Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học giao thông vận tải
VI KHONE SAY NHA VONG
tự động hóa tính toán thiết kế,
lựa chọn tờng chắn đất hợp lý trong xây
dựng đờng ôtô ở chdcnd lào Chuyên ngành : Xây dựng đờng ô tô và đờng thành phố
Mã số : 62.58.30.01
Luận án đ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Bộ môn
Họp tại: Trờng Đại học Giao thông Vận tải
Vào hồi 8 giờ 30' ngày 25 tháng 03 năm 2011
- 1 -
Mở đầu
1. Đặt vấn đề
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với nền đờng là sự ổn định toàn khối. Sự ổn
định này không những phải đảm bảo đợc trong quá trình thi công mà còn cả trong quá
trình khai thác, nhất là các tuyến đờng đi qua khu vực miền núi. Công tác thiết kế đảm
bảo ổn định taluy nền đờng chiếm một vai trò quan trọng, khối lợng công việc lớn, do
vậy chi phí thờng rất lớn.
Hiện tợng sụt trợt taluy nền đờng đợc con ngời biết đến từ rất lâu. Các giải
pháp phòng chống đảm bảo ổn định cho các công trình cũng rất đa dạng. Tuy nhiên hiện
tợng này luôn mang tính thời sự bởi tính bất ngờ cùng với những hậu quả nghiêm trọng
khi nó xảy ra. Hàng năm có rất nhiều vụ sụt trợt xảy ra và hậu quả do chúng để lại
thờng gây ra tổn thất lớn nh: thiệt hại về ngời, gây h hỏng các công trình, đình trệ
các quá trình sản xuất, lu thông, do vậy gây lng phí về thời gian và tiền của.
Nớc CHDCND Lào là nớc thuộc miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ chênh
lệch cao, ma nhiều, một số vùng có lợng ma lớn và không đều trong năm. CHDCND
Lào có diện tích phần lớn là đồi núi, có địa hình dốc, phân cắt mạnh và địa chất có cấu
trúc phức tạp. Khi các tuyến đờng cắt qua khu vực miền núi đến mùa ma thờng
xuyên phải đối mặt với những hiện tợng sạt lở taluy nền đờng, nhất là ở khu vực có
hoạt động của nớc mặt và nớc ngầm diễn ra mnh liệt.
Nhng trong thời gian qua, giải pháp phòng chống sụt lở taluy nền đờng trên các
tuyến đờng ô tô ở Lào đa số mang tính chất đề xuất phơng án xử lý khắc phục khẩn
CHDCND Lào mà nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn là cần thiết. Kết quả nghiên cứu
nhằm góp phần giải quyết các vấn đề nêu trên và áp dụng vào thực tế trong việc xây
dựng giao thông ở đất nớc mình.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu các dạng phá hoại kết cấu tờng chắn tại Lào.
- Nghiên cứu các phơng pháp tính kết cấu tờng chắn hiện có, từ đó lựa chọn
phơng pháp tính hợp lý cho kết cấu tờng chắn.
- Nghiên cứu và phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát để tính kết cấu
tờng chắn (đặc biệt bài toán trợt sâu).
- Xây dựng chơng trình tính kết cấu tờng chắn trên máy tính.
- ứng dụng chơng trình tính kết cấu tờng chắn tối u hoá kết cấu tờng chắn
trọng lực.
3. Phạm vi nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tính toán kết cấu tờng chắn trọng lực có xét đến khả năng chống lật
của tờng chắn, khả năng chịu tải của đất nền và bài toán trợt sâu.
- Cha xét đến ảnh hởng của mực nớc ngầm, kết cấu tờng chắn có gia cờng
neo, gia cờng vải địa kỹ thuật
4. Phơng pháp nghiên cứu của luận án
- Khảo sát, thu thập, phân tích đánh giá số liệu, thông tin thực tế.
- Nghiên cứu lý thuyết và kết hợp lập trình tính trên máy tính.
5. Cấu trúc của luận án
Mở đầu.
Chơng 1: Khái quát về đặc điểm điều kiện tự nhiên, thực trạng mạng lới giao
thông, tình hình áp dụng kết cấu tờng chắn đất ở Lào và một số loại hình tờng chắn
đất điển hình.
Chơng 2: Tổng quan về các phơng pháp tính toán tờng chắn đất.
