Nghiên cứu sự an toàn của nền đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn hiện hành và theo lý thuyết độ tin cậy

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ………………………………………………………..
DANH MỤC BẢNG BIỂU…………………………………………………….
LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………..…
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………..
1.1. Sự cần thiết của đề tài.......................................................................
1.2. Mục đích của đề tài…………………………………………………
1.3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài………………….
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài………………………….

4
6
7
8
8
8
8
9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
10
TÍNH TOÁN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU…………………….
1.1. Khái niệm về đất yếu……………………………………………….
1.2. Những sự cố thường xảy ra của nền đắp trên đất yếu…………...
1.2.1. Phá hoại do trượt trụ tròn………………………………………..
1.2.2. Phá hoại do lún trồi…………..…………………………………..
1.3. Các giải pháp khắc phục các sự cố của nền đắp trên đất yếu…..
1.3.1. Sửa chữa hình học..................................................................

10
11

11
12
13
13

1.3.2. Xây dựng theo giai đoạn………………………………………….
1.3.3. Cải thiện các tính chất của đất yếu……………………………..
1.3.4. Các phương pháp khác………...…………………………………
1.4. Các phương pháp tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu………
1.4.1. Tính toán nền đắp trên đất yếu theo quan điểm tiền định…..
1.4.2. Sự cần thiết tính toán nền đắp trên đất yếu theo quan điểm

14
15
16
16
16

của lý thuyết độ tin cậy……………………………………………
1.4.2.1. Những vấn đề còn tồn tại của phương pháp các trạng

22

thái giới hạn…………………...………………………………. 22
1.4.2.2. Sự cần thiết tính kiểm tra ổn định của nền đắp trên
đất yếu theo lý thuyết độ tin cậy……………………………. 23
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
THEO TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH VÀ THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN
25
CẬY..................................................................................................................

2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán tiền định nền đắp trên đất yếu.............. 25
2.2. Tính toán nền đắp trên đất yếu theo Tiêu chuẩn hiện hành…..... 36
2.2.1. Các Tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu hiện hành…...………… 36
2.2.2. Tính toán ổn định của nền đắp trên đất yếu về trượt trụ
tròn………………………………………………………………….. 37
2.2.3. Tính toán ổn định của nền đắp trên đất yếu về lún trồi……. 42
2.3. Tính toán nền đắp trên đất yếu theo lý thuyết độ tin cậy……….. 43
2.3.1. Nguyên tắc tính toán nền đắp trên đất yếu theo lý thuyết độ
tin cậy [4]…………………………………………………….. 43

-1-


2.3.2. Phương pháp tính toán độ tin cậy về ổn định của nền đắp
trên đất yếu...............................................................................
2.3.3. Phương pháp mô hình hóa thống kê từng bước trong tính
toán độ tin cậy của công trình.................................................
2.3.4. Độ tin cậy về ổn định của nền đắp trên đất yếu về trượt sâu.
2.3.4.1. Thuật toán tiền định.......................................................
2.3.4.2. Quá trình mô hình hóa thống kê....................................
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
TRONG CÔNG TRÌNH CỤ THỂ.....................................................................
3.1. Giới thiệu về công trình “Gói thầu số 7 (km 0+00 ÷ km 2+00) –
Đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây”.............
3.2. Tài liệu về công trình nền đắp trên đất yếu…………………...….
3.2.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo………………...……………………
3.2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn……………………………………….
3.2.3. Đặc điểm địa chất khu vực………………………………………..
3.2.4. Đặc điểm địa chất công trình nền đường...……………………
3.3. Tính toán ổn định của nền đắp trên đất yếu theo Tiểu chuẩn

45

hiện hành…...……………………………………………………….
3.3.1. Tính toán ổn định của nền đắp trên đất yếu về lún

64

trồi…………………………………………………………….……...
3.3.2. Tính toán ổn định của nền đắp trên đất yếu về trượt trụ

64

48
52
52
55
59
59
60
60
60
61
61

tròn………………………………………………………………….. 65
3.4. Tính toán độ tin cậy về ổn định của công trình nền đắp trên đất
yếu…………………………………………………………………... 68
3.5. Phân tích các kết quả tính toán……………..………
82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 86
Kết luận…………………………………………………………………... 86
Kiến nghị…………………………………………………………………. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 88
PHỤ LỤC. TRÌNH TỰ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ỔN ĐỊNH NHỎ NHẤT K MIN VÀ
MẶT TRƯỢT TRÒN NGUY HIỂM NHẤT THEO PHẦN MỀM GEOSLOPE…………………………………………………………………………... 90
.

-2-


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các phá hoại dạng mặt trượt trụ tròn.
Hình 1.2. Phá hoại của nền đắp do lún trồi.
Hình 1.3. Nguyên tắc xây dựng nền đắp theo giai đoạn
Hình 1.4. Xây dựng theo giai đoạn - Sơ đồ xét tới việc tăng lực dính do cố kết
Hình 2.1. Các mặt trượt có bán kính và cung trượt khác nhau
Hình 2.2. Phân tích ứng suất tổng φu = 0
Hình 2.3. Ảnh hưởng của khe nứt căng trong phân tích ứng suất tổng
Hình 2.4. Phương pháp phân mảnh
Hình 2.5. Sơ đồ tác dụng của các lực
Hình 2.6. Mảnh đơn giản hóa của Bishop
Hình 2.7. Sơ đồ các dạng mất ổn định của nền đắp trên đất yếu do trượt
Hình 2.8. Sơ đồ xác định hệ số Kminmin theo phương pháp mò tìm

-3-


Hình 2.9. Sơ đồ tính toán ổn định trượt theo phương pháp Bishop
Hình 2.10. Sơ đồ mất ổn định của nền đắp trên đất yếu do lún trồi

