Bài tập lớn thiết kế nền mặt đường

Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị

BÀI TẬP LỚN
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
I. Số liệu đề bài
I.1. Số liệu hình học
- Quy mô mặt cắt ngang đường:
+ Bề rộng mặt đường: 2x 10 m
+ Lề đường: 2x0,5 m
+ Bề rộng nền đường: 24,0 m
+ Ta luy nền đắp thông thường 1:1,75
Nền đắp bằng cát có γw= 18kN/cm3; c=0,5kN/cm2; φ=25o
Chiều cao nền đắp a= 4,5m
Các thông số về nền đất ( Địa chất dự án đường Lê Quý Đôn – Thái Bình)
S
T
T

Đoạn
tuyến

Tên lớp địa
chất

Phân
lớp

Chiều dày
tính toán
(m)

Thông số của đất
c

γw(kN/cm3) (kN/cm2)

φ
(độ)
7,9
17,1
5,6

1
Lớp 2
1
2,2
17,5
10,5
2
I
Lớp 3
2
4,1
18
0
3
Lớp 4
3
∞
16,7

8,1
Ghi chú:
+ Lớp 1: Đất trồng trọt, đất lấp (không xét tới).
+ Lớp 2: Sét pha, sét xám mày nâu, nâu vàng, nâu gụ, xám vàng, trạng thái
dẻo mềm, có chỗ dẻo chảy.
+ Lớp 3: Cát hạt bụi, có chỗ hạt nhỏ, màu xám tro, lẫn ít hữu cơ xem kẹp sét
pha. Trạng thái bão hòa nước.
+ Lớp 4: Bùn sét pha màu xám nâu, lẫn hữu cơ, vỏ sò, xen kẹp cát pha.
I.2. Tải trọng thiết kế:
a/. Tải trọng bản thân nền đắp: Dựa trên kích thước hình học.
b/. Tải trọng xe tính toán: Coi qx= 15,15 kN/m2 là tải đều trên mặt đường.


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị

II. Các yêu cầu thiết kế
Kiểm tra ổn định nền đường theo phương pháp mặt trượt trụ tròn (có sử
dụng phần mềm hỗ trợ tính toán).
III. Phương pháp tính toán:
Ta sử dụng phương pháp mặt trượt trụ tròn để tính toán ổn định nền đường.
- Khối đất trên ta luy khi mất ổn định sẽ trượt theo mặt trượt trụ tròn.


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị
Xét bài toán phẳng, phân khối đất trượt hình trụ tròn thành các mảnh như hình
vẽ và giả thiết khi trượt các khối sẽ trượt cùng 1 lúc do đó giữa các mảnh không có
lực ngang tác dụng lên nhau; trạng thái giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt.
Mỗi mảnh trượt i chịu tác dụng của trọng lượng bản thân Pi; Pi phân làm hai

thành phần: Lực tiếp tuyến gây trượt Ti=Pisinαi và lực pháp tuyến Ni=Picosαi gây
lực ma sát Nitanφi với tanφi là hệ số ma sát cùng với lực dính cili là thành phần cản
trở trượt. Bỏ qua tác dụng của động đất.
So sánh tổng momen đối với tâm O do các lực gây trượt với tổng momen cnar
trở trượt ta sẽ biết được mức độ ổn định của taluy đối với mặt trượt giả thiết
(O;R). cụ thể hệ số ổn định K được xác định theo công thức:

Trên đây mới chỉ xác định được trị số K cho một mặt trượt bất kỳ, nhưng chưa
chắc mặt trượt này đã là nguy hiểm nhất. Tức là mặt trượt gây ra trị số K nhỏ nhất
(K min). Do đó giả thiết càng nhiều mặt trượt thì trị số Kmin xác định được càng tin
cậy. Dựa theo kinh nghiệm tính toán ổn định vô số các mía ta luy người ta đã tổng
kết một số cách tìm ra mặt trượt nguy hiểm nhất nhằm giảm thời gian mò mẫm
trong quá trình tìm KminTa dùng cách dựa vào đường quỹ tích tâm trượt kinh
nghiệm như hình dưới:


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị

Chọn từ 3-5 điểm trên đường quỹ tích tâm trượt kinh nghiệm làm tâm trượt và xác
định được trị số Kmin.
IV. Kết quả tính toán:
a) Xác định đường quỹ tích tâm trượt kinh nghiệm ứng với chiều cao nền đắp

H=4,5m, với taluy 1:1,75 có như hình dưới:

Quy đổi tải trọn xe thành lớp đất đắp có chiều cao : Hđ = 15,15/18 = 0.84 (m)
b) Xác định trị số Kmin:
Lấy 3 tâm trượt bất kỳ ứng với bán kính bất kỳ nằm trên đường quỹ tích tâm trượt :
(O1;R1); (O2;R2) và (O3;R3). Lần lượt tính hệ số Ki ứng với từng mặt trượt tương

ứng để xác định trị số Kmin.


