Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích chuyển vị tường vây cừ Larsen của công trình hố đào sâu ở Vĩnh Long có xét đến sự không cân bằng tải trọng bề mặt

Dựa trên những kết quả đạt được từ các phân tích ngược, các giải pháp an toànvà tiết kiệm sẽ được hình thành cho những công trình tương tự trong trong tương lai.Dựa trên những lý do đó đ

f DAI HOC QUOC GIA TP.HO CHI MINH N

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

THACH SO PHIA

PHAN TICH CHUYEN VI TUONG VAY CU LARSENCUA CONG TRINH HO DAO SAU O VINH LONG COXET DEN SU KHONG CAN BANG TAI TRONG BE MAT

Chuyén nganh: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAM

Mã số ngành : 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 6 năm 2016

'—

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Trọng Nghĩa

Cán bộ chấm nhận xétI : GS.TSKH Nguyễn Văn

TS Phạm Văn Hùng 555 TS Phan Tá LỆ . -. c << << << << <<:

-TS Nguyễn Cảnh Tuần - 5-5 5s:

Ww FY NM PF

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Chủ nhiệm Bộ môn quản ly chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAMKHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHo và tên học viên : THẠCH SO PHIA MSHV : 13090091

Ngày sinh : 02/01/1991 Noi sinh : Tra Vinh

Chuyén nganh : Kỹ thuật xây dựng công trình ngam MN_ : 6058 02 041- TEN DE TÀI

PHAN TICH CHUYEN VI TUONG VAY CU LARSEN CUA CONG TRINH HO DAO SAUỞ VINH LONG CÓ XÉT DEN SU KHONG CAN BANG TAI TRONG BE MAT

2- NHIEM VU LUẬN VĂNMớỡ đầu

Chương 1 Tổng quan về phân tích chuyền vị ngang của tường vây trong hồ dao sâu

Chương 2 Cơ sở lý thuyết về ứng dụng phương pháp phân tử hữu hạn trong việc phântích chuyển vị ngang của tường vây trong hé đào sâu.

Chương 3 Phân tích chuyền vị tường vay cừ Larsen của công trình hồ dao sâu ở VĩnhLong có xét đến sự không cân bang tải trọng bề mặt

Kết luận, kiến nghị3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: TS LỄ TRỌNG NGHĨANội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ky) (Họ tên và chữ kỷ) (Ho tên và chữ ky)

TS LE TRỌNG NGHĨA

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa cơ Nền móng đãnhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu, quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi

giúp đỡ học viên trong thời gian qua.

Học viên xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thây Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa ngườiđã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tỉnh thần trong thời gian họcviên thực hiện Luận văn Thầy đã truyền đạt cho học viên hiểu được phương thức tiếpcận và giải quyết một van dé khoa học, đây là hành trang quí giá mà học viên sẽ gìngiữ cho quá trình học tập và làm việc tiếp theo của mình

Xin gửi lời cảm ơn đến cơ quan Sở Tài chính tỉnh Vĩnh Long, nơi tôi công tác đãtạo rất nhiều thời gian dé tôi hoàn thành quá trình học tập

Cuối cùng, xin cảm on Gia đình và bạn bè than hữu đã động viên, giúp đỡ học

viên trong thời gian học tập vừa qua.

Luận văn được hoàn thành nhưng không thé tránh khỏi được những thiếu sót vahạn chế Rat mong nhận được sự đóng góp của quý thay cô, bạn bè và đông nghiệp dé

luận văn được hoàn thiện hơn.

TP Hô Chi Minh, thang 6 năm 2016

Học viên

Thạch Sô Phia

PHAN TÍCH CHUYEN VỊ TƯỜNG VAY CU LARSEN CUA CONG TRÌNHHO DAO SAUO VINH LONG CO XET DEN SU KHONG CAN BANG

TAI TRONG BE MATTOM TAT:

Trong nghiên cứu khoa học nay trình bay việc phân tích sự mat cân bang tải trọngngoài xung quanh hỗ đào sâu đến chuyển vị ngang của cừ Larsen trong khu vực đấtyếu Thanh phố Vinh Long Phương pháp phân tích không thoát nước kết hợp với môhình Hardening Soil và Mohr-Coulomb đã được sử dụng dé phân tích chuyển vị ngangcủa cừ Larsen Dựa trên một công trình thực tế ở phường 4, thành phố Vĩnh Long, vớisự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D V8.5 tiến hành mô phỏng các trường hợp tải ngoàicó thé xảy ra trong thực tế ảnh hưởng tới chuyển vị ngang của cir Larsen trong hồ đảosâu Doi tải ngoài ra xa dần cừ Larsen với khoảng cách lần lượt là 1m, 3m, 5m, 7m rồibỏ hăn tải ngoài Các kết quả phân tích chuyển vị mỗi cừ được so sánh với nhau, từ đóđánh giá được vi trí đặt tải ngoài công trình ảnh hưởng đáng kế đến chuyển vị ngangcủa cừ Larsen trong khu vực đất yếu thành phố Vĩnh Long Qua nghiên cứu này cũngđưa ra cảnh báo trong thiết kế và thi công nên quan tâm đến vị trí đặt tải ngoài côngtrình, tránh được những sự cô nghiêm trọng có thé xảy ra

FENCING WALL DISPLACEMENT ANALYSIS OF LARSEN PILE IN DEEPEXCAVATION WORKS IN VINH LONG WITH THE CONSIDERATION OF

THE IMBALANCE SURFACE LOADABSTRACT:

This scientific study presents an analysis of the external imbalance loads around deepexcavation of horizontal displacement of Larsen pile in soft soil area in Vinh Long City.Analytical methods combine undrained Hardening Soil model and Mohr-Coulomb was usedto analyze the horizontal displacement of Larsen pile Based on an actual project in Ward 4,Vinh Long City, with the support of the Plaxis 2D V8.5 software conducted simulation ofexternal load cases which can occur in practice affected the horizontal displacement Larsenpile in deep excavations Move the external load away from Larsen pile with the distance 1m,3m, 5m, and 7m respectively and then quit external load The analytical results of each piledisplacements are compared with each other, thereby evaluate the location of works externalload affecting the horizontal displacement of the Larsen pile in the area of soft soil in VinhLong city This study also provides a warning in the design and construction in which theconcern should be on the location of external load, avoid the serious incidents that may occur.

MỤC LỤC

J0 10000177 11 Tinh cấp thiết của dé tai - << 5< << %9 9 9 9 9g g9 2 cư cư ưu |2 Mục đích nghiên cứu của dé tai 5 << << << s99 999 eEeEeescscscseseee |3 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của để tài < << s sex csescscseseseee 2

4 Phương pháp nghiÊn CỨU «<< < << 6 5 << %6 5589999999449 6888999999999 606 98 25 NO1i duNg NGHIEN 000 0 0 2

6 Hạn chế của dé tài -o- Go G6 S9 1 1 1x se se 2CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE PHAN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CUATƯỜNG VAY TRONG HO ĐÀO SAU un ccsssssscssscsscssscnsecsccesscnsessccesscnsessccnseessentecs 41.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyền vị ngang của tường vây trong hồ đảo sâu 41.2 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đảo sau 51.3 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hỗ dao sâu băng phương phápphân tử hữu hạn - - «s33 E1 9191515 5 11111 11T T1 0101 111111111111 grkg 81.3.1 M6 Dinh 6n 9

1.3.2 Giới han vùng mô hình - 5111 32111111159993311 111111111 ng v2 13

1.3.3 Thông số của mô hình nén oo cccececssssseeescsesesesescecscecesesevevevsesteeee 15

1.3.4 Phương pháp phân tÍch - - 5 3223333311133 1111 19

07 20CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET VE UNG DỤNG PHƯƠNG PHAP PHAN

