kiểm chứng từ thí nghiệm mô hình đất tương tự và kết quả thí nghiệm hàng loạt cọc xoắn chịu nhổ của nước ngoài. Biểu thức xác định sức chịu nhổ thẳng đứng giới hạn của cọc xoắn [21] có dạng:
Pgh .H .F.M c.F.N
Trong đó:
(2.8)
.D 2
F
4
- Diện tích hình chiếu tấm xoắn trên mặt ngang;
H 4 H
2
M 1 2.
D
tg
3 D
tg
(2.9)
H H 2
cos
(2.10)
N 4D
D 2 tg coscos
M,N là những hệ số không thứ nguyên;
H - là độ sâu từ mặt đất đến tấm xoắn;
- là góc hợp bởi phương thẳng đứng với đường sinh nón cụt của khối đất phá hoại giả thiết [21]. Bảng 2.7 được thiết lập sẵn các giá trị của M, N cho hai trường hợp đặc biệt của góc .
Bảng 2.5: Các giá trị của M, N ứng với
và
2
| 2 | |||||||||||||||
= 100 | = 200 | = 300 | = 400 | = 100 | = 200 | = 300 | = 400 | |||||||||
M | N | M | N | M | N | M | N | M | N | M | N | M | N | M | N | |
2 | 1,78 | 10,86 | 3,16 | 13,85 | 5,08 | 17,29 | 8,12 | 21,45 | 1,39 | 9,30 | 1,87 | 10,55 | 2,45 | 11,42 | 3,16 | 12,00 |
3 | 2,43 | 18,40 | 4,77 | 25,10 | 8,64 | 32,80 | 14,50 | 40,30 | 1,62 | 15,0 | 2,43 | 17,80 | 3,53 | 20,10 | 4,77 | 21,70 |
4 | 3,08 | 37,00 | 6,74 | 39,40 | 13,75 | 53,00 | 22,71 | 69,80 | 1,85 | 21,4 | 3,08 | 26,50 | 4,66 | 30,80 | 6,74 | 34,20 |
5 | 3,81 | 37,80 | 9,08 | 56,60 | 17,91 | 78,00 | 32,79 | 104,0 | 2,13 | 28,5 | 3,81 | 36,50 | 6,05 | 43,50 | 9,80 | 49,00 |
6 | 4,61 | 49,50 | 11,75 | 76,50 | 23,92 | 107,5 | 44,77 | 145,0 | 2,42 | 36,3 | 4,61 | 48,00 | 7,65 | 58,30 | 11,77 | 66,20 |
7 | 5,49 | 62,80 | 14,77 | 100,0 | 30,77 | 141,0 | 58,75 | 192,5 | 2,73 | 44,8 | 5,49 | 60,60 | 9,45 | 74,80 | 14,77 | 86,75 |
8 | 6,49 | 77,40 | 18,74 | 125,0 | 38,74 | 180,0 | 74,42 | 297,0 | 3,05 | 54,0 | 6,49 | 74,90 | 11,40 | 93,50 | 18,14 | 108,5 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Tổng Quan Về Giải Pháp Bảo Vệ Mái Đê Biển Ở Việt Nam -
Một Số Tồn Tại Kỹ Thuật Của Kè Bảo Vệ Mái Đê Phía Biển Và Mất Ổn Định Do Xói Mái Đê Trong Đồng -
Các Phương Pháp Xác Định Khả Năng Chịu Lực Kéo Nhổ Của Neo -
Lập Biểu Thức Xác Định Sức Chịu Nhổ Giới Hạn -
Thí Nghiệm Xác Định Khả Năng Neo Giữ Của Neo Xoắn -
Kiểm Chứng Biểu Thức Xác Định Sức Chịu Tải Neo Xoắn
Xem toàn bộ 157 trang tài liệu này.
* Trường hợp tấm neo hình vuông có thể vẫn dùng công thức (2.8) để tính
toán gần đúng với giả thiết D
2 a với a là cạnh của tấm neo.
