Tính toán ổn định của công trình xây trên nền đá

Các công trình được nói tới ở đây là các loại đập dâng nước, tường chắn, cống bằng đá xây, bê tông, bê tông cốt thép đặt trên nền đá. Khi đó các khả năng mất ổn định toàn khối của công trình như sau:
  • Bị trượt theo một mặt nào đó, có thể là mặt tiếp xúc giữa công trình và nền, mặt nằm trong nền hay trong công trình (tại các vị trí xung yếu). Mặt trượt được xét là mặt phẳng (nằm ngang hoặc nghiêng);
  • Bị lật quanh một trục nằm ngang (ví dụ đi qua điểm chân đập hạ lưu) khi mômen của ngoại lực gây lật lấy đối với trục này vượt quá mômen chống lật;
  • Bị đẩy nổi do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên trên (áp lực thấm, thuỷ tĩnh,động đất…).
Khi thiết kế công trình dạng trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng bản thân và các vật nặng đè lên nó), nếu ta khống chế trong mọi trường hợp, tại các mép biên thượng hạ lưu đập không xuất hiện ứng suất kéo, hoặc có xuất hiện nhưng với trị số nhỏ thì nói chung đập không bị lật đổ. Vì vậy việc kiểm tra khả năng lật thực tế là không cần thiết. Còn việc kiểm tra đẩy nổi thường chỉ tiến hành đối với các cống, đập có ngưàng thấp.
Sau đây trình bày việc tính toán ổn định chống trượt. Việc tính toán kiểm tra được tiến hành theo công thức (4-6), (4-7) như đã trình bày ở bài trước Các phương pháp tính toán ổn định và độ bền của công trình.
Tuỳ theo cách xác định lực chống trượt R, có thể phân biệt các phương pháp sau:

1. Phương pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại

a) Khi mặt trượt nằm ngang (hình 4-1a).
Trong đó:
Kt = f.P/Q ,     (4-16)
P – tổng hợp các lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt trượt trở lên (kể cả áp lực thấm và đẩy nổi nếu có);
Q – tổng hợp các lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt trở lên;
f – hệ số ma sát tiếp xúc tại mặt trượt, có thể là giữa vật liệu công trình với đá nền, đá nền với đá nền hay giữa các lớp vật liệu công trình với nhau.
Trị số của f cần xác định thông qua thí nghiệm và xử lý thống kê chuỗi số liệu đo đạc được.
b) Khi mặt trượt nằm nghiêng
Theo đặc điểm bố trí công trình và cấu tạo địa chất nền, có thể xét các mặt trượt nghiêng. Khi đó tổng hợp các lực gây trượt cần được xét theo phương song song với mặt trượt, còn lực ma sát chống trượt thì gây ra bởi tổng hợp các hình chiếu của các lực lên phương vuông góc với mặt trượt.
Ta gọi: P’ – tổng hợp các lực thẳng đứng tác dụng lên phần công trình tính từ mặt trượt trở lên, trừ phần lực đẩy nổi do áp lực thấm và áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt (theo phương vuông góc với mặt này);
Q – tổng hợp các lực nằm ngang tác dụng lên công trình, tính từ mặt trượt trở lên.
β– góc giữa phương mặt trượt và phương nằm ngang. Các công thức tính hệ số an toàn ổn định trượt như sau:
– Khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu (hình 4-1b, c):
– Khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu:
công thức tính hệ số an toàn ổn định trượt (4-18)
Từ các công thức (4-16), (4-17) và (4-18) cho thấy công trình tăng thêm ổn định khi mặt  trượt  nghiêng về thượng  lưu; ngược  lại  công  trình  bị  giảm  ổn  định  khi  mặt  trượt nghiêng về hạ lưu. Vì vậy, gặp trường hợp nền đá có các thớ nằm ngang, hoặc nền nghiêng về hạ lưu, có thể đào để tạo mặt trượt nghiêng về thượng lưu (hình 4-1b), hoặc đào tạo thành hình răng cưa nghiêng về thượng lưu (hình 4-1c) để làm tăng ổn định cho công trình.
ổn định của công trình xây trên nền đá
Phương pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại cho các công thức tính toán đơn giản nhưng bỏ qua nhiều yếu tố làm tăng ổn định cho công trình (như lực dính kết trên mặt trượt) nên kết quả không phản ánh đúng thực tế, thiên về an toàn. Phương pháp này thường chỉ được dùng trong tính toán sơ bộ chọn mặt cắt đập, lựa chọn phương án.

2. Phương pháp xét đến lực chống cắt trên mặt phá hoại

Phương pháp này xét đến thực tế là lực để chống trượt trên một mặt bất kỳ không phải chỉ có ma sát, mà còn có cả lực dính kết trên mặt đó. Theo kết quả thí nghiệm, cường độ chống cắt ? ở mỗi điểm trên mặt trượt được biểu thị bằng quan hệ sau:
τ= fσ + C,      (4-19)
Trong đó:
f và C là các đặc trưng chống cắt trên mặt phá hoại, có ý nghĩa tương tự như hệ số ma sát và lực dính đơn vị;
σ– ứng suất pháp trên mặt tính toán.
Khi tính ổn định theo phương pháp xét lực chống cắt trên mặt phá hoại, trường hợp mặt trượt nằm ngang, công thức tính hệ số an toàn về trượt như sau:
công thức tính hệ số an toàn về trượt(4-20)
Trong đó:
A – diện tích mặt trượt; các ký hiệu khác như đã nêu trên.
Trường hợp mặt trượt nằm nghiêng cũng có thể vận dụng tương tự như cách thiết lập các công thức (4-17), (4-18).
So với phương pháp trên, phương pháp này phản ánh gần sát với thực tế làm việc của công trình hơn. Các hệ số f và C được xác định bằng kết quả thí nghiệm mẫu và xử lý thống kê các số liệu thí nghiệm. Cần chú ý rằng các điều kiện thí nghiệm thường khác nhiều so với tình hình làm việc thực tế của công trình, do đó các trị số f và C thu được từ thực nghiệm thường là thiên lớn. Đặc biệt trị số của C trong thực tế thay đổi trong một phạm vi rộng, phụ thuộc vào tính chất nền, chất lượng xử lý mặt tiếp giáp giữa công trình và nền, và nhiều yếu tố khác. Vì vậy, trị số C trong tính toán phải lấy nhỏ hơn trị số thu được từ thí nghiệm. Ví dụ theo quy phạm Liên Xô, trị số C tính toán chỉ lấy khoảng 30 ÷ 40% kết quả thí nghiệm.

 223 total views,  2 views today

Để lại bình luận