Nội dung

i BÔ Ề Ó ỊA KỸ THU T TRONG CÁC NG BẰNG V NG Ô TÔ Ở VIỆT NAM CÔNG TRÌNH XÂY DỰ Chuyên ngành: XÂY DỰN Mã số: 62.58.30.01 ẮP ƯỜN Ô Ô V ƯỜNG THÀNH PHỐ LU N ÁN TIẾN SỸ KỸ THU T N ƯỜI Ư N 1. 2. ẪN V V 2014 N ỨC SỸ N ii L M ôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Huỳnh Ngọc Hào iii L IC M Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến iáo sư, iến sỹ Vũ ình hụng – Người Thầy hướng dẫn đã tận tâm, tận tình giúp cho tác giả hoàn thành luận án đúng thời gian. Tác giả xin trân trọng biết ơn iến sỹ Vũ ức Sỹ - Thầy hướng dẫn đã giúp đỡ tận tình, tạo mọi thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn hăm; rần Thị im Bùi Xuân ậy, ăng và tập thể Bộ môn Lã Văn ường Bộ đã có những đóng góp quý báu và quan tâm, giúp đỡ, tạo thuận lợi cho tác giả trong quá trình làm nghiên cứu sinh. Tác giả xin trân trọng cảm ơn rường hầy Hiệu ại học Giao thông Vận tải, hòng rưởng, Ban Giám Hiệu - ào tạo au đại học đã giúp tác giả hoàn thiện các thủ tục, tổ chức báo cáo luận án đúng thời gian. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học từ iáo sư, hó iáo sư, iến sỹ và các rường ại học Giao thông Vận tải, ại học Xây Dựng, ại học Thủy lợi, Học viện Kỹ thuật Quân sự, ại học Kiến trúc Hà Nội, ại học Duy Tân, ại học Bách Khoa à Nẵng, ại học Kiến rúc à Nẵng, ại học Bách Khoa Tp.HCM, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, Hội Cầu đường Việt Nam, ại học Bang California-Fullerton đã có những đóng góp, giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ba, Mẹ, gia đình, người thân và xin chân thành cảm ơn thầy, cô, bạn đồng nghiệp đã chia sẻ, động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu này. Tác giả luận án iv MỤC LỤC 1. 2. 3. 4. 5. 6. MỞ ẦU…………………………………………………… 1 Giới thiệu công trình nghiên cứu…………………………… Lý do lựa chọn đề tài………………………………………… Mục đích……………………………………………………… ối tượng nghiên cứu……………………………………… Phạm vi nghiên cứu………………………………………… Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài…………………… 1 1 1 1 2 2 ƯƠN 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ D N V ƯƠN PHÁP TÍNH TOÁN NỀN Ắ ƯỜNG VẢ ỊA KỸ THUẬT 1.1 Các nghiên cứu sử dụng và tính toán nền đắp gia cường vải địa kỹ thuật trong và ngoài nước…………………………… 1.1.1 3 Lịch sử phát triển và sử dụng vải địa kỹ thuật……………… 3 3 1.1.1.1 Giới thiệu chung……………………………………………… 3 1.1.1.2 Phân loại vải địa kỹ thuật…………………………………… 4 1.1.1.3 Một số tiêu chí đánh giá vải địa kỹ thuật…………………… 5 1.1.1.4 Các chức năng của vải địa kỹ thuật………………………… 5 1.1.1.5 Một số công trình xây dựng sử dụng vải địa kỹ thuật ở V.Nam 9 1.1.2 ác phương pháp tính toán nền đắp gia cường vải địa kỹ thuật ở trong và ngoài nước hiện nay 1.1.2.1 hương pháp giải tích tính nền đắp có cốt trên nền đất yếu Nhận xét phương pháp giải tích tính nền đắp gia cường trên đất yếu 1.1.2.2 hương pháp giải tích tính nền đắp có cốt trên đất tự nhiên tốt Nhận xét các