Hình 2.11. Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải Nc của nền đất yếu
Hình 2.12. Sơ đồ tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu
Hình 3.1. Bản đồ hướng tuyến Đường cao tốc TP. Hồ Chí Minh – Long Thành –
Dầu Giây
Hình 3.2. Mặt cắt ngang điển hình tính toán
Hình 3.3. Kiểm toán ổn định nền đường với trường hợp chiều dày lớp đất yếu H1 =
10m. Hệ số ổn định Kmin = 1,218
Hình 3.4. Kiểm toán ổn định nền đường với trường hợp chiều dày lớp đất yếu H1 =
6m. Hệ số ổn định Kmin = 1,255
Hình 3.5. Kiểm toán ổn định nền đường với trường hợp chiều dày lớp đất yếu H1 =
12m. Hệ số ổn định Kmin = 1,219
Hình 3.6. Sơ đồ tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu tại Gói thầu số 7 – Đường
cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây
Hình 3.7. Chương trình tính toán tiền định
Hình 3.8. Số liệu tính toán tiền định
Hình 3.9. Kết quả tính toán tiền định
Hình 3.10. Số liệu tính toán xác suất
Hình 3.11. Kết quả tính toán xác suất
Hình 3.12. Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê của: a) mômen chống trượt Mg;
b) mômen gây trượt Mtr , khi φ1 = 150 (bảng 3.6)
Hình 3.13. Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê của
mômen chống trượt Mg khi: a) φ1 = 250 ; b) φ1 = 450 (bảng 3.6)
Hình 3.14. Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê của mômen chống trượt Mg khi:
a) φ2 = 5,150 ; b) φ2 = 7,150 (bảng 3.8)
Hình 3.15. Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê của mômen chống trượt Mg khi:
a) c1 = 25 kPa ; b) c1 = 35 kPa (bảng 3.7)
Hình 3.16. Biểu đồ thực nghiệm phân bố thống kê của mômen chống trượt Mg khi:
a) c2 = 11 kPa ; b) c2 = 14 kPa (bảng 3.9)
Hình 3.17. Biểu đồ quan hệ: 1- giữa hệ số ổn định KB và φ1 (a), KB và c1 (b);

-4-


2- giữa độ tin cậy P và φ1 (a), P và c1 (b)
Hình 3.18. Biểu đồ quan hệ: 1- giữa hệ số ổn định KB và φ2 (a), KB và c2 (b);
2- giữa độ tin cậy P và φ2 (a), P và c2 (b)
Hình 3.19. Minh họa phân bố thống kê của góc nội ma sát  2 và lực dính đơn vị c

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Thống kê sự phân bố của lớp 1
Bảng 3.2: Các đặc tính cơ lý của lớp 1
Bảng 3.3: Thống kê sự phân bố của lớp 2
Bảng 3.4: Các đặc tính cơ lý của lớp 2
Bảng 3.5: Các số liệu đưa vào tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu
Bảng 3.6: Kết quả tính toán khi cho giá trị φ1 thay đổi
Bảng 3.7: Kết quả tính toán khi cho giá trị c1 thay đổi
Bảng 3.8: Kết quả tính toán khi cho giá trị φ2 thay đổi
Bảng 3.9: Kết quả tính toán khi cho giá trị c1 thay đổi

-5-

2


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn,
PGS.TS. Nguyễn Văn Vi, cùng các Thầy, các Cô trong Khoa Công trình thủy, Viện
Đào tạo Sau đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo
điều kiện, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu.

Tôi cũng xin được tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và gia đình, sư
khích lệ động viên tạo điều kiện về vật chất cũng như tinh thần là một nguồn lưc to
lớn giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đê
hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật này.
Hải Phòng, ngày 06 tháng 09 năm 2015
Học viên

Vũ Văn Nghĩa

-6-


MỞ ĐẦU
1.1. Sự cần thiết của đề tài
Đất yếu là loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn, thường gặp ở nước
ta. Khi xây dưng nền đắp trên đất yếu nếu không được khảo sát, thiết kế cẩn thận
và có biện pháp xử lý thích đáng thì nền đắp xây dưng trên đó thường dễ mất ổn
định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh hưởng xấu đến việc khai thác và sử dụng mặt
nền.
Đã có nhiều phương pháp được nêu ra đê tính toán ổn định và lún của nền đắp
trên đất yếu, trong đó có phương pháp đã được đưa vào Tiêu chuẩn hiện hành. Các
phương pháp này phản ảnh ở mức độ nào đó thưc trạng của công trình khi bị mất
ổn định. Tuy nhiên, các phương pháp này mang tính tiền định, không xét một cách
đầy đủ đặc tính ngẫu nhiên của các tham số tính toán của đất nền, đất đắp và các tải
trọng được đưa vào tính toán, cũng như không xét đến yếu tố thời gian. Do đó,
trong nhiều trường hợp, công trình nền đắp đã bị mất ổn định hoặc lún quá nhiều
gây hậu quả nghiêm trọng mặc dù việc thiết kế, thi công và khai thác công trình
nền đã tuân thủ nghiêm ngặt các Tiêu chuẩn, Quy phạm hiện hành.
Rõ ràng, cần phải xét đến đặc tính ngẫu nhiên của các tham số của đất và tải
trọng trong tính toán công trình nền đắp. Việc đánh giá an toàn của nền đắp trên đất

yếu xét đến đặc tính ngẫu nhiên của các tham số kê trên chỉ được giải quyết trên cơ

-7-


sở lý thuyết xác suất và độ tin cậy. Vì thế, đề tài “Nghiên cứu sự an toàn của nền
đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn hiện hành và theo lý thuyết độ tin cậy” có tính
cấp thiết và giải quyết vấn đề trên là mục đích của Luận văn này.
1.2. Mục đích của đề tài
So sánh sư an toàn của nền đắp trên đất yếu khi tính toán theo tiêu chuẩn hiện
hành và theo lý thuyết độ tin cậy, ứng dụng phương pháp trên đê tính toán nền đắp
trên đất yếu trong điều kiện cụ thê của một công trình.
1.3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu các tài liệu thí nghiệm từ
các nguồn khác nhau kết hợp với phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu ổn định về trượt sâu, về lún trồi
của công trình nền đắp trên đất yếu theo các Tiêu chuẩn hiện hành và theo lý thuyết
độ tin cậy.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần hoàn thiện cơ sở lý thuyết cho việc thiết
kế và thi công nền đắp trên đất yếu.
Ý nghĩa thực tiễn: Lý giải được những nguyên nhân xảy ra nhiều sư cố của
nền đắp trên đất yếu khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu đã tuân thủ
nghiêm ngặt các tiêu chuẩn hiện hành đê có giải pháp tránh được những sư cố này.

