Nghiên cứu phương pháp thiết kế ổn định mái dốc bằng cọc

Để chống lại việc sạt lở mái dốc, có rất nhiều giải pháp kỹ thuật và phương pháp tính toán thiết kế đã được nghiên cứu và áp dụng phổ biến như: tăng hệ số mái dốc, làm tường chắn, kè lát

Trang 1

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS TS Nguyễn Cảnh Thái đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ trong thời gian thực

hiện luận văn

Sự thành công của luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ, động viên cổ vũ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian có hạn nên không thể tránh

khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các

thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp

Hà N ội, ngày 21 tháng 08 năm 2015 Tác gi ả

Tăng Tự Trung

Trang 2

Tên tôi là Tăng Tự Trung, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được

ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tác gi ả

Tăng Tự Trung

Trang 3

MỤC LỤC

L ỜI CẢM ƠN I

L ỜI CAM ĐOAN II

M ỤC LỤC III DANH M ỤC HÌNH VẼ VII DANH M ỤC BẢNG BIỂU X

PH ẦN MỞ ĐẦU 1

CH ƯƠNG 1: TỔNG KẾT CÁC HIỆN TƯỢNG LỞ ĐẤT TRONG THỰC TẾ, H ẬU QUẢ, CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUNG VÀ GIỚI THIỆU PH ƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

1.1 T ỔNG KẾT CÁC HIỆN TƯỢNG SẠT TRƯỢT MÁI DỐC TRONG THỰC T Ế 4

1.2 CÁC HÌNH TH ỨC GIA CỐ MÁI DỐC ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG TH ỰC TẾ 10

1.2.1 Gia cố mặt ngoài mái dốc 10

1.2.2 Tăng khả năng ổn định thân mái dốc 11

1.3 CÁC Y ẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ ĐIỀU KI ỆN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC 13

1.3.1 Tình hình ch ịu lực của các mái dốc 13

1.3.2 Điều kiện áp dụng phương pháp gia cố ổn định mái dốc 13

1.4 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14

1.5 K ẾT LUẬN CHƯƠNG 14

CH ƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 16

2.1 C Ơ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA MÁI D ỐC 16

Trang 4

2.1.1.1 Quan điểm thứ nhất với hệ sô an toàn chung 16

2.1.1.2 Quan điểm dùng hệ số huy động cường độ chống cắt của đất làm h ệ số an toàn 19

2.1.1.3 K ết luận về hệ số ổn định 22

2.1.2 Lý thuy ết phân thỏi 22

2.1.2.1 Nguyên lý c ơ bản 23

2.1.2.2 H ệ phương trình cơ bản của lý thuyết phân thỏi 24

2.1.3 Các ph ương pháp phân thỏi để tính hệ số an toàn ổn định mái dốc 27

2.2 C Ơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI D ỐC GIA CỐ BẰNG CỌC 28

2.2.1 Đề xuất và cơ sở của phương pháp gia cố mái dốc bằng cọc 28

2.2.2 C ơ sở lý thuyết của phương pháp 28

2.2.3 Quan h ệ giữa các thông số thiết kế hệ cọc đến sự ổn định mái dốc 34

2.2.4 Minh h ọa trình tự thiết kế mái dốc gia cố bằng hệ cọc 40

2.2.5 K ết luận và kiến nghị của phương pháp 44

2.3 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU H ẠN 46

2.3.1 L ựa chọn phương pháp tính 46

2.3.2 L ựa chọn mô hình tính 49

2.3.3 Ph ương pháp tính 50

2.3.4 Thi ết lập hệ thống phương trình cơ bản của bài toán 52

2.3.5 Gi ới thiệu phần mềm tính toán GEOSTUDIO 2007 53

Trang 5

CH ƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH

UYÊN, T ỈNH CAO BẰNG 55

3.1 GI ỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH 55

3.1.1 V ị trí công trình 55

3.1.2 Nhi ệm vụ công trình 55

3.1.3 C ấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 55

3.1.4 Quy mô công trình 55

3.1.5 Đối tượng áp dụng của luận văn 57

3.1.6 S ố liệu đầu vào phục vụ tính toán 58

3.1.6.1 Tài li ệu địa hình, địa chất 58

3.1.6.2 M ặt cắt tính toán 59

3.2 N ỘI DUNG TÍNH TOÁN 60

3.2.1 Tiêu chu ẩn áp dụng 60

3.2.2 Các t ổ hợp tính toán: 61

3.2.3 N ội dung tính toán 61

3.2.4 Các b ước tính toán 62

3.2.4.1 Tính toán th ấm: 62

3.2.4.2 Tính toán ổn định: 64

3.3 K ẾT QUẢ TÍNH TOÁN 65

3.3.1 K ết quả tính toán thấm 65

3.3.2 K ết quả tính toán ổn định 69

Trang 6

đ 69

3.3.2.2 K ết quả phân tích ổn định cho tất cả các tổ hợp tính toán 74

3.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ TĂNG ĐỘ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 75

3.4.1 Ph ương án xử lý 1: tăng hệ số mái đào 75

3.4.2 Ph ương án xử lý 2: Gia cố mái dốc bằng cọc 77

3.5 PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN T ỔI ƯU 85

3.6 K ẾT LUẬN CHƯƠNG 85

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

I NH ỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 86

II T ỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 87

PH Ụ LỤC: SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ, THỜI GIAN MƯA ĐỔI V ỚI SỰ ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC 91

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1.L ở đất do mưa lũ ở Veracruz, Mexico ngày 16/09/2013 4

Hình 1-2 L ở đất tại miền Bắc Afghanistan ngày 05/05/2014 5

Hình 1-3 L ở đất tại Hiroshima, Nhật Bản ngày 20/08/2014 5

Hình 1-4 S ạt lở đất ở Hà Giang ngày 07/07/2013 7

Hình 1-5 S ạt lở đất ở Lạng Sơn ngày 17/09/2014 7

Hình 1-6 L ở đất do mưa lũ ở Nghệ An ngày 22/09/2014 8

Hình 1-7 L ở đất ở Cao Bằng ngày 02/08/2015 8

Hình 1-8 S ạt lở mái dốc thượng lưu và hạ lưu đập vật liệu địa phương 10

Hình 1-9 Gia c ố mặt ngoài mái dốc bằng bê tông 12

Hình 1-10 Gia c ố mái dốc bằng lưới địa kỹ thuật và neoweb 12

Hình 1-11 Gia c ố mặt ngoài mái dốc bằng trồng cỏ 12

Hình 1-12 Gia c ố mái dốc bằng cọc 13

Hình 2- 1 Xác định momen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn 17

