Nghiên cứu phương pháp tính ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tương thích của lực tương tác ứng dụng cho xây dựng đê biển

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

PHAN TIẾN AN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH

MÁI DỐC CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN TƯƠNG THÍCH

CỦA LỰC TƯƠNG TÁC - ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

PHAN TIẾN AN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH

MÁI DỐC CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN TƯƠNG THÍCH

CỦA LỰC TƯƠNG TÁC - ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ

MÃ SỐ: 62 58 40 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS Phan Trường Phiệt

2 PGS.TS Vũ Đình Hùng

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các sốliệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trongbất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Phan Tiến An

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và giađình đã tích cực giúp đỡ, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình thực hiệnluận án.

Tác giả

Phan Tiến An

1.1.1 Đê biển được thiết kế như công trình bán vĩnh cửu 6

1.1.3 Đê biển là công trình có khối lượng đào đắp lớn 81.1.4 Đặc điểm địa chất nền đê và đất đắp đê biển 9

1.2.3 Một số ứng dụng công nghệ đất có cốt VĐKT trong xây

dựng đê biển ở nước ta và trên thế giới

19

1.3 Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc đê, đập đất

thường dùng hiện nay

22

1.3.3 Phương pháp tính toán ổn định mái dốc có cốt VĐKT

thường dùng hiện nay

33

Chương II: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích ổn

định mái dốc có xét đến điều kiện tương thích của lực tương tác

40

2.2.2 Phương pháp xác định giá trị hai đại lượng Ei và Xi 44

3.1 Xây dựng phần mềm tính toán ổn định mái dốc có xét đến điều kiện tương thích của lực tương tác

61

3.1.1 Tóm tắt các phương trình tính toán giá trị các đại lượng

∆E và ∆X tác dụng lên thỏi đất trong các trường hợp khácnhau

61

3.1.2 Xây dựng phần mềm tính toán ổn định của mái dốc cóxét đến điều kiện tương thích của lực tương tác

63

3.2.1 Kết quả tính toán với các cung trượt ở trạng thái cânbằng giới hạn (Hệ số an toàn ổn định Fs=1)

65

3.2.2 Kết quả tính toán với các cung trượt có hệ số an toàn ổnđịnh Fs khác 1

68

Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất có cốt VĐKT tại công trình thử nghiệm (Đê biển Bình Minh 3 - Kim Sơn - Ninh Bình)

80

4.6 Sử dụng phương pháp nghiên cứu để tính toán với công

Bảng 3.1 Kết quả tính toán hệ số an toàn ổn định mái đất theo

PP Tương thích và PP Bishop đơn giản trong TH1 69Bảng 3.2 Kết quả tính toán hệ số an toàn ổn định mái đất theoPP Tương thích và PP Bishop đơn giản trong TH2 72

Bảng 3.3 Kết quả tính toán hệ số an toàn ổn định mái đất theoPP Tương thích và PP Bishop đơn giản trong TH3 74

Bảng 4.2 Hệ số fds, fpo cho đất đắp đê Binh Minh 3 (Ninh Bình)

Bảng 4.3 Hệ số ổn định 02 cung trượt nguy hiểm nhất theo %huy động lực kéo của VĐKT 105

Hình 1.5 Xác định tính chất cơ học của đất có cốt theo quanđiểm vật liệu mới bằng máy ba trục 17

Hình 1.6 Lá nhôm làm cốt và những vết nứt, rách ở lá nhômkhi mẫu thí nghiệm ở trạng thái phá hoại 17

Hình 1.7

Sơ đồ cấu tạo tường - mái đất có cốt vải địa kỹ thuậtcuộn lên làm mặt tường (theo cách tính toán củaBroms,1980) với nền đất tốt

18

Hình 1.8 Xác định chiều dài neo lneo theo mặt trtượt khả dĩ 18Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống cốt chính và cốt phụ 18Hình 1.10 Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đất thứ i 24

Hình 1.14 Hàm biến thiên của hướng tác dụng của lực tương táccủa PP GLE 29

Hình 1.16 Sơ đồ xác định lực kéo Vkéo theo phương pháp mặt

Hình 1.17 Sơ đồ lực tác dụng vào thỏi đất có lực neo 35Hình 1.18 Vị trí lớp cốt bị uốn theo mặt trượt khi mái đất bị pháhoại theo mặt tâm O, bán kính R 36Hình 1.19 Sơ đồ thực xét đến lực kéo của cốt nằm ngang 36Hình 1.20 Sơ đồ xét góc lệch  của lực neo Vnền móng Canada] i [Sổ tay kỹ thuật 37

Hình 2.1 So sánh hướng tác dụng của lực tương tác giữa các PP:GLE và Janbu 40

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên một thỏi đất theo PP tương

Hình 3.1 Sơ đồ khối xác định cung trượt ở trạng thái cân bằnggiới hạn 64

Hình 3.2 Sơ đồ khối xác định hệ số ổn định của cung trượt

Hình 3.3 Sơ đồ thân đê và phân chia thỏi đất tính ổn định 66Hình 3.4 Phân bố W,ΔΧ , ΔE của các lát cắt TH Fs=1 66Hình 3.5 Phân bố Wcosαtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của cáctgφ,ΔΧcosαtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của cáctgφ, ΔEsinαtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của cáctgφ của cáclát cắt TH Fs=1  67

Hình 3.6 Phân bố lực kháng trượt của các lát cắt theo hai phươngpháp TH F

Hình 3.9 Hệ số ổn định theo PP Bishop đơn giản và PP tươngthích trong TH1 70

Hình 3.11 Hệ số ổn định theo PP Bishop đơn giản và PP tương

Hình 3.13 Hệ số ổn định theo PP Bishop đơn giản và PP tươngthích trong TH3 78

Hình 4.2 Mô hình cắt trượt mẫu đất trên vải trong hộp cắt 84Hình 4.3 Mô hình kéo rút vải khỏi mẫu đất trên vải trong hộp cắt 84Hình 4.4 Đường cong quan hệ giữa ứng suất tiếp và ứng suất pháp 85

Hình 4.6 Quan hệ chuyển vị ngang Strọng sau 1 ngày đắp - Mô hình In tại các điểm đo với tải 90

Hình 4.7 Quan hệ chuyển vị ngang và tải trọng tại điểm D4 sau

Hình 4.8 Quan hệ chuyển vị ngang tại điểm D4 và tải trọng với

Hình 4.9a Tốc độ tăng biến dạng ngang tại các điểm đo Dtheo cấp tải trọng sau 1 ngày đắp 2, D4 92

Hình 4.9b Tốc độ tăng biến dạng tại các điểm đo Dcấp tải trọng sau 3 ngày đắp 2, D4 theo 93Hình

4.10.a

Chuyển vị ngang Sn tại điểm đo D2 theo cấp tải trọng

Hình

4.10.b

Chuyển vị ngang Sn tại điểm đo D4 theo cấp tải trọng

Hình 4.11 mặt cắt đê KCT2 thiết kế không sử dụng VĐKT 95Hình 4.12 Mặt cắt đê KCT2 thiết kế sử dụng VĐKT làm cốt 95Hình 4.13 Toàn cảnh đoạn đê biển được thiết kế và thi công theocông nghệ sử dụng VĐKT , ảnh nhìn từ hạ lưu 99

Hình 4.15

Sơ đồ biểu thị tốc độ đắp đập của hai công nghệ vàthời gian: (a) Công nghệ đất có cốt; (b) Công nghệtruyền thống

101

Hình 4.17 Mặt cắt đê không sử dụng VĐKT và cung có Fs bé

Hình 4.21 Mái đê phía biển: Quan hệ giữa Fs tính theo PPBishop và PP tương thích 106

Hình 4.22 Mái đê phía biển: Quan hệ giữa Fs tính theo PP tươngthích và phần trăm huy động lực kéo của VĐKT 107

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

BĐKH - Biến đổi khí hậu

c - Lực dính đơn vị của đất

c* - Lực dính đơn vị huy động của đất

Ei - Thành phần nằm ngang của lực tương tác bên phải thỏi đất thứ i

Fs - Hệ số an toàn ổn định của cung trượt

R - Bán kính cong của cung trượt

Rci - Lực chống trượt của thỏi đất thứ i

Qi - Lực ngoài tác động lên thỏi đất thứ i

Sn - Chuyển vị ngang tại điểm đo

Ri - Lực đẩy trượt của thỏi đất thứ i

Ti - Thành phần phản lực tiếp tuyến ở đáy thỏi đất thứ i

TH - Trường hợp

Vi - Lực kéo của vải

VĐKT- Vải địa kỹ thuật

Xi - Thành phần thẳng đứng của lực tương tác bên phải thỏi đất thứ ix,y - Toạ độ tâm cung trượt trong hệ toạ độ Đề các

Wi - Trọng lượng thỏi đất thứ i

Ei - Thành phần nằm ngang của số gia lực tương tác của thỏi đất thứ i

Xi - Thành phần thẳng đứng của số gia lực tương tác của thỏi đất thứ i

i - Góc nghiêng dưới đáy cung trượt tứ i

 - Góc ma sát trong của đất

* - Góc ma sát trong huy động của đất

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống đê biển Việt Nam là công trình đất đồ sộ tuy không cao nhưng

có tổng chiều dài khá lớn, vào khoảng 2700 km (trong đó đê trực tiếp với biểnkhoảng 1400km, còn lại là đê cửa sông ven biển) trải dài từ Quảng Ninh đếnKiên Giang Trong những năm qua, hệ thống đê biển có vai trò lấn biển, khaihoang, chống biển lấn, ngăn mặn, giữ ngọt, chống bão lũ bảo vệ được cácvùng đất ven biển, bảo vệ được dân sinh kinh tế và đã góp phần phát triểnkinh tế, văn hóa, du lịch, , ở các vùng ven biển

