Xem mẫu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Đỗ Thắng

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH
NỀN ĐƯỜNG ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số:

62.58.02.05.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

1. Đỗ Thắng (2013). “Trường ứng suất trong đất theo lý thuyết đàn
hồi và lý thuyết min (max)”. Tạp chí Cầu đường Việt Nam.
10/2013. tr. 30 - 33.
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: GS.TSKH Hà Huy Cương

(Học viện KTQS)

2: TS Vũ Đức Sỹ

(Trường ĐH GTVT)

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục
(Trường Đại học Xây Dựng)
Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng
(Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội)
Phản biện 3: GS.TS Nguyễn Trường Tiến
(Hội Cơ học đất và Địa kỹ thuật Việt Nam)

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải
vào hồi ... giờ ...’ ngày ... tháng ... năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Quốc gia
2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải

2. Đỗ Thắng (2013). “Nghiên cứu ổn định của mái dốc thẳng đứng
bằng phương pháp phân tích giới hạn”. Tạp chí Xây dựng.
11/2013. tr. 103 - 104.
3. Đỗ Thắng (2014). “Phương pháp mới nghiên cứu ổn định nền
đường đất đắp trên nền thiên nhiên”. Tạp chí Xây dựng.
6/2014.

1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nền đường là bộ phận quan trọng của đường ôtô. Bảo đảm ổn định
nền đường là điều kiện tiên quyết để bảo đảm ổn định của kết cấu áo
đường.
Phương pháp nghiên cứu ổn định nền đường được sử dụng rộng rãi
trong thiết kế hiện nay là phương pháp cân bằng giới hạn. Hệ phương trình
cơ bản của phương pháp này bao gồm hai phương trình cân bằng (bài toán
ứng suất phẳng) và điều kiện chảy dẻo Mohr- Coulomb.
Tuy nhiên, phương pháp cân bằng giới hạn chưa xét đến hiện tượng
thể tích khối đất bị thay đổi khi dùng điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb.
Mặt khác, hệ phương trình cơ bản nêu trên không cho phép xác định trạng
thái ứng suất tại những điểm chưa chảy dẻo, tức là không xét được trạng
thái ứng suất của toàn khối đất. Vì vậy, trong luận án “Nghiên cứu ổn định
nền đường đất đắp trên nền thiên nhiên” được trình bày sau đây, bằng
cách sử dụng lý thuyết min (max), tác giả có thể áp dụng trực tiếp định lý
giới hạn để nghiên cứu ổn định của khối đất nói chung và ổn định của nền
đất đắp trên nền thiên nhiên.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng phương pháp mới (phương pháp áp dụng trực tiếp định lý
giới hạn) đánh giá ổn định nền đất phù hợp với sự làm việc thực của môi
trường đất, góp phần phát triển nghiên cứu về ổn định nền đường.
Áp dụng phương pháp trên để xây dựng một số chương trình tính, lập
được bảng tra và toán đồ giúp người kỹ sư nhanh chóng xác định được
chiều cao và độ dốc giới hạn của nền đắp. Ngoài ra, sử dụng định lý giới
hạn dưới của lý thuyết phân tích giới hạn cho ta biết được phân bố ứng
suất trong khối đất trước khi phá hỏng và các mặt trượt xảy ra trong khối
đất, từ đó có thể đưa ra các biện pháp phù hợp nâng cao ổn định nền đất
khi cần thiết.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nền đường đắp đất trên nền thiên nhiên.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vấn đề ổn định của nền đường đắp
đất trên nền thiên nhiên xét trong trường hợp bài toán phẳng.