Chơng 3: Phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát, tính áp lực đất lên
tờng chắn và ổn định trợt sâu kết cấu tờng chắn trọng lực.
Chơng 4: Tối u hóa tính toán lựa chọn kết cấu tờng chắn trọng lực hợp lý.
Hình 1.10 - Một số loại tờng chắn bị h hỏng do trợt sâu ở Lào.
- 5 -
1.5 Tổng quan về tờng chắn đất điển hình
1.5.1 Tờng chắn trọng lực
1.5.2 Tờng mỏng bê tông cốt thép
1.5.3 Tờng chắn đất có cốt
1.6 Kết luận chơng 1
Chơng 2:
tổng quan về CáC phơng pháp tính toán
tờng chắn đất
2.1 Tổng quan về phơng pháp tính toán tờng chắn đất
Về nguyên tắc tính toán tờng chắn đất, đối với mỗi một loại tờng chắn, tuỳ theo
kết cấu và khả năng chịu lực mà có các phạm vi áp dụng khác nhau. Tuy nhiên, tất cả
các tính toán tờng chắn đều phải qua 3 bớc cơ bản, đó là :
- Bớc 1 : Tính toán xác định áp lực đất lên tờng chắn.
- Bớc 2 : Tính toán thiết kế kích thớc tờng chắn trên cơ sở kiểm toán 4 điều kiện
về độ bền của thân tờng, độ ổn định chống lật và chống trợt phẳng của tờng (kết cấu)
và độ ổn định của nền móng chân tờng dới tác động do áp lực đất đá và tải trọng
ngoài, kể cả động đất (nếu có) gây ra.
- Bớc 3 : Kiểm toán ổn định của toàn bộ công trình tờng chắn với sự ổn định
chung của nền đờng và mái dốc.
2.2 Tổng quan về các phơng pháp tính ổn định trợt sâu
2.2.1 Nhóm phơng pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng
2.2.2 Nhóm phơng pháp cân bằng giới hạn
2.3 Nhận xét chung
- Các phơng pháp tính toán tờng chắn truyền thống cho phép tính áp lực đất khá tốt
V
1
H
1
H
n+1
V
n+1
1
2
i
n
1
2n
+1Hình 3.1 - Sơ đồ các khối trợt trong GLEM.
Đặc điểm chính của GLEM là:
1). Lăng thể trợt đợc chia thành những khối trợt dạng tứ giác và tam giác. Các
- Ưu điểm là phơng pháp luận phù hợp với kết
quả của phơng pháp đờng trợt.
- Nhợc điểm là phơng pháp luận cha phù hợp với
phơng pháp đờng trợt.
- Nhợc điểm là việc tính toán phức tạp, khối
lợng tính toán lớn.
- 7 -
Phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát có thể áp dụng để giải tất cả các bài toán trạng
thái giới hạn của kết cấu địa kỹ thuật trong đó bao gồm tính toán ổn định mái dốc, sức
chịu tải của nền đờng và áp lực tờng chắn Các điều kiện biên có thể thay đổi, mái
dốc có thể phải xếp tải thêm Do đó, tác giả luận án quyết định nghiên cứu phơng
pháp cân bằng giới hạn tổng quát và áp dụng vào tính toán ổn định trợt sâu tờng chắn
đất trọng lực.
3.1.2 Mô hình tính và các phơng trình cơ bản trong phơng pháp cân bằng
giới hạn tổng quát
3.1.2.1 Mô hình tính trong phơng pháp GLEM
3.1.2.2 Các phơng trình cơ bản trong phơng pháp GLEM
Xét các lực tác dụng lên khối trợt thứ i (i = 1ữn), (xem hình 3.3).
i
i-1
P
i
P
- lực tiếp tuyến trên mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1.
i
,
i+1
- góc nghiêng của mặt phẳng giữa khối thứ i và thứ i+1 so với mặt
phẳng nằm ngang.
N
i
- lực pháp tuyến trên mặt phẳng thứ i của mặt trợt chính.
T
i
- lực tiếp tuyến trên mặt phẳng thứ i của mặt trợt chính.
