Nghiên cứu một số mô hình phi tuyến về ứng xử cơ học của đất đá, ứng dụng trong tính toán nền móng công trình cầu luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học độc lập tôi, không tùy tiện chép Các số liệu kết luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng HỌC VIÊN Tạ Ngọc Dương MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO KẾT CẤU NỀN MĨNG CƠNG TRÌNH CẦU 1.1 MÓNG ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN ĐẤT YẾU 1.2.MĨNG NƠNG 1.3 MÓNG CỌC CĨ ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 1.4 MĨNG CỌC CĨ ĐƯỜNG KÍNH LỚN 13 1.5 MÓNG GIẾNG CHÌM 19 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG II MỘT SỐ MƠ HÌNH PHI TUYẾN VỀ ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA ĐẤT, ĐÁ 25 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 25 2.2 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MƠ HÌNH VẬT LIỆU 27 2.2.1 Quan hệ ứng suất­ biến dạng theo lý thuyết đàn hồi 27 2.2.2 Xây dựng mơ hình ứng xử đất 29 2.2.3 Những khái niệm lý thuyết dẻo 31 2.3 CÁC MƠ HÌNH ĐÀN HỒI 37 2.4 CÁC MƠ HÌNH PHI TUYẾN THƠNG DỤNG 39 2.4.1 Mơ hình đàn dẻo tuyệt đối 39 2.3.2 Mô hình dẻo tái bền (mơ hình đất cứng hố) 45 2.3.3 Mơ hình từ biến đất yếu ( ứng xử phụ thuộc thời gian ) 47 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 50 CHƯƠNG III ỨNG DỤNG MỘT SỐ MƠ HÌNH PHI TUYẾN ĐIỂN HÌNH VÀO TÍNH TỐN NỀN MĨNG CƠNG TRÌNH CẦU 51 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 51 3.2 PHÂN TÍCH LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU CÓ GIA CỐ CỌC XI MĂNG ĐẤT 51 3.2.1 Các mơ hình tính tốn 51 3.2.2 Ví dụ tính tốn 56 3.3 BÀI TOÁN TÍNH TỐN MĨNG NƠNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN 65 3.3.1 Mơ tả tốn 65 3.3.2 Kết tính tốn nhật xét 67 3.4 BÀI TỐN TÍNH TỐN MĨNG CỌC KHOAN NHỒI 70 3.4.1 Mơ tả toán 70 3.4.2 Kết tính tốn nhận xét 71 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 – Các tham số đất đắp, đất yếu tương đương 58 Bảng 3.2 Thông số lý cát chặt phía móng nơng 66 Bảng 3.3 Thông số lý bê tơng làm móng 66 Bảng 3.4 – Các đặc trưng lý đất, bệ móng cọc khoan nhồi 70 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 – Các sơ đồ bố trí cọc đất xi măng Hình 1.2 ­ Giải pháp cọc chống (a) cọc ma sát (b) Hình 1.3 ­ Trụ cầu móng nơng Hình 1.4 ­ Bố trí chung móng cọc 12 Hình 1.5 ­ Bố trí cọc mong theo JRA 18 Hình 1.6 ­ Các dạng mặt cắt ngang móng giếng chìm 21 Hình 1.7 ­ Một số dạng mặt đứng móng giếng chìm 22 Hình 1.8 ­ Một số dạng cấu tạo chân giếng chìm 24 Hình 2.1 Biểu diễn ứng suất pháp ứng suất tiếp 31 Hình 2.2: Mặt chảy dẻo Von Mises Tresca mặt phẳng kinh tuyến (a), mặt phẳng xoáy (b), mặt phẳng ứng suất phẳng (c) 35 Hình 2.3­ Mặt phẳng chảy Drucker­Prager mặt phẳng kinh tuyến (a), mặt phẳng xoáy (b), mặt phẳng ứng suất phẳng (c) 35 Hình 2.4 Mặt chảy dẻo Mohr­Coulomb mặt phẳng kinh tuyến (a), mặt