Mặt khác, do sự biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu nhiệt độ trái đất nónglên dẫn đến mực nước biển dâng cao sẽ làm ngập nhiều vùng đất ven biển.Những vùng dự tính chịu tác động lớn nhất của BĐKH và nước biển dâng(NBD) là đồng bằng sông Cửu Long, vùng ven biển Trung bộ và đồng bằngsông Hồng Một trong những giải pháp quan trọng, tích cực và hiệu quả đểthích ứng và đối phó với tác động của BĐKH và NBD nhằm bảo vệ dân cư,các khu kinh tế, các khu công nghiệp, phát triển kinh tế - xã hội và chống mấtđất ở các vùng ven biển Việt Nam là đầu tư xây dựng, nâng cấp hệ thống đêbiển, đê cửa sông

Tuy nhiên, hệ thống đê biển nước ta được xây dựng trên nền đất yếu vàthường được đắp bằng đất tại chỗ kém chất lượng nên khi gặp các trận bão,gió kèm theo triều cường, phần lớn bị phá hoại rất nghiêm trọng, vì vậy việcnghiên cứu ứng dụng các giải pháp công nghệ mới tận dụng đất khai thác tạichỗ để nâng cấp, xây dựng mới các tuyến đê biển ổn định trong các điều kiệnlàm việc khắc nghiệt trong thực tế là một việc làm rất cần thiết và cấp bách.Một trong các công nghệ này là công nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật (VĐKT)

để xây dựng và nâng cấp đê biển

Công dụng nổi bật của công nghệ đất có cốt VĐKT là huy động đượcsức chịu kéo của cốt VĐKT để tăng ổn định của mái dốc Vấn đề đặt ra khiphân tích ổn định của mái dốc có cốt theo lý thuyết phân thỏi là cần có mộtphương pháp phân tích có thể xét được đầy đủ lực tương tác giữa các thỏi đấttrong đó có sự tham gia của các lớp cốt VĐKT Bài toán phân tích ổn địnhmái dốc theo lý thuyết phân thỏi hiện nay là bài toán siêu tĩnh, để giải đượcbài toán này, các nhà khoa học đã đưa vào các giả thiết khác nhau (như cácgiả thiết bỏ bớt lực tương tác, giả thiết điểm đặt của lực tương tác, giả thiết vềhướng tác dụng của lực tương tác giữa các thỏi đất) và coi lực neo của cốtVĐKT là lực neo cả khối đất trượt vào phần đất ổn định Vì vậy, mục đíchchính của luận án là nghiên cứu phương pháp tính ổn định mái dốc có xét đếnđiều kiện tương thích của lực tương tác và ứng dụng cho xây dựng đê biển

2 Mục đích của luận án

(i) Nghiên cứu áp dụng công nghệ đất có cốt VĐKT nhằm tận dụng đất khaithác tại chỗ, thường là đất xấu, để nâng cấp và xây dựng đê biển có thể làmviệc ổn định lâu dài trong các điều kiện làm việc thực tế khác nhau

(ii) Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích ổn định mái dốc có cốt dựatrên điều kiện tương thích của lực tương tác giữa các thỏi đất

(iii) Lập phần mềm tính toán để ứng dụng phương pháp phân tích đề xuất chotính toán thiết kế công trình trong thực tế Ứng dụng tính toán với công trìnhthử nghiệm

3 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập và phân tích số liệu

- Phương pháp phân tích lý thuyết (phương pháp giải tích)

- Phương pháp dùng mô hình vật lý và mô hình toán tương ứng

4 Nội dung nghiên cứu

(i) Nghiên cứu tổng quan về các đặc điểm của đê biển Việt Nam, các đặc tínhcủa VĐKT và công nghệ đất có cốt VĐKT;

(ii) Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết của các phương pháp tính toán ổn địnhmái dốc theo phương pháp phân thỏi;

(iii) Nghiên cứu phát triển lý thuyết phương pháp phân tích ổn định mái dốc cócốt VĐKT có xét đến điều kiện tương thích của lực tương tác giữa các thỏi đất;(iv) Xây dựng phần mềm tính toán ổn định mái dốc có cốt có xét đến điềukiện tương thích của lực tương tác giữa các thỏi đất và tính toán kiểm chứng;(v) Nghiên cứu ứng dụng với đoạn đê thử nghiệm tại tỉnh Ninh Bình

5 Phạm vi nghiên cứu

(i) Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đất có cốt VĐKT để xây dựng

đê biển Việt Nam bằng đất khai thác tại chỗ

(ii) Giới hạn nghiên cứu: Nghiên cứu phát triển phương pháp tính toán ổnđịnh mái đê biển theo phương pháp phân thỏi với cung trượt tròn có xét đến

sự phân bố lại ứng suất do tác dụng neo của VĐKT ứng với từng thỏi

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

(i) Ý nghĩa khoa học:

- Luận án phân tích những đặc điểm của đê biển Việt Nam; từ đó, nghiên cứu

sự phù hợp của VĐKT trong vai trò làm cốt để xây dựng đê biển, đáp ứngđược các yêu cầu cấp bách trong xây dựng đê biển nước ta:

+ Thích ứng được với các đặc điểm riêng của đê biển;

+ Sử dụng đất tại chỗ để đắp đê;

+ Chịu được tác động của bão lũ và các yếu tố tự nhiên khắc nghiệt khác;

- Luận án góp phần hoàn thiện phương pháp tính toán ổn định cung trượt có xétđến lực tương tác giữa các thỏi đất trong trường hợp không có và có cốt VĐKT.(ii) Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của Luận án có thể xem xét ứngdụng trong thiết kế xây dựng các công trình ổn định mái dốc vùng đồi núi cónguy cơ trượt lở cần được gia cố, taluy đường giao thông, đê sông và đặc biệt

là ứng dụng trong Chương trình nâng cấp đê biển Việt Nam

7 Những đóng góp mới của luận án

- Xây dựng phương pháp tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp phânthỏi có xét đến điều kiện tương thích của lực tương tác giữa các thỏi đất

- Xây dựng mô hình toán để tính hệ số ổn định có xét đến điều kiện tươngthích của lực tương tác trên từng thỏi đất với sự có mặt của cốt đất

- Lập phần mềm tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp có xét đến điềukiện tương thích của lực tương tác và kiểm chứng với một phần mềm thươngmại và trên công trình thực tế

8 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung nghiên cứu của Luận án được trìnhbày trong 4 chương:

Chương I: Tổng quan

Chương II Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích ổn địnhmái dốc theo phương pháp phân thỏi có xét đến điều kiện tương thích của lựctương tác

Chương III Kiểm định phương pháp luận

Chương IV Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất có cốt VĐKT tại côngtrình thử nghiệm (Đê biển Bình Minh 3 - Kim Sơn - Ninh Bình)

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

Đê biển được hình thành do yêu cầu sống còn của các hoạt động kinh tế

xã hội ở một vùng đất phì nhiêu nhưng bằng phẳng và thấp, nơi tập trung một

tỷ lệ đáng kể dân số của cả nước, có nhạy cảm đặc biệt với điều kiện tự nhiên.Các tuyến đê được xây dựng từ lâu đời và không ngừng được củng cố Khimột vùng đất mới nổi lên và có xu thế ổn định thì lại hình thành tuyến đê mới.Bên cạnh những khu vực có xu thế bồi lớn là các khu vực biển tiến hình thànhnên một tuyến đê uốn lượn theo xu thế phát triển của đường bờ Hiện nay,nước ta có trên 2700 km đê biển và cửa sông, trải dài từ Quảng Ninh đến KiênGiang, là tiền đề quan trọng để phát triển nền kinh tế biển Đảng và Nhà nước

ta đã quán triệt cần phải có giải pháp hợp lý để bảo vệ được đất đai, bảo vệcác khu kinh tế, các khu công nghiệp và đặc biệt là bảo vệ được sự an toàncủa người dân khỏi những thảm hoạ do biển mang lại, mặt khác lại phải tậndụng hết những tiềm năng của nền kinh tế biển như du lịch, vận tải biển, đánhbắt và nuôi trồng hải sản, , trong đó việc nâng cấp và củng cố hệ thống đêbiển đóng vai trò quan trọng Do điều kiện tự nhiên của khu vực duyên hải rấtkhắc nghiệt, mặt khác đê biển được xây dựng bằng vật liệu địa phương trênnền đất rất yếu, nên vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu tìm ra giải phápkhoa học công nghệ phù hợp để xây dựng hệ thống đê biển an toàn, ổn định

và đáp ứng được các yêu cầu thực tế

1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐÊ BIỂN VIỆT NAM

Đê biển nước ta lại có lịch sử hình thành và điều kiện làm việc khácbiệt so với các công trình đất khác Chính vì vậy nó cũng có một số đặc điểmriêng biệt, trong phạm vi luận án, nghiên cứu sinh nghiên cứu và trình bầy cácđặc điểm này

