Bài giảng Tường chắn đất: Chương 1 - ThS. Nguyễn Trọng Nghĩa

Chia sẻ: Gió Biển | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

252
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Tường chắn đất - Chương 1: Lý thuyết áp lực ngang" cung cấp cho người đọc những hình ảnh ứng dụng của tường chắn đất, các loại tường chắn đất cơ bản, áp lực đất lên tường chắn,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Tường chắn đất: Chương 1 - ThS. Nguyễn Trọng Nghĩa

GIỚI THIỆU TƯỜNG CHẮN ĐẤT TƯỜNG CHẮN ĐẤT TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HCM GIẢNG VIÊN: THS. NGUYỄN TRỌNG NGHĨA GIỚI THIỆU TƯỜNG CHẮN ĐẤT GIỚI THIỆU HỐ ĐÀO BẢO VỆ CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG MAI DỐC CHO ĐƯỜNG MỐ CẦU GIỚI KÈ THIỆU BẢO VỆ BỜ CHỐNG SÓI HỐ ĐÀO MÒN VÀ SẠT LỞ
GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG CHẮN Một kết cấu dùng để chắn đất, nước hoặc vật liệu khác ở một mặt được gọi là tường chắn. Tường chắn được sử dụng với các mục đính như trên hình vẽ GIỚI THIỆU CÁC LOẠI TƯỜNG CHẮN GIỚI THIỆU CÁC LOẠI TƯỜNG CHẮN 1-TƯỜNG TRỌNG LỰC 2-TƯỜNG CỌC BẢN TƯỜNG TƯỜNG TRỌNG CÔNXÔN LỰC GỖ BÊ TÔNG TƯỜNG CÔNXÔN CÓ DẦM GIẰNG SẮT NỘI DUNG MÔN HỌC TỔNG QUÁT ÁP LỰC NGANG CHƯƠNG 1-LÝ THUYẾT ÁP LỰC NGANG CHƯƠNG 2-TƯỜNG CHẮN TRỌNG LỰC Tường chắn chứa các vật liệu ở một mặt tường. Vật liệu này tác dụng một áp lực ngang lên tường và có xu hướng đẩy tường ra CHƯƠNG 3-TƯỜNG CỌC BẢN khỏi vị trí ban đầu và có thể gây lật làm mất ổn định cho công CHƯƠNG 4- MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ trình tường chắn. Việc xác định áp lực ngang cho tường chắn là TƯỜNG CỌC BẢN một phần rất quan trọng trong môn học.
TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHƯƠNG 6 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT ÁP LỰC CHẮN NGANG 1. TOÅNG QUAN VEÀ AÙP LÖÏC NGANG CUÛA ÑAÁT 2. PHÖÔNG PHAÙP RANKINE 3. PHÖÔNG PHAÙP MOHR – COULOMB TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HCM 4. TÍNH TOAÙN AÙP LÖÏC ÑAÁT LEÂN TÖÔØNG CHAÉN GIẢNG VIÊN: THS. NGUYỄN TRỌNG NGHĨA CHƯƠNG1 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHƯƠNG 6 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN CHẮN Tổng quát có ba loại áp lực ngang: 1 TỔNG QUAN VỀ ÁP LỰC NGANG 1-ÁP LỰC NGANG TĨNH 2-ÁP LỰC NGANG CHỦ ĐỘNG 3-ÁP LỰC NGANG BỊ ĐỘNG CỦA ĐẤT ÁP LỰC TĨNH ÁP LỰC TĨNH Áp lực tĩnh: Tường hoàn toàn không chuyển vị khối đất sau lưng tường ở TT cân bằng tĩnh  áp lực đất lên tường là áp lực tĩnh, Po (σh) và bằng ứng suất do tải trọng bản thân đất sinh ra theo phương ngang. Hệ số áp lực ngang tĩnh Ko: h  Hệ số áp lực ngang tĩnh có thể xác Ko    v 1  định dựa trên lí thuyết đàn hồi:  ho  K o v  K oz Theo Janky (1944) cho đất cát: K o  1  sin 
ÁP LỰC TĨNH ÁP LỰC CHỦ ĐỘNG Áp lực chủ động: Nếu như tường Bảng tra hệ số áp lực ngang tĩnh Ko: xoay từ từ quanh điểm A có hướng bị đất đẩy ra phía ngoài, áp lực Loại đất Ip Ko đơn vị của đất lên tường do đó Cát rời, bão hoà - 0.46 cũng từ từ giảm theo cho đến khi Cát chặt, bão hoà - 0.36 không thay đổi nửa. Áp lực tại lúc Cát chặt, khô(e=0.6) - 0.49 nhỏ nhất chính là áp lực chủ Cát chặt, khô(e=0.8) - 0.64 động Sét cứng 9 0.42 - (Theo Terzaghi: 0.1% – 0.5% H) Sét cứng 31 0.6 -Góc δ được gọi là góc ma sát Sét bụi hữu cơ (w =74%) 45 0.57 tường - Các phân tích cho thấy mặt trượt giả định AC có xu hướng làm với mặt phẳng ngang một góc 45o+φ/2. ÁP LỰC BỊ ĐỘNG Áp lực bị động: Nếu như tường bị đẩy từ từ quanh điểm A về phía đất, áp lực đơn vị tác dụng lên tường tăng dần cho đến khi không đổi nửa. Áp lực nầy được gọi là áp lực bị động - (Theo Terzaghi: 1% – 5% H) -Góc δ được gọi là góc ma sát tường - Các phân tích cho thấy mặt trượt giả định AC có xu hướng làm với mặt phẳng ngang một góc 45o-φ/2.  