Nghiên cứu sự an toàn của nền đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn hiện hành và theo lý thuyết độ tin cậy_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 1 of 95.

MỞ ĐẦU
0.1. Sự cần thiết của đề tài
Đất yếu là loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn, thƣờng gặp ở nƣớc
ta. Khi xây dựng nền đắp trên đất yếu nếu không đƣợc khảo sát, thiết kế cẩn thận
và có biện pháp xử lý thích đáng thì nền đắp xây dựng trên đó thƣờng dễ mất ổn
định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh hƣởng xấu đến việc khai thác và sử dụng mặt
nền.
Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc nêu ra để tính toán ổn định và lún của nền đắp
trên đất yếu, trong đó có phƣơng pháp đã đƣợc đƣa vào Tiêu chuẩn hiện hành. Các
phƣơng pháp này phản ảnh ở mức độ nào đó thực trạng của công trình khi bị mất
ổn định. Tuy nhiên, các phƣơng 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 đƣợc đƣa vào tính toán, cũng nhƣ không xét đến yếu tố thời gian. Do đó,
trong nhiều trƣờng 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 kể trên chỉ đƣợc giải quyết trên cơ
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.
0.2. Mục đích của đề tài
Phân tích kết quả tính toán sự 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 phƣơng pháp trên
để tính toán nền đắp trên đất yếu trong điều kiện cụ thể của một công trình.
0.3. Phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài : Nghiên cứu các tài liệu thí nghiệm từ
các nguồn khác nhau kết hợp với phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết.

1
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 2 of 95.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài : Nghiên cứu ổn định về trƣợt 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.
0.4. 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 đƣợc những nguyên nhân xảy ra nhiều sự 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 để có giải pháp tránh đƣợc những sự cố này.

2
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 3 of 95.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
1.1. Khái niệm về đất yếu
Cho đến nay, khái niệm đất yếu chƣa thật rõ ràng và thống nhất vì tùy theo
quy mô công trình và t ải trọng tác dụng mà nền đất sẽ có mức độ tƣơng tác với
công trình khác nhau. Có khi đất nền là yếu với cấp loại công trình này nhƣng l ại
không yếu với cấp loại công trình khác. Theo quan niệm của nhiều nhà khoa học về

địa kỹ thuật và về xây dựng, đất yếu thƣờng đƣợc hiểu nhƣ sau [2], [13]:
Đất yếu là loại đất có độ ẩm lớn hơn 80%, mô đun biến dạng thấp, với khoảng
áp lực (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 υ = 2 0 ÷10 0, lực dính đơn vị khoảng (0,002÷0,03)
MPa.
Tính biến dạng lớn, trong thế nằm tự nhiên đất yếu có mật độ không lớn – khi
tải trọng (0,1÷0,15) MPa thì độ lún của đất có thể đạt đến (10÷15)% chiều dày của
lớp đất. Thông thƣờng, hệ số rỗng của các đất yếu e > 1,0.
Quá trình cố kết của đất yếu diễn ra trong kho ảng 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 dựng công trình
trên đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện đƣợc.
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 thƣờng là sét hoặc á sét trầm tích trong nƣớc ở
ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ
trong quá trình tr ầm tích (hàm lƣợng hữu cơ có thể tới 10 - 12 %) nên có thể có
mầu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, đƣợc xác định là đất yếu nếu ở
trạng thái tự 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), lực dính с theo kết quả cắt nhanh không thoát

3
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 4 of 95.

nƣớc từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát υ từ 00 – 10 0 hoặc lực dính từ kết

quả thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng сu ≤ 0,35 daN/cm2.
Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đ ất yếu dƣới dạng bùn
cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8).
Loại có nguồn gốc hữu cơ thƣờng hình thành từ đầm lầy, nơi nƣớc tích đọng
thƣờng xuyên, mực nƣớc ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và
phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này
thƣờng gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lƣợng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thƣờng
có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dƣ thực vật).
1.2. Những sự cố thƣờng xảy ra của nền đắp trên đất yếu
Nền đắp trên đất yếu thƣờng đƣợc thi công nhanh, do đó ứng suất trong đất
yếu cũng nhƣ áp lực nƣớc lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho cƣờng 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
dựng, và là những phá hoại trƣớc mắt.
Sau khi xây dựng, áp lực nƣớc lỗ rỗng giảm xuống, cƣờng độ kháng cắt tăng
lên và độ ổn định của nền đƣợc cải thiện.
Tƣơng quan τmax = C’ + (σ – u)tgυ’ giữa cƣờng độ kháng cắt τmax của đất với
ứng suất có hiệu σ’= σ – u cho phép ta giải thích hiện tƣợng trên.
Từ những điều trên và kinh nghiệm cho thấy các hƣ hỏng của nền đắp trên đất
yếu thƣờng là các phá ho ại do trƣợt quay với cung trƣợt tròn.
Trong các trƣờng hợp đặc biệt, nền đất thiên nhiên rất đồng nhất hoặc đáy nền
đất đƣợc tăng cƣờng thì cơ cấu của sự phá hoại là cơ cấu phá hoại của đất nền chịu
tác dụng của một móng nông. Trong trƣờng hợp này đất nền sẽ bị phá hoại theo
kiểu lún trồi và việc tính toán độ ổn định đƣợc tiến hành nhƣ tính móng nông cổ
điển.
1.2.1. Phá hoại do trượt trụ tròn
Kiểu phá hoại này thƣờng gặp trong xây dựng đƣờng do dạng hình học thông
thƣờng của nền đắp. Một mặt trƣợt dạng trụ tròn đƣợc sinh ra do nền đắp bị lún cục

