Phân tích ổn định mái dốc trong không gian ba chiều dựa trên phần mềm ansys luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy

Thông tin chung v công trình ...

Trang 1

L I CAM OAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi và đ c s h ng d n khoa h c c a TS V Hoàng H ng và TS Nguy n Thái Hoàng Các n i dung nghiên

c u, k t qu trong đ tài này là trung th c và ch a công b d i b t k hình th c nào

tr c đây Nh ng s li u trong các b ng bi u ph c v cho vi c phân tích, nh n xét, đánh giá đ c chính tác gi thu th p t các ngu n khác nhau có ghi rõ trong ph n tài

li u tham kh o Ngoài ra, tronglu n v n còn s d ng m t s nh n xét, đánh giá c ng

nh s li u c a các tác gi khác, c quan t ch c khác đ u có trích d n và chú thích ngu n g c N u phát hi n có b t k s gian l n nào tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m

Trang 2

L I C M N

Trong su t nh ng n m h c t p và rèn luy n d i mái tr ng i h c Th y L i d i t cách là sinh viên và gi đây là m t h c viên cao h c tôi đã nh n đ c nhi u ki n th c

b ích, b tr cho b n thân trong không nh ng công vi c mà còn c trong cu c s ng

Lu n v n này đ c th c hi n d i s c g ng, n l c c a b n thân hoàn thành

đ c lu n v n này tôi đã nh n đ c r t nhi u s đ ng viên, giúp đ c a nhi u cá nhân và t p th

Tr c h t, tôi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n TS.V Hoàng H ng và TS Nguy n Thái Hoàng đã h ng d n tôi th c hi n lu n v n c a mình

Xin cùng bày t lòng bi t n chân thành t i các th y cô giáo, ng i đã đem l i cho tôi

nh ng ki n th c b tr , vô cùng có ích trong nh ng n m h c v a qua

C ng xin g i l i cám n chân thành t i Ban Giám hi u, Phòng ào t o đ i h c và sau

đ i h c, Tr ng i h c Th y L i đã t o đi u ki n cho tôi trong quá trình h c t p

Cu i cùng tôi xin g i l i cám n đ n gia đình, Ban lãnh đ o đ n v công tác, các đ ng nghi p, b n bè, t p th l p Cao h c 23C11 nh ng ng i đã luôn bên c nh, sát cánh,

đ ng viên và khuy n khích tôi trong quá trình th c hi n lu n v n c a mình./

Hà N i, ngày tháng 8 n m 2016

Tác gi lu n v n

Lê Chí Vinh

Trang 3

M C L C

CH NG 1: T NG QUAN 4

1.1 Khái ni m chung v mái d c 4

1.2 Phân lo i mái d c 4

1.3 Hình th c phá ho i mái d c và nguyên nhân phát sinh m t n đ nh 5

1.3.1 C ch phá ho i c a mái đ t và n n d c 5

1.3.2 Hình d ng m t tr t 6

1.3.3 K t lu n v m t tr t phá ho i kh i đ t 7

1.4 Ph ng pháp tính toán n đ nh mái d c 7

1.4.1 Các quan đi m v h s an toàn th ng dùng hi n nay 7

1.4.2 Quan đi m th nh t v h s an toàn chung 8

1.4.3 Quan đi m th hai v h s an toàn t ng h p 14

1.4.4 Quan đi m th 3 dùng h s huy đ ng c ng đ ch ng c t c a đ t làm h s an toàn 15

1.4.5 K t lu n v h s an toàn n đ nh 18

1.5 Nh ng v n đ c n nghiên c u 18

CH NG 2 : C S TÍNH TOÁN N NH MÁI D C THEO PH NG PHÁP PH N T H U H N 20

2.1 Ph ng pháp ph n t h u h n tính toán phá ho i d o c a đ t 20

2.2 Ph ng pháp huy đ ng c ng đ ch ng c t và ph ng pháp gia t ng dung tr ng 21

2.3 Tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS 22

2.3.1 Gi i thi u ph n m m ANSYS [9] 22

2.3.1.1 Khái quát chung v ph n m m ANSYS 22

2.3.1.2 Mô t ph n m m ANSY S 23

2.3.1.3 Trình t gi i bài toán k t c u b ng ph n m m ANSYS 25

2.3.2 Tính toán 26

2.3.2.1 S đ kh i tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS 26

2.3.2.2 Trình t phân tích n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS [9] 27

2.3.2.3 Ví d phân tích n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS 31

2.3.2.4 Ch ng trình tính toán n đ nh mái d c theo bài toán ph ng 32

2.3.2.5 Ch ng trình tính toán n đ nh mái d c theo bài toán không gian 44

Trang 4

2.4 K t lu n ch ng 2 52

CH NG 3: TÍNH TOÁN N NH MÁI D C VAI TRÁI P CÔNG TRÌNH TH Y I N B C HÀ – LÀO CAI 55

3.1 Gi i thi u công trình 55

3.1.1 Thông tin chung v công trình 55

3.1.2 Gi i thi u công trình 56

3.2 K t c u mái d c 60

3.3 Tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS 61

3.4 K t lu n Ch ng 3 73

K T LU N VÀ KI N NGH 74

TÀI LI U THAM KH O 76

PH L C 77

1 Chi ti t tính toán n đ nh mái d c trên bài toán ph ng: 77

2 Chi ti t tính toán n đ nh mái d c trên bài toán không gian 81

3 Chi ti t tính toán n đ nh mái d c trên bài toán không gian c a vai trái đ p th y đi n B c Hà – Lào Cai 87

Trang 5

DANH M C CÁC HÌNH NH

Hình 1.1 Các b ph n c a mái đ t 4

Hình 1.2 Hình d ng m t tr t mái d c 7

Hình 1.3 ng su t pháp σ và c ng đ ch ng c t c a đ t τ0 trên đ n v di n tích m t tr t 9

