Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng xuất, biến dạng nền cọc xi măng - đất công trình cống Hói Đại tỉnh Quảng Bình

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu ung suất, biến dạng nên Coc Xi mang - đất Công trình Công Hoi Đại tỉnh Quảng Binh” được hoàn thành với sự nỗ lực

của bản thân tác giả, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, bạn bè đồng nghiệp,

phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, khoa công trình, bộ môn Sức bền - kết cấu, bộ môn Dia Kỹ thuật - Trường Dai hoc Thuy lợi.

Lời đầu tiên, tác giả đặc biệt xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo: PGS.TS Trịnh Minh Thụ và thầy giáo TS Đào Văn Hưng đã nhiệt tình hướng

dẫn tác giả hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi đề tác giả hoàn thành luận văn.

Đề tài mà tác giả nghiên cứu là một vấn đề khó, do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn này không thé tránh khỏi những tôn tai, hạn chế, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cũng như sự đóng góp và trao đổi chân thành của bạn bè, đồng nghiệp Tác giả rất mong những vấn đề còn tồn tại sẽ được phát triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn, góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ

sản xuất.

Hà nội, ngày tháng năm 2012 Tác giả

Phạm Xuân Tiến

BẢN CAM DOAN

Tên tôi là Phạm Xuân Tiến Tôi xin cam đoan day là công trình nghiên cứucủa riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và

chưa được ai công b6 rong bất kỹ công tình khoa học nào.

“Tác giả

Phạm Xuân Tiến

MỤC LỤC

MỞ ĐÀU ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHUONG 1 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

‘TONG QUAN VE HE THONG CONG DƯỚI ĐÊERROR! BOOKMARK NOT DEFINED ‘TINH QUANG BÌNH ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

1.1 Tổng quan về tinh hình xây dựng Dé và Cổng dưới Để tinh Quảng BinhError! Bookm

1.2 Tổng hợp các loi hư hỏng cổng dưới để tỉnh Quảng Bình và đánh giá

nguyên nhân Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Tổng hop cúc hur hing xây ra ở các cổng dưới déError! Bookmark not defined.

1.2.2, Nguyên nhân của những sự cố đã xảy ra Error! Bookmark not defined 1.3 Tổng quan về các giả pháp xử lý nền đắt yếu cho kết cầu cổng dưới đê tình

Quảng Bình Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Giải pháp xử lý nền bằng cọc tre và cọc tràmError! Bookmark not defined.

1.3.2 Gia cường dit yéu bằng cọc tiết diện nhỏError! Bookmark not defined.

1.33 Gia tải trước Error! Bookmark not defined.

1.3.4 Giải pháp công nghệ cọc ximang-dit dé xử lý nền đất yêu của Công dưới Đề Error! Bookmark not defined.

1.3.4.1 Giới thiệu công nghệ Coc ximing-ditError! Bookmark not defined.

1.3.4.2 Các công trình thực tế đã áp dụng Error! Bookmark not defined.

1.4 Kết luận Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 2 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

CO SỞ KHOA HOC CUA BÀI TOÁN UNG SUAT, BIEN DANG NEN COC

XIMANG-DAT ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.1, Các mô hình dùng để phân tích ứng suất, bién dạngError! Bookmark not defined, 2.1.1 Mô hình biển dạng tuyển tính Error! Bookmark not defined.

2.1.2 Mô hình lý thuyết cân bằng giới han Error! Bookmark not defined.

2.13 Mô hình din hồi

2.1.4 Mô hình đàn hồi phi tuyết

ing giới han Error! Bookmark not defined.Error! Bookmark not defined.2.1.5, Mô hình đân - déo Error! Bookmark not defined.

2.1.6, Một số mô hình khác Error! Bookmark not defined.

2.2 Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính toánError! Bookmark not defined.

2.2.1, Phương pháp sai phân hữu hạn Error! Bookmark not defined.

2.2.2, Phương pháp phần từ hữu hạn (PTHH) „ Error! Bookmark not defined.

2.2.21, Nội dung cơ bản của Phương pháp PTHHError! Bookmark not defined.2.2.22, Phương trình cơ bản của phương pháp PTHHError! Bookmark not defined.

2.2.3 Phương pháp biến phân cục bộ (BPCB) Error! Bookmark not defined.

23 Kết luận Error! Bookmark not defined.

'CHƯƠNG 3 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED, CONG NGHỆ VA CAC PHƯƠNG PHAP TINH TOÁN THIET KE COC XI

MANG DAT ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

3.1 Công nghệ và các phương pháp tính toán thiết kể cọc Ximăng-đÍtrrort Bookmark n

3.1.1, Công nghệ về cọc xi mang dat Error! Bookmark not defined.

3.1.2, Các phương pháp tính toán thiết kế cọc ximing-ditError! Bookmark not defined.

3.1.2.1 Phương pháp thí nghiệm Error! Bookmark not defined.3.1.2.2 Các phương pháp tinh toán cọc XMĐError! Bookmark not defined.

3.1.3 Các phương pháptrí cọc xi măng đất dé xử lý nền đất yêuError! Bookmark no

3.1.3.1 Dạng cách đều Error! Bookmark not defined.

3.1.32, Dạng khung Error! Bookmark not defined.

3.2 Lựa chọn phần mém tinh toán Error! Bookmark not defined 3.2.1, Giới thiệu phần mềm Plaxs Error! Bookmark not defined 3.2.2, Cơ sỡ lý thuyết phần mềm Phusis Error! Bookmark not defined.

3.2.2.1, Lý thuyết về biển dạng Error! Bookmark not defined.

3.2.22, Phương pháp PTHH trong phần mềm PlaxisError! Bookmark not defined.

3.2.2.3 Tich phân hàm dn của các mô hình đản déo khác nhauError† Bookmark not dé3.2.24, Phương pháp tính lặp toàn bộ Error! Bookmark not defined.

3.2.3, Các bước mô hình hoá trong phần mém PlaxisError! Bookmark not defined 3.3 Kết luận Error! Bookmark not defined.CHUONG 4 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

TINH TOÁN XỬ LÝ NEN DAT YÊU BẰNG CÔNG NGHỆ COC

XIMANG-DAT CHO CONG HOI ĐẠI TINH QUANG BINHERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

4.1, Giới thiệu vif xây dựng công ình Error! Bookmark not defined.

4.2, Tính toán ứng suất, chuyển vị đây cổng trường hợp không xử lý nằnError! Bookmark

4.2.1, Số liệu địa chất nên công Error! Bookmark not defined.4.2.2 Trường hợp vi sơ đồ tinh toán Error! Bookmark not defined.

4.2.3 Cơ sở tính toán Error! Bookmark not defined.

4.2.4, Tính toán ing suất biển dang nén cổng trường hợp không xirlyError! Bookmark .4.2.5.Phân tích lựa chọn phương án xử lý Error† Bookmark not defined.

.4.3 Tính toán xử lý theo phương án chọn Error! Bookmark not defined.

43.1, Chỉcơ lý của cọc XMB dự kiến và nền cọc tương đương Errom4.32 Thông số thân cổng dùng cho tính toán Ercor! Bookmark noi defined.

444 Phương pháp tính toán và các bước tính toán xử lý nn đất yéuError! Bookmark no .4.4.1.Phương pháp tính toán Error! Bookmark not defined.

4.42 Các bước tính toán Error! Bookmark not defined.

4.5 Tính toán và so sáih lựa chọn phương án tối truError! Bookmark not defined.

it 7mError! Bookmark not defined.4.5.1, Phương an độ sâu khoan phut cọc xi

mãng-4.5.2 Phương án độ sâu thi công cọc 8.5m Error! Bookmark not defined.4.5.3 Phương án độ sâu thi công cọc 10m Error! Bookmark not defined.4.54, Nhận xét Error! Bookmark not defined.

4.6, Phân tích và đánh giá kết quả phương án chọnError! Bookmark not defined.

4.6.1 Mo hình nén cọc tương đương Error! Bookmark not defined.4.62, Mo hình nền cọc XMP tiếng t Betor! Bookmark not defined.463, Nhận xé Error! Bookmark not defined.

