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 CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG MAI DỐC CHO ĐƯỜNG HỐ ĐÀO MỐ CẦU BẢO VỆ BỜ CHỐNG SĨI GIỚI KÈ THIỆU MỊN VÀ SẠT LỞ GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG CHẮN Một kết cấu dùng để chắn đất, nước vật liệu khác mặt gọi tường chắn Tường chắn sử dụng với mục đính hình vẽ GIỚI THIỆU CÁC LOẠI TƯỜNG CHẮN 2-TƯỜNG CỌC BẢN 1-TƯỜNG TRỌNG LỰC TƯỜNG TRỌNG LỰC GIỚI THIỆU CÁC LOẠI TƯỜNG CHẮN TƯỜNG CƠNXƠN GỖ BÊ TƠNG TƯỜNG CƠNXƠN CĨ DẦM GIẰNG NỘI DUNG MƠN HỌC CHƯƠNG 1-LÝ THUYẾT ÁP LỰC NGANG CHƯƠNG 2-TƯỜNG CHẮN TRỌNG LỰC CHƯƠNG 3-TƯỜNG CỌC BẢN CHƯƠNG 4- MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TƯỜNG CỌC BẢN SẮT TỔNG QT ÁP LỰC NGANG Tường chắn chứa vật liệu mặt tường Vật liệu tác dụng áp lực ngang lên tường có xu hướng đẩy tường khỏi vị trí ban đầu gây lật làm ổn định cho cơng trình tường chắn Việc xác định áp lực ngang cho tường chắn phần quan trọng mơn học TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHƯƠNG LÝ THUYẾT ÁP LỰC NGANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HCM GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN TRỌNG NGHĨA CHƯƠNG1 ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TỔNG QUAN VỀ ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT ÁP LỰC TĨNH CHƯƠNG ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TỔNG QUAN VỀ ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT PHƯƠNG PHÁP RANKINE PHƯƠNG PHÁP MOHR – COULOMB TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN CHƯƠNG ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN Tổng qt có ba loại áp lực ngang: 1-ÁP LỰC NGANG TĨNH 2-ÁP LỰC NGANG CHỦ ĐỘNG 3-ÁP LỰC NGANG BỊ ĐỘNG ÁP LỰC TĨNH Áp lực tĩnh: Tường hồn tồn khơng chuyển vị khối đất sau lưng tường TT cân tĩnh  áp lực đất lên tường áp lực tĩnh, Po (σh) ứng suất tải trọng thân đất sinh theo phương ngang Hệ số áp lực ngang tĩnh Ko: Hệ số áp lực ngang tĩnh xác định dựa lí thuyết đàn hồi: Ko  Theo Janky (1944) cho đất cát: K o   sin  h    v 1   ho  K o v  K oz ÁP LỰC CHỦ ĐỘNG ÁP LỰC TĨNH Bảng tra hệ số áp lực ngang tĩnh Ko: Loại đất Cát rời, bão hồ Cát chặt, bão hồ Cát chặt, khơ(e=0.6) Cát chặt, khơ(e=0.8) Sét cứng Sét cứng Sét bụi hữu (w =74%) Ip - Ko 0.46 0.36 0.49 0.64 31 45 0.42 0.6 0.57 Áp lực chủ động: Nếu tường xoay từ từ quanh điểm A có hướng bị đất đẩy phía ngồi, áp lực đơn vị đất lên tường từ từ giảm theo khơng thay đổi nửa Áp lực lúc nhỏ áp lực chủ động - (Theo Terzaghi: 0.1% – 0.5% H) -Góc δ gọi góc ma sát tường - Các phân tích cho thấy mặt trượt giả định AC có xu hướng làm với mặt phẳng ngang góc 45o+φ/2 ÁP LỰC BỊ ĐỘNG Áp lực bị động: Nếu tường bị đẩy từ từ quanh điểm A phía đất, áp lực đơn vị tác dụng lên tường tăng dần khơng đổi nửa Áp lực nầy gọi áp lực bị động - (Theo Terzaghi: 1% – 5% H) -Góc δ gọi góc ma sát tường - Các phân tích cho thấy mặt trượt giả định AC có xu hướng làm với mặt phẳng ngang góc 45o-φ/2  h  K a v  K az TRẠNG THÁI TĨNH ÁP LỰC CHỦ ĐỘNG  h  K p v  K pz ÁP LỰC BỊ ĐỘNG ÁP LỰC TĨNH TƯỜNG BẢO VỆ TƯỜNG MSE ĐƯỜNG VÀO CẦU QUAN HỆ GIỮA CÁC ÁP LỰC NGANG VÀ CHUYỂN VỊ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG VÀ BỊ ĐỘNG LÊN TƯỜNG Xác đònh áp lực chủ động bò động có nghóa xác đònh áp lực giới hạn vò trí lưng tường khối đất bò trượt, có hai phương pháp: 1-Dựa vào lý thuyết cân giới hạn- Phương pháp Rankine 2-Dựa vào lý thuyết cân khối trượt với mặt trượt giả đònh trước- Phương pháp Coulomb LÝ THUYẾT RANKINE 1857 CHƯƠNG ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN LÝ THUYẾT RANKINE LÝ THUYẾT RANKINE LÝ THUYẾT RANKINE CHO ĐẤT RỜI σ3=γz