Báo cáo khoa học: Vấn đề hệ số an toàn trong tính toán ổn định nền đ-ờng đắp

Tính toán ổn định nền đ-ờng đắp là một nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế đ-ờng, đặc biệt đối với đ-ờng đắp cao qua vùng đất yếu. Khi tiến hành tính toán ổn định nền đ-ờng đắp ng-ời kỹ s- thiết kế cần cân nhắc các dữ liệu cho tr-ớc về cấp hạng đ-ờng, tải trọng xe, các tham số hình học của nền đắp, chỉ tiêu cơ lý của đất đắp, đất nền tự nhiên …
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "Vấn đề hệ số an toàn trong tính toán ổn định nền đ-ờng đắp" VÊn ®Ò hÖ sè an toµn trong tÝnh to¸n æn ®Þnh nÒn ®−êng ®¾p vò tuÊn anh Tr−êng §¹i häc giao th«ng §−êng Bé Masc¬va Tãm t¾t: Bμi b¸o ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò cÇn th¶o luËn, nghiªn cøu liªn quan ®Õn hÖ sè an toμn æn ®Þnh khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ nÒn ®−êng. Summary: The article discusses the issues on the problems involving the safety coefficient in caculation and design road bed. 1. §Æt vÊn ®Ò TÝnh to¸n æn ®Þnh nÒn ®−êng ®¾p lµ mét néi dung quan träng trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ ®−êng, ®Æc biÖt ®èi víi ®−êng ®¾p cao qua vïng ®Êt yÕu. Khi tiÕn hµnh tÝnh to¸n æn ®Þnh nÒn ®−êng ®¾p ng−êi kü s− thiÕt kÕ cÇn c©n nh¾c c¸c d÷ liÖu cho tr−íc vÒ cÊp h¹ng ®−êng, t¶i träng xe, c¸c tham sè h×nh häc cña nÒn ®¾p, chØ tiªu c¬ lý cña ®Êt ®¾p, ®Êt nÒn tù nhiªn … ®Ó c©n nh¾c lùa chän: ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n æn ®Þnh vµ x¸c ®Þnh hÖ sè an toµn æn ®Þnh cho phÐp. Sù c©n nh¾c lùa chän nh− vËy kh«ng mÊy dÔ dµng v× cho ®Õn nay vÉn tån t¹i mét sè ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n æn ®Þnh vµ hÖ sè an toµn còng ®−îc quy ®Þnh theo mét d¶i kh¸ réng (tõCT 2 1,2 ÷ 1,6 cã khi ®Õn 1,8 hoÆc 2) mµ ch−a cã mét c¬ së lý luËn chÆt chÏ. Sau ®©y chóng ta sÏ ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò nµy nh»m gîi më h−íng nghiªn cøu gi¶i quyÕt. 2. VÊn ®Ò tÝnh to¸n æn ®Þnh cña nÒn ®−êng ®¾p Tr−íc hÕt cÇn kh¼ng ®Þnh r»ng: ”NÒn ®−êng ®¾p lµ kh¸i niÖm dïng ®Ó chØ mét hÖ thèng c«ng tr×nh tæ hîp kh«ng thÓ t¸ch rêi bao gåm nÒn ®Êt ®¾p vµ ®Êt nÒn tù nhiªn. Nh− vËy bµi to¸n tÝnh to¸n æn ®Þnh nÒn ®−êng ®¾p tÊt yÕu ph¶i lµ “TÝnh to¸n æn ®Þnh tæng thÓ hÖ thèng nÒn ®Êt ®¾p - ®Êt nÒn tù nhiªn”. Tuy nhiªn néi dung bµi b¸o nµy chØ giíi h¹n ®Ò cËp tíi vÊn ®Ò tÝnh to¸n æn ®Þnh ®Êt nÒn tù nhiªn d−íi nÒn ®Êt ®¾p. Gi¶ thiÕt vμ s¬ ®å tÝnh §Ó tÝnh to¸n æn ®Þnh cña nÒn ®−êng ®¾p ng−êi ta th−êng øng dông mét trong 2 ph−¬ng ph¸p phæ biÕn lµ: - §¸nh gi¸ æn ®Þnh cña nÒn ®−êng ®¾p theo søc chÞu t¶i giíi h¹n (Pph) cña ®Êt nÒn tù nhiªn. - §¸nh gi¸ æn ®Þnh cña nÒn ®−êng ®¾p theo søc chèng c¾t (S) cña ®Êt nÒn tù nhiªn. 