Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUY LỢI

NGUYÊN NGỌC THUẬN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

NGUYÊN NGỌC THUẬN

NGHIÊN COU CÁC YÊU TO ANH

HUONG DEN CHUYEN VỊ TƯỜNG CHAN HO ĐÀO SÂU CONG

‘TRINH NGÂN HANG VIETINBANK CHI

‘TRANG BANG PHƯƠNG PHAP PHAN TỬ HỮU HAN

'CHUYÊN NGÀNH: DIA KỸ THUẬT XÂY DUNG MA SO: 60580204

NGƯỜI HƯỚNG DAN: TS ĐỒ TUẦN NGHĨA.

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

"Tên ti là Nguyễn Ngọc Thuận, học viên cao học lớp CH24DKTI2, chuyên ngành Địakỹ thuật xây dựng Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu các yếu tổ ảnh:

"hưởng đến chuyén vị tường chin hỗ đào sâu công trình Ngân hàng Vieinbank chỉ nhánh Sóc Tring bằng phương pháp phần ric hữu hạn ” là công tình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong bắt ky công.

trình nghiên cứu khoa học ni.

Sóc Trăng, ngày —thdng năm 2017Tác giả

Nguyễn Ngọc Thuận.

LỜI CÁM ƠN

Sau thời gian học tip, nghiên cứu với sự hướng dẫn tận ình của T s1Đỗ Tuấn Nghĩa

cùng với sự giáp đỡ của các giảng viên của Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thac sĩvới é tài “Nghiên cứu các yêu tổ ảnh hưởng đến chuyển vị trờng chin hỗ đào sâu ing trình Ngân hàng Vietinbank chỉ nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử Iria han” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đẩy đủ các

yêu cầu trong đề cương được phê duyệt

Tác giả xin bày tỏ lòng biết on sât đến Tiến sĩ Đỗ Tuấn Nghĩa người đã tận tình.

"hướng din, cung cấp thông tin, tả liệu và chỉ ra những định hướng khoa họcdé tác giả hoàn thành luận văn này.

“ắc gi xin chân hình cảm ơn các thy cô giáo trong Độ môn Dia kỹ thuật, Kho công

trình, Phòng đảo tạo Đại học và sau Đại học cũng toàn thé các thay cô giáo trong trường.

Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học tập và

nghiên cứu,

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người di

trước đã chỉ bảo, khich lệ, động viêcủng hộ nhiệt tình và tạo điều kiện, giúp đỡ cho tágiả vỀ mọi mặt trong quá trinh bọc tập cũng như hoàn thiện luận văn.

Tuy đã có những cổ gắng song do thời gian có hạn, kign thức bản thân côn hạn chế nên luận văn này không thé tránh khỏi những t và tồn tại, tác giả mong nhận được,

mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, anh chị em và các bạn dang nghiệp

TONG QUAN VE HỒ ĐÀO SÂU

1.1 Khai quát về hồ dio sâu

1.1.1 Tink hình xây dụng bỗ đào sâu

CHUONG 2 NGHIÊN CỨU CHUYEN VỊ TƯỜNG CHAN HO DAO MỞ str

DUNG PHUONG PHAP PHAN TU HUU HAN Sees |)2.1 Phương pháp Phin từ hữu han 192.1.1 Ứng dụng 202.1.2, Lịch sử 202.1.3 So sánh PPPTHH với phương pháp sai phân hãu han (PPSPHH) 21

2.2 Ap dung phương pháp phan từ hữu han trong phân tích chuyển vi tưởng chắn hồi

đảo Plaxis 2D) 232.1 Mô hình 23

2.2.2 Những phần từ 24

223 252.24, Thiết lập at liệu cho dim 362.2.5 Thiết lập đặc trưng vậtliệu của vải địa kỹ thuật 72.2.6, Thiết lập dữ liệu vat liệu neo 32.2.1 Tạo lưới (mesh generation) 39

2.2.8 Điều kiện ban đầu (initial conditions) AL 2.2.9, Diều kiện áp lực nude (water conditions ) 42 2.2.10 Dang hình học ban đầu (initial geometry configuration) 46 2.3 Kết luận AT CHIEU SÂU CHON TƯỜNG.

CHUONG 3 NGHIÊN CỨU ANH HUONG CỦA VA TIẾT DIEN TƯỜNG DEN CHUYEN VỊ TƯỜNG:

3.1 Môi

(Vietinbank) chỉ nhánh Sóc Trăng

3.1.1, Mô tả đặc điểm công trình 3.1.2, Đặc điểm địa chất thủ

3.1.3, Các giai đoạn thi công ting him công trình.

3.1.4, Các thông số đầu vào dé lập mô hình hỗ đào trong Plaxis 2D. 3.1.5, Kết quả phân tích.

văn và các thông số thí nghiệm đắt nên

3.2 Ảnh hưởng của chiễu sâu chôn tưởng đến chuyển vị tường3.3 Ảnh hưởng của tễt diện tường đến chuyển vị tường;

CHUONG 4: NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA CHIEU SÂU HO MONG DEN,

“CHUYỂN VỊ TƯỜNG cssscssornsrneeneennernerineensennennerinaninsensernerinaninennennennaeeneenes TO.

DANH MỤC HÌNH VE

n ngoài khu vực đồ thị G-cans thành phố Kasukabe, ngoại 6‘Tokyo, Nhật Bản Đây là một trong những hệ thống thoát nước nỗi tiếng nhất đồngthời là hệ thông thoát lũ ngầm lớn nhất thể giới 5

"Hình 1.2 Ga Novoslobodskaya nằm trong hệ thống tau điện ngẫm hiện đại ở Moscow, Liên Bang Nga, lần đầu tiên di vào hoạt động năm 1952 5 Hinh 1.4 Đường him Thủ Thiêm, thành phố Hỗ Chi Minh, him vượt sông lớn nhất Đông Nam A, khánh thành 11/2011, Ham có tong chiều dài 1.490m, trong đó ham dim‘bao gằm 4 đốt ham có tổng chiều dài 370m, hằm giao thông hộp đôi rộng 33,3m 7Mình 1.5 Hm B2, khu vực để xe máy cán bộ viên chức của tòa nhà Trung tâm hành

chính Ba Nẵng 7Hình 1.6 Công trinh hỗ móng 8Hình 1.7 Tưởng eit Larsen làHình 1.8 Tưởng vay cọc ximăng đất “Hình 1.9 Tường vay cọc bản bê tông cốt thép 15Hình 1.10 Tường vây hỗ đào bằng cọc khoan nhi 16Hình 1.11 Tường vây bằng coe barrete "Hình 2.1 Cửa số thế lập thông số cơ bản của mô hình 23Hình 2.2 Vi tí của nút và điểm ứng suất trong phần từ đất 2

Hình 2.3 Cửa số thiết lập thông số đắt nền và lớp phân giới (Thông số đắt nn) 8I

Hình 2.4 Định nghĩ Eo via Bo 2Hin 2.5 Các đường tr mg su tối hạn, mt cham vào đường phi hoại Mohr

Coulomb 33Hình 2.6 Mặt phá hoại trong không gian ứng suất chính cho dat cát 34

in va lớp phân giới (Thông số lớp phân giới)34

Hình 2.8 Cửa số thiết lập thông số tường chắn 36 Hình 2.9 Cửa số thiết lập thông số vật liệu vai địa kỹ thuật 38 Hình 2.10 Cửa số thiết lập thông số hệ chống, neo 38 Hình 2.11 Cửa số thiết lập áp lực nước 45 Hình 2.12 Cửa số tạo ứng suất ban đầu AT

Hình 3.1 Phối cảnh công trình Ngân bảng Vietinbank, chỉ nhánh Sốc Trăng 49Hình 32 Mặt bằng mồ hình hỗ đào sâu Vieinbank Sóc Trăng 30Hình 3.3 Mat cắt địa chit công tinh (hồ khoan HKI, HK2, HK3) 33Hình 3.4 Mat cắt hé đào công trình s4

Hình 3.5 Mô hình hỗ dio công tình trong phin mềm Plaxis 2D

Hình 3.6 Chuyển vị ngang của tường trong các giai đoạn đảo Hình 3.7 Sụt lún mặt đất sau tường theo các giai đoạn đào.Hình 3.8 Hiện trạng công trình Câu lạc bộ hưu trí

Hình 3.9 Day trdi qua các giai đoạn đảo.

