phân tích sức kháng cọc trong nền đá phong hóa

Trong việc dự báo sức kháng của cọc quan điểm thiết kế chưa được thống nhất, các tiêu chuẩn hiện hành chưa có chỉ dẫn cụ thể cũng nhưng các công bố khoa học chưa được áp dụng phổ biến và

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NHƯ Ý

PHÂN TÍCH SỨC KHÁNG CỌC TRONG NỀN ĐÁ PHONG HÓA

PERFORMANCE OF PILES SOCKETED

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LẠI VĂN QUÍ

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS TRẦN VĂN TUẨN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 19 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN

2 Phản biện 1: TS ĐỖ THANH HẢI

3 Phản biện 2: TS TRẦN VĂN TUẨN

4 Ủy viên: ThS PHẠM HOÀNG NHÂN

5 Thư ký: TS NGUYỄN TRUNG KIÊN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

TRƯỞNG KHOA

PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS TS LÊ ANH TUẤN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 06/05/1999 Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580211

I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH SỨC KHÁNG CỌC TRONG NỀN ĐÁ PHONG HÓA

PERFORMANCE OF PILES SOCKETED IN WEATHERED ROCK

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

2 Mô hình mô phỏng lại ứng xử của cọc phù hợp với kết quả nén tĩnh cọc

3 Khảo sát ảnh hưởng các thông số đặc trưng của đá đến sức kháng của cọc khi chịu tải dọc trục từ mô hình Qua đó đưa ra phân tích và đánh giá về việc lựa chọn các thông số của đá cho việc dự báo sức kháng của cọc trong giai đoạn thiết kết ban đầu phù hợp nhất

Nội dung luận văn bao gồm:

Mở đầu

Chương 1 : Tổng quan nghiên cứu

Chương 2 : Cơ sở lí thuyết

Chương 3 : Phân tích sức kháng cọc khoan nhồi trong nền đá phong hóa

Kết luận, kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/09/2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 24/12/2023

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LẠI VĂN QUÍ

Nội dung Luận văn Thạc sĩ được Hội đồng Chuyên ngành thông qua

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

TS LẠI VĂN QUÍ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này nói riêng cũng như chương trình học Thạc sĩ nói chung, ngoài nổ lực của bản thân còn có sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình

Để có được luận văn một cách chỉnh chu nhất như ngày hôm nay tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Lại Văn Quí, là người đã tận tâm hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hướng dẫn hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này

Bên cạnh đó tôi gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng và các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy, chia sẽ cho tôi kiến thức qua các buổi giảng dạy trên giảng đường đến những buổi giảng dạy online trong tình hình dịch bệnh “Học thầy không tày học bạn” bạn bè cũng là một phần giúp tôi đi đến hoàn thành luận văn này

Cuối cùng xin gửi đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tại cơ quan đang công tác lòng biết ơn vì đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2023

Học viên

Nguyễn Như Ý

TÓM TẮT

Hiện nay việc thiết kết sức kháng của cọc khoan nhồi trong nền đá phong hóa còn nhiều vấn đề Trong việc dự báo sức kháng của cọc quan điểm thiết kế chưa được thống nhất, các tiêu chuẩn hiện hành chưa có chỉ dẫn cụ thể cũng nhưng các công bố khoa học chưa được áp dụng phổ biến vào công tác thiết kế thực tế

Luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu phân tích sức kháng của cọc khoan nhồi chịu tải dọc trục trong nền đá phong hóa Với số liệu khảo sát đá (chủ yếu là qu và RQD)

sẽ mô phỏng lại sự làm việc của cọc bằng phần mềm phần tử hữu hạn PLAXIS 3D với mô hình vật liệu Hoek – Brown Kết quả mô hình sẽ được điều chỉnh để phù hợp với kết quả nén tĩnh cọc thực tế Với mô hình đã điều chỉnh, tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng các thông số của khối đá đến sức kháng của cọc Bộ 3 thông số được lựa chọn là GSI, mi và qu Các kết quả sẽ được phân tích so sánh đề để ra một giải pháp lựa chọn thông số phù hợp với việc dự báo sức kháng cọc trong giai đoạn thiết kế ban đầu

ABSTRACT

Currently, calculate the resistance of bored piles in weathered rock still has many problems In predicting the resistance of bored piles, design perspectives have not been unified, current standards do not have specific instructions, and scientific publications have not been commonly applied to the project

The thesis will focus on research and analysis of the resistance of bored piles with axial load in weathered rock With rock survey data (qu and RQD), pile performance will be simulated using PLAXIS 3D finite element software with the Hoek - Brown model Model results will be adjusted to match actual pile static compression results With the adjusted model, investigate the influence of rock mass parameters on pile resistance The set of 3 parameters selected are GSI, mi and qu The results will be analyzed and compared to come up with a solution for selecting parameters suitable for predicting bored pile resistance in the basic design

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy Lại Văn Quí Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo thông tin trong Luận văn đã được trích dẫn nêu rõ nguồn gốc

Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2023 Học viên

Nguyễn Như Ý

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

MỞ ĐẦU 1

1 Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài 1

2 Phạm vi nghiên cứu 1

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Tính mới của nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình chung 3

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sức kháng cọc khoan nhồi trong đá phong hóa 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC KHÁNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG NỀN ĐÁ PHONG HÓA 10

2.1 Tổng quan về đá phong hóa 10

2.2 Phương pháp dự báo sức chịu tải cọc trên nền đá phong theo các công thức từ các công bố khoa học 12

2.3 Dự báo sức kháng cọc dựa trên kết quả nén tĩnh cọc 15

2.4 Dự báo sức kháng cọc bằng mô hình Hoek – Brown với PLAXIS 3D 16

2.4.1 Tiêu chí bền Hoek – Brown 16

2.4.2 Mô hình vật liệu Hoek – Brown của PLAXIS 3D 21

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH SỨC KHÁNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG NỀN ĐÁ PHONG HÓA 31