-8-


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

1.1. Khái niệm về đất yếu
Cho đến nay, khái niệm đất yếu chưa thật rõ ràng và thống nhất vì tùy theo
quy mô công trình và tải trọng tác dụng mà nền đất sẽ có mức độ tương tác với
công trình khác nhau. Có khi đất nền là yếu với cấp loại công trình này nhưng lại
không yếu với cấp loại công trình khác. Theo quan niệm của nhiều nhà khoa học về
địa kỹ thuật và về xây dưng, đất yếu thường được hiêu như sau [2], [13]:
Đất yếu là loại đất có độ ẩm lớn hơn 80%, mô đun biến dạng thấp, với khoảng
áp lưc (0,05÷0,3) MPa thì E0 ≤ 5 MPa.
Đất yếu là đất có khả năng chịu tải thấp, khoảng(0,05÷0,1) MPa.
Góc ma sát trong của đất φ = 20÷100, lưc dính đơn vị khoảng (0,002÷0,03)
MPa.
Tính biến dạng lớn, trong thế nằm tư nhiên đất yếu có mật độ không lớn – khi
tải trọng (0,1÷0,15) MPa thì độ lún của đất có thê đạt đến (10÷15)% chiều dày của
lớp đất. Thông thường, hệ số rỗng của các đất yếu e > 1,0.
Quá trình cố kết của đất yếu diễn ra trong khoảng thời gian rất dài. Do khả
năng thấm nhỏ, hệ số thấm dao động trong khoảng (10 ‒6÷10‒9) cm/s, nên độ lún
cuối cùng của công trình kéo dài có khi đến hàng chục năm.
Vì thế, nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dưng công trình
trên đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thê thưc hiện được.
Theo 22TCN 262-2000 [1], tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thế
có nguồn gốc khoáng vật hoặcnguồn gốc hữu cơ.
Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở
ven biên, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thê lẫn hữu cơ
trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thê tới 10 - 12 %) nên có thê có
mầu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất y ếu nếu ở

-9-


trạng thái tư nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số

rỗng lớn (sét e ≥ 1,5 , á sét e ≥ 1), lưc dính с theo kết quả cắt nhanh không thoát
nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát φ từ 00 – 100 hoặc lưc dính từ kết
quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường сu ≤ 0,35 daN/cm2.
Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thê hình thành đất yếu dưới dạng bùn
cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8).
Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng
thường xuyên, mưc nước ngầm cao, tại đây các loài thưc vật phát triên, thối rữa và
phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này
thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường
có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thưc vật).
1.2. Những sự cố thường xảy ra của nền đắp trên đất yếu
Nền đắp trên đất yếu thường được thi công nhanh, do đó ứng suất trong đất
yếu cũng như áp lưc nước lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho cường độ kháng
cắt của đất trở nên không kịp đủ cân bằng với ứng suất cắt do tải trọng gây ra trong
khối đất.
Đó là lý do làm cho nền đắp trên đất yếu dễ bị phá hoại trong quá trình xây
dưng, và là những phá hoại trước mắt.
Sau khi xây dưng, áp lưc nước lỗ rỗng giảm xuống, cường độ kháng cắt tăng
lên và độ ổn định của nền được cải thiện.
Tương quan τmax= C’ + (σ – u)tgφ’ giữa cường độ kháng cắt τmax của đất với
ứng suất có hiệu σ’= σ – u cho phép ta giải thích hiện tượng trên.
Từ những điều trên và kinh nghiệm cho thấy các hư hỏng của nền đắp trên đất
yếu thường là các phá hoại do trượt quay với cung trượt tròn.
Trong các trường hợp đặc biệt, nền đất thiên nhiên rất đồng nhất hoặc đáy nền
đất được tăng cường thì cơ cấu của sư phá hoại là cơ cấu phá hoại của đất nền chịu
tác dụng của một móng nông. Trong trường hợp này đất nền sẽ bị phá hoại theo
kiêu lún trồi và việc tính toán độ ổn định được tiến hành như tính móng nông cổ
điên.
1.2.1. Phá hoại do trượt trụ tròn
Kiêu phá hoại này thường gặp trong xây dưng đường do dạng hình học thông

thường của nền đắp. Một mặt trượt dạng trụ tròn được sinh ra do nền đắp bị lún cục

-10-


bộ (h. 1.1). Hậu quả của sư lún này là một bộ phận của nền đắp và đất nền thiên
nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyên vị và có hình dạng thay đổi theo tính
chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp. Đê tính toán, trong các
trường hợp đơn giản nhất thường xem mặt phá hoại tương tư một mặt trụ tròn và sư
trượt được gọi là trượt trụ tròn.
Sư phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền quá cao là một
hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong một
thời gian ngắn.

Hình 1.1. Các phá hoại dạng mặt trượt trụ tròn.
a) Có mặt nứt do kéo trong nền đắp; b) Không có mặt nứt kéo trong nền đắp.
1.2.2. Phá hoại do lún trồi
Toàn bộ nền đắp lún võng vào nền đất yếu đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ
đất gần chân taluy (h.1.2).

-11-


Hình 1.2. Phá hoại của nền đắp do lún trồi.
1.3. Các giải pháp khắc phục các sự cố của nền đắp trên đất yếu
Khi kết quả tính toán kiêm tra ổn định cho thấy không thê đạt được một hệ số
an toàn lớn hơn hoặc bằng hệ số an toàn cho phép trong Tiêu chuẩn (K = 1,5) ứng
với chiều cao nền đắp sẽ xây dưng thì phải áp dụng các biện pháp cải thiện điều
kiện ổn định.
Các biện pháp này gồm có việc sửa chữa hình học của công trình, xây dưng

nền đắp theo giai đoạn, cải thiện (hoặc tăng cường) đất yếu. Các giải pháp khác
như tăng cường đáy nền đắp, dùng vật liệu nhẹ,… thường ít được dùng.
1.3.1. Sửa chữa hình học
Sửa chữa hình học bao gồm việc thay thế đất yếu hoặc sửa chữa kích thức nền
đắp. Cường độ kháng cắt của đất thấp nhất ở bề mặt, có thê cải thiện độ ổn định
bằng cách thay một số mét đầu tiên của đất yếu bằng một chiều dày tương đương
các vật liệu rời rạc.
Giải pháp thay đất cũng làm giảm độ lún đáng kê.
Phải đánh giá lợi ích của công tác sửa chữa hình học về giá thành, cũng như
về việc tăng hệ số an toàn.
Có thê sửa đối kích thước hình học của nền đắp theo hướng tăng độ ổn định
bằng việc giảm độ dốc mái taluy. Tuy nhiên, nếu giảm độ dốc mái taluy quá 1/3 thì
không cải thiện được độ ổn định so với làm bệ phản áp, hơn nữa không phải ở vị trí
nào cũng cho phép giảm độ dốc mái taluy.

