Phân tích ổn định tường chắn đất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.12 MB, 31 trang )
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN ĐẤT
Cho tường bán trọng lực như hình vẽ
Tường chắn đất bán trọng lực BTCT có lưng thẳng đứng, tường cao 8m, chắn giữ khối
đất ngang sau tường. Đất chắn giữ có trọng lượng riêng, = 18.5 kN/m3; Gs = 2.68; độ
ẩm = 18%. ma sát trong = 280, lực dính c' = 0 kPa. Bỏ qua ma sát đất – tường, xác
định hệ số an v quanh điểm O trong các trường hợp sau:
A Điều kiện ban đầu với những chỉ tiêu cơ lý trên
B Phía trên tường chắn có tải phân bố đều với giá trị q = 40 kPa
C Mưa làm bão hòa hoàn toàn đất, giả thiết góc ma sát trong , lực dính c’ là không đổi.
Yêu cầu: trình bày các nội dung sau:
1. Tính toán hệ số an toàn theo số liệu cụ thể từng nhóm cho trong bảng dưới, nội
dung tính toán bao gồm
a. Xác định hệ số an toàn trong 3 trường hợp trên.
b. Lập biểu đồ tương quan như trong bảng
2. Kết luận, nhận xét hệ số an toàn ổn định tường, đưa ra một số thông số tường tối
ưu.
Nhóm
A (m)
B (m)
C (m)
D (m)
2
3
1
1.5
2
3
4
2
2
NHÓM 2
Biểu đồ tương quan cần thiết lập trong
3 trường hợp trên
1. Khoảng cách B vs. Hệ số Fs chống
lật tường quanh O
2. Khối lượng bê tông tường vs. Hệ số
Fs chống lật tường quanh O
1
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Phần 1: TÍNH TOÁN HỆ SỐ AN TOÀN CHỐNG LẬT TƯỜNG
TRƯỜNG HỢP A
1. Tính hệ số an toàn
Với A=3, B=1, C=2, D=2, z=10. Không có mạch nước ngầm.
Ta có:
- Trọng lượng riêng của đất chắn: = 18.5 kN/m3 = 18.5 kPa
- Trọng lượng riêng của bê tông: 25 kN/m3 = 25 kPa
Tính áp lực chủ động Ea
- Ứng suất tổng theo phương đứng
-
Áp lực nước lỗ rỗng
-
Ứng suất hữu hiệu:
-
Áp lực chủ động Ea
-
Lực tác dụng vào tường theo hình vẽ:
Tính áp lực bị động Ep
- Ứng suất tổng theo phương đứng
-
Áp lực nước lỗ rỗng
-
Ứng suất hữu hiệu:
NHÓM 2
2
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
Áp lực bị động Ep
-
Lực tác dụng vào tường theo hình vẽ:
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Chia tường thành các phần như sau:
Xét tường chắn có chiều dài 1m:
P1:
- Khối lượng bê tông của P1:
-
Khoảng cách từ trọng tâm P1 đến O:
NHÓM 2
3
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Moment tác dụng lên O của P1 (chiều như hình trên):
P2:
- Khối lượng bê tông của P2:
-
Khoảng cách từ trọng tâm P2 đến O:
-
Moment tác dụng lên O của P2 (chiều như hình trên):
P3:
- Khối lượng bê tông của P3:
-
Khoảng cách từ trọng tâm P3 đến O:
-
Moment tác dụng lên O của P3 (chiều như hình trên):
P4: phần đất chắn giữ
- Khối lượng bê tông của P4:
-
Khoảng cách từ trọng tâm P4 đến O:
-
Moment tác dụng lên O của P4 (chiều như hình trên):
Ep: Áp lực bị động
- Diện tích Ep:
-
Khoảng cách từ trọng tâm Ep đến O:
-
Áp lực bị động tác dụng lên O (chiều như hình trên):
Ea: Áp lực chủ động
- Diện tích Ea:
- Khoảng cách từ trọng tâm Ea đến O:
-
Áp lực chủ động tác dụng lên O (chiều như hình trên):
Kết quả tính toán như bảng dưới:
NHÓM 2
4
Phân tích ổn định tường chắn đất
Trường
hợp
B=1m
-
Tên
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea
Khối
lượng
kN.m/m
350.000
100.000
400.000
444.000
102.484
333.956
Tổng
