Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của việc mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn đến ứng xử của tường vây hố đào sâu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - -

CHÂU QUANG TÚ

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC MÔ PHỎNG THEO PHƯƠNGPHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐẾN ỨNG XỬ CỦA

TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU

EFFECT OF FEM MODELLING TECHNIQUEON BEHAVIOR OF THE DIAPHRAM WALL

Chuyên nganh : Địa Ky Thuât Xây Dựng

Ma sô : 8580211

LUÂN VĂN THẠC SI

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2021

Công trình được hoan thanh tại:Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Bá VinhCán bộ chấm nhận xét 1: TS Phạm Văn HùngCán bộ chấm nhận xét 2: TS Trần Văn Tuẩn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQGTp.HCM ngay 06 tháng 08 năm 2021 (trực tuyến).

Thanh phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 Chủ tịch: PGS.TS Tô Văn Lận

2 Thư ký: TS Lê Bá Khánh

3 Phản biện 1: TS Phạm Văn Hùng4 Phản biện 2: TS Trần Văn Tuẩn

5 Ủy viên: PGS.TS Nguyễn Trọng Phước

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quản lýchuyên nganh sau khi luận văn đa được sửa chữa (nếu có).

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐộc lâp – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

1 TÊN ĐỀ TÀI:

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC MÔ PHỎNG THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬHỮU HẠN ĐẾN ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Chương 1: Tổng quan về tường vây (Diaphram wall).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích hô đao sâu bằng phương pháp PTHH sử dụng

phần mềm Plaxis.

Chương 3: Phân tích cách tiếp cận mô hình khác nhau để xem xét ứng xử thích hợp

của tường vây.

Chương 4: Phân tích chuyển vị, mô men tường vây giữa các mô hình 3D & 2D có

xét đến tính bất đẳng hướng cả vật liệu tường vây.

5 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:PGS.TS LÊ BÁ VINH

Tp HCM, ngày … tháng … năm 2021

TRƯỜNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CẢM ƠN

Sau gần 2 năm theo học tập, nghiên cứu ở chuyên nganh Địa Kỹ thuật xâydựng dưới sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của các thầy cô tại Trường Đại học BáchKhoa TPHCM, tôi đa hoan thanh bai luận văn thạc sĩ “Ảnh hưởng của việc môphỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn đến ứng xử tường vây hố đào sâu”.

Tôi xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc va lời cảm ơn chân thanh đến PGS.TS.Lê Bá Vinh, người với sự cởi mở, nhiệt tình, uyên bác đa trực tiếp hướng dẫn,

truyền tải kiến thức, giải đáp thắc mắc, dẫn dắt tôi đi đúng hướng va giải quyếtnhững khó khăn phát sinh trong suôt quá trình thực hiện đề tai.

Tôi cũng xin cảm ơn ThS Nguyễn Nhựt Nhứt công tác tại bộ môn Địa cơ

nền móng, người đa giúp đỡ tận tình va đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi quátrình thực hiện đề tai.

Tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn đa truyền đạt kiến thức chuyên sâuvề chuyên nganh giúp tôi có nền tảng kiến thức vững chắc trong suôt thời gian ngồitrên ghế nha trường.

Cuôi cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp đa hỗ trợ, độngviên tôi trong suôt thời gian học tập va hoan thanh luận văn.

Xin chân thanh cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 05 năm 2021

Tác gia

Châu Quang Tú

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong nghiên cứu nay, phần mềm PLAXIS 3D được sử dụng để phân tích ứngxử của tường vây hô đao tầng hầm Chung cư Bến Vân Đồn Quận 4 Thanh phô HồChí Minh Luận văn nay đề cập đến các cách tiếp cận mô hình khác nhau để xemxét ứng xử thích hợp của tường vây Do trình tự xây dựng tường vây, các môi nôiđược tạo ra giữa các panel riêng lẻ Điều nay có nghĩa rằng tường vây ứng xử như lavật liệu bất đẳng hướng theo phương ngang của tường nhưng nó thường được bỏqua trong thực tế thiết kế Để xét tính bất đẳng hướng theo phương ngang của tườngvây, tác giả lập các mô hình mô phỏng tường vây bằng phần tử tấm (3D plate) hoặcphần tử khôi (3D volume continuum) Đôi với các phần tử tấm (plate elements), đặctính bất đẳng hướng có trong tùy chọn, trong khi phần tử khôi (volume elements)đòi hỏi một mô hình vật liệu thích hợp va chỉ có mô hình Jointed Rock Model (JRM)trong Plaxis 3D mới đáp ứng yêu cầu nay Điểm nhấn chính giữa các mô hình nằmở sự khác biệt về chuyển vị ngang của tường, mômen uôn cũng như độ lún nềntrong khu vực tiếp giáp hô đao, sự khác biệt nay tăng lên khi phân tích cô kết saumỗi phase đao (phân tích couple analysis).

Ngoai ra, luận văn nay còn tiến hanh phân tích so sánh chuyển vị ngang, mômen uôn M11 giữa các mô hình 3D volume panel va 2D volume anisotropic Môhình 3D volume panel la mô hình thực tế tường vây bằng các panel phần tử khôi(volume elements) liên kết với nhau Để tiến hanh phân tích, tác giả thay đổi chiềuday tường vây từ 500÷1000 mm, chiều dai các mô đun panel từ 2.4 ÷ 3.2m va xéttính bất đẳng hướng bằng cách phân tích ngược chuyển vị của các mô hình 3Dvolume panel va 3D volume continuum (mô hình 3D liên tục) Kết quả phân tíchcho thấy chênh lệch tương đôi chuyển vị ngang, mô men uôn M11 của các mô hình3D va 2D khá lớn va tăng lên khi chiều day tường vây tăng lên tương ứng với chiềusâu hô đao Điều đáng lưu ý la chênh lệch nay gần như không phụ thuộc vao chiềudai mô đun panel, nghĩa la khi chiều sâu hô đao cang tăng thì chênh lệch chuyển vịngang của mô hình 3D volume panel va mô hình 2D volume anisotropic gần nhưkhông bị ảnh hưởng của tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây Mô men ngoaimặt phẳng uôn M22của tường vây không được phân tích trong mô hình 2D va thôngthường thiết kế sẽ bỏ qua việc kiểm tra khả năng chịu uôn theo phương ngoai mặt

phẳng uôn hoặc quan niệm M22≈ 0.75M11để kiểm tra Tuy nhiên kết quả phân tíchcho thấy, việc ước lượng M22 trong mô hình 2D theo kinh nghiệm không phải lúcnao cũng đảm bảo khả năng chịu lực của tường vây Kết quả phân tích ngược nhằmxác định tỉ lệ độ cứng E2/E1 để thể hiện tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vâycho các mô hình 2D volume anisotropic cho thấy tính bất đẳng hướng giảm dần khichiều dai mô đun panel tăng lên va khi chiều dai mô đun panel lớn hơn 3.2m thì môhình hầu như không chịu ảnh hưởng của tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây.

In this study, Plaxis 3D software is used to analyze the behavior of thebasement diaphragm wall of Ben Van Don Apartment, District 4, Ho Chi Minh City.This thesis deals with different modeling approaches to consider the appropriatebehavior of diaphragm walls Due to the construction sequence of a diaphragm wall,joints are created between individual wall sections This implies that the wall doesnot behave like an isotropic continuum In oder to consider the horizontalanisotropy of diaphragm wall, the author simulates the diaphram wall models eitheras continuum (3D volume continuum) or as plate (3D plate) Whereas plateelements can either be defined as isotropic or anisotropic, the continuum modelrequires a material model, able to account at least for cross anisotropy This is onlyprovided by the Jointed Rock Model implemented in Plaxis 3D Concerning theresults of all variations, the main emphasis lies on the differences between walldeformations and bending moments as well as surface settlements in the areaadjacent to the excavation, the difference increases with increasing degree ofconsolidation after every excavation phase (couple analysis).