Hình 3.10 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đảo 1

Hình 3.11 Sự hình thành các điểm chay đèo giai đoạn dio 2Hình 3.12 Sự hình thành các điểm chay déo giai đoạn đào 3

Hình 3.13 Chuyển vi ngang lớn nhất của tường chắn khi ting chiều sâu chôn tưởngHình 3.14 Quan hệ chuyển vị ngang lớn nhất của tường chin và tỷ lệ Hp/He

với từng loại tưởng chắn Hình 3.24 Quan hệ giữa EI/Elo vả chuyển vị tường chắn

Hình 3.25 Biểu đỗ các điểm chảy dèo (tường chắn FSP IV) Hình 3.26 Biểu đỗ các điểm chảy do (tường chin SW 500A) Hình 3.27 Biểu đồ các điểm chảy dẻo (tường chắn Barrette D1200) Hình 4.1 Mặt cắt điển hình của các hỗ đào phân tích

Hình 4.2 Mô hình Plaxis cho trường hợp He

Hình 4.3 Mô hình Plaxis cho trường hợp He = 11m,

Hình 4.4 ChuyỂn vì ngang lớn nhất của tưởng chắn khi tăng chiễu sâu hỗ mỏng

Hình 4.5 Quan hệ chuyển vị ngang lớn nhất của tường cử và chiều sâu hồ móng

ĐANH MỤC BANG BIEU

Bảng 3.1: Bảng tổng hợp chi tiêu cơ lý các lớp đất

Bảng 3.1: Bảng tổng hợp chi tiêu cơ lý các lớp đắt (tiếp) ‘Bang 3.7 Thông số tường cử cọc barrette B25

Bảng 4.1 Trình tự thi công ứng với các trường hợp chiều sâu hồ móng khác nhau.

1 Tính cấp thiết cin đề tài

"rong những năm gần diy, tốc độ đô tị hoá của nước ta ngày cảng nhanh, quỹ dit đồ

thị nói chung và của các đô thị lớn nói riêng đã gin cạn kiệt, các không ginxanh, không

gian công cộng ngày một thu hẹp đòi hỏi phải tận dụng cá chiều cao lẫn chiều sâu của

"không gian đô thị Tiết kiệm đất dai trong khai thác tài nguyên không gian ngim đô thị, bố trí hợp lý các công trình ngằm sẽ góp phần thúc day sự phát triển và nâng cao chất lượng sống cia đô thị, Sự xuất hiện của các Trung tâm thương mại ngằm quy mô lớn hoặc các dự án Bãi đỗ xe ngằm kết hợp dich vụ cho thấy nhu cầu xã hội rit lớn Khai

thác và sử dụng không gian ngầm cho phát triển, chỉnh trang đồ thị tại Việt Nam như

một nguồn tải nguyên không gian rộng lớn là xu hướng tất yếu

‘Tai các đô thị lớn như Hồ Chi Minh, Hà Nội, Đàing thì các công trình có thiết cao ting đều gắn lin với thiết ké ting him nhằm tận dụng tiệt để quỹ đất đô tị Số

ting him được thiết kế phổ biến nhất là từ 2-3 ting, có nhiều công trình phúc hợp có 3

~ 6 ting him với điện tích lớn như: Tòa nhà Kumho Asiana Plaza, Trung tâm thương

mại, văn phòng, căn hộ cho thuê và bãi đậu xe ngằm tại số 70 Lê Thánh Tôn và phầnngim công viên Chỉ Lang; Cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại vả căn hộ cho thuê

tại số 34 Tôn Đức Thing: Khu phúc hợp Eden

“hành phố Sóc Trăng là một đô thị còn non tr, quỹ dit xây đựng công tình trong nội 6 thành phố tuy còn nhiễu nhưng việc đầu tư xây dựng các công trình nhà cao ting kết hợp tng him tại khu vực trung tâm thành phổ dang dẫn trở nên phổ biển Với khuynh hướng phát tiễn mạnh các công trình nhà cao ting, đặc biệt khi có ting him trong diều

kiện địa chất thay văn trên địa ban tinh là đắt yếu bảo hỏa nước thì việc nghiên cứu tính.

toán ổn định của bổ đào sâu cin phải được quan tâm, nghiền cứu đúng mite nhằm đảm

"bảo cho công trình chủ thể và các công trình lân cận được ôn định, tránh được các sự cỗđáng tiếc xảy ra trong quá trình thi công xây dựng cũng như khi đưa vào khai thác sửcdụng lâu dài

Thi công hỗ dio sâu làm thay đổi trạng thai ứng suất, biển dạng trong đất nền xung

cquanh khu vực hỗ đảo và có thé làm thay đổi mực nước ngim dẫn đến nn đắt bị dịch chuyển Các giải pháp chống đỡ thành hỗ đảo thường được áp dụng la: tường cir thép, tường cử cọc xi mang đất tưởng cử barrette Yêu cầu chung của tưởng cit là phải dim bảo về cường độ cũng như độ dn định đưới ác dụng của áp lục đất và các lạ ti trọng

Bên cạnh đó thi việc han ctvà đảm bio chuyển vị của tường cử trong mức cho phép.là hết sức quan trọng.

Vi vậy mà việc nghiên cứu chuyển vị của tường ‘ing như các yếu tổ ảnh hưởng đếnchuyển vị của tưởng hé đảo sẫu rong công tình à rit cần thiết và cấp bách nhằm dự

"báo chính xác sự kim việc của tường tử đó đề xuất biện pháp hợp lý, đảm bảo an toàn kĩ thuật và tinh kinh tổ, Đây cũng chính là tính cấp thiết của đ ải nghiên cửu.

2 Mục đích của để dài

~ Nghiên cứu việc áp dụng phương pháp phần từ hữu hạn vào dự đoán chuyển vị tường

chin trong thi công hỗ đảo sâu

= Nghiên cứu các yếu tổ ảnh hường đến chuyỂn vị của tường hỗ dio sâu công tình

Vietinbank chỉ nhánh Sóc Trăng bao gồm chiều sâu chôn tường, tiết điện tường và chiều sâu hỗ dio bằng phương pháp phần từ hữu hạn.

3 Cách tếp cận

= Nghiên cứu các lý thuyết v8 chuyển vị của tường hỗ đào sâu

- Thu thập các thông tin v8 hiện trang, tả liệu địa hình, địa cht, ti liệ thiết kế công

trình Vietinbank chỉ nhánh Sóc Trăng.

- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để phân tích, tính toán chuyển vị, biến dạng của tưởngchấn trong quá tình thi công dio đất

4, Đối trợng và phương pháp nghiên cứu

~ Sử dụng các thông tin về hiện trang, ti liệu địa hình, địa chất, tải liệu thiết kế công

trình Vietinbank chỉ nhánh Sóc Trăng làm công trình nghiên cứu và lập mô hình môphỏng.

~ Phương pháp kế thữa: Tổng hợp và áp dụng các lý thuyết đã có liên quan đến vin để

chuyển vi tường trong hồ đảo sâu.

= Phương pháp phân ch: Sử dụng phần mềm Psis 2D phân ích, nh toán để đánh giá sắc yếu tổ ảnh hưởng đến chuyển vi thie lế của tưởng

5 Kết quả đạt được

~ Nắm vững kiến thức về chuyển vị của tường hỗ đảo kh thi công trong điều kiện đất

~ Đánh giá cơ bản ảnh hường của chiều sâu chôn tường, tiết diện tường và chiều sâu hỗ

đảo đến chuyển vị của tường hồ đào.