1.1.1 Đê biển được thiết kế như công trình bán vĩnh cửu

Trừ một số tuyến đê có vị trí đặc biệt, còn lại tuyến đê biển nước taphải dịch chuyển định kỳ hoặc để lấn biển hoặc do biển lấn, do đó đê biểnđược thiết kế như công trình bán vĩnh cửu

Theo số liệu thống kê [10],[14],[20],[24],[36],[44], quá trình xói lở, bồi

tụ đang diễn ra trên hầu hết đường bờ biển nước ta với cường độ và tốc độkhác nhau Đáng chú ý là cả nước có tới 80 đoạn đường bờ đã xây dựng côngtrình chỉnh trị (đê, kè, trồng cây) vẫn tiếp tục bị xói lở, nhiều đoạn bờ đá gốctrước đây bồi bằng vật liệu rời thì nay đang bị xói lở Từ năm 1930 về đây, sốđoạn bị xói lở có xu thế tăng lên rõ rệt Trước hiện trạng mất đất do biển lấn,

có 2 giải pháp để giải quyết vấn đề này là:

- Xây dựng đê biển như công trình vĩnh cửu để hạn chế tác dụng xâm thựccủa biển Đây là giải pháp của Hà Lan, Anh và một số nước phát triển khác,tuy nhiên giải pháp này đòi hỏi sự đầu tư rất lớn về kinh tế và kỹ thuật

- Xây dựng đê biển như công trình bán vĩnh cửu theo tuyến được tính toántrước căn cứ theo dự báo biến đổi của đường bờ để đê có thể phát huy hiệu quảcao nhất trong một chu kỳ nhất định Giải pháp này mặc dù có tính chất bịđộng nhưng phù hợp và khả thi nhất đối với điều kiện kinh tế xã hội của nước

ta, đã được cha ông ta từ nhiều đời nay áp dụng rộng rãi và đang phát huy hiệuquả

Theo quan điểm giải pháp thứ 2, đê biển được phân làm 3 cấp: đê vĩnhcửu, đê bán vĩnh cửu và đê tạm Trừ một vài đoạn đê biển được xếp vào loạicông trình vĩnh cửu, đê biển được coi như công trình bán vĩnh cửu, vì:

+ Ở những vùng biển lùi, đê biển chỉ phát huy tác dụng trong một thờigian khoảng 15-20 năm, ví dụ như đê biển các tỉnh và thành phố Hải Phòng,Thái Bình, Nam Hà, Ninh Bình, bình quân 15 năm phải quai đê lấn biển mộtlần với diện tích từ 1000 - 2000 ha Kết quả hiện nay có nơi tồn tại từ 2 đến 3tuyến đê biển như: vùng cửa sông Thái Bình, cửa sông Trà Lý, Ba Lạt, Đáy,Lạch Tray, Văn Úc, Ninh Cơ, Kim Sơn Rõ ràng ở những vùng biển lùi, đêbiển được xếp vào loại công trình bán vĩnh cửu

+ Ở những vùng biển lấn như vực Hải Hậu (Nam Định), tốc độ biển lấnvào khoảng 17 m/năm, tại đây phải đắp tới 2 tuyến đê để dự phòng khả năng

đê bị vỡ khi gặp bão lớn, giữa 2 tuyến đê nhân dân còn đắp ngăn thành các ô

để giảm thiệt hại do ngập lụt khi đê vỡ Đoạn đê Văn Lý đã phải lùi vào lầnthứ ba Tại vùng biển Xuân Thuỷ (Nam Định) bờ biển bị xói mạnh, đã phảiđắp đê tuyến hai dài 4,5 km đê thay thế cho tuyến đê ngoài Các đê ThanhPhú, Ba Tri, Bình Đại (Bến Tre) cũng có 2 tuyến đê với tuyến trong làmnhiệm vụ ngăn mặn, tuyến ngoài làm nhiệm vụ chống sóng, vùng nằm giữa 2tuyến đê nuôi trồng thuỷ sản Rõ ràng ở những vùng biển lấn, đê biển cũngđược xếp vào loại công trình bán vĩnh cửu

1.1.2 Đê biển có thể phải để cho tràn nước

Đê biển nước ta là công trình đất, về nguyên tắc không được cho nướctràn qua, tuy nhiên do đê biển nước ta là công trình bán vĩnh cửu, tần suất bảođảm thiết kế vẫn chưa cho phép đưa cao trình đỉnh đê vượt quá một giới hạnnhất định, do vậy, đê biển Việt Nam nhiều khi chịu tràn nước Theo [3], có 2nguyên nhân gây hư hỏng đê biển do nước tràn:

+ Lưu tốc dòng chảy trên mái rất lớn, có khi lên đến 4 m/s phá hỏng các cấukiện bảo vệ hoặc lớp cỏ bảo vệ trên mái gây sạt trượt cả mái phía biển cũngnhư mái phía đồng

+ Khi nước tràn qua mặt đê, nước thấm vào thân đê gây ra hiện tượng hoálỏng đất trong thân đê Nếu thi công không đủ độ chặt có thể hình thành dòngchảy trong thân đê phân rã dần dần đất đá trong thân đê gây trượt mái dẫn đếnphá huỷ toàn bộ thân đê

Sóng tràn từ phía biển xảy ra với đê biển từ Quảng Ninh đến BắcThanh Hoá; nước tràn từ phía đồng qua đỉnh đê xảy ra phổ biến ở khu vựcmiền Trung vào thời kỳ lũ chính vụ Cơ chế phá hoại do sóng tràn là cơ chếnổi trội nhất xảy ra đối với đê biển của nước ta do phần lớn đê bị tràn trongcác trận bão, lũ thậm chí trong các đợt gió mùa kéo dài ngày

Nhận xét: Với điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, điều kiện kinh tế chưa

cho phép thì đê biển Việt Nam hiện nay và trong những năm tới nhiều khiphải để cho tràn nước Tuy nhiên, do đê biển là công trình đất, được xây dựngbằng vật liệu mềm yếu, bở rời trên nền đất yếu nên khi nước tràn qua đã gây

ra những hư hỏng không nhỏ, có trường hợp vỡ nhiều đoạn đê, có trường hợpđứt cả tuyến đê Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu kết cấu đê biển phù hợp để

có thể vẫn tận dụng được vật liệu địa phương xây dựng đê biển nhưng trongtrường hợp cần thiết vẫn có thể cho nước chảy tràn qua đê

1.1.3 Đê biển là công trình có khối lượng đất đào đắp rất lớn

Đê biển nước ta tuy có mặt cắt ngang không lớn so với các công trìnhđất khác nhưng lại có chiều dài rất lớn (tới 2.700 km), có những nơi đắp đến

2, 3 tuyến đê, đại đa số đều được xây dựng trên nền đất yếu và phải sử dụngvật liệu tại chỗ để đắp vì thế mặt cắt đê biển cũng khá lớn, diện tích chiếm đấtlớn; thường thì mặt cắt ngang đê biển hiện nay có độ dốc mái phía biển m = 3

 4,5; mái phía đồng m = 2,5  4, do vậy khối lượng đất sử dụng để đắp đê

là rất lớn, không kinh tế để vận chuyển đất đắp đê từ nơi khác đến vì gặpnhiều bất lợi như cự ly vận chuyển xa, đường xá khó khăn, kinh phí lớn

Mặt khác, đê biển được xây dựng từ xa xưa, chất lượng đắp đê chưacao, hiện nay nhiều đoạn đã xuống cấp, điều kiện làm việc của đê biển lại rấtkhắc nghiệt, thường xuyên chịu tác động của bão, các đợt gió mùa (ĐôngBắc, Đông Nam, Tây Nam) và thuỷ triều nên thường bị hư hỏng, trượt, sạt lởmái đê, thậm chí là vỡ đê gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản

Hàng năm, đặc biệt sau những cơn bão, đê biển bị tàn phá thì phải tiến hành

tu bổ với khối lượng lớn, vì vậy dùng đất tại chỗ để đắp đê biển là sự lựa chọnhợp lý và đúng đắn

1.1.4 Đặc điểm địa chất nền đê và đất đắp đê biển

Trong những năm gần đây, để phục vụ cho công tác cải tạo, nâng cấp

và xây dựng mới hệ thống đê biển thì đã có khá nhiều các nghiên cứu về địachất nền đê và vật liệu đắp đê biển như: Dự án PAM nâng cấp đê biển; các dự

án nâng cấp đê biển; các dự án thuỷ sản ven biển; nghiên cứu của Chi cục Đêđiều và Phòng chống lụt bão các tỉnh ven biển, nghiên cứu của các nhà khoa

học như GS Trần Như Hối , và gần đây nhất là nghiên cứu, tổng kết của cácnhà khoa học thuộc Chương trình: Nghiên cứu khoa học công nghệ phục vụxây dựng đê biển và công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển như đề tàicấp bộ: ”Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê vàphù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” doPGS.TS Vũ Minh Cát làm chủ nhiệm, đề tài cấp Bộ: ”Nghiên cứu giải phápđắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ Quảng Ninhđến Quảng Nam” do PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng làm chủ nhiệm

Theo các kết quả khảo sát, nghiên cứu [3], [7], [9], [13], [18] và cácTiêu chuẩn về đất xây dựng công trình thuỷ lợi [40] thì tuyến đê biển nước tanằm trên các dạng nền phổ biến là 1) lớp đất nền với thành tạo chủ yếu là cátpha màu xám trắng, xám đen, xám xanh lẫn hữu cơ, cát pha màu xám, sángxám vàng có lẫn thạch anh, vỏ sò, vỏ hến, và 2) lớp đất nền có thành tạo sétpha màu xám nâu, nâu đen, sét màu xám xanh, xám nhạt