In addition, this thesis also conducts comparative analysis of horizontaldisplacement, bending moment M11 between 3D volume panel and 2D volumeanisotropic models The volume panel 3D model is a realistic model of thediaphragm wall by interconnected volume elements panels (volume elements) Theanalysis is performed by changing the wall thickness from 500÷1000 mmcorresponding to the excavation depth varying from 2÷4 basements, the panellengths from 2.4 ÷ 3.2m and determining the anisotropic ratio of the wall materialk=E2/E1 due to the horizontal stiffness of the wall is “reduced” because of theconstruction joints of the individual panels by back analysis deflection of the 3Dvolume panel models and 3D volume continuum models This anisotropy ratio willbe the input parameter for 2D volume anisotropic model which the wall isperformed by the volume element according to the Jointed Rock Model (JRM) Theanalysis results show that the relative difference in deflection, bending moment M11

of 3D & 2D analysis is quite large and increases when the wall thickness increasescorresponding to the excavation depth Especially that this difference is almost

independent of the panel module length, while the excavation depth increases, thewall deflection difference of the 3D volume panel model and the 2D volumeanisotropic model is not almost affected by the anisotropy of the wall material Inaddition, the analysis results also show that the empirical estimation of M22 in the2D model does not always guarantee the bearing capacity of the diaphragm wall.The results of back analysis to determine the E2/E1 stiffness ratio to represent theanisotropy of the wall materials for 2D volume anisotropic models show that theanisotropy decreases as the panel length increases and when the panel length isgreater than 3.2m, the model is not almost affected by the anisotropy of the wallmaterial.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Ảnh hưởng của việc mô phỏng theo phươngpháp phần tử hữu hạn đến ứng xử tường vây hố đào sâu” la nghiên cứu của

chính tôi.

Ngoại trừ những tai liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn nay, tôicam đoan rằng toan phần hay những phần nhỏ của luận văn nay chưa từng đượccông bô hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm nghiên cứu nao của người khác được sử dụng trong luậnvăn nay ma không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn nay chưa bao giờ được nộp để nhận bất ky bằng cấp nao tại cáctrường đại học hoặc cơ sở đao tạo khác.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 05 năm 2021

Tác gia

Châu Quang Tú

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUÂN VĂN THẠC SI i

LƠI CAM ƠN ii

TÓM TẮT LUÂN VĂN THẠC SI iii

ABSTRACT v

LƠI CAM ĐOAN vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

DANH MỤC BANG BIỂU xiii

DANH MỤC HÌNH ANH xv

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tai 1

2.Mục tiêu nghiên cứu 1

3.Phương pháp nghiên cứu 2

4.Ý nghĩa khoa học đề tai 3

5.Giới hạn của đề tai 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG VÂY (DIAPHRAM WALL) 4

1.1 Giới thiệu về hô đao sâu 4

1.2 Tổng quan về tường vây barret (Diaphram wall) 4

1.3 Các nghiên cứu trong nước va quôc tế 7

1.3.1 Giới thiệu chung 7

1.3.2 Nghiên cứu của Zdravkovic va các cộng sự 7

1.3.3 Nghiên cứu của Thresa Voit 8

2.2.2 Anh hưởng của chiều sâu hô đao 13

2.2.3 Anh hưởng của chiều sâu ngam tường 13

2.2.4 Anh hưởng của độ cứng tường va phân bô đất tôt - đất yếu 14

2.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang hô đao sâu 15

2.3.1 Phương pháp đơn giản 15

2.3.2 Phương pháp dầm trên nền đan hồi va phương pháp phần tử hữu hạn 15

2.4 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil 16

2.5 Mô hình Jointed Rock Model (JRM) 21

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁCH TIẾP CÂN MÔ HÌNH KHÁC NHAU ĐỂ XEMXÉT ỨNG XỬ THÍCH HỢP CỦA TƯƠNG VÂY 24

3.1 Giới thiệu 24

3.2 Tổng quan về công trình nghiên cứu 25

3.2.1 Thông tin chung dự án 25

3.2.2 Kích thước hình học va mặt cắt hô đao 26

3.2.3 Mặt bằng hiện trạng xung quanh dự án 27

3.2.4 Điều kiện địa chất công trình 28

3.2.4.1 Mặt cắt địa chất 28

3.2.4.2 Mực nước ngầm 30

3.2.5 Công tác quan trắc 30

3.3 Thông sô đầu vao cho mô hình Plaxis 3D 32

3.3.1 Thông sô địa chất được sử dụng trong mô hình 32

3.3.2 Mô hình hô đao 33

3.3.3 Mô phỏng tường vây 34

3.3.3.1 Mô phỏng dạng phần tử khôi (volume elements) 35

3.3.3.2 Phân tích ngược xác định tỷ lệ độ cứng tường vây theo phương ngang sovới phương dọc 36

3.3.3.3 Thông sô tường vây trong mô hình 41

3.3.3.4 Hệ giằng chông (Struts & Walings) 42

3.4.1.1 Chuyển vị ngang va mô men uôn của tường trong phân tích single analysis

va couple analysis 48

3.4.1.2 Độ lún nền trong phân tích single analysis va couple analysis 53

3.4.2 Mô hình phần tử khôi (volume elements) so với mô hình phần tử tấm (plateelements) 54

3.4.2.1 Chuyển vị va mô men tường vây của mô hình phần tử khôi (volumeelements) va mô hình phần tử tấm (plate elements) 55

3.4.2.2 Độ lún nền của mô hình phần tử khôi (volume elements) va mô hình phầntử tấm (plate elements) 57

3.4.3 Mô hình tường vây đẳng hướng va bất đẳng hướng 58

3.4.3.1 Chuyển vị va mô men tường vây mô hình tường vây đẳng hướng va bấtđẳng hướng 59

3.4.3.2 Độ lún nền của mô hình tường vây đẳng hướng va bất đẳng hướng 63

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ, MÔ MEN TƯƠNG VÂY GIỮA CÁCMÔ HÌNH 3D & 2D CÓ XÉT ĐẾN TÍNH BẤT ĐẲNG HƯỚNG CỦA VÂT LIỆUTƯƠNG VÂY 64

4.1 Thông sô địa chất, mực nước ngầm, mô hình hô đao 64

4.2 Mô phỏng tường vây 64

4.2.1 Kích thước hình học 64

4.2.2 Phân tích ngược xác định tỷ lệ độ cứng tường vây theo phương ngang so vớiphương dọc 65

4.2.3 Thông sô tường vây trong mô hình 65

4.3 Hệ giằng chông (Struts & Walings) 67

4.3.1 Hệ giằng chông cho hô đao 02 tầng hầm sâu 9.1m, tường vây Diaphram walld500 67

4.3.2 Hệ giằng chông cho hô đao 03 tầng hầm sâu 12.1m, tường vây Diaphramwall d800 67

4.3.3 Hệ giằng chông cho hô đao 04 tầng hầm sâu 15.1m, tường vây Diaphramwall d1000 68

4.4 Hạ mực nước ngầm 70

4.5 Các trường hợp mô hình 70

4.6.1 Phân tích ngược xác định tỷ lệ độ cứng k=E2/E1 giữa mô hình 3D Volume va

mô hình 3D Volume anisotropic continuum 72

4.6.2 Chuyển vị ngang va mô men uôn của mô hình 3D Volume va mô hình 2DVolume anisotropic 74

1.2 Phân tích single analysis va couple analysis 85

1.3 Mô hình phần tử khôi (volume elements) va mô hình phần tử tấm (plateelements) 86

1.4 Ứng xử đẳng hướng va bất đẳng hướng của vật liệu tường vây 86

2 Phân tích chuyển vị, mô men uôn tường vây giữa các mô hình 3d & 2d có xét đếntính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây 87