CHUONG I TONG QUAN VE HO ĐÀO SAU

11 Khái quát về hồ đào sâu

11-1 Tình hình xây dựng hồ đào sâu

Hầu như các thành phố lớn trén thể giới, do cin it kiệm đắt đai và giá đắt ngày cảng

sao, nên đã tim cách ải ạo hoặc xây mới các đồ thị cia minh với ÿ tường chung và tiệt

để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tổ xã hội, văn hoa, môi trường và có khí cả cho phòng vệ

công nghệ yêu cầu cũng đã đặt không.

it các thiết bị, máy móc bên đưới ting hầm công trình nằm sâu dưới mặt đắt (như nhà

Một số ngành công nghiệp hiện đại, do dây chuyé

máy luyện kim, cán thép, làm phân bón, làm rượu, sản xuất vật liệu xây dựng )

“Các tram bơm lớn, công trình thủy lợi hay thủy điện cũng cin đặt sâu vio làng dit các bộ phân công trình chức năng của mình với diện tích đến hing chục nghin mét vuông

va sâun hàng trăm mết

Việc xây dựng các công trinh nó trên theo xu thể hiện nay đã dẫn đến xuất hiện hàng loạt kiểu hồ móng sâu khác nhau, mà đề thực hiện chúng, người thiết kế va thi công cần. «6 những biện pháp chin git để bảo vệ thành vách hỗ và công nghệ dio thích hợp về mặt kỹ thuật kinh tẾ cũng như an toàn vệ môi trường và không ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó,

Những loại công tình xây dig a tng cơ sở đ thị thường gặp hé hoặc hảo đảo sâu từ don giản đến phúc tạp như:

- Hệ thống cắp nước;

~ Hệ thống bể chứa và xử lý nước thải;

~ Ong gp kỹ thuật chung (collector, trong dé đặt các đường ông cắp nước, khi đốt, điện

động lực, cáp thông tin.

inh 1.1 Kênh xả ngầm ngoài khu vực đô thị G-cans thành phố Kasukabe,ngoại 6 Tokyo, Nhật Bản Đây li một trong những hệ thống thoát nước nỗi tiếng nhất

đồng thời là hệ thống thoát lì ngằm lớn nhất thể giới.

iit vượt ngẫm cho người dĩ bộ hoặc phương tiện giao thông nhẹ (kết hợp các kit

thương mại, dịch vụ ); Bai đậu xe, gara 6 tô, kho hàng,Ga và đường tau điện ngằm, đường 6 tô cao tốc;

Hình 1.2 Ga Novoslobodskaya nằm trong hệ thống tiu điện ngằm hiện đại ở Moscow,Liên Bang Nga, lần đầu tiên di vào hoạt động năm 1952

Ũ

~ Văn phòng giao dich, cung hội nghị, khu triển lãm, trung tâm thương mái ;

Hình 1.3 RESO - Khu phúc hợp ngằm lớn hít thể giới shin phố Montreal, Canada

- Công trình phòng vệ dan sự:

các vẫn

“Trong thé giới hiện đại công trình ngầm không chỉ dé giải qu)

phát tiển đô thi mà còn phát tin thành những trừng tâm văn hồa, thương mại, dat tốitrình độ định cao của nghệ thuật kiến trúc và chứa đựng những nét đặc trưng của các

thành phổ như: Khu phúc hợp ngằm lớn nhất thể giới RESO tại thành phố Montreal,

bang Quebec, Canada, hệ 1ig tiu điện ngim ở Moscow, London, Paris, Tokyo, hệ

thống cổng ngằm thoát nước các thành phố lớn,

‘Tai Việt Nam, các công trình có ting him cũng bắt đầu xuất hiện từ những năm đầu của thập niên 90, đặc biệt phát triển trong hơn 10 năm trở lại đây nhất la ở các đô thị lớn hư thành phổ Hà Nội và thành phổ Hé Chi Minh Tuy nhiên, vige khai hc không giam

ngằm cho mục đích xây đựng, ải tạo và phát triển đô thị ở nước ta mới chỉ đừng lạ ởnhững không gian đơn lẻ (đưới các khối nhà cao ting của các khu đô thi), hoặc chủ yêuphục vụ nhu cầu giao thông như him đường bộ, him để xe tai các trung tâm thươngmại

Đông Nam A, khánh thành 11/2011 Him có tổng chiều dai 1.490m, trong đó ham dimbao gồm 4 đốt hầm có tổng chiều dài 370m, ham giao thông hộp đôi rộng 33,m

Hình 1.5 Ham B2, khu vực dé xe máy cản bộ viên chức của tòa nhà Trung tâm hành.chỉnh Đà Ning.

‘Céng trình hồ móng luôn luôn chịu hệ áp lực và tác động xung quanh như áp lực đất do.

trong lượng bản thân cộng với ảnh hưởng của các công trinh lân cận: áp lực nước tỉnh

và động phụ thuộc vio dao động mực nước ngầm; các sóng ứng suất do các phương tiện giao thông gây ra Công tình hỗ mỏng bao gồm nhiều khâu cổ quan hệ chặt chế với

nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào dat trong đó, một khâu.ảo đó thất bại sẽ dẫn đến cả công tình bị đổ vỡ

Hình 1.6 Công trình hồ móng.

kiện địa chất của m

“Công trình hỗ mồng có liên quan với tinh địa phương, ôngkhác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau Đào hồ móng trong điỀu kiện đắt yếu, mực

nước ngằm cao và các điễu kiện hiện trường phức tp rất để sinh ra trượt lỡ khối đất,

mắt dn định hỗ móng gây ra hiện tượng bùn tồi đầy hỗ mồng, gây hư hỏng công trinh xây dựng và các công trình lân cận.

`VỀ ranh giới phân biệt giữa hỗ móng nông và hé đảo sâu không có quy dinh rõ rộ, trong

thực t đối với các hỗ móng từ 6m trở lên được xem là hỗ đào sâu hoặc những hỗ móng

có độ sâu không quá 6m nhưng địa chất và mỗi trường xung quanh của hỗ móng phức

tạp thi cũng được ứng xử như là hồ dio sâu Hiện nay, với việc xây đựng ngày cảng tăng

các công trình nhà cao ting có khai thác không gian ngằm ở các thành phổ lớn, công

8

trnh hỗ móng đang phát iểntheo xu hướng lớn hơn, điện tích rộng hơn nên

xắn dé đảm bao ôn định và anton thí công đào sân luôn à bài toán khó, cần phải tân

thi nghiêm ngặttrong suốt quá tình tiễn khai dự án từ khâu khio sắt địa chất, hit kế én việc tiễn khai thi công hỗ dio sâu kết hợp với công tác quan trắc thực Ế ngoài hiện

1.2 Nguyên tắc thiết kế và phân loại kết edu chắn giữ

Ranh giới phân biệt giữa hồ móng nông và hồ móng sâu không có quy định rõ rộ, có

«quan niệm cho à không quá Sm coi là hồ móng sa, còn trong thực tị trường lấy 6m

làm ranh giới hỗ móng nông và hỗ móng sâu là tương đổi phù hợp Có khi độ sâu hố trồng it hon Sm nhưng phải dio trong đất có điều kiện địa chất công tình và địa chất thủy văn phức tạp cũng phải ứng xử như đối với hồ móng sâu.

Cun sách này chủ yếu giới thiệu về thiết kế và thi công hệ kết cấu chin giữ rong hỗ

móng sâu, bao gồm việc thiết kế và thi công hệ thống kết edu tường (cọc) quây giữ có

chịu áp lục của nước đất, chắn giữa (hoặc thanh neo dt), trụ với thanh cải, mảng chống

1.2.1 Nguyên tắc thiết kế

Nguyên tie thiết kể kết cấu chin giữ là

1/ An toàn tin cậy: Đáp ứng yêu cầu về cường độ bản thân, tinh én định và và sự biếndang kết cấu chin giữ, đảm bảo an toàn cho công tinh ở xung quanh;

2/ Tính hợp li v8 kinh tổ: Dưới tiễn để là bảo đảm an toàn, tin cậy cho kết cầu chin giữ,

phải xác định phương án có hiệu quả kinh tế kỹ thuật rõ rằng trên cơ sở tổng hợp các

mặt thời gian, vật liệu, hitb, nhân công và bảo VỆ môi trường xung quanh:

3/ Thuận lợi và bảo dim thời gian cho thi công, trên nguyên tắc an toàn tin cậy và kinh

tế hợp lí, đáp tôi đa những điều thuận lợi cho thi công (như bổ trí chắn giữ hợp lí, thuận tiện cho vige dio i, rất ngẫn thôi gian hi công.