-12-


1.3.2. Xây dựng theo giai đoạn
Xây dưng theo giai đoạn là tiến hành đắp nền đến một chiều cao đầu tiên sao
cho hệ số an toàn F ≥ 1,5 và chờ cho đất yếu cố kết (cải thiện cường độ kháng cắt).
Trong giai đoạn cố kết, hệ số an toàn tăng lên khi tải trọng không đổi. Như vậy có
thê đắp nền thêm một chiều cao mới đê giảm hệ số an toàn đến trị số tối thiêu là 1,5
và lặp lại quá trình một số lần cần thiết.
Do thời gian cố kết cần thiết giữa hai giai đoạn khá dài nên hiếm khi đắp nền
đường đến ba giai đoạn.
Thời gian thi công giảm đáng kê nếu làm đường thấm thẳng đứng.
Việc tính toán kiêm tra độ ổn định trước khi đắp một lớp nền mới được tiến
hành với ứng suất tổng, trên cơ sở của trị số lưc dính không thoát nước được tăng
lên do cố kết và được xác định theo một trong hai phương pháp sau:

- Đo bằng thiết bị cắt cánh hiện trường – Đưa trưc tiếp trị số đo được vào tính
toán không cần điều chỉnh, tải trọng của nền đắp có tác dụng phá hoại kết cấu của
đất sét và giảm bớt vai trò của các nhân tố điều chỉnh của Bjerrum. (???)
- Đánh giá độ tăng của lưc dính không thoát nước – độ tăng này có thê tính
bằng số theo công thức:
ΔCu = Δσ’tgφcu.
Dưới tim nền đường đắp Δσ’= Δσ.U, với Δσ là tổng ứng suất do nền đắp gây
ra và U là độ cố kết được đánh giá hoặc xác định theo kết quả đo áp lưc nước lỗ
rỗng tại chỗ.

Hình 1.3. Nguyên tắc xây dựng nền đắp theo giai đoạn

-13-


Hình 1.4. Xây dựng theo giai đoạn - Sơ đồ xét tới việc tăng lực dính do cố
kết
1.3.3. Cải thiện các tính chất của đất yếu
Có thê cải thiện tính chất của đất yếu do sư cố kết của khối đất dưới nền đắp
hoặc do tăng cường khối đất bằng các cột balat hoặc cột đất gia cố vôi, các cột này
còn có tác dụng thoát nước.
Sư cố kết của khối đất yếu xảy ra dưới tác dụng của các ứng suất do nền đắp
gây ra. Khi các điều kiện về ổn định và thời hạn thi công cho phép, có thê xây dưng
nền đắp đến một chiều cao lớn hơn chiều cao của thiết kế và như vậy đã tác dụng
thêm một gia tải đê tăng nhanh độ lún. Trong trường hợp chung, thời gian cố kết sẽ
rất dài, có thê đến vài năm hoặc vài thập kỷ. Như vậy cần tăng nhanh hiện tượng cố
kết bằng cách làm đường thấm thẳng đứng đê giảm chiều dài của đường thoát
nước. Cũng có thê tăng nhanh cố kết bằng phương pháp cố kết động tức là thả rơi
các vật nặng trên mặt nền sau khi làm đường thấm thẳng đứng.
Cũng có thê tăng cường khối đất yếu bằng các cột vật liệu có cường độ tốt

hơn đất thiên nhiên tại chỗ. Hai kỹ thuật đã được sử dụng là:
- Cột balat: Thay cục bộ đất yếu bằng các cột vật liệu hạt đã đầm chặt.
- Cột đất gia cố vôi: Trộn vôi sống với đất sét tại chỗ làm tăng đáng kê các
tính chất của đất sét mềm.

1.3.4. Các phương pháp khác

-14-


Tăng cường đáy nền đắp bằng các vật liệu thiên nhiên (bó cành cây, tre,…)
hoặc các thảm vật liệu thấm tổng hợp (geotextiles), hoặc có thê sử dụng vải địa kỹ
thuật rải trên mặt đất yếu trước khi đắp.
Đắp bằng vật liệu nhẹ: Puzulan, trấu nung, vỏ sò, khối polystyren kết cấu tổ
ong.
Xây dưng nền đắp trên các cọc cát.
1.4. Các phương pháp tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu
1.4.1. Tính toán nền đắp trên đất yếu theo quan điểm tiền định
Trong hơn nửa thế kỷ qua, việc thiết kế các công trình và nền của chúng chủ
yếu dưa trên cơ sở phương pháp các trạng thái giới hạn hoặc các phương pháp tương
tư [4]. Theo phương pháp các trạng thái giới hạn, một hệ số an toàn duy nhất của
phương pháp tải trọng phá hoại đã được thay bằng hàng loạt các hệ số, xét đến các
yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến trạng thái của 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 trọng);
– các hệ số điều kiện làm việc của kết cấu và các cấu kiện của nó;
– hệ số độ chính xác của các thao tác công nghệ;
– hệ số độ tin cậy về tính chất quan trọng của kết cấu.
Đã có sư thay đổi các tiêu chí đánh giá độ bền và các tính chất khác của kết
cấu. Việc thiết kế, xây dưng và khai thác công trình cần phải được thưc hiện sao cho

không đê xảy ra các trạng thái giới hạn của nó. Trạng thái của kết cấu, mà với trạng
thái ấy kết cấu không thê thoả mãn các yêu cầu khai thác, được gọi là trạng thái giới
hạn. Các trạng thái giới hạn có thê xảy ra của các kết cấu và nền của chúng được chia
thành các nhóm. Khi đó độ bền của kết cấu trở thành một tính chất riêng, và đã xuất
hiện trường hợp, khi mà kết cấu đủ bền nhưng không thê tiếp tục khai thác được vì
đạt đến các trạng thái giới hạn khác (ví dụ, do nguyên nhân độ võng lớn hoặc bề rộng
vết nứt mở rộng quá mức cho phép) [4].
Các trạng thái giới hạn được chia thành hai nhóm.

