Luận án "Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp"Luận án cấp Tiến Sĩ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP 61.1. Nền đường đắp 61.2. Nền đất yếu 71.2.1. Khái niệm đất yếu 71.2.2. Nền đất yếu ở Việt Nam 81.2.3. Hiện tượng mất ổn định của nền đường đắp trên đất yếu 91.3. Tải trọng của nền đường đắp tác dụng lên nền đất tự nhiên 101.4. Trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của nền đất 111.4.1. Cân bằng đàn hồi và cân bằng dẻo 111.4.1.1. Đất là vật liệu đàn - dẻo lý tưởng 111.4.1.2. Đất là vật liệu cứng - dẻo lý tưởng 131.4.2. Lý thuyết biến dạng tuyến tính 141.4.3. Lý thuyết cân bằng giới hạn 201.4.3.1.Cơ sở của lý thuyết cân bằng giới hạn 201.4.3.2. Hệ phương trình cơ bản 201.4.3.3. Các lời giải của hệ phương trình cơ bản 211.4.4. Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất 231.4.4.1. Tải trọng giới hạn đàn hồi 231.4.4.2. Bài toán hỗn hợp đàn - dẻo về khối đất 241.4.4.3. Lý thuyết Cam - Clay 251.4.5. Các phương pháp dùng mặt trượt giả định 251.4.5.1.Phương pháp mặt trượt giả định mặt phẳng 251.4.5.2.Phương pháp mặt trượt trụ tròn 261.4.5.3. Phương pháp mặt trượt theo lý luận cân bằng với nền đồng nhất 261.4.6. Phương pháp phân tích giới hạn 291.4.7. Phương pháp xác định ứng suất theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất trong nền đất 301.5. Giải pháp tăng cường sức chịu tải (tải trọng giới hạn) của nền đất yếu 311.6. Kết luận 34CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN VÀ TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP 372.1. Đặt vấn đề 372.2. Xây dựng bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 392.2.1. Bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất 392.2.2. Bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 462.3. Phương pháp giải bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 492.3.1. Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 492.3.2. Phương pháp giải bài toán quy hoạch phi tuyến 532.3.3. Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 542.4. Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên 562.4.1. Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên chịu trọng lượng bản thân 562.4.2. Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 622.4.3. Khảo sát sự xuất hiện và phát triển vùng biến dạng dẻo 632.5. Kết quả và bàn luận 65CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT GIỚI HẠN TRONG NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP VÀ BỆ PHẢN ÁP 673.1. Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp 673.1.1. Xây dựng bài toán 673.1.2. Xây dựng phương pháp giải bài toán 703.1.2.1. Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 703.1.2.2. Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 723.1.3. Trạng thái ứng suất và sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 743.1.3.1. Trạng thái ứng suất 743.1.3.2. Sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 753.2. Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp 773.2.1. Đặt vấn đề 773.2.2. Xây dựng bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 773.2.3. Phương pháp giải bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 793.2.3.1. Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 793.2.3.2. Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 803.3. Trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp 813.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưới sai phân hữu hạn đến tải trọng giới hạn 813.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước ô lưới sai phân 813.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lưới sai phân hữu hạn 813.3.2. Khảo sát đánh giá kết quả bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 823.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của chiều rộng tải trọng nền đắp đến tải trọng giới hạn 863.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của trọng lượng nền đất đến tải trọng giới hạn 873.3.5. Khảo sát đường đẳng bền và vùng biến dạng dẻo 883.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của tải trọng bệ phản áp đến vùng biến dạng dẻo 953.4. Kết quả và bàn luận 97CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU BỆ PHẢN ÁP ĐỂ LÀM TĂNG TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP 1014.1. Đặt vấn đề 1014.2. Khảo sát quan hệ giữa tải trọng giới hạn của nền đất yếu với tải trọng bệ phản áp 1034.2.1. Quan hệ giữa tải trọng giới hạn và chiều rộng tải trọng bệ phản áp 1034.2.2. Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với cường độ tải trọng bệ phản áp 1054.3. Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn của nền đất yếu dưới tải trọng nền đường đắp 1074.3.1. Trường hợp không xét góc ma sát trong của đất yếu 1074.3.1.1. Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp 1074.3.1.2. Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp hợp lý 1104.3.2. Trường hợp xét góc ma sát trong của nền đất yếu 1154.4. Nghiên cứu bệ phản áp rộng vô hạn để làm tăng tải trọng giới hạn của nền đất yếu dưới nền đường đắp 1184.4.1. Quan hệ giữa tải trọng giới hạn của nền đất yếu và cường độ tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn 1184.4.2. Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp rộng vô hạn 1194.5. Kết quả và bàn luận 121KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123Kết luận chung 123Kiến nghị 125 MỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của đề tàiTrong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước, mạng lưới đường giao thông được đầu tư xây dựng rất lớn.Nước ta có nhiều vùng lãnh thổ thành tạo từ đất yếu, đặc biệt là các vùng đồng bằng của sông Hồng, sông Cửu Long và ven biển miền Trung. Ở miền núi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn, bãi thềm và vùng trũng dưới chân núi. Những vùng này dân cư đông đúc và chiếm một vị trí quan trọng.Sự mất ổn định gây hư hỏng nền đường đắp vẫn xảy ra trên những vùng đất yếu này, rõ ràng nguyên nhân chủ yếu từ nền đất yếu. Có thể nói rằng sự hiểu biết chưa đầy đủ về nền đất yếu là nguyên nhân thiết kế nền đường đắp bị mất ổn định hoặc gây lãng phí tốn kém. Nghiên cứu về nền đất yếu nói riêng hay nền đất nói chung, xác định trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn là vấn đề đầu tiên quan trọng.Lý thuyết tính toán hiện nay thường giả thiết đất là vật liệu đàn hồi, đàn - dẻo, cứng - dẻo để dựa vào lời giải các bài toán đàn hồi, đàn - dẻo hoặc dựa theo lý thuyết cân bằng giới hạn với lời giải không xét trọng lượng nền đất đối với tải trọng móng cứng của L. Prandtl và các phương pháp gần đúng (phương pháp mặt trượt giả định) xét tới trọng lượng nền đất. Các lý thuyết này đã giải quyết được nhiều vấn đề cụ thể mà thực tế đặt ra nhưng vẫn còn những hạn chế.Tuy vậy, giả thiết đất là một vật liệu mang các tính chất của môi trường hạt rời là tương đối phù hợp và sử dụng phương pháp đã có xem nền đất ổn định theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất, xét được trọng lượng bản thân để xác định trạng thái ứng suất sẽ cho ta kết quả phù hợp hơn, nhưng các nghiên cứu theo phương pháp này còn ít.Trạng thái ứng suất của nền đất phụ thuộc không những vào tính chất địa kỹ thuật của nền đất mà còn phụ thuộc vào đặc tính của công trình hay tải trọng ngoài. Do nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đắp được xem như là dưới