2.1. §¸nh gi¸ æn ®Þnh cña nÒn ®−êng ®¾p theo søc chÞu t¶i giíi h¹n cña ®Êt nÒn tùnhiªn Gi¶i hÖ thèng ph−¬ng tr×nh vi ph©n c©n b»ng giíi h¹n cña F. Ketter, bá qua ¶nh h−ëng cñaträng l−îng ®Êt nÒn tù nhiªn, Prandtl ®· x¸c ®Þnh ®−îc Pgh1 theo biÓu thøc: 1 + sin ϕ πtgϕ Pgh1 = (P0 + c. cot gϕ) − c. cot gϕ e (1) 1 − sin ϕtrong ®ã: P0 - t¶i träng bÒn, P0 = δγ0; δ - chiÒu s©u nÒn ®Êt ®¾p lón vµo nÒn tù nhiªn; γ0, c, ϕ - t−¬ng øng lµ träng l−îng ®¬n vÞ, lùc dÝnh ®¬n vÞ, gãc néi ma s¸t cña ®Êt nÒn tù nhiªn. HoÆc theo lêi gi¶i cña V. G. Berezansev: Khi xÐt ®Õn träng l−îng cña ®Êt nÒn tù nhiªn: Pgh2 = Nγ .γ 0 .b1 + Np .p0 + Nc .c (2)trong ®ã: CT 2 Nγ, Np, NC - c¸c hÖ sè vÒ kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña ®Êt t−¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ gãc néi ma s¸t ϕ; b - nöa chiÒu réng cña t¶i träng h×nh b¨ng ch÷ nhËt (chiÒu réng trung b×nh nÒn ®¾p). HÖ sè an toµn æn ®Þnh K1 ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Pgh K1 = (3) Ptrong ®ã: Pgh - søc chÞu t¶i giíi h¹n cña ®Êt nÒn tù nhiªn (tÝnh theo (1) hoÆc (2)). P - ¸p suÊt lªn bÒ mÆt ®Êt nÒn tù nhiªn d−íi ®¸y nÒn ®Êt ®¾p (do t¶i träng ®Êt ®¾p vµ t¶i träng xe cé g©y ra). K1 = 1 - nÒn ®−êng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng giíi h¹n; K1 < 1 - nÒn ®−êng mÊt æn ®Þnh; K1 > 1 - nÒn ®−êng æn ®Þnh. 2.2. §¸nh gi¸ æn ®Þnh cña nÒn ®−êng ®¾p theo søc chèng c¾t cña ®Êt nÒn tù nhiªn Theo ph−¬ng ph¸p nµy ng−êi ta quan niÖm r»ng: D−íi t¸c dông cña t¶i träng ®Êt ®¾p, xecé vµ träng l−îng b¶n th©n ®Êt nÒn tù nhiªn, trong ®Êt nÒn tù nhiªn ph¸t sinh øng suÊt c¾t cùc ®¹i τmax. §Êt nÒn tù nhiªn sÏ bÞ biÕn d¹ng dÎo (ph¸ ho¹i) t¹i nh÷ng ®iÓm ë ®ã τmax > søc chèng c¾t (S) cña ®Êt: S = σtgϕ + c (4) trong ®ã: σ - øng suÊt ph¸p th¼ng ®øng do ngo¹i t¶i vµ träng l−îng b¶n th©n g©y ra trong ®Êt nÒn tù nhiªn. ϕ, c - gãc néi ma s¸t vµ lùc dÝnh ®¬n vÞ cña ®Êt nÒn tù nhiªn. Víi ®Êt yÕu (ϕ ∼ 0) th× S = c, trong qu¸ tr×nh gia t¶i, cè kÕt søc chèng c¾t t¨ng dÇn lªn S; η = (0,31 ÷ 4,0). τM - øng suÊt c¾t lín nhÊt do ngo¹i t¶i (träng l−îng ®Êt ®¾p vµ ph−¬ng tiÖn) g©y ra t¹i ®iÓm tÝnh to¸n (M). Víi s¬ ®å nÒn ®Êt ®¾p lµ t¶i träng h×nh thang dµi v« h¹n (h×nh d−íi) - τm ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (5). RR pz ln2 1 4 + (α1 − α 3 )2 τM = (5) πb R 2R 3 α1, α2 - tÝnh b»ng radian. P - ¸p suÊt cña nÒn ®¾p t¸c dông lªn nÒn ®Êt tù nhiªn ; P = γH.CT 2 ...