Lu n v n th c s
-1-
L IC M
N
Lu n v n Th c s k thu t v i đ tài Nghiên c u ng su t và ch n m t
c t h p lý đ p bê tông tr ng l c đ
c hoàn thành v i k t qu còn nhi u
khiêm t n, tác gi hy v ng đóng góp đ
c m t ph n nh bé cho vi c nghiên
c u, thi t k xây d ng các công trình th y l i - th y đi n
Tác gi
xin bày t
lòng bi t
n
c ta.
n sâu s c t i Th y giáo -
PGS.TS Nguy n V n H nh đã t n tình h
ng d n và ch b o tác
gi trong quá trình h c t p và hoàn thành lu n v n này.
Tác gi xin chân thành c m n các th y giáo trong b môn th y công,
thi công, Khoa sau đ i h c, Khoa công trình - Tr
Th y đi n và n ng l
ng đ i h c Th y l i, Vi n
ng tái t o - Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam đã t o
đi u ki n giúp đ tác gi trong quá trình h c t p và thu th p các tài li u,
thông tin khoa h c k thu t, đóng góp nhi u ý ki n quý báu cho bài lu n v n.
Cu i cùng tác gi xin g i l i c m n chân thành t i gia đình, b n bè và
các đ ng nghi p đã đ ng viên và t o m i đi u ki n thu n l i đ tác gi hoàn
thành lu n v n.
Do trình đ và th i gian có h n nên lu n v n không th tránh kh i
nh ng thi u sót, tác gi r t mong nh n đ
c nh ng ý ki n đóng góp c a các
Thày cô giáo và các b n đ ng nghi p.
Tác gi xin trân tr ng c m n!
Tác gi
ào Th Thanh H i
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
-2-
Môc lôc
M
U.........................................................................................................................................................................6
T
2
1
T
2
1
I. Tính c p thi t c a đ tài .......................................................................................6
T
2
1
T
2
1
II. M c đích và nhi m v c a đ tài: .......................................................................7
T
2
1
T
2
1
III. Ph
ng pháp nghiên c u: ..................................................................................8
T
2
1
T
2
1
IV. Ph m vi nghiên c u: ..........................................................................................8
T
2
1
T
2
1
V. N i dung c a lu n v n: .......................................................................................8
T
2
1
T
2
1
CH
NG 1:
T
2
1
C I M A CH T TH
NG G P TRONG XÂY D NG N
C TA....9
T
2
1
1.1 Ngu n g c hình thành c a đá ............................................................................9
T
2
1
T
2
1
1.2
T
2
1
c đi m c a n n đá........................................................................................10
T
2
1
1.3 Các ch tiêu c lý c a n n................................................................................11
T
2
1
T
2
1
1.4
sâu phong hoá th
T
2
1
CH
NG 2: CÁC PH
T
2
1
ng g p .........................................................................13
T
2
1
NG PHÁP TÍNH TOÁN K T C U
2.1 C s lý thuy t các ph
T
2
1
P BÊ TÔNG TR NG L C....14
T
2
1
ng pháp tính .........................................................14
T
2
1
2.1.1 Ph
ng trình cân b ng t nh Navier ...........................................................16
2.1.2 Ph
ng trình hình h c Cauchy .................................................................18
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
2.1.3 i u ki n t
T
2
1
ng thích v bi n d ng - Ph
2.1.4 Quan h gi a ng su t - Bi n d ng 2.2 Ph
T
2
1
nh lu t R.Hooke ........................19
T
2
1
T
2
1
ng trình Saint Venant ...........18
T
2
1
ng pháp tính ng su t đ p bê tông tr ng l c ....................................21
T
2
1
2.2.1 Ph
ng pháp S c b n v t li u ..................................................................21
2.2.2 Ph
ng pháp Lý thuy t đàn h i ................................................................31
2.2.3 Ph
ng pháp sai phân h u h n .................................................................39
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
2.2.4. Cách gi i h ph
T
2
1
ng trình c b n c a ph
2.3 Nh n xét đánh giá các ph
T
2
1
ng pháp Ph n t h u h n ..........46
T
2
1
ng pháp tính ...................................................49
T
2
1
2.3.1 Ph
ng pháp S c b n v t li u (SBVL) ....................................................49
2.3.2 Ph
ng pháp Lý thuy t đàn h i ................................................................50
2.3.3 Ph
ng pháp sai phân h u h n .................................................................50
2.3.4 Ph
ng pháp Ph n t h u h n (PTHH) ....................................................50
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
T
2
1
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
-3-
2.4 Ph n m m SAP 2000 .....................................................................................52
T
2
1
T
2
1
CH
NG 3: CÁC PH
T
2
1
NG ÁN TÍNH TOÁN VÀ K T QU TÍNH TOÁN ...............................55
T
2
1
3.1. Ki m tra ng su t theo hai ph
T
2
1
ng pháp S c b n v t li u và Ph n t
h u h n. ................................................................................................................55
T
2
1
3.1.1. Các ch tiêu tính toán c a v t li u:...........................................................55
T
2
1
T
2
1
3.1.2. Ki m tra ng su t cho m t c c c b n d ng tam giác: ............................55
T
2
1
T
2
1
3.2. Nh n xét k t qu tính ng su t theo hai ph
T
2
1
ng pháp S c b n v t li u
và Ph n t h u h n: ............................................................................................57
T
2
1
CH
T
2
1
NG 4: NG D NG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THU
I N SÔNG CH NG ........60
T
2
1
K T LU N VÀ KI N NGH ...............................................................................................................................83
T
2
1
T
2
1
I. Nh ng k t qu đ t đ
T
2
1
c c a lu n v n ................................................................83
T
2
1
II. Ki n ngh ...........................................................................................................85
T
2
1
T
2
1
III. V n đ còn t n t i ............................................................................................85
T
2
1
T
2
1
TÀI LI U THAM KH O.......................................................................................................................................86
T
2
1
T
2
1
PH L C TÍNH TOÁN..........................................................................................................................................87
T
2
1
T
2
1
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
-4-
Danh môc c¸c h×nh vÏ
Hình 2.1. Các thành ph n ng su t ..........................................................................................................................16
T
2
1
T
2
1
Hình 2.2. ng su t trên các m t phân t .................................................................................................................17
T
2
1
T
2
1
