Môc lôc
Nội dung
Trang
Mục lục 1
Danh mục các bảng biểu 3
Danh mục các hình vẽ 4
Lời cảm ơn 7
Mở đầu 9
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Phương pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu
Ch¬ng 1: Ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo
và các phương pháp tính toán
11
1.1. Phân tích các dạng mất ổn định chung của kết cấu dạng
tường cừ một neo
11
1.2. Các phương pháp tính ổn định chung của tường cừ một neo
theo quan điểm tiền định
15
1.3. Phân tích phương pháp tính ổn định theo trạng thái giới hạn
và tiền đề dẫn đến tính toán ổn định của kết cấu tường cừ một
neo theo lý thuyết độ tin cậy
16
Ch¬ng 2: Độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo
26
2.1. Nguyên tắc tính toán độ tin cậy về ổn định chung của tường
cừ một neo
26
2.2. Các phương pháp tính toán xác suất làm việc an toàn về ổn
định chung của tường cừ một neo

64
4.1. Tài liệu về công trình bến số 2 cảng Hải Phòng 64
4.2. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình theo
mặt trượt trụ tròn
66
4.2.1. Sơ đồ tính toán công trình 66
4.2.2. Nội dung và kết quả tính toán 67
4.2.3. Phân tích các kết quả tính toán 94
Kết luận và kiến nghị 95
Tài liệu tham khảo 96
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Mức độ an toàn của công trình theo Tiêu chuẩn Trung
Quốc
23
Bảng 1.2. Các mức thiết kế kết cấu theo Tiêu chuẩn Nhật Bản 24
Bảng 4.1. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung tại vị trí tâm trượt
)5,3(
111
mymxO ==
68
2
Bảng 4.2. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định
chung tại vị trí tâm trượt
)3,3(
222
== yxO
74
Bảng 4.3. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định

Hình 2.2. Sơ đồ khối của phương pháp tuyến tính hóa. 41
Hình 3.1. Sơ đồ tính tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn. 52
Hình 3.2. Biểu đồ thực nghiệm của mômen gây trượt M
tr
. 57
Hình 3.3. Biểu đồ thực nghiệm của mômen giữ M
g
. 58
Hình 3.4. Xác định độ tin cậy P
minmin
. 59
Hình 3.5. Sơ đồ tính cừ theo mặt trượt gẫy khúc. 60
Hình 4.1. Cảng Hải Phòng và thiết bị xếp dỡ. 65
Hình 4.2. Sơ đồ vị trí bến số 2 trong Cảng Hải Phòng. 66
Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo công trình bến số 2, Cảng Hải Phòng. 66
Hình 4.4. Sơ đồ tính toán công trình bến số 2, Cảng Hải Phòng. 67
Hình 4.5. Sơ đồ phân mảnh các cột đất tính toán ổn định chung
công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng.
67
Hình 4.6. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt
)5,3(
111
mymxO ==
.
68
Hình 4.7. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M
g
đối
với tâm trượt O

)7,3(
333
== yxO
78
Hình 4.13. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M
g
đối
với tâm trượt O
3
81
Hình 4.14. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt
M
tr
đối với tâm trượt O
3
82
4
Hình 4.15. Sơ đồ xác định
min
P
công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng
83
Hình 4.16. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt
)109.8,7(
344
mymxO ==
84
Hình 4.17. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M