Sự cân bằng của khối thứ i đợc chỉ ra, (xem hình 3.3), bao quanh bởi mặt phẳng
đáy thứ i, mặt phẳng giữa khối thứ i và i+1, đợc lập thành công thức sau:
<Điều kiện cân bằng của khối>
- Chiếu tất cả các lực tác dụng lên khối trợt theo phơng pháp tuyến của mặt
phẳng đáy ta có:
iiiiiiiiiii
NVHVHW =++
++++ 1111
sincossincoscos
(3-1)
- 8 -
- Chiếu tất cả các lực tác dụng lên khối trợt theo phơng tiếp tuyến của mặt phẳng
đáy ta có:
iiiiiiiiiii
TVHVHW =++
i
iii
i
Fs
cRtgHm
V
)(
+
=
(3-4)
1 1 1
1
( )
i i i
i
i
m H tg cR
V
Fs
+ + +
+
+
=
(3-5)
Trong đó:
c và - cờng độ lực dính và góc ma sát trong của đất.
W
i
- trọng lợng của khối thứ i.
i
= 1.
3.1.3 Thiết lập bài toán và phơng pháp giải trong GLEM
3.1.3.1 Thiết lập bài toán trong GLEM
Khi một lăng thể trợt, (xem hình 3.2) đợc xem xét cho bài toán mái dốc, lực
pháp tuyến và tiếp tuyến trên mặt phẳng giữa khối đầu tiên (H
1
và V
1
) đợc đa vào nh
tải trọng ngoài, còn lực pháp tuyến và tiếp tuyến trên đỉnh mái dốc của khối thứ n+1
(H
n+1
và V
n+1
) nh lực tác dụng xuống mặt nền đỉnh, hệ số ổn định mặt phẳng giữa khối
Fs
i
và hệ số ổn định mặt phẳng đáy khối Fs là hệ số cần tìm.
Số khối trợt là n, số mặt phẳng đáy khối trên đó hệ số ổn định chung đợc xác
định là n, số mặt phẳng giữa khối trên đó hệ số ổn định đợc xác định là n-1.
- 9 -
3.1.3.2 So sánh số phơng trình và số ẩn
Bảng 3.2 - So sánh số phơng trình và số ẩn trong bài toán ổn định mái dốc.
Phơng trình
ẩn số
Điều kiện cân bằng:
- Theo hớng N
i
in-1
n-1
Hệ số ổn định:
- Trên mặt phẳng đáy khối Fs
- Trên mặt phẳng giữa khối Fs
i1
n-1
Tổng cộng 4n-1 5n-2
Trong bảng 3.2 cho thấy đây là bài toán siêu tĩnh, số ẩn lớn hơn số phơng trình.
Để giải hệ phơng trình trên ta có thể giả định với một trong hai trờng hợp sau:
- Trờng hợp thứ nhất: Giả định giống với phơng pháp cân bằng giới hạn truyền
thống coi khối trợt là vật thể nguyên khối, điều đó có nghĩa là hệ số ổn định Fs
i
đợc
giả định bằng vô cùng lớn và hiện tợng phá hoại trợt dẻo chỉ xảy ra trên mặt trợt
chính (mặt phẳng đáy khối). Nh vậy ta có số phơng trình bằng số ẩn là (4n-1), nh
vậy chúng ta hoàn toàn giải đợc phơng trình trên và sẽ tìm đợc giá trị Fs=Fs
min
.
- Trờng hợp thứ hai: Khi mái dốc phá hoại, hiện tợng phá hoại trợt dẻo không
những xảy ra trên mặt phẳng đáy khối mà còn xảy ra trên các mặt trong khối. Giả định
này phù hợp với lý thuyết đờng trợt. Điều đó có nghĩa là Fs=Fs
h
fff
ggg
h
ff
g
h
f
H
nn
nn
nn
nn
n
nn
n
n
n
n
L
K
L
K
L
(3-16)
Phơng trình (3-16) chính là phơng trình cân bằng giới hạn tổng quát (phơng
trình chìa khoá) mà sẽ hình thành quan hệ giữa các đại lợng H
1
; H
[
]
- sai số cho phép.
dx - số gia đủ nhỏ (không đợc lấy nhỏ hơn sai số cho phép).
- 10 -
n - số lợng khối chia.
