BÀI GIẢNG TIN HỌC ỨNG DỤNG GEOSLOPE V.5 - TS. Nguyễn Thị Ngọc Hương

NỘI DUNG GIỚI THIỆU VỀ SLOPE/W Khái niệm mái dốc và mục đích nghiên cứu mất ổn định mái dốc  Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mái dốc Module SLOPE/W trong bộ phần mềm Geoslope Offi

BÀI GIẢNG TIN HỌC ỨNG DỤNG

GEOSLOPE - V.5

Hà Nội, 7 - 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

Giảng viên: TS Nguyễn Thị Ngọc Hương Email: ntnhuong@tlu.edu.vn

Website: didulich.net

ổn định mái

dốc

Ứng dụng Sigma/w phân tích ứng suất, biến dạng

Tài liệu : Bài giảng, Geo-Studio Example, Geo-Studio Manual

Đánh giá môn học : Điểm quá trình (ý thức học tập, điểm kiểm tra, bài tập lớn), Điểm thi hết môn

ỨNG DỤNG SLOPE/W TRONG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

NỘI DUNG GIỚI THIỆU VỀ SLOPE/W

Khái niệm mái dốc và mục đích nghiên cứu mất ổn định mái dốc

 Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mái dốc

Module SLOPE/W trong bộ phần mềm Geoslope Office V.5

 Hướng dẫn sử dụng SLOPE/W qua một ví

dụ đơn giản

I KHÁI NIỆM MÁI DỐC, NGUYÊN NHÂN VÀ MỤC

ĐÍCH NGHIÊN CỨU MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

I.1 Khái niệm về mái dốc

 Mái dốc là khối đất có mặt giới hạn là mặt nghiêng

 Mái dốc có thể phân thành mái dốc tự nhiên (do tác dụng địa chất tạo thành như bờ sông, sườn núi, mái đồi…) và mái dôc nhân tạo (như vách hố móng, thân

đê đập…)

→

I KHÁI NIỆM MÁI DỐC, NGUYÊN NHÂN VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

I.2 Sự mất ổn định của mái dốc

 Mái dốc mất ổn định khi có xu hướng dịch chuyển và phá hoại

 Nguyên nhân gây mất ổn định mái dốc là do tổng lực gây trượt tác dụng trên mặt trượt vượt quá tổng lực kháng trượt sinh ra trên mặt đó

 Lực gây mất ổn định: trọng lực; lực thấm & ngoại lực

(nếu có)

 Sức kháng trượt chủ yếu do: hình dạng & độ bền kháng cắt của đất đá tạo nên

Đê sông Hà Tĩnh sau vụ bão

Đê biển Trà Vinh

I.3 Mục đích nghiên cứu mất ổn định của mái dốc

• Xác định ra hệ số mái thỏa mãn yêu cầu về kinh tế

và kỹ thuật

• Đưa ra giải pháp công trình hợp lý khi mái dốc gặp

sự cố

Trượt mái dốc làm sập tòa Highland Tower (1978-Malaysia) (Ngày 11/12/93)

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

II.1 Hệ số an toàn

• Để đánh giá ổn định của mái dốc người ta đưa ra một hệ

số gọi là hệ số an toàn, FoS ( Factor of Safety )

• Có nhiều PP để thành lập công thức tính FoS Công thức thông dụng nhất dựa trên giả thiết giá trị của FoS

không đổi dọc theo mặt trượt, sau đó tính FoS theo:

a/ PP cân bằng lực

Dùng để tính cho các mặt trượt trụ tròn, mặt trượt phẳng hay có hình dạng các đa giác phức tạp Xét 1 cung trượt bất kỳ:

Với: Ff: tổng lực chống trượt; Fd: tổng lực gây trượt

II.1 Hệ số an toàn (tiếp)

Figure 2-1:

- Mặt trượt trụ tròn: mặt trượt có dạng cung tròn với các mái

dốc đồng nhất

- Mặt trượt phức hợp (gãy khúc): thường xảy ra khi nền

không đồng nhất, gặp nền đá cứng, mặt trượt tiếp giáp với nền đá.

II.2 Hình dạng mặt trƣợt

Có nhiều phương pháp tính, nhưng có thể gộp lại thành

2 nhóm:

-Nhóm phương pháp theo lý thuyết cân bằng giới hạn

-Nhóm phương pháp dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn thuần túy

II.3 Phương pháp tính hệ số ổn định

Đặc điểm:

- Dùng mặt trượt giả định trước, không căn cứ trực tiếp vào tình hình cụ thể của tải trọng & tính chất cơ lý của đất đắp để quy định trượt cho mái dốc mà xuất phát từ kết

thiết đơn giản hóa hình dạng mặt trượt → phương pháp tính toán

bằng giới hạn, xem trạng thái ứng suất giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt

II.3.1 Nhóm PP theo lý thuyết CBGH của khối rắn

Đặc điểm:

- Tại mỗi điểm trong khối đất đắp đều thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn Việc 1 điểm mất ổn định được giải thích là do sự xuất hiện biến dạng trượt tại điểm đó Mái đất mất ổn định là do sự phát triển của biến dạng trượt trong 1 vùng rộng lớn giới hạn của khối đắp

II.3.2 Nhóm PP theo lý thuyết CBGH thuần túy

Trong 2 phương pháp trên, nhóm 2 vẫn mô phỏng được gần đúng trạng thái ứng suất trong khối đất

bị phá hoại, nhưng tính toán phức tạp, nhóm 1 tuy

ít phù hợp thực tế hơn, nhưng tùy tình hình cụ thể của từng công trình mà việc giả định trước các mặt trượt cho phù hợp Việc tính toán theo phương pháp này đơn giản & thiên về an toàn hơn -> dùng rộng rãi hơn.