4
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 5 of 95.

bộ (h. 1.1). Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp và đất nền thiên
nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính
chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dƣới nền đắp. Để tính toán, trong các
trƣờng hợp đơn giản nhất thƣờng xem mặt phá hoại tƣơng tự một mặt trụ tròn và sự
trƣợt đƣợc gọi là trƣợt trụ tròn.
Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trƣợt sâu vì đắp nền quá cao là một
hiện tƣợng 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).

5
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 6 of 95.

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 kiểm tra ổn định cho thấy không thể đạt đƣợc 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 dựng 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 dựng
nền đắp theo giai đo ạn, cải thiện (hoặc tăng cƣờng) đất yếu. Các giải pháp khác
nhƣ tăng cƣờng đáy nền đắp, dùng vật liệu nhẹ,… thƣờng ít đƣợc dùng.
1.3.1. Sửa chữa hình học
Sửa chữa hình là việc thay đổi kích thức nền đắp. Có thể sửa đối kích thƣớc
hình học của nền đắp theo hƣớng tăng độ ổn định bằng việc giảm độ dốc mái taluy.
Tuy nhiên, nếu giảm độ dốc mái taluy quá 1/3 thì không c ải thiện đƣợc 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.
1.3.2. Thay thế lớp đất yếu bằng lớp đất tốt
Việc thay đất là đào bỏ đất xấu để thay bằng đất tốt và đầm chăt. Việc thay
đất này sẽ kho khăn hơn khi thi công dƣới nƣớc và thực tế chỉ giới hạn với các
chiều sâu đến vài mét. Mặt khác việc thay đất cũng thƣờng ảnh hƣởng đến môi
trƣờng.
Việc thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cƣờng độ cao
hơn và ít biến dạng hơn sẽ khắc phục đƣợc toàn bộ hoặc một phần các vấn đề về
lún và ổn định

6
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 7 of 95.

1.3.3. Xây dựng theo giai đoạn
Xây dựng 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 cƣờng độ kháng cắt).

Trong giai đoạn cố kết, hệ số an toàn tăng lên khi tải trọng không đổi. Nhƣ vậy có
thể đắp nền thêm một chiều cao mới để giảm hệ số an toàn đến trị số tối thiểu 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
đƣờng đến ba giai đoạn.
Thời gian thi công giảm đáng kể nếu làm đƣờng thấm thẳng đứng.
Việc tính toán kiểm tra độ ổn định trƣớc khi đắp một lớp nền mới đƣợc tiến
hành với ứng suất tổng, trên cơ sở của trị số lực dính không thoát nƣớc đƣợc tăng
lên do cố kết và đƣợc xác định theo một trong hai phƣơng pháp sau:
- Đo bằng thiết bị cắt cánh hiện trƣờng – Đƣa trực tiếp trị số đo đƣợc 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 lực dính không thoát nƣớc – độ tăng này có thể tính
bằng số theo công thức:
ΔCu = Δσ’tgυcu.
Dƣới tim nền đƣờng đắp Δσ’= Δσ.U, với Δσ là tổng ứng suất do nền đắp gây
ra và U là độ cố kết đƣợc đánh giá hoặc xác định theo kết quả đo áp lực nƣớc lỗ
rỗng tại chỗ.

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

7
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 8 of 95.

Hình 1.4. Xây dựng theo giai đoạn - Sơ đồ xét tới việc tăng lực dính do cố
kết
1.3.4. Cải thiện các tính chất của đất yếu

Có thể cải thiện tính chất của đất yếu do sự cố kết của khối đất dƣới nền đắp
hoặc do tăng cƣờng khối đất bằng các cột balat hoặc cột đất gia cố vôi, các cột này
còn có tác dụng thoát nƣớc.
Sự cố kết của khối đất yếu xảy ra dƣới 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 thể xây dựng
nền đắp đến một chiều cao lớn hơn chiều cao của thiết kế và nhƣ vậy đã tác dụng
thêm một gia tải để tăng nhanh độ lún. Trong trƣờng hợp chung, thời gian cố kết sẽ
rất dài, có thể đến vài năm hoặc vài thập kỷ. Nhƣ vậy cần tăng nhanh hiện tƣợng cố
kết bằng cách làm đƣờng thấm thẳng đứng để giảm chiều dài của đƣờng thoát
nƣớc. Cũng có thể tăng nhanh cố kết bằng phƣơng pháp cố kết động tức là thả rơi
các vật nặng trên mặt nền sau khi làm đƣờng thấm thẳng đứng.
Cũng có thể tăng cƣờng khối đất yếu bằng các cột vật liệu có cƣờng độ tốt
hơn đất thiên nhiên tại chỗ. Hai kỹ thuật đã đƣợc 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 kể các
tính chất của đất sét mềm.

