trong thời gian đầu tốc độ giảm k là lớn nhất khi t = 0 ữ0,5 ngày đờm độ giảm là 13,1 % đối với v=3m/ngày đờm, là 13,6 %
đối với v=4m/ngày đờm, là 13,2 % đối với v=5m/ngày đờm.
Sau đú giỏ trị về tốc độ giảm đổi chiều, giỏ trị K bắt đầu tăng theo thời gian. Tốc độ gia tăng giỏ trị K tại thời điểm 0,5 – 1 ngày đờm tương ứng v=3m/ngày đờm là 1 %, ứng với v=4m/ngày đờm là 1,3%, ứng với v= 5m/ngày đờm là 1,5%. Tốc độ gia tăng này giảm dần theo thời gian và đạt giỏ trị “0” khi t=4 ngày đờm ứng với v=3m/ngày đờm, khi t=3,0 ngày đờm ứng với v=4m/ngày đờm, khi t= 2,5 ngày đờm ứng với v=5m/ngày đờm.
3.6.2.2 Xột tốc độ suy giảm K ~ t của mỏi dưới Bảng 3.5Kết quả K theo thời gian Thời điểm Tốc độ giảm K v =3 m/ngay v =4 m/ngay v =5 m/ngay 0-0,5 11% 15% 19% 0,5-1 12% 16% 18% 1-1,5 12% 13% 12% 1,5-2 10% 8% 3% 2-2,5 6,5% 1,4% 0,0% 2,5-3 2,9% 0,0% 0,0% 3-3,5 -0,8% 0,0% 0,0% 3,5-4 0,0% 0,0% 0,0% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Biểu đồ 3.5:Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t mỏi dưới phương ỏn 1
Thụng qua bảng kết quả và biểu đồ ta nhận thấy trong khoảng tốc độ
rỳt nước v = 3m/ngày đờm ữ5m/ngày đờm quy luật thay đổi về tốc độ giảm hệ
tục tăng theo thời gian khi t = 0 ữ0,5 ngày đờm độ giảm là 11% đối với v=3m/ngày đờm, là 15% đối với v=4m/ngày đờm, là 19% đối với v=5m/ngày
đờm.
Khi t = 0,5ữ1 ngày đờm độ giảm là 12% đối với v=3m/ngày đờm, là 16% đối với v=4m/ngày đờm, là 18 % đối với v=5m/ngày đờm.