Hình 2.3 - S đ các l c tác d ng lên đ p ..............................................................................................................22
T
2
1
T
2
1
Hình 2.4 - S đ tính toán ng su t biên.................................................................................................................23
T
2
1
T
2
1
Hình 2.5 - Bi n pháp gi m ng su t chính m t h l u đ p................................................................................27
T
2
1
T
2
1
Hình 2.6 - S đ tính toán d ng hình nêm vô h n................................................................................................32
T
2
1
T
2
1
Hình 2.7 - S đ tính toán ng su t theo lý thuy t đàn h i.................................................................................32
T
2
1
T
2
1
Hình 2.8. S đ đ p m t c t tam giác ch u tác d ng áp l c n c.....................................................................34
T
2
1
Hình 2.9. S phân b ng su t ..................................................................................................................................35
T
2
1
T
2
1
Hình 2. 10 - S đ tính toán ng su t khi m t đ p ch u t i tr ng phân b đ u..............................................35
T
2
1
T
2
1
Hình 2. 11 - S đ tính toán ng su t khi đ p ch u mô men đ t t i đ nh ........................................................37
T
2
1
T
2
1
Hình 2. 12 - S đ tính toán ng su t khi đ p ch u l c t p trung ......................................................................37
T
2
1
Hình 2.13. Bi u đ phân b ng su t ......................................................................................................................38
T
2
1
T
2
1
Hình 2.14. Bi u đ n i l c..........................................................................................................................................39
T
2
1
T
2
1
Hình 2.15 - S đ gi i bài toán theo ph ng pháp PTHH.................................................................................48
T
2
1
T
2
1
Hình 2.16 - S đ gi i bài toán k t c u b ng ph n m m SAP2000 ................................................................53
T
2
1
T
2
1
Hình 4.1. M t c t d c và ngang đ p ........................................................................................................................72
T
2
1
T
2
1
Hình 4.2. S đ tính toán đ p t i m t c t l a ch n ..............................................................................................74
T
2
1
T
2
1
Hình 4.3. S đ bi n d ng và chuy n v c a đ p..................................................................................................75
T
2
1
T
2
1
Hình 4.4. ng su t pháp theo ph ng ngang σx................................................................................................75
T
2
1
T
2
1
Hình 4.5. ng su t pháp theo ph ng đ ng σz ...................................................................................................76
T
2
1
T
2
1
Hình 4.6. ng su t chính σmax ...............................................................................................................................76
T
2
1
T
2
1
Hình 4.7. S đ bi n d ng và chuy n v c a đ p..................................................................................................77
T
2
1
T
2
1
Hình 4.8. ng su t pháp theo ph ng ngang σx................................................................................................77
T
2
1
T
2
1
Hình 4.9. ng su t pháp theo ph ng đ ng σz ..................................................................................................78
T
2
1
T
2
1
Hình 4.10. ng su t chính σmax............................................................................................................................78
T
2
1
T
2
1
Hình 4.11. S đ bi n d ng và chuy n v c a đ p ...............................................................................................79
T
2
1
T
2
1
Hình 4.12. ng su t pháp theo ph ng ngang σx..............................................................................................79
T
2
1
T
2
1
Hình 4.13. ng su t pháp theo ph ng đ ng σz................................................................................................80
T
2
1
T
2
1
Hình 4.14. ng su t chính σmax............................................................................................................................80
T
2
1
T
2
1
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
-5-
Danh môc b¶ng biÓu
B ng 1.1. Ngu n g c hình thành c a đá...................................................................................................................9
T
2
1
T
2
1
B ng 1.2 S c ch ng nén t c th i m t tr c Rn ......................................................................................................11
T
2
1
T
2
1
B ng 1.3 H s hoá m m Km ..................................................................................................................................12
T
2
1
T
2
1
B ng 1.4 Phân lo i đá theo m c đ phong hoá c a Vi t Nam:........................................................................12
T
2
1
T
2
1
B ng 3.1. K t qu tính chi u r ng đáy đ p B........................................................................................................56
T
2
1
T
2
1
B ng 3.2: M t c t c b n theo ph ng pháp S c b n v t li u:.........................................................................56
T
2
1
T
2
1
B ng 3.3: M t c t c b n theo ph ng pháp Ph n t h u h n:........................................................................56
T
2
1
T
2
1
B ng 3.4: M t c t c b n theo ph ng pháp Ph n t h u h n:........................................................................57
T
2
1
T
2
1
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
-6-
M
U
I. Tính c p thi t c a đ tài
N
c ta v i khí h u nhi t đ i gió mùa, l
ng m a trung bình hàng n m
l n, phân b không đ u theo không gian và th i gian, th
ng gây ra các tr n l
l n, l quét vào mùa m a. Vi c xây d ng h ch a đ đi u ti t, gi m l , ch m
l c ng là m t trong nh ng bi n pháp ch y u đ gi m nh thi t h i cho vùng
h du.
Th c t xây d ng hi n nay cho th y, ngu n v t li u t i ch ngày m t
khan hi m, giá thành ngày càng t ng, m c đ công nghi p hoá và k thu t
xây d ng công trình ngày càng phát tri n, vì v y vi c l a ch n xây d ng đ p
bê tông tr ng l c trong các d án Th y l i – Th y đi n ngày càng nhi u. Vi t
Nam hi n có kho ng 10.000 đ p l n nh các lo i trong các lo i đ p có chi u
cao l n h n 100m thì đ p bê tông nói chung và bê tông tr ng l c nói riêng l i
chi m m t t l đáng k . H n n a trong nh ng n m g n đây đã ti n hành xây
d ng hàng lo t công trình th y l i, th y đi n v i chi u cao đ p t
nh :
nh Bình – Bình
ng đ i l n
nh (42), Sêsan 3 – Gia Lai (60m), Tân M - Ninh
Thu n (67), Sông Côn 2 – Qu ng Nam (50), Sông Ch ng – Hà Giang (55m).
