Xem mẫu
- Chia kh i trư t thành hai kh i tr ng thái cân b ng gi i h n b ng m t m t
ph ng bên trong kh i trư t và ñi qua giao ñi m hai m t trư t. Gi a hai kh i ñư c
chia ra có tương tác v i nhau (các ph n l c R3 và l c liên k t c3l3 trên m t ph ng chia
hình 4-25).
Tr ng lư ng hai kh i trư t
ñư c chia ra là G1 và G2. Do tương
tác nên trên các m t trư t s có các G2
R3 ϕ
ph n l c R1; R2; R3 h p v i phương 3 c 2l 2 AR
c3 l 3 R3 2
pháp tuy n c a các m t trư t tương c3 l 3
G2 F G
ng nh ng góc ϕ1; ϕ2 và ϕ3. L c M
E
R2 ϕ D
R3 2
liên k t trên các m t trư t l n lư t α B
2
ψ R1
G1
là c1l1; c2l2 và c3l3.
c1l 1
ð gi i bài toán, n u l p các α1 K
ϕ
phương trình hình chi u hay H
R1 1
mômen thì s r t ph c t p. ð ñơn Hình 4.25. Phương pháp ña giác l c c b) G.M.a
a)
gi n và nhanh chóng, G.M. Sakhunhjanxh.
Sakhunhjanxh ñã dùng phương
pháp ña giác l c. Khi v các ña giác l c th hi n t t c các l c tác d ng vào v t, n u
v t tr ng thái cân b ng thì ña giác l c s khép kín.
Trên hình (4-25), gi s kh i 2 tr ng thái cân b ng, v ñư c ña giác l c
ABDEF v i các l c c 2 l 2 = BD; c 3 l 3 = DE .
Khi xét kh i 1 ñ t n d ng các l c c3l3 và R3 ngư i ta b t ñ u v t D, l c tác
d ng G1, r i c1 l 1 = HK . N u kh i 1 tr ng thái cân b ng thì t K v hư ng song
song v i R1, hư ng này s ñi qua F và ña giác l c s khép kín.
Nhưng vì kh i 1 không n ñ nh nên ñư ng th ng song song v i hư ng c a R1
l i không ñi qua F. Kho ng cách t F xu ng ño n th ng theo hư ng c a R1 là giá tr
nh nh t c a ph n l c b thi u (ño n FM). ðây cũng chính là l c gi c n thi t ph i
b sung ñ gi b d c tr ng thái cân b ng gi i h n.
Phương pháp này ñơn gi n nhưng kém chính xác. M t khác, do các ph n m t
trư t có ñ nghiêng không như nhau nên chúng không th coi gi ng nhau trong quá
trình phá hu s n ñ nh c a b d c và không th có m t tr ng thái cân b ng gi i
h n ñ ng th i x y ra t i hai kh i ñá ñư c chia ra t 3 m t ph ng khác nhau.
+ Phương pháp t i tr ng th a.
Ngư i ta quan sát th y là khi b d c có hai m t trư t b m t n ñ nh thì s phá
hu s x y ra hai m t trư t d c hơn, khi các l c tác ñ ng lên nó g n ñ t t i tr ng thái
cân b ng gi i h n. Do kh i ñá không ph i là v t r n tuy t ñ i nên khi ph n trên c a
b d c b d ch chuy n, chúng s truy n xu ng phía dư i các t i tr ng th a ñ t o nên
m t tr ng thái cân b ng m i. Vì v y, khi tính toán, nên k ñ n hi n tư ng này.
Gi s có b d c g m hai m t trư t như hình (4.26)
268.C¬ häc ®¸
- α2
N2
T2
Chia kh i trư t thành hai kh i b ng Ts G2
m t ph ng th ng ñ ng ñi qua giao ñi m Ns
Gs
c a hai m t trư t. Phân tích các l c tác c2 l 2
d ng lên kh i 2 như khi phân tích l c α2- α1
T1
trong bài toán 1 m t trư t. N1
Gi s r ng l c gây trư t kh i 2 G1
l n hơn t ng các l c gi , kh i s b d ch c1 l1
α1
chuy n và truy n xu ng kh i 1 m t l c S,
ñư c tính:
Hình 4.26. Phương pháp t i tr ng
S = G2(sin α2 – cos α2 th a.
tg ϕ2) – c2l2 (4.117)
Vì kh i 2 ñã m t n ñ nh nên c2l2 có th b qua. Do v y.
S = G2(sin α2 - cosα2 tg ϕ2)
Như v y, t i kh i 1 s có các l c G1, S và c1l1 tác d ng.
Phân tích l c G1 và S thành các thành ph n vuông góc và song song v i m t
trư t, thành ph n vuông góc l i gây ra l c ma sát…
Cu i cùng, h s n ñ nh b d c s ñư c tính:
[G1 cos α1 + G 2 (sin α 2 − cos α 2 tgϕ2 )sin (α 2 − α1 )] tgϕ1 + c1l1
n= (4.119)
G1 sin α1 + G 2 (sin α 2 − cos α 2 tgϕ 2 ) cos (α 2 − α1 )
Trong 3 phương pháp trên thì phương pháp sau cùng là ñáng tin c y hơn c .
- B d c có nhi u m t trư t.
Khi nh ng b d c ñá không có c u trúc ñ a ch t rõ ràng, hay b thay ñ i thì d
tính toán, ngư i ta thư ng chia kh i trư t b ng nh ng m t ph ng th ng ñ ng. M t
trư t s g m nhi u ño n th ng h p v i phương n m ngang nh ng góc khác nhau.
Tr ng thái gi i h n s không ñ ng th i x y ra t i t t c các m t trư t, mà hi n
tư ng chuy n d ch s xu t hi n dư i d ng chuy n v và bi n d ng c c b t i ño n b
d c nào có m t trư t d c nh t. Nh ng chuy n v và bi n d ng này s nh hư ng t i
ño n b d c ti p theo và s ñư c tính toán theo phương pháp t i tr ng th a ñã nêu
trên.
Gi s có m t b d c g m
nhi u m t trư t h p v i phương 1
n m ngang các góc αi. M t trên G4
2
cùng có góc α l n nh t (hình 4.27). S4
3
G3
α
Áp d ng phương pháp t i 4
G2
tr ng th a, tính t trên xu ng dư i α3
4 S2
và lưu ý r ng ph i b qua nh ng giá α2
G1
tr âm c a t i tr ng th a S vì ñ t ñá α1
không có kh năng ti p nh n l c Hình 4.27. B d c có nhi u m t trư t.