tác dụng của móng mềm, vì thế không thể áp dụng cách tính là dưới tác dụng của móng cứng như hiện nay sử dụng. Nghiên cứu xây dựng và giải bài toán trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên dưới tải trọng móng mềm, đặc biệt nghiên cứu ở trạng thái giới hạn để từ đó xác định tải trọng giới hạn của nền đất làm cơ sở thiết kế nền đường đắp là vấn đề mới và cấp thiết.Bệ phản áp là một giải pháp lâu đời được sử dụng nhiều, thực tế đã chứng minh hiệu quả tăng cường ổn định, đặc biệt làm tăng tải trọng giới hạn của nền đất yếu. Với công nghệ thi công đơn giản và tận dụng được vật liệu tại chỗ, bệ phản áp đã được xây dựng với nền đường đắp qua vùng đất yếu và sửa chữa nền đường mất ổn định. Tuy nhiên, tính toán thiết kế bệ phản áp của nền đường đắp còn dựa vào kinh nghiệm và các phương pháp gần đúng. Do đó, có thể dùng cách tính toán mới về tải trọng giới hạn của nền đất chịu tải trọng móng mềm để khảo sát ảnh hưởng của bệ phản áp, hợp lý hoá thiết kế kích thước, khắc phục nhược điểm để có thể vận dụng tiết kiệm và hiệu quả vào thực tế.Từ những vấn đề nêu trên đặt ra việc nghiên cứu xác định trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất yếu nói riêng, nền đất tự thiên nói chung với những giả thiết hợp lý hơn với thực tế làm việc của nền đất chịu tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp sẽ góp phần bổ sung lý thuyết nghiên cứu, góp phần tích cực vào thực tế xây dựng nền đường đắp và mạng lưới giao thông ngày nay.2. Mục đích nghiên cứuXác định trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự thiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp, với giả thiết nền đất mang tính chất của môi trường hạt rời và ổn định theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất, nền đất tự nhiên chịu tác dụng của tải trọng móng mềm và tìm phương pháp toán hợp lý để xét trọng lượng bản thân nền đất.Từ bài toán trạng thái ứng suất giới hạn, nghiên cứu bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn (sức chịu tải) của nền đất yếu.3. Phạm vi nghiên cứuNghiên cứu bài toán phẳng để xác định trạng thái ứng suất, đặc biệt ở trạng thái giới hạn trong nền đất tự nhiên đồng nhất có mặt thoáng nằm ngang, có xét trọng lượng bản thân nền đất, dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp.Trạng thái ứng suất nghiên cứu là ứng suất hữu hiệu.4. Phương pháp nghiên cứuNghiên cứu lý thuyết bài toán xác định trạng thái ứng suất của nền đất. Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và lập trình bằng ngôn ngữ Matlab để giải, với thuật toán được dùng là quy hoạch phi tuyến. Bài toán được đánh giá bằng cách so sánh với một số kết quả đã có.5. Nội dung nghiên cứu- Tổng quan nền đường đắp, nền đất yếu, trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của nền đất khi chịu tải trọng ngoài và giải pháp dùng bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn.- Nghiên cứu xác định trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng nền đường đắp, nội dung gồm:+ Xây dựng bài toán; giải bài toán bằng phương pháp sai phân hữu hạn và lập chương trình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab;+ Trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên mặt thoáng nằm ngang, chịu trọng lượng bản thân (không chịu tác dụng của tải trọng ngoài) và dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp;+ Khảo sát sự xuất hiện và phát triển của vùng biến dạng dẻo trong nền đất.- Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp, nội dung gồm:+ Xây dựng bài toán bằng cách sử dụng hệ so sánh là trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên chỉ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân; giải bài toán bằng phương pháp sai phân hữu hạn và lập chương trình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab;+ Đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới và lưới sai phân hữu hạn đến kết quả bài toán;+ So sánh kết quả bài toán với của L. Prandtl;+ Khảo sát ảnh hưởng của trọng lượng nền đất, chiều rộng tải trọng ngoài đến tải trọng giới hạn;+ Khảo sát vùng biến dạng dẻo và ảnh hưởng của tải trọng bệ phản áp đến vùng biến dạng dẻo trong nền đất ở trạng thái giới hạn.- Nghiên cứu bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn nền đất yếu dưới nền đường đắp, nội dung gồm:+ Khảo sát ảnh hưởng của bệ phản áp đến tải trọng giới hạn (sức chịu tải) của nền đất yếu;+ Xác định chiều rộng và cường độ hợp lý của bệ phản áp;+ Xây dựng các toán đồ phục vụ thuận tiện thiết kế bệ phản áp.
Trang 1NGUYỄN MINH KHOA
NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT GIỚI HẠN
TRONG NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG
NỀN ĐƯỜNG ĐẮP VÀ BỆ PHẢN ÁP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Hoàng Đình Đạm
HÀ NỘI - 2013
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳcông trình nào khác
Tác giả luận án
Nguyễn Minh Khoa
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tớiGS.TSKH Hà Huy Cương và TS Hoàng Đình Đạm đã tận tình hướng dẫn vềkhoa học, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập,nghiên cứu và thực hiện hoàn thành luận án
Tác giả xin chân thành cám ơn các Giáo sư, phó Giáo sư, Tiến sỹ, cácChuyên gia, các Nhà khoa học trong và ngoài Học viện Kỹ thuật Quân sự đãtạo có nhiều ý kiến đóng góp và chỉ dẫn quý báu cho luận án
Tác giả xin trân trọng cám ơn các cán bộ, giảng viên của Bộ môn CầuĐường Sân bay, Viện Kỹ thuật công trình đặc biệt, Phòng Sau đại học - Họcviện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trìnhhọc tập và nghiên cứu tại Học viện
Tác giả xin trân trọng cám ơn Ban Giám hiệu, Khoa Công trình, Bộ mônĐường bộ - Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, nơi tác giả đangcông tác, đã tạo điều kiện về kinh phí cũng như thời gian để tác giả có thểhoàn thành được bản luận án
Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thântrong gia đình đã động viên khích lệ và chia sẻ khó khăn với tác giả trong suốtthời gian thực hiện luận án
Tác giả luận án
Nguyễn Minh Khoa
Trang 4MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục đích nghiên cứu 3
3 Phạm vi nghiên cứu 3
4 Phương pháp nghiên cứu 3
5 Nội dung nghiên cứu 3
6 Bố cục của luận án 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP 6
1.1 Nền đường đắp 6
1.2 Nền đất yếu 7
1.2.1 Khái niệm đất yếu 7 1.2.2 Nền đất yếu ở Việt Nam 8 1.2.3 Hiện tượng mất ổn định của nền đường đắp trên đất yếu 9 1.3 Tải trọng của nền đường đắp tác dụng lên nền đất tự nhiên 10
1.4 Trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của nền đất 11
1.4.1 Cân bằng đàn hồi và cân bằng dẻo 11
1.4.1.1 Đất là vật liệu đàn - dẻo lý tưởng 11
1.4.1.2 Đất là vật liệu cứng - dẻo lý tưởng 13
1.4.2 Lý thuyết biến dạng tuyến tính 14
1.4.3 Lý thuyết cân bằng giới hạn 20
1.4.3.1.Cơ sở của lý thuyết cân bằng giới hạn 20
1.4.3.2 Hệ phương trình cơ bản 20
1.4.3.3 Các lời giải của hệ phương trình cơ bản 21
Trang 51.4.4 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất 23
1.4.4.1 Tải trọng giới hạn đàn hồi 23
1.4.4.2 Bài toán hỗn hợp đàn - dẻo về khối đất 24
1.4.4.3 Lý thuyết Cam - Clay 25
1.4.5 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định 25
1.4.5.1.Phương pháp mặt trượt giả định mặt phẳng25
2.2.1 Bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất 39
2.2.2 Bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 46
