Cơ học đất - Chương 7: Ổn định mái dốc

Cơ học đất - Chương 7 Cơ học đất Chương 7 Ổn định mái dốc Giảng viên: ThS. Phạm Sơn Tùng Cơ học đất - Chương 7 Ổn định mái dốc 1. Mở đầu 2. Hai bài toán đơn giản 2.1. Góc nghiêng lớn nhất của mái đất rời lý tưởng (c = 0,  > 0) 2.2. Chiều cao lớn nhất của mái dốc đứng đất dính lý tưởng 3. Kiểm tra ổn định mái dốc bằng phương pháp mặt trụ tròn 4. Hai bài toán đơn giản của lý thuyết môi trường cân bằng giới hạn 4.1. Tải trọng giới hạn Pgh trên mặt bờ dốc có góc nghiêng  cho trước 4.2. Hình dạng của mái dốc cân bằng ổn định giới hạn Cơ học đất - Chương 7 Mái dốc Cơ học đất - Chương 7 Mái dốc Cơ học đất - Chương 7 Mái dốc Cơ học đất - Chương 7 Mái dốc Cơ học đất - Chương 7 Mở đầu  Mái dốc tự nhiên hoặc nhân tạo  Xu hướng: giảm độ dốc đến một dạng ổn định hơn => khối đất đá di chuyển Cơ học đất - Chương 7 Ba dạng di chuyển của mái dốc 1. Sụt lở 2. Trượt: khối đất đá không bị xáo động trong khi trượt dọc theo một mặt xác định 1. Trượt tịnh tiến 2. Trượt xoay 3. Trượt dòng: khối đất đá bị xáo động và di chuyển như một khối chất lỏng Cơ học đất - Chương 7 Sụt lở Cơ học đất - Chương 7 Trượt dòng Cơ học đất - Chương 7 Trượt xoay Cơ học đất - Chương 7 Độ dốc bao nhiêu là hợp lý? 1. Kinh tế: thể tích đất đào vừa phải → a tối ưu hơn b 2. An toàn: tránh xảy ra mất ổn định mái đất → b tối ưu hơn a Cơ học đất - Chương 7 Góc nghiêng lớn nhất của mái đất rời lý tưởng c=0; φ≠0 αmax = ? Cơ học đất - Chương 7 Góc nghiêng lớn nhất của mái đất rời lý tưởng Xét cân bằng tĩnh của một phân tố đất trên mặt mái dốc Cơ học đất - Chương 7 Góc nghiêng lớn nhất của mái đất rời lý tưởng  Xét cân bằng tĩnh của một phân tố đất trên mặt mái dốc  N = W.cosα  S = W.sinα  Lực kéo phân tố đất trượt: S  Lực giữ phân tố đất là lực ma sát: T  T = N.tgφ W N S     W ' 0T N      Cơ học đất - Chương 7 Góc nghiêng lớn nhất của mái đất rời lý tưởng Xét cân bằng giới hạn (α = αmax): => S = T → W .sinαmax = N.tgφ → W .sinαmax = W.cosα.tgφ → tgα max = tgφ → αmax = φ Cơ học đất - Chương 7 Góc nghiêng lớn nhất của mái đất rời lý tưởng αmax = φ Cơ học đất - Chương 7 Chiều cao lớn nhất của mái dốc đứng đất dính lý tưởng  Lực dính c  Trọng lượng riêng γ  Góc ma sát trong φ = 0 Cơ học đất - Chương 7 Chiều cao lớn nhất của mái dốc đứng đất dính lý tưởng Xét cân bằng tĩnh của khối đất ABC: 1) Lực gây trượt mái đất là S: S = W.cosα 2) => Lực giữ mái đất là lực dính Fc = c.h/cos α W N S     1 W . . . .( . ) 2ABC S h h tg    tg c c     Cơ học đất - Chương 7 Chiều cao lớn nhất của mái dốc đứng đất dính lý tưởng  Hệ số an toàn Fs = lực giữ ổn định/lực gây mất ổn định  Góc α = ?  Fs max  sin2α min =>α = 45° c s F F S  2 . .sin . oss c F h c    max 4 s c h F   Cơ học đất - Chương 7 Kiểm tra ổn định mái dốc bằng phương pháp mặt trụ tròn  Có nhiều dạng mặt trượt, nhưng đạt mức gần đúng và tiện lợi hơn cả là chọn mặt trượt trụ tròn  Phương pháp này vẫn đang được sử dụng rộng rãi Cơ học đất - Chương 7 Kiểm tra ổn định mái dốc bằng phương pháp mặt trụ tròn Các giả thiết cơ sở:  Giả thiết mặt trượt là cung tròn BC  Khối đất di chuyển quay quanh tâm trượt O Cơ học đất - Chương 7 Phương pháp phân mảnh Ưu điểm:  Dùng được cho cả trường hợp thoát nước (ứng suất hiệu quả) lẫn không thoát nước (ứng suất tổng)  Thuật toán phổ biến trong các chương trình tính toán ổn định mái đất hiện nay Cơ học đất - Chương 7 Phương pháp phân mảnh Phương pháp phân mảnh Fellenius Wi = γ.Ωi Ωi: diện tích mảnh i Giả thiết của Fellenius: tổng hình chiếu của tất cả các lực tương tác giữa các mảnh trên phương pháp tuyến là bằng 0. Cơ học đất - Chương 7 Phương pháp phân mảnh Fellenius  Tác nhân gây trượt: Si  Tác nhân chống trượt: lực ma sát & lực dính  Mô men gây trượt: Mgt = ∑ RSi  Mô men chống trượt: Mct = ∑RNitgφ + ∑cliR  li: chiều dài cung trượt của mảnh thứ i  c: lực dính của đất Cơ học đất - Chương 7 Phương pháp phân mảnh Fellenius  Sự ổn định của mái đất được đánh giá bằng hệ số an toàn Fs  Fs ≤ 1: mái dốc không ổn định  Fs > 1: tìm tâm trượt nguy hiểm nhất. Tâm trượt nguy hiểm là tâm trượt cho hệ số an toàn nhỏ nhất.  Trong thực tế: mái đất ổn định khi Fs min = 1,2 ct s gt M F M  Cơ học đất - Chương 7 Cách tìm tâm trượt nguy hiểm nhất  Đối với đất dính lý tưởng (φ=0, c≠0)  Đối với đất thông thường (φ≠0, c≠0)