Hình 1.4 Xác đ nh h s an toàn theo ph ng pháp phân th i Fellenius 10

Hình 1.5 Mái đ t đ c x lý b ng ph ng pháp ph n áp 12

Hình 1.6: S đ xác đ nh góc ma sát huy đ ng và l c dính huy đ ng 16

Hình 2.1 K t c u ch ng trình ANSYS 23

Hình 2.2 Trình t gi i b ng ANSYS 23

Hình 2.3 Mô hình m t mái d c 33

Hình 2.4 Mô hình phân chia m ng l i ph n t mái d c 34

Hình 2.5 Mô hình mái d c sau khi gán ràng bu c chuy n v và gia t c tr ng tr ng 35 Hình 2.6 Bi n hình mái d c khi F=1,2 36

Hình 2.7 Ph chuy n v mái d c theo ph ng X khi F=1,2 36

Hình 2.8 Ph bi n d ng tính d o mô hình mái d c khi F=1,2 37

Hình 2.9 Bi n hình mái d c khi F=1,4 37

Hình 2.18 Qúa trình tính toán không h i t t i F=1,82 40

Hình 2.22 Tính toán n đ nh mái d c b ng Geo – Slope 44

Hình 2.23 Mô hình phân chia l i ph n t mái d c 44

Hình 2.24 Mô hình mái d c sau khi gán ràng bu c chuy n v và gia t c tr ng tr ng 45

Trang 6

Hình 2.41 Qúa trình tính toán không h i t t i F=1,85 50

Hình 3.1 Công trình th y đi n B c Hà – Lào Cai 55

Hình 3.2 Vai trái đ p th y đi n B c Hà – Lào Cai 60

Hình 3.3 M t c t đ a ch t vai trái đ p th y đi n B c Hà – Lào Cai 61

Hình 3.4 Mô hình đ ng mái d c vai trái Công trình th y đi n B c Hà 62

Hình 3.5 Mô hình m t mái d c 62

Hình 3.6 Mô hình mái d c trên không gian ba chi u 62

Hình 3.7 Mô hình mái d c sau khi gán ràng bu c chuy n v và gia t c tr ng tr ng 63 Hình 3.8 Ph chuy n v mái d c theo ph ng X khi F=1,2 63

Hình 3.9 Ph bi n d ng tính d o mô hình khi F=1,2 63

Trang 7

Hình 3.30 Qúa trình thay th F=3,15 tính toán không h i t 70

Trang 8

DANH M C B NG BI U

B ng 1.1 H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QCVN 04:05:2012 13

B ng 1.2 H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QP c a Canada 13

B ng 1.3 H s huy đ ng c ng đ ch ng c t cho phép 17

B ng 2.1 Tham s v t li u mô hình kh i tr t 32

B ng 2.2 L c dính và góc ma sát trong ng v i các h s tri t gi m c ng đ 32

B ng 2.3 B ng t ng h p k t qu tính toán bài toán ph ng 41

B ng 2.4 B ng t ng h p k t qu tính toán bài toán không gian 51

B ng 3.1 C p công trình và t n su t thi t k 56

B ng 3.2 Các thông s k thu t đ p dâng 56

B ng 3.3 Các thông s k thu t tràn x l 57

B ng 3.4 Các thông s k thu t c a l y n c 58

B ng 3.5 Các thông s k thu t nhà máy th y đi n và nhà tr m phân ph i 59

B ng 3.6 Tham s v t li u mô hình kh i tr t 60

B ng 3.7 L c dính và góc ma sát trong ng v i các h s huy đ ng 61

c ng đ ch ng c t 61

Trang 9

DANH M C CÁC T VI T T T VÀ GI I THÍCH THU T NG

LVThS Lu n v n Th c s

PPPTGH Ph ng pháp ph n t gi i h n

PPVPTP Ph ng pháp vi phân toàn ph n

Trang 11

đ nh c a mái d c, đánh giá chu n xác và d đoán tình tr ng n đ nh c a mái d c và xu

h ng phát tri n làm c n c đ x lý t i v trí mái d c

Nguyên nhân ch y u nh h ng đ n n đ nh mái d c:

Nguyên nhân đ a ch t: bao g m ngu n g c c a đ t đá, c u t o đ a ch t và tính ch t c

h c… a ch t công trình c a mái d c càng t t, tính n đ nh c a mái d c càng cao và

ng c l i i v i c u t o đ a ch t, c n đ c bi t chú ý đó là quan h gi a m t k t c u

đ a t ng v i m t mái d c Khi m t k t c u đ a t ng song song v i m t mái d c ho c

g n song song thì d phát sinh m t n đ nh, khi m t t ng đ t đá và m t biên mái d c

g n nh vuông góc thì thông th ng mái d c tr ng thái n đ nh

Nguyên nhân th y v n: n đ nh c a mái d c và n c có quan h m t thi t v i nhau vì

môđun đàn h i E, l c dính C , góc ma sát trong ϕ ch u nh h ng c a l ng ng m

n c L ng ng m n c càng l n thì E, C, ϕ càng gi m nh ng dung tr ng càng t ng

đi u này làm t ng kh n ng m t n đ nh c a mái d c

Ho t đ ng c a con ng i:

– ào rãnh đ ng sâu vào chân núi làm gi m nh l c ch ng tr t c a mái d c, đây là

m t trong nh ng nguyên nhân phát sinh m t n đ nh c a mái d c, tr ng h p này

th ng g p trong thi công đ ng giao thông

– Gia t ng t i tr ng đ nh d c làm gia t ng l c gây tr t, làm cho mái d c d phát sinh tr t

