Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất cho đập bãi thải xỉ công trình nhiệt điện mông dương 2 tỉnh quảng ninh

INH V N THÁI Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền cho Đập bãi thải xỉ ฀ Công trình Nhiệt điện Mông Dương 2 ฀ Tỉnh Quảng Ninh... Theo ph ng h ng đó, nhi u tác gi nh : V.A.Florn, V.G>K

INH V N THÁI

Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền cho Đập bãi thải xỉ ฀ Công trình

Nhiệt điện Mông Dương 2 ฀ Tỉnh Quảng Ninh

LU N V N TH C S

Hà N i – 2016

INH V N THÁI

Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền cho Đập bãi thải xỉ ฀ Công trình

Nhiệt điện Mông Dương 2 ฀ Tỉnh Quảng Ninh

Tác gi c ng xin c m n Nhà tr ng, các th y cô giáo trong Tr ng i

h c Th y L i, Phòng đào t o i h c và sau i h c v s giúp đ trong th i gian tác gi h c t p và nghiên c u

Tác gi c ng xin c m n Ban lãnh đ o công ty cùng toàn th anh em đ ng nghi p đã giúp đ tác gi trong su t quá trình làm lu n v n

Cu i cùng tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n cha m , các ch em trong gia đình, v và con gái đã đ ng viên, t o đi u ki n cho tác gi hoàn thành quá trình h c t p và vi t lu n v n

Hà N i, ngày tháng n m 2016

Tác gi

inh V n Thái

B N CAM K T

Tên đ tài lu n v n: “ Nghiên c u gi i pháp x lý n n cho p bãi x -

Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n c a tôi hoàn toàn là do tôi làm Nh ng

k t qu nghiên c u không sao chép t b t k ngu n thông tin nào khác N u

vi ph m tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m, ch u b t k các hình th c k lu t nào c a Nhà tr ng

M C L C

M đ u

1 Tính c p thi t c a đ tài……….……1

2 M c đích c a đ tài………1

3 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u………….………….… 2

3.1 H ng ti p c n……… ………….2

3.2 Ph ng pháp nghiên c u……….2

4 K t qu đ t đ c……… …….…3

C h ng 1: T ng quan 1.1 Gi i thi u v bãi th i x nhà máy Nhi t đi n………4

1.2 Khái ni m n n đ t y u……….… …7

1.3 Các gi i pháp x lý n n đ t y u……… …… 7

1.3.1 Các bi n pháp x lý v k t c u công trình……….……….8

1.3.2 Các bi n pháp x lý v móng……… ……….9

1.3.3 Các bi n pháp x lý n n……… … 9

Ch ng 2: C s lý thuy t 2.1 Lý thuy t n đ nh mái d c………17

2.1.1 Lý thuy t cân b ng gi i h n……….17

2.1.2 Ph ng pháp phân tích gi i h n……….19

2.2 Lý thuy t ng su t, bi n d ng và đ lún c a n n đ t……….……20

2.2.1 ng su t trong đ t……… ……….22

2.2.2 Bi n d ng và đ lún c a n n đ t……….………24

2.2.3 Quan h ng su t, bi n d ng……….25

2.2.4 C s lý thuy t c k t th m……….…… 29

2.3 Gi i pháp gia c n n đ t y u b ng c c xi m ng đ t

2.4.1 Gi i thi u chung……….……….36

2.4.2 Các ki u b trí c c xi m ng đ t……… 36

2.4.3 Các ph ng pháp tính toán thi t k ………….……….…… ….37

2.4 Ph n m m s d ng……… 38

C h ng III: Tính toán x lý n n đ t y u cho p bãi th i x - Công trình Nhi t đi n Mông D ng 2 – T nh Qu ng Ninh 3.1 Gi i thi u chung v công trình……… ……47

3.1.1 V trí công trình……… ………47

3 1.2 c đi m đ a hình, đ a ch t công trình………50

3 1.3 i u ki n khí t ng, th y h i v n………53

3.2 L a ch n gi i pháp x lý n n t i u……….…………54

3.2.1 Gi i pháp thay n n……….………54

3 2.2 Ph ng pháp c h c……… ………55

3.2.3 Các gi i pháp khác………55

3.3 Tinh toán x lý n n cho ph ng án ch n………….…… …56

3.3.1 Gi i pháp c c xi m ng đ t………56

3.3.2 Tính toán n đ nh………66

3.3.3 Tính toán lún, ng su t bi n d ng……….68

K t lu n, ki n ngh 1 Nh ng k t qu đ t đ c……… 71

2 Nh ng v n đ còn t n t i……… …….71

3 H ng nghiên c u ti p theo c a lu n v n……… 71

Hình 1.3 S c v đ p bùn đ Brazil gây h u qu nghiêm tr ng v ng i

và tài s n, đ c bi t là v n đ môi tr ng b ô nhi m

Hình 1.4 S c v đ p m t Bang c a M ngày 30/12/2008

Hình 2.1 Xác đ nh mômen ch ng tr t, gây tr t v i m t tr t tr tròn Hình 2.2 Xác đ nh góc ma sát và l c dính huy đ ng

Hình 2.3.: Quan hê ng suât – bi n d ng (đàn - d o)