minmin
P
công trình bến số 2 Cảng Hải
Phòng.
94
Hình 4.23. Sơ đồ tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2
cảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop
96
Hình 4.24. Kết quả tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2
cảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop
96
Hình 4.25. Đường chu tuyến ứng với hệ số ổn định
minO
K
. 97
5
Lêi c¶m ¬n
Nền kinh tế của nước ta ngày càng phát triển mạnh mẽ. Song song
với sự phát triển đó, ngành xây dựng cũng đã và đang phát triển không
ngừng. Việc tính toán thiết kế các kết cấu ngày càng đòi hỏi phải có độ
chính xác cao, tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực
và ổn định. Hiện nay việc tính toán các công trình xây dựng theo các quy
phạm hiện hành được gọi là phương pháp các trạng thái giới hạn. Đặc
điểm của phương pháp này là mang tính chất tiền định, không xét một
cách đầy đủ tính chất ngẫu nhiên của các tham số kết cấu và tải trọng
được đưa vào tính toán, cũng như không xét đến các yếu tố thời gian. Vì
thế trong quá trình khai thác sử dụng, không ít những công trình xây
dựng, giao thông, thủy lợi đã bị biến dạng hoặc phá hoại trước thời gian
quy định và gây nên những tổn hại không nhỏ trong đời sống kinh tế xã
hội. Ví dụ như công trình nhà máy điện nguyên tử Trecnôbưn, cầu Rào

MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam quá trình đô thị hoá đang diễn ra một cách mạnh mẽ,
hàng loạt các công trình ngầm đô thị như tầng hầm cho các nhà cao tầng,
khách sạn, các đường hầm chui qua đường giao thông, các gara ôtô
ngầm dưới đất…đang được xây dựng ở các thành phố lớn như Hà Nội,
thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và các khu đô thị khác
trên cả nước. Các công trình bến, cảng biển lớn như Cảng Hoàng Diệu-
Hải Phòng, cảng Cái Lân- Quảng Ninh… cũng đã được nâng cấp và xây
mới. Việc lựa chọn phương án thiết kế, thi công công trình ngầm và các
công trình bến cảng luôn là bài toán phức tạp. Có nhiều dạng kết cấu
được sử dụng trong thiết kế và thi công các công trình nói trên nhưng
kết cấu dạng tường cừ một tầng neo đang được sử dụng nhiều với ưu
điểm lớn như: Giảm chiều sâu chôn tường, phương pháp thi công nhanh
và ít tốn kém. Một trong những vấn đề quan trọng, được đặc biệt chú ý
khi thiết kế, thi công và khai thác các công trình tường cừ một neo là ổn
8
định của chúng. Trong nhiều trường hợp, công trình đảm bảo đủ độ bền,
độ cứng nhưng vẫn bị loại bỏ, không thể khai thác được nữa do bị mất
ổn định. Đã có nhiều phương pháp được nêu ra để tính ổn định chung
của công trình tường cừ một neo. Các phương pháp này phản ánh ở mức
độ nào đó thực trạng của công trình khi bị mất ổn định. Nhưng vấn đề
trở nên phức tạp khi xét đến đặc tính ngẫu nhiên của các tham số kết cấu,
tải trọng, đất nền và đất lấp được sử dụng trong tính toán. Đề tài "Độ tin
cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo
'' được chọn làm nội dung nghiên cứu của luận văn.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu cơ sở lý thuyết tiền định của
phương pháp tính ổn định trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc và mặt trượt
trụ tròn đồng thời nghiên cứu độ tin cậy về ổn định chung của công trình
dạng tường cừ một neo và kiến nghị đưa vào áp dụng trong các tiêu

cừ một neo.
Công trình dạng tường cừ có một neo là loại kết cấu xây dựng có
nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
10
c)
b)
a)
Hình 1.1. Kết cấu tường cừ có một neo: a) làm tường chắn ở các tầng
ngầm của các nhà cao tầng hoặc của các đường hầm giao thông đường
bộ; b) làm công trình bến; c) ở sau cầu tàu chính; d) làm tường ụ tàu khô.
Kết cấu tường cừ có một neo có thể được sử dụng làm tường chắn ở
hai bên của đường lên xuống và trong các tầng ngầm của các nhà cao
tầng, tường chắn của các đường hầm trong giao thông đường bộ, tường
của các hố móng có chiều cao lớn và thời gian thi công dài,… Trong
ngành Cảng - đường thủy, kết cấu tường cừ có một neo được sử dụng
cho các loại bến có các quy mô khác nhau, hoặc làm công trình phía sau
cầu tàu chính, nối cầu chính với bờ và đảm bảo ổn định cho cầu chính.
Loại kết cấu này cũng có thể được sử dụng làm tường các ụ tàu khô
trong các nhà máy đóng và sửa chữa tàu thủy, làm tường các âu tàu, làm
công trình kè bờ,…
Kết cấu dạng tường cừ một neo có cấu tạo và các bộ phận chủ yếu
sau:
11
d)
1
2
3
MN
0.00
4

