Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích ứng xử giữa đất và tường vây hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước

Anh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và các thông sốđại diện của lớp bùn sét trong mô hình Hardening soil đến kết quả tính toán chuyênvị ngang của tường vây được phân

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ cham nhận xét 2:

-Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp.HCM ngày tháng năm

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

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

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG KHOA QL CHUYEN NGANH

PHAN TICH UNG XỬ GIỮA DAT VÀ TƯỜNG VAY HO ĐÀO SÂU TRONG DATSET YEU BAO HOA NUOC

2 NHIEM VU VA NOI DUNG:Chuong 1: Mé dau

Chương 2: Tổng quan về hồ dao sâuChương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán chuyên vị ngang của tường vây hồ đào sâu trong đấtsét yêu bão hòa nước.

Chương 4: Phân tích công trình thực tếChương 5: Phân tích ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và môhình Hardening Soil đến chuyên vị ngang của tường vây

Chương 6: Kết luận và kiến nghị3 NGÀY GIAO NHIEM VU: 20/01/20144 NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 20/06/20145 CAN BO HUONG DAN: TS NGUYEN MINH TAMNội dung và dé cương Luận văn thạc si đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIEMBO MON — KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

QUAN LÝ CHUYEN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS NGUYEN MINH TAM PGS.TS VÕ PHAN

LOI CAM ON

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Minh Tâm đã tận tinh hướngdẫn giúp tôi hoàn thành luận văn nay Thay đã đưa ra những ý kiến, nhận xét quýbáu giúp tôi giải quyết các van dé khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đên tât cả các thây cô trong Bộ môn Địa cơ

nên móng đã giảng dạy và chỉ bảo tận tình trong quá trình học tập và nghiên cứu

Cảm ơn tất cả các bạn bè lớp cao học Dia kỹ thuật xây dựng khóa 2012 đã giúp

đỡ tôi trong thời gian qua Tôi xin chân thành cảm ơn anh Dương Thái Phan đã giúp

đỡ tôi những tài liệu cần thiết để hoàn thành luận văn này

Cảm ơn các lãnh đạo và đồng nghiệp Phòng Thiết kế Công ty TNHH tư vẫn xâydựng Sino - Pacific đã tạo điều kiện về thời gian dé tôi hoàn thành khóa học

Cảm ơn tât cả những người thân trong gia đình, ba, má và em gái đã hô trợ và

động viên tôi trong suốt thời gian học tập

TOM TAT LUAN VAN

Phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD), do Lam va Bolton(2011) đề xuất, dựa trên cơ chế biến dạng dẻo dé dự đoán chuyển vị của đất nềnxung quanh hồ đào có nhiều tầng chống trong đất sét mềm không thoát nước

Phương pháp EMSD cho thấy tính đơn giản và hiệu quả khi ứng dụng phân tíchmột công trình thực tế trong điều kiện địa chất có lớp bùn sét yếu dày gần bề mặt ởquận 7, thành phố Hồ Chí Minh Kết quả tính toán từ phương pháp EMSD phù hợptốt với số liệu quan trắc hiện trường và phân tích phần tử hữu hạn sử dụng mô hình

Hardening Soil.

Anh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và các thông sốđại diện của lớp bùn sét trong mô hình Hardening soil đến kết quả tính toán chuyênvị ngang của tường vây được phân tích bằng cách thay đổi giá trị của các thông số

này.

Extended mobilizable strength design (EMSD) method proposed by Lam andBolton (2011), relying on plastic deformation mechanisms to predict grounddisplacements around multipropped excavation in soft clay with undrainedcondition.

EMSD method proves that simple and effective characteristic when applying toreality project with a thick layer of soft clay near ground surface at District 7, HoChi Minh city Result from EMSD calculation quite conformity with siteobservational data and finite element analyses used Hardening soil model.