Đất đắp đê cũng là những loại đất có ở nền đê gồm á sét, á cát, bùn sét,bùn á sét, bùn á cát với đường kính hạt thay đổi trong khoảng từ0,0050,5mm Góc ma sát trong  = 3o44’28o30’, lực dính c = 0,0280,195kg/cm2

Có những tuyến đê được đắp hoàn toàn bằng cát, bên ngoài phủ đấtsét hoặc đất thịt như ở Hải Hậu (Nam Định), I Víc, Ninh Phú, Hải Thanh(Thanh Hoá)

Như vậy, vấn đề đặt ra khi cải tạo, nâng cấp và xây mới hệ thống đêbiển nước ta là phải nghiên cứu một công nghệ có thể tận dụng đất tại chỗthường là loại đất mới được thành tạo ở dạng gần như bùn á cát hoặc bùn á sét

để đắp đê

1.2 VẢI ĐỊA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐẤT CÓ CỐT VĐKT

1.2.1 Vải địa kỹ thuật

VĐKT là sản phẩm polime dạng vải, hiện nay có nhiều loại thươngphẩm khác nhau về chất liệu polime và cấu tạo vải, được chia thành 2 loạichính là loại vải dệt và loại vải không dệt Những đặc tính chung nhất củaVĐKT được trình bày chi tiết trong nhiều công trình [8], [15], [17],[18], [22],[26], [27],[41],[42] và có thể tóm tắt như sau

1.2.1.1 Tính chất vật lý

1 Khối lượng đơn vị diện tích (g/m 2 ): Khối lượng đơn vị diện tích của VĐKT

có thể thay đổi từ 100g/m2  2000g/m2 Chỉ tiêu khối lượng liên quan đến độdày và độ rỗng của vải, nên nó phản ánh gián tiếp khả năng tính thấm nước vàsức chịu chọc thủng của vải

2 Chiều dày: Chiều dày của VĐKT tuỳ theo công nghệ chế tạo mà thay đổi

từ 0,5mm đến hàng chục mm Độ mềm mại dễ uốn của các loại VĐKT cầnđược đảm bảo khi tăng độ dày của chúng

3 Tính rỗng: Tuỳ thuộc vào loại sợi và kiểu dệt mà VĐKT có tính rỗng khác

nhau, quyết định tính thấm nước, tính dẫn nước của vải Tuỳ theo độ dầy củaVĐKT mà có các khái niệm độ rỗng thể tích (đối với VĐKT dày - loại khôngdệt) và độ rỗng bề mặt (với loại VĐKT mỏng - chủ yếu là loại dệt)

4 Độ thưa: Độ thưa của VĐKT là khái niệm vật lý có liên quan đến khả năng

cho hạt đất lọt qua vải khi vải cùng làm việc với đất Độ thưa của vải quyếtđịnh tính thấm và tính lọc (cho hạt nhỏ qua, giữ hạt lớn lại) của VĐKT Đây

là đặc tính quan trọng để thay thế tầng lọc ngược sỏi cát

5 Độ uốn dạng sóng của sợi vải: Độ uốn dạng sóng của sợi vải (vải dệt) ảnh

hưởng đến tính chất cơ học của VĐKT: Khi mẫu vải không chịu lực thì sợidọc và sợi ngang có độ uốn như nhau; khi mẫu vải chịu kéo theo hướng sợidọc: sợi dọc dãn thẳng ra, sợi ngang bị uốn nhiều hơn và vải bị co ngang

6 Tính co do nhiệt: Hiện tượng giảm chiều dài của mẫu vải khi gia nhiệt và

sau khi gia nhiệt được gọi là co do nhiệt Sự co do nhiệt tạo nên lực kéo phátsinh gọi là lực kéo do co vải

1.2.1.2 Tính chất cơ học

1 Độ bền chống kéo: VĐKT có sức bền chịu kéo, do vậy khi kết hợp với đất

(vật liệu chịu nén) tạo nên một vật liệu "đất có cốt" vừa chịu nén vừa chịu kéotốt Với VĐKT loại không dệt, sức bền chịu kéo tương đối đồng đều theo mọihướng (tức có tính đẳng hướng tốt); với VĐKT dệt có tính dị hướng thì sứcbền chịu kéo phụ thuộc vào sợi dọc và sợi ngang của vải, do đó cần phân biệtsức chịu kéo theo phương sợi dọc và theo phương sợi ngang

2 Tính từ biến

Những nhân tố chính ảnh hưởng đến tính từ biến của VĐKT:

- Loại polime tạo sợi vải

- Mức độ kết tinh của polime

- Cấu tạo của VĐKT

3 Độ bền chọc thủng: Trong quá trình thi công và làm việc chịu lực chấn

động (lực sóng ở mái ngoài đê ) VĐKT dễ bị thủng rách do phải tiếp xúc vớicác hạt sỏi, sạn, đá dăm, đá hộc có cạnh sắc nhọn, vì vậy cần xác định độ bềnchọc thủng của VĐKT để có thiết kế và quy trình thi công phù hợp

4 Độ bền rách: Rách là hiện tượng của vải khi sợi vải hoặc sợi may nối vải bị

đứt do tải trọng ngoài Vết rách thường chịu ứng suất tập trung ở hai mép nênvết rách rất dễ bị rách thêm và làm hỏng vải Đối với vải không dệt, tính đẳnghướng cao nên rách thường theo một hướng nào đó Đối với vải dệt, rách chỉ

xảy ra theo hai phương dọc, ngang vải, do đó vết rách xảy ra theo hai hướngvuông góc nhau

5 Độ bền mài mòn: VĐKT là loại vật liệu dễ mài mòn hơn cả so với các loại

vật liệu xây dựng khác Trong quá trình thi công VĐKT, sự mài mòn vảikhông thể tránh hoàn toàn được Mức độ mài mòn của VĐKT phụ thuộc kíchthước và cấu trúc sợi vải, vật liệu polime làm sợi vải và kỹ thuật công nghệtrải vải

6 Tính thấm nước và dẫn nước: Tính thấm nước và dẫn nước của VĐKT

đánh giá khả năng cố kết của khối đất khi có vải Đây là một trong những đặctính quan trọng, làm tăng khả năng chịu lực đối với đất yếu có độ ẩm lớn vàđặc biệt là đất bão hoà nước

7 Ma sát và dính kết của VĐKT với đất: Dùng VĐKT làm cốt, tăng cường

cho đất thì cần phải thí nghiệm để xác định tương tác giữa VĐKT và đất Kếtquả nghiên cứu hệ số tương tác này sẽ được trình bày cụ thể trong chương IV.Trong một số trường hợp khác có thể lấy gần đúng như sau:

- Ma sát giữa VĐKT với đất rời lấy bằng 0,6  0,8 góc nội ma sát của đấtrời

- Lực dính đơn vị giữa VĐKT với đất dính lấy bằng lực dính đơn vị của đất

8 Độ bền: Nếu các quá trình vận chuyển, lưu kho và thi công lắp đặt theo đúng

quy trình, không để vải bị giãn thưa, thủng rách do lôi kéo quá mức hoặc đụngmạnh với các vật sắc nhọn, bảo vệ tránh tiếp xúc trực tiếp với tia cực tím củaánh sáng mặt trời thì độ bền của VĐKT có thể đạt tới 30-80 năm, phù hợp vớiđặc điểm là công trình bán vĩnh cửu của đê biển nước ta hiện nay

1.2.1.3 Khả năng ứng dụng VĐKT trong xây dựng đê biển

Đặc điểm của đất nền và đất đắp đê biển là góc ma sát trong hoặc lựcdính nhỏ hoặc cả hai đều nhỏ, dễ bão hoà nước và lượng ngậm nước khi bãohoà lớn Điều này làm cho cốt đất vốn dĩ đã yếu lại càng yếu Khi làm việc,đối với đất cát pha sét, nước lỗ rỗng thoát rất chậm, áp lực nước lỗ rỗng sẽtăng rất nhanh khi có sự tăng tải bên ngoài Lực dính nhỏ lại cộng thêm áp lựcnước lỗ rỗng tăng cao rất dễ gây mất ổn định đất nền và thân công trình.Nhiều công trình đường, đê, đập xây dựng trên nền đất yếu có độ lún từ 30%đến hơn 50% chiều cao của đất đắp Độ lún này lại xảy ra trong khoảng thờigian dài cùng với hiện tượng lún không đều có thể làm nứt gẫy hay sụp đổ cảcông trình, gây hậu hoạ xấu Nói chung, vấn đề thi công và ổn định rất khóđạt được đối với các loại đất yếu này khi không có giải pháp xử lý, cải thiệncác “tính yếu” của chúng

Vì vậy, VĐKT khi làm cốt cho đất [17], [21], [26] cần phải giải quyết:(i) Cải thiện được các chỉ tiêu kết cấu đất, cụ thể là góc ma sát trong và lực

dính; (ii) Tăng tốc độ thoát nước lỗ rỗng của nền đê và đất đắp đê, (iii) Cảithiện phân bố tải trọng tác dụng lên công trình Khi đó, chức năng của cốtVĐKT tương ứng là: Gia cường; dẫn, thoát nước và phân cách Với các đặctính cơ lý đã trình bày ở trên, VĐKT có thể đáp ứng tốt các chức năng này