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 90

TÀI LIỆU THAM KHAO 92

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

φ Góc ma sát trong của đấtc Lực dính của đất

Su Sức chông cắt không thoát nướcE Mođun đan hồi của vật liệuGL Cao độ mặt đất

Phase Các bước thi công

ICL Inclinometer thiết bị đo chuyển vị tường vây Trọng lượng của đất

CK Chu ky đo quan trắc

VST Thí nghiệm cắt cánh hiện trường

w Trọng lượng đơn vị tường vây trong mô hình PlaxisCu Lực dính không thoát nước của đất

HSM Hardening Soil ModelJRM Joint Rock Model

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bang 3.1 Thông tin về dự án Chung cư Bến Vân Đồn Quận 4 (Grand Riverside) 25

Bang 3.2 Bảng phân loại và đặc điểm phân bố các lớp đất theo độ sâu 28

Bang 3.3 Bảng các thí nghiệm cho các lớp đất 29

Bang 3.4 Thông số đất đưa vào mô hình Plaxis 3D 32

Bang 3.5 Chênh lệch tương đôi chuyển vị Uytừ Hình 3.18 40

Bang 3.6 Thông số tường vây vật liệu đẳng hướng trong mô hình 3D 41

Bang 3.7 Thông số tường vây vật liệu bất đẳng hướng trong mô hình 3D 42

Bang 3.8 Thông số hệ giằng chống trong mô hình Plaxis cho hố đào 02 tầng hầmsâu 9.1m, tường vây d500 43

Bang 3.9 Các trường hợp mô hình trong phân tích đẳng hướng, bất đẳng hướngcủa vật liệu tường vây 45

Bang 3.10 Chênh lệch tương đối của lực dọc trong thanh chống ở giữa (mô hìnhVol iso vs Vol iso consolidation) 49

Bang 3.11 Chênh lệch chuyển vị và Mô men M11giữa phân tích single analysis vàphân tích couple analysis tại mặt cắt giữa tường vây 51

Bang 3.12 Chênh lệch chuyển vị và Mô men M11giữa phân tích single analysis vàphân tích couple analysis tại mặt cắt góc tường vây 52

Bang 3.13 Chênh lệch tương đối của độ lún nền từ Hình 3.33 và Hình 3.34 54

Bang 3.14 Chênh lệch chuyển vị va Mô men M11 giữa mô hình phần tử khôi vaphần tử tấm đẳng hướng tại mặt cắt giữa tường vây 57

Bang 3.15 Chênh lệch chuyển vị và Mô men M11giữa mô hình phần tử khối vàphần tử tấm bất đẳng hướng tại mặt cắt giữa tường vây 57

Bang 3.16 Chênh lệch độ lún nền giữa mô hình phần tử khối và phần tử tấm đẳnghướng tại mặt cắt giữa tường vây 58

Bang 3.17 Chênh lệch độ lún nền giữa mô hình phần tử khối và phần tử tấm đẳnghướng tại mặt cắt ở góc tường vây 58

Bang 3.18 Chênh lệch chuyển vị và Mô men M11giữa mô hình phần tử khối đẳnghướng và bất đẳng hướng tại mặt cắt giữa tường vây 62

Bang 3.19 Chênh lệch chuyển vị và Mô men M11giữa mô hình phần tử tấm đẳnghướng và bất đẳng hướng tại mặt cắt giữa tường vây 62

Bang 3.20 Chênh lệch mô men M11giữa mô hình phần tử khối đẳng hướng và bấtđẳng hướng tại góc tường vây 62

Bang 3.21 Chênh lệch độ lún nền giữa mô hình phần tử khối đẳng hướng và bất

đẳng hướng ở giữa tường và góc tường vây 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mối tương quan,Clough và O’Rourke (1990) 12

Hình 2.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiềusâu của hố đào (Ou và các cộng sự, 1993) 13

Hình 2.3 Chiều sâu ngàm tường Hp, Chang-Yu Ou (2006) 13

Hình 2.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường(Chang-Yu Ou 2006) 14

Hình 2.5 a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c)giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống, Chang-Yu Ou (2006) 14

Hình 2.6 (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c)giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống, Chang-Yu Ou (2006) 15

Hình 2.7 Quan hệ giữa ứng suất va biến dạng trong thí nghiệm nén ba trục thoátnước CD 17

Hình 2.8 Xác định hệ số mũ m của HSM từ thí nghiệm ba trục thoát nước CD 18

Hình 2.9 Định nghĩa mô đun ܧͷͲݎ݂݁ trong thí nghiệm nén cố kết Oedometer 19

Hình 2.10 Các mặt dẻo trong mặt phẳng ሺ݌ െ ݍሻ của mô hình HS 20

Hình 2.11 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) 20

Hình 2.12 Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3trục thoát nước CD 21

Hình 2.13 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng 22

Hình 2.14 Ý tưởng cơ bản của mô hình Jointed Rock Model (JRM) 22

Hình 2.15 Tiêu chí phá hoại dẻo của mặt phẳng i trong mô hình JRM 23

Hình 3.1 Vị trí dự án số 278-283 Bến Vân Đồn và hình phối cảnh dự án 25

Hình 3.2 Mặt bằng hố đào 27

Hình 3.3 Mặt cắt thể hiện cao độ đào đất 27

Hình 3.4 Mặt bằng hiện trạng xung quanh dự án 28

Hình 3.5 Mặt bằng bố trí hố khoan địa chất 29

Hình 3.6 Kết quả đo mực nước ngầm ngày 01/06/2016 30

Hình 3.7 Mặt bằng bố trí quan trắc chuyển vị ngang của tường vây 31

Hình 3.8 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang điển hình ICL-8 32

Hình 3.9 Mặt bằng bố trí hệ giằng thực tế 33

Hình 3.10 Mặt bằng kết cấu ¼ hố đào 34

Hình 3.11 Kết quả mesh lưới trong Plaxis 3D 34

Hình 3.12 Tường vây dạng panel mô hình JRM trong phân tích ngược 37

Hình 3.13 Tường vây dạng liên tục mô hình JRM trong phân tích ngược 37

Hình 3.14 Chuyển vị Uytường vây dạng panel trong phân tích ngược 38

Hình 3.15 Chuyển vị Uytường dạng panel trong phân tích ngược (giữa tường) 38

Hình 3.16 Chuyển vị Uytường panel liên tục trong phân tích ngược (E2=0.2E1) 39

Hình 3.17 Chuyển vị tường vây Uydạng panel liên tục (E2=0.2E1) trong phân tíchngược (tại giữa tường) 39

Hình 3.18 Biểu đồ chuyển vị Uy của tường vây tại mặt cắt giữa tường trong phântích ngược xác định E2 40

Hình 3.19 Thông số đầu vào bất đẳng hướng hình học cho mô hình 3D Plateelements 41

Hình 3.20 Mặt cắt hố đào trong mô phỏng Plaxis cho hố đào 02 tầng hầm sâu9.1m, tường vây d500 43