KETL VA KIỀN NGHỊ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED TÀI LIEU THAM KHẢO ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

PHU LUC TÍNH TOÁN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tình 1.1 Bin đỗ phân ving Dé và Cổng đưới đ tại Quảng BìnhErrort Bookmark

not defined.

Tình L2 Cổng Cia Hae tại Km3+752.3 Dé Hữu Gianh tại xã Quảng Lộc Error! Bookmark not defined,

Hình 1.3 Cổng Trúc Ly tại Km3+450 Dé Hữu Nhật Lệ huyện Quảng Ninh Error!Bookmark not defined.

Tình 1.4 Cổng Lung Tréo xã Cam Thuy, huyện Lệ ThuyError! Bookmark not

Hình L8 Hiện tạng cổng trước khi sa chữa Error! Bookmark not defined.

Tình 19 Mục nước thượng lưu cổng sau khi sửa chtaBirror! Bookmark not

Hình 1.10 Thi công KPALC cổng DI0 Error! Bookmark not defined.

Hình 2.1 Quan hệ ứng suất - biển dang trong mô hình biển dạng tuyển tinh Error!

Bookmark not defined.

Hình 22 Quan hệ ứng suất biến dạng trong mô bình lý thuyết cân bằng giới hạn

Error! Bookmark not defined.

Hình 2.3 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mô hình đàn hồi - cân binghạnError! Bookmark not defined.

"Hình 2.4 Quan hệ ứng suất - biển dạng trong mô hình đản hồi phi tuyền Error!

Bookmark not defined.

Hình 2.5 Quan hộ ứng suất - biến dang trong mô hình din déo lý tưởng Error!

Bookmark not defined.

“Hình 2.6 Quan hệ ứng suất - biển dang trong mô hình din déo tăng bén Error! Bookmark not defined.

Hinh 2.7 Sơ đỗ tính toán theo Phương pháp PTHH Error! Bookmark not defined.

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ Jet-grouting Error! Bookmark not defined.

Tình 3.2 Công nghệ đơn pha Error! Bookmark not defined.

Hình 3.3 Công nghệ hai pha Error! Bookmark not defined.“Hình 3.4 Công nghệ ba pha Error! Bookmark not defined.Hình 3.5 Mô tả quá trình thi công tạo tường xi mingError! Bookmark not

Tình 3.6 Phạm vi ứng dụng hiệu quả của các loại công nghệ khoan phục Error!

Bookmark not defined.

Hình 3.7 Các hình thức bố trí cọc XMĐ với mục đích gia có nénError! Bookmark.

not defined.

Hình 3.8 Bồ trí gia cổ kiểu khung Error! Bookmark not defined.

Hinh 4.1 Công Hồi Đại Error! Bookmark not defined Hình 42 Ban vẽ cắt ngang Cổng Hi Đi Error! Bookmark not defined Hình 4.3 Cat đọc công Hỏi Dei Error! Bookmark not defined.

Hình 4.4 Sơ đồ tính toán trường hợp không xử lý Error! Bookmark not defined.Hình 4.5 Chuyển vị tổng thể trường hợp không xử lýError! Bookmark —_ not

“Hình 4.6 Chuyển vi theo phương y Error! Bookmark not defined.

Tình 47 Biểu đỗ chuyên vị phương thing đúng nền cổng theo thời gian Error!

Bookmark not defined.

Hình 4.8 Sơ đồ tính toán với độ sâu khoan phụt 7m.Error! Bookmark not defined.Hình 4.9 So đỗ chuyển vị phương y theo thời gian Error! Bookmark not defined.

inh 4.10 Sơ đồ tính toán với độ sâu khoan phut 8.5mBrror! Bookmark not defined.

Hình 4.11 Sơ đồ chuyển vị phương y theo thời gian Error! Bookmark not defined.

Hình 4.12 So đồ tinh toán với độ sâu khoan phụt l0mError! Bookmark notdefined.

Hình 4.13 Sơ đồ chuyén vi phương y theo thời gian Error! Bookmark not defined.

Hình 4.14 Biểu đồ quan hệ ứng suất hiệu quả o°yy các điểm theo thời gian Error!Bookmark not defined,

Hình 4.15 Mô hình cọc XMD và nên làm việc riêng rẻError! Bookmark — not

Hình 4.16 Biểu đồ quan hệ chuyển vị các điểm đặc biệt theo thời gian Error!Bookmark not defined.

“Hình 4.17 Biểu dé quan hệ ứng suất các điểm đặc biệt theo thời gian Error!Bookmark not defined.

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bang 4.1 Chi tiêu cơ lý của các lớp địa chit Error! Bookmark not defined.

Bang 4.2 Kết quả chuyển vi phương y nền cổng theo thời gianError! Bookmark not defined.

Bang 4.3 Thông số tính toán của BTCT cồng Error! Bookmark not defined.

Bang 4.4 Kết quả chuyển vị theo phương y Error! Bookmark not defined Bảng 4.5 Kết quả chuyển vị theo phương y Error! Bookmark not defined, Bang 4.6 Kết qui chuyển vi theo phương y Errorl Bookmark not defined.

Bang 4.7 Tổng hợp kết quả ứng suất hiệu quả theo thi gianError! Bookmark not

MỞ DAU

1 Tinh cắp thiết của đề tài

Cổng dưới để là một loại công trình trên để, sự ổn định và an toàn của cổng gắn liền với swan toàn của dé Trong lich sử đã xảy ra nhiều sự cổ cổng dưới để dẫn đến vỡ đê, đe dọa an toàn về tính mạng và tài sin của nhân dân

Trong các hư hỏng như lún, nút, chuyên vị mắt én định của tường cổng, thân cổng, thắm qua nén cổng đều có liên quan đến địa chất nên đề, Do edu tạo địa chất nền đề khá phúc tạp nên nhiều cổng dưới đề vin đã xây dựng đã lâu nay bị xuống

cấp hư hong, Các giải pháp trước đây hay được các kỹ sư thiết kế áp dụng bao gồm:

thay thé đắc, đắp theo thời gian chờ cổ kết, dip phần áp, cổ kết nén bằng bắc thắm,

cọc cát, cọc đá, hút chân không Tuy nhiên, các giải pháp trên tổn tại những nhược.

điểm sau: không tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, quá trình thi công phụ thuộc ất nhiều vào thời tết thôi gian iy dựng kéo dai, giá thành xây dựng cao, không

dam bảo yêu cầu đặt ra cả về ôn định và tiền độ.

Ngày nay, công nghệ trộn sâm (Deep Mixing) đã được ứng dụng ở nhiều nước

trên Thể giới trong việc xử lý nén đất yếu Công nghệ trộn sâu tạo ra cật xỉ

mãng-đất dip ứng được yêu cầu v8 ôn định với chiều sâu xử lý nén lớn và hiệu quả, rất ngắn thôi gian thì công, không sinh ra chất thải, mặt bằng thi công hep và quá tinh thi công không phụ thuộc vào thời tiếc Với những tính năng ưu vit rên, việc áp cdụng công nghệ trộn sâu vào điều kiện Việt Nam bước dầu đạt được những kết quả

tắt kha quan cho việc xử lý nén các công trình dân dung, giao thông, thủy lợi Tuy

n đề biển, đêcông nghệ này chưa được áp dụng rộng rãi trong vixử lý

sông và đặc biệt là vũng dit & Quảng Bình Giải pháp công nghệ cọc xi ming - đắt

vào xây dựng đê biển, đê sông sẽ tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, tăng cường.

sur dn định cho công trình, dip mg được yêu cầu đặ ra

2 Mục đích của để tài

Nghiên cấu phương pháp tỉnh toán ứng suất, biển dạng phẳng của đắt nền

dưới đấy cống gia cố bằng cọc xi măng-đắt thi công bằng công nghệ le-grouũng

3 Đối trợng và phạm vi nghiên cứu

3 Đồi tượng nghiên cứu

Nghiên cứu ứng suất, biển dang nỀn cọc xi măng-đất công trình Cổng Hói Đại

tỉnh Quảng Bình.