Hình 2- 2 Xác định góc ma sát và lực dính huy động 20

Hình 2-3 Các l ực tác dụng vào mỗi thỏi 23

Hình 2-4 N ền biến dạng đàn hồi quanh các cọc ổn định 30

Hình 2-5 Các l ực tác dụng lên mái dốc không gia cố 33

Hình 2-6.Các l ực tác dụng lên mái dốc gia cố bằng cọc 34

Hình 2-7 Các m ặt trụ trượt của mái dốc theo hàm số của vị trí hàng cọc 36

Hình 2-8 Ảnh hưởng của vị trí cọc đến hệ số an toàn mái dốc đắp 37

Hình 2-9 Ảnh hưởng của vị trí cọc đối với hệ số an toàn mái dốc đào 37

Hình 2-10 ổn định của các cọc chèn trong đá gốc 41

Hình 2-11 Mái d ốc cho ví dụ điển hình 41

Hình 2-12 Quan h ệ giữa hệ số an toàn FS với tỉ số D 1 /b 42

Hình 3- 1 Bình đồ tổng thể công trình đầu mối hồ chứa nước Nà Lái 57

Hình 3-2 M ặt cắt địa chất dọc tuyến đường 58

Trang 8

Hình 3-4 Hàm h ệ số thấm K-lớp 3a 63

Hình 3-5 Hàm ch ứa nước – lớp 3a 63

Hình 3-6 Hàm h ệ số thấm K-lớp 3c 63

Hình 3-7 Hàm ch ứa nước lớp 3c 63

Hình 3-8 L ưới phần tử và điều kiện biên trường hợp mưa q = 150mm/ng-đêm 64

Hình 3-9 Bi ểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t=2h 66

Hình 3-10.Bi ểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t=4h 66

Hình 3-11 Bi ểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t=6h 67

Hình 3-12 Bi ểu đồ áp lực thấm với q = 150mm/ngày-đêm, t = 12h 67

Hình 3-16 Bi ểu đồ quan hệ giữa thời gian mưa với hệ số ổn định mái dốc K 70

Hình 3-17 K ết quả tính toán ổn định mái dốc khi không có mưa 70

Hình 3-18 K ết quả tính toán ổn định mái dốc với q = 150mm/ngày-đêm, t=6h 71

Hình 3-24 Bi ểu đồ quan hệ giữa thời gian mưa và hệ số ổn định với cường độ mưa khác nhau 74

Hình 3-25 Bi ểu đồ AL thấm khi chưa xử lý với q = 200mm/ngày đêm, t = 72h 76

Hình 3-26 Bi ểu đồ AL thấm khi đã xử lý với q = 200mm/ngày đêm, t = 72h 76

Hình 3-27 K ết quả tính ổn định khi đã xử lý, q = 200mm/ngày-đêm, t = 72h 77

Hình 3-28.Quan h ệ giữa cự ly cọc S và hệ số an toàn K của mái dốc 78

Hình 3-29 K ết quả tính ổn định khi xử lý 1 hàng cọc, S = 3m, D = 2m 78

Trang 9

Hình 3-34 Bi ểu đồ quan hệ giữa cự ly cọc S và hệ số ổn định K 81

Hình 3-35 K ết quả tính ổn định, xử lý 1 hàng cọc, S=3m, D = 1,5m 82

Hình 3-39 K ết quả tính ổn định khi xử lý 2 hàng cọc với S =3m&6m; D=2m 84

Hình PL3 1 K ết quả tính ổn định q = 100mm/ng-đêm, t=12h 91

Trang 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ảng 2-1 Tóm tắt số lượng ẩn trong việc tìm hệ số an toàn 25

B ảng 2-2 Tóm tắt số lượng các đại lượng đã biết trong tìm hệ số an toàn 26

B ảng 2-3 Tóm tắt các phương pháp tính 27

B ảng 3-1 Chỉ tiêu thí nghiệm các lớp đất đá dùng trong tính toán 59

B ảng 3-2 Các tổ hợp tính toán ổn định mái dốc 61

B ảng 3-3 Bảng tổng hợp kết quả tính toán với q = 150mm/ngày-đêm 69

B ảng 3-4 Bảng tổng hợp kết quả tính toán ổn định với các tổ hợp 74

B ảng 3-5 Kết quả phân tích ổn định khi gia cố mái dốc bằng cọc với các cự ly khác nhau đến tim cọc tính từ chân mái dốc 78

B ảng 3-6 Kết quả phân tích ổn định khi gia cố mái dốc bằng cọc với S = 3m, thay đổi khoảng cách giữa các cọc 81

Trang 11

PHẦN MỞ ĐẦU

Sạt trượt mái dốc thường dẫn đến thiệt hại về tài sản và đôi khi là tính mạng của con người Bảo đảm sự ổn định của cả mái dốc tự nhiên và nhân tạo vẫn luôn là vấn đề

cơ bản trong kỹ thuật công trình

Để chống lại việc sạt lở mái dốc, có rất nhiều giải pháp kỹ thuật và phương pháp tính toán thiết kế đã được nghiên cứu và áp dụng phổ biến như: tăng hệ số mái dốc, làm tường chắn, kè lát mái gia cố, làm hệ thống tiêu thoát nước…Mỗi giải pháp có những

ưu và nhược điểm khác nhau phù hợp với từng điều kiện cụ thể của công trình

Trong thiết kế, tránh nguy cơ sạt trượt có thể nghiên cứu xem xét lựa chọn một vị trí công trình khác Nếu như vị trí công trình không thể thay đổi, có thể cần phải có các

giải pháp khắc phục khác bao gồm tăng hệ số mái dốc hoặc làm các hệ thống thoát nước bề mặt và bên trong mái cũng như các giải pháp kè, tường chắn … Tuy nhiên trong trường hợp hạn chế về không gian, không thể tăng mái dốc và điều kiện khó khăn về mặt bằng thi công nếu áp dụng giải pháp tường chắn, kè…có thể sử dụng

biện pháp cọc gia cố mái Ưu điểm của phương pháp là đơn giản trong thi công, giữ nguyên hiện trạng mái và tiết kiệm chi phí

Việc sử dụng cọc làm tăng ổn định mái dốc đã được áp dụng thành công trong quá

khứ và đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả, dễ dàng thi công và không ảnh hưởng xấu đến cân bằng của mái dốc