TỬ HỮU HAN TRONG VIỆC PHAN TÍCH CHUYEN VỊ NGANG CUA

TƯỜNG VAY TRONG HO ĐÀO SÂU 5-55<Sscsersesrsereersesrseree 212.1 Các nhân tô ảnh hưởng đến chuyền vị tường vây hồ đảo - 5 + 5s: 212.1.1 Hệ số an toàn ồn định - :-cSs te Se E38 E3ESESEEEEEESEEEESEEEEEEsErersrseseree 212.1.2 Chiều rộng hố đảo -¿-¿- - E199 9 SE xSSvccvcvE v1 E1 1151 3 xe 222.1.3 Chiều sâu hố đảo - ¿52-22222212 2112112211211 22

SP 000.00 00 01 a 232.1.5 DO cứng TƯỜng - - - c1 và 24

2.1.6 Độ cứng thanh chống .- - - E99 SE SSv SE EEEEEEeEersrererers 242.1.7 Ảnh hưởng của tải trọng đến chuyền vi của tường vây trong hỗ đào sâu

¬ .1 25

2.1.8 Mực nước ng8Âm - - xxx E119 9 9E 111v H111 1x xe 282.1.9 Kích thước hỗ móng - - - kkE#E9E9 SE ccvvv EvgEgEgEErrereei 292.2 Các thông số cơ bản trong mô hình PlaxXisS - + + + SE +k+E+E£EeEeeeeseee 30

2.2.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porOuS”” 30

2.2.2 Dung trọng không bão hoa và dung trọng bão hoà 31

2.2.3 Hệ số thấm ¿5+ 2+2 2212212211211211211211111211211111211111.11.1 1xx 322.2.4 Thông số độ cứng của đất nên - - sscscsesesesescscssssssssevererseseeeeees 322.2.5 Thông số sức kháng cắt của đất nÊỀn - - + +x+k+k#E#EEEeEeEsEerrerees 342.3 Các mô hình đất nền trong PlaXiS - -¿- - kk+E#E#E+ESESEEx SE ckckevgkrererree 35

2.3.1 Mô hình Morh-Coulomb - c5 5333333331333 11111 z 352.3.2 Mô hình Hardening SOIÏ - 5-5 5522333322333 5 EEEEESSesssssss 392.4 Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép(Không thoát nước kết hợp với cô kêt) va ứng dụng các phương pháp này trong việc

phân tích bằng Plaxis - - - E119 5E S111 1111113131111 111g ng rreg 45

2.4.1 Phân tích không thoát nƯỚC 55 22222235111 15 1 11EEEEESSssssssse 462.4.2 Phan tích thoát HƯỚC 1111103311111 11111111 111111 ng 1 ngư 482.4.3 Phân tích kép (Couple AnalyS1S) - 111111 Ekrssseessssss 48

2.5 Tong KẾT - c1 E1 9111915151511 1111101 1011111111111 11010 101111111 ng ngờ 48CHUONG 3: PHAN TÍCH CHUYEN VỊ TƯỜNG VAY CU LARSEN CUACONG TRINH HO DAO SAU O VINH LONG CÓ XÉT DEN SỰ KHONGCAN BANG TAI TRỌNG BE MẶTT - << << << «<< c<sse<s 503.1 Công trình tầng hầm thực tế sử dụng trong nghiên cứu -ss ss+x+xsxd 50

3.1.1 Tổng quan về công trình ¿xxx k+E#E#E#ESESESEEEEEkEkckekekekekeererree 503.1.2 Địa chất c2 H222 dee 533.1.3 Quá trình thi công tầng hằm - - - kx+E+ESESESEEEEEEEkEkekekekekeererree 623.2 Phân tích chuyển vị tường vay cu Larsen cua công trinh hố đào sâu ở Vinh

Long có xét đền sự không cân băng tải trọng bê mặt - -<<<- 763.2.1 Phương pháp phân tÍch << c5 1133333311113 1111111111111 76

3.2.2 Xây dựng mô hình phân tích chuyền ngang của tường vây tầng ham bằng

phân mêm Plaxis 2D Ñ.Š 210030111001 11111111111 1880235511111 rrrrrre 76

3.3 Kết quả phân tích va nhận Xét - - - k1 SE#E#E9ESEEEx ST ggegerreg 81KET LUẬN VA KIEN NGHỊ, uu ccscsccscscscsessscsssssssssssssssscssscsssssssessssssssssessseseseees 88KG t TURN nh 88011701 88TÀI LIEU THAM KHẢÁOO 5 5-5 5< 5< S5 9S SE E9 Es£SeEeEsEsEseseeerscsrsesee 89

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tàiNgày nay theo xu hướng phát triển nhu cầu về nhà cửa ngày càng tăng nhanh, cácphương tiện giao thông cũng tăng đáng kế cộng với mức sống ngảy cảng được nângcao đã kéo theo một loạt hoạt động dịch vụ; trong khi đó diện tích để xây dựng lại hẹpvì thé việc ra đời của không gian ngầm như tang ham kỹ thuật (điều hòa không khí, xửlý nước thải, thang máy, cấp nhiệt ); làm gara 6 tô, xe may; tầng phục vụ sinh hoạt(bê bơi, cửa hang, quán bar ); kho chứa hàng hóa; nơi cư trú tạm thời; nơi cất trữ tài

liệu mật, tài sản có giá tri , đã dap ứng những nhu câu do bản thân nó sinh ra.

Tuy nhiên việc thi công tầng hầm nói riêng và phần ngầm nói chung thường rấtkhó khăn và là thách thức với nhiều nhà thầu Mỗi công trình đều có những đặc điểm

riéng về cầu tao nên đất, mặt cắt địa chất, chiều cao mực nước ngầm va ảnh hưởng

của nhiều yếu tố về chiều sâu, tải trọng bề mặt nên việc xác định giới hạn chuyển VỊcủa tường chan rất phức tạp vì không thể ước lượng chính xác chuyển vị ngang củatường vây Nguyên nhân của việc kém chính xác trong phân tích chuyển vị ngang củatường vây là kết quả phân tích bị tác động bởi nhiều yếu tố mà ta không kiểm soátđược hết Vì vậy việc thực hiện những phân tích ngược trên những công trình trước đódé phân tích đánh giá mức độ tác động của các yếu tố đến kết quả phân tích là cầnthiết Dựa trên những kết quả đạt được từ các phân tích ngược, các giải pháp an toànvà tiết kiệm sẽ được hình thành cho những công trình tương tự trong trong tương lai.Dựa trên những lý do đó đề tài “Phân tích chuyển vị twong vây civ Larsen của côngtrình hỗ đào sâu ở Vinh Long có xét đến sự không cân bang tải trọng bê mat’ đã

được hình thành

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xem xét đánh giá ảnh hưởng của tải trọng bề mặt ảnh hưởng đến kết quả phântích chuyển vị tường vây cir Larsen của công trình hố đào sâu ở Vĩnh Long có xét đếnsự không cân băng tai trọng bề mặt

Mục tiêu nhiên cứu gôm :

- Xem xét đánh giá một vài các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến kết quả phân tíchchuyển vị ngang của tường cir Larsen trong khu vực đất yếu Thành phố Vĩnh Long

- Đánh giá đúng đắn sự ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hồ đào đến chuyểnvị của tường cir Larsen trong hố đào sâu khu vực đất yếu Thành phố Vinh Long

3 Y nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tàiĐóng góp những hiểu biết cho việc đánh giá các yếu tô ảnh hưởng đến kết quảphân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Từ đó, việc phân tíchchuyền vị tường vây cir Larsen của công trình hỗ đào sâu ở Vĩnh Long có xét đến sựkhông cân băng tải trọng bề mặt ảnh hưởng đến tường chắn hồ dao, dé phân tích khanăng làm việc của hệ tường chắn chống lại chuyển vị ngang và biến dạng của đất nềntrong quá trình thi công đào đất sẽ chính xác hơn

Thông qua việc đánh giá mức độ chính xác sự ảnh hưởng của tải ngoài đênchuyền vị ngang của tường cừ Larsen, đưa ra những cảnh báo cho các phân tích thiêu

sót có thể gây ra những sai lầm nghiêm trọng trong thiết kế và thi công

4 Phương pháp nghiền cứu

Chuyén vị của tường vây sẽ được phân tích bằng phương pháp phan tử hữu hạnvới sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D V8.5 Mô hình nền được sử dụng trong phân

tích là Hardening Soil Model (HSM) và Morh-Coulomb (MCM) Kết quả phân tích

không cân băng tải trọng bê mặt sẽ được so sánh với nhau.5 Nội dung nghiên cứu

Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng bề mặt đến kết quả phân tích chuyển vị tườngvây ctr Larsen của công trình hỗ đào sâu ở Vĩnh Long có xét đến sự không cân bangtải trọng bề mặt

6 Hạn chế của đề tàiChưa đánh giá hết được ảnh hưởng của các mô hình, các phương pháp phân tíchđến những van đề khác của hé đảo sâu

Chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài Morh-Coulombvà Hardening Soil và các nhân tố khác ngoài nhân tổ mô hình và phương pháp phân

tích đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu ở khu vựcđất yếu ở Vĩnh Long.