σ1=γz Các giả thiết : σ1 1-Tường thẳng đứng 2-Góc ma sát đất tường 3-Tồn đất sau lưng tường đạt tới trạng thái giới hạn (Rankine’s limit) σ3 Trường hợp chủ động:    tg ( 45  )  K a  ' z   K a  tg ( 45  ) Trường hợp bị động:  )  K p  ' z   K p  tg ( 45  )   tg ( 45  LÝ THUYẾT RANKINE CHO ĐẤT DÍNH σ3=γz σ1=γz PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE 1-Áp lực chủ động cho đất cát σ1 Trường hợp chủ động: σ3     tg ( 45  )  c  tg ( 45  ) 2  K a ' z  2c K a p a  K a ' v  K a  ' z Ea  K a ' H 2   K a  tg ( 45  ) Trường hợp bị động:   )  c  tg ( 45  ) 2  K p ' z  2c K p   tg ( 45   K p  tg ( 45   ) PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE Áp lực chủ động cho đất dính: 3-Áp lực bò động cho đất cát pa  K a ' z  2c K a zo  2c  ' Ka E a  ( K a ' H  2c K a )  ( H  z o ) PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE Áp lực bò động cho đất dính: p p  K p ' z  2c K p Ep  ( K p ' H  4c K p )  H p p  K p ' v  K p  ' z Ep  K p ' H 2 PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE 5-Áp lực chủ động bò động cho đất nghiêng góc β PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE PHƯƠNG PHÁP W.J RANKINE Bảng tra hệ số áp lực chủ động đất nghiêng góc β Bảng tra hệ số áp lực bò động đất nghiêng góc β BÀI TẬP 2.1 Tường cao 5m Mực ngầm sau lưng tường nằm đáy Đất đắp sau lưng tường có trọng lượng đơn vị 18kN/m3 Xác định áp lực Rankine trường hợp sau: 1- Áp lực Lực chủ động đất sau lưng tường đất cát có φ=30o 2-Áp lực Lực bị động đất sau lưng tường đất cát có φ=30o 3-Áp lực Lực chủ động đất sau lưng tường đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa 4-Áp lực Lực bị động đất sau lưng tường đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa CHƯƠNG ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN LÝ THUYẾT COULOMB BÀI TẬP 2.2 Tường cao 8m, chứa đất sau lưng tường có trọng lượng riêng 19kN/m3 Nếu bề mặt mái dốc nghiêng góc 15o theo phương ngang Tìm lực chủ động đất tác dụng lên tường biết φ=30o Sử dụng điều kiện cân Rankine LÝ THUYẾT COULOMB 1776 LÝ THUYẾT MORH COULOMB ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG THEO COULOMB Các giả thiết 1-Mặt trượt phẳng 2-Khối trượt coi vật thể rắn trạng thái cân giới hạn 3-Tồn ma sát tường đất 4-Đất rời ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG THEO COULOMB Diện tích tam giác ΔABC =1/2.AC.BD Thay vào đơn giản bớt ta có: ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG THEO COULOMB Cân khối đất với tam giác lực W, Pa, R: Tìm cực trò Pa cách lấy đạo hàm dPa/dθ=0 Ka  Sin (   )  Sin(   ) Sin(   )  Sin   Sin(   ) 1   Sin(   ) Sin(   )   2 Ф= góc ma sát đất  = Góc ma sát tường đất  = góc nghiêng lưng tường  = góc nghiêng mặt đất sau lưng tường θ= góc nghiêng măt trượt ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG THEO COULOMB ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG THEO COULOMB Cân khối đất với tam giác lực W, Pa, R: Tìm cực trò Pa cách lấy đạo hàm dPa/dθ=0 Kp  Sin (   )  Sin(   ) Sin(   )  Sin 2  Sin(   ) 1   Sin(   ) Sin(   )   Ф= góc ma sát đất  = Góc ma sát tường đất  = góc nghiêng lưng tường  = góc nghiêng mặt đất sau lưng tường θ= góc nghiêng măt trượt BÀI TẬP 3.1 BÀI TẬP 3.2 Tường cao 8m, chứa đất sau lưng tường có trọng lượng riêng 19kN/m3 Nếu bề mặt mái dốc nghiêng góc β=15o theo phương ngang Góc ma sát đât φ=30o , góc ma sát tường với đất δ=0 Tìm lực chủ động đất tác dụng lên tường Sử dụng lý thuyết Coulomb Tường cao 5m Mực ngầm sau lưng tường nằm đáy Đất đắp sau lưng tường có trọng lượng đơn vị 18kN/m3 Biết góc ma sát tường đất δ = 0, tường thẳng đứng α= 90o, đất đắp sau lưng tường nằm ngang β = 0, Xác định áp lực theo lý thuyết Coulomb trường hợp sau: 1- Áp lực Lực chủ động đất sau lưng tường đất cát có φ=30o 2-Áp lực Lực bị động đất sau lưng tường đất cát có φ=30o 3-Áp lực Lực chủ động đất sau lưng tường đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa 4-Áp lực Lực bị động đất sau lưng tường đất sét có φ=5o ,c = 25 kPa LÝ THUYẾT COULOMB Lưu ý: Trong trường hợp tường thẳng đứng (α= 90o), mặt đất nằm ngang (β = 0), bỏ qua ma sát tường đất (δ = 0) kết xác đònh áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp Coulomb trùng với kết phương pháp W.J.Rankine Kết nghiên cứu cho thấy, sử dụng lý luận Coulomb để tính ALĐBĐ với giả thiết mặt trượt phẳng cho sai số lớn, mặt trượt thực tế cong, khác xa mặt trượt giả thiết Kết tính toán lớn nhiều so với thực tế Với đất đắp: φ = 16o, sai số 17%; φ = 30o, sai số 200%; φ = 40o, sai số 700% Góc ma sat tường đất lớn φa > φ /3 sai số nhiều CHƯƠNG ÁP LỰC CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN Một số trường hợp đặc biệt: Lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, bỏ qua ma sát tường đất 1-Trong có mực nước ngầm Một số trường hợp đặc biệt: Lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, bỏ qua ma sát tường đất 2- Trên mặt đất có tải trọng phân bố kín khắp TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN Một số trường hợp đặc biệt: Lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, bỏ qua ma sát tường đất 3- Trên mặt đất có tải trọng phân bố hữu hạn TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN Một số trường hợp đặc biệt: Lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, bỏ qua ma sát tường đất 4- Trên mặt đất có tải trọng phân bố BÀI TẬP 4.1 Tường cao 5m Đất đắp sau lưng tường đất cát có φ=30o có trọng lượng đơn vị 18kN/m3 Trọng lượng riêng bão hòa γsat =21 kN/m3 Xác định áp lực Rankine trường hợp sau: 1- Áp lực chủ động đất sau lưng tường áp lực nước ngầm mực nước ngầm sau lưng tường nằm độ sâu 2m từ mặt đất đắp 2- Áp lực chủ động sau lưng tường áp lực nước ngầm mực nước ngầm mặt đất đất đắp có tải phân phối khắp q=10kPa  Hai phương pháp Coulomb Rankine khác điểm sau đây:  Rankine giả thiết ma sát tường đất khơng (tường trơn) Coulomb có tính đến     ma sát tường đất Điều dẫn đến lực ngang tác dụng lên trường chắn tính theo Coulomb nghiêng góc alpha so với phương nằm ngang (alpha la hệ số ma sát tường đất) Nếu sử dụng Rankine, góc alpha khơng Rankine sử dụng phương pháp giới hạn cận (lower bound solution) Coulomb sử dụng phương pháp giới hạn cận (upper bound solution) Hai phương pháp khác chỗ: (a) Phương pháp giới hạn cận giả thiết mặt phá hoại trước sau xác định lực tác dụng dựa mặt phá hoại giả thiết kết hợp với cân tĩnh; (b) Phương pháp giới hạn cận giả thiết tồn đất sau tường trạng thái giới hạn (Rankine's limits), ứng suất ngang hữu hiệu trang thái tới hạn tính từ ứng suất đứng hữu hiệu nhân với hệ số Rankine Như vậy, thấy hai phương pháp nêu khơng hồn thiện Rankine thỏa mãn điều kiện cân ứng suất (stress equilibrium) song khơng thỏa mãn điều kiện biến dạng liên tục (strain compatibility) giả thiết tồn đất sau tường trạng thái giới hạn Coulomb ngược lại, điều kiện biến dạng thỏa mãn (do giả thiết trước mặt phá hoại) song điều kiện cân ứng suất lại khơng đáp ứng (lưu ý Coulomb giải lực khơng ứng suất) Hai phương pháp hội tụ số trường hợp đặc biệt (ví dụ tường thẳng đứng + ma sát đất tường khơng + mái dốc bề mặt khơng) Nhược điểm hai phương pháp khơng giải tốn có điều kiện hình học địa chất phức tạp (vi dụ nhiều lớp đất, mực nước ngầm nằm thân tường, mái dốc bề mặt khác khơng )[ THAY THẾ VÀ LOẠI OB