Effecting of basic parameters of EMSD method and representative parameters ofsoft clay in Hardening soil model to calculation horizontal displacement ofdiaphragm wall result also analysis by changing value of these parameters.

1.1 Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của dé tài ¿5255 ccccscczcxcesrsrerered |

1.2 Mục tiêu nghiÊn CỨU - - - << 5 100001 21.3 Phương pháp nghiÊn CỨU G0099 9000 01 re 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tầi TT HT 1g ng ng reg 31.5 Phạm vi giới hạn của dé tài ¿-c c3 3 1115111111 111111 1111010111211 3CHƯƠNG 2 TONG QUAN VE HO ĐÀO SÂU àcccrieriieriieriierrrre 4

2.1 Quan sat thực nghiỆm - - - G9999 0h 42.1.1 Phương pháp của PPeCK - cờ 42.1.2 Mana và C ÏOUpÌÏh - << 9.000 62.1.3 Phương pháp của Bowles :ccceessssccccceeseesneceeceeesesnnceeeeessssnaeeeeceseesesneeeeeees 72.1.4 Phương pháp của Clough và cộng SỰ - - - - - - HH nen 8

2.1.5 Quan sat cua Hsieh va Ou trên hình dang của độ lún bề mặt đất nên 9

2.1.6 Dữ liệu của LOINE - - << s0 00 nọ nọ và 102.1.7 Dữ liệu của Moormannn - - «<< << 333101010101 1111101 11 1111111 11111 1v x56 10

2.2 Nghiên CỨU SỐ - ¿5561222123921 121911212111 11 211121111121 11111 11111111111 122.2.1 Anh hưởng của kết câu chống -¿- - + 6 52+ EE£ESEEEEEEEEEEEEEeEkrkrrrreee 132.2.2 Anh hưởng của hình dạng đảo ¿-¿- 5-5252 SE SE£E+E2EEE£E£EEEEEErkrxrkrree 142.3 Cường độ thiết kế huy động - + + 2562k 3+ 2 E123 E515 2111115171111 cxe, l6CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN CHUYEN VỊ NGANG CUATƯỜNG VAY HO ĐÀO SÂU TRONG DAT SET YEU BAO HÒA NƯỚC L93.1 Chuyén vị ngang của tường CHAN ceceescssesessesessesescssesesessesesessesesessesesesseseeeeeeees 193.2 Biến dạng của tường trong giai đoạn đào có giding chống -5¿ 203.3 Phương pháp cường độ thiết kế huy động (MSD) ¿-5-5-5cc+cscscscs2 203.4 Phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD) - 233.5 Phương pháp phan tử hữu hạn sử dụng mô hình Hardening soil 283.5.1 Quan hệ hyperbol trong thí nghiệm nén ba trục thoát nước tiêu chuẩn 293.5.2 Xap xỉ hyperbol theo mô hình Hardeing Soil -. - 5 2 55+ s52 303.5.3 Biến dạng thể tích dẻo cho trạng thái ứng suất ba trục - +: 32

3.5.4 Các thông số của mô hình Hardening Soil 25-52 555252 5s+s+scscs+z 343.5.4.1 Modun độ cứng Elf, EX, E”Z và hệ số mũ m - +55 55+ 34

3.5.4.2 Ngưỡng QIAN TỞ - - - - << 00 nọ và 35

3.5.4.3 Nắp mặt dẻo trong mô hình Hardening Soil - 2 55+ s52 36CHƯƠNG 4 PHAN TÍCH CÔNG TRÌNH THUC TẾẼ - 5s + +s+xzs+ex£ 40