Xuất phát từ tầm quan trọng của việc đảm bảo an toàn chống sạt lở các mái dốc tự nhiên và nhân tạo, nhất là trong các điều kiện không thể áp dụng các giải pháp công trình truyền thống, đề tài luận văn “Nghiên cứu phương pháp thiết kế ổn định mái

d ốc bằng cọc”, đưa ra kết quả nghiên cứu tận dụng sự làm việc tối ưu của cọc và

đất xung quanh đảm bảo bài toán kỹ thuật và kinh tế là yêu cầu bức thiết

Trang 12

- Nghiên cứu các nguyên nhân và cơ chế gây sạt lở mái dốc, trong đó có ảnh hưởng nhiều nhất là do mưa, rút ra kết luận về sự ảnh hưởng giữa cường độ mưa, thời gian mưa với hệ số an toàn ổn định của mái dốc

- Tổng hợp các giải pháp công trình đảm bảo an toàn mái dốc, ưu điểm, nhược điểm

và điều kiện áp dụng của các phương pháp Đề xuất nghiên cứu phương pháp thiết

kế ổn định của mái dốc bằng cọc, lựa chọn công thức tính toán, trình tự tính toán và

phạm vi áp dụng của phương pháp thiết kế

- Lựa chọn giải pháp bố trí cọc tối ưu nhất giúp ổn định mái dốc và tiết kiệm chi phí xây dựng bằng việc nghiên cứu phối hợp tối đa sự làm việc của cọc và đất xung quanh phạm vi cọc, đưa ra chiều sâu, mật độ cọc hợp lý

- Áp dụng kết quả nghiên cứu để tính toán cho một công trình cụ thể

1 Cách ti ếp cận

- Khảo sát, tổng hợp đánh giá các công trình tương tự đã được xây dựng, sạt lở

và đã xử lý mái dốc cũng như đạt độ ổn định trong thực tế

- Nghiên cứu, điểu tra, thống kê và tổng hợp các tài liệu đã thực hiện trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ổn định mái dốc tự nhiên và nhân tạo, nguyên nhân, cơ chế gây sạt lở, các giải pháp đảm bảo ổn định an toàn mái dốc, lý thuyết về phương pháp gia cố ổn định mái dốc bằng cọc

- Ứng dụng, tính toán thiết kế ổn định cho mái dốc đào móng tràn xả lũ, hồ

chứa nước Nà Lái – huyện Quảng Uyên – tỉnh Cao Bằng

- Phân tích, so sánh và đánh giá kết quả đạt được

- Tổng hợp tài liệu, tìm hiểu, đúc kết và nghiên cứu ứng dụng

- Ứng dụng để tính toán cụ thể cho mái đào móng tràn xả lũ, hồ chứa nước Nà Lái – huyện Quảng Uyên – tỉnh Cao bằng, từ đó rút ra kết luận về tính khả thi và

thực tế ứng dụng của giải pháp gia cố

Trang 13

IV K ẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

- Kết luận về nguyên nhân gây sạt lở mái dốc, nhất là sự ảnh hưởng của cường

độ, thời gian mưa đến hệ số an toàn của mái dốc

- Đưa ra trình tự tính toán thiết kế ổn định mái dốc bằng cọc, nêu được sự ảnh hưởng giữa chiều sâu, khoảng cách, vị trí đóng cọc tối ưu với độ ổn định mái dốc,

tận dụng tối đa sự làm việc của cọc và địa chất bản thân mái dốc

- Tổng kết và đánh giá kết quả, áp dụng tính toán cho công trình cụ thể: mái đào hố móng tràn xả lũ, hồ chứa nước Nà Lái, huyện Quảng Uyên, tỉnh Cao Bằng

Trang 14

CHƯƠNG 1: TỔNG KẾT CÁC HIỆN TƯỢNG LỞ ĐẤT TRONG THỰC TẾ, HẬU QUẢ, CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHUNG VÀ

GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sạt lở đất trong đó có sạt trượt mái dốc tự nhiên và nhân tạo là một loại hình thiên tai nguy hiểm, có tính chất bất ngờ và sức tàn phá mạnh Ở Việtnam, việc cảnh báo

hiện tượng để phòng tránh chủ yếu dựa trên nhận định về tình hình thời tiết, hình thái sông, điều kiện địa hình vùng núi, bờ sông, bờ biển nên việc giảm thiểu thiệt

hại do loại hình thiên tai này cũng còn rất hạn chế

Trên thế giới, sạt trượt mái dốc đã từng xảy ra ở nhiều nơi với các mức độ, nguyên nhân và hậu quả khác nhau Các sự cố sạt trượt mái dốc thường xảy ra nhiều nhất

tại Brazil, Nhật Bản, Hồng Kông và vùng Đông Nam á Dưới đây là một số vụ lở

đất điển hình trên thế giới (Hình 1.1 đến Hình 1.3)

Sau trận mưa lũ lịch sử ngày 16/09/2013, tại bang Veracruz, Mexico đã xảy ra một

vụ lở đất làm chết hơn 40 người và làm hơn 10.000 người ảnh hưởng do mất nhà

cửa (nguồn Inernet)

Hình 1-1.L ở đất do mưa lũ ở Veracruz, Mexico ngày 16/09/2013

Trang 15

Ngày 05/05/2014 sau trận mưa lớn đã xảy ra vụ sạt lở đất nghiêm trọng đã làm 159

người thiệt mạng và 71.000 người bị ảnh hưởng tại miền Bắc Afghanistan (nguồn Internet)

Hình 1-2 L ở đất tại miền Bắc Afghanistan ngày 05/05/2014

Ngày 20/08/2014, sau trận mưa kéo dài 24h với cường độ 240mm/3giờ đã gây sạt lở nghiêm trọng tại Hiroshima, Nhật Bản, làm chết 27 người và mất tích 13 người

trong đó có vài trẻ em (nguồn Internet)

Hình 1-3 L ở đất tại Hiroshima, Nhật Bản ngày 20/08/2014

Trang 16

Tại Việt nam, trong những năm gần đây, hiện tượng biến đổi khí hậu cũng làm gia tăng các trận mưa cường độ lớn và thời gian mưa kéo dài gây lũ lụt Đồng thời, các mái đào tự nhiên, nhân tạo tại các công trình giao thông, xây dựng, thủy lợi dưới ảnh hưởng của mưa lũ đã bị sạt lở rất lớn, gây thiệt hại về người, tài sản, ách tắc giao thông, và mất nhiều thời gian, sức lực để phục hồi

Theo số liệu thống kê, từ năm 2000 đến 2014 đã xảy ra 250 đợt lũ quét, sạt lở ảnh hưởng tới các vùng dân cư, làm chết và mất tích 646 người, bị thương gần 351 người; hơn 9.700 căn nhà bị đổ trôi; hơn 100.000 căn nhà bị ngập, hư hại nặng; hơn 75.000 ha lúa và hoa màu bị ngập; hàng trăm ha đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công trình giao thông, thuỷ lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ước tính trên 3.300 tỷ đồng

