Độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo

B
Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
B
Ộ XÂY DỰNG
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC
HÀ N
ỘI

V
Ũ LÊ MINH
Đ
Ộ TIN CẬY VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA CÔNG TR
ÌNH
D
ẠNG TƯỜNG CỪ CÓ MỘT TẦNG NEO
LU
ẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH XÂY D
ỰNG DÂN DỤNG V
À CÔNG NGHIỆP
Hà Nội - 2011
B
Ộ GIÁO DỤC V
À ĐÀO TẠO
B
Ộ XÂY DỰNG
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC
KI
ẾN TRÚC

HÀ N
ỘI

V
Ũ LÊ MINH
KHÓA: 2008-2011 L
ỚP: CH08X
Đ
Ộ TIN CẬY VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA CÔNG TR
ÌNH
D
ẠNG TƯỜNG CỪ CÓ MỘT TẦNG NEO
LU
ẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH XÂY D
ỰNG DÂN DỤNG V
À CÔNG NGHIỆP
MÃ S
Ố
: 60.58.20
NGƯ
ỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
:
TS. NGUY
ỄN VĂN VI
Hà N
ội
- 2011
1
Môc lôc

Nội dung
Trang
M
ục lục
1
Danh m
ục các bảng biểu
3
Danh m
ục các hình vẽ
4
L
ời cảm ơn
7
Mở đầu
9
M
ục tiêu nghiên cứu của đề tài
Phương pháp nghiên cứu
N
ội dung nghiên cứu
Ch¬ng 1: Ổn định chung của kết cấu dạng t
ường cừ một
neo và các phương pháp tính toán
11
1.1. Phân tích các d
ạng mất ổn định chung của kết cấu dạng
tư
ờng cừ một neo
11

1.2. Các phương pháp tính
ổn định chung của t
ường cừ một neo
theo quan đi
ểm tiền định
15
1.3. Phân tích phương pháp tính
ổn định theo trạng thái giới
h
ạn
và tiền đề dẫn đến tính toán ổn định của kết cấu tường cừ một
neo theo lý thuy
ết độ tin cậy
16
Ch¬ng 2: Đ
ộ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một
neo
26
2.1. Nguyên t
ắc tính toán độ tin cậy về ổn định chung của tường
c
ừ một neo
26
2.2. Các phương pháp tính toán xác su
ất làm việc an toàn về ổn
đ
ịnh chung của tường cừ một neo
32
2.2.1. Phương pháp tuy
ến tính hóa

32
2.2.2. Khái ni
ệm chung về ph
ương pháp Monte Carlo
41
2.3. Tính toán đ
ộ tin cậy về ổn định chung của các công tr
ình
45
2
b
ằng phương pháp mô hì
nh hóa th
ống kê từng bước
2.3.1. Thu
ật toán tiền định
45
2.3.2. Quá trình mô hình hóa th
ống k
ê
47
Ch¬ng 3: Xác đ
ịnh độ tin cậy về ổn định chung của t
ường
c
ừ một neo
51
3.1. Đ
ộ tin cậy của tường cừ một neo về mất ổn định theo mặt
trư

ợt trụ tròn
51
3.1.1. Thu
ật toán tiền định tính ổn định chung của tường cừ
m
ột neo theo mặt trượt trụ tròn
51
3.1.2. Xác định xác suất làm việc an toàn của tường cừ một
neo v
ề ổn định chung theo mặt trượt trụ tròn
55
3.2. Đ
ộ tin cậy của tường cừ một neo về mất ổn định
theo m
ặt
trư
ợt phẳng
60
3.2.1. Thu
ật toán tiền định tính ổn định chung của kết cấu
theo m
ặt trượt phẳng
60
3.2.2. Đ
ộ tin cậy của tường cừ một neo về trượt phẳng
62
Ch¬ng 4: Tính toán đ
ộ tin cậy về ổn định
chung c
ủa công

trình bến số 2 cảng Hải Phòng
64
4.1. Tài liệu về công trình bến số 2 cảng Hải Phòng
64
4.2. Tính toán đ
ộ tin cậy về ổn định chung của công trình theo
m
ặt trượt trụ tròn
66
4.2.1. Sơ đ
ồ tính toán công trình
66
4.2.2. N
ội dung và kết quả tính toán
67
4.2.3. Phân tích các k
ết quả tí
nh toán
94
K
ết luận
và ki
ến nghị
95
Tài li
ệu tham khảo
96
3
DANH M
ỤC CÁC

B
ẢNG BIỂU
Trang
B
ảng
1.1. M
ức độ an toàn của công trình
theo Tiêu chu
ẩn Trung
Qu
ốc
23
B
ảng 1.2.
Các m
ức thiết kế kết cấu theo Tiêu chuẩn Nhật Bản
24
B
ảng 4.1. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung t
ại vị trí tâm tr
ượt
)5,3(
111
mymxO 
68
Bảng 4.2. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung t
ại vị trí tâm trượt
)3,3(

222
 yxO
74
B
ảng 4.3. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung t
ại vị trí tâm trượt
)7,3(
333
 yxO
79
B
ảng 4.4. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung tại vị trí tâm trượt
)109.8,7(
434
mymxO 
84
B
ảng 4.5. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung t
ại vị trí tâm trượt
)109.8,1(
555
mymxO 
89
4
DANH M
ỤC CÁC H
ÌNH VẼ