3.1 Thông số đầu vào 31

3.1.1 Thông tin công trình 31

3.1.2 Thông tin địa chất đất nền 31

3.1.3 Thí nghiệm nén tĩnh cọc 32

3.2 Mô hình tính toán 34

3.3 Kết quả tính toán 38

3.3.1 Kết quả từ mô hình 38

3.3.2 Xác định sức chịu tải cực hạn từ biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún 39

3.3.3 Dự báo sức kháng cọc trong đá theo phương pháp đề xuất FHWA 42

3.4 So sánh kết quả tính toán 43

3.5 Khảo sát các thông số 45

3.5.1 Khảo sát giá trị GSI 49

3.5.2 Khảo sát giá trị mi 53

3.5.3 Khảo sát giá trị qu 57

3.5.4 Tổng kết giá trị khảo sát 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

1 Kết luận 64

2 Kiến nghị 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 68

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng so sánh giá trị sức chịu tải cọc khoan nhồi theo báo cáo [4] 6

Bảng 1.2: Kết quả so sánh sức kháng của cọc giữa các tiêu chuẩn và kết quả nén tĩnh cọc TN01 theo nghiên cứu của Lưu Gia Trung [2] 8

Bảng 1.3: Kết quả so sánh sức kháng của cọc giữa các tiêu chuẩn và kết quả nén tĩnh cọc TN05 theo nghiên cứu của Lưu Gia Trung [2] 9

Bảng 2.1: Giá trị faa/fa theo bảng 8 của [4] 14

Bảng 2.2: Giá trị Em/Ei theo bảng 7 của [4] 14

Bảng 2.3: Ước tính giá trị ci theo cấp đá trích dẫn bảng 2 của [7] 17

Bảng 2.4: Ước tính giá trị mi của đá trích dẫn bảng 3 của [7] 18

Bảng 2.5: Ước tính chỉ số GSI của đá theo bảng 5 của [7] 20

Bảng 2.6: Ước tính chỉ số GSI của đá không đồng nhất theo bảng 6 của [7] 21

Bảng 2.7: Bộ thông số cơ bản mô hình Hoek – Brown của phần mền PLAXSI 3D 22 Bảng 2.8: Ước tính hệ số Poisson đá từ đề xuất Kulhawy (1978) theo bảng 7 [3] 24

Bảng 2.9: Đề xuất giá trị mi theo [3] 26

Bảng 2.10: Chỉ tiêu đánh giá giá trị Jcond89 theo Bieniawski (1989) 30

Bảng 3.1: Thông số khảo sát của lớp 7 theo [2] 31

Bảng 3.2: Thông số cọc trong mô hình sử dụng phần tử khối (Volume) 34

Bảng 3.3: Thông số các lớp đất trong mô hình 34

Bảng 3.4: Lựa chọn các thông số cho mô hình đất Hoek - Brown 35

Bảng 3.5: Thông số lớp đá trong mô hình 35

Bảng 3.6: Các cấp tải trong mô hình 38

Bảng 3.7: Bảng so sánh giá trị sức chịu tải cực hạn xác định theo các phương pháp 40

Bảng 3.8: Các thông số tính toán 42

Bảng 3.9: So sánh sức kháng cọc giữa kết quả nén tĩnh, mô hình và tính toán FHWA

45

Bảng 3.10: Tổng hợp giá trị lựa chọn mô hình 46

Bảng 3.11: Các giá trị mi của một số loại đá dạng trầm tích 47

Bảng 3.12: Giá trị Erm khi thay đổi GSI 47

Bảng 3.13: Giá trị Erm khi thay đổi qu 48

Bảng 3.14: Bảng giá trị thay đổi sức kháng của theo GSI 62

Bảng 3.15: Bảng giá trị thay đổi sức kháng của theo mi 63

Bảng 3.16: Bảng giá trị thay đổi sức kháng của theo qu 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các giai đoạn làm việc của cọc theo Kulhawy và Carter (1992) 4

Hình 1.2 Sử dụng mô hình PB-pier để mô phỏng tính toán sức chịu tải cọc trong nền đá phong hóa mạnh theo [5] 7

Hình 1.3 So sánh quan hệ tải trọng – độ lún giữa kết quả nén tĩnh cọc và mô phỏng bằng phần mềm PB-pier trong báo cáo [5] 7

Hình 1.4 So sánh quan hệ tải trọng – độ lún giữa kết quả thí nghiệm nhổ cọc và mô phỏng bằng phần mềm PB-pier trong báo cáo [5] 8

Hình 2.1 Tính toán giá trị RQD của 1 mẫu đá theo hình 1 của [7] 11

Hình 2.2 Thành phần sức kháng cọc trong nền đá phong hóa 13

Hình 2.3 Mô tả máy nén 3 trục để xác định giá trị mi và ci của Franklin and Hoek (1970) theo [7] 18

Hình 2.4 Ảnh hưởng của đường kính mẫu đến cường độ chịu nén của mẫu đá nguyên trạng theo công bố Hoek and Brown (1980a) 19

Hình 2.5 Mặt bao phá hoại của tiêu chí Hoek – Brown [9] 22

Hình 2.6 Giai diện khai báo thông số đầu vào của mô hình Hoek - Brown 23

Hình 2.7 Khoảng giá trị hệ số Poisson theo [9] 24

Hình 2.8 Giá trị GSI trong giao diện khai báo thông số đầu vào của Plaxis 28

Hình 2.9 Giá trị GSI trong giao diện khai báo thông số đầu vào của Plaxis 29

Hình 2.10 Ước tính giá trị GSI theo 1.5Jcond89 và chỉ số RQD/2 theo [11] 29

Hình 2.11 Gợi ý ước tính hệ số D của PLAXIS 3D 30

Hình 3.1 Mô tả cọc thí nghiệm 32

Hình 3.2 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc theo cấp tải thí nghiệm 33