3.2 Phạm vỉ nghiên cứu.

- Nghiên cứu ứng suất, biển dạng giới hạn nén cọc xi măng-đất Cổng Hoi Đại; 4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

41 Cách tập cận

4 Tidp cận trên cơ sở đănh giá nh cầu

Hiện nay nhu cầu xây dựng mới và nâng cấp các tuyển để ở nước ta nổi

chung và Quảng Binh nói ng là rất lớn, Các công nghệ xử lý nén hiện có chỉ đáp

‘ing được một phần Vì thé việc nghiên cứu giải pháp mới: cọc xi mỹLat để xử lý

nên dat yéu cho đê và kết cầu Công dưới dé lả rat can thiết

b Tiếp cận trên cơ sở đâm bảo các tiêu chuẩn hiện hành

= Các tiêu chuẩn về thiết kế để, pháp lệnh để điều, tiêu chuẫn xây dựng Việt

~ Các tiêu chuẩn vé ứng suất, biển dang, vật liệu xây dựng.

cận với thực tiễn c te tình:

Mỗi nn dé sẽ có các diễn kiện dia chất khác nhau, vì thể sẽ có giải pháp xử lý khác Cin cứ vào điều kiện cụ thể ta vị tí công tình mà có biện pháp xử lý nền

thích hợp,

4 Tiếp cận trên cơ sở Hop tác Quốc lễ:

“Công nghệ thông tin ngày càng phát triển cho phép tiẾp cận nhanh với cáctiến bộ kỹ thuật của thể giới

4.2, Phương pháp nghiên cứu:

a Phương pháp thu thập thông tin

- Điều tra thống kế và tổng hợp tài iệu nghiên cứu trong và ngoài nước có

liên quan đến để tài;

= Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ

b Phương pháp lấy ý Kiến chuyên gia

Song song với việc thu thập và tổng hợp thông tin, lấy ý kiến các chuyên gia

để bổ sung cho quá tinh nghiên cứu,

e Phương pháp nghiên cửa trên mô hình tính toán:

- Thịlập quan hệ làm việc giữa nÈn-cọc-công trình với tải trọng tác dụngtheo thời gian có liên quan tới sự ổn định công trình, phục vụ tới công tác tư vấn.thiết kế và quản lý vận hành:

~ Ví dụ điễn hình xử lý nền cống Hói Đại tinh Quảng Binh

CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE HE THONG CONG DƯỚI DE TINH QUANG BÌNH

1.1, Tổng quan về tình hình xây dựng Dé và Cống dưới Dé tỉnh Quang Bình

Hinh 1.1 Bản dé phân ving Đề và Cổng dưới dé ạỉ Quảng Bình

Hiện nay, trên toàn tỉnh Quảng Bình có rất nhiều loại Công dưới đẻ, các Cổng

thường tập trung ở các Dé chủ yếu như DE Tả Gianh, Dé Hữu Gianh, Dê

xã Quảng Hải, Để Van Phú - xã Quảng Văn, Để Tả Rodn, Để Tả Lý Hòa, Đề HữuLy Hòa, Dé Tả Lệ Kỳ, Dé Hữu Lệ Kỳ, Dé Hữu Nhật Lệ, Dé Tả Nhật Lệ, Dé Tả.

Kiến Giang, Đề Hữu Kiến Giang, Dé Thượng Mỹ Trung (hình 1.1) Có thể nêu

một vài cổng điển hình như sau

lân Lôi

-4) Cổng Cửa Hae:

í: tại Km3+752.3 Dé Hữu Gianh thuộc xã Quảng Lộc, huyện Quảng

Kết cấu: tường bên cổng bằng đá xây, trụ pin, định cống bằng bê tông gồm 5 cửa khẩu độ 5x(1.6%2.5)m; cao trình đầy (0.587) Cổng được xây dựng từ năm

Vj trí tại Km3+450 Bé Hữu Nhật Lệ xã Võ Ninh huyện Quảng Ninh.Nhiệm vụ: ngăn mặn, tiêu ding cho ruộng lúa thôn Trúc Ly, xã Võ Ninh

Kết cầu: bằng bê tông gồm 5 cita khẩu độ 5x(2,0x3.8)m; cao trình đ

Céng được xây dựng từ năm 2000.

Hiện trạng: Cita van đóng không khít nên bị rò ri, có hiện tượng thấm, nước

mặn xâm thực hai bên tường Cổng.

Hình 1.3 Cong Trúc Ly tại Km3+450 Dé Hữu Nhật Lệ huyện Quảng Ninh ©) Cổng Lũng Tréo:

Vi tí: tại xã Cam Thủy, huyện Lệ Thủy,

Kết cấu: bằng bê tông cốt thép gồm 4 của khẩu độ 4x(2.0x3.0)m: cao trình đầy (1.2), Cổng được xây dựng từ năm 2009 theo nguồn vốn WB, Chủ đầu tr Chỉ Cục

“Thủy lợi & PCLB Quảng Bình

Tình 14 Cổng Ling Tréo xã Cam Thuỷ, huyện Lệ Thuỷ 4) Cong Hoi Đại:

Vị trí: tại xã An Thủy, huyện Lệ Thủy.

Kết cu: bằng bé tông cốt thép gồm 5 cia khẩu độ Sx(4.0x3.3)m; cao trình đây

(1.7) Cổng được xây dựng từ năm 2009 theo nguồn vốn vay ADB, Chủ đầu tư

“Công ty TNHHKTITV Công trình Thủy lợi:

Hình 15 Cổng Hỏi Đại xã An Thấy, huyện Lệ Thủy.

+ Nhận xét

= Những cổng được đánh giá ở tình trạng tốt đều là những cổng mới được xây

‘mg lại trong Š năm gin đây.

= Hầu hết các ng xây dựng (nếu chưa được làm hi) có hiện tượng hư,

hỏng, lún, sạt lở, thắm, xói nền Có những hư hỏng nghiêm trọng, có nguy cơ xảy, ra sự cố vỡ đề,

12 Tổng hợp các loại hư hing cống dưới để tinh Quảng Bình và đánh giá

nguyên nhân

1.21 Tổng hợp các lu hồng xá ra ở cúc cổng dưới để

Từ kết quả điều tra cũng như quá tình theo dồi sự cổ các cổng dưới để trong mùa mưa lỗ ở tinh Quảng Bình cho thấy các hư hong phổ biển như sau

+ Lún, sat mái thượng, hạ lưu công xảy ra trong mùa mưa.

+Th dọc thân cổng trong mia lũ khi chênh lệch mục nước

+ Xuất hiện mach sti phía hạ lưu cống, sau bé tiêu năng vào mùa lũ;

+ X6i sau sin tigu năng, thượng, hạ lưu cổng tong quá tình vận hành khaithác

+ Tưởng cảnh thượng, ha lưu lún, nứt, các khớp nỗi đứng, khớp nổi nằm rách.

hỏng không có tác dụng:

ng nút ngang thân cổng;

nh van rò ri, cong vénh, không kin nước, khó vận hành nhất là khi mựcnước thượng hạ lưu có chênh lệch lớn;

“Trong các hư hỏng trên, hư hỏng xphat từ nguyên nhân dia chất nén in,

thấm, mạch si.) xuấthiệ ở hẳu hết các cổng

1.22 Nguyên nhân của những sự cổ đã xây ra® Do khảo sát địa chat:

~ Chưa tiến hành khảo st đã thiết kế tí công;

- Tự liệu kháo sit Không diy di, không chính xác Khi khảo sit dia cÌ

cách lỗ khoan quá lớn, chiều sâu lỗ khoan không đủ, không phản ánh một cách toàn

diện và chính xác tình hình thực

- Site chịu tải của nén mà khảo sát cung cấp quá cao, khiến cho nền bị phá

hoại cắt, gây nên nghiêng lệch:

- Hiện nay, việc giám sát khảo sát địa chất chưa thực sự chặt chẽ, nhất là khảo

sắt trong giai đoạn lập bảo cáo NCKT, don vị khảo sát có thể bớt số lin lấy mẫu, số.