1.2.1.4 Nhận xét

Các chức năng của VĐKT chứng tỏ sự phù hợp với các đặc điểm của đê biển:

- Tuổi thọ khoảng từ 30-80 năm, phù hợp với đặc điểm đê biển là công trìnhbán vĩnh cửu

- Có thể thay thế tầng lọc ngược, giảm kết cấu của đê biển và trong trườnghợp bất khả kháng có thể cho tràn nước qua thân đê

- Có thể sử dụng để làm cốt gia cố đất, giảm được khối lượng xây dựng, tăng

ổn định của đê biển, hạ thấp đường bão hoà trong thân đê, đẩy nhanh quátrình cố kết trong thân đê và nền đê, tạo điều kiện áp dụng công nghệ hiện đạitrong xây dựng, giảm thời gian thi công và giảm đáng kể diện tích chiếm đấtvĩnh viễn

1.2.2 Công nghệ đất có cốt

1.2.2.1 Giới thiệu chung

Lĩnh vực khoa học kỹ thuật về đất có gia cường cốt chịu kéo đã có hơn

40 năm phát triển và hoàn thiện [26] kể từ ngày Henri Vidal (Pháp) đề xuấtnăm 1963 Đến nay có 2 hình thức đất có cốt:

- Hình thức thứ nhất: Đất trộn cốt; coi đất có cốt chịu kéo là loại vật liệu xâydựng mới

- Hình thức thứ hai: Đất đặt cốt

1 Hình thức thứ nhất về đất có cốt: Theo hình thức này thì đất có cốt là loại

vật liệu kết hợp giữa hai thành phần: đất và cốt

Đất là loại vật liệu có tính chịu nén, cốt là vật liệu chịu kéo được, vậtliệu kết hợp giữa vật liệu đất và vật liệu cốt theo quan điểm này là một loạivật liệu có tính chất cơ học đặc thù nổi trội so với đất riêng và cốt riêng Đất

có cốt theo quan điểm này đã được cha ông ta sử dụng xa xưa, ví dụ như trộn

đất nhão với rơm để làm vật liệu xây dựng, vừa có tính dính bám của đất, vừa

có tính bền dai của cốt, thường được sử dụng làm vách tường, Hiện nay, ý

tưởng này đã được khoa học hoá và kỹ thuật hoá để tạo đất trộn cốt: Cốt ở đây

là những đoạn sợi dài hoặc ngắn làm bằng sơ dừa hoặc xơ polime (hình 1.1)

Hình 1.1 Đất trộn cốt

a Sợi bỏ rối trộn đều vào các lớp đất; b Phân tố đất trộn cốt đồng chất vàđẳng hướng ( các mặt phân tố cắt cốt sợi với số lượng gần bằng nhau)

* Một số dạng đất có cốt được chế tạo theo quan điểm thứ nhất:

- Đất trộn lưới địa kỹ thuật: Hình 1.2 là một

mảng của khối đất trộn lưới địa kỹ thuật làm

bằng polime có mắt lưới vào cỡ kích thước

hạt đất thô trong đất (khoảng 5mm) Các

mảnh lưới có kích cỡ hàng chục mắt lưới

được trộn đều vào đất tạo ra vật liệu mới có

khả năng chịu nén tốt và chịu kéo tốt Đất cốt

sợi, đất cốt lưới thi công trên cạn và khối đất

có cốt trộn này có thể coi là loại vật liệu mới

đồng chất đẳng hướng nếu các đoạn sợi hoặc

mảnh lưới được trộn đều với từng lớp đất

lưới địa kỹ thuật

- Đất trộn VĐKT: đống nòng nọc đất: Giroud là người đầu tiên có ý tưởngdùng túi đất có đuôi (thường gọi là con nòng nọc đất) để thi công những khốiđất có cốt trong nước (hình 1.3) Trong nội bộ đống nòng nọc đất, VĐKT bọcthân và đuôi con nòng nọc tạo nên khối đất trộn cốt VĐKT

Tập hợp con nòng nọc đất ứng xử

như một loại vật liệu mới có thể tạo

được góc nghỉ lớn hơn rất nhiều so

với góc nghỉ của đất làm thân con

nòng nọc VĐKT lộ ra bên ngoài

đống đất có chức năng chống xói rửa

khối đất có cốt trộn dưới nước Dùng

đất trộn VĐKT theo công nghệ con

* Tính chất cơ học của đất trộn cốt theo hình thức thứ nhất:

Hình 1.4 Vòng Mohr ứng suất của đất: 1) Đất không có cốt; 2) Đất có cốt

Với đất bình thường, ví dụ cát không có cốt, vòng Mohr ứng suất không thểcắt đường Coulomb (đường 3, hình 1.4), ngược lại, với mẫu đất có cốt trộn thìvòng Mohr ứng suất có trị số 3<0 khá lớn Điều này chứng tỏ đất có cốt cókhả năng chịu kéo lớn

Schlosser và nnk (1972) đã tiến hành thí nghiệm mẫu đất có cốt đồng chất dịhướng (hình 1.5) bằng máy nén ba trục thông thường với mẫu hình trụ: đất cát

có cốt:

Hình 1.5 Xác định tính chất cơ học của đất có cốt theo quan điểm vật liệumới bằng máy ba trục

a S đ m u cát có c t; b X lý s li u thí nghi m c a m u ẫu cát có cốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ủa mẫu đất cát bình ẫu cát có cốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình đất cát bìnht cát bình

thường và mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972)ng v m u v t li u m i à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ẫu cát có cốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) đất cát bìnht có c t (theo Schlosser v nnk 1972)ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972)

Cốt thí nghiệm ở đây là những lá nhôm

hình tròn cùng cỡ với tiết diện mẫu đất

(hình 1.6) Như vậy, đất coi như được gia

cường sức chịu kéo theo hai phương trong

mặt phẳng chứa 3 Thí nghiệm với mẫu

đất cũng đã chứng tỏ rằng đất có cốt có thể

bị phá hoại theo hai cách: Khi áp lực nén

lên cốt nhỏ, sự phá hoại tương tác giữa đất

và cốt theo cơ chế trượt Khi áp lực nén lớn

thì sự phá hoại theo cơ chế đứt cốt Hình 1.6 Lá nhôm làm cốt và

những vết nứt, rách ở lá nhômkhi mẫu thí nghiệm ở trạng tháiphá hoại

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo tường - mái dốc

có cốt VĐKT cuộn lên làm mặt tường

[Theo cách tính toán của Broms,1980]

Hình 1.8 Xác định chiều dài neo

l neo theo mặt trượt khả dĩ

i v i mái d c có c t, phân bi t hai lo i c t theo ch c n ng gia

ĐKT theo hình thứcốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình để phân biệt hai loại cốt theo chức năng gia ệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ạm vi Luận án này, nghiên cứu sinh tổng hợp và giới thiệu ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ứu sinh tổng hợp và giới thiệu ăng neo và tạo mái [27] ví dụ như

c ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình đất cát bình ủa mẫu đất cát bìnht c a mái d c, các nh thi t k ã h trí hai th th ng c t V KTốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ết kế đã hố trí hai thệ thống cốt VĐKT ết kế đã hố trí hai thệ thống cốt VĐKT đ ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ĐKT theo hình thức(hình 1.9):

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệthống cốt chính và cốt phụ[theo Smart Solution SM103]

- Hệ thống cốt chính có chiều dài lớn có tác dụng neo giữ khối đất trượt đểđảm bảo sự ổn định mái tổng thể của mái dốc

- Hệ thống cốt phụ, ngắn hơn nhiều so với cốt chính vì chúng có chức năngđảm bảo sự không phá hỏng do biến dạng ngang và trượt cục bộ của lớp đấtgiữa hai lớp cốt chính (đất rìa mái)

1.2.3 Một số ứng dụng công nghệ đất có cốt VĐKT trong xây dựng đê biển ở nước ta và trên thế giới

1.2.3.1 Ngoài nước: Hiện nay, các nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất có

cốt là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới rất quan tâm nghiên cứu, theo [26], các nghiên cứu tập trung vào các nội dung sau:

- Nghiên cứu cơ chế tương tác giữa cốt VĐKT với đất: Nghiên cứu 2 cơ chếtương tác chính là (i) Sự trượt đất trên cốt và (ii) Sự kéo tụt cốt khỏi đất

- Nghiên cứu mô hình ly tâm về nền đất dốc có VĐKT, từ đó nghiên cứu cơ chếphá hoại của nền đất dốc có cốt, cơ chế làm việc của nền đất loại sét bão hoà

nước có cốt VĐKT và nền cát có cốt rào địa kỹ thuật như nghiên cứu của GS.Fumio Tasuoka và nnk (1994), thí nghiệm mô hình bàn nén với nền cát khôngcốt và có cốt của Guido và nnk (1986,1987), thí nghiệm mô hình bàn nén vớinền đất dính bão hoà nước có đặt cốt VĐKT của Sakti và Das (1987)

- Nghiên cứu hướng dẫn tính toán thiết kế công nghệ đất có cốt VĐKT nhưSchmertmann và nnk với chỉ dẫn của Federal highway Administration USA(FHWA),…

Dưới đây là một số công trình thực tế đã được nghiên cứu ứng dụng VĐKTlàm cốt [8],[16],[18]:

+ Khi kênh đào Suez được xây dựng, người ta đã trải VĐKT dưới đáy biển,được cố định bằng cuội sỏi làm cho đất nền ổn định và an toàn cho kênh;+ Đê biển Deep Bay ở Hồng Kông dài 3,5 km do phải đảm bảo mái đê ổnđịnh trong thời gian ngắn, không cho đất mới đắp lún xuống nền bùn, đồngthời để tiết kiệm đất đắp người ta đã sử dụng VĐKT với 3 chức năng: bảo vệ,phân cách và gia cố đất yếu;

+ Khi cải tạo vùng biển sâu Laem Chabang (Thái Lan) người ta đã dùngVĐKT cùng với lưới tre để ổn định trầm tích sét bùn (là sản phẩm do đất đắpbằng thuỷ lực) dưới tải trọng nén trước;

+ Đập đất Ait Chouarit lớn nhất Ma rốc, hồ chứa cung cấp 40 triệu m3

nước/năm đã sử dụng 65.000 m2 VĐKT ở các bộ phận: lọc tạm, phân cách;+ Đê quai Sanxia trong dự án đập Bahem trên sông Yangtre (Trung quốc) caotới 90m đã sử dụng VĐKT làm cốt, đê quai tồn tại trong 10 năm an toàn;+ Để bảo vệ thành phố New Orleans (Mỹ) người ta đã dùng VĐKT Nicolontrải trên nền đất yếu để giảm kích thước-tiết kiệm khối lượng đắp, mất đất-đấtlún xuống nền và giảm độ lún của đê;

+ Sử dụng lớp tiêu ngang, lớp lọc và lớp phân cách bằng VĐKT có hiệu quảtrong dự án năng lượng triều ở vịnh Kachchh (Ấn Độ)

I.2.3.2 Trong nước

Sự thành công trong ứng dụng VĐKT ở các nước tiên tiến trên thế giớicho thấy rằng, sử dụng công nghệ đất có cốt bằng VĐKT là một giải phápmang lại hiệu quả tốt trên nhiều mặt: Cải thiện tốt khả năng chịu lực của nền;giảm khối lượng đào đắp do giảm đáng kể mái dốc (mái dốc có thể bằng 0,5hoặc nhỏ hơn); giảm khối lượng xử lý móng sâu; giảm diện tích chiếm đất domái mở rộng; tận dụng vật liệu tại chỗ; rút ngắn thời gian thi công; sạch - vệsinh môi trường Vì vậy trong những năm gần đây đã có khá nhiều nhữngnghiên cứu về VĐKT và công nghệ đất có cốt, cụ thể:

1 Trung tâm Thuỷ Công - Viện Khoa học Thuỷ lợi đã nghiên cứu thực hiện 2

đề tài cấp Bộ do PGS.TS Vũ Đình Hùng làm Chủ nhiệm và nghiên cứu sinh

là một trong những thành viên chính tham gia thực hiện đề tài, cụ thể là các

đề tài “Nghiên cứu ứng dụng VĐKT gia cố nền và làm cốt bờ bao trên nền đấtyếu” [16] thực hiện năm 2001 và đề tài “Nghiên cứu công nghệ xây dựng đêbiển bằng vật liệu có hàm lượng cát cao ở miền Bắc Việt Nam” [18] thực hiệnnăm 2004-2005

2 Các nghiên cứu của các tác giả khác như: Nghiên cứu của GS.TS PhanTrường Phiệt [26], [27]; nghiên cứu của Ths Khổng Trung Duân [8] trongLuận văn thạc sỹ khoa học: Nghiên cứu ứng dụng VĐKT để làm cốt gia cố bờbao vùng đất yếu; nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng và nnk [9]trong đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đêtrên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam; nghiên cứu của DươngNgọc Hải [12]: Thiết kế và thi công tường chắn đất có cốt; nghiên cứu củacác tác giả Vũ Đình Hùng, Khổng Trung Duân, Nguyễn Hùng Sơn [22]: Tínhnăng tác dụng của VĐKT làm cốt cho đất yếu-Cơ sở lý luận công nghệ đất cócốt VĐKT; nghiên cứu của tác giả Phạm Văn Long [23] về ổn định biến dạngcủa đê đập trên nền đất yếu gia cường bằng VĐKT; nghiên cứu của tác giảNguyễn Viết Trung & nnk [34]: Công nghệ mới xử lý nền đất yếu VĐKT vàbấc thấm,

3 Một số công trình ứng dụng khác của VĐKT trong xây dựng đê, đập đất ởViệt Nam: trong khoảng 20 năm trở lại đây, ở nước ta đã sử dụng một số loạiVĐKT, phổ biến là của hãng Polyfelt, Nicolon, Tech bon, Amoco, Terram,Dupont, Krafter, Bidium trong một số hình loại công trình sau:

- Bảo vệ mái, tầng lọc cho đê biển trong dự án PAM 4617 với sự trợ giúp kỹthuật của VIE - 92 - 023;

- Bảo vệ mái đê biển, làm tầng lọc kết hợp với cấu kiện bê tông đúc sẵn ở HảiPhòng, Nam Hà, Thanh Hoá ;

- Làm tầng lọc, lót tấm bê tông lát khan cấp I, cấp II hệ thống thuỷ nông ĐôLương, Bái Thượng trong dự án 1259VIE (SF) do ADB cho vay vốn, dự ánbảo vệ mái ở công trình AYUN Hạ, công trình Thạch Nham;

- Làm dải phân cách lọc cho lát mái và đáy hố xói như cống Vàm Hồ, dự ánHóc Môn - Bình Chánh;

- VĐKT kết hợp với đá làm tầng lọc áp mái hạ lưu đập đất, cống vùng triều ,cho nhiều công trình trên địa bàn cả nước

4 Nhận xét: Những công trình nghiên cứu trên cho thấy đất có cốt VĐKT làmột công nghệ phù hợp với xây dựng đê biển đáp ứng được các yêu cầu thựctiễn nước ta về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường Kết qủa các nghiêncứu trên đã giúp cho chúng ta có thể bước đầu ứng dụng công nghệ này Tuynhiên, các nghiên cứu này cũng chỉ ra, để phát huy cao nhất hiệu qủa côngnghệ hay huy động tốt nhất, bền vững nhất tác dụng của cốt VĐKT, cần thiết

phải đầu tư nghiên cứu các khía cạnh bản chất của công nghệ như tương tácgiữa VĐKT và đất, với nước, ứng xử của vật liệu tổng hợp và vật liệu thànhphần dưới tác động của ngoại lực và môi trường Công nghệ chế tạo vật liệu,thi công, lắp đặt và các thiết bị chuyên dụng cũng là một đối tượng cần nghiêncứu Đặc biệt, cần phải tìm được phương pháp phân tích, tính toán, thiết kếcông trình đất có cốt nói chung, có cốt VĐKT nói riêng

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐÊ ĐẬP ĐẤT THƯỜNG DÙNG HIỆN NAY

Hiện nay trong tính toán, kiểm tra ổn định trượt sâu của mái dốc đê, đậpđất, có 2 phương pháp tính: Phương pháp cân bằng giới hạn và phương phápphân tích giới hạn [4], [5], [6], [11], [30], [61] có thể tóm tắt như sau:

1.3.1 Phương pháp phân tích giới hạn

Dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong toàn miền của công trình (khốiđất đắp và nền) Dùng các thuyết bền như: Morh - Coulomb, Hill-Tresca,Nises-Shleiker, , kiểm tra ổn định cục bộ tại mỗi điểm trong toàn miền Côngtrình sẽ mất ổn định tổng thể khi tập hợp các điểm cục bộ bị mất ổn định làmthành một mặt liên tục Các phương pháp đã được nghiên cứu gồm: phươngpháp sức bền vật liệu, phương pháp lý thuyết đàn hồi, phương pháp sai phânhữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thí nghiệm mô hình Các giả thiết giống như phương pháp cân bằng giới hạn nhưng sau đógiảm khả năng chịu lực của đất nền (giảm c hoặc  của đất nền) đến một mứcnào đó ứng suất biến dạng do ngoại lực gây ra làm cho hạt cốt đất ở trạng tháidẻo Nếu các hạt đất lân cận liên tục nhau đều ở trạng thái chảy dẻo thì khi đókhối đất sẽ bị trượt theo mặt trượt này Khi đó hệ số an toàn trượt sẽ là:

Fs = tg thực/ tghuy động = c thực/chuy động (1.1)

1.3.2 Phương pháp cân bằng giới hạn

Dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (mặt trượt có thể là trụ tròn,hỗn hợp hoặc bất kỳ), coi khối trượt như một cố thể, tiến hành phân tích trạngthái cân bằng tới hạn của các phân tố đất trên mặt trượt đã giả định trước Sự

ổn định được đánh giá bằng tỷ số giữa thành phần kháng trượt (lực ma sát, lựcdính) huy động trên toàn mặt trượt với thành phần lực gây trượt (trọng lượng,

- Dựa trên cơ sở các phương trình cân bằng tĩnh học đối với toàn khối đất vàđối với từng thỏi được phân nhỏ để tìm hệ số an toàn (Fs) Mặt trượt nguyhiểm nhất sẽ là mặt trượt giả định nào cho hệ số an toàn nhỏ nhất, sẽ tínhđược bằng cách thử dần

