Phân tích ổn định mái dốc trong không gian ba chiều dựa trên phần mềm ansys luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.75 MB, 107 trang )
L I CAM OAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi và đ
cs h
ng d n
khoa h c c a TS. V Hoàng H ng và TS. Nguy n Thái Hoàng. Các n i dung nghiên
c u, k t qu trong đ tài này là trung th c và ch a công b d
tr
i b t k hình th c nào
c đây. Nh ng s li u trong các b ng bi u ph c v cho vi c phân tích, nh n xét,
đánh giá đ
c chính tác gi thu th p t các ngu n khác nhau có ghi rõ trong ph n tài
li u tham kh o. Ngoài ra, trong lu n v n còn s d ng m t s nh n xét, đánh giá c ng
nh s li u c a các tác gi khác, c quan t ch c khác đ u có trích d n và chú thích
ngu n g c. N u phát hi n có b t k s gian l n nào tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m
v n i dung lu n v n c a mình.
Hà N i, ngày
tháng 8 n m 2016
Tác gi lu n v n
Lê Chí Vinh
i
L IC M
Trong su t nh ng n m h c t p và rèn luy n d
N
i mái tr
ng
i h c Th y L i d
cách là sinh viên và gi đây là m t h c viên cao h c tôi đã nh n đ
it
c nhi u ki n th c
b ích, b tr cho b n thân trong không nh ng công vi c mà còn c trong cu c s ng.
Lu n v n này đ
đ
c th c hi n d
c lu n v n này tôi đã nh n đ
i s c g ng, n l c c a b n thân.
hoàn thành
c r t nhi u s đ ng viên, giúp đ c a nhi u cá
nhân và t p th .
Tr
c h t, tôi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n TS.V Hoàng H ng và TS. Nguy n
Thái Hoàng đã h
ng d n tôi th c hi n lu n v n c a mình.
Xin cùng bày t lòng bi t n chân thành t i các th y cô giáo, ng
i đã đem l i cho tôi
nh ng ki n th c b tr , vô cùng có ích trong nh ng n m h c v a qua.
C ng xin g i l i cám n chân thành t i Ban Giám hi u, Phòng ào t o đ i h c và sau
đ i h c, Tr
ng
i h c Th y L i đã t o đi u ki n cho tôi trong quá trình h c t p.
Cu i cùng tôi xin g i l i cám n đ n gia đình, Ban lãnh đ o đ n v công tác, các đ ng
nghi p, b n bè, t p th l p Cao h c 23C11 nh ng ng
i đã luôn bên c nh, sát cánh,
đ ng viên và khuy n khích tôi trong quá trình th c hi n lu n v n c a mình./.
Hà N i, ngày
tháng 8 n m 2016
Tác gi lu n v n
Lê Chí Vinh
ii
M CL C
CH
NG 1: T NG QUAN ............................................................................................4
1.1. Khái ni m chung v mái d c ................................................................................4
1.2. Phân lo i mái d c ..................................................................................................4
1.3. Hình th c phá ho i mái d c và nguyên nhân phát sinh m t n đ nh ....................5
1.3.1. C ch phá ho i c a mái đ t và n n d c............................................................5
1.3.2. Hình d ng m t tr
t ...........................................................................................6
1.3.3. K t lu n v m t tr
t phá ho i kh i đ t ............................................................7
1.4. Ph
ng pháp tính toán n đ nh mái d c ...............................................................7
1.4.1. Các quan đi m v h s an toàn th
ng dùng hi n nay ....................................7
1.4.2. Quan đi m th nh t v h s an toàn chung ......................................................8
1.4.3. Quan đi m th hai v h s an toàn t ng h p .................................................14
1.4.4. Quan đi m th 3 dùng h s huy đ ng c ng đ ch ng c t c a đ t làm h s
an toàn ........................................................................................................................15
1.4.5. K t lu n v h s an toàn n đ nh ....................................................................18
1.5. Nh ng v n đ c n nghiên c u ............................................................................18
CH NG 2 : C S TÍNH TOÁN N NH MÁI D C THEO PH NG PHÁP
PH N T H U H N ....................................................................................................20
2.1. Ph
ng pháp ph n t h u h n tính toán phá ho i d o c a đ t ...........................20
2.2. Ph ng pháp huy đ ng c ng đ ch ng c t và ph ng pháp gia t ng dung tr ng
....................................................................................................................................21
2.3. Tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS .........................................22
2.3.1. Gi i thi u ph n m m ANSYS [9]....................................................................22
2.3.1.1. Khái quát chung v ph n m m ANSYS .......................................................22
2.3.1.2. Mô t ph n m m ANSY S ............................................................................23
2.3.1.3. Trình t gi i bài toán k t c u b ng ph n m m ANSYS ...............................25
2.3.2. Tính toán ..........................................................................................................26
2.3.2.1. S đ kh i tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS .................26
2.3.2.2. Trình t phân tích n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS [9] ...............27
2.3.2.3. Ví d phân tích n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS .........................31
2.3.2.4. Ch
ng trình tính toán n đ nh mái d c theo bài toán ph ng ......................32
2.3.2.5. Ch
ng trình tính toán n đ nh mái d c theo bài toán không gian ..............44
iii
2.4. K t lu n ch
ng 2 .............................................................................................. 52
CH NG 3: TÍNH TOÁN N NH MÁI D C VAI TRÁI
P CÔNG TRÌNH TH Y
I N B C HÀ – LÀO CAI ............................................................................................ 55
3.1. Gi i thi u công trình ........................................................................................... 55
3.1.1. Thông tin chung v công trình......................................................................... 55
3.1.2. Gi i thi u công trình ........................................................................................ 56
3.2. K t c u mái d c .................................................................................................. 60
3.3. Tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS ......................................... 61
3.4. K t lu n Ch
ng 3.............................................................................................. 73
K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................................................... 74
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................... 76
PH L C ...................................................................................................................... 77
1. Chi ti t tính toán n đ nh mái d c trên bài toán ph ng: ........................................ 77
2. Chi ti t tính toán n đ nh mái d c trên bài toán không gian ................................. 81
