CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH HÀO BENTONITE TRONG KHÔNG GIAN BA CHIỀU
3.4 Nghiên cứu ổn định vách hào bằng phương pháp LEM
3.4.1 Giới hạn nghiên cứu
a. Địa chất nền: Tác giả tập trung nghiên cứu ổn định hào trong nền đồng nhất thuộc loại cát, cát pha (đất ít dính) có hệ số thấm lớn cần phải xử lý trong công trình thủy lợi. Các tổ hợp địa chất tính toán được tổng kết trong bảng 3.4.
b. Giới hạn đào hào: Hào đào thi công có thể thi công tới chiều sâu H = 50m.
Chiều dài hào có thể ngắn bằng một gầu đào và dài tùy theo khả năng ổn định của vách hào. Để nghiên cứu mối quan hệ giữa chiều dài và chiều cao hào tới sự ổn định của vách hào lựa chọn kích thước hào nghiên cứu như bảng 3.6:
Bảng 3.6 Các chiều dài hào tính toán H(m)
L/H 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.1 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.3 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15
0.5 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150
5 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 30 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 50 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
∞ (2D) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
c. Dung dịch bentonite sử dụng trong đào hào thường có trọng lượng riêng:
/ 3
5 .
10 kN m
sl =
γ ; γsl =11.0kN/m3 và γsl =12.0kN/m3. Mực dụng dịch bentonite trong hào lớn hơn mực nước ngầm. Trong phần này tác giả nghiên cứu với mực dung dịch bentonite bằng mặt đất tự nhiên, mực nước ngầm sâu hơn mặt đất 1m.
d. Tổ hợp tính toán nghiên cứu: Ứng với mỗi cặp số liệu về loại đất (bảng 2.4), dung dịch bentonite và các kích thước hào (bảng 3.6) tính toán hệ số an toàn và xác định chiều sâu cung trượt nguy hiểm nhất. Từ kết quả tính toán lập các biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ L/H với Fs và Htr từ đó đánh giá ảnh hưởng của không gian ba chiều đến sự ổn định của hào đào trong dung dịch bentonite.
3.4.2 Ảnh hưởng của kích thước hào đến sự ổn định vách hào trong đất ít dính.
Sử dụng công thức tính toán ổn định vách hào theo phương pháp cân bằng giới hạn được thành lập ở chương 2 và đã được kiểm chứng ở chương 3 để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hào đến sự ổn định của vách hào. Tổ hợp các chiều sâu hào ở bảng 3.6 với các chỉ tiêu cơ lý của đất nền trong bảng 3.4 và trọng lượng riêng của bentonite γsl =10.5kN/m3; γsl =11.0kN/m3 và γsl =12.0kN/m3 lập các bảng tính hệ số an toàn vách hào và tìm ra chiều sâu mặt trượt nguy hiểm cắt qua thân hào. Tổng hợp kết quả tính toán thành các bảng có cùng chỉ tiêu cơ lý của đất nền và trọng lượng riêng của dung dịch bentonite. Vẽ các biểu đồ quan hệ L/H ~ Fs, L/H ~ Htr từ đó đánh giá ảnh hưởng của kích thước hào đến sự ổn định vách hào bằng bentonite đào trong đất ít dính.