0
i
X
- giá trị các biến của hệ phơng trình khối trợt ban đầu. Với:
{
}
( )
( ) ( ) ( ){ }
T
n
T
i
nnn
mi
RRRYPYPYPXPXPXP
xxxxX
0000000000
1
00
1
0000
1
n
T
i
nnn
mi
RRRYPYPYPXPXPXP
xxxxX
0000000000
1
00
1
0000
1
0
1211211212
2
, ,,,, ,,,, ,,,, ,,
, ,, ,,
+++
=
=
+
Giải hệ phơng trình (3-28) tính đợc số gia
0
i
X
ban đầu
Bớc 3: Tính giá trị các biến mới
Bớc 6: So sánh
- Nếu
[
]
thì dừng quá trình tính toán. Giá trị
1
min
FsFs =
.
- Nếu
[
]
>
thì quay lại quá trình lặp lấy
10
ii
XX =
3.2 Phát triển GLEM tính tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất
3.2.1 Phát triển GLEM tính toán áp lực đất chủ động lên tờng chắn trong trờng
hợp đất đồng nhất
3.2.1.1 Mô hình tính và các phơng trình tính áp lực đất chủ động lên tờng chắn
trong trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
n+1
P
R
2
R
n
i
1
i
2
1
Hình 3.9 - Sơ đồ khối chia trờng hợp tính áp lực đất chủ động bằng GLEM.
- 11 -
- Các phơng trình tính áp lực đất chủ động lên tờng chắn trong trờng hợp
đất đồng nhất bằng GLEM:
i
i+1
- Theo phơng T
in
n
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến
N
i
- Lực tiếp tuyến T
in
n
Điều kiện phá hoại:
- Trên mặt phẳng đáy khối
- Trên mặt phẳng giữa khối
n
n
Lực trên mặt phẳng giữa khối:
- Lực pháp tuyến H
i
- Lực tiếp tuyến V
i
3.2.1.4 Thuật toán tối u hóa tính toán áp lực đất chủ động E
ax
Bớc 1. Cho các giá trị ban đầu:
[
]
- sai số cho phép.
dx - số gia đủ nhỏ (không đợc lấy nhỏ hơn sai số cho phép).
n - số lợng khối chia.
0
i
X
- giá trị các biến của hệ phơng trình khối trợt ban đầu.
- 12 -
0 0 0 0 0
1 2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1
{ , , , , , }
{( , , , ),( , , , ),( , , , ),( , , , )}
T
i i m
T
n n n n
X x x x x
XP XP XP YP YP YP R R R
+ + + +
=
=
=
Giải hệ phơng trình (3-28) tính đợc
0
i
X
.
Bớc 3. Tính giá trị các biến
1
i
X
.
001
iii
XXX =
Giải phơng trình (3-30) ta tính đợc giá trị áp lực đất chủ động
1
ax
E
với
1
i
X
mới và
có mặt trợt mới.
Bớc 4: Tính sai số
.
3.2.2 Phát triển GLEM tính toán áp lực đất bị động lên tờng chắn trờng hợp đất
đồng nhất
3.2.2.1 Mô hình tính và phơng trình tính áp lực đất bị động lên tờng chắn trờng
hợp đất đồng nhất bằng GLEM
3.2.2.2 Thiết lập bài toán và phơng pháp giải bài toán tính áp lực đất bị động theo
GLEM
- Thiết lập bài toán tính áp lực đất bị động lên tờng chắn trong trờng hợp đất
đồng nhất theo GLEM:
- So sánh số phơng trình và số ẩn:
Số phơng trình và số ẩn đợc tổng hợp trên bảng 3.4 dới đây:
Bảng 3.4 - So sánh số phơng trình và số ẩn trờng hợp tính áp lực đất bị động.
Phơng trình Số ẩn
Điều kiện cân bằng:
- Theo phơng N
i
- Theo phơng T
in
n
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến
N
i
- Lực tiếp tuyến T
i
n n n n
px n n
n n n n
f f f f f ff f f
E h h h h H
g g g g g g g g g g g g
+
= + + + + +
K K
L
K K
(3-35)
3.2.2.3 Nguyên tắc xác định mặt trợt nguy hiểm trong bài toán tính áp lực đất bị
động bằng GLEM
3.2.2.4 Thuật toán tối u hóa tính toán áp lực đất bị động E
px
Bớc 1. Cho các giá trị ban đầu:
[
]
- sai số cho phép.
dx - số gia đủ nhỏ (không đợc lấy nhỏ hơn sai số cho phép).
n - số lợng khối chia.