phẳng xoáy (b), mặt phẳng ứng suất phẳng (c) 36 Hình 2.5 Tiêu chuẩn Mohr­Coulomb cho mặt phẳng σ­τ 36 Hình 2.6 Mặt chảy Rankine mặt phẳng kinh tuyến (a), mặt phẳng xoáy (b), mặt phẳng ứng suất phẳng (c) 36 Hình 2.7­ Luật ứng xử đàn hồi bê tơng: khơng (a) có (b) xét đến phần phi tuyến pre­peak 37 Hình 2.8 – Quan hệ ứng suất – biến dạng mô hình đàn hồi dẻo tuyệt đối 40 Hình 2.9 ­ Mặt chảy Mohr­Coulomb khơng gian ứng suất (c=0) 41 Hình 2.10 Mặt phá huỷ dẻo biểu diễn mặt phẳng ứng suất xoáy (Druker­ Prager, Van Eekelen Mohr­Coulomb) 42 Hình 2.11 ­ Định nghĩa E0 E50 cho thí nghiệm nén trục 43 Hình 2.12 ­ Biểu diễn góc ma sát hệ số kết dính C 45 Hình 2.13 ­ Mặt chảy dẻo với củng cố đẳng hướng áp dụng với mơ hình dẻo tái bền 46 Hình 2.14 ­ Ứng xử dẻo với củng cố đẳng hướng (so sánh với trường hợp đàn dẻo tuyệt đối) 46 Hình 2.15 ­ Mặt phá huỷ dẻo biểu diễn mặt phẳng ứng suất xoáy mơ hình tái bền 47 Hình 2.16 ­ Ứng xử từ biến cố kết thí nghiệm máy nén tiêu chuẩn 49 Hình 3.1 ­ Quy đổi tương đương 52 Hình 3.2 – Mơ hình biến dạng phẳng áp dụng sau quy đổi thành tương đương 53 Hình 3.3 – Mơ hình biến dạng phẳng tính tốn đất không quy đổi tương đương 54 Hình 3.4– Sơ đồ quy đổi diện tích ảnh hưởng đất yếu xung quanh cọc XMĐ 55 Hình 3.5 – Sơ đồ tính tốn tốn đối xứng trục (a) lưới phần tử hữu hạn (b) 55 Hình 3.6 – Lưới phần tử hữu hạn với điều kiện biên (3000) PTHH 59 Hình 3.7 – Độ lún đáy đắp theo độ lún mặt đường (Kiểm tra tính hội tụ kết tính tốn) 60 Hình 3.8 – Lưới phần tử hữu hạn với điều kiện biên (1000) PTHH 60 Hình 3.9 – Lưới phần tử hữu hạn với điều kiện biên (2000) PTHH 60 Hình 3.10 – Lưới phần tử hữu hạn với điều kiện biên (3000) PTHH 61 Hình 3.11 – Lưới phần tử hữu hạn với điều kiện biên (4000) PTHH 61 Hình 3.12 – Chuyển vị ngang theo phương X 62 Hình 3.13 – Chuyển vị đứng theo phương Y 62 Hình 3.14 – Ứng suất x 62 Hình 3.15 – Ứng suất y 62 Hình 3.16 – Ứng suất xy 63 Hình 3.17– Biến dạng x 63 Hình 3.18 – Biến dạng y 63 Hình 3.19 – Biến dạng xy 64 Hình 3.20 – Phân bố trạng thái dẻo (biến dẻo P = 0­1) 64 Hình 3.21 – Độ lún đáy đắp theo độ lún mặt đường 65 Hình 3.22 ­ Lưới phần tử hữu hạn mơ móng nơng thiên nhiên 67 Hình 3.23 ­ Phân bố vùng dẻo móng nơng 67 Hình 3.24 ­ Phân bố vùng chuyển vị thẳng đứng móng nơng 67 Hình 3.25 ­ Phân bố ưng suất theo phương ngang x 68 Hình 3.26 ­ Phân bố ưng suất theo phương đứng y 68 Hình 3.27 ­ Phân bố biến dạng theo phương ngang x 68 Hình 3.28 ­ Phân bố biến dạng theo phương đứng y 68 Hình 3.29 ­ Độ lún đất đáy móng theo chiều sâu 69 Hình 3.30 ­ Phân bố ứng suất nến đất đáy móng 69 Hình 3.31 – Lưới phần tử hữu hạn với điều kiện biên 71 Hình 3.32 ­ Phân bố vùng dẻo P (a) vùng chuyển vị thẳng đứng Dy (b) đất móng cọc 72 Hình 3.33 ­ Phân bố vùng chuyển vị ngang Dx(a) ứng suất phương ngangx (b) đất móng cọc 72 Hình 3.34 ­ Phân bố vùng biến dang đứngy (a) ứng suất cắt xy (b) đất móng cọc 73 Hình 3.35 ­ Phân bố độ lún đáy móng tính từ tim cọc 73 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài nghiên cứu Tính tốn móng cơng trình xây dựng nói chung cơng trình cầu nói riêngở Việt nam chủ yếu dựa công thức gần đưa tiêu chuẩn thiết kế Các cơng thức có dựa thí nghiệm tính tốn số có tính tổng quát cho nhiều dạng địa chất khác Chính kết thu thường thiên an toàn với hệ số tải trọng sức kháng lớn Kết đo đạc thực tế thường cho kết lớn so với số liệu tính tốn, nhiên cơng trình xảy cố mơ hình tính tốn khơng sát với điều kiện thực tế ứng xử địa chất móng cơng trình Hiện việc ứng dụng phương pháp số tính tốn móng cơng trình xây dựng nói chung cơng trình cầu nói riêng đề cập tương đối nhiều Các phần mềm Plaxis, Geoslope… ứng dụng số tính tốn số dự án, nhiên chủ yếu mang tính chất tham chiếu cho tính tốn theo quy trình thiết kế Điều có ngun nhân từ việc chủ đầu tư khơng thể kiểm sốt nội dung tính tốn phần mềm chun dụng thuật tốn, mơ hình tính tốn phi tuyến đất đá khơng phân tích đánh giá ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vì thế, chủ đầu tư khơng hồn tồn tin tưởng vào kết tính tốn số, mặc kết tính tốn xác u cầu cần có nghiên cứu phân tích số mơ hình điển hình tính tốn phi tuyếnthường dùng ứng xử học đất đá cần thiết nhằm góp phần làm rõ đặc điểm phương pháp xây dựng mơ hình tính tốn khả ứng dụng trường hợp tính tốn cụ thể.Đây sở tham khảo quan trọng cho việc thực tính tốn số ứng xử móng cơng trình cầu phần mềm chuyên dụng địa kỹ thuật 2 Mục tiêu nghiên cứu  Phân tích tổng quan dạng móng cơng trình cầu Việt nam  Phân tích số mơ hình phi tuyến ứng xử học đất đá Đặc điểm mơ hình, phạm vi áp dụng, đặc biệt với điều kiện Việt Nam  Thực tính tốn ví dụ với số trường hợp điển hình ứng xử móng cơng trình cầu phương pháp phần tử hữu hạn Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Các mơ hình phi tuyến điển hình ứng xử học đất đá  Một số dạng móng cơng trình cầu thường dùng Phương pháp nghiên cứu  Phân tích thống kê sở tài liệu tham khảo  Thực tính tốn ứng dụng Các kết dự kiến + Báo cáo phân tích mơ hình phi tuyến ứng xử học đất đá + Các tính tốn ứng dụng ứng xử móng cơng trình cầu cho số trường hợp điển hình + Kết luận kiến nghị CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO KẾT CẤU NỀN MĨNG CƠNG TRÌNH CẦU 1.1 MĨNG ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN ĐẤT YẾU Đất yếu đất có khả chịu tải kém, tính nén lún lớn, bão hồ nước, có hệ số rỗng lớn, có mơđun biến dạng nhỏ, sức chống cắt nhỏ…Theo Quy trình khảo sát thiết kế đường ôtô đắp đất yếu 22TCN­262­2000 theo ngun nhân hình thành đất yếu có nguồn gốc khống vật nguồn gốc hữu Đất yếu phân loại sau:  Đất sét mềm: gồm loại đất sét sét trạng thái bão hòa nước, chảy dẻo chảy, có cường độ thấp  Bùn: Các loại đất tạo thành môi trường nước, thành phần hạt mịn (