Khi xây d ng các công trình Thu l i - Thu đi n có quy mô công trình
v a và l n v i k t c u công trình đ u m i là đ p bê tông tr ng l c, c n ph i
tho mãn yêu c u v đi u ki n n đ nh t ng th và đi u ki n ch u l c c a v t
li u làm đ p và n n, hình th c k t c u m t c t đ p không nh ng nh h
đ n k t c u thân đ p mà còn nh h
công trình. C n có ph
đ tđ
ng đ n ti n đ thi công và n đ nh c a
ng pháp tính toán chính xác và c u t o h p lý nh m
c m c tiêu cu i cùng là đ p làm vi c an toàn và ti t ki m đ
li u. Khi ch n l a đ
ng
cv t
c hình th c k t c u m t c t đ p h p lý s đ t đ
nh ng v n đ sau:
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
c
Lu n v n th c s
-7-
- Hình th c k t c u chung c a thân đ p h p lý.
- Ti n đ thi công công trình h p lý.
p bê tông tr ng l c có nh
c đi m là kh i l
ng bê tông l n làm cho
v n đ u t c a d án cao. M t khác đ p làm vi c không t n d ng đ
c
ng đ c a v t li u. Vì v y đ t n d ng đ
c h t kh n ng làm vi c c a v t
li u, c n ph i tính toán ng su t đ phân vùng v t li u,
l nv
ch t
nh ng v trí ng su t
t quá kh n ng ch u l c cho phép c a v t li u c n ph i b trí bê tông
mác cao ho c bê tông c t thép đ t ng c
ng kh n ng ch u l c,
nh ng vùng
ng su t nh thì s d ng bê tông có mác th p h n đ gi m giá thành công trình.
p bê tông tr ng l c có u đi m là đ
c ng d ng r ng rãi, áp d ng cho
b t k chi u r ng nào c a sông so v i chi u cao đ p và cho phép d dàng đ c
khoét thân đ p đ đ t các h ng m c công trình nh nhà máy, công trình x l .
Chi u cao đ p còn ph thu c vào đ a ch t n n móng n u:
+ N n là đá g c thì chi u cao đ p cho phép đ n 300m.
+ N n là đ t thì chi u cao đ p không nên v
t quá 30m đ đ
phòng lún không đ u.
Xu t phát t tình hình th c ti n lu n v n “Nghiên c u ng su t và
ch n m t c t h p lý đ p bê tông tr ng l c” hy v ng s đóng góp m t ph n
nh vào công tác thi t k công trình bê tông kh i l n nh m đ m b o an toàn
công trình v m t lâu dài c ng nh nâng cao hi u qu c a D án đ u t .
II. M c đích và nhi m v c a đ tài:
- Nghiên c u m t c t đ p h p lý v tình hình ch u l c c a v t li u xây
d ng đ p, phân tích ng su t – bi n d ng, b trí v t li u trong m t c t đ p.
- Nh ng nhân t
nh h
ng đ n s phân b
ng su t trong đ p.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
-8-
- Nh n bi t đ
c nh h
Lu n v n th c s
ng c a m t c t tràn đ n ng su t và bi n d ng
đ i v i đ p bê tông tr ng l c đ có gi i pháp công ngh trong vi c thi t k
xây d ng đ p.
III. Ph
ng pháp nghiên c u:
Trên c s các ph
ng trình c a c h c v t r n bi n d ng, các ph
pháp tính toán ng su t bi n d ng t tr
tính phù h p (ph
c đ n nay, l a ch n ph
ng
ng pháp
ng pháp ph n t h u h n). S d ng ph n m m đ tính toán
ng su t – bi n d ng.
IV. Ph m vi nghiên c u:
- Nghiên c u bài toán ph ng trên n n phong hóa có h s mođuyn nén nh .
V. N i dung c a lu n v n:
Lu n v n g m các ph n sau đây:
M đ u
Ch
ng 1:
c đi m đ a ch t th
ng g p trong xây d ng
n
c ta
Ch
ng 2: Các ph
ng pháp tính toán k t c u đ p bê tông tr ng l c.
Ch
ng 3: Các ph
ng án tính toán và k t qu tính toán
Ch
ng 4:
ng d ng tính toán công trình th y đi n Sông Ch ng.
K t lu n và ki n ngh .
Tài li u tham kh o.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
-9-
CH
NG 1:
C I M
A CH T TH
XÂY D NG
N
NG G P TRONG
C TA
1.1 Ngu n g c hình thành c a đá
á g m có: phún xu t, bi n ch t và tr m tích, có m i liên k t c ng gi a
các h t (Dính k t và xi m ng hoá), n m thành kh i liên t c ho c kh i n t n .
B ng 1.1. Ngu n g c hình thành c a đá
Ngu n g c đá
Tên đá
á mác-ma (phún xu t)
Granít, diorit, xiênit, gabrô, liparit, trakhit, anđêzit,
pooc-phia, poocphiarit, diabaz, bazan, tuf, d m k t
tuf…
á bi n ch t
G nai, qu czit, đá phi n k t tinh, đá phi n sét, filit
(đá lá sét mica), đá s ng, đá hoa, ng c bích,…
á tr m tích
A. G n k t (xi m ng hóa): Cu i k t, d m k t, cát k t,
b t k t, sét k t, tufit.
B. Hoá h c và sinh hoá:
àn b ch (gez ), diatômit
(đá t o cát), đá vôi, đôlômit, đá ph n, sét vôi, th ch
cao, anhydrit, mu i m ,...