0
i
0
i
X
.
0 0 0 0 0
1 2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1
{ , , , , , }
{( , , , ),( , , , ),( , , , ),( , , , )}
T
i i m
T
n n n n
X x x x x
XP XP XP YP YP YP R R R
+ + + +
=
=
Giải hệ phơng trình (3-28) tính đợc
0
i
X
.
Bớc 3. Tính giá trị các biến
1
i
X
.
[
]
thì dừng quá trình tính toán. Giá trị
1
px px
E E
=
.
- Nếu
[
]
>
thì quay lại quá trình lặp bớc 1 tính lại
10
ii
XX =
.
3.2.3 Phơng pháp tính toán ổn định lật của tờng chắn trọng lực trong trờng hợp
đất đồng nhất bằng GLEM
- 14 -
01
số này không đợc nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép [K] đợc xác định theo công thức
nh sau:
K
0
= =
ktc w ay x
ax y
W .a E .a
[ K ]
E .a
+
Mụmen gi
Mụmen gõy l
t
(3-47)
3.3 Phát triển phơng pháp cân bằng giới hạn tổng quát tính toán ổn định trợt
sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất
Để tính toán ổn định trợt sâu của tờng chắn trọng lực, tác giả luận án đ nghiên
cứu và phát triển GLEM vào tính toán ổn định trợt sâu tờng chắn thông qua hệ số ổn
định trong 3 trờng hợp nh sau:
- Trờng hợp 1: Tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp mặt
trợt chính trợt ở đáy móng tờng.
- Trờng hợp 2: Tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp mặt
i
i+1
i
2
R
n
R
i+1
0
R
i
n
R
1
1
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót móng tờng chắn:
P
3
P
1
P
2ii+1
i
i+1
i
2
i
R
n+1
R
n
P
n
P
n+1Hình 3.19 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt qua góc gót móng tờng bằng GLEM.
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ:
P
3
P
1
P
2
R
2
R
3
3
P
i
q
i
R
n+1
R
n
P
n
P
n+1Hình 3.20 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
i+1W
iHình 3.21 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i trong trờng hợp tính
ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực.
3.3.2 Thiết lập bài toán và phơng pháp giải bài toán tính ổn định trợt sâu tờng
chắn trọng lực trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
- So sánh số phơng trình và số ẩn:
Bảng 3.5 - So sánh số phơng trình và số ẩn trong bài toán tính ổn định trợt sâu
tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất đồng nhất.
Phơng trình
ẩn số
Điều kiện cân bằng:
- Theo hớng N
i
- Theo hớng T
in
n
Lực trên mặt phẳng đáy khối:
- Lực pháp tuyến
i1
n-1
Tổng cộng 4n-1 5n-2
3.3.3 Nguyên tắc xác định mặt trợt nguy hiểm trong bài toán tính ổn định
trợt sâu tờng chắn trọng lực trờng hợp đất đồng nhất bằng GLEM
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy tờng chắn bằng GLEM:
i
2
R
n
R
i+1
R
i
n
R
1
1
,Y
1
X
2
,Y
2
X
3
,Y
3
X
i
,Y
i
X
i+1
,Y
i+1
X
n+1
,Y
n+1
X
n
,Y
n
Y
P
1
- 17 -
tối u hóa trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy tờng chắn trọng lực.
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót tờng chắn bằng GLEM:
Y
i
2
R
i+1
R
i
n
R
1
1
R
2
R
3
3
i
,Y
i
X
i+1
,Y
i+1
X
n+1
,Y
n+1
X
n
,
Y
n
Y
P
1
Y
P
2
Y
P
3
Y
P
i
X
Y
P
n+1
R
n
R
n+1Hình 3.23 - Sơ đồ tọa độ các điểm của khối trợt trong quá trình tối u hóa trờng
hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót tờng chắn.
- Trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ bằng GLEM:
Y
i
2
R
i+1
R
i
n
,Y
1
X
2
,Y
2
X
3
,Y
3
X
i
,Y
i
X
i+1
,Y
i+1
X
n+1
,Y
n+1
X
n
,Y
n
Y
P
1
X
P
n+1
Y
P
n
Y
P
n+1
R
n
R
n+1
S
nHình 3.24 - Sơ đồ tọa độ của các điểm khối trợt trong quá trình tối u hóa trờng
hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ.