Trang 12

– ào ng m ví d nh đào đ ng h m, làm thay đ i tr ng ng su t mái d c d n đ n

ng su t t p trung đ nh d c và chân d c, d phát sinh phá ho i kéo đ nh d c và phá

ho i c t chân d c, d n t i m t n đ nh c a mái d c

Tr c đây, ph ng pháp và lý thuy t phân tích n đ nh mái d c ch y u có 3 lo i: lý thuy t cân b ng gi i h n, nghiên c u mô hình trong phòng và lý thuy t phân tích s Khi tính n đ nh mái d c theo ph ng pháp cân b ng gi i h n truy n th ng, do không

k đ n quan h ng su t bi n d ng trong n i b c a kh i đ t đá vì v y h s an toàn

ch là đ an toàn trung bình c a m t tr t gi i đ nh G n đây s phát tri n c a k thu t máy tính đi n t đã hoàn thi n lý thuy t phân tích s , ng d ng ph ng pháp ph n t

h u h n trong tính toán n đ nh mái d c càng ngày càng nhi u u đi m c a vi c ng

d ng ph ng pháp ph n t h u h n ch y u bao g m:

– V trí và hình th c c a m t phá ho i không đòi h i ph i gi đ nh tr c, mà s phát sinh phá ho i t i các v trí có ng su t kéo v t quá giá tr ng su t kháng kéo cho phép

– Gi i b ng ph ng pháp ph n t h u h n cung c p toàn b thông tin v ng su t bi n

d ng

Ngoài ra, ph ng pháp ph n t h u h n v n có kh n ng xét đ n tính không liên t c

c a kh i đá, đ c tính phi tuy n trong quan h gi a ng su t và bi n d ng c a kh i đá

và tính không đ ng h ng trên ph ng di n tính ch t l c h c; đ kh n ng tính toán

tr ng thái bi n d ng đàn h i c a kh i đá, c ng đ kh n ng tính toán tr ng thái phá

Trang 13

Ch ng 1 là ph n t ng quan, trình bày nh ng khái ni m chung v mái d c, phân lo i

mái d c Nêu ra các v n đ c b n liên quan tr c ti p đ n n i dung lu n v n nh hình

th c phá ho i mái d c và nguyên nhân phát sinh m t n đ nh mái d c, ph ng pháp tính toán n đ nh mái d c

Ch ng 2 và Ch ng 3 là n i dung chính c a lu n v n Ch ng 2 nêu lên c s

tính toán n đ nh mái d c theo ph ng pháp ph n t h u h n ng d ng ph n m m ANSYS đ tính toán n đ nh mái d c v i mô hình 2D, 3D và đ a ra k t lu n Ch ng

3 áp d ng nh ng n i dung đã đ c nêu ra t i ch ng 1,2 đ tính toán c th v i mái

d c vai trái đ p công trình th y đi n B c Hà – Lào Cai

Ph n cu i cùng là Ph n K t lu n và Ki n ngh Ph n này trình bày nh ng u đi m,

các đi m còn t n t i và ph ng h ng phát tri n ph ng pháp

Các tài li u tham kh o đ c li t kê theo th t s d ng trong lu n v n thành b n riêng

cu i lu n v n

Trang 14

CH NG 1: T NG QUAN 1.1 Khái ni m chung v mái d c

M t kh i đ t có m t ngoài là m t ph ng ngang vô h n đ c quy c g i là n n đ t ngang g i t t là n n đ t M t kh i đ t có m t ngoài nghiêng m t góc nghiêng nào đó

so v i m t ngang đ c quy c g i là mái đ t Mái d c đ ng đ c g i là vách; chi u cao c a vách đá r t l n nh ng vách đ t th ng không quá vài mét và không n đ nh lâu dài Mái đ t có công trình xây d ng trên nó đ c quy c g i là n n d c

Nguyên nhân hình thành mái đ t ho c do thiên nhiên (v n đ ng c a v qu đ t, bào mòn, tích t …) ho c do nhân t o (đ p, đê, mái kênh, mái h đào v.v…)

Mái đ p đ t thu c lo i mái đ t nhân t o, các tính ch t đ a k thu t là đã bi t rõ ràng và kích th c có th ch n s b ho c theo kinh nghi m ho c theo các ph ng pháp đ n

d c mái đ c th hi n qua h s mái d c m = cotg , v i là góc gi a mái d c và

m t ph ng n m ngang d c mái đ c xác đ nh thông qua tính toán n đ nh ch ng

tr t, có xét đ n đ c đi m c u t o đ a ch t n n mái đ t, chi u cao mái đ t, hình d ng

Chi u cao mái đ t

Trang 15

T ng ng v i h s đ d c c a mái đ c l a ch n, khi tính toán h s an toàn n

đ nh ch ng tr t ph i có k t qu phù h p v i quy đ nh Trong đi u ki n bình th ng, khi thi t k có th s b ch n h s đ d c mái theo đ d c mái c a các công trình

t ng t đã xây d ng trong khu v c, sau đó ki m tra b ng tính toán

Mái đ t có chi u cao trên 15 m ph i làm c Chênh l ch đ cao gi a hai c liên ti p trên cùng m t mái không quá 15 m Chi u r ng c a c không nh h n 3,0 m N u c

có k t h p làm đ ng giao thông thì b r ng và k t c u c a c c ng nh các h ng m c công trình đ m b o an toàn giao thông th c hi n theo quy đ nh c a đ ng giao thông (theo TCVN 4054 : 2012)

1.3 Hình th c phá ho i mái d c và nguyên nhân phát sinh m t n đ nh

1.3.1 C ch phá ho i c a mái đ t và n n d c

S phá h ng mái đ t có th x y ra t t khó nh n bi t trong m t th i gian dài, ph i quan tr c lâu dài ho c quan sát đ cong thân cây m c trên s n d c ho c x y ra đ t

ng t không l ng tr c đ c theo m t m t tr t có hình h c rõ r t

Nguyên nhân chính c a s phá h ng mái đ t là s chênh l ch áp l c do tr ng l ng

b n thân c a mái đ t theo ph ng c a tr ng l c Khi ng su t c t phát sinh do s chênh l ch áp l c y l n lên và phát tri n trong kh i đ t đ n m t tr s nào đó ho c trong m t mi n nào đó trong kh i đ t mà c ng đ ch ng c t c a b n thân đ t không

ch u n i thì s phá h ng s x y ra

Khi mái đ t b phá h ng, m t tr t hình thành và phân mái đ t làm chia ph n, ph n đ t