H ình 2.4 : ng bao c c h n

Hình 2.5: Lý thuy t phá ho i Mohr – Coulomb

Hình 2.6: Mô hình thí nghi m và S đ tính toán c k t th m trong

tr ng h p bài toán c k t th m 1 chi u

Hình 3 4: M t c t đ a ch t

Hình 3 5: Gi i pháp đào bóc b toàn b l p y u

Hình 3 6: Gi i pháp b trí c c xi m ng đ t d ng hoa mai

Hình 3.7: Mô hình tính toán

Hình 3.8 : K t qu chuy n `v th ng đ ng sau khi đ p xong đ t 1

Hình 3.9 : K t qu chuy n v ngang sau khi đ p xong đ t 1

HÌnh 3.10 K t qu tính toán chuy n v th ng đ ng sau khi đ p xong đ t 2 Hình 3.11: K t qu tính toán chuy n v ngang sau khi đ p xong đ t 2

Hình 3.12: K t qu tính toán chuy n v th ng đ ng sau khi đ p x than

Hình 3.13: K t qu tính toán chuy n v th ng đ ng sau khi đ p xong xi than Hình 3.14: Chuy n v c a kh i tr t khi đ p xong đ t 1,

Hình 3.19 : K t qu chuy n v th ng đ ng sau khi đ p xong đ t 1

Hình 3.20 : K t qu chuy n v ngang sau khi đ p xong đ t 1

Hình 3.21 Chuy n v c a kh i tr t khi đ p xong đ t 1,

Hình 3.25: K t qu tính toán chuy n v th ng đ ng sau khi đ p x than

Hình 3.26: K t qu tính toán chuy n v ngang sau khi đ p x than

Hình 3.27: Chuy n v c a kh i tr t khi đ p x than,

h s an toàn Msf = 1.38

B ng 3.1: M c n c đ nh tri u l n nh t n m và mùa l tr m C a Ông

B ng 3.2: M c n c chân tri u th p nh t n m và mùa l tr m C a Ông

M đ u

1 Tính c p thi t c a đ tài

Hi n nay, cùng v i s phát tri n c a Th y đi n, các ngành n ng l ng

đi n khác c ng ngày càng phát tri n và ngày càng chi m t tr ng l n h n trong c c u ngu n đi n Quy ho ch phát tri n đi n l c qu c gia m i nh t cho giai đo n 2010-2020 có xét đ n n m 2030 (g i t t là T ng s đ - TS VII) đã

đ c Th t ng Chính ph phê duy t theo quy t đ nh s 1208/Q -TTg ngày 21/07/2011 TS VII nh n m nh đ n vi c đ m b o n ng l ng đi n, nâng cao

hi u qu cung c p đi n, phát tri n các ngu n n ng l ng tái t o và m r ng t

do c a th tr ng Theo TS VII, t tr ng ngu n nhi t đi n bao g m nhi t

đi n than và khí s t ng nhanh t 16,5% lên 48% t ng công su t h th ng vào

đ c quan tâm đúng m c

2 M c đích c a đ tài

M c đích đ tài là làm c s khoa h c đ l a ch n gi i pháp k thu t t i

u trong công tác thi t k x lý n n đ t y u Áp d ng th c t cho vi c xây

d ng các đ p bãi x c a các nhà máy nhi t đi n trên n n đ t y u, đ m b o yêu

c u kinh t - k thu t Qua đó:

- Xác đ nh ph ng án b trí h p lý khi dùng c c xim ng - đ t đ gia c

n n;

- Tìm đ c đ c ph ng pháp tính toán gia c n n đ t y u thích h p và kinh t ;

- Nghiên c u, phân tích ph ng pháp đánh giá ch t l ng c c xim ng -

a Ti p c n trên c s đánh giá nhu c u:

Nhu c u x lý n n đ đ m b o n đ nh t ng th ( n đ nh mái) các công trình nói chung và công trình Thu l i nói riêng trên n n đ t y u là r t l n

Vi c nghiên c u ng d ng công ngh m i nh m gi i quy t v n đ trên và

kh c ph c đ c nh c đi m c a các ph ng pháp c là r t c n thi t

b Ti p c n trên c s đ m b o các tiêu chu n hi n hành:

- Các tiêu chu n v thi t k công trình trên n n đ t y u;

- Các tiêu chu n v ng su t, bi n d ng

- Tiêu chu n v v t li u

c Ti p c n v i th c ti n công trình:

Các công trình đ p ch n trên n n đ t y u ng d ng c c xim ng - đ t đ

x lý n n hi n nay khá nhi u, vi c tính toán n n công trình là không th thi u trong quá trình tính toán thi t k

3.2 Ph ng pháp nghiên c u

Ph ng pháp đánh giá ch t l ng c c hi n nay ch y u là l y c c đã thi công ngoài hi n tr ng v thí nghi m trong phòng, nh ng vi c khoan l y

m u, v n chuy n đôi khi làm nh h ng đ n m u làm k t qu không chính xác

Ph ng pháp thu th p thông tin:

+ Thu th p t các đ tài, D án liên quan đ n x lý n n đ t y u

+ i u tra, kh o sát, t ng h p s li u, thu th p tài li u th c t , tài li u tham kh o, phân tích, x lý s li u;

+ Thu th p t m ng Internet và các ngu n khác

- Ph ng pháp chuyên gia: Tranh th ý ki n và ki n th c c a các chuyên gia trong các l nh v c

- Ph ng pháp nghiên c u trên mô hình toán: S d ng các ph n m m tính toán hi n đ i đ mô ph ng bài toán nghiên c u

4 K t qu đ t đ c

Xác đ nh đ c các gi i pháp thi t k t ng ng v i các đi u ki n c th

K t qu nghiên c u làm c s đ đánh giá hi u qu c a gi i pháp nghiên c u

và làm c s đ đ a ra các bi m pháp ti p theo đ đ t đ c các yêu c u k thu t công trình