Chưa so sánh kết quả phân tích của không cân băng tải trọng bề mặt với số liệuquan trắc thực tế

Nghiên cứu chỉ thực hiện trên một công trình điển hình nên mức độ khái quát

chưa cao.

CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE PHAN TÍCH CHUYEN VỊ NGANG CUA TƯỜNG VAY

TRONG HO DAO SAU1.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hồ dao sâu

Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hỗ dao sâu

được chia ra làm ba nhóm chính (Kung 2009):

- Nhóm các nhân tô cỗ hữu:

+ Nhân tô địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịu lực va

biến dạng của đất nên, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nước ngâm `+ Nhân t6 các công trình xung quanh công trình hồ đào sâu như các nhà cao tang

xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông xung quanh công trình

- Nhóm các nhân tổ liên quan đến vấn dé thiết kế:+ Độ cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độ cứng củahệ thống thanh chống, chiều dài của tường vây

+ Hình dạng của hồ đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hồ đào+ Sự tạo ứng suất trước trong hệ thông thanh chống

+ Sự cải thiện đất nên công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi măng

nhâm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biên dạng của đât nên.

- Nhóm các nhân tố liên quan đến vẫn dé thi công:

+ Phương pháp thi công khác nhau như: Topdown, Semi-Topdown, Bottom-Up

+ Việc đào quá sâu để thi công hệ thống thanh chóng cũng ảnh hưởng đếnchuyển vị ngang của tường vây

+ Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc dao hố móng thi côngtường vây cũng ảnh hưởng đến chuyền vị tường

+ Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá lớn đếnchuyền vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu đặc biệt trong nên đất sét vì liên quanđến van dé cô kết va từ biến

+ Tay nghề của đội công nhân thi công công trình Điều này cũng được Peck(1969) bàn đến

Chang-Yu Ou (2005, pp.182-183) cũng đã nêu lên những nhân tô ảnh hưởng đếnchuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mat cân bằng lực, độcứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toản Trong đó sự mắt cân bằng lựcbao gom những nhân tố như: chiều sâu của hé đảo, chiều rộng của hé đào va lực néntrước trong các thanh chống Những nhân tô được Ou bản đến ở đây là những nhântố liên quan đến vấn đề thiết kế theo như phân loại của Kung (2009).

1.2 Các phương pháp phân tích chuyến vị ngang của tường vây trong hồ đào sâuTheo Chang Yu Ou (2006) thì có 3 phương pháp phân tích chuyển vị ngang củatường vây trong hồ đào sâu: phương pháp giản đơn (Simplified Method), phương phápdam trên nền đàn hồi (Beam on Elastic Foundation Method) và phương pháp phan tử

hữu hạn (Finite Element Method)

Phương pháp giản đơn dựa trên những trường hop trong quá khứ dé xây dựngnên những biểu đồ về mối quan hệ giữa các nhân t6 khác nhau với chuyển vị ngangcủa tường vây Ou và các đồng sự (1993) đã xây dựng mối liên hệ giữa chuyển vịngang lớn nhất và chiều sâu của hỗ dao trong đó đưa ra những trường hợp cho đất sétvà đất cát Clough và O’Rourke (1990) cũng đã dựa trên những công trình hồ dao sâutrong khu vực Đài Bac dé xây dựng nên biểu đồ tương quan giữa chuyền vị ngang lớnnhất của tường vây với hệ số an toàn chống trồi đáy độ cứng của tường vây và hệthống chong đỡ Những biểu đỗ trên có thể sử dụng dé dự đoán được sơ bộ chuyển VỊcủa tường vây trong trường hợp tương tự Do đó ta cũng nhận thấy được những hạnchế to lớn của phương pháp giản đơn vì chuyển vị ngang của tường vay là tong hợp tácđộng của nhiều nhân tố nhưng những biếu dé trên chỉ xây dựng trên những nhân tốhạn chế dẫn đến sự thiếu chính xác Mặt khác chuyển vị ngang của tường bị ảnhhưởng to lớn bởi điều kiện địa chất nhưng những biểu đồ trên được các tác giả xâydựng trên những nghiên cứu các công trình trong một khu vực nhất định do đó khiđem những biểu đồ này áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kếtquả có độ tin cậy thấp

Phương pháp dầm trên nền dan hồi và phương pháp phan tử hữu han là haiphương pháp thông dụng trong phân tích chuyền vị ngang của tường vây trong hồ daosâu Ưu điểm của hai phương pháp nay chính mô phỏng gan trọn vẹn những nhân tôảnh hưởng đến chuyền vị ngang của tường vay trong hố đào sâu Mặt khác hai phương

pháp này có thể ứng trong các phần mềm máy tính để giảm khối lượng và thời giantính toán nhưng kết quả thu được chính xác hơn Tuy nhiên lý thuyết cơ bản của haiphương pháp này thì không that sự đơn giản đặc biệt là phương pháp phan tử hữu hạndo đó người phân tích không những phải có kiến thức cơ bản vững vàng mà còn phảicó kinh nghiệm thực tế.

Việc so sánh hai phương pháp dam trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữuhạn trong việc phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong h6 đào sâu đã được mộtsố tác giả nghiên cứu M.Mitew (2005) đã sử dụng phương pháp ứng suất phụ thuộc(Depending pressure method) và phương pháp phân tử hữu hạn (FEM) để tiễn hànhphân tích chuyển vị ngang của tường vây trong một hồ đào sâu Phương pháp ứng suấtphụ thuộc là một dạng của phương pháp dam trên nên đàn hồi dựa trên ý tưởng là môphỏng mối liên hệ giữa đất nền và tường bằng hệ thống những lò xo có độ cứng là Ky,tường được xem là một dầm đàn hồi Chuyển vị ngang của tường được xác định thôngqua việc giải bài toán dam trên những gối tựa lò xo có độ cứng là Kj, với tải trọng là áplực đất nên Van dé cần giải quyết trong phương pháp này là xác định hệ số Kạ Trong

nghiên cứu này M.Mitew đã tính toán Kạ theo 3 phương pháp của Terzaghi (1955),

Menard and Bourdon (1964) và Monnet (1994) sử dụng phan mém Geo-FEM trongphân tích Trong phương pháp phan tử hữu hạn M.Mitew đã sử dụng mô hình Mohr-Coulomb trong phần mềm Plaxis 2D dé phân tích Độ cứng của đất nền được M.Mitewchia ra làm bốn trường hợp; FEM 1: độ cứng đất nền dựa theo tiêu chuẩn Ba Lan,FEM 2: độ cứng đất nên dựa theo những nghiên cứu trước đó, FEM 3: độ cứng đất nêndựa vào kết quả khảo sát địa chất, FEM 4: độ cứng đất nên dựa vào kết quả đo đạc ứngsuất tại hiện trường Tất cả những kết quả phân tích được so sánh với kết quả quan trắctại hiện trường M.Mitew đã nhận xét việc tính toán bằng phương pháp ứng suất phụthuộc cho kết quả rất bién động vì phụ thuộc nhiều vào cách xác định hệ số Kạ, Trongkhi đó việc tính toán bang phương pháp phan tử hữu han cho kết quả tính ít biến độngvà gần sát với kết quả quan trắc Tuy nhiên M.Mitew cũng lưu ý khâu quan trọng khitính toán băng phương pháp phân tử hữu han là lựa chọn mô hình nên và thông số