Kết cấu giữ thường chỉ có tinh tạm thời, khi móng thi công xong là hết tác dụng Một số vâtiệu làm kết cầu chin giữ có thể được sử đụng lại, như cọc bản thép và những phương

9

ố kết cầu chấ

tiện chi giữ theo kiểu công cụ Nhưng cũng có một giữ được chôn lâucọc tắm.

dải ở trong đất ự béting cốt thép, cọc nỗi, cọc trận xi măng liên tục trong đất Cũng có cá loại trong khi thi công mồng thi làm kết c

mồng, thi công xong sẽ trở thành một bộ phận của kết cấu vĩnh cửu, lim thành tườngngoài các phòng ngằm kiểu phúc hợp như tường liê tục trong đắt

1.2.2 Đặc dim thiết kế

"Đặc điễm của công tác thiết kế công trình chăn giữ hồ móng lẻ

1/ Tinh không xác định của ngoại lực: Ngoại Ive tác dụng lên các kết cầu chắn giữ (áp

và áp lực nước) sẽ thay đổi theo

cdụng chủ động và bị động của kiện môi trường,phương pháp thi công và giai đoạn thi công;

2/ Tính không xác định của biển dạng, khống el

iễn dạng điều quan trọng trong thiết st chắn giữ nhưng lại có nhiễu nhân số ảnh hưởng đến lượng biển dang này như Độ cứng của tường vây, cách bố trí hệ chống (hoặc neo) và đặc tinh mang tải của cầu kiện, sinh chất đắt nền, sự thay đổi của mức nước dưới đắt, chất lượng thi công, tỉnh độ

“quản lí ngoài hiện trường

3 Tính chất không xác định của đất: inh chit không đồng nhất của đất nén (hoặc của

lớp it) và chúng cũng không phải là số không đổi, hơn nữa lại có những phương pháp

xác định khác nhau (như cắt không có thoát nước ) tùy theo mẫu lấy ở những vị trí và giai đoạn thi công không giống nhau của hỗ móng, nh chit đắt cũng thay đổi, sự tác dung của đắt nền lên kết cấu chắn giữ hoặc lực chắn giữ của nó cũng theo đó mà thay đổi:

-/Những nhân tổ ngẫu nhiên gây ra sự thay đổi, những ngày thay đổi ngoài ý muốn củasự phân bổ áp lực dat trên hiện trường thi công, sự không nắm vững những chướng ngại

vit trong lòng dit (ví dụ tuyến đường ống đã cũ nát, những thay đi của môi trường

xung quanh đều có ảnh hưởng đến việc thi công và sử dụng hỗ đảo sâu một cách bìnhthường

Do những nhân tổ khó xác định chính xác nói trên nêu một xu hướng mới trong thiết kếết phân ích độ rủ ro (Malcolm Puller, 1996)

0

Casagrande nhẫn mạnh rằng các rủi ro được tổng kết từ nhiều dự án, sự tôn tại của chúng

phải được thừa nhận, và đang từng bước sử dụikinh

ly để diễn tả một sự cân bằng giữa tinh‘va sự an toàn; các rúi ro này phải được xem xét một cách có hệ thông Casagrande

định nghĩa "rũ ro tính toán” gồm hai thành p

4) Việc sử dụng những kiến thức chưa hoàn chỉnh, các chỉ dẫn đánh giá và kinh nghiệm để dự inh phạm vicó thể với liều lượng thích hợp để đưa vo giải quyết vind

b) Các quyết định, trong phạm vi phủ hợp về an toàn hoặc mức độ rủi ro, được kể tớitừ các phá hoại

Casagrande không định lượng các rủi ro Sau 46, Whitman đã chỉ ra những ưu điểm

đáng quan tâm của lý thuyết độ tin cậy và xác suất nhưng nhắn mạnh rằng việc sử dụng

những lí thuyết như vậy không thé thay thé được cho các đo đạc vật lí và các pltíchcông trình Cuối cùng, Whitman cho rằng sự thỏa mãn các giá tị về rủi ro sẽ được trảlời theo 2 cách:

3) Nếu xác suất phá hoại tương đối lớn (0,05 hoặc hơn) dưới tải trong thiết kế cho phép,

rủi ro này có thể được đánh giá (bằng lí thuyết độ tin cậy) với độ chính xác đủ để tạo ra

cée quyết định, Trang thái này chỉ được áp dung khi quan tâm tới tổn“không an toàn.

về kinh tế và

Độ Nếu xác uất phá hoi rất nhỏ (nhỏ hơn 0,001) dưới tải trọng thiết kế ho phép, rãi ronay không thể đánh giá được bằng phân tích Mặc di vay, vige tạo ra một gi tr thôngthường của sắc suất phá hoại có thé được trợ giúp nhiều từ các biểu biết về ri ro vànhững gì tốt nhất có th lam để giảm thiểu chúng.

Vige thết kế nhiễu dự án vé hồ dio sâu phải nằm trong dạng thức bai khí chấp nhận xác

suất ph hoại phair nhỏ bởi ác ủi ro trong đời sống Whitman đã minh họa trong các

loại báo của ống các ứng dụng lí thuyết độ tin cậy để kiểm tra một cách có hệ thông và sắc lỗi ngẫu nhiên khi đánh giá các rủi ro trong ôn định mãi đốc, các yÊ tổ an toàn trong

phân tích rủi ro của sự hóa long và việc sử dụng kĩ thuật phân tích hệ thống để định

lượng rủ ro trong một số dự án Các vĩ dụ về đánh giá rủi ro đã được tiến hành cho một

cdự ân xây dựnging nghiệp để cho khả năng hóa lỏng tiềm an của cát va cho việc thi

công đập đắt

Hoeg và Muraka đã xem việc thiết kế thông thường một trờng chắn trọng lực đơn giản và tiến hành một phan tich thông kế vé tường cho thiết kể Đối với các đặc tính của đắt ‘va chiều cao lớp đất lip, thiết ké này đã sử dụng các hệ số an toàn là 1,9; 3,7 và 1,6 để “chống lật, sức chịu tai phá hoại va trượt, mặc dù với những giá trị an toàn này, phân tích

th ự kể đưa ra xác suất phá hoại tương ứng là 1/1000, 13/1000 và 3/1000 Xác suất

ha hoại khả năng chịu tải là đặc biệt cao và sự khác biệt lớn cũng được thấy trong,xác suất phá hoại giữa các dạng phá hoại Vi dụ cho thấy các hệ số an toàn thông thường

có thể đễ ding sai lệch.

Hoeg và Muraka sau đó đã thiết kể lạ tường trọng lực này sử dụng phương pháp xác

inh giá thành ban đầu, giá thành thi công, giá thành thiệt bại và xác suất phá hoại

io lật qua sức chia tải và trượt, để xác định tổng giá thành ci thiết Thiết ế ôi ưu này

là hệ thing với tổng giá thành cân thiết là nhỏ nhất.

Dự định chủ yếu của Whitman Hocg, Muraka là cung cấp một mô hình cho việc thế “kế theo xác suất bằng -ác phương pháp tương tự, cho các kết chu phức tạp hơn như cáctường có giáng và neo, mặc dùinh gic trong lập luận của họ nhưng chỉ có một it

trường hợp cho thấy những phương phip như vậy chỉ có thể được tiền hành khi người

thiết kế chấp nhận

1.2.3 Các dang tường vây hỗ đào sâu

“Tưởng quây giữ có các loại chủ yếu sau đầy:1.2.3.1 Tường cọc bản thép (tường cừ Larsen)

Sit dung các loại thép hình có mat cất ngang dạng chữ U hoặc chữ Z, hạ xuống nền dắt ï lại để sử dụng sau khi đã hòan thành nhiệm. hồ móng Đây là phương pháp cổ diễn nhấ, th công nhanh nhưng độ cứng bằng phương pháp đồng, rung, có thé thu

vụ chấn g

tường không lớn nên lượng thanh chống lớn, không gian đào đắt chật hẹp Loại này sử dụng cho các hỗ đão có độ sâu từ 3m đến 10m,

Hình 1.7 Tường cử Larsen

~ Uu điểm của phương pháp này là chất lượng vật liệu của cọc bản tin cậy, đây là phương pháp cổ điển nhất thì công nhanh, khả năng ngăn nước tương đối tốt nhưng độ cứng tường không lớn nên lượng thanh chống lớn, không gian đào dat chật hẹp.

~ Nhược điểm của phương pháp này là gây ra tiếng én thi công lớn, chin động mạnh,

xáo động nền đất nhiễu, khi thi công sinh ra biển dang lớn, các công trình xây dựng.

xung quanh và các đường ông ngằm dễ bị lún và chuyển vi mạnh Loại này sử dụng cho sắc hỗ đo có độ sâu từ 3m đến 10m.