Ch ng 1: T ng quan

1.1 Gi i thi u v p bãi th i x c a nhà máy Nhi t đi n

p th i x là h ng m c không th thi u c a Nhà máy Nhi t đi n than

p có nhi m v ch a x th i trong su t quá trình v n hành c a Nhà máy và đóng bãi ( đóng vai trò nh kho ch a ch t th i) khi nhà máy ng ng ho t đ ng

p th ng có k t c u là đ p v t li u đ a ph ng, t n d ng đ t đá đào lòng bãi ho c khai thác v t li u t i ch

Nhi t đi n than th ng đ c xây d ng vùng đ ng b ng, giáp bi n và

c a sông đ thu n ti n cho vi c xây d ng các c ng than, h th ng l y và th i

n c làm mát…V trí đ p th i x th ng đ c b trí sao cho thu n ti n trong

vi c th i x và là n i có đ a hình, đ a ch t thu n l i Trong nhi u tr ng h p

b t kh kháng, đ p ph i đi qua khu v c n n đ t y u thì vi c tính toán x lý

n n có ý ngh a đ c bi t quan tr ng đ n s an toàn c a đ p

X th i là m t lo i ch t th i đ c h i, do v y v n đ môi tr ng trong thi t

k bãi th i x đ c bi t quan tr ng Vi c n c th i ra ngoài môi tr ng do th m hay v đ p s đem l i h u qu vô cùng to l n đ i v i môi tr ng s ng xung quanh Vì v y, v n đ thi t k , thi công đ p đ m b o các yêu c u k thu t ngày càng đ c quan tâm đúng m c

D i đây là m t s hình nh v s c đ p ch a x ho c các ch t đ c h i khác gây thi t h i l n v kinh t và các v n đ v môi tr ng

• Vi t Nam,

- p bãi x c a công ty Than ph ng Mông D ng, t nh Qu ng Ninh

b v tháng 7/2015 vùi l p hàng tr m h dân và nh h ng nghiêm

tr ng đ n môi tr ng (Hình 1.1)

HÌnh 1.1: Hình nh v đ p bãi x đêm 26/7/2015 c a Công ty Than t i

ph ng Mông D ng t nh Qu ng Ninh

p chính b v vùi l p hàng tr m h dân và n c th i x đ c h i ra môi

tr ng gây ô nhi m môi tr ng nghiêm tr ng

Nguyên nhân d n đ n s c v đ p này là do m a liên t c trong nhi u ngày

v i l u l ng l n (k l c trong vòng 40 n m qua) v t quá công su t b m

S c v đê, đ p ch a x than hay các ch t đ c h i c ng đã x y ra nhi u v i các m c đ nghi m tr ng khác nhau

- S c v đ p bùn đ Brazil ngày 4/10/2010 gây th m h i môi tr ng

t i t nh t Châu Âu trong vòng 30 n m qua

Hình 1.3 S c v đ p bùn đ Brazil gây h u qu nghiêm tr ng v

ng i và tài s n, đ c bi t là v n đ môi tr ng b ô nhi m

- M t s c khác v đ p khác di n ra ngày 30/12/2008, g n nhà máy Tennessee Valley Authrity Kingston (M ) gây thi t h i l n v con

giám sát ch t ch , s quan tâm đúng m c c a xã h i tr c nh ng nguy c có

th x y ra s c

1.2 Khái ni m v n n đ t y u

t y u là đ t có kh n ng ch u t i nh (kho ng 0,5-1,0 daN/cm2) có tính nén lún l n, h u nh bão hòa n c, có h s r ng l n (e>1), mô đun bi n

d ng th p (th ng E0=50 daN/cm2), l c ch ng c t nh …N u không có bi n pháp x lý đúng đ n thì vi c xây d ng công trình trên n n đ t y u này s r t khó kh n ho c không s d ng đ c

X lý n n đ t y u nh m m c đích làm t ng s c ch u t i c a n n đ t, c i thi n m t s tính ch t c lý c a n n đ t y u nh : Gi m h s r ng, gi m tính nén lún, t ng đ ch t, t ng tr s modun bi n d ng, t ng c ng đ ch ng c t

c a đ t i v i công trình th y l i, vi c x lý n n đ t y u còn làm gi m tính

th m c a đ t, đ m b o n đ nh cho kh i đ t đ p

Các v n đ khi xây d ng công trình trên n n đ t y u

N n móng c a các công trình xây d ng nhà , đ ng sá, đê đi u, đ p

ch n n c và m t s công trình khác trên n n đ t y u th ng đ t ra hàng lo t các v n đ ph i gi i quy t nh s c ch u t i c a n n th p, đ lún l n và đ n

đ nh c a c di n tích l n do n n đ t ch u s c ép l n

Vi t Nam đ c bi t đ n là n i có nhi u đ t y u, đ c bi t l u v c sông

H ng và sông Mê Kông Nhi u thành ph và th tr n quan tr ng đ c hình thành và phát tri n trên n n đ t y u v i nh ng đi u ki n h t s c ph c t p c a

đ t n n, d c theo các dòng sông và b bi n Th c t này đã đòi h i ph i hình thành và phát tri n các công ngh thích h p và tiên ti n đ x lý n n đ t y u

