Xác định giá trị độ cứng vải địa kỹ thuật cường độ cao gia cường ảnh hưởng đến hệ số an toàn ổn định nền đường đắp cao tốc

Trong bài viết này, tác giả trình bày về độ cứng của VĐKT, cách xác định độ cứng thông qua cường độ của vải địa với mô đun đàn hồi đất nền và các kết quả phân tích phần tử hữu hạn trên phần mềm ứng dụng.

Trang 1

Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology

13

XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐỘ CỨNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬTCƯỜNG ĐỘ

CAO GIA CƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ AN TOÀN ỔN ĐỊNH

NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TỐC

TS Huỳnh Ngọc Hào

Khoa cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung

Tóm tắt:

Ở nước ta hiện nay, đường cao tốc đang

được xây dựng trên quy mô lớn Tuy nhiên, khi tính

toán ổn định đường đắp cao tốc có gia cường vải

địa kỹ thuật (VĐKT), người ta thường quan tâm đến

thông số cường độ của vải mà chưa có quan tâm

nhiều đến độ cứng của VĐKT Trong bài viết này,

tác giả trình bày về độ cứng của VĐKT, cách xác

định độ cứng thông qua cường độ của vải địa với

mô đun đàn hồi đất nền và các kết quả phân tích

phần tử hữu hạn trên phần mềm ứng dụng

Abstract

In our country today, highways are being

built on a large scale However, when calculating

the stabilization of embankment with geotextile

reinforcement, people are likely to be interested in

the strength parameters of geotextile rather than

pay attention to its stiffness In this paper, the

author presents the stiffness of geotextile, how to

determine the stiffness of geotextile through

intensity with elastic modulus of soil and the results

of finite element analysis on the application

software

Hệ thống giao thông đường bộ trong cả nước ngày càng phát triển và hoàn thiện, đòi hỏi ngành giao thông cần có nhiều nghiên cứu sâu rộng đến lĩnh vực này một cách hiệu quả nhằm tăng cường tính an toàn ổn định, bền trong sử dụng, và hiệu quả về mặt kinh tế, giảm giá thành xây dựng công trình Trong đó công trình đường cao tốc hiện nay đang được xây dựng khắp cả nước với quy mô lớn đang được nhà nước và các nhà đầu tư đặc biệt quan tâm

Các đường cao tốc đang xây dựng hiện nay có khối lượng thi công rất lớn, như cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi có cao độ chiều cao đắp có đoạn trên 12m, với bề rộng mặt đường đến 25m; bề rộng đáy đường đắp lên đến 50m chưa kể phần bệ phản áp hai bên.Trong cao tốc này, thiết kế có sử dụng loại vật liệu mềm - vải địa kỹ thuật cường độ cao (T = 400 kN/m) để gia cường nền đắp,

có đoạn dùng đến 5 lớp, dài 55m, đặt cách nhau 1,2m trong nền đắp

GIA CUONG 5 LOP VDKT

CUONG DO CAO, CHIEU DAI 55M

0.0

10.0

5.25

DL=-4.0

12.631 KM03+617.38 KM03+646.83 12.705 KM03+676.28

Hình 1: Mặt đứng đường dẫn hai bên cầu tại KM003+661,086, sử dụng 5 lớp VĐKT cường độ

400kN/m ở mỗi bên, cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi

Trang 2

14

Thông thường, trong tính toán thiết kế

người ta quan tâm đến cường độ VĐKT

(Tmax) mà chưa có quan tâm nhiều đến độ

cứng của VĐKT (EAg) Phần sau đây, bài

viết này trình bày cách xác định độ cứng

của VĐKT và các kết quả phân tích sự ảnh

hưởng của độ cứng VĐKT đến hệ số an toàn

ổn định nền đường đắp:

Độ cứng (Stiffness) của VĐKT được

hiểu như sau:

