Các vấn đề liên quan đến tính toán công trình trên nền đá

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN
TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH
TRÊN NỀN ĐÁ
MỤC LỤC
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
I
ỔN ĐỊNH BỜ DỐC ĐÁ
II
2
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
I. SỰ ỔN ĐỊNH TRÊN NỀN ĐÁ
1.Khái quát về các lý thuyết nền
1.1 Lý thuyết đàn hồi: như ta đã biết trong bài toán đàn hồi, cơ
học đất.
1.1.1 Bài toán không gian biến dạng đàn hồi chòu tác dụng của
lực tập trung theo pương thẳng đứng. Boussinesq (1985) đã
cho lời giải như ta đã biết về ứng suất và chuyển vò như
sau:
3
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
2
(1 )
(1 2 )
2 ( )
P xz x
u v
r E r r z
µ
π
 
+

= + −
 
+
 
2
(1 )
(1 2 )
2 ( )
P yz y
v
r E r r z
µ
π
 
+
= + −
 
+
 
2
2
(1 )
2(1 2 )
2
P x
v
r E r
µ
π
 

+
= + −
 
 
2
3
3 1
(1 2 )
2 ( )
x
P x z
v
r r r z
σ
π
 
 
 
= + −
+
3
1
(1 2 ) (1 2 )
2 ( )
y
P z
v
r r r z
σ µ
π

 
= − + −
 
+
 
2
3
3
2
z
P x z
r
σ
π
−
=
2
3
3
2
xz
P xz
r
τ
π
−
=
4
1.1.2 Bài toán không gian biến dạng đàn hồi chòu tác dụng của tải trọng hình băng dài vô tận và công thức tính ứng suất,
biến dạng như sau:

SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
1
( ) (sin 2 sin 2 )
2
x
P
σ α β α β
π
 
= − + −
 
 
1
( ) (sin 2 sin 2 )
2
z
P
σ α β α β
π
 
= − − −
 
 
[ ]
cos 2 cos 2 )
xz
P
τ α β
π
= −

5
1.1.3 Lý thuyết dẻo
1.1.3.1 Bài toán nền: dựa vào điều kiện coulomd và mặt khác bởi
phương trình cân bằng sau:
6
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
0
x xz
x z
σ τ
∂ ∂
+ =
∂ ∂
xz
z
z x
τ
σ
γ
∂
∂
+ =
∂ ∂
2 2 2 2
( ) 4 sin ( 2 )
x y xy x y
Cctg
σ σ τ ϕ σ σ ϕ
+ + = + +
Giả sử nền đá chòu lực phân bố đều theo phương ngang, không ma sát và độ cứng. Các đường trượt gồm tia xuất phát

từ A, B và đường cong logarit có tâm là A,B và bán kính:
Trong đó : thay đổi từ đến
Khi thì
7
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
tg
r Ce
φ ϕ
−
=
φ
0
(45 )
2
ϕ
−
0
(45 )
2
ϕ
− −
0
(45 ),
2
o
r r
ϕ
φ
= − =
0

(45 )
2
1
tg
C r e
ϕ
ϕ
−
=
1.1.3.2 Sức chòu tải của nền:
Tải trọng đối xứng theo phương đứng, giả sử lớp đá bên dưới xuất hiện biến dạng dẻo thì ta có tải trọng giới
hạn prandtl-Caquot như sau:
Trong đó:
8
( 1)
gh i
P z c tg
γ α α ϕ
= + −
2
4 2
tg
tg c
π ϕ
π ϕ
α
 
= +
 ÷
 

SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

Bảng áp lực giới hạn lê nền đá (theo tiêu chuẩn CSN No 731001 Cộng Hòa Séc)
9
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

Tải trọng nghiêng: sức chòu tải xác đònh:
Trong đó: được xác đònh theo công thức:
Với Sc lực chống cắt ở biên
10
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
( 1)
gh i
P z c tg
γ β β ϕ
= + −
arcsin
( )
sin
cos 2 (1 cos 2 )
1 sin
tg
ar
tg tg e
π ϕ ψ
ϕ
ϕ
ψ ϕ ϕ ψ
β
ϕ