3.4 Phát triển GLEM tính tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất nhiều lớp
3.4.1 Mô hình tính và các phơng trình cơ bản tính tờng chắn trọng lực trong
trờng hợp đất nhiều lớp bằng GLEM
- Mô hình tính áp lực đất lên tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất nhiều lớp:
P
1
P
2
R
1
2
i
Đất lớp k
n
W
tc
W
mt
R
iR
i+1
i
S
i
W
i+1
W
i
iHình 3.26 - Các lực tác dụng lên khối trợt thứ i trong tính áp lực đất chủ động
trờng hợp đất nhiều lớp bằng GLEM.
- Mô hình tính ổn định trợt sâu tờng chắn trọng lực trong trờng hợp đất
nhiều lớp:
1). Trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy tờng chắn:
P
1
P
2
R
i
R
i+1
R
n
S
1
S
2
S
i
S
n
i
P
i
P
n
R
1
2
1
n
R
2
R
3
R
i
R
i+1
S
1
S
2
S
i
mặt trợt chính trợt qua góc gót móng tờng bằng GLEM.
- 19 -
3). Trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ:
P
1
P
2
P
3
Đất lớp 1
R
1
2
1
n
R
2
R
P
n+1
R
n+1
Đất lớp 2
Đất lớp 3
Đất lớp k
S
n
S
i
Hình 3.31 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trợt sâu tờng chắn trờng hợp
mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ bằng GLEM.
Chơng 4: tối u hoá lựa chọn kết cấu tờng chắn
TRọNG LựC hợp lý
4.1 Nguyên tắc chung
+). Để quyết định lựa chọn dạng kết cấu tờng chắn hợp lý thì chúng ta phải căn cứ vào
các điều kiện sau đây:
- Căn cứ vào điều kiện địa chất.
- Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa mạo.
h
1
H
tc
F
m
F
tc
H
tt
b
2
b
1Hình 4.1 - Sơ đồ cấu tạo tờng chắn trọng lực.
4.3 Mô hình bài toán tối u hoá
4.3.1 Hàm mục tiêu
Đối với bài toán tối u hoá kích thớc hình học tờng chắn trọng lực có hàm mục
tiêu nh trong công thức (4.1).
f
klvl
(x
[
]
* ** ***
min 0 min min min
K Min K ,Fs ,Fs ,Fs K
= (4.2)
Trong đó:
0
K
- hệ số ổn định chống lật của tờng chắn quay quanh mũi chân tờng.
*
min
Fs
- hệ số ổn định nhỏ nhất trờng hợp mặt trợt chính trợt ở đáy móng
tờng.
**
min
Fs
- hệ số ổn định nhỏ nhất trờng hợp mặt trợt chính trợt qua góc gót
móng tờng.
***
min
Fs
- hệ số ổn định nhỏ nhất trờng hợp mặt trợt chính trợt sâu bất kỳ.
[
]
K
- hệ số ổn định cho phép theo quy trình.
Đối với điều kiện của Lào, NCS để nghị lấy giá trị của [K] nh sau:
[
và trọng lợng thể tích
đ=1,8 T/m
3
.
Giải bài toán 1
Tác giả luận án đá trình bày các bớc tính toán chi tiết bài toán 1 trong phụ lục 1
và hớng dẫn sử dụng chơng trình tính trong phụ lục 3 của luận án.
- 21 -
- Bảng so sánh kết quả tính toán giữa phơng pháp Coulomb và GLEM, (xem hình 4.5).