Tên hình v
ẽ
Trang
Hình 1.1. K
ết cấu
tư
ờng cừ có một neo
.
11
Hình 1.2. C
ấu tạo v
à các bộ phận chủ yếu của tường cừ một neo
.
12
Hình 1.3. S
ơ đ
ồ trượt sâu theo mặt trượt cong
.
14
Hình 1.4. S
ơ đ
ồ trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc
.
14
Hình 1.5. Sơ đồ tính về ổn định xoay quanh điểm gắn neo.
15
Hình 1.6. S
ự giao nhau của các đường cong phân bố độ bền và
t
ải trọng

.
21
Hình 1.7. D
ẫn xuất “đặc trưng an toàn” của Rgianitsưn A. R
.
22
Hình 2.1. Tìm k
ỳ vọng và phương sai của
Y.
33
Hình 2.2. Sơ đ
ồ khối của phương pháp tuyến tính hóa
.
41
Hình 3.1. Sơ đ
ồ tính tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn.
52
Hình 3.2. Bi
ểu đồ thực nghiệm của mômen gây tr
ượt
M
tr
.
57
Hình 3.3. Bi
ểu đồ thực nghiệm của mômen giữ
M
g
.
58

Hình 3.4. Xác đ
ịnh độ tin c
ậy P
minmin
.
59
Hình 3.5. Sơ đ
ồ tính cừ theo mặt tr
ượt gẫy khúc
.
60
Hình 4.1. C
ảng Hải Phòng và t
hi
ết bị xếp dỡ
.
65
Hình 4.2. Sơ đ
ồ vị trí bến số 2 trong Cảng Hải Phòng.
66
Hình 4.3. Sơ đ
ồ cấu tạo công tr
ình bến số 2, Cảng Hải Phòng
.
66
Hình 4.4. Sơ đồ tính toán công tr
ình b
ến số 2, Cảng Hải Phòng
.
67

Hình 4.5. Sơ đ
ồ phân mảnh các cột đất tính toán ổn định chung
công trình b
ến số 2 Cảng Hải Ph
òng.
67
Hình 4.6. Sơ đ
ồ tính toán xác suất công tr
ình bến số 2 Cảng Hải
Phòng v
ề ổn định chung tại vị trí t
âm trư
ợt
)5,3(
111
mymxO 
.
68
Hình 4.7. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân bố của mômen giữ
M
g
đ
ối
v
ới tâm tr
ượt O
1

.
71
5
Hình 4.8. Bi
ểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt
M
tr
đối với tâm trượt O
1
.
72
Hình 4.9. Sơ đ
ồ tính toán xác suất công trình bến
s
ố 2 Cảng Hải
Phòng v
ề ổn định chung tại vị trí tâm trượt
)3,3(
222
mymxO 
73
Hình 4.10. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân bố của mômen giữ
M
g
đ
ối
v

ới tâm trượt O
2
76
Hình 4.11. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây tr
ượt
M
tr
đ
ối với tâm trượt O
2
.
77
Hình 4.12. Sơ đ
ồ tính toán xác suất công tr
ình bến số 2 Cảng Hải
Phòng v
ề ổn định chung tại vị trí tâm trượt
)7,3(
333
 yxO
78
Hình 4.13. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân bố của mômen giữ
M
g
đ
ối
v

ới tâm trượt O
3
81
Hình 4.14. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân b
ố của mômen gây tr
ượt
M
tr
đ
ối với tâm trượt O
3
82
Hình 4.15. Sơ đồ xác định
min
P
công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng
83
Hình 4.16. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng v
ề ổn định chung tại vị trí tâm trượt
)109.8,7(
344
mymxO 
84
Hình 4.17. Bi
ểu đồ thực ng

hi
ệm phân bố của mômen giữ
M
g
đ
ối
v
ới tâm tr
ượt O
4
87
Hình 4.18. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân bố của mômen gây tr
ượt
M
tr
đ
ối với tâm tr
ượt O
4
87
Hình 4.19. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng v
ề ổn định chung tại vị trí tâm trượt
)109.8,1(
555
mymxO 
89

Hình 4.20. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân bố của mômen giữ
M
g
đ
ối
v
ới tâm trượt O
5
92
Hình 4.21. Bi
ểu đồ thực ng
hi
ệm phân bố của mômen gây trượt
M
tr
đ
ối với tâm trượt O
5
92
6
Hình 4.22. Sơ đ
ồ
xác đ
ịnh
minmin
P
công trình b

ến số 2 Cảng Hải
Phòng.
94
Hình 4.23. Sơ đ
ồ tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2
c
ảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop
96
Hình 4.24. K
ết quả tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2
c
ảng Hải P
hòng theo ph
ương pháp Bishop
96
Hình 4.25. Đư
ờng chu tuyến ứng với hệ số ổn định
minO
K
.
97
7
Lêi c¶m ¬n
N
ền kinh tế của nước ta ngày càng
phát tri
ển
m
ạnh mẽ
. Song song v