Một cách khái niệm độ cứng của VĐKT

là độ cứng uốn: là một thước đo của sự tương

tác giữa khối VĐKT và độ cứng uốn của nó,

được thể hiện thông qua cách mà VĐKT bị uốn

cong dưới trọng lượng bản thân; phương pháp

thí nghiệm là ASTM D1388 Độ cứng uốn còn

được gọi là độ cứng linh hoạt Phương pháp

này lấy một mẫu VĐKT rộng 25 mm và trải

theo chiều dọc trên các biên của một bề mặt

ngang Chiều dài của phần lồi ra được đo khi

đầu của tấm VĐKT uốn cong dưới trọng lượng

bản thân và chỉ cần chạm vào một mặt phẳng

nghiêng tạo thành một góc 41,5 ° so với bề

mặt ngang Một nửa chiều dài này là chiều dài

uốn của mẫu vật Lập phương của số lượng

này nhân với khối lượng trên đơn vị diện tích

của VĐKT chính là độ cứng uốn của nó, đơn vị

mg - cm

Trong phạm vi bài viết này, độ cứng

không sử dụng theo khái niệm độ cứng uốn, ở

đây khái niệm độ cứng được hiểu là: (EAg /L)

là độ cứng đơn vị của phần tử thanh chịu lực

dọc trục, mô hình hóa phần tử VĐKT trong bài

toán phần tử hữu hạn Và như vậy EAg được

gọi là độ cứng của phần tử VĐKT Trong đó A

là diện tích tiết diện VĐKT xác định theo chiều

dày vải (EAg - đơn vị tính kN); E là mô đun

đàn hồi của VĐKT hiểu như sau: Mô đun đàn

hồi (Modulus of elasticity): là độ dốc đoạn đầu

của đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng VĐKT Tùy theo phương pháp chế tạo khác nhau, độ dốc của mỗi loại vải địa sẽ khác nhau.Một số khái niệm mô đun ở các giai đoạn quan hệ ứng suất – biến dạng khác nhau của VĐKT như sau:

Mô đun tiếp tuyến ban đầu (Initial tangent modulus): Mô đun này đơn giản đối với nhiều loại VĐKT dệt theo cả chiều dọc, chiều ngang và kể cả đối với loại VĐKT không dệt, chế tạo phương pháp nhiệt hóa Ở đây,

độ dốc ban đầu là xấp xỉ tuyến tính (giống như trong thí nghiệm đất thông thường) và sẽ cho một giá trị mô đun khá chính xác

Mô đun tiếp tuyến trục tung dời ngang (Offset tangent modulus): Khái niệm này thường được sử dụng khi độ dốc ban đầu của đường cong là rất thấp và điển hình là loại VĐKT không dệt khâu lỗ kim

Mô đun cát tuyến (Secant modulus): ví

dụ một mô đun cát tuyến cong ở mức 10%,

ở đây người ta vẽ một đường từ gốc của trục đến đường cong định ở mức 10% và đo độ dốc của nó từ gốc trục không kể đường cong đến điểm này, gọi đó là độ dốc 10% và xác định được mô đun cát tuyến ES10

Xác định sự ảnh hưởng của độ cứng VĐKT (EAg) đến hệ số an toàn ổn định nền đắp

1- Xây dựng biểu thức xác định độ cứng VĐKT (EAg):

Mức biến dạng cực hạn để VĐKT đạt tới phá hoại là:

ax

f

trong đó f là biến dạng của VĐKT khi phá hoại; Tmax là lực căng của VĐKT;

Trang 3

15

Để đảm bảo VĐKT cùng tham gia chịu tải hay VĐKT huy động hết khả năng chịu lực thì đất nền

và VĐKT phải phá hoại tại cùng mức biến dạng Từ biểu thức (1) có thể nhận thấy mức biến

dạng để đạt tới trạng thái phá hoại càng nhỏ khi độ cứng EAg của VĐKT càng lớn

Biến dạng của đất nền khi phá hoại tại vị trí cần xem xét để so sánh với biến dạng giới

hạn của VĐKT phụ thuộc vào mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của đất nền