2.3 Phương pháp giải bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 49
2.3.1 Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 49
2.3.2 Phương pháp giải bài toán quy hoạch phi tuyến 53
Trang 62.3.3 Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 54
2.4 Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên 56
2.4.1 Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên chịu trọng lượng bản thân 562.4.2 Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền đường đắp 62
2.4.3 Khảo sát sự xuất hiện và phát triển vùng biến dạng dẻo 63
2.5 Kết quả và bàn luận 65 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT GIỚI HẠN TRONG NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP VÀ BỆ PHẢN ÁP 67 3.1 Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp 67
3.1.1 Xây dựng bài toán 67
3.1.2 Xây dựng phương pháp giải bài toán70
3.1.2.1 Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 70
3.1.2.2 Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 723.1.3 Trạng thái ứng suất và sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 743.1.3.1 Trạng thái ứng suất 74
3.1.3.2 Sự phát triển của vùng biến dạng dẻo75
3.2 Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp 77
3.2.1 Đặt vấn đề 77
3.2.2 Xây dựng bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 77
3.2.3 Phương pháp giải bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 79
3.2.3.1 Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 79
3.2.3.2 Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 80
Trang 73.3 Trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp 81
3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lưới sai phân hữu hạn đến tải trọng giới hạn 813.3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước ô lưới sai phân 81
3.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lưới sai phân hữu hạn 813.3.2 Khảo sát đánh giá kết quả bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 823.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của chiều rộng tải trọng nền đắp đến tải trọng giới hạn 86
3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của trọng lượng nền đất đến tải trọng giới hạn87
3.3.5 Khảo sát đường đẳng bền và vùng biến dạng dẻo 88
3.3.6 Khảo sát ảnh hưởng của tải trọng bệ phản áp đến vùng biến dạng dẻo 95
3.4 Kết quả và bàn luận 97 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU BỆ PHẢN ÁP ĐỂ LÀM TĂNG TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP 101 4.1 Đặt vấn đề 101 4.2 Khảo sát quan hệ giữa tải trọng giới hạn của nền đất yếu với tải trọng bệ phản áp 103
4.2.1 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn và chiều rộng tải trọng bệ phản áp103
4.2.2 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với cường độ tải trọng bệ phản áp105
4.3 Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn của nền đất yếu dưới tải trọng nền đường đắp 107
4.3.1 Trường hợp không xét góc ma sát trong của đất yếu 107
4.3.1.1 Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp107
Trang 84.3.1.2 Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp hợp lý 110
4.3.2 Trường hợp xét góc ma sát trong của nền đất yếu 115
4.4 Nghiên cứu bệ phản áp rộng vô hạn để làm tăng tải trọng giới hạn
của nền đất yếu dưới nền đường đắp 118
4.4.1 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn của nền đất yếu và cường độ tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn 118 4.4.2 Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp rộng vô hạn 119 4.5 Kết quả và bàn luận 121
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123
Kết luận chung 123
Kiến nghị 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CT-1 TÀI LIỆU THAM KHẢO TL-1
PHỤ LỤC PL-1
Trang 9DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN
b - chiều rộng tải trọng nền đường đắp
bd - chiều rộng lớn nhất vùng biến dạng dẻo trong nền đất
B và H - chiều rộng và chiều cao nền đường đắp
c - lực dính đơn vị của đất nền
cu - lực dính đơn vị theo kết quả cắt nhanh không thoát nước của đất nền
e - hệ số rỗng của đất nền
f() - hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ma sát trong của đất nền
f(k) - giá trị bền theo điều kiện Morh - Coulomb
G - mô đun trượt của đất nền
h - chiều cao của bệ phản áp
hd - chiều sâu lớn nhất vùng biến dạng dẻo trong nền đất
hhl - chiều cao hợp lý của bệ phản áp
i, j - thứ tự hàng và cột trong lưới sai phân hữu hạn
k - hệ số áp lực ngang của nền đất
L - chiều rộng tải trọng bệ phản áp
Lhl - chiều rộng hợp lý của tải trọng bệ phản áp
N - hệ số sức chịu tải theo trọng lượng thể tích
Nc - hệ số sức chịu tải theo lực dính đơn vị
Nq - hệ số sức chịu tải theo tải trọng bên
n0 - điểm giữa của lưới sai phân hữu hạn tại hàng trên (tại mặt thoáng)
na và ma - số nút lưới sai phân hữu hạn theo trục x và z
p - cường độ tải trọng của nền đường đắp
pgh - tải trọng giới hạn của nền đất
q - cường độ tải trọng của bệ phản áp
qhl - cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp
Trang 10u - áp lực nước lỗ rỗng đối với đất bão hòa nước
ua, un và u - áp lực khí lỗ rỗng, áp lực nước lỗ rỗng và áp lực lỗ rỗng đối với đất không bão hòa nước
u và v - các chuyển vị ảo theo phương x và z
V - miền lấy tích phân
za - chiều sâu khu vực tác dụng của tải trọng xe cộ
ZG - lượng cưỡng bức theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss
’o x, ’ o z và ’ o xz - các ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân nền đất
’x, ’z và ’xz - các ứng suất hữu hiệu trong hệ trục x0z
1 và 2 - các ứng suất chính lớn nhất và bé nhất trong nền đất
đ và b - trọng lượng thể tích của đất đắp nền đường và bệ phản áp
max - ứng suất tiếp lớn nhất
s - cường độ chống cắt của đất nền
và - ứng suất tiếp và ứng suất pháp trên mặt đang xét
x và z - kích thước ô lưới sai phân hữu hạn theo trục x và z
x, z và xz - các biến dạng ảo tương đối trong hệ trục x0z
- thế năng biến dạng cực tiểu
Trang 11DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tác dụng, ưu và nhược điểm của giải pháp bệ phản áp 32
Bảng 2.1 Ứng suất hữu hiệu ’ x , ’ z , ’ xz và hệ số áp lực ngang k 57
Bảng 2.2 Ứng suất hữu hiệu ’ x , ’ z , ’ xz và hệ số áp lực ngang k 58
Bảng 2.3 Ứng suất hữu hiệu ’ x , ’ z , ’ xz và hệ số áp lực ngang k 60
Bảng 3.1 Tải trọng giới hạn theo kích thước ô lưới sai phân hữu hạn 81
Bảng 3.2 Tải trọng giới hạn theo kích thước lưới sai phân hữu hạn 82
Bảng 3.3 Tải trọng giới hạn theo tải trọng bên 84
Bảng 3.4 Tải trọng giới hạn theo góc ma sát trong của nền đất 84
Bảng 3.5 Tải trọng giới hạn (p gh /c) khi thay đổi chiều rộng tải trọng nền đắp .86
Bảng 3.6 Tải trọng giới hạn (p gh /c) khi thay đổi trọng lượng thể tích nền đất .87
Bảng 3.7 Tổng hợp tải trọng giới hạn và kích thước vùng biến dạng dẻo .94
Bảng 3.8 Quan hệ giữa chiều rộng tải trọng bệ phản áp với vùng biến dạng dẻo 95
Bảng 3.9 Quan hệ giữa cường độ tải trọng bệ phản áp với vùng biến dạng dẻo 96
Bảng 4.1 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (p gh /c) với chiều rộng tải trọng bệ phản áp 104
Bảng 4.2 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (p gh /c) với cường độ tải trọng bệ phản áp 105
Bảng 4.3 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (p gh /c) với tải trọng bệ phản áp .108