Phương pháp phân thỏi được dùng phổ biến để tính toán ổn định đập đất

và nền đất từ những năm 1930 Hiện nay đã có nhiều phần mềm tính toán ổnđịnh mái dốc được lập theo phương pháp phân mảnh như chương trình củaViện kỹ thuật Châu á (AIT), chương trình Slope/W của Geoslope (Canada)

<0 nghÞch

>0 thuËn

n n-1

5 4

3

2

1

 i

Hình 1.10 Sơ đồ cung trượt và lực tác dụng lên thỏi đất thứ i

Xét một thỏi đất được tách ra từ cung trượt tâm O, bán kính R (hình 1.10),các lực tác dụng lên thỏi đất gồm: lực ngoài tác động lên đỉnh thỏi đất Qi; cáclực thể tích bao gồm Wi (trọng lượng thỏi đất), Fdi (lực động đất tác dụng lênthỏi đất); các lực tương tác giữa các thỏi đất Ei-1, Ei (thành phần lực nằmngang phía trái và phải của thỏi đất); Xi-1, Xi (thành phần lực thẳng đứng bênphía trái và phải của thỏi đất); các phản lực Ni, Ti của đất dưới mặt trượt giảđịnh tác dụng vào đáy thỏi đất Ở một trường hợp tính toán cụ thể, về lýthuyết các lực Wi, Fdi, Qi là xác định được và còn lại các đại lượng chưa xácđịnh được ứng với mỗi thỏi đất theo phương pháp tính dồn từ thỏi đất ở đỉnhxuống thỏi đất ở chân gồm các lực: Ei, Xi, Ni, Ti (4 đại lượng) và tham số xácđịnh điểm đặt của Ei, Ni (2 đại lượng)

Như vậy trong một bài toán phân tích tính ổn định của mái dốc theophương pháp phân thỏi (ví dụ có n thỏi), số lượng các đại lượng chưa biết là(6n – 2) đại lượng (Bảng 1.1)

B ng 1.1 T ng s đ i lổng hợp và giới thiệu ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ạm vi Luận án này, nghiên cứu sinh tổng hợp và giới thiệu ượp và giới thiệung các l c tác d ng lên kh i trực tác dụng lên khối trượt gồm n thỏi đất ụng với chức năng neo và tạo mái [27] ví dụ như ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ượp và giới thiệut g m n th i đ tỏi đất ất cát bình

Các lực Ei:

Các lực Xi:

Các lực Ni:

n-1n-1n

Các lực Ti:

Tham số điểm đặt của Ei:

Tham số điểm đặt của Ni:

Hệ số an toàn chung Fs:

n

n - 1n1

Việc xét đầy đủ lực tương tác giữa các thỏi là yêu cầu phát triển lýthuyết cơ học đất và nhiều phương pháp tính đã được đề xuất Trong số cácphương pháp này Janbu đã dùng thủ thuật giả thiết đường đặt lực tương tác,các phương pháp khác như Spencer, Mogenstern – Price, GLE Canada, , giảthiết góc nghiêng lực tương tác

Điểm chung nhất của các phương pháp dùng trong địa kỹ thuật hiệnnay là không xét sự tương thích về lực đẩy trượt và lực chống trượt của haiphần khối đất trượt do một lát cắt đứng phân chia trong hoàn cảnh cả hai phầnđều ở trạng thái cân bằng trên cùng một mặt trượt

Hai phần khối đất hai bên lát cắt ứng xử như một hệ thống đẩy – chốngtương tự như hệ thống “Tường chắn - đất đắp sau tường” ở trạng thái cânbằng giới hạn đã nêu trong định lý Gvozdev: Dạng phá hoại thực của hệ thốngứng với trị số nhỏ nhất của tải trọng phụ phá hoại

Theo nguyên lý cực trị Coulomb: trường hợp đất đẩy tường, lực đẩy làlớn nhất ứng với đất ở trạng thái cân bằng chủ động; trường hợp tường đẩy đất,lực đẩy phải là trị số nhỏ nhất ứng với trạng thái cân bằng giới hạn bị động

Có thể coi nguyên lý cực trị của Coulomb (1776) trong lý thuyết áp lựcđất là dạng sơ khai của định lý Gvozdev(1949)

1.3.2.1 Các phương pháp tính hệ số an toàn ổn định mái dốc theo lý thuyết phân thỏi

Như trên đã phân tích, bài toán tính hệ số an toàn ổn định mái dốc theo

lý thuyết phân thỏi là bài toán siêu tĩnh bậc cao Hiện nay nhiều nhà khoa học

đã đề ra nhiều các giải khác nhau như: bỏ bớt lực tương tác trên các thỏi đất;giả thiết hướng tác dụng của lực tương tác; giả thiết vị trí điểm đặt của các lựctương tác trên một đường cong nhất định,

1 Các phương pháp bỏ bớt lực

a Phương pháp Fellenius

- Các giả thiết

+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm 0, bán kính R

+ Bỏ qua các lực tương tác giữa các thỏi, tức có Ei = Xi = 0 (hình 1.11)

+ Điểm đặt của Ni tại trung điểm của đáy thỏi

- Hệ phương trình cơ bản

+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông góc với

đáy thỏi

+ Điều kiện Mohr – Coulomb cho hai lực Ni và Ti

- Nhận xét: Hiện nay phương pháp Fellenius chỉ

N

Hình 1.11 Sơ đồ lựctheo PP Fellenius

b Phương pháp Bishop đơn giản

- Các giả thiết:

+ Mặt trượt là mặt trụ tròn tâm O, bán kính R

+ Bỏ qua thành phần đứng (Xi) của lực tương tác (hình 1.12)

+ Điểm đặt của Ni trùng với trung điểm của

đáy thỏi

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các

thỏi và coi là hệ số an toàn ổn định

- Hệ phương trình cơ bản

+ Cân bằng hình chiếu theo phương vuông

+ Cân bằng lực theo phương đứng

+ Điều kiện Mohr – Coulomb cho hai lực Ni và Ti

- Nhận xét: hiện nay, phương pháp Bishop đơn giản vẫn được sử dụng rộngrãi và cho kết quả khá tin cậy

2 Các phương pháp dùng giả thiết hướng tác dụng của lực tương tác

a Phương pháp Spencer

- Giả thiết

+ Mặt trượt trụ tròn, tâm O, bán kính R

+ Độ nghiêng của lực tương tác không đổi (

const tgθ

+ Điểm đặt N trùng với trung điểm của đáy thỏi

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi

và lấy làm hệ số an toàn ổn định của mái dốc 

- Hệ phương trình cơ bản

+ Phương trình hình chiếu lên hướng vuông góc với hướng tác dụng của lựctương tác Ri (để loại trừ Ri): Nicos( - ) – Wicos + Tisin( - ) =0 (1.2)+ Điều kiện bền Mohr - Coulomb: i (Ni ul)tg ' c' li

// = Wi.sin - Ni.sin( - ) - Ti.cos( - ) = 0 (1.5)

b Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát GLE (General Limit Equilibrium): Phương pháp này được coi là dạng cải tiến của phương pháp

Spencer nên được xếp vào loại phương pháp dùng giả thiết về hướng tác dụngcủa lực tương tác giữa các thỏi Sau đây trình bày phương pháp GLE

Hình 1.14 - Hàm biến thiên của hướng lực tương tác của PP GLE

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi và lấy là hệ số an toàn ổnđịnh của mái dốc

+ Điểm đặt của Ni trùng với trung điểm của đáy thỏi

Trong phương pháp GLE, hàm f(x) = sinx với 0  x  L (0,L là toạ độhai điểm chiếu của điểm đỉnh và chân của khối đất trượt lên phương x nằmngang,  là một hằng số, đóng vai trò tham số của bài toán cần phải tính toán.Phương pháp GLE được coi là phương pháp cải tiến của phương phápSpencer về góc nghiêng thay đổi của Q, nhưng về thuật toán giữa  củaSpencer và  của GLE là như nhau

- Hệ phương trình cơ bản:

+ Chiếu các lực tác dụng vào thỏi theo phương đứng:

y = Wi + (Xi-1 - Xi) - Ni.cos - Ti.sin = 0 (1.6)+ Phương trình trạng thái: i (Ni ul)tg ' c' li

F

1

+ Phương trình cân bằng mô men: M/0 =  Wi.x -  Ti.R = 0 (1.8)

- Chiếu các lực tác dụng vào khối đất trượt (gồm n thỏi) theo phương ngang

và coi các lực tương tác giữa các thỏi là nội lực:

 Fx =  Ni.sin -  Ti.cos = 0 (1.9)

- Nhận xét: Phương pháp này chưa tĩnh định được hệ phương trình cơ bản,

phải giải bằng cách tính thử dần, quá trình tính toán thử dần là rất dài và phứctạp, nếu như người sử dụng thiếu kinh nghiệm khi tính toán, bài toán có thể sẽkhông hội tụ

3 Các phương pháp dùng giả thiết điểm đặt của lực tương tác

a Phương pháp Janbu tổng quát

- Giả thiết:

+ Mặt trượt dạng trụ tròn, tâm 0, bán kính R

+ Hệ số huy động Fs là như nhau đối với các thỏi

+ Các điểm đặt của các lực tương tác giữa các thỏi nằm trên một đường tương tác

+ Điểm đặt của lực N ở giữa đáy thỏi

 i

pi

h

pi-1

h 0,5.b.tg

§ êng t ¬ng t¸c

b

Hình 1.15: Sơ đồ lực tính toán theo phương pháp Janbu

- Các phương trình cơ bản:

+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương đứng có:

Wi + Xi-1 – Xi – Nicosi - Ti.sini = 0 (1.10)+ Từ các điều kiện cân bằng của thỏi theo phương ngang có:

Ei-1 – Ei + Ti.sini - Ni.cosi = 0 (1.11)+ Từ các điều kiện cân bằng Momen lấy với trung điểm của đáy mỗi thỏi có:

2

b 1 - X 2

b 1 - X ) tgαtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của các 2

b i (h i E ) tgαtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của các 2

b i (h i

- Nhận xét: Phương pháp Janbu tổng quát, có hệ 5 phương trình chứa 6 đại

lượng cần tìm: Ei, Xi, hi, Ni, Ti, Fs Bài toán là siêu tĩnh Để giải được bài toán,Janbu giả thiết đường tương tác, tức giả thiết các đại lượng hi

Theo nghiên cứu của G.Fredlund [49] thì phương pháp Janbu tổng quátđẹp về mặt lý thuyết nhưng khó có lời giải thực tế vì bài toán rất khó hội tụvới giả thiết một đường tương tác lực

b Phương pháp Janbu đơn giản hóa: Khác với phương pháp Janbu tổng quát,

phương pháp Janbu đơn giản hóa chấp nhận sơ đồ lực của Bishop (tức bỏthành phần lực tương tác tiếp tuyến với mặt phân thỏi) nhưng vẫn đảm bảo hệlực đồng quy và đa giác lực khép kín

Để làm chính xác hóa trị số hệ số an toàn tính được theo các bước tínhtoán như đã nêu ở phương pháp Janbu tổng quát với Xi = 0; hệ số an toànđược hiệu chỉnh bằng hệ số f0 xác định theo biểu đồ

F = f0F(Xi = 0) (1.14)

TS Phan Trường Giang đã thừa hưởng cách tách thỏi của phương phápphân thỏi truyền thống, tuy nhiên đã đặt lại bài toán truyền thống này thích hợpvới phương pháp phân tích hệ thống Ứng dụng được phương pháp phân tích

hệ thống vào bài toán phân tích ổn định trượt đất thì bài toán tính hệ số an toàntrượt đất trở thành bài toán điều khiển tối ưu hệ thống phân tích, có thể bổ sungthêm cho bài toán phân thỏi truyền thống những phương trình cần thiết

Phương pháp phân tích ổn định mái dốc sử dụng lý thuyết phân tích hệthống của GS Phan Trường Phiệt đã được TS Phan Trường Giang phát triển

đã tĩnh định hoá được bài toán tìm hệ số an toàn trượt của mái dốc, đã bổsung được 2 phương trình còn thiếu, nhưng lực tương tác giữa các thỏi đấtvẫn chưa được xem xét tường minh

Trên cơ sở những lý thuyết cơ bản trên của GS Phan Trường Phiệt,

TS Phan Trường Giang đã tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu lý thuyết và lậpcác phần mềm tính toán :

+ Tính hệ số an toàn ổn định của nền đất không đồng chất của công trình ngănnước bằng phương pháp phân tích hệ thống

+ Tính hệ số an toàn ổn định của mái đập đất trên nền đất không đồng chấttheo phương pháp phân tích hệ thống

Tuy nhiên, khi lập chương trình tính toán hệ số ổn định của mái dốc,

TS Phan Trường Giang đã không sử dụng đến điều kiện: 0

λf(x)

λf(x)) Δ(F,

Vì vậy, khi thiết kế mái dốc có cốt VĐKT thì vấn đề đặt ra là (i) Xácđịnh giá trị lực kéo neo và (ii) xét lực neo của lớp vải như thế nào tại giaođiểm giữa cốt vải với mặt trượt

Trong đó: H’ là chiều cao tính đổi xét đến tải trọng phân bố trên đỉnh mái

Ka - hệ số lực xác định theo biểu đồ của Schmertmann và nnk

- Xác định số lớp cốt

- Phân phối lực kéo neo theo chiều cao mái dốc

b Thiết kế mái dốc có cốt như một công trình tường chắn đất trọng lực:

Trong đó: H’ là chiều cao tính đổi xét đến tải trọng phân bố trên đỉnh mái;

KK - hệ số lực, được xác định như sau:

Bảng 1.2 - Phương pháp xác định hệ số lực K K

Tường có  =0,  = 90o Tường mái có  > 53o Mái có  < 53o

) 2 45

1

2 2

V = V

Hình 1.16 Sơ đồ xác định lực kéo Vkéo theo phương pháp mặt trượt khả dĩ

- Xác định số lớp cốt

- Phân phối lực kéo neo theo chiều cao mái dốc

1.3.3.2 Xác định hướng của lực neo

Khi tính toán kiểm tra ổn định mái dốc và đất nền theo phương phápphân thỏi với mặt trượt trụ tròn thì vấn đề đặt ra là xét lực neo của lớp vải nhưthế nào tại giao điểm giữa cốt vải với mặt trượt (hình 1.17)

Hình 1.17: Sơ đồ lực tác dụng vào thỏi đất có lực neo

Đến nay, không ít tác giả dùng sơ đồ như hình 1.18 để xét đến tác dụnglực neo của cốt Trong sơ đồ này, lực neo Vi được xét theo phương của đáythỏi, tức Vi và T cùng phương Sơ đồ lực này có thể chấp nhận được với trạngthái phá hoại của mái dốc, khối đất dịch chuyển kéo theo vải làm cốt

Hình 1.18: Vị trí lớp cốt bị uốn theo mặt trượt khi mái dốc bị phá hoại theomặt tâm O, bán kính R

Theo sơ đồ này, tác dụng lực neo của vải được đưa vào khối đất dướidạng mô men chống trượt do Vi: MV/O = Vi.R

Tuy nhiên, theo cơ học đất hiện đại, bài toán phân tích trượt đất dựatheo quan điểm: mái dốc làm việc ổn định, lực Vi tác d ng theo phụng với chức năng neo và tạo mái [27] ví dụ như ư ngngang (hình 1.19) v v n à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ất cát bình đề loại công trình mái dốc có cốt VĐKT theo hình thức đặt ra là mái dốc ổn định với hệ số an toànt ra l mái d c n à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ổng hợp và giới thiệu định với hệ số an toànnh v i h s an to nới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972)

l bao nhiêu so v i trà mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ường và mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972)ng h p cân b ng gi i h n, t c l cân b ng ngayợp và giới thiệu ằng giới hạn, tức là cân bằng ngay ới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ạm vi Luận án này, nghiên cứu sinh tổng hợp và giới thiệu ứu sinh tổng hợp và giới thiệu à mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ằng giới hạn, tức là cân bằng ngay

trưới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972)c khi phá ho i Do v y không xét trạm vi Luận án này, nghiên cứu sinh tổng hợp và giới thiệu ật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972) ường và mẫu vật liệu mới đất có cốt (theo Schlosser và nnk 1972)ng h p mái d c ã b phá ho i.ợp và giới thiệu ốt; b Xử lý số liệu thí nghiệm của mẫu đất cát bình đ ịnh với hệ số an toàn ạm vi Luận án này, nghiên cứu sinh tổng hợp và giới thiệu

Hình 1.19 Sơ đồ thực xétđến lực kéo của cốt nằmngang

Theo sơ đồ này, tác dụng lực neo của vải được đưa vào khối đất dướidạng mô men chống trượt do Vi: MV/O = Vi.t

Mô men của Vi đối với tâm O là đại lương không đổi phụ thuộc vào vịtrí đặt cốt VĐKT

Với nền biến dạng, tuỳ theo mức độ biến dạng lún của nền, phương củalực neo Vi thay đổi Theo Tiêu chuẩn Canada (Sổ tay kỹ thuật nền móng - Hộiđịa kỹ thuật Canada, 1994) thì phương của Vi thay đổi với góc  (hình 1.19)

Hình 1.19 Sơ đồ xét góc lệch của lực neo Vi [Sổ tay kỹ thuậtnền móng Canada]

Theo FHWA - Hoa Kỳ (1989) thì nên chọn góc  như sau:

-  = 0 đối với đất thể hiện tính cứng dòn, nhạy cảm với biến dạng

-  = 0,5 αtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của các - Khi H/B<0,4 và đất mềm

-  = αtgφ,ΔΧcosαtgφ, ΔEsinαtgφ của các - Khi H/B<0,4 và đất có tính nén lún cao

1.3.3 Nhận xét

Theo lý thuyết phân thỏi, bài toán tính ổn định mái dốc là bài toán siêu tĩnh

(thiếu 2n – 2 phương trình) Do đó cần phải bổ sung một số điều kiện để cóthể giải bài toán siêu tĩnh này theo phương pháp phân thỏi Mặc dù vậy, khi

áp dụng phương pháp tính toán này đối với mái dốc được xây dựng bằng côngnghệ sử dụng VĐKT làm cốt (ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là kết hợpkhả năng chịu tải của cốt VĐKT để tăng ổn định của mái dốc) thì vẫn chưathật phù hợp Thật vậy, các phương pháp phân tích ổn định mái dốc hiện nayhoặc là không xét đến lực tương tác ngang hoặc không xét được đầy đủ lựctương tác giữa các thỏi đất do đó không xét được ảnh hưởng của lực neo đếntrạng thái ứng suất của từng thỏi đất; lực neo của VĐKT chỉ được xét đến

thông qua mô men chống trượt của khối đất trượt Vì vậy, vấn đề đặt ra là