-15-


Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất bao gồm những trạng thái giới hạn dẫn tới
bất lợi hoàn toàn cho khai thác công trình, nền hoặc dẫn tới phá hoại hoàn toàn
(hoặc một phần) khả năng chịu tải. Những trạng thái giới hạn này có thê xem như
những trạng thái giới hạn tuyệt đối. Chúng được đặc trưng bởi: sư phá hoại có đặc
trưng bất kỳ (ví dụ dẻo, giòn, mỏi); mất ổn định hình dạng dẫn đến bất lợi hoàn
toàn khi khai thác; mất ổn định vị trí; chuyên sang hệ biến hình; thay đổi chất
lượng kết cấu; những hiện tượng khác nhau khi đó buộc phải ngừng khai thác.
Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai bao gồm các trạng thái giới hạn gây khó
khăn cho khai thác bình thường công trình hoặc nền, làm suy giảm tuổi thọ của
công trình so với thời hạn phục vụ đã được thiết lập khi thiết kế. Những trạng thái
giới hạn này có thê xem như trạng thái giới hạn chức năng. Chúng được đặc trưng
bởi: sư đạt đến chuyên vị giới hạn của kết cấu hoặc biến dạng giới hạn của nền;
mức dao động của giới hạn kết cấu hoặc hoặc nền; mất ổn định hình dạng dẫn đến
khó khăn cho khai thác bình thường, cũng như các hiện tượng khác, khi đó buộc
phải giảm tạm thời thời hạn phục vụ.
Cũng cần bổ sung khi giới thiệu nội dung mới là: cùng với những khái niệm
và khả năng chịu tải và tính thích hợp cho khai thác thì khái niệm sức sống cũng
xác định thêm một nhóm các trạng thái giới hạn mới. Sức sống được xem là tính

chất bảo tồn khả năng thưc hiện các chức năng chủ yếu của hệ dưới tác dụng của
những nhiễu loạn mang tính thảm họa, mà không được phép phát triên các nhiễu
loạn và các sư cố theo kiêu dòng thác [8].
Vì thế, trong nhiều trường hợp, có thê bổ sung nhóm các trạng thái giới hạn
thứ ba. Nhóm các trạng thái giới hạn thứ ba ‒ theo sức sống ‒ bao gồm các trạng
thái giới hạn được đặc trưng bởi sư phát triên các phá hoại có dạng dòng thác dẫn
đến loại bỏ hoàn toàn các thành phần của hệ. Nguyên nhân của sư phát triên tương
tư có thê là những tác động có tính thảm họa, cũng như những sai lầm đáng tiếc khi
thi công hoặc khi khai thác. Việc tính toán theo trạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ
ba chính là đảm bảo khả năng chịu tải của công trình khi loại ra khỏi sơ đồ tính

-16-


toán một hoặc một số bộ phận chịu tải, hoặc khi hình thành một số tải trọng, dạng
nhiễu loạn có thê phải được ghi vào nhiệm vụ thiết kế.
Việc tính toán theo các trạn thái giới hạn nhằm đảm bảo sư tin cậy của công
trình trong cả vòng đời phục vụ của chúng, cũng như trong quá trình xây dưng.
Những điều kiện bảo đảm độ tin cậy chính là đảm bảo các giá trị tính toán của tải
trọng hoặc nội lưc, ứng suất, biến dạng, chuyên vị do chúng gây ra không vượt qua
các giá trị giới hạn tương ứng được xác định trong các tiêu chuẩn hiện hành thiết kế
nền.
Điều kiện tổng quát không vượt qua các trạng thái giới hạn có thê biêu diễn
dưới dạng [4],[8]:
G( aiFp, biRp, γn, , γa,γd, C) ≥ 0,

(1.1)

trong đó : Fp – là giá trị tính toán của tải trọng , a iFp – là hiệu ứng tải trọng (đó là
nội lưc, ứng suất, biến dạng, chuyên vị, ...), a i – là hàm của các tham số hình học và

vật lý của kết cấu, Fp= γfFH, γf – là hệ số tin cậy về tải trọng, F H – là giá trị tiêu
chuẩn của tải trọng; Rp – là giá trị tính toán của sức bền vật liệu, b iRp– là khả năng
chịu tải của kết cấu, bi là hàm của các tham số thiết diện ngang,… R p= RH/γm, ,γm –
là hệ số độ tin cậy về vật liệu, RH – là giá trị tiêu chuẩn của sức bền vật liệu; γ n – là
hệ số tin cậy về ý nghĩa và tính chất quan trọng của kết cấu (là hệ số “tầm quan
trọng” trong các tiêu chuẩn của các nước); γ d – là hệ số điều kiện làm việc. γa– là hệ
số độ chính xác; C – là hằng số bao gồm những ràng buộc được chọn trước, được
cho với một số các giới hạn trạng thái giới hạn, điều kiện xác định biên của vùng
trạng thái cho phép của công trình.
Các yếu tố đa dạng, phong phú mà trạng thái của công trình phụ thuộc vào
chúng, được đưa vào (1.1), có thê phân chia ra một cách giả định làm hai nhóm.
Nhóm thứ nhất là các yếu tố phụ thuộc vào tính chất của bản thân công trình, nhóm
thứ hai là các yếu tố phụ thuộc chủ yếu vào các tác động bên ngoài.
Các đại lượng tính toán cũng được phân chia thành hai nhóm như vậy, vì phần
lớn các trường hợp giữa chúng không có mối liên hệ tương quan. Mặc dù có thê

-17-


dẫn ra các ví dụ về sư ảnh hưởng lẫn nhau của các yếu tố của hai nhóm này, xong
phổ biến hơn cả là trường hợp giữa chúng có tính độc lập.
Khi đó đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất, điều kiện (1.1) có thê được
biêu diễn bởi mối quan hệ [8]:
γngF( aiFp, γa, γd,) ≤ gR(biRp),

(1.2)

tức là nội lưc trong nền không được vượt quá sức chịu tải.
Đối với nhóm các trạng thái giới hạn thứ hai, điều kiện (1.1) có thê viết dưới
dạng [8]:

γngF( aiFp, γa, γd,) ≤ C.