3. Chi ti t tính toán n đ nh mái d c trên bài toán không gian c a vai trái đ p th y
đi n B c Hà – Lào Cai ............................................................................................... 87
iv
DANH M C CÁC HÌNH NH
Hình 1.1. Các b ph n c a mái đ t ..................................................................................4
Hình 1.2. Hình d ng m t tr
t mái d c ...........................................................................7
Hình 1.3. ng su t pháp σ và c ng đ ch ng c t c a đ t τ0 trên đ n v di n tích m t
tr t .................................................................................................................................9
Hình 1.4. Xác đ nh h s an toàn theo ph
Hình 1.5. Mái đ t đ
c x lý b ng ph
ng pháp phân th i Fellenius ....................10
ng pháp ph n áp ...........................................12
Hình 1.6: S đ xác đ nh góc ma sát huy đ ng và l c dính huy đ ng ..........................16
Hình 2.1. K t c u ch
ng trình ANSYS .......................................................................23
Hình 2.2. Trình t gi i b ng ANSYS ............................................................................23
Hình 2.3. Mô hình m t mái d c ....................................................................................33
Hình 2.4. Mô hình phân chia m ng l
i ph n t mái d c .............................................34
Hình 2.5. Mô hình mái d c sau khi gán ràng bu c chuy n v và gia t c tr ng tr
ng 35
Hình 2.6. Bi n hình mái d c khi F=1,2 ........................................................................36
Hình 2.7. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,2 ........................................36
Hình 2.8. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,2 .....................................37
Hình 2.9. Bi n hình mái d c khi F=1,4 ........................................................................37
Hình 2.10. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,4 ......................................37
Hình 2.11. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,4 ..................................38
Hình 2.12. Bi n hình mái d c khi F=1,6 ......................................................................38
Hình 2.13. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,6 .......................................38
Hình 2.14. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,6 ..................................39
Hình 2.15. Bi n hình mái d c khi F=1,8 ......................................................................39
Hình 2.16. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,8 .......................................39
Hình 2.17. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,8 ..................................40
Hình 2.18. Qúa trình tính toán không h i t t i F=1,82 ...............................................40
Hình 2.19. Bi n hình mái d c khi F=1,82 ....................................................................40
Hình 2.20. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,82 .....................................41
Hình 2.21. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,82 ................................41
Hình 2.22. Tính toán n đ nh mái d c b ng Geo – Slope .............................................44
Hình 2.23. Mô hình phân chia l
i ph n t mái d c....................................................44
Hình 2.24. Mô hình mái d c sau khi gán ràng bu c chuy n v và gia t c tr ng tr ng
.......................................................................................................................................45
v
Hình 2.25. Bi n hình mái d c khi F=1,2 ...................................................................... 45
Hình 2.26. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,2 ..................................... 45
Hình 2.27. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,2 .................................. 46
Hình 2.28. Bi n hình mái d c khi F=1,4 ...................................................................... 46
Hình 2.29. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,4 ..................................... 46
Hình 2.31. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,4 .................................. 47
Hình 2.32. Bi n hình mái d c khi F=1,6 ...................................................................... 47
Hình 2.33. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,6 ..................................... 47
Hình 2.34. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,6 .................................. 48
Hình 2.35. Bi n hình mái d c khi F=1,8 ...................................................................... 48
Hình 2.36. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,8 ..................................... 48
Hình 2.37. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,8 .................................. 49
Hình 2.38. Bi n hình mái d c khi F=1,82 .................................................................... 49
Hình 2.39. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,82 ................................... 49
Hình 2.40. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,82 ................................ 50
Hình 2.41. Qúa trình tính toán không h i t t i F=1,85 ............................................... 50
Hình 2.42. Bi n hình mái d c khi F=1,85 .................................................................... 50
Hình 2.43. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,85 ................................... 51
Hình 2.44. Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,8 .................................. 51
Hình 3.1. Công trình th y đi n B c Hà – Lào Cai ........................................................ 55
Hình 3.2. Vai trái đ p th y đi n B c Hà – Lào Cai ...................................................... 60
Hình 3.3. M t c t đ a ch t vai trái đ p th y đi n B c Hà – Lào Cai ............................ 61
Hình 3.4. Mô hình đ
ng mái d c vai trái Công trình th y đi n B c Hà..................... 62
Hình 3.5. Mô hình m t mái d c .................................................................................... 62
Hình 3.6. Mô hình mái d c trên không gian ba chi u ................................................... 62
Hình 3.7. Mô hình mái d c sau khi gán ràng bu c chuy n v và gia t c tr ng tr
Hình 3.8. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng 63
ng X khi F=1,2 ........................................ 63
Hình 3.9. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=1,2 ................................................... 63
Hình 3.10. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,4 ...................................... 64
Hình 3.11. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=1,4 ................................................. 64