Hình 3.21 Dầm biên (Walings) 43

Hình 3.22 Hạ mực nước ngầm trong mô phỏng Plaxis 3D 44

Hình 3.23 Trình tự thi công cho hố đào 02 tầng hầm 45

Hình 3.24 Sơ đồ mặt cắt xuất kết quả 46

Hình 3.25 Sơ đồ mặt cắt phân tích độ lún nền 46

Hình 3.26 Quy ước mô men uốn của tường vây trong phần mềm Plaxis 3D 46

Hình 3.27 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong mô hình phân tích singleanalysis 47

Hình 3.28 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong mô hình phân tích coupleanalysis 47

Hình 3.29 Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang của tường vây d500 ở mặt cắtgiữa tường (mô hình Vol iso vs Vol iso consolidation) 49

Hình 3.30 Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang của tường vây d500 ở mặt cắt góctường (mô hình Vol iso vs Vol iso consolidation) 50

Hình 3.31 Biểu đồ mô men M11của tường vây d500 ở mặt cắt giữa tường (mô hìnhVol iso vs Vol iso consolidation) 51

Hình 3.32 Biểu đồ mô men M11của tường vây d500 ở góc tường (mô hình Vol isovs Vol iso consolidation) 52

Hình 3.33 Độ lún nền sau lưng tường vây d500 ở mặt cắt giữa tường (mô hình Vol

iso vs Vol iso consolidation) 53

Hình 3.34 Độ lún nền sau lưng tường vây d500 ở mặt cắt góc tường (mô hình Vol

iso vs Vol iso consolidation) 54

Hình 3.35 Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang của tường vây d500 ở mặt cắt

giữa tường (các mô hình 3D Volume và 3D Plate đẳng hướng) 56

Hình 3.36 Biểu đồ mô men uốn của tường vây d500 ở mặt cắt giữa tường (các mô

hình 3D Volume và 3D Plate đẳng hướng) 57

Hình 3.37 Độ lún nền sau lưng tường vây d500 ở mặt cắt giữa tường (các mô hình

3D Volume và 3D Plate đẳng hướng) 58

Hình 3.38 Độ lún nền sau lưng tường vây d500 ở mặt cắt góc tường (các mô hình

3D Volume và 3D Plate đẳng hướng) 58

Hình 3.39 Chuyển vị ngang của tường vây tại mặt cắt giữa tường trong các mô

Hình 3.42 Độ lún nền sau lưng tường vây tại giữa tường của các mô hình phần tử

khối đẳng hướng, bất đẳng hướng 63

Hình 3.43 Độ lún nền sau lưng tường vây tại góc tường của các mô hình phần tử

khối đẳng hướng, bất đẳng hướng 63

Hình 4.1 Mặt bằng bố trí panel tường vây điển hình trong phân tích 3D volume

panel 65

Hình 4.2 Định nghĩa lực dọc (N), lực cắt (Q), mô men uốn (M) của phần tử tấm 3D

trong hệ trục tọa độ địa phương 66

Hình 4.3 Mặt cắt hố đào trong mô phỏng Plaxis cho hố đào 03 tầng hầm sâu

12.1m, tường vây d800 67

Hình 4.4 Dầm biên (Walings) trong các mô hình 3D volume panel 68

Hình 4.5 Mặt cắt hố đào trong mô phỏng Plaxis cho hố đào 04 tầng hầm sâu

Hình 4.9 Mô hình tường vây d500 hố đào sâu 9.1m trong PLAXIS 2D 71

Hình 4.10 Mô hình tường vây d800 hố đào sâu 12.1m trong PLAXIS 2D 72

Hình 4.11 Mô hình tường vây d1000 hố đào sâu 15.1m trong PLAXIS 2D 72

Hình 4.12 Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang tường vây d500, L=2.4m của môhình 3D volume panel và 3D volume continuum 73

Hình 4.13 Chuyển vị ngang tường vây d500 mô hình 3D volume (panel L=2.4m)74Hình 4.14 Chuyển vị ngang tường vây d500 của mô hình 2D volume anisotropic 75Hình 4.15 Biểu đồ chuyển vị ngang tường vây d500 của mô hình 3D & 2D 75

Hình 4.16 Biểu đồ chuyển vị ngang tường vây d800 của mô hình 3D & 2D 76

Hình 4.17 Biểu đồ chuyển vị ngang tường vây d1000 của mô hình 3D & 2D 76

Hình 4.18 Mô men M11tường vây d500 mô hình 3D volume (panel L =2.4m) 77

Hình 4.19 Mô men M11tường vây d500 của mô hình 2D volume anisotropic 77

Hình 4.20 Biểu đồ mô men M11tường vây d500 của mô hình 3D & 2D 78

Hình 4.21 Biểu đồ mô men M11tường vây d800 của mô hình 3D & 2D 78

Hình 4.22 Biểu đồ mô men M11tường vây d1000 của mô hình 3D & 2D 79

Hình 4.23 Mô men M22tường vây d500 mô hình 3D volume (panel L =2.4m) 79

Hình 4.24 Biểu đồ mô men M22tường vây d500 của mô hình 3D volume panel 80

Hình 4.25 Biểu đồ mô men M22tường vây d800 của mô hình 3D volume panel 80

Hình 4.26 Biểu đồ mô men M22tường vây d1000 của mô hình 3D volume panel 81

MỞ ĐẦU1 Tinh cấp thiết của đề tài

Những năm gần đây, để đáp ứng mật độ dân sô ngay cang tăng trong các đô thịlớn, không gian ngầm dưới các tòa nha cao tầng, chung cư, các tuyến đường sắtngầm, nha ga ngầm được quy hoạch khai thác, sử dụng ngay cang tăng Tất cả cáccông trình trên đều liên quan đến công tác thi công hô đao sâu.

Thực tế, hầu hết các công trình thi công hô đao sâu được phân tích, tính toántheo mô hình 2D Các kết quả quan trắc địa kỹ thuật trên nhiều hô đao sâu cho thấydự đoán của thiết kế về chuyển vị của tường vây, độ lún nền thường sai lệch vathường lớn hơn rất nhiều so với kết quả quan trắc Điều nay cho thấy sự cần thiếtmô hình hóa điều kiện lam việc thực tế của hô đao bằng mô hình phân tích 3D.Ngoai ra, trong quá trình thi công tường vây, các panel tường vây riêng lẻ liên kếtvới nhau bằng các môi nôi Điều nay có nghĩa rằng tường vây không ứng xử nhưmột vật liệu liên tục đẳng hướng Trong thực tế thiết kế, người ta thường mô hìnhtường vây ứng xử đẳng hướng, ảnh hưởng của các môi nôi giữa các panel được bỏqua Do đó, một cách tiếp cận sát với thực tế hơn la mô hình tường vây ứng xử bấtđẳng hướng.

Bên cạnh đó, đặc tính bất đẳng hướng của tường vây phụ thuộc chủ yếu vaochiều day tường vây va chiều dai mô đun panel Do đó, cần thiết thay đổi chiều daytường vây va chiều dai mô đun panel để phân tích so sánh chuyển vị ngang, mômen uôn của tường vây giữa mô hình sát với thực tế la mô hình 3D volume panelvới mô hình thiết kế thông thường la mô hình 2D.

Ngay nay với sự phát triển của máy tính va các phương pháp sô như phân tử hữuhạn, phần tử biên giúp cho người kỹ sư có thể mô phỏng ứng xử kết cấu hô đaotheo mô hình 3D dễ dang Cho nên, để đưa ra các dự đoán thích hợp, đặc biệt liênquan đến chuyển vị tường vây va độ lún nền khu vực lân cận hô đao, việc xem xétứng xử bất đẳng hướng của tường vây la vấn đề quan trọng cần nghiên cứu.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu cách tiếp cận các mô hình khác nhau để đánh giá ứng xử thích hợpcủa tường vây hô đao sâu dưới dạng phần tử khôi (volume elements) hoặc dướidạng phần tử tấm (Plate elements).

