CHƯƠNG 2: PHÂN CHIA CẤU TRÚC NỀN VÀ DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐOẠN TUYẾN
2.3. Dự báo các vấn đề địa kỹ thuật công trình
2.3.3. Đánh giá ổn định trượt của nền đất
2.3.3.2. Tính toán ổn định trượt cục bộ nền đắp
1. Phương pháp tính:
Để kiểm tra ổn định trượt của nền đường, sử dụng các phương pháp tính toán, kiểm tra sau:
- Để tính toán ổn định trượt của nền công trình, áp dụng theo phương pháp phân mảnh, mặt trượt cung tròn của Bishop, như hình vẽ sau:
Hình 2-7: Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Bishop
Khi đó hệ số ổn định được đánh giá như sau:
[ ]
ồ ồ
a
j -
+
= =
i i n
1 i
i i
i i i i s a
sin . Q
tan ).
b . u Q ( b . C m .
1
F (2-9)
Trong đó: )
Fs .tan tan 1 .(
cos
ma i i ji
a + a
=
Ci: Lực dính của đất (kG/cm2) ji: Góc ma sát trong của đất (độ)
bi: Chiều rộng của mảnh phân tố đất (m) ui: Áp lực nước lỗ rỗng (kG/cm2)
Qi: Khối lượng của mảnh phân tố đất (kg) ai: Góc nghiêng của mặt đáy phân tố đất (độ)
Phương pháp tính toán này do phải tính lặp với nhiều lăng thể đất đưa vào phân tích trên nhiều cung trượt, do vậy khối lượng tính toán tương đối lớn, khó kiểm soát kết quả nếu tính toán thủ công. Vì vậy, trong luận văn này, sử dụng phần mềm GeoSlope (Canada) xác định hệ số Fs theo phương pháp Bishop.
- Ngoài ra có thể dùng phương pháp tính toán ổn định nền đắp (trượt cục bộ).
Dựa vào kết quả tính toán bằng đồ giải và tính thử nhiều mái đất đơn giản bằng phương pháp mặt trượt trụ tròn, MN. Goldstein đã lập nên bảng tra để tính nhanh hệ số an toàn ổn định trượt như sau:
Bảng 2.5: Bảng tính hệ số A, B theo Goldstein Góc mái
Mặt trượt đi qua
Chân mái e = 1/4H e = 1/2H e = H e = 1,5H
A B A B A B A B A B
1:1 2,34 5,79 2,56 6,10 3,17 5,92 4,32 5,80 5,78 5,75 1:1,25 2,64 6,05 2,66 6,32 3,24 6,02 4,43 5,86 5,86 5,80 1:1,5 2,64 6,50 2,80 6,53 3,32 6,13 4,54 5,93 5,94 5,85 1:1,75 2,87 6,58 2,93 6,72 3,41 6,26 4,66 6,00 6,02 5,90 1:2 3,23 6,70 3,10 6,87 3,53 6,40 4,78 6,08 6,10 5,95 1:2,25 3,49 6,72 3,26 7,23 3,66 6,56 4,90 6,16 6,18 5,98 1:2,5 3,53 6,80 3,46 7,62 3,82 6,74 5,08 6,26 6,26 6,02
Góc mái
Mặt trượt đi qua
Chân mái e = 1/4H e = 1/2H e = H e = 1,5H
A B A B A B A B A B
1:2,75 3,59 8,02 3,68 8,00 4,02 6,95 5,17 6,36 6,34 6,05 1:3 3,59 8,81 3,93 8,40 4,24 7,20 5,31 6,47 6,44 6,09 Theo Goldstein hệ số an toàn ổn định về trượt cho đất đắp đồng nhất, được xác định theo công thức sau:
H B A Cu f
F .