Hình 3.12. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,6 ...................................... 64
Hình 3.13. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=1,6 ................................................. 65
Hình 3.14. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=1,8 ...................................... 65
vi
Hình 3.15. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=1,8 .................................................65
Hình 3.16. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=2,0 .......................................66
Hình 3.17. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=2,0 .................................................66
Hình 3.18. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=2,2 .......................................66
Hình 3.19. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=2,2 .................................................67
Hình 3.20. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=2,4 .......................................67
Hình 3.21. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=2,4 .................................................67
Hình 3.22. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=2,6 .......................................68
Hình 3.23. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=2,6 .................................................68
Hình 3.24. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=2,8 .......................................68
Hình 3.25. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=2,8 .................................................69
Hình 3.26. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=3,0 .......................................69
Hình 3.27. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=3,0 .................................................69
Hình 3.28. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=3,12 .....................................70
Hình 3.29. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=3,12 ...............................................70
Hình 3.30. Qúa trình thay th F=3,15 tính toán không h i t .......................................70
Hình 3.31. Ph chuy n v mái d c theo ph
ng X khi F=3,15 .....................................71
Hình 3.32. Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=3,15 ...............................................71
vii
DANH M C B NG BI U
B ng 1.1. H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QCVN 04:05:2012 ......................... 13
B ng 1.2. H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QP c a Canada ............................. 13
B ng 1.3. H s huy đ ng c
ng đ ch ng c t cho phép ............................................. 17
B ng 2.1. Tham s v t li u mô hình kh i tr
t ............................................................. 32
B ng 2.2. L c dính và góc ma sát trong ng v i các h s tri t gi m c
ng đ ......... 32
B ng 2.3. B ng t ng h p k t qu tính toán bài toán ph ng ......................................... 41
B ng 2.4. B ng t ng h p k t qu tính toán bài toán không gian ................................. 51
B ng 3.1. C p công trình và t n su t thi t k ............................................................... 56
B ng 3.2. Các thông s k thu t đ p dâng.................................................................... 56
B ng 3.3. Các thông s k thu t tràn x l ................................................................... 57
B ng 3.4. Các thông s k thu t c a l y n
c.............................................................. 58
B ng 3.5. Các thông s k thu t nhà máy th y đi n và nhà tr m phân ph i ............... 59
B ng 3.6. Tham s v t li u mô hình kh i tr
t ............................................................. 60
B ng 3.7. L c dính và góc ma sát trong ng v i các h s huy đ ng .......................... 61
c
ng đ ch ng c t ...................................................................................................... 61
viii
DANH M C CÁC T
VI T T T VÀ GI I THÍCH THU T NG
LVThS
Lu n v n Th c s
PPPTGH
Ph
ng pháp ph n t gi i h n
PPVPTP
Ph
ng pháp vi phân toàn ph n
ix
M
U
I. Tính c p thi t c a đ tài
Mái d c là m t công trình th
ng g p trong th c t xây d ng. V n đ quan tr ng và
hay g p ph i đ i v i mái d c là tính n đ nh c a mái. n đ nh mái d c có quan h tr c
ti p đ n an toàn thi công công trình, ti n đ thi công và d toán kinh phí…, do đó c n
ph i ti n hành phân tích t ng h p đ nh tính đ nh l
Phân tích tr
ng đ i v i tính n đ nh mái d c.
ng ng su t và bi n d ng đ i v i mái d c là c s đ đánh giá tính n
đ nh c a mái d c, đánh giá chu n xác và d đoán tình tr ng n đ nh c a mái d c và xu
h
ng phát tri n làm c n c đ x lý t i v trí mái d c.
Nguyên nhân ch y u nh h
ng đ n n đ nh mái d c:
Nguyên nhân đ a ch t: bao g m ngu n g c c a đ t đá, c u t o đ a ch t và tính ch t c
h c… a ch t công trình c a mái d c càng t t, tính n đ nh c a mái d c càng cao và
ng
c l i.
i v i c u t o đ a ch t, c n đ c bi t chú ý đó là quan h gi a m t k t c u
đ a t ng v i m t mái d c. Khi m t k t c u đ a t ng song song v i m t mái d c ho c
g n song song thì d phát sinh m t n đ nh, khi m t t ng đ t đá và m t biên mái d c
g n nh vuông góc thì thông th
Nguyên nhân th y v n:
ng mái d c
tr ng thái n đ nh.
n đ nh c a mái d c và n
c có quan h m t thi t v i nhau vì
môđun đàn h i E, l c dính C , góc ma sát trong ϕ ch u nh h
n
c. L
ng ng m n
ng c a l
ng ng m
c càng l n thì E, C, ϕ càng gi m nh ng dung tr ng càng t ng
đi u này làm t ng kh n ng m t n đ nh c a mái d c.
Ho t đ ng c a con ng
– ào rãnh đ
i:
ng sâu vào chân núi làm gi m nh l c ch ng tr
t c a mái d c, đây là
m t trong nh ng nguyên nhân phát sinh m t n đ nh c a mái d c, tr
th
ng g p trong thi công đ
– Gia t ng t i tr ng
sinh tr
ng h p này
ng giao thông.
đ nh d c làm gia t ng l c gây tr
t.
1
t, làm cho mái d c d phát
– ào ng m ví d nh đào đ
ng su t t p trung
ho i c t
Tr
ng h m, làm thay đ i tr
ng ng su t mái d c d n đ n
đ nh d c và chân d c, d phát sinh phá ho i kéo
đ nh d c và phá
chân d c, d n t i m t n đ nh c a mái d c.
c đây, ph
ng pháp và lý thuy t phân tích n đ nh mái d c ch y u có 3 lo i: lý
thuy t cân b ng gi i h n, nghiên c u mô hình trong phòng và lý thuy t phân tích s .
Khi tính n đ nh mái d c theo ph
k đ n quan h
ng pháp cân b ng gi i h n truy n th ng, do không
ng su t bi n d ng trong n i b c a kh i đ t đá vì v y h s an toàn
ch là đ an toàn trung bình c a m t tr
t gi i đ nh. G n đây s phát tri n c a k thu t
máy tính đi n t đã hoàn thi n lý thuy t phân tích s , ng d ng ph
h u h n trong tính toán n đ nh mái d c càng ngày càng nhi u.
d ng ph
ng pháp ph n t
u đi m c a vi c ng
ng pháp ph n t h u h n ch y u bao g m:
– V trí và hình th c c a m t phá ho i không đòi h i ph i gi đ nh tr
sinh phá ho i t i các v trí có ng su t kéo v
t quá giá tr
c, mà s phát
ng su t kháng kéo cho
phép.
