Phá hoại bên trong của tường MSE có thể xảy ra trong hai cách khác nhau:
- Lực kéo (trong trường hợp cốt cứng là lực cắt) trong cốt thành phần trở nên quá lớn đến nổi cốt thành phần kéo dãn quá mức hay gãy, dẫn đến sự dịch chuyển lớn và có thể phá họai kết cấu. Dạng phá hoại này có thể gọi là phá hoại bởi sự dãn dài hay đứt cốt.
- Lực kéo trong cốt trở nên lớn hơn sức kháng tuột, có nghĩa là lực đó kéo cốt ra ngoài khối đất. Điều này làm gia tăng ứng suất cắt trong đất xung quanh, dẫn đến sự dịch chuyển lớn và sự phá họai có thể của kết cấu. Dạng phá họai này được gọi là phá hoại do kéo.
Do đó, quá trình định kích cở và tính toán để ngăn phá hoại bên trong bao gồm việc xác định lực kéo lớn nhất, vị trí của chúng dọc quĩ tích bề mặt trượt cực hạn và sức kháng được cung cấp bởi cốt cả trong khả năng kéo tuột và cường độ chịu kéo.
Quá trình thiết kế có thể được minh họa theo sơ đồ sau:
Đánh giá ổn định bên trong
Cốt không dãn
Lựa chọn bề mặt tường và loại cốt
Tính toán mức tải trọng cốt
Mức lực lớn nhất Mức lực ở mối nối với bề mặt
Đánh giá sự ăn
mòn của đất đắp Đánh giá sự ăn mòn của cốt
Cân bằng ứng suất kéo cho phép và ứng suất lớn nhất tác dụng
kéo cho phép và ứng suất lớn nhất tác dụng
Cân bằng ứng suất Cân bằng ứng suất
ứng suất mối nối kéo cho phép và triển cường độ Đánh giá sự phát Mức lực ở mối nối
với bề mặt
kéo cho phép và ứng suất lớn nhất
tác dụng tác dụng
Cân bằng ứng suất Mức lực lớn nhất
Tính toán mức tải trọng cốt Cốt dãn
Điều chỉnh mật độ cốt để cường độ mối nối = cường độ lớn nhất
Tính toán chiều dài cốt đòn hỏi để ổn định chống tuột
Thiết kế những phần tử tường bao theo ứng suất ở mặt tường
cho pheùp cuûa coát do đất đắp do đất đắp
do đất đắp
do đất đắp cho pheùp cuûa coát Đánh giá sự phát triển cường độ
Sơ đồ khối cho quá trình tính toán ổn định bên trong Quá trình tính toán ổn định bên trong từng bước như sau:
- Lựa chọn lọai cốt (dãn hay không dãn) - Lựa chọn vị trí mặt phá hoại cực hạn - Lựa chọn vị trí cốt phù hợp với mặt tường - Tính toán lực kéo lớn nhất ở mỗi mức cốt
- Tính toán lực kéo lớn nhất ở vị trí nối với mặt tường - Tính toán khả năng chịu kéo ở mỗi mức cốt
2.5.1 Mặt trượt cực hạn
Mặt trượt cực hạn nhất trong tường chắn đất có cốt được giả định là trùng khớp với đường lực kéo lớn nhất (có nghĩa là, quĩ tích lực kéo lớn nhất, Tmax, trong mỗi lớp gia cường). Hình dạng và vị trí đường lực này được giả định là biết đối với kết cấu giản đơn từ nhiều thực nghiệm trước đó và nghiên cứu lý thuyết.
Bề mặt lực kéo lớn nhất được giả định là xấp xỉ song tuyến trong trường hợp cốt không dãn (hình 2.12), xấp xỉ tuyến tính trong trường hợp cốt dãn (hình 2.13), và đi qua chân tường trong cả hai trường hợp.
Hình 2.12 Vị trí bề mặt trượt tiềm năng cho thiết kế ổn định bên trong Khi sự phá hoại phát triển, cốt có thể kéo dãn và biến dạng ở điểm giao của cốt với mặt phá hoại. Kết quả là lực kéo trong cốt sẽ gia tăng và quay. Do đó, thành phần theo hướng của bề mặt phá hoại sẽ gia tăng và thành phần vuông góc thường có thể gia tăng hoặc giảm. Sự dãn và xoay của cốt có thể được bỏ qua đối với cốt cứng không dãn như dãi thép nhưng có thể là quan trọng với cốt dãn như vải địa kỹ thuật.