ới sự
phát tri
ển đó, ngành xây dựng cũng đã và đang phát triển không ngừng. Việc
tính toán thiết kế các kết cấu ngày càng đòi hỏi phải có độ chính xác cao, tiết
ki
ệm vật liệu nhưng
v
ẫn đảm bảo khả năng chịu lực
và
ổn định
. Hi
ện nay việc
tính toán các công trình xây d
ựng theo các quy phạm hiện hành được gọi là
phương pháp các tr
ạng thái giới hạn. Đặc điểm của phương pháp này là mang
tính ch
ất tiền định, không xét một cách đầy đủ tính
ch
ất ngẫu nhiên của các
tham s
ố kết cấu và tải trọng được đưa vào tính toán, cũng như không xét đến
các y
ếu tố thời gian. Vì thế trong quá trình khai thác sử dụng, không ít những
công trình xây d
ựng, giao thông, thủy lợi đ
ã bị biến dạng hoặc phá hoại trướ
c
th
ời gian quy định v

à gây nên những tổn hại không nhỏ trong đời sống kinh tế
xã h
ội. Ví dụ nh
ư công trình nhà máy điện nguyên tử Trecnôb
ưn, c
ầu R
ào
(HP), r
ạp hát Nguyễn Tr
ãi (Hà Đông), siêu thị Sơun, dàn khoan biển Bắc, 11
nhà máy đi
ện hạt nhân của Nhật
B
ản phải đóng cửa (2004) để kiểm tra r
ò rỉ
hơi nư
ớc; sập mái chợ Maxc
ơva (2/2006) do tuyết rơi dày, và nhiều công
trình nh
ỏ bị sự cố
,… Năm 2007 s
ự cố sập hai nhịp cầu dẫn cầu Cần Th
ơ; sập
cầu trên sông Mississippi.
Đ
ể khắc phục hiện t
ượng kết cấu công trìn
h xây d
ựng bị h
ư hỏng do các

tác đ
ộng ngẫu nhi
ên, người ta sử dụng lý thuyết độ tin cậy để tính toán.
Tính
toán theo lý thuy
ết độ tin cậy l
à xu hướng mới mà nhiều
nư
ớc đang áp dụng.
Xu hư
ớng n
ày đã và đang được áp dụng ở Vệt Nam.
Vì vậy đề tài "Độ tin c
ậy về ổn định chung của công trình dạng tường
c
ừ có một tầng neo
'' được chọn làm nội dung nghiên cứu của luận văn.
8
Với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự hướng dẫn tận tình của TS.
Nguyễn Văn Vi, luận văn đã hoàn thành theo đúng đề cương đặt ra.
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS.
Nguyễn Văn Vi cùng các thầy cô trong bộ môn Xây dựng Dân d
ụng v
à Công
nghi
ệp
, Ban Giám hiệu, khoa Đào tạo Sau đại học- trường Đại học Ki
ến Trúc
Hà N
ội

đã tạo điều kiện, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi cũng xin được tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và
gia đình, sự khích lệ động viên tạo điều kiện về vật chất cũng như tinh thần là
một nguồn lực to lớn giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật này.
Hà Nội, ngày 18 tháng 02 năm 2011
Học viên
V
ũ Lê Minh
9
MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam quá tr
ình đô thị hoá đang diễn ra một cách mạnh mẽ,
hàng
lo
ạt các công trình ngầm đô thị như tầng hầm cho các nhà cao tầng, khách
s
ạn, các đường hầm chui qua đường giao thông, các gara ôtô ngầm dưới
đ
ất
…đang đư
ợc xây dựng ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí
Minh, H
ải Phòng, Đà Nẵng và các khu đô thị khác trên cả nước
. Các công
trình bến, cảng biển lớn như Cảng Hoàng Diệu- Hải Phòng, cảng Cái Lân-
Qu
ảng Ninh… cũng đã được nâng cấp và xây mới. Việc lựa chọn phương án
thi

ết kế, thi công công trình ngầm
và các công trình b
ến cảng
luôn là bài toán
ph
ức tạp. Có nhiều dạng kết cấ
u đư
ợc sử dụng trong thiết kế và thi công các
công trình nói trên nh
ưng kết cấu dạng tường cừ một tầng neo đang được sử
d
ụng nhiều với ưu điểm lớn như: Giảm chiều sâu chôn tường, phương pháp
thi công nhanh và ít t
ốn kém.
M
ột trong những vấn đề quan trọng,
đư
ợc đặc
bi
ệt chú ý khi thiết kế, thi công v
à khai thác các công trình
tư
ờng cừ một neo
là
ổn định của chúng. Trong nhiều tr
ường hợp, công trình đảm bảo đủ độ bền,
đ
ộ cứng nh
ưng vẫn bị loại bỏ, không thể khai thác được nữa do bị mất ổn
đ

ịnh
. Đ
ã có nhi
ều p
hương pháp đư
ợc n
êu ra để tính ổn định chung của công
trình t
ư
ờng cừ một neo. Các phương pháp này phản ánh ở mức độ nào đó thực
tr
ạng của công tr
ình khi bị mất ổn định. Nhưng vấn đề trở nên phức tạp khi
xét đ
ến đặc tính ngẫu nhi
ên của các tham số kết cấu,
t
ải trọng, đất nền v
à đất
l
ấp được sử dụng trong tính toán.
Đề tài "Đ
ộ tin cậy về ổn định chung của
công trình d
ạng tường cừ có một tầng neo
'' được chọn làm nội dung
nghiên cứu của luận văn.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu cơ sở lý thuyết ti
ền định của phương

pháp tính
ổn định trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc và mặt trượt trụ tròn đồng
10
th
ời nghiên cứu độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ
m
ột neo và kiến nghị đưa vào áp dụng tron
g các tiêu chu
ẩn tính toán hiện
hành tại Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu:
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên cần sử dụng tổ hợp các
phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
- Phương pháp phân tích tư duy hệ thống.
- S
ử dụng v
à khai thác các chương trình phần mềm chuyên dụng nhằm tự
đ
ộng hóa quá tr
ình tính toán.
Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Chương 1. Ổn định chung của kết cấu dạng t
ư
ờng cừ một neo và các
phương pháp tính toán.
Chương 2. Đ
ộ tin c
ậy về ổn định chung của t
ư