Khi phá hoại, quan hệ giữa các thành phần ứng suất trong đất là:

 1 3   1 3 

sin cos

2  f  f 2  f  f  c 

trong đó

1 f

3 f

 là các thành phần ứng suất chính khi phá hoại

Từ đó xác định được quan hệ giữa hai thành phần ứng suất chính trong đất khi phá hoại:

2



Khi có mặt của VĐKT, khả năng chịu lực của hệ tăng lên tương đương với việc tăng lực

dính đơn vị tương đương nên biểu thức (3) được viết lại là:

2



Lực dính đơn vị tương đương của đất nền và VĐKT xác định từ quan hệ (3) và (4) có giá

trị như sau:

3 3

2 2

RC p RC

R

a

K



trong đó: cos

1 sin

a





cos

1 sin

p





 ; 3RC là độ tăng ứng suất lệch khi có VĐKT

Độ tăng của ứng suất lệch chính là độ tăng ứng suất trong VĐKT Ứng suất tương đương

của VĐKT liên hệ với độ tăng ứng suất lệch như sau:

3RC

T S

trong đó T và S tương ứng là lực căng và khoảng cách giữa các lớp VĐKT

Thay biểu thức (6) vào biểu thức (5) ta có:

3

2 2

p RC

R

a

T K

S K



Viết lại biểu thức (4) như sau:

2

Thay biểu thức (6) và (7) vào biểu thức (8) ta có:

2

p

TK

S

Từ đó xác định được lực T trong VĐKT:

Trang 4

16

 1f 3RCf p 2 p 

p

T

K

   

Trong đó

3RCf 3f 3RC

     là ứng suất theo phương ngang khi có VĐKT

Biến dạng ngang của đất nền khi có VĐKT là:

                  (11) Hay:

1

s

E

Trong đó Es và  tương ứng là mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của đất nền

Biến dạng cực hạn của VĐKT phải nhỏ hơn giá trị biến dạng của đất nền để đảm bảo đất

nền bị phá hoại đồng thời cùng với VĐKT:

ax

m

T



Từ đó xác định được giá trị của độ cứng của VĐKT như sau:

.

m s g



trong đó  là hệ số kể đến mức độ biến dạng mà toàn bộ đất nền bị phá hoại và sự xoay

ứng suất chính Các phân tích phần tử hữu hạn cho thấy giá trị  lấy bằng 0.024.Do đó giá trị

tối thiểu của độ cứng của VĐKT xác định bằng cách thay biểu thức (10) vào biểu thức (14) ta có

độ cứng VĐKT được xác định như sau:

1 3

2

g

EA

K



(15)

1- Một số kết quả phân tích PTHH cho thấy sự ảnh hưởng của độ cứng VĐKT -

EAg(15)đến hệ số an toàn ổn định (Fs) đối với loại đất thông thường:

2.1 Ảnh hưởng của độ cứng EAg kể đến cường độ Tmax(=12; 14; 16 kN/m) của VĐKT

đến Fs:

Trang 5

17

Bảng 1: Ảnh hưởng của EAg ứng với loại có T = 12kN/m đến Fs

Chiều cao đắp (m) Hệ số mái dốc Số lớp VĐKT EAg (kN) Fs

2.2 Ảnh hưởng của độ cứng EAg kể đến cường độ Tmax của VĐKT và mô đun đàn hồi đất

(Es) đến Fs:

Chiều cao đắp (m) Hệ số mái dốc Số lớp vải địa EAg (kN) Fs

Trang 6

Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology

Số 1/2017 No 1/2017

18

Bảng 4: Ảnh hưởng của độ cứng (EA g ), cường độT max = 50 ÷ 450 kN/m VĐKT và mô đun đàn hồi của đất E s đến an toàn ổn định F s = 1,2