Kh i đá đ
c coi là không b phong hoá n u nh các m nh v n không
b m m hoá trong n
c, không b v ra khi dùng tay bóp.
y u n u các m nh v n b m m hoá m t ph n trong n
ra khi dùng tay bóp.
trong n
á b phong hoá
c, nh ng không b v
á b phong hoá m nh khi các m nh v n d b m m
c, d b mài mòn và b b v b ng tay.
i v i đá b hoà tan trong n
c, c n ph i xác đ nh đ hoà tan c a nó,
đ hoà tan c a đá ph thu c vào thành ph n h t khoáng và thành ph n xi
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 10 -
m ng g n k t.
á mác-ma, đá bi n ch t và đá tr m tích đ
c g n k t b ng xi
m ng silíc (cu i k t ch a silíc, d m k t, cát k t, đá vôi và đ n b ch), không
hoà tan trong n
c. Nh ng lo i đá sau đây thu c lo i b hoà tan và đ
c li t
kê theo đ hoà tan t ng d n:
- Khó hoà tan: đá vôi, đôlômít, cu i k t và cát k t ch a vôi.
hoà tan
c a nh ng lo i này đ t t vài ch c đ n vài tr m miligam trong m t lít n
- Hoà tan v a: Th ch cao, anhyđrít, cu i k t ch a th ch cao.
c a nh ng đá này đ t t i vài gam trong m t lít n
c.
hoà an
c.
- D hoà tan: mu i m . Nó có đ hoà tan h n 100g trong m t lít n
Do n
c th m qua nh ng khe n t c a lo i đá b hoà tan trong n
c.
c nên
có th t o thành nh ng hang đ ng kaster.
Ch u tác d ng c a nh ng quá trình phong hoá t nhiên, đá không còn đ c
xít và nguyên kh i mà b n t n , sau đó b phá hu v v n thành nh ng hòn,
m nh to nh khác nhau. Kho ng cách gi a các hòn, m nh đó đ
c l p đ y b ng
nh ng v t li u có c h t nh h n. Do phong hoá, tính ch t c a đá b x u đi.
1.2
c đi m c a n n đá
N n đóng m t vai trò vô cùng quan tr ng đ i v i các công trình xây
d ng nói chung và th y l i nói riêng. Nó quy t đ nh đ n quy mô, kh n ng
làm vi c, tính n đ nh, giá thành xây d ng c a công trình.
c bi t v i công
trình có quy mô l n, nh đ p bê tông, yêu c u v n n l i cao h n.
p bê tông đ
c xây d ng trong đi u ki n đ a hình, đ a ch t đ c bi t;
tr ng thái ng su t bi n d ng trong đ p và n n ph c t p.
đ m b o n đ nh
công trình, h n n – công trình ph i đ m b o đi u ki n an toàn v s c ch u t i.
N n đá có đ c đi m c b n là tính n t n , phong hoá, ch a n
d ng c a tr
hoá th
c và ch u tác
ng ng su t ban đ u. Vi c xây d ng đ p bê tông trên n n đá phong
ng r t khó kh n do v y ch có th xây d ng các đ p có c t n
c th p.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 11 -
p bê tông có th b phá ho i tr
đ p.
t theo m t ti p xúc gi a n n đá và
ó là do các h khe n t trong kh i đá, các khe n t đã hình thành nên
nh ng m t y u gãy khúc, t o đi u ki n thu n l i cho tr
Trên quan đi m c h c môi tr
t.
ng liên t c, đá là môi tr
ng đ c bi t:
trong đá luôn t n t i s n t n . ó chính là m t trong nh ng nguyên nhân ch
y u làm cho môi tr
ng đá tr nên đa d ng, ph c t p. Nó có th làm cho kh i
đá thay đ i t môi tr
nh t sang môi tr
tr
ng gi liên t c sang môi tr
ng b t đ ng nh t, gi đ ng h
ng gián đo n, t gi đ ng
ng sang d h
ng, t môi
ng b n v ng sang kém b n v ng. Do đó vi c nghiên c u đ c đi m n n đá
phong hoá v i công trình đ p bê tông là h t s c quan tr ng.
1.3 Các ch tiêu c lý c a n n
N n đ p là đá phong hoá v i công trình đ p bê tông nên hai v n đ c n
đ
c đánh giá là c
áđ
ng đ ch u l c và tính th m n
c.
c chia ra thành t ng d ng khác nhau tu thu c vào:
- S c ch ng nén t c th i m t tr c
tr ng thái no n
c Rn:
R
R
B ng 1.2 S c ch ng nén t c th i m t tr c R n
R
D ng đá
Ch tiêu
Theo s c ch ng nén t c th i m t tr c R n
R
R
(kg/cm2)
P
P
-R tb n
R n > 1200
R
R
-B n
1200 ≥ R n > 500
-B nv a
500 ≥ R n > 150
- ít b n
150 ≥ R n > 50
- á n a c ng
R
R
R
R
R
R
R n ≤ 50
R
R
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 12 -
- H s hoá m m K m (t s gi a s c ch ng nén t c th i m t tr c
R
tr ng thái no n
c và
R
tr ng thái hong khô);
B ng 1.3 H s hoá m m K m
R
R
D ng đá
Ch tiêu
Theo s c ch ng nén t c th i m t tr c R n (kg/cm )
2
R
R
P
P
- Không b m m
K m ≥ 0.75
-B m m
K m < 0.75
R
R
R
R
phong hoá K ph :
-
R
R
Theo tiêu chu n Vi t Nam, m c đ phong hoá c a đá đ
h s phong hoá là t s gi a kh i l
và kh i l
c đánh giá b i
ng th tích khô c a đá phong hoá đang xét
ng th tích khô c a đá ch a phong hoá. Ph thu c vào h s phong
hoá và h s khe r ng th tích, đá đ
c chia làm 4 m c đ phong hoá: đá ch a
phong hoá, đá phong hoá nh , đá phong hoá v a và đá phong hoá m nh.