ờng cừ một neo.
Chương 3. Xác đ
ịnh độ tin cậy về ổn định chung của t
ường cừ một neo.
Chương 4. Tính toán đ
ộ tin cậy về ổn định chung của công tr
ình bến số 2,
c
ảng Hải Phòng.
Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tài
liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng tính toán đ
ộ tin cậy
khi thi
ết kế v
à thi
công công trình ngầm đô thị có s
ử dụng kết cấu tường cừ một neo
, công trình
b
ến cảng biển
và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị
đưa vào các tiêu chu
ẩn tính toán hiện hành
ở Việt Nam.
Do trình độ và năng lực có hạn, dù tôi đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc
chắn nội dung luận văn khó có thể tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy giáo,
cô giáo, các bạn đồng nghiệp góp ý.
11
Chương 1
T

ỔNG QUAN VỀ
ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA KẾT CẤU T
ƯỜNG CỪ
M
ỘT NEO V
À CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
1.1. Phân tích các d
ạng mất ổn định
chung c
ủa kết cấu dạng tường cừ
m
ột neo.
Công trình d
ạng tường cừ có một neo là loại kết cấu xây dựng có nhiều
ưu đi
ểm và được sử
d
ụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Hình 1.1. K
ết cấu tường cừ có
m
ột neo
: a) làm tư
ờng chắn
ở các tầng ngầm
của các nhà cao tầng hoặc của các đường hầm giao thông đường bộ; b) làm
công trình b
ến; c)
ở sau cầu t
àu chín

h; d) làm tư
ờng ụ tàu khô.
c)
b)
a)
d)
12
K
ết cấu tường cừ có một neo có thể được sử dụng làm tường
chắn ở hai
bên c
ủa đ
ường lên xuống
và trong các t
ầng ngầm của các nh
à cao tầng
, tường
chắn của các đường hầm trong giao thông đường bộ, tường của các hố móng
có chiều cao lớn và thời gian thi công dài,… Trong ngành C
ảng
- đư
ờng thủy,
k
ết cấu t
ường cừ có một neo được sử dụng cho các loại bến có các quy mô
khác nhau, ho
ặc l
àm công trình phía sau cầu tàu chính, nối cầu chính với bờ
và đ
ảm bảo ổn định cho cầu ch

ính. Lo
ại kết cấu n
ày cũng có thể được sử dụng
làm tường các ụ tàu khô trong các nhà máy đóng và sửa chữa tàu thủy, làm
tư
ờng các âu tàu, làm công trình kè bờ,…
K
ết cấu dạng tường cừ một neo có
cấu tạo và các bộ phận ch
ủ yếu sau:
Hình 1.2. Cấu tạo và các bộ phận chủ yếu c
ủa tường cừ một neo:
1- Tư
ờng mặt
;
2- Thanh neo và các liên k
ết
;
3- B
ản neo
;
4- Dầm mũ;
5- Khối đất lấp sau tư
ờng
.
1. Tư
ờng mặt: Có tác dụng chắn giữ đất v
à phần c
hôn sâu vào trong đ
ất

n
ền giữ cho t
ường ổn định.
2. Thanh neo và các liên k
ết:
M
ục ti
êu sử dụng neo là để cải thiện khả năng làm việc của kết cấu
tư
ờng chắn, tức l
à giữ cho tường chắn ổn định, phân phối lại mô men trên
1
2
3
MN
0.00
4
5
13
tư
ờng. Như vậy, neo cần phải thoả mãn về độ bền (sức chịu nhổ, chịu kéo) và
s
ự l
àm
vi
ệc chung của cả hệ thống (tức sự t
ương tác lẫn nhau). Cấu tạo neo
g
ồm 3 phần sau:
- Ph

ần đầu thanh neo: L
à ph
ần li
ên kết với kết cấu tường chắn. Nó
ph
ải đảm bảo vững chắc đầu neo v
à không làm biến dạng hay phá huỷ cục bộ
tư
ờng chắn.
- Ph
ần thân tự do: L
à ph
ần truyền tải giữa phần đầu v
à phần cố định.
Phần tự do (thân neo) cần có cường độ và tiết diện đảm bảo chịu được sức
căng. Chi
ều dài phần tự do phải đủ để phần cố định của neo nằm vào vùng đất
ổn định sau mặt tr
ượt tiềm năng một đoạn χ nào đó theo giá
tr
ị χ được khuyến
cáo l
ựa chọn bằng 1,5m hay 0,2H hoặc lớn hơn (H là chiều cao tường chắn).
- Ph
ần
neo: ph
ần cuối của k
ết cấu neo có thể l
à b
ản neo, tư