C¬ häc ®¸.269
- kéo.
H s n ñ nh có th tính t i các m t trư t hay ch tính t i m t trư t cu i cùng,
theo công th c (4.119).
N u k ñ n nh hư ng c a nư c thì cách tính s ph c t p hơn m t chút vì ph i
c ng thêm các thành ph n áp l c nư c ñư c chi u lên các m t trư t tương ng.
Tính toán n ñ nh trong bài toán không gian.
Trong th c t , nhi u khi g p các b d c b gi i h n b i nhi u h th ng khe n t
có các góc phương v hư ng d c khác nhau. S chuy n d ch c a các b d c này có
th x y ra theo m t, hai hay ba m t khe n t.
ð tính toán n ñ nh, ngư i ta có th dùng cách tính c a H.V. Hovland (1977):
Ch n h tr c to ñ vuông góc n m trong kh i trư t, tr c th ba ch n theo hư ng
d ch chuy n c a b d c. Chia kh i trư t thành nh ng kh i m ng b ng nh ng m t
ph ng vuông góc v i tr c th ba. Do ñã bi t d ng m t trư t, s xác ñ nh ñư c di n
tích ti t di n c a m i m nh và s tính n ñ nh c a t ng m nh ñã chia.
K t qu tính n ñ nh trong bài toán không gian b ng phương pháp này thư ng
l n hơn k t qu tính toán trong bài toán ph ng t 5 – 35%, và như v y, v m t an
toàn thì tính toán trong bài toán ph ng v n an toàn hơn.
Ngoài phương pháp trên, ngư i ta còn ñánh giá n ñ nh trong bài toán không
gian b ng phương pháp ñ th . Nguyên t c chung là v các m t khe n t và m t b
d c trên bi u ñ , tìm giao tuy n c a các m t khe n t (m t y u trong kh i ñá), xác
ñ nh vùng có kh năng gây ra tr ơt r i ñánh giá s n ñ nh c a b d c qua v trí c a
các m t y u so v i vùng nguy hi m c a kh i ñá.
M t khe n t
B
a)
T
ð
Vòng tròn
ln
ðư ng phương
Cc
900 N
Vòng tròn l n c a m t khe n t
Góc d c
60o/60o
b) c)
Bán c u dư i
Hình 4.28. Bi u di n m t khe n t
270.C¬ häc ®¸
- b ng vòng tròn l n phép chi u dùng bán c u dư i.
ð th hi n các m t khe n t và m t b d c trên bi u ñ , ngư i ta có th dùng
nhi u phép chi u, phép v khác nhau, nhưng có l ph bi n hơn c là phương pháp
vòng tròn l n: Dùng hình c u và m t ph ng xích ñ o ñ bi u di n các m t ph ng có
góc phương v hư ng d c và góc d c khác nhau. M t ph ng này cũng coi như m t
m t khe n t, khi c t hình c u s theo m t vòng tròn l n (hình 4.28a). Tuỳ theo chi u
ph n giao tuy n bán c u trên hay dư i xu ng m t xích ñ o mà ta s ñư c các
ñư ng bi u di n m t khe n t theo các hư ng khác nhau. Thư ng ngư i ta hay dùng
bán c u dư i (hình 4.28b). Chi u giáo tuy n trên bán c u dư i xu ng m t xích ñ o,
s ñư c m t cung tròn, th hi n m t khe n t có góc phương v ñư ng phương và góc
d c tương ng. Cung tròn này s có tâm n m trên ñư ng vuông góc v i hư ng c a
góc phương v ñư ng phương tính t c c B c (hư ng lên trên) và cách tâm c a vòng
tròn xích ñ o m t kho ng ñúng b ng s ch góc phương v hư ng d c (kho ng cách
này cũng ñúng b ng kho ng cách t ñ nh cung tròn t i mép c a vòng tròn xích ñ o)
(hình 4.28c).
M t xích ñ o thư ng ñư c v s n thành các m ng lư i ñư ng kinh tuy n và vĩ
tuy n cách nhau 2o m t.
- Gi s mu n th hi n m t m t khe n t có góc phương v hư ng d c là
130o và góc d c là 50o s làm như sau:
+ ð t m nh gi y can lên trên m t xích ñ o ñã v s n, ghim l i b ng
ñ nh ghim tâm c a m t xích ñ o. V chu vi ñư ng xích ñ o và ñánh d u c c B c.
ðo góc phương v hư ng d c (130o so v i phương B c) và ñánh d u ñi m này trên
chu vi ñư ng xích ñ o.
+ Xoay t m gi y can ñ ñi m ñánh d u góc phương v hư ng d c
trùng v i tr c n m ngang ðông – Tây, nghĩa là ñã xoay gi y ñi 40o. ðo m t góc 50o
tính t mép c a vòng tròn xích ñ o và v vòng tròn l n ñi qua ñi m này.
Tâm c a vòng tròn l n s ñư c xác ñ nh b ng cách ño m t kho ng 50o k t
tâm hay 40o k t mép c a vòng tròn xích ñ o trên tr c ðông – Tây.
cc
vòng
tròn
ln
Hình 4.29. V vòng tròn l n cho m t khe n t có góc
o o
phương v hư ng d c 130 và góc d c 50 .
+ Xoay gi y can tr l i v trí ban ñ u ñ hư ng B c ñã ñánh d u
trùng v i hư ng B c c a ñư ng tròn xích ñ o. ðư ng tròn l n s bi u di n m t khe
n t có góc phương v hư ng d c 130o và góc d c 50o (hình 4.29).
C¬ häc ®¸.271
- Hình 4.30. Xác ñ nh giao tuy n c a
hai m t khe n t có th n m 130o < 50o và 250o < 30o.
- Xác ñ nh giao tuy n c a hai m t khe n t. Hai m t khe n t có góc phương
v hư ng d c là 130o và 250o, góc d c là 50o và 30o. Giao tuy n c a hai
m t này có th xác ñ nh như sau:
+ V hai vòng tròn l n như cách v trên.
+ Xoay gi y can ñ giao ñi m c a hai vòng tròn l n n m trên tr c
ðông – Tây c a vòng tròn xích ñ o và hư ng ñ c a ñư ng giao tuy n này ño ñư c
là 20,5o.