B ng 1.4 Phân lo i đá theo m c đ phong hoá c a Vi t Nam:
M c đ phong hoá
H s phong hoá, K ph *
R
Phong hoá m nh (đá mác n ): đá K ph < 0,8
R
R
H s khe r ng, K kr **
R
<5
R
n m thành t ng đ ng v n r i
Phong hoá: đá n m thành t ng 0,8 ≤ K ph < 0,9
đám b n t n
2÷5
Phong hoá nh : đá n m thành t ng 0,9 ≤ K ph < 1,0
t ng, không b d ch chuy n
1÷2
Không phong hoá: đá n m thành K ph = 1,0
<1
R
R
R
R
R
R
t ng kh i liên t c
* K ph =
R
R
γ cph
; trong đó: γ cph , γ ct là các kh i l
γ ct
R
hoá đang xét và kh i l
** Kkr =
R
R
R
R
R
ng th tích khô c a đá phong
ng th tích khô c a đá không phong hoá.
Vkr
; trong đó Vkr – T ng th tích c a các khe r ng trong th tích kh i đá V.
V
R
R
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
R
Lu n v n th c s
- 13 -
ánh giá theo đ phong hoá K ph b ng cách so sánh tr ng l
R
c a m u đá đã b phong hoá
R
đi u ki n t nhiên v i tr ng l
ng th tích
ng th tích c a
m u đá ch a b phong hoá (nguyên kh i).
1.4
sâu phong hoá th
ng g p
M i m t kh i đá phong hoá th
ng bi u hi n m t m t c t phong hoá,
s p x p t các v t li u b phong hoá c c m nh
b phong hoá và đá t
g n m t đ t t i các v t li u ít
i hay ch a b phong hoá t i đ sâu l n h n.
Khí h u và th i gian quy t đ nh tr ng thái phong hoá c a kh i đá.
Trong đi u ki n khí h u nhi t đ i các quá trình phong hoá x y ra m nh m .
Phong hoá t t nhiên không x y ra đ ng đ u theo đ sâu. Nó phát tri n
ch y u d c theo các khe n t và lan truy n vào trong, nh h
đá.
d nn
ng t i v t li u
c bi t, nó có th phát tri n m nh m d c theo các đ t gãy và các đ
ng
c ng m ch y u khác. Các lo i đá hay là các l p nào đó b phong hoá
m nh h n là do chúng ch a các khoáng v t kém n đ nh h n các l p khác.
Trong các kh i đá n t n , n
c th m d c theo các khe n t và h u nh không
th m sâu vào đá g c thì có ki u phong hoá lõi đá. N m gi a các l p đ t tàn
tích g n m t đ t, các th i đá t
i khá tròn c nh có đ b n t
v t li u đá g c đ
ng nh các lõi đá còn sót l i trong quá trình
cm
ng t
ng t nh c a
phong hoá. Khi t ng đ sâu, lõi đá tr nên l n h n, có hình ch nh t h n và
hàm l
ng đ t bao quanh c ng ít h n. H u h t đá m c ma, đ c bi t là đá h t
m n đ u phong hoá theo ki u này. Các lo i đá khác d b n
c th m qua v t
li u đá m , nh nhi u lo i cát k t, có quá trình phong hoá đ ng đ u h n, trong
đó các lõi đá có hình d ng r t không đ u nhau và s l
ng lõi đá c ng gi m đi
nhi u. Ki u phong hoá này c ng đ c tr ng cho các khe n t n m cách xa nhau
và nó có nhi u lo i khoáng v t kém n đ nh.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 14 -
CH
NG 2: CÁC PH
NG PHÁP TÍNH TOÁN K T C U
P BÊ TÔNG TR NG L C
Phân tích tính toán ng su t trong thân đ p bê tông tr ng l c là nh m
xác đ nh tr s , ph
ng chi u và s phân b c a các ng su t d
i tác d ng
c a ngo i l c, bi n d ng c a n n, s thay đ i c a nhi t đ , bi n pháp thi
công... Trên c s các k t qu tính toán đ
c ti n hành ki m tra kh n ng ch u
l c c a v t li u, t đó phân vùng đ p đ s d ng các mác bê tông khác nhau,
phù h p v i đi u ki n ch u l c t ng vùng. Nh m đ m b o đi u ki n kinh t k
thu t cho công trình.
2.1 C s lý thuy t các ph
ng pháp tính
Ngày nay m t c t kinh t nh t phù h p v i đi u ki n ch u l c là d ng
tam giác, đã đ
c nhi u tác gi nghiên c u nh Lêvy, Rankin, Krantza,... Do
đó m t c t d ng tam giác đ
c s d ng r ng rãi đ thi t k m t c t c b n c a
đ p bê tông tr ng l c.
Khi thi t k m t c t c b n c a đ p bê tông th ng xu t phát t ba đi u ki n:
1.
i u ki n n đ nh:
an toàn v
2.
n đ nh tr
m b o cho đ p không b tr
t và l t không đ
c nh h n tr s cho phép.
i u ki n ng su t: Ph i thi t k m t c t sao cho khi h đ y n
phát sinh ng su t kéo
mép biên th
mép biên h l u không v
ng su t nén cho phép. Khi h không có n
sinh ng su t kéo
c không
ng l u ho c có xu t hi n ph i nh h n
ng su t kéo cho phép. ng su t chính nén
tr s
t l t, có ngh a là h s
c thì ng
t quá
c l i không phát
mép biên h l u, ho c n u có xu t hi n ph i nh h n ng
su t kéo cho phép. ng su t nén
mép biên th
ng l u không v
t quá tr s
ng su t nén cho phép.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 15 -
3.
i u ki n kinh t :
m b o sao cho giá thành công trình r mà v n đ m
b o yêu c u k thu t đ t ra ch ng h n nh : kh i l
ng công trình là ít nh t,
thi công nhanh và thu n ti n,v.v...