2.5.2 Tính toán lực kéo lớn nhất trong những lớp cốt
Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lực kéo lớn nhất chủ yếu liên quan đến lọai cốt trong khối MSE, mà nó là một hàm của modul, độ dãn dài và mật độ của cốt. Dựa trên nghiên cứu này, một quan hệ giữa lọai cốt và ứng suất do phụ tải được phát triển, và được chỉ ra trong hình 2.13 [11].
Hình 2.13 Sự thay đổi tỷ số ứng suất theo chiều sâu trong tường MSE
Kết quả tỉ số Kr/Ka cho cốt không dãn giảm từ đỉnh của tường đến một giá trị hằng số bên dưới 6m.
Phương pháp cụ thể được sử dụng ở đây được phát triển để tránh quá trình tính toán lặp được đòi hỏi bởi vài sự hiệu chỉnh phức tạp của các phương pháp hiện có gồm phương pháp trọng lực dính kết và phương pháp độ cứng kết cấu.
Hệ số áp lực đất K được xác định bằng việc áp dụng một hệ số nhân cho hệ số áp lực đất chủ động. Hệ số áp lực đất chủ động được xác định bằng cách sử dụng quan hệ áp lực đất Coulomb, giả định tường không có ma sát và góc β bằng 0.
Đối với tường thẳng đứng, áp lực đất do đó giảm theo phương trình Rankine:
) 2 / ' 45 ( tan2 −ϕ
a =
K (2.16)
Đối với mặt tường nghiêng bằng hay lớn hơn 80 so với phương thẳng đứng, dạng đơn giản của phương trình Coulomb có thể được sử dụng:
2 3
2
sin ] ' 1 sin [ sin
) ' ( sin
θ θ ϕ
ϕ θ +
= +
Ka (2.17)
Trong đó:
θ là góc nghiêng của lưng tường so với phương ngang bắt đầu phía trước tường.
Ứng suất thẳng đứng (γH) là kết quả của trọng lực từ trọng lượng bản thân của đất ở bên trong và trên lớp đất đắp gia cường, và bất kỳ phụ tải nào. Ứng suất thẳng đứng cho việc tính toán lực cốt lớn nhất được thể hiện ở hình 2.14.
Max Stress: S=1/2LTanβ
r r
v γ Z L Tanβ γ
σ = +1/2 ( )
Zp: chiều sâu lớp cốt ở bắt đầu vùng kháng cho tính toán kéo tuột Xác định Ka: sử dụng góc dốc β
Xác định Kr từ hình 2.8
Kéo tuột: σv =γrZp và Z ≥ Zp + s
Hình 2.14 Tính toán ứng suất thẳng đứng cho điều kiện đất đắp dốc
Các bước tính toán như sau:
1. Tính toán ở mỗi mức cốt ứng suất nằm ngang σH dọc theo đường phá hoại tiềm năng từ trọng lượng của đất chắn giữ γrZ cộng với phụ tải phân bố đều q, tải trọng tập trung ∆σvvà∆σh .
h v r
H K σ σ
σ = +∆ (2.18)
Trong đó: σv =γrZ +σ2 +q+∆σv (2.19)
Kr=K(z) được thể hiện trong hình 2.8 và Z là độ sâu tham chiếu bên dưới đỉnh tường.
σv
∆ là gia số của ứng suất thẳng đứng do tải trọng thẳng đứng tập trung sử duùng phaõn boỏ hỡnh thang 2V:1H nhử trong hỡnh 2.15.
Hình 2.15 Sự phân bố ứng suất từ tải trọng tập trung thẳng đứng Pv σh
∆ là gia số ứng suất nằm ngang do phụ tải tập trung nằm ngang và tính toán nhử hỡnh 2.16.