4.1 Giới thiệu công trÌnHh - - << 99000 nọ re 40

4.2 Điều kiện địa chất - - 6-1112 11119111 3E H111 11T H11 ng ngu ree 404.3 Thiết bị quan trắc hiện trường -. - - + 5% +E+E+E+EEEEEEE£ESEE E112 E21 rree 424.4 Trình tự thi công tầng hầm -¿ - - E52 SE 2332393 1239112121111 21 1E xcxee 424.5 Tính toán chuyển vị ngang của tường vây theo phương pháp cường độ thiết kế

sử dụng m6 hình Hardening Soil trong Plaxis - <c 1 S9 1 ng 34

4.6.1 Mô phỏng các phần tử kết cấu - +: 2 2+2 SE+E+EEE£EvErkrkererererreee 544.6.1.1 Các thông số co bản của tường VAY ¿- 525 ccce 2xx 544.6.1.2 Các thông số của sàn tầng trệt, tang hầm 1 và tầng ham 2 554.6.2 Mô phỏng các lớp dat cccccecccccescsesessssssessssesesssessesssessesesessssesesssseseessseseeneeen 554.6.2.1 Các thông số co bản của lớp A :- ¿525cc SeSESESEEctvErkrkerrkrrrreee 554.6.2.2 Các thông số cơ bản của lớp 1 vecccescccssessssesessesesesssseseesesessesssessessseeseseseesesesen 554.6.2.3 Các thông số cơ bản của lớp 2A -¿- ¿55252 c+t+E2EctErxrkerrkrrereee 564.6.2.4 Các thông số cơ bản của lớp 2B ¿- 5522222 S* SE ESErxrkerkrkrrrrees 57

4.6.2.5 Các thông số cơ bản của lớp 3 -¿-¿- ¿5622 S*‡ESEEEcEErkrkererkrrrreee 584.6.3 Kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường vây theo mô hình Hardening

CHƯƠNG 5 PHAN TÍCH ANH HUONG CUA CAC THONG SO CƠ BẢNTRONG PHƯƠNG PHAP EMSD VA MO HINH HARDENING SOIL DENCHUYEN VI NGANG CUA TƯỜNG VAY - 6s SE SE EsEsEekseseree 675.1 Phân tích ảnh hưởng của sức chong cắt không thoát nước c, trong phương pháp

EMST Gọi G7

5.2 Phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây trong phương pháp EMSD 7]5.3 Phân tích ảnh hưởng do độ cứng tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cố kết E7” và độcứng cát tuyến EX của lớp bùn sét trong mô hình Hardening soil 75

5.4 Phân tích ảnh hưởng do độ cứng dở tải - đặt tải E7” của lớp bùn sét trong mô

hình Hardening Soil «+ 1 901 0 nọ re 79

5.5 Phân tích ảnh hưởng do các thông số cường độ hữu hiệu Crop Và ø của lớp bùn

sét trong mô hình Hardening Soil « «=6 + 1999901 1n ngờ 83

CHUONG 6 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ ccccccccccecesescssscececessssscscsceceesevecaceceees 886.1 KẾT luận - tt 119121 E5 91115191 5 5111915111 10101111110 0111010110 gu ni 886.2 Kiến nghị -.- + S21 1E 111 111515111111 11 1111111101111 0111 0121110111112 ru 89

PHU LLỤCC - 5E + SE 1 E3 1 15151121515111115 1111151111511 111111111111 11 17111101 11g 90

TÀI LIEU THAM KHẢO G61 5391198 1E 11121 1E 11111211 gi 102

DANH MỤC CÁC HÌNH VE, DO THỊHình 2.1 Tổng kết độ lún gần khu vực đào mở trong các loại đất khác nhau nhưmột hàm của khoảng cách từ cạnh hố đảO c1 S112 xe rvrd 4Hình 2.2 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến được dé xuất bởi Tezaghi và Peck (1967) chotính toán tải thanh chống trong đảo Imở ¿2-2-5 25252 2E2E+E£EE£E£E£E+ESEEErErErkrree 5Hình 2.3 Hình dạng hố đào và thông số cường độ đất cho hệ số an toàn 6Hình 2.4 Phân tích định nghĩa quan hệ giữa hệ số an toàn chống lại đây trồi đáy vàchuyển vị ngang lớn nhất không thứ nguyên (theo Mana và Clough, 1981) 7Hình 2.5 Chuyển vị ngang của tường như phan trăm của chiều sâu dao đối với độcứng hệ chồng (theo Clough và cộng sự 1I9) cọ HH ke 9

Hình 2.6 Dinh nghĩa các ký hiệu theo Moormann (2004) « «<< «<< <ss2 I1

Hình 2.7 Sự thay đổi của chuyển vị ngang lớn nhất với chiều sâu đào theo

(0986200020) 057 12

Hình 2.8 Sự thay đối của chuyển vị ngang lớn nhất được chuẩn hóa với độ cứng hệchồng theo Moormann (2004) (với ký hiệu theo hình 2.6) - << <<<<<55 12Hình 3.1 Cơ chế biến dạng dẻo cho tường chan trong điều kiện không thoát nước

¬ Ốố 19

Hình 3.2 Anh hưởng của bậc chuyển vị tường chan lên hệ thống chuyền vi (phỏng

theo từ Clough và cộng sự I9S) - HH kh 19

Hình 3.3 Gia tăng chuyên vị trong hồ đào có giang chống (theo O’Rourke 1993) 20Hình 3.4 Cơ chế biến dạng dẻo cho hồ đào có giằng chống trong đất sét 21Hình 3.5 Hướng của ứng suất chính chính phù hop với cơ chế biến dạng déo .23Hình 3.6 Các phạm vi gia tăng chuyền vi: (a) phạm vi gia tang chuyén vi cho héđào rộng, (b) phạm vi gia tăng chuyển vị cho hỗ dao hẹp, (c) phạm vi gia tăngchuyển vị cho hồ đào hẹp vùng FEHI ¿2 - 25552 +E+E+E£E+EeEezEvEererererreee 25Hình 3.7 Tương quan giữa biến dạng cắt trung bình được chuẩn hóa và hình dạnghố đào cho hố đào hẹp - ¿2-6-5256 2E9S£ SE 2393 123931212111 21111 71111211 1 1e ck 26Hình 3.8 Vùng chồng lên nhau của phạm vi biến dạng - - + 55-52: 27Hình 3.9 Quan hệ ứng suất - biến dạng hyperbol trong gia tải ban đầu cho một thínghiệm ba trục thoát nước tiêu ChUẨN G G 11v 191515111 5 11815111 E111 ki29

Hình 3.10 Quỹ tích dẻo liên tục cho một số hang số thay đổi của thông số cứng z7

Hình 3.11 Định nghĩa của #7” trong kết quả thí nghiệm nén C6 kết 35Hình 3.12 Đường cong biến dạng cho một thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩnkhi bao gồm góc giản nỞ -. ¿+ - ¿S691 E93 121511212111 21 1112111111111 cke 36Hình 3.13 Mặt dẻo của mô hình Hardening soil trong mặt phắng p—g Vùng đànhôi có thé giảm nhiều hơn bởi giá trị của góc giản nở - + 25s s+s+see 38Hình 3.14 Biéu diễn tất cả biên dẻo của mô hình Hardening soil trong không gianứng suất chính cho đất rời -¿- + - 6 5£ 2E+E+EE£E£E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrkrkrreee 39Hình 4.1 Mặt băng tường vây và vị trí các điểm quan trắc chuyển vị ngang 40Hình 4.2 Mặt cắt địa chất công trìnhh ¿+ ++ES2 E23 1515212121 215111 111111 x xe,42Hình 4.3 Trình tự thi công đào đất tầng ham + + 2552222 £z£E+Ezezrrered 43Hình 4.4 Đồ thị sức chồng cắt không thoát nước theo độ sâu AAHình 4.5 Đồ thị biến dạng cắt từ thí nghiệm cắt trực tiếp theo sơ đồ CU 46Hình 4.6 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu theo phương pháp