Trang 7

Số 1/2017 No 1/2017

19

Trang 8

Số 1/2017 No 1/2017

20

12200 2517.5 12200 5034.9 12200 7552.4 12200 10069.9 12200 12587.3 12200 15104.8 12200 17622.3 12200 20139.7 12200 22657.2

12400 2558.7 12400 5117.5 12400 7676.2 12400 10235.0 12400 12793.7 12400 15352.4 12400 17911.2 12400 20469.9 12400 23028.6

12600 2600.0 12600 5200.0 12600 7800.0 12600 10400.0 12600 13000.0 12600 15600.0 12600 18200.1 12600 20800.1 12600 23400.1

12800 2641.3 12800 5282.6 12800 7923.8 12800 10565.1 12800 13206.4 12800 15847.7 12800 18488.9 12800 21130.2 12800 23771.5

13000 2682.5 13000 5365.1 13000 8047.6 13000 10730.2 13000 13412.7 13000 16095.3 13000 18777.8 13000 21460.4 13000 24142.9

13200 2723.8 13200 5447.6 13200 8171.5 13200 10895.3 13200 13619.1 13200 16342.9 13200 19066.7 13200 21790.5 13200 24514.4

13400 2765.1 13400 5530.2 13400 8295.3 13400 11060.4 13400 13825.4 13400 16590.5 13400 19355.6 13400 22120.7 13400 24885.8

Trang 9

Số 1/2017 No 1/2017

21

13600 2806.4 13600 5612.7 13600 8419.1 13600 11225.4 13600 14031.8 13600 16838.1 13600 19644.5 13600 22450.9 13600 25257.2

13800 2847.6 13800 5695.3 13800 8542.9 13800 11390.5 13800 14238.1 13800 17085.8 13800 19933.4 13800 22781.0 13800 25628.6

14000 2888.9 14000 5777.8 14000 8666.7 14000 11555.6 14000 14444.5 14000 17333.4 14000 20222.3 14000 23111.2 14000 26000.1

14200 2930.2 14200 5860.3 14200 8790.5 14200 11720.7 14200 14650.8 14200 17581.0 14200 20511.2 14200 23441.3 14200 26371.5

14400 2971.4 14400 5942.9 14400 8914.3 14400 11885.7 14400 14857.2 14400 17828.6 14400 20800.1 14400 23771.5 14400 26742.9

14600 3012.7 14600 6025.4 14600 9038.1 14600 12050.8 14600 15063.5 14600 18076.2 14600 21089.0 14600 24101.7 14600 27114.4

14800 3054.0 14800 6108.0 14800 9161.9 14800 12215.9 14800 15269.9 14800 18323.9 14800 21377.8 14800 24431.8 14800 27485.8

15000 3095.2 15000 6190.5 15000 9285.7 15000 12381.0 15000 15476.2 15000 18571.5 15000 21666.7 15000 24762.0 15000 27857.2

Bảng 5: Ảnh hưởng độ cứng (EA g ), cường độT max = 500 ÷ 900 kN/m VĐKT và mô đun đàn hồi của đất E s đến an toàn ổn định F s =1.2

Trang 10

Số 1/2017 No 1/2017

22

Trang 11

Số 1/2017 No 1/2017

23

10000 20635.0 10000 22698.5 10000 24762.0 10000 26825.5 10000 28889.0 10000 30952.5 10000 33016.0 10000 35079.5 10000 37143.0

10200 21047.7 10200 23152.5 10200 25257.2 10200 27362.0 10200 29466.8 10200 31571.5 10200 33676.3 10200 35781.1 10200 37885.8

10400 21460.4 10400 23606.4 10400 25752.5 10400 27898.5 10400 30044.5 10400 32190.6 10400 34336.6 10400 36482.6 10400 38628.7

10600 21873.1 10600 24060.4 10600 26247.7 10600 28435.0 10600 30622.3 10600 32809.6 10600 34996.9 10600 37184.2 10600 39371.5

10800 22285.8 10800 24514.4 10800 26742.9 10800 28971.5 10800 31200.1 10800 33428.7 10800 35657.2 10800 37885.8 10800 40114.4