Nhận xét:

II.4 Tính toán FoS theo lý thuyết CBGH của khối rắn theo phương pháp phân thỏi

Phương pháp này là cơ sở của phần lớn các phần mềm hiện nay, dùng tính toán các mái dốc có kích thước & điều kiện địa chất, thủy văn, ngoại lực… phức tạp

Nguyên lý của phương pháp là khối

trượt mất ổn định được chia thành

nhiều thỏi nhỏ có phương thẳng

đứng Mỗi thỏi được coi như 1 khối

trượt riêng biệt Số thỏi chia cho cả

cung trượt phụ thuộc vào kích

thước & mặt cắt địa chất của mái

dốc

Sau khi chia thỏi, tiến hành xác định lực tác dụng lên

từng thỏi Rồi có thể FoS theo phương pháp cân bằng

lực hoặc cân bằng mô men

Lực tác dụng lên thỏi và đa giác lực theo PP Bishop đơn giản

III MODULE SLOPE/W TRONG BỘ PHẦN

MỀM GEO-SLOPE OFFICE V.5

+ Là một trong 6 module chính của bộ Geo-Slope

+ Là phần mềm giao diện đồ họa dùng để phân tích ổn định mái đất – đá theo PP CBGH trong khối đất bão hòa, không bão hòa, gồm 9 PP khác nhau:

+ Mái dốc đồng nhất, ko đồng nhất trên nền đá;

+ Mái dốc chịu tải trọng ngoài & có cốt gia cố;

+ Tích hợp với SEEP/W phân tích ổn định mái dốc

trong đk có áp lực nc lỗ rỗng phức tạp

+ Tích hợp với Sigma phân tích ổn định theo PTHH

+ Tích hợp với Quake phân tích ổn định có xét tới tác động động đất;

+ Phân tích ổn định mái dốc theo xác suất

 Giao diện làm việc của SLOPE/W

Nút tắt, bật tắt các hiển thị, khi cần xuất kết quả

VI CÁC BƯỚC TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

DÙNG SLOPE/W

1 Thiết lập vùng làm việc

2 Phác họa mô hình tính

3 Khai báo vật liệu

4 Gán vật liệu vào mô hình (vẽ đường phân cách giữa các lớp đất)

5 Vẽ đường đo áp

6 Chọn phương pháp tính ổn định

+ Xác định chiều cung trượt

+ Xác định lưới tâm & lưới bán kính cung trượt

7 Trang trí (ký hiệu, hệ trục tọa độ…)

8 Kiểm tra lỗi

9 Giải bài toán và xuất kết quả

THỰC HÀNH SLOPE/W QUA MỘT BÀI TOÁN ĐƠN GIẢN

1.Thiết lập vùng làm việc

Menu: set

Đặt trang giấy Đặt tỉ lệ bản vẽ Đặt lưới bắt điểm

Set  Page Set  Scale Set Grip

Lưu bài toán:

Menu: file

File → save

2 Phác thảo mô hình hình học bài toán

SKETCH/ LINE or KEYIN/ NODES

3 Lựa chọn phương pháp phân tích

 Nếu phân tích theo PP

Morg Price hoặc GLE

phải chọn Side

Function f(x) trong X =

E  f(x): ví dụ Half -

sine function

 PP cân bằng giới hạn (Limit equilibirum method): Dựa

trên điều kiện cân bằng giới hạn Coulomb, phát triển trên

1 mặt trượt giới hạn giả định trước của khối trượt, xem như một cố thể

 PP phần tử hữu hạn (Finite element method): Xét trạng

thái cân bằng giới hạn tại từng điểm trên mặt trượt thỏa mãn các phương trình thành phần trong lý thuyết đàn hồi

và điều kiện CB-GH Mohr-Coulomb Phương pháp này tính toán FoS dùng kết quả ứng suất tính được từ SIGMA/W hoặc QUAKE/W

Xác định phương pháp phân tích

Thực đơn KeyIn/ Analysis/ PWP

Piezometric Lines with Ru/ B-bar

Slope/w tớnh ỏp lực nước lỗ rỗng ở đỏy của thỏi bằng khoảng cỏch thẳng đứng từ điểm giữa đỏy thỏi đến đường đo ỏp nhõn với trọng lượng riờng của nước