EMSD trong giai doar Ï - << 0n re 46

Hình 4.7 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu theo phương pháp

EMSD trong giai đoạn 2 .- - << GG 1S ngờ 51

Hình 4.8 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu theo phương pháp

EMSD trong giai đoạn Ô - - cọ re 54

Hình 4.9 Lưới phan tử hữu hạn của hồ đào trong mô hình Hardening Soil 59Hình 4.10 D6 thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tính từ mô hình

Hardening soil trong giai Goan Ì, (<< + 11930011 119 99 1n re 60

Hình 4.11 D6 thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tính từ mô hình

Hardening soil trong ø1a1 GOAN 2 << 1 99900111 re 61

Hình 4.12 Đồ thị chuyển vi ngang của tường vây theo chiều sâu tinh từ mô hình

Hardening soil trong ø1al đoạn Ổ (<< + 00 re 62

(EMSD) và mồ hình Hardening soil (HSM|) TQ 1 nhe 63

Hình 4.14 Dé thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiêu sâu trong giai đoạn 2từ kết quả quan trac (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD) và mồ hình Hardening soil (HSM|) TQ 1 nhe 64

Hình 4.15 D6 thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiêu sâu trong giai đoạn 3từ kết quả quan trac (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD) và mồ hình Hardening soil (HSM|) TQ 1 nhe 65

Hình 5.1 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1 từkết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD), trường hợp I (THỊ) và trường hợp 2 (TH2) << «<< s++ssss 68

Hình 5.2 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2 từkết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD), trường hợp I (THỊ) và trường hợp 2 (TH2) << «<< s++ssss 69

Hình 5.3 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3 từkết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD), trường hợp I (THỊ) và trường hợp 2 (TH2) << «<< s++ssss70

Hình 5.4 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1 từkết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD), trường hợp 3 (TH3) và trường hợp 4 (THA) << << << ++esss72

Hình 5.5 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2 từkết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD), trường hợp 3 (TH3) và trường hợp 4 (THA) << << << ++esss73

Hình 5.6 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3 từkết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

(EMSD), trường hợp 3 (TH3) và trường hợp 4 (THA) << << << ++esss74

Hình 5.7 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1 từkết quả quan trắc (INC), mô hình Hardening soil (HSM), trường hợp 5 (TH5) và

trường hợp 6 (THO) - - c0 10 nọ và 76

Hình 5.8 Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2 từkết quả quan trắc (INC), mô hình Hardening soil (HSM), trường hợp 5 (TH5) và

DANH MỤC CAC BANG BIEUBảng 4.1 Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường - ¿5 + + 2552 5scs+see 44Bảng 4.2 Tỉ số €,/0%, theo độ sâu -¿- 52x52 +x+EE+keEEEkeEErkererkerxrkrrerrrrrred 45Bảng 4.3 Thông số các lớp đất trong mô hình Hardening Soil - 59Bảng 5.1 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đối c, 7]Bang 5.2 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đổi chiều dài

CHƯƠNG 1MỞ ĐẦU1.1 Van đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay không gian ngầm thường được khai thác triệt để nhăm tận dụng diệntích đất đắt đỏ ở các thành phố phát triển như thành phố Hồ Chí Minh Không gianngâm thường được sử dụng vào các mục đích như tầng hầm kỹ thuật và dịch vụ củacác nha cao tang, bãi đậu xe ngâm, hệ thong giao thông ngâm, hệ thống xử lý nướcthai, Hệ thống tường chăn có giăng chống là biện pháp thường được sử dụng khithi công tầng ham Do những ứng xử phức tạp của đất trong quá trình dao dat thicông tầng hầm nên việc phân tích, tính toán biện pháp thi công cần được thực hiệncan thận và day đủ, nhất là khi thi công hồ dao sâu trong những vùng có lớp sét yếudày gần bể mặt như quận 2, quận 7, quận 9, quận Bình Thạnh thành phố Hồ Chí

Minh.