– Gi i b ng ph
ng pháp ph n t h u h n cung c p toàn b thông tin v
ng su t bi n
d ng.
Ngoài ra, ph
ng pháp ph n t h u h n v n có kh n ng xét đ n tính không liên t c
c a kh i đá, đ c tính phi tuy n trong quan h gi a ng su t và bi n d ng c a kh i đá
và tính không đ ng h
ng trên ph
ng di n tính ch t l c h c; đ kh n ng tính toán
tr ng thái bi n d ng đàn h i c a kh i đá, c ng đ kh n ng tính toán tr ng thái phá
ho i c a kh i đá; c ng có th xét đ n m t vài đi u ki n tác d ng đ c bi t nh v n đ
l u đ ng c a n
c ng m, v n đ đ ng đ t…
Vì v y đ tài ch n ph
ng pháp ph n t h u h n đ phân tích n đ nh mái d c trong
công trình th y l i th y đi n d a trên ph n m m ANSYS có ý ngh a khoa h c và th c
ti n.
II. M c đích c a đ tài:
Tính toán h s
n đ nh mái d c b ng ph
ng pháp ph n t h u h n trong ph n m m
ANSYS.
2
III. Cách ti p c n và ph
Nghiên c u lý thuy t v
toán h s
ng pháp nghiên c u:
n đ nh mái d c và k t h p s d ng ph n m m ANSYS tính
n đ nh mái d c theo ph
ng pháp huy đ ng c
ng đ ch ng c t, kháng c t
c a đ t.
IV. K t qu d ki n đ t đ
-N mđ
c lý thuy t v
c:
n đ nh mái d c và ph
ng pháp ph n t h u h n.
- S d ng t t ph n m m ANSYS phân tích tích tr ng thái ng su t bi n d ng c a mái
d c.
- Tính toán h s an toàn n đ nh mái d c theo ph
ng pháp huy đ ng c
ng đ kháng
c t c a đ t.
- Áp d ng tính toán cho m t công trình c th .
Lu n v n g m 3 ch
Ch
ng chính: Ch
ng 1, Ch
ng 2, Ch
ng 3.
ng 1 là ph n t ng quan, trình bày nh ng khái ni m chung v mái d c, phân lo i
mái d c. Nêu ra các v n đ c b n liên quan tr c ti p đ n n i dung lu n v n nh hình
th c phá ho i mái d c và nguyên nhân phát sinh m t n đ nh mái d c, ph
ng pháp
tính toán n đ nh mái d c.
Ch
ng 2 và Ch
ng 3 là n i dung chính c a lu n v n. Ch
tính toán n đ nh mái d c theo ph
ng pháp ph n t h u h n.
ng 2 nêu lên c s
ng d ng ph n m m
ANSYS đ tính toán n đ nh mái d c v i mô hình 2D, 3D và đ a ra k t lu n. Ch
3 áp d ng nh ng n i dung đã đ
c nêu ra t i ch
ng
ng 1,2 đ tính toán c th v i mái
d c vai trái đ p công trình th y đi n B c Hà – Lào Cai.
Ph n cu i cùng là Ph n K t lu n và Ki n ngh . Ph n này trình bày nh ng u đi m,
các đi m còn t n t i và ph
Các tài li u tham kh o đ
ng h
ng phát tri n ph
ng pháp.
c li t kê theo th t s d ng trong lu n v n thành b n riêng
cu i lu n v n.
3
CH
NG 1: T NG QUAN
1.1. Khái ni m chung v mái d c
M t kh i đ t có m t ngoài là m t ph ng ngang vô h n đ
c quy
c g i là n n đ t
ngang g i t t là n n đ t. M t kh i đ t có m t ngoài nghiêng m t góc nghiêng nào đó
so v i m t ngang đ
c quy
c g i là mái đ t. Mái d c đ ng đ
cao c a vách đá r t l n nh ng vách đ t th
c g i là vách; chi u
ng không quá vài mét và không n đ nh
lâu dài. Mái đ t có công trình xây d ng trên nó đ
c quy
c g i là n n d c.
Nguyên nhân hình thành mái đ t ho c do thiên nhiên (v n đ ng c a v qu đ t, bào
mòn, tích t …) ho c do nhân t o (đ p, đê, mái kênh, mái h đào v.v…).
Mái đ p đ t thu c lo i mái đ t nhân t o, các tính ch t đ a k thu t là đã bi t rõ ràng và
kích th
c có th ch n s b ho c theo kinh nghi m ho c theo các ph
ng pháp đ n
gi n nh t.
ti n phân tích, m t mái đ t (ho c mái d c) đ
c phân làm m y b ph n:
nh mái,
chân mái, mái d c, c mái, góc d c, đ cao c a mái, n n mái đ t. n n mái d c là b
ph n đ t đá n m d
i m t ph ng ngang đi qua chân mái d c.
nh mái
Mái d c
Chi u cao mái đ t
Chân mái
N n mái đ t
L p đ t trong n n mái đ t
Hình 1.1. Các b ph n c a mái đ t
1.2. Phân lo i mái d c
d c mái đ
c th hi n qua h s mái d c m = cotg , v i
m t ph ng n m ngang.
tr
d c mái đ
là góc gi a mái d c và
c xác đ nh thông qua tính toán n đ nh ch ng
t, có xét đ n đ c đi m c u t o đ a ch t n n mái đ t, chi u cao mái đ t, hình d ng
và k t c u m t c t ngang mái đ t, tính ch t c lý c a t ng lo i v t li u đ t, các l c tác
đ ng lên mái đ t (nh tr ng l
ng b n thân, áp l c n
c, l c th m, l c mao d n, l c
đ ng đ t, l c th y đ ng...), bi n pháp gia c b o v mái đ t.