+ +
+ −
=
−
ψ
.
c
gh
S
tg C ctg
P
ψ ϕ
= +
1.1.3.3 Nền đá công trình thủy công
Công trình này thường có quy mô phức tạp, trạng thái ứng suất biến dạng phức tạp nhiều so với lý thuyết.
1.1.3.4 Đánh gía sức chòu tải của nền công trình
Sức chòu tải nền đập tính như sau:
Trong đó Np, R là giá trò tính toán tương đương với lực gây trượt, gây lật; kn,nc hệ số an toàn và tổ hợp tải
trọng
11
c p
n
m
N N R
k
<
2
1
( )
p

n
i i i i H
i
N T
R Ptg C m E
ϕ ω
=
=
= + +
∑
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

p lực bò động là lực chống đỡ hạ lưu đập tính như sau:
Trong đó: Q trọng lượng bản thân của khối trụ đở;
F diện tích mặt nén ép;
góc nghiêng mặt nén ép và phương ngang (hướng lực EH quy ước theo phương ngang)
12
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
( . sin ) ( ) . cos
H pas
E H Q C F tg C F
α α β α
= = + = +
α
1.2.3.5 Bài toán ổn đònh vai đập vòm
Sự phân bố lực như sau:
13
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

Sơ đồ tính ổn đònh của đập:

14
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

Trường hợp trượt xảy trên hai mặt yếu được tóm lượt bằng 5 bước tính toán như sau:
15
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
16
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
17
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

Trường hợp trượt theo một mặt yếu thì sơ lược tính như sau:
18
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
19
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
1.1.6 Đánh giá ổn đònh của đập đối với điều kiện lật và xoay
Điều kiện ổn đònh lật
20
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
Trong đó các trò số a, d xác đònh như sau:
21
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
22
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ

Ngoài ra còn chú ý độ bền khối đá và bê tông theo RCM
Trong đó: l, h cánh tay đòn của các lực P,T;
Hay có thể dùng công thức sau tính cho đập bê tông trọng lực và đập có trụ đỡ có mặt truyền thống (tường thẳng đứng, nền
nằm ngang, không có trụ đỡ ở chân hạ lưu)


Ngoài ra còn tính đến việc ổn đònh thấm
23
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
2
1
2
CM
tg P
R
l htg
ψ
ψ
+
=
−
C
tg tg
ψ ϕ
σ
= +
2
(1,25 ) 3 2 1, 25
CM CM CM
kp
R R R
tg
ψ
σ σ σ
= + − −

1.1.7 Đánh giá ổn đònh thấm
1.1.7.1 Một số khái niệm:
Ổn đònh thấm là khả năng của nó giữ được cấu trúc dưới tác dụng của dòng thấm , ổn đònh thấm được đánh giá
qua lưu lượng , vò trí mặt thoáng, phản lực lên đất nền, phân bố áp lực thấm vùng cần quan tâm.
Lúc đầu mất ổn đònh có tính cục bộ, dần dần phát triển gây nguy hại cho công trình. Việc tính toán phải đònh
hình đượ dòng thấm, xác đònh hình dáng đường viền, vò trí tầng cách nước, xây dựng mô hình thấm của nền. Tính toán thấm
nhằm đánh giá lưu lượng thấm, vò trí mặt nước thoáng, áp lực lên công trình.
24
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
1.1.7.2 Điều kiện ổn đònh thấm nền đá công trình thủy công:
Trong nền đá nứt nẻ, phá hủy thấm xảy ra do xói ngầm.
Khi bào mòn, thành khe nứt được mở rộng, dòng thầm sẽ tăng lên
Đánh giá ổn đònh thấm thì phải xác đònh khả năng xói ngầm, phải nắm rõ đòa tầng kỹ thuật(hướng, mật độ, độ
nở, chất lắp nhét, nứt nẻ, phá hủy kiến tạo)… lập ra sơ đồ phân bố vùng thấm, chia thành các khu vực theo mức độ
xói ngầm.
Mỗi sơ đồ có cách đánh giá ổn đònh riêng, tuy nhiên đều dựa vào nguyên tắc chung là tốc độ và gradien thủy
lực của dòng thấm nằm trong giới hạn cho phép thể hiện như công thức sau:
hoặc
25
SỰ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐÁ
gh
v v<
gh
J J<