Tính toán kết cấu và ổn định phương án chọn(Phương án mặt cắt chữ nhật)

3.4. Phương án kỹ thuật và kết cấu công trình

3.4.6. Tính toán kết cấu và ổn định phương án chọn(Phương án mặt cắt chữ nhật)

* Tính toán kết cấu và ổn định kênh 1. Các chỉ tiêu cơ lý đất đắp, đất nền

- Đất đắp và đất nền có các chỉ tiêu cơ lý như Bảng 3.3 và bảng 3.4

60

Bảng 3.3: Bảng chỉ tiêu cơ lý đất đắp

TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Độ ẩm tự nhiên  % 31.5

2 Khối lượng thể tích tự nhiên  g/cm3 1.86

3 Khối lượng thể tích khô c g/cm3 1.41

4 Khối lượng riêng s g/cm3 2.71

5 Độ rỗng n % 47.9

6 Hệ số rỗng o - 0.919

7 Độ bão hoà G % 92.8

8 Giới hạn chảy Wt % 42.6

9 Giới hạn dẻo Wp % 24.8

10 Chỉ số dẻo Ip % 17.9

11 Độ sệt B - 0.38

12 Lực dính kết (Tự nhiên) Ctn kG/cm2 0.20

13 Góc ma sát trong (Tự nhiên) tn độ 9.94

14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kG 0.034

15 Cường độ chịu tải TN Rtn kG/cm2 1.24

16 Mô đun tổng biến dạng Eo kG/cm2 124.17

Bảng 3.4: Bảng chỉ tiêu cơ lý đất nền (lớp 2)

TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Độ ẩm tự nhiên  % 22.2

2 Khối lượng thể tích tự nhiên w g/cm3 1.83

3 Khối lượng thể tích khô c g/cm3 1.50

4 Khối lượng riêng s g/cm3 2.67

5 Độ rỗng n % 43.8

6 Hệ số rỗng o - 0.781

7 Độ bão hoà G % 75.5

8 Giới hạn chảy Wt % 24.2

9 Giới hạn dẻo Wp % 17.7

61

10 Chỉ số dẻo Ip % 6.5

11 Độ sệt B - 0.69

12 Lực dính kết (Tự nhiên) Ctn kG/cm2 0.09

13 Góc ma sát trong (Tự nhiên) tn độ 19.36

14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kG 0.042

15 Cường độ chịu tải TN Rtn kG/cm2 1.1

16 Mô đun tổng biến dạng Eo kG/cm2 83.5

2. Trường hợp tính toán

Trường hợp tính toán: Kiểm tra ổn định cho trường hợp nguy hiểm nhất: Kênh vừa thi công xong trong kênh không có nước. Mực nước ngầm ngang đáy kênh.

3. Phương pháp tính toán

Tính toán ổn định mái đắp theo phương pháp mặt trượt trụ tròn. Ta phải xác định được hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất ứng với một vòng cung trượt nguy hiểm nhất.

4. Xác định vùng có tâm cung trượt nguy hiểm

Để xác định vùng có chứa tâm cung trượt nguy hiểm ta dựa vào hai phương pháp sau:

a. Phương pháp Filennit

Cho rằng: tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 (như hình vẽ), các trị số a, b phụ thuộc vào độ dốc mái hạ lưu. Tra Bảng 4-1 (trang 98) giáo trình Thuỷ công (Trường Đại học Thủy lợi)

b. Phương pháp V.V.Fanđêép

Theo nghiên cứu của Fanđêép tâm cung trượt nguy hiểm của mái dốc thường nằm trong giới hạn của hình quạt tạo bởi hai đường thẳng đi qua trung điểm của mái dốc: một đường thẳng đứng và một đường làm với đoạn dưới của mái dốc một góc 850. Cung trong của hình quạt này có bán kính R1 và cung ngoài có bán kính R2.

Trị số R1, R2 được xác định theo bảng 4-2 (trang 99) giáo trình Thuỷ công - Tập 1.

Kết hợp hai phương pháp trên ta được phạm vi có chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là lân cận đoạn AB (như hình vẽ).

62

Giả thiết một cung trượt bất kì tâm 0, bán kính cung trượt là R. Nguyên tắc để bảo đảm ổn định mái đập là bảo đảm thoã mãn biểu thức sau:

k =





t c

M

M  [k]

Trong đó:

k: Hệ số ổn định của mái đập ứng với cung trượt đang xét.

Mc: Tổng mô men chống trượt lấy đối với tâm 0.

Mt : Tổng mô men gây trượt lấy đối với tâm 0.