4
T
ng ng v i h s đ d c c a mái đ
đ nh ch ng tr
c l a ch n, khi tính toán h s an toàn n
t ph i có k t qu phù h p v i quy đ nh. Trong đi u ki n bình th
ng,
khi thi t k có th s b ch n h s đ d c mái theo đ d c mái c a các công trình
t
ng t đã xây d ng trong khu v c, sau đó ki m tra b ng tính toán.
Mái đ t có chi u cao trên 15 m ph i làm c . Chênh l ch đ cao gi a hai c liên ti p
trên cùng m t mái không quá 15 m. Chi u r ng c a c không nh h n 3,0 m. N u c
có k t h p làm đ
ng giao thông thì b r ng và k t c u c a c c ng nh các h ng m c
công trình đ m b o an toàn giao thông th c hi n theo quy đ nh c a đ
ng giao thông
(theo TCVN 4054 : 2012).
1.3. Hình th c phá ho i mái d c và nguyên nhân phát sinh m t n đ nh
1.3.1. C ch phá ho i c a mái đ t và n n d c
S phá h ng mái đ t có th x y ra t t khó nh n bi t trong m t th i gian dài, ph i
quan tr c lâu dài ho c quan sát đ cong thân cây m c trên s
ng t không l
ng tr
cđ
c theo m t m t tr
n d c ho c x y ra đ t
t có hình h c rõ r t.
Nguyên nhân chính c a s phá h ng mái đ t là s chênh l ch áp l c do tr ng l
b n thân c a mái đ t theo ph
ng
ng c a tr ng l c. Khi ng su t c t phát sinh do s
chênh l ch áp l c y l n lên và phát tri n trong kh i đ t đ n m t tr s nào đó ho c
trong m t mi n nào đó trong kh i đ t mà c
ng đ ch ng c t c a b n thân đ t không
ch u n i thì s phá h ng s x y ra.
Khi mái đ t b phá h ng, m t tr
đ ng yên
tr
d
i m t tr
t hình thành và phân mái đ t làm chia ph n, ph n đ t
t và ph n đ t tr
t trên m t tr
t b xáo đ ng m nh do ng su t c t phát sinh v
t. l p đ t m ng d c theo m t
t quá c
ng đ ch ng c t c a đ t.
i v i n n d c, t i tr ng ngang tác d ng vào công trình xây d ng ho c
ho c
s
n mái, ho c
đ nh mái,
c mái và l c th m tác d ng trong mái đ t c ng làm t ng
thêm ng su t c t trong kh i đ t, do đó làm t ng nguy c phá ho i mái đ t và n n đ t.
Có th phân các d ng phá ho i mái đ t nh sau:
- S t l : X y ra
s
d c không b nh h
- Tr
n d c và
vách đá; có th làm thay đ i đ nh d c nh ng n n mái
ng.
t:
5
+ Tr
t nông: X y ra trong ph m vi mái d c nh ng không nh h
ng đ n n n mái
d c.
+ Tr
t sâu còn g i là tr
trong n n mái d c. Tr
tr
t sâu x y ra trong đi u ki n x u c a n n mái d c. Kh i đ t đá
t (nông, sâu) có th v a có chuy n đ ng t nh ti n v a có chuy n đ ng xoay.
+ Ch y:
t đá mái d c d ch chuy n m t ph n hay toàn b thành dòng nh m t ch t
l ng. Dòng ch y này th
áp l c n
Dù phá ho i
t
ng hình thành trong các lo i đ t m m y u bão hòa n
c khi
c l r ng phát huy tác d ng làm cho đ t m t h t kh n ng ch ng c t.
1.3.2. Hình d ng m t tr
tr
t tr i: X y ra không nh ng trong ph m vi mái d c mà c
v th
t
d ng nào thì s phá ho i kh i đ t là m t hi n t
n đ nh h n trên m t tr
nhiên ho c nhân t o gây nh h
ng c h c d n kh i đ t
t đã hình thành. Do v y, m i tác nhân thiên
ng đ n s chênh áp su t trong kh i đ t đ u đ
là nh ng y u t gây nên s hình thành m t tr
c coi
t trong kh i đ t. S thay đ i các đi u
ki n khí h u th y v n nh m a nhi u sau th i k n ng h n; s thay đ i v đi u ki n
thoát n
c, c p n
c đ u là nh ng đ ng l c thúc đ y s hình thành m t tr
t phá ho i
kh i đ t. Các thay đ i nêu trên có th tác đ ng ngay ho c kéo dài trong m t th i gian
dài r i đ t bi n gây s c : kh i đ t tr
S tr
t trên m t tr
t có th x y ra c c b ho c ph bi n trên m t chi u dài nh t đ nh; m t tr
d ng c a đ
ng cong hai chi u ho c m t tr (hình 1.2).
v an toàn, s phân tích n đ nh c a kh i đ t th
m t tr
t đ n v trí cân b ng h n.
ng đ
t có
đ n gi n tính toán mà thiên
c xét nh bài toán ph ng v i
t d ng tr tròn.
Trong đ t r i, m t tr
t có d ng m t ph ng t o v i m t ngang m t góc d c nh t đ nh.
M t kh i cát m đ đ ng có m t ngoài b t k , sau khi khô r i, m t tr
t o nên mái cát ph ng. Tuy nhiên, m t tr
t hình thành và
t trong kh i đ t cát dùng làm n n công trình
có th có nh ng hình d ng ph c t p nh trong kh i đ t dính.
M t tr
th
t nông nói chung là m t ngang ho c nghiêng tùy thu c móng có chân khay
ng h l u c m sâu vào n n. M t tr
các v tr
t sâu có d ng cong rõ r t. Th c t quan tr c
t sâu và thí nghi m mô hình cho bi t m t tr
6
t sâu có d ng cong logarit.