* Nếu tách phần thể tích thân cọc phía trên tấm neo ra, vẫn dùng công thức
(2.8) để xác định Pgh . Trong trường hợp này biểu thức của M có dạng sau:
H 4 H
2
M 1 2 2
tg
D
3 D
tg
(2.11)
Trong đó:
d
D
với d là đường kính thân cọc. Biểu thức của N vẫn là biểu
thức (2.10).
Cuối cùng để phát huy tác dụng chịu nhổ của tấm xoắn trong cọc xoắn, không
nên đặt tấm xoắn quá nông, có thể khống chế như sau: H
D
không nhỏ hơn 5
đối với đất dính và H
D
không nhỏ hơn 6 đối với đất cát.
Tổng hợp các tài liệu tính toán sức chịu tải kéo nhổ của neo trong đất ở các hình thức neo khác nhau, đánh giá sơ bộ là neo trong đất có khả năng neo giữ ổn định công trình rất tốt. Việc nghiên cứu neo để gia tăng ổn định cho các dạng cấu kiện gia cường bảo vệ mái đê biển là giải pháp mới và có cơ sở để gia tăng độ an toàn cho đê.
2.2 Nghiên cứu neo gia cố cho tấm lát mái đê biển
2.2.1 Đặt vấn đề
Tấm lát mái đê biển là một kết cấu bảo vệ quan trọng của đê biển. Rất nhiều nghiên cứu, sáng chế nhằm mục đích cải tiến kết cấu bảo vệ này vững chắc hơn, đảm bảo an toàn cho đê dưới tác dụng của sóng biển. Tuy nhiên trong thực tế vẫn xảy ra tình trạng các mảng gia cố bị bong tróc, rão và xô lệch do tác dụng của sóng hoặc lún sụt. Tình trạng kỹ thuật này sẽ dẫn đến mất an toàn cho đê biển. Một trong những nguyên nhân bong tróc mảng gia cố, là do trọng lượng viên gia cố không đủ giữ ổn định. Còn vấn đề lún sụt mảng gia cố, nếu loại trừ nguyên nhân do thi công kém thì cũng có phần nguyên nhân do sự lôi cuốn vật liệu lọc bởi sóng rút. Sự lôi cuốn vật liệu lọc ra ngoài chỉ xảy ra được nếu mảng gia cố có chuyển vị lớn dưới tác dụng của
áp lực đẩy ngược từ trong thân đê khi sóng rút. Để khắc phục tình trạng trên, giải pháp neo gia cố các tấm lát mái của tác giả luận án đề xuất sẽ làm gia tăng trọng lượng của viên gia cố và hạn chế chuyển vị của cả mảng gia cố, mái đê biển sẽ được gia tăng độ an toàn hơn.
2.2.2 Bản chất kỹ thuật của giải pháp
a) Mục đích
Mục đích kỹ thuật của giải pháp là tăng thêm ổn định cho các tấm lát mái và hạn chế chuyển vị của cả mảng gia cố dưới tác dụng của sóng và áp lực nước đẩy ngược từ trong thân đê. Để đạt được mục đích trên, neo gia cố các tấm lát mái theo tác giả luận án đề xuất là bố trí thêm các neo cắm vào đất để liên kết giữ cho các tấm lát mái ổn định hơn (hình 2.5). Mức độ dày, thưa của neo phụ thuộc vào trọng lượng có sẵn của tấm lát mái, áp lực sóng, cấp độ của đê và loại đất đắp đê.