phương pháp giải tích 1.1.2.3 12 12 15 16 23 hương pháp số và các phần mềm tính toán 24 Nhận xét các phương pháp tính toán 27 1.2 Những vấn đề tồn tại mà luận án sẽ tập trung nghiên cứu…… 28 1.3 1.4 1.5 Mục tiêu của đề tài…………………………………………… Nội dung nghiên cứu………………………………………… hương pháp nghiên cứu…………………………………… 28 29 29 ƯƠN 2 MÔ N BẰNG CỐT MỀM VẢ ÍN B N NỀN Ấ ỊA KỸ THUẬT Ắ ƯỜNG 30 v 2.1 Mục đích và yêu cầu………………………………………… 30 2.1.1 Mục đích…………………………………………………… 30 2.1.2 Yêu cầu……………………………………………………… 30 2.2 Các tính chất của vải địa kỹ thuật…………………………… 31 2.2.1 Một số khái niệm về thuộc tính của vải địa kỹ thuật 31 2.2.2 ường quan hệ ứng suất – biến dạng của vải địa kỹ thuật… 33 2.2.3 Một số ví dụ xác định tính cơ lý của vải địa kỹ thuật……… 34 2.3 Xây dựng mô hình bài toán………………………………… 36 2.3.1 Một số giả thiết……………………………………………… 37 2.3.2 Xây dựng mô hình tính toán bài toán ổn định của nền đường đắp có cốt mềm theo phương pháp phần tử hữu hạn… 2.3.2.1 ác phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi……………… 37 38 hương trình cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn…… 39 2.3.2.3 Hệ số an toàn theo phương pháp giảm c-φ………………… 42 2.3.2.2 Nhận xét ƯƠN 3 XÂY B BẰN N NỀN ƯƠN 42 ỰN Ấ UẬ Ắ NV ƯỜN VẢ ƯƠN Ị Ỹ RN TÍNH UẬ 43 PTHH Xây dựng thuật toán………………………………………… 43 3.1.1 hần tử tấm tam giác……………………………………… 43 3.1.2 hần tử tấm tam giác đẳng tham số………………………… 44 3.1.3 Mô hình Mohr- oulomb…………………………………… 46 3.1 hần tử tiếp xúc……………………………………………… 50 3.1.4.1 Lý thuyết phần tử tiếp xúc…………………………………… 50 3.1.4.2 Mô hình phi tuyến tiếp xúc giữa vải địa kỹ thuật và đất nền… 52 hần tử vải địa kỹ thuật……………………………………… 52 3.1.5.1 Lý thuyết tính toán phần tử vải địa kỹ thuật………………… 52 3.1.5.2 Mô hình phi tuyến của phần tử vải địa kỹ thuật…………… 53 3.1.4 3.1.5 3.1.6 hân tích phi tuyến…………………………………………… 53 3.1.6.1 hương pháp Newton-Raphson (N-R)……………………… 54 3.1.6.2 hương pháp Newton-Raphson cải tiến……………………… 55 3.1.7 ơ đồ khối tổng quát chương trình…………………………… 55 3.2 Xây dựng chương trình tính ………………………………… 55 vi 3.2.1 Giới thiệu giao diện chương trình tính hnh_ress V1 00……… 55 3.2.2 Giới thiệu chương trình tính hnh_ress V1 00………………… 57 Kết luận chương 3 59 ƯƠN 4 Ự N V R N ỆM ÍN N NỀN XÂY ỰN ƯỜN Ắ ƯỜN 60 Ô Ô 4.1 Nền đường đắp trên đất tự nhiên tốt………………………… 60 4.1.1 Dữ liệu chung tính toán……………………………………… 60 4.1.2 Phân tích ổn định của nền đường đắp……………………… 62 4.1.2.1 Nền đắp cao 6m……………………………………………… 63 4.1.2.2 Nền đắp cao 8m……………………………………………… 64 4.1.2.3 Nền đắp cao 10m…………………………………………… 68 4.1.2.4 Nền đắp cao 12m…………………………………………… 72 4.1.3 Xây dựng biểu đồ tra V sử dụng trong nền đắp cao…… 75 4.2 Nền đường đắp trên đất yếu………………………………… 77 4.3 Xác định dạng cung trượt mái dốc theo phương pháp xấp xỉ 80 4.3.1 hương mặt trượt 80 mặt trượtpháp mái xấp dốc xỉ …………………… Một số ví dụ vẽ đường biến dạng trượt và tính xấp xỉ mặttrượt 81 