Cùng với sự gia tăng sử dụng các phần mềm phan tử hữu han trong thiết kế hỗđào sâu, cần có một phương pháp giải tích đơn giản để kiểm tra kết quả từ phanmềm, tránh xảy ra sự cô nghiêm trọng như sập hỗ đào công trình Nicoll Highway ởSingapore (Shirlow, 2005) Theo báo cáo của ủy ban điều tra, sự sai sót trong phanmềm phan tu htru han la mot phan lý do chính gây ra sự cố Chính vì lý do đó, việcnghiên cứu ứng xử giữa đất và tường hỗ đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước lànhu cầu cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn

Osman và Bolton (2006) đã giới thiệu phương pháp cường độ thiết kế huy động(MSD) dé tính toán chuyển vị tường vây và biến dạng của đất nên khi thi công hồdao sâu trong đất sét mém không thoát nước với các bước tính toán đơn giản Giảipháp MSD cho kết quả phù hợp với các mô phỏng số sử dụng mô hình phi tuyếnthực MIT-E3 và các kết quả quan trắc tại hiện trường Tuy nhiên, giải pháp này vẫncòn một số hạn chế trong ứng dụng Những hạn chế của phương pháp MSD đã đượckhắc phục trong phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD) doLam và Bolton (2011) đề xuất

Phương pháp phan tử hữu han là giải pháp được sử dụng rộng rãi trong phân tích

hô đào sâu nhờ ưu điêm có thê mô phỏng các ứng xử phức tạp của đât nên trong quá

trình đào Hai mô hình phố biến thường sử dung cho phân tích hỗ dao sâu là Mohr

-Coulomb va Hardening Soil.

Mô hình dan hồi - dẻo ly tưởng Mohr - Coulomb có ưu điểm là các thông số đầuvào đơn giản có thé xác định từ các thí nghiệm pho biến Bên cạnh đó, mô hìnhMohr - Coulomb cũng có một số nhược điểm như không mô phỏng được các quanhệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại, không thể tạo ra áp lực nước lỗ rỗng đángtin cậy trong quá trình đào không thoát nước, kết quả tính toán chuyền vị của tườngvà độ lún bề mặt của đất nền thường có sai số khá lớn so với số liệu quan trắc

Mô hình đàn hỏi - dẻo phi tuyến Hardening Soil có thé khắc phục được nhữngnhược điểm nêu trên của mô hình Mohr - Coulomb nên đảm bảo được tính tin cậyvà độ chính xác trong phân tích Kết quả tính toán từ mô phỏng số sử dụng mô hìnhHardening Soil sẽ được sử dụng để xác nhận độ tin cậy của phương pháp cường độthiết kế huy động mở rộng EMSD

1.2 Mục tiêu nghiên cứuLuận văn này tập trung vào việc phân tích, đánh giá hiệu quả của phương pháp

cường độ thiết kế huy động mở rộng khi phân tích chuyển vị ngang của tường vâyhố dao sâu trong đất sét yếu bão hòa nước cho một công trình ở khu vực quận 7,thành phố H6 Chí Minh

Chuyển vị ngang của tường vây còn được tính toán băng phương pháp phan tửhữu hạn sử dụng mô hình Hardening Soil để so sánh, đánh giá hiệu quả của phươngpháp cường độ thiết kế huy động mở rộng

Ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và các thông sốđại diện của lớp bùn sét trong mô hình Hardening soil đến kết quả tính toán chuyênvị ngang của tường vây được phân tích bằng cách thay đổi giá trị của các thông số

này.1.3 Phương pháp nghiền cứu

Nghiên cứu lý thuyết cường độ huy động trong đất sét mềm không thoát nước khithi công hố đào sâu có giằng chống

Tính toán chuyển vị ngang của tường vây trong từng giai đoạn thi công đào đấttầng hầm trên cơ sở phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng và phương

pháp phần tử hữu hạn theo mô hình Hardening Soil So sánh kết quả từ hai phươngpháp này với số liệu quan trắc hiện trường để đánh giá hiệu quả của mỗi phương

Hardening Soil.

