Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ổn định nền đường đất đắp ở trên nền thiên nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> Đỗ Thắng<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH<br /> NỀN ĐƯỜNG ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN<br /> <br /> Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố<br /> Mã số:<br /> <br /> 62.58.02.05.01<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> Hà Nội - 2014<br /> <br /> CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI<br /> <br /> DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> 1. Đỗ Thắng (2013). “Trường ứng suất trong đất theo lý thuyết đàn<br /> hồi và lý thuyết min (max)”. Tạp chí Cầu đường Việt Nam.<br /> 10/2013. tr. 30 - 33.<br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> <br /> 1: GS.TSKH Hà Huy Cương<br /> <br /> (Học viện KTQS)<br /> <br /> 2: TS Vũ Đức Sỹ<br /> <br /> (Trường ĐH GTVT)<br /> <br /> Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục<br /> (Trường Đại học Xây Dựng)<br /> Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng<br /> (Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội)<br /> Phản biện 3: GS.TS Nguyễn Trường Tiến<br /> (Hội Cơ học đất và Địa kỹ thuật Việt Nam)<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp<br /> Trường họp tại: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải<br /> vào hồi ... giờ ...’ ngày ... tháng ... năm 2014<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:<br /> 1. Thư viện Quốc gia<br /> 2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải<br /> <br /> 2. Đỗ Thắng (2013). “Nghiên cứu ổn định của mái dốc thẳng đứng<br /> bằng phương pháp phân tích giới hạn”. Tạp chí Xây dựng.<br /> 11/2013. tr. 103 - 104.<br /> 3. Đỗ Thắng (2014). “Phương pháp mới nghiên cứu ổn định nền<br /> đường đất đắp trên nền thiên nhiên”. Tạp chí Xây dựng.<br /> 6/2014.<br /> <br /> 1<br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Lý do chọn đề tài<br /> Nền đường là bộ phận quan trọng của đường ôtô. Bảo đảm ổn định<br /> nền đường là điều kiện tiên quyết để bảo đảm ổn định của kết cấu áo<br /> đường.<br /> Phương pháp nghiên cứu ổn định nền đường được sử dụng rộng rãi<br /> trong thiết kế hiện nay là phương pháp cân bằng giới hạn. Hệ phương trình<br /> cơ bản của phương pháp này bao gồm hai phương trình cân bằng (bài toán<br /> ứng suất phẳng) và điều kiện chảy dẻo Mohr- Coulomb.<br /> Tuy nhiên, phương pháp cân bằng giới hạn chưa xét đến hiện tượng<br /> thể tích khối đất bị thay đổi khi dùng điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb.<br /> Mặt khác, hệ phương trình cơ bản nêu trên không cho phép xác định trạng<br /> thái ứng suất tại những điểm chưa chảy dẻo, tức là không xét được trạng<br /> thái ứng suất của toàn khối đất. Vì vậy, trong luận án “Nghiên cứu ổn định<br /> nền đường đất đắp trên nền thiên nhiên” được trình bày sau đây, bằng<br /> cách sử dụng lý thuyết min (max), tác giả có thể áp dụng trực tiếp định lý<br /> giới hạn để nghiên cứu ổn định của khối đất nói chung và ổn định của nền<br /> đất đắp trên nền thiên nhiên.<br /> 2. Mục đích nghiên cứu<br /> Xây dựng phương pháp mới (phương pháp áp dụng trực tiếp định lý<br /> giới hạn) đánh giá ổn định nền đất phù hợp với sự làm việc thực của môi<br /> trường đất, góp phần phát triển nghiên cứu về ổn định nền đường.<br /> Áp dụng phương pháp trên để xây dựng một số chương trình tính, lập<br /> được bảng tra và toán đồ giúp người kỹ sư nhanh chóng xác định được<br /> chiều cao và độ dốc giới hạn của nền đắp. Ngoài ra, sử dụng định lý giới<br /> hạn dưới của lý thuyết phân tích giới hạn cho ta biết được phân bố ứng<br /> suất trong khối đất trước khi phá hỏng và các mặt trượt xảy ra trong khối<br /> đất, từ đó có thể đưa ra các biện pháp phù hợp nâng cao ổn định nền đất<br /> khi cần thiết.<br /> 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> Đối tượng nghiên cứu: Nền đường đắp đất trên nền thiên nhiên.<br /> Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vấn đề ổn định của nền đường đắp<br /> đất trên nền thiên nhiên xét trong trường hợp bài toán phẳng.<br /> <br /> 2<br /> 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài<br /> Đất không phải là vật liệu đàn hồi nên trong bài toán phẳng, hai<br /> phương trình cân bằng không đủ để xác định được ba thành phần ứng suất.