Ở đây tác giả giả định rằng, khi hệ số an toàn của hào có sai số so với hào dài vô tận (2D) nhỏ hơn 5% thì coi như là độ sai khác là bé tức là ảnh hưởng của hai đầu hào nhỏ và có thể bỏ qua ảnh hưởng của hai đầu hào đến sự ổn định của vách hào, khi hệ số an toàn của hào có sai số so với hào dài vô tận (2D) lớn hơn hoặc bằng 5% thì coi như sai số lớn tức là hai đầu hào có ảnh hưởng lớn đến sự ổn định vách hào nên khi tính toán hệ số an toàn của vách hào cần xét tới ảnh hưởng của hai đầu hào tới sự ổn định vách hào. Các kết quả tính toán và biểu đồ:
Bảng 3.7 Kết quả tính toán hệ số an toàn Fs, γsl=10.5kN/m3,TH1.3: γw =19kN/m3, γbh =20kN/m3, φ = 30(độ), C = 0kN/m2
H (m)
L/H 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.1 2.620 2.272 2.044 1.785 1.605 1.473 1.371 1.290 1.224 1.169 0.2 2.272 1.785 1.473 1.290 1.169 1.081 1.014 0.960 0.917 0.880 0.3 2.044 1.473 1.224 1.081 0.986 0.917 0.864 0.822 0.788 0.760 0.5 1.616 1.169 0.986 0.880 0.810 0.760 0.721 0.690 0.664 0.643 1 1.276 0.914 0.771 0.693 0.643 0.609 0.583 0.562 0.544 0.530 2 1.104 0.786 0.661 0.593 0.549 0.519 0.496 0.479 0.465 0.454 3 1.047 0.743 0.624 0.559 0.517 0.488 0.467 0.450 0.437 0.427 5 1.000 0.709 0.595 0.532 0.492 0.464 0.444 0.428 0.415 0.405 10 0.966 0.683 0.573 0.512 0.473 0.446 0.426 0.411 0.398 0.388 20 0.948 0.670 0.562 0.502 0.464 0.437 0.417 0.402 0.390 0.380 30 0.942 0.666 0.558 0.499 0.461 0.434 0.415 0.399 0.387 0.377 50 0.938 0.663 0.555 0.496 0.458 0.432 0.412 0.397 0.385 0.375 100 0.934 0.660 0.553 0.494 0.456 0.430 0.410 0.395 0.383 0.373
∞ 0.931 0.658 0.551 0.492 0.454 0.428 0.409 0.394 0.382 0.372 Nhận xét: - Khi chiều dài hào tăng lên hệ số an toàn ban đầu giảm mạnh đến
L/H≥10 hệ số an toàn thay đổi ít và sai số nhỏ hơn 5% so với trường hợp L/H = ∞.
- Khi chiều sâu hào tăng dần lên thì hệ số an toàn giảm dần.
- Khi L/H ≤ 2 khối trượt có thể là một hình nêm không đi qua đáy hào.
Hình 3.13: Biểu đồ L/H~Fs và biểu đồ L/H~ Htr với TH1.3, γsl = 10,5kN/m3
Quan hệ L/H ~ Fs Tổ hợp TH1.3, γγγγsl=10,5kN/m3
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
L/H
Fs
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Quan hệ L/H ~ Fs Tổ hợp TH1.3, γγγγsl=10,5kN/m3
0 10 20 30 40 50 60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 L/H
Htr (m)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Bảng 3.8 Kết quả tính toán hệ số an toàn Fs, γsl=11.0kN/m3,TH1.3: γw =19kN/m3, γbh =20kN/m3, φ = 30(độ), C = 0kN/m2
H (m)
L/H 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.1 2.837 2.465 2.229 1.957 1.768 1.630 1.524 1.439 1.370 1.312 0.2 2.465 1.957 1.630 1.439 1.312 1.220 1.151 1.095 1.050 1.012 0.3 2.229 1.630 1.370 1.220 1.121 1.050 0.996 0.953 0.917 0.888 0.5 1.777 1.312 1.121 1.012 0.940 0.888 0.848 0.817 0.791 0.769 1 1.413 1.039 0.895 0.817 0.769 0.734 0.708 0.687 0.670 0.655 2 1.229 0.902 0.777 0.709 0.667 0.639 0.618 0.601 0.589 0.579 3 1.167 0.856 0.737 0.673 0.634 0.606 0.586 0.571 0.559 0.549 5 1.118 0.819 0.705 0.645 0.606 0.580 0.561 0.546 0.535 0.525 10 1.080 0.792 0.682 0.623 0.586 0.561 0.542 0.528 0.517 0.508 20 1.062 0.778 0.670 0.612 0.576 0.551 0.533 0.519 0.508 0.499 30 1.055 0.773 0.666 0.608 0.572 0.548 0.530 0.516 0.505 0.496 50 1.050 0.769 0.663 0.606 0.570 0.545 0.527 0.513 0.502 0.494 100 1.047 0.767 0.660 0.603 0.568 0.543 0.525 0.511 0.501 0.492
∞ 1.043 0.764 0.658 0.601 0.566 0.541 0.523 0.510 0.499 0.490 Nhận xét: - Khi chiều dài hào tăng lên hệ số an toàn ban đầu giảm mạnh đến
L/H≥10 hệ số an toàn thay đổi ít và sai số nhỏ hơn 5% so với trường hợp L/H = ∞.
- Khi chiều sâu hào tăng dần lên thì hệ số an toàn giảm dần.
- Khi L/H ≤ 2 khối trượt có thể là một hình nêm không đi qua đáy hào.