ờng neo
ho
ặc bầu neo.
B
ản neo hoặc tường neo thường được làm bằng bê tông cốt thép.
Trong trường hợp tường mặt bằng cọc ván thép, bản neo được làm từ cọc ván
thép tư
ờng mặt với chiều dài hợp lý.
B
ầu neo l
à ph
ần cuối cùng của neo được cố định chắc chắn vào nền
đ
ất cố định. Nó phải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không làm mở
r
ộng vùng biến dạng dẻo của
đ
ất nền bao quanh nó. Vì vậy, vùng này phải có
kích thư
ớc đủ lớn và cần được củng cố bằng cách mở rộng vùng neo, cải thiện
ph
ần đất quanh vùng veo, tăng độ sâu và chiều dài dính bám của
b
ầu
neo,
3. Kh
ối đất tác dụng t
ương hỗ với công trình: Cùng làm việc v
ới công
trình ch

ịu tác động của các loại tải trọng
,…
Th
ực tế khai thác các công tr
ình tường cừ có một neo đã chỉ ra rằng, khi
m
ất ổn định chung theo s
ơ đồ trượt sâu, công trình cùng với khối đất nền và
đ
ất lấp có thể
m
ất ổn định chung theo một trong các dạ
ng sau:
14
Hình 1.3. Sơ đ
ồ trượt sâu theo mặt trượt cong.
- Trư
ợt sâu theo một mặt trượt
cong nào đó (hình 1.3), hi
ện nay người ta
coi m
ặt trượt này chủ yếu có dạng trụ tròn thuộc sơ đồ bài toán phẳng, khối
đ
ất trượt cùng với công trình và mặt trượ
t đi qua m
ũi cọc tường mặt.
- Trư
ợt sâu theo mặt trượt gãy khúc với sơ đồ mất ổn định do chuyển
dịch tịnh tiến của khối đất trượt cùng với công trình (hình 1.4).
Hình 1.4. Sơ đ

ồ tr
ượt sâu theo mặt trượt gãy khúc.
MN
0.00
MN
0.00
Các mặt trượt có thể xảy ra
15
- M
ất ổn định xoay quanh điểm gắn
neo.
Hình 1.5. Sơ đ
ồ tính
v
ề ổn định xoay quanh điểm gắn neo.
Công trình mất ổn định xoay quanh điểm gắn neo thường chỉ xảy ra trong
nh
ững trường hợp riêng biệt: tường mặt làm việc theo sơ đồ tường cứng và
t
ựa tự do trong nền
, ho
ặ
c n
ền đất tr
ư
ớc tường quá yếu,…
Vì th
ế trong luận văn
ch
ỉ xét hai trường hợp trượt sâu của công trình: t

rư
ợt
theo m
ặt trượt
gãy khúc
và theo m
ặt
trư
ợt
tr
ụ
tròn.
1.2. Các phương pháp tính
ổn định chung của t
ường cừ một neo theo
quan đi
ểm tiền định.
Đ
ã có nhi
ều tác giả
nêu phương pháp tính ki
ểm tra ổn định chung của
tư
ờng cừ một neo
và các phương pháp này đ
ều
d
ựa v
ào
m

ột trong hai nhóm
các phương pháp sau:
- Nhóm 1: Nhóm các phương pháp gi
ả thiết tr
ước hình dạng của mặt
trư
ợt v
à coi khối trượt như một vật thể rắn ở trạn
g thái cân b
ằng giới hạn. Các
MN
0.00
q
B
E
a3
E
a4
E
h
E
a1
E
a2
E
a5
E
a6
E
a7

E
p
Zp Zh
Z2
Z5
16
phương pháp này d
ựa trên các tài liệu thí nghiệm về dạng mặt trượt và nhiều
k
ết quả quan trắc các mặt tr
ượt của mái dốc trong thực tế mà đưa ra các giả
thi
ết đ
ơn giản hoá về hình dạng mặt trượt và phương pháp tính toán tương
ứng.
- Nhóm 2: Nhóm các phương pháp d
ựa v
ào lý thuyết cân bằng giới hạn
c
ủa các điểm trong khối đất. Các ph
ương pháp thuộc nhóm này dựa vào giả
thi
ết c
ơ bản là, mọi điểm trong khối đất mái dốc phải thỏa mãn điều kiện cân
bằng giới hạn.
Nhóm phương pháp th
ứ hai có lời giải chặt chẽ, phản ánh gần đúng trạng
thái
ứng suất trong khối đất bị phá hoại nhưng do lời giải của bài toán rất phức
t

ạp, tốn nhiều công sức nên nhóm phương pháp này chưa được ứng dụng rộng
rãi trong th
ực tế. Đại diện cho nhóm này là các
phương pháp c
ủa W. Rankine,
F. Kotter, V. V. Xôcôl
ốvsky,…
Nhóm phương pháp gi
ả thiết trước hình dạng của mặt trượt, đặc biệt là
dạng mặt trượt trụ tròn đối với đất dính, mặc dù có những hạn chế nhất định
nhưng đư
ợc áp dụng phổ biến trong thực tế do tính đơ
n gi
ản và thiên về an
toàn hơn so v
ới các phương pháp nhóm thứ hai. Phương pháp tính toán ổn
đ
ịnh tường cừ một neo dựa trên giả thiết mặt trượt trụ tròn đã được K. E.
Pettecxon nêu ra năm 1916, sau đó đư
ợc phát triển bởi nhiều nhà khoa học
khác như H. Krey-Bishop, K. Terzaghi, W. Fellenius,… và đư
ợc đánh giá là
tương đ
ối phù hợp với thực tế.
Vì th
ế trong luận văn, phương pháp tính toán
ổn định t
ư
ờng cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn được lấy làm phương pháp
ti