h  K a v  K az TRẠNG THÁI TĨNH ÁP LỰC CHỦ ĐỘNG ÁP LỰC BỊ ĐỘNG  h  K p v  K pz ÁP LỰC TĨNH TÖÔØNG BAÛO VEÄ ÑÖÔØNG VAØO CAÀU TÖÔØNG MSE
QUAN HỆ GIỮA CÁC ÁP LỰC NGANG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT CHỦ CHUYỂN VỊ ĐỘNG VÀ BỊ ĐỘNG LÊN TƯỜNG Xaùc ñònh aùp löïc chuû ñoäng vaø bò ñoäng coù nghóa laø xaùc ñònh aùp löïc giôùi haïn taïi vò trí löng töôøng khi khoái ñaát bò tröôït, coù hai phöông phaùp: 1-Döïa vaøo lyù thuyeát caân baèng giôùi haïn- Phöông phaùp Rankine. 2-Döïa vaøo lyù thuyeát caân baèng khoái tröôït vôùi maët tröôït giaû ñònh tröôùc- Phöông phaùp Coulomb. CHƯƠNG 1 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG LÝ THUYẾT RANKINE 1857 CHẮN 2 LÝ THUYẾT RANKINE LÝ THUYẾT RANKINE LÝ THUYẾT RANKINE CHO ĐẤT RỜI σ1=γz σ3=γz Các giả thiết : σ1 1-Tường thẳng đứng σ3 2-Góc ma sát của đất và tường bằng 0 Trường hợp chủ động:  3-Toàn bộ đất sau lưng tường đạt tới trạng thái giới hạn  3  tg 2 ( 45  ) 1  K a  ' z 2 (Rankine’s limit)   K a  tg 2 ( 45  ) 2 Trường hợp bị động:   1  tg 2 ( 45  ) 3  K p  ' z 2   K p  tg ( 45  ) 2 2
LÝ THUYẾT RANKINE CHO ĐẤT DÍNH PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE σ1=γz σ3=γz 1-AÙp löïc chuû ñoäng cho ñaát caùt σ1 p a  K a ' v  K a  ' z σ3 Trường hợp chủ động: 1   Ea  K a ' H 2  3  tg 2 ( 45  ) 1  2 c  tg ( 45  ) 2 2 2  K a ' z  2c K a   K a  tg 2 ( 45  ) 2 Trường hợp bị động:    1  tg 2 ( 45  ) 3  2 c  tg ( 45  ) 2 2  K p ' z  2c K p   K p  tg 2 ( 45  ) 2 PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE 2 AÙp löïc chuû ñoäng cho ñaát dính: 3-AÙp löïc bò ñoäng cho ñaát caùt pa  K a ' z  2c K a 2c p p  K p ' v  K p  ' z zo   ' Ka Ep  1 K p ' H 2 1 2 E a  ( K a ' H  2c K a )  ( H  z o ) 2 PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE 5-AÙp löïc chủ ñoäng vaø bò ñoäng cho ñất nghieâng moät goùc β 4 AÙp löïc bò ñoäng cho ñaát dính: p p  K p ' z  2c K p 1 Ep  ( K p ' H  4c K p )  H 2
PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE Bảng tra hệ soá aùp löïc chuû ñoäng khi ñaát nghieâng moät goùc β Bảng tra hệ soá aùp löïc bò ñoäng khi ñaát nghieâng moät goùc β BÀI TẬP 2.1 BÀI TẬP 2.2 Tường cao 5m. Mực ngầm sau lưng tường nằm dưới đáy. Đất đắp sau lưng tường có trọng lượng đơn vị là Tường cao 8m, chứa đất sau lưng 18kN/m3. Xác định áp lực Rankine trong các trường tường có trọng lượng riêng hợp sau: 19kN/m3 . Nếu bề mặt của mái 1- Áp lực và Lực chủ động khi đất sau lưng tường là đất cát dốc nghiêng một góc 15o theo có φ=30o phương ngang. Tìm lực chủ động của đất tác dụng lên 2-Áp lực và Lực bị động khi đất sau lưng tường là đất cát tường biết φ=30o. Sử dụng điều có φ=30o kiện cân bằng Rankine 3-Áp lực và Lực chủ động khi đất sau lưng tường là đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa 4-Áp lực và Lực bị động khi đất sau lưng tường là đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa CHƯƠNG 1 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG LÝ THUYẾT COULOMB 1776 CHẮN 3 LÝ THUYẾT COULOMB