8
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 9 of 95.

1.3.5. Các phương pháp khác
Tăng cƣờng đáy nền đắp bằng các vật liệu thiên nhiên (bó cành cây, tre,…)
hoặc các thảm vật liệu thấm tổng hợp (geotextiles), hoặc có thể sử dụng vải địa kỹ
thuật rải trên mặt đất yếu trƣớc khi đắp.
Đắp bằng vật liệu nhẹ: Puzulan, trấu nung, vỏ sò, khối polystyren kết cấu tổ
ong.
Xây dựng nền đắp trên các cọc cát.

1.4. Các phƣơng 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 dựa trên cơ sở phƣơng pháp các trạng thái giới hạn hoặc các phƣơng pháp tƣơng
tự [4]. Theo phƣơng pháp các trạng thái giới hạn, một hệ số an toàn duy nhất của
phƣơng pháp tải trọng phá hoại đã đƣợc thay bằng hàng loạt các hệ số, xét đến các
yếu tố khác nhau ảnh hƣởng 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 vƣợt 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 sự thay đổi các tiêu chí đánh giá độ bền và các tính chất khác của kết
cấu. Việc thiết kế, xây dựng và khai thác công trình cần phải đƣợc thực hiện sao cho
không để xảy ra các trạng thái giới hạn của nó. Trạng thái của kết cấu, mà với trạng
thái ấy kết cấu không thể thoả mãn các yêu cầu khai thác, đƣợc gọi là trạng thái giới
hạn. Các trạng thái giới hạn có thể xảy ra của các kết cấu và nền của chúng đƣợc chia
thành các nhóm. Khi đó độ bền của kết cấu trở thành một tính chất riêng, và đã xuất
hiện trƣờng hợp, khi mà kết cấu đủ bền nhƣng không thể tiếp tục khai thác đƣợc 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].

9
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95.

Các trạng thái giới hạn đƣợc chia thành hai nhóm.
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 thể xem nhƣ
những trạng thái giới hạn tuyệt đối. Chúng đƣợc đặc trƣng bởi: sự phá hoại có đặc
trƣng 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; chuyển sang hệ biến hình; thay đổi chất
lƣợng kết cấu; những hiện tƣợng 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 thƣờng công trình ho ặc nền, làm suy giảm tuổi thọ của
công trình so với thời hạn phục vụ đã đƣợc thiết lập khi thiết kế. Những trạng thái
giới hạn này có thể xem nhƣ trạng thái giới hạn chức năng. Chúng đƣợc đặc trƣng
bởi: sự đạt đến chuyển 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 thƣờng, cũng nhƣ các hiện tƣợng 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 đƣợc xem là tính
chất bảo tồn khả năng thực hiện các chức năng chủ yếu của hệ dƣới tác dụng của
những nhiễu loạn mang tính thảm họa, mà không đƣợc phép phát triển các nhiễu
loạn và các sự cố theo kiểu dòng thác [8].
Vì thế, trong nhiều trƣờng hợp, có thể 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 đƣợc đặc trƣng bởi sự phát triển các phá hoại có dạng dòng thác dẫn
đến loại bỏ hoàn toàn các thành phần của hệ. Nguyên nhân của sự phát triển tƣơng
tự có thể là những tác động có tính thảm họa, cũng nhƣ 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

10 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 11 of 95.

toán một hoặc một số bộ phận chịu tải, hoặc khi hình thành một số tải trọng, dạng
nhiễu loạn có thể phải đƣợc ghi vào nhiệm vụ thiết kế.
Việc tính toán theo các trạn thái giới hạn nhằm đảm bảo sự tin cậy của công
trình trong cả vòng đời phục vụ của chúng, cũng nhƣ trong quá trình xây dựng.
Những điều kiện bảo đảm độ tin cậy chính là đảm bảo các giá trị tính toán của tải
trọng hoặc nội lực, ứng suất, biến dạng, chuyển vị do chúng gây ra không vƣợt qua
các giá trị giới hạn tƣơng ứng đƣợc xác định trong các tiêu chuẩn hiện hành thiết kế
nền.
Điều kiện tổng quát không vƣợt qua các trạng thái giới hạn có thể biểu diễn
dƣới dạng [4],[8]:
G( ai Fp, bi Rp, γ n, , γ a,γd, C) ≥ 0,