(1.3)

Khi thiết kế công trình cần phải xem xét các tình huống tính toán, là tập hợp
các điều kiện xác định các yêu cầu tính toán đối với công trình đang xét. Có thê xét
những tình huống tính toán sau đây :
 Tình huống xác lập có thời gian tồn tại trong khoảng thời hạn phục vụ hoặc
chu trình vòng đời của đối tượng xây dưng;
 Tình huống chuyên tiếp có thời gian tồn tại không lớn hơn so với thời hạn
phục vụ của đối tượng xây dưng;
 Tình huống hư hỏng có xác suất xuất hiện nhỏ và thời gian tồn tại không
lớn, nhưng là tình huống rất quan trọng xét về góc độ hậu quả khi đạt đến các trạng
thái giới hạn có thê xảy ra trong tình huống đó .
Những tình huống tính toán được đặc trưng bởi các sơ đồ tính toán, dạng và
giá trị của tải trọng, giá trị các hệ số tin cậy, danh mục giới hạn cần phải xem xét
trong tình huống này.
Các tham số của sức chịu đưng của vật liệu chịu tác động của tải trọng, được
xác định trong các tiêu chuẩn thiết kế – là những giá trị tiêu chuẩn của sức bền có
tính đến độ biến động ngẫu nhiên của các tính chất cơ học của vật liệu. Người ta
thừa nhận rằng, suất bảo đảm của các giá trị tiêu chuẩn của sức bền không được
nhỏ hơn 0.95. Giá trị tiêu chuẩn của sức bền vật liệu thường cho phép lấy bằng giá

-18-


trị đặc trưng kiêm tra hoặc đặc trưng hư hỏng, được chỉ ra trong các tài liệu tiêu
chuẩn tương ứng về vật liệu.
Ngoài những giá trị tiêu chuẩn của sức bền vật liệu – như mô đun đàn hồi, hệ
số ma sát, lưc dính, từ biến, độ sụt lún,… được lấy theo giá trị trung bình của các số

liệu thống kê.
Nếu các đại lượng đặc trưng cho tính chất của vật liệu và đất nền là những
hàm của các đại lượng khác hoặc được tìm ra từ những quan hệ tương quan của
chúng, thì các giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng của vật liệu và đất nền có thê
nhận được bằng tính toán có thê sử dụng các quan hệ được cho trong các tiêu chuẩn
thiết kế.
Độ lệch có thê của sức bền và các đặc trưng khác của vật liệu và đất nền về
phía bất lợi so với giá trị tiêu chuẩn được xem xét đến bằng các hệ số tin cậy về vật
liệu và đất nền γm, được xác định trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền tùy
thuộc vào tính chất của vật liệu và đất nền, tính biến động thống kê của chúng (với
suất bảo đảm tùy thuộc vào dạng trạng thái giới hạn), cũng còn xét đến các yếu tố
không thê khẳng định bằng cách thống kê (đặc biệt là đặc trưng phá hoại vật liệu,
dung sai chiều dầy thép cán, kinh nghiệm thưc tế,…).
Giá trị tính toán của sức bền vật liệu hoặc giá trị tính toán của đặc trưng của
đất được gọi là giá trị sức bền hoặc đặc trưng nhận được bằng cách chia giá trị tiêu
chuẩn của sức bền RH hoặc giá trị đặc trưng cho hệ số tin cậy về vật liệu và đất nền
γm. Cho phép xác định các giá trị tính toán khác của đặc trưng vật liệu bằng cách
chia các giá trị tiêu chuẩn của chúng cho hệ số tin cậy của sức bền vật liệu.
Giá trị tiêu chuẩn RH của tải trọng và tác động là những đặc trưng chủ yếu của
tải trọng, giá trị của chúng và việc phân loại chúng cho các tiêu chuẩn về tải trọng.
Hệ số tin cậy về tải trọng γf là hệ số xét đến những sai lệch bất lợi có thê của
các tác động (tải trọng là một dạng riêng của tác động) so với giá trị tiêu chuẩn của
nó do tính biến động của tải trọng hoặc do sư sai lệch so với điều kiện khai thác
bình thường gây ra. Nhân hệ số này với giá trị tiêu chuẩn của tác động F H đê nhận

-19-


được giá trị tính toán của nó F p. Khi có những tài liệu thống kê, cho phép xác định
trưc tiếp các giá trị tính toán của tải trọng theo xác suất đã vượt qua chúng. Giá trị

của hệ số này cũng như các giá trị tiêu chuẩn của các tác động được xác định từ
những nghiên cứu bản chất của các tác động và phân tích các tài liệu thống kê về
chúng. Giá trị hệ số γfcó thê khác nhau đối với các trạng thái giới hạn khác nhau và
các tình huống tính toán khác nhau. Khi xác định các giá trị tiêu chuẩn và các giá
trị tính toán của tải trọng thay đổi theo thời gian, cho phép xét đến thời hạn phục vụ
ấn định trước của nhà hoặc công trình.
Hệ số xác định γa là hệ số xét đến những sai lệch bất lợi có thê của các đặc
trưng hình học (kích thước các bộ phận của kết cấu, sư bố trí tương hỗ lẫn nhau của
chúng, độ võng ban đầu,…) so với các giá trị tính toán tiêu chuẩn của chúng. Nhân
hệ số này với giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng hình học đê nhận được giá trị tính
toán của nó. Phần lớn các trường hợp, thay cho hệ số độ chính xác, trong các tiêu
chuẩn có sử dụng yếu tố bổ sung được thêm vào các giá trị tiêu chuẩn và đóng vai
trò như hệ số chính xác. Trong một số trường hợp, độ sai lệch của kích thước hình
học được xét đến bằng hệ số về vật liệu. Giá trị hệ số chính xác và các yếu tố bổ
sung được xác định trên cơ sở nghiên cứu các điều kiện chế tạo và lắp dưng kết cấu
(có xét đến những quy tắc tiêu chuẩn hóa dung sai và kiêm tra chất lượng) và phân
tích các tài liệu thống kê về các đặc trưng hình học tương ứng.
Hệ số điều kiện làm việc (hệ số mô hình) γ d là hệ số phản ánh các yếu tố làm
đơn giản hóa mô hình tính toán, không được xét một cách trưc tiếp.
Hệ số tin cậy γn (hệ số trách nhiệm, hệ số quan trọng) là hệ số về ý nghĩa, nó
xét đến tầm quan trọng của công trình và ảnh hưởng của chúng đến mức tin cậy yêu
cầu, nó được đưa vào bất phương trình cơ bản (1.1) và là những yêu cầu chủ yếu
của phương pháp các trạng thái giới hạn. Các yêu cầu đó là nội lưc trong các bộ
phận kết cấu hoặc giá trị tính toán của tải trọng tác động lên toàn bộ công trình, đã
xét đến tất cả các hệ số, không được vượt quá khả năng chịu tải của các bộ phận
công trình hoặc toàn bộ công trình, trong đó khả năng cũng đã xét đến những hệ số
tương ứng. Hệ số này được nhân với hiệu ứng tải trọng.