Ngoài ra m t c t đ p c n ph i tho mãn các yêu c u trong s d ng, v n
hành nh : có đ
ng giao thông trên đ nh đ p, có đ
ng h m trong thân đ p
đ đi l i ki m tra, s a ch a, đ t các thi t b quan tr c thí nghi m, b trí hành
lang thoát n
c,... Hình d ng m t c t đ p còn ph thu c vào đi u ki n n i ti p
c u đ p v i n n và b ho c công trình khác. Hình d ng m t c t đ p c ng ph
thu c vào các bi n pháp đ c bi t nh t o các khe r ng trong thân đ p đ gi m
kh i l
ng bê tông c a công trình và c i thi n đi u ki n to nhi t khi đ bê
tông trong thân đ p.
4.
i u ki n n đ nh nh h
ng đ n m t c t đ p:
N u ti t di n cùng nh nhau thì đ p bê tông trên n n đá phong hóa s
kém n đ nh so v i đ p bê tông trên n n đá t t vì h s ma sát c a bê tông
trên n n đá t t cao h n h s ma sát trên n n đá phong hoá t 1.5 đ n 4 l n.
Do đó, trong tr
ng h p này đ đ m b o tính n đ nh ch ng tr
tc ađ pc n
ph i t ng l c th ng đ ng đ làm t ng l c ma sát trên n n công trình nh m
ch ng l i l c đ y tr
t. Nh ng t i tr ng truy n qua đáy đ p xu ng n n và có
th gay nên nh ng ng su t không cho phép trong n n đá phong hoá, n n s
b bi n d ng và b tr i ra t d
i móng đ p.
tránh s bi n d ng nh th
ph i làm gi m áp l c đ n v trên đ t b ng cách kéo dài ti t di n c a đ p theo
ph
ng dòng ch y.
i u đó có th th c hi n đ
c b ng cách làm m t th
ng
l u c a đ p nghiêng v i m t n m ngang hay là kéo dài (d ng công xôn) b n
đáy c a đ p v phía th
ng l u. Làm m t th
công xôn nh th còn có l i là l p n
c
ng l u nghiêng hay là làm
trên m t th
ng l u hay trên công
xôn s làm t ng thêm các l c th ng đ ng, do đó cho phép gi m b t đ
nào kh i l
ng bê tông so v i tr
ng h p đ p có m t th
c ph n
ng l u th ng đ ng.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 16 -
p bê tông trên n n đá phong hoá xây th p h n đ p bê tông trên n n
đá t t, ngh a là nh ng đ p nh v y ch xây cho tr
ng h p c t n
c th p và
trung bình. M t c t đ p bê tông trên n n đá
y
phong hoá c ng h n ch .
Tách ra t
τyz
τyx
σy
m t đi m b t k thu c đ p
m t phân t hình h p có các m t song song v i
τzx
các m t t a đ . Trên các m t c a phân t có 9
Trong đó có 3 thành ph n ng su t pháp
z
là σ x , σ y, σ z và 6 thành ph n ng su t ti p τxy ,
R
R
R
R
R
R
x
σz τzy
thành ph n ng su t. (Xem hình v 2.1).
R
τxy
σx
τxz
H×nh 2.1
R
τ yz , τ yx ,τ zy , τ xz , τ zx .
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
Hình 2.1. Các thành ph n ng su t
Do lu t đ i ng c a ng su t ti p, ta có 3 bi u th c:
τ xy=τ yx
R
R
R
R
τ yz =τ zy
R
R
R
τ xz =τ zx
R
R
R
R
Nh v y trong 9 thành ph n ng su t ch còn 6 thành ph n đ c l p.
2.1.1 Ph
ng trình cân b ng t nh Navier
Ngoài các ng su t tác d ng trên m t c a phân t còn có l c th tích
v i các thành ph n hình chi u c a nó lên các tr c t a đ là: X, Y, Z tác d ng
lên phân t n a.
Trên m t x và trên m t (x+dx) có các thành ph n ng su t là:
σ x (x, y, x), τ XZ (x, y, z) τ XZ (x, y, z)
R
R
R
R
R
R
σ x (x+dx, y, x), τ XZ (x+dx, y, z) τ XZ (x+dx, y, z)
R
R
R
R
R
R
Dùng khai tri n Taylor và b qua các vô cùng bé ph n t b c cao ta đ
σ x (x+dx, y, x) = σ x (x, y, x) + dσ x = σ x (x, y, x) +
R
R
R
R
R
R
R
R
∂σ x
dx
∂x
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
c
Lu n v n th c s
- 17 -
T
ng t đ i v i các thành ph n ng su t khác đ
c các thành ph n
ng su t trên các m t c a phân t (Xem hình v 2.2).
∂τyz d z
∂
τz
τyx ∂τyx d y
∂y
y
yx
τzy ∂τzy d z
∂z
τzx ∂τzx d z
∂z
σz ∂ σz d z
z
∂x
σx ∂ σx d x
∂x
x
τzx ∂τzx d x
∂x
∂z
ng su t trên các m t phân t
Hình 2.2.
Khi đó ph
τxy ∂τxy d x
ng trình cân b ng t nh Navier là ph
ng trình liên h gi a
các thành ph n ng su t v i nhau:
∂σ x ∂τ xy ∂τ xz
+
+
+X =0
∂x
∂y
∂z
∂τ yx
∂x
+
∂σ y
∂y
+
∂τ yz
∂z
+Y = 0
(2-1)
∂τ zx ∂τ zy ∂σ z
+
+
+Z =0
∂x
∂y
∂z
Trong đó:
+ σ x , σ y, σ z ,τ xy, τ yz , τ zx là các thành ph n ng su t c a phân t .
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
+ X, Y, Z là các thành ph n c a l c th tích đ n v theo các ph
ng c a
to đ x, y, z.