a
1
H s n ủnh H s n ủnh
(m) (ủ) (ủ)
c
1
c
2
a
2
a
0
h
1
h
2
7.5 0.50 0.40 1.98 2.88 1.00 1.00 7.14 2.88 10.02 15.71 6.34 22.04 14.2597 4.0889 1.5022 14.1620 4.0609 1.5100
6 10.0 0.50 0.40 2.25 3.15 1.00 1.00 7.94 3.15 11.09 17.48 6.93 24.40 14.2597 4.0889 1.8387 14.1620 4.0609 1.8485
7
5.0 0.50 0.40 1.98 2.88 1.00 1.00 7.15 2.88 10.03 15.73 6.34 22.07 15.2288 4.3668 1.4596 14.8390 4.2550 1.4876
8
7.5 0.50 0.40 2.25 3.15 1.00 1.00 7.94 3.15 11.09 17.48 6.93 24.40 15.2288 4.3668 1.7975 14.8390 4.2550 1.8330
9
10.0 0.50 0.40 2.52 3.42 1.00 1.00 8.75 3.42 12.16 19.25 7.52 26.76 15.2288 4.3668 2.1851 14.8390 4.2550 2.2294
10 5.0 0.50 0.40 1.55 2.45 1.00 1.00 6.15 2.45 8.60 13.53 5.39 18.92 11.8980 3.7514 1.1106 11.8137 3.7393 1.1127
11
7.5 0.50 0.40 1.81 2.71 1.00 1.00 6.94 2.71 9.66 15.28 5.97 21.25 11.8980 3.7514 1.3888 11.8137 3.7393 1.3916
12
10.0 0.50 0.40 2.08 2.98 1.00 1.00 7.75 2.98 10.73 17.05 6.56 23.61 11.8980 3.7514 1.7043 11.8137 3.7393 1.7078
13
5.0 0.50 0.40 1.81 2.71 1.00 1.00 6.94 2.71 9.66 15.28 5.97 21.25 12.7696 4.0262 1.3345 12.6786 3.9975 1.3413
14
7.5
0.50 0.40 2.08 2.98 1.00 1.00 7.74 2.98 10.72 17.03 6.56 23.58 12.7696 4.0262 1.6476 12.6786 3.9975 1.6564
15
10.0 0.50 0.40 2.35 3.25 1.00 1.00 8.54 3.25 11.79 18.80 7.15 25.94 12.7696 4.0262 2.0037 12.6786 3.9975 2.0146
16
5.0 0.50 0.40 2.08 2.98 1.00 1.00 7.75 2.98 10.73 17.05 6.56 23.61 13 7210 4.3262 1.6023 13.5460 4.2710 1.6336
17
7.5 0.50 0.40 2.35 3.25 1.00 1.00 8.54 3.25 11.79 18.80 7.15 25.94 13 7211 4.3262 1.9614 13.5460 4.2710 2.001
18
10.0
0.50 0.40 2.62 3.52 1.00 1.00 9.35 3.52 12.86 20.57 7.74 28.30 13 7212 4.3262 2.3721 13.5460 4.2710 2.4208
19
5.0 0.50 0.40 1.65 2.55 1.00 1.00 6.75 2.55 9.30 14.85 5.61 20.46 11.8980 3.7514 1.2320 11.8595 3.7393 1.2344
20
S TT
Kớch thc kt cu tng chn, (m)
Din tớch tng chn, (m
2
) Trng lng tng chn, (T/m
3
)
p lc ủt p lc ủt
H
tc
= 6 m
1
2
Hình 4.5 - Bảng thống kê và so sánh kết quả tính K
0
giữa phơng pháp Coulomb và GLEM.
4). Tổng hợp kết quả và lựa chọn kết cấu tờng chắn hợp lý
Theo bảng thống kê, (xem hình 4.12) đ đề xuất 27 phơng án và so sánh các kết quả tính đợc thì phơng án 26 có tổng
khối lợng vật liệu là nhỏ nhất so với các phơng án đều đạt yêu cầu về các điều kiện ổn định. Vậy phơng án 26 là phơng án
hợp lý nhất.