1.3 Các ph ng pháp x lý n n đ t y u

Các ph ng pháp x lý n n đ t y u g m nhi u lo i, c n c vào đi u ki n

đ a ch t, nguyên nhân và đòi h i v i công ngh kh c ph c K thu t c i t o

n n đ t y u thu c l nh v c đ a k thu t, nh m đ a ra các c s lý thuy t và

ph ng pháp th c t đ c i thi n kh n ng ch u t i c a đ t sao cho phù h p

v i yêu c u c a t ng lo i công trình khác nhau

V i các đ c đi m c a đ t y u nh trên, mu n đ t móng công trình xây

d ng trên n n đ t này thì ph i có các bi n pháp k thu t đ c i t o tính n ng

ch u l c c a nó N n đ t sau khi x lý g i là n n nhân t o

Vi c x lý khi xây d ng công trình trên n n đ t y u ph thu c vào đi u

ki n nh : c đi m công trình, đ c đi m c a n n đ t V i t ng đi u ki n c

Dùng v t li u nh và k t c u nh , thanh m nh, nh ng ph i đ m b o kh

n ng ch u l c c a công trình nh m m c đích làm gi m tr ng l ng b n thân công trình, t c là gi m đ c t nh t i tác d ng lên móng

Làm t ng s linh ho t c a k t c u công trình k c móng b ng cách dùng

k t c u t nh đ nh ho c phân c t các b ph n c a công trình b ng các khe lún

đ kh đ c ng su t ph phát sinh trong k t c u khi x y ra lún l ch ho c lún không đ u

Làm t ng kh n ng ch u l c cho k t c u công trình đ đ s c ch u các ng

l c sinh ra do lún l ch và lún không đ u b ng các đai bê tông c t thép đ t ng

kh n ng ch u ng su t kéo khi ch u u n, đ ng th i có th gia c t i các v trí

d đoán xu t hi n ng su t c c b l n

1.3.2 Các bi n pháp x lý v móng

Khi xây d ng công trình trên n n đ t y u, ta có th s d ng m t s

ph ng pháp x lý v móng th ng dùng nh :

Thay đ i chi u sâu chôn móng nh m gi i quy t s lún và kh n ng ch u

t i c a n n; Khi t ng chi u sâu chôn móng s làm t ng tr s s c ch u t i c a

n n đ ng th i làm gi m ng su t gây lún cho móng nên gi m đ c đ lún c a móng; ng th i t ng đ sâu chôn móng, có th đ t móng xu ng các t ng đ t phía d i ch t h n, n đ nh h n Tuy nhiên vi c t ng chi u sâu chôn móng

ph i cân nh c gi a 2 y u t kinh t và k thu t

Thay đ i kích th c và hình dáng móng s có tác d ng thay đ i tr c ti p

áp l c tác d ng lên m t n n, và do đó c ng c i thi n đ c đi u ki n ch u t i

c ng nh đi u ki n bi n d ng c a n n Khi t ng di n tích đáy móng th ng làm gi m đ c áp l c tác d ng lên m t n n và làm gi m đ lún c a công

trình Tuy nhiên đ t có tính nén lún t ng d n theo chi u sâu thì bi n pháp này không hoàn toàn phù h p

Thay đ i lo i móng và đ c ng c a móng cho phù h p v i đi u ki n đ a

ch t công trình: Có th thay móng đ n b ng móng b ng, móng b ng giao thoa, móng bè ho c móng h p; tr ng h p s d ng móng b ng mà bi n d ng

ây là gi i pháp n m trong ph m vi lu n v n mà tác gi quan tâm nên s

đ c gi i thi u chi ti t h n n i dung c a t ng ph ng pháp

Ph ng pháp thay n n: ây là m t ph ng pháp ít đ c s d ng, đ

kh c ph c v ng m c do đ t y u, công trình xây d ng đ c thay m t ph n

ho c toàn b n n đ t y u trong ph m vi ch u l c công trình b ng n n đ t m i

có tính b n c h c cao, nh làm g i cát, đ m cát, đ t đá t n d ng…Ph ng

pháp này thích h p v i đi u ki n chi u sâu n n thay th v a ph i và có ngu n

v t li u thay th t i ch phong phú Tuy nhiên, ph ng pháp này có h n ch

là m c đ r i ro ph thu c vào đ chính xác c a tài li u kh o sát, nh h ng

tr c ti p c a các đi u ki n khí t ng, th y h i v n trong quá trình thi công công trình

Các ph ng pháp c h c: Là m t trong nh ng nhóm ph ng pháp

ph bi n nh t, bao g m các ph ng pháp làm ch t b ng s d ng t i tr ng t nh (ph ng pháp nén tr c), s d ng t i tr ng đ ng (đ m ch n đ ng), s d ng các c c không th m, s d ng l i n n c h c và s d ng thu c n sâu,

20 n m tr l i đây đã có nh ng nghiên c u tích c c v vi c thêm c t cho c c

xi m ng đ t S d ng th y tinh ít ph bi n h n do đ b n c a ph ng pháp không th c s kh quan, còn đi n hóa r t ít dùng do đòi h i t ng đ i v công ngh

th ng đòi h i m t l ng t ng đ i th i gian và còn khiêm t n v tính kinh

t Nhóm hai ngoài m c đích trên còn mu n m n l c nén th y l c đ gia c

đ t, nhóm này đòi h i cao v công ngh , th i gian thi công gi m đi và tính kinh t đ c c i thi n đáng k

Ngoài ra còn có các ph ng pháp m i đ c nghiên c u nh rung h n

h p, đâm xuyên, b m cát…

đ c huy đ ng h t so v i thành ph n l c gây tr t (do tr ng l c, áp l c đ t,

áp l c n c, áp l c th m, ) Hi n đã có k t qu nghiên c u cho bài toán ba chi u (ph ng pháp Wike, Lone) tuy nhiên trong th c t nhi u công trình có kích th c m t chi u khá l n nh : đê, đ p, t ng ch n đ t, nên có nhi u

ph ng pháp gi i quy t đ i v i bài toán ph ng: ph ng pháp Fellenius, Bishop, Spencer, Janbu