Ho c có th vi t d
i d ng ma tr n:
σx
∂ ∂ ∂
∂x ∂y ∂z .τ yx
τ
zx
τ xy
σx
τ zy
τ xz
T
τ yz = [XYZ]
σ z
(2-2)
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 18 -
2.1.2 Ph
Ph
ng trình hình h c Cauchy
ng trình hình h c Cauchy là ph
ng trình liên h gi a các thành
ph n bi n d ng và chuy n v v i gi thi t bi n d ng nh . Có 6 liên h đ c
tr ng nh sau:
εx =
∂u
∂v
∂w
; ε y = ; εz =
∂x
∂z
∂y
γ xy =
∂v ∂u
+
∂x ∂y
γ yz =
∂w ∂v
+
∂y ∂z
γ zx =
∂u ∂w
+
∂z ∂x
(2-3)
V i u, v, w là các chuy n v .
2.1.3 i u ki n t
ng thích v bi n d ng - Ph
Chuy n v t i m t đi m đ
bi n d ng đ
ng trình Saint Venant
c xác đ nh b ng 3 thành ph n: u, v, w; còn
c xác đ nh b ng 6 thành ph n: ε x , ε y, ε z , γ xy , γ yz , γ zx t (2-3)
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
th y r ng n u bi t 3 thành ph n chuy n v u, v, w thì hoàn toàn xác đ nh đ
c
6 thành ph n bi n d ng ε x , ε y , ε z , γ xy , γ yz , γ zx vì chúng là đ o hàm b c nh t.
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
2
2
∂ 2 ε x ∂ ε y ∂ γ xy
+
=
∂x∂y
∂y 2
∂x 2
∂ 2ε y
∂z 2
2
∂ 2 ε z ∂ γ yz
+
=
∂y∂z
∂y 2
∂ 2 ε z ∂ 2 ε x ∂ 2 γ zx
+
=
∂z∂x
∂x 2
∂z 2
∂ ∂γ zx ∂γ xy ∂γ yz
∂ 2ε x
=2
−
+
∂x
∂z
∂x ∂y
∂y∂z
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
(2-4)
Lu n v n th c s
- 19 -
∂ 2ε y
∂ ∂γ xy ∂γ yz ∂γ zx
=2
−
+
∂z∂x
∂y
∂x
∂y ∂z
∂ 2ε z
∂ ∂γ yz ∂γ zx ∂γ xy
=2
+
−
∂x∂y
∂z
∂z ∂x
∂y
Ph
ng trình này có ý ngh a khi v t bi n d ng thì các phân t c ng bi n
d ng, nh ng các bi n d ng này không ph i là tu ý mà ph i ràng bu c v i
nhau.
2.1.4 Quan h gi a ng su t - Bi n d ng Trong tr
ng h p bài toán 3 chi u (tr
nh lu t R.Hooke
ng h p ch u l c t ng quát) ta có
các bi u th c liên h gi a ng su t và bi n d ng nh sau:
Trong đó:
[
]
[
]
[
]
εx =
1
σ x − ν(σ y + σ z )
E
εy =
1
σ y − ν(σ z + σ x )
E
εz =
1
σ z − ν(σ x + σ y )
E
γ xy =
1
τ xy
G
γ yz =
1
τ yz
G
γ zx =
1
τ zx
G
(2-5)
E là mô đun đàn h i
ν là h s bi n d ng ngang c a v t li u (hay h s Poisson)
G là mô đun đàn h i khi tr
G=
t
E
2(1 + ν)
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 20 -
Công th c (2-5) có th vi t g n l i d
Trong đó:
σx =
E
ν
e
εx +
(1 + ν)
1 − 2ν
σy =
ν
E
e
εy +
(1 + ν)
1 − 2ν
σz =
E
ν
e
εz +
(1 + ν)
1 − 2ν
τ xy =
E
γ xy
(1 + ν)
τ yz =
E
γ xz
(1 + ν)
τ zx =
E
γ zx
(1 + ν)
i d ng quan h
ng su t - bi n d ng:
(2-6)
e = εx + εy + εz
Ngoài ra công th c (2- 6) còn có th vi t d
i d ng ma tr n:
{ε} = [D]−1 {σ}
Trong đó:
{ε} là véc t bi n d ng, {σ} là véc t
ε x
ε
y
ε
{ε} = z
γ xy
γ
yz
γ zx
ng su t
σ x
σ
y
σ
{σ} = z
τ xy
τ
yz
ψ zx
[D] là ma tr n các h ng s đàn h i, kích th
c 6x6.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 21 -
ν
1 1 − ν
0
1
0
0
E(1 − ν)
[D] =
0
0
(1 + ν)(1 − 2ν)
0
0
0
0
ν
1− ν
ν
1− ν
1
0
0
0
0
0
0
0
1 − 2ν
2(1 − ν)
0
0
1 − 2ν
2(1 − ν)
0
0
0
0
0
0
0
0
1 − 2ν
2(1 − ν)
0
(2-7)
Các bi u th c trên cho ta liên h gi a ng su t và bi n d ng thông
qua các h ng s đàn h i c a v t li u có ngh a là b ng công th c (2-5) ta có
th tính đ
c bi n d ng khi đã bi t các ng su t.
ng pháp tính ng su t đ p bê tông tr ng l c
2.2 Ph
Hi n nay, đ gi i quy t bài toán ng su t, bi n d ng có r t nhi u
ph
ng pháp nghiên c u nh : ph
ng pháp s c b n v t li u, ph
thuy t đàn h i, ph
ng pháp sai phân h u h n, ph
Nói chung các ph
ng pháp này là đ u ph i gi i các ph
và gi thi t: V t li u là môi tr
2.2.1 Ph
tuy n tính. Ph
ng trình c b n trên
ng liên t c, đ ng nh t, đ ng h
ng pháp phân tích tr ng l c ho c ph
ng pháp S c b n v t li u đ
c b n, nó không ch tính đ
ng.
c coi là ph
ng pháp phân tích
ng pháp tính toán
c ng su t t i mép đ p mà cho bi t c quy lu t
ng su t trong thân đ p.
Gi thi t c a ph
ng pháp này là xem s phân b
(σ y) trên m t ph ng n m ngang theo quy lu t đ
R
ng pháp ph n t h u h n.
ng pháp S c b n v t li u
Là ph
phân b
ng pháp lý
R
các biên đ p đ
ng su t pháp
ng th ng và tr s c a nó t i
c xác đ nh theo công th c nén l ch tâm.