Trang 12Bảng 4.4 Chiều rộng và cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp 110 Bảng 4.5 Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ma sát trong, f() 116 Bảng 4.6 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (p gh /c) với cường độ của tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn 118
Bảng 4.7 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (pgh/c) với cường độ của tải trọng bệphản áp rộng vô hạn (q/c) và góc ma sát trong () 119
Trang 13DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Trắc ngang của nền đường đắp 6
Hình 1.2 Các dạng mất ổn định của nền đường đắp trên nền đất yếu 9
Hình 1.3 Mô hình đàn - dẻo lý tưởng 11
Hình 1.4 Ứng suất tác dụng trên phân tố đất 12
Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng 14
Hình 1.6 Sơ đồ tính toán của bài toán phẳng 15
Hình 1.7 Các quy định về mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo 18
Hình 1.8 Vòng Mohr ứng suất tiếp xúc với đường Coulomb 21
Hình 1.9 Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt 22
Hình 1.10 Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt theo đề nghị của Berezansev cho đất có trọng lượng 27
Hình 1.11 Các dạng bệ phản áp 32
Hình 1.12 Vùng biến dạng dẻo dưới nền đường đắp 34
Hình 2.1 Ứng suất tác dụng trên phân tố đất 39
Hình 2.2 Ứng suất tiếp max 43
Hình 2.3 Bài toán phẳng 47
Hình 2.4 Khối đất có mặt thoáng nằm ngang 48
Hình 2.5 Sơ đồ lưới sai phân hữu hạn 49
Hình 2.6 Ô lưới sai phân 50
Hình 2.7 Mô đun trượt 50
Hình 2.8 Điều kiện biên của khối đất 53
Hình 2.9 Lưới sai phân hữu hạn 55
Hình 2.10 Sơ đồ ẩn tính toán 55
Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất và giá trị bền 58
Hình 2.12 Biểu đồ ứng suất và giá trị bền 59
Trang 14Hình 2.13 Biểu đồ ứng suất và giá trị bền 61
Hình 2.14 Biểu đồ ứng suất ’ z và ’ x 62
Hình 2.15 Đường đẳng bền f(k) 63
Hình 2.16 Sơ đồ các điểm chảy dẻo trên lưới sai phân 64
Hình 3.1 Bài toán phẳng 67
Hình 3.2 Khối đất có mặt thoáng nằm ngang 70
Hình 3.3 Sơ đồ lưới sai phân hữu hạn 71
Hình 3.4 Điều kiện biên của khối đất 72
Hình 3.5 Lưới sai phân 73
Hình 3.6 Sơ đồ ẩn của bài toán 73
Hình 3.7 Biểu đồ ứng suất ’ z và ’ x 75
Hình 3.8 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 76
Hình 3.9 Sơ đồ các điểm chảy dẻo trên lưới sai phân 76
Hình 3.10 Biểu đồ ứng suất ’ z và ’ x 83
Hình 3.11 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 83
Hình 3.12 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với góc ma sát trong của nền đất 85
Hình 3.13 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với chiều rộng tải trọng nền đắp 86
Hình 3.14 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với trọng lượng thể tích của nền đất 88
Hình 3.15 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 89
Hình 3.16 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 89
Hình 3.17 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 90
Hình 3.18 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 90
Hình 3.19 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 91
Hình 3.20 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 91
Trang 15Hình 3.21 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 92
Hình 3.22 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 93
Hình 3.23 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 93
Hình 3.24 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 94
Hình 3.25 Quan hệ giữa chiều rộng tải trọng bệ phản áp với vùng biến dạng dẻo 96
Hình 3.26 Quan hệ giữa cường độ tải trọng bệ phản áp với vùng biến dạng dẻo 97
Hình 4.1 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với chiều rộng tải trọng bệ phản áp 104
Hình 4.2 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với cường độ tải trọng bệ phản áp 106
Hình 4.3 Toán đồ xác định tải trọng giới hạn của nền đất yếu 109
Hình 4.4 Quan hệ giữa chiều rộng và cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp 111
Hình 4.5 Đường chiều rộng và cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp .113
Hình 4.6 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn 119
Hình 4.7 Toán đồ xác định tải trọng giới hạn của nền đất yếu 120
Trang 16MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước, mạnglưới đường giao thông được đầu tư xây dựng rất lớn
Nước ta có nhiều vùng lãnh thổ thành tạo từ đất yếu, đặc biệt là các vùngđồng bằng của sông Hồng, sông Cửu Long và ven biển miền Trung Ở miềnnúi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn, bãi thềm vàvùng trũng dưới chân núi Những vùng này dân cư đông đúc và chiếm một vịtrí quan trọng
Sự mất ổn định gây hư hỏng nền đường đắp vẫn xảy ra trên những vùngđất yếu này, rõ ràng nguyên nhân chủ yếu từ nền đất yếu Có thể nói rằng sựhiểu biết chưa đầy đủ về nền đất yếu là nguyên nhân thiết kế nền đường đắp
bị mất ổn định hoặc gây lãng phí tốn kém Nghiên cứu về nền đất yếu nóiriêng hay nền đất nói chung, xác định trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn
là vấn đề đầu tiên quan trọng
Lý thuyết tính toán hiện nay thường giả thiết đất là vật liệu đàn hồi, đàn
- dẻo, cứng - dẻo để dựa vào lời giải các bài toán đàn hồi, đàn - dẻo hoặc dựatheo lý thuyết cân bằng giới hạn với lời giải không xét trọng lượng nền đất đốivới tải trọng móng cứng của L Prandtl và các phương pháp gần đúng(phương pháp mặt trượt giả định) xét tới trọng lượng nền đất Các lý thuyếtnày đã giải quyết được nhiều vấn đề cụ thể mà thực tế đặt ra nhưng vẫn cònnhững hạn chế
Tuy vậy, giả thiết đất là một vật liệu mang các tính chất của môi trườnghạt rời là tương đối phù hợp và sử dụng phương pháp đã có xem nền đất ổnđịnh theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất, xét được trọng
Trang 17lượng bản thân để xác định trạng thái ứng suất sẽ cho ta kết quả phù hợp hơn,nhưng các nghiên cứu theo phương pháp này còn ít.
Trạng thái ứng suất của nền đất phụ thuộc không những vào tính chất địa
kỹ thuật của nền đất mà còn phụ thuộc vào đặc tính của công trình hay tảitrọng ngoài Do nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đắp đượcxem như là dưới tác dụng của móng mềm, vì thế không thể áp dụng cách tính
là dưới tác dụng của móng cứng như hiện nay sử dụng Nghiên cứu xây dựng
và giải bài toán trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên dưới tải trọng móngmềm, đặc biệt nghiên cứu ở trạng thái giới hạn để từ đó xác định tải trọng giớihạn của nền đất làm cơ sở thiết kế nền đường đắp là vấn đề mới và cấp thiết
Bệ phản áp là một giải pháp lâu đời được sử dụng nhiều, thực tế đãchứng minh hiệu quả tăng cường ổn định, đặc biệt làm tăng tải trọng giới hạncủa nền đất yếu Với công nghệ thi công đơn giản và tận dụng được vật liệutại chỗ, bệ phản áp đã được xây dựng với nền đường đắp qua vùng đất yếu vàsửa chữa nền đường mất ổn định Tuy nhiên, tính toán thiết kế bệ phản áp củanền đường đắp còn dựa vào kinh nghiệm và các phương pháp gần đúng Do
đó, có thể dùng cách tính toán mới về tải trọng giới hạn của nền đất chịu tảitrọng móng mềm để khảo sát ảnh hưởng của bệ phản áp, hợp lý hoá thiết kếkích thước, khắc phục nhược điểm để có thể vận dụng tiết kiệm và hiệu quảvào thực tế
Từ những vấn đề nêu trên đặt ra việc nghiên cứu xác định trạng thái ứngsuất giới hạn trong nền đất yếu nói riêng, nền đất tự thiên nói chung vớinhững giả thiết hợp lý hơn với thực tế làm việc của nền đất chịu tác dụng củatải trọng nền đường đắp và bệ phản áp sẽ góp phần bổ sung lý thuyết nghiêncứu, góp phần tích cực vào thực tế xây dựng nền đường đắp và mạng lướigiao thông ngày nay