(a) Sự phân bố ứng suất cho tính toán ổn định bên trong
(b) Sự phân bố ứng suất cho tính toán ổn định bên ngoài F1= lực nằm ngang do áp lực đất
F2= lực nằm ngang do phụ tải xe
PH2, PH2 =lực nằm ngang do kết cấu thượng tầng L1= (cf+bf-2e’)tan(45+ϕ/2)
L2= (cf+bf-2e’)tan(45+ϕ/2)
e’= độ lệch tâm tải trọng của móng
Hình 2.16 Sự phân bố ứng suất từ tải trọng tập trung theo phương ngang 2. Tính toán lực kéo lớn nhất Tmax trong mỗi lớp gia cường trên chiều rộng của
tường dựa trên khoảng thẳng đứng Sv từ:
v
H S
Tmax =σ . (2.20)
Tmax có thể cũng được tính toán ở mỗi mức cốt đối với những cốt rời rạc (dãi kim loại, lưới thép thanh, lưới địa kỹ thuật, v.v…) trên chiều dài tường, từ:
c v H
R
T .S
max
=σ (2.21)
Thay vào đó cốt rời rạc và mặt tường bêtông cốt thép đúc trước phân đoạn, Tmax
thường được tính toán một cách tiện lợi hơn trên diện tích phụ At, được định nghĩa như là diện tích bằng với hai lần bề rộng panel khoảng cách thẳng đứng sv:
t
H A
Tmax =σ . (2.21)
3. Tớnh toỏn ổn định bờn trong tương ứng với sự bể góy cốt. Oồn định tương ứng với sự bẻ gãy cốt đòi hỏi:
c
a R
T ≥Tmax (2.22)
Trong đó: Rc là tỷ số bao phủ b/Sh, với b là tổng bề rộng của phần tử gia cường, và Sh là khoảng cách từ tâm đến tâm theo phương ngang giữa những cốt.
Ta là lực kéo cho phép trên đơn vị chiều rộng của cốt.
2.5.3 Oồn định bờn trong tương ứng với phỏ hoại kộo tuột
Oồn định tương ứng với sự tuột cốt đũi hỏi những tiờu chuẩn sau được thỏa món:
α γ p e c PO
CR L Z FS F
Tmax 1 *
≤ (2.23)
Trong đó: FSPO = hệ số ổn định chống tuột ≥ 1.5 Tmax = Lực kéo lớn nhất tác động lên cốt C = 2 cho cốt loại dãi, lưới
α = heọ soỏ hieọu chổnh tổ leọ F* = hệ số sức kháng kéo tuột Rc = tổ soỏ bao phuỷ
γZp = áp lực do tải đất đắp, bao gồm phụ tải tỉnh tải phân bố, bỏ qua họat tải
Le = Chiều dài cốt chôn trong vùng kháng. Chú ý rằng biên giữa vùng kháng và vùng chủ động có thể được hiệu chỉnh bởi tải trọng tập trung
Do đó, chiều dài chôn đòi hỏi trong vùng kháng (bên ngòai mặt trượt tiềm năng) có thể được xác định từ:
R m Z CF L T
c p
e 1.5 1
*
max ≥
≥ γ α (2.24)
Chú ý rằng tải trọng xe và các hoạt tải khác không bao gồm cho việc tính toán kéo tuột.
Nếu tiêu chuẩn không được thỏa mãn cho tất cả các lớp gia cường, chiều dài cốt phải được gia tăng hay là cốt với sức kháng kéo tuột lớn hơn trên đơn vị chiều rộng phải được sử dụng, hay khoảng cách theo phương đứng có thể được giảm lại điều này sẽ giảm Tmax.
Tổng chiều dài cốt, L, cần cho ổn định bên trong được xác định từ :
L=La+Le (2.25)
Trong đó: La được lấy từ hình 2.7 cho kết cấu giản đơn không gánh tải trọng bên ngòai tập trung như là mố cầu. Dựa trên hình này mối quan hệ sau có thể được lấy từ La :
Đối với tường MSE với cốt dãn, bề mặt tường thẳng đứng và đất đắp thẳng đứng:
) 2 / ' 45 tan(
)
( − −ϕ
= H Z
La (2.26)
Trong đó: Z là chiều sâu ở mỗi mức cốt.
Đối với tường MSE với cốt không dãn từ đáy lên H/2:
La =0.6(H −Z) (2.27)
Đối với nửa trên của tường với cốt không giãn:
La = 0.3H (2.28)