<br /> Tác giả dùng thêm điều kiện min (max) để có đủ phương trình xác định<br /> trạng thái ứng suất trong toàn khối đất và áp dụng trực tiếp định lý giới hạn<br /> để nghiên cứu ổn định đồng thời nền đắp và nền thiên nhiên.<br /> Trong luận án trình bày các bài toán ổn định khác nhau: cường độ<br /> giới hạn của nền đất nằm ngang dưới tải trọng móng cứng (bài toán<br /> Prandtl), mái dốc của khối cát khô, mái dốc thẳng đứng trên nền thiên<br /> nhiên dưới tác dụng của tải ngoài và trọng lượng bản thân, nền đắp hình<br /> thang trên nền thiên nhiên dưới tác dụng của trọng lượng bản thân. Từ<br /> những nghiên cứu đó có thể rút ra các kết luận và nhận xét định tính và<br /> định lượng sau đây:<br /> - Điều kiện chảy dẻo Mohr- Coulomb cho biết vật liệu có nội ma sát<br /> càng lớn thì sức chịu tải càng lớn. Tuy nhiên đối với vật liệu xây dựng nền<br /> đắp như đất, cát các loại, đá dăm vụn... thì vật liệu có lực dính đơn vị lớn<br /> mới là vật liệu bảo đảm ổn định mái dốc tốt hơn. Thực tiễn xây dựng nền<br /> đường đắp ở nước ta đã chứng thực điều đó.<br /> - Mặt trượt xuất hiện trên mái dốc và mặt nền đắp khi có tải trọng<br /> ngoài tác dụng.<br /> - Khi nghiên cứu ổn định nền đường đắp mà chỉ xét trọng lượng bản<br /> thân của đất thì không xuất hiện mặt trượt trên mái dốc và mặt nền đắp.<br /> - Tùy theo cường độ (c, ) của vật liệu nền đắp và nền thiên nhiên<br /> mà xảy ra các trường hợp phá hoại: cường độ vật liệu đắp càng lớn thì<br /> chiều cao giới hạn nền đắp càng lớn, độ dốc taluy càng lớn. Khi nền đắp có<br /> cường độ (c, ) bằng hoặc nhỏ hơn cường độ nền thiên nhiên thì mặt trượt<br /> chỉ xuất hiện ở chân taluy nền đắp, Khi nền đắp có cường độ lớn hơn nền<br /> thiên nhiên thì mặt trượt ăn sâu vào nền thiên nhiên.<br /> - Những tính toán so sánh cho thấy chiều cao giới hạn nền đắp theo<br /> phương pháp của tác giả xấp xỉ với chiều cao có chiết giảm theo các<br /> phương pháp mặt trượt (lấy hệ số an toàn lớn hơn 1). Điều này giải thích<br /> được bởi vì phương pháp mặt trượt cho ta giới hạn trên của chiều cao nền<br /> đắp.<br /> Tác giả đã xây dựng một số chương trình tính, lập được bảng tra và<br /> toán đồ giúp người kỹ sư nhanh chóng xác định được chiều cao và độ dốc<br /> <br /> 3<br /> giới hạn của nền đắp. Ngoài ra, từ biểu đồ các đường đẳng trị mức chảy<br /> dẻo sẽ xác định được lưới mặt trượt nên có thể đưa ra được các biện pháp<br /> gia cường phù hợp, đúng vị trí để nâng cao ổn định nền đường khi cần.<br /> 5. Bố cục của luận án<br /> Luận án gồm những phần và chương sau:<br /> - Mở đầu<br /> - Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu ổn định nền đường đất đắp<br /> trên nền thiên nhiên<br /> - Chương 2: Cơ sở lý thuyết nghiên cứu ổn định nền đường đất đắp<br /> trên nền thiên nhiên<br /> - Chương 3: Bài toán cơ bản về tải trọng giới hạn và ổn định mái dốc<br /> - Chương 4: Nghiên cứu ổn định khối đất có mái dốc thẳng đứng<br /> - Chương 5: Phương pháp mới nghiên cứu ổn định nền đường đất<br /> đắp trên nền thiên nhiên<br /> - Kết luận và kiến nghị<br /> - Phần phụ lục<br /> 6. Đóng góp mới của luận án<br /> 1- Khác với các phương pháp truyền thống của cơ học đất, tác giả sử<br /> dụng lý thuyết min (max) để có thể áp dụng trực tiếp lý thuyết phân tích<br /> giới hạn vào nghiên cứu ổn định nền đất (không cho trước trạng thái ứng<br /> suất hoặc dạng mặt trượt). Sử dụng định lý giới hạn dưới của lý thuyết<br /> phân tích giới hạn cho ta biết được phân bố ứng suất trong khối đất trước<br /> khi phá hỏng và các mặt trượt xảy ra trong khối đất, từ đó có thể đưa ra các<br /> biện pháp phù hợp nâng cao ổn định nền đất khi cần thiết.<br /> 2- Khác với phương pháp truyền thống là phương pháp nghiên cứu<br /> tách rời ổn định mái dốc với cường độ giới hạn của nền thiên, tác giả xây<br /> dựng bài toán ổn định tổng thể của nền đắp trên nền thiên nhiên để có thể<br /> xét được ảnh hưởng qua lại giữa chúng.<br /> 3- Các bài toán ổn định khối đất trình bày trong luận án là đúng đắn<br /> về cơ học, chặt chẽ về toán học và mới. Xét về mặt toán thì đó là các bài<br /> toán quy hoạch phi tuyến do có ràng buộc là điều kiện chảy dẻo MohrCoulomb. Phương pháp giải số là phương pháp sai phân hữu hạn và để sử<br /> dụng các hàm tối ưu có sẵn, tác giả lập trình trên phần mềm Matlab để<br /> giải. Sơ đồ sai phân dùng trong luận án cho kết quả với độ chính xác cao,<br /> <br />