Tuy nhiên trong tính toán thi t k , nhi u tr
thi t m t tr
ng h p ph c t p v đ t n n nên ph i gi
t là m t tr tròn đ tính toán.
Hình 1.2. Hình d ng m t tr
1.3.3. K t lu n v m t tr
t mái d c
t phá ho i kh i đ t
T nh ng đi u trình bày trên, có nh ng đi u quan tâm khi phân tích n đ nh mái đ t
nh sau:
S phá ho i mái đ t là s phá ho i c t tr
t theo m t m t tr
t nh t đ nh-m t tr
t
nguy hi m nh t.
i v i n n đ ng ch t, m t tr
đ ng ch t, m t tr
t tính toán l y g n d ng m t logarit, đ i v i n n không
t tính toán là m t tr tròn ho c ph c h p.
Khi phân tích n đ nh kh i đ t, gi thi t m i đi m thu c m t tr
b ng gi i h n gi đ nh là ch p nh n đ
t
kh i đ t tr
1.4. Ph
t. Do đó khi phân tích n đ nh
t ng x nh v t th r n là ch p nh n đ
c.
ng pháp tính toán n đ nh mái d c
1.4.1. Các quan đi m v h s an toàn th
M cđ
tr ng thái cân
c.
t h u nh không b xáo đ ng do tr
mái đ t, gi thi t kh i đ t tr
tđ u
ng dùng hi n nay
n đ nh c a mái đ t và công trình trên n n đ t đ
c đánh giá đ nh l
ng b ng
h s an toàn n đ nh, g i t t là h s an toàn. Phân bi t hai khái ni m v h s an
toàn: h s an toàn tính toán, ký hi u là K hay F và h s an toàn cho phép, ký hi u là
[K] hay [F]. H s an toàn tính toán đ
c xác đ nh cho m t công trình c th v i m t
7
ph
ng pháp tính toán nh t đ nh. H s an toàn cho phép là h s an toàn c a công
trình do quy ph m nhà n
toán c n ph i đ t đ
c quy t đ nh, nó là giá tr nh nh t mà h s an toàn tính
c đ công trình làm vi c an toàn đ ng th i đ m b o hi u qu v
m t kinh t . Vi c đ ra m t đ nh ngh a v h s an toàn n đ nh c a mái đ t, n n đ t và
xét đ n các nhân t
nh h
v n đ quan tr ng trong
ng đ n m c đ an toàn c a công trình là m t trong nh ng
a k thu t. Hi n nay, th
ng dùng 3 quan đi m v h s an
toàn n đ nh nh sau: h s an toàn chung, h s an toàn t ng h p và h s huy đ ng
c
ng đ ch ng c t c a đ t đóng vai trò h s an toàn.
1.4.2. Quan đi m th nh t v h s an toàn chung
Quan đi m này đ
c Fellenius (1927) ng d ng đ u tiên vào ph
n đ nh mái d c. Theo quan đi m này, h s an toàn n đ nh K đ
s gi a t ng momen ch ng tr
do t i tr ng ngoài và tr ng l
K=
t c a đ t d c theo m t tr
ng đ t c a kh i đ t tr
ng pháp tính toán
c đ nh ngh a nh t
t v i t ng momen gây tr
t
t gây nên [1].
M ct
M gt
(1.1)
Trong đó:
M ct là t ng momen ch ng tr
t l y đ i v i tâm O, bán kính R c a m t tr
t tr
tròn.
M gt là t ng momen gây tr
kh i đ t tr
t do t i tr ng ngoài và tr ng l
ng b n thân c a
t.
Khi xác đ nh t ng momen ch ng tr
gi i h n, t c gi a c
t, coi đ t d c theo m t tr
t
tr ng thái cân b ng
ng đ ch ng c t c a đ t τ 0 và ng su t vuông góc v i m t tr
σ th a mãn bi u th c Coulomb:
τ 0 = (σ-u)tgϕ’+c’
(1.2)
Trong đó:
σ- ng su t t ng vuông góc v i m t tr
t (hình 1.3)
u-áp l c n
t đi qua
c l r ng t i đi m m t tr
ϕ’, c’-góc ma sát và l c dính đ n v
ng v i thí nghi m c t thoát n
8
c
t
τ0
σ
u
Hình 1.3.
ng su t pháp σ và c
ng đ ch ng c t c a đ t τ 0 trên đ n v di n tích m t
tr
V i m t tr
t
t tr tròn, tâm O bán kính R, tr s M ct (ch ng tr
t) đ
c xác đ nh nh
sau:
M ct = R ∫ τ0 dl = R ∫ [(σ-u)tgϕ'+c']dl
L
(1.3)
L
Và tr s M gt (gây tr
t) đ
c tính theo công th c:
M=
R ∫ τdl
gt
(1.4)
L
Trong đó:
τ là ng su t c t d c m t tr
H s an toàn đ
K=
t
c xác đ nh theo bi u th c 1.1, sau khi rút g n R s có:
∫ [(σ-u)tgϕ'+c']dl
L
(1.5)
∫ τdl
L
xét đ n tính không đ ng nh t v ch tiêu c
l r ng u, Fellenius đ xu t ph
th i Fellenius đ
ng đ ch ng c t c a đ t ϕ, c và áp l c
ng pháp phân th i. N i dung c a ph
c th hi n nh hình 1.4.