+ Xoay gi y can l i ñ ñi m ñánh d u c c B c trên gi y trùng v i
c c B c c a m t xích ñ o, góc phương v hư ng d c xác ñ nh ñư c là 200,5o (hình
4.30).
V y giao tuy n c a hai m t khe n t s có góc phương v hư ng d c là 200,5o
và góc d c là 20,5o.
- Bi u di n các lo i chuy n d ch ch y u c a b d c ñá.
Trong ph n khái ni m (m c 4.2.1.1) ñã nêu m t s lo i chuy n d ch ch y u
c a b d c ñá. Dùng bi u ñ vòng tròn l n có th bi u di n ñư c các lo i chuy n
d ch ñó (hình 4.31) (theo J.T. Markland – 1972).
- ðánh giá sơ b s n ñ nh c a b d c.
Sau khi ñã dùng bi u ñ vòng tròn l n ñ bi u th các m t khe n t, các m t b
d c cũng như các giao tuy n c a các m t khe n t khác nhau, ngư i ta có th ñánh giá
sơ b s n ñ nh c a b d c qua các bi u ñ ñó. ði u này có th th y trên hình
(4.32).
4.2.2.3. Tính toán n ñ nh theo phương pháp phân tích tr ng thái ng su t – bi n
d ng
Trong phương pháp này, ngư i ta mu n bi u di n m t cách rõ ràng quan h
hàm s gi a ng su t và bi n d ng c a ñá n m trong b d c v i các ñi u ki n biên
c a chúng ñ có th xác ñ nh ñư c trư ng ng su t t i m i ñi m c a b d c ñ nh
nghiên c u.
Khi tính toán n ñ nh b ng cách phân tích tr ng thái ng su t – bi n d ng, ph i
s d ng phương pháp ph n t h u h n.
a) Cung trư t trong ñá th i ho c ñá n t n r t m nh
Vòng tròn l n c a
m tb d c
272.C¬ häc ®¸ ð nh b d c
- Vòng tròn l n
c a h khe n t
chính
b) Trư t theo m t khe n t hay m t l p
ð nh b d c
Vòng tròn l n c a
m tb d c
Hư ng trư t
Vòng tròn l n c a
hai h khe n t
c) Trư t theo hai m t bên
d) Phá hu ki u l t, ñ trong ñá c ng doð nu b d d ng c t b tách ra b i các
c h trúc c
khe d c ñ ng.
Hình 4.31. Bi u di n Vònglo i chuy an d ch ch y u
các tròn l n c
c a b d c ñá b ng bi m ñb vòng tròn l n.
ut dc
c
Vòng tròn l n c a
h khe n t chính
Hư ng
trư t
Góc phương v
Trư t theo giaoưtuy n d a hai a t A và
h ng c c c m
B khi β> βi. b d c.
v i β, βi là góc nghiêng c a b
d c và c a giao tuy n c a hai m t khe
B d c không
n t.
n ñ nh khi
giao tuy n
c a các vòng
tròn l n c a
các m t khe
C¬ häc ®¸.273
- C c c a vòng
tròn l n ñi qua
c c c a các
m t khe n t A
Xác ñ nh các m t b ng các c c c a
& B t o nên
nó.
Phá hu theo
các m t bên
d c theo các
giao tuy n
I12 và I23 (các
c c I12 và I23
nm trong
Hình 4.32. ðánh giá sơ b s n ñ nh c a b d c ñá.
Chia kh i trư t b ng m ng lư i tam giác. T i m i ñi m nút ñ u xác ñ nh t a ñ
ph ng, tính ch t v t lý c a môi trư ng, quan h hàm s c a s chuy n v , bi n d ng
tương ñ i, s chuy n t ng su t ra l c t i ñi m nút c a nó…
L p các ma tr n cho m i ph n t b ng h th ng các phương trình tuy n tính
tho mãn các ñi u ki n cân b ng, ñ ng th i l p ra các ñi u ki n biên ñ gi i chúng
trên máy tính.
Sau khi ñã xác ñ nh ñư c s phân b ng su t (nh t là ng su t trư t) trên b
d c, ñem so sánh v i ñ b n c t l n nh t t i ñi m l a ch n s v ñư c các vùng phân
b ng su t như vùng b phá hu , vùng phá hu m r ng hay vùng bi n d ng c a
toàn b b d c.
ð có th áp d ng ñư c phương pháp này, ph i có ñ y ñ nh ng s li u v tính
ch t bi n d ng và ñ b n c a ñá như môñun bi n d ng theo tr c x và y, Ex , Ey ; h
s Poisson ν; các ñ c trưng c a s c ch ng c t ϕ, c; h s áp l c ngang k, tr ng lư ng
th tích γ c a ñ t ñá… ðây cũng là m t khó khăn vì các s li u trên không ph i lúc
nào cũng xác ñ nh ñư c m t cách chính xác. M t khác, m t v n ñ khó khăn n a là
ph i xác ñ nh ñư c tr ng thái ng su t ban ñ u c a ñá, mà ñi u này l i ph thu c
vào c u trúc ñ a ch t, ñ a hình và l ch s phát tri n c a nó cũng như các ho t ñ ng
c a nư c ng m… Nói chung, khi áp d ng phương pháp này ñòi h i vi c kh o sát ñ a
ch t công trình ph i ñư c th c hi n m c ñ r t cao và trong th c t hi n nay,
không ph i lúc nào cũng ñáp ng ñư c.
Vì v y, vi c tính toán n ñ nh b ng phương pháp phân tích tr ng thái ng su t
– bi n d ng ch ñư c dùng trong các b d c ñ t nhân t o l n và cao v i các ñ c
trưng ñ a k thu t ñã bi t m t cách rõ ràng.
274.C¬ häc ®¸
- Tri n v ng c a phương pháp này s khá hơn n u k t h p t t nó v i các phương
pháp kh o sát trong phòng và ngoài tr i và c các mô hình toán – lý n a.
G n ñây ñ tính toán n ñ nh b d c, ngư i ta còn dùng phương pháp phân tích
gi i h n, mà cơ s c a nó là nh ng quy lu t v s cân b ng, s phá hu c a v t li u
ñàn h i – d o hoàn toàn.