4.3.2 4.3.2.1 rường hợp nền đắp có gia cường vải địa kỹ thuật 81 4.3.22 rường hợp nền đắp không gia cường vải địa kỹ thuật 85 4.4 Xây dựng công thức tính toán lực căng ( 4.4.1 Lực trong phân mảnh cho mặt trượt trụ tròn trongcăng nền V đắp……………………………………… Xây dựng công thức tính toán lực căng vải địa kỹ thuật (Tmax) 88 96 4.5.1 Xác ảnh hưởng của độ cứnghạn vđkt (EA) hệ số an toàn bằngđịnh phương pháp phần tử hữu theo mặtđến trượt Ellipse… Xây dựng biểu thức xác định độ cứng vđkt (EA) ảnh hưởng ổn định nền đắp…………………………………… 4.5.2 đến hệ số an toàn ổn định……………………… Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số an toàn ổn định…… 4.5.3 Biểu đồ quan hệ ảnh hưởng của độ cứng (EAg), cường độ Tmax 4.6 vđkt và mô đun đàn hồi đất nền (Es) đến an toàn ổn định o sánh khảnăng đứt và tuột cốt V ảnh hưởng đến antoàn 105 4.4.2 4.5 4.7 4.8 max) các lớp V sánh nền kết quả trên chương trình hnh_ress và plaxis ổno định đắp chạy gia cường Kết quả nghiên cứu chương 4……………………………… Ế LUẬN V ẾN N Ị 88 89 96 99 104 106 110 112 vii MỤC LỤC HÌNH VẼ Ồ THỊ ƯƠN 1 Hình 1.1 V ình 1 2 V gia cường, đoạn qua cầu Xương iang – Bắc Giang 4 trong mái dốc Bukit Panggal Mosque, Tutong, Brunei 6 Quốc……………………………………………………… ình 1 3 V tường chắn Arca Budaya, Kuala Lumpur, Malaysia. 6 ình 1 4 V trong đường đê unarbhava, West Bengal, Ấn ộ 6 ình 1 5 V gia cường nền nhà dân dụng 6 ình 1 6 V làm tường chắn, hánh ương, ỉnh Cam Túc, TQ 7 ình 1 7 V với chức năng làm tường chắn đất 7 ình 1 8 V ường chắn Novotel Hotel, Patong, Phuket, Thailand 7 ình 1 9 V tiêu, thoát nước đường cao tốc Nam Carolina, Hoa Kỳ 7 ình 1 10 V sử dụng ở hào bố trí ống dẫn nước (Australia) 8 ình 1 11 V sử dụng với chức năng vật liệu thấm ( ảo Solomon) 8 làm chức năng phân cách 9 ình 1 13 V gia cố mái dốc 9 ình 1 14 V làm chức năng lọc 9 làm lớp phân cách và bảo vệ 9 chức năng tiêu thoát nước 9 Hình 1.12 V Hình 1.15 V ình 1 16 V Hình 1.17 Mặt cắt ngang mở rộng QL5, V Hình 1.18 V ình 1 19 V làm lớp ngăn cách 10 được dùng ở bãi rác Tam Tân, Củ Chi, TP.HCM 10 sử dụng ở bãi rác Bố Trạch, Quảng Bình 10 Hình 1.20 hương pháp phân tích mặt trượt tròn để xác định lực kéo lớn 14 nhất yêu cầu đối với cốt tăng cường ở đáy nền đắp Hình 1.21 Chiều dài neo bám của cốt tại vị trí j dọc theo đáy nền đắp 14 ình 1 22 hương pháp khối nêm hai phần cho mái dốc có cốt 16 Hình 1.23 Sự phân bố gần đúng ứng suất xáo động với mỗi lớp cốt 18 Hình 1.24 ính toán trượt tròn theo phương pháp phân mảnh 19 Hình 1.25 Tính toán theo mặt trượt xoắn ốc logarit 22 ình 1 26 ính toán theo phương pháp trọng lực dính kết 23 viii Hình 1.27 Quan hệ ứng xử đất - vải địa kỹ thuật theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb ƯƠN 2 26 Hình 2.1 Ứng xử kéo của vđkt theo mô hình Robert M.Koerner 33 Hình 2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng của tiếp xúc vải địa kỹ thuật và 34 đất nền theo Robert M.Koerner