Trang 182 Mục đích nghiên cứu
Xác định trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự thiên dưới tácdụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp, với giả thiết nền đất mangtính chất của môi trường hạt rời và ổn định theo điều kiện ứng suất tiếp lớnnhất đạt giá trị nhỏ nhất, nền đất tự nhiên chịu tác dụng của tải trọng móngmềm và tìm phương pháp toán hợp lý để xét trọng lượng bản thân nền đất
Từ bài toán trạng thái ứng suất giới hạn, nghiên cứu bệ phản áp làm tăngtải trọng giới hạn (sức chịu tải) của nền đất yếu
3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu bài toán phẳng để xác định trạng thái ứng suất, đặc biệt ởtrạng thái giới hạn trong nền đất tự nhiên đồng nhất có mặt thoáng nằmngang, có xét trọng lượng bản thân nền đất, dưới tác dụng của tải trọng nềnđường đắp và bệ phản áp
Trạng thái ứng suất nghiên cứu là ứng suất hữu hiệu
4 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết bài toán xác định trạng thái ứng suất của nền đất
Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và lập trình bằng ngôn ngữ Matlab đểgiải, với thuật toán được dùng là quy hoạch phi tuyến Bài toán được đánh giábằng cách so sánh với một số kết quả đã có
5 Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan nền đường đắp, nền đất yếu, trạng thái ứng suất và tải trọnggiới hạn của nền đất khi chịu tải trọng ngoài và giải pháp dùng bệ phản áplàm tăng tải trọng giới hạn
- Nghiên cứu xác định trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tácdụng của trọng lượng bản thân và tải trọng nền đường đắp, nội dung gồm:
+ Xây dựng bài toán; giải bài toán bằng phương pháp sai phân hữuhạn và lập chương trình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab;
Trang 19+ Trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên mặt thoáng nằm ngang,chịu trọng lượng bản thân (không chịu tác dụng của tải trọng ngoài) và dướitác dụng của tải trọng nền đường đắp;
+ Khảo sát sự xuất hiện và phát triển của vùng biến dạng dẻo trongnền đất
- Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tácdụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp, nội dung gồm:
+ Xây dựng bài toán bằng cách sử dụng hệ so sánh là trạng thái ứngsuất của nền đất tự nhiên chỉ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân; giải bàitoán bằng phương pháp sai phân hữu hạn và lập chương trình tính toán bằngngôn ngữ Matlab;
+ Đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới và lưới sai phân hữuhạn đến kết quả bài toán;
+ So sánh kết quả bài toán với của L Prandtl;
+ Khảo sát ảnh hưởng của trọng lượng nền đất, chiều rộng tải trọngngoài đến tải trọng giới hạn;
+ Khảo sát vùng biến dạng dẻo và ảnh hưởng của tải trọng bệ phản
áp đến vùng biến dạng dẻo trong nền đất ở trạng thái giới hạn
- Nghiên cứu bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn nền đất yếu dướinền đường đắp, nội dung gồm:
+ Khảo sát ảnh hưởng của bệ phản áp đến tải trọng giới hạn (sứcchịu tải) của nền đất yếu;
+ Xác định chiều rộng và cường độ hợp lý của bệ phản áp;
+ Xây dựng các toán đồ phục vụ thuận tiện thiết kế bệ phản áp
6 Bố cục của luận án
Gồm các phần như sau:
- Mở đầu;
Trang 20- Chương 1 Tổng quan về trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của
nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp;
- Chương 2 Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới
tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng nền đường đắp;
- Chương 3 Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự
nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp;
- Chương 4 Nghiên cứu bệ phản áp để làm tăng tải trọng giới hạn của
nền đất yếu dưới tải trọng nền đường đắp;
Trang 21CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG
CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP
Trong hình 1.1 ký hiệu: B và H là chiều rộng và chiều cao nền đắp; 1/m
là độ dốc ta luy nền đắp Hiện nay, bề rộng nền đường ô tô được thiết kế B 6,0 m [34], [35]; thông thường độ dốc ta luy đắp được chọn 1/1,5 Chiều caonền đường đắp tối thiểu phải từ 1,2 ÷ 1,5 m kể từ chỗ tiếp xúc với đất yếu[33]
Các hướng dẫn và yêu cầu thiết kế, thi công nền đường ô tô ở Việt Namtrong tiêu chuẩn: Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế - TCVN 4054:2005 và các tài
Hình 1.1 Trắc ngang của nền đường đắp
(1 - nền đất tự nhiên; 2 - nền đường đắp)
Trang 22liệu khác [9], [18], [20], [36], [39] Nói chung nền đường cần đảm bảo cácyêu cầu sau:
- Nền đường phải đảm bảo ổn định toàn khối, tức là không để xảy ra cáchiện tượng: trượt lở mái ta luy; trượt trồi lún sụp nền đắp trên nền đất yếu…
- Nền đường phải đảm bảo có một cường độ nhất định và đảm bảo ổnđịnh về cường độ
Theo [11], [18], [23] cho thấy trong quá trình xây dựng và sử dụng, nềnđường có thể bị phá hoại, không đạt được các yêu cầu trên với nhiều nguyênnhân khác nhau, nhưng có thể nói rằng từ nền tự nhiên không tốt hoặc nền đấtyếu, không đủ sức chịu tải trọng nền đường đắp lên nó là nguyên nhân chủyếu, quan trọng phải xem xét đến đầu tiên
1.2 Nền đất yếu
1.2.1 Khái niệm đất yếu
Theo [19] và các tài liệu khác [23], [24] thì đất yếu là các loại đất có thể
có các nguồn gốc khác nhau (khoáng vật hoặc hữu cơ) và điều kiện hìnhthành khác nhau (trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đồng bằng tam giácchâu thổ hoặc hình thành do đất tại chỗ ở những vùng đầm lầy có mực nướcngầm cao, có nước tích đọng thường xuyên…) nhưng đều có các đặc trưngdưới đây:
- Cường độ chống cắt nhỏ và thường tăng lên theo độ sâu;
- Biến dạng nhiều (lún nhiều) khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài vàbiến dạng tuỳ thuộc thời gian chất tải;
- Tính thấm nước kém (hệ số thấm nhỏ) và thay đổi theo sự biến dạngcủa đất yếu;
- Hệ số rỗng lớn;
- Đất ở trạng thái bão hoà hoặc gần bão hoà nước
Theo [33] thì ở nước ta định nghĩa đất yếu như sau:
Trang 23- Loại có nguồn gốc khoáng vật, thường là sét hoặc á sét trầm tích, hàmlượng hữu cơ có thể tới 10 ÷ 12% Ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm gần bằng hoặccao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét thì e 1,5, á sét thì e 1), lựcdính đơn vị theo kết quả cắt nhanh không thoát nước cu < 15 kPa, góc ma sáttrong = 0 ÷ 10o, hoặc theo kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường cu < 35kPa
Ngoài ra, còn có đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e >
1, độ bão hòa G > 0,8)
- Loại có nguồn gốc hữu cơ, thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàmlượng hữu cơ chiếm tới 20 ÷ 80%
Nói chung, khái niệm đất yếu được hiểu giống nhau ở các nước [19]
1.2.2 Nền đất yếu ở Việt Nam
Theo [23], [24] cho thấy Việt Nam có diện tích không nhỏ thành tạo đấtyếu, đặc biệt là các vùng đồng bằng alluvi của sông Hồng, sông Cửu Long vàđồng bằng ven biển miền Trung
Đất yếu thường gặp là các loại đất sét mềm, bùn và than bùn Ngoài ra ởmột số vùng còn gặp loại đất có ở nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất
ba zan ở Tây Nguyên, và thỉnh thoảng còn gặp các vỉa cát chảy là những loạiđất yếu có các đặc trưng riêng biệt
Thực tế của những năm xây dựng các công trình cho thấy móng củanhiều công trình công nghiệp, dân dụng, giao thông, thuỷ lợi… đặt trên nềnđất yếu
Ở miền núi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn,bãi thềm và vùng trũng dưới chân núi Cấu trúc của chúng không phức tạp,thường chỉ là một lớp đất yếu đồng nhất và có chiều dày không lớn lắm Côngtrình xây dựng trên các tầng đất nền này không cần dùng các biện pháp xử lýphức tạp