lần đồng SPT Vige bảo quản và vận chuyển mẫu không đảm bảo nguyên dạng tự

nhiên, Đối với dt cát, cát pha thường bị phá vỡ kết cầu và mắt nước nên thí nghiệm

mẫu không cho kết quả tn cậy

+ Do thiết kế

Xây dựng trên nén đất yến hoặc đất cát pha, thiết kế chưa đồng các biện pháp

sẵn thiết phù hợp, Fim cho móng lún qu lớn;

- Tính chất của đất nỀn không đều, tinh cơ học vật lý của chúng chênh lệch nhau tương đổi lớn, hoặc chiểu diy các lớp đắt nền không như nhau, chênh lệch biến dang nén lớn:

- Tải trong cia kết cu bên trên công tình chênh lệch nhau làm cho lún không

- Độ cứng toàn khỗi của công trình kém, nhậy cảm với lún không đều của nằn:

- Thiết kế rip khuôn, không đựa vào điều kiện thực tế: vì điều kiện địa chất

công trình ở các nơi khác nhau rất xa, rất phúc tạp, dù ở cùng một địa điểm cũng

không giống nhau Vì vậy rit khó tìm được một ví dụ hoàn toàn giống nhau, cũng

không thể làm được một bản về điển hình cho tắt cả các hiện tượng Chính vì thé,

nếu tiến hành thiết kế nén móng một cách cẩu thả, hoặc sao chép một cách cứng

nhắc sẽ không tránh khỏi thất bại

- Tính toán thiết kể sử, tải trong không chính xác, kết sấu chồng thấm chưa

4at yêu cầu, không phù hợp với điều kiện địa chất loại sự cổ này phn lớn do người

thiết kế Không đủ trình độ thiết ké tương ứng, tiết kể lại không được qua kiễm tra

thắm định tương ứng

+ Do thi công

~ Do dit dip mang cổng không đạt dung trong, độ dính bám giữa đắt đắp và bể

mặt bê ông không đảm bảo;

~ Thi công thiết bị chống thắm không đảm bio sự làm việc như mong muốn

của thiết kể, Ví dụ: sự kín nước của các me cử với nhau, me eit với bản đầy:

- Khi thi công làm xáo trộn hoặc phá hoại kết cầu đất của nén đỡ móng, làm

giảm cường độ chẳng cất;

- Các ngoại lực trong thi công do máy đồng cọc, máy thi công, vật liệu

= Không thi công diy đủ như bản vẽ, không thi công đúng theo yêu cầu của

iy tình thạo tác kỹ thut, quản ý th công không ốt

+ Những nguyên nhân khác:

- Do hông khớp nối, ding nước có áp trong cổng di vio vùng đất xung quanh.

thân và nền công làm giảm cưởng độ chịu lực của đất nền, gây lún phụ thêm, xói

din đất ở hạ lưu cống:

= Do sinh vật như chuột mi, 1am tổ hai bên mang cổng;

+ Mực nước ngằm thay đối: khi mực nước ngầm ding lên làm ướt và mém hóa đất đá, từ đô lâm giảm cường độ nÈn, tăng độ nén lún Khi mực nước ngằm hạ

xuống dẫn đến ứng suắt hiệu qua trong đắt nền tăng lên, móng sinh ra lún bổ sung.

Nếu mục nước ngim hạ xuống không đều đặn hoặc đột ngột sẽ làm cho công trình

nghiêng nứt, thậm chí hư hỏng;® Nhận xét:

Những nguyên nhân trên đều dẫn đến hai hiện tượng hue hông sau:

- Nền cổng bị lún, lún ch làm chuyển vị công tinh, gây nên nit gly thin Nền và mang cổng bị thẳm lậu gây mắt dn định toàn bộ công tình

1.3 Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu cho kết cầu cổng dưới để

tinh Quảng Bình.

Để có thể xây dựng được các công tình trên nin đắt yéu có độ rỗng lớn, kết

cấu dễ bị phá hoại và kém én định dưới tác dụng của tải trong, cần thiết phải áp

dung các phương pháp gia 6 nền dit Có nhiều phương pháp gia

thể khái quất như sau

1.3.1 Giải pháp xử lý nén bằng cọc tre và cọc trầm

Coc te và cọc tram là giải pháp công nghệ mang tính truyén thống để xử Lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ rên nền đất yêu Coe trầm và tre có chiều dài từ 3 - 6m được ding để gia cường nén dit với mục địch lâm tăng khả năng chịu ti và

giảm độ lún Theo kinh nghiệm, thường có 25 cọc tre hoặc trim được đồng cho

1mẺ Tuy vậy, nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc trim bing

các phương pháp tin toán theo thông lệ Tuy nhiên đổi với công trình có tải trọngtrung bình đến lớn giải pháp này có higu quả thấp.

1.3.2 Gia cường đất yêu bằng cọc td diện nhỏ

Coe tiết điện nhỏ được hiểu là các lọai cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến

25cm Coc nhỏ là giải pháp tốt để xử lý đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ

thuật Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng,

thời truyền tải trong công trình xuống các lớp đất sâu hơn, giảm độ lún tổng cộng và

ún lệch công trình Cọc nhỏ có wu điểm sau.

- Tiết kiệm vật liệu và thiết kế tối tu nhờ diện tiếp xúc với nên lớn.

+ Thi sông nhanh vi đơn giản bằng các tất bị búa nhẹ

- Là giải pháp hữu ích để gia cổ satrên 20m thay cho cọc trầm

~ Là công nghệ thích hợp đẻ lim sản vượt lũ

~ Đã có quy tình quy phạm về thiết kể và thi công do Bộ Xây dựng ban hành

1.3.3 Gia tải trước

Phương pháp gia tải trước thưởng là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý

nền đất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chất ti trước không ding giếng

thoát nước thẳng đứng vẫn thành công néu điều kiện thời gian và đắt nỀn cho phép.‘Tai wong gia ải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tai trong công trình trong tương lai

“Trong thời gian chit tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đắt đắp dé gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xây ra.

1.34 Giải pháp công nghệ coc ximăng đắt đ sử lý nền đắt yéu của Công dưới Để

1.34.1 Giới thiệu công nghệ Coe ximăng-đẫn

ng cách đưa một lượng vật liệu vào đắt nền Y tưởng cải tạo đất nền tại cl

đã có tử rất lâu Song do gặp khé khan vi lúc d6 công nghệ còn lạc hậu Năm 1960,

Nhật Bản bắt đầu trong vinghiên cứu công nghệ đưa vật liệu gia cổ vào đất nền

[Ning nghiên cứu đẫu tiên bắt đầu te Viện nghiên cứu Cũng và Dung thủy vớ tải đất ern vôi (viết tất tiếng Anh là DLM) Các nghiên cứu tập trung vào việc tim ra lệ trộn thích hợp và hiệu quả của việc trộn, Sau đó công nghệ DLM đã đưa vào ứng dụng nhiều nước trên thé giới Năm 1975, phương pháp thay thé chất kết dính bằng ximang ra đi (CDM) Cá

thiết bị Ky thuật và thiết lập phương pháp thiết kế.

nghiên cứu lúc đó tập trung vào đánh giá tính năng

Tại Trang Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc đù ngay từ

cuối những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới

sâu và CDM ở Nhật Bản Thi bị rộn sâu ding trên đt lên xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử đụng dé xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải.