4.2.3. ð PHÒNG VÀ CH NG TRƯ T B D C
Do tr ng lư ng b n thân và các y u t bên ngoài tác ñ ng, b d c có th b
chuy n d ch theo nhi u ki u khác nhau v i nh ng t c ñ khác nhau.
S chuy n d ch c a các b d c ñá có th x y ra v i t c ñ khá ch m như
h m ñư ng s t Closters qua dãy Alpes (Thu S ) v i t c ñ chuy n d ch c a h m
là 5 – 10cm trong vòng 14 năm (1952 – 1966) hay cũng có khi khá nhanh như
Zalsburg năm 1964 v i t c ñ 0,25 – 50cm trong 1 ngày ñêm.
Ngư i ta thư ng nh c ñ n tai n n kh ng khi p x y ra t i h ch a nư c Vaiont
( mi n ðông B c nư c Ý) vào ñêm ngày 9-10-1963: do trư t ñá, ñ p Vaiont cao
265m (xây d ng xong năm 1960, cao th nhì th gi i lúc b y gi ) ñã b phá hu ; c
m t vùng dài 2km, r ng 1,6km b trư t v i t c ñ 15 – 30m/s. Trong vòng 15 – 30s,
kho ng 250 tri u m3 ñá ñã b s p ñ , ñùn lên cao 175m, gây nên nh ng ch n ñ ng
mà t i Vienne (Áo), Bruxelles (B ), Rome (Ý)… cũng ghi l i ñư c. Th tr n
Longarone và làng m c lân c n thung lũng sông Piave ñã b tàn phá n ng n , 2117
ngư i ñã b ch t trong tai n n này.
Khi hi n tư ng trư t ñã x y ra, nh ng kh i trư t hàng trăm ngàn ho c hàng
tri u m3 ñang trên ñà di chuy n thì không có m t bi n pháp, m t s c m nh nào có
th ngăn c n ñư c. Vì v y, ph i có nh ng bi n pháp ñ ñ phòng và ch ng trư t b
d c, không ñ các hi n tư ng trư t b d c x y ra.
Hi n nay, ñ ñ phòng và ch ng trư t b d c có th dùng r t nhi u bi n pháp
khác nhau và ngư i ta thư ng phân chúng thành t ng nhóm như các cách phân lo i
c a K. Terzaghi (1948), X.K. Abramov (1951), E.P. Iemelianova (1968), I.
Taniguchi (1972), T. Mahr (1973),…
Theo nguyên t c th c hi n và nguyên lý tác d ng thì các phương pháp ch ng
trư t b d c có th chia làm 6 nhóm: s a m t b d c; thoát nư c cho b d c; gi b
d c không b phong hoá, làm ch c ñ t ñá, làm các công trình ch ng trư t, các bi n
pháp ñ c bi t. Trong m i nhóm l i g m nhi u bi n pháp c th khác nhau, ñây ch
trình bày nh ng bi n pháp thư ng dùng và có hi u qu nh t.
4.2.3.1. S a m t b d c
S a m t b d c t c là làm thay ñ i hình dáng bên ngoài c a b d c ñ b d c
ñư c n ñ nh. Vi c làm này thư ng theo nguyên t c làm gi m nh ph n trên ñ nh b
d c và làm n ng thêm tr ng lư ng ph n chân b d c. Mu n v y ngư i ta có th
dùng m t s bi n pháp sau:
Làm tho i b d c (hình 4.33a).
Bóc b l p ñ t ñá trên ñ nh b d c (hình 4.33b)
Làm b d c có nhi u b c nh (hình 4.33b).
C¬ häc ®¸.275
- ð p b ph n áp phía chân b d c (hình 4.33c).
A
A
B
Hình 4.33. B
S a m t b d c. a) b)
0
Gn
rG
.
Nh ng bi n c)
pháp này tuy ñơn
gi n nhưng ñem l i hi u qu rõ ràng. V.Mencl ñã tính là ch c n gi m th tích m t
kh i lư ng trư t ñi 4% ph n trên b d c cũng ñã làm h s n ñ nh b d c tăng
thêm 10%. Vi c th c hi n các bi n pháp này có th dùng phương pháp n mìn t o
biên như ngư i ta ñã làm nhà máy s a ch a tàu bi n Phà R ng hay nhà máy thu
ñi n Hoà Bình…
Ngư i ta ñã t ng k t là có ñ n 30% các trư ng h p ch ng trư t b d c ñã s
d ng bi n pháp này.
4.2.3.2. Thoát nư c cho b d c
Nư c m t và nư c ng m nh hư ng r t l n ñ n ñ n ñ nh c a b d c. ð gi
cho b d c n ñ nh, ph i làm sao ñ nư c không th m vào khu v c b d c ho c ph i
hư ng nư c ng m ch y ra xa b d c.
Thoát nư c m t
ð ngăn ch n nư c th m vào b d c, ph i nhanh chóng d n nư c mưa hay
nư c m t t vùng cao hơn ch y xu ng ra kh i b d c. Mu n v y có th th c hi n
m t s bi n pháp sau:
- Làm mương rãnh thoát nư c.
- L p ch t các khe n t, l r ng ñ ngăn nư c th m vào.
- Che ph các khe n t b ng màng ch t d o.
- T o màng ch ng th m ph lên b d c ñ ch ng nư c th m vào b d c.
Thoát nư c ng m
Vi c thoát nư c ng m ch có hi u qu khi n m v ng ñư c ñi u ki n ñ a ch t
thu văn và c u trúc ñ a ch t khu v c b d c.
ð thoát ñư c nư c ng m có th dùng m t s bi n pháp sau:
- Khoan các gi ng khoan gi m áp hay các gi ng khoan t p trung nư c, sau
dùng bơm hút nư c ñi.
- Dùng các l khoan nghiêng là bi n pháp có hi u qu và hay ñư c dùng
nh t. Tuy m i b t ñ u áp d ng t 1939 M , nhưng sau ñó ñã ñư c
276.C¬ häc ®¸
- nhanh chóng áp d ng t i r t nhi u nư c và t l s d ng t i 90% các
trư ng h p ch ng trư t.
- K t h p các l khoan nghiêng và gi ng thu nư c có th rút ng n ñư c
chi u dài các l khoan nghiêng. T gi ng thu nư c, nư c ñư c hút lên
hay l i ñư c ch y theo các l khoan nghiêng khác.