[k]: Hệ số an toàn chống trượt cho phép, phụ thuộc vào cấp công trình Để lập công thức tính toán, tức là tính các gía trị Mc, Mt ta chia khối trượt làm các dải có chiều rộng b. để tiện cho tính toán ta lấy b =

m

R . Khi đó công thức

tính hệ số an toàn k cho cung trượt bất kì là:

k =



  

n

n n n

n n

T

l C tg

W

N ). .

( 

Trong đó:

n, Cn: Góc ma sát trong và, lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n ln : Bề rộng tại đáy dải thứ n, ln =

n

b

 cos Với b: Chiều rộng một dải.

n: Góc ở tâm ứng với đáy dải thứ n

Wn: áp lực thấm ở đáy dải thứ n; Wn = n.hn.ln

Với n: Trọng lượng riêng của nước.

hn: Chiều cao cột nước tính từ đường bão hoà tới đáy dải.

Nn, Tn:Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng Gn dải thứ n.

Nn = Gn.cosn

Tn = Gn. sinn

63

Hình 3.1 - Sơ đồ tính toán ổn định mái đắp 5. Xác định hệ số an toàn K

Để xác định hệ số an toàn K, ta coi mặt trượt là mặt trụ tròn, áp dụng công thức Ghgéxcêvanốp với giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm.

Chia phần đất trượt thành nhiều giải đất có chiều rộng b với b = m R . Trong đó:

+ R: bán kính cung trượt.

+ m: số nguyên tuỳ chọn Ta có công thức tính ổn định:

K =

n

n n n

n n

T

l C tg

W N









( )  .

Trong đó:

+ n,Cn :là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy giải thứ n.

+ ln: chiều rộng đáy thứ n: ln = b/cosan

+ Wn: áp lực thuỷ tĩnh theo hướng tâm ở giải đáy thứ n; Wn = gn.hn.ln (hn: chiều cao cột nước từ đường bão hoà đến đáy giải đang xét)

64

+ Nn, Tn: là thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng giải Gn.

Ta có: Nn = Gn.cosan

Tn = Gn.sinan Gn = b.( i.zi)n

zi: chiều cao phần giải đất tương ứng có dung trọng là I , đối với đất ở trên đường bão hoà i lấp theo dung trọng tự nhiên, với đất ở dưới đường bãp hoà i lấp theo dung trọng bão hoà.

an: góc hợp giữa phương thẳng đứng và đường thẳng nối tâm đáy dải thứ n với tâm cung trượt.

sinan = m

n và cosan = 1 ( )2 m

 n (n: số thứ tự dải)

Để tăng tính chính xác và rút ngắn thời gian tính toán, ở đây phân tích ổn định mái dốc theo phương pháp Phần tử hữu hạn. Dùng phần mềm Geo-Slope Office V.5 (phần mềm về Địa kỹ thuật của Canada). Geo-Slope gồm 06 chương trình con có khả năng mô phỏng các bài toán trong địa kỹ thuật và địa môi trường bao gồm:

- Môđun 1 (SEEP/W): Phân tích thấm

- Môđun 2 (SIGMA/W): Phân tích ứng suất và biến dạng - Môđun 3 (SLOPE/W): Phân tích ổn định mái dốc - Môđun 4 (CTRAIN/W): Phân tích vận chuyển ô nhiễm - Mô đun 5 (TEMP/W): Phân tích địa nhiệt

- Môđun 6 (QUAKE/W): Phân tích động trong bài toán động đất

- Môđun 7 (VADOSE/W): Phân tích nước ngầm có kể đến tác động khí hậu, môi trường.

- Môđun 8 (SEEP 3D/W): Phân tích thấm 3 chiều trong đất bão hoà hoặc không bão hoà nước.

65

Hình 3.2 - Trình tự tính toán bài toán Geo-Slope

Ở đây ta chỉ quan tâm đến chương trình SLOPE/W: Phân tích ổn định mái dốc.

6. Mặt cắt tính toán

Xét bài toán phẳng và tính toán ổn định cho đoạn kênh dài 1m, kích thước mặt cắt kênh là kích thước lớn nhất của các tuyến kênh.

7. Ổn định mái đắp kênh Chính

a. Mô phỏng bài toán (tại vị trí đắp cao nhất)

6.5m 1.5m

1:1.5 1:1.5

Hình 3.3 Mặt cắt tính toán ổn định mái đắp kênh Chính b. Kết quả tính toán

Dùng phần mềm Geo-Slope Office V.5 (phần mềm về Địa kỹ thuật của Canada).

Kết quả phân tích tính toán cho hệ số ổn K=2.548>[K]=1.15 Có thể kết luận mái đắp kênh Chính đảm bảo ổn định về trượt.