Hình 2.5: Sơ đồ bố trí neo cho tấm lát mái
1) Thân neo. 2) Dây neo. 3) Chốt liên kết
Giải pháp sử dụng neo xoắn, dùng một thiết bị xoắn neo vào đất đến một
độ sâu nào đó trong thân đê và liên kết bằng dây neo chốt giữ với tấm lát mái.
b) Mô tả các chi tiết của giải pháp
“Neo gia cố các tấm lát mái bảo vệ đê biển” bao gồm ba bộ phận chính:
1. Thân neo: Có thể là neo xoắn bằng nhựa cứng, hoặc neo ấn, neo bằng lò xo, các thân neo được liên kết với các tấm gia cố mái bằng dây neo. Dạng neo thứ nhất là neo xoắn mô tả các chi tiết ở hình vẽ 2.6a, thân neo được làm bằng
nhựa để đảm bảo tránh được sự ăn mòn của nước biển, đồng thời rãnh xoắn giúp dễ thi công xoáy neo vào trong đất, kích thước của neo phụ thuộc tải trọng neo giữ yêu cầu.
a) b) c)
Hình 2.6: Chi tiết các dạng neo gia cố
Dạng neo thứ hai là neo ấn vào trong đất (hình vẽ 2.6b) cũng được chế tạo bằng nhựa, và dạng mũi neo thứ ba là neo lò xo (hình 2.6c), neo này được làm bằng thép bọc nhựa và cũng được xoắn vào trong đất, công năng tương tự như hai loại neo xoắn và neo ấn nhưng được dùng cho những loại đất mềm yếu hơn có trạng thái dẻo, dẻo mềm.
2. Dây neo: Dây neo dùng để liên kết neo với tấm lát mái, ở một số lĩnh vực khác dây neo thường là thép sợi bện, nhưng với môi trường ăn mòn của nước biển mặn, tác giả đề xuất dây neo bằng nhựa mềm. Dây neo bằng nhựa mềm như đề xuất của tác giả là sự thay đổi cơ bản về vật liệu so với những dạng dây neo truyền thống bằng thép hoặc neo bằng thanh bê tông. Với thân đê biển đắp bằng đất thì thanh neo bê tông không thể phù hợp do tính cứng của nó, còn dây neo thép sẽ bị nước biển ăn mòn.
3. Chốt liên kết với tấm lát mái: Để liên kết dây neo với tấm lát mái, dùng liên kết ren ốc xuyên qua lỗ chốt neo trên tấm lát mái, lỗ chốt neo có đường kính khoảng 5-7 cm, chi tiết trên hình 2.7.
Hình 2.7: Chi tiết liên kết với tấm lát mái
2.3 Thiết lập biểu thức xác định sức chịu tải của neo xoắn sử dụng gia cố tấm lát mái đê biển
Trong 3 dạng mũi neo đã đề xuất ở hình 2.6, tác giả luận án chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng neo xoắn để gia cố mái đê biển.
Để có thể neo giữ công trình ổn định hơn, đã có nhiều hình thức neo gia cố trong đất. Tất cả các phương pháp xác định sức chịu tải của neo đều theo một nguyên tắc chung là dựa trên hình dạng của neo trong đất và yếu tố chống cắt của đất nền. Trên cơ sở phân tích lý thuyết tính toán của một số hình thức neo ở đã trình bày ở các mục trước, nhận thấy sự làm việc của cọc xoắn khi
chịu kéo nhổ tương tự như sự làm việc của neo xoắn chịu nhổ của tác giả đề
xuất trong luận án này.
Dựa trên đề xuất phương pháp phân tích giới hạn [21], kết hợp hình dạng thiết kế thực tế của neo xoắn, tác giả luận án thiết lập biểu thức xác định sức chịu tải của neo xoắn sau đó kiểm nghiệm lại theo kết quả thực nghiệm.
2.3.1 Những giả thiết và định lý dùng trong phương pháp phân tích giới hạn
a) Điều kiện bền Coulomb và lý thuyết dẻo
Như đã biết, điều kiện bền C.A Coulomb có dạng sau:
tgc (2.12)
Nếu biểu thị (2.12) trên hệ tọa độ ~ sẽ có hai “đường bao giới hạn” trong không gian và (hình 2.8). Áp dụng giả thiết về sự trùng phương giữa những ứng suất chính và tốc độ biến dạng dẻo tương ứng trong lý thuyết dẻo, có thể đặt trên hệ tọa độ ~ những giá trị biến dạng dẻo tương ứng. Tốc độ
biến dạng dẻo hướng pháp tuyến với mặt trượt
&p
đặt trên trục hoành và tốc
độ biến dạng dẻo cắt &p
trên trục tung &p
[40] (hình 2.8). Theo lý thuyết chảy
dẻo, véc tơ tốc độ biến dạng dẻo phải vuông góc với mặt dẻo (ở đây là “
đường bao giới hạn” Coulomb), do đó vec tơ pháp hướng này làm với véc tơ
&p góc .