1.2.3.2 Tường vây hỗ đào bằng cọc xinäng đất trộn ting sâu

Dùng máy khoan khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế, đắt trong qui tình khoan được trộn cưỡng chế với ximăng thinh các day cọc ximang đắt, sau khi đồng rắn lại sẽ thành tường chắn dạng bản liền khối, có khả năng chống thắm và dn định cho hỗ đảo, thi công được trong điều kiện ngập sâu trong nước, hiện trường

chật hep Loại tring vây này thích hợp với các loại đt từ cát thô cho đến bùn yếu, sử

tio có độ sâu từ 3m đến 10m.

dụng cho các

Hình 1.8 Tường vậy cọc ximăng đắc 1.2.2.3 Tường vy hd đùo bằng cọc bản bê tông cốt thép:

"Đây là dạng đặc biệt của tưởng chin, được dùng để bio vệ các công tình ven sông,

chống xói ngầm rat hiệu quả, cường độ chịu lực tốt, giá thành rẻ Mặt cắt tiết diện có dang sông, dang phẳng dang mặt phẳng mặt lõm; chiều đi cọc từ 6m đến 2m, bề rộng các loại cọc cổ định 0,996m Phương pháp thi công bằng búa rung kết hợp xói nước Sau khi hạ cử xong, bên trên định cọc đổ dim ving bê tông cốt thép và đặt một diy hệ

thanh chống hoặc thanh neo.

Hình 1.9 Tường vay cọc bản bê tông cốt thép

~ Ưu điểm của cọc bản bê tông cốt thép: Độ cứng chống uồn lớ dịch chuyển nhỏ ở

đầu cọc; Không bị ăn mòn nhanh; Có thé được ding như một kết sẫu vĩnh viễn: Do chiều rộng cọc bản bêtông cốt thép đến gin Im nên giảm thi gian hạ cọc; Dũng thiết bị thông dụng dé hạ cọc (rung ép có đóng cọc khi kết hợp x6i nước); Sử dụng vật liệu. hin trầm bằng clorua nhựa vinyl nên cọc bản bê tông cốt thép có thể làm ming ngăn

~ Nhược điểm của cọc bản bê tông cốt thép ứng suất trước: Nẵng, vận chuyển cần thận hơn để tránh hr hỏng: chiều dài hạn ch, không có khả năng nổi dã Khả năng sử dụng

lại có thể rất thấp do bị hỏng lúc nhổ; Độ dày lớn nên chỉ phí đóng cọc bản bê tông cốt thép gắp 1,8 đến 2.2 lần so với cọc vin thép (kinh nghiệm Nhật Bản) và không thích hợp khi làm hồ móng trong xây chen do chuyển vị ngang đất nén lớn.

1.2.3.4 Tường vay hd đào bằng cọc khoan nha.

“Các cọc nhồi có đường kính từ 0,6m đến Im, dài 5m đến 30m, tạo thành hệ tung chắn

kín khít dé bảo vệ thành hồ đảo sâu của ting him Giảihap tưởng vây này bảo vệ các

sông ình lân cận ắt an toàn, nhưng tổn nhiễu không gian ngằm, gia thành cao Sử dựng thích hợp đối với các hồ đào có độ sâu từ 6m đến 13m, hiệu quả đối với khu vực có nhiều công trình xây chen.

15

‘(NI RERGURREN EEE Re

Hình 1.10 Tường vây hồ đào bằng cọc khoan nhỗi 1.2.3.5 Trường vây Diaphragm wall, cọc barrette (tường liên tực trong dt)

“Tiết diện tường có dạng hình chữ nhật, sau khi được tạo thành hào bằng gầu ngoạm thi lồng thép được hạ xuống để dé bê tông; kết cầu bê tông cốt thép nay được sử dụng để làm tường vây hồ đào và kết hợp làm tường tang him dé sử dụng sau này Loại tường vây này có giá thành cao, thích hợp với điều kiện địa hình thi công khó khăn, xung <quanh có nhiều công trình xây chen, sử dụng cho các hồ đảo có độ sấu từ 10m tr lên,

Hình 1.11 Tường vay bằng cọc barrette

1.3.3 6 Giống chim và giống chim hơi ép, trên mat đắt hoặc trong hé đào nông có nén

‘Bue chuẩn bị đặc biệt ta lâm tưởng vây của công trình để hở phía trên và phía dưới,

phía bên trong công trình (rong lòng của giếng) đặt các máy đào đắt, phía bên ngoài thi có cần trục để chuyển đất đảo được ra khỏi giếng Cũng có thé đảo đắt bằng phương pháp thủy lực Dưới tác dụng của lực trọng trường (trong lượng bản thân của giếng) công trình sẽ hạ sâu vao đất Để giảm lực ma sát ở mặt ngoai giếng có thé dùng phương pháp xói thủy lực, lâm lớp vita sét quanh mặt ngoài mặt gigng va đắt, son lên mặt ngoài lớp sơn chống ma sắt v.v.

Sau kh giếng đã hạ đến độ sâ thiết kếsẽ thi công bịt đấy và làm các kết cầu bên trong

từ dưới lên trên: Cột, sản, mồng, thiết bị, bunke v.v

Giết : Trên mặt đất làm một hộp kín với nắp là sản giếng và đáy dưới nằm.tự chìm hơi

sit phần đảo của chân giếng, trong đó có lắp ống lên xuống và thiết bị điều chỉnh áp suấtkhông khí: bên cạnh có trạm khí nén và máy bơm, Đắt dio được trong giếng sẽ đưa lên

mặt đất qua ống lên xuống và thiết bị điều chính áp suit không khi nồi trên Trong không gian công tác của giếng chìm hơi ép đuoạc bơm khí nén tới áp lực bằng áp lực thủy tinh và nhờ vậy mà công tác dio đắt đã khô ro, Cùng với hộp kí đi sâu vào đất ta thi công phần kết cấu nằm phía trên hộp kin nồi trên Phương pháp giếng chim hơi ép thường

"

ding trong đất mục nước ngằm cao, đồng chảy mạnh, ở những noi ngập nước,

tức là trong những

trường hợp việc thoát nước là khó khăn và không hợp lí về mặt kinhVii chỉ ở độ sâu 30-35m vi không thể công tác ở áp suất 0 - 3,5atm,

1.3 Kết luận

gian ngằm Việc khai thác, sử dụng không gian ngầm và xây dựng công trình ngằm là"Việc khai thác khônggian ngim sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng mặt đất, năng lực cơ sở hạ ting, giữ gin cảnh

nh xây đựng và phát tiễn đỏ thị trên thể giới đều quan tâm đến sử dụng không

nhủ cầu thực.tủa của các đô thị ở nước ta trong thời gian t

‘quan lịch sử văn hóa, tăng điện tích xanh, cải thiện sinh thái đồ thị

“Công trình ngằm trong đô thị có.nhiều loại, các công nghệ thi công nó cũng da dangvà phúc tạp Việc thiết kế thi công hỗ đào sâu của công trình ngắm dựa theo nhiềuphương thức, phương pháp tính toán khác nhau.

Trong Chương 1, tác giả đã trình bày một cách khái quát về hỗ đào sâu của công trình

ngằm trong đô thị Thông qua đó giúp chúng ta có một cải nhìn tổng quất công trìnhngằm: tình hình xây dựng và phát triển hồ đào sâu của công trình ngầm ở nước ta cũng.

như trên thể giới; nắm bắt được đặc điểm về hồ dio sâu và các vin đề thưởng gặp phải

khi thi công hồ đảo sâu dé từ đó chúng ta có những nghiên cứu, tính toán, đưa ra những,

giải pháp thi công hỗ dao sâu công trình ngắm đạt hiệu quả cao nhất cũng như hạn chế

thấp nhất những rủi ro có thể ây ra trong quả tình thi công

'CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHUYEN VỊ TƯỜNG CHAN HO ĐÀO MO

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHAP PHAN TỪ HỮU HAN

2.1 Phương pháp Phần tử hữu hạn

Phương pháp phần từ hữu bạn là phương pháp số để giải các bài oán được mô tả bởi

sắc phương trình vi phan riêng phần cùng với các điều kiện biển cụ thể.

Co sở của phương pháp này là lâm rời rye hóa các miễn liên tục phức tp của bã oán.