Các tỉnh thường xuyên xảy ra lũ quét, sạt lở đất nhất gồm miến núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên và một số tỉnh duyên hải

Tính riêng đợt bão lũ 2014 gần đây, do ảnh hưởng của hoàn lưu bão số 2 và mưa

lớn đã xảy ra các trận lũ quét và sạt lở đất trên địa bàn các tỉnh miền núi phía Bắc làm chết và mất tích 24 người

Như vậy, lở đất là một loại thiên tai gây thiệt hại rất lớn về người và tài sản, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế xã hội của địa phương Chính phủ đã có nhiều giải pháp xã hội để phòng chống như: Đánh giá, phân vùng và cảnh báo nguy cơ các điểm có nguy cơ cao; Tuyên truyền, cảnh báo, các địa phương có các biện pháp phòng chống trong trường hợp có thiên tai xảy ra; Di dân các địa phương, vùng có ảnh hưởng thường xuyên của lũ quét, lở đất, xây dựng hệ thống quan trắc, nâng cao năng lực dự báo sớm; Xem xét xây dựng các công trình hạ tầng bảo vệ, trồng rừng, các loại cây chống xói, và nhiều giải pháp khác

Các giải pháp trên để phòng tránh thiệt hại do nguy cơ lở đất gây ra Tuy nhiên, các

giải pháp công trình vẫn là rất cần thiết để bảo vệ và hạn chế thiệt hại về người và tài sản Dưới đây là một số hình ảnh về sạt lở đất tại Việt nam (Hình 1.4 đến Hình 1.7)

Trang 17

Tại Hà Giang, do mưa lớn nhiều ngày và trận mưa đêm ngày 6 rạng sáng 7/7/2013làm sạt lở đất với khối lượng lớn, gây tắc đường nhiều giờ tuyến tỉnh lộ Tân Quang huyện Bắc Quang – Hoàng Su Phì (Nguồn Vnexpress)

Trang 18

Mưa kéo dài từ tối 21 đến ngày 22/9/2014 làm cho huyện Tương Dương (Nghệ An)

xảy ra lũ lớn, nhiều nhà sập đổ hoặc bị cuốn trôi Hàng chục hộ dân phải di dời khẩn

cấp (nguồn Vnexpress)

Hình 1-6 L ở đất do mưa lũ ở Nghệ An ngày 22/09/2014

Gần đây nhất, hơn 21h đêm 2/8/2015, sau trận mưa lớn trong đêm đã xảy ra lở đất

xuống một gia đình xã Cần Nông, huyện Thông Nông (Cao Bằng) Làm chết 3

người, 5 người bị thương (nguồn Vnexpress)

Hình 1-7 L ở đất ở Cao Bằng ngày 02/08/2015

Trang 19

Như vậy, thông thường, hiện tượng sạt lở mái dốc xảy ra sau các trận mưa có cường

độ đủ lớn và thời gian mưa kéo dài Nguyên nhân do khi đất đá bị phong hóa, bản thân sức chịu tải của mái dốc cũng đã giảm cường theo thời gian Khi gặp mưa, nước ngấm vào mái dốc làm tăng trọng lượng mái và áp lực kẽ rỗng, đồng thời,

khối đất bề mặt bão hòa nước sẽ bị giảm cường độ kháng cắt tiềm ẩn nguy cơ gây

sạt trượt

Cơ chế phát sinh các mặt trượt phá hoại mái dốc là do sự chênh lệch áp lực do trọng lượng bản thân đất của mái theo phương trọng lực Khi ứng suất cắt phát sinh do sự chênh lệch áp lực ấy lớn lên và phát triển trong khối đất đến một trị số nào đó mà trong khối đất, cường độ chống cắt của bản thân đất không chịu được ứng suất cắt phát sinh thì sự mặt trượt tại vị trí đó xuất hiện và sự phá hỏng xảy ra Các nguyên nhân gây ra mất ổn định mái dốc có thể liệt kê như sau:

Quá trình nhân tạo làm thay đổi độ dốc mái tự nhiên

- Do mái dốc bị phong hóa

- Do các yếu tố thủy văn như nước mặt, nước ngầm

- Do độ ẩm thay đổi (chủ yếu do mưa) dẫn đến trọng lượng khối đất bên trên từ

trạng thái chưa bão hòa sang bão hòa; độ ẩm tăng dấn đến lực hút chân không giảm

do đó lực dính giảm; đường bão hòa dâng cao làm trọng lượng khối trượt tăng

- Mật độ thảm phủ thực vật giảm do các hoạt động canh tác, chặt phá rừng của con người

Trang 20

Sự cố sạt lở mái thượng hoặc hạ lưu đập nếu không được xử lý kịp thời sẽ gây vỡ đập và hậu quả khôn lường, ảnh hưởng đến cuộc sống con người vùng hạ du trong

thời gian dài và mất nhiều thời gian để khắc phục

Dưới đây là một số hình ảnh hiện tượng sạt trượt mái thượng lưu hoặc hạ lưu đập

vật liệu địa phương

Hình 1-8 S ạt lở mái dốc thượng lưu và hạ lưu đập vật liệu địa phương

1.2 CÁC HÌNH THỨC GIA CỐ MÁI DỐC ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG THỰC TẾ

Gia cố đảm bảo ổn định mái dốc là yêu cầu thiết yếu trong thực tế và thường gặp trong tất cả các loại công trình: xây dựng, giao thông, thủy lợi và các công trình dân

dụng khác Việc gia cố mái dốc thông thường bao gồm các hình thức sau:

Gia cố mặt ngoài mái dốc là biện pháp tăng khả năng chống trượt mặt mái dốc bằng cách dùng một loại vật liệu nào đó bảo vệ mặt mái dốc, giúp mái dốc ổn định Một

số các biện pháp và vật liệu sử dụng như sau:

- Gia cố cứng mặt mái dốc bằng bê tông, bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc lắp ghép,

đá xây Phương pháp này cần thiết phải thiết kế hệ thống tiêu thoát nước trong mái để giảm áp lực đẩy ngược

- Dùng rọ đá xếp để bảo vệ mặt mái dốc

Trang 21

- Dùng phương pháp Neoweb trồng cỏ mặt mái dốc

- Khung bê tông trồng cỏ

• Ưu điểm: Phương pháp này thi công nhanh, đơn giản, không cần công nghệ cao,

vật liệu linh động được do có thể dùng vật liệu địa phương

• Nhược điểm: Nếu gia cố cứng bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây trực tiếp

trên mặt mái, qua thời gian sử dụng lâu dài sẽ xảy ra hiện tượng lún sụt, gãy mái do đất đá trong thân mái dốc bị mưa ngấm, trôi vào các kẽ rỗng của mái