2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đất không phải là vật liệu đàn hồi nên trong bài toán phẳng, hai
phương trình cân bằng không đủ để xác định được ba thành phần ứng suất.
Tác giả dùng thêm điều kiện min (max) để có đủ phương trình xác định
trạng thái ứng suất trong toàn khối đất và áp dụng trực tiếp định lý giới hạn
để nghiên cứu ổn định đồng thời nền đắp và nền thiên nhiên.
Trong luận án trình bày các bài toán ổn định khác nhau: cường độ
giới hạn của nền đất nằm ngang dưới tải trọng móng cứng (bài toán
Prandtl), mái dốc của khối cát khô, mái dốc thẳng đứng trên nền thiên
nhiên dưới tác dụng của tải ngoài và trọng lượng bản thân, nền đắp hình
thang trên nền thiên nhiên dưới tác dụng của trọng lượng bản thân. Từ
những nghiên cứu đó có thể rút ra các kết luận và nhận xét định tính và
định lượng sau đây:
- Điều kiện chảy dẻo Mohr- Coulomb cho biết vật liệu có nội ma sát
càng lớn thì sức chịu tải càng lớn. Tuy nhiên đối với vật liệu xây dựng nền
đắp như đất, cát các loại, đá dăm vụn... thì vật liệu có lực dính đơn vị lớn
mới là vật liệu bảo đảm ổn định mái dốc tốt hơn. Thực tiễn xây dựng nền
đường đắp ở nước ta đã chứng thực điều đó.
- Mặt trượt xuất hiện trên mái dốc và mặt nền đắp khi có tải trọng
ngoài tác dụng.
- Khi nghiên cứu ổn định nền đường đắp mà chỉ xét trọng lượng bản
thân của đất thì không xuất hiện mặt trượt trên mái dốc và mặt nền đắp.
- Tùy theo cường độ (c, ) của vật liệu nền đắp và nền thiên nhiên
mà xảy ra các trường hợp phá hoại: cường độ vật liệu đắp càng lớn thì
chiều cao giới hạn nền đắp càng lớn, độ dốc taluy càng lớn. Khi nền đắp có
cường độ (c, ) bằng hoặc nhỏ hơn cường độ nền thiên nhiên thì mặt trượt
chỉ xuất hiện ở chân taluy nền đắp, Khi nền đắp có cường độ lớn hơn nền
thiên nhiên thì mặt trượt ăn sâu vào nền thiên nhiên.
- Những tính toán so sánh cho thấy chiều cao giới hạn nền đắp theo
phương pháp của tác giả xấp xỉ với chiều cao có chiết giảm theo các
phương pháp mặt trượt (lấy hệ số an toàn lớn hơn 1). Điều này giải thích
được bởi vì phương pháp mặt trượt cho ta giới hạn trên của chiều cao nền
đắp.
Tác giả đã xây dựng một số chương trình tính, lập được bảng tra và
toán đồ giúp người kỹ sư nhanh chóng xác định được chiều cao và độ dốc

3
giới hạn của nền đắp. Ngoài ra, từ biểu đồ các đường đẳng trị mức chảy
dẻo sẽ xác định được lưới mặt trượt nên có thể đưa ra được các biện pháp
gia cường phù hợp, đúng vị trí để nâng cao ổn định nền đường khi cần.
5. Bố cục của luận án
Luận án gồm những phần và chương sau:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu ổn định nền đường đất đắp
trên nền thiên nhiên
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết nghiên cứu ổn định nền đường đất đắp
trên nền thiên nhiên
- Chương 3: Bài toán cơ bản về tải trọng giới hạn và ổn định mái dốc
- Chương 4: Nghiên cứu ổn định khối đất có mái dốc thẳng đứng
- Chương 5: Phương pháp mới nghiên cứu ổn định nền đường đất
đắp trên nền thiên nhiên
- Kết luận và kiến nghị
- Phần phụ lục
6. Đóng góp mới của luận án
1- Khác với các phương pháp truyền thống của cơ học đất, tác giả sử
dụng lý thuyết min (max) để có thể áp dụng trực tiếp lý thuyết phân tích
giới hạn vào nghiên cứu ổn định nền đất (không cho trước trạng thái ứng
suất hoặc dạng mặt trượt). Sử dụng định lý giới hạn dưới của lý thuyết
phân tích giới hạn cho ta biết được phân bố ứng suất trong khối đất trước
khi phá hỏng và các mặt trượt xảy ra trong khối đất, từ đó có thể đưa ra các
biện pháp phù hợp nâng cao ổn định nền đất khi cần thiết.
2- Khác với phương pháp truyền thống là phương pháp nghiên cứu
tách rời ổn định mái dốc với cường độ giới hạn của nền thiên, tác giả xây
dựng bài toán ổn định tổng thể của nền đắp trên nền thiên nhiên để có thể
xét được ảnh hưởng qua lại giữa chúng.
3- Các bài toán ổn định khối đất trình bày trong luận án là đúng đắn
về cơ học, chặt chẽ về toán học và mới. Xét về mặt toán thì đó là các bài
toán quy hoạch phi tuyến do có ràng buộc là điều kiện chảy dẻo MohrCoulomb. Phương pháp giải số là phương pháp sai phân hữu hạn và để sử
dụng các hàm tối ưu có sẵn, tác giả lập trình trên phần mềm Matlab để
giải. Sơ đồ sai phân dùng trong luận án cho kết quả với độ chính xác cao,

nguon tai.lieu . vn