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Cánh tay
đòn
m
3.500
1.667
3.000
5.500
0.667
3.333
M (+) Chống
lật
kN.m
1225.000
166.667
1200.000
2442.000
68.322
M (-) Gây lật
kN.m
1113.187
1113.187
5101.989
Hệ số an toàn
Tương tự tính toán với các trường hợp B=1.5m, B=2m, B=3m, B=4m
Trường
hợp
B=1.5m
B=2m
B=3m
NHÓM 2
Tên
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea
Khối
lượng
kN.m/m
375.000
100.000
400.000
444.000
102.484
333.956
Tổng
Fs
400.000
100.000
400.000
444.000
102.484
333.956
Tổng
Fs
450.000
100.000
400.000
444.000
102.484
333.956
Tổng
Fs
Cánh tay
đòn
m
3.750
2.167
3.500
6.000
0.667
3.333
M (+) Chống
lật
kN.m2/m
1406.25
216.667
1400.000
2664.000
68.322
M (-) Gây lật
kN.m2/m
1113.187
1113.187
5755.239
5.17
4.000
2.667
4.000
6.500
0.667
3.333
1600
266.667
1600
2886
68.322
1113.187
1113.187
6420.989
5.77
4.500
3.667
5.000
7.500
0.667
3.333
2025.000
366.667
2000.000
3330.000
68.322
1113.187
1113.187
7789.989
7.00
5
Phân tích ổn định tường chắn đất
B=4m
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea
500.000
100.000
400.000
444.000
102.484
333.956
Tổng
Fs
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
5.000
4.667
6.000
8.500
0.667
3.333
2500
466.667
2400
3774
68.322
1113.187
1113.187
9208.989
8.27
2. Biểu đồ tương quan
-
Khối lượng bê tông tường (Tấn)
350+100+400=850kN
85
375+100+400=875kN
87.5
400+100+400=900kN
90
450+100+400=950kN
95
500+100+400=1000kN
100
Biểu đồ tương quan giữa Fs và B
-
Biểu đồ tương quan giữa Fs và khối lượng bê tông tường.
NHÓM 2
B (m)
1
1.5
2
3
4
Fs
4.58
5.17
5.77
7.00
8.27
6
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
TRƯỜNG HỢP B
1. Hệ số an toàn
Phía trên tường chắn có tải phân bố đều với giá trị q = 40 kPa
Thay thế tải phân bố q bằng một lớp đất có chiều dày :
Áp lực
Chủ động Ea
q
Bị động Ep
NHÓM 2
225
40
37
0
225
0
37
Ka
0.361
0.361
Kp
2.77
81.233
14.441
102.484
7
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
Áp lực chủ động Ea
-
Áp lực bị động Ep
-
Chia tường thành các phần:
NHÓM 2
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
8
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Kết quả tính toán như bảng dưới:
Trường
hợp
B=1m
B=1.5m
Tên
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea1
Ea2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea1
Ea2
P1
NHÓM 2
Khối
lượng
kN.m/m
350.000
100.000
400.000
563.880
102.484
144.413
333.956
Tổng
Fs
375.000
100.000
400.000
444.000
563.880
144.413
333.956
Tổng
Fs
400.000
Cánh tay
đòn
m
3.500
1.667
3.00
5.500
0.667
5.000
3.333
M (+) Chống
lật
kN.m2/m
1225
166.667
1200
3101.34
68.322
M (-) Gây lật
kN.m2/m
722.067
1113.187
1835.25
5761.330
3.14
3.750
2.167
3.500
6.000
0.667
5.000
3.333
1406.25
216.667
1400
3383.27
68.322
722.067
1113.187
1835.254
5755.240
3.53
4.000
1600.000
9
Phân tích ổn định tường chắn đất
B=2m
B=3m
B=4m
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea1
Ea2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea1
Ea2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ea1
Ea2
100.000
400.000
563.880
102.484
144.413
333.956
Tổng
Fs
450.000
100.000
400.000
563.880
102.484
144.413
333.956
Tổng
Fs
500.000
100.000
400.000
563.880
102.484
