Bằng phần mềm PLAXIS tỏc giả mụ phỏng chuyển vị cưỡng bức của nền như là cỏc chuyển vị lỳn xuất hiện từ từ theo từng bước khai thỏc dưới cụng trỡnh và cỏc tớnh toỏn sẽ cho thấy sự biến d
Trang 1CễNG TRèNH TƯỜNG CHẮN ĐẤT Cể CỐT TRấN VÙNG NÚI KHAI THÁC MỎ
Trường Đại học Xõy dựng
1 Mở đầu
thờm cỏc cốt cứng (tre, gỗ, kim loại, ) hoặc cỏc cốt mềm (cao su, vải địa kĩ thuật, ) cú khả năng chịu kộo và chịu cắt cao Cốt cú kich thước và mật độ nhất định, được đặt vào đất trong quỏ trỡnh xõy dựng theo những hướng cú tớnh toỏn trước (hoặc theo mọi hướng, vớ dụ fiber-reinforcement hay texsoil) để đảm bảo cho cụng trỡnh ổn định nhờ ma sỏt giữa đất và cốt [4] Với cỏc cụng trỡnh tường chắn, dựng cụng nghệ đất cú cốt cú thể tiết kiệm tới hơn 50% giỏ thành so với tường chắn trọng lực bằng bờ tụng
Đặc biệt cỏc cụng trỡnh đất cú cốt là cỏc cụng trỡnh nửa cứng cú tớnh mềm dẻo nờn ớt bị ảnh
tường chắn đất cú cốt dài 50m, cú độ lỳn khụng đồng đều với độ chờnh lệch khoảng từ 60cm tới 90cm, nhưng vẫn làm việc tốt
mềm cú khả năng tiếp nhận lực kộo phỏt sinh trong cụng trỡnh nờn khụng bị nguy hiểm trước những ảnh hưởng của sự thay đổi độ cong bề mặt địa hỡnh
Trong bài bỏo này, tỏc giả giới thiệu một nghiờn cứu về tường chắn đất cú cốt khi nền chịu chuyển vị cưỡng bức do nguyờn nhõn hoạt động khai thỏc mỏ ngay dưới cụng trỡnh Bằng phần mềm PLAXIS tỏc giả mụ phỏng chuyển vị cưỡng bức của nền như là cỏc chuyển vị lỳn xuất hiện từ từ theo từng bước khai thỏc dưới cụng trỡnh và cỏc tớnh toỏn sẽ cho thấy sự biến dạng của tường chắn cũng như của nền trong suốt quỏ trỡnh khai thỏc Bờn cạnh đú sự thay đổi của cỏc lực kộo xuất hiện trong cỏc lớp cốt ở từng giai đoạn biến dạng nền khỏc nhau cũng được tỏc giả quan tõm xem xột
2 Sơ đồ bài toỏn và cỏc số liệu tớnh toỏn
2.1.Sơ đồ bài toỏn
Hình 1 Sơ đồ bài toán
Hỡnh 1 Sơ đồ bài toỏn
Vớ dụ tớnh toỏn được thực hiện bằng phương phỏp phần tử hữu hạn với trợ giỳp của phần mềm PLAXIS 7.2 cho một cụng trỡnh tường chắn đất cú cốt được xõy dựng trờn vựng nỳi cú khai thỏc mỏ (sơ đồ cụng trỡnh được miờu tả trờn hỡnh 1) Ảnh hưởng của quỏ trỡnh khai thỏc mỏ gõy ra hiện tượng lỳn bề mặt đất nền Chỳng ta chia quỏ trỡnh khai thỏc thành12 giai đoạn, tiến hành từ trỏi sang phải, cỏc tớnh toỏn được thực hiện theo từng bước, mụ tả quỏ trỡnh lỳn theo từng giai đoạn khai thỏc Kết thỳc quỏ trỡnh khai thỏc toàn bộ khu vực nền đều cú chuyển vị theo phương thẳng đứng một giỏ trị là 0,25m Giỏ trị này được đưa vào dựa trờn cơ sở tớnh thử dần sao cho dưới chuyển vị như vậy thỡ biến dạng kộo của nền ngay dưới tường chắn nằm trong khoảng 0,3% 0,6% (tương ứng với khu vực miền nỳi cấp III) [ 2 ]
A
B
C
q
1
2
1
9
9
10
Trang 2Trong bước tớnh đầu tiờn, độ gia tăng chuyển vị đứng của nền thuộc khoang đào thứ nhất trong
thỡ chuyển vị đứng tại khoang thứ nhất đạt giỏ trị 2 x 0,021m = 0,042m, chuyển vị đứng của khoang thứ 2 là 0,023m, cũn chuyển vị đứng của cỏc khoang khỏc đều chưa xuất hiện (do quỏ trỡnh khai thỏc cũn chưa thực hiện tới đú) Tương tự như vậy tại bước tớnh thứ n đối với khoang đào thứ n bất kỡ nào