4.2.3.3. Gi cho b d c kh i b phong hoá
Bi n pháp này nh m gi cho các ñ c trưng cơ h c c a ñá trên m t b d c
không b gi m ñi do ñá không b phong hoá d n d n dư i tác ñ ng c a các tác nhân
phong hoá.
V i các b d c ñá có th dùng l p ph b ng bitum, xi măng hay ñôi khi còn
dùng c các lư i thép nh bên trong g n ch t v i ñá b ng các bu lông ng n r i ph
ximăng ngoài (hình 4.34).
Bi n pháp này ñơn gi n, d làm nhưng c n ph i chú ý t i khe n t bên trong ñá.
V i lưu lư ng l n, chúng có th làm b d c b trư t cùng v i c l p ph .
Hình 4.34.
Che ph b d c ñá b ng v a xi măng (Hoà Bình)
4.2.3.4. Làm ch c ñá
Nguyên t c c a bi n pháp này là làm tăng s c ch ng trư t c a ñá, góp ph n
làm tăng các l c b ñ ng, do v y làm b d c ñư c n ñ nh thêm.
ð các kh i ñá nhi u l r ng, n t n ñư c
n ñ nh, ph i l p kín các l r ng, khe n t b ng 1 3
các v t li u liên k t, t o nên m t s liên k t
nhân t o gi a các kh i v i nhau.
Tuỳ theo tính ch t ñá, m c ñ r ng và n t
n , kh i lư ng ñá c n ph i làm ch c mà ngư i
4
ta có th dùng các h n h p bitum, silicát hay
Hình 4.35. Làm ch c ñá b ng
các h n h p ximăng, cát ñ bơm vào l khoan.
cách bơm v a xi măng.
2
1. Khe n t;
2. M t trư t;
C¬ häc ®¸.277
3. L khoan;
4. H n h p ñã ñông c ng trong l
khoan.
- Các h n h p này ñư c ch n v i t l thích h p, áp l c bơm thích h p nh m làm ch c
ñá, t o màng ch ng th m (hình 4.35).
T l N/X có th l y t 3/1 ñ n 10/1. Áp l c bơm v a xi măng thư ng vào
kho ng 0,1MPa/1m dài l khoan.
Bi t ñư c tr ng lư ng kh i ñá c n ph i làm ch c, các ñ c trưng c a ñá và khe
n t, h s n ñ nh c n thi t c a b d c… s tính ñư c s lư ng l khoan ñ c n làm
ch c ñá theo công th c sau:
1
1
G tgα - tgα - cl
n
n
N= (4.120)
1
1
σ kS 1 + tgα tgϕ
n
n
trong ñó: G là tr ng lư ng kh i ñá ph i làm ch c;
α là góc h p gi a hư ng l khoan và hư ng khe n t trong ñá;
n là h s n ñ nh cho trư c;
c là cư ng ñ l c liên k t c a ñá trong các khe n t;
l là di n tích khe n t;
S là di n tích ti t di n c t xi măng (coi như b ng di n tích l
khoan);
σk là ñ b n kéo c a v a xi măng.
Ngoài ra, ñ làm ch c ñ t ñá, ngư i ta cũng có th dùng nhi t hay dùng phương
pháp ñi n hoá, nhưng nh ng phương pháp này không ñư c áp d ng r ng rãi.
4.2.3.5. Các công trình công trư t
Trong nhóm này có r t nhi u bi n pháp và chúng chi m t i 40 – 50% t ng s
các trư ng h p ñã dùng ñ ch ng trư t b d c.
Cùng v i vi c xu t hi n nh ng ti n b khoa h c m i trong lĩnh v c cơ h c ñ t
ñá, n n móng, nhi u bi n pháp k thu t m i có hi u qu cao ñã ñư c áp d ng ñ
ch ng trư t b d c như các lo i tư ng ch n, tư ng ch ng hay neo…
Hình 4.36. Tư ng ch ng.
a) D ng c t; b) D ng kh i.
278.C¬ häc ®¸
- Các tư ng ch ng thư ng ñư c làm b ng bê tông c t thép, có th là d ng c t
(hình 4.36a) hay d ng kh i (hình 4.36b).
Các tư ng ch n cũng thư ng ñư c làm b ng bê tông c t thép. ð tăng hi u
qu c a tư ng ch n v i các b d c có m t trư t sâu, móng tư ng ch n có th làm
b ng các dãy c c khoan nh i. Trên hình 4.37 là tư ng ch n b ng bê tông c t thép ñ
gi n ñ nh b d c t i Hoà Bình.
Hình 4.37. Tư ng ch n (th xã Hoà Bình).
Các lo i neo ngày nay cũng ñư c dùng khá ph bi n ñ ch ng trư t b d c.
Tuỳ theo k t c u c a neo mà có th có lo i neo thư ng hay neo ng su t trư c,
neo tác d ng t m th i hay vĩnh c u.
L c căng neo làm b d c n ñ nh thêm. ði u này có th gi i thích m t cách sơ
lư c qua hình 4.38.
Neo ñư c ñ t theo hư ng h p v i phương pháp tuy n c a m t trư t m t góc θ .
L c căng neo T s ñư c phân tích thành các thành ph n vuông góc và song song v i
m t trư t ñ u có tác d ng làm b d c n ñ nh thêm.
Khi có neo, h s n ñ nh ñư c tính theo công th c:
(W cos α + T cos θ) tgϕ + T sinθ
n= (4.121)
W sinα
trong ñó: W là tr ng lư ng kh i trư t;
α là góc nghiêng c a m t trư t so v i phương n m ngang;
T là l c căng neo;
θ là góc gi a phương c a l c căng neo và phương pháp tuy n v i
m t trư t;
ϕ là góc ma sát trong c a ñá.
C¬ häc ®¸.279
- Vi c tính toán neo, thi t k
chúng ñã ñư c trình bày trong các
a
sách chuyên kh o, nhưng khi thi t
k , ph i lưu ý t i áp l c nư c trong b
các khe n t, s ăn mòn dây neo, s
T
θ
chùng ng su t trong ñá và c trong W
neo. Dùng neo ñem l i hi u qu
α
kinh t l n do kh i lư ng v t li u
xây d ng ít (gi m ñư c t 40 –
85%). Thi công neo không ñòi h i
m t b ng l n và ñem l i v m quan
cho công trình.
Hình 4.38. n ñ nh b d c b ng neo.