Hình 3.3 Biểu đồ phân bố tải trọng theo cấp tải thí nghiệm 33

Hình 3.4: Kích thước của mô hình PLAXIS 3D 36

Hình 3.5 Mô hình cọc và các lớp đất theo địa chất trong phần mền PLAXIS 3D 37

Hình 3.6 Mô hình các giai đoạn theo từng cấp tải nén tĩnh cọc 37

Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún đầu cọc theo mô hình PLAXIS 3D 38

Hình 3.8 Biểu đồ phân bố tải trọng lên cọc theo độ sâu của mô hình PLAXIS 3D 39 Hình 3.9 Biểu đồ dự đoán sức kháng cực hạn của cọc theo các phương pháp dự trên biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún của mô hình 40

Hình 3.10 Chuyển vị đầu cọc ở cấp tải 3150 Tấn từ mô hình 41

Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún đầu cọc giữa kết quả nén tĩnh và mô hình PLAXIS 3D 43

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh phân bố tải trọng theo độ sâu cọc giữa kết quả nén tĩnh và mô hình PLAXIS 3D 44

Hình 3.13 Bảng đánh giá chỉ số GSI từ 0 đến 40 ứng với RQD/2 theo [11] 47

Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với GSI = 10 49

Hình 3.15 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 49

Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với GSI = 20 50

Hình 3.17 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 50

Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với GSI = 30 51

Hình 3.19 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 51

Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với GSI = 40 52

Hình 3.21 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 52

Hình 3.22 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với mi = 5 53

Hình 3.23 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 53

Hình 3.24 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với mi = 10 54

Hình 3.25 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 54

Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với mi = 15 55

Hình 3.27 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 55

Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với mi = 20 56

Hình 3.29 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 56

Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với qu = 1.25MPa 57

Hình 3.31 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 57

Hình 3.32 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với qu = 2.50MPa 58

Hình 3.33 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 58

Hình 3.34 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với qu = 3.75 MPa 59

Hình 3.35 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 59

Hình 3.36 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc với qu = 5.0 MPa 60

Hình 3.37 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả mô phỏng 60

Hình 3.38 Biểu đồ quan hệ sức kháng cọc – chỉ số đá GSI 61

Hình 3.39 Biểu đồ quan hệ sức kháng cọc – hằng số đá nguyên trạng mi 61

Hình 3.40 Biểu đồ quan hệ sức kháng cọc – cường độ kháng nén qu 62

MỞ ĐẦU

1 Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài

Với các công trình có tải trọng lớn phương án móng cọc khoan nhồi thường được ưu tiên lựa chọn Để gánh được tải trọng bên trên thường các cọc này được cắm sâu vào trong đất xuyên qua các tầng đất, đá Một số khu vực có địa chất đặc thù là các tầng đá phong hóa nằm giữa các tầng đất bên trên và tầng đá rắn chắc bên dưới Khi đó việc tính toán dự báo sức kháng cọc trong điều kiện địa chất này còn nhiều vấn đề chưa được thống nhất

Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 10304:2014 là tiêu chuẩn được lựa chọn

và áp dụng rộng rãi để dự báo sức kháng của cọc cho các công trình dân dụng công nghiệp, nhưng tiêu chuẩn này chưa đề cập đến tính toán sức kháng của cọc trong nền

đá phong hóa Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 11823:2017 có các chỉ dẫn liên quan đến tính toán sức kháng của cọc trong lớp đá mềm yếu IGM ở phần phụ lục B, nhưng phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn chỉ hạn chế cho các công trình cầu Do đó, để áp dụng phổ biến cho các công trình dân dụng công nghiệp cần có thêm nhiều nghiên cứu để kiểm chứng Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu khoa học đã công bố nhiều đề xuất

có thể dùng để dự báo sức kháng của cọc trong điều kiện địa chất với lớp đá phong hóa, nhưng các công bố này chỉ được đề xuất dựa trên một số kết quả thí nghiệm hiện trường ở một số vùng cụ thể Hơn thế nữa, một số công thức đòi hỏi các thông số đá khó thực hiện được trong điều kiện khảo sát hiện có của các công trình nhà

Do đó, cần có thêm các đề tài nghiên cứu về tính toán dự báo sức kháng cọc khoan nhồi chịu tải trọng dọc trục trong nền đá phong hóa yếu

2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung tính toán sức kháng của cọc khoan nhồi chịu tải dọc trục trong nền đá phong hóa yếu Kết quả nghiên cứu chủ yếu mô phỏng bằng phần mền phần tử hữu hạn dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc (thí nghiệm thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục) có so sánh với các công thức dự báo lý thuyết

3 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào tính toán sức kháng của cọc khoan nhồi chịu tải dọc trục trong nền đá phong hóa yếu, thông qua mô hình mô phỏng lại ứng xử của cọc (đã kiểm chứng với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc) phân tích, đánh giá và đề xuất cách lựa chọn bộ thông số của đá phù hợp cho việc dự báo sức kháng của cọc trong giai đoạn thiết kế ban đầu trong điều kiện khảo sát địa chất còn hạn chế

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu sẽ thực hiện chủ yếu với 3 phương pháp:

- Thu thập số liệu kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường, thông số khảo sát đá

- Tổng hợp các lý thuyết tính toán sức kháng cọc khoan nhồi chịu tải dọc trục trong nền đá phong hóa

- Mô phỏng ứng xử cọc bằng phần mềm phần tử hữu hạn PLAXIS 3D từ đó so sánh với kết quả nén tĩnh