LÝ THUYẾT MORH COULOMB ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG THEO COULOMB Caùc giaû thieát 1-Maët tröôït phaúng. 2-Khoái tröôït ñöôïc coi laø moät Dieän tích tam giaùc ΔABC =1/2.AC.BD vaät theå raén ôû traïng thaùi caân baèng giôùi haïn. 3-Tồn tại ma saùt töôøng vaø ñaát. Thay vaøo vaø ñôn giaûn bôùt ta coù: 4-Ñaát rôøi. ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG THEO COULOMB ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG THEO COULOMB Caân baèng khoái ñaát vôùi tam giaùc löïc W, Pa, R: Tìm cöïc trò cuûa Pa baèng caùch laáy ñaïo haøm dPa/dθ=0 Sin 2 (   ) Ka  2  Sin(   ) Sin(   )  Sin   Sin(   ) 1  2   Sin(   ) Sin(   )  Ф= goùc ma saùt trong cuûa ñaát  = Goùc ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát  = goùc nghieâng cuûa löng töôøng  = goùc nghieâng cuûa maët ñaát sau löng töôøng. θ= goùc nghieâng cuûa maêt tröôït ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG THEO COULOMB ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG THEO COULOMB Caân baèng khoái ñaát vôùi tam giaùc löïc W, Pa, R: Tìm cöïc trò cuûa Pa baèng caùch laáy ñaïo haøm dPa/dθ=0 Sin 2 (   ) Kp  2  Sin(   ) Sin(   )  Sin 2  Sin(   ) 1    Sin(   ) Sin(   )  Ф= goùc ma saùt trong cuûa ñaát  = Goùc ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát  = goùc nghieâng cuûa löng töôøng  = goùc nghieâng cuûa maët ñaát sau löng töôøng. θ= goùc nghieâng cuûa maêt tröôït
BÀI TẬP 3.1 BÀI TẬP 3.2 Tường cao 8m, chứa đất sau lưng tường có trọng lượng Tường cao 5m. Mực ngầm sau lưng tường nằm dưới đáy. riêng 19kN/m3. Nếu bề mặt của mái dốc nghiêng một góc Đất đắp sau lưng tường có trọng lượng đơn vị là β=15o theo phương ngang. Góc ma sát trong của đât 18kN/m3. Biết góc ma sát giữa tường và đất δ = 0, tường φ=30o , góc ma sát tường với đất δ=0. Tìm lực chủ động của thẳng đứng α= 90o, đất đắp sau lưng tường nằm ngang đất tác dụng lên tường. Sử dụng lý thuyết Coulomb β = 0, Xác định áp lực theo lý thuyết Coulomb trong các trường hợp sau: 1- Áp lực và Lực chủ động khi đất sau lưng tường là đất cát có φ=30o 2-Áp lực và Lực bị động khi đất sau lưng tường là đất cát có φ=30o 3-Áp lực và Lực chủ động khi đất sau lưng tường là đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa 4-Áp lực và Lực bị động khi đất sau lưng tường là đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa CHƯƠNG 1 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG LÝ THUYẾT COULOMB CHẮN Löu yù: Trong tröôøng hôïp töôøng thaúng ñöùng (α= 90o), maët ñaát naèm ngang 4 TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN (β = 0), boû qua ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát (δ = 0) thì keát quaû xaùc ñònh aùp löïc ñaát leân töôøng chaén theo phöông phaùp Coulomb truøng vôùi keát quaû cuûa phöông phaùp W.J.Rankine Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy, söû duïng lyù luaän Coulomb ñeå tính ALÑBÑ vôùi giaû thieát maët tröôït phaúng cho sai soá raát lôùn, bôûi vì TƯỜNG CHẮN maët tröôït thöïc teá raát cong, khaùc xa maët tröôït giaû thieát. Keát quaû tính toaùn lôùn hôn nhieàu so vôùi thöïc teá. Vôùi ñaát ñaép: φ = 16o, sai soá 17%; φ = 30o, sai soá 200%; φ = 40o, sai soá 700% Goùc ma sat giöõa töôøng vaø ñaát caøng lôùn φa > φ /3 sai soá caøng nhieàu TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN Moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät: Löng töôøng thaúng ñöùng, maët ñaát naèm Moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät: Löng töôøng thaúng ñöùng, maët ñaát naèm ngang, boû qua ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát. ngang, boû qua ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát. 1-Trong neàn coù möïc nöôùc ngaàm 2- Treân maët ñaát coù taûi troïng phaân boá ñeàu kín khaép
TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN Moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät: Löng töôøng thaúng ñöùng, maët ñaát naèm ngang, boû qua ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát. Moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät: Löng töôøng thaúng ñöùng, maët ñaát naèm ngang, boû qua ma saùt giöõa töôøng vaø ñaát. 3- Treân maët ñaát coù taûi troïng phaân boá höõu haïn 4- Treân maët ñaát coù taûi troïng phaân boá baát kyø BÀI TẬP 4.1 Tường cao 5m. Đất đắp sau lưng tường là đất cát có φ=30o và có trọng lượng đơn vị là 18kN/m3 Trọng lượng riêng bão hòa γsat =21 kN/m3. Xác định áp lực Rankine trong các trường hợp sau: 1- Áp lực chủ động khi đất sau lưng tường và áp lực nước ngầm khi mực nước ngầm sau lưng tường nằm ở độ sâu 2m từ mặt đất đắp THAY THẾ VÀ LOẠI 2- Áp lực chủ động sau lưng tường và áp lực nước ngầm OB khi mực nước ngầm trên mặt đất đất đắp có tải phân phối đều khắp q=10kPa  Hai phương pháp Coulomb và Rankine khác nhau ở những điểm sau đây:  1. Rankine giả thiết ma sát giữa tường và đất bằng không (tường trơn). Coulomb có tính đến ma sát giữa tường và đất. Điều này dẫn đến lực ngang tác dụng lên trường chắn khi tính theo Coulomb sẽ nghiêng một góc alpha so với phương nằm ngang (alpha la hệ số ma sát giữa tường và đất). Nếu sử dụng Rankine, góc alpha sẽ bằng không.  2. Rankine sử dụng phương pháp giới hạn cận dưới (lower bound solution) còn Coulomb sử dụng phương pháp giới hạn cận trên (upper bound solution). Hai phương pháp này khác nhau cơ bản ở chỗ:  (a) Phương pháp giới hạn cận trên giả thiết mặt phá hoại trước sau đó xác định lực tác dụng dựa trên mặt phá hoại giả thiết kết hợp với cân bằng tĩnh;  (b) Phương pháp giới hạn cận dưới giả thiết toàn bộ đất sau tường đều ở trạng thái giới hạn (Rankine's limits), ứng suất ngang hữu hiệu ở trang thái tới hạn được tính từ ứng suất đứng hữu hiệu nhân với hệ số Rankine.  Như vậy, có thể thấy rằng cả hai phương pháp nêu trên đều không hoàn thiện. Rankine thỏa mãn điều kiện cân bằng ứng suất (stress equilibrium) song không thỏa mãn điều kiện biến dạng liên tục (strain compatibility) khi giả thiết toàn bộ đất sau tường đều ở trạng thái giới hạn. Coulomb thì ngược lại, điều kiện biến dạng thỏa mãn (do giả thiết trước mặt phá hoại) song điều kiện cân bằng ứng suất lại không được đáp ứng (lưu ý là Coulomb chỉ giải ra được lực chứ không ra được ứng suất). Hai phương pháp này có thể hội tụ trong một số trường hợp đặc biệt (ví dụ như khi tường thẳng đứng + ma sát giữa đất và tường bằng không + mái dốc bề mặt bằng không). Nhược điểm của cả hai phương pháp là không giải được những bài toán có điều kiện hình học hoặc địa chất phức tạp (vi dụ nhiều lớp đất, mực nước ngầm nằm giữa thân tường, mái dốc bề mặt khác không...)[