Nghiên cứu ảnh hưởng của việc mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạnđến ứng xử của tường vây hô đao sâu có xét đến tính bất đẳng hướng do môi nôicủa panel tường vây Độ cứng bị giảm yếu theo phương ngang tường vây được xácđịnh bằng phân tích ngược từ mô hình panel liên kết khớp so sánh với mô hìnhtường vây liên tục.

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp phân tích cô kết ngắn theo thời gian thicông (phân tích couple analysis) đến chuyển vị va mô men tường vây.

Phân tích ảnh hưởng của chiều day tường vây va chiều dai mô đun panel đếnchuyển vị ngang, mô men uôn của tường vây giữa mô hình sát với thực tế la môhình 3D volume panel với mô hình thiết kế thông thường la mô hình 2D.

Đề xuất một sô lưu ý cho việc tính toán, thiết kế va thi công tường vây hô đaosâu trên nền đất yếu.

3 Phương pháp nghiên cứu

Thay đổi chiều day tường vây va chiều dai mô đun panel dẫn đến thay đổi tỷ lệđộ cứng phương ngang so với phương dọc để đánh giá ảnh hưởng đến chuyển vị vamô men tường vây giữa mô hình sát với thực tế la mô hình 3D volume panel với môhình thiết kế thông thường la mô hình 2D.

4 Ý nghĩa khoa học đề tài

Đưa ra cách tiếp cận mô phỏng tường vây sát với thực tế hơn la mô phỏngtường vây ứng xử bất đẳng hướng va đánh giá ảnh hưởng của đặc tính bất đẳnghướng đến chuyển vị, mô men tường vây khi thay đổi chiều day tường vây va chiềudai mô đun panel.

La tai liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập va nghiên cứu về ứng xử củatường vây hô đao sâu theo mô hình phần tử hữu hạn với các cách mô phỏng khácnhau thể hiện đặc tính bất đẳng hướng của tường vây : 3D volum panel, 3D volumcontinuum, 3D Plate, 2D Plate

La tai liệu tham khảo cho việc đánh giá chuyển vị ngang, mô men uôn củatường vây khi thi công hô đao sâu trong đất yếu do lam nổi bật sự khác biệt giữa môhình tường vây đẳng hướng va bất đẳng hướng Điểm nhấn nằm ở sự khác biệt vềchuyển vị của tường , mômen uôn va độ lún nền trong khu vực lân cận hô đao.

5 Giới hạn của đề tài

Đề tai nay tập trung lam rõ sự khác biệt giữa mô hình tường vây đẳng hướngva bất đẳng hướng cho 1 dự án cụ thể trong khu vực địa chất yếu ở Quận 4,TPHCM.

Chưa xét đến ảnh hưởng của kích thước LxB của hô đao (hiệu ứng góc).Nghiên cứu chỉ tập trung cho trường hợp tường vây chắn giữ hô đao sâu latường barrete BTCT (Diaphram wall) thi công theo phương pháp Bottomb-up có hệgiằng chông shoring – king post.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG VÂY (DIAPHRAM WALL)1.1 Giới thiệu về hố đào sâu.

Một xu thế tất yếu trên thế giới trong phát triển va cải tạo đô thị la sự kết hợpchặt chẽ giữa các công trình trên mặt đất va các công trình đặt ngầm dưới mặt đất.Xu thế nay ngay cang quan trọng để hiện đại hóa đô thị va có ý nghĩa rất lớn về mặtkinh tế, xa hội va môi trường trong ngắn hạn cũng như lâu dai.

Hô đao sâu thường được xây dựng trong khu vực đông dân cư, do đó đặt rayêu cầu về những biện pháp chắn giữ thanh vách hô đao va công nghệ đao thíchhợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như an toan môi trường đảm bảo chuyển vị đấtnền phải nằm trong giới hạn cho phép tránh gây ảnh hưởng xấu đến công trình lâncận đa có từ trước.

Công trình hô đao sâu có giá thanh cao, công nghệ kỹ thuật thi công phức tạp,nhưng lại la công trình có tính chất tạm thời cho nên các Chủ đầu tư dự án thườngkhông muôn đầu tư nhiều chi phí Nhưng nếu để xảy ra sự cô thì việc xử lý khắcphục sẽ vô cùng khó khăn, tổn thất lớn về kinh tế va gây ảnh hưởng xấu về mặt xahội Tuy nhiên, nếu sợ xảy ra sự cô ma chọn giải pháp thiết kế va thi công quá antoan không phù hợp với đặc điểm dự án thì gây lang phí không cần thiết Vì vậy baitoán ổn định hô đao sâu, đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trongviệc phân tích va lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng đề chông lại sự phá hoạikết cấu va chuyển vị ngang quá mức.

1.2 Tổng quan về tường vây barret (Diaphram wall)

Tường vây (Diaphram wall) còn được gọi la tường barret vì được cấu tạo từnhững barret nôi với nhau, giữa các barret có các joint chông thấm Công nghệ thicông tường vây la dùng các máy đao đặc biệt để đao móng có dung dịch bentonitegiữ thanh móng, sau đó đem lồng thép đa chế tạo sẵn trên mặt đất đặt vao trongmóng, dùng ông dẫn đổ bê tông trong nước cho từng đoạn tường Tường vây quâylại thanh một vòng khép kín, sau khi lắp đặt thanh chông hoặc neo sẽ có tác dụngchắn đất, ngăn nước rất hiệu quả, va cang có hiệu quả kinh tế cao hơn khi kiêmthêm lam kết cấu chịu lực cho công trình.

Tường vây thường có chiều day 500mm, 600mm, 800mm, 1000mm,1200mm va 1500mm.

Lần đầu tiên vao năm 1950, người ta đa thi công tường vây lam tường chôngthấm của đập thủy lợi ở Milan, Italia Đến những năm thập niên 70, phương phápnay được ứng dụng rộng rai trong các công trình thủy lợi, bến cảng va công trìnhxây dựng ở Trung Quôc.

Tường vây có các ưu điểm sau đây:

- Thân tường có độ cứng lớn, tính tổng thể tôt, do đó, chuyển vị của tường íthơn các loại tường cừ khác, vừa có thể dùng trong các kết cấu chắn giữ siêu sâu, lạicó thể dùng trong kết cấu lập thể (không gian)

- Thích hợp cho mọi loại điều kiện đất nền

- Có thể giảm bớt ảnh hưởng môi trường khi thi công Khi thi công chấn độngít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng các công trình xây dựng va đường ông ngầm ở lâncận xung quanh, dễ không chế về biến dạng lún.

Quan niệm tính toán tường vây (Diaphram wall) hiện nay chỉ xem xét tườngvây có nhiệm vụ chủ yếu la chông giữ vách hô đao trong quá trình thi công kết cấumóng của công trình Để kiểm tra, thiết kế tường vây (Diaphram wall), xu hướngchủ yếu hiện nay la mô phỏng kết cấu tường vây va quá trình thi công hô đao tầnghầm trên phần mềm Plaxis 2D.

Mô phỏng tường vây (Diaphram wall) trong Plaxis 2D

Trong thiết kế tường vây, có 4 vấn đề cần thiết được xem xét bao gồm:- Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây;

- Độ lún nền sau lưng tường vây;

- Khả năng chịu lực của kết cấu tường vây về mô men, lực cắt, lực dọc;- Khả năng chịu lực của hệ giằng chông.