(1.1)

trong đó : Fp – là giá trị tính toán của tải trọng , aiFp – là hiệu ứng tải trọng (đó là
nội lực, ứng suất, biến dạng, chuyển vị, ...), ai – là hàm của các tham số hình học và
vật lý của kết cấu, Fp= γ fFH , γ f – là hệ số tin cậy về tải trọng, FH – 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,… Rp= RH/γ m, ,γ m –
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 nƣớc); γ d – là hệ số điều kiện làm việc. γ a– là hệ
số độ chính xác; C – là hằng số bao gồm những ràng buộc đƣợc chọn trƣớc, đƣợc
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, đƣợc đƣa vào (1.1), có thể 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 lƣợng tính toán cũng đƣợc phân chia thành hai nhóm nhƣ vậy, vì phần
lớn các trƣờng hợp giữa chúng không có mối liên hệ tƣơng quan. Mặc dù có thể

11 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 12 of 95.

dẫn ra các ví dụ về sự ảnh hƣởng lẫn nhau của các yếu tố của hai nhóm này, xong
phổ biến hơn cả là trƣờng hợp giữa chúng có tính độc lập.
Khi đó đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất, điều kiện (1.1) có thể đƣợc
biểu diễn bởi mối quan hệ [8]:
γ ngF( ai Fp, γa, γd,) ≤ g R(biRp),

(1.2)

tức là nội lực trong nền không đƣợc vƣợt quá sức chịu tải.
Đối với nhóm các trạng thái giới hạn thứ hai, điều kiện (1.1) có thể viết dƣới
dạng [8]:
γn gF( ai Fp, γa, γ d,) ≤ 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 thể 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 tƣợng xây dựng;
 Tình huống chuyển tiếp có thời gian tồn tại không lớn hơn so với thời hạn
phục vụ của đối tƣợng xây dựng;
 Tình huống hƣ hỏng có xác suất xuất hiện nhỏ và thời gian tồn tại không
lớn, nhƣng là tình huống rất quan trọng xét về góc độ hậu quả khi đạt đến các trạng
thái giới hạn có thể xảy ra trong tình huống đó .
Những tình huống tính toán đƣợc đặc trƣng 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 đựng của vật liệu chịu tác động của tải trọng, đƣợc
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. Ngƣời ta
thừa nhận rằng, suất bảo đảm của các giá trị tiêu chuẩn của sức bền không đƣợc
nhỏ hơn 0.95. Giá trị tiêu chuẩn của sức bền vật liệu thƣờng cho phép lấy bằng giá

12 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 13 of 95.

trị đặc trƣng kiểm tra hoặc đặc trƣng hƣ hỏng, đƣợc chỉ ra trong các tài liệu tiêu
chuẩn tƣơng ứng về vật liệu.
Ngoài những giá trị tiêu chuẩn của sức bền vật liệu – nhƣ mô đun đàn hồi, hệ
số ma sát, lực dính, từ biến, độ sụt lún,… đƣợc lấy theo giá trị trung bình của các số
liệu thống kê.
Nếu các đại lƣợng đặc trƣng cho tính chất của vật liệu và đất nền là những
hàm của các đại lƣợng khác hoặc đƣợc tìm ra từ những quan hệ tƣơng quan của
chúng, thì các giá trị tiêu chuẩn của các đặc trƣng của vật liệu và đất nền có thể

nhận đƣợc bằng tính toán có thể sử dụng các quan hệ đƣợc cho trong các tiêu chuẩn
thiết kế.
Độ lệch có thể của sức bền và các đặc trƣng khác của vật liệu và đất nền về
phía bất lợi so với giá trị tiêu chuẩn đƣợc xem xét đến bằng các hệ số tin cậy về vật
liệu và đất nền γ m, đƣợc 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 thể khẳng định bằng cách thống kê (đặc biệt là đặc trƣng phá hoại vật liệu,
dung sai chiều dầy thép cán, kinh nghiệm thực tế,…).
Giá trị tính toán của sức bền vật liệu hoặc giá trị tính toán của đặc trƣng của
đất đƣợc gọi là giá trị sức bền hoặc đặc trƣng nhận đƣợc bằng cách chia giá trị tiêu
chuẩn của sức bền R H hoặc giá trị đặc trƣng cho hệ số tin cậy về vật liệu và đất nền
γ m. Cho phép xác định các giá trị tính toán khác của đặc trƣng 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 trƣng 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 γ f là hệ số xét đến những sai lệch bất lợi có thể 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 sự sai lệch so với điều kiện khai thác
bình thƣờng gây ra. Nhân hệ số này với giá trị tiêu chuẩn của tác động F H để nhận

13 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 14 of 95.