Ph ng pháp phân tích gi i h n (PTGH) d a trên c s phân tích ng su t trong công trình (kh i đ t đ p: đê, đ p, ) và n n c a chúng Dùng các thuy t

b n: Morh-Coulumb, Hill – Tresca, Nises – Slieker, ki m tra n đ nh cho

t ng đi m trong toàn mi n Công trình đ c coi là m t n đ nh khi t p h p các đi m m t n đ nh t o thành m t tr t liên t c Gi i quy t v n đ này c n

s d ng các ki n th c c a s c b n v t li u, lý thuy t đàn h i và dùng ph ng pháp sai phân đ tính toán Ngày nay, do công c máy tính phát tri n nên

ph ng pháp ph n t h u h n có ph n chi m u th Nh ng n m g n đây, lý thuy t phân tích h th ng đã đ c ng d ng đ phân tích n đ nh mái đ t

2.1.1 Ph ng pháp cân b ng gi i h n

Lý thuy t ph ng pháp cân b ng gi i h n

Ph ng pháp cân b ng gi i h n d a vào m t tr t gi đ nh tr c (cân

b ng gi i h n c th ), đ phân tích tr ng thái cân b ng c a các phân t đ t trên m t tr t gi đ nh tr c M c đ n đ nh đ c đánh giá b ng t s gi a thành ph n l c ch ng tr t (do l c ma sát và l c dính) c a n n đ t n u đ c

huy đ ng h t so v i thành ph n l c gây tr t (do tr ng l ng, áp l c đ t, áp

l c n c, áp l c th m )

M c đ n đ nh c a mái d c đ c đánh giá đ nh l ng qua h s an toàn

n đ nh, g i t t là h s an toàn Và theo quan đi m c a ph ng pháp này g i chung là h s an toàn

H s an toàn n đ nh K là t s gi a t ng mômen ch ng tr t c a đ t d c theo m t tr t v i t ng mômen gây tr t do t i tr ng ngoài và tr ng l ng đ t

c a kh i l ng đ t tr t gây nên:

[ ]

ct gt

Và tr s Mgt đ c tính theo công th c:

gt L

đ c m c đ nh trong su t quá trình làm vi c c a công trình Th c t các t i

tr ng và đ b n ch u tác đ ng c a nhi u y u t khác nhau nh : đi u ki n làm

vi c c a công trình, ti p xúc gi a k t c u công trình và n n đ t, đ tin c y các

s li u v đ t n n, t m quan tr ng c a công trình, 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 v a nêu trên thì đ tin

c y c a các s li u tính toán đ c tính chung l i trong m t h s an toàn và c

đ nh tr c các giá tr c a chúng trong su t th i gian làm vi c là không th a mãn

Vì v y, công th c tính h s an toàn chung trên đ c chuy n sang ph ng pháp tr ng thái gi i h n, b ng cách thêm các h s an toàn c c b xác đ nh

Ntt - T ng h p l c gây tr t tính toán, đã xét đ n h s v t t i hay h

s v t i tr ng, đây là mômen gây tr t

kn - H s tin c y tùy thu c c p công trình

- Culman (1776) gi thi t m t tr t ph ng qua chân mái d c, k t qu nh n

ph ng đ ng

- Janbu (1950-1960) s d ng b m t tr t d ng b t k và ch dùng ph ng trình cân b ng l c đ i v i kh i tr t

- Morgensten-Priece(1960) s d ng b m t tr t d ng b t k và áp d ng

c 2 ph ng trình cân b ng l c và ph ng trình cân b ng mômen

- Fredlund (1970) s d ng b m t tr t h n h p và áp d ng c 2 ph ng trình cân b ng l c và ph ng trình cân b ng mômen

- Boutrups và Siegel (1970) đ ngh s d ng lý thuy t xác su t đ tìm hình

d ng b m t tr t (ngh a là tìm b m t tr t ng u nhiên) và ch áp d ng

ph ng trình cân b ng l c

- Baker và Garber (1977) dùng b m t tr t d ng đ ng cong logarit và áp

d ng c 2 ph ng trình cân b ng l c và ph ng trình cân b ng mômen

- Celestino và Duncan (1981) đã s d ng c c ti u c a hàm nhi u bi n đ tìm b m t tr t nguy hi m nh t, nó g m m t s các đo n th ng

Nh n xét chung v các ph ng pháp cân b ng gi i h n

V m t lý thuy t vi c gi i bài toán là ch t ch n u th a mãn c 3 ph ng trình cân b ng: 2 ph ng trình cân b ng l c và 1 ph ng trình cân b ng mômen D a theo vi c th a mãn m t, hai hay ba ph ng trình nói trên, đ n nay t n t i 3 nhóm :

Nhóm th nh t (ph ng pháp thông d ng): Fellenious, Trugaep: Nhóm này tính toán đ n gi n nh t

Nhóm th hai: th a mãn ph ng trình cân b ng momen và m t ph ng trình cân b ng l c nh ph ng pháp Terzaghi, Bishop thì vi c tính toán đã

b n m 1980 cho th y:

Trong tr ng h p đ t có thành ph n ma sát càng l n h n so v i l c dính

và khi áp l c n c l r ng càng l n thì v i các ph ng pháp càng đ n gi n trong tính toán có sai s càng nhi u

