tự động hoá tính toán độ lún tổng cộng của nền đờng ô tô đắp trên đất yếu và độ cố kết theo thời gian của nền đất yếu dới tác dụng của tải trọng nền đắp (theo quy trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất yếu: 22tcn - 262 - 2000) ThS. vũ đức sỹ Bộ môn Đờng bộ - ĐH GTVT Tóm tắt: Bi viết giới thiệu nội dung phần mềm: Tự động hoá tính toán độ lún tổng cộng của nền đờng ô tô đắp trên đất yếu v độ cố kết theo thời gian của nền đất yếu dới tác dụng của tải trọng nền đờng đắp. Summary: The article presents software for calculating total embankment settlement on soft soil and consolidation by time of soft soil under the work of embankment load. 1. Đặt vấn đề Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất yếu: 22TCN - 262 - 2000. Khi tính toán độ lún tổng cộng của nền đờng ô tô đắp trên đất yếu: S = m.S C (1) trong đó: S - độ lún tổng cộng; m: hệ số (m = 1,1 ữ 1,4); S C - độ lún cố kết: S C = + + + = i pz i vz i z i c i vz i pz i r n 1i i 0 i lg.Clg.C e1 h (2) h i - bề dày lớp đất tính lún thứ i (phân thành n lớp có các đặc trng biến dạng khác nhau), i từ 1 đến n lớp; h i 2 m; e 0 i - hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu (cha đắp nền bên trên); C c i - chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đờng cong nén lún (biểu diễn dới dạng e ~ lg) trong phạm vi i > pz i của lớp đất i; C r i - chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đờng cong nén lún nói trên trong phạm vi i < pz i (còn gọi là chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải); vz i , pz i , z i - ứng suất nén thẳng đứng do trọng lợng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i, áp lực tiền cố kết ở lớp i và áp lực do tải trọng đắp gây ra ở lớp i (xác định các trị số áp lực này tơng ứng với độ sâu z ở chính giữa lớp đất yếu thứ i). Chú ý: - Khi vz i < pz i (đất ở trạng thái quá cố kết) thì công thức (2) chỉ có một số hạng trớc (không tồn tại số hạng có mặt C c i ) - Khi vz i > pz i (đất ở trạng thái cha cố kết xong dới tác dụng của trọng lợng bản thân và khi vz i = pz i (đất ở trạng thái cố kết bình thờng) thì công thức (2) chỉ còn một số hạng sau (không tồn tại số hạng có mặt C r i ). Việc tính toán độ lún tổng cộng S nh trên có thể đợc tự động hóa theo sơ đồ thuật toán dới đây: Sơ đồ khối chơng trình Nhập: Các thông số nền đất yếu, Nền đắp Tính Za, m =1.1, Sgt = 0.1 Za, Sc = 0, = 0.01 Sc = (Sgt/m) Sc > (Sgt/m) Đúng Sai Sgt = Sgt + S Sgt = Sgt - S S Hgt = Htk + Sgt Tính: Sc = 0 ; i = 0 i = i +1 i = Số lớp_Za Đúng Sai End Begin Sai Đúng Đúng Sai z i ; vz i >= vz i pz i S = S + _____ h 1 + e i i 0 [ + z i pz i vz i C c i _______ lg ] c c . S = S + _____ h 1 + e i i 0 [ + z i pz i vz i C r i _______ lg ] c c . S = Sgt Tính: Hệ số cố kết: C Tính: Nhân tố thời gian: T Tự động tra bảng tìm: U t b v v Giải thích sơ đồ: Bớc 1. Giả thiết độ lún tổng cộng S gt (thờng giả thiết S gt = 5 ữ 10 % bề dày đất yếu hoặc chiều sâu vùng đất yếu chịu lún z a ; nếu là than bùn lún nhiều thì có thể giả thiết S gt = 20 ữ 30% bề dầy nói trên). Bớc 2. Tính độ lún cố kết S C : * Tính toán phân bố ứng suất z i theo toán đồ Osterberg với chiều cao nền đắp có dự phòng lún H gt = H tk + S gt (H tk là chiều cao nền đắp thiết kế: nếu đắp trực tiếp thì kể từ mặt đất thiên nhiên khi cha đắp đến mép vai đờng; nếu có đào bớt đất yếu thì kể từ cao độ mặt đất yếu sau khi đào); * Với z i vừa xác định đợc, tính