Với việc sử dụng Plaxis 2D, bai toán sẽ trở nên đơn giản, thời gian tính toánnhanh Tuy nhiên thực tế, do ảnh hưởng của hình dạng công trình (không đôi xứng),do tải trọng tác dụng (áp lực đất, nước, các hoạt tải ) dọc theo chiều dai tường va ởxung quanh tường la khác nhau, sự lam việc không gian của kết cấu chông đỡ Dođó, kết quả mô phỏng bằng Plaxis 2D phản ảnh chưa sát thực tế ứng xử của tườngchắn va hệ giằng chông.

1.3 Các nghiên cứu trong nước và quốc tế1.3.1 Giới thiệu chung

Hiện nay không có nhiều nghiên cứu trong va ngoai nước về phương pháp môphỏng tường vây (Diaphram wall) theo mô hình phần tử khôi có xét đến tính bấtđẳng hướng do các môi nôi panel tường vây Hầu hết các nghiên cứu nay khi đề cậpđến độ cứng theo phương ngang tường vây đều mang tính giả định với một tỷ lệ naođó so với độ cứng theo phương dọc hoặc cho rằng tỷ lệ độ cứng theo phương ngangso với phương dọc rất nhỏ va coi như tường vây không có độ cứng theo phươngngang Ở Việt Nam, đề tai nay chưa từng được nghiên cứu Do đó cần phải phântích một cách rõ rang, hợp lý để áp dụng cho bai toán tường vây hô đao sâu.

1.3.2 Nghiên cứu của Zdravkovic và các cộng sự

Trong nghiên cứu của Zdravkovic va các cộng sự (2005) [1], tường vây khôngphải vật liệu đan hồi đẳng hướng, nó có các phần tử thẳng đứng liên tục (ví dụ: tấmpanel tường vây, cọc vây,…) nhưng không liên tục theo phương ngang dọc theocạnh của hô đao (Hình 1.1) Do đó, độ cứng dọc trục ngang của tường vây nhỏ hơnso với độ cứng theo phương đứng của tường do các môi nôi giữa các panel Vì vậy,quan niệm về độ cứng đẳng hướng (tức la độ cứng giông nhau theo tất cả cácphương) dẫn đến hạn chế đáng kể đôi với phân tích tường vây Do đó, để đạt đượcdự đoán sát với thực tế hơn về chuyển vị của tường va độ lún nền, thì cần phải giảmđộ cứng của tường ngoai mặt phẳng đến một giá trị thích hợp.

Hình 1.1 Sơ đồ mối nối các loại tường khác nhau (Zdravkovic, 2005) (a) Tường

vây (b)Tường secant pile (c)Tường soldier pile

Zdravkovic (2005) [1] nghiên cứu mô phỏng 3D hô đao hình vuông có xét đếntính bất đẳng hướng của tường vây va so sánh với các mô phỏng 2D va đôi xứngtrục

Hình 1.2 Chuyển vị tường vây tại điểm giữa cạnh của hố đào hình vuông trong mô

1.3.3 Nghiên cứu của Thresa Voit

Năm 2016, Thresa Voit [2] đề cập đến các cách tiếp cận mô hình khác nhau đểxem xét ứng xử thích hợp của tường vây hô đao sâu Nghiên cứu trên mô hình phầntử hữu hạn 3D của một tường vây hô đao sâu bôn tầng thanh chông ở SalzburgerSeeton trong Plaxis 3D Trọng tâm chính của nghiên cứu của Thresa Voit nằm ở các

tùy chọn khác nhau có sẵn để mô hình hóa ứng xử vật liệu một cách thực tế nhất cóthể Do các môi nôi giữa các panel, tường vây được dự đoán sẽ ứng xử bất đẳnghướng thay vì đẳng hướng như trong các phân tích thông thường Một sự khác biệtnữa được thực hiện bằng cách so sánh mô hình tường vây dưới dạng phần tửvolume elements va phần tử plate elements.

Hình 1.4 Chuyển vị ngang và mô men uốn tường vây của mô hình 3D volume đẳng

hướng và bất đẳng hướng (Thresa Voit, 2016)

Hạn chế trong nghiên cứu của Thresa Voit :

- Tường vây được mô phỏng theo dạng tường liên tục, ứng xử bất đẳng hướngcủa vật liệu tường vây trong mô hình tường volume được thực hiện bằng cách “vậndụng” mô hình Jointed Rock Model Cách mô phỏng nay chưa hoan toan sát vớithực tế do ta có thể mô phỏng các panel liên khớp với nhau trong phần mềm Plaxsis3D Tuy nhiên, mô phỏng theo dạng tường liên tục có ưu điểm la thời gian phân tíchnhanh hơn, mô hình ít phức tạp hơn va ứng xử tường vây khi phân tích cô kết ngắntheo thời gian thi công phù hợp hơn.

- Độ cứng theo phương ngang của tường vây được giả định la ¼ phương đứng.Điều nay khá mơ hồ va không được chứng minh rõ rang trong suôt nghiên cứu củaThresa Voit Trong luận văn nay, ta có thể giải quyết vấn đề nay bằng cách phântích ngược từ mô hình panel liên kết khớp so sánh với mô hình tường volume liên

tục (Chương 4) Kết quả phân tích cho thấy tỷ lệ độ cứng của tường vây theophương ngang so với phương dọc phụ thuộc vao chiều day tường va chiều dai môđun panel, va với cùng chiều day tường, khi tăng chiều dai mô đun panel đến mộtgiá trị nao đó thì ảnh hưởng của tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây lakhông đáng kể.

1.4 Kết luân tổng quan

Có nhiều yếu tô ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hô đao sâu, trong đó cácyếu tô quan trọng liên quan đến việc mô phỏng 3D la hiệu ứng góc va phương phápmô phỏng tường vây la phần tử khôi (volume elements) cũng như xét đến tính bấtđẳng hướng (anisotropic) của tường vây do môi nôi giữa các panel Do đó, để có kếtquả sát với thực tế hơn trong phân tích 3D , độ cứng của tường vây theo phươngdọc theo chu vi hô đao phải được giảm bớt.

Trong thực tế thiết kế hiện nay, người ta vẫn ưu tiên áp dụng phân tích 2D trongbai toán hô đao sâu, phân tích 3D hiếm khi được thực hiện vì những hạn chế về thờigian va sự phức tạp khi mô hình, mô phỏng tường vây phần tử volume lại canghiếm Các tác giả như Zdravkovic va các cộng sự (2005) [1], Thresa Voit (2016) [2]đa nghiên cứu mô phỏng tường vây phần tử volume có xét đến tính bất đẳng hướngcủa vật liệu tường vây theo các mô hình Linear elastic va Jointed Rock Model Tuycòn hạn chế về cách xác định tỷ lệ độ cứng theo phương ngang so với phương đứngnhưng các nghiên cứu nay đa cung cấp những kiến thức hữu ích nhằm tạo ra mộtmô hình tường vây bất đẳng hướng thích hợp, cũng như la tai liệu tham khảo cầnthiết để kiểm tra kết quả phân tích giữa đẳng hướng va bất đẳng hướng, giữa tườngphần tử volume va phần tử plate.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNGPHƯƠNG PHÁP PTHH SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS

2.1 Các yếu tố anh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây và độ lún đất nềnxung quanh.

Chuyển vị ngang của tường chắn hô đao sâu va độ lún đất nền xung quanhluôn la một vấn đề được quan tâm nhất trong thiết kế, tính toán va thi công hô đaosâu, tuy nhiên đây la thông sô khó có thể dự báo trước Có rất nhiều yếu tô ảnhhưởng đến chuyển vị ngang tường chắn hô đao sâu được phân loại lam 3 yếu tôchính sau:

 Các yếu tô liên quan điều kiện hữu cơ

 Nhân tô địa chất: Tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịulực va biến dạng của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nướcngầm.