Trong th c t , ngư i ta a) M t trư t; b) Neo.
thư ng k t h p nhi u bi n pháp
ch ng trư t v i nhau ñ ñem l i hi u qu t t hơn. ð n ñ nh vùng trư t tunel g n
Ruzbakhi trên ñư ng Podolinex – Orlov (Ti p Kh c), ngư i ta ñã dùng tư ng ch n
và 212 neo ng su t trư c v i s c căng c a m i neo là 1000kN (hình 4.39) hay trên
tuy n ñư ng s t San Remo (Ý), ngư i ta ñã dùng t i 300 neo ng su t trư c v i
s c căng c a m i neo là 1200kN (hình 4.40), k t h p v i các c c bê tông, các kh i
bê tông trên m t ñ làm n ñ nh b d c phiá trên c a ñư ng.
4.39.
Hình
Dùng tư ng ch n và neo ñ
làm n ñ nh b d c Ruzbakhi (Ti p Kh c).
280.C¬ häc ®¸
- ñư ng s t
Hình 4.40.
Dùng c c bê tông và neo ñ làm n ñ nh b d c
phía trên ñư ng s t San Remo (Ý).
1. ðá cát k t; 2. ðá vôi;
3. B d c ban ñ u; 4. M t trư t;
5. Kh i bê tông; 6. C c bê tông.
C¬ häc ®¸.281
- Chương 5
TR NG THÁI NG SU T VÀ
ÁP L C ðÁ XUNG QUANH CÔNG TRÌNH NG M
5.1. NG SU T T NHIÊN TRONG KH I ðÁ
Ngày nay con ngư i càng ñi sâu vào trong lòng ñ t ñ khai thác khoáng s n và
tìm hi u Trái ð t. Ngư i ta ñã khai thác n ð , Nam Phi trong nh ng m ñ sâu
3000 – 3500m, d u và khí ñã ñư c khai thác trong các gi ng khoan sâu t i 6000 –
7000m và l khoan sâu nh t th gi i ñã ti n hành bán ñ o Konxki (Liên Xô cũ) ñ t
t i chi u sâu 12.206m.
Nhưng s li u trên so v i bán kính Trái ð t ( kho ng 6370000m) thì th t là vô
cùng bé, nghĩa là ñá m i ch ñư c nghiên c u ph n ngoài cùng c a v Trái ð t.
các chi u sâu khác nhau, do ch u l c nén c a các l p ñá n m trên nên trong
ñá ñã xu t hi n ng su t g i là ng su t t nhiên. ng su t t nhiên trong kh i ñá
ch u nh hư ng quy t ñ nh c a hai y u t là tr ng l c và l c ki n t o.
Tr ng l c là l c hút c a Trái ð t, ñư c ñ c trưng b ng gia t c rơi t do, ký
hi u là g. Nó ph thu c vào kho ng cách t ñi m ñang xét t i tâm c a Trái ð t và
tr ng lư ng th tích γ c a ñá. Vì hình dáng Trái ð t không ph i là m t hình c u tuy t
ñ i nên t i các ñi m khác nhau trên Trái ð t, giá tr c a gia t c g không như nhau.
N u coi s sai khác này là không ñáng k thì trong tính toán, ngư i ta thư ng l y giá
tr c a gia t c g=981cm/s2 hay ≈ 1000cm/s2.
Tr ng l c s gây ra thành ph n ng su t th ng ñ ng tuỳ theo kho ng cách z t
ñi m ñang xét t i m t ñ t và tr ng lư ng th tích c a các l p ñá n m trên, ñư c tính
theo công th c:
σz = γ . z (5.1)
Nhi u nhà nghiên c u ñã ño ng su t t i các chi u sâu khác nhau trong các m
và công trình xây d ng các ñi m khác nhau trên th gi i và ñã kh ng ñ nh quan h
trên và th hi n chúng trên hình 5.1.
Tr ng l c ñ ng th i cũng gây ra các ng su t theo phương ngang. Chúng s
ñư c nghiên c u trong ph n sau.
Các l c ki n t o ph c t p hơn
tr ng l c vì nó phân b không ñ u
trong không gian v i các t c ñ
chuy n ñ ng và bi n d ng khác nhau.
Theo A.V. Peyve, các l c ki n
t o có th là l c c a các quá trình
nhi t, làm ch t, cơ h c hay quay v i
284.C¬ häc ®¸
- t c ñ không n ñ nh c a Trái ð t. Các chuy n ñ ng ki n t o gây ra l c ki n t o có
phương n m ngang ñư c coi là nguyên nhân c a ng su t ti p l n nh t, xu t hi n
trong kh i ñá.
5.1.1. CÁC GI THUY T V S PHÂN B NG SU T TRONG KH I ðÁ
Dư i tác d ng c a tr ng l c và l c ki n t o, t i m t ñi m b t kỳ n m sâu trong
kh i ñá s có các ng su t theo các phương khác nhau. ð nghiên c u chúng, ngư i
ta ph i ñ ra các gi thuy t v quan h
gi a các lo i ng su t trong ñá. Hình 5.1. ðo ng su t th ng
ñ ng t i các chi u sâu khác nhau các
Các gi thuy t này ñ u d a trên
ñi m trên th gi i (theo Hoek và Brow,
gi thi t là kh i ñá ch ch u tác d ng
1978).
c a tr ng l c.
5.1.1.1. Gi thuy t c a A. Heim
Trong quá trình xây d ng các ñư ng h m, nhà ñ a ch t Thu S Albert Heim
nh n th y là h m ch u nh hư ng c a các áp l c cao, tác d ng theo m i phía trong
kh i ñá. Ông cho r ng thành ph n ng su t theo phương th ng ñ ng σz do tr ng
lư ng c a kh i ñá n m trên gây ra b ng v i thành ph n ng su t n m ngang σx.
σx = σz = γ z (5.2)
γ là tr ng lư ng th tích c a ñá;
trong ñó:
z là chi u sâu t ñi m ñang xét trong kh i ñá ñ n m t ñ t.
Gi thuy t này Heim ñ ra năm 1878. Trư c ñó 4 năm, k sư m ngư i ð c
F.Rziha cũng có nh ng ý ki n tương t .
Theo gi thuy t này, không th gi i thích ñư c hi n tư ng sai khác gi a ng
su t theo phương n m ngang và theo phương th ng ñ ng ñã quan sát th y m t s
khu v c.