• Điều kiện áp dụng: Phương pháp này nên sử dụng khi bản thân mái dốc đã cơ bản

ổn định, biện pháp gia cố sẽ ngăn ngừa mưa thấm mái và xói bề mặt gây sạt lở mái

dốc

Để đảm bảo ổn định mái dốc, một phương pháp thường gặp là xử lý thân mái dốc

để tăng cường độ chống trượt Các giải pháp thường dùng như sau:

- Neo đất kết hợp gia cố mặt mái

- Dùng vải địa kỹ thuật chia lớp đắp mái dốc

- Tăng hệ số mái dốc

- Tăng chiều rộng và số lượng cơ trên mái

- Khoan phụt vữa tăng khả năng ổn định của mái dốc

- Dùng cọc cừ, tường chắn, gia cố chân mái dốc

- Dùng c ọc (sắt thép, bê tông, khoan nhồi ) chèn trên mái dốc để tăng độ ổn định thân mái dốc

• Ưu điểm: Phương pháp này giúp tăng ổn định lâu dài của mái dốc, ít phải sửa

chữa trong quá trình sử dụng

• Nhược điểm: Nhược điểm của phương pháp này là thi công phức tạp hơn, khối

lượng xử lý đào đắp lớn hơn và thông thường giá thành cao hơn

Một số hình ảnh gia cố mái dốc trong thực tế:

Trang 22

Hình 1-9 Gia c ố mặt ngoài mái dốc bằng bê tông

Hình 1-10 Gia c ố mái dốc bằng lưới địa kỹ thuật và neoweb

Hình 1-11 Gia c ố mặt ngoài mái dốc bằng trồng cỏ

Trang 23

Hình 1-12 Gia c ố mái dốc bằng cọc

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC

Các mái dốc (đào hoặc đắp) thường chịu các lực sau:

Mái dốc trong các công trình Thủy lợi, Giao thông, Xây dựng thông thường bao

gồm mái đào và mái đắp, tùy theo điều kiện địa hình và yêu cầu bố trí công trình Ngoài các giải pháp tổng thể đã nêu để phòng tránh thiệt hại do lở đất, việc dùng các biện pháp công trình để gia cố ổn định mái dốc cũng là một lựa chọn bắt buộc

và cần thiết

Lựa chọn phương pháp gia cố sẽ tùy theo điều kiện địa hình, địa chất công trình, điều kiện kỹ thuật thi công, vật liệu xây dựng, điều kiện công nghệ, tính thẩm mỹ và điều kiện kinh tế để quyết định

Trang 24

Trong nhiều trường hợp, với địa hình mặt bằng không bị khống chế, địa chất mái

dốc cho phép có thể tăng hệ số mái dốc để đạt đến độ ổn định an toàn Trường hợp

mặt bằng không thể mở rộng do vướng các công trình khác, việc gia cố mái dốc

hiện trạng hoặc thiết kế mái dốc với mặt bằng hiện trạng cần phải có các giải pháp công trình để thực hiện điều đó

Trong các giải pháp gia cố mái đã giới thiệu ở trên, giải pháp sử dụng cọc chèn trên mái dốc được nghiên cứu trong luận văn này có tính kinh tế kỹ thuật và đơn giản trong việc áp dụng Phương pháp này đã được áp dụng nhiều trên thế giới và tại một

số công trình giao thông, thủy lợi ở Việt nam với hiệu quả rất tốt

1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Như đã nêu ở trên, sạt trượt mái dốc là vấn đề xảy ra thường xuyên trong qúa trình sinh sống của con người cũng như quá trình thi công xây dựng và vận hành công trình Đây là loại thiên tai mang yếu tố bất ngờ và có sức tàn phá lớn Hậu quả việc

sạt lở mái dốc rất nghiêm trọng, gây thiệt hại về tài sản, tính mạng của con người, ảnh hưởng đến dân sinh và kinh tế xã hội và mất rất nhiều thời gian để khắc phục

Thực tế đã có rất nhiều biện pháp công trình chống sạt trượt mái dốc được nghiên

cứu và áp dụng Mỗi loại biện pháp có các ưu nhược điểm khác nhau, phù hợp từng điều kiện cụ thể của công trình Tuy nhiên, với các mái dốc không thể mở rộng hệ

số mái, khó khăn trong việc áp dụng các biện pháp gia cố thông thường khác thì

việc chọn giải pháp tối ưu để tăng ổn định mái dốc với điều kiện thi công đơn giản, chi phí thực hiện ít là nhu cầu bức thiết Việc “Nghiên cứu phương pháp thiết kế

ổn định mái dốc bằng cọc” nhằm giải quyết vấn đề đó

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Qua Chương 1 tác giả đã tổng hợp các sự cố sạt lở mái dốc trên thế giới và ở Việt nam Từ đó cho thấy hậu quả nghiêm trọng của sạt lở mái dốc đối với đời sống và tính mạng của con người Ở Việt nam, việc phòng chống nguy cơ và thiệt hại do sạt

lở mái dốc đã được Nhà nước quan tâm đặc biệt và đưa vào các chương trình hành

Trang 25

cứu trong luận văn Từ các phân tích đó, tác giả đã nêu rõ tính cấp thiết của đề tài

nhằm định hướng cho cách tiếp cận và phạm vi nghiên cứu trong luận văn

Trang 26

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC

2.1.1 Các quan điểm về hệ số an toàn

Mức độ ổn định của mái dốc được đánh giá định lượng qua hệ số an ổn định, gọi tắt

là hệ số an toàn

Theo sự phát triển của các phương pháp tính, thường dùng 2 quan điểm hệ số an toàn ổn định là hệ số an toàn chung và hệ số huy động cường độ chống cắt của đất đóng vai trò hệ số an toàn

2.1.1.1 Quan điểm thứ nhất với hệ sô an toàn chung

Quan điểm này được Fellenius (1927) ứng dụng đầu tiên vào phương pháp tính toán ổn định mái dốc Theo quan điểm này, hệ số an toàn ổn định K được định nghĩa như tỷ số giữa tổng mômen chống trượt của đất dọc theo mặt trượt với

tổng mômen gây trượt do tải trọng ngoài và trọng lượng đất của khối lượng đất trượt gây nên

Trang 27

Khi xác định tổng mômen chống trượt, coi đất dọc theo mặt trượt ở thái cân

bằng giới hạn, tức giữa cường độ chống cắt của đất τ0 và ứng suất vuông góc

với mặt trượt σ thỏa mãn biểu thức Coulomb:

(2-2) Trong đó:

σ - ứng suất tổng vuông góc với mặt trượt

u - áp lực nước lỗ rỗng tại điểm mặt trượt đi qua

ϕ’; c’ - góc ma sát và lực dính đơn vị ứng với thí nghiệm cắt thoát nước

Với mặt trượt trụ tròn, tâm 0, bán kính R, trị số Mct (chống trượt) được định như sau:

(2-3)

Và trị số Mgt (gây trượt) được tính theo công thức:

(2-4) Trong đó: T là ứng suất cắt dọc mặt trượt

2-1 Xác định momen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn

Trang 28

Hệ số an toàn xác định theo biểu thức 2-1, sau khi rút gọn R sẽ có:

nền đất, mức độ tin cậy của các dữ liệu về đất nền, tầm quan trọng của công trình,

mức độ tin cậy về tải trọng và tổ hợp tải trọng v.v và chúng thay đổi theo quy luật

ngẫu nhiên Khi tính toán thiết kế theo quan điểm thứ nhất vừa nêu ở mục trên thì

mức độ tin cậy của các loại dữ liệu tính toán được xét gộp chung lại trong một hệ số

an toàn và ấn định trước các giá trị của chúng trong suốt thời gian làm việc là không thoả đáng

Do đó, công thức tính hệ số an toàn chung trên được chuyển sang phương pháp

trạng thái giới hạn bằng cách thêm các hệ số an toàn cục bộ được xác định bằng con đường xác suất thống kê như sau:

(2-6)

Trong đó:

Ntt - Lực tổng hợp gây trượt tính toán, tức đã xét đến hệ số vượt tải hay hệ số tin

cậy về tải trọng, ở đây là mômen gây trượt

kn - Hệ số tin cậy phụ thuộc cấp công trình, thay đổi từ 1,10 đến 1,50

nc - Hệ số tổ hợp tải trọng, thay đổi từ 0,9 đến 1,0

Trang 29

m - Hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc loại công trình và loại nền

Rgh - Lực tổng hợp chống trượt giới hạn, ở đây là mômen chống trượt Điều kiện

ổn định có thể viết dưới dạng thông thường với một hệ số an toàn tổng hợp, trong

đó đã tổng hợp đầy đủ các hệ số tin cậy của các đại lượng hoặc yếu tố ảnh hưởng đến mức độ an toàn:

(2-10) Đối với một loại đất, đường Coulomb không đổi do các trị số ϕ’ và c’ không đổi

Trang 30

Hình 2-2 Xác định góc ma sát và lực dính huy động

Vì khối đất được thiết kế ở trạng thái cân bằng bền nên trên một đơn vị diện tích có

bất đẳng thức:

(2-11)

Để diện tích đơn vị đang xét là một mảnh của mặt trượt thực (tức ở trạng thái cân

b ằng giới hạn), người ta thường giữ nguyên trạng thái ứng suất (tức giữ nguyên trị

s ố x) và giảm trị số của các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất, ví dụ giảm trị số τ0

xuống số τom, tức giảm độ nghiêng của đường Coulomb Như vậy sẽ có công thức tính lực chống cắt huy động của đất:

(2-12)

Trong đó: F là trị số lớn hơn hoặc bằng 1, được gọi là hệ số huy động cường độ

chống cắt của đất, trị số của F xác định Iheo công thức:

(2-13)

τom gọi là phần cường độ chống cắt của đất đã được huy động đủ đảm bảo sự cân

bằng giới hạn, được gọi là cường độ chống cắt huy động và F là hệ số huy động cường độ chống cắt của đất, được coi là hệ số an toàn ổn định về trượt tại nơi đang xét

Trang 31

Theo định luật Coulomb, cường độ chống cắt của đất trên diện tích đơn vị tính theo công thức (2.10)

Theo quan điểm này, trị số τ0 tính theo công th ức này được coi là cường độ chống

c ắt vốn có của đất và đường Coulomb là đường (1) trong (2-2)

về mặt trượt thực Đường Coulomb (2) trùng với đường Coulomb (1)

Nếu F > 1 thì điện tích đơn vị đang xét còn ở trạng thái cân bằng bền với hệ số an toàn F tính theo công thức:

với (2-15)

Với τ, σ là hai thành phần úng suất (tiếp và pháp) trên diện tích đơn vị nơi đang xét

Trên mặt trượt giả thiết (tức mặt trượt nguy hiểm nhất) cường độ chống cắt của đất

được huy động ở các mức độ khác nhau và thường xác định trị số trung bình của các mức độ huy động (F) tại các nơi trên mặt trượt giả định để làm hệ số an toàn ổn định của mái đất ứng với mặt trượt đang xét

Trang 32

Như vậy, theo quan điểm này, hệ số an toàn được định nghĩa như là một hệ số mà

với nó, sức chịu cắt của đất bị giảm để chịu khối lượng đất trong trạng thái cân bằng

dọc theo toàn bộ mặt trượt đã chọn

2.1.1.3 Kết luận về hệ số ổn định

Theo định nghĩa về hệ số an toàn của Fellenius, khối đất nền hoặc mái đất đang xét được thiết kế sơ bộ ở trạng thái cân bằng bền tức K > 1 và bài toán Địa kỹ thuật đặt

ra là xác định mức độ bền, tức trị số của hệ số an toàn K lớn hơn 1 là bao nhiêu Do

vậy xác định τ0 theo biểu thức Coulomb ứng với điều kiện đất bị cắt là không chặt

chẽ về lý thuyết

Từ các phân tích trên nhận thấy quan điểm dùng hệ số huy động cường độ chống cắt

của đất làm hệ số an toàn là có tính lôgíc hơn cả Hiện nay quan điểm này đã được dùng phổ biến khi phân tích ổn định của mái đất

2.1.2 Lý thuy ết phân thỏi

Hiện nay có 2 quan điểm về phương pháp tính toán ổn định mái dốc Đó là phương pháp phân tích giới hạn (dùng phần tử hữu hạn), hoặc phương pháp cân bằng giới

hạn dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt; và phân tích trạng thái cân bằng của các phân tố đất trên mặt trượt giả định trước đó