p
p
V
p
B
Đường bao giới hạn Coulomb
O
C
(nÐn)
p
Đường bao giới hạn Coulomb
Hình 2.8: Ứng dụng lý thuyết dẻo cho đất
Hu ớng chuyển vị
Tính pháp hướng này đối với môi trường đất có thể minh họa bằng mô hình vật lý ở hình 2.9. Từ hình vẽ có thể thấy rằng, do sự “ cài mắc” giữa các “ hạt đất” phương vec tơ chuyển vị không phải nằm ngang, mà hợp với mặt ngang một góc ,[21],[40].
Pn
t
Mô hình hạt đất
a
a
a) Đất chặt b) Phân tích các thành phần vectơ
Hình 2.9: Mô hình vật lý mô phỏng hướng chuyển vị khi đất bị cắt
Nếu , người ta quy ước gọi là sự cắt dẻo (plastic-shearing). Vậy rõ ràng trong trường hợp này, véc tơ chuyển vị “cắt dẻo” sẽ được phân tích thành hai thành phần: Véc tơ có hướng vuông góc với mặt ngang, và véc tơ song song với mặt ngang (hình 2.9b), do đó vec tơ tốc độ biến dạng dẻo có thể biểu diễn trên mặt dẻo (hình 2.8).
Nếu không có sự cài mắc, 0 , trong trường hợp này gọi là sự trượt ma
sát (Friction-Sliding). Việc kết hợp giả thiết trùng phương giữa ứng suất và tốc độ biến dạng dẻo của lý thuyết chảy dẻo với điều kiện bền Coulomb đã nêu [21],[40], sẽ mở rộng bài toán cân bằng giới hạn tĩnh cổ điển sang bài toán động, cho phép xem xét các bài toán về cường độ và ổn định của khối đất hợp lý và trực quan hơn, thông qua nguyên lý bảo toàn năng lượng giữa công ngoại lực và nội năng tiêu tan khi vật thể đạt trạng thái cân bằng giới hạn, dưới tác dụng của ngoại lực đó.
b) Phương trình công khả dĩ
Trong phương pháp phân tích giới hạn, phương trình công khả dĩ được xem xét như chìa khóa để chứng minh các định lí về giới hạn trên.
Khi sử dụng phương trình công khả dĩ thường được viết dưới hai dạng sau [40]:
Dạng thứ nhất:
Nhóm phương trình cân bằng
.
&
*
i
.dA F U . dV
i i
&
*
ij
&
V
V
.
TiU
A
.
ij
* .dV
(2.13)
Trong đó
Nhóm phương trình tương thích
Ti , Fi - lần lượt là những ngoại lực tác động lên bề mặt vật thể và
những lực thể tích của bản thân vật thể.
Tx Ti Ty
Tz
Fx Fi Fy
Fz
(2.14)
ij – những ứng suất sinh ra trong vật thể cân bằng với Ti , Fi
x
ij yx
zx
xy
y
zy
xz
yz
z
(2.15)
u
ij
ij
* - tốc độ biến dạng tương thích với tốc độ chuyển vị * của những điểm tác
động của ngoại lực Ti Fi .
hoặc giữa những điểm chuyển vị tương ứng với thể tích
u x |
t u y |
t uz t |
Kí hiệu (*) để phân biệt hai nhóm phương trình (cân bằng và tương thích) độc lập với nhau.
&x
&xy
&xz
&ij &yx
&y
&yz ;
ui(2.16)
&zx
&zy
&z