Bầu neo là phần cuối cùng của neo được cố định chắc chắn vào
nền đất cố định. Nó phải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không
làm mở rộng vùng biến dạng dẻo của đất nền bao quanh nó. Vì vậy,
vùng này phải có kích thước đủ lớn và cần được củng cố bằng cách mở
rộng vùng neo, cải thiện phần đất quanh vùng veo, tăng độ sâu và chiều
dài dính bám của bầu neo,
3. Khối đất tác dụng tương hỗ với công trình: Cùng làm việc với
công trình chịu tác động của các loại tải trọng,…
Thực tế khai thác các công trình tường cừ có một neo đã chỉ ra
rằng, khi mất ổn định chung theo sơ đồ trượt sâu, công trình cùng với
khối đất nền và đất lấp có thể mất ổn định chung theo một trong các
dạng sau:
Hình 1.3. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt cong.
- Trượt sâu theo một mặt trượt cong nào đó (hình 1.3), hiện nay
người ta coi mặt trượt này chủ yếu có dạng trụ tròn thuộc sơ đồ bài toán
13
MN
0.00
phẳng, khối đất trượt cùng với công trình và mặt trượt đi qua mũi cọc
tường mặt.
- Trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc với sơ đồ mất ổn định do
chuyển dịch tịnh tiến của khối đất trượt cùng với công trình (hình 1.4).
Hình 1.4. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc.
- Mất ổn định xoay quanh điểm gắn neo.
14
MN
0.00
Ca c m t tr t co thê ́ ́ặ ượ ̉
xay rả
MN

Công trình mất ổn định xoay quanh điểm gắn neo thường chỉ xảy ra
trong những trường hợp riêng biệt: tường mặt làm việc theo sơ đồ tường
cứng và tựa tự do trong nền, hoặc nền đất trước tường quá yếu,…Vì thế
trong luận văn chỉ xét hai trường hợp trượt sâu của công trình: trượt theo
mặt trượt gãy khúc và theo mặt trượt trụ tròn.
1.2. Các phương pháp tính ổn định chung của tường cừ một neo theo
quan điểm tiền định.
Đã có nhiều tác giả nêu phương pháp tính kiểm tra ổn định chung
của tường cừ một neo và các phương pháp này đều dựa vào một trong
hai nhóm các phương pháp sau:
- Nhóm 1: Nhóm các phương pháp giả thiết trước hình dạng của mặt
trượt và coi khối trượt như một vật thể rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn.
Các phương pháp này dựa trên các tài liệu thí nghiệm về dạng mặt trượt
và nhiều kết quả quan trắc các mặt trượt của mái dốc trong thực tế mà
đưa ra các giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trượt và phương pháp
tính toán tương ứng.
- Nhóm 2: Nhóm các phương pháp dựa vào lý thuyết cân bằng giới
hạn của các điểm trong khối đất. Các phương pháp thuộc nhóm này dựa
vào giả thiết cơ bản là, mọi điểm trong khối đất mái dốc phải thỏa mãn
điều kiện cân bằng giới hạn.
Nhóm phương pháp thứ hai có lời giải chặt chẽ, phản ánh gần đúng
trạng thái ứng suất trong khối đất bị phá hoại nhưng do lời giải của bài
toán rất phức tạp, tốn nhiều công sức nên nhóm phương pháp này chưa
được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Đại diện cho nhóm này là các
phương pháp của W. Rankine, F. Kotter, V. V. Xôcôlốvsky,…
15
Nhóm phương pháp giả thiết trước hình dạng của mặt trượt, đặc biệt
là dạng mặt trượt trụ tròn đối với đất dính, mặc dù có những hạn chế nhất
định nhưng được áp dụng phổ biến trong thực tế do tính đơn giản và
thiên về an toàn hơn so với các phương pháp nhóm thứ hai. Phương pháp