66

1 2

2.548 6.5m

1.5m

1:1.5 1:1.5

Hình 3.4 - Kết quả phân tích ổn định mái đắp kênh Chính 8. Ổn định mái đắp kênh Chính Đông

a. Mô phỏng bài toán (tại vị trí đắp cao nhất)

1 2

6.5m 1.5m

1:1.5 1:1.5

Hình 3.5 - Mặt cắt tính toán ổn định mái đắp kênh Chính Đông b. Kết quả tính toán

2.557 6.5m

1.5m

1:1.5 1:1.5

Hình 3.6 - Kết quả phân tích ổn định mái đắp kênh Chính Đông

67

Kết quả phân tích tính toán cho hệ số ổn K=2.557>[K]=1.15

Có thể kết luận mái đắp kênh Chính Đông đảm bảo ổn định về trượt.

9. Ổn định mái đắp kênh Chính Tây

Mô phỏng bài toán (tại vị trí đắp cao nhất)

6.5m 1.5m

1:1.5 1:1.5

Hình 3.7 - Mặt cắt tính toán ổn định mái đắp kênh Chính Tây

1 2

2.038 6.5m

1.5m

1:1.5 1:1.5

Hình 3.8 - Kết quả phân tích ổn định mái đắp kênh Chính Tây Kết quả phân tích tính toán cho hệ số ổn K=2.038>[K]=1.15

Có thể kết luận mái đắp kênh Chính Tây đảm bảo ổn định về trượt.

10. Chi tiết bản vẽ thiết kế và hình ảnh thực tế

68

oN : 01Cắt dọc

2 1

2 1

Coỏng qua đườngtaùi K1+305, L=10mDoỏc nước+điều tiết K1+124

Keânh TN1 K1+119.29

taùi K1+300Coỏng tiờu mi=1,5x10 ; m = 0; n=0,017Đặc trưng hỡnh hoùcB =0,9m; h = 1,2m; k-3V(m/s)

k0,8271,0591,015 ẹoaùn keõnh0,800,321,00daứi (m)Chieàu

MinT.KMaxlaứm vieọcYeỏu toỏ 3 /s)Q

0,430,881,05(m Đh(m)ặc trưng thủy lưùcCHỉ TIÊU THIếT Kế

K0+000 -:-K2+000832K2+000 -:-K2+832 2.0000,950,881,025Max0,380,79T.KMin0,280,700,9860,823k-3kB =0,9m; h = 1,1m; i=1,5x10 ; m = 0; n=0,017m

Đươứng phõn lơựp địa chấtĐươứng đaựy keõnh thieỏt keỏĐươứng cao trỡnh MĐTNĐường bơứ keõnh thieỏt keỏĐươứng mực nươực thiết kế

2 1

- L?p sột, màu nõu d?, nõu vàng, tr?ng thỏi d?o c?ngđến nưacứng, d? sõu l?p chua k?t thỳc trong ph?m vi nghiờn c?u (5m). - Lớp đất phđ: Thành phần là sét pha màu xám xanh, bỊ dày lớp0,7 - 1,3 m. Trạng thái không ỉn định.GHI CHÚ: Đất đaộp đầm cúc K>=0,95; k=1,41T/m3BT loựt M100 - 6 cmBTCT M200 đỏ 1x2Ranh giơựi đào CG&TC Ranh giơựi đào CG & TCĐất soỷi đồi choùn loùc daứy 20cm; K>=0,95Tim đươứngTim kờnh mỈt cắt đào đại diƯn từ K0-:-K2+000

Ranh giụựi ủaứo CG&TC- Đắp đầm cóc: Phạm vi mang kênh. trình tự thi công mặt cắt đào:

- Đào khuôn đường và thi công đất sỏi đồi chọn lọc.- Thi công phần xây lát (đổ BT lót, BTCT đáy và thành kênh).- Đào thủ công: Đào hoàn thiện hố móng và rãnh thoát nước- Đào cơ giới: đến cao trình bờ kênh thiết kế, riêng phần hố móng kênh đào cao hơn cao hơn đáy hố móng 20cm. tỷ lệ 1:100 5.0460.94 1.0464.94 HK8

463.941.2

460.145.0 HK9HK10

5.0 1.0463.75

459.75

P=1.8m, L=23m CAẫT DOẽC KEÂNH CHÍNH TAÂY

Hình 3.9 – Thiết kế Mặt cắt dọc

69

TK24 TK23

1

2

1

2 1

2 1

2

trắc ngangN :01o

GHI CHÚ L?P Ð?A CH?T:

- Lớp đất phủ: Thành phần là sét pha màu xám xanh, bề dày lớp 0,7 - 1,3 m. Trạng thái không ổn định.

- L?p sột, màu nõu d?, nõu vàng, tr?ng thỏi d?o c?ng đến nửa cứng, d? sõu l?p chua k?t thỳc trong ph?m vi nghiờn c?u (5m).

1 2

m=1,5 m=1,5

m=1,5

Hình 3.10 – Thiết kế mặt cắt ngang

70