Nghiên cứu sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng của đất cấu tạo mái taluy do mưa lớn và dòng thấm

Bài báo nghiên cứu sự ổn định của mái taluy do mưa lớn kéo dài bằng mô hình số kết hợp SEEP/W với SLOPE/W. Các kết quả phân tích áp suất nước lỗ rỗng gây ra bởi dòng thấm không ổn định trong môi trường đất không bão hòa bằng mô hình SEEP/W được tích hợp vào mô hình SLOPE/W để phân tích sự ổn định của mái taluy theo thời gian. Hệ số ổn định mái taluy thay đổi theo thời gian mưa được phân tích và thảo luận.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng của đất cấu tạo mái taluy do mưa lớn và dòng thấmTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢINGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CỦA ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG CỦA ĐẤT CẤU TẠO MÁI TALUY DO MƯA LỚN VÀ DÒNG THẤM Giảng viên hướng dẫn: TS. Tống Anh Tuấn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Hùng Ngô Việt Đức Lớp: Xây dựng Cầu hầm 1 K58 Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu sự ổn định của mái taluy do mưa lớn kéo dài bằng mô hình sốkết hợp SEEP/W với SLOPE/W. Các kết quả phân tích áp suất nước lỗ rỗng gây ra bởi dòng thấmkhông ổn định trong môi trường đất không bão hòa bằng mô hình SEEP/W được tích hợp vào môhình SLOPE/W để phân tích sự ổn định của mái taluy theo thời gian. Hệ số ổn định mái taluy thayđổi theo thời gian mưa được phân tích và thảo luận. Từ khóa: Áp lực nước lỗ rỗng, dòng thấm, đất không bão hòa, sự ổn định, mái taluy1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mới đây, mưa lũ sau cơn bão số 12 năm 2017 đã làm ngập, lụt và sụt hạ tầng nền/mặtđường giao thông tỉnh lộ và quốc lộ 1, gây hư hỏng nặng nề và tiềm ẩn nguy cơ xảy ra sựcố đối với một số công trình thủy lợi khu vực các tỉnh Miền Trung và Nam Trung Bộ. Sốliệu thống kê của Ban Chỉ đạo Trung ương về phòng chống thiên tai bão, lũ năm 2017 ướctính cả nước thiệt hại gần 60.000 tỷ đồng. Các sự cố nêu trên có nguyên nhân từ tác độngcủa nước mưa hình thành dòng thấm không ổn định gây ra biến dạng lún, sụt lún đối vớimái taluy đường/nền đường. Mưa thấm vào trong cấu trúc vật liệu của mái taluy đường/nền đường tạo nên dòngthấm không ổn định, tăng áp lực nước lỗ rỗng và giảm khả năng chịu lực của nền đắp dẫnđến nguy cơ mất ổn định (lún, sụt lún) đối với mái taluy đường/nền đường. Lý thuyết cốkết thấm của Terzaghi chỉ áp dụng trong phân tích lún cố kết đối với vật liệu bão hòa. Trongthực tế, mái taluy đường chịu mưa lớn hoặc nền đường bị ngập thường tồn tại các khu vựcbão hòa và không bão hòa. Vì vậy, việc áp dụng lý thuyết cơ học đất không bão hòa vàophân tích sự thay đổi áp lực nước lỗ rống của đất và sự ổn định cho kết cấu mái taluyđường/nền đường khu vực không bão hòa là cần thiết.Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 308TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Với các lý do nêu trên, đề tài sử dụng kết hợp các module SEEP/W và SLOPE/Wđược tích hợp trong phần mềm GeoStudio để nghiên cứu sự thay đổi của áp lực nước lỗrỗng do mưa và dòng thấm không ổn định làm cơ sở cho phân tích sự ổn định của mái taluyđường/nền đường bão hòa/không bão hòa do mưa lớn. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng của đất cấu tạo máitaluy do mưa lớn và dòng thấm” là cần thiết và có ý nghĩa trong việc phân tích sự ổn địnhcủa mái taluy đường/nền đường trong điều kiện mưa lớn.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH2.1. Phân tích dòng thấm không bão hòa Xuất phát từ định luật Darcy, chuyển động của dòng thấm (2D) không ổn định trongđất không bão hòa và đẳng hướng được mô tả theo phương trình (1-1) biểu thị sự cân bằnggiữa chênh lệch thể tích dòng chảy vào và ra một phân tố với tốc độ thay đổi hàm lượngthể tích nước theo thời gian:   H    H  H kx  +  k y  + q = m w  w g (1-1) x  x  y  y  t uw trong đó: H = y + là tổng cột áp, u w là áp lực nước lỗ rỗng,  w là khối lượng w griêng của nước, g là gia tốc trọng trường; k x và k y là các hệ số thấm theo các hướng xvà y ; q là điều kiện biên lưu lượng do mưa; m w là hệ số thay đổi thể tích nước phụ thuộcđộ hút dính (u a − u w ) , u a là áp suất pha khí; và t là thời gian. Nước mưa thấm vào đất kéo theo hàm lượng nước trong đất thay đổi và hình thànhdòng thấm không ổn định trong đất không bão hòa. Các hệ số k x và k y không là hằng sốmà phụ thuộc vào độ hút dính. Module SEEP/W cho phép phân tích dòng thấm ổnđịnh/không ổn định trong đất bão hòa/không bão hòa. Mái taluy được rời rạc dạng lưới phicấu trúc trong đó ứng suất của đất, áp suất và lưu tốc thấm được định nghĩa tại các nút ởmỗi bước thời gian. Với dòng thấm không ổn định, SEEP/W giả thiết áp suất pha khí u atrong đất không đổi và bằng áp suất không khí. Khi không có tải trọng ngoài, ứng suất của đất không đổi dẫn đến chên lệch ( − u a ) là hằng số, do đó sự thay đổi hàm lượngnước trong đất không phụ thuộc vào ( − u a ) mà phụ thuộc vào độ hút dính (u a − u w ) hayáp suất lực nước lỗ rỗng u w . Sau mỗi bước thời gian, biến thiên hàm lượng nước ở vế phảicủa phương trình (1-1) được tính toán, áp lực nước lỗ rỗng u w được cập nhật cho phép xácKỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 ...