- Các hệ số độ tin cậy về tính chất quan trọng của kết cấu.
Đã có sự thay đổi các tiêu chí đánh giá độ bền và các tính chất khác
của kết cấu. Việc thiết kế, xây dựng và khai thác công trình cần phải
được thực hiện sao cho không để xảy ra các trạng thái giới hạn của nó.
Trạng thái của kết cấu, mà với trạng thái ấy kết cấu không thể thoả mãn
các yêu cầu khai thác, được gọi là trạng thái giới hạn [7]. Các trạng thái
giới hạn có thể xảy ra của các kết cấu và nền của chúng được chia thành
các nhóm.
Các trạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ nhất: Đó là các dạng phá
hoại dẫn đến làm mất khả năng chịu tải của các cấu kiện hoặc dẫn đến sự
bất lợi hoàn toàn cho việc khai thác công trình. Các dạng phá hoại như
thế liên quan đến mất ổn định về hình dạng và vị trí, xuất hiện sự chảy
dẻo của vật liệu, mở rộng vết nứt quá mức,…
Các trạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ hai: đó là các trạng thái gây
khó khăn cho việc khai thác bình thường các công trình và được đặc
trưng bởi các biến dạng, chuyển vị tịnh tiến và xoay không cho phép của
công trình, các dao động, sự hình thành vết nứt,…
Điều kiện để không xảy ra trạng thái giới hạn có thể được viết dưới
dạng sau đây [7]:
+ Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất
17

)(),,,(
piRadcpiFn
RbmmnFak Ψ≤Ψ
,
(1.1)
nghĩa là, nội lực trong kết cấu không được vượt quá khả năng chịu tải;
+ Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ hai
CmmnRbFak

/n
m
, trong
đó: n
m
– hệ số độ tin cậy về vật liệu; R
n
– giá trị cường độ tiêu chuẩn của
vật liệu; k
n
– hệ số độ tin cậy về tính chất quan trọng của kết cấu; n
c
– hệ
số tổ hợp tải trọng; m
d
– hệ số điều kiện làm việc; m
a
– hệ số độ chính
xác do công nghệ; C – hằng số, được cho trước đối với một số trạng thái
giới hạn (về độ võng, bề rộng vết nứt,…); a
i
– hàm các tham số kích
thước của kết cấu; b
i
– hàm các tham số của mặt cắt ngang các cấu kiện,
…
Phương pháp các trạng thái giới hạn là thành tựu to lớn của loài
người trong quá trình hoàn thiện các phương pháp tính toán các kết cấu
xây dựng. Việc áp dụng phương pháp các trạng thái giới hạn cho phép
xét đến sự làm việc đặc thù của các kết cấu khác nhau, và ở mức độ nào

– đó là độ tin cậy của kết cấu [7]. Khái niệm độ tin cậy bao hàm lượng
thông tin rất lớn. Tuy nhiên, người ta coi đặc trưng cơ bản của độ tin cậy
của công trình là xác suất làm việc an toàn (không có sự cố) của nó trong
một thời hạn khai thác xác định. Sự cố là biến cố ngẫu nhiên phá hoại
19
khả năng làm việc của cấu kiện hoặc của hệ thống. Khái niệm sự cố rất
gần với khái niệm trạng thái giới hạn trong tính toán tiền định, vì thế có
thể coi điều kiện làm việc không xảy ra các sự cố trùng với điều kiện
không xảy ra các trạng thái giới hạn của kết cấu, các trạng thái giới hạn
này đã được thiết lập bởi các tài liệu tiêu chuẩn hiện hành [7, 9].
Các phương pháp tính toán công trình theo độ tin cậy, khi coi các
tham số tính toán của kết cấu và tải trọng là các đại lượng ngẫu nhiên,
cho ta biết được một cách định lượng khả năng xảy ra trạng thái phá hoại
của kết cấu, do đó có thể giữ cho khả năng xảy ra phá hoại ở dưới một
giá trị cho phép. Nói cách khác, có thể điều khiển xác suất làm việc an
toàn của công trình ở trên một mức giới hạn nào đó trong một khoảng
thời gian xác định [9].
Theo tác giả [7], việc nghiên cứu đồng thời phân bố của tải trọng S
và độ bền hay khả năng chịu tải R lần đầu tiên đã được Streletsky N. X.
tiến hành. Các đường cong phân bố của độ bền kết cấu và tải trọng tác
dụng có thể được thể hiện như trên hình 1.5. Ký hiệu giá trị trung bình
hoặc kỳ vọng toán của độ bền kết cấu là
R
, độ lệch chuẩn –
R
σ
. Đối với
tải trọng, tương tự ký hiệu là
S
và