“Các miễn liên tue được chia thành nhiều min con (phần tử) Các miễn này được liên kết với nhau tại các điểm nút Trên miền con này, dạng biến phân tương đương với bài toán được giải sắp xi đưa trên các hm xắp xi trên từng phn tử, thoả mãn điều kiện rên biên cùng với sự cân bằng và liên tục giữa các phần tử,

‘V8 mặt toán học, phương pháp phần từ hữu hạn (PPPTHH) được sử dụng để giải gin

ding bài oán phương trình vi phân từng phần (PTVPTP) và phương trình ích phân ví

iy như phương trình truyền nbigt Lời giải gần đúng được đưa m dựa trên việc loại bộ

phương trình vỉ phân một cách hoàn toàn (những vin đề về trang thái ôn định), hoặc

chuyén PTVPTP sang một phương trình vi phân thường tương đương mà sau đó được ii bằng cách sử dụng phương pháp si phân hữu hạn, vận vẫn

PPPTHH không tìm dạng xắp xi của hàm trên toàn miễn xác định V của nó ma chỉ trong.

những miễn con Ve (phan tử) thuộc miễn xác định của hàm Trong PPPTHH miễn Vdue chia thành một số hữu hạn các miễn con, gi là phần tử Các miễn này liên kết với

nhau tại các điểm định trước trên biên của phần tử được gọi là nút Các him xắp xi này

được biểu diễn qua các giá trị của him (hoặc giá trị của đạo ham) tại các điểm nút trên

phần từ Các giá trị này được gọi là các bậc tự do của phẩn tử và được xem là ẩn số cần

tìm của bai toán.

“Trong việc giải phương trình vi phân thường, thách thức dau tiên lả tạo ra một phương. tình xấp xi với phương tinh cần được nghiên oy, nhưng đỗ là ổn định số học

(numerielly stable, nghĩa là những lỗi trong việc nhập dữ liệu và nh toán trừng gian

Không chỗng chất và làm cho kết quả xuất ra xuất ra trở nên vô nghĩa Có rất nhiều cch

dé làm việc này, tắt cả đều có những wu điểm và nhược điểm PPPTHH là sự lựa chon

19

tốt cho việc giải phương trinh vỉ phân từng phần trên những miễn phức tạp (giếng như những chiếc xe vi những đường ống dẫn diu) hoặc khi những yêu cầu về độ chính xác thay đổi trong toàn miễn Ví dụ, trong việc mô phỏng thời tết trên Trái Đắt, việc dự báo chính xác thời tit trên đất liền quan trọng hom la dự báo thời tiết cho vũng biển rộng điều này có thể thực hiện được bằng việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 2.11 Ứng dung

Phương pháp Phin từ hit hạn thường được dũng trong các bai toán Cơ học (cơ học kếtcu, cơ học môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất và biến dang của vật thé"Ngoài ra, phương pháp phin tử hữu hạn cũng được ding trong vật lý học để giả các

phương tình sóng, như trong vật lý plasma, cúc bài toán về truyn nhiệt, động lực học chất lỏng, trường điện từ.

2112 Lịch sử:

Phương pháp phần từ hãu hạn được bắt nguồn từ những yêu cầu giải các bai toán phức

tạp về lý thuyết din bồi, phân tích kết edu rong xây dựng và kỹ thuật bằng không Nóđược bắt đầu phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) va Richard Courant (1942).

Mặc dù hướng tếp cận của những người i iên phong là khác nhau nhưng họ đều có một quan điểm chung, đó là chia những miền liên tục thành những miền con rời rac,

Hrennikoff rời rac những miễn liên tục bằng cách sử dụng lưới tương tự, trong khi

Courant chia những miliên tục thành những miễn có hình tam giác cho cách giải thứ

hai của phương trinh vĩ phân từng phần elipie, xuất hiện từ các bài toin về xoắn của

phẫn tử thanh hình trụ Sự đóng góp của Courant là phát triển, thu hút một số ngườinhanh chóng dua ra kết quả cho PPVPTP llipic được phát triển bởi Rayleigh, Ritz, vàGalerkin Sự phát triển chính thức của PPPTHH được bắt đầu vào nửa sau những năm,

1950 trong việc phân tích kết cấu khung máy bay và công trình xây dựng, và đã thu dược nhiều kết guảở Berkeley (xem Early Finite Element Research at Berkeley) trong

những năm 1960 trong ngành xây đựng Phương pháp này được cung cẤp nén ting toánhọc chặt chẽ vào năm 1973 với việc xuất bản cụ Strang và ting kết trong An Analysis

of The Finite element Method và kế từ đó PPPTHHI được ting quất hóa thành một ngành

20

“của toán ứng dụng, một mô hình số học cho các hệ thống tự nhiên, được ứng dụng rộngãi trong kĩ thuật, ví dụ như điện từ học và động lực học chất lỏng.

Sự phát tiễn của PPPTHH trong cơ học kế cầu đặt cơ sở cho nguyên lý năng lượng, ví

4 như: nguyên lý công khả dĩ, PPPTHH cung cắp một cơ sở tổng quất mang tính trực

{quan theo quy luật tự nhiên, đó là một yêu cầu lớn đổi với những kỹ sư kết cấu.

2.1.3 So sánh PPPTHH với phương pháp sai phân hữu hạn (PPSPHH)PPSPHIL là một phương pháp khác

nhau gia PPPTHH và PPSPHH là

đái phương trình vi phân từng phần Sự khác

+ Điểm đặc trưng nhất của PPPTHH là nó có khá năng áp dụng cho những bài toán.

hình học và những bài toán nphúc ap với mỗi quan hệ rời ge Trong khi đó PPSPHH nh chữ nhật với mỗi quan hệ đơn giản, việc xân dụng kiến thúc hinh học trong PPPTHIH là đơn giản vẻ lý thuyế

Ề căn ban chỉ áp dụng được trong dạng

+ im đặc trưng của phương pháp sai phân hữu hạn là có thé dễ dàng thực hiệnđược

+ Trong một vai tưởng họp, PPSPHH có thé xem như là mt tip con của PPPTHHxắp xi Việc lựa chọn hàm cơ sở là him không đổi tờng phin hoặc là hàm delta Dirae.

“rong cả hai phương pháp xắp xi, vige xắp xi được tiễn hành tên toàn min, nhưng

miễn đồ không cần liên tục Như một sự lựa chọn, nó có thể xác định một hàm trên một

min rồi rae, với kết quả toán từ vi phân liên tục không sinh ra chiều dài hơn, tuynhiên việc xắp xi này không phải là PPPTHH.

© Có những lập luận để lưu ý đến cơ sở toán học của việc xắp xi phần tử hữu han

trở lên đúng đắn hơn, ví dụ, bởi vi trong PPSPHH dic điểm của việc xắp xỉ những điểmlưới còn hạn chế

+ Kết qua của việc xp xi bing PPPTHH thường chính xác hơn PPSPHH, nhưng

diều này còn phụ thuộc vào nhiều vấn để khác và một số trường hợp đã cho kết quả tri

ngược,

dung PPSPHH hoặc những phương pháp khác (như phương pháp khihin,

lượng hữu hạn).

ải toán của động lực học chất lòng thường yêu cầu phả rời rac hóa bai toán thành một số lượng lớn những “6 vuông” hoặc những điểm lưới (hàng triệu hoặc hon), vĩ vậy mà nó dai hỏi cách giải phải đơn gián hơn để xắp xi các “8 vuông” Điều này đặc biệt đúng cho các bài toán về đồng chảy ngoài, giống như dòng không khí bao quanh xe

hoi hoặc máy bay, hoặc việc mô phỏng thời tiở một vùng rộng lớn.

“Có rit nhiều bộ phần mềm vẻ phương pháp phần từ hữu hạn, một số miễn phí và một

cược bán phổ biến nhất là Plaxis, GeoStope,

2.2 Ap dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích chuyến vị tường chắn hỗ đào (Plaxis 2D)

Những đặc tính hữu hiệu của phần mềm Plaxis:

~ M6 phòng bãi toán theo quá trình thi công; + Tính toán theo thời gian (cổ

- Tinh toán động thắm;

- Tinh hệ số dn định bằng C ~ Phi Reduction Technique

“Các bước cơ bản của phương pháp phin tử hữu han:

- Chia lưới phần từ hữu hạn.

- Chuyển vị tại các nút là các ân số

~ Chuyên vị bên trong phan tử được nội suy từ các giá trị chuyển vị nút

= Mô hình vật liệu (quan hệ ứng suất ~ biển dang).

~ Điều kiện biên về chuyền vị - lực.

- Giải hệ phương trình tổng thể căn bằng lực cho kết quả chuyển vi nút = Tính các đại lượng khác (ứng suẾt biến dang,

2.2.1 Mô hình

Plaxis có thé sử dụng để thực hiện biến dạng phẳng, đổi xứng trục và đơn giản hóa sự phân tích 3 chiều (đối xứng trục 3 chiều)

Một mô hình biến dạng phẳng được sử dụng cho những cấu trúc với một (nhiều hoặc ít hơn) mặt cắt ngang đồng dạng và trạng thi ứng suất tương ứng và sự phối hợp tải trọng tương ứng đồng dạng qua một đường thẳng góc chiều dai nhất định tới mặt cắt ngang.