5 Tính mới của nghiên cứu

Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn PLAXIS 3D để mô phỏng ứng xử của cọc khoan nhồi trong nền đá phong hóa yếu có kiểm chứng so sánh với kết quả nén tĩnh cọc tại hiện trường

Tổng hợp, phân tích để đề xuất bộ thông số phù hợp để dự báo sức kháng cọc trong đá phong hóa với điều kiện khảo sát địa chất còn hạn chế

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài: Bổ sung thêm hiểu biết về các thông số tính chất của đá phong hóa yếu, sự phù hợp các lý thuyết đã công bố trước đó trong điều kiện địa chất cụ thể khi tính toán sức kháng cọc khoan nhồi chịu tải dọc trục trong nền đá phong hóa

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kiểm chứng lại tính phù hợp khi sử dụng phần mền phần tử hữu hạn PLAXIS 3D để mô phỏng ứng xử của cọc khoan nhồi trong nền đá phong hóa yếu, đề xuất một số chỉ tiêu lựa chọn thông số đá để dự báo sức kháng của cọc

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sức kháng cọc khoan nhồi trong đá phong hóa

Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 10304:2014 [13] được dùng phổ biến để

dự báo sức kháng của cọc (cả cọc khoan nhồi và cọc đóng ép) trong nền đất, trong các lớp đá chỉ đề cập đến tính toán sức kháng mũi cọc tựa trên nền đá không phong hóa thông qua các công thức số (7), (8) và (9) Thực tế với điều kiện khí hậu đặc trưng nhiệt đới ẩm gió mùa của nước ta, những tầng đá phong hóa nằm giữa các tầng đất

và đá là rất phổ biến nên khi gặp điều kiện địa chất này thì không thể áp dụng TCVN 10304:2014 [1] để tính toán thiết kế Chưa kể thành phần sức kháng bên cũng không được chỉ dẫn tính toán, dẫn đến nhiều dự án khi gặp điều kiện cọc chịu kéo sẽ gây khó khăn cho việc tính toán và lựa chọn phương án móng cọc tối ưu

Báo cáo CIRIA 181 [5] được áp dụng phổ biến ở các nước châu Âu hướng dẫn thiết kế cọc trong đá yếu, báo cáo chủ yếu tập trung trình bày ứng xử cọc chịu tải dọc trục thông qua tương quan giữa độ cứng vật liệu cọc và đá Báo cáo đưa ra 4 phương pháp thiết kế cho dự báo sức kháng cọc chịu tải dọc trục Trong đó áp dụng cho đá yếu đẳng hướng theo đề xuất Kulhawy và Carter (1992) nêu lên lý thuyết tính toán cọc làm việc theo 3 giai đoạn Các giai đoạn trên được thể hiện qua biểu đồ hình bên dưới như sau:

Hình 1.1 Các giai đoạn làm việc của cọc theo Kulhawy và Carter (1992)

Bộ thông số cơ bản của mô hình cũng gồm các thông số về chiều dài cọc, đường kính cọc, vật liệu cọc, cường độ kháng nén của đá qu, chỉ số chất lượng đá RQD (một

số thông số khác như mô đun biến dạng khối đá Em, hệ số Poisson  có thể lấy sơ bộ dựa trên các nghiên cứu trước đã được công bố) Mô hình của báo cáo CIRIA 181 xây dựng trên mô hình đá đẳng hướng, nên khi áp dụng cho các loại đá phân phiến cần kể thêm hệ số giảm cường độ qu (thường khoảng từ 2.0 – 2.5) phụ thuộc vào góc lệch giữa phương của lực và chiều của thớ đá trong thế nằm tự nhiên theo [2] Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ban đầu, việc có được thông tin về thế nằm tự nhiên là tương đối khó khăn do nhiều vùng có các lớp đá nằm sâu bên dưới

Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017 phần 10 [3] có đề cập chỉ dẫn tính toán sức kháng cọc trong nền đá mềm yếu IGM (IGM - Intermediate geomaterial chỉ nhóm địa chất nằm trung gian giữa tính chất của đất và đá) trong phần phụ lục B Phương pháp được đề ra trong tiêu chuẩn dựa trên phương pháp được công

bố trong báo cáo FHWA-RD-95-172 [2] Báo cáo FHWA-RD-95-172 đã đưa ra 3 nhóm đá chính cho nghiên cứu của mình, trong đó đối với các loại đá có tính dính

(nhóm 1 và 2) báo cáo đã đề xuất phương trình tương quan giữa đường chuyển vị của cọc theo cấp tải trọng qua 2 giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 1: Cọc làm việc trong giai đoạn đàn hồi, trước khi xảy ra biến dạng trượt giữa bề mặt tiếp xúc cọc và đá, thể hiện theo phương trình (1.1)

- Giai đoạn 2: Bắt đầu có xuất hiện biến dạng trượt, sử dụng quan hệ phi tuyến

để mô tả theo phương trình (1.2)

số khác sẽ được trình bày cụ thể hơn ở phần sau Bộ thông số cơ bản của báo cáo này cũng tương tự như báo cáo CIRIA 181, tuy nhiên đối với đá sét bột kết mô hình được xây dựng trên các số liệu thực tế cho điều kiện địa chất này nên có thể xem xét bỏ qua giảm cường độ qu do góc lệch của thớ đá theo [3] Điều này phù hợp cho điều kiện khảo sát thông số đá còn hạn chế

chênh lệch sức chịu tải cọc khi tính toán theo các công thức từ các tiêu chuẩn khác nhau Từ bảng thông số thấy được mức độ chênh lệch giữa các kết quả khá lớn (Lớn nhất lên đến 20 lần) Do đó, việc lựa chọn 1 tiêu chí phù hợp dựa trên địa chất là điều cần thiết trong việc thiết kế dự báo sức kháng của cọc Bài nghiên cứu của Nguyễn Trung Sơn cũng chỉ dừng lại ở mức là so sánh sự chênh lệch kết quả khi áp dụng tính toán giữa các tiêu chuẩn khác nhau