,
(1.3)
ở đây ω
1
, ω
2
– là xác suất xuất hiện các biến cố nói trên (hình 1.6), được
xác định theo các công thức sau:
ω
1
=
∫
∞
0
;)(
S
dSSp
ω
2
=
∫
0
0
)(
R
dRRp
.
Hình 1.6. Sự giao nhau của các đường cong phân bố độ bền và tải trọng
[7].
Rõ ràng, “đảm bảo không phá hoại” là đại lượng đơn giản và trực

ω
1
ω
2
p(S)
p(R)
Hình 1.7. Dẫn xuất “đặc trưng an toàn” của Rgianitsưn A. R.
Kỳ vọng toán và phương sai đối với phân bố
Ψ
được biểu thị qua
các đặc trưng tương ứng của phân bố tải trọng và độ bền
,SR −=Ψ

(1.5)

222
SR
σσσ
+=
Ψ
,
(1.6)
ở đây
SR,,Ψ
− kỳ vọng toán của các phân bố tương ứng;
222
,,
SR
σσσ
Ψ

)(
γ
γ
Φ−=ΨΨ=
∫
∞−
dpQ

(1.8)
22
ở đây
∫
−=Φ
γ
γ
γ
π
γ
0
2
)
2
exp(
2
1
)( d
là hàm Laplax, các giá trị của nó đã được
lập thành bảng.
Trong Tiêu chuẩn của Trung Quốc [21] và của Nhật Bản năm 2007
[23], người ta đều gọi “đặc trưng an toàn”

β
= 2,04
÷
3,60; đối với các công trình rất
quan trọng, như lò phản ứng hạt nhân, chỉ số
a
β
được lấy bằng 5
÷
6.
Bảng 1.1. Mức độ an toàn của công trình theo Tiêu chuẩn Trung
Quốc.
Đặc trưng
phá
Cấp an toàn
Cấp I
(Rất nghiêm trọng)
Cấp II
( Nghiêm trọng)
Cấp III
(Không nghiêm
trọng)
23
β
(chỉ số
độ tin
cậy)
P
S
(xác suất an

≤
P
fa
Xác suất sự cố
Mô phỏng theo
Monte Carlo
2
a
ββ
≥
Chỉ số độ tin
cậy
Tiêu chuẩn này
1
kSkR
SR
γγ
≥
Các hệ số an
toàn bộ phận
Phương pháp thiết
kế theo trạng thái
giới hạn
Từ năm 1986 ở Liên Xô cũ việc tính toán thiết kế các công trình
cảng theo lý thuyết độ tin cậy đã được thực hiện theo mức 3 [7, 19].
Người ta xác định không phải xác suất sự cố mà là xác suất ngược với nó
về ý nghĩa, đó là xác suất làm việc không xảy ra sự cố (xác suất làm việc
an toàn) của các cấu kiện chịu tải và của cả công trình nói chung.
Một trong những vấn đề quan trọng, được đặc biệt chú ý khi thiết
kế, thi công và khai thác các công trình là ổn định của chúng. Trong