9
ng pháp phân
Ο
Ο
Ο
Ο
W1
Α
σ
τ0
Hình 1.4. Xác đ nh h s an toàn theo ph
Tr ng l
ng pháp phân th i Fellenius
ng W c a th i đ t và t i tr ng đ ng P tác d ng vào th i đ t đang xét đ
c
phân thành 2 thành ph n:
Thành ph n vuông góc v i m t tr
t, ký hi u là N:
N=(W+P)cosα
(1.6)
Thành ph n ti p tuy n v i m t tr
t, ký hi u là T:
T=(W+P)sinα
(1.7)
i v i m t th i, l c gây tr
th c tính t ng momen gây tr
t theo m t đáy th i là T, l c gây tr
t và t ng momen ch ng tr
t là T 0 . V y có bi u
t ng v i m t tr
t đang
xét nh sau:
T ng momen gây tr
t tính nh sau:
M gt = R ∫ τdl = R ∑ T = R ∑ (W+P)αsin
(1.8)
L
T ng momen ch ng tr
Tr
t tính nh sau:
c h t tính l c ch ng tr
tc ađ t
đáy th i T 0 :
T0 =τ0 l =[(σ-u)tgϕ'+c']l =(N − ul)tgϕ'+c'l=[(W + P)cosα-ul]tgϕ'+c'l
Bi t T 0 xác đ nh đ
c t ng momen ch ng tr
t nh sau:
M ct = R ∫ τ0 dl = R ∑ T0 = R ∑ [(W + P)cosα-ul]tgϕ'+c'l
L
10
(1.9)
Cu i cùng bi u th c tính h s an toàn n đ nh có d ng:
K=
∑ [(W + P)cosα-ul]tgϕ'+c'l
∑ W sin α
(1.10)
Theo đ nh ngh a v h s an toàn c a Fellenius, bi u th c tính h s an toàn theo (1.5)
và (1.10) có hai đi m sau đây c n phân tích vì mâu thu n v i các ph
M t là: Kh i đ t n n ho c mái đ t đang xét đ
b n t c K>1, và bài toán
c thi t k s b
ng pháp lu n:
tr ng thái cân b ng
a k thu t đ t ra là xác đ nh m c đ b n, t c tr s c a h
s an toàn K l n h n 1 là bao nhiêu. Do v y xác đ nh T 0 theo bi u th c Coulomb (bi u
th c1.2) ng v i đi u ki n đ t b c t là không ch t ch v lý thuy t.
Hai là: Tr ng l
ng đ t bên trái đ
v i T 0 , t c gây tr
t, nh ng tr ng l
t c tham gia v i l c ch ng tr
ng th ng đ ng qua tâm gây l c T ng
ng đ t bên ph i thì gây l c T cùng h
t (hình 1.4).
x nh kh i đ t ph n áp ch ng tr
ch
ng
ng v i T 0
i u này ch ng t r ng đ t bên ph i ng
t và do đó có tác gi đ ngh c i biên công th c
đ nh ngh a v h s an toàn K (bi u th c 1.2) theo h
ng sau:
Ký hi u:
W (+) là tr ng l
đ
ng th i đ t ng x nh ph n áp (trong hình 1-4, các th i bên ph i
ng OZ)
W (-) là tr ng l
ng th i đ t gây ra s tr
t đ t (trong hình 1-4, các th i bên trái đ
ng
OZ)
W là tr ng l
ng th i đ t nói chung,
s an toàn c n đ
K=
c bên trái và bên ph i thì công th c 1.10 v h
c s a nh sau:
∑ [((W + P)cosα-ul)tgϕ'+c'l] + ∑ W
∑ W sin α
(+)
sin α
(1.11)
(−)
Công th c 1.11 có ý ngh a kinh t , k thu t quan tr ng khi tính toán ki m tra kh i đ t
đ p nh đê đ p có kh i đ t ph n áp và n n đ t khi có t i tr ng bên. Tính h s an toàn
theo bi u th c 1.10 là quá an toàn, tính v i bi u th c 1.11 là h p lý h n. Qu v t, khi
mái d c
1.4) thì ph
tr ng thái nguy hi m trên m t tr
t nguy hi m tâm O* bán kính R* (hình
ng pháp x lý b ng ph n áp là r t hi u qu v i đi u ki n kh i đ t ph n áp
11
ph i n m hoàn toàn bên ph i tr c đ ng O*Z. H s an toàn c a mái d c sau khi x lý
b ng ph
ng pháp ph n áp tính theo công th c (1.11) m i h p lý.
Hình 1.5. Mái đ t đ
c x lý b ng ph
i v i đ t n n đ ng ch t, có th tính đ
ng pháp ph n áp
c tr s t i tr ng gi i h n (p gh ) c a n n đ t
(m c 1.3) theo công th c t ng quát [2]:
p gh =N γ γB+N q q+N c C
(1.12)
Trong đó:
N γ , N q , N c là các h s tính t i tr ng gi i h n, ph thu c góc ma sát trong ϕ c a
đ t và góc l ch δ c a t i tr ng tác d ng lên m t n n, xác đ nh theo b ng l p s n, là các
đ il
ng không th nguyên.
c: l c dính đ n v c a đ t (kN/m2 hay kPa)
γ: tr ng l
ng đ n v c a đ t d
q: t i tr ng bên là tr ng l
i cao trình đ t móng (kN/m2 hay kPa)
ng c t đ t tính t m t đ t đ n đ sâu đ t móng
(kN/m2 hay kPa)
V i chi u r ng móng B, công trình tác d ng lên m t n n áp l c P, theo đ nh ngh a v
h s an toàn chung K đ
=
K
c xác đ nh theo công th c:
Pgh pgh B pgh
=
=
P
P
p
(1.13)
Trong đó:
p=
P
là áp su t đáy móng (kN/m2 hay kPa)
B
Theo bi u th c (1.13) trong đ i l
ng p gh có ch a t i tr ng bên q=γh m
12
V i γ là tr ng l
ng đ n v c a đ t t cao trình đ t móng đ n m t đ t, h m là đ
sâu chôn móng nên tr s K tính theo công th c (1.13) ph thu c q.
