TÍNH TOÁN ổn ĐỊNH TRƯỢT Của đập Và Nền THEO PHƯƠNG ...

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.pdf) (13 trang)

Trang chủ

Cao đẳng - Đại học

Kiến trúc - Xây dựng

TÍNH TOÁN ổn ĐỊNH TRƯỢT của đập và nền THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (332.53 KB, 13 trang )

Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnhTÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT CỦA ĐẬP VÀ NỀN THEO PHƯƠNGPHÁP PHÂN MẢNHMục Lục1.1. Phân tích ổn định theo mặt trượt phẳng1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.2. Phân tích ổn định theo phương pháp mặt trượt gãy phức hợp1.3. Phân tích an toàn chống lật1.4. Phân tích ổn định trượt1.5. Xác định các loại tải trọng1.6. Tiêu chuẩn đánh giá ổn định2. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN3. TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN MỸ (EM 1110–2–2100 và EM 1110–2–2100 )3.1. Nguyên lý tính toán3.2. Thành lập công thức tính toán3.3. Tính toán chi tiết3.4. Kết quả4. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬNTÀI LIỆU THAM KHẢO1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.7. Phân tích ổn định theo mặt trượt phẳngKhi mặt trượt nằm ngang,  = 0, hệ số ổn định trượt theo phương pháp cân bằnggiới hạn được tính:(W  U )tg  CL(1.1)KHKhi mặt trượt nằm nghiêng,  ≠ 0, hệ số an toàn được tính:(W cos   U  H sin  )tg  CLKH cos s  w sin wwHwHTU(1.2)nHUnTTUnHình 1-1: Vị trí của hợp lực trong các trường hợpHọc viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 1Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh2511.8. Phân tích ổn định theo phương pháp mặt trượt gãy phức hợpKhi phân tích ổn định đập có mặt trượt sâu dưới nền, các khối trượt và chống trượtđược chia thành từng phần tử, tương tự như phương pháp phân thỏi ở sơ đồ sau43Hình 1-2 : Hình dạng mặt trượtHL 3W3V2P1W1P1U1W4W2V1T1N1P3T2P2P2P4P3P4(i = 2)U5U4T3U3T5N5N4T4U2N2(i = 1)W5(i = 3)N3(i = 4)Hình1- 3: Sơ đồ tính ổn địnhTính theo phương pháp cân bằng giới hạn, công thức tính hệ số an toàn:{[(Wi  Vi ) cos   ( H Li  H Ri ) sin   ( Pi 1  P i ) sin  i  U i ]tgi  Ci li }FS [( H Li  H Ri ) cos  i  ( Pi 1  Pi ) cos  i  (Wi  Vi ) sin  i(i = 5)(1.3)Trong đó:i: là thứ tự của phần tửPi-1 – Pi: là tổng các lực theo phương ngangWi : là tổng trọng lượng nước, bùn cát, đá, bê tông tác dụng lên phần tử tínhtoánVi : là lực thẳng đứng của kết cấu bê tông tác dụng trên phần tử tính toán(nếu có).i = tg/FsHọc viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 2Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnhGóc αi là góc giữa mặt trượt và phương ngang;Ui : là áp lực đẩy ngược tác động lên đáy phần tử;Hli và Hri là lực tác động lên phía trái hoặc phía phải đập hoặc nền;Li: chiều dài theo mặt trượt của từng phần tử;1.9. Phân tích an toàn chống lậtRRpminRpmaxpmaxpmaxHình 1-4: Vị trí của hợp lực trong các trường hợpAn toàn chống lật căn cứ vào vị trí của hợp lực (R), chỉ số tính toán là tỷ số giữatổng mômen M của các lực thẳng đứng và nằm ngang lấy với chân đập trên tổng các lựcthẳng đứng V.RMV(1.4)Chỉ số khi tính toán nằm ngoài 1/3 phần giữa tiết diện, không thỏa mãn điều kiệnchịu nén.1.10. Phân tích ổn định trượtQuan điểm tính và các giả thiếtHệ số ổn định tính theo phương pháp cân bằng giới hạn là tỷ số giữa ứng suất tiếp giớihạn trên mặt trượt với ứng suất phát sinh trên mặt trượt như công thức sau: f  .tg  cFS (1.5)Trong đó: F = tg + c : theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr – coulomlKhi tính toán trên toàn bộ mặt trượt, hệ số ổn định là tỷ số giữa lực cắt giới hạnlớn nhất TF và lực cắt phát sinh trên mặt trượt TFS TfTNtg  CLT(1.6)Trong đó: N: Tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên mặt trượt  : Góc ma sát trong C: Lực dính L: Chiều dài mặt trượt1.11. Xác định các loại tải trọngCác tải trọng tác dụng được tính phù hợp với trường hợp tính toán, bao gồm:Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 3Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh- Trọng lượng bản thân và các thiết bị đặt trong đập- Áp lực nước thượng hạ lưu đập- Áp lực đẩy ngược- Nhiệt độ- Áp lực đất và bùn cát- Lực động đất- Lực gió- Áp lực chân không phát sinh trong dòng chảy qua đập- Áp lực sóng- Phản lực nền- Lực do va đập vật nổi và băngHọc viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 4Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh1.12. Tiêu chuẩn đánh giá ổn địnhBảng 1-1: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn về ổn định tổng thể và ứng suất cho phép của đậpHệ số an toànTrường hợp tải trọngĐiểm đặt hợplực ở đáyBình thường1/3 giữa2Không bình thường1/2 giữaĐặc biệtTrong đáySau động đấtCC=01,5Ứng suất nềnỨng suất bê tôngnénkéo≤ UScp0,3fc01,71,5 ≤ UScp0,5fc0,6f12/31,31,3 ≤ 1,33UScp0,9fc1,5f12/31,32. SỐ LIỆU TÍNH TOÁNThông số tính toánw=bt=-1,5025,8822,8815,2615,2610,6912,2213,74mmmmmmm9,81 KN/m323,550 KN/m3Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2TÍNH TOÁNChiều dày các lớpA=CTDD=A=B=C=D=E=F=Lớp 11=20 (độ)C1=01=8,56KN/m3Lớp 2, lớp 3, lớp 42=30 (độ)C2=02=9,34KN/m3Lớp 5=40 (độ)C5=0= 10,91KN/m3T1=T2=T4=T5=HF=HD=H E=1,523,051,521,529,1412,1910,66mmmmmmmTrang : 5Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnhAW3BCFEDHình 2-1: Sơ đồ tính toánVới đập bê tông trọng lực (ổn định nhờ trọng lượng bản thân), việc thiết kế mặt cắt đậpđã khống chế điều kiện ổn định lật [4]. Vì thế ở đây trong phạm vi bài tập chỉ tính khảnăng trượt của công trình.3. TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN MỸ (EM 1110–2–2100 và EM 1110–2–2100 )3.1. Nguyên lý tính toánĐể tính ổn đinh đập theo theo tiêu chuẩn thiết kế đập BTTL EM 1110–2–2200 phảiđi xác định hệ số FS cho đập sau đó đi kiểm tra xem hệ số đó có đảm bảo an toàn về trượtvà lật không?Để tính FS trong bài toán mặt trượt phức hợp này giả thiết các giá trị FS sau đó tínhtổng P (tổng các phản lực theo phương ngang của các thỏi). Vẽ đồ thị quan hệ giữa FS ~P. giá trị FS ứng với P = 0 chính là giá trị FS cần tìm (đây chính là hệ số ổn định trượtvà lật của công trình)So sánh hệ số này với hệ số ổn định nhỏ nhất của công trình:Nếu FS < [FS] công trình mất ổn định cần có giải pháp gia cố bảo vệ thích hợpNếu FS > [FS] công trình đảm bảo ổn định.Trình tự tính toán như sau:3.2. Thành lập công thức tính toán- Tính toán cho bài toán phẳng, chiều dày mặt cắt tính toán là 1m.- Trường hợp tính toán: Đập làm việc bình thường, Mực nước thượng lưu là MNDBT,mực nước hạ lưu nằm ngang mặt đất tự nhiên.- Mặt trượt gãy khúc gồm 5 thỏiHọc viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 6Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh- Các lực tác dụng lên mỗi thỏi gồm:+ Trọng lượng của thỏi W+ Phản lực giữa các thỏi Pi-1; Pi+ Áp lực nước theo phương đứng V và theo phương ngang HL+ Áp lực thấm UHL 3W3V2P1W1P1U1W4W2V1T1N1P3T2P2P2P4P3P4U5U4T3U3(i = 2)T5N5N4N2T4U2(i = 1)W5(i = 3)N3(i = 4)(i = 5)Hình 3-1: Các lực tác dụng lên các thỏi (mảnh)Thành lập công thứcXét cân bằng trên mặt trượt. Chọn hệ toạ độ mới là tOn trong đó:+ Trục Ot có phương song song với phương mặt trượt+ Trục On có phương vuông góc với mặt trượtTiến hành chiếu các lực lên phương vuông góc và song song với mặt trượt ta được:* Fn = 00=Ni +Ui - Wicosi - Vicosi - HLisini + HRisini +…- Pi-1sini + Pisini Ni=(Wi +Vi)cosi - Ui + (HLi - HRi)sini +(Pi-1- Pi)sini(1)* Ft = 00=-Ti - Wi sini - Visini + HLicosi - HRicosi +…+ Pi-1cosi - Picosi Ti=(HLi - HRi)cosi - (Wi +Vi)sini +(Pi-1- Pi)cosi(2)Mô hình phá hoại trên mặt trượt Mohr-CoulombTF = Nitani +CiLi(3)FSi TF N i tanφ i  C i L iTiTi(4)tanφiC (H Li  H Ri )cosα i  (Wi  Vi )sinα i  i LiFSiFSitanφ i  cosα i  sinα iFSi  (Wi  Vi )cosαi  Ui  (H Li  H Ri )sinαi Pi 1  Pi Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 7Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh3.3. Tính toán chi tiếtTiến hành tính toán với hệ số an toàn giả định FS = 1,5a. Tính cho nêm số 1 (i = 1): HL1 = HR1 =0- Góc ma sát trong của nền đá phía trên thượng lưu 1 = 20o;- Tính 1 :tan 1tan  d =0,2426  d = 13,64oFS 11    45o d o = -51,822 Sin1  -0,7861Cos1  0,6181T1- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 1: L1  Sin1 = 1,9337 m;+ Các lực tác dụng lên nêm số 112- Trọng lượng bản thân: W1   1T1L1cos1 = 7,78 Tấn/m- Áp lực nước theo phương đứng: V1   w HL1cos1 = 0,0 Tấn/m12- Áp lực thấm U1   w  H  H  T1  L1 =0,0 Tấn/m(W1  V1 )cosα1  U1  tanφ1  (W1  V1 )sinα1FS P0  P1 tanφ1  cosα1  sinα1FS = -6,115 Tấn/mb. Tính cho nêm số 2 (i = 2): HR2 =HL2= 0;- Góc ma sát trong của nền đá phía trên thượng lưu 3 = 30o;- Tính 2 :tan  3tan  d =0,3849  d = 21,05oFS 1 2    45o  d2o = -55,53Sin 2  -0,8244Cos 2  0,5660T2- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 2: L2  Sin 2 = 3,70 m;+ Các lực tác dụng lên nêm số 212- Áp lực nước theo phương đứng: V2   w HL2cos 2 = 0,0 Tấn/m- Trọng lượng bản thân: W2  T1.L2 cos  2 . 