1.4 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả tính toán từ công trình thực tế có đối chiếu với số liệu quan trắc hiện

trường nên có tính khoa học và thực tiễn cao

Nghiên cứu này là tài liệu tham khảo hữu ích dé các kỹ sư phân tích chuyển vingang của tường vây trong các khu vực đất yếu khi lập biện pháp thi công đào đấtcho tầng ham Từ đó lựa chọn phương pháp tính toán và mô hình phù hợp

1.5 Pham vi giới hạn của đề tàiCông trình tiếp cận hướng nghiên cứu của dé tài luận văn là “Dự án căn hộ vathương mại Sunrise city lô V, quận 7, thành phố Hồ Chí Minh” Phạm vi nghiêncứu giới han trong việc xác định chuyền vị ngang của tường vây

Các phân tích theo phương pháp phan tử hữu han được thực hiện băng phần mềm

Plaxis phiên bản 8.5 theo mô hình Hardening Soil.

CHUONG 2TONG QUAN VE HO DAO SAU

2.1 Quan sat thuc nghiém

2.1.1 Phuong phap cua Peck

Peck (1969) tong kết quan sát hiện trường độ lún bề mặt của đất nền xung quanhhồ đào trong biểu đồ được thé hiện qua hình 2.1 Phương pháp nay có thé thích hợpvới lún dạng tường Như thể hiện trong hình, đường cong lún phân loại theo 3 vùng,I, I và III, phụ thuộc vào loại đất và tay nghề lao động Trong hình 2.1, N, đại diệncho số Ôn định, va WN, đại diện cho số 6n định tới hạn cho day trồi đáy Trường hợplịch sử được sử dụng trong phát triển của hình này là trước năm 1969 và hỗ đàođược chỗng đỡ bang cir thép hay coc chống với thanh ngang Phương pháp này déxuất rang độ lún của đất nền lớn nhất cho đất sét rat mềm đến mém là khoảng 1%của chiều sâu đảo lớn nhất Vùng ảnh hưởng theo phương ngang được mở rộng tớihai lần chiều sâu dao lớn nhất Với việc sử dụng kỹ thuật mới hơn, như sử dụngtường vây trong đất, độ lún lớn nhất thường nhỏ hơn các định nghĩa trong hình Tuynhiên, phương pháp của Peck là tiếp cận thực nghiệm đầu tiên cho ước lượng độ lún

bê mặt của đât nên.

S a) Very Soft to Soft Clay

5 1) Limited depth of clay below bottom of

5S excavation

2 2) Significant depth of clay below

bot-el tom of excavation but N,<N., (SeeVio

Ele Chapter 8)= Hị b) Settlements affected by construction dif-

o ficulties

E

Fe zone IIT ¬

„ v Very Soft to Soft Clay to a significant

S depth below bottom of excavation and with

Soft to Medium Clay Excavation, ft Note:

@ Chicago, ——_ đi nh 38 All data shown are for excavations

° OS eteriand’ 1 a4 _— using standard soldier piles orv Oslo, Norway, Vaterland 32 - 35 xiên 2n hệ"Wa i d with

cross-a Stiff Clcross-ay cross-anđ Cohesive Scross-and 34 - 740 Cohesionless Sand 39 - 47

Hình 2.1 Tổng kết độ lún gần khu vực đào mở trong các loại đất khác nhau nhưmột hàm của khoảng cách từ cạnh hồ dao

có giăng chồng Nó không mô tả phân phối thực của áp lực đất từ đó có thể tính lựctrong thanh chống có thé tiếp cận nhưng sẽ không vượt quá trong hồ đảo thực tế.Phương pháp này được đánh giá bởi nhiều nhà nghiên cứu khác nhau như Wong và