- 22 -
a
1
(m) (ủ) (ủ)
4 5.0 0.50 0.40 1.71 2.61 1.00 1.00 6.34 2.61 8.96 13.96 5.75 19.71 1.214
1.886
1.175 1.392 1.294 1.480
5 7.5 0.50 0.40 1.98 2.88 1.00 1.00 7.14 2.88 10.02 15.71 6.34 22.04 1.510 2.025 1.212 1.433 1.330 1.534
6
10.0 0.50 0.40 2.25 3.15 1.00 1.00 7.94 3.15 11.09 17.48 6.93 24.40 1.849
2.167
1.252 1.474 1.365 1.543
7 5.0 0.50 0.40 1.98 2.88 1.00 1.00 7.15 2.88 10.03 15.73 6.34 22.07 1.488
1.976
1.219 1.436 1.334 1.526
8 7.5 0.50 0.40 2.25 3.15 1.00 1.00 7.94 3.15 11.09 17.48 6.93 24.40 1.833
2.098
1.258 1.478 1.369 1.543
9
10.0 0.50 0.40 2.52 3.42 1.00 1.00 8.75 3.42 12.16 19.25 7.52 26.76 2.229
2.199
1.298 1.520 1.405 1.583
10
5.0 0.50 0.40 1.55 2.45 1.00 1.00 6.15 2.45 8.60 13.53 5.39 18.92 1.113 1.870 1.134 1.367 1.269 1.453
11 7.5 0.50 0.40 1.81 2.71 1.00 1.00 6.94 2.71 9.66 15.28 5.97 21.25 1.392
1.957
1.187 1.406 1.305 1.497
12
10.0 0.50 0.40 2.08 2.98 1.00 1.00 7.75 2.98 10.73 17.05 6.56 23.61 1.708
2.081
1.224 1.447 1.342 1.541
13 5.0 0.50 0.40 1.81 2.71 1.00 1.00 6.94 2.71 9.66 15.28 5.97 21.25 1.341 1.896 1.193 1.409 1.309 1.497
14 7.5 0.50 0.40 2.08 2.98 1.00 1.00 7.74 2.98 10.72 17.03 6.56 23.58 1.656
2.035
1.305 1.509 1.396 1.580
25
5.0 0.50 0.40 2.18 3.08 1.00 1.00 8.35 3.08 11.43 18.37 6.78 25.15 1.769 2.002 1.272 1.471 1.364 1.541
26 7.5 0.50 0.40 2.45 3.35 1.00 1.00 9.14 3.35 12.49 20.12 7.37 27.48 2.155
2.142
1.312 1.514 1.400 1.580
27
10.0 0.50 0.40 2.72 3.62 1.00 1.00 9.95 3.62 13.56 21.89 7.96 29.84 2.594
2.254
1.352 1.554 1.435 1.591
0.5
5.0
7.5
10.0
5.0
7.5
10.0
Bng thng kờ v so sỏnh kt qu tớnh toỏn
H
tc
= 6 m
S TT
0.4
0.6
5.0
Kớch thc (m)
Din tớch (m
2
) Trng lng (T/m
3
***
min
F
*
min
F
***
med
F
**
med
F
Hình 4.12 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán và so sánh để lựa chọn phơng án hợp lý nhất.
4.4.2 Bài toán 2: tính toán, lựa chọn kết cấu tờng chắn trọng lực hợp lý cho trờng hợp đất nhiều lớp
Giả sử, tính toán thiết kế tờng chắn trọng lực cho taluy đất đào cao 6m, gồm có 4 lớp đất, mỗi lớp có tính chất cơ lý khác
nhau, đặt tên lớp theo thứ tự 1ữ4 tính từ trên xuống dới nh sau:
- Lớp mặt trên cùng nghiêng một góc
0
dl0
35
=
,
- Lớp thứ 1: có chiều cao
dl1
H 1m
=
, góc nghiêng đáy
0
=
, góc ma sát trong
0
dl2
31
=
, cờng độ lực dính
dl2
c 0.34
=
T/m
2
và trọng lợng thể tích
dl2
1,65
=
T/m
3
.
- Lớp thứ 3: có chiều cao
dl3
H 4m
=
, góc nghiêng đáy
0
dl3
0
=
, góc ma sát trong
1,9
=
T/m
3
.
Giải bài toán 2:
Tác giả luận án đá trình bày các bớc tính toán chi tiết bài toán 2 trong phụ lục 2 và hớng dẫn sử dụng chơng trình tính
trong phụ lục 3 của luận án.
4). Tổng hợp kết quả và lựa chọn kết cấu tờng chắn hợp lý
Theo bảng thống kê, (xem hình 4.21) để xuất 15 phơng án và so sánh các kết quả tính đợc thì phơng án 10 có khối lợng vật
liệu nhỏ nhất so với các phơng án đều đạt yêu cầu về các điều kiện ổn định. Vậy phơng án 10 là phơng án hợp lý nhất.
Hình 4.21 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán và so sánh để lựa chọn phơng án hợp lý.
Copyright: Tài liệu đại học ©