 Nhân tô các công trình xung quanh công trình hô đao sâu như các nha caotầng xung quanh, các công trình giao thông va mật độ giao thông xungquanh công

 Các yếu tô liên quan đến thiết kế

 Độ cứng của hệ thông chông đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độcứng của hệ thông thanh chông, chiều dai của tường vây

 Hình dạng của hô đao: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hô đao(hiệu ứng góc)

 Tạo ứng suất trước trong hệ thông thanh chông

 Cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa ximăng nhằm nâng cao khả năng chịu lực va giảm sự biến dạng của đấtnền.

 Phương pháp mô phỏng tường vây trong các phần mềm phân tích PTHH :2D Plate, 3D Plate, 3D volume, …

 Các yếu tô liên quan đến thi công

 Các phương pháp thi công khác nhau như: Top down, Semi Topdown,Bottom Up

 Việc đao quá sâu để thi công hệ thông thanh chông cũng ảnh hưởng đếnchuyển vị ngang của tường vây

 Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đao hô móng thicông tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyển vị tường

 Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khálớn đến chuyển vị ngang của tường vây trong hô đao sâu đặc biệt trongnền đất sét vì liên quan đến vấn đề cô kết va từ biến

 Tay nghề của đội công nhân thi công công trình Điều nay cũng đượcPeck (1969) ban đến.

2.2 Các nghiên cứu về các yếu tố anh hưởng đến chuyển vị ngang của tườngvây

2.2.1 Ảnh hưởng của hệ số an toàn chống trồi đáy

Hệ sô an toan chông trồi đáy đa được Clough va O’Rourke (1990) nghiêncứu Clough va O’Rourke đa đưa ra môi tương quan thông qua biểu đồ sau [hình2.1].

Hình 2.1 Mối tương quan,Clough và O’Rourke (1990)

Clough va O’Rourke (1990) đưa ra kết luận rằng trong một hô đao sâu điểnhình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệ thuận với chiều rộng của hô đao sâu Khichiều rộng của hô đao cang lớn thì sự mất cân bằng lực cang chênh lệch do đóchuyển vị ngang của tường cang lớn Trong đất sét yếu, chiều rộng của hô đao cang

2.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào

Môi liên hệ giữa chiều sâu hô đao với chuyển vị ngang của tường vây tronghô đao sâu đa được Ou va các đồng sự (1993) nghiên cứu Kết quả của nghiên cứunay thì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hô đao sâu khoảng từ 0.2-0.5% chiều sâu hô đao: min= (0.2-0.5%)He[hình 2.2].

Hình 2.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều

sâu của hố đào (Ou và các cộng sự, 1993)

2.2.3.Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường

Chang-Yu Ou (2006) [3] đa đề cập đến môi liên hệ giữa chiều sâu cắm tườngvây (Hp) đến chuyển ngang của tường vây [hình 2.3].

Hình 2.3 Chiều sâu ngàm tường Hp, Chang-Yu Ou (2006)

Ou đa tiến hanh phân tích một hô đao sâu 20m bằng phương pháp phần tử hữuhạn [hình 6] Khi sức kháng thông thường của đất nền la Su/’v= 0,36, chiều sâungam chân tường Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân (phá hoại), lúc đó chuyểnvị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Trong trường hợp Su/’v= 0,28, tường bịphá hoại khi Hp=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Do

đó khi tường đa ở trạng thái ổn định thì chiều sâu ngam của chân tường ảnh hưởngkhông đáng kể đến chuyển vị ngang của tường.

Hình 2.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường

(Chang-Yu Ou 2006)

2.2.4.Ảnh hưởngcủa độ cứng tường và phân bố đất tốt - đất yếu

Khi chưa lắp các thanh chông thì tường sẽ chuyển vị như một dầm hẫng, khi đa lắpthanh chông, độ cứng của thanh chông đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanhđiểm tiếp giáp giữa tường va thanh chông va chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gầnđáy hô đao [hình 2.5] Nếu lớp đất tại vị trí đáy hô đao la đất yếu thì chuyển vị ngang lớnnhất của tường sẽ nằm dưới đáy hô đao, ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hô đao la lớpđất tôt thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hô đao Khi độ cứng của hệthông thanh chông không đủ lớn thì chuyển vị ngang của tường có dạng dầm hẫng va trongtrường hợp nay thì chuyển vị lớn nhất của tường la ngay tại vị trí đỉnh tường (Chang-YuOu, 2006) [hình 2.6].

Hình 2.5 a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c)

giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống, Chang-Yu Ou (2006)

Hình 2.6 (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c)

giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống, Chang-Yu Ou (2006)

2.3 Các phương pháp phân tich chuyển vị ngang hố đào sâu2.3.1 Phương pháp đơn gian

Phương pháp đơn giản dựa trên những trường hợp trong quá khứ đề xây dựngnên những biểu đồ về môi quan hệ giữa các nhân tô khác nhau với chuyển vị ngangcủa tường vây Ou va các cộng sự (1993) đa xây dựng môi liên hệ giữa chuyển vịngang lớn nhất va chiều sâu của hô đảo trong đó đưa ra những trường hợp cho đấtsét va đất cát Clough va O'Rourke (1990) cũng đa dựa trên những công trình hôđao sâu trong khu vực Đai Bắc để xây dựng nên biểu đồ tương quan giữa chuyển vịngang lớn nhất của tường vây với hệ sô an toan chông trồi đáy độ cứng của tườngvây va hệ thông chông đỡ.

Những biểu đồ đó có thể sử dụng để dự đoán được sơ bộ chuyển vị của tườngvây trong trường hợp tương tự Do đó ta cũng nhận thấy được những hạn chế to lớncủa phương pháp giản đơn vì chuyển vị ngang của tường vây la tổng hợp tác độngcủa nhiều nhân tô nhưng những biểu đồ trên chỉ xây dựng trên những nhân tô hạnchế dẫn đến sự thiếu chính xác Mặt khác chuyển vị ngang của tường bị ảnh hưởngto lớn bởi điều kiện địa chất nhưng những biểu đồ trên được các tác giả xây dựngtrên những nghiên cứu các công trình trong một khu vực nhất định do đó khi đemnhững biểu đồ nay áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kết quảcó độ tin cậy thấp.

2.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp dầm trên nền đan hồi va phương pháp phần tử hữu hạn la haiphương pháp thông dụng trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hôđao sâu Ưu điểm của hai phương pháp nay chính la mô phỏng được những nhân tôảnh hưởng đến chuyền vị ngang của tường vây trong hô đao sâu một cách đồng thời.Mặt khác hai phương pháp nay có thể ứng trong các phần mềm máy tính để giảmkhôi lượng va thời gian tính toán nhưng kết quả thu được chính xác hơn.

Tuy nhiên lý thuyết cơ bản của hai phương pháp nay thì không thật sự đơngiản đặc biệt la phương pháp phần tử hữu hạn do đó người phân tích không nhữngphải có kiến thức cơ bản về cách mô hình tính, hồ sơ địa chất phải có đầy đủ cácthông sô đất được thí nghiệm ngoai ra cần phải có kinh nghiệm thực tế để đánh giá

kết quả tính toán, vì kết quả phụ thuộc rất nhiều vao thông sô đầu vao của các môhình đất.

2.4 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil

Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil (HS) la mô hình đất nâng caodùng để mô phỏng ứng xử của nhiều loại đất khác nhau, danh cho cả đất mềm vađất cứng (Schanz, 1998).