đƣợc giá trị tính toán của nó Fp . Khi có những tài liệu thống kê, cho phép xác định
trực tiếp các giá trị tính toán của tải trọng theo xác suất đã vƣợt qua chúng. Giá trị
của hệ số này cũng nhƣ các giá trị tiêu chuẩn của các tác động đƣợc 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 thể 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 trƣớc của nhà hoặc công trình.
Hệ số xác định γ a là hệ số xét đến những sai lệch bất lợi có thể của các đặc
trƣng hình học (kích thƣớc các bộ phận của kết cấu, sự bố trí tƣơng 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 trƣng hình học để nhận đƣợc giá trị tính
toán của nó. Phần lớn các trƣờng hợp, thay cho hệ số độ chính xác, trong các tiêu
chuẩn có sử dụng yếu tố bổ sung đƣợc thêm vào các giá trị tiêu chuẩn và đóng vai
trò nhƣ hệ số chính xác. Trong một số trƣờng hợp, độ sai lệch của kích thƣớc hình
học đƣợc xét đến bằng hệ số về vật liệu. Giá trị hệ số chính xác và các yếu tố bổ
sung đƣợc xác định trên cơ sở nghiên cứu các điều kiện chế tạo và lắp dựng kết cấu
(có xét đến những quy tắc tiêu chuẩn hóa dung sai và kiểm tra chất lƣợng) và phân
tích các tài liệu thống kê về các đặc trƣng hình học tƣơng 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 đƣợc xét một cách trực tiếp.
Hệ số tin cậy γ n (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 hƣởng của chúng đến mức tin cậy yêu
cầu, nó đƣợc đƣa vào bất phƣơng trình cơ bản (1.1) và là những yêu cầu chủ yếu
của phƣơng pháp các trạng thái giới hạn. Các yêu cầu đó là nội lực 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 đƣợc vƣợt 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
tƣơng ứng. Hệ số này đƣợc nhân với hiệu ứng tải trọng.

14 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 15 of 95.

Giá trị hệ số tin cậy về ý nghĩa γ n đƣợc xác định tùy thuộc vào mức độ quan
trọng của nhà và công trình đƣợc phân cấp. Ví dụ nhƣ trong tài liệu kỹ thuật
chuyên ngành đã xác định đƣợc ba mức quan trọng (cấp 1 – là cấp có mức độ quan
trọng cao, cấp 2 – là cấp bình thƣờng, cấp 3 – là mức thấp).
Từ điều vừa trình bày cho thấy rằng phƣơng pháp các trạng thái giới hạn có
hai đặc trƣng :
 Thứ nhất là từ tập hợp các trạng thái có thể 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
đƣợc viết ra.
 Thứ hai, tất cả những đại lƣợng xuất phát đều có bản chất ngẫu nhiên
(nghĩa là những đại lƣợng ấy có thể lấy ra những giá trị khác nhau với xác suất
khác nhau) đƣợc thể hiện trong các tiêu chuẩn thiết kế bởi những giá trị tiêu chuẩn
tiền định, còn ảnh hƣởng của độ biến động của chúng đến độ tin cậy của kết cấu
đƣợc xét đến bởi các hệ số tin cậy. Mỗi hệ số xét đến độ biến động chỉ của một đại
lƣợng xuất phát, nghĩa là độ tin cậy sẽ phụ thuộc vào đạo hàm riêng của hàm này
theo các biến tƣơng ứng, Vì vậy, các hệ số này cũng đƣợc gọi là những hệ số tin
cậy riêng.
 Phƣơng pháp các trạng thái giới hạn về hình thức là tiền định. Tuy nhiên,
nó có thể đƣợc dùng làm cơ sở xác suất với mức tin cậy bất kỳ. Mức tin cậy tùy
thuộc vào mức tin cậy của thủ tục đƣợc sử dụng để lựa chọn các giá trị của các hệ
số độ tin cậy. Những thủ tục này dựa 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.
Trƣớc hết, quan hệ giữa các hàm độ bền R và hàm nội lực 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 đƣợc coi là các đ ại lƣợng không đổi, không phải là các đại lƣợng ngẫu nhiên,

15 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 16 of 95.

trong khi các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra bản chất chúng là các đ ại lƣợng ngẫu
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, γ m ,… đƣợc sử dụng
trong phƣơng pháp các tr ạng thái giới hạn thực 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 đƣợc định trƣớc và đƣợc lấy chủ yếu theo kinh nghiệm nhiều năm
thiết kế và khai thác các công trình tƣơng tự [4].
Phƣơng pháp các trạng thái giới hạn không xét đƣợc yếu tố thời gian, các hệ
số đƣợc đƣa vào với hàm ý kể đến yếu tố thời gian chỉ mang tính ƣớc 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 nhƣợc điểm của phƣơng pháp các trạng thái giới hạn là rõ ràng và vẫn
chƣa khắc phục đƣợc. Vào giai đoạn gần đây nhất, sự phát triển phƣơng pháp tính
kết cấu xây dựng và nền theo các trạng thái giới hạn đƣợc đặc trƣng bởi sự thƣờng
xuyên làm chính xác hơn các nội dung tính toán riêng biệt và các hệ số kinh
nghiệm mà không có sự thay đổi các tiêu chí đánh giá chất lƣợng 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].
Để khắc phục vấn đề vừa nêu, hiện nay trên thế giới đã hình thành một hệ
thống các phƣơng pháp tính toán theo quan điểm 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 dựa vào các tiêu chuẩn hiện hành ở phần các điểm xuất phát, các điều
kiện làm việc và sơ đồ tính, cũng nhƣ lựa chọn mô hình xác suất nhƣng vẫn xét đến
và sử dụng các thuật toán tiền định. Có nghĩa là, phƣơng pháp giải theo xác suất
không thể thay thế hoàn toàn cho cách giải bài toán tiền định [4].