Trang 24Ở các miền đồng bằng, nền đất yếu rất phổ biến, cấu trúc phức tạp và đadạng Chiều dày các tầng đất yếu khá lớn, thành phần trầm tích, trạng thái vàtính chất cơ lý của các lớp đất yếu cũng rất khác nhau và cũng là nơi tập trungcác công trình xây dựng Do đó, phải dùng các biện pháp xử lý nền phức tạp
và kinh phí xử lý khá tốn kém
1.2.3 Hiện tượng mất ổn định của nền đường đắp trên đất yếu
Ổn định của đất là tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải của đất đốivới các lực và các đặc trưng gây phá hoại trong đất do tải trọng bản thân củađất và tải trọng ngoài gây ra Ổn định tổng thể của nền đường và nền đất yếudưới nền đường có thể bị mất nếu các điểm phân tố mất ổn định đã xảy ratrong một vùng đáng kể [23]
Xét theo điều kiện ổn định của nền đất yếu dưới nền đường đắp có thểnêu lên hai trường hợp mất ổn định thường gặp sau:
- Mất ổn định theo dạng phình trồi: đây là trường hợp nền đường chưa bị
xé rách nhưng bị võng xuống và đẩy đất yếu phình lên hai bên chân ta luy,như hình 1.2a Với trường hợp này vùng phá hoại (chứa các điểm mất ổnđịnh) trong nền đất yếu đã xuất hiện nhưng chưa đạt tới mức có thể gây ramột mặt trượt liên lục xé rách nền đất yếu và nền đường
Hình 1.2 Các dạng mất ổn định của nền đường đắp trên nền đất yếu
(a - dạng phình trồi; b - dạng trượt trồi)a)
b)
Trang 25- Mất ổn định theo dạng trượt trồi: trong trường hợp này đã xảy ra một
mặt trượt liên tục làm xé rách nền đường và đẩy đất yếu trượt trồi lên phíachân ta luy, như hình 1.2b Vùng phá hoại trong nền đất yếu đã vượt quá mứcgiới hạn tương ứng cho ổn định tổng thể của nền đường trên đất yếu
Nguy cơ mất ổn định càng lớn khi đất yếu phân bố ngay trên bề mặtthoáng và dễ xảy ra trong và ngay sau quá trình đắp nền đường (khi đất yếuchưa kịp cố kết) [19] Các tiêu chuẩn trên thế giới đều đưa ra yêu cầu đầu tiênkhi xây dựng nền đắp trên đất yếu là không được để xảy ra mất ổn định [52]
Vì đất yếu có độ bền thường nhỏ hơn nhiều so với đất đắp nền đường,nên khi đánh giá mức độ ổn định tổng thể của nền đường trên đất yếu người tathường dựa vào sức chịu tải - tải trọng giới hạn của nền đất yếu dưới tác dụngcủa tải trọng nền đường đắp [23]
1.3 Tải trọng của nền đường đắp tác dụng lên nền đất tự nhiên
Người ta thường tách riêng phần móng đặt trên nền đất tự nhiên để xemxét và gọi ứng suất tiếp xúc hay ứng suất đáy móng là tải trọng trực tiếp tácdụng lên nền đất Đối với nền đất tự nhiên chịu tác dụng tải trọng nền đườngđắp, thì tải trọng nền đường đắp được xem là tải trọng móng mềm [15], [29],[42], [51] Trị số áp lực tại mỗi điểm trên mặt thoáng chính bằng trọng lượngcột đất ở trên đó
Do nền đường đắp thường có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiềurộng và nền đất tự nhiên là bán không gian vô hạn, cho nên có thể xét bài toánphẳng để nghiên cứu Khi đó tải trọng nền đường đắp tác dụng lên nền đất,như hình 1.1 là tải trọng thẳng đứng (ứng suất đáy nền đường đắp) phân bố códạng hình thang, tức là hình dạng mặt cắt của nền đường Tuy nhiên, để đơngiản cho tính toán thực tế đã có rất nhiều nghiên cứu quy đổi phân bố ứngsuất tiếp xúc (áp lực) có dạng hình thang thành dạng hình tam giác hay dạnghình chữ nhật
Trang 261.4 Trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của nền đất
1.4.1 Cân bằng đàn hồi và cân bằng dẻo
1.4.1.1 Đất là vật liệu đàn - dẻo lý tưởng
- Để làm cơ sở cho sự phân tích ổn định của khối đất, đất được giả thiết
có quan hệ giữa ứng suất và biến dạng như hình 1.3 sau:
Khi chịu tải, quan hệ ứng suất và biến dạng là tuyến tính trong phạm
vi Oa và khi ứng suất đạt đến trị số
ứng với điểm a thì đường quan hệ
ứng suất - biến dạng song song với
trục biến dạng (đường ab) Vật liệu
có đặc tính như vậy được gọi là vật
thể đàn - dẻo lý tưởng: giai đoạn
đầu là đàn hồi và sau là chảy dẻo
(biến dạng dẻo)
Sự cân bằng của đất ứng xử trong giai đoạn đàn hồi gọi là sự cân bằngđàn hồi (cân bằng bền) Sự cân bằng với trạng thái ứng suất biến dạng ứng vớiđiểm a (hoặc đoạn ab) trong hình là sự cân bằng dẻo (cân bằng giới hạn)
- Theo thuyết bền Mohr – Coulomb đối với đất nêu lên rằng: “cường độ
chống cắt của đất tăng tuyến tính với ứng suất pháp và đất tại một nơi nào đó trong khối đất sẽ bị phá hoại nếu vòng tròn Mohr tại nơi ấy tiếp xúc với đường Coulomb của đất” Vòng tròn Mohr tiếp xúc với đường Coulomb
được quy ước gọi là vòng tròn Mohr giới hạn
Một điểm nào đó ở trong nền đất ở trạng thái cân bằng bền thì:
c tg
Trang 27c, - lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất.
Ở trạng thái cân bằng giới hạn thì:
c tg
0 )
- Theo lý thuyết đàn hồi, khi đất ứng xử trong giai đoạn đàn hồi, trạngthái ứng suất tại một điểm nào đó trong khối đất (bài toán phẳng) được đặctrưng bằng ba thành phần ứng suất x, z,
xz theo các phương trong hệ trục x0z, hình
1.4 Các thành phần ứng suất phải thoả
mãn hai điều kiện: điều kiện cân bằng tĩnh
và điều kiện liên tục
Từ điều kiện cân bằng tĩnh ta có: Hình 1.4 Ứng suất tác dụng
trên phân tố đất
Trang 28x z
xz x
xz z
trong đó: - trọng lượng thể tích của đất
Từ điều kiện liên tục ta có:
0 cos sin
2 2
sin 2
xz x
z
(1.6b)
Như vậy, dù phân tố đất tại điểm nào đó ở trạng thái cân bằng bền hoặc
ở trạng thái cân bằng giới hạn bài toán xác định ứng suất là tĩnh định: có đủ
ba phương trình để xác định ba thành phần ứng suất x, z, xz
Sử dụng phương trình (1.4) và (1.5) để xác định ứng suất trong khối đấtđang ở trạng thái cân bằng bền, dùng phương trình (1.4) và (1.6a) hoặc (1.6b)
để xác định ứng suất và hệ thống mặt trượt trong khối đất bị phá hoại
1.4.1.2 Đất là vật liệu cứng - dẻo lý tưởng
Trong trường hợp giai đoạn đàn hồi rất ngắn, tức điểm a trong hình trênxem như nằm trên trục tung (trục ) hình 1.5a vật liệu được xem như cứng -dẻo lý tưởng Khi ứng suất đạt đến độ cứng của đất, đất bị phá hoại kiểu
Trang 29“giòn” và chuyển sang giai đoạn chảy dẻo hệ phương trình (1.4) và (1.6a)hoặc (1.6b) để xác định thành phần ứng suất tại điểm đã bị phá hoại “giòn”
Mô hình cứng - dẻo lý tưởng không thích hợp với đất và hiện bị phêphán nhiều Tuy nhiên, vẫn được dùng khi chỉ cần tính toán phân tích sự pháhoại đất vì tính toán đơn giản và kết quả tính toán cũng phù hợp với thựcnghiệm [31]
Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu xét đến tính biến dạng phituyến của đất [49], [58], [59], [62] như hình 1.5b Kết quả đạt được khá phùhợp với cách ứng xử của nhiều loại đất
1.4.2 Lý thuyết biến dạng tuyến tính
Lý thuyết biến dạng tuyến tính nghiên cứu cách ứng xử của đất khi đấtcòn làm việc trong giai đoạn 0a, ở hình 1.3, giai đoạn biến dạng tuyến tính
Hệ phương trình cơ bản của lý thuyết biến dạng tuyến tính:
Xét một phân tố đất tại điểm M trong khối đất trong hệ toạ độ Descartes,như hình 1.4 Trạng thái ứng suất tại M được xác định bằng các thành phầnứng suất x, z, xz (xét trong bài toán phẳng) thoả mãn điều kiện cân bằngtĩnh, hệ phương trình (1.4)
Với điều kiện tương thích của biến dạng, các thành phần ứng suất x, z,
xz phải thoả mãn phương trình (1.5)
Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
(a - mô hình cứng - dẻo lý tưởng; b - mô hình biến dạng phi tuyến)
Trang 30Như vậy, ba phương trình có thể xác định được ba ẩn hàm x, z, xz khibiết điều kiện biên của bài toán.