1. S đ tính toán:
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 22 -
Gi s xét m t đo n đ p có chi u dài đ n v (1m) ti t di n ngang là
hình tam giác. (Hình v 2.3)
Các l c tác d ng lên đ p bao g m:
- Tr ng l
- Áp l c n
ng b n thân công trình:
c th
- Áp l c th m d
G
ng và h l u:
W 1 , W 2 ,W 3 , W 4
i đáy đ p:
W th
R
R
R
R
R
R
R
R
- Áp l c đ y n i:
W đn , W 5
- Áp l c bùn cát:
W bc
- Áp l c sóng:
Ws
R
R
R
R
R
R
R
- L c sinh ra khi có đ ng đ t g m:
+ L c quán tính đ ng đ t c a công trình F đ
R
+ Áp l c n
c t ng thêm khi đ ng đ t W đ
R
+ Áp l c bùn cát t ng thêm khi đ ng đ t W 8
R
Hình 2.3 - S đ các l c tác d ng lên đ p
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 23 -
2. Cách tính ng su t:
a)
ng su t t i biên đ p:
ng su t pháp σ x :
-
R
R
C ng d a vào đi u ki n cân b ng v i
biên th
∑x = 0
c a phân t tam giác t i
ng h l u đ p (hình v 2.4a) ta có:
+ Biên th
ng l u:
σ ′x = γ n . y − (γ n . y − σ ′y )tg 2α1
(2-8)
+ Biên h l u:
σ ′x′ = σ ′y′tg 2α 2
(2-9)
y
y
σ'x
α1
τ'
τ'
γy
σ"x
γy
τ"
σ"y
N"1
N'1
τ"
dy
σ'y
dx
α1
α2
τ'
dx
σ'y
σ"y
α2 τ"
dx
dx
a)
b)
Hình 2.4 - S đ tính toán ng su t biên
-
ng su t pháp σ y :
R
Tr s
R
ng su t pháp t i các biên th
n m ngang đ
ng h l u đ p σ ′y ,σ ′y′ trên m t c t
c xác đ nh theo công th c:
σy =
∑ G ± 6∑ M
B
B
o
2
Trong đó:
∑G
- t ng các l c th ng đ ng tác d ng lên m t c t tính toán.
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
(2-10)
Lu n v n th c s
- 24 -
∑M
o
- t ng mô men c a các l c đ i v i tr ng tâm c a m t c t tính
toán.
- chi u r ng đáy đ p.
B
ΣG = G + W 2 - Wt
R
ΣG = γ 1
R
R
R
R
Bh
nBh
Bh
Bh
+ γ2
- αtγ
=
(γ 1 + γn – α 1 γ) (a)
2
2
2
2
R
R
R
R
R
R
R
R
B
− nB
nBh B nB
Bh 2
Bh B
ΣM 0 =
-γ
. + α1γ
− γ1
−
2 2
3
2 3
2 6
2 3
γh 2 h
R
R
R
=
R
B2h h2
2γ 2 + α 1γ − 3γn + 2γn 2 − γ 1 + 2γ 1 n
12 B
(b)
Trong đó :
α1 – H s c t n
R
R
c th m còn l i sau màng ch ng th m. H s α 1 ph
R
R
thu c vào tính ch t đá n n, c p công trình và lo i t h p t i tr ng, theo
14TCN 56-88, t i màng ch ng th m h s α 1 = 0,3 ÷ 0,6.
R
R
h – Chi u cao m t c t.
γ, γ 1 – Tr ng l
R
R
ng riêng c a n
c và c a v t li u đ p.
n – H s , ch n theo kinh nghi m (n<1).
Thay (a), (b) vào (2-10) xác đ nh đ
th
c ng su t pháp
mép biên
ng l u và h l u :
h2
σ y' = h γ 1 (1 − n ) + γn(2 − n ) − α 1γ − γ 2
B
σ "y = nh(γ 1 − γ + nγ ) + γ
Khi h đ y n
h3
B2
(2-10a)
(2-10b)
c, v i đi u ki n ng su t pháp
mép biên th
b ng không, và đ m b o không sinh ng su t kéo phía th
ng l u
ng l u, ta có :
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y
Lu n v n th c s
- 25 -
h
Bus =
(2-10c)
γ1
(1 − n ) + n(2 − n) − α 1
γ
Kh i l
ng công trình s nh nh t khi bi u th c trong c n c a công
th c (2-10c) đ t tr s c c đ i. L y đ o hàm c a bi u th c đó theo n và cho
b ng không ta đ
n = 1−
Tr s
th
c:
γ1
2γ
γ1
trung bình có th l y b ng 2,4, khi đó n = -0,2 ngh a là mái
γ
ng l u đ p có đ d c ng
c.
- Theo đi u ki n n đ nh :
i u ki n t i thi u đ đ m b o n đ nh tr
cc ađ p:
f ΣP
= K cp
ΣT
Trong đó :
ΣT – T ng các l c ngang tác d ng lên thân đ p k t m t tr
f – H s ma sát
t tr lên.
m t ti p xúc gi a đ p và n n.
K cp – H s an toàn n đ nh cho phép.
R
R
Theo TCVN 285-2002 quy đ nh K cp xác đ nh theo tr ng thái gi i h n
R
R
nc K n
v i n c – H s t h p t i tr ng ; m – H s đi u ki n
m
th nh t : K cp =
R
R
làm vi c c a đ p ; K n – H s tin c y.
R
R
T công th c (2-10c) ta có: K cp γ
Do đó : B ôđ =
R
R
K cp h
γ
f 1 + n − α 1
γ
h2
Bh
(γ 1 + γn − α 1γ )
= f
2
2
(2-10d)
ào Th Thanh H i - L p CH17C1 - Chuyên nghành Xây d ng công trình th y