ền định, l
àm cơ sở cho tín
h toán xác su
ất ổn đị
nh c
ủa t
ường.
1.3. Phân tích phương pháp tr
ạng thái giới hạn v
à tiền đề dẫn đến tính
toán
ổn định của kết cấu t
ường cừ một neo theo lý thuyết độ tin cậy.
17
Theo tài liệu [7], vào cu
ối những năm 40 của thế kỷ XX, với mục đích
t
ạo ra các Quy phạm v
à Tiêu chuẩn
m
ới để tính toán v
à thiết kế các kết cấu
xây d
ựng, ở Li
ên Xô đã thành lập Hội đồng nhà nước về chuẩn hoá các
phương pháp tính toán. Thành ph
ần Hội đồng gồm các nh
à bác học xô
-vi
ết lỗi

l
ạc: N. X. Streletsky, V. M. Kelđ
ưsh, A. A. Gvôzđév, I. I. Golđenblat, V
. A.
Balđin và nh
ững ng
ười khác. Hội đồng này lần đầu tiên đã đề nghị một
phương hư
ớng mới trong tính toán các kết cấu xây dựng:
phương pháp các
trạng thái giới hạn. Các phương pháp tương tự cũng được sử dụng ở nhiều
nư
ớc khác trên thế giới dưới tên gọi “p
hương pháp bán xác su
ất”, chúng là cơ
s
ở cho nhiều Tiêu chuẩn thiết kế của Châu Âu và Tiêu chuẩn ISO [
22].
Trong phương pháp m
ới, một hệ số an toàn duy nhất của phương pháp tải
tr
ọng phá hoại đã được thay thế bằng hàng loạt các hệ số, xét đến các yếu tố
khác nhau
ảnh hưởng đến trạng thái kết cấu:
- Hệ số độ tin cậy về vật liệu;
- Các hệ số độ tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải và hệ số tổ hợp tải
tr
ọng);
- Các h
ệ số điều kiện làm việc của kết cấu và các cấu kiện của nó;

- Các hệ số độ chính xác của các thao tác công ngh
ệ;
- Các h
ệ
s
ố độ tin cậy về tính chất quan trọng của kết cấu.
Đ
ã có sự
thay đ
ổi các tiêu chí
đánh giá đ
ộ bền và các tính chất khác của
k
ết cấu. Việc thiết kế, xây dựng và khai thác công trình cần phải được thực
hi
ện sao cho
không đ
ể xảy ra
các tr
ạng thái giới hạn
c
ủa nó. Trạng thái của
k
ết cấu, m
à với trạng thái ấy kết cấu không thể thoả mãn các yêu cầu khai
thác, đư
ợc gọi l
à
tr
ạng thái giới hạn

[7]. Các tr
ạng thái giới hạn có thể xảy ra
c
ủa các kết cấu v
à nền của chúng được chia thành các
nhóm.
Các tr
ạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ nhất: Đó l
à các dạng phá hoại
d
ẫn đến l
àm mất khả năng chịu tải của các cấu kiện hoặc dẫn đến sự bất lợi
18
hoàn toàn cho vi
ệc khai thác công trình. Các dạng phá hoại như thế liên quan
đ
ến mất ổn định về h
ình dạng
và v
ị trí, xuất hiện sự chảy dẻo của vật liệu, mở
r
ộng vết nứt quá mức,…
Các tr
ạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ hai: đó l
à các trạng thái gây khó
khăn cho vi
ệc khai thác b
ình thường các công trình và được đặc trưng bởi các
bi
ến dạng, chuyển vị tịnh tiến v

à xoay không cho phép c
ủa công tr
ình, các
dao đ
ộng, sự h
ình thành vết nứt,…
Điều kiện để không xảy ra trạng thái giới hạn có thể được viết dưới dạng
sau đây [7]:
+ Đối với nhóm tr
ạng thái giới hạn
th
ứ nhất
)(),,,(
piRadcpiFn
RbmmnFak 
, (1.1)
ngh
ĩa là, nội lực trong kết cấu không được vượt quá khả năng chịu tải;
+ Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ hai
CmmnRbFak
adcpipin
 ),,,,(
, (1.2)
trong đó, vế trái có thể là giá trị độ võng, bề rộng vết nứt,…, còn vế phải là
giá tr
ị giới hạn
cho phép c
ủa các đại lượng trên, được cho trong các tài liệu
tiêu chu
ẩn.

Trong các công th
ức (1.1) và (1.2):
p
F
– giá tr
ị tải trọng tính toán:
p
F
=
n
f
F
n
, trong đó: n
f
– h
ệ số vượt tải,
n
F
– giá tr
ị tả
i tr
ọng tiêu chuẩn;
p
R
– giá
trị cường độ tính toán của vật liệu kết cấu:
p
R
= R

n
/n
m
, trong đó: n
m
– hệ số
đ
ộ tin cậy về vật liệu;
R
n
– giá tr
ị cường độ tiêu chuẩn của vật liệu;
k
n
– h
ệ số
đ
ộ tin cậy về tính chất quan t
r
ọng của kết cấu;
n
c
– h
ệ số tổ hợp tải trọng;
m
d
– h
ệ số điều kiện làm việc;
m
a