Điều kiện tăng tải một chiều, các bài toán đàn hồi, ví dụ bài toánBoussinesq, bài toán Flamant, bài toán bàn nén… trong lý thuyết đàn hồi đềuđược ứng dụng trong cơ học đất
- Để xác định ranh giới của khu vực biến dạng dẻo, dựa vào điều kiệnMohr – Coulomb (bài toán phẳng), từ phương trình (1.6b) biến đổi ta được:
xz x
z
2
4 arcsin
2 2
(1.7)
Vế phải của biểu thức (1.7) là biểu diễn góc lệch Khi = thì mọiđiểm trong đất nằm trên đường ranh giới của khu vực biến dạng dẻo và khuvực đàn hồi, khi < thì thuộc khu vực đàn hồi, khi > thì thuộc khu vựcbiến dạng dẻo
Xét trường hợp một móng băng có chiều rộng b, chiều sâu đặt móng h.Dưới đáy móng có tải trọng phân bố đều p tác dụng Tải trọng của lớp đấttrong phạm vi chôn móng q = h Vì móng hình băng cho nên bài toán quy vềbài toán phẳng như hình 1.6
Tại một điểm M ở độ sâu z, trên biên vùng biến dạng dẻo, ứng suất thẳngđứng zo do trọng lượng bản thân gây ra
Hình 1.6 Sơ đồ tính toán của bài toán phẳng
2
Trang 31Ứng suất nằm ngang xo do trọng lượng bản thân gây ra
trong đó: k - hệ số áp lực ngang
Vì trạng thái cân bằng giới hạn của đất tương ứng với trạng thái dẻo củavật rắn, tức lúc đó sự thay đổi hình dạng của vật không kèm theo sự thay đổi
về thể tích, cho nên hệ số nở hông = 0,5 và như vậy hệ số áp lực ngang k =
/(1 - ) = 1,0 Dựa trên lập luận đó người ta giả thiết một cách gần đúng rằng
k = 1,0 và xo = zo = (h + z) Như vậy xo, zo đều là ứng suất chính, vì vậyngười ta nói rằng ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây nền phân bố theoquy luật thuỷ tĩnh [1]
Ứng suất chính do tải trọng gây ra tại M tính theo công thức:
2 ,
Muốn tìm phương trình biểu diễn ranh giới khu vực biến dạng dẻo phải
áp dụng điều kiện cân bằng giới hạn Morh - Coulomb biểu diễn dưới dạngứng suất chính 1, 2 và biến đổi ta được:
2 1
(1.12)Phương trình (1.12) cho ta trị số z, là chiều sâu của những điểm nằm trênđường ranh giới của khu vực biến dạng dẻo Chiều sâu z thay đổi tùy theo gócnhìn 2 Để tìm chiều sâu lớn nhất của khu vực biến dạng dẻo thì phải xuấtphát từ điều kiện:
sin
2 cos
dz
(1.13)
Trang 32Từ đó, giải phương trình (1.13) được trị số của 2
h p
c h z ctg
là tải trọng giới hạn đàn hồi [15] Cho nên sau Puzyrevsky đã có một số tácgiả đề nghị phương pháp tính tải trọng giới hạn tương ứng với mức độ pháttriển khác nhau của khu vực cân bằng giới hạn
- Nhận thấy khi khu vực dẻo dần phát triển, thì điểm chảy dẻo của khuvực đó (tương ứng với zmax) chạy trên một vòng tròn có quỹ tích đi qua haimép đáy móng với góc nhìn 2 (đường nét đứt trong hình 1.7a)
Hình 1.7 Các quy định về mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo
(a – theo N P Puzyrevsky; b - theo N N Maslov; c – theo I V Iaropolxki)
c) b)
a)
Trang 33N N Maslov quy định không cho khu vực dẻo phát triển vào phạm vidưới đáy móng bao gồm giữa hai đường thẳng đứng đi qua mép đáy móng,như hình 1.7b khi đó:
2
sin 1
Lúc này các khu vực cân bằng giới hạn đã nối liền nhau, do đó tải trọngtính theo công thức Iaropolxki có thể coi là tải trọng giới hạn (tải trọng pháhoại), tương ứng với trạng thái của nền đất lúc bắt đầu mất ổn định Tải trọngtính theo công thức của Maslov có thể coi là tải trọng cho phép [15]
Tiếp theo là các nghiên cứu của V A Florin, M V Malưsev… M I.Gorbunov – Poxadov còn xét cả ảnh hưởng của tính nhám của đáy móng đốivới hình dạng khu vực biến dạng dẻo
- Phương pháp xây dựng những đường đẳng trị K0 theo G M.Sakhunhian [18], [26] Với K0 là hệ số ổn định chống trượt tại một điểm tínhtoán trong nền đất, có trị số bằng:
có chiều rộng là bd Phương pháp này không có sự khác biệt về nguyên tắc sovới cách làm theo công thức (1.7)
Trang 34- Đặng Hữu [22] đã kiểm tra ổn định nền đường bằng ứng suất cắt hoạtđộng a, được tính:
2 1 2 1
trong đó: a - ứng suất cắt hoạt động
Tại một điểm trong nền đất nếu a < c thì ổn định, ngược lại xuất hiệnbiến dạng dẻo
Trường hợp tải trọng nền đường phân bố theo dạng hình thang cân vớicác độ dốc ta luy của nền đường đắp khác nhau, giả thiết bỏ qua trọng lượngbản thân nền đất tự nhiên, tính được tải trọng an toàn và tải trọng giới hạn ứngvới trường hợp vùng biến dạng dẻo có chiều rộng bẳng nửa bề rộng trungbình của tiết diện tải trọng
Khi xét đến trọng lượng bản thân nền đất tự nhiên, ứng suất cắt hoạtđộng sẽ là:
a = a - z tg
(1.22)
với: z - là độ sâu điểm xem xét
Sau đó dựa vào điều kiện a = c và có thể dùng phương pháp đồ giải để
vẽ ranh giới vùng biến dạng dẻo
Nói chung, các phương pháp nêu trên dựa vào lý thuyết đàn hồi để xácđịnh ứng suất sau đó xác định vùng biến dạng dẻo trong đất, rồi khống chếphát triển của khu vực này để xác định tải trọng giới hạn lên nền đất Cáchlàm này có nhiều hạn chế, bởi nếu nền bị trượt thì một phần lớn nền đấtkhông còn nằm trong giai đoạn biến dạng tuyến tính nữa Do mâu thuẫn đó,hình dáng của khu vực biến dạng dẻo xác định theo phương pháp này khôngthể coi là chính xác được, tất nhiên khu vực biến dạng dẻo càng phát triển thì
sự sai lệch này lại càng lớn [15]
Trang 35Theo M I Gorbunov – Poxadov thì khi trong nền đã xuất hiện vùng biếndạng dẻo và ngay cả khi nền bị trượt, vùng biến dạng dẻo vẫn phải tiếp xúcvới vùng biến dạng đàn hồi vốn rộng lớn hơn [29]
Tuy vậy, các khu vực biến dạng dẻo rất nhỏ, khi nó không gây nên sựbiến đổi quá lớn về trạng thái ứng suất của đất nền, cũng như không gây nên
sự phát triển quá lớn của các khu vực biến dạng dẻo thì có thể chấp nhận đất
là nửa không gian biến dạng tuyến tính Thực tế, để áp dụng được lý thuyếtnày người ta quy định chiều sâu phát triển tối đa của khu vực biến dạng dẻo là1/4 chiều rộng tải trọng [15], [44]
1.4.3 Lý thuyết cân bằng giới hạn
1.4.3.1.Cơ sở của lý thuyết cân bằng giới hạn
Lý thuyết cân bằng giới hạn được xây dựng trên các cơ sở sau:
- Dùng mô hình cứng - dẻo, hình 1.5a;
- Công nhận thuyết phá hoại Mohr – Coulomb;
- Giả thiết rằng khi khối đất bị phá hoại thì mọi điểm của khối đất đềucùng đạt trạng thái ứng suất giới hạn
1.4.3.2 Hệ phương trình cơ bản
Một điểm M trong khối đất có trạng thái ứng suất được đặc trưng bằngvòng Mohr ứng suất Trong bài toán phẳng biết x, z, xz hoặc 1, 2 tại M thìvòng Mohr ứng suất được xác định hoàn toàn Khi điểm M đạt trạng thái giớihạn, theo lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb, vòng Mohr ứng suất tiếp xúcvới đường Coulomb, hình 1.8
Trang 36Hình 1.8 Vòng Mohr ứng suất
tiếp xúc với đường Coulomb
ở một bên khối đất, ví dụ tải trọng giới hạn lên mặt nền đất hoặc áp lực đất lênmặt bên tiếp xúc giữa khối đất với công trình chắn…
1.4.3.3 Các lời giải của hệ phương trình cơ bản
- Lời giải của L Prandtl: Năm 1920, hệ phương trình (1.23) được giảilần đầu tiên cho đất không trọng lượng ( = 0) Tải trọng giới hạn ứng với sơ
đồ hình băng (móng băng cứng chiều rộng b, có đáy móng trơn nhẵn) khi cótải trọng hông (tải trọng bên) q = h, được xác định theo biểu thức:
sin 1
(1.24)trong đó: e - cơ số logarit tự nhiên;
pgh - tải trọng giới hạn của nền đất
Z x z
X z x
x z xz x
z xz z xz x
Trang 37Công thức (1.24) trên ứng với sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và cácmặt trượt trình bày ở hình 1.9 Trong khu vực I, đường trượt là những đoạnthẳng làm với phương đứng một góc (/4 - /2) Trong khu vực II, có hai họđường trượt, trong đó họ thứ nhất là những đường xoắn logarit có điểm cựctại mép móng và xác định theo phương trình r = roetg, còn họ thứ hai lànhững đoạn thẳng xuất phát từ cực Trong khu vực III, đường trượt là nhữngđoạn thẳng làm với phương đứng một góc (/4+/2).