Hình 2.3 ơ đồ tính không bố trí cốt (a) và có bố trí cốt (b) 37 ƯƠN 3 Hình 3.1 ình dạng của phần tử tam giác………………………… 43 Hình 3.2 hần tử tam giác 3 nút trong hệ tọa độ tổng thể và địa phương 44 Hình 3.3 hần tử tam giác 6 nút trong hệ tọa độ tổng thể và địa phương 45 iêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb trong k gian Ư chính 47 Hình 3.4 Hình 3.5 ình 3 6 Xác định góc ma sát trong và lực dính đơn vị…………… 49 Xác định góc giãn nở…………………………………… 50 Hình 3.7 hần tử tiếp xúc…………………………………………… 51 Hình 3.8 àm dạng của phần tử thanh chịu lực dọc trục………… 53 ình 3 9 hương pháp Newton-Raphson và Newton-Raphson cải tiến 54 ình 3 10 55 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 ơ đồ khối tổng quát chương trình tính bằng … ên và biểu tượng chương trình………………………… 56 hai báo quan hệ ứng suất – biến dạng của vải địa kỹ thuật 56 hai báo độ cứng(E của vải địa kỹ thuật g) theo đường ứng suất- biến dạng 56 Hình 3.14 Vẽ đường xấp xỉ mặt trượt Hình 3.15 Xác định sai số đường xấp xỉ mặt trượt Ellipse và trượt tròn 57 Hình 3.16 Xác định độ cứng cát tuyến theo ứng xử kéo của V 57 58 ƯƠN 4 Hình 4.1 ơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ………………… 61 Hình 4.2 Mô hình tải trọng xe tính toán…………………………… 62 Hình 4.3 Vị trí mặt trượt (nền đắp cao 6 m)……………………… 62 Hình 4.4 Vị trí mặt trượt khi có vải địa kỹ thuật (nền đắp cao 8 m) 63 Hình 4.5 Hình 4.6 ơ đồ biến dạng (4 lớp V , khoảng cách 0 5m)…… Mặt trượt (4 lớp vải địa kỹ thuật, khoảng cách 0 5m)…… 67 67 ix Hình 4.7 ơ đồ biến dạng (4 lớp V , khoảng cách 1 5m)…… 68 Hình 4.8 Mặt trượt (4 lớp vải địa kỹ thuật, khoảng cách 1 5m)…… Hình 4.9 Quan hệ giữa cường độ vải địa kỹ thuật và số lớp vải địa 76 68 Hình 4.10trongQuan hệ giữa vảiđắp địahệ kỹsố thuật và số1/1 lớp vải địa kỹ thuật nền đắp cao cường có 6m độ dưới mái dốc 76 Hình 4.11trongQuan hệ giữa vảiđắp địahệ kỹsố thuật lớp25vải địa kỹ thuật nền đắp cao cường có 6m độ dưới mái và dốcsố1/1 77 Hình 4.12trong ơnền đồ đắp hìnhcao họccókhi vải địa kỹ thuật 6mcódưới đắpkỹ hệthuật………………… số mái dốc 1/1 5, 79 Hình 4.13 Mặt biến dạng trượt khi không có vải địa kỹ………… 79 Hình 4.14 Mặt biến dạng trượt khi có vải địa kỹ thuật…………… 79 Hình 4.15 ung trượt hình elipse nền đắp trên đất yếu……… … 79 hương pháp xấp xỉ mặt trượt…………………………… 81 ình 4 16 Hình 4.17 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 8m, cóV 82 Hình 4.18 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 10m, cóV 83 Hình 4.19 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 12m, cóV 84 Hình 4.20 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 12m, cóV 82 Hình 4.21 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt đắp cao 8m, không cóV 85 Hình 4.22 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt đắp cao 10m,không cóV 86 Hình 4.23 ết quả tính xấp xỉ mặt trượt đắp cao 12m,không cóV 87 Hình 4.24 hương pháp phân mảnh cổ điển