xong bước tớnh n, chuyển vị của khoang đào thứ n sẽ là 0,25m/(13-n), trong khi đú chuyển vị của khoang đào thứ i nào đú với i < n sẽ là (n +1-i) x 0,25m/(13-i) Kết thỳc quỏ trỡnh khai thỏc (n = 12), toàn bộ phần dưới của nền sẽ cú chuyển vị đều là 0,25m
Chỳng ta xem xột 3 điểm, kớ hiệu lần lượt là A, B và C như mụ tả trờn hỡnh 1 Trong đú khoảng cỏch AB 3,1m ; BC 2,9m Cỏc tớnh toỏn được thực hiện để xỏc định ảnh hưởng của chuyển vị ngang đất nền tới độ nghiờng bề mặt tường chắn so với phương đứng và độ nghiờng của mặt đất so với phương ngang Ngoài ra cỏc tớnh toỏn cũn cho chỳng ta thấy được ảnh hưởng của biến dạng nền
do khai thỏc tới sự thay đổi của lực kộo trong cỏc cốt điển hỡnh
2.2 Cỏc số liệu tớnh toỏn
Đất nền và đất dựng để xõy dựng tường chắn được mụ hỡnh hoỏ là mụi trường đàn dẻo lớ tưởng
Bề mặt tường chắn được mụ tả là phần tử dầm bờ tụng, do chỉ cú mục đớch bảo vệ cốt nờn chỉ
Cốt gồm 10 lớp như mụ tả trờn hỡnh 1, với độ cứng chịu kộo của cỏc cốt 1, 3, 5, 7 và 9 là EA = 700kN/m, của cỏc lớp cốt 2, 4, 6 và 8 là 1400kN/m cũn của lớp 10 là 2100kN/m Coi như tiếp xỳc giữa đất đắp và bề nặt cỏc lớp cốt là tốt
Trờn phạm vi tường chắn và mặt đất sau tường chắn chịu một tải trọng phõn bố đều cú cường độ
q = 20 kN/m
3 Cỏc kết quả tớnh toỏn và nhận xột
3.1 Biến dạng ngang của nền
Hỡnh 2 mụ tả sự thay đổi cỏc gớa trị chuyển vị ngang của cỏc điểm A, B và C trong quỏ trỡnh tớnh toỏn Cỏc giỏ trị này cho thấy chuyển vị ngang của điểm A thường xuyờn lớn hơn chuyển vị ngang của cỏc điểm B và C, và hầu như cỏc chuyển vị này là khụng đỏng kể khi quỏ trỡnh khai thỏc cũn chưa nằm dưới phạm vi tường chắn Giỏ trị chuyển vị ngang lớn nhất của cỏc điểm khảo sỏt khỏc nhau đạt được khụng đồng thời mà cũng vào cỏc thời điểm khỏc nhau Từ cỏc giỏ trị chuyển vị ngang của cỏc điểm B và C chỳng ta cú thể xỏc định được biến dạng ngang của nền tại mức ngay
dưới đỏy cụng trỡnh trong suốt quỏ trỡnh biến dạng của nền do ảnh hưởng của khai thỏc
Biến dạng này được kớ hiệu là BC và được xỏc định theo cụng thức (1) dưới đõy
% 100
BC
C B
BC
u u
Trong đú BC = 2,9m là khoảng cỏch theo phương ngang giữa điểm B và C, cỏc giỏ trị uB và uC
lần lượt là chuyển vị theo phương ngang của cỏc điểm B và C
Hỡnh 2 Chuy ển vị ngang của cỏc điểm A, B và C
Sự thay đổi giỏ trị biến dạng ngang của nền tại mức ngay dưới đỏy cụng trỡnh trong suốt quỏ trỡnh biến dạng của nền do ảnh hưởng của khai thỏc được thể hiện trờn hỡnh 3
-50
0 50
100
150
0 2 4 6 8 10 12 Các bước tính toán
Điểm A Điểm B Điểm C
Trang 3Hỡnh 3 Bi ến dạng ngang của nền trong quỏ trỡnhkhai thỏc