đ nh cho t ng đi m trong toàn mi n Công trình đ c coi là m t n đ nh khi

t p h p các đi m m t n đ nh t o thành m t tr t liên t c Gi i quy t v n đ này s d ng các ki n th c c a môn s c b n v t li u, lý thuy t đàn h i và dùng

ph ng pháp sai phân đ tính V i ph ng ti n máy tính ngày nay phát tri n, nên ph ng pháp ph n t h u h n có ph n chi m u th M c đ n đ nh c a mái d c đ c đánh giá đ nh l ng qua h s huy đ ng c ng đ ch ng c t

c a đ t

Xét m t di n tích đ n v (gi s là 1 m2) trong kh i đ t nghiêng m t góc α đang tr ng thái cân b ng b n, ch u tác d ng c a l c c t τ (kN/m2), l c nén vuông góc là σ(kN/m2) và áp l c n c l r ng là u(kN/m2); (Hình v ) Ta có

th tính đ c c ng đ ch ng c t trên di n tích đ n v y theo các ch tiêu

ch ng c t c a đ t theo đ nh lu t Coulomb nh sau:

tr ng thái cân b ng gi i h n), ng i ta th ng gi nguyên tr ng thái ng

su t (t c gi nguyên tr sô τ) và gi m tr s c a các ch tiêu c ng đ ch ng

c t c a đ t, nh gi m tr s τοm, t c gi m đ nghiêng c a đ ng Coulomb

Nh v y s có công th c tính l c ch ng c t c a đ t:

o om

V i τom 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, đ c g i là c ng đ ch ng c t huy đ ng và F

là h s huy đ ng c ng đ ch ng c t c a đ t, đ c coi là h s an toàn n

đ nh v tr t t i n i đang xét

Theo đ nh lu t Coulomb, c ng đ ch ng c t c a đ t trên di n tích đ n

v tính theo công th c Theo quan đi m này, tr s τ0 tính theo công th c này

= là giá tr gi m nh c a h s ma sát và l c dính

c a đ t ng v i h s an toàn F và đ ng Coulomb c a đ t là đ ng (2) hình

2-6

Khi F =1 có ngh a là c ng đ ch ng c t (l c dính và ma sát đ c huy

đ ng h t) nên đi m đó đ t tr ng thái cân b ng gi i h n

Khi F > 1 th c t đ t đang còn d tr v ma sát và l c dính nên đi m đó

còn n đ nh (n m trong tr ng thái cân b ng b n), nh ng khi tính toán, xem

nh đi m đó đ t tr ng thái cân b ng gi i h n do gi m l c dính C và h s ma

sát (tgϕ) b i h s an toàn (F) tính theo công th c sau:

N u F < 1 v lý thuy t thu n túy đ tính toán, xem nh đã t ng l c dính và

h s ma sát lên b i h s an toàn F đ cho đi m đó v n n m trong tr ng thái

cân b ng gi i h n, nh ng th c t không có vì nó đã b phá ho i

Trên m t tr t nguy hi m nh 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 xác đ nh tr s trung bình c a các m c đ

huy đ ng (F) t i các n i trên m t tr t gi đ nh đ làm h s an toàn n đ nh

c a mái đ t ng v i m t tr t đang xét

Theo quan đi m này, h s an toàn đ c đ nh ngh a nh là m t h s mà

v i nó, s c ch u c t c a đ t b gi m đ ch u kh i l ng đ t trong tr ng thái cân b ng d c theo toàn b m t tr t đã ch n

S khác nhau gi a hai ph ng pháp trên là ph ng pháp phân tích gi i

h n linh ho t h n và đ c s d ng đ phân tích các đ c tính gi i h n c a t t

c các lo i v t li u d o, ch không ch riêng các công trình đ t V i ph ng pháp phân tích n đ nh kh i tr t b ng cách chia d i, đ c phát tri n đ u tiên

b i Fellenius Ph ng pháp phân tích gi i h n, ch y u d a trên lý thuy t

d o, là m t lý thuy t c h c t ng quát Ph ng pháp phân tích gi i h n áp

d ng v i các lo i v t li u khác nhau, trong đi u ki n t i tr ng ph c t p

Trong tính toán n đ nh mái d c, ph ng pháp phân tích gi i h n phân tích ng su t bi n d ng, t đó xác đ nh ra m t tr t nguy hi m nh t d a trên

- T i tr ng c a công trình tác d ng lên n n đ t th ng thông qua đáy móng mà truy n nên n n đ t Do đó, ng su t ti p xúc gi a đ móng và

n n đ t g i là ng su t ti p xúc

- ng su t trong n n đ t do ng su t đ móng gây ra g i là ng su t ph thêm

V n đ nghiên c u s phân b ng su t trong đ t đã đ c các nhà khoa

h c trên th gi i quan tâm gi i quy t t lâu trên c l nh v c lý thuy t và th c nghi m Cho đ n nay, trong c h c đ t khi ti n hành gi i quy t các v n đ

ng su t trong đ t th ng ng i ta v n áp d ng công th c c a lý thuy t đàn

n u xác đ nh đ c quá trình nén ch t c a đ t t c là ta đã xác đ nh đ c bi n

d ng c a đ t và gi i quy t đ c v n đ đ lún c a công trình C s lý lu n

đ nghiên c u bi n d ng c a đ t là nguyên lý quan h tuy n tính gi a bi n

áp l c nén, bi n thiên c a h s r ng t l b c nh t v i bi n thiên c a áp l c

y

de = -a.dp lún c a đ t g m 3 thành ph n: lún t c th i (Stt), lún c k t th m (Sc), và lún t bi n (St):

S = Stt + Sc + St lún t c th i hay lún không thoát n c (Stt): là khi n c ch a k p thoát ra, đ t bi n d ng nh v t th đàn h i lún t c th i m c dù không

th c s đàn h i nh ng ng i ta đánh giá b ng lý thuy t đàn h i

lún c k t là do s gi m th tích l r ng khi n c d n thoát ra ngoài Lún c k t th ng xu t hi n trong các lo i đ t h t m n bão hòa n c