độ lún cố kết S C theo công thức (2) tuỳ trờng hợp. Bớc 3. Kiểm tra điều kiện m S S gt C = : * Nếu thỏa mãn thì chấp nhận kết quả đã giả thiết, nh vậy đồng thời xác định đợc S C và S = S gt . * Nếu không thoả mãn điều kiện nói trên thì phải giả thiết lại S và lặp lại quá trình tính toán 3 Kết Quả - Với cách làm nh trên, tác giả đã lập chơng trình và đã chạy thông chơng trình trên máy tính. - Tác giả đã dùng chơng trình này tiến hành chạy thử nghiệm trên nhiều ví dụ tính toán, so sánh với phơng pháp tính toán khác (phơng pháp sai phân hữu hạn với bài toán cố kết 1 chiều trong trờng hợp nền đất gồm nhiều lớp, và chỉ tính cho vị trí tại tim đờng) thấy kết quả tính toán chênh lệch không đáng kể. - Tác giả cũng đã đạt đợc một số kết quả nhất định trong việc khảo sát mức độ ảnh hởng của từng thông số của nền đất yếu (nh: , e 0 , p , C v , C r , C c , H đy ) tới độ lún cố kết và tốc độ lún cố kết bằng cách cho giá trị của thông số cần khảo sát thay đổi, cố định giá trị các thông số khác còn lại và chạy chơng trình tính toán. - Nếu độc giả nào quan tâm có thể liên hệ với tác giả theo địa chỉ: Vũ Đức Sỹ, Bộ môn Đờng bộ, Trờng Đại học Giao thông Vận tải Hà nội; ĐTNR: 04 - 7664786; di động: 0913.550 549. Sau đây là kết quả chạy chơng trình tính toán từ một ví dụ cụ thể (xem trang sau). Tài liệu tham khảo [1] 22TCN - 262 - 2001. Quy trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất yếu - Tiêu chuẩn thiết kế: Nhà xuất bản Giao thông vận tải - 2001 [2] 22TCN - 263 - 2000 - Quy trình khảo sát đờng ô tô. Nhà xuất bản Giao thông vận tải - 2001. [3] Pierre Laréal, Nguyễn Thnh Long, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lục, Lê Bá Lơng. Nền đờng đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam. Chơng trình hợp tác Việt Pháp, 1986 - 1989. [4] N. A. Xtovich. Cơ học đất - Bản dịch của Đỗ Bằng, Nguyễn Công Mẫn. Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà nội, 1987. [5] Lê Quí An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quý. Cơ học đất. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1977. [6] Dơng Quang Thiện. Hớng dẫn lập trình VISUAL BASIC for Windows tập 1 + 2 + 3. Văn phòng dịch vụ điện toán SAMIS, 1995. [7] Florin V. A., MEXAHKA RYHTOB, Mockba, 1960 Ă Kết quả chạy chơng trình tính toán từ một ví dụ cụ thể Chiều Cao Chiều Rộng Độ Dốc Dung Trọng Đắp: Htk Nền: Bn Ta Luy: TL Đất Đắp: d (m) (m) (g/cm3) 8.00 12.00 1/1.5 2.00 STT Chiều Dày Dung Hệ Số Hệ Số Chỉ số Chỉ Số áp Lực Hệ Số Các Lớp Một lớp Trọng Rỗng Cố Kết Nén Nén Tiền Cố Kết Nén Lún Hi i ei Cvi Cci Cri pzi ai (m) (g/cm3) (10^-4cm2/s) (kg/cm2) (cm2/kg) 1 2.20 1.79 1.08 5.810 0.025 0.130 1.05 0.05 2 2.00 1.58 1.14 8.039 0.451 0.409 0.70 0.136 3 2.00 1.58 1.14 8.039 0.451 0.409 0.40 0.136 4 2.00 1.58 1.14 8.039 0.451 0.409 0.70 0.136 5 1.80 1.58 1.14 8.039 0.451 0.409 0.70 0.136 6 2.00 1.89 0.08 8.940 0.280 0.250 0.68 0.08 7 2.00 1.89 0.08 8.940 0.280 0.250 0.68 0.08 8 1.90 1.89 0.08 8.940 0.280 0.250 0.68 0.08 Độ Lún Độ Lún Độ Lún Chiều Cao Chiều Cao Tức Thời Cố Kết Tổng Cộng Thiết Kế Dự Phòng Si (m) Sc (m) S (m) Htk (m) Hdp (m) 0.236 2.362 2.550 8.000 10.550 Kết Quả Tính Đ ộ Lún Theo Thời Gian Chỉ tiêu cơ lý của nền đất yếu: Kích thớc nền đắp: Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố t (ngày) TG: T Kết U (%) t (ngày) TG: T Kết U (%) t (ngày) TG: T Kết U (%) t (ngày) TG: T Kết U (%) t (ngày) TG: T