đ ng yên d i m t tr t và ph n đ t tr t trên m t tr t l p đ t m ng d c theo m t

tr t b xáo đ ng m nh do ng su t c t phát sinh v t quá c ng đ ch ng c t c a đ t

i v i n n d c, t i tr ng ngang tác d ng vào công trình xây d ng ho c đ nh mái,

ho c s n mái, ho c c mái và l c th m tác d ng trong mái đ t c ng làm t ng thêm ng su t c t trong kh i đ t, do đó làm t ng nguy c phá ho i mái đ t và n n đ t

Có th phân các d ng phá ho i mái đ t nh sau:

- S t l : X y ra s n d c và vách đá; có th làm thay đ i đ nh d c nh ng n n mái

d c không b nh h ng

- Tr t:

Trang 16

+ Tr t nông: X y ra trong ph m vi mái d c nh ng không nh h ng đ n n n mái

d c

+ Tr t sâu còn g i là tr t tr i: X y ra không nh ng trong ph m vi mái d c mà c trong n n mái d c Tr t sâu x y ra trong đi u ki n x u c a n n mái d c Kh i đ t đá

tr t (nông, sâu) có th v a có chuy n đ ng t nh ti n v a có chuy n đ ng xoay

+ Ch y: t đá mái d c d ch chuy n m t ph n hay toàn b thành dòng nh m t ch t

l ng Dòng ch y này th ng hình thành trong các lo i đ t m m y u bão hòa n c khi

là nh ng y u t gây nên s hình thành m t tr t trong kh i đ t S thay đ i các đi u

ki n khí h u th y v n nh m a nhi u sau th i k n ng h n; s thay đ i v đi u ki n thoát n c, c p n c đ u là nh ng đ ng l c thúc đ y s hình thành m t tr t phá ho i

kh i đ t Các thay đ i nêu trên có th tác đ ng ngay ho c kéo dài trong m t th i gian dài r i đ t bi n gây s c : kh i đ t tr t trên m t tr t đ n v trí cân b ng h n

S tr t có th x y ra c c b ho c ph bi n trên m t chi u dài nh t đ nh; m t tr t có

d ng c a đ ng cong hai chi u ho c m t tr (hình 1.2) đ n gi n tính toán mà thiên

v an toàn, s phân tích n đ nh c a kh i đ t th ng đ c xét nh bài toán ph ng v i

m t tr t d ng tr tròn

Trong đ t r i, m t tr t có d ng m t ph ng t o v i m t ngang m t góc d c nh t đ nh

M t kh i cát m đ đ ng có m t ngoài b t k , sau khi khô r i, m t tr t hình thành và

t o nên mái cát ph ng Tuy nhiên, m t tr t trong kh i đ t cát dùng làm n n công trình

có th có nh ng hình d ng ph c t p nh trong kh i đ t dính

M t tr t nông nói chung là m t ngang ho c nghiêng tùy thu c móng có chân khay

th ng h l u c m sâu vào n n M t tr t sâu có d ng cong rõ r t Th c t quan tr c các v tr t sâu và thí nghi m mô hình cho bi t m t tr t sâu có d ng cong logarit

Trang 17

Tuy nhiên trong tính toán thi t k , nhi u tr ng h p ph c t p v đ t n n nên ph i gi thi t m t tr t là m t tr tròn đ tính toán

i v i n n đ ng ch t, m t tr t tính toán l y g n d ng m t logarit, đ i v i n n không

1.4.1 Các quan đi m v h s an toàn th ng dùng hi n nay

M c đ n đ nh c a mái đ t và công trình trên n n đ t đ c đánh giá đ nh l ng b ng

h s an toàn n đ nh, g i t t là h s an toàn Phân bi t hai khái ni m v h s an toàn: h s an toàn tính toán, ký hi u là K hay F và h s an toàn cho phép, ký hi u là [K] hay [F] H s an toàn tính toán đ c xác đ nh cho m t công trình c th v i m t

Trang 18

ph ng pháp tính toán nh t đ nh H s an toàn cho phép là h s an toàn c a công trình do quy ph m nhà n c quy t đ nh, nó là giá tr nh nh t mà h s an toàn tính toán c n ph i đ t đ c đ công trình làm vi c an toàn đ ng th i đ m b o hi u qu v

m t kinh t Vi c đ ra m t đ nh ngh a v h s an toàn n đ nh c a mái đ t, n n đ t và xét đ n các nhân t nh h ng đ n m c đ an toàn c a công trình là m t trong nh ng

v n đ quan tr ng trong a k thu t Hi n nay, th ng dùng 3 quan đi m v h s an toàn n đ nh nh sau: h s an toàn chung, h s an toàn t ng h p và h s huy đ ng

c ng đ ch ng c t c a đ t đóng vai trò h s an toàn

1.4.2 Quan đi m th nh t v h s an toàn chung

Quan đi m này đ c Fellenius (1927) ng d ng đ u tiên vào ph ng pháp tính toán

n đ nh mái d c Theo quan đi m này, h s an toàn n đ nh K đ c đ nh ngh a nh t

s gi a t ng momen ch ng tr t c a đ t d c theo m t tr t v i t ng momen gây tr t

do t i tr ng ngoài và tr ng l ng đ t c a kh i đ t tr t gây nên [1]

ct gt

Mgt là t ng momen gây tr t do t i tr ng ngoài và tr ng l ng b n thân c a

Trang 19

0 ct

Trang 20

Ο

Ο Ο

Thành ph n vuông góc v i m t tr t, ký hi u là N:

Thành ph n ti p tuy n v i m t tr t, ký hi u là T:

i v i m t th i, l c gây tr t theo m t đáy th i là T, l c gây tr t là T0 V y có bi u

th c tính t ng momen gây tr t và t ng momen ch ng tr t ng v i m t tr t đang xét nh sau:

T ng momen gây tr t tính nh sau:

M = R∫τ dl = R∑T = R∑[(W + P)cos -ul]tg '+c'l α ϕ (1.9)

Trang 21

Cu i cùng bi u th c tính h s an toàn n đ nh có d ng:

[(W P)cos -ul]tg '+c'lK

Theo đ nh ngh a v h s an toàn c a Fellenius, bi u th c tính h s an toàn theo (1.5)

và (1.10) có hai đi m sau đây c n phân tích vì mâu thu n v i các ph ng pháp lu n:

M t là: Kh i đ t n n ho c mái đ t đang xét đ c thi t k s b tr ng thái cân b ng

b n t c K>1, và bài toán a k thu t đ t ra là xác đ nh m c đ b n, t c tr s c a h

s an toàn K l n h n 1 là bao nhiêu Do v y xác đ nh T0 theo bi u th c Coulomb (bi u

th c1.2) ng v i đi u ki n đ t b c t là không ch t ch v lý thuy t

Hai là: Tr ng l ng đ t bên trái đ ng th ng đ ng qua tâm gây l c T ng c h ng

v i T0, t c gây tr t, nh ng tr ng l ng đ t bên ph i thì gây l c T cùng h ng v i T0

t c tham gia v i l c ch ng tr t (hình 1.4) i u này ch ng t r ng đ t bên ph i ng

[((W P)cos -ul)tg '+c'l] W sinK

Công th c 1.11 có ý ngh a kinh t , k thu t quan tr ng khi tính toán ki m tra kh i đ t

đ p nh đê đ p có kh i đ t ph n áp và n n đ t khi có t i tr ng bên Tính h s an toàn theo bi u th c 1.10 là quá an toàn, tính v i bi u th c 1.11 là h p lý h n Qu v t, khi mái d c tr ng thái nguy hi m trên m t tr t nguy hi m tâm O* bán kính R*

(hình 1.4) thì ph ng pháp x lý b ng ph n áp là r t hi u qu v i đi u ki n kh i đ t ph n áp

Trang 22

ph i n m hoàn toàn bên ph i tr c đ ng O*Z H s an toàn c a mái d c sau khi x lý

b ng ph ng pháp ph n áp tính theo công th c (1.11) m i h p lý

Hình 1.5 Mái đ t đ c x lý b ng ph ng pháp ph n áp

i v i đ t n n đ ng ch t, có th tính đ c tr s t i tr ng gi i h n (pgh) c a n n đ t (m c 1.3) theo công th c t ng quát [2]:

hay kPa) q: t i tr ng bên là tr ng l ng c t đ t tính t m t đ t đ n đ sâu đ t móng (kN/m2 hay kPa)

V i chi u r ng móng B, công trình tác d ng lên m t n n áp l c P, theo đ nh ngh a v

h s an toàn chung K đ c xác đ nh theo công th c:

Trang 23

V i γ là tr ng l ng đ n v c a đ t t cao trình đ t móng đ n m t đ t, hm là đ sâu chôn móng nên tr s K tính theo công th c (1.13) ph thu c q

Nói cách khác n u đ sâu chôn móng càng l n và h s an toàn càng l n, t i tr ng bên

Trong đó h s an toàn K tính theo công th c (1.13) tr s h s an toàn quy

đ nh [K] do Tiêu chu n qu c gia quy đ nh Ví d theo QCVN 04:05:2012/BNNPTNT

v n n Công trình th y l i, dùng h s an toàn t ng h p quy đ nh B ng 1.1

B ng 1.1 H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QCVN 04:05:2012

1,25 1,2 1,15 1,15

Theo s tay thi t k dùng trong các n c ph ng Tây, v i h s an toàn tính theo công

th c (1.13), ví d c a Canada [4], tr s [K] đ c quy đ nh B ng 1.2

B ng 1.2 H s an toàn t ng h p quy đ nh trong QP c a Canada

Lo i công trình H s an toàn quy đ nh

Công trình b ng đ t Công trình ch n đ t và h đào

N n công trình

1,3÷1,5 1,5÷2 2÷3

Trang 24

Theo s tay N n móng c a M [3], v i h s an toàn tính theo công th c (1.15) thì h

s an toàn quy đ nh t i thi u b ng 3 (ch y u v i công trình nh y lún nh nhà cao t ng

và công trình dân d ng)

1.4.3 Quan đi m th hai v h s an toàn t ng h p

Kinh nghi m xây d ng trên th gi i đã ch ng t r ng có nhi u nhân t nh h ng đ n

s an toàn c a công trình Ngoài trình đ thi t k và thi công, còn ph i k đ n các nhân t th ng g p nh : đi u ki n làm vi c chung gi a k t c u công trình và n n đ t,

m c đ tin c y v d li u đ t n n, t m quan tr ng c a công trình, m c đ tin c y v t i

tr ng và t h p t i tr ng…

Khi tính toán thi t k theo quan đi m th nh t v a nêu m c trên thì m c đ tin c y

c a các lo i d li u tính toán đ c xét g p chung l i trong m t h s an toàn, g i là h

s an toàn chung Nh v y là không h p lý vì các nhân t nh h ng đ n m c đ an toàn c a công trình là khác nhau

Quan đi m th hai đ c hình thành nh m b khuy t cho quan đi m th nh t b ng cách xét riêng t ng nhân t nh h ng thông qua các h s tin c y c a t ng d li u Ví d

nh TCVN-4253-2012 Công trình th y l i – n n các công trình th y công – yêu c u thi t k đã quy đ nh dùng các h s nh sau:

Trang 25

Ntt , R là giá tr tính toán c a t ng l c gây tr t và l c ch ng tr t gi i h n

ho c t ng momen c a các l c gây l t và t ng momen các l c ch ng l t

Kn h s tin c y ph thu c c p công trình

nc h s t h p t i tr ng

m h s đi u ki n làm vi c ph thu c lo i công trình và lo i n n

Tiêu chu n TCVN 4253-2012 h ng d n cách ch n tr s các h s này Ph ng pháp

tính này còn g i là ph ng pháp dùng nhi u h s và các h s đóng vai trò c a h s

Trang 27

τ g i là ph n c ng đ ch ng c t c a đ t đã đ c huy đ ng đ đ m b o s cân b ng gi i h n, g i là c ng đ ch ng c t huy đ ng và F là h s huy đ ng c ng

τ, σ là hai thành ph n ng su t trên di n tích đ n v n i đang xét

Trên m t tr t gi thi t c ng đ ch ng c t c a đ t đ c huy đ ng các m c đ khác nhau và th ng đ c xác đ nh tr s trung bình c a các m c đ huy đ ng (F) t i n i trên m t tr t gi đ nh đ làm h s an toàn n đ nh c a mái đát ng v i m t tr t đang xét

i v i mái d c, h s huy đ ng cho phép [F] đ c l y nh sau [5]:

Trang 28

bi n khi phân tích n đ nh c a mái đ t Ví d các ph ng pháp trong ph n m m tính toán mái đ t th ng dùng c a GEOSLOPE, c a AIT đ u dùng quan đi m này v h s

an toàn

T nh ng phân tích nêu trên, ph ng pháp phân tích h th ng trình bày trong lu n v n này ch n h s huy đ ng F làm h s an toàn

Có tác gi cho r ng m c đ huy đ ng v ma sát (Fϕ) và dính k t (Fc) c a đ t là khác nhau, t c có:

Nh trên đã trình bày quan đi m dùng h s huy đ ng c ng đ ch ng c t c a đ t làm

h s an toàn là có tính logic h n c Hi n nay quan đi m này đã đ c dùng ph bi n khi phân tích n đ nh c a mái d c i v i v n đ mái d c, gi i h n ch y u c a kh i

đ t là do nhân t l c c t t o thành, vì th dùng quy t c Mohr-Column đ tính toán mái

Trang 29

d c là t t nh t Nh ng trong ph n m m ANSYS quy t c nh m vào gi i h n d o c a

kh i đ t nên ch dùng quy t c Druck-Prager, vì v y không phù h p đ i v i tính toán mái d c Trong lu n v n s thông qua mô hình đàn h i đ xác đ nh tr ng ng su t và

bi n d ng c a kh i tr t, sau đó thông qua hình th c đ nh ngh a ph n t s d n d t cho phù h p Mohn-Column, đ ng th i m i m t tr ng thái gi i h n c a ph n t ti n hành đánh giá, t đó đ t đ c đ y đ vùng phân b tính d o c a mái d c theo quy t c Mohn-Column Ngoài ra c ng xem xét đ n tính không gian c a mái d c

Trang 30

CH NG 2 : C S TÍNH TOÁN N NH MÁI D C THEO PH NG

PHÁP PH N T H U H N 2.1 Ph ng pháp ph n t h u h n tính toán phá ho i d o c a đ t

Ph ng pháp ph n t h u h n là ph ng pháp s g n đúng đ gi i các bài toán đ c

mô t b i các ph ng trình vi phân đ o hàm riêng trên mi n xác đ nh có hình d ng và

đi u ki n biên b t k mà nghi m chính xác không th tìm đ c b ng ph ng pháp gi i tích

C s c a ph ng pháp này là làm r i r c hóa mi n xác đ nh c a bài toán, b ng cách chia nó thành nhi u mi n con (ph n t ) Các ph n t này đ c liên k t v i nhau t i các

đi m nút chung Trong ph m vi c a m i ph n t nghi m đ c ch n là m t hàm s nào

đó đ c xác đ nh thông qua các giá tr ch a bi t t i các đi m nút c a ph n t g i là hàm x p x tho mãn đi u ki n cân b ng c a ph n t T p t t c các ph n t có chú ý

đ n đi u ki n liên t c c a s bi n d ng và chuy n v t i các đi m nút liên k t gi a các

ph n t K t qu d n đ n m t h ph ng trình đ i s tuy n tính mà n s chính là các giá tr c a hàm x p x t i các đi m nút Gi i h ph ng trình này s tìm đ c các giá

tr c a hàm x p x t i các đi m nút c a m i ph n t , nh đó hàm x p x hoàn toàn

đ c xác đ nh trên m i m t ph n t

V m t toán h c, ph ng pháp ph n t h u h n (PPPTHH) đ c s d ng đ gi i g n đúng bài toán ph ng trình vi phân t ng ph n (PTVPTP) và ph ng trình tích phân, ví

d nh ph ng trình truy n nhi t L i gi i g n đúng đ c đ a ra d a trên vi c lo i b

ph ng trình vi phân m t cách hoàn toàn (nh ng v n đ v tr ng thái n đ nh), ho c chuy n PTVPTP sang m t ph ng trình vi phân th ng t ng đ ng mà sau đó đ c

gi i b ng cách s d ng ph ng pháp sai phân h u h n, vân vân

PPPTHH không tìm d ng x p x c a hàm trên toàn mi n xác đ nh V c a nó mà ch trong nh ng mi n con (ph n t ) thu c mi n xác đ nh c a hàm.Trong PPPTHH mi n V

đ c chia thành m t s h u h n các mi n con, g i là ph n t Các mi n này liên k t

v i nhau t i các đi m đ nh tr c trên biên c a ph n t đ c g i là nút Các hàm x p x này đ c bi u di n qua các giá tr c a hàm (ho c giá tr c a đ o hàm) t i các đi m nút trên ph n t Các giá tr này đ c g i là các b c t do c a ph n t và đ c xem là n

s c n tìm c a bài toán

Trang 31

Trong vi c gi i ph ng trình vi phân th ng, thách th c đ u tiên là t o ra m t ph ng trình x p x v i ph ng trình c n đ c nghiên c u, nh ng đó là n đ nh s h c (numerically stable), ngh a là nh ng l i trong vi c nh p d li u và tính toán trung gian không ch ng ch t và làm cho k t qu xu t ra xu t ra tr nên vô ngh a Có r t nhi u cách đ làm vi c này, t t c đ u có nh ng u đi m và nh c đi m PPPTHH là s l a

ch n t t cho vi c gi i ph ng trình vi phân t ng ph n trên nh ng mi n ph c t p (gi ng nh nh ng chi c xe và nh ng đ ng ng d n d u) ho c khi nh ng yêu c u v