T c đ lún ph thu c vào t c đ thoát n c l r ng

lún t bi n là do bi n d ng c a b n thân h t đ t theo th i gian

2.2.3 Quan h ng su t – bi n d ng

Trong tính toán n đ nh n n công trình, vi c l a ch n mô hình tính toán phù h p v i ng x c a đ t n n là đi u h t s c quan tr ng Vi c l a ch n mô hình tính toán có tính quy t đ nh đ n k t qu và s chính xác c a bài toán Có

r t nhi u mô hình v t li u khác nhau đ c đ a vào nghiên c u trong c h c

đ t nh :

+ Mô hình đàn h i phi tuy n

C s c a mô hình lý thuy t đàn h i là đ nh lu t Hooke

Trong đi u ki n nén ho c kéo đ n m t tr c, ng su t và bi n d ng s

và gia t i m t l n lên môi tr ng đ t mà không có s d t i ti p theo

2.2.3.2 Mô hình đàn – d o

Theo mô hình này thì bi n d ng đàn h i và bi n d ng d o đ c mô t riêng bi t b i các quan h v t lý khác nhau

C s c a ph n l n các cách gi i đàn d o khác nhau đ u d a vào nh ng khái ni m c a lý thuy t ch y d o

V n đ khá quan tr ng trong tính toán đàn d o các kh i đ t là s l a

ch n các h ph ng trình vi phân v t lý phù h p đ i v i bi n d ng d o đ c xác đ nh b i mô hình đ t đang th c hi n trong phép gi i đã cho Hi n nay trong các ng d ng th c t thì các mô hình c a môi tr ng đàn d o lý t ng

và môi tr ng đàn d o t ng b n, gi m b n đ c áp d ng r ng rãi nh t

Hình 2.3 Quan hê ng suât – bi n d ng (đàn - d o)

Mô hình này là s t ng quát hóa c a môi tr ng đàn h i và d o c ng có

ma sát Trong bài toán bi n d ng, mô hình đ c dùng ohair b o đ m l i gi i

nh n đ c là đ ng nh t, ng su t và bi n d ng là đ ng tr c V i bài toán c a môi tr ng này, đã có nhi u l i gi i b ng gi i tích đ c gi i thi u, đi u đó cho phép so sánh các l i gi i b ng s v i các l i gi i gi i tích chính xác V

b n ch t, mô hình ph i h p hai lý thuy t c s c a c h c hi n đ i : lý thuy t đàn h i và lý thuy t tr ng thái t i h n ; mô hình đ c mô t b ng các đ c

tr ng c h c thông th ng trong kh o sát đ a ch t công trình Quan h ng

su t bi n d ng đ c th hi n trong hình XX C ch làm vi c c a mô hình này c ng khá đ n gi n

s đ b n k Hàm d o ph thu c vào tr ng thái ng su t c a đ t đá :

F = F ({σ}) – Hàm th d o, ph thu c vào thành ph n tenxo ng su t

th ng Mô hình này có th áp d ng phù h p cho h u h t các lo i đ t

lý trong các bài toán đ a c h c

Trong lu n v n, s d ng mô hình đàn d o Mohr – Coulomb, do đó là mô hình g n đúng v m i quan h c a đ t, nét n i b t c a phân tích Mohr– Coulomb là khá nhanh và đ n gi n, có xu h ng gi m sai s ch quan và t ng

tính chính xác

Tiêu chu n phá ho i Mohr – Coulomb

Ta đã bi t m i quan h gi a ng su t c t và ng su t nén, b t k đi m nào trong kh i v t li u, đ c th hi n d i d ng vòng tròn Mohr

V i các lo i v t li u, khi gia t ng ng su t nén (đ l ch σ1/σ3 ho c σ1-σ3)

ta đ c s gia t ng t ng ng c a ng su t c t, t o thành nhi u vòng tròn Mohr th hi n tr ng thái ng su t ng bao c a các vòng trong Mohr đó

g i là đ ng bao c c h n c a tr ng thái ng su t (Hình 2-2) ng này phân

chia tr ng thái n su t thành hai khu v c là khu an toàn đ m b o n đ nh và khu nguy hi m có th gây ra phá h ng v t li u

Hình 2.4 : ng bao c c h n

ng bao c c h n th c t không hoàn toàn th ng, tuy nhiên đ đ n gi n

ta có th coi đ ng bao c c h n này là m t đ ng th ng, và đ ng th ng đó

g i là đ ng th ng Coulomb (Hình xx)

ng Coulomb th hi n 2 thông s đ c tr ng cho s c kháng c t c a v t

li u :

+ ng th ng c t tr c tung cho ta giá tr l c dính k t c

+ Góc nghiêng c a đ ng th ng cho ta giá tr góc ma sát trong ϕ

Nguyên lý Mohr – Coulomb th hi n nh sau :