Tại cỏc bước tớnh đầu tiờn, biến dạng ngang của nền là biến dạng nộn, cỏc giỏ trị này tăng dần đồng thời với quỏ trỡnh khai thỏc Khi quỏ trỡnh khai thỏc cũn xa tường chắn, biến dạng ngang của nền hầu như tăng khụng đỏng kể Biến dạng ngang của nền tăng nhanh kể từ sau bước tớnh thứ 4 và đạt được giỏ trị lớn nhất tại bước tớnh thứ 8 (tương ứng khi quỏ trỡnh khai thỏc được thực hiện dưới nền tại vị trớ ở khoảng giữa cụng trỡnh) Tiếp tục quỏ trỡnh khai thỏc, giỏ trị biến dạng ngang của nền giảm đi khỏ nhanh và thậm chớ chuyển sang biến dạng kộo Biến dạng kộo lớn nhất đạt được tương ứng với bước tớnh thứ 11 Sau khi quỏ trỡnh khai thỏc kết thỳc, chuyển vị tại biờn dưới nền đất là chuyển vị đều, mặc dự vậy trong nền vẫn cũn tồn tại biến dạng kộo
3.2 Độ nghiờng mặt tường chắn so với phương đứng
Tương tự với xỏc định biến dạng ngang của nền, độ nghiờng bề mặt tường chắn so với phương
đứng TAB cũng được tớnh toỏn theo biểu thức (2) sau đõy:
% 100
AB
B A
AB
u u
T
Trong đú AB = 3,1m là khoảng cỏch theo phương đứng giữa điểm A và B, cỏc giỏ trị uA và uB lần
lượt là chuyển vị theo phương ngang của cỏc điểm A và B
Hỡnh 4 mụ tả sự thay đổi độ nghiờng của bề mặt tường chắn so với phương thẳng đứng trong quỏ trỡnh khai thỏc
Hỡnh 4 S ự thay đổi độ nghiờng của bề mặt tường chắn
Qua kết quả thể hiện ở hỡnh 4, chỳng ta cú thể thấy là sự phỏt triển độ nghiờng mặt tường chắn
so với phương đứng là liờn tục cho tới khi đạt được độ nghiờng lớn nhất tại bước tớnh 11 Thụng thường đối với tường chắn bờ tụng trọng lực chuyển vị ngang của điểm A (đỉnh tường) chỉ cần nằm trong khoảng 0,001H 0,005H là đó cú thể xảy ra phỏ hoại chủ động [1] nhưng ở đõy độ nghiờng này đó đạt tới giỏ trị cực đại là hơn 4% mà cụng trỡnh vẫn ổn định Điều này chỉ cú thể giải thớch là do cỏc lớp cốt tiếp nhận lực kộo và dón ra, nhưng bản thõn bề mặt tiếp xỳc giữa đất và cốt nhờ lực ma sỏt giữa đất và cốt vẫn ổn định, khụng cú hiện tượng cốt bị nhổ tuột khỏi khối đất và vỡ thế chuyển vị của đất tại vị trớ sau lưng khối đắp cú cốt ra phớa ngoài vẫn là khụng đỏng kể
-0.3
-0.2
-0.1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Các bước tính toán
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Các bước tính toán
Trang 4Hỡnh 5 Độ nghiờng mặt tường chắn - biến dạng
ngang của nền
Theo kết quả thể hiện ở hỡnh 5, bề mặt tường chắn cú xu hướng nghiờng liờn tục ra ngoài thậm chớ khi biến dạng ngang của nền giảm
3.3 Độ nghiờng bề mặt đất nền so với phương ngang
Để đỏnh giỏ độ nghiờng của bề mặt nền ngay dưới tường chắn so với phương ngang, chỳng ta xỏc định chuyển vị đứng tại cỏc điểm B và C rồi ỏp dụng cụng thức (3) dưới đõy:
% 100
BC
C B
BC
w w
T
Hỡnh 6 mụ tả sự thay đổi độ nghiờng bề mặt nền so với phương ngang trong suốt quỏ trỡnh khai thỏc diễn ra Từ đồ thị này, chỳng ta nhận xột thấy độ nghiờng bề mặt nền lớn nhất đạt được giỏ trị 3% tại bước tớnh thứ 10 Sau khi kết thỳc quỏ trỡnh khai thỏc bề mặt nền vẫn cũn nghiờng 1,7% so với
phương ngang, trong khi đú biờn dưới của nền nằm ngang và cú chuyển vị đều w = 0,25m theo
phương đứng
Hỡnh 6 Độ nghiờng bề mặt nền so với phương ngang
3.4 Sự thay đổi giỏ trị lực kộo trong cỏc cốt
Hỡnh 7 Giỏ tr ị lực kộo trong cỏc cốt điển hỡnh trước khi cú biến dạng nền
-0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0 2 4 6 8 10 12 Các bước tính toán