Tại Thụy Điễn, các nghiên cứu về phương pháp cét vôi-xinăng đã được thực

hiện trong phòng và hiện trường để xử lý đất sét yếu đưới các nền công trnh đất

Hình 1.6 Thi công cọc xi măng-đắt Hình 1.7 Thi công cọc

ximãng-iễu trộn cơ khí đắt theo kiểu trộn ta

Tại Việt Nam, gia cổ đắt bing phương pháp trộn sâu đã được nghiên cứu bắt đầu từ những nam ở

một thiết bị thi công của Viện Địa kỹ thuật Thủy Điển (SGI) Đề tài được kết thúc vào năm 1986 và thiết bị được chuyển giao cho LICOGI Kết quả đạt được của để tịh

của thập ky 80 tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với

+ lượng % ximãng hợp lý với từng loi đắt cải tạo:

+ các nhân tổ ảnh hưởng tới cải tạo đất như hàm lượng hữu cơ, cách gia công Năm 1985, ti Hội nghị Khoa học Kỹ thuật Địa chit Việt Nam lần thir 2 PTS Hồ Chất (Viện Kỹ thuật Giao thông) đã có báo cáo kết qua nghiên cứu “VỀ khả năng gia cổ dit bằng chất kết dính v6 cơ trong điều kiện Việt Nam’ Báo cáo này

chi yếu phân tích Khả năng áp dụng phương pháp trộn sâu cho nhiu loại đất khác

nhau dựa vào thành phan hạt và nêu ra một số ảnh hưởng khi áp dụng phương pháp.

như: loại đất, tý lệ kết dính nhân tổ thời gian đến khả năng biển cứng và ổn dinh đất gia cổ.

Năm 2004, Viện Khoa học Thuỷ lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ

Khoan phụt ao áp (fe-groutine) từ Nhật ban, Bé tải đã bước đầu có những nghiên

sửa thực nghiệm VỀ sie chị ti của cọc đơn và nhôm sọc, khả năng chị lực ngang,

nh hưởng của him lượng XM đến tính chit của XMĐ, nhằm ứng dụng cột XMĐ

vào xử lý đất yếu,

Năm 2007 nhóm nghiên cứu của NCS Phùng Vĩnh An đã tiếp tục triển khai

đề tài cấp bộ “ Nghiên cứu dé xuất phương pháp tính toán sức chịu tải của cột xi măng đất Để tà đã công bổ được nhiều thông tin có gi tri v việc ứng dụng các

kết quả mới trong tính toán xử lý nén bằng cọc xi mang - đắt

Mic dù hiện nay ở trong nước việc ứng dụng giải pháp này ngày càng nhiều‘Tuy nhiên nhiều chuyên gia trong lĩnh vực này khẳng định rằng để dat được hiệu

qua cao trong việc xử lý nền móng công trình ein phải có những nghiên cứu sâu

hơn vé vật liệu, phương pháp tính tod và công nghệ thi công

1.3.4.2 Các công trình thực té đã áp dụng

Diy là công nghệ mới, các tà liệu có iên quan dén việc dánh giá chất lượng ‘ge XMD hiện nay rất phong phú, tuy nhiên việc áp dụng công nghệ vào các điều kiện cụ thể cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện Ở nude ta việc sử dụng.

công nghệ này để xử lý thắm cho một số công tình: Hồ Đá Bạc - Ha Tĩnh, công

Tri - Nghệ An

1 Xử lý chống thắm Cổng Cầu Bing

Công trình: Xử lý chống thắm Cổng Cau Bing;

Địa điểm: Trại Cầu Bing - Huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An:

Chủ đầu tr: Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sin 1- Bộ Thủy Sản;

Vài nét về công tình: Cổng Sông Cầu Bing thuộc trại Cầu Bùng, huyện Diễn

“Châu, tinh Nghệ An, Công trình được xây dựng để cắp nước và tiga nước phục vụ

nuôi trồng thủy sin, ngăn mặn và giữ ngọt cho cánh đồng cia xã ở phía đồng

Hinh L8 Hiện trang cổng trước khí sửu chữa

Hiện trạng hư hỏng ng bị thẩm lậu dưới day cống, hai bên mang cống và đoạn để tiếp giáp với cống, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của công và tuyến đề,

gây mắt an toàn cho công trình.

Giải pháp kỹ thuật : Thi công bảng tưởng cọc Xi mang - đất dưới dáy, hai bên

mang công và đoạn đề bị thẳm lậu bằng công nghệ Khoan phụt áp lực cao.

Kết qua đạt được: Tạo hàng tường cọc XMB có hệ số thấm K <= 10-Sem/s

‘Sau khi thí công không còn hiện tượng thẩm lậu từ thượng lưu vẻ hạ lưu nữa Công

hoại động bình thưởng.

Hình 1.9 Mực nước thượng lưu cổng sau khi sta chữa 2 Xử lý chẳng thắm ng DI0 tinh Hà Nam

Công trình: Xử lý chống thắm cống D10

Địa diém: Thị xã Phù Lý - Tin Hà Nam

‘Ch đầu tư: UBND thị xã Phủ Lý - Tinh Hà Nam.

Vai nét về công tình: Cổng tiêu D10 thuộc hệ thống thủy nông thị xã Phủ Lý

tỉnh Hà Nam được xây dựng năm 2002

Hiện trạng hư hỏng: Mùa lũ năm 2002 , khi đi vào vận hành xảy ra sự số mạch sii phía đồng, sau bé tiêu năng

Giai pháp kỹ thuật: Thi công hàng tường cọc Xi măng đất dưới đáy công bằng

sông nghệ Khoan phụt p lực co.

Kết quả đạt được: Tạo hàng tường cọc XMĐ có hệ số thắm K< = 10-5cm/s.

Sau khi thi công, không còn hiện trợng thẩm lậu từ thượng lưu về nữa Cổng hoạt

động bình thường

14 Kết luận

Việc ứng dụng các công nghệ tiên tiền để xử lý nên cho các cổng dưới để, các

cổng Thủy lợi nói chung là rit cẳn thiết, có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật cao.

Công nghệ xử ý nền cổng dưới đề phải đảm bảo các iêu chí sau

+ Tạo được tường chống thắm dang cọc đưới đáy cổng và hai bên mang cổng;

+ Vữn có tác dụng chẳng thắm và tác dụng chịu lực;

+ Phù hợp vớ các loại đất ở tính Quảng Bình,

+ Thi công được dưới mye nước ngim;

+ Thiết bj thi công phù hợp với điều kiện công dưới dé, không gây chấn động làm ảnh hưởng đến đắt nền và bản thân công tinh

CHUONG 2

CO SỞ KHOA HQC CUA BÀI TOÁN UNG SUAT, BIEN DANG NEN COC XIMANG-DAT

2.1 Các mô hình dùng để phân tích ứng suất, biến dang

Việc xác định trạng thái ứng suất khi thiết kế là điều bắt buộc khi thiết kế công trình do đắt nén không phải là môi trường din hỏi hoàn toàn, để xác định ứng suất

trong nén người ta phải giải thuyết nền đắt làm việc theo một mô hình nào đó để có

thể mô tả và giải bà toán tim ứng suất phân bổ trong nn C6 nhiễu mô hình nền ~ Mô hình biến dạng tuyển tính

~ Mô hình biến dạng phi tuyển

= Mô hình din hồi

~ Mô hinh dan đo,

Mo hình dan - déo là mô hình kết hợp giữa lý thuyết dan hồi và lý thuyết đèo

mô tả đúng hơn với sự lầm việc của nền đắc2.1.1 M6 hình biển dạng tuyén tính

“Cơ sở của mô hình lý thuyết đàn hồi là định luật Hooke

“Trong điều kiện nén hoặc kéo đơn một trục, sẽ có quan hệ tuyển tính:

ø=Be Ø0 ø

trong đồ:

# bién dang dọc trục

E - médun dan hồi a

Hình 2.1 Quan hệ ứng suất - biến dang

trong mô hình biển dạng tuyển tink

Đối với đất đặc trung lại là sự tồn tại chủ yêu của biến dạng dư vì thé mô hình môi trường lý thuyết đản hồi chỉ có thé áp dụng ở giai đoạn gia tải một lẫn lên môi trường đất mà không có sự dỡ ải theo.