Khái quát lý thuy t b n c a Mohr là v t li u b phá h ng b i giá tr gi i

h n c a s c kháng c t (τ) c a đ t, đ c xác đ nh b i Coulomb : τ*

= σ.tgϕ +

d a trên c s lý thuy t c k t th m Theo lý thuy t này, thì y u t quy t đ nh quá trình c k t là s thoát n c t do trong các l r ng ra ngoài, do đ t sét có tính th m bé, n c l r ng không th thoát ra nhanh đ c, nên bi n d ng lún

c a đ t c ng không th x y ra t c th i, mà ph i có th i gian đ hoàn thành

a Mô hình thí nghi m b S đ tính toán c k t

Hình 2.6: Mô hình thí nghi m và S đ tính toán c k t th m trong tr ng h p bài toán c

l đ c trên n p, áp l c trong n c gi m d n, ph n t i tr ng truy n lên lò xo

t ng lên d n và lò xo ngày càng b nén, làm cho n p bình d n d n lún xu ng, quá trình đó c ti p t c mãi cho đ n khi gradien th y l c gi m xu ng b ng không và n c trong bình không thoát ra ngoài n a Lúc đó, lò xo b nén đ n

m c t i đa và n p bình ng ng lún Nh v y, t i th i đi m b t k khi 0<t<∞

ng su t do t i tr ng ngoài gây ra g m hai thành ph n, ng su t h u hi u Ph(do lò xo ti p thu) và ng su t trung tính pw(do n c ti p thu), t c là :

(2-đây, n u coi n c trong bình nh mô hình hóa c a n c trong đ t, các

lò xo coi nh là c t đ t và các l c a n p pistông coi nh l r ng trong đ t Thì rõ ràng là ho t đ ng c a mô hình trên đây nói lên t ng t quá trình c

k t c a đ t sét bão hòa n c trong th c t c a n n công trình

Theo mô hình này có th nh n th y r ng, khi có t i tr ng công trình tác

d ng, trong n n đ t có th x y ra s phân b l i ng su t, s c ch ng kháng

c a c t đ t t ng lên d n theo th i gian cùng v i s t ng c a ng su t do c t

đ t ti p thu t i tr ng ngoài, chính ph n t i tr ng ph m i làm cho các h t đ t xích l i g n nhau t c là làm cho n n đ t lún xu ng, cho nên mu n bi t quan

h gi a đ lún và th i gian, thì c n ph i bi t quan h gi a ph và th i gian Tuy

v y c ng có th tìm quan h gi a pw và th i gian đ n gi n và d h n

Th c t th y r ng, gi a các k t qu tính toán ra theo lý thuy t c k t th m này và các s li u th c đo hi n tr ng đôi khi có nh ng s khác bi t l n S

d , nh v y là vì trong lý thuy t này ch a xét đ n nh h ng c a m t s nhân

t quan tr ng nh : (ch a xét đ n s thay đ i tính nén, tr s gradien th y l c ban đ u, bi n d ng t bi n c a h t đ t, bi n d ng c a các thành ph n trong đ t

và bi n d ng t ng h gi a chúng v i nhau…) trong đó tr c h t ph i k đ n vai trò quan tr ng c a t bi n do tính nh t các khung k t c u gây ra

Ngày nay, qua nhi u công trình nghiên c u c a nhi u tác gi trong và ngoài n c đã xác nh n r ng hi n t ng c k t c a các đ t dính no n c không ch ph thu c vào s thoát n c t do trong các l r ng, mà bao g m hai quá trình chính: c k t th m và bi n d ng t bi n c a các h t đ t Theo

ph ng h ng đó, nhi u tác gi nh : V.A.Florn, V.G>Korotkin, N.Nvcringin, L.Renchilic, Ganillo Tr n T ng C , R.E Gibs n…đã ti n hành nghiên c u

và đã ki n ngh nh ng lý thuy t ho c công th c th c nghi m, nh m làm cho các k t qu lý lu n phù h p v i th c t h n

thành l p ph ng trình c b n c a bài toán c k t th m m t chi u, làm

c s cho vi c rút ra các công th c tính lún c a n n đ t theo th i gian sau này,

đ u xu t phát t các gi thi t c b n sau đây:

+ t tr ng thái hoàn toàn bão hòa n c, trong đ t không có khí kín

ho c n u có thì c ng ch chi m m t th tích khá nh , có th b qua đ c + N u trong l r ng và h t đ t xem nh không nén đ c

+ Quá trình thoát n c l r ng ch x y ra theo chi u th ng đ ng

+ T c đ lún c a đ t ch ph thu c vào t c đ thoát n c l r ng, không

ph thu c vào các y u t khác

+ T c đ th m c a n c trong l r ng r t nh , do đó có th áp d ng đ c

đ nh lu t arcy trong tính toán quá trình c k t c a đ t

+ H s th m K và h s nén lún a c a đ t không thay đ i trong quá trình

c k t

Khi xét quá trình nén lún c a m t l p đ t sét bão hòa, có chi u dày là h,

d i tác d ng t i tr ng phân b đ u kín kh p (t ng t bài toán nén lún m t chi u- khi nén m u đ t sét no n c trong thi t b không cho n hông, trong thi t b này t m đá th m lót d i m u đ c thay b ng m t t m kim lo i Do

đó, n c ch thoát ra theo chi u đi lên mà thôi) thì t i các th i đi m khác nhau

bi u đ phân b áp l c h u hi u ph ho c áp l c trung tính pw có d ng đ ng cong nh hình 2-4b

Công th c trên là ph ng trình có b n c a lý thuy t c k t th m đ ng th i

c ng là tr ng h p đ c bi t c a ph ng trình vi phân liên t c trong bài toán không gian v chuy n đ ng c a n c ng m do vi n s N.N.Pavlovski đ a ra(1992)

Theo đ nh lu t th m arcy thì l u l ng th m n c q qua kh i đ t phân t

t l thu n v i t c đ th m V và ti t di n F mà dòng th m đi qua, t c là:

H: c t n c áp tác d ng m t c t đang xét, chính b ng chi u c t n c trên m t c t y

w 0

p H

γ

0

1 p

r ng tr c và sau khi ch u t i tr ng T đó có th vi t ph ng trình (2-13)

d i d ng g n đúng nh sau:

1