1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐÊ ĐẬP ĐẤT THƯỜNG DÙNG HIỆN NAY
1.3.3. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc có cốt VĐKT thường dùng hiện nay
Cốt VĐKT có 2 tác dụng cơ bản trong khối đất có cốt là [26]: (i) Tạo khối đất có cốt ứng xử như một chỉnh thể khi sử dụng và do đó khối đất trượt
trong cả hai trường hợp: tụt cốt hay đứt cốt ứng xử như một chỉnh thể; (ii) Neo khối đất trượt vào miền neo, chiều dài VĐKT được chôn ngàm vào miền neo phải đủ dài để chống lại lực kéo neo.
Vì vậy, khi thiết kế mái dốc có cốt VĐKT thì vấn đề đặt ra là (i) Xác định giá trị lực kéo neo và (ii) xét lực neo của lớp vải như thế nào tại giao điểm giữa cốt vải với mặt trượt
1.3.3.1. Xác định lực kéo lên hệ cốt:
Trên thế giới hiện nay khi thiết kế khối đất có cốt, có 02 phương pháp thường dùng để tính toán lực kéo neo của cốt như sau:
a. Xác định lực kéo của hệ vải theo phương pháp dùng biểu đồ của Schmertmann và nnk gồm các bước sau:
- Xác định khối đất đặt cốt - Xác định lực kéo lên hệ cốt:
a
i H K
V
V . ' .
2 1γ 2
=
∑
= (1.15)
Trong đó: H’ là chiều cao tính đổi xét đến tải trọng phân bố trên đỉnh mái Ka - hệ số lực xác định theo biểu đồ của Schmertmann và nnk - Xác định số lớp cốt
- Phân phối lực kéo neo theo chiều cao mái dốc
b. Thiết kế mái dốc có cốt như một công trình tường chắn đất trọng lực:
- Xác định khối đất đặt cốt - Xác định lực kéo lên hệ cốt:
K
i H K
V
V . ' .
2 1γ 2
=
∑
= (1.16) Trong đó: H’ là chiều cao tính đổi xét đến tải trọng phân bố trên đỉnh mái;
KK - hệ số lực, được xác định như sau:
Bảng 1.2 - Phương pháp xác định hệ số lực KK
Tường có α =0, β = 90o Tường mái có β > 53o Mái có β < 53o
2) 45
2( −ϕ
= o
K tg
K ϕ α) α cosα
45 2 (
2
− − −
= tg tg
K o
V = ∑
= n =
i
K
Keoi H K
T
1
2. 2 . 1γ
Trong đó các thông số α, β được xác định trên hình 1.16
C
B
A
β α
Mặt lực kéo max
V = VkÐo Σ kÐo, i V = Vmax Σ max, i
Hình 1.16 Sơ đồ xác định lực kéo Vkéo theo phương pháp mặt trượt khả dĩ - Xác định số lớp cốt
- Phân phối lực kéo neo theo chiều cao mái dốc 1.3.3.2. Xác định hướng của lực neo
Khi tính toán kiểm tra ổn định mái dốc và đất nền theo phương pháp phân thỏi với mặt trượt trụ tròn thì vấn đề đặt ra là xét lực neo của lớp vải như thế nào tại giao điểm giữa cốt vải với mặt trượt (hình 1.17)
Hình 1.17: Sơ đồ lực tác dụng vào thỏi đất có lực neo
Đến nay, không ít tác giả dùng sơ đồ như hình 1.18 để xét đến tác dụng lực neo của cốt. Trong sơ đồ này, lực neo Vi được xét theo phương của đáy thỏi, tức Vi và T cùng phương. Sơ đồ lực này có thể chấp nhận được với trạng thái phá hoại của mái dốc, khối đất dịch chuyển kéo theo vải làm cốt.
Hình 1.18: Vị trí lớp cốt bị uốn theo mặt trượt khi mái dốc bị phá hoại theo mặt tâm O, bán kính R
Theo sơ đồ này, tác dụng lực neo của vải được đưa vào khối đất dưới dạng mô men chống trượt do Vi: MV/O = Vi.R
Tuy nhiên, theo cơ học đất hiện đại, bài toán phân tích trượt đất dựa theo quan điểm: mái dốc làm việc ổn định, lực Vi tác dụng theo phương ngang (hình 1.19) và vấn đề đặt ra là mái dốc ổn định với hệ số an toàn là bao nhiêu so với trường hợp cân bằng giới hạn, tức là cân bằng ngay trước khi phá hoại.
Do vậy không xét trường hợp mái dốc đã bị phá hoại.
Hình 1.19. Sơ đồ thực xét đến lực kéo của cốt nằm ngang
Theo sơ đồ này, tác dụng lực neo của vải được đưa vào khối đất dưới dạng mô men chống trượt do Vi: MV/O = Vi.t
Mô men của Vi đối với tâm O là đại lương không đổi phụ thuộc vào vị trí đặt cốt VĐKT.
Với nền biến dạng, tuỳ theo mức độ biến dạng lún của nền, phương của lực neo Vi thay đổi. Theo Tiêu chuẩn Canada (Sổ tay kỹ thuật nền móng - Hội địa kỹ thuật Canada, 1994) thì phương của Vi thay đổi với góc λ (hình 1.19).
Hình 1.19 Sơ đồ xét góc lệch λ của lực neo Vi [Sổ tay kỹ thuật nền móng Canada]
Theo FHWA - Hoa Kỳ (1989) thì nên chọn góc λ như sau:
- λ = 0 đối với đất thể hiện tính cứng dòn, nhạy cảm với biến dạng - λ = 0,5 α - Khi H/B<0,4 và đất mềm.
- λ = α - Khi H/B<0,4 và đất có tính nén lún cao 1.3.3. Nhận xét
Theo lý thuyết phân thỏi, bài toán tính ổn định mái dốc là bài toán siêu tĩnh (thiếu 2n – 2 phương trình). Do đó cần phải bổ sung một số điều kiện để có thể giải bài toán siêu tĩnh này theo phương pháp phân thỏi. Mặc dù vậy, khi áp dụng phương pháp tính toán này đối với mái dốc được xây dựng bằng công nghệ sử dụng VĐKT làm cốt (ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là kết hợp
khả năng chịu tải của cốt VĐKT để tăng ổn định của mái dốc) thì vẫn chưa thật phù hợp. Thật vậy, các phương pháp phân tích ổn định mái dốc hiện nay hoặc là không xét đến lực tương tác ngang hoặc không xét được đầy đủ lực tương tác giữa các thỏi đất do đó không xét được ảnh hưởng của lực neo đến trạng thái ứng suất của từng thỏi đất; lực neo của VĐKT chỉ được xét đến thông qua mô men chống trượt của khối đất trượt. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu một phương pháp phân tích có thể xét được đầy đủ các lực tương tác giữa các thỏi đất.