Sự khác nhau giữa phương pháp phân tích giới hạn và phương pháp chia dải là phương pháp phân tích giới hạn linh hoạt hơn và được sử dụng để phân tích các đặc tính giới hạn của tất cả các vật liệu dẻo, chứ không chỉ riêng các công trình đất Đối

lập với phương pháp phân tích ổn định khối trượt bằng cách chia dải, được phát triển đầu tiên bởi Fellenius, phương pháp phân tích giới hạn chủ yếu dựa trên lý thuyết dẻo, là một lý thuyết cơ học tổng quát Nhìn chung, phương pháp phân tích

giới hạn áp dụng với các loại vật liệu khác nhau trong điều kiện tải trọng phức tạp Đối với tính toán ổn định mái dốc, phương pháp này phân tích ứng suất, biến

dạng,và từ đó xác định ra mặt trưọt nguy hiểm nhất dựa trên sự phân bố các vectơ ứng suất đó

Trang 33

Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp, với các mái dốc nhỏ, người ta ít sử dụng

đến Trong phần này sẽ đề cập đến phương pháp được sử dụng phổ biến hơn trong

tính toán ổn định mái dốc, dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn Đó là phương pháp

phân thỏi

Phương pháp phân thỏi, còn gọi là phân mảnh, được Fellenius đề xuất và ứng dụng

vào việc phân tích ổn định từ đầu những thập kỷ 20 Đến nay, phương pháp phân

thỏi được coi như một phương pháp số rất có hiệu quả để tính toán ổn định của mái

dốc có thể xét đến tính không đồng chất của đất và trị số áp lực nước lỗ rỗng tại mọi

điểm trong khối đất

Trong lý thuyết phân thỏi, khối đất trượt được phân thành từng mảnh thẳng đứng,

mỗi mảnh được gọi là một thỏi được đánh số thứ tự từ 1 đến n tính từ đỉnh mái

xuống chân mái hoặc ngược lại Như vậy, mỗi thỏi có mặt bên là những mặt cắt

đúng tùy ý; các mặt bên không phải là mặt trượt Đỉnh thỏi là giới hạn của khối đất

Đáy thỏi là mặt trượt giả định có góc nghiêng thuận (theo góc dốc) và nghịch (theo

hướng ngược lại)

Hình 2-3 Các l ực tác dụng vào mỗi thỏi

Trang 34

Tính toán độ ổn định bao gồm bề mặt trượt của khối đất được chia thành các

thỏi tuân thủ các giả thiết:

- Đất được xem như vật liệu thỏa mãn định luật Mohr-Coulomb

- Hệ số an toàn độ bền của thành phần cố kết và thành phần ma sát là như nhau cho các mặt trượt

- Hệ số an toàn là như nhau cho tất cả các mặt trượt

1 Các l ực tác dụng lên bề mặt trượt

Hệ lực tác dụng vào một thỏi được trình bày ở Hình 2-3, trong đó: W là trọng

lượng thỏi với chiều rộng b và chiều cao h

Các thỏi được tách khỏi khối đất trượt nên về mặt cơ học, ở các mặt biên đều

phải cho lực pháp tuyến và tiếp tuyến tác dụng: Et, Ep là lực vuông góc với mặt bên phía trái và phải của thỏi (các lực tương tác, ngang giữa các thỏi); Xt, Xp

là lực tiếp tuyến mặt bên phía trái và phải của thỏi (các lực tương tác đúng

gi ữa các thỏi)

Các phản lực: lực pháp tuyến N, lực cắt T0 của đất đứng yên dưới mặt trượt giả định tác dụng của đáy thỏi Đáy thỏi là một mảnh của mặt trượt nên hai lực T0

và N phải thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn Mohr - Coulomb

Ở một trường hợp tính toán cụ thể, về lý thuyết, các ngoại lực, kể cả trọng lượng W là xác định được, còn lại các đại lượng chưa xác định được ứng với

mỗi thỏi theo phương pháp tính dồn từ thỏi đỉnh xuống thỏi chân gồm các lực:

Ep, Xp, N, T0 (4 đại lượng) và tham số xác định điểm của Ep, N (2 đại lượng)

Như vậy trong một bài toán phân tích tính ổn định theo phương pháp phân thỏi

(ví d ụ có n thỏi) có số lượng các đại lượng chưa biết được các định theo Bảng 2-l

Trang 35

B ảng 2-1 Tóm tắt số lượng ẩn trong việc tìm hệ số an toàn

Vậy tổng cộng có (6n-2) đại lượng chưa biết

2 H ệ phương trình cơ bản của lý thuyết phân thỏi

Theo lý thuyết phân thỏi, để đảm bảo khối trượt tách ra ở trạng thái cân bằng, các

lực tác dụng vào mỗi mảnh phải thỏa mãn:

• Các phương trình cân bằng tĩnh lực học (xét bài toán phẳng)

- Cân bằng hình chiếu theo phương ngang:

(2-16)

- Cân bằng hình chiếu theo phương đứng:

(2-17)

(ho ặc cân bằng theo hai phương bất kỳ không song song)

- Cân bằng mômen quay quanh điểm M bất kỳ:

Trang 36

(2-18) Điều kiện bền Mohr - Coulomb cho quan hệ giữa N và T0 trên mặt trượt

Nếu đáy thỏi là một mảnh của mặt trượt thực thì có:

T0 = N’tgϕ’ + c’l (2-19) Trong đó: N’ là lực pháp tuyến hiệu quả; ϕ’, c’ là góc ma sát và lực dính đơn vị của đất có được bằng thí nghệm cắt thoát nước

Nếu đáy thỏi là mảnh của mặt trượt giả định thì có:

T0 = N’tgϕ’m + c'ml (2-20)

Trong đó: ϕ’m; c’m là phần huy động của ϕ’; c’ đủ để chống lại sự trượt

;

Kể cả điều kiện cân bằng giới hạn Mohr- Coulomb cho quan hệ giữa T0 và N, ứng

với một trường hợp tính toán mái dốc với khối trượt được chia thành n mảnh, có thể

lập được hệ phương trình cơ bản gồm 4n phương trình Các phương trình cân bằng tĩnh

của toàn khối đất trượt (gồm n thỏi) được coi là hệ quả của hệ phưong trình cơ bản này

B ảng 2-2 Tóm tắt số lượng các đại lượng đã biết trong tìm hệ số an toàn

Lực tương tác ngang tại mặt ngoài mỗi dải Et: n

Lực tương tác đứng tại mặt ngoài mỗi dải Xt: n

Trang 37

Như vậy theo lý thuyết phân thỏi, bài toán tính ổn định mái đất là bài toán siêu tĩnh

bậc cao (thiếu 2n - 2 phương trình) Do đó khi giải bài toán tính hệ số an toàn theo

phương pháp phân thỏi phải đưa vào một số giả thiết để khắc phục điều này Từ sự khác nhau của các giả thiết đem đến các phương pháp tính khác nhau