X,Z.- các thành phần lực thé tích (ching han, song lượng bản thin của dt) b) Cúc phương trình hình học: Liên hệ các biển dạng thẳng và các bién dạng góc với chuyển vị (UW), trong trường hợp tổng quát là phi tuyến, đổi với bài toán

phẳng có dạng

©) Các phương trình vật lý: Biểu thị quan hệ giữa ứng sut và biến dạng, có ‘dang hệ thức định luật Hooke tổng quát (xét bài toán phẳng)

{ø) = [DI {e) 65)

trong đó:

[DỊ là ma trận dain hồi,

(ø}: Véctơ các ứng suất của phân tổ đất {c}: Véeto các bin dang của phân tổ đt,

Nhu vậy, trong trường hợp tổng quát, đối với bài toán phẳng, từ các phương.

trình trên sẽ xác định được các én gồm ba thành phần ứng suất là (ơ, ơ, „) ba

thành phần biến dang (es, z„ Yq) và hai thành phần chuyển vị (U, W) Di với

trường hợp bài toán không gian thì bài toán sẽ có 15 phương tinh và 15 én4) Các phương tinh tương thích:

Onda 2.6)

Ngoài các phương trình đã nêu côn có các phương tỉnh tương thích của biến

dạng, dang thay thé các phương tình hình bọc, hoặc cho chúng giữ vai tr các hệthức kiểm tra điềumôi trường sau khi gia tải có còn liên tục hay không Nồi

cách khác, sau khi đặt tải trọng th biến dang của mỗi hình hộp phân tổ trởng tượng tách ra của vật thé trước khi đặt tải cần phải tương thích, nghĩa là với biến dang đó.

sẽ không phá hoại tính liên tục của môi trường (không hình thành các khe hở giữa

các mặt của các phân tố).

2.1.2 Mô hình ý thuyế cân bằng giới hạn

Mô hình này dựa trên giả thiếu ở tắt cả mọi điểm của môi trường đất tồn tại

‘ede mặt mà trên chúng điều kiện cân bằng giới hạn được thực hiện.Hệ phương trình tương ứng vớ trường hợp bài toán phẳng có dang:

Hai phương trình cân bằng tĩnh:

en

Phuong trình thứ ba là điều kiệt cân bằng giới hạn xá định tt cả c đặc tínhcủa mô hình Phương trình là một trong các dang của phương trình Coulomb v = 6

tg@+e được biễu diễn qua các ứng suất chính Chú ý rằrong m6 hình môi trường

lý thuyết cân bằng giới hạn chỉ nghiên cứu sự dat tới trạng thái giới hạn tại điểm bắt kỳ, không có bắt kỳ biến dạng trước nào và không xem xét sự chảy liên tục có thể

của môi trường và các biến dang của nó, nghĩa là có thể nói rằng: mô hình nàykhông biển dang.

2.1.3 Ma hình din hồi - cân bằng giới hạn

Xô hình hỗn hợp l thuyết mỗi trưởng biến dạng tuyến tính và mỗi trường lý

thuyết cân bằng giới hạn.

Giả thết rằng trong môi trường đất tồn tại cả vùng môi trường ý thuyết vật thể

biển dạng tuyển tính cũng như vùng trang thái cân bằng giới han;

Hệ phương trình mô tả trạng thi ứng suất của môi trường sẽ có dang

~ Hai phương trình cân bằng tinh

2.8)

Hình 2.3 Quan hệ ứng suất dang trong mô hình đàn hồi - cân bing

Øi <0 = (61 +05 +20.) sing 2.10)

Các phương tình cân bằng phải được thục iện rên toàn bộ môi trường dis

các phương trình tương thích chỉ trong vùng đàn hồi; còn phương trình sau cùng -chỉ trong vùng cân bằng giới hạn Trên biên giữa hai môi trường và trên các biênngoài cin làm thoả mãn các điều kiệnphù hợp

2.14, Mo hình din hỏi phi myễn

lô tả

Đây là mô hình đản hồi coi quan hệ ứng suắcbiến dạng là phi myễn.

tính dan hi phi tuyển, người ta vẫn ding phương trình như đổi với mồ hình tuyển

tính nhưng thay ma trận [D] bằng ma trận [Dạ] Trong đó các thành phần của ma

trận [Dạ] không phải là các trị số ồn định ma thay đổi phụ thuộc vào biển dang Ma.

trận (Daa) không nhất thiết phải cho ở dạng tường minh: chỉ cần đưa ra một loại

phép toán mà qua 46 có thể tính được các ứng suất theo biến dạng cho tước (=) trong moi trường phi tuyén đã cho

- Đặc trưng liên hệ ứng suit va biển dang toàn phần được gọi là đặc trưng cát

tuyển và ma trận tương ứng với nó là ma trận cất tuyển [De]

(o}De] te) 610)

- Đặc trưng và ma trận liên hệ độ tăng ứng suất và biển dạng nhỏ ở mức các

ứng suất đã đạt được, gọi là đc trưng và ma trận tiếp tuyến

(do) = (DU (de) G12)

Dựa trên các quan hệ phi tuyển giữa ứng suit và biển dạng được tiếp nhận là

cduy nhất ở mọi điểm của khối đắt, cả kh tăng tải cũng như khi đỡ ải

Biến dạng dẻo được tính gộp với biển dạng din hồi bằng cách áp dung các ning st biến dgng toàn phần (din hồi + do)”

‘quan hệ thực nghiệm

Hình 2.4 Quan hệ ứng suất - biển dạng trong mô hình đàn hoi phi tuyển “Tính phi tuyến thể hiện bằng đặc trưng: Phi tuyến vật lý hoặc phi tuyến hình học, hoặc trong trường hợp tổng quát có đồng thời cả hai.

“Tính phi tuyển vật lý: là tính phí tuyển của phương trình vật lý.

nh phi tuyển hình học: là tính phi toyển của liên hệ biển dạng và chuyển

vị (hệ thức hình học).

Phin lớn các bài toán phi tuyến củn cơ học đất à phi uyền vật lý (mô hình vật liều, Các phương nh khỏi điểm áp dụng trong lý thuyết din hồi phi tuyển vật lý

về thành phần cũng giống như trong lý thuyết din hồi tuyển tính Trong đồ các ph

ong trinh cân bằng và các hệ thức hình học của cả ha lý thuyết hoàn toàn đồng

nhất, còn khác nhau chỉ là các phương trình vật lý

Khi giải các bài toán phi tuyển thông thường các phương trình vật lý tiếp nhận

dưới dạng các hệ thức của định luật Hooke tổng quất giống như trong lý thuyết din hồi tuyến tính, nhưng với các giá tri Moduyl Young E và hệ số Poisson (hoặc là các môdun tương ứng G và K) bị thay đổi tu thuộc trạng thi ứng suất

2.1.5 Ma hình din - đẻo

“Theo mô hình này thì biến dang din hồi và biển dạng déo được mô tả riếng biệt bing các quan hệ vật ý khác nhau Co sở của phần lớn các cách giải din déo

khác nhau đều dựa trên những khái niệm ca lý thuyết chảy đèo

‘Vain dé khá quan trong trong tính toán đàn - déo các khối dat là sự lựa chon

sắc hệ phương tỉnh vi phân vật ý phù hop đối với biển dạng déo được xác định bởi

mô hình đất đăng thực hiện trong phép giải đã cho Hiện nay trong các ứng dụngthực tế thì các mô hình của môi trường dan-déo lý tưởng và môi trưởng đản - dẻo,tăng bền được áp dụng rộng rãi nhất

a) Mô hình môi trường đản-dẻo lý tưởng (môi trường Reuss- Prandtl):

= Mô hình này là sự ting quất hóa của môi trường din hồi và déo cứng có masát Trong bài toán biển dang, mô hình được dùng phải bảo đảm lời giải nhận được. là đồng nhất, ứng suất và biến dạng là đồng trụ Với bồi toán của mỗi trường này,

a có nhiều lờiải bằng giải tích được giới thiệu, điều đó cho phép so sinh cúc lời

giải bằng số với các lời giải giải tích chính xác V8 bản chit, mô hình phối hợp hai lý thuyết oo sở của cơ học hiện đại: ý thuyết dn hồi và lý thuyết trang thi giới hạn; mô hình được mô tả bằng các đặc trưng cơ học thông thường trong khảo sát địa

chất công tinh

= Quan hệ

của mô hình nay cũng khá đơn giản Trong mô hình này bi

suit-bién dạng được thể biện trong Hình 2⁄5, Cơ chế làm việc

đang được mồ tả bằng

biểu đồ song tuyển tính:

+ Đoạn I: Tho mãn trang thai ứng suất trước giới hạn, đắt được coi là phù hợp với mô hình biển dạng tuyển tính Có thể chấp nhận các phương trinh vật lý của định luật Hooke tổng quát - các phương trình này được dùng cho thành phần biển dang toàn phần din hồi khi biển dạng do

+ Đoạn 2: Mô tả quá trình phát triển bién dạng dẻo của đất ở trạng thái ứng

suất giới han, chấp nhận quan hệ ứng suắt biển dang của định luật chảy do kết hợp Hiện nay có nhiều giả thiết về tiêu chuẩn dẻo như của Tresca, Mises, ‘Coulomb, Coulomb-Mises tổng quát Thông số chính dé đánh giá mô hình theo tiêu chain đèo là hầm số mô ta quỹ tích của điểm dèo (còn gọi là hàm déo F), trong đồ

có hàm biểu thị sự nới rộng mặt chảy déo theo mức độ tăng thông số độ bền k Hàm.

tất của đất đá:

cđèo phụ thuộc vào trạng thái ứng s

F = F((o}) - Him thế déo, phụ thuộc các thà

“Hình 2.5 Quan hệ ứng suất bién dạng trong mô hình din déo lý trăng

“Tuy theo tiêu chuẳn dẻo khác nhau, có thé thu được các lời giải khác nhau

ến dạng ‘cho bài toán ứng suất

Mô hình din-déo lý tưởng là mô hình tương đổi phù hợp với diễu kiện làm

việc của đất nền, nó không đòi hỏi các thí nghiệm địa kỹ thuật trong phòng quá.

phúc tạp có thể được đáp ứng ở các phòng thí nghiệm cơ đất thông thường Mô

hình này có thể áp dụng phù hợp cho hẳu hết các loại đt.

b) Mô hình môi trường đàn - déo tăng bền.

Hinh 2.6 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mô hình đàn déo tăng bền

Cée biển dang đàn hồi hoàn toàn (thuận nghịch) và biến dạng dẻo ngay từ bắt

đầu tăng tải kn mỗi trường, kể cả khi trang thi trước giới hạn, được nghiên cứu và

xác định riêng biệt và độc lập với nhau.

Phan ánh được những hiệu quả nào dy của tính chất dit trước giới hạn mà

trong mô hình môi trường đản dẻo lý tưởng không dễ kế tới được Phương trình vật

lý mô tả há loại biển dang tách biệt là

+ Đối với biển dang đàn hỗi, tì quan hệ ứng suất - biển dang của định luật

Hooke tổng quát được chip nhận, trong dé các médun (G, K) li các môđun đàn hỏi

được xác định theo các thí nghiệm khi đỡ ải

+ Đối với biển dang déo thi sir dụng các quan hệ của định luật chảy dẻo, với

hàm F = F({o, k}) chứa các thông số tăng bền k Các thông số tăng bén “điều

ˆ sự thay đổi ình học của mặt tải trọng (mặt chảy) Các thông số này thường

là các bat biển biển dang déo tích luỹ nào đó.

2.1.6 Một số mô hình Khác

Ngoài các mô hình nền đã nêu ở trên, còn có một số mô hình nền đã được

nghiên cứu như: mô hình nền Cam clay, Cam clay cải tiến; mô hình mũ; mô hình. lưu biến, mô hình cứng hoá biến dạng din hồi déo mới dựa trên cơ sở

Mohr-Coulomb không kể tới hiệu ứng dòng; mô hình cứng hoá động; mô hình Duncan-Chang v.v

Mỗi mô hình có những đặc điểm riêng và phù hợp với những loại môi trường

đất đã khác nhau Điểm chung của các mô hình này là cin phải có nhiều số liệu Khảo sắt địa chất công trình cũng như các thí nghiệm phúc tạp, tổn kém Các mô hình này đang tiếp tục được hoàn thiện để có thể sử dụng chúng một cách hợp lý

trong các bai toán địa cơ học,

2.2 Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính toán.

V8 mặt phương php tính, để giải bài toán v trạng

“rong đó, phương pháp Phin từ hữu bạn (PTHH) giải quyết được các bài toán có biên phức tạp, phản ánh đúng với thực tế sự làm việc của n vậ liệu và cho kết qui độ chính xác cao Mặc dù khối lượng tính toán lớn nhưng với sự phát tiển

của máy tĩnh điện tử đó giúp ta iải bài oán một cách dễ dàng, thuận lợi, Hơn nữa,

phương pháp này ngày cảng được sử dụng rộng ri với những tu việt của nó, vớimiễn tính toán bao gồm các loại vật liệu khác nhau và cổ hình đáng, kích thước bắtkỳ, biên phúc tap.

Do đó, trong phạm vi luận văn này phương pháp phần tử hữu hạn được lựa

chọn để giải bài toán ứng suất biến dạng trong nén đề, đập.

2.2.1 Phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu hạn là một phương pháp số (nó cũng làm rồi rạc

một min liên tục thành các 6 lưới iêng biệU) có thể xứ dụng để gilt các bài oánin hồi với để, đập vật liệu địa phương Ưu điểm của phương pháp:

~ Cho phép giải các bài toán có Moduyn bién dạng E và hệ số P đôi.

nv thay

~ Miễn giải có thé có hình dáng bắt kỷ, kể cả những di

= Cố thể giải các bài toán với điều kiện biên bắt kỷ.

- Khi iy dựng thuật toán và chương trình theo phương pháp sai phân hữu han

ta có thể thực hiện ễ dàng trên máy tính

Ban chất của phương pháp sai phân hữu hạn là ở chỗ ta thay các đạo ham riêng bằng các sử phân riêng có giá tỉ hữu hạn Điễu đó din đến việc thay hệ

phương trình vi phân bằng một hệ phương tình đại số tuy tính của các sai phân

Phương pháp sai phân hữu hạn đã được dùng khí phổ biến trong những thập niên 60-70 của thể kỷ XX để giải các bài oán đàn hồi tayén tinh của để, đập vật liệu địa phương Khi gặp bài oán đản hồi phi tuyến phương pháp này trở nên hét

‘ay hiện nay ít được sử dụng để tính đập.

2.2.2, Phương pháp phần tử hữu han (PTEH) 3.2.2.1 Nội dung cơ bản của Phương pháp PTHH.

hữu bạn phần tử riêng lẻ liên kết với nhau chỉ ở một số hữu hạn điểm nút, các nút

này có thể là định các phẫn tứ, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên cạnhcủa phần tứ, ti các đếm nút tổn ti các lục tương tác biểu thị tác động qua lại của

các phẫn từ kẻ nhau Quan niệm như vậy có nghĩa là thay bai toán tinh hệ iên tục

(hệ thực tổ) có bậc tự do vô hạn bằng bài toán tính hộ có bậc tự do hữu hạn Chỗ

phân cách giữa các phần từ hữu hạn goi là biên của phần tử hữu hạn Tùy từngtrường hợp cụ thể, biên của các phần từ hữu hạn có th là các điểm, các đường hoặc

các mặt

ở tại mọi điểm tựTrong thực tế kết cấu là một mỗi tường liên tục cho n

biên của mỗi phần tir đều có các lực tương tác giữa các phần từ Tại các điểm trên

biên, ứng lực cũng như chuyển vị đều phải thỏa mãn điều kiện liên tục khi ta chuyển từ phần tr này sang phần từ kể cận Trại, ở trong mô hình thay thể, kết

cẩu được quan niệm là chỉ gồm một số phần tử riêng lẻ liên kết với nhau ở một số

điểm nit, cho nên giữa các phần tử lân cận chỉ có các ực tương te đặt tại cúc điểm

Dĩ nhiên quan niệm như vậy chi là gin đúng Trong khi thay thể kết cấu thực tế (hệ liên tục) bằng một tập hợp phần từ rời rạc chỉ liên kết lại với nhau ở các điểm nút, người ta thừa nhận rằng: năng lượng bên trong mô hình thay thé phải bing năng lượng trong kết cấu thực Nếu ta xác định được chính xác các lực tương tác

giữa các phần tử lân cận, à nếu ở trên các biên của các phan tứ, điều kiện liên tục,

về lực và vỀ chuyên vị đâm bảo được thôn mãn khi ta chuyén tử phần tử này sang phần tử lân cận thi mô hình thay thé hoàn toàn giống với kết cầu thực 16

Đối với bị toán về trang thai ứng suất và biế đang của môi trường liên tục,

khi sử dụng PP PTHH ta cin phải lần lượt giải quyết các bước như sau:

tích trang thái ứng suất và biển dang của mỗi pltử hữu han

b) Phân tích trang thái ứng suất và biến dang của toàn hệ gồm nhiều phần

từ liên kết với nhan ở một số hữu hạn nút với mỗi liên hệ uyển nh giữa ứng suất và biển dang.