Kết U (%) 60 0.002 2 2460 0.067 29 4860 0.132 41 7260 0.197 50 9660 0.263 58 120 0.003 2 2520 0.069 30 4920 0.134 41 7320 0.199 50 9720 0.264 58 180 0.005 9 2580 0.07 30 4980 0.135 41 7380 0.201 51 9780 0.266 58 240 0.007 10 2640 0.072 30 5040 0.137 42 7440 0.202 51 9840 0.268 59 300 0.008 10 2700 0.073 30 5100 0.139 42 7500 0.204 51 9900 0.269 59 360 0.01 11 2760 0.075 31 5160 0.14 42 7560 0.206 51 9960 0.271 59 420 0.011 12 2820 0.077 31 5220 0.142 42 7620 0.207 51 10020 0.272 59 480 0.013 13 2880 0.078 31 5280 0.144 43 7680 0.209 51 10080 0.274 60 540 0.015 14 2940 0.08 32 5340 0.145 43 7740 0.21 52 10140 0.276 60 600 0.016 14 3000 0.082 32 5400 0.147 43 7800 0.212 52 10200 0.277 60 660 0.018 15 3060 0.083 32 5460 0.148 43 7860 0.214 52 10260 0.279 60 720 0.02 16 3120 0.085 33 5520 0.15 44 7920 0.215 52 10320 0.281 60 780 0.021 16 3180 0.086 33 5580 0.152 44 7980 0.217 52 10380 0.282 61 840 0.023 17 3240 0.088 33 5640 0.153 44 8040 0.219 53 10440 0.284 61 900 0.024 17 3300 0.09 34 5700 0.155 44 8100 0.22 53 10500 0.286 61 960 0.026 18 3360 0.091 34 5760 0.157 45 8160 0.222 53 10560 0.287 61 1020 0.028 19 3420 0.093 34 5820 0.158 45 8220 0.224 53 10620 0.289 62 1080 0.029 19 3480 0.095 35 5880 0.16 45 8280 0.225 53 10680 0.29 62 1140 0.031 20 3540 0.096 35 5940 0.162 45 8340 0.227 54 10740 0.292 62 1200 0.033 20 3600 0.098 35 6000 0.163 46 8400 0.228 54 10800 0.294 62 1260 0.034 21 3660 0.1 36 6060 0.165 46 8460 0.23 54 10860 0.295 62 1320 0.036 21 3720 0.101 36 6120 0.166 46 8520 0.232 54 10920 0.297 63 1380 0.038 22 3780 0.103 36 6180 0.168 46 8580 0.233 54 10980 0.299 63 1440 0.039 22 3840 0.104 36 6240 0.17 46 8640 0.235 54 11040 0.3 63 1500 0.041 23 3900 0.106 37 6300 0.171 47 8700 0.237 55 11100 0.302 63 1560 0.042 23 3960 0.108 37 6360 0.173 47 8760 0.238 55 11160 0.303 63 1620 0.044 24 4020 0.109 37 6420 0.175 47 8820 0.24 55 11220 0.305 63 1680 0.046 24 4080 0.111 38 6480 0.176 47 8880 0.241 55 11280 0.307 63 1740 0.047 24 4140 0.113 38 6540 0.178 48 8940 0.243 55 11340 0.308 63 1800 0.049 25 4200 0.114 38 6600 0.179 48 9000 0.245 56 11400 0.31 63 1860 0.051 25 4260 0.116 38 6660 0.181 48 9060 0.246 56 11460 0.312 64 1920 0.052 26 4320 0.117 39 6720 0.183 48 9120 0.248 56 11520 0.313 64 1980 0.054 26 4380 0.119 39 6780 0.184 48 9180 0.25 56 11580 0.315 64 2040 0.055 26 4440 0.121 39 6840 0.186 49 9240 0.251 56 11640 0.316 64 2100 0.057 27 4500 0.122 39 6900 0.188 49 9300 0.253 57 11700 0.318 64 2160 0.059 27 4560 0.124 40 6960 0.189 49 9360 0.255 57 11760 0.32 64 2220 0.06 28 4620 0.126 40 7020 0.191 49 9420 0.256 57 11820 0.321 64 2280 0.062 28 4680 0.127 40 7080 0.193 49 9480 0.258 57 11880 0.323 64 2340 0.064 29 4740 0.129 40 7140 0.194 50 9540 0.259 57 11940 0.325 64 2400 0.065 29 4800 0.131 41 7200 0.196 50 9600 0.261 58 12000 0.326 64 Kết Quả Tính Độ Cố Kết Theo Thời Gian . tự động hoá tính toán độ lún tổng cộng của nền đờng ô tô đắp trên đất yếu và độ cố kết theo thời gian của nền đất yếu dới tác dụng của tải trọng nền đắp (theo quy trình khảo sát thiết kế nền. tiêu cơ lý của nền đất yếu: Kích thớc nền đắp: Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố Thời Gian Nhân Tố Độ Cố t (ngày) TG: T Kết U (%). Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất yếu: 22TCN - 262 - 2000. Khi tính toán độ lún tổng cộng của nền đờng ô tô đắp trên đất yếu: S = m.S C (1) trong đó: S - độ lún