ï mặt cắt ngang được giá thiết là bằng 0

Hình 2.1 Cửa số thiết lập thông số cơ bản của mô hình

Một mô hình đổi xứng trục được sử dụng cho những cấu trúc vòng trên với một (nhiềuhoặc it hon) mặt cắt ngang đường kính đồng dạng và tải xuyên tâm lên sơ đồ xune quanh)

ng nhất rong bắt kỳ

trục tâm, nơi mà trang thái biển dang và trọng âm được giả thi

phương hướng xuyên tâm nào Chú ý rằng đồ cho những vin đ đối xứng trục tọa độ X đại diện bán kính và tọa độ Y tương ứng với đường trục đối xứng Những tọa độ X âm.

không cin được sử dụng Sự chọn lựa của bin dạng phẳng hoặc đối xứng trục dẫn đếnmột mô hình phh tử hữu hạn hai kích thước với chỉ ai tịnh tiến tự do của nút (phươngxv),

Một mô hình đối xứng trục 3D được sử dụng cho những cấu trúc mà về mặt hình học là

đối xứng trục và chịu tai trọng với tải không đối xứng trục, như tả cọc và mồng tn Sự chọn lựa của đối xúng true 3D dẫn tới một mô hình phần tử hữu hạn ba kích thước

b

với ba tịnh tiến tự do của nút (phương X, Y và Z) Đồi xứng trục 3D la sẵn có như mộtmô dun riêng biệt và có thé được đọc heo yêu cầu đặc biệt

2.2.2 Những phần tử:

‘Cho một sự phân tích 2 chiều (biển dạng phẳng hoặc đối xứng trục) người dùng có thé lựa chọn hoặc 6 nút hoặc những phần từ tam giác 15 nút (xem hình 22) Hình tam giác

6 nút là phần tử mặc định cho một sự phân tích 2 chiều Nó cung cắp một phép nội suy.

thứ tự thứ hai cho những sự địch chuyển Ma trận độ cứng phần từ được ức lượng bởi

phép ấy tích phan số sử dụng tổng của ba điểm Gauss (những điểm ứng suất) Cho hinh

tam giác 15 nút loại của phép nội suy là bốn và sự lấy tích phân là gồm mười hai điểm ứng su

‘Cho một sự phân tích 3 chiều (a ) duy nhất một loại phẫn tử là sẵnxứng trục 3 chỉ

số, phần từ nêm 15 nút (xem hình 22) Phần tử này đưa cho một phép nội suy thứ tơ

thứ hai cho những sự dịch chuyển và sự lấy tích phân là gồm sáu điểm ứng suit

Hình tam giác 15 nút là một phần tử 2 chiều rất chính xác mà đã được chỉ ra để đem li những kết quả ứng suất chính xác cao cho những vin đề khó, chẳng hạn trong những tinh toán sự gây vụn cho những loi đắt không ép được Tuy nhiên, sử dụng những hình tam giác 15 nút din tới sử dụng tương đối nhiễu bộ nhớ và sự thực hiện tính toán và thao tác châm Trong những phiên bản Plaxis trước đây hình tam giác 15 nút là kiểu phần từ mặc định bởi vi số lượng phần từ cực đại khả có hạn Trong phiên bản này, tuy

nhiên, số lượng phần tử trong một mắt lưới phần từ hữu hạn có thể cao hơn những phiên

in được cho phép rước đây Dé tránh thời gian tính toán và sự thực hiện chậm, phần tử mặc định bây giờ à ình tam giác 6 nút Kiểu phẫ tử này thực hiện tt cho đa số các

kiểu tính toán.

“Tuy nhiên, sự chính xác của những kết quả trong đa số các trường hợp sẽ thấp hơn trong trường hợp tương tự khi sử dụng cùng số lượng của hình tam giác 15 nút

Su chính xác của hình nêm 15 nút cho sự phân tích 3 chiều là cố thể so sánh được vớihình tam giác 6 nút trong một sự phân tích 2 chiều Những kiểu phần tir cao hơn thì

không được xem xét trong sự phân tích 3 chiều bãi vì điều tới sử dụng nhiều

"bộ nhớ và thời gian tính toán không thể chấp nhận được.

Hình 2.2 Vị trí của nút và điểm ứng suất trong phần từ đất

2.2.3, Thiết lập dữ liệu đắt nền

2.2.3.1 Mô hình vật liệu

Plsxis hỗ trợ nhiề loại mô hình trong quan hệ của đất Mô hình và các thông số được

mô tả chỉ tiết trong số tay mô hình vật liệu và được đề cập dưới đây:4) Mô hình đường đàn déo:

Mô hình này đại diện là định luật Hooke's cho đường đẳng hướng đản déo Mô hình

‘bao gồm hai thông số Médun đàn hồi E và hệ số Poisson's v.

b) Mô hình Mohr-Coulom:

Mô hình Mohr-Coulomb (đàn hồi dẻo) chi tinh cho giai đoạn đàn hi déo, là mô hình agin đúng về mỗi quan hệ của đắt phù hợp với các loại đắt quả cổ kết được ứng dụng

rộng rai trong mọi trường hop.

“Công dụng của mô hình này là ding dé tính toán cho đất ở miền dan hỏi hay mid

Nếu đắt nằm trong miỄn dn hồi đồng lý thuyết đàn hủ Nếu đất rong miễn déo, ding

lý thuyết deo.

Mô hình được tính toán không liên quan đến dong chảy (ọ # ) và không đưa vào hệ sốthắm để tính toán.

Mô hình Mohr-Coulomb (đàn hồi`9) không áp dung để tinh toán cho các trường hợp:- Đất nén hóa cúng (vẻ khối lượng thể tích, lực edit);

~ Ứng xử thay đổi của đ trường hợp tải nén nguyên thủy và tải đàn ồi (đỡ tải nén lạ),

~ Yếu tố ảnh hưởng về mặt thời gian chất tải.

Khi tính toán theo mô hình Mohr-Coulomb cằm có 5 thông số cơ bản:

~ Médun din hỗi Err = Bo hoặc Eng = Eso được xác định từ thí nghiệm nén 3 trục.thoát nước; hoặc từ thí nghiệm xuyên tĩnh SPT

= Hệ số poison v: được xác định tử thí nghiệm nén đơn

~ Lực đính e`: thông qua biểu dé vòng tròn Morh,

- Góc ma sắt tong q: xác định hông qua biểu đỗ vòng tron Morb

Góc giãn nở vỶ: xá dinh từ thí nghiệm cắt trụ tiếp hoặc theo công thức

iu điểm của mô hình

~ Mô bình sử đụng đơn giản;

- Phù hợp với những ứng dụng thực iễn giản đơn;

Các thông số đầu vào ít số lượng phép tính có giới hạn;

~ Cho kết quả phủ hợp vớ trạng thái phá hoại thoát nước (drained).

*Khuyét điểm của mô hình:

- Ứng xử din hồi ~ đèo cho đến khi ph hoại:

- Không phụ thuộc ứng suất đất nền — độ cứng độc lập;

- Không phân biệt giữa tải nguyên thủy, với tải trọng gia tải, nén lại:

6

~ Ủng xử không thoát nước (andnined) không ph hp với thực

) Mo hình Hardening-Soi

Đây là mô hình đường đàn dẻo loại hyperbolic Công thức tinh ma sát trong đường đàn. cứng Mô hình được sử dụng cho nhiề loại vật iệu như cất, si và lớp cổ kết bên trên

lớp sét

(Mo hình Hardening-Soi i mô hình ning cao để mô phỏng ứng xử của nhiều loại đất

nền khác nhau, cả đất mém và đất cứng Đặc tính biển dang của đất được diễn tả thôn

‘qua ba thông số độ cứng khác nhau: Môdun din hồi (độ cứng) cát tuyển ES0ref, Modan biển dang tgp tuyển Eoedref, Môdun din hồi trong điều kiện đỡ tải và gia tả lai Euref, diễn ả sự phụ thuộc của ứng suất vào Môdun biển dạng,

MO hình Hardening-Soil được dùng dé tinh toán cho các trường hợp

+ Ứng suắt phụ thuộc vào độ cứng đất nén theo him mũ.