đ chính xác thay đ i trong toàn mi n

2.2 Ph ng pháp huy đ ng c ng đ ch ng c t và ph ng pháp gia t ng dung

tr ng

Trong ch ng trình ANSYS đ i đa s lo i ph n t khi ti n hành phân tích đ u yêu c u

ch đ nh đ c tính v t li u Vì phân tích đ nh mái d c s d ng mô hình tính đàn d o lý

t ng do đó phân tích n đ nh mái d c yêu c u đ nh ngh a thu c tính v t li u các kh i

đ t trong mái d c nh : dung tr ng, mô đun đàn h i, h s Poisson, l c dính và góc ma sát trong Khi tính toán phân tích n đ nh mái d c, s d ng ph ng pháp huy đ ng

c ng đ ch ng c t đ tính toán, đ u tiên l a ch n h s suy gi m ban đ u F, sau đó

đ i v i h s c ng đ v t li u kh i đ t mái d c ta ti n hành suy gi m Ta suy gi m

l c dính và góc ma sát trong, đ c cho b i công th c:

C và là l c dính và góc ma sát trong ban đ u c a kh i đ t mái d c

Tính toán mô hình mái d c khi ti n hành suy gi m đ c v i C và , n u h i t khi đó mái d c là n đ nh

Liên t c t ng l n h s suy gi m F đ n khi đúng lúc không h i t khi đó h s suy

gi m là h s n đ nh ho c an toàn

Trang 32

2.3 Tính toán n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS

2.3.1 Gi i thi u ph n m m ANSYS [9]

2.3.1.1 Khái quát chung v ph n m m ANSYS

Trong kho ng 40 n m g n đây, công c máy tính đã phát tri n m nh m và đ c s

d ng r ng rãi trên toàn th gi i, cùng v i ph ng pháp ph n t h u h n ngày càng hoàn thi n đã xu t hi n nhi u ph n m m tính toán k t c u chuyên ngành đ c ng

d ng trong nhi u l nh v c k thu t Ph n m m ANSYS đ c xem là m t ph n m m phân tích ph n t h u h n thông d ng, có kh n ng đ ti n hành nghiên c u khoa h c

v k t c u, nhi t, ch t l ng, đi n t …., ng d ng r ng rãi trong nghiên c u khoa h c các nghành công nghi p ph bi n nh công trình xây d ng, đ a ch t khoáng s n, th y

l i, đ ng s t….Ph n m m ANSYS là ph n m m thi t k ph n t h u h n đ u tiên thông qua ch ng nh n ch t l ng ISO 9001, là ph n m m phân tích tiêu chu n nh n

ch ng nh n c a Hi p h i k s c gi i c a M , C c an toàn h t nhân M và g n 20

Hi p h i k thu t chuyên nghành Trên th gi i ph n m m ANSYS đã tr thành m t

ph n m m th ng m i ch y u và đã đ c ng d ng r ng rãi đ phân tích mô ph ng trong ngành xây d ng nh : k t c u thép, k t c u bê tông c t thép nhà cao t ng, c u

d m, đ p l n, đ ng h m và các công trình ng m Thông qua đó có th phân tích toàn

th y l i, th y đi n thì v n ch a đ c ng d ng trong phân tích tính toán V i th

m nh có th phân tích đ c t t c các lo i k t c u giàn, d m và khung, k t c u v

m ng, k t c u kh i và k t c u h n h p; Ph n m m ANSYS t ra r t có hi u qu trong phân tích đ p bê tông tr ng l c và đ p vòm, phân tích đ p ch u tác đ ng c a đ ng đ t, phân tích ng su t nhi t trong đ p bê tông, phân tích k t c u đ ng h m, c ng ng m, phân tích n đ nh mái d c, phân tích th m n đ nh đ p đ t, phân tích ng su t bi n

Trang 33

d ng c a van, phân tích ng su t và bi n d ng c u máng v m ng xi m ng l i thép, hay các v n đ v bê tông c t thép

Hình 2.1 K t c u ch ng trình ANSYS

` Xác đ nh nhi m v phân tích và m c tiêu phân tích

Ti n hành quá trình gi i Xác đ nh lo i hình phân tích v i lý lu n thi t k

S d ng b ph n gi i theo lý thuy t toán h c logic

Ki m tra k t qu

Thi t l p h ng m c l a ch n gi i h p lý Hình 2.2 Trình t gi i b ng ANSYS

2.3.1.2 Mô t ph n m m ANSY S

a V trí ph n m m ANSYS trong th tr ng CAE

Trang 34

Hi n nay có h n 70% các tr ng đ i h c và các Vi n nghiên c u trên th gi i s d ng

ph n m m ANSYS trong gi ng d y và nghiên c u Trong l nh v c k thu t v i s tr giúp c a máy tính (CAE), ANSYS có u th rõ r t các m t sau:

- Ph n m m phân tích thi t k công trình v i s tr giúp c a máy tính đ t ch ng nh n

Ch ng trình ANSYS là m t gói ph n m m có công n ng l n, phân tích thi t k v i

t i u hóa, và linh ho t Ph n m m này có th làm vi c trên nhi u môi tr ng khác nhau nh máy PC, NT, UNIX