144.413
333.956
Tổng
Fs
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
2.667
4.000
6.500
0.667
5.000
3.333
266.667
1600.000
3665.220
68.3220
722.067
1113.187
1835.254
7200.210
3.92
4.500
3.667
5.000
7.500
0.667
5.000
3.333
2025.00
366.667
2000.000
4229.100
68.322
722.067
1113.187
1835.254
8689.090
4.73
5.000
4.667
6.000
8.500
0.667
5.000
3.333
2500.000
466.667
2400.000
4792.940
68.322
722.067
1113.187
1835.254
10227.970
5.57
2. Biểu đồ tương quan
-
Khối lượng bê tông tường (Tấn)
350+100+400=850kN
85
375+100+400=875kN
87.5
400+100+400=900kN
90
450+100+400=950kN
95
500+100+400=1000kN
100
Biểu đồ tương quan giữa Fs và B
NHÓM 2
B (m)
1
1.5
2
3
4
Fs
3.14
3.53
3.92
4.73
5.57
10
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Biểu đồ tương quan giữa Fs và khối lượng bê tông tường.
TRƯỜNG HỢP C
1. Hệ số an toàn
Mưa làm bão hòa hoàn toàn đất, giả thiết góc ma sát trong ’=35º, lực dính c’ không
đổi.
Có mặt nước ngầm tại z=0m
NHÓM 2
11
Phân tích ổn định tường chắn đất
Áp lực
Chủ động Ea
Bị động Ep
198
39.6
-
Áp lực chủ động Ea
-
Áp lực bị động Ep
NHÓM 2
100
20
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
98
19.6
Ka
0.271
Kp
3.69
0
Ew
100
20
26.558
72.324
12
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
-
Chia tường thành các phần:
-
Kết quả tính toán như bảng dưới:
Trường
hợp
B=1m
NHÓM 2
Tên
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ew1
Ea
Ew2
Khối
lượng
kN.m/m
350.000
100.000
400.000
475.200
72.324
20.000
132.790
500.000
Cánh tay
đòn
m
3.500
1.667
3.000
5.500
0.667
0.667
3.333
3.333
M (+) Chống
lật
kN.m2/m
1225.000
166.667
1200.000
2613.6
48.220
13.333
M (-) Gây lật
kN.m2/m
443.620
1666.667
13
Phân tích ổn định tường chắn đất
B=1.5m
B=2m
B=3m
B=4m
NHÓM 2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ew1
Ea
Ew2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ew1
Ea
Ew2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ew1
Ea
Ew2
P1
P2
P3
P4 (đất)
Ep
Ew1
Ea
Ew2
Tổng
Fs
375.000
100.000
400.000
475.200
72.324
20.000
132.790
500.000
Tổng
Fs
400.000
100.000
400.000
475.200
72.324
20.000
132.790
500.000
Tổng
Fs
450.000
100.000
400.000
475.200
72.324
20.000
132.790
500.000
Tổng
Fs
500.000
100.000
400.000
475.200
72.324
20.000
132.790
500.000
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
5266.820
2109.300
2.50
3.750
2.167
3.500
6.000
0.667
0.667
3.333
3.333
1406.250
216.667
1400.000
2851.200
48.220
13.333
443.620
1666.667
2109.300
5935.670
2.81
4.000
2.667
4.000
6.500
0.667
0.667
3.333
3.333
1600.000
266.667
1600.000
3088.800
48.220
13.333
443.620
1666.667
2109.300
6671.020
3.14
4.500
3.667
5.000
7.500
0.667
0.667
3.333
3.333
2025.000
366.667
2000.000
3564.000
48.220
13.333
443.620
1666.667
2109.300
8017.220
3.80
5.000
4.667
6.000
8.500
0.667
0.667
3.333
3.333
2500.000
466.667
2400.000
4069.200
48.220
13.333
443.620
1666.667
14
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Tổng
Fs
9467.420
B (m)
1
1.5
2
3
4
-
Khối lượng bê tông tường (Tấn)
350+100+400=850kN
85
375+100+400=875kN
87.5
400+100+400=900kN
90
450+100+400=950kN
95
500+100+400=1000kN
100
Biểu đồ tương quan giữa Fs và B
-
Biểu đồ tương quan giữa Fs và khối lượng bê tông tường.