Khác với mô hình đan dẻo lý tưởng Morh Coulumb (MC), mặt ngưỡng dẻocủa mô hình HS không cô định trong không gian ứng suất chính ma có thể mở rộngra tùy thuộc vao mức độ biến dạng dẻo của đất Mô hình HS tích hợp cả 2 loại ứngxử tăng bền của đất nền, đó la tăng bền chông cắt va tăng bền chông nén.

Tăng bền chông cắt dùng để mô phỏng các biến dạng không hồi phục của đấtnền khi chịu ứng suất lệch (ứng suất cắt) ban đầu Tăng bền chông nén dùng để môphỏng các biến dạng không hồi phục của đất nền khi chịu tải nén 1 trục ban đầu(nén cô kết hay nén đẳng hướng).

Trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước, môi quan hệ giữa biến dạng dọc trụcva ứng suất lệch có dạng hyperbolic (Kondner, 1963) va về sau đa được ứng dụngtrong mô hình hyperbolic nổi tiếng của Duncan va Chang (1970) Tuy nhiên, môhình HS đa vượt xa mô hình hyperbolic vì mô hình nay xây dựng trên cơ sở lýthuyết dẻo thay vì lý thuyết đan hồi va thêm nữa mô hình HS có xét đến góc gian nởcủa đất va đưa ra mặt dẻo hình chỏm.

Trong mô hình HS, độ cứng của đất nền được mô tả chính xác hơn mô hìnhMC vì sử dụng 3 loại độ cứng khác nhau cho đất nền, bao gồm:

 Độ cứng khi chất tải trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước: ܧͷͲݎ݂݁ Độ cứng khi gia tải hoặc dở tải: ܧݑݎݎ݂݁

 Độ cứng trong thí nghiệm nén cô kết: ܧ݋݁݀ݎ݂݁

Ý tưởng cơ bản của việc thanh lập mô hình HS la môi quan hệ dạnghyperbolic giữa biến dạng dọc trục ε1 va ứng suất lệch q trong thí nghiệm nén 3 trụcthoát nước CD Các đường cong dẻo trong thí nghiệm 3 trục thoát nước được biểudiễn như sau:

െ ߝͳ ൌ ͳʹܧͷͲ

ݍͳ െ ݍݍ

với q<qf

Trong đó, qala giá trị tiệm cận của sức chông cắt Môi quan hệ nay được thểhiện trên hình 2.1 Giá trị E50 la mô đun độ cứng phụ thuộc vao ứng suất nén tronglần chất tải đầu tiên va được xác định bởi phương trình sau:

ܧͷͲ ൌ ܧͷͲݎ݂݁ ܿܿ݋ݏ߮െߪ͵̵ݏ݅݊߮ܿܿ݋ݏ߮൅݌ݎ݂݁ݏ݅݊߮

Trong đó ܧͷͲݎ݂݁la mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén 3 trụcứng với áp lực nén tham chiếu la pref, sô mũ m thể hiện sự thay đổi phi tuyến củamô đun biến dạng E50theo ܧͷͲݎ݂݁.

Ứng suất lệch tới hạn qfva giá trị qađược xác định như sau:ݍ݂ ൌ ܿܿ݋ݐ݃߮ െ ߪ͵̵ ʹݏ݅݊߮

ͳ െ ݏ݅݊߮ Ǣ ݒዔ݅ ݍܽൌܴݍ݂݂

Khi q = qf, trạng thái phá hoại sẽ xảy ra va đạt tới ngưỡng dẻo.

Hình 2.7 Quan hệ giữa ứng suất va biến dạng trong thí nghiệm nén ba trục thoát

nước CD

Hệ sô mũ (m) có thể xác định thông qua thí nghiệm 3 trục cô kết thoát nướcứng với các giá trị áp lực buồng khác nhau Tiến hanh logarit cơ sô e hai vế củabiểu thức (*) ta được:

Ž ܧͷͲ ൌ Ž ܧͷͲݎ݂݁ ൅ ݈݉݊ ݌ߪ͵ ൅ ܿǤ ܿ݋ݐ݃߮݌ݎ݂݁൅ ܿǤ ܿ݋ݐ݃߮݌

Tương ứng với một áp lực buồng σ3 ta xác định được một giá trị E50 Tiếnhanh với 3 cấp áp lực buồng khác nhau ta vẽ môi liên hệ giữa E50va σ3 theo hệ trụctoạ độ logarit cơ sô e, hệ sô góc của đường thẳng xấp xỉ chính la hệ sô mũ (m).

Hình 2.8 Xác định hệ số mũ m của HSM từ thí nghiệm ba trục thoát nước CD

Trong thực tế thì thường ta không có đủ sô liệu để xác định hệ sô mũ m, theonhững nghiên cứu trước đây thì trong điều kiện thoát nước hệ sô mũ m ≤ 1 va daođộng quanh 0.5 Theo như hướng dẫn của Plaxis, đôi với đất yếu ta chọn m = 1 vađôi với đất tôt ta chọn m = 0.5.

Đôi với lộ trình ứng suất lúc dở tải va gia tải, một mô đun độ cứng khác phụthuộc vao ứng suất được sử dụng:

ܧݑݎ ൌ ܧݑݎݎ݂݁ ܿܿ݋ݏ߮ െ ߪ͵̵ݏ݅݊߮ܿܿ݋ݏ߮ ൅ ݌ݎ݂݁ݏ݅݊߮

ܧ݋݁݀ ൌ ܧ݋݁݀ݎ݂݁ ܿܿ݋ݏ߮ െ ߪ͵̵ݏ݅݊߮ܿܿ݋ݏ߮ ൅ ݌ݎ݂݁ݏ݅݊߮

Hình 2.9 Định nghĩa mô đun ܧͷͲݎ݂݁trong thí nghiệm nén cố kết Oedometer

Mặt dẻo hình chỏm có phương trình như sau:݂ܿ ൌ ݍ෤

ܯʹ൅ ሺ ݌ ൅ ܽ ʹ െ ݌݌൅ ܽሻʹ

M la hệ sô phụ thuộc vao áp lực đất ngang tỉnh K0

݌ ൌ ߪͳ ൅ ߪʹ ൅ ߪ͵

ݍ෤ ൌ ߪͳ൅ ͳ ൅ ߙ ߪʹെ ߙߪ͵ ݒዔ݅ ߙ ൌ ͵ ൅ ݏ݅݊߮͵ െ ݏ݅݊߮Pp : áp lực tiền cô kết

Độ lớn của chỏm dẻo phụ thuộc vao áp lực tiền cô kết pp Quy luật tăng bềndiễn tả môi quan hệ giữa áp lực tiền cô kết pp va biến dạng thể tích trên chỏm mũߝݒ݌݌ như sau:

ߝݒ݌ܿ ൌͳ െ ݉ߚ ݌݌݌ݎ݂݁

Với: ߙ ՞ ܭͲܰܥ

ߚ ՞ ܧ݋݁݀ݎ݂݁ mặc định:

ܭͲܰܥ ൌ ͳ െ ݏ݅݊߮ܧ݋݁݀ݎ݂݁ ൌ ܧͷͲݎ݂݁

Hình 2.10 Các mặt dẻo trong mặt phẳng ሺ݌ െ ݍ෤ሻ của mô hình HS

Hình 2.11 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0)

Mặt dẻo khi chịu cắt cũng như mặt dẻo khi chịu nén đều có dạng lục giác củatiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb, va mặt dẻo khi chịu cắt có thể gian nở để trởthanh mặt phá hoại theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb, còn mặt dẻo hình chỏm có thểdan ra theo ứng suất tiền cô kết pp Sau khi gian nở, vật liệu sẽ tiến tới trạng thái độchặt tới hạn va sự gian nở chấm dứt.