+ Bin dang déo phụ thuộc vào tính nén ban đầu và gia tả lch ban đầu +Môdun biển dang thay đổi khi dỡ tải hoặc gia ti lại

+ Ứng nie phá hoại theo mổ bình Mohr-Coulomb.

* Các thông số sử dụng trong mô hình Hardening-SoÌ!:

Eg" - Médun dn hồi tong điều kiện đỡ tải và gia ti lại (kN/m2) (mặc định Ea

=3 x Eso),

năng lượng ti mức ứng suit phụ thuộc vio độ cứng (hệ số ly thừa)

vụ = hệ số Poisson trong điều kiện dỡ tải và gia tải lại

p' = ứng suất tham chiếu theo độ cứng.

K.Š€ - hệ số áp lực ngang trong điều kiện cổ kết thường

Ry - hệ số ph hoai,R

” " da

4) Mô hình Soft Soil:

Là loại mô hình dit sét ( Cam-Clay ) được dùng nhiễu trong loại đắt mềm như loại cố

kết đắt sét và than bùn Mô hình được thực hiện tốt ở trạng thái nén nguyên thủy.

©) Mô hình từ biển của đất mềm

Mô hình dùng để mô phóng quan hệ phụ thuộc giữa thời gian va đất2.2.3.2 Loại quan hệ vật liệu

‘Tit cả các hệ sé trong Plaxis đại điện cho sự ảnh hưởng của đắt như sự liên hệ giữa ứng

suất và biển dang của đất, Điều quan trọng của dat là sự có mặt của nước lỗ rỗng Áp lực.

nước lỗ rồng tác động lớn đến đắt

Để có thé hợp nhất áp lực nước lỗ rỗng ở trong đất, Plaxis đưa mỗi mô hình có ba quan.

a) Quan hệ thoát nước (Drained behaviour):

(Quan bệ này được sử đụng ngoại từ tạo ra áp lực nước lỗ ring Điễu này th hiện rõ

cho trường hợp dit khô và hoàn toàn thoát nước do khả năng thắm cao như cất va tốc độ gia tải thấp Điều này cũng có thé dùng mô phỏng quan hệ dải hạn của đất mà không sẵn đến mô hình chính xác về lich sử cổ kết và tải trọng không thoát nước

+) Quan hệ không thoát nước (Undrained behaviour):

28

Quan hệ này được dùng để phát triển toàn bộ áp lực nức lỗ rồng Nước lỗ rồng đôi khi

bị et do quá tình thoát nước thấp (như đt sắt) và tốc độ gia ti ao

Tit ci những lớp không thoát nước có quan hệ thực sự với nhau, ngay cả một lớp hoặc mgt phn của lớp nằm ở vị tri bê rên đường mặt nước.

Ngoài độ cứng và cường độ của dit, Plaxis tự động thêm vào kích thước độ cứng cho

nước và phân biệt ảnh hưởng giữa ứng suất và biến dang và áp lực nước 16 rỗng

Plaxis không sử dụng môdun thực tẾ cao của nước bởi vì điều này dẫn đến tinh trang

xấu của ma trận độ cứng và vẫn để toán học Thực t tổng độ cứng chng lại lực nền của cả đất và nước đựa theo công thức trên hệ số Poisson là 0,495 Kết quả này lim thấp i môdun độ lớn của nước.

Trong đồ áp lực nước lỗ ring từ một lực nén nhỏ trong một vải phần trim của

tải trọng sẽ ảnh hướng đến ứng suất khi đó hệ số Poisson ảnh hưởng nhỏ nhất Đồi với vat liệu không thoát nước lấy nhỏ hơn 0.35, Sử dụng gif tri hệ số Poisson cao cổ nghĩa là nước sẽ không thích hợp với độ cứng của đắt.

©) Quan hệ không có nước lỗ rồng (Non-porous behaviour)

Sit dụng mô hình này khi áp lực nước lỗ rỗng không vượt quả ấp lực trong lớp đó Ứng

iu bê tông và đá Quan hệ không thoát nước lỗdụng này có thể thấy trong mô hình kết

rng thường dùng két hợp với mô hình dn hồi tuyén tinh Khối lượng ớt không thích

hợp với loại vật liệu không có 18 rỗng

“Trong phân ích và tỉnh toán mực nước ngằm trong những lớp không có lỗ rỗng có thểsử dụng để tránh áp lực nước lỗ rằng trong khu vực Diễu kiện biên của những lớp không

có lỗ rỗng là hoản toàn không thắm được.

Loại vat liệu không có 16 rổng cũng có thể áp dụng cho lớp phân cách ĐỂ có thể hoàn

toàn thành khối tường cọc bản hoặc những kết cấu ở phần trước, xung quanh mặt phan

giới só thể phân ích thành loại vật liệu không có lỗ ng.

2.2.3.3 Dung trọng khô và dung trọng tưới (Yay Về Yee}

Dung trọng khô và dung trọng ớt là khối lượng đơn vị của đất kể cả loại vật liệu có lỗ tổng, Dung trọng khô yay áp dung trên mục nước ngằm Dung trọng tớ được áp dụng cho tat cả vật liệu nằm dưới mực nước ngầm Khối lượng riêng nhập vào là khối lượng

trên đơn vị thé tích Những vật liệu không có 15 rồng chỉ cổ dung trọng khô Với đất có

18 rồng dung trong kh nhỏ hon dung trọng ướt Ví dụ cát có dung trong kh 16 kN/mẺ

và dung trọng ướt 20 kN/mẺ.

“Chú ý rằng loại đất sét không có dung trong khô Ở trên mực nước ngi đất có thể hoàn

toàn ướt do hiện tượng mao dẫn.

6 những vùng phí trên mực nước ngằm có thể có dung trọng tớt cục bộ Trong trường hợp này không nên nhập giả trị thực của dung trọng khô mà thay thể giá trị lớn hơn Tuy nhiên gid t áp lực nước lỗ ring bên trên mực nước ngim luôn bằng không Trong

"trường hợp này không có ứng suất

Khôi lượng được tính bằng tổng hộ số khối lượng trong ứng suất ban đầu hoặc bằng

trọng lượng tải trọng trong chương trình tính.

3.4 Hệ số thẩm (ky and ky)

Hệ số thắm là kích thước của vận tốc (chiều dài đơn vị trên một đơn vị thờ gian) Hệ số thắm nhập vio đôi hỏi phân tích mức độ cổ kết và tính (oán mực nước ngằm Trong trường hợp này hệ số thắm đặc biệt cằn thiết cho tắt cả các lớp gồm hau hết các lớp thấm mà được xem xét ở phần trước Plaxis phân biệt giữa hệ số thoát nước theo phương

ngang kx, and và theo phương đứng ky, khi một số loại đất (ví dụ như than bùn ) có sựkhác nhau đáng kểta hệ số thấm nước theo phương đứng và phương ngang.

“rong đắt hiện trường thi khác nhau về hệ số thắm giữa nhiều lớp dắt là rất lớn Tuy

nhiên cin quan tâm khi lấy giá trị hệ số thắm quá cao hoặc quá thấp xảy ra đồng thời trong phần tr hữu hạn dẫn đến thiểu ma trận kèm theo Dé có thể thu được kết qu chính xác giá tr hệ số thoát nước lớn nhất và nhỏ nhất không vượt quá 105.

30

không nứt) kh sử dung nên nhập vào hệ số thắm ít liên quan đến hệ số thắm thực của đất xung quanh Thông thường hệ số 100 đủ cho kết quả thỏa mãn.

Hình 2.3 Cita sé thiết lập thông số dat nền và lớp phân giới (Thông số đất nén) 2.2.3.5 Madun din hổi (E)

Plaxis dùng médun đàn hồi như là môdun độ cứng trong mô hình đàn hồi và mô hình Mobr-Coulomb, nhưng một số Médun độ cứng thay đội cho tốt hơn ,Một Modm độ ứng có khích thước ứng suất Giá trị bệ số độ cứng cho phép trong tính toán đặc biệt chú ý trong nhiễu mô hình thể hiện trong quan hệ uyn tính khi bi đầu có tả ải trọng

Trong cơ học đất, độ dốc ban đầu thường được xem li Eo và cát tuyển ở 50% cường độ

được xem là Esp (xem hình 2.4) Một số loại dat có hệ số cao hơn đất sét và một sé loại đá với vùng biển dạng din hai lớn thường dùng hệ số Eo trong khi cát và gần những lớp sét cổ ké thông thường một trong 10 lớp dùng Es.

31