-20-

Giá trị hệ số tin cậy về ý nghĩa γ n được xác định tùy thuộc vào mức độ quan
trọng của nhà và công trình được phân cấp. Ví dụ như trong tài liệu kỹ thuật
chuyên ngành đã xác định được ba mức quan trọng (cấp 1 – là cấp có mức độ quan
trọng cao, cấp 2 – là cấp bình thường, cấp 3 – là mức thấp).
Từ điều vừa trình bày cho thấy rằng phương pháp các trạng thái giới hạn có
hai đặc trưng :
 Thứ nhất là từ tập hợp các trạng thái có thê của kết cấu chỉ chọn những
trạng thái giới hạn, nghĩa là những trạng thái, khi kết cấu không còn thỏa mãn các
yêu cầu khai thác đã cho. Đối với các trạng thái này các điều kiện không đạt đến nó
được viết ra.
 Thứ hai, tất cả những đại lượng xuất phát đều có bản chất ngẫu nhiên
(nghĩa là những đại lượng ấy có thê lấy ra những giá trị khác nhau với xác suất
khác nhau) được thê hiện trong các tiêu chuẩn thiết kế bởi những giá trị tiêu chuẩn
tiền định, còn ảnh hưởng của độ biến động của chúng đến độ tin cậy của kết cấu
được xét đến bởi các hệ số tin cậy. Mỗi hệ số xét đến độ biến động chỉ của một đại
lượng xuất phát, nghĩa là độ tin cậy sẽ phụ thuộc vào đạo hàm riêng của hàm này
theo các biến tương ứng, Vì vậy, các hệ số này cũng được gọi là những hệ số tin
cậy riêng.
 Phương pháp các trạng thái giới hạn về hình thức là tiền định. Tuy nhiên,
nó có thê được dùng làm cơ sở xác suất với mức tin cậy bất kỳ. Mức tin cậy tùy
thuộc vào mức tin cậy của thủ tục được sử dụng đê lưa chọn các giá trị của các hệ
số độ tin cậy. Những thủ tục này dưa trên kinh nghiệm thiết kế có sử dụng những
kết quả nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy của công trình [8].
1.4.2. Sự cần thiết tính toán nền đắp trên đất yếu theo quan điểm của lý
thuyết độ tin cậy
1.4.2.1. Những vấn đề còn tồn tại của phương pháp các trạng thái giới hạn.
Trước hết, quan hệ giữa các hàm độ bền R và hàm nội lưc S với các biến cơ
bản (các tham số đầu vào) là các quan hệ đơn định hay tiền định. Các tham số tính
toán được coi là các đại lượng không đổi, không phải là các đại lượng ngẫu nhiên,

trong khi các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra bản chất chúng là các đại lượng ngẫu

-21-


nhiên, phân tán theo quy luật phân bố nhất định và chủ yếu phân bố theo quy luật
chuẩn hoặc gần chuẩn [4], [6], [14].
Các hệ số về vật liệu và tải trọng từ công thức (1.1) là γ f, γm ,… được sử dụng
trong phương pháp các trạng thái giới hạn thưc tế có tính thống kê lại có giá trị
không đổi.
Các hệ số điều kiện làm việc và hệ số tính chất quan trọng của kết cấu và nền
là các giá trị đã được định trước và được lấy chủ yếu theo kinh nghiệm nhiều năm
thiết kế và khai thác các công trình tương tư [4].
Phương pháp các trạng thái giới hạn không xét được yếu tố thời gian, các hệ
số được đưa vào với hàm ý kê đến yếu tố thời gian chỉ mang tính ước lệ, không rõ
ràng.
1.4.2.2. Sự cần thiết tính kiểm tra ổn định của nền đắp trên đất yếu theo lý
thuyết độ tin cậy.
Những nhược điêm của phương pháp các trạng thái giới hạn là rõ ràng và vẫn
chưa khắc phục được. Vào giai đoạn gần đây nhất, sư phát triên phương pháp tính
kết cấu xây dưng và nền theo các trạng thái giới hạn được đặc trưng bởi sư thường
xuyên làm chính xác hơn các nội dung tính toán riêng biệt và các hệ số kinh
nghiệm mà không có sư thay đổi các tiêu chí đánh giá chất lượng kết cấu và nền.
Tuy nhiên, việc làm chính xác hơn các nội dung và các hệ số chỉ đạt đến một giới
hạn nào đó, còn sau đó thì hoặc là không hiệu quả, hoặc là không an toàn [15].
Đê khắc phục vấn đề vừa nêu, hiện nay trên thế giới đã hình thành một hệ
thống các phương pháp tính toán theo quan điêm mới, đó là tính kết cấu công trình
và nền theo lý thuyết xác suất và lý thuyết độ tin cậy. Lý thuyết tính toán mới trên
cở sở vẫn dưa vào các tiêu chuẩn hiện hành ở phần các điêm xuất phát, các điều
kiện làm việc và sơ đồ tính, cũng như lưa chọn mô hình xác suất nhưng vẫn xét đến

và sử dụng các thuật toán tiền định. Có nghĩa là, phương pháp giải theo xác suất
không thê thay thế hoàn toàn cho cách giải bài toán tiền định [4].
Rõ ràng, cũng như các dạng công trình khác, trạng thái phức tạp của nền đắp
trên đất yếu, phụ thuộc vào các tham số có bản chất ngẫu nhiên, không thê được

-22-


miêu tả một cách thích hợp trong khuôn khổ các quan hệ hàm số với tính đơn trị và
tiền định.
Vì thế, đề tài “Nghiên cứu sự an toàn của nền đắp trên đất yếu theo tiêu
chuẩn hiện hành và theo lý thuyết độ tin cậy” đã được đặt ra đê nghiên cứu.
Nội dung của Luận văn không có tham vọng giải quyết hết các vấn đề liên
quan đến an toàn của công trình nền đắp trên đất yếu, mà chỉ tập trung nghiên cứu,
tính toán tiền định theo Tiêu chuẩn hiện hành, cũng như tính toán xác suất về ổn
định trượt sâu và lún trồi. Đó cũng là mục đích của Luận văn.