5.1.1.2. Gi thuy t c a K. Terzaghi
K.Terzaghi ñã liên h ng su t dư v i tính ch t ñàn h i c a ñá và cho r ng n u
m t kh i ñá b nén dư i tác d ng c a tr ng lư ng b n thân nó theo phương th ng
ñ ng, thì nó cũng b nén c theo phương n m ngang, bi u th b ng h s bi n d ng
ngang (h s Poisson) ν. chi u sâu r t l n, s phát tri n theo phương ngang b h n
ch b i môi trư ng xung quanh. Do v y, trong m t ph ng c a kh i ñá, không x y ra
s d ch chuy n ngang mà ch sinh ra ng su t ph n.
Theo ñ nh lu t Hooke t ng quát, ñ i v i v t ñàn h i, ñ ng hư ng có th vi t:
[ ]
σ x − ν(σ y + σ z )
1
εx = (5.3)
E
trong ñó: εx là bi n d ng tương ñ i theo phương X;
E là môñun ñàn h i;
ν là h s Poisson;
σx, σy, σz là các ng su t theo các phương X, Y, Z.
C¬ häc ®¸.285
- Theo gi thuy t c a Terzaghi, không có bi n d ng theo phương ngang, nghĩa là
εx = 0, nên:
σx – ν (σy + σz ) = 0 (5.4)
Coi các ng su t trong m t ph ng ngang là b ng nhau (σx = σy), suy ra:
ν
σx = σz (5.5)
1− ν
ng su t theo phương th ng ñ ng σz có th tính theo công th c (5.2), nên gi
thuy t c a Terzaghi có th vi t:
ν
σx = γz (5.6)
1 −ν
ν
g i là h s áp l c ngang, ký hi u là λo. Vì h s Poisson ν thay
Hs
1− ν
ñ i trong kho ng 0,08 – 0,5 nên h s áp l c ngang thay ñ i t 0,1 – 1 (thư ng
là kho ng 0,2 – 0,3) nghĩa là r t nh so v i gi thuy t c a A.Heim.
Nhi u nhà nghiên c u cho r ng gi thuy t này không phù h p v i th c t và
vi c xác ñ nh h s Poisson (cơ s ñ tính h s áp l c ngang) c a ñá n t n r t khó
khăn và thi u chính xác ñã h n ch kh năng s d ng c a gi thuy t này.
5.1.2.3. Gi thuy t c a P.R.Sheorey
Năm 1994, Sheorey ñã phát tri n mô hình ng su t nhi t ñàn h i tĩnh cho ñ t
và ñã l p ñư c công th c ñ bi u di n quan h gi a các thành ph n ng su t n m
ngang và ng su t th ng ñ ng theo m t t s k, ñư c xác ñ nh theo công th c:
1
k = 0,25 + 7Ex 0,001 + (5.7)
z
trong ñó: Ex là môñun bi n d ng trung bình c a các l p n m trên, ñư c xác
ñ nh theo hư ng n m ngang, tính b ng GPa.
z là chi u sâu ñi m ñang xét tính t m t ñ t (m).
Theo phương trình trên, P.R.Sheorey ñã v ñ th bi u di n s thay ñ i c a k
theo chi u sâu khi v i các giá tr c a Ex khác nhau (hình 5.2).
Bi u ñ c a Sheorey cũng
4Κ
1 3
2
tương ng v i các k t qu nghiên c u 0
c a E.T. Brown và E. Hoek (1978),
c a G.Herget (1988) và m t s tác
gi khác.
E x(GPa )
1000
Như v y, dù theo gi thuy t nào
Z(m)
10
chăng n a, thì gi a ng su t theo
25
phương ngang và ng su t theo
phương th ng ñ ng c a m t ñi m t i 2000 50
m t chi u sâu b t kỳ nào ñó trong
75
kh i ñá cũng có m t t s . Th c t
th y là t s này thay ñ i trong ph m 100
3000
Hình 5.2. Bi u ñ quan h gi a hs
286.C¬ häc ®¸
k và chi u sâu v i các giá tr môñun bi n
d ng ngang khác nhau.
- vi khá r ng, tuỳ thu c ñi u ki n c th c a khu v c nghiên c u: N.Hast nghiên c u
m t s m c a Thu S thì th y h s k r t l n, b ng 1,5 – 8, còn L.Obert (1967) ñã
nghiên c u t i m t s m M thì t s k cũng x p x b ng 1.
Vì v y, không th d ñoán ñư c h s k cho t ng vùng mà ph i tuỳ ñi u ki n c th
xác ñ nh cho phù h p và các gi thuy t v s phân b ng su t ph i ñư c hoàn ch nh
thêm.
5.1.2. TR NG THÁI NG SU T BAN ð U C A KH I ðÁ
Tr ng thái ng su t là t p h p c a các ng su t sinh ra trong kh i ñá khi ch u
tác d ng c a ngo i l c.
tr ng thái t nhiên (khi chưa thi công công trình), ñá ñã có m t tr ng thái
ng su t g i là tr ng thái ng su t ban ñ u. ðây là m t ñ c ñi m cơ h c r t ñ c bi t
c a kh i ñá. Nhưng vi c xác ñ nh tr ng thái ng su t ban ñ u c a ñá r t kém chính
xác vì tài li u v tính ch t c a kh i ñá còn ít, ph i xác l p m t gi thuy t riêng cho
kh i ñá. M t khác, vi c ti n hành th c nghi m trên kh i ñá r t ph c t p, ñôi khi làm
h ng tr ng thái ng su t ban ñ u c a nó.
Như ñã nói trên, ng su t c a ñá ph thu c vào tr ng l c và các l c ki n t o
mà trong ñó tr ng l c ñóng vai trò quy t ñ nh. Các l c ki n t o, tác ñ ng c a nư c
ng m và nư c m t, các ho t ñ ng s n xu t c a con ngư i có tác d ng làm sai l ch
tr ng thái ng su t ban ñ u do tr ng l c gây ra.
ð nghiên c u tr ng thái ng su t ban ñ u, ngư i ta có th dùng phương pháp
gi i tích hay phương pháp th c nghi m.
Phương pháp gi i tích d a trên các s li u ñã thu th p ñư c v tính ch t c a ñá,
có th ñánh giá ñư c g n ñúng thành ph n tr ng l c và nêu ra nh hư ng c a l c
ki n t o, các quá trình t o ñá.