Bảng 1.1 Chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng nhữngphương pháp khác nhau so sánh với kết qua quan trắc, M.Mitew (2005)

Phương pháp ứng suất phụ thuộc Phương Pháp phân tử hữu hạn

FEM 1 FEM 2 FEM 3 FEM 4 oe uenb enb joy

(961) Uopinogpue preusjy(66T) 1uuoJA

\ Í(€€6I) Iq8ez12[

\O\O ¬— œ \O12.1 12.8 11.7 11.1 12.3

(uu)ygựu UO] suesU iA UgANYD

A Krasinski và M Urban (2011) đã tién hành phân tích một hồ dao sâu bang haiphương pháp : phương pháp mô phỏng tương tác giữa nền và tường là hệ thống các lòxo dan hồi (cải tiến mô hình nền của Winkle) với sự hỗ trợ của phần mềm OGW(Obudowy Glebokich Wykopów — Deep Excavation Walls) và phương pháp phan tửhữu hạn sử dụng Plaxis 2D với mô hình nên là Hardening Soil Model Công trìnhtrong nghiên cứu là một hỗ đào sâu 10m tường dài 12m, đất nên là đất cát tốt cố kếtthường không bão hoà Giải pháp chống đỡ thành vách được giả thiết là hai trườnghợp: tường bê tông chống đỡ băng neo, tường cừ larsen chống đỡ băng thanh chống

Kết quả phân tích chuyển vị bang 2 phương pháp như sau:

Stage! Stage II Stage Ill

Stage II Stage III

“ — ex = on +Tr On “TY t\Ð œ3 =— ˆ Cm aT fLortrt +

cậy hơn can kiêm chứng với sô liệu quan trac thực tê.

1.3 Phân tích chuyền vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu bằng phương phápphan tir hữu hạn

Phương pháp phân tử hữu hạn ngày cảng được ứng dụng rộng rãi trong việc giảiquyết những bài toán của kỹ thuật nói chung và địa kỹ thuật nói riêng Như trình bày ở1.2 thì ưu điểm của phương pháp phan tử hữu hạn là khả năng ứng dụng vào các phanmềm máy tính giúp giải phóng người kỹ sư khỏi những tính toán toán học phức tạpcũng như khả năng mô phỏng gan như mọi yếu tổ tác động đến kết quả bài toán Tuynhiên việc hiểu biết và sử dụng đúng đắn phương pháp phan tử hữu hạn dé phân tích

chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu là một điều không phải đơn giản.Trong phan này, một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về van déphân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hỗ đào sâu bang phương pháp phan tử

hữu hạn

1.3.1 Mô hình nềnVan dé lựa chọn mô hình nền khi phân tích chuyển vị ngang của tường vây tronghồ dao sâu là một van dé cần bàn luận Các mô hình nên khác nhau thì dựa trên nhữnglý thuyết và những giả thiết khác nhau do đó kết quả thu được sẽ ít nhiều khác biệt.Helmut F Schweiger (2002) đã phân tích ảnh hưởng của việc lựa chọn mô hình nềnđến kết quả phân tích bài toán hố đảo sâu băng sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D.Nghiên cứu được thực hiện trên 1 hỗ dao sâu 16.8m được giữ 6n định bang tường vâysâu 32m kết hợp với neo trong đất trên nền cát Helmut F Schweiger sử dụng mô hìnhHardening Soil Model làm mô hình chuẩn (reference solution) để so sánh với kết quả

ref

khi phân tích bang mô hình Morh-Coulomb với hai trường hop MC 3: E=Pss ,MC4:

Bees Helmut F Schweiger nhận xét tuy dạng của các đường cong chuyền vị

ngang là tương tự nhau nhưng giá trị chuyên vị ngang rất khác biệt Đồng thời khi sosánh với kết qua quan trac, mô hình Hardening Soil cho chuyển vị ngang hop lý hơn.Điều này chứng tỏ mô hình Morh-Coulomb quá đơn giản để có đủ khả năng giải quyết

các vân đề phức tạp của hô đào sâu.

Bảng 1.2 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F Schweiger (2002)

Chiều sâu phân bố các lớp đất | Lớp 1: 0-20m | Lớp 2: 20-40m | Lớp 3: >40m

EZS! (KPa) 45000 75000 105000Exe’ (KPa) 180000 300000 315000

E7 (KPa) 45000 75000 105000

œ 35 38 38w 5 6 6C (KPa) 1 1 1

Vup 0.2 0.2 0.2

Pret 100 100 100

m 0.55 0.55 0.55Ry 0.9 0.9 0.9

Rinter 0.8 0.8 0.8

0.30.90.820-40m | Lớp 375000

30000038

0.30.90.80-20m | Lớp 245000

18000035

0.30.90.8

ân bồ các lớp dat | Lớp 1

êu sâu phA`

Chi

E2 (KPa)Exide (KPa)

C (KPa)

Re

R;inter

10 +5-15-H -25 -2050 45 -44 +35

—+

||

L

||

L

||

F

||

—§— MC_4 (E-unloading)

-U -25 -2050 45 -4 45

60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

horizontal displacement [mm]horizontal displacement [mm]

Hinh 1.2 ChuySoil Model v

amo`

Helmut F Schweiger (2002)

Lumir Mica va cac đồng sự (2010) cũng đã thực hiện nghiên cứu về ảnh hưởngcủa các mô hình nền đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hồdao sâu băng phương pháp phan tử hữu hạn Lumir Mica và các đồng sự đã tiến hànhphân tích một hồ đào sâu 30m chống đỡ băng tường vây bê tông dày 0.8m kết hợp với7 tầng thanh chống, đất nền chủ yếu là đất sét (Brno, Czech Republic) Năm mô hìnhnền đã được sử dụng: Standard Moh-Coulomb model (MC), Hardening soil model

(HS), Hardening soil small strain model (HSS), Hypoplastic basic model (HC) va

Hypoplastics model for clays with intergranular strain (HCis) dé mô phỏng ứng xử củalớp đất sét (ảnh hưởng lớn đến kết qua phân tích), các lớp đất còn lai được mô phỏngbang mô hình Morh-Coulomb (it ảnh hưởng đến kết quả phân tích) Với sự hỗ trợ củaphan mềm Plaxis 2D V9, kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong cácgiai đoạn thi công với các mô hình nền khác nhau được so sánh với nhau và so sánhvới kết quả quan trắc băng thiết bị đo nghiêng của tường Inclinometer INK 20 Kếtquả phân tích chuyển vị ngang của tường ở những giai đoạn đầu khi tiến hành đàochưa sâu luôn lớn hơn nhiều kết quả quan trắc Điều này là do kết quả phân tích bị ảnhhưởng bởi những lớp đất bên trên được mô phỏng băng mô hình MC, các thông số củamô hình này được lay từ kết quả khảo sát địa chất và chưa qua hiệu chỉnh nên giá trịrất nhỏ làm kết quả phân tích chuyền vị lớn Nhưng khi tiễn hành dao sâu xuống dướithì ảnh hưởng của những lớp đất này ít đi và kết quả phân tích và quan trắc tương đốikhớp với nhau Kết quả phân tích từ hai mô hnh HSS và HCis là tốt nhất gan sát vớikết quả quan trắc trong khi kết quả phân tích từ hai mô hnh HS và HC (không thé hiệnđược ứng xử biến dạng nhỏ) cho kết quả lớn hơn Điều này chứng tỏ việc bỏ qua ứngxử biến dạng nhỏ của đất nền làm sai lệch kết quả phân tích Tuy nhiên sự sai lệch từviệc phân tích bang hai mô hình HS va HC là có thé chấp nhận được do đó việc ứngdụng hai mô hình này trong việc phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hồđào sâu là có thể chấp nhận Mô hình cho kết quả phân tích kém nhất là mô hình MC,muốn nâng cao khả năng phân tích của mô hình này thì Lumir Mica va các đồng sự dé

nghị nên hiệu chỉnh thông sô đầu vào của mô hình từ các kêt quả khảo sát địa chât

ux(m) ux (m)-0.0S 0 0.05 0.1 -0,1 0 0,1 0,2

công đáy hầm, Lumir Mica và các đồng sự (2010)Aswin Lim và các đồng sự (2010) tiến hành phân tích ứng xử của một hồ đào sâu19.8m tường vây dài 35m thi công bằng phương pháp TopDown kết hợp với hệ thanhchống Sử dụng phần mềm Plaxis với năm mô hình nên khác nhau: Modified Cam