2.1.3 Các phương pháp phân thỏi để tính hệ số an toàn ổn định mái dốc

Để giải bài toán ổn định của mái dốc, nền đất theo lý thuyết phân thỏi là bài toán siêu tĩnh bậc cao, nhiều nhà khoa học đề ra nhiều cách giải khác nhau nhờ những

giả thiết khác nhau như: Bỏ qua lực tương tác giữa các thỏi, hướng tác dụng của lực tương tác là ngang hoặc xiên không đổi hay thay đổi theo quy luật nào đó, điểm đặt

của các lực tương tác nằm trên một đường cong nhất định v.v Nội dung một số phương pháp tính ổn định được sử dụng rộng rãi hiện nay được trình bày trong phụ luc 1

B ảng 2-3 Tóm tắt các phương pháp tính

Fellenius (thông dụng) Mômen, lực _L đáy dải E=0, x=0

Bishop đơn giản Mômen, lực thẳng đúng E nằm ngang, x=0

Terzaghi Mômen, lực _L đáy dải Hướng tác dụng của các lực

tương tác E, X // đáy dải Spencer

Mômen, lực thẳng đứng, lực nằm ngang

Hướng tác dụng của các lực tương tác E, X không đổi trong toàn khối trượt

Morgenstern - Price Mômen, lực thẳng

đứng, lực nằm ngang

Hướng tác dụng của các lực tương tác E, X xác định theo một hàm tuỳ ý

Cân bằng giới hạn tổng

quát (GLE)

Mômen, lực thẳng đứng, lực nằm ngang

Hướng tác dụng của các lực tương tác E, X xác định theo một hàm tuỳ ý

Trang 38

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC GIA CỐ BẰNG CỌC

Để giải quyết bài toán gia cố mái dốc bằng cọc, một phương pháp được đề xuất cho thiết kế gia cố mái dốc là dùng hàng cọc đơn Phương pháp này tồn tại dựa trên cơ

sở lý thuyết đàn hồi đã được áp dụng để tìm các lực bên tác dụng lên tiết diện cọc trên mặt trượt hình trụ Một bộ phận của hệ lực đó được giả định chống lại sự chuyển vị của mái dốc Sau đó, phương pháp ma sát trụ được phát triển để kết hợp

với phản lực trong phân tích ổn định Do đó một số các yếu tố ổn định mới bao gồm

phản lực cọc được sử dụng để xác định các mặt trụ hiệu chỉnh và hệ số an toàn cho mái dốc được gia cố

Cuối cùng, một quy trình được đề xuất để đạt được giải pháp thiết kế tối ưu từ đó đưa ra được hệ số an toàn mong muốn của mái dốc /hệ cọc

Vấn đề của các cọc chủ động (các cọc chịu lực ngang tại đầu cọc và chuyển vị về phía đất) đã được nghiên cứu bởi vài tác giả (Poulos 1973; Coyle et al 1983) Trong

tất cả các trường hợp, vấn đề của cọc đơn đã được giải quyết, và một số hệ số đúng cho hiệu ứng nhóm cọc đã từng được giới thiệu

Đối với trường hợp các cọc bị động, vấn đề phức tạp hơn bởi vì các lực bên tác

dụng lên đầu cọc bây giờ phụ thuộc vào sự chuyển vị của đất, nó nằm trong sự ảnh

hưởng ngược trở lại của các cọc hiện diện Do đó, giải pháp cho cọc đơn không thể

dễ dàng phù hợp cho trường hợp một nhóm cọc, mặc dù một vài tác giả đã đề xuất các phương pháp tiếp cận như vậy (Poulos 1973; Viggiani 1981)

Các nhà nghiên cứu khác đã xem xét nghiên cứu từ vấn đề cơ bản của nhóm (hàng)

cọc hoạt động Winter et al (1983) đã xem xét giải bài toán của vị trí các cọc trong

Trang 39

hàng, đưa vào tính toán khoảng cách giữa các cọc từ điểm bắt đầu của sự phân tích Tuy nhiên, phương pháp đó chỉ có thể được sử dụng trong tính toán với mái dốc hoàn toàn chỉ có lực dính qua quá trình trượt

Ito và Matsui (1975) đã từng đề xuất một phương pháp lý thuyết để phân tích về cơ

chế gia tăng của lực bên tác động đến sự ổn định của các cọc khi đất bị cưỡng ép để nén chặt giữa các cọc Phương pháp đã được phát triển để đặc biệt tính toán áp lực

mà nó tác động đến các cọc bị động trong một hàng, và đã được chọn dùng trong thiết kế các công trình hiện tại Các lực mà sự mất khối lượng phát triển trên một hàng cọc có thể được biểu diễn bằng một hàm của cường độ đất, đường kính cọc, khoảng cách, và vị trí cọc Giả định rằng một phần của lực đó đang chống lại các

lực điều khiển của mái dốc, hệ số an toàn của mái dốc sau khi sắp xếp các cọc có

thể được tính toán như một hàm số của kích thước và vị trí cọc

Người ta giả định rằng các cọc được đặt trong nền biến dạng dẻo có thể ngăn chặn

sự tăng thêm các biến dạng đàn hồi khác Để thiết kế các cọc, các lực bên cần phải được tính toán càng chính xác càng tốt Tuy nhiên, các lực này là hàm số của chuyển vị của khối trượt Chúng có thể biến đổi từ 0, trường hợp không chuyển vị, đến giá trị lớn nhất, trong trường hợp chuyển vị lớn

Lý thuyết được phát triển bởi Ito và Matsui (1975) dự tính một giá trị cho lực ngang

giữa hai cực trị này, giả định rằng không có sự sụt giảm lực kháng cắt nào dọc theo

mặt trượt đã diễn ra do ứng suất mềm được gây ra bởi sự chuyển vị của khối trượt

Với lý do đó, chỉ đất xung quanh cọc được giả thiết trong trạng thái cân bằng đàn

hồi, thỏa mãn định luật Mor-coulumb Do đó, lực ngang tác dụng lên các cọc có thể được tính toán không liên quan đến trạng thái cân bằng của mái dốc Vốn dĩ phương pháp tiếp cận này được giả định rằng đất là mềm và có thể biến dạng dẻo quanh

cọc Lý thuyết của biến dạng dẻo được dựa trên các giả thiết bổ sung:

Trang 40

b' a' e'

c

c' cọc

cọc

D

D'

x f

F'

hướng biến dạng o

hình 1: nền biến dạng đàn hồi quanh cọc ổn định

Hỡnh 2-4 N ền biến dạng đàn hồi quanh cỏc cọc ổn định

1 Khi cỏc lớp đất biến dạng, hai mặt trượt, AEB và A’E’B’, xảy ra tạo nờn gúc

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	4,2 MB