– h
ệ số độ chính xác do công nghệ;
C – h
ằng
s
ố, được cho trước đối với một số trạng thái giới hạn (về độ võng, bề rộng vết
n
ứt,…);
a
i
– hàm các tham s
ố kích thước của kết c
ấu; b
i
– hàm các tham s
ố
c
ủa mặt cắt ngang các cấu kiện,…
19
Phương pháp các tr
ạng thái giới hạn là thành tựu to lớn của loài người
trong quá trình hoàn thi
ện các ph
ương pháp tính toán các kết cấu xây dựng.
Vi
ệc áp dụng ph
ương pháp các trạng thái giới hạn c
ho phép xét đ
ến sự l
àm

vi
ệc đặc th
ù của các kết cấu khác nhau, và ở mức độ nào đó xét đến tính biến
đ
ổi, phân tán thực tế của tải trọng v
à các tính chất của các vật liệu xây dựng,
c
ủa đất nền v
à đất lấp.
T
ừ năm 1955 đến nay ph
ương pháp các trạng thái giới hạn đã được sử
dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới để tính toán và thiết kế tất cả
các k
ết cấu xây dựng.
Tuy nhiên, phương pháp các tr
ạng thái giới hạn hay “các phương pháp
bán xác su
ất” nói ch
ung có mâu thu
ẫn cơ bản trong phương pháp luận của
mình là s
ử dụng các tham số tính toán có bản chất ngẫu nhiên trong thuật toán
v
ới các quan hệ hàm số có tính đơn trị và tiền định, cũng như không xét yếu tố
th
ời gian [
7, 9]. Nhi
ều kết quả nghiên cứu được
ti

ến hành trong 40
-50 năm
qua [5, 7, 14, 15] đã khẳng định: các tham số của kết cấu và tải trọng được
dùng trong tính toán các công trình không ph
ải là các đại lượng không đổi mà
là các đ
ại lượng ngẫu nhiên. Ngoài ra, trong phương pháp các trạng thái giới
h
ạn việc lấy nhiều hệ số an toàn theo kinh nghiệm để bù vào mức độ không
đáng tin c
ậy của hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái kết cấu cũng
mang tính ti
ền định và ước lệ [9
].
Vì th
ế, ngày nay trên thế giới người ta đã sử dụng tương đối phổ biến cá
c
phương pháp xác su
ất v
à độ tin cậy trong tính toán các công trình xây dựng và
n
ền của chúng. Đây l
à hệ phương pháp tiên tiến để tính toán các kết cấu xây
d
ựng, đang đ
ược áp dụng ở nhiều nước phát triển trên thế giới. Ở các nước
như Nga, M
ỹ, Trung Quốc, N
h
ật Bản, đều đ

ã ban hành các Tiêu chuẩn theo
hư
ớng n
ày [1
9, 21, 23] đ
ể dần thay thế các Ti
êu chuẩn được biên soạn theo
các phương pháp ti
ền định. Ở n
ước ta hiện nay, việc nghiên cứu và áp dụng hệ
20
phương pháp tính toán theo quan đi
ểm độ tin cậy để thiết
k
ế các công trình và
n
ền của chúng l
à vấn đề hết sức cần thiết và cấp bách.
Khác v
ới các ph
ương pháp tiền định, các phương pháp thiết kế kết cấu
xây d
ựng theo quan điểm xác suất đề nghị
tiêu chí m
ới
v
ề chất l
ượng
– đó là
đ

ộ tin cậy
c
ủa kết cấu [7
]. Khái niệm độ tin cậy bao h
àm lư
ợng thông tin rất
l
ớn. Tuy nhi
ên, người ta coi đặc trưng cơ bản của độ tin cậy của công trình là
xác su
ất l
àm việc an toàn
(không có s
ự cố) của nó trong một thời hạn khai
thác xác định. Sự cố là biến cố ngẫu nhiên phá hoại khả năng làm việc của cấu
ki
ện hoặc của hệ thống. Khái niệm sự cố rất gần với khái niệm trạng thái giới
h
ạn trong tính toán tiền định, vì thế có thể coi điều kiện làm việc không xảy ra
các s
ự cố trùng với điều kiện không xảy ra các trạng thái giới hạn của kết cấu,
các tr
ạng thái giới hạn này đã được thiết lập bởi các
tài li
ệu tiêu chuẩn hiện
hành [7, 9].
Các phương pháp tính toán công tr
ình theo độ tin cậy, khi coi các tham
số tính toán của kết cấu và tải trọng là các đại lượng ngẫu nhiên, cho ta biết
đư

ợc một cách
đ
ịnh lượng khả năng xảy ra trạng thái phá hoại của kết cấu, do
đó có th
ể giữ cho khả năng xảy ra phá hoại ở dưới một giá trị cho phép. Nói
cách khác, có th
ể điều khiển xác suất làm việc an toàn của công trình ở trên
m
ột mức giới hạn nào đó trong một khoảng
th
ời
gian xác đ
ịnh [9
].
Theo tác gi
ả [7
], vi
ệc nghiên cứu đồng thời phân bố của tải trọng
S và đ
ộ
b
ền hay khả năng chịu tải
R l
ần đầu tiên đã được Streletsky N. X. tiến hành.
Các đư
ờng cong phân bố của độ bền kết cấu v
à tải trọng tác dụng có thể được
th
ể
hi

ện nh
ư trên hình
1.5. Ký hi
ệu giá trị trung b
ình hoặc kỳ vọng toán
c
ủa
đ
ộ bền kết cấu l
à
R
, đ
ộ lệch chuẩn
–
R