Clay Model, Hardening Soil Model, Hardening Soil with Small Train Model,

Morh-Coulomb với @=0 và mô hình sét yếu không thoát nước (the undrained soft claymodel) (Hsieh et al 2010) So sánh Kết quả phân tích trên các mồ hình nên khác nhau

với kêt quả quan trac, Aswin Lim và các dong sự đã đi đền những kết luận sau:

- Khi sử dung mô hình Modified Cam Clay để phân tích chuyển vị ngang của

tường vây trong hô đào sâu với các thông sô có được từ kêt quả thí nghiệm, chuyên vi

ngang phân tích được luôn nhỏ hơn kết quả quan trắc Nếu hiệu chỉnh ty số Tạ để cho

trong giai đoạn cuối cùng kết quả phân tích khớp với kết quả quan trắc thì những giaiđoạn trước đó kết quả phân tích lại lớn hơn kết quả quan trắc

- Khi sử dụng mô hình Hardening Soil, Hardening Soil with Small Train thì trong

giai đoạn cuối cùng chuyền vị ngang của tường phân tích khá khớp với kết qua quantrắc, tuy nhiên trong các giai đoạn trước đó thì kết quả phân tích lại lớn hơn kết quảquan trắc

- Với mồ hình Morh-Coulomb =0, tỷ số E,/S, được điều chỉnh sao cho tronggiai đoạn cuối kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường và kết quả quan trắc khớpnhau thì những giai đoạn đầu dạng đường chuyền vị phân tích được rất khác với kếtquả quan trắc Điều này chứng tỏ mô hình này không có khả năng phân tích chính xácchuyển vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu

- Với mô hình sét yếu không thoát nước kết quả phân tích chuyền vị ngang củatường khá tốt so với kết quả quan trắc

Ngô Đức Trung, Võ Phán (2011) phân tích ảnh hưởng của các mô hình nên đếnkết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây công trình Trạm bơm lưu vực NhiêuLộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh Phân tích được thực hiện với sự hỗ trợ củaphan mém Plaxis 2D trên hai mô hình nền là Morh-Coulomb va Hardening Soil Sosánh với kết quả quan trắc, tác giả nhận xét mô hình Morh-Coulomb cho kết quả phântích chuyển vị ngang của tường lớn hơn so với mô hình Hardening Soil Việc sử dụngphương pháp phân tử hữu hạn với mô hình Hardening Soil cho kết quả phù hợp vớithực tế hơn khi sử dụng mồ hình Morh-Coulomb

1.3.2 Giới hạn vùng mô hình

Đề mô hình có khả năng đưa ra biến dạng và sự phân bố ứng suất đáng tin cậy,giới hạn vùng mô hình cũng cần phải hợp lý Sự hợp lý ở đây được hiểu là vùng môhình phải đủ lớn để có thé bao trùm hết được những tác động tương hỗ giữa hồ đào sâuvới đất nền xung quanh K.J Bakker (2005) đã đưa ra dé nghị giới han vùng mô hìnhkhi phân tích hố đào sâu bang phần mềm Plaxis Theo K.J Bakker giới hạn vùng mô

hình phụ thuộc vào chiều rộng hồ đào, chiều sâu hỗ đào và chiều dài của tường vây.Helmut F Schweiger (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của giới han vùng mô hình đến kếtquả phân tích chuyền vị ngang của tường vây Helmut F Schweiger đã phân tích mộthố đảo sâu với giới han vùng mô hình khác nhau Từ kết quả, Helmut F Schweigernhận xét giới hạn vùng mô hình một khi đã đạt đến kích thước hợp lý thì việc mở rộnggiới hạn vùng mô hình ảnh hưởng không đáng kế đến kết quả phân tích chuyển vingang của tường vây trong hỗ đảo.

A NÓ NNL _

hLZZ ZZ ZZ Y

depth below surface [m]

—@®— reference solutionD=100 W=150—O— D=100 W=100—&— D=70 W=100—7— D=70 W=150—@— D=150 W=200—@®— reference solution

D=100 W=150—Oo— D=100 W=100—@z— D=70 W=100— 7— D=70 W=150—@— D=150 W=200

Mỗi mô hình nên đi kèm theo nó là một bộ thông số mà người sử dụng phải xácđịnh dé làm dữ liệu phân tích các bài toán Mô hình càng phức tap thì thì mức độ chínhxác càng cao nhưng kèm theo đó là càng nhiều thông số cần phải được xác định chomô hình Việc xác định chính xác toàn bộ các thông số cho mô hình nền là một điềukhó khăn Do đó tuỳ theo mục đích phân tích mà cần phải xác định chính xác thông sốnào sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả phân tích Đối với việc phân tích chuyển vingang của tường vây trong hồ đào sâu, một vài tác giả đã tiến hành phân tích độ nhạy

của các thông sô của mô hình đên kêt quả phân tích.

B Gebreselassie, H.G Kempfert (2005) tién hanh phân tích độ nhạy của cácthông số của mô hình Hardening Soil đến kết quả phân tích ứng xử của một hồ đào sâutrong nên sét cô kết thường Các thông số mà B Gebreselassie, H.G Kempfert tiến

hành phân tích độ nhạy là +: Kv Es só E xổ Ey, fl Re Quá trình phan tích độ nhạy

của các thông số được thực hiện bang cách thay đối một thông số trong khi vẫn cốđịnh các thông số còn lại, kết quả phân tích trong từng trường hợp được so sánh vớinhau để rút ra kết luận Theo như nghiên cứu của B Gebreselassie, H.G Kempfertthông số nhạy nhất với kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây tang ham là

Giá tri me thay đổi băng se để phân tích chuyển vị ngang của

tường vây trong các giai đoạn đào đất Kết quả phân tích cho thấy ảnh hưởng của sự

“kan 2, ET®ƒ ax Ae > ` nA TÀ LLA , A

biên động giá tri Eur đến chuyền vi ngang của tường vây là không đáng kê

Theo các nghiên cứu trên thì các thông số độ cứng ảnh hưởng nhiều nhất đến kếtquả phân tích chuyền vị ngang của tường vây tang hầm Tuy nhiên việc xác định cácthông số cho các mô hình nền đúng theo lý thuyết của mô hình là một van dé bất khathi vì trong thực tế các số liệu địa chất cũng như các kết quả thí nghiệm trong phòng vàngoài hiện trường không lúc nào cũng day đủ và chính xác Vì vậy việc xác địnhkhoảng biến động cho những thông số này ứng với mỗi loại đất hoặc những tươngquan giữa chúng với các chỉ tiêu cơ lý khác là một điều cần thiết Khoảng biến độngvà các mối tương quan này được nghiên cứu thông qua việc phân tích ngược nhữngcông trình hố đào sâu kết hợp với việc so sánh kết quả quan trắc của một số tác giả

trong va ngoài nước

Tan cùng các đông sự (2001), Liew S.S & Gan S.J (2007), S.T.Kok và các đồngsự (2009) nghiên cứu mối tương quan giữa thông số mô-đun E trong mô hìnhHardening Soil của Plaxis với chỉ số SPT-N bang việc phân tích ngược một số công

trình hố đào sâu trên nền tram tích Kenny Hill Kuala Lumpur, Malaysia va bùn sétbiển khu vực phía Tây Malaysia Tại Việt Nam, Châu Ngọc An và Lê Van Pha (2007)đã sử dụng tương quan giữa chỉ số SPT-N với thông số E trong mô hình Morh-Coulomb để phân tích sự làm việc đồng thời giữa đất nên và kết cau tường vây củacông trình trạm bơm nước thuộc hệ thống xử lý nước thải Nhiêu Lộc-Thị NghèTp.HCM Nguyễn Văn Hải và Lê Trọng Nghĩa (2007) phân tích một hồ dao sâu tườngchắn bằng cọc xi măng đất và đưa ra khoảng biến động mô-đun E trong mô hìnhMorh-Coulomb cho lớp đất yếu khu vực Q.7 Tp.HCM.