16 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 17 of 95.

Rõ ràng, cũng nhƣ 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 thể đƣợc
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 đƣợc đặt ra để 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 nhƣ tính toán xác suất về ổn
định trƣợt sâu và lún trồi. Đó cũng là mục đích của Luận văn.

17 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 18 of 95.

CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
THEO TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH VÀ THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán tiền định nền đắp trên đất yếu
Nền đất yếu là vùng đất yếu dƣới nền đắp chịu tác động của nền đắp với tải

trọng ngoài tác dụng bên trên gây biến dạng và có thể gây mất ổn định cho nền.
Nhiệm vụ hàng đầu của việc thiết kế và xây dựng nền đắp trên đất yếu là bảo
đảm ổn định tổng thể cho nền đất yếu, tức là không để xảy ra phá hoại theo dạng
trƣợt sâu và lún trồi trong thời gian xây dựng cũng nhƣ trong thời kỳ khai thác.
Mức độ ổn định của nền đất dƣới nền đắp cao hay thấp hay không ổn định là tùy
thuộc vào mức độ xuất hiện vùng phá ho ại với kích thƣớc nhỏ hay lớn hay không
xuất hiện.
Khi tính toán nền đắp trên đất yếu về ổn định, có thể áp dụng các phƣơng
pháp tính toán kiểm tra ổn định chung của mái dốc.
Đã có nhiều phƣơng pháp tính kiểm tra ổn định chung của của công trình dạng
mái dốc hoặc nền đắp trên đất yếu đƣợc đề xuất, nhƣng các phƣơng pháp này đều
thuộc một trong hai nhóm [7]:
- Nhóm 1: Nhóm các phƣơng pháp gi ả thiết trƣớc hình dạng của mặt trƣợt và
coi khối trƣợt nhƣ một vật thể rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Các phƣơng pháp
này dựa trên các tài liệu thực nghiệm về hình dạng mặt trƣợt và nhiều kết quả quan
trắc các mặt trƣợt của mái dốc hay nền đắp trên đất yếu trong thực tế mà đƣa ra các
giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trƣợt và phƣơng pháp tính toán tƣơng ứng.
- Nhóm 2: Nhóm các phƣơng pháp dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn của
các điểm trong khối đất. Các phƣơng pháp thuộc nhóm này dựa vào giả thiết cơ bản
là, mọi điểm trong khối đất mái dốc hay nền đắp trên đất yếu phải thỏa mãn điều
kiện cân bằng giới hạn.
Nhóm phƣơng pháp thứ hai có lời giải chặt chẽ, phản ánh gần đúng trạng thái
ứng suất trong khối đất bị phá hoại nhƣng do lời giải của bài toán rất phức tạp, tốn
nhiều công sức nên nhóm phƣơng pháp này vẫn chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi trong

18 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 19 of 95.

thực tế. Đại diện cho nhóm này là các phƣơng pháp của W. Rankine, F. Kotter, V.
V. Xôcôlốvsky,…
Nhóm phƣơng pháp giả thiết trƣớc hình dạng của mặt trƣợt, đặc biệt là dạng
mặt trƣợt trụ tròn đối với đất dính, mặc dù có những hạn chế nhất định nhƣng đƣợc
áp dụng phổ biến trong thực tế do tính đơn giản và thiên về an toàn hơn so với các
phƣơng pháp thuộc nhóm thứ hai. Phƣơng pháp tính toán ổn định mái dốc hay nền
đắp trên đất yếu dựa trên giả thiết mặt trƣợt trụ tròn đã đƣợc K. E. Pettecxon nêu ra
năm 1916, sau đó đƣợc phát triển bởi nhiều nhà khoa học khác nhƣ W. Fellenius,
K. Terzaghi, H. Krey-Bishop,… và đƣợc đánh giá là tƣơng đối phù hợp với thực
tế. Vì thế, dƣới đây trình bày tóm t ắt nguyên tắc tính toán theo các phƣơng pháp giả
định trƣớc mặt trƣợt, tính toán kiểm tra ổn định mái dốc theo phƣơng pháp của K.
Terzaghi, và phƣơng pháp đơn giản hóa của Bishop, đƣợc lấy với tính chất là thuật
toán tiền định làm cơ sở cho tính toán xác suất mái dốc, cũng nhƣ của nền đắp trên
đất yếu [7].
2.1.1. Nguyên tắc tính toán theo các phương pháp giả định trước mặt trượt.
Sự ổn định của nền đắp trên đất yếu phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi của động
thái áp lực nƣớc lỗ rỗng. Trong khi thi công khối đắp, áp lực nƣớc 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 lực nƣớc lỗ rỗng, nhƣng khi có dòng thấm chúng sẽ dần tăng
lên. Ứng suất hiệu quả và do vậy độ bền chống cắt thƣờng tỉ lệ nghịch với áp lực
nƣớc lỗ rỗng. Hệ số an toàn giới hạn (thấp nhất) vì thế đạt đƣợc 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 sự 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 nƣớc và độ bền chống cắt đƣợc cho bởi τ = c u (có nghĩa υ u = 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 phƣơng
pháp này có thể thực hiện ở dạng phân tích cân bằng lực hay cân bằng momen, với