Nói cách khác n u đ sâu chôn móng càng l n và h s an toàn càng l n, t i tr ng bên
q càng l n, p gh càng l n và h s an toàn càng l n. Do đó,
th
[3]:
các n
c ph
ng Tây
ng dùng khái ni m v t i tr ng gi i h n th c c a n n đ t, ký hi u p gh,net nh sau
P gh,net =p gh -q
(1.14)
Và h s an toàn tính theo công th c
K=
pgh − q
(1.15)
P
i u ki n an toàn n đ nh đ
c quy đ nh theo b t đ ng th c sau:
K ≥ [K]
(1.16)
Trong đó h s an toàn K tính theo công th c (1.13) tr s h s an toàn quy
đ nh [K] do Tiêu chu n qu c gia quy đ nh. Ví d theo QCVN 04:05:2012/BNNPTNT
v n n Công trình th y l i, dùng h s an toàn t ng h p quy đ nh
B ng 1.1.
B ng 1.1. H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QCVN 04:05:2012
H s an toàn [K]
H s an toàn [K]
v i mái d c nhân t o
v i mái d c t nhiên, mái
b ng đ t đ p
nhân t o b ng đá đ p
1,5
1,25
I
1,35
1,2
II
1,3
1,15
III, IV
1,25
1,15
C p công trình
c bi t
Theo s tay thi t k dùng trong các n
c ph
th c (1.13), ví d c a Canada [4], tr s [K] đ
ng Tây, v i h s an toàn tính theo công
c quy đ nh
B ng 1.2.
B ng 1.2. H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QP c a Canada
Lo i công trình
H s an toàn quy đ nh
Công trình b ng đ t
1,3÷1,5
Công trình ch n đ t và h đào
1,5÷2
N n công trình
2÷3
13
Theo s tay N n móng c a M [3], v i h s an toàn tính theo công th c (1.15) thì h
s an toàn quy đ nh t i thi u b ng 3 (ch y u v i công trình nh y lún nh nhà cao t ng
và công trình dân d ng).
1.4.3. Quan đi m th hai v h s an toàn t ng h p
Kinh nghi m xây d ng trên th gi i đã ch ng t r ng có nhi u nhân t
nh h
ng đ n
s an toàn c a công trình. Ngoài trình đ thi t k và thi công, còn ph i k đ n các
nhân t th
ng g p nh : đi u ki n làm vi c chung gi a k t c u công trình và n n đ t,
m c đ tin c y v d li u đ t n n, t m quan tr ng c a công trình, m c đ tin c y v t i
tr ng và t h p t i tr ng…
Khi tính toán thi t k theo quan đi m th nh t v a nêu
c a các lo i d li u tính toán đ
m c trên thì m c đ tin c y
c xét g p chung l i trong m t h s an toàn, g i là h
s an toàn chung. Nh v y là không h p lý vì các nhân t
nh h
ng đ n m c đ an
toàn c a công trình là khác nhau.
Quan đi m th hai đ
c hình thành nh m b khuy t cho quan đi m th nh t b ng cách
xét riêng t ng nhân t
nh h
ng thông qua các h s tin c y c a t ng d li u. Ví d
nh TCVN-4253-2012 Công trình th y l i – n n các công trình th y công – yêu c u
thi t k đã quy đ nh dùng các h s nh sau:
H s đi u ki n làm vi c: γc
H s tin c y đ i v i đ t: γg
H s tin c y v t m quan tr ng c a công trình: γn
H s t h p t i tr ng: γlc
H s đi u ki n làm vi c c a kh i đ t ng x nh ph n áp: γ’c
Theo tiêu chu n thi t k N n các công trình th y công TCVN 4253-2012 khi tính n n
theo s c ch u t i (tính theo TTGH v phá ho i) c ng quy đ nh dùng nhi u h s đ xét
đ n nhi u nhân t
nh h
ng đ n m c đ an toàn c a công trình xây d ng trên n n đ t
nh sau:
14
n c N tt ≤
m
R
Kn
(1.17)
Trong đó:
N tt , R là giá tr tính toán c a t ng l c gây tr
t và l c ch ng tr
t gi i h n
ho c t ng momen c a các l c gây l t và t ng momen các l c ch ng l t.
K n h s tin c y ph thu c c p công trình
n c h s t h p t i tr ng
m h s đi u ki n làm vi c ph thu c lo i công trình và lo i n n
Tiêu chu n TCVN 4253-2012 h
tính này còn g i là ph
ng d n cách ch n tr s các h s này. Ph
ng pháp
ng pháp dùng nhi u h s và các h s đóng vai trò c a h s
an toàn.
i u ki n n đ nh (1.17) có th vi t d
i d ng thông th
ng v i m t h s an toàn
t ng h p trong đó đã t ng h p đ y đ các h s tin c y c a các đ i l
nh h
ng ho c y u t
ng đ n m c đ an toàn:
R
[K]
(1.18)
ncKn
m
(1.19)
R
≥ [K]
N tt
(1.20)
N tt ≤
Trong đó:
[K] =
hay
=
K
Tr s [K] tính theo công th c (1.19) v i các h s đ
c quy đ nh theo TCVN và quy
c g i là h s an toàn t ng h p quy đ nh.
1.4.4. Quan đi m th 3 dùng h s huy đ ng c
an toàn
ng đ ch ng c t c a đ t làm h s
Quan đi m th 3 đ a ra khái ni m v m c đ huy đ ng kh n ng ch ng c t c a đ t
[5], [6], xét m t đ n v di n tích trong kh i đ t nghiêng góc α
tr ng thái cân b ng
b n, ch u tác d ng c a l c c t τ(kN/m2 hay kPa), l c nén vuông góc σ(kN/m2 hay kPa)
và áp l c l r ng là u (kN/m2 hay kPa) (hình 1.6). Có th tính đ
cc
ng đ ch ng
c t trên di n tích đ n v y theo ch tiêu ch ng c t c a đ t theo đ nh lu t Coulomb.
15