1   3T2 L2Cos 2  57,08 Tấn/mHọc viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 8Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh12- Áp lực thấm U 2   w  2 H  2T1  T2  L2 = 0,0 Tấn/mtanφ 2 (W2  V2 )sinα 2FS= -39,1895 Tấn/mtanφ 2  cosα 2  sinα 2FS  (W2  V2 )cosα 2  U 2  P1  P2 c. Tính cho nêm số 3 (i = 3): HR3 =V3= 0;- 3 = 9,5o  Sin 3  0,1650; Cos 3  0,9863- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 3: L3 T3 9,21 m;Sin 3+ Các lực tác dụng lên nêm số 3- Trọng lượng bản thân: W3  Fmc bt  1786,40 Tấn/m.12- Áp lực nước theo phương ngang: H L 3   w H 2 = 728,86 Tấn/m;12- Áp lực thấm U 3   w  H  T1  T2  T4  T5  L3 = 687,98 Tấn/m; P2  P3 tanφ3 H L3cosα 3  (W3  V3 )sinα 3FS= 83,9418 Tấn/mtanφ3  cosα 3  sinα 3 FS  (W3  V3 )cosα3  U3  H L3*sinα3 d. Tính cho nêm số 4 (i = 4): HL4 = HR4 =V4= 0;- Góc ma sát trong của nền đá 3 = 30o;- Tính 4 :tan  3tan  d =0,3849  d = 21,05oFS 1  4   45o  d  = 34,474o2 Sin 4  0,5660Cos 4  0,8244T4- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 4: L4  Sin 4 = 2,685 m;+ Các lực tác dụng lên nêm số 412- Trọng lượng bản thân: W4  T5 .L4 cos  4 . 2   3T4 L4Cos 4  54,13 Tấn/m12- Áp lực thấm U 4   w  2T5  T4  L4 = 0,0 Tấn/mtanφ3 (W4  V4 )sinα 4FS= 78,833 Tấn/mtanφ 4  cosα 4  sinα 4FS (W4  V4 )cosα 4  U 4  P3  P4 e. Tính cho nêm số 5 (i = 5): HL5 = HR5 =V5= 0;Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 9Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh- Góc ma sát trong của nền đá 2 = 40o;- Tính 4 :tan  5tan  d =0,5594  d = 29,22oFS 1 5   45o d  = 30,392 oSin 5  0,5059Cos 5  0,8626T5- Chiều dài theo phương mặt trượt của nêm số 5: L5  Sin 5 = 9,88m;+ Các lực tác dụng lên nêm số 512- Trọng lượng bản thân: W5   2T5 L5Cos 5  21,49 Tấn/m12- Áp lực thấm U 5   wT5 L5 L4 =0,0 Tấn/mtanφ 2 (W5  V5 )sinα 5FS= 36,65 Tấn/mtanφ5  cosα 5  sinα 5FS (W5  V5 )cosα5  U5  P4  P5 Bảng 3: Tổng hợp kết quả Pi-1-Pi tính với FS=1,5iLHLiHRiVWU(m)(Tấn/m)(Tấn/m)(Tấn/m)(Tấn/m)(Tấn/m) 12345- 51,82- 55,539,5034,4730,39iđộ12345- 50,16- 53,059,5036,9533,621,933,709,212,693,00728,86--Pi-1-Pi(Tấn/m)-7,786,1157,0839,191.786,40 687,9883,9454,1378,8321,4936,65P  154,12(KN / m)Tương tự, tính cho các hệ số FS=2; FS=2,5 với cách tính như trên và có kết quả theocác bảng sau :Bảng 4 : Tổng hợp kết quả Pi-1-Pi tính với FS=2,0LHLiHRiVWU(m)(Tấn/m)(Tấn/m)(Tấn/m)(Tấn/m)(Tấn/m)1,983,829,212,532,75728,86-Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2-Pi-1-Pi(Tấn/m)8,25- 6,8962,52- 47,03- 1.786,40 687,98- 39,1449,2665,5018,9628,51(Pi-1-Pi) = 0,95 (KN/m)Trang : 10Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnhBảng 5 : Tổng hợp kết quả Pi-1-Pi tính với FS=2,5HLiHRi(Tấn/m)(Tấn/m)V(Tấn/m)W (Tấn/m)---8,55- -7,403,90---66,12- -52,599,212,442,60728,86--- 1.786,40 687,98 - 111,0146,4458,3917,5224,37Pi-1-Pi = -88,24 (KN/m)i(độ)1- 49,142,012- 51,503459,5038,5035,72L (m)U(Tấn/m)Pi-1-Pi(Tấn/m)Tổng hợp kết quả tính toán xem ở bảng 6Bảng 6: Tổng hợp kết quả tính toán Σ  PSTTFSP11.50154,1222,000,9532,09042.50-88,24Hình 3-2: Biểu đồ quan hệ FS ~PR200Pi(KN/m)150100500-50123-100-150FSHọc viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 11Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnh3.4. Kết quảVới số liệu đã cho, hệ số an toàn chống trượt theo mặt trượt phức hợp qua đồ giảilà FS = 2,09So sánh với hệ số an toàn chống trượt cho phép [FS]=1,50 (ứng với C=0) thì côngtrình đảm bảo ổn định không xảy ra trượt.Phương pháp cân bằng giới hạn theo tiêu chuẩn EM110 – 2 – 2200 được tính toánvà dùng đồ giải để tìm ra hệ số an toàn FS. Bài tập này được thực hiện với sự trợ giúpcủa máy tính và dùng lệnh Goal Seak trong phần mềm Exel sẽ dò tìm trực tiếp hệ số FSkhông cần qua bước đồ giải. Chương trình được kiểm tra cho hệ số FS=2,094. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬNTính toán ổn định trượt của công trình theo tiêu chuẩn Mỹ chỉ xét ứng với tổ hợptải trọng (bình thường) và có xét đến sự tham gia của lực dính C ảnh hưởng đến hệ số antoàn cho phép (nếu có lực dính C thì [FS]=2,0 và nếu không có lực dính C thì [FS]=1,50).Hệ số ổn định trượt cho phép theo tiêu chuẩn Mỹ của bài tập [FS]=1,50Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 12Bài tập môn học: Phân tích ổn định trượt đập BTTL và nền tho phương pháp phân mảnhTÀI LIỆU THAM KHẢO1. Nguyễn Văn Mạo “Đập bê tông và BTCT” Bài giảng sau đại học - Hà Nội, 2010;2. Ngô Trí Viềng “Sổ tay kỹ thuật thủy lợi - Phần II Tập 2” - Phần Đập bê tông, BTCT vàcông trình tháo lũ, Hà Nội 2004;3. Cao Văn Chí và Trịnh Văn Cương “Cơ học đất” – Hà Nội, 2003;4. Ngô Trí Viềng “Giáo trình thủy công” – Hà Nội, 2004;5. 14 TCN 56 – 88 “Thiết kế đập bê tông & BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế” – Hà Nội,2003;6. “Engineering and Design - Gravity Dam Design - EM 1110-2-2200” – US Army Corpsof Engineers 1995;7. “Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285 – 2002”Học viên: Nhóm 4 – Lớp CH18C-ĐH2Trang : 13

Tài liệu liên quan

nghiên cứu, đánh giá khả năng mất ổn định thấm của thân và nền đê
- 119
- 754
- 2
TÍNH TOÁN ổn ĐỊNH TRƯỢT của đập và nền THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH
- 13
- 2
- 3
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH FLUTTER CỦA DẦM CHỦ CẦU TREO THEO MÔ HÌNH MẶT CẮT HAI BẬC TỰ DO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƯỚC LẶP
- 30
- 258
- 0
Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp bằng phương pháp phân tử hữu hạn (tt)
- 37
- 431
- 1
nghiên cứu tính toán kiểm tra bền dàn đáy khoang hàng bằng phương pháp phần tử hữu hạn_2
- 42
- 143
- 0
TÍNH ỨNG SUẤT CỤC BỘ CỦA ĐÂÌ MÓNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CÓ SỬ DỤNG PHẦN TỬ BẬC CAO.
- 92
- 286
- 0
Tính toán lực cản sóng của tàu ba thân bằng phương pháp nghiệm hữu hạn
- 6
- 71
- 0
Một số vấn đề trong công tác kiểm toán xác định giá trị vốn nhà nước theo phương pháp dòng tiền chiết khấu
- 6
- 17
- 0
Nghiên cứu, đánh giá khả năng mất ổn định thấm của thân và nền đê
- 119
- 49
- 0
Tính ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao
- 92
- 87
- 0