11000 22698.5 11000 24968.3 11000 27238.2 11000 29508.0 11000 31777.9 11000 34047.7 11000 36317.6 11000 38587.4 11000 40857.3

11200 23111.2 11200 25422.3 11200 27733.4 11200 30044.5 11200 32355.7 11200 34666.8 11200 36977.9 11200 39289.0 11200 41600.1

11400 23523.9 11400 25876.3 11400 28228.7 11400 30581.0 11400 32933.4 11400 35285.8 11400 37638.2 11400 39990.6 11400 42343.0

11600 23936.6 11600 26330.2 11600 28723.9 11600 31117.6 11600 33511.2 11600 35904.9 11600 38298.5 11600 40692.2 11600 43085.8

11800 24349.3 11800 26784.2 11800 29219.1 11800 31654.1 11800 34089.0 11800 36523.9 11800 38958.8 11800 41393.8 11800 43828.7

Trang 12

Số 1/2017 No 1/2017

24

12000 24762.0 12000 27238.2 12000 29714.4 12000 32190.6 12000 34666.8 12000 37143.0 12000 39619.2 12000 42095.4 12000 44571.6

12200 25174.7 12200 27692.1 12200 30209.6 12200 32727.1 12200 35244.6 12200 37762.0 12200 40279.5 12200 42797.0 12200 45314.4

12400 25587.4 12400 28146.1 12400 30704.9 12400 33263.6 12400 35822.3 12400 38381.1 12400 40939.8 12400 43498.5 12400 46057.3

12600 26000.1 12600 28600.1 12600 31200.1 12600 33800.1 12600 36400.1 12600 39000.1 12600 41600.1 12600 44200.1 12600 46800.1

12800 26412.8 12800 29054.1 12800 31695.3 12800 34336.6 12800 36977.9 12800 39619.2 12800 42260.4 12800 44901.7 12800 47543.0

13000 26825.5 13000 29508.0 13000 32190.6 13000 34873.1 13000 37555.7 13000 40238.2 13000 42920.8 13000 45603.3 13000 48285.9

13200 27238.2 13200 29962.0 13200 32685.8 13200 35409.6 13200 38133.4 13200 40857.3 13200 43581.1 13200 46304.9 13200 49028.7

13400 27650.9 13400 30416.0 13400 33181.1 13400 35946.1 13400 38711.2 13400 41476.3 13400 44241.4 13400 47006.5 13400 49771.6

13600 28063.6 13600 30869.9 13600 33676.3 13600 36482.6 13600 39289.0 13600 42095.4 13600 44901.7 13600 47708.1 13600 50514.4

13800 28476.3 13800 31323.9 13800 34171.5 13800 37019.2 13800 39866.8 13800 42714.4 13800 45562.0 13800 48409.7 13800 51257.3

14000 28889.0 14000 31777.9 14000 34666.8 14000 37555.7 14000 40444.6 14000 43333.5 14000 46222.4 14000 49111.3 14000 52000.2

14200 29301.7 14200 32231.8 14200 35162.0 14200 38092.2 14200 41022.3 14200 43952.5 14200 46882.7 14200 49812.8 14200 52743.0

14400 29714.4 14400 32685.8 14400 35657.2 14400 38628.7 14400 41600.1 14400 44571.6 14400 47543.0 14400 50514.4 14400 53485.9

14600 30127.1 14600 33139.8 14600 36152.5 14600 39165.2 14600 42177.9 14600 45190.6 14600 48203.3 14600 51216.0 14600 54228.7

14800 30539.8 14800 33593.8 14800 36647.7 14800 39701.7 14800 42755.7 14800 45809.7 14800 48863.6 14800 51917.6 14800 54971.6

15000 30952.5 15000 34047.7 15000 37143.0 15000 40238.2 15000 43333.5 15000 46428.7 15000 49524.0 15000 52619.2 15000 55714.5

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	845,89 KB