Ngoài tương quan với chỉ số SPT-N, thông số mô-đun E còn có tương quan vớithông số sức chống cắt sy Teparaksa W và các đồng sự (1999) thông qua việc phântích ngược một SỐ công trình hồ đào sâu trên nền sét tại thủ đô Băng Cốc, Thái Lan đãđưa ra mỗi tương quan giữa mô-đun đàn hồi E với thông số sức chống cắt không thoátnước sy Stroud và các đồng sự (1975) cũng đưa ra tương quan giữa mô-đun hữu hiệuvới thông số sức chống cắt không thoát nước phụ thuộc vào chỉ số dẻo PI của đất sétyếu

Bowles.J.E (1998) cũng giới thiệu mối tương quan của mô-đun đất nên E, (thestress-strain modulus E,) với sức chống cắt không thoát nước

e Đất sét nhạy cố kết thường (normally consolidated sensitive clay):E,=

(200-500) sy

e Đất sét nhạy hơi quá cố kết (normally consolidated sensitive and lightly

overconsolidated clay): E,= (750-1200) sụ

Sét cô kết nặng (Heavily overconsolidated clay): E¿= (1500-2000) sụ

Bang 1.4 Bang tong hợp tương quan giữa mô-đun E với chỉ tiêu co lý

Mô hình ,Tac gia x Loai dat-Vi tri Mô-đun E

nén

E’=2000N (KN/_,),: Trầm tích Kenny Hill thủ

Tan cùng các đông | Hardening đô Kuala L EN

Ô Kuala Lumpur, E',„ = 6000N 2

sự (2001) Soil P ur ( /m2)

Malaysia

N: số SPTE’=2000N (KN/_,),Tram tích Kenny Hill thủ

Liew S.S & Gan Hardening đô Kuala L KN

õ Kuala Lumpur, E'„„ = 6000N 2

S.J (2007) Soil P un ( / m2)

Malaysia

N: số SPT

E,=1500N, Hu„=3E;

T.Kok và các đồng | Hardening | Bin sét biển khu vực phía | E,=800 KPa (cho trường

sự (2009) Soil Tay Malaysia hop N=0).

N: số SPT

Dat nên khu vực Nhiêu E=776 N.N: số SPTChau Ngoc An va Morh- Lôc-Thì Nehè To HCM

ộc-Thì è Tp `

Lê Văn Pha (2007) | Coulomb oer Michel va Gardner (1975)

Việt Nam va Schurtmann (1970)

Nguyễn Văn Hải và ¬

Morh- Dat yéu khu vuc quan 7

Lé Trong Nghia E=1000-5000 KPa

Coulomb Tp.HCM Viét Nam(2009)

Eu=500S,: Dat sét mềmTeparaksa W và Morh- Dat sét tai thủ đô Băng E,=2000S,: Dat sét cứngcác đồng sự (1999) Coulomb Céc, Thái Lan

S„ Sức chống cắt không

thoát nước

Bang 1.5 Tương quan giữa mô-đun hữu hiệu và thông số sức chong cắt khôngthoát nước phụ thuộc vào chỉ số déo PI của dat sét yếu, Stroud và các đồng sự

(1975)

Chỉ số dẻo PI (%) E’/C,

10-30 27020-30 20030-40 15040-50 13050-60 110

1.3.4 Phuong phap phan tich

Phuong pháp phân tích được ban luận đến trong phan này chính là việc xem xétứng xử của đất nên thoát nước, không thoát nước hay không thoát nước một phần

tương ứng với các phương pháp phân tích thoát nước, không thoát nước và phân tích

kép (phân tích không thoát nước kết hợp với phân tích có kết) Như đã biết, khi phântích công trình tức thời trong những lớp đất nền có hệ số thấm nhỏ thì phương phápphân tích không thoát nước là hợp lý, trái lại khi phân tích công trình lâu dài trong nềnđất có hệ số thấm cao thì phân tích thoát nước được chọn Nhưng trong thực tế thicông các công trình nói chung và thi công các tầng hầm nói riêng, thời gian thi côngkhông đủ dài để có thé phân tích công trình lâu dai và cũng không quá ngắn để phântích tức thời Mặt khác đất nền cũng không có hệ số thắm quá cao hay quá thấp Do đó

việc lựa chọn phương pháp phân tích trở nên khó khăn.

Vermeer & Meier (1998) đã đưa ra hệ một hệ số T được tính từ hệ số thấm củađất nên, thời gian thi công công trình dé xem ứng xử của đất nền là thoát nước haykhông thoát nước trong hỗ đào sâu Theo đó, T<0.1 xem la ứng xử không thoát nước,T>0.4 xem là ứng xử thoát nước Hạn chế của hệ số mà Vermeer & Meier đưa ra là khi0.1 <7 Š 04 ta xem ứng xử của đất nên là gì?

K.J Bakker (2005) dé nghị khi phân tích hố đào sâu dé cho an toàn nên áp dụngphương pháp phân tích thoát nước Một điều cũng dé nhận thay khi thi công những hồ

đào nhỏ thời gian nhanh thì tường có đủ khả năng chịu lực mà không cần thanh chốngngay cả trong trường hợp đất cát Nhưng nếu để một thời gian dù chỉ một tuần thìtường di chuyển vào trong do hiện tượng cô kết và sự bốc hơi nước trong đất Theonhư K.J Bakker, các công trình hỗ dao sâu tại Hà Lan các lớp đất đều giả thiết là thoátnước Tuy nhiên đối với những nước mà đất nền là loại sét tốt thì hiện tượng cô kết

xảy ra dén hàng tháng hang năm sau vì vậy phân tích cô kêt có vẻ quá câu toàn.

D.E.L Ong và các đồng sự (2006) tiến hành phân tích một hố dao sâu với cácphương pháp phân tích khác nhau trên hai phan mềm SAGE-CRISP và PLAXIS Cáctác giả kết luận phương pháp phân tích kép mô phỏng gan đúng với ứng xử của tườngvây nên sẽ cho ra những thiết kế cạnh tranh hơn Liew S.S & Gan S.J (2007) tiếnhành phân tích ngược một công trình hố đào sâu thi công băng biện pháp SemiTopDown trong khu vực thu đô Kuala Lumpur, Malaysia , két qua phan tich dugc sosánh với kết quả quan trac cho thay phương pháp phân tích không thoát nước kết hợpvới phương pháp phân tích cố kết cho kết quả chính xác hơn

1.4 Tổng kết.Van dé phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong các hố đào sâu đã đượcnhiều tác giả nghiên cứu Có ba phương pháp chính áp dụng trong việc phân tíchchuyền vị ngang của tường vây trong hồ đảo sâu: Phương pháp giản đơn, phương phápdầm trên nền dan hồi và phương pháp phan tử hữu han So với hai phương pháp cònlại thì phương pháp phan tử hữu han đã dé thể hiện những đặc điểm nỗi trội như phântích chính xác hơn, khả năng áp dụng vào các phần mềm máy tính và khả năng môphỏng các yếu tố tác động đến kết qua phân tích mạnh mẽ hơn