©) Phân tích trang thái ứng suất và biển dạng của toàn hệ gdm nhiều phần

hệ phi tính giữa ứng suất và biến dang.2.2.2.2, Phương trink cơ bản của phương pháp PTHH

Bài toán tuyén tin:

Giả sử hàm ứng suất và biển dạng xác nh trong miễn S Theo phương pháp

PTHH ta tưởng tượng phân chia miỄn Sra thành nhiều phin tử hình tam giác phẳng

và chi liên kết với nhau ở các điểm núc Xét PTHH hình tam giác bắt kỉ có các đìnhlà 1,2, 3 ong Hình 2.7

“Trong dé ta lưu ý kí hiệu thứ tự các nút theo ngược chiều kim đồng hỗ và chịu

tác dụng của các ngoại lực đặt tại các điểm nút là:

IR] = [Rigs Riss Ra, Roy Roos Roy] G14)

“Tại các nút phat sinh các vector chuyển vị là [ q ]

Lạ] = Tại vi, tạ, vs, ty, và, | 615)

trong 46 uụ, vị [a các thành phẫn chuyển vi của nút this theo phương các trục

x vày Dé giải bài toán ứng suắt- biến dang trước hỗt ta phãi xác định được quan hệ

giữa ứng lực nút [ R ] va [ 4] trong dạng

T[R]=[KIIgl (2.16) Xi [K | la ma tận độ cứng phần từ hữu han

Nếu ta biết trước 6 thành phần chuyển vị nút ở 3 định th ta cũng có thể xác

đình được chuyển vĩ của một điểm bắt ki trong tam giác, bởi vi ta có thể gi thiết một cách gần đúng quy luật biến đổi các thành phần chuyển vị của một điểm bắt kỳ của phần tứ dưới dang bi thức phụ thuộc toa độ x,y

(U]= [A] [a] (2.17)

tongđốc (UJ = [vJT cus)

Hinh 2.7 Sơ đồ tinh toán theo Phương pháp PTHH

Nói chưng (Al có th là một ma trận suy biến (không có ma trận nghịch đo).

Tuy nhiên sau khi đưa các điều kiện biên vào th [A] sẽ là một ma ten không suy

Khi sử dụng phương pháp PTHH hình tam giác phẳng để giải bài toán phẳng

v8 trang thái ứng suit biển dang của để, đặp tho lý thuyết din hồ, cần la ý ring

mức độ chính xác của kết quảtính toán phụ thuộc vào giả thiết ban đầu về quy luật

biến đối của các thành phần -huyển vị theo tọa độ xy.Usa tan + 0y,

a mỗi liên hệ “Trong biểu thúc trên ta đã giả thiế

Xếu sử dụng giá thiết quy luật biến đổi giữa chuyển vị và

bắt kỳ, không phái là bậc nhỉhơn, chẳng hạn quy luật da thức bậc 2 dạng.

x.y có quan hệ bậc nhất

tog độ x, y tại một {ma theo một quy luật caoUs Oy + đa, +O) # day # dạo + 06s 022)

"Với biểu thức trên thì ta sẽ có được kết quả chính xác hon, Đương nhiên nếu. sn, khối giả thiết như vậy thi số lượng toa độ khái quát cần phải xác định sẽ nhiều

lượng tinh toán sẽ lớn Muốn tim các toa độ khái quát ấy thì ta phải hoặc cho biết

thêm thông tin về các giá tị đạo hàm của các thành phần chuyển vị tại các điểm nút

của phần tử hình tam giác phẳng, hoặc cho biết thêm gid tị của các thành phầnchuyễn vj tại một số nút bổ sung.

Bài oán phi tuyén:

Trong thực t tinh toán kết cấu đối khi ta có thể gặp loại bài toán phi tuyển sau

day: những bài toán phi tuyển vé phương diện vật lý khi vật liệu có tính din dẻohoặc Ki vật lầu cổ ính chất cơ học thay đội theo th gan, những bà ton phiphương diện hình học khi kết cầu có chuyển vị lớn lim thay đổi một cáchđáng kể hình dang hình học ban đầu ca hệ.

Dui đây sẽ tình bùy cách sử dụng phương pháp phần từ hữu hạn để giải

những bài toán phi tuyển thường gập

+ Bài toán phi tuyển về phương diện vật lý:

Quan hệ giữa veetơ ứng suất |ø] và veetơ biến dạng [e] viết đưới dang:

[o] = [E*e)Mel (2.23)

trong đó ma trận [E¥(e)] là ham của trang thái biển dạng [e}

vào các chuyỂn vịcquan hệ giữa ứng suất và biến dạng dưới dang

mỗi quan hệ ta trang thái ứng suất [ø] và chuyỂn vị nút fq] như sau:

{ø]=[E*(q)](4] (2.24)

Mỗi phần tir của ma trận [E*(@)] nói chung đều có thể biễu din dưới dang

một đa thức lũy thừa của các thành phần của veeto [4]

+ Bài toán phi tuyển về phương diện hình học:

Quan hệ giữa vect biển dạng [z] và vetơ chuyển vị nút fq} là quan hệ phi

{e] =[D*(4)]t4) (2.25)trong đó các thình phần của ma trận [D*(q)] đều là him Hy thừa của các

thành phần của vecto [q] tương ứng.

3+ Bài toán đàn hồi phi uyén:

“Thông thường, các tính chit cơ lý của vật liệu cho phép ta ác định được trang

thai biến dạng của hệ một cách duy nhất theo trạng thái ứng suất của hệ Nếu vật

liệu ding hướng, tính chit cơ lý của nỗ được đặc trưng bởi ModuyÏ dn hồi E và hệ

sé Poisson v Trong trường hợp vật liệu din hồi phi tuyển, cả hai đại lượng này đều

phụ thuộc vào ứng sudt và biển dạng Chẳng han, trong trạng th căng một trực của vật liệu đản - déo lý tưởng, ta có thể viết môi quan bệ giữa ứng suất và biển dạng.

như sau:

+Khi ø < ø0 thì E(ø) = E0 (2.26)+Khi o > ø0 thì E(G) = 620)

Trong trang thái căng khối vật liệu đàn hồi phi tuyển, Moduyl din hồi E và hệ số Poisson phụ thuộc vào các bit biển tensa ứng suất (hay tensa biển dạng) nếu

vật liệu đẳng hướng và phụ thuộc vào các tổ hợp khác của các thành phẩn ứng suất

(hay biến dạng) nếu vật liêu dị hướng Chẳng han, đối với vật liệu din déo lý tưởng Moduyl đàn hồi E và hệ số Poisson v phụ thuộc vào các giá trị của cường độ biến

dang & hoặc cường độ ứng suất Z

(2.29) trong đó cụ cạ, € Xà ơi 03, ơi lẫn lượt là các thành phn ign dạng chính và ứng sất chính

Khi giải bài toán vật liệu din hồi phi tuyển (trường hợp riêng li din ~ déo lý tưởng) tà thường tính toán một cách đồng din the cúc bước sau

- Bước I: Bat toàn bộ hệ tải trọng lên hệ rồi xác định trạng thai ứng suất và biến dang của hệ theo các giá trị E và v tương ứng với trường hợp trạng thái ứng

suit bằng 0