cho mặt trượt trụ tròn… 89 Hình 4.25 ung trượt hình ellipse, xây dựng công thức tính 90 Hình 4.26 ơ đồ tính lực căng Hình 4.27 ết quả phân tích lực căng trong V Hình 4.28 Quan hệ của độ cứng vđkt (E max… theo cung trượt ellipse max g) các lớp V ………… 92 96 và mô đun đàn hồi đất đắp 104 4 29 Quan củaFđộ và 16 môkN/m đun đàn hồi đất đắp 104 (Eình an toàn ổnhệđịnh 1.2. Tvđkt 12;g)14; s) đến s =cứng max =(E ình 4 30 Quan củaFđộ và 22 môkN/m đun đàn hồi đất đắp 105 (E an toàn ổnhệđịnh 1.2. Tvđkt 18;g)20; kN…………………………………………………………… s) đến s =cứng max =(E 4 31 ơ đồ nền đắp=cao phần mềm laxis 106 (Eình an toàn ổntính địnhổnFsđịnh = 1.2. Tmax 24; 6m 26; bằng 28 kN/m s) đến Hình4.32 Biến dạng nền đắp cao 6m tính bằng phần mềm laxis 106 ình4 33 ệ số an toàn nền đắp cao 6m tính bằng phần mềm laxis 106 ình 4 34 ơ đồ tính ổn định nền đắp cao 8m bằng phần mềm laxis 107 ình4 35 ình4 36 Biến dạng nền đắp cao 8m tính bằng phần mềm laxis ệ số an toàn nền đắp cao 8m tính bằng phần mềm laxis 107 107 x MỤ LỤ B BỂ Bảng 3 1 ọa độ và trọng số của tích phân số trên miền tam giác… 46 Bảng 3 2 ác tham số của mô hình Mohr- oulomb……………… 49 Bảng 4.1 ặc trưng của nền đường đắp trên đất tốt……………… 60 Bảng 4.2 ặc trưng vải địa kỹ thuật theo 1m chiều rộng………… 60 Bảng 4 3 ải trọng xe cộ………………………………………… 61 Bảng 4 4 ệ số an toàn ổn định mái dốc………………………… 64 Bảng 4 5 Ảnh hưởng của số lớp và khoảng cách giữa các lớp vđkt 64 Bảng 4 6 Lực căng trong vải địa kỹ thuật khi mái dốc bị phá hoại 65 Bảng 4 7 Ảnh hưởng của hệ số mái dốc, nền 8m………………… 66 Bảng 4 8 Ảnh hưởng của cường độ V 67 Bảng 4 9 Ảnh hưởng của số lớp và khoảng cách giữa các lớp vđkt Bảng 4 10 Lực căng trong vải địa kỹ thuật khi mái dốc bị phá hoại… 69 Bảng 4 11 Ảnh hưởng của hệ số mái dốc, nền đắp 10m……… 70 Bảng 4 12 Ảnh hưởng của cường độ và số lớp vải địa kỹ thuật… 71 Bảng 4 13 Ảnh hưởng của số lớp và khoảng cách giữa các lớp vđkt 72 Bảng 4 14 Lực căng trong vđkt khi mái dốc bị phá hoại, nền 12m 73 Bảng 4 15 Ảnh hưởng của hệ số mái dốc, nền 12m ……… …… 74 Bảng 4 16 Ảnh hưởng của cường độ và số lớp vải địa kỹ thuật… 74 Bảng 4 17 Ảnh hưởng của cường độ và số lớp vải địa kỹ thuật 75 và số lớp V …… 68 Bảng 4 18 ặc trưng nền đất yếu…………………………………… 77 Bảng 4 19 ệ số an toàn khi chiều cao đắp 6 m…………………… 78 Bảng 4 20 ệ số an toàn khi chiều cao đắp 8 m…………………… 78 Bảng 4 21 ệ số an toàn khi chiều cao đắp 10 m………………… 78 Bảng 4 22 ệ số an toàn khi chiều cao đắp 12 m………………… 78 Bảng 4.23 Một số kết quả tính xấp xỉ mặt trượt 87 Bảng 4.24 Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số antoàn, T=12kN/m 99 Bảng 4.25 Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số antoàn,T= 14kN/m 99 Bảng 4.26 Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số antoàn,T= 16kN/m 100 Bảng 4.27 Ảnh hưởng của EAg, Tmax vđkt và Es đến hệ số an toàn Fs Bảng 4.28 ết quả hệ số an toàn tính bằng nhress và laxis 100 108