Xác định các lựa chọn phân tích

Apply phreatic correction

Khi bài toỏn cú dựng đường đo

FoS sẽ khụng đổi hoặc lớn hơn

khi chọn lựa chọn này

Xác định các lựa chọn phân tích

 Cỏch hiệu chỉnh trờn chỉ đỳng khi đường đú ỏp cú thể giả

sử là đường thẳng (đỳng trong 1 số trường hợp khi dũng chảy là đơn giản trong mụi trường đất đồng nhất, khụng

cú dũng chảy ngược) Cỏc bài toỏn với điều kiện thấm phức tạp, nờn xỏc định điều kiện về Áp lực nước lỗ rỗng thụng qua phõn tớch trong SEEP/W

 Ngoài cỏch ước lượng ALNLR như trờn, cú thể nhập cỏc

giỏ trị ALNLR trực tiếp từ cỏc phõn tớch phần tử hữu hạn trong cỏc bài toỏn: SEEP/W; SIGMA/W; QUAKE/W; VADOSE/W

Chỳ ý !!!

Xác định các lựa chọn phân tích

1 SEEP/W Total Head: Dựng cột nước tổng tớnh được từ phõn tớch phần tử hữu hạn trong bài toỏn thấm của SEEP/W trong phõn tớch SLOPE/W SLOPE/W sẽ biến đổi cột nước tổng thành U khi tớnh cường độ chống cắt hiệu quả của mỗi vật liệu

Xác định các lựa chọn phân tích

2 SIGMA/W PWP: Dựng U tớnh được từ phõn tớch phần tử hữu hạn trong bài toỏn phõn tớch ứng suất/ biến dạng của SIGMA/W để tớnh ổn định mỏi dốc với SLOPE/W

Thực đơn KeyIn/ Analysis/ Control

Menu: KeyIn  Soil Properties

4 Khai báo vật liệu

Vấn đề xác định c,  , γ theo SLOPE/W

 Khi phân tích theo ứng suất hiệu quả: τ = c’ + (n - u) tan’, cần c’, ’ và u, còn khi phân tích theo ứng suất tổng, chỉ

cần c, ;

 Các thông số độ bền có hiệu quả (c’, ’) không đổi dù ở

trên hay dưới đường mặt nước (ĐMN) vì chúng không phụ thuộc u, → SLOPE/W dùng cùng giá trị c’, ’ trên & dưới ĐMN

 Nếu muốn điều chỉnh độ bền chống cắt trên ĐMN, dùng U

âm tức thêm φ B > 0  xét tới ‘matric suction’ tại vùng mao dẫn

Vấn đề xác định c,  , γ theo SLOPE/W (tiếp)

5.Vẽ đường phân cách các lớp đất

và đường đo áp

Menu Draw  Lines

Xét ảnh hưởng của nước theo slope/w

Mực nước

MH nước có độ bền bằng 0

2 Dùng lệnh KeyIn Soil Properties để mô hình hoá nước như 1 vật liệu

có độ bền = 0

Xét ảnh hưởng của nước theo slope/w

Trường hợp ngập nước hoàn toàn

1 Khi phần lớn các thỏi đất có nước, U tại đáy thỏi có thể lớn hơn lực pháp hướng

N tính được: [ N = W.cos  ] (khi độ dốc lớn, cos  nhỏ)

Mặt trượt

đất = tổng - nước

2 Để tránh được bất tiện này, có thể dùng trọng lượng đơn vị đẩy nổi của thỏi

đất thay cho tổng trọng lượng thỏi

7 Kiểm tra lỗi và chạy bài toán

Menu: Tools  verify

7.1 Kiểm tra lỗi

7 Kiểm tra lỗi và chạy bài toán

Menu: Tools  Solve

7.2 Giải bài toán

8 Xem các kết quả

8 Xem các kết quả (tiếp)

Xem các lực lên thỏi

và các số liệu ở thỏi

8 Xem các kết quả (tiếp)

Biến thiên các thông

số tại đáy các thỏi

Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng

tại đáy các thỏi đất Biến thiên các đặc trưng

độ bền chống cắt: C và 

Bài tập về nhà:

Yêu cầu: 1 Sử dụng Slope/W để tính ổn định mái dốc hạ lưu

2 Lấy kết quả tính thấm trong bài tập 2 của SEEP/W tích hợp vào slope tính ổn định mái dốc hạ lưu theo phương pháp

phải được hiển thị hệ trục tọa độ Chỉ nộp file word, tên file là tên sv)

Cách thức nộp bài tập SLOPE/W

1 Lưu tên bài tập theo cú pháp: STT_HovaTen

2 Gửi bài về địa chỉ email của nhóm trưởng

3 Nhóm trưởng tập hợp bài của các thành viên trong nhóm, cho vào một thư mục, đặt tên thư mục theo tên nhóm

4 Nén thư mục lại, gửi bài về địa chỉ:

ntnhuong@tlu.edu.vn

5 Khi gửi bài phải có file đính kèm

6 Sau khi gửi bài, vào ”thư đã gửi” để kiểm tra lại

KẾT THÚC SLOPE/W

H