19 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 20 of 95.

mặt trƣợt phẳng, tròn hay mặt trƣợt thay đổi bất kỳ. Trong trƣờng hợp với bài toán
phức tạp có thể dùng dùng phƣơng pháp đƣờng ứng suất và đƣờng trƣợt. Chúng ta
xét một số trƣờng hợp sau đây [3].
a) Ổn định không thoát nước – phân tích ứng suất tổng (φu = 0).
Phân tích ứng suất tổng có thể dùng cho trƣờng hợp mái dốc mới đắp, hay
mới đào trong đ ất sét hoàn toàn bão hòa. Vì υu = 0, độ bền cắt không thoát nƣớc τ
= c u. Giả thiết mặt cắt của mặt phá hoại có dạng trụ tròn và tâm của mặt trƣợt giới
hạn ở một điểm nào đó trên đỉnh mái dốc. Mặt trƣợt giới hạn (phá hoại) là một
trong vô số các mặt khả dĩ vẽ đƣợc với bán kính và tâm khác nhau (hình 2.1). Một
số mặt trƣợt sẽ qua chân mái dốc và số khác sẽ cắt mặt đất ở phía trƣớc chân mái
dốc.
O1

On
Rn

R1

Hình 2.1. Các mặt trượt có bán kính và cung trượt khác nhau
Mặt trƣợt giới hạn là một mặt mà dọc theo nó sự phá hoại dễ xảy ra nhất và hệ
số an toàn thấp nhất. Chọn một số mặt trƣợt để thử và việc phân tích đƣợc lặp lại
đối với mỗi mặt trƣợt cho tới khi nhận đƣợc hệ số an toàn thấp nhất.

20 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 21 of 95.

Hình 2.2. Phân tích ứng suất tổng φu = 0
Trên hình 2.2 thể hiện mặt cắt ngang của một mái dốc với một mặt thử có bán
kính R và tâm O. Sự mất ổn định có xu hƣớng làm vật thể có trọng lƣợng W nằm
trên cung trƣợt di chuyển. Khi đó, hệ số an toàn F đƣợc tính theo công thức:
F

trong đó:

Momenkhangcat cu R 2

,
Momengaytruot
Wd

(2.10)

W - trọng lƣợng của khối trƣợt;
d - cánh tay đòn c ủa lực gây trƣợt W đối với tâm trƣợt O;
cu - lực dính đơn vị của đất dọc theo mặt trƣợt tròn AB;
R - bán kính mặt trƣợt;
θ - góc giới hạn mặt trƣợt (h. 2.2).

b) Khe nứt căng.
Trong đất dính, khi sự phá hoại bắt đầu thì có xu hƣớng hình thành khe nứt
căng ở gần đỉnh mái dốc (h. 2.3).
Sự phát triển của mặt trƣợt bắt đầu ở độ sâu khe nứt căng và chiều dài mặt

trƣợt thực tế là AC (hình 2.3). Khối trƣợt – vật thể tự do có trọng lƣợng W là vùng
đƣợc giới hạn bởi mặt đất, mặt trƣợt trụ tròn và khe nứt căng. Trong khe nứt căng,
độ bền kháng cắt không có nhƣng nếu chứa đầy nƣớc, trong mômen phá hoại lại

21 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 22 of 95.

Hình 2.3. Ảnh hưởng của khe nứt căng trong phân tích ứng suất tổng
phải tính thêm đến lực thủy tĩnh P w tác dụng theo phƣơng ngang:
1
PW   w z 2o .
2

Khi đƣa giá trị P W vào trong tính toán cùng với chiều dài mặt trƣợt bị giảm đi,
biểu thức hệ số an toàn sẽ trở thành :
F

cu R 2
Momenkhangcat

.
Momengaytruot W.d  PW .Yc

(2.11)

c) Ổn định thoát nước – Phân tích ứng suất có hiệu.
- Trường hợp tổng quát.
Việc phân tích ổn định phải đƣợc tiến hành trong điều kiện ứng suất hiệu quả

trong các bài toán có áp lực lỗ rỗng thay đổi tại nơi có các khối đắp và đất thải đã
tồn tại, cũng cần tính cả sự ổn định dài ngày, vì ứng suất thay đổi theo mặt trƣợt
thử, nên coi khối trƣợt nhƣ là một dãy các mảnh. Giả sử một mặt trƣợt thử đƣợc
chọn có tâm O, bán kính R (hình 2.4) và chia khoảng cách theo phƣơng ngang giữa
2 đuôi cung A và B thành các mảnh có bề rộng b bằng nhau.