Bảng 1.1: Bảng so sánh giá trị sức chịu tải cọc khoan nhồi theo báo cáo [4]

Với sự phổ biến của các phần mềm phần tử hữu hạn hiện nay, cho phép mô phỏng ứng xử của đất thông qua các mô hình đất với bộ thông số yêu cầu kèm theo Đây cũng là một công cụ có thể dùng để đối chiếu với các công thức lý thuyết, kết quả hiện trường (Kết quả nén tĩnh cọc) Bài nghiên cứu của Lê Đức Tiến [5] là một tiêu biểu cho việc áp dụng mô hình phần tử hữu hạn như đã nêu Báo cáo sử dụng phần mềm Fb-pier để kiểm chứng với số liệu thí nghiệm nén, kéo tĩnh cọc cho cầu Ái

Tử, Quảng Trị trong nền đá bột kết sét phong hóa mạnh Theo [5], kết quả mô phỏng

và thực tế có sự chênh lệch ít ở mức độ chấp nhận được Về sức kháng bên chênh lệch giữa mô hình và nén tĩnh chưa đến 10%, còn sức kháng mũi có sự chênh lệch lớn lên đến 30% Qua phần phân tích, tác giả đã để đề ra hệ số điều chỉnh đối với các công thức đề xuất trong TCVN 11823:2017 Đối với sức kháng bên đề xuất theo công thức qs =0.81qs,11823 và sức kháng mũi theo qb =0.78qb,11823 Trong đó: Các hệ số 0.81 và 0.78 là các hệ số đề xuất của của Lê Đức Tiến, qs,11823, qb,11823 là các công thức đề xuất trong TCVN 11823:2017 Hiểu đơn giản thông qua các kết quả mô mình

và số liệu nén tĩnh tác giả đề xuất giảm 19% giá trị sức kháng bên và giảm 22% giá

trị sức kháng mũi khi tính toán theo tiêu chuẩn cầu đường bộ Nghiên cứu cũng là một nguồn tài liệu để tham khảo cho các nghiên cứu sau Tuy nhiên, các số liệu chỉ

sử dụng cho duy nhất một trường hợp theo số liệu thí nghiệm khu vực cầu Ái Tử để

đề xuất các hệ số giảm Nên cần thêm nhiều nghiên cứu trong điều kiện này để có thể

áp dụng phổ biến cho thiết kế ở nhiều dự án khác

Hình 1.2 Sử dụng mô hình PB-pier để mô phỏng tính toán sức chịu tải cọc

trong nền đá phong hóa mạnh theo [5]

Hình 1.3 So sánh quan hệ tải trọng – độ lún giữa kết quả nén tĩnh cọc và mô

phỏng bằng phần mềm PB-pier trong báo cáo [5]

Hình 1.4 So sánh quan hệ tải trọng – độ lún giữa kết quả thí nghiệm nhổ cọc

và mô phỏng bằng phần mềm PB-pier trong báo cáo [5]

Nghiên cứu của Lưu Gia Trung và cộng sự [2] cũng trình bày về tính sức kháng của cọc khoan nhồi trong đá phiến bột sét theo các tiêu chuẩn khác nhau như tiêu chuẩn việt Nam (TCVN 10304:2014), tiêu chuẩn anh (Báo cáo CIRIA 181), tiêu chuẩn Mỹ (Báo cáo FHWA-RD-95-712) và so sánh với kết quả nén tĩnh cọc Nghiên cứu dựa trên kết quả nén tĩnh của 2 cọc thí nghiệm TN01 và TN05 với chiều dài cọc khác nhau Cọc TN1 do chiều dài ngàm vào đá ngắn (1.5m) nên chưa đạt Ptk như kỳ vọng, cọc TN05 được bổ sung với chiều dài ngàm vào đá lớn hơn đến 12.5m Báo cáo so sánh chênh lệch giá trị tính toán giữa các các tiêu chuẩn Kết quả tính toán theo FHWA là tương đối phù hợp với kết quả nén tĩnh Kết quả tính toán với sai lệch với số liệu cọc thí nghiệm TN05 1.9% (sức kháng mũi), 2.7% (sức kháng bên) và 2.1% (sức kháng tổng công cả bên và mũi)

Bảng 1.2: Kết quả so sánh sức kháng của cọc giữa các tiêu chuẩn và kết quả nén tĩnh cọc TN01 theo nghiên cứu của Lưu Gia Trung [2]

Bảng 1.3: Kết quả so sánh sức kháng của cọc giữa các tiêu chuẩn và kết quả nén tĩnh cọc TN05 theo nghiên cứu của Lưu Gia Trung [2]

Có rất nhiều nghiên cứu và chỉ dẫn có thể tham khảo để tính toán sức kháng của cọc trong nền đá phong hóa yếu, nhưng cũng còn nhiều vấn đề cần thảo luận và nghiên cứu thêm Một số tài liệu đề xuất tính toán dự đoán sức kháng của cọc đòi hỏi bộ thông số của đá chưa phù hợp với điều kiện khảo sát thực tế của các công trình dân dụng công nghiệp (chủ yếu về đá chỉ có kết quả khảo sát qu và RQD) Các nghiên cứu