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Biến dạng ngang của nền [%]
Trang 5Trước khi chịu ảnh hưởng của biến dạng của nền, lực kéo lớn nhất trong các cốt đạt được
gi á trị 6,51 kN/m ở cốt 6 (phạm vi giữa chiều cao tường chắn) và hầu như lực kéo chỉ t ập trung
ở phần đầu của cốt
Biến dạng ngang của nền tăng lên, lực kéo cực đại trong các cốt cũng tăng lên theo Đồng thời lực kéo trong các cốt đã phát triển dần về phía sau, cốt làm việc có hiệu quả hơn Khi biến dạng
thứ 6, nhưng khi này lực kéo cực đại trong cốt 4 (khoảng 1/3 chiều cao tường kể từ dưới) đã phát triển khá nhanh và đạt giá trị xấp xỉ lực kéo cực đại trong cốt 6
Hình 8 L ực kéo trong các cốt điển hình khi nền có biến dạng nhỏ BC = 0,2%
6 và đạt được giá trị lực kéo lớn nhất trong tất cả các cốt Sự phân bố lực kéo dọc theo cốt cũng đồng đều hơn (xem hình 9)
Hình 9 L ực kéo trong các cốt điển hình khi nền có biến dạng BC = 0,4%
Sau khi quá trình khai thác kết thúc, lực kéo trong các cốt vẫn tồn tại và có giá trị khá lớn Tại cốt
trình nền chịu chuyển vị cưỡng bức, giá trị lực kéo cực đại trong các cốt vẫn tăng liên tục
Hình 10 Lực kéo trong các cốt điển hình tại thời điểm cuối cùng
4 Kết luận
hiện tại phạm vi dưới công trì nh Biến dạng ngang l ớn nhất của nền đạt được khi khai thác
Trang 6ở vị trí gi ữa công trình S au khi quá trình khai thác kết thúc, chuyển vị tại biên dưới nền đất
là chuyển vị đều, như ng mặc dù vậy trong nền vẫn còn tồn tại bi ến dạng kéo;
Khi kết thúc quá trình khai thác, độ nghi êng này vẫn còn đạt giá trị lớn (hơn 4%) nhưng nhờ khả năng chịu kéo tốt của cốt mềm nên công trình vẫn ổn định;
hơn dọc theo chiều dài cốt Ban đầu khai t hác khi biến dạng nền còn nhỏ, lực kéo lớn nhất trong các cốt đạt giá trị cực đại tại khoảng giữa chiều cao tường chắn, còn khi bi ến dạng lớn, giá trị này có xu hướng chuy ển tới cốt bên dưới và vẫn tăng cho tới khi kết thúc quá trình khai thác
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 CAO VĂN CHÍ, TRỊNH VĂN CƯƠNG Cơ học đất NXB Xây dựng Hà nội, 2003
2 Jerzy Kwiatek Wybrane problemy Geotechniki terenãw gãrniczych Polska Akademia Nauk oddzial
địa kĩ thuật nổi bật tại khu vực miền núi – tiếng Balan)
3 Murray R.T., Jone C.J.F.P., Smith R.J.H.Reinforced soil in areas of mining subsidence Proceedings of the XII International Conference in Soil Mechanics and Foudations Engineering, Rio de Janeiro 13-18 August 1989, Vol 2, Published by A.A Balkema, Rotterdam 1992
4 Sawicki A., Kulczykowski M., Projektowanie scian oporowych z gruntu zbrojonnego geotekstylami Szkola metod projektowania obiektow inzynierskich z zastosowaniem geotekstyliow III Ogolnopolska Konferencja Nauko -Techniczna, Ustron, 12/1995 Wyd Stowarzyszenia Producentow Geotekstyliow Bieskidzki Instytut Tekstylny (Thiết kế tường chắn có cốt vải địa kỹ thuật – tiếng Balan)
5 Vermeer P.A., Brinkgreve R.B.J (Eds.), PLAXIS - finite element code for soil rock ananyses
Plaxis User's Manual v 7 Plaxis B V., Delft - Netherlands, 1998