22 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 23 of 95.

Hình 2.4. Phương pháp phân mảnh
Các lực tác dụng lên một mảnh có chiều dài 1m theo phƣơng chiều dài mái
đắp gồm có:
W – trọng lƣợng của mảnh, W = γhb;
N’ – phản lực pháp tuyến hiệu quả lên đáy mảnh;
T – lực cắt dọc theo đáy mảnh, T = Wsinα;
R1, R2 – các lực bên do hai mảnh kề với mảnh đang xét tác dụng, chúng có thể
đƣợc đƣa vào hoặc không đƣa vào các lời giải;
E1 và E2 – lực pháp tuyến giữa các mảnh;
X1 và X2 – lực tiếp tuyến giữa các mảnh.
Ngoài ra, trọng lƣợng của mảnh phải kể thêm giá trị của tải trọng trên mặt đất
tác dụng trong phạm vi chiều rộng của mảnh.
Tại điểm cân bằng giới hạn, tổng mômen phá hoại sẽ cân bằng với mômen
của các lực chống trƣợt dọc theo mặt trƣợt AB [3]:


từ đó

m

F

.l.R  

f
F

( f .l)

.l.R  ( W.sin  ).R ,

.

 W.sin 

Bây giờ trong điều kiện ứng suất có hiệu, ta có:

23 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 24 of 95.

τf = c’ + б’n tanυ’,
τf .l = c’l + N’tan υ’.

và :
Do đó

F

 c ' l   N ' tan  '

.

(2.12)

,

(2.13)

 W sin 

Hoặc nếu đất đồng nhất thì:

F

c '.LAB  tan  '  N '

 W sin 

ở đây L AB - chiều dài cung AB, gần đúng LAB = β.R (h.2.4).
Kết quả tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giá trị N’ nhận đƣợc nhƣ thế nào.
Một loạt các phƣơng pháp đã đƣợc đề nghị, một số thì tƣơng đối đơn giản và một
số khá chặt chẽ. Việc đánh giá chính xác nhất đạt đƣợc theo phƣơng pháp khá chặt
chẽ, nhƣng chỉ có khả năng thực hiện nếu dùng chƣơng trình máy tính. Có thể dùng
lối dung hòa bằng cách sử dụng phƣơng pháp phân tích đơn giản với hệ số an toàn
tăng lên [3].
- Phương pháp của Fellenius.
Phƣơng pháp này giả thiết các lực tác dụng của các mảnh bên lên mảnh đang

xét bằng nhau và ngƣợc chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, có nghĩa là E1= E2, X1 = X2.
Ngoài ra, mái dốc và nền là đồng nhất. Bây giờ chỉ cần xét các lực tác dụng lên đáy
của mảnh, khi đó:
N '  Wcos   u.l

= γhbcosα – ubsecα.
Nếu đặt u = ruγh, ta có:
N’ = γhb(cosα – ru secα).

24 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 25 of 95.

Hay
∑ N’ = γb∑h (cosα – ru secα).
Thay ∑ N’ vào công thức (2.13) ta có hệ số ổn định:

F

c '.LAB   b tan  '  h(cos   ru sec  )

.

(2.14)

 W sin 

Để đảm bảo độ chính xác tối thiểu, số các mảnh tính toán không đƣợc nhỏ
hơn 5, và rõ ràng số các mảnh càng lớn thì việc đánh giá F sẽ càng chính xác hơn.

Tuy nhiên phƣơng pháp này có cho giá trị F nhỏ hơn khoảng chừng 50% so với
thực tế. Sai số có thể tăng lên khi r u lớn và cung trƣợt nằm sâu hay có bán kính
tƣơng đối nhỏ, trong các trƣờng hợp đó, dùng phƣơng pháp Bishop là thích hợp.
- Phương pháp của K. Terzaghi.
Một trong các phƣơng pháp đƣợc dùng khá phổ biến trong thực tế là phƣơng
pháp của K. Terzaghi. Khi tính toán kiểm tra ổn định mái dốc hay nền đắp, K.
Terzaghi đã đƣa vào một vài giả thiết để đơn giản hơn nữa việc tính toán [7].
Giả sử có công trình dạng mái dốc hay nền đắp trên đất yếu ABC nhƣ trên
hình 1. Mặt trƣợt CA’ dạng trụ tròn có bán kính R, tâm trƣợt tại O1.
Chia khối đất cao hơn mặt trƣợt

O1

thành các cột thẳng đứng riêng biệt

i

với chiều rộng b i , xem xét sự ổn định

q
R B

của mỗi cột dƣới tác dụng của trọng
lƣợng bản thân cột đất và tải trọng

cạnh [7].
Trọng lƣợng của cột thứ i với tải
trọng bên trên

i+1

i
A’

i–1

A

phân bố phía trên, đồng thời bỏ qua
tƣơng tác của cột đất với các cột bên

C

bi

Ti
ri

i

Ni

Gi

Hình 2.5. Sơ đồ tác dụng
của các lực

25 tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc-