Cơ Học Đá Phần 8

Chia sẻ: Danh Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

95
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Pha lỏng trong đất thông thường chứa chủ yếu là nước cùng với một lượng khác nhau các chất điện ly hòa tan trong nước. Các hợp chất hữu cơ, bao gồm cả hòa tan và không hòa tan được đều có trong đất, chúng xâm nhập vào đất do từ các nguồn và tác động khác nhau.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cơ Học Đá Phần 8

Chia kh i trư t thành hai kh i tr ng thái cân b ng gi i h n b ng m t m t ph ng bên trong kh i trư t và ñi qua giao ñi m hai m t trư t. Gi a hai kh i ñư c chia ra có tương tác v i nhau (các ph n l c R3 và l c liên k t c3l3 trên m t ph ng chia hình 4-25). Tr ng lư ng hai kh i trư t ñư c chia ra là G1 và G2. Do tương tác nên trên các m t trư t s có các G2 R3 ϕ ph n l c R1; R2; R3 h p v i phương 3 c 2l 2 AR c3 l 3 R3 2 pháp tuy n c a các m t trư t tương c3 l 3 G2 F G ng nh ng góc ϕ1; ϕ2 và ϕ3. L c M E R2 ϕ D R3 2 liên k t trên các m t trư t l n lư t α B 2 ψ R1 G1 là c1l1; c2l2 và c3l3. c1l 1 ð gi i bài toán, n u l p các α1 K ϕ phương trình hình chi u hay H R1 1 mômen thì s r t ph c t p. ð ñơn Hình 4.25. Phương pháp ña giác l c c b) G.M.a a) gi n và nhanh chóng, G.M. Sakhunhjanxh. Sakhunhjanxh ñã dùng phương pháp ña giác l c. Khi v các ña giác l c th hi n t t c các l c tác d ng vào v t, n u v t tr ng thái cân b ng thì ña giác l c s khép kín. Trên hình (4-25), gi s kh i 2 tr ng thái cân b ng, v ñư c ña giác l c ABDEF v i các l c c 2 l 2 = BD; c 3 l 3 = DE . Khi xét kh i 1 ñ t n d ng các l c c3l3 và R3 ngư i ta b t ñ u v t D, l c tác d ng G1, r i c1 l 1 = HK . N u kh i 1 tr ng thái cân b ng thì t K v hư ng song song v i R1, hư ng này s ñi qua F và ña giác l c s khép kín. Nhưng vì kh i 1 không n ñ nh nên ñư ng th ng song song v i hư ng c a R1 l i không ñi qua F. Kho ng cách t F xu ng ño n th ng theo hư ng c a R1 là giá tr nh nh t c a ph n l c b thi u (ño n FM). ðây cũng chính là l c gi c n thi t ph i b sung ñ gi b d c tr ng thái cân b ng gi i h n. Phương pháp này ñơn gi n nhưng kém chính xác. M t khác, do các ph n m t trư t có ñ nghiêng không như nhau nên chúng không th coi gi ng nhau trong quá trình phá hu s n ñ nh c a b d c và không th có m t tr ng thái cân b ng gi i h n ñ ng th i x y ra t i hai kh i ñá ñư c chia ra t 3 m t ph ng khác nhau. + Phương pháp t i tr ng th a. Ngư i ta quan sát th y là khi b d c có hai m t trư t b m t n ñ nh thì s phá hu s x y ra hai m t trư t d c hơn, khi các l c tác ñ ng lên nó g n ñ t t i tr ng thái cân b ng gi i h n. Do kh i ñá không ph i là v t r n tuy t ñ i nên khi ph n trên c a b d c b d ch chuy n, chúng s truy n xu ng phía dư i các t i tr ng th a ñ t o nên m t tr ng thái cân b ng m i. Vì v y, khi tính toán, nên k ñ n hi n tư ng này. Gi s có b d c g m hai m t trư t như hình (4.26) 268.C¬ häc ®¸
α2 N2 T2 Chia kh i trư t thành hai kh i b ng Ts G2 m t ph ng th ng ñ ng ñi qua giao ñi m Ns Gs c a hai m t trư t. Phân tích các l c tác c2 l 2 d ng lên kh i 2 như khi phân tích l c α2- α1 T1 trong bài toán 1 m t trư t. N1 Gi s r ng l c gây trư t kh i 2 G1 l n hơn t ng các l c gi , kh i s b d ch c1 l1 α1 chuy n và truy n xu ng kh i 1 m t l c S, ñư c tính: Hình 4.26. Phương pháp t i tr ng S = G2(sin α2 – cos α2 th a. tg ϕ2) – c2l2 (4.117) Vì kh i 2 ñã m t n ñ nh nên c2l2 có th b qua. Do v y. S = G2(sin α2 - cosα2 tg ϕ2) Như v y, t i kh i 1 s có các l c G1, S và c1l1 tác d ng. Phân tích l c G1 và S thành các thành ph n vuông góc và song song v i m t trư t, thành ph n vuông góc l i gây ra l c ma sát… Cu i cùng, h s n ñ nh b d c s ñư c tính: [G1 cos α1 + G 2 (sin α 2 − cos α 2 tgϕ2 )sin (α 2 − α1 )] tgϕ1 + c1l1 n= (4.119) G1 sin α1 + G 2 (sin α 2 − cos α 2 tgϕ 2 ) cos (α 2 − α1 ) Trong 3 phương pháp trên thì phương pháp sau cùng là ñáng tin c y hơn c . - B d c có nhi u m t trư t. Khi nh ng b d c ñá không có c u trúc ñ a ch t rõ ràng, hay b thay ñ i thì d tính toán, ngư i ta thư ng chia kh i trư t b ng nh ng m t ph ng th ng ñ ng. M t trư t s g m nhi u ño n th ng h p v i phương n m ngang nh ng góc khác nhau. Tr ng thái gi i h n s không ñ ng th i x y ra t i t t c các m t trư t, mà hi n tư ng chuy n d ch s xu t hi n dư i d ng chuy n v và bi n d ng c c b t i ño n b d c nào có m t trư t d c nh t. Nh ng chuy n v và bi n d ng này s nh hư ng t i ño n b d c ti p theo và s ñư c tính toán theo phương pháp t i tr ng th a ñã nêu trên. Gi s có m t b d c g m nhi u m t trư t h p v i phương 1 n m ngang các góc αi. M t trên G4 2 cùng có góc α l n nh t (hình 4.27). S4 3 G3 α Áp d ng phương pháp t i 4 G2 tr ng th a, tính t trên xu ng dư i α3 4 S2 và lưu ý r ng ph i b qua nh ng giá α2 G1 tr âm c a t i tr ng th a S vì ñ t ñá α1 không có kh năng ti p nh n l c Hình 4.27. B d c có nhi u m t trư t. C¬ häc ®¸.269
kéo. H s n ñ nh có th tính t i các m t trư t hay ch tính t i m t trư t cu i cùng, theo công th c (4.119). N u k ñ n nh hư ng c a nư c thì cách tính s ph c t p hơn m t chút vì ph i c ng thêm các thành ph n áp l c nư c ñư c chi u lên các m t trư t tương ng. Tính toán n ñ nh trong bài toán không gian. Trong th c t , nhi u khi g p các b d c b gi i h n b i nhi u h th ng khe n t có các góc phương v hư ng d c khác nhau. S chuy n d ch c a các b d c này có th x y ra theo m t, hai hay ba m t khe n t. ð tính toán n ñ nh, ngư i ta có th dùng cách tính c a H.V. Hovland (1977): Ch n h tr c to ñ vuông góc n m trong kh i trư t, tr c th ba ch n theo hư ng d ch chuy n c a b d c. Chia kh i trư t thành nh ng kh i m ng b ng nh ng m t ph ng vuông góc v i tr c th ba. Do ñã bi t d ng m t trư t, s xác ñ nh ñư c di n tích ti t di n c a m i m nh và s tính n ñ nh c a t ng m nh ñã chia. K t qu tính n ñ nh trong bài toán không gian b ng phương pháp này thư ng l n hơn k t qu tính toán trong bài toán ph ng t 5 – 35%, và như v y, v m t an toàn thì tính toán trong bài toán ph ng v n an toàn hơn. Ngoài phương pháp trên, ngư i ta còn ñánh giá n ñ nh trong bài toán không gian b ng phương pháp ñ th . Nguyên t c chung là v các m t khe n t và m t b d c trên bi u ñ , tìm giao tuy n c a các m t khe n t (m t y u trong kh i ñá), xác ñ nh vùng có kh năng gây ra tr ơt r i ñánh giá s n ñ nh c a b d c qua v trí c a các m t y u so v i vùng nguy hi m c a kh i ñá. M t khe n t B a) T ð Vòng tròn ln ðư ng phương Cc 900 N Vòng tròn l n c a m t khe n t Góc d c 60o/60o b) c) Bán c u dư i Hình 4.28. Bi u di n m t khe n t 270.C¬ häc ®¸
b ng vòng tròn l n phép chi u dùng bán c u dư i. ð th hi n các m t khe n t và m t b d c trên bi u ñ , ngư i ta có th dùng nhi u phép chi u, phép v khác nhau, nhưng có l ph bi n hơn c là phương pháp vòng tròn l n: Dùng hình c u và m t ph ng xích ñ o ñ bi u di n các m t ph ng có góc phương v hư ng d c và góc d c khác nhau. M t ph ng này cũng coi như m t m t khe n t, khi c t hình c u s theo m t vòng tròn l n (hình 4.28a). Tuỳ theo chi u ph n giao tuy n bán c u trên hay dư i xu ng m t xích ñ o mà ta s ñư c các ñư ng bi u di n m t khe n t theo các hư ng khác nhau. Thư ng ngư i ta hay dùng bán c u dư i (hình 4.28b). Chi u giáo tuy n trên bán c u dư i xu ng m t xích ñ o, s ñư c m t cung tròn, th hi n m t khe n t có góc phương v ñư ng phương và góc d c tương ng. Cung tròn này s có tâm n m trên ñư ng vuông góc v i hư ng c a góc phương v ñư ng phương tính t c c B c (hư ng lên trên) và cách tâm c a vòng tròn xích ñ o m t kho ng ñúng b ng s ch góc phương v hư ng d c (kho ng cách này cũng ñúng b ng kho ng cách t ñ nh cung tròn t i mép c a vòng tròn xích ñ o) (hình 4.28c). M t xích ñ o thư ng ñư c v s n thành các m ng lư i ñư ng kinh tuy n và vĩ tuy n cách nhau 2o m t. - Gi s mu n th hi n m t m t khe n t có góc phương v hư ng d c là 130o và góc d c là 50o s làm như sau: + ð t m nh gi y can lên trên m t xích ñ o ñã v s n, ghim l i b ng ñ nh ghim tâm c a m t xích ñ o. V chu vi ñư ng xích ñ o và ñánh d u c c B c. ðo góc phương v hư ng d c (130o so v i phương B c) và ñánh d u ñi m này trên chu vi ñư ng xích ñ o. + Xoay t m gi y can ñ ñi m ñánh d u góc phương v hư ng d c trùng v i tr c n m ngang ðông – Tây, nghĩa là ñã xoay gi y ñi 40o. ðo m t góc 50o tính t mép c a vòng tròn xích ñ o và v vòng tròn l n ñi qua ñi m này. Tâm c a vòng tròn l n s ñư c xác ñ nh b ng cách ño m t kho ng 50o k t tâm hay 40o k t mép c a vòng tròn xích ñ o trên tr c ðông – Tây. cc vòng tròn ln Hình 4.29. V vòng tròn l n cho m t khe n t có góc o o phương v hư ng d c 130 và góc d c 50 . + Xoay gi y can tr l i v trí ban ñ u ñ hư ng B c ñã ñánh d u trùng v i hư ng B c c a ñư ng tròn xích ñ o. ðư ng tròn l n s bi u di n m t khe n t có góc phương v hư ng d c 130o và góc d c 50o (hình 4.29). C¬ häc ®¸.271
Hình 4.30. Xác ñ nh giao tuy n c a hai m t khe n t có th n m 130o < 50o và 250o < 30o. - Xác ñ nh giao tuy n c a hai m t khe n t. Hai m t khe n t có góc phương v hư ng d c là 130o và 250o, góc d c là 50o và 30o. Giao tuy n c a hai m t này có th xác ñ nh như sau: + V hai vòng tròn l n như cách v trên. + Xoay gi y can ñ giao ñi m c a hai vòng tròn l n n m trên tr c ðông – Tây c a vòng tròn xích ñ o và hư ng ñ c a ñư ng giao tuy n này ño ñư c là 20,5o. + Xoay gi y can l i ñ ñi m ñánh d u c c B c trên gi y trùng v i c c B c c a m t xích ñ o, góc phương v hư ng d c xác ñ nh ñư c là 200,5o (hình 4.30). V y giao tuy n c a hai m t khe n t s có góc phương v hư ng d c là 200,5o và góc d c là 20,5o. - Bi u di n các lo i chuy n d ch ch y u c a b d c ñá. Trong ph n khái ni m (m c 4.2.1.1) ñã nêu m t s lo i chuy n d ch ch y u c a b d c ñá. Dùng bi u ñ vòng tròn l n có th bi u di n ñư c các lo i chuy n d ch ñó (hình 4.31) (theo J.T. Markland – 1972). - ðánh giá sơ b s n ñ nh c a b d c. Sau khi ñã dùng bi u ñ vòng tròn l n ñ bi u th các m t khe n t, các m t b d c cũng như các giao tuy n c a các m t khe n t khác nhau, ngư i ta có th ñánh giá sơ b s n ñ nh c a b d c qua các bi u ñ ñó. ði u này có th th y trên hình (4.32). 4.2.2.3. Tính toán n ñ nh theo phương pháp phân tích tr ng thái ng su t – bi n d ng Trong phương pháp này, ngư i ta mu n bi u di n m t cách rõ ràng quan h hàm s gi a ng su t và bi n d ng c a ñá n m trong b d c v i các ñi u ki n biên c a chúng ñ có th xác ñ nh ñư c trư ng ng su t t i m i ñi m c a b d c ñ nh nghiên c u. Khi tính toán n ñ nh b ng cách phân tích tr ng thái ng su t – bi n d ng, ph i s d ng phương pháp ph n t h u h n. a) Cung trư t trong ñá th i ho c ñá n t n r t m nh Vòng tròn l n c a m tb d c 272.C¬ häc ®¸ ð nh b d c
Vòng tròn l n c a h khe n t chính b) Trư t theo m t khe n t hay m t l p ð nh b d c Vòng tròn l n c a m tb d c Hư ng trư t Vòng tròn l n c a hai h khe n t c) Trư t theo hai m t bên d) Phá hu ki u l t, ñ trong ñá c ng doð nu b d d ng c t b tách ra b i các c h trúc c khe d c ñ ng. Hình 4.31. Bi u di n Vònglo i chuy an d ch ch y u các tròn l n c c a b d c ñá b ng bi m ñb vòng tròn l n. ut dc c Vòng tròn l n c a h khe n t chính Hư ng trư t Góc phương v Trư t theo giaoưtuy n d a hai a t A và h ng c c c m B khi β> βi. b d c. v i β, βi là góc nghiêng c a b d c và c a giao tuy n c a hai m t khe B d c không n t. n ñ nh khi giao tuy n c a các vòng tròn l n c a các m t khe C¬ häc ®¸.273
C c c a vòng tròn l n ñi qua c c c a các m t khe n t A Xác ñ nh các m t b ng các c c c a & B t o nên nó. Phá hu theo các m t bên d c theo các giao tuy n I12 và I23 (các c c I12 và I23 nm trong Hình 4.32. ðánh giá sơ b s n ñ nh c a b d c ñá. Chia kh i trư t b ng m ng lư i tam giác. T i m i ñi m nút ñ u xác ñ nh t a ñ ph ng, tính ch t v t lý c a môi trư ng, quan h hàm s c a s chuy n v , bi n d ng tương ñ i, s chuy n t ng su t ra l c t i ñi m nút c a nó… L p các ma tr n cho m i ph n t b ng h th ng các phương trình tuy n tính tho mãn các ñi u ki n cân b ng, ñ ng th i l p ra các ñi u ki n biên ñ gi i chúng trên máy tính. Sau khi ñã xác ñ nh ñư c s phân b ng su t (nh t là ng su t trư t) trên b d c, ñem so sánh v i ñ b n c t l n nh t t i ñi m l a ch n s v ñư c các vùng phân b ng su t như vùng b phá hu , vùng phá hu m r ng hay vùng bi n d ng c a toàn b b d c. ð có th áp d ng ñư c phương pháp này, ph i có ñ y ñ nh ng s li u v tính ch t bi n d ng và ñ b n c a ñá như môñun bi n d ng theo tr c x và y, Ex , Ey ; h s Poisson ν; các ñ c trưng c a s c ch ng c t ϕ, c; h s áp l c ngang k, tr ng lư ng th tích γ c a ñ t ñá… ðây cũng là m t khó khăn vì các s li u trên không ph i lúc nào cũng xác ñ nh ñư c m t cách chính xác. M t khác, m t v n ñ khó khăn n a là ph i xác ñ nh ñư c tr ng thái ng su t ban ñ u c a ñá, mà ñi u này l i ph thu c vào c u trúc ñ a ch t, ñ a hình và l ch s phát tri n c a nó cũng như các ho t ñ ng c a nư c ng m… Nói chung, khi áp d ng phương pháp này ñòi h i vi c kh o sát ñ a ch t công trình ph i ñư c th c hi n m c ñ r t cao và trong th c t hi n nay, không ph i lúc nào cũng ñáp ng ñư c. Vì v y, vi c tính toán n ñ nh b ng phương pháp phân tích tr ng thái ng su t – bi n d ng ch ñư c dùng trong các b d c ñ t nhân t o l n và cao v i các ñ c trưng ñ a k thu t ñã bi t m t cách rõ ràng. 274.C¬ häc ®¸
Tri n v ng c a phương pháp này s khá hơn n u k t h p t t nó v i các phương pháp kh o sát trong phòng và ngoài tr i và c các mô hình toán – lý n a. G n ñây ñ tính toán n ñ nh b d c, ngư i ta còn dùng phương pháp phân tích gi i h n, mà cơ s c a nó là nh ng quy lu t v s cân b ng, s phá hu c a v t li u ñàn h i – d o hoàn toàn. 4.2.3. ð PHÒNG VÀ CH NG TRƯ T B D C Do tr ng lư ng b n thân và các y u t bên ngoài tác ñ ng, b d c có th b chuy n d ch theo nhi u ki u khác nhau v i nh ng t c ñ khác nhau. S chuy n d ch c a các b d c ñá có th x y ra v i t c ñ khá ch m như h m ñư ng s t Closters qua dãy Alpes (Thu S ) v i t c ñ chuy n d ch c a h m là 5 – 10cm trong vòng 14 năm (1952 – 1966) hay cũng có khi khá nhanh như Zalsburg năm 1964 v i t c ñ 0,25 – 50cm trong 1 ngày ñêm. Ngư i ta thư ng nh c ñ n tai n n kh ng khi p x y ra t i h ch a nư c Vaiont ( mi n ðông B c nư c Ý) vào ñêm ngày 9-10-1963: do trư t ñá, ñ p Vaiont cao 265m (xây d ng xong năm 1960, cao th nhì th gi i lúc b y gi ) ñã b phá hu ; c m t vùng dài 2km, r ng 1,6km b trư t v i t c ñ 15 – 30m/s. Trong vòng 15 – 30s, kho ng 250 tri u m3 ñá ñã b s p ñ , ñùn lên cao 175m, gây nên nh ng ch n ñ ng mà t i Vienne (Áo), Bruxelles (B ), Rome (Ý)… cũng ghi l i ñư c. Th tr n Longarone và làng m c lân c n thung lũng sông Piave ñã b tàn phá n ng n , 2117 ngư i ñã b ch t trong tai n n này. Khi hi n tư ng trư t ñã x y ra, nh ng kh i trư t hàng trăm ngàn ho c hàng tri u m3 ñang trên ñà di chuy n thì không có m t bi n pháp, m t s c m nh nào có th ngăn c n ñư c. Vì v y, ph i có nh ng bi n pháp ñ ñ phòng và ch ng trư t b d c, không ñ các hi n tư ng trư t b d c x y ra. Hi n nay, ñ ñ phòng và ch ng trư t b d c có th dùng r t nhi u bi n pháp khác nhau và ngư i ta thư ng phân chúng thành t ng nhóm như các cách phân lo i c a K. Terzaghi (1948), X.K. Abramov (1951), E.P. Iemelianova (1968), I. Taniguchi (1972), T. Mahr (1973),… Theo nguyên t c th c hi n và nguyên lý tác d ng thì các phương pháp ch ng trư t b d c có th chia làm 6 nhóm: s a m t b d c; thoát nư c cho b d c; gi b d c không b phong hoá, làm ch c ñ t ñá, làm các công trình ch ng trư t, các bi n pháp ñ c bi t. Trong m i nhóm l i g m nhi u bi n pháp c th khác nhau, ñây ch trình bày nh ng bi n pháp thư ng dùng và có hi u qu nh t. 4.2.3.1. S a m t b d c S a m t b d c t c là làm thay ñ i hình dáng bên ngoài c a b d c ñ b d c ñư c n ñ nh. Vi c làm này thư ng theo nguyên t c làm gi m nh ph n trên ñ nh b d c và làm n ng thêm tr ng lư ng ph n chân b d c. Mu n v y ngư i ta có th dùng m t s bi n pháp sau: Làm tho i b d c (hình 4.33a). Bóc b l p ñ t ñá trên ñ nh b d c (hình 4.33b) Làm b d c có nhi u b c nh (hình 4.33b). C¬ häc ®¸.275
ð p b ph n áp phía chân b d c (hình 4.33c). A A B Hình 4.33. B S a m t b d c. a) b) 0 Gn rG . Nh ng bi n c) pháp này tuy ñơn gi n nhưng ñem l i hi u qu rõ ràng. V.Mencl ñã tính là ch c n gi m th tích m t kh i lư ng trư t ñi 4% ph n trên b d c cũng ñã làm h s n ñ nh b d c tăng thêm 10%. Vi c th c hi n các bi n pháp này có th dùng phương pháp n mìn t o biên như ngư i ta ñã làm nhà máy s a ch a tàu bi n Phà R ng hay nhà máy thu ñi n Hoà Bình… Ngư i ta ñã t ng k t là có ñ n 30% các trư ng h p ch ng trư t b d c ñã s d ng bi n pháp này. 4.2.3.2. Thoát nư c cho b d c Nư c m t và nư c ng m nh hư ng r t l n ñ n ñ n ñ nh c a b d c. ð gi cho b d c n ñ nh, ph i làm sao ñ nư c không th m vào khu v c b d c ho c ph i hư ng nư c ng m ch y ra xa b d c. Thoát nư c m t ð ngăn ch n nư c th m vào b d c, ph i nhanh chóng d n nư c mưa hay nư c m t t vùng cao hơn ch y xu ng ra kh i b d c. Mu n v y có th th c hi n m t s bi n pháp sau: - Làm mương rãnh thoát nư c. - L p ch t các khe n t, l r ng ñ ngăn nư c th m vào. - Che ph các khe n t b ng màng ch t d o. - T o màng ch ng th m ph lên b d c ñ ch ng nư c th m vào b d c. Thoát nư c ng m Vi c thoát nư c ng m ch có hi u qu khi n m v ng ñư c ñi u ki n ñ a ch t thu văn và c u trúc ñ a ch t khu v c b d c. ð thoát ñư c nư c ng m có th dùng m t s bi n pháp sau: - Khoan các gi ng khoan gi m áp hay các gi ng khoan t p trung nư c, sau dùng bơm hút nư c ñi. - Dùng các l khoan nghiêng là bi n pháp có hi u qu và hay ñư c dùng nh t. Tuy m i b t ñ u áp d ng t 1939 M , nhưng sau ñó ñã ñư c 276.C¬ häc ®¸
nhanh chóng áp d ng t i r t nhi u nư c và t l s d ng t i 90% các trư ng h p ch ng trư t. - K t h p các l khoan nghiêng và gi ng thu nư c có th rút ng n ñư c chi u dài các l khoan nghiêng. T gi ng thu nư c, nư c ñư c hút lên hay l i ñư c ch y theo các l khoan nghiêng khác. 4.2.3.3. Gi cho b d c kh i b phong hoá Bi n pháp này nh m gi cho các ñ c trưng cơ h c c a ñá trên m t b d c không b gi m ñi do ñá không b phong hoá d n d n dư i tác ñ ng c a các tác nhân phong hoá. V i các b d c ñá có th dùng l p ph b ng bitum, xi măng hay ñôi khi còn dùng c các lư i thép nh bên trong g n ch t v i ñá b ng các bu lông ng n r i ph ximăng ngoài (hình 4.34). Bi n pháp này ñơn gi n, d làm nhưng c n ph i chú ý t i khe n t bên trong ñá. V i lưu lư ng l n, chúng có th làm b d c b trư t cùng v i c l p ph . Hình 4.34. Che ph b d c ñá b ng v a xi măng (Hoà Bình) 4.2.3.4. Làm ch c ñá Nguyên t c c a bi n pháp này là làm tăng s c ch ng trư t c a ñá, góp ph n làm tăng các l c b ñ ng, do v y làm b d c ñư c n ñ nh thêm. ð các kh i ñá nhi u l r ng, n t n ñư c n ñ nh, ph i l p kín các l r ng, khe n t b ng 1 3 các v t li u liên k t, t o nên m t s liên k t nhân t o gi a các kh i v i nhau. Tuỳ theo tính ch t ñá, m c ñ r ng và n t n , kh i lư ng ñá c n ph i làm ch c mà ngư i 4 ta có th dùng các h n h p bitum, silicát hay Hình 4.35. Làm ch c ñá b ng các h n h p ximăng, cát ñ bơm vào l khoan. cách bơm v a xi măng. 2 1. Khe n t; 2. M t trư t; C¬ häc ®¸.277 3. L khoan; 4. H n h p ñã ñông c ng trong l khoan.
Các h n h p này ñư c ch n v i t l thích h p, áp l c bơm thích h p nh m làm ch c ñá, t o màng ch ng th m (hình 4.35). T l N/X có th l y t 3/1 ñ n 10/1. Áp l c bơm v a xi măng thư ng vào kho ng 0,1MPa/1m dài l khoan. Bi t ñư c tr ng lư ng kh i ñá c n ph i làm ch c, các ñ c trưng c a ñá và khe n t, h s n ñ nh c n thi t c a b d c… s tính ñư c s lư ng l khoan ñ c n làm ch c ñá theo công th c sau:  1 1 G  tgα - tgα  - cl  n n N= (4.120) 1  1 σ kS 1 + tgα tgϕ  n  n trong ñó: G là tr ng lư ng kh i ñá ph i làm ch c; α là góc h p gi a hư ng l khoan và hư ng khe n t trong ñá; n là h s n ñ nh cho trư c; c là cư ng ñ l c liên k t c a ñá trong các khe n t; l là di n tích khe n t; S là di n tích ti t di n c t xi măng (coi như b ng di n tích l khoan); σk là ñ b n kéo c a v a xi măng. Ngoài ra, ñ làm ch c ñ t ñá, ngư i ta cũng có th dùng nhi t hay dùng phương pháp ñi n hoá, nhưng nh ng phương pháp này không ñư c áp d ng r ng rãi. 4.2.3.5. Các công trình công trư t Trong nhóm này có r t nhi u bi n pháp và chúng chi m t i 40 – 50% t ng s các trư ng h p ñã dùng ñ ch ng trư t b d c. Cùng v i vi c xu t hi n nh ng ti n b khoa h c m i trong lĩnh v c cơ h c ñ t ñá, n n móng, nhi u bi n pháp k thu t m i có hi u qu cao ñã ñư c áp d ng ñ ch ng trư t b d c như các lo i tư ng ch n, tư ng ch ng hay neo… Hình 4.36. Tư ng ch ng. a) D ng c t; b) D ng kh i. 278.C¬ häc ®¸
Các tư ng ch ng thư ng ñư c làm b ng bê tông c t thép, có th là d ng c t (hình 4.36a) hay d ng kh i (hình 4.36b). Các tư ng ch n cũng thư ng ñư c làm b ng bê tông c t thép. ð tăng hi u qu c a tư ng ch n v i các b d c có m t trư t sâu, móng tư ng ch n có th làm b ng các dãy c c khoan nh i. Trên hình 4.37 là tư ng ch n b ng bê tông c t thép ñ gi n ñ nh b d c t i Hoà Bình. Hình 4.37. Tư ng ch n (th xã Hoà Bình). Các lo i neo ngày nay cũng ñư c dùng khá ph bi n ñ ch ng trư t b d c. Tuỳ theo k t c u c a neo mà có th có lo i neo thư ng hay neo ng su t trư c, neo tác d ng t m th i hay vĩnh c u. L c căng neo làm b d c n ñ nh thêm. ði u này có th gi i thích m t cách sơ lư c qua hình 4.38. Neo ñư c ñ t theo hư ng h p v i phương pháp tuy n c a m t trư t m t góc θ . L c căng neo T s ñư c phân tích thành các thành ph n vuông góc và song song v i m t trư t ñ u có tác d ng làm b d c n ñ nh thêm. Khi có neo, h s n ñ nh ñư c tính theo công th c: (W cos α + T cos θ) tgϕ + T sinθ n= (4.121) W sinα trong ñó: W là tr ng lư ng kh i trư t; α là góc nghiêng c a m t trư t so v i phương n m ngang; T là l c căng neo; θ là góc gi a phương c a l c căng neo và phương pháp tuy n v i m t trư t; ϕ là góc ma sát trong c a ñá. C¬ häc ®¸.279
Vi c tính toán neo, thi t k chúng ñã ñư c trình bày trong các a sách chuyên kh o, nhưng khi thi t k , ph i lưu ý t i áp l c nư c trong b các khe n t, s ăn mòn dây neo, s T θ chùng ng su t trong ñá và c trong W neo. Dùng neo ñem l i hi u qu α kinh t l n do kh i lư ng v t li u xây d ng ít (gi m ñư c t 40 – 85%). Thi công neo không ñòi h i m t b ng l n và ñem l i v m quan cho công trình. Hình 4.38. n ñ nh b d c b ng neo. Trong th c t , ngư i ta a) M t trư t; b) Neo. thư ng k t h p nhi u bi n pháp ch ng trư t v i nhau ñ ñem l i hi u qu t t hơn. ð n ñ nh vùng trư t tunel g n Ruzbakhi trên ñư ng Podolinex – Orlov (Ti p Kh c), ngư i ta ñã dùng tư ng ch n và 212 neo ng su t trư c v i s c căng c a m i neo là 1000kN (hình 4.39) hay trên tuy n ñư ng s t San Remo (Ý), ngư i ta ñã dùng t i 300 neo ng su t trư c v i s c căng c a m i neo là 1200kN (hình 4.40), k t h p v i các c c bê tông, các kh i bê tông trên m t ñ làm n ñ nh b d c phiá trên c a ñư ng. 4.39. Hình Dùng tư ng ch n và neo ñ làm n ñ nh b d c Ruzbakhi (Ti p Kh c). 280.C¬ häc ®¸
ñư ng s t Hình 4.40. Dùng c c bê tông và neo ñ làm n ñ nh b d c phía trên ñư ng s t San Remo (Ý). 1. ðá cát k t; 2. ðá vôi; 3. B d c ban ñ u; 4. M t trư t; 5. Kh i bê tông; 6. C c bê tông. C¬ häc ®¸.281
Chương 5 TR NG THÁI NG SU T VÀ ÁP L C ðÁ XUNG QUANH CÔNG TRÌNH NG M 5.1. NG SU T T NHIÊN TRONG KH I ðÁ Ngày nay con ngư i càng ñi sâu vào trong lòng ñ t ñ khai thác khoáng s n và tìm hi u Trái ð t. Ngư i ta ñã khai thác n ð , Nam Phi trong nh ng m ñ sâu 3000 – 3500m, d u và khí ñã ñư c khai thác trong các gi ng khoan sâu t i 6000 – 7000m và l khoan sâu nh t th gi i ñã ti n hành bán ñ o Konxki (Liên Xô cũ) ñ t t i chi u sâu 12.206m. Nhưng s li u trên so v i bán kính Trái ð t ( kho ng 6370000m) thì th t là vô cùng bé, nghĩa là ñá m i ch ñư c nghiên c u ph n ngoài cùng c a v Trái ð t. các chi u sâu khác nhau, do ch u l c nén c a các l p ñá n m trên nên trong ñá ñã xu t hi n ng su t g i là ng su t t nhiên. ng su t t nhiên trong kh i ñá ch u nh hư ng quy t ñ nh c a hai y u t là tr ng l c và l c ki n t o. Tr ng l c là l c hút c a Trái ð t, ñư c ñ c trưng b ng gia t c rơi t do, ký hi u là g. Nó ph thu c vào kho ng cách t ñi m ñang xét t i tâm c a Trái ð t và tr ng lư ng th tích γ c a ñá. Vì hình dáng Trái ð t không ph i là m t hình c u tuy t ñ i nên t i các ñi m khác nhau trên Trái ð t, giá tr c a gia t c g không như nhau. N u coi s sai khác này là không ñáng k thì trong tính toán, ngư i ta thư ng l y giá tr c a gia t c g=981cm/s2 hay ≈ 1000cm/s2. Tr ng l c s gây ra thành ph n ng su t th ng ñ ng tuỳ theo kho ng cách z t ñi m ñang xét t i m t ñ t và tr ng lư ng th tích c a các l p ñá n m trên, ñư c tính theo công th c: σz = γ . z (5.1) Nhi u nhà nghiên c u ñã ño ng su t t i các chi u sâu khác nhau trong các m và công trình xây d ng các ñi m khác nhau trên th gi i và ñã kh ng ñ nh quan h trên và th hi n chúng trên hình 5.1. Tr ng l c ñ ng th i cũng gây ra các ng su t theo phương ngang. Chúng s ñư c nghiên c u trong ph n sau. Các l c ki n t o ph c t p hơn tr ng l c vì nó phân b không ñ u trong không gian v i các t c ñ chuy n ñ ng và bi n d ng khác nhau. Theo A.V. Peyve, các l c ki n t o có th là l c c a các quá trình nhi t, làm ch t, cơ h c hay quay v i 284.C¬ häc ®¸
t c ñ không n ñ nh c a Trái ð t. Các chuy n ñ ng ki n t o gây ra l c ki n t o có phương n m ngang ñư c coi là nguyên nhân c a ng su t ti p l n nh t, xu t hi n trong kh i ñá. 5.1.1. CÁC GI THUY T V S PHÂN B NG SU T TRONG KH I ðÁ Dư i tác d ng c a tr ng l c và l c ki n t o, t i m t ñi m b t kỳ n m sâu trong kh i ñá s có các ng su t theo các phương khác nhau. ð nghiên c u chúng, ngư i ta ph i ñ ra các gi thuy t v quan h gi a các lo i ng su t trong ñá. Hình 5.1. ðo ng su t th ng ñ ng t i các chi u sâu khác nhau các Các gi thuy t này ñ u d a trên ñi m trên th gi i (theo Hoek và Brow, gi thi t là kh i ñá ch ch u tác d ng 1978). c a tr ng l c. 5.1.1.1. Gi thuy t c a A. Heim Trong quá trình xây d ng các ñư ng h m, nhà ñ a ch t Thu S Albert Heim nh n th y là h m ch u nh hư ng c a các áp l c cao, tác d ng theo m i phía trong kh i ñá. Ông cho r ng thành ph n ng su t theo phương th ng ñ ng σz do tr ng lư ng c a kh i ñá n m trên gây ra b ng v i thành ph n ng su t n m ngang σx. σx = σz = γ z (5.2) γ là tr ng lư ng th tích c a ñá; trong ñó: z là chi u sâu t ñi m ñang xét trong kh i ñá ñ n m t ñ t. Gi thuy t này Heim ñ ra năm 1878. Trư c ñó 4 năm, k sư m ngư i ð c F.Rziha cũng có nh ng ý ki n tương t . Theo gi thuy t này, không th gi i thích ñư c hi n tư ng sai khác gi a ng su t theo phương n m ngang và theo phương th ng ñ ng ñã quan sát th y m t s khu v c. 5.1.1.2. Gi thuy t c a K. Terzaghi K.Terzaghi ñã liên h ng su t dư v i tính ch t ñàn h i c a ñá và cho r ng n u m t kh i ñá b nén dư i tác d ng c a tr ng lư ng b n thân nó theo phương th ng ñ ng, thì nó cũng b nén c theo phương n m ngang, bi u th b ng h s bi n d ng ngang (h s Poisson) ν. chi u sâu r t l n, s phát tri n theo phương ngang b h n ch b i môi trư ng xung quanh. Do v y, trong m t ph ng c a kh i ñá, không x y ra s d ch chuy n ngang mà ch sinh ra ng su t ph n. Theo ñ nh lu t Hooke t ng quát, ñ i v i v t ñàn h i, ñ ng hư ng có th vi t: [ ] σ x − ν(σ y + σ z ) 1 εx = (5.3) E trong ñó: εx là bi n d ng tương ñ i theo phương X; E là môñun ñàn h i; ν là h s Poisson; σx, σy, σz là các ng su t theo các phương X, Y, Z. C¬ häc ®¸.285
Theo gi thuy t c a Terzaghi, không có bi n d ng theo phương ngang, nghĩa là εx = 0, nên: σx – ν (σy + σz ) = 0 (5.4) Coi các ng su t trong m t ph ng ngang là b ng nhau (σx = σy), suy ra: ν σx = σz (5.5) 1− ν ng su t theo phương th ng ñ ng σz có th tính theo công th c (5.2), nên gi thuy t c a Terzaghi có th vi t: ν σx = γz (5.6) 1 −ν ν g i là h s áp l c ngang, ký hi u là λo. Vì h s Poisson ν thay Hs 1− ν ñ i trong kho ng 0,08 – 0,5 nên h s áp l c ngang thay ñ i t 0,1 – 1 (thư ng là kho ng 0,2 – 0,3) nghĩa là r t nh so v i gi thuy t c a A.Heim. Nhi u nhà nghiên c u cho r ng gi thuy t này không phù h p v i th c t và vi c xác ñ nh h s Poisson (cơ s ñ tính h s áp l c ngang) c a ñá n t n r t khó khăn và thi u chính xác ñã h n ch kh năng s d ng c a gi thuy t này. 5.1.2.3. Gi thuy t c a P.R.Sheorey Năm 1994, Sheorey ñã phát tri n mô hình ng su t nhi t ñàn h i tĩnh cho ñ t và ñã l p ñư c công th c ñ bi u di n quan h gi a các thành ph n ng su t n m ngang và ng su t th ng ñ ng theo m t t s k, ñư c xác ñ nh theo công th c:  1 k = 0,25 + 7Ex  0,001 +  (5.7)  z trong ñó: Ex là môñun bi n d ng trung bình c a các l p n m trên, ñư c xác ñ nh theo hư ng n m ngang, tính b ng GPa. z là chi u sâu ñi m ñang xét tính t m t ñ t (m). Theo phương trình trên, P.R.Sheorey ñã v ñ th bi u di n s thay ñ i c a k theo chi u sâu khi v i các giá tr c a Ex khác nhau (hình 5.2). Bi u ñ c a Sheorey cũng 4Κ 1 3 2 tương ng v i các k t qu nghiên c u 0 c a E.T. Brown và E. Hoek (1978), c a G.Herget (1988) và m t s tác gi khác. E x(GPa ) 1000 Như v y, dù theo gi thuy t nào Z(m) 10 chăng n a, thì gi a ng su t theo 25 phương ngang và ng su t theo phương th ng ñ ng c a m t ñi m t i 2000 50 m t chi u sâu b t kỳ nào ñó trong 75 kh i ñá cũng có m t t s . Th c t th y là t s này thay ñ i trong ph m 100 3000 Hình 5.2. Bi u ñ quan h gi a hs 286.C¬ häc ®¸ k và chi u sâu v i các giá tr môñun bi n d ng ngang khác nhau.
vi khá r ng, tuỳ thu c ñi u ki n c th c a khu v c nghiên c u: N.Hast nghiên c u m t s m c a Thu S thì th y h s k r t l n, b ng 1,5 – 8, còn L.Obert (1967) ñã nghiên c u t i m t s m M thì t s k cũng x p x b ng 1. Vì v y, không th d ñoán ñư c h s k cho t ng vùng mà ph i tuỳ ñi u ki n c th xác ñ nh cho phù h p và các gi thuy t v s phân b ng su t ph i ñư c hoàn ch nh thêm. 5.1.2. TR NG THÁI NG SU T BAN ð U C A KH I ðÁ Tr ng thái ng su t là t p h p c a các ng su t sinh ra trong kh i ñá khi ch u tác d ng c a ngo i l c. tr ng thái t nhiên (khi chưa thi công công trình), ñá ñã có m t tr ng thái ng su t g i là tr ng thái ng su t ban ñ u. ðây là m t ñ c ñi m cơ h c r t ñ c bi t c a kh i ñá. Nhưng vi c xác ñ nh tr ng thái ng su t ban ñ u c a ñá r t kém chính xác vì tài li u v tính ch t c a kh i ñá còn ít, ph i xác l p m t gi thuy t riêng cho kh i ñá. M t khác, vi c ti n hành th c nghi m trên kh i ñá r t ph c t p, ñôi khi làm h ng tr ng thái ng su t ban ñ u c a nó. Như ñã nói trên, ng su t c a ñá ph thu c vào tr ng l c và các l c ki n t o mà trong ñó tr ng l c ñóng vai trò quy t ñ nh. Các l c ki n t o, tác ñ ng c a nư c ng m và nư c m t, các ho t ñ ng s n xu t c a con ngư i có tác d ng làm sai l ch tr ng thái ng su t ban ñ u do tr ng l c gây ra. ð nghiên c u tr ng thái ng su t ban ñ u, ngư i ta có th dùng phương pháp gi i tích hay phương pháp th c nghi m. Phương pháp gi i tích d a trên