Hình 3.14: Biểu đồ L/H~Fs và biểu đồ L/H~ Htr với TH1.3, γsl = 11,0kN/m3
Quan hệ L/H~Fs Tổ hợp TH1.3, γγγγsl=11.0kN/m3
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20L/H
Fs
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Quan hệ L/H~Htr Tổ hợp TH1.3, γγγγsl=11.0kN/m3
0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20L/H
Htr(m)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Bảng 3.9 Kết quả tính toán hệ số an toàn Fs, γsl=12.0kN/m3,TH1.3: γw =19kN/m3, γbh =20kN/m3, φ = 30(độ), C = 0kN/m2
H (m)
L/H 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.1 3.361 2.930 2.664 2.358 2.145 1.990 1.870 1.775 1.698 1.633 0.2 2.930 2.358 1.990 1.775 1.633 1.531 1.453 1.391 1.341 1.299 0.3 2.664 1.990 1.698 1.531 1.421 1.341 1.281 1.233 1.194 1.162 0.5 2.151 1.633 1.421 1.299 1.220 1.162 1.118 1.083 1.055 1.031 1 1.730 1.320 1.165 1.083 1.031 0.994 0.965 0.942 0.924 0.908 2 1.517 1.160 1.027 0.958 0.915 0.886 0.865 0.849 0.836 0.826 3 1.446 1.107 0.981 0.916 0.875 0.848 0.828 0.813 0.801 0.792 5 1.388 1.064 0.944 0.882 0.844 0.817 0.799 0.784 0.773 0.764 10 1.345 1.031 0.917 0.857 0.820 0.795 0.776 0.763 0.752 0.743 20 1.323 1.015 0.903 0.844 0.808 0.783 0.765 0.752 0.741 0.733 30 1.316 1.010 0.898 0.840 0.804 0.779 0.762 0.748 0.738 0.730 50 1.310 1.006 0.894 0.836 0.801 0.776 0.759 0.746 0.735 0.727 100 1.306 1.002 0.892 0.834 0.798 0.774 0.757 0.743 0.733 0.725
∞ 1.301 0.999 0.889 0.831 0.796 0.772 0.754 0.741 0.731 0.723 Nhận xét: - Khi chiều dài hào tăng lên hệ số an toàn ban đầu giảm mạnh đến L/H≥10 hệ số an toàn thay đổi ít và sai số nhỏ hơn 5% so với trường hợp L/H = ∞.
- Khi chiều sâu hào tăng dần lên thì hệ số an toàn giảm dần.
- Khi L/H ≤ 2 khối trượt có thể là một hình nêm không đi qua đáy hào.
Hình 3.15: Biểu đồ L/H~Fs và biểu đồ L/H~ Htr với TH1.3, γsl = 12,0kN/m3
Quan hệ L/H~Fs Tổ hợp TH1.3, γγγγsl=12.0kN/m3
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 L/H
Fs
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Quan hệ L/H~Htr Tổ hợp TH1.3, γγγγsl=12.0kN/m3
0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 L/H
Htr (m)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Các trường hợp tính toán còn lại xem trong phụ lục 2.
Phân tích kết quả tính toán ổn định vách hào qua các tổ hợp kết quả ta thấy:
- Khi tỷ lệ L/H tăng lên thì hệ số an toàn vách hào giảm dần. Ban đầu hệ số an toàn giảm nhanh sau đó độ giảm nhỏ dần và tiến dần tới không đổi. Nếu coi sai số 5% của hệ số an toàn là sai số nhỏ thì ta thấy khi L/H ≥10 thì sai số giữa hệ số an toàn tính toán với trường hợp L = ∞ nhỏ hơn 5% và khi L/H <10 thì hệ số an toàn có sai số so với trường hợp L = ∞ lớn hơn 5% do khi chiều dài hào tăng lên thì ảnh hưởng của giữ ổn định của hai đầu hào giảm dần đến L/H ≥10 thì ảnh hưởng này nhỏ và có thể bỏ qua. Như vậy, khi tính toán ổn định vách hào với các trường hợp L/H <10 thì phải xét đến yếu tố không gian ba chiều đến ổn định (tính toán theo bài toán không gian) và khi L/H ≥10 thì chỉ cần tính toán với bài toán hai chiều (bỏ qua ảnh hưởng của hai đầu hào).
- Từ các biểu đồ L/H ~ Htr cho thấy khi L/H < 3 thì Htr thường nhỏ hơn Hhào
và khi L/H ≥ 3 thì Htr = Hhào. Như vậy, mặt trượt nguy hiểm nhất trong trường hợp L/H < 3 có thể không đi sâu tới đáy hào mà có thể cắt ngang thân hào. Do đó, trong tính toán ổn định vách hào trường hợp L/H <3 phải kiểm tra với những khối trượt ngang thân hào, khi L/H ≥ 3 thì chỉ cần xét với những khối trượt đi qua đáy hào.