Phương pháp th c nghi m nh m ki m tra l i vi c ñánh giá c a phương pháp
gi i tích và k ñ n các y u t khác trong vi c thành t o tr ng thái ng su t, nhưng nó
l i mang tính ch t khu v c, thi u tính ch t t ng quát cho toàn b kh i ñá. Vì v y, nên
ñánh giá tr ng thái ng su t ban ñ u b ng phương pháp gi i tích.
T i m t ñi m b t kỳ c a kh i ñá ñư c ñ c trưng b ng 6 thành ph n ng su t: 3
thành ph n ng su t pháp σx, σy, σz và 3 thành ph n ng su t ti p tác d ng trong các
m t ph ng tương ng τxy, τxz, τyz (hình 5.3). Gi s r ng các ng su t này ch do
tr ng l c gây ra thì các thành ph n ng su t s thay ñ i theo chi u sâu c a ñi m ñang
xét.
Riêng thành ph n ng su t pháp theo z
σz
phương th ng ñ ng σz , v i ñá phân l p có th tính
τzy
theo công th c: τzx
τyz
τ xz
σz = Σ γi hi (5.8) σy
τ xy τyx
γi là tr ng lư ng th tích c a l p
trong ñó:
σx y
ñá th i có chi u dày là hi.
x
hay có th tính theo công th c:
Hình 5.3 Các thành ph n ng
su t trong m t phân t ñá.
C¬ häc ®¸.287
- H
∫ γ(z) dz
σz = (5.9)
o
v i H là chi u dày l p ñá ñang xét.
Các thành ph n ng su t khác s ñư c tính theo σz v i các h s t l:
σ
σx
; λy = y
λx =
σz σz
(5.10)
τ xy τ
τ
; λ xz = xz , λ yz = yz
λ xy =
σz σz σz
Các h s λx, λy chính là h s áp l c ngang. Tuỳ theo ñi u ki n ñ a ch t c a
vùng mà các h s này có th l n hơn hay nh hơn 1 như ñã nói trên. M t khác, tuỳ
theo m c ñ ñ ng nh t và ñ ng hư ng c a ñá mà các h s này cũng ñư c tính theo
các công th c khác nhau.
V i ñá bi n d ng tuy n tính, ñ ng nh t và ñ ng hư ng thì theo gi thuy t
Terzaghi:
ν
λx = λy = (5.11)
1− ν
V i ñá bi n d ng tuy n tính, không ñ ng nh t và ch ñ ng hư ng theo m t (gi
s m t ñ ng hư ng vuông góc v i tr c z) thì:
E ν1
λx = λy = (5.12)
E1 1 − ν
E, ν là môñun ñàn h i và h s Poisson c a ñá trong m t ñ ng
trong ñó:
hư ng;
E1, ν1 là các ñ i lư ng trên nhưng theo hư ng vuông góc v i m t
ñ ng hư ng.
Tuỳ theo các thành ph n ng su t mà tr ng thái ng su t ban ñ u c a ñá s
khác nhau.
Nói chung, ngư i ta chia làm hai lo i.
5.1.2.1. Tr ng thái ng su t thu tĩnh
V i kh i ñá ñ ng nh t, ñ ng hư ng, tr ng thái ng su t thu tĩnh g m các
thành ph n sau:
H
σ x = ∫ γ (z) dz
o
σx = σy = σz (5.13)
τ xy = τ xz = τ yz = 0
5.1.2.2. Tr ng thái ng su t không thu tĩnh
Trong tr ng thái này có th chia ra:
288.C¬ häc ®¸
- Kh i ñá ñ ng nh t và không ñ ng nh t, ñ ng hư ng và không ñ ng hư ng,
nhưng n ñ nh, s có các thành ph n ng su t là:
σ x = ∫ γ (z) dz ; σ x = λ x . σ z ; σ y = λ y . σ z
H
(5.14)
o
τ xy = λ xy . σ z ; τ xz = λ xz . σ z ; τ yz = λ yz . σ z
Các h s λ trong các công th c trên ph thu c vào tính ch t c a ñá và các ñ c
trưng cơ h c c u trúc c a nó, có th tính theo công th c (5.11), (5.12).
Kh i ñá b phá ho i, có các thành ph n ng su t là:
σ x = ∫ γ (z) dz ; σ x = λ x . σ z ; σ y = λ y . σ z
H
(5.15)
o
τ xy = τ xz = τ yz = 0
Các h s λ có th b ng 0 khi v i ñá không có áp l c hay tính theo công th c
(5.11) v i kh i ñá có áp l c.
Kh i ñá ñ ng nh t và không ñ ng nh t, ñ ng hư ng và không ñ ng hư ng,
ch u nh hư ng c a các quá trình ki n t o, grañien nhi t ñ cao, t i tr ng trên m t
l n… thì các thành ph n ng su t có th vi t:
H
σ x = ∫ γ (z) dz + σ*
z
o
σ x = λ x . σ z + σ* ; σ y = λ y . σ z + σ * (5.16)
x y
τ xy = λ xy . σ z + τ* ; τ xz = λ xz . σ z + τ* ; τ yz = λ yz . σ z + τ*
xy xz yz
σ* , σ* , σ* , τ* , τ* , τ* là các thành ph n ng su t b sung do các
trong ñó: x y z xy xz yz
l c ki n t o, t i tr ng trên m t… gây ra.
Các h s λ có th tính theo các công th c (5.11), (5.12).
Kh i ñá phân l p hay kh i ñá có các m t khe n t song song v i nhau.
- Khi m t phân l p n m ngang, thì ng su t th ng ñ ng có th tính theo
công th c (5.8), còn các ng su t theo phương n m ngang, có th tính
theo công th c (5.12).
- Khi m t phân l p (hay m t khe n t) h p v i phương th ng ñ ng m t
góc α (hình 5.4), cho r ng trên b m t các khe n t không có l c liên k t
(c = 0), t i ñ y, ñi u ki n b n Coulomb có th vi t:
τα = σα . tgϕ (5.17)
T i chi u sâu z b t kỳ, thành ph n ng su t th ng ñ ng σz v n ñư c tính theo
công th c (5.1).
z
σz
Trên sơ ñ phân tích ng su t,
chi u lên các tr c theo phương σx
và σz s ñư c: σx
α
σα τα σα τα
C¬ häc ®¸.289
z
nguon tai.lieu . vn