Khi = 0, theo Prandtl, trong trường hợp bài toán phẳng, tải trọng giớihạn sẽ bằng:
Đây là bài toán tổng quát nhưng hay gặp trong thực tiễn tính toán địa kỹthuật, Sokolovski đề nghị phương pháp cộng tác dụng cho hai trường hợp:+ Đất không có trọng lượng, tức có = 0 nhưng 0 và c 0;
Hình 1.9 Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt
p gh
III
II
I
Trang 38+ Đất có trọng lượng, tức có 0, 0 nhưng c = 0.
Phương pháp của Sokolovski là một đóng góp lớn trong việc phát triển
và vận dụng lý luận cân bằng giới hạn để nghiên cứu sự ổn định của các nềnđất, cũng như các mái dốc và nghiên cứu áp lực lên tường chắn
Thực tế xây dựng và thí nghiệm mô hình đã chứng tỏ rằng khi khối đất
bị phá hoại, các điểm của khối đất không đạt trạng thái phá hoại cùng lúc mà
có nơi đang ở trạng thái cân bằng bền [31]
Mặc dù vậy, lý thuyết cân bằng giới hạn vẫn mô phỏng một cách gầnđúng sự làm việc của nền khi mất ổn định [29] Kết quả tính toán có giá trịquan trọng trong việc xây dựng các công thức, các phương pháp bán kinhnghiệm hiện nay phù hợp với thực tế khách quan khá phức tạp khi khối đất bịphá hoại [31]
1.4.4 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất
Khác với lý thuyết cân bằng giới hạn, lý thuyết đàn - dẻo xét đến ứng xửđàn hồi trước khi đất đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn Mô hình đất đượcxét là mô hình đàn - dẻo, như mô tả ở hình 1.3
Thí nghiệm đã chứng tỏ rằng, khi khối đất bị phá hoại không phải cácđiểm của khối đất đều đạt trạng thái cân bằng giới hạn - tức là cân bằng dẻo
mà còn có những miền trong đó đất đang còn ứng xử đàn hồi Lý thuyết này
đã xét đến thực tế ứng xử khách quan của khối đất
Các công trình nghiên cứu về vấn đề này rất phong phú, trong đó phải kểđến những công trình của V A Florin, D E Plosin, I V Iaropoxki… đặcbiệt là lý thuyết Cam - Clay
1.4.4.1 Tải trọng giới hạn đàn hồi
Nền đất chịu tải trọng hình băng phân bố đều, như hình 1.6, xét trườnghợp tải trọng bên q = 0 và nền đất có = 0, = 0 và c ≠ 0, theo N P.Puzyrevski thì tải trọng giới hạn đàn hồi p0 xác định theo lý thuyết biến dạng
Trang 391.4.4.2 Bài toán hỗn hợp đàn - dẻo về khối đất
Như trên đã nói, khi tải trọng ngoài p lớn hơn tải trọng giới hạn đàn hồi
po thì trong khối đất đã xuất hiện vùng biến dạng dẻo Xác định biên vùngbiến dạng dẻo và trạng thái ứng suất trong vùng biến dạng dẻo và vùng đànhồi là yêu cầu của bài toán
Hiện nay chưa có lời giải giải tích chính xác cho những bài toán hỗn hợpđàn – dẻo đặt ra trong kỹ thuật nền móng, thường phải dùng phương pháp số.Nhận thấy, phương pháp đàn - dẻo phần nào tính được tương tác giữavùng biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo mà những phương pháp khác khônglàm được Tuy nhiên, các phương pháp này rất khó vì tính rất phức tạp về mặttoán học [31] như:
- Khi vùng biến dạng dẻo đã phát triển thành miền thì cần xét đến sựphân bố lại ứng suất trong miền chưa bị biến dạng dẻo (miền đàn hồi);
Trang 40- Khi cho rằng vùng biến dạng dẻo đã hình thành và vẽ được giới hạnvùng này thì căn cứ tiêu chuẩn nào để kết luận khối đất nền đã đạt trạng tháicân bằng giới hạn.
1.4.4.3 Lý thuyết Cam - Clay
Theo [3], [30], [54] thì lý thuyết Cam - Clay dựa trên cơ sở đất ứng xửnhư vật liệu đàn - dẻo, nghiên cứu về đất ở trạng thái giới hạn, dựa trên môhình toán do các nhà khoa học ở Trường Đại học Cambridge đề xuất và pháttriển Tiêu chuẩn phá hoại đất xét đến quá trình ứng xử của đất trước khi pháhoại và khi phá hoại
Lý thuyết này được Schofield và Wroth đưa ra (1968) và hiện nay gọi là
lý thuyết Cam - Clay gốc (original Cam Clay), về sau được cải tiến do Roscoe
và Burland (1968), Britto và Gunn (1987), Muir Wood (1991) gọi là lý thuyếtCam - Clay cải tiến (modified Cam Clay)
Lý thuyết Cam - Clay nói chung cho rằng đất và vật liệu nội ma sát cóquy luật nén dạng logarit Mặt bao trạng thái được xem như mặt hóa mềm vànhư mặt thế dẻo
Sự khác nhau giữa các mô hình Cam - Clay hiện nay là xác định phươngtrình toán học của những đường hóa mềm [30]
1.4.5 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định
Đặc điểm của các phương pháp dùng mặt trượt giả định là không căn cứtrực tiếp vào tình hình cụ thể của tải trọng và tính chất cơ lý của nền đất quyđịnh mặt trượt cho nền đất
1.4.5.1.Phương pháp mặt trượt giả định mặt phẳng
Điển hình là các phương pháp của W Rankine, G E Pauker, N M.Gerxevanov… Nói chung việc giả định trước mặt trượt phẳng hoặc gẫy khúc
là chưa hợp lý, thực tế mặt trượt xảy ra phức tạp hơn nhiều [15]