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị

- Trường hợp 1: Mặt trượt ứng với (O1;R1)=(O1;R1 = 8m )

Tâm trượt O1 Bán kính R = 8.0 m
Mảnh
i
1
2

Thể tích mảnh I
(m3)
Ở đất
Ở lớp 2
đắp
4.58
0
6.34
0.47

Góc
α

Li

trọng

lượng

Picosαitgϕι +
cili

Pisinαi

độ

m

KN

KNm

KNm

65
37

5.16
2.53

82.44
122.35

18.85
40.13

74.70

73.60


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị
3
4
5
6
7

4.32
2.04
0.17
0
0

2.43
3.34
3.27
1.76
0.59

21
6
9
22
33

2.15

2.02
2.03
1.62
1.56

120.29
95.17
60.29
30.80
10.33

38.16
34.34
29.58
20.97
17.58

43.09
9.94
9.43
11.53
5.62

TỔNG

199.61

227.90

= 199.61/227.9 = 0.88

- Trường hợp 2: Mặt trượt ứng với (O2;R2)=(O2;R2 = 8m )

Tâm trượt O2 Bán kính R = 11.0 m
Mảnh
i

Thể tích mảnh I (m3)
Ở đất
đắp

Ở lớp
Ở
2
lớp 3

Góc
α

Li

trọng
lượng

Picosαitgϕι +
cili

Pisinαi

độ

m

KN

KNm

KNm


1
2
3
4
5
6
7
8

9
10

Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị
4.81
0
0
66 4.98
7.34
0.84
0

45 2.87
3.04
3.71 1.29 33 2.36
0.79
4.4 1.34 20 2.14
0.17
4.4 2.41
9
2.03
0
4.4 2.71
1
2
0
4.4 2.25 12 2.05
0
4.4 1.03 23 2.17

0
0

2.71
0.97

0
0

33
43

1.79
1.93

86.58
146.82
142.87
115.34
123.44
125.78
117.50
95.54

47.43
16.98
TỔNG

K = 318.61/420.67 = 0.76

- Trường hợp 3: Mặt trượt ứng với (O3;R3)=(O3;R3 = 14 m )

18.93
44.55
36.87
33.35
37.51
38.69
35.36
27.06

24.32

21.99
318.61

79.07
103.78
77.77
39.43
19.30
2.19
24.42
37.31

25.82
11.57
420.67


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị

Tâm trượt O3 Bán kính R = 14.0 m
Thể tích mảnh I
(m3)
Mảnh
Ở
Ở
i
Ở
đất
lớp

lớp 2
đắp
3
1
5.48
0
0
2
8.95 1.44
0
0.8
3
6.68 4.29
7
3.3
4
4.39 4.4
9
5.2
5
2.11 4.4
3
6.3
6
0.2
4.4
2
7
0
4.4 6.8

Góc
α

Li

trọng
lượng

Picosαitgϕι +
cili

Pisinαi

độ

m

KN

KNm

KNm

67
50

5.15 98.64
3.12 186.30

20.57
49.39

90.78
142.66

38

2.56 210.98

51.16

129.83

29

2.28 217.04

58.41

105.17

20

2.12 209.12

60.46

71.49

11

2.04 194.36

58.70

37.07

61.37

10.45

3

2

199.76


Trường Đại Học Xây Dựng
Bộ môn Đường ô tô và đường đô thị
2
6.7
8
0
4.4
5 2.01
1
6.0
9

0
4.4
14 2.06
3
4.6
10
0
4.4
22 2.17
7
2.6
11
0
4.4
32 2.35
1
12
0
3.1 0.3 41 1.98
13
0
1.16
0
49 2.13

197.78

60.61

17.23

185.54

55.39

44.86

161.06

45.94

60.31

123.98

32.35

65.67

59.65
20.30
TỔNG

13.85
4.10
572.30

39.118
15.315
829.95

K = 572.3/829.95 = 0.70
III. KẾT LUẬN
Sau khi tính toán ổn định của nền đường theo phương pháp mặt trượt trụ tròn
thì thấy các hệ số ổn định K đều nhỏ hơn [ Kôđ ] = 1.2. Do vậy nền đường bị mất
ổn định.
Một số phương pháp xử lí :
- Gia cố vải địa kĩ thuật
- Vét thay đất, thay đổi kích thước mặt cắt ngang.