ANSYS có th trao đ i s li u v i r t nhi u ph n m m CAD, có th nh n s li u hình

h c t m t ph n m m khác nh : Pro Engineer, SolidWork, NASTRAN, Alogor, I- DEAS, AutoCad nên có th ti t ki m đ c r t nhi u th i gian trong quá trình xây

d ng mô hình và nâng cao hi u qu làm vi c

V i các ph n m m CAD có th t o các file có cách th c: Pro/E, Unigraphics, CADDS, IGES, SAT và Parasolid, ph n m m ANSYS đ u có kh n ng ti p nh n

Trang 35

ANSYS/ Emag

ANSYS/ LS-Dyna

2.3.1.3 Trình t gi i bài toán k t c u b ng ph n m m ANSYS

a Ph ng th c gi i c a ANSYS

b Có 3 ph ng th c chính gi i bài toán k t c u b ng ANSYS đó là:

-Ph ng th c giao di n đ h a–ng i dùng (GUI-Graphical User Interface)

b Trình t gi i bài toán c a ANSYS

Trình t gi i bài toán k t c u công trình b ng ph n m m ANSYS nói chung bao g m

15 b c c b n đ c phân thành 3 nhóm là: x lý s li u, tính toán và x lý k t qu tính toán, nh sau:

Trang 36

Tính toán các v n đ có liên quan

h i t Không h i

t (mái d c b phá ho i)

Xu t F v i F là h s

n đ nh mái d c

Trang 37

2.3.2.2 Trình t phân tích n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS [9]

Phân tích n đ nh mái d c b ng ph n m m ANSYS thông th ng phân thành các b c sau:

N u thông qua con đ ng GUI đ v n hành ANSYS, sau khi ph n m m ANSYS đ c

m vi c đ u tiên nên làm là t “Main Menu -> Preferences” l a ch n “Structural” đ

ti n khi ti n hành phân tích n đ nh mái d c, l c m t vài menu không c n thi t và trên màn hình đ h a t ng ng

- nh ngh a tiêu đ phân tích:

Tr c khi ti n hành phân tích có th đ nh ngh a tiêu đ bi u th n i dung phân tích nh

“ Phan tich on dinh mai doc”, đ t tiêu đ này d phân bi t mô hình hình h c v t lý

t ng t khác Dùng ph ng pháp d i đây đ đ nh ngh a tiêu đ phân tích

Ph ng th c m nh l nh: /TITLE

Ph ng th c GUI: Utility Menu -> File -> Change Title

- Gi i thích lo i hình ph n t và l a ch n h ng m c c a nó (KEYOPT)

V i các phân tích khác c a ANSYS có t ng c ng trên 100 lo i hình ph n t , có th s

d ng mô ph ng v t li u và các lo i k t c u trong công trình, t h p cùng lúc các lo i

Trang 38

ph n t không gi ng nhau t o nên mô hình tr u t ng c a v n đ v t lý c th Ví d mái d c thu c tính v t li u không đ ng đ u dùng ph n t PLANE 82 đ mô ph ng

i đa s lo i hình ph n t đ u có l a ch n h ng m c đ c tr ng (KEYOPTS), h ng

m c l a ch n này dùng đ c i chính đ c tính ph n t Ví d ph n t PLANE 82 có KEYOPTS d i đây:

KEYOPT (2) thi t l p bao hàm ho c kh ng ch bi n d ng l n

Ch ng trình ANSYS có th đ nh ngh a đ c tính v t li u theo 3 lo i d i đây:

+ Tuy n tính ho c phi tuy n tính;

+ Tính đ ng h ng, d h ng ho c phi đàn h i;

Trang 39

+ Nhi t đ thay đ i thu n ho c nhi t đ thay đ i không thu n

Vì phân tích mô hình mái d c s d ng mô hình tính đàn d o lý t ng ( mô hình D-P),

do đó phân tích n đ nh mái d c yêu c u đ nh ngh a thu c tính v t li u các kh i đ t trong mái d c: dung tr ng, mô đun đàn h i, h s Poisson, l c dính và góc ma sát trong

Ph ng th c m nh l nh MP

Ph ng th c GUI: Main Menu -> Preprocessor -> Material Props -> Material Models

ho c Main Menu -> Solution -> Load Step Opts -> Oth -> Change Mat Props -> Material Models

Khi ti n hành tính toán n đ nh mái d c, s d ng ph ng pháp suy gi m c ng đ đ

th c hi n

- Thi t l p mô hình và phân chia m ng l i ph n t

Sau khi thi t l p môi tr ng v t lý có th thi t l p mô hình Khi ti n hành phân tích tính n đ nh mái d c yêu c u thi t l p mô ph ng kh i đ t mái d c b ng ph n t PLANE82 Sau khi thi t l p xong ch đ nh đ c tính trong m i vùng mô hình (lo i hình

ph n t , h ng m c l a ch n, h ng s th c và tính ch t v t li u…) có th phân chia

m ng l i ph n t h u h n

Thông qua GUI đ gán đ c tính m i vùng trong mô hình:

+ Main Menu -> Preprocessor -> Meshing -> Mesh Attributes -> Picked Areas;

Trang 40

- Gán ràng bu c và t i tr ng

Khi gán đi u ki n biên và t i tr ng, có th gán đi u ki n biên và t i tr ng lên mô hình

th c th ( đi m đ c tr ng, đ ng, m t) ho c có th gán lên mô hình ph n t h u h n (đi m nút ho c ph n t ) Khi tính toán, ch ng trình ANSYS s t đ ng chuy n đi u

ki n biên và t i tr ng trên mô hình th c th đ n mô hình ph n t h u h n

Trong phân tích n đ nh mái d c, ch y u là gán ràng bu c đ t do d i đáy và hai biên c nh mái d c

Sau khi làm xong các b c trên có th ti n hành tính toán, ch ng trình ANSYS c n

c vào thi t l p l a ch n h ng m c hi n có t kho s li u ti n hành tính toán, s li u

k t qu tính toán s đ c vi t vào trong file k t qu và kho s li u

c a mái d c

Ph ng th c m nh l nh: /POST1

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	1,75 MB