. Đ
ối với tải trọng, t
ương tự ký hiệu
là
S
và
S

. Các đư
ờ
ng cong phân b
ố cắt nhau tại điểm tương ứng với độ bền
R
o

và t
ải trọng
S
o
. Theo Streletsky N. X. [7], s
ự cố của của công trình xảy ra
khi xu
ất hiện đồng thời hai biến cố:
21
1) Tải trọng bằng S
o
còn
độ bền nhỏ hơn
R
o
;
2) Độ bền bằng R
o
còn t
ải trọng lớn h
ơn
S
o
.
Xác su
ất xuất hiện các biến cố n
ày dễ dàng tính được nếu biết các quy
lu
ật phân bố của độ bền v
à tải trọng. Với tính độc lập của độ bền và tải trọng,

xác su
ất xuất hiện đồng thời hai biến cố nói tr
ên (xác suất xảy ra sự cố) bằng
tích các xác su
ất xuấ
t hi
ện của mỗi biến cố ri
êng biệt. Đại lượng ngược với
xác su
ất xảy ra sự cố về ý nghĩa
– chính là xác su
ất l
àm việc an toàn của kết
cấu và được gọi là “đảm bảo không phá hoại” Г:
  1  
1

2
, (1.3)
ở đây 
1
, 
2
– là xác su
ất xuất hiệ
n các bi
ến cố nói tr
ên (hình 1
.6), đư
ợc xác

đ
ịnh theo các công thức sau:

1
=


0
;)(
S
dSSp

2
=

0
0
)(
R
dRRp
.
Hình 1.6. S
ự giao nhau của các đường cong phân bố độ bền và tải trọng
[7].
Rõ ràng, “
đảm bảo không phá hoại” là đạ
i lư
ợng đơn giản và trực quan,
cho phép đánh giá đ
ộ tin cậy của kết cấu. Tuy nhiên, xác suất làm việc an

toàn khi đó l
ại quá cao vì không xét được tất cả các tổ hợp có thể có của
R và
S [7].
p(S), p(R)
S
o
= R
o
S , R

1

2
p(S)
p(R)
22
T
ừ năm 1952 độ tin cậy của kết cấu được Rgianitsưn A. R. định ng
h
ĩa
ch
ặt chẽ h
ơn khi ông đưa vào khái niệm
hàm không phá ho
ại
[7]:
SR 
. (1.4)
Hình 1.7. D

ẫn xuất “đặc trưng an toàn” của Rgianitsưn A. R.
K
ỳ vọng toán và phương sai đối với phân bố

đư
ợ
c bi
ểu thị qua các đặc
trưng tương ứng của phân bố tải trọng và độ bền
,SR 
(1.5)
222
SR



, (1.6)
ở đây
SR,,
 k
ỳ vọng toán của các phân bố tư
ơng
ứng;
222
,,
SR


 là phương sai c
ủa các phân bố.

Rgianitsưn A. R. đ
ã
đưa vào trong tính toán đại lượng





=
22
SR
SR



(1.7)
và g
ọi l
à “đặc trưng an toàn” của kết cấu.
Như v
ậy, “đ
ặc tr
ưng an toàn”

chính là đ
ộ tin cậy của kết cấu ở dạng
không tư
ờng minh, nó có ý nghĩa nh
ư công cụ ở dạng công thức toán học để
S , R

S
R
S
R
─
SR 
Vïng sù cè
=
0

Vïng an toµn
23
xác đ
ịnh sự cố
– xác su
ất rơi của các giá trị

vào vùng không an toàn (hình
1.7). Đ
ối với phân bố chuẩn, xác suất n
ày được tính theo công thức:
),(
2
1
)(






dpQ
(1.8)
ở đây







0
2
)
2
exp(
2
1
)( d
là hàm Laplax, các giá tr
ị của nó đ
ã được lập
thành b
ảng.
Trong Tiêu chu
ẩn của Trung Quốc [
21] và c
ủa Nhật Bản năm
2007 [23],
ngư
ời ta đều gọi “đặc trưng an toàn”


là “ch
ỉ số độ tin cậy”

, ngh
ĩa là

=

=
22
SR
SR



. (1.9)
Theo Tiêu chu
ẩn Trung Quốc, công tr
ình
đư
ợc thiết kế theo độ tin cậy
ph
ụ thuộc dạng phá hoại v
à mức độ an toàn của công trình (bảng 1
.1) [9, 21].
Theo Tiêu chu
ẩn Nhật Bản [
9, 23], công trình
được thiết kế theo độ tin

c
ậy ở mức 2 (xem bảng
1.2): đ
ối với cầu tàu và các công trình cảng, chỉ số đ
ộ
tin c
ậy cho phép
a

đư
ợc lấy bằng 2

4; đ
ối với các dạng đê chắn sóng khác
nhau, ch
ỉ số
a

= 2,04

3,60; đ
ối với các công trình rất quan trọng, như lò
ph
ản ứng hạt nhân, ch
ỉ số
a

đư
ợc lấy bằng 5


6.
B
ảng 1
.1. M
ức độ an toàn của công trình
theo Tiêu chu
ẩn Trung Quốc
.
Đ
ặc tr
ưng
phá ho
ại
C
ấp an toàn
C
ấp I
(R
ất nghi
êm trọng)
C
ấp II
( Nghiêm tr
ọng)
C
ấp III
(Không nghiêm
tr
ọng)