. . +g
= (2-10)
Trong đó: A, B là các hệ số tra bảng 4.1 f = tgj - là hệ số ma sát trong của đất;
Cu- Lực dính kết không thoát nước của đất yếu (T/m2) g- Khối lượng thể tích của đất đắp (T/m3)
H- Chiều cao của đất đắp (m)
Trường hợp đất đắp không đồng nhất, gồm nhiều lớp khác nhau, khi tính toán sẽ quy về mái đồng nhất. Khi đó các giá trị c, f được lấy theo giá trị trung bình như sau:
ồ ồ
=
i i i
tb h
h .
c c (2-11)
ồ ồ
=
i i i
tb h
h .
f f (2-12)
2. Kết quả tính toán ổn định trượt cục bộ:
ã Kết quả tớnh theo phương phỏp Bishop tớnh ổn định trượt tại mặt cắt ngang điển hình Km 1349+048 - cấu trúc nền kiểu I.
Các kết quả hệ số ổn định trượt nhỏ nhất Fmin, vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất, được phân tích, tính toán bằng phần mềm Geoslope. Với sơ đồ tính toán đại diện như hình vẽ sau:
Hình 2-8: Kết quả tính toán ổn định trượt khi chưa xử lý
Tính toán tương tự với cấu trúc nền kiểu II và III, kết quả phân tích tại các mặt cắt đại diện cho các đoạn tuyến, được tổng hợp theo số liệu bảng sau:
Bảng 2.6: Bảng kết quả tính hệ số ổn định theo phương pháp Bishop TT Kiểu cấu trúc nền Vị trí mặt cắt
tính toán
Chiều cao đắp (m)
Hệ số ổn định trượt bé nhất
1 Kiểu I Km 1349+048 4,66 0,794
2 Kiểu II Km 1349+700 3,14 1,647
3 Kiểu III Km 1352+060 5,95 0,712
Theo phương pháp này, ổn định trượt khi Fmin ≥ 1,40.
Như vậy, từ các kết quả tính toán ổn định trượt cục bộ cho thấy: Các kiểu cấu trúc nền I, III không ổn định. Cấu trúc nền kiểu II ổn định trượt.
ã Với phương phỏp Goldstein, vỡ nền đường đắp trờn đất yếu, do vậy chưa biết được vị trí mặt trượt. Để xác định vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất và hệ số ổn định trượt, giả thiết mặt trượt đi qua các vị trí độ sâu tính toán trong bảng 2.7. Theo đó, kết quả tính toán theo phương pháp Goldstein được áp dụng theo công thức 2-10.
Ở đây với đất yếu, sức kháng cắt j = 3,28 độ, c = 0,67 T/m2. Với hệ số góc mái dốc là 1: 2 các hệ số A, B được tra như sau
Bảng 2.7: Bảng tra các hệ số tính toán theo phương pháp Goldstein Các hệ số tra
bảng
Hệ số ổn định tại vị trí mặt trượt đi qua
Chân mái 1/4H 1/2H H 1,5H
Hệ số A 3,23 3,10 3,53 4,78 6,10
Hệ số B 6,70 6,87 6,40 6,08 5,95
Vì chiều dày lớp đất yếu lớn, lớp đất đắp tốt do đó không kiểm tra mặt trượt chân mái, mà mặt trượt phải cắt sâu vào lớp đất yếu.
Tính toán tương tự cho cấu trúc nền kiểu III với chiều sâu mặt trượt như bảng 2.7 được kết quả theo bảng tính sau:
Bảng 2.8: Bảng kết quả tính hệ số ổn định theo phương pháp Goldstein
TT Kiểu cấu trúc nền
Chiều cao đắp
(m)
Hệ số ổn định tại độ sâu mà mặt trượt đi qua
1/4H 1/2H H 1,5H
1 Kiểu I 4,66 0,537 0,649 0,819 0,972 2 Kiểu II 3,14 1,312 1,487 1,603 1,749 3 Kiểu III 5,95 0,607 0,794 0,928 1,081
Kết quả cho thấy tại vị trí 1/4H có hệ số ổn định nhỏ nhất: cấu trúc nền kiểu I là 0,537, cấu trúc nền kiểu II là 1,312, cấu trúc nền kiểu III là 0,607. Theo phương pháp này, ổn định trượt khi F ≥ 1,20.
Như vậy, từ các kết quả tính toán ổn định trượt theo một số phương pháp đều cho thấy: Các kiểu cấu trúc nền I và III không ổn định trượt.