Dựa vào các nghiên cứu trên, Plaxis là một phan mềm thương mại áp dụngphương pháp phân tử hữu hạn cho kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vâytrong các hỗ đào sâu là đáng tin cậy.Tuy nhiên kết quả phân tích có chính xác haykhông phụ thuộc nhiều vào sự hiểu biết và kinh nghiệm của người sử dụng trong việcứng dụng các mô hình nên, xác lập các thông số đầu vào cho mô hình đến việc lựachọn các phương pháp phân tích hợp lý Đối với các dạng công trình khác nhau, cácđiều kiện địa chất tự nhiên khác nhau và các biện pháp thi công khác nhau thì việcxem xét đánh giá các mô hình nền nào, các thông số đầu vào nào và phương pháp phântích nào hợp lý cho kết quả chính xác nhất là một van dé cần nghiên cứu

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYET VE UNG DỤNG PHƯƠNG PHAP PHAN TU HỮU HAN

TRONG VIEC PHAN TICH CHUYEN VI NGANG CUA TUONG VAY

TRONG HO DAO SAU

2.1 Các nhân tổ anh hưởng đến chuyền vị tường vây hồ đào

Có nhiều nhân t6 ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đảosâu, Chang-Yu Ou (2005, pp.182-183) đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởng đếnchuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mat cân bằng lực, độcứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn Các mối quan hệ của các yếutố này với sự biến dạng của tường vây có thể được suy ra về mặt lý thuyết Ví dụ,tường vây dày hơn, hỗ đào hep và nông, thanh chống có độ cứng lớn hon, tải trọng đặttrước lớn hon; và lớn hơn hệ số an toàn 6n định, nhỏ hơn các biến dạng tường Một số

yêu tô có quan hệ phức tạp với sự biên dang va phan này sẽ tìm hiệu một cach chi tiệt.

2.1.1 Hệ so an toàn ôn định

Hệ số an toàn nhỏ, sự ôn định của công trình hỗ dao yếu Nếu hồ dao không ồnđịnh do thiếu các yếu tô an toàn, chuyển vị của tường chăn sinh ra sẽ lớn Như vậy,chúng ta có thể thấy răng các biến dạng của một tường chắn liên quan chặt chẽ đến cáchệ số an toàn Trong hình 2.1, tuân theo Clough và O'Rourke (1990), được tóm tắt củanhiều trường hợp hỗ đào trước Như thé hiện trong hình, hệ số an toàn nhỏ hơn chốnglại sự trồi nền (Fb), lớn hơn các biến dạng của tường chăn Hệ số an toàn tiếp cận 1.0,

việc hồ đào đang trên bờ vực của phá hoại và sinh ra biến dạng lớn Các mỗi quan hệ

giữa các hệ số an toàn chống đây phá hoại và tường biến dạng tương tự như Hình 2.1

Trong đó: E_: Modul đàn hồi của tường

I : Moment chống uốnH : Khoảng cách trung bình giữa các thanh chống

heet piles il m-thick diaphragm walk

3.0

10 30 5070 100 300 500700 1000 3000

(EDO have)Hình 2.1 Mối tương quan giữa hệ số an toàn chong tréi đáy, độ cứng của tường

vây và hệ thống chống đỡ với chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây

(Clough and O’ Rourke, 1990)

2.1.2 Chiều rộng hồ dao

Clough và O’Rourke (1990) đưa ra kết luận rang trong một hỗ đào sâu điểnhình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệ thuận với chiều rộng của hỗ đào sâu Điềunay được giải thích là khi chiều rộng của hồ đào càng lớn thì sự mat cân băng lực càngchênh lệch do đó chuyên vị ngang của tường càng lớn Hơn nữa, trong đất sét yếu thichiều rộng của hỗ đảo càng lớn thì hệ số an toàn chống trồi đáy càng giảm vì vậy

chuyên vi ngang càng lớn.

2.1.3 Chiều sâu hồ đàoTrong mối liên hệ giữa chiều sâu hố dao với chuyển vị ngang của tường vâytrong hỗ đào sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tíchcác công trình hố đào sâu trong khu vực Dai Bac Theo kết quả của nghiên cứu này thìchuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2-0.5% chiềusâu hé đào: am = (0.2 — 0.5%) Hạ

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

sâu của hồ đào (Ou và các đồng sự, 1993)

2.1.4 Độ sâu chôn tường

Chang Yu Ou (2006,pp184-185) đã dé cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu cắmtường vây (H,) đến chuyển ngang của tường vây Tác giả đã tiến hành phân tíchchuyển vị ngang của tường vây trong 1 hố đào sâu 20m băng phương pháp phan tử

SyCy — = 0.36 \hữu hạn Khi sức kháng thông thường của dat nên là 9p , chiêu sầu ngam chân

tường H;=20m va l5m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau Khi giảm chiềusâu H,=10m thi chuyền vị ngang của tường có thay đôi một ít nhưng tường van dambảo 6n định Khi H,= 4m thì tường bị hiện tượng da chân (phá hoại) lúc đó chuyền vị

Sy

— = 0.28

ngang của tường tang lên nhanh chóng Trong trường hop 2%» với trường hợp

chiều sâu ngam tường H;= 15m thì chuyền vị ngang của tường có lớn hơn không đángkế so với trường hợp H,=20m và tường bị phá hoại khi H,=10m lúc đó chuyển vịngang của tường tăng lên nhanh chóng Do đó khi tường đã ở trạng thái 6n định thìchiều sâu ngàm của chân tường ảnh hưởng không đáng kế đến chuyển vị ngang của

tường

Lateral wall deformation (cm) Lateral wall deformation (cm)

40 | | | I l | 40 \ ‹ = bê 1 |

Hạ =20m O H,=10mO Hp =15m A Họ =4m

Hình 2.3 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường va chuyển vị ngang của tường

(Chang Yu Ou 2006)2.1.5 Độ cứng tường

Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang củatường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong một khoảngnhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyến vị ngang của tường

là không thật khả quan (Hsieh, 1999).

2.1.6 Độ cứng thanh chốngKhi chưa lấp các thanh chống thì tường sẽ chuyển vị như một dầm hãng(cantilever type), khi đã lap thanh chống, độ cứng của thanh chóng đủ lớn thì tường sẽchuyển vi dạng xoay quanh điểm tiếp giáp giữa tường và thanh chống và chuyền vingang lớn nhất của tường sẽ gan đáy hố đào Nếu lớp dat tại vị trí đáy hỗ dao là đấtyếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nam dưới đáy hỗ đào ngược lại khi lớpđất ngay tại đáy hố đào là lớp đất tốt thì thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽnăm trên đáy hồ đào Khi độ cứng của hệ thống thanh chống không đủ lớn thì chuyểnvị ngang của tường có dạng dầm hãng (cantilever type) và trong trường hợp này thì

chuyển vị lớn nhất của tường là ngay tại vị trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006, pp

o, =qK (2.1)

o, = pK, (2.2)

Trong đó:

K, = Caquot-Kerisel’s hé số áp lực đất chủ động, được xác định bang cách tra bảng

Kp = Caquot-Kerisel’s nà số ap luc dat bi dong, duoc xac dinh bang cach tra bang

- Theo Gerber (1929) va Spangler (1938), sự phân bồ áp lực đất (ø ,) vào tườnggây ra bởi tải trọng tập trung Q, có thé được thé hiện băng m, n như sau:

Q»

| x=mH

z=nH P 0H + } N ee

oh, 0.2 F ` x< =0.6 \R L N— m=02—>\\

Hình 2.7 Áp lực do tải trọng tập trung Q,: (a) ký hiệu, (b) mặt cắt chiều dọc của

phân bó ứng suất bên, và (c) mặt cắt ngang của phân bố ứng suất bên

Hình 2.7a thé hiện sơ d6 thứ nguyên của phân bố áp lực đất từ phương trình trên,nơi m được tao ra một cách riêng biệt 0.2, 0.4, và 0.6 Các kết quả tương ứng của áplực đất (Py) va diém dudi tac động cua R được thé hién trong hinh Hinh 2.7c la so đồcủa áp lực đất (ơ ¡) ở độ sâu z bên đưới mat đất (phần AA trong hình 2.7a), nơi o 4,0