2109.300
4.49
2. Biểu đồ tương quan
NHÓM 2
Fs
2.50
2.81
3.14
3.80
4.49
15
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Phần 2: MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM GEOSLOPE
1.
Các bước thực hiện bằng phần mềm.
Bước 1: Khởi động.
- Khởi động Geoslope 2007
-
Vào New > SLOPE/W: để tính ổn định tường chắn.
Bước 2: Đặt tên, chọn phương pháp phân tích.
- Trong phần Analysis Type chọn Bishop, Ordinary and Janbu (phương pháp
cân bằng lực)
- Trong phần PWP Conditions from
Trường hợp A và Bchọn (none) (không có mạch nước ngầm)
NHÓM 2
Trường hợp C chọn Piezometric Line (có mạch nước ngầm)
16
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Trong phần Slip Surface chọn Left to right (bán kính trượt từ trái sang phải)
Bước 3: Chỉnh sửa khổ giấy in.
- Vào menu Set
Chọn Pagechỉnh kích thước khổ giấy.
Chọn Unit and Scaleđể chỉnh đơn vị điểm trong khổ giấy. Để so sánh với
tính tay chỉnh lại
Chọn Axeschỉnh hệ lưới trục.
NHÓM 2
17
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Bước 4: Nhập tọa độ điểm, khai báo vật liệu.
- Vào menu KeyIn
-
Chọn Pointsnhập tọa độ điểm để vẽ tường chắn.
-
Chọn Materialskhai báo vật liệu:
Đất đắp (DATDAP) chọn theo Mohr-Coulombvới
NHÓM 2
Khai báo Tường chắn BTCT chọn Undrained (Phi=0)với (c chọn theo
cường độ chịu nén của bê tông)
18
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Bước 5: Vẽ miền kín, gán vật liệu
- Vào menu Draw
Chọn Regions (vẽ miền kín) nối các điểm đã tạo ở Bước 4 lại.
Chọn Materials để gán vật liệu cho các miền kín.
Bước 6: Vẽ Tâm trượt và Bán kính trượt.
- Vào Draw chọn Slip Surface
NHÓM 2
19
Phân tích ổn định tường chắn đất
Chọn Grid vẽ Tâm trượt
Chọn Radius vẽ Bán kính trượt
Kết quả
NHÓM 2
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
20
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Bước 7: Gán tải, vẽ mực nước ngầm
- Vào menu Draw
-
Chọn Surcharge Loadsđể gán tải phân bố trong trường hợp B (tải p=40
kN/m3)
-
Chọn Draw để vẽ với chiều cao tải là 1 đơn vị
Chọn Pore-Water Pressure để vẽ mực nước ngầm đối với trường hợp C
NHÓM 2
21
Phân tích ổn định tường chắn đất
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Sau khi chọn lớp đất bị ảnh hưởng bởi mực nước ngầm ta nhấn Draw để vẽ.
Bước 8: Giải
- Vào menu Tools chọn Solve Analyseschọn Start
-
2.
Chấp nhận kết quả khi hệ số an toàn nằm chính giữa lưới tâm trượt.
Kết quả tính toán trường hợp A với:
- B=1m
NHÓM 2
22
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
B=1.5m
-
B=2m
NHÓM 2
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
23
Phân tích ổn định tường chắn đất
-
B=3m
-
B=4m
NHÓM 2
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
24
Phân tích ổn định tường chắn đất
3.
GVHD: TS. Nguyễn Minh Đức
Kết quả tính toán trường hợp B với:
- B=1m
NHÓM 2
25