các s li u ñã thu th p ñư c v tính ch t c a ñá, có th ñánh giá ñư c g n ñúng thành ph n tr ng l c và nêu ra nh hư ng c a l c ki n t o, các quá trình t o ñá. Phương pháp th c nghi m nh m ki m tra l i vi c ñánh giá c a phương pháp gi i tích và k ñ n các y u t khác trong vi c thành t o tr ng thái ng su t, nhưng nó l i mang tính ch t khu v c, thi u tính ch t t ng quát cho toàn b kh i ñá. Vì v y, nên ñánh giá tr ng thái ng su t ban ñ u b ng phương pháp gi i tích. T i m t ñi m b t kỳ c a kh i ñá ñư c ñ c trưng b ng 6 thành ph n ng su t: 3 thành ph n ng su t pháp σx, σy, σz và 3 thành ph n ng su t ti p tác d ng trong các m t ph ng tương ng τxy, τxz, τyz (hình 5.3). Gi s r ng các ng su t này ch do tr ng l c gây ra thì các thành ph n ng su t s thay ñ i theo chi u sâu c a ñi m ñang xét. Riêng thành ph n ng su t pháp theo z σz phương th ng ñ ng σz , v i ñá phân l p có th tính τzy theo công th c: τzx τyz τ xz σz = Σ γi hi (5.8) σy τ xy τyx γi là tr ng lư ng th tích c a l p trong ñó: σx y ñá th i có chi u dày là hi. x hay có th tính theo công th c: Hình 5.3 Các thành ph n ng su t trong m t phân t ñá. C¬ häc ®¸.287
H ∫ γ(z) dz σz = (5.9) o v i H là chi u dày l p ñá ñang xét. Các thành ph n ng su t khác s ñư c tính theo σz v i các h s t l: σ  σx ; λy = y λx =  σz σz  (5.10)  τ xy τ τ  ; λ xz = xz , λ yz = yz λ xy =  σz σz σz  Các h s λx, λy chính là h s áp l c ngang. Tuỳ theo ñi u ki n ñ a ch t c a vùng mà các h s này có th l n hơn hay nh hơn 1 như ñã nói trên. M t khác, tuỳ theo m c ñ ñ ng nh t và ñ ng hư ng c a ñá mà các h s này cũng ñư c tính theo các công th c khác nhau. V i ñá bi n d ng tuy n tính, ñ ng nh t và ñ ng hư ng thì theo gi thuy t Terzaghi: ν λx = λy = (5.11) 1− ν V i ñá bi n d ng tuy n tính, không ñ ng nh t và ch ñ ng hư ng theo m t (gi s m t ñ ng hư ng vuông góc v i tr c z) thì: E ν1 λx = λy = (5.12) E1 1 − ν E, ν là môñun ñàn h i và h s Poisson c a ñá trong m t ñ ng trong ñó: hư ng; E1, ν1 là các ñ i lư ng trên nhưng theo hư ng vuông góc v i m t ñ ng hư ng. Tuỳ theo các thành ph n ng su t mà tr ng thái ng su t ban ñ u c a ñá s khác nhau. Nói chung, ngư i ta chia làm hai lo i. 5.1.2.1. Tr ng thái ng su t thu tĩnh V i kh i ñá ñ ng nh t, ñ ng hư ng, tr ng thái ng su t thu tĩnh g m các thành ph n sau:  H σ x = ∫ γ (z) dz  o  σx = σy = σz (5.13)   τ xy = τ xz = τ yz = 0   5.1.2.2. Tr ng thái ng su t không thu tĩnh Trong tr ng thái này có th chia ra: 288.C¬ häc ®¸
Kh i ñá ñ ng nh t và không ñ ng nh t, ñ ng hư ng và không ñ ng hư ng, nhưng n ñ nh, s có các thành ph n ng su t là: σ x = ∫ γ (z) dz ; σ x = λ x . σ z ; σ y = λ y . σ z  H  (5.14)  o τ xy = λ xy . σ z ; τ xz = λ xz . σ z ; τ yz = λ yz . σ z   Các h s λ trong các công th c trên ph thu c vào tính ch t c a ñá và các ñ c trưng cơ h c c u trúc c a nó, có th tính theo công th c (5.11), (5.12). Kh i ñá b phá ho i, có các thành ph n ng su t là: σ x = ∫ γ (z) dz ; σ x = λ x . σ z ; σ y = λ y . σ z  H  (5.15)  o τ xy = τ xz = τ yz = 0   Các h s λ có th b ng 0 khi v i ñá không có áp l c hay tính theo công th c (5.11) v i kh i ñá có áp l c. Kh i ñá ñ ng nh t và không ñ ng nh t, ñ ng hư ng và không ñ ng hư ng, ch u nh hư ng c a các quá trình ki n t o, grañien nhi t ñ cao, t i tr ng trên m t l n… thì các thành ph n ng su t có th vi t:  H σ x = ∫ γ (z) dz + σ*  z o  σ x = λ x . σ z + σ* ; σ y = λ y . σ z + σ *  (5.16) x y  τ xy = λ xy . σ z + τ* ; τ xz = λ xz . σ z + τ* ; τ yz = λ yz . σ z + τ*  xy xz yz  σ* , σ* , σ* , τ* , τ* , τ* là các thành ph n ng su t b sung do các trong ñó: x y z xy xz yz l c ki n t o, t i tr ng trên m t… gây ra. Các h s λ có th tính theo các công th c (5.11), (5.12). Kh i ñá phân l p hay kh i ñá có các m t khe n t song song v i nhau. - Khi m t phân l p n m ngang, thì ng su t th ng ñ ng có th tính theo công th c (5.8), còn các ng su t theo phương n m ngang, có th tính theo công th c (5.12). - Khi m t phân l p (hay m t khe n t) h p v i phương th ng ñ ng m t góc α (hình 5.4), cho r ng trên b m t các khe n t không có l c liên k t (c = 0), t i ñ y, ñi u ki n b n Coulomb có th vi t: τα = σα . tgϕ (5.17) T i chi u sâu z b t kỳ, thành ph n ng su t th ng ñ ng σz v n ñư c tính theo công th c (5.1). z σz Trên sơ ñ phân tích ng su t, chi u lên các tr c theo phương σx và σz s ñư c: σx α σα τα σα τα C¬ häc ®¸.289 z