đã nêu cũng chỉ dừng lại ở mức độ so sánh kết quả nén tĩnh ở một dự án cụ thể với các công thức giải tích, hay so sánh thêm với mô phỏng mô hình cho trường hợp đó, chưa khái quát hóa vấn đề để tham khảo và áp dụng rộng rãi cho các công trình khác Nên việc đưa ra đề xuất để lựa chọn bộ thông số phù hợp với việc dự báo sức kháng của cọc khoan nhồi trong nền đá phong hóa yếu với điều kiện khảo sát còn hạn chế trong giai đoạn thiết kế ban đầu là cần thiết Cần khảo sát thêm ảnh hưởng của các thông số đá đến sức kháng của cọc để từ đó có được cái nhìn tổng quát vấn đề Từ đó đơn vị thiết kế khi gặp tình huống địa chất tương tự có thể tham khảo để lựa chọn bộ thông số phù hợp hơn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC KHÁNG CỌC KHOAN

NHỒI TRONG NỀN ĐÁ PHONG HÓA

2.1 Tổng quan về đá phong hóa

Đá phong hóa (weathered rock), đá yếu (weak rock) hay lớp địa chất trung gian (Intermediate geomaterial – IGM) chỉ nhóm địa chất có tính chất trung gian giữa đất

và đá So với đất chúng cứng hơn, giòn hơn và không liên tục So với các loại đá, chúng lại mềm hơn, ít giòn hơn dễ bị nén hơn Cường độ thấp hơn đá nhưng cao hơn đất Trong nhiều trường hợp rất khó phân biệt rõ ràng giữa đá phong hóa với đất và

đá Đá phong hóa là sản phẩm từ việc phân hủy các loại đá cứng hơn trải qua quá trình phong hóa trở nên “yếu” đi Theo [5] các quá trình hình thành đá yếu gồm:

- Lắng đọng các hạt và nén chặt (quá trình vật lý cơ học)

- Thay đổi thành phần khoáng vật và xi măng hóa (thay đổi hóa học)

- Sự tan rã (sự suy giảm về vật lý và/ hoặc hóa học)

Các đá cứng cũng được xem là đá yếu khi chúng dễ dàng bị biến đổi tính chất khi gặp điều kiện môi trường (nước, không khí)

Các chỉ tiêu cơ bản có thể khảo sát được dùng phổ biến ở nước ta hiện nay gồm:

- Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT thực hiện trực tiếp ngoài hiện trường, tuy nhiên khi đóng vào các lớp đá giá trị này rất lớn (thường lớn hơn 50) nên một

số đơn vị khảo sát chỉ cung cấp các số liệu chung như >50, >100 gây khó khăn cho việc dùng chỉ tiêu này để dự đoán tính chất đá Cần chỉ định nhà thầu khảo sát đưa ra các con số chi tiết cụ thể

- Thí nghiệm xác định độ bền nén một trục trong phòng thí nghiệm kết quả thu được cường độ nén qu (một số ký hiệu trong công thức cùng có thể dùng ci,

i trong luận văn này các ký hiệu này có ý nghĩa tương đương) chỉ tiêu đánh giá cường độ mẫu đá được thí nghiệm Cần chú ý đến kích thước mẫu thí nghiệm như tỷ số chiều dài trên đường kính mẫu L/D để quy đổi cường độ tính toán khi áp dụng các mô hình đá, công thức tính khác nhau Theo [6] công thức quy đổi cường độ các mẫu có L/D khác nhau theo công thức (2.1)

UCS u

qq

iL

Có nhiều cách phân loại theo các chỉ tiêu cường độ sức kháng nén đơn và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT như:

- Theo [3], phân thành 3 loại:

+ Loại 1: Đá sét giống đất: N < 100

+ Loại 2: Đá sét pha cát rắn: N > 100, qu < 4.7 MPa

+ Loại 3: Nền phiến sét rắn chắc: 4.7MPa < qu < 23.9 MPa

- Theo FHWA-RD-95-172 [4] báo cáo phân loại thành 3 nhóm để phân tích như sau:

+ Nhóm 1: Đất sét quá cố kết, đá phiến sét, saprolites và đá bùn Các loại chủ yếu chưa thành phần hạt sét, dễ bị vỡ khi khoan Cường độ qu trong khoảng 0.5 – 5 MPa

+ Nhóm 2: Đá vôi hoặc các loại đá có chứa sét như nhóm 1 nhưng không bị

vỡ khi khoan

+ Loại 3: Dạng hạt rời bị phân hủy từ đá, giá trị NSPT,30 từ 50 đến 100 búa

- Theo [8] phân loại dựa trên cơ sở SPT và sức kháng nén đơn: sức kháng cắt không thoát nước 250 kPa ≤ Su ≤ 2500 kPa hoặc N60 > 50 búa

2.2 Phương pháp dự báo sức chịu tải cọc trên nền đá phong theo các công thức

từ các công bố khoa học

Có nhiều cách tính toán sức kháng cọc trong đá phong hóa trong và ngoài nước Thành phần sức kháng cọc khi chịu tải trọng dọc trục trong nền đá phong hóa bao gồm sức kháng bên qs và sức kháng mũi qb được thể hiện như hình 2.2

CIRIA Research Report 181 [5] từ nghiên cứu Kulhawy and Carter (1992) đưa ra mô hình quan hệ giữa tải trọng tác dụng và chuyển vị mũi cọc thành 3 giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 1: Cọc làm việc trong giai đoạn đàn hồi không có biến dạng trượt dọc thân cọc, cả sức kháng bên và sức kháng mũi cùng làm việc

- Giai đoạn 2: Giai đoạn làm việc trượt của sức kháng bên, sức kháng cọc tăng chủ yếu vào sức kháng mũi

- Giai đoạn 3: Cọc rời vào trạng thái phá hủy (đường nằm ngang) khi cường độ sức kháng duới mũi cọc đạt tới giới hạn, chuyển vị cọc tăng lên liên tục với tải trọng không tăng

Hình 2.2 Thành phần sức kháng cọc trong nền đá phong hóa

Đối với đá phiến sét Báo cáo FHWA-RD-95-172 [4] đã đề xuất mô hình quan hệ giữa

độ lún mũi và sức kháng cọc chia làm 2 giai đoạn trước khi cọc rơi vào trạng thái phá hủy như đã trình bày ở mục 1.2 Chi tiết tính toán các thông số thể hiện như sau:

- Sức kháng bên cọc faa được xác định theo quy trình sau:

• Xác định cường độ nén nở hông đá theo phương trình (2.3)

 , giá trị này có thể tra bảng 8 của [4]

Bảng 2.1: Giá trị faa/fa theo bảng 8 của [4]

aa m

i a a

fE

• Hệ số  tra theo biểu đồ hình 35 của [4] với thông số qu tương ứng

- Sức kháng bên cọc qb được xác định theo các công thức (1.3) và (2.4)

2.3 Dự báo sức kháng cọc dựa trên kết quả nén tĩnh cọc

Có nhiều phương pháp để dự báo sức kháng cực hạn của cọc từ biểu đồ tải trọng – độ lún của kết quả nén tĩnh cọc Phương pháp của De Beer (1968) đề ra cách được sức chịu tải cực hạn theo các bước sau:

- Vẽ đồ thị tải trọng – độ lún với giá trị 2 trục theo hàm logarit

- Các giá trị (tải trọng, độ lún) sẽ nằm gần như trên 2 đường thẳng

- Tải trọng cực hạn sẽ ứng với điểm giao của đường thẳng này

Phương pháp này có nhược điểm không phải lúc nào cũng có các điểm nằm trên 2 đường thẳng riêng biệt rõ ràng, nên khó xác định giao điểm

Phương pháp của Davisson (1972), phương pháp xác định dựa trên biến dạng đàn hồi của vật liệu thân cọc:

- Vẽ đồ thị tải trọng – độ lún với giá trị 2 trục

- Trên cùng biểu đồ, vẽ thêm đường quan hệ giữa tải trọng – độ lún theo phương trình (2.6) Trong đó D là đường kính cọc, giá trị 0.15in xấp xỉ 3.8mm theo hệ đơn vị SI

0.15120

sẽ không hoàn toàn là 100% tải thí nghiệm P như phương pháp Davission đang đề xuất, đặc biệt là các cọc có đường kính lớn và mũi cọc cắm vào lớp đất tốt sức kháng mũi là đáng kể (tùy mức độ huy động) nên phương pháp này cần hiệu chỉnh để phù hợp hơn TCVN 10304:2014 cũng đề cập đến hệ số  cho biến dạng thân cọc thay

đổi từ 0.3 đến 0.7 phụ thuộc vào đặc tính địa chất dưới mũi cọc Cụ thể được trình bày ngay sau đây

TCVN 10304:2014 đưa ra một phương pháp xác định dựa trên phương trình (2.7)

, S < 40mm 40mm, S 40mm

gh

c

NL S

 = nếu độ lún ổn định quy ước theo TCVN 9393:2012

-  hệ số phụ thuộc vào phân bố dọc theo chiều dài cọc, đề xuất lấy trong khoảng 0.3 – 0.7

2.4 Dự báo sức kháng cọc bằng mô hình Hoek – Brown với PLAXIS 3D

2.4.1 Tiêu chí bền Hoek – Brown

Tiêu chí bền Hoek – Brown hay còn gọi là chuẩn phá hoại Hoek – Brown cho phép xác định tương quan giữa các thành phần ứng suất của mẫu đá Mô hình mô phỏng ứng xử phi tuyến của khối đá liên tục được đưa ra dựa trên các kết quả thí nghiệm mẫu đá của Hoek (1968) kết hợp với nghiên cứu mô hình của Brown (1970) Tiêu chí bền của Hoek – Brown đã chứng tỏ sức kháng đỉnh của mẫu đá được biểu diễn dưới dạng:

a '

-  là cường độ nén đơn 1 trục của vật liệu đá nguyên trạng ci

- mb là giá trị giảm của hằng số vật liệu mi theo (2.9)

- GSI là chỉ số độ bền của khối đá

- D là hệ số phụ thuộc vào mức độ xáo trộn của khối đá

Bộ thông số cơ bản của phương trình có nhiều thông số gồm:   '1, '3, ci, mb, mi, GSI, s, a và D Tuy nhiên thông qua các công thức tương quan thì chỉ cần xác định 4 thông số chính là  , mci i, GSI và D, cụ thể các thông số được xác định theo:

- Theo [7] ban đầu một mô hình máy nén 3 trục được thiết lập bởi Franklin and Hoek (1970) để xác định giá trị  và mci i của đá Tuy nhiên nếu không có thí nghiệm trực tiếp có thể tham khảo bảng 2 và bảng 3 của tài liệu [7] để có các thông số cơ bản

Bảng 2.3: Ước tính giá trị ci theo cấp đá trích dẫn bảng 2 của [7]

Hình 2.3 Mô tả máy nén 3 trục để xác định giá trị mi và ci của Franklin and

Hoek (1970) theo [7]

Bảng 2.4: Ước tính giá trị mi của đá trích dẫn bảng 3 của [7]

- Bên cạnh đó khi xác định từ thí nghiệm kích cỡ mẫu cũng ảnh hưởng đến kết quả thu được, theo công bố Hoek and Brown (1980a) đã đề xuất công thức tương quan giữa kết quả thí nghiệm trên mẫu đá có đường kính d với mẫu tiêu chuẩn có đường kính 50mm theo công thức (2.12) hoặc hình bên dưới

0.18

cd c50

50d

 =   

Hình 2.4 Ảnh hưởng của đường kính mẫu đến cường độ chịu nén của mẫu đá

nguyên trạng theo công bố Hoek and Brown (1980a) Chỉ số độ bền địa chất GSI được Hoek (1994) và Hoek Kaiser và Bawden (1995) giới thiệu để ước tính mức giảm cường độ của khối đá dựa trên đặc tính mẫu đá nguyên trạng Chỉ số được xác định dựa trên đặc điểm bề mặt và kết cấu bên trong của khối