Hình 2.8 Ap lực ngang do tải song song Q,: (a) các ký hiệu va (b) mặt cắt

theo chiêu dọc của phan bo ứng suât bên

a † —t

“<——Flow line | *

b ‡

war) Equipotential line

Hình 2.10 Dòng thâm trong hồ đào sâu2.1.9 Kích thước hỗ móng

- Hình dạng, kích thước hố móng ảnh hưởng đến sự phân bố chuyên vị của đấtxung quanh và bên dưới đáy hỗ móng

- Hỗ đào càng sâu, ứng suất tong giảm càng lớn và như vậy chuyển vị củatường chan càng lớn Hồ dao cảng rộng, chuyển vị của tường chan càng lớn

- Phân tích theo mô hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas,1994) có xét đến ảnh hưởng của chiêu dai tường đến độ lún nền và chuyển vị ngangcủa tường ứng với các chiều sâu tường là L=40m và 20m Khi đào đến các cấp daoH=2.5m, 5.0m, 10.0m, 15.0m, 22.5m cho đất OCR=1 Khi chiều sâu tường tăng danđến chuyển vị ngang của tường giảm, được thé hiện qua hình

e l5

bl 20 L430 L1

2 He on” 225 435 3

Chuyến dịch tường ,ỗ_ (mm)

Hình 2.11 Anh hưởng của chiều dài tường trên chuyền vị ngang

- Tac gia Chang — Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình

phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán dao sâu vathực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hỗ móng

Distance from the Corner (m)0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50

hợp chiều dài tường phụ khác nhau- Với chiều dai tường phụ (B>20), khi giảm chiều dài của tường chính thì độ

lệch của tường sẽ giảm

2.2 Các thông số co bản trong mô hình Plaxis2.2.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous”

Một trong những tính chất khác biệt giữa đất và các vật liệu khác là trong đất tồntại các dạng vật chất ở ba thé khác nhau: thé ran (hat đất), thé lỏng (nước), thé khí(không khí) Đặc biệt là nước gây nên áp nước lỗ rỗng làm ảnh hưởng to lớn đến ứngxử của đất nền Do đó dé mô phỏng ứng xử của đất nên trong sự tương tác giữa kết cauhạt đất với nước trong đất việc phân loại đất nên thành ba loại: thoát nước (Drained),không thoát nước (Undrained), và không thắm (Non-porous) là cần thiết

Khi đất một lớp đất nền được chọn là loại vật liệu thoát nước áp lực nước lỗ rỗngsẽ không được tạo ra trong đất, các tải ngoài sẽ chuyển toàn bộ vào ứng suất hữu hiệucủa đất nên Loại vật liệu này được sử dụng cho những lớp đất nền khô ráo (bên trênmực nước ngầm), các loại đất nền có hệ số thấm cao, hay trong các phân tích côngtrình ở trạng thái lâu dài mà không cần ké đến tính thắm kém của đất nên và thời gian

cô kết.

Ngược lại với vật liệu thoát nước, khi đất nền được thiết lập là vat liệu khôngthoát nước áp lực nước lỗ rỗng sẽ được tạo ra trong đất nền Dòng thấm trong đất nềncó thé được bỏ qua do tính thắm kém của vật liệu, hệ số tải ngoài cao hay tiến hànhphân tích trong trường hợp tức thời Khi các lớp đất nền được chọn thuộc tính khôngthoát nước thì chúng ứng xử không thoát nước hoàn toàn mặc dù lớp đất đó năm trênmực nước ngầm Tuy nhiên các thông số nhập vào trong lớp đất nên lại là các thông sốthoát nước vì mặc định Plaxis sẽ sử dụng những công thức tương quan để chuyênnhững thông số này về thông số không thoát nước.

Đối với thuộc tính non-porous thì cả áp lực nước ban đầu và áp lực nước lỗ rỗngđều không được tạo ra trong vật liệu này Thuộc tính này thường kết hợp với kiểu môhình đàn hồi dùng dé mô phỏng các loại vật liệu bê tông, xi măng dat Đối với loại

vật liệu này không có sự phân biệt giữa dung trọng tự nhiên và dung trọng bão hoà.

Việc lựa chọn loại vật liệu trong quá trình phân tích một bài toán là rất quantrọng vì nó quyết định ứng xử của đất nền và phương pháp phân tích Do đó việc lựa

chọn loại vật liệu theo những kinh nghiệm và cảm nhận chủ quan của người phân tích

dựa trên hệ số thấm, loại đất có thể dưa đến những kết quả phân tích không tin cậy

Vermeer & Meier (1998) đã đưa ra một công thức giúp xác định loại vật liệu trong qua

trình phân tích hố đào sâu

t: thời gian thi công

Khi T <0.1 đất nền ứng xử không thoát nước, T>0.4 đất nền ứng xử thoát nước

2.2.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoàDung trọng không bão hoà (7„„;„;) và dung trọng bão hoà (7;„;) là dung trọngđơn vị của đât nên bao gôm cả nước trong các lô rông của kêt câu khung hạt đât Dung

trọng không bão hoà đại diện cho dung trọng don vi của lớp đất năm trên mực nướcngâm va dung trọng bão hoa là cho lớp đất năm dưới mực nước ngầm Trong thực tếthì lớp đất năm trên mực nước ngầm không hoàn toàn khô ráo do hiện tượng mao dẫndo đó không nên gán thông số dung trọng không bão hoà là dung trọng khô của đất mànên chọn là dung trọng tự nhiên của đất Dung trọng bão hoa được tính toán thông quamột công thức tương quan với các thông số khác.

_ =9 (2.11)Trong đó:

- ⁄2„: dung trọng nước

- G-,: ti trong hạt

- e:hé sô rong

2.2.3 Hệ số thắmHệ số thấm có ý nghĩa to lớn trong phân tích cố kết và phân tích dòng thấm.Plaxis phân biệt giữa hệ số thấm ngang k, và hệ số tham đứng ky, trong thực tế phântích thì ta thường không phân biệt giữa thắm đứng và thấm ngang dé đơn giản tínhtoán Các loại đất khác nhau thì hệ số thấm thay đổi rất lớn từ khoảng 10 (sỏi sạn) đến10” “(sét chặt) m/s, tuy nhiên trong plaxis chỉ cho phép sự sai khác giữa các lớp đấttrong khoảng 10” lần

Plaxis cũng cung cấp thêm tính năng thay đối hệ số thắm thông qua sự thay đổihệ số rỗng e

= ` nm

log(—) = de/c, (2.12)

Mặc định thì c,=10'°, tuy nhiên chỉ nên thay đổi hệ số thắm khi kết hop phân tích

với mô hình Soft Soil Creep

2.2.4 Thông số độ cứng của đất nênBiến dạng của đất nên là một trong những van dé quan trọng nhất trong địa kỹ

thuật Khác với những loại vật liệu đàn hồi, giới hạn cường độ thường đạt trước giới

hạn về biến dạng, đất là một loại vật liệu đàn dẻo có tính nhớt do đó giới hạn về biếndạng thường xảy ra đồng thời hay trước giới hạn về cường độ gây mat 6n định cho

công trình Vì vậy thông số về độ cứng của đất nền là thông số quan trọng trong các

mồ hình tính toán.

Độ cứng của đất nền bao gồm các thông số là mô-đun E, mô-đun biến dạng cắtG, mô-đun biến dạng thể tích K và hệ số Poisson v Theo lý thuyết đàn hồi các thôngsố này có mối liên hệ với nhau thông qua biéu thức sau:

Ung xử của dat nên chịu ảnh hưởng của nước trong dat nên nên khi xét đên thuộc

tính thoát nước và không thoát nước của đất nên ta lại phân ra thành thông số độ cứnghữu hiệu (E’, G, K’, v’) và thông số độ cứng không thoát nước (Ey, G, Ky, v,)

E EG,=—“—=G@=—“—— (2.15)