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
THEO TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH VÀ THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY

-23-


2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán tiền định nền đắp trên đất yếu
Nền đất yếu là vùng đất yếu dưới nền đắp chịu tác động của nền đắp với tải
trọng ngoài tác dụng bên trên gây biến dạng và có thê gây mất ổn định cho nền.
Nhiệm vụ hàng đầu của việc thiết kế và xây dưng nền đắp trên đất yếu là bảo
đảm ổn định tổng thê cho nền đất yếu, tức là không đê xảy ra phá hoại theo dạng
trượt sâu và lún trồi trong thời gian xây dưng cũng như trong thời kỳ khai thác.
Mức độ ổn định của nền đất dưới nền đắp cao hay thấp hay không ổn định là tùy

thuộc vào mức độ xuất hiện vùng phá hoại với kích thước nhỏ hay lớn hay không
xuất hiện.
Khi tính toán nền đắp trên đất yếu về ổn định, có thê áp dụng các phương
pháp tính toán kiêm tra ổn định chung của mái dốc.
Đã có nhiều phương pháp tính kiêm tra ổn định chung của của công trình dạng
mái dốc hoặc nền đắp trên đất yếu được đề xuất, nhưng các phương pháp này đều
thuộc một trong hai nhóm [7]:
- Nhóm 1: Nhóm các phương pháp giả thiết trước hình dạng của mặt trượt và
coi khối trượt như một vật thê rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Các phương pháp
này dưa trên các tài liệu thưc nghiệm về hình dạng mặt trượt và nhiều kết quả quan
trắc các mặt trượt của mái dốc hay nền đắp trên đất yếu trong thưc tế mà đưa ra các
giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trượt và phương pháp tính toán tương ứng.
- Nhóm 2: Nhóm các phương pháp dưa vào lý thuyết cân bằng giới hạn của
các điêm trong khối đất. Các phương pháp thuộc nhóm này dưa vào giả thiết cơ bản
là, mọi điêm trong khối đất mái dốc hay nền đắp trên đất yếu phải thỏa mãn điều
kiện cân bằng giới hạn.
Nhóm phương pháp thứ 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 tạp, tốn
nhiều công sức nên nhóm phương pháp này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trong
thưc tế. Đại diện cho nhóm này là các phương pháp của W. Rankine, F. Kotter, V. V.
Xôcôlốvsky,…

-24-


Nhóm phương pháp giả 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 được
áp dụng phổ biến trong thưc tế do tính đơn giản và thiên về an toàn hơn so với các
phương pháp thuộc nhóm thứ hai. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc hay nền
đắp trên đất yếu dưa trên giả thiết mặt trượt trụ tròn đã được K. E. Pettecxon nêu ra

năm 1916, sau đó được phát triên bởi nhiều nhà khoa học khác như W. Fellenius, K.
Terzaghi, H. Krey-Bishop,… và được đánh giá là tương đối phù hợp với thưc tế. Vì
thế, dưới đây trình bày tóm tắt nguyên tắc tính toán theo các phương pháp giả định
trước mặt trượt, tính toán kiêm tra ổn định mái dốc theo phương pháp của K.
Terzaghi, và phương pháp đơn giản hóa của Bishop, được lấy với tính chất là thuật
toán tiền định làm cơ sở cho tính toán xác suất mái dốc, cũng như của nền đắp trên
đất yếu [7].
2.1.1. Nguyên tắc tính toán theo các phương pháp giả định trước mặt trượt.
Sư ổn định của nền đắp trên đất yếu phụ thuộc nhiều vào sư thay đổi của động
thái áp lưc nước lỗ rỗng. Trong khi thi công khối đắp, áp lưc nước lỗ rỗng sẽ tăng
lên và sau khi thi công, nó sẽ dần giảm xuống. Trong các rãnh hào, việc đào ban
đầu sẽ làm giảm áp lưc nước lỗ rỗng, nhưng khi có dòng thấm chúng sẽ dần tăng
lên. Ứng suất hiệu quả và do vậy độ bền chống cắt thường tỉ lệ nghịch với áp lưc
nước lỗ rỗng. Hệ số an toàn giới hạn (thấp nhất) vì thế đạt được trong khi thi công
hay sau khi thi công khối đắp sẽ dần lớn hơn, đất sẽ dần dần bền chắc hơn. Nghĩa
là, độ bền chống cắt trong khối đất sẽ tăng lên theo thời gian và hệ số an toàn cũng
vậy.
Bởi thế cần phải xem xét cả sư ổn định ngắn ngày (cuối thi công) và dài ngày.
Trong điều kiện ổn định ngắn ngày, sẽ là phù hợp nếu cho rằng là hoàn toàn không
thoát nước và độ bền chống cắt được cho bởi τ = cu (có nghĩa φu = 0).
Với bài toán dài ngày và bài toán có điều kiện biến đổi kéo dài sau khi kết
thúc thi công, phải yêu cầu phân tích ở dạng ứng suất hiệu quả. Những phương
pháp này có thê thưc hiện ở dạng phân tích cân bằng lưc hay cân bằng momen, với
mặt trượt phẳng, tròn hay mặt trượt thay đổi bất kỳ. Trong trường hợp với bài toán
phức tạp có thê dùng dùng phương pháp đường ứng suất và đường trượt. Chúng ta
xét một số trường hợp sau đây [3].

-25-