đá Bảng đánh giá được thể hiện như bảng 5 của [7] và phần mở rộng ở bảng 6 của [7] theo cộng bố Hoek và công sự (2006) và Marinos và cộng sự (2005) với giá trị

dao động từ 0 – 100 Ở cận GSI = 100 thể hiện chất lượng đá tốt gần như không khác

gì mẫu đá nguyên trạng và cận GSI = 0 thể hiện chất lượng đá kém Chỉ số GSI dựa trên điều kiện quan sát mô tả địa chất nhiều hơn do đó dễ áp dụng hơn các hệ thống phân loại đá được công bố trước đó như RMR hay hệ thống Q Cũng có một số công thức liên hệ giữa GSI và RMR tuy nhiên theo [7] các tương quan này là không đánh tin cậy đặc biệt là các đá chất lượng kém, khuyến nghị nên dùng các bảng đánh giá như đã nêu ở phần trên

Bảng 2.5: Ước tính chỉ số GSI của đá theo bảng 5 của [7]

Bảng 2.6: Ước tính chỉ số GSI của đá không đồng nhất theo bảng 6 của [7]

- Với hệ số xáo trộn D được bổ sung vào tiêu chí bền Hoek – Brown từ bản chỉnh sửa 2002 Hệ số được đánh giá dựa trên mức độ xáo trộn của khối đá Giá trị D thay đổi từ 0 (đối với khối đá nguyên vẹn) đến 1 (đối với khối đá bị xáo trộn mạnh) Giá trị D phụ thuộc vào điều kiện thi công trong đá, và sẽ hiệu chỉnh theo kết quả quan trắc hiện trường

2.4.2 Mô hình vật liệu Hoek – Brown của PLAXIS 3D

- Plaxis là mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng xử đất đá với tải trọng công trình bên trên trong địa kỹ thuật Nó được phát triển để phân tích biến dạng, ổn định và dòng chảy nước ngầm trong địa kỹ thuật

- Có rất nhiều mô hình được đề xuất Plaxis đề xuất để mô phỏng ứng xử của đá như: Mô hình Linear Elastic, mô hình Concrete, mô hình Hardening Soil, mô hình Mohr-Coulomb, mô hình Hoek-Brown, … Có thể thấy rằng:

+ Mô hình Hoek-Brown dựa trên tiêu chí bền Hoek-Brown được xây dựng trên cơ sở các thí nghiệm của đá trong khi đó mô hình Mohr-Coulomb

hay mô hình Hardening Soil được dựa trên tiêu chí bền Mohr-Coulomb được xây dựng trên cơ sở các thí nghiệm của đất hay mô hình Linear Elastic và mô hình Concrete chỉ phù hợp với vật liệu cứng như bê tông + Bộ thông số cơ bản về cường độ của tiêu chí bền Mohr-Coulomb (mô hình MC, HS) là lực dính c và góc ma sát trong  trong khi đó với đá việc xác định trực tiếp các chỉ tiêu này là tương đối khó khăn, không phổ biến Trong khi đó tiêu chí bền Hoek-Brown lại sử dụng các thông

số qu (ci), GSI, mi, Erm khá gần gửi với quá trình khảo sát đá

→ Từ đó đánh giá rằng mô hình phù hợp nhất cho đá nói chung và đá phong hóa (cho nghiên cứu này)

- Hoek – Brown là một mô hình vật liệu của Plaxis được đề xuất để mô phỏng ứng xử đẳng hướng đàn hồi hoàn toàn dẻo cho đá phong hóa (Weathered rock) dựa trên tiêu chí phá hoại Hoek Brown (2002) [11]

Hình 2.5 Mặt bao phá hoại của tiêu chí Hoek – Brown [9]

Bảng 2.7: Bộ thông số cơ bản mô hình Hoek – Brown của phần mền PLAXSI 3D

Thông số mô hình Đơn vị

a Mô đun biến dạng của khối đá (Erm)

Theo nghiên cứu Hoek & Diederichs (2006) đề xuất xác định Erm dựa trên tương quan với chỉ số GSI và hệ số xáo trộn D qua công thức (2.13)

Hoặc dựa trên đề xuất của Deere (1968) về chỉ số MR của đá (tham khảo giá trị này theo bảng 1 của [9]) có thể ước tính mô đun biến dạng của khối đá qua công thức (2.14)

Hình 2.7 Khoảng giá trị hệ số Poisson theo [9]

Bảng 2.8: Ước tính hệ số Poisson đá từ đề xuất Kulhawy (1978) theo bảng 7 [3]

Loại đá Số giá trị Số hiệu loại đá

Hệ số Poisson

Độ lệch chuẩn Lớn

Trung bình

nhất

Nhỏ nhất

Trung bình

- Lấy theo báo cáo của Marinos & Hoek (2001) và Wyllie & Mah (2004), Plaxis tổng hợp lại và đưa trực tiếp vào gợi ý theo loại đá có thể tham khảo bảng 2.5

- Theo bảng 4 [10] cũng tổng hợp các đề xuất theo Marinos and Hoek 2000; các giá trị cập nhật của công ty Rocscience, Inc., 200, dịch lại như sau:

Bảng 2.9: Đề xuất giá trị mi theo [3]

Cát kết 17 ± 4

Bột kết

Đá huyền (18± 3)

Đá phiến (6±2)

Dăm kết (19± 5)

Đá vôi kết tinh (12±3)

Đá vôi Sparitic (10±5)

Đá vôi Micritic (8±3)

Dolomite (9±3)

Trầm tích Evaporite

cao 10±2

Thạch cao không nước 12

Đá chịu lửa (19±4)

Đá Quaczit 20±3