Wong và cộng sự (1997) cho rằng áp lực biểu kiến của đất cho trên 10% của Hvượt qua biên hình thang của biểu đồ áp lực biểu kiến của đất cho cả đất sét cứng vàsét mềm đã được dé xuất bởi Terzaghi và Peck (1967) Điều này có thé do vị trí caocủa cao độ tầng chống dau tiên và sử dung áp lực trước Họ còn dé xuất là biéu đồ

áp lực biêu kiên của đât nên mở rộng đên bê mặt đât hơn là giảm tới 0 Không có

khác biệt đáng ké trong xu hướng giữa các giá trị áp lực đất biểu kiến của hố đàođược chắn giữ bởi tường với độ cứng khác nhau được tìm thấy.

Theo Goldberg và cộng sự (1976), nhiều nghiên cứu cô gang danh gia tai trongphát triển của Peck sử dung mô phỏng phan tử hữu hạn cho hệ thống chong giữ áplực đất theo phương ngang khác nhau như cho tường vây cứng và đất Gần đây căncứ theo Hashash và Whittle (2002) cho thấy răng lực phát triển dưới dự đoán của áplực đất biểu kiến tác dụng vào tường vây Áp lực biểu kiến trên tường cir thép chịuuốn nhiều hơn mặt khác đồng ý hoàn toàn với thiết kế phát triển

2.1.2 Mana và CloughTrong các nghiên cứu của Mana và Clough (1981), 11 trường hợp lịch sử được

xem xét Chuyển vị lớn nhất của các trường hợp lịch sử được chuẩn hóa bởi chiềusâu đào và tương quan với hệ số an toàn chống lại đây troi đáy thiết lập bởiTerzaghi (1943) như hình 2.3 Như thể hiện qua hình 2.4, hăng số chuyền vị không

thứ nguyên là tại hệ số an toàn cao là một dau hiệu của một phản ứng đàn hồi rộng

Sự tăng nhanh trong chuyển vị tại hệ số an toàn thấp hơn là kết qua của dẻo trongđất Các giới hạn cao hơn và thấp hơn được đề xuất bởi các tác giả để ước lượng

mức được yêu câu của chuyên vỊ.

Strut Specing + 35m0 i —t | Ì l Í

Q 05 10 5 20 2.5 3.0 35

FACTOR OF SAFETY AGAINST BASAL HEAVEHình 2.4 Phân tích định nghĩa quan hệ giữa hệ số an toàn chống lai day trồi đáy vachuyển vị ngang lớn nhất không thứ nguyên (theo Mana và Clough, 1981)

2.1.3 Phương pháp cua Bowles

Bowles (1988) đã đề xuất một phương pháp để ước lượng độ lún kiểu tường gây

ra khi đào Các bước thực hiện như sau.

e Chuyến vị ngang của tường được ước lượng.e Thể tích của khối đất chuyển vị ngang được tính toán.e Vùng ảnh hưởng (D) sử dụng phương pháp được dé nghị bởi Caspe (1966) đượcchấp nhận

ở,=ở„(x/Dỷ (2.3)Trong đó x là khoảng cách từ tường.

2.1.4 Phương pháp của Clouph và cộng sự

Clough và cộng sự (1989) để xuất một quy trình bán thực nghiệm để ước lượngchuyến vị khi dao trong đất sét với chuyển vị ngang lớn nhất của tường ở,„ đượcđánh giá liên hệ với hệ số an toàn FS và độ cứng hệ chồng được định nghĩa như sau

trung bình theo phương đứng của hệ chồng, và trọng lượng đơn vị của nước, được

sử dụng như một thông số chuẩn hóa Hình 2.5 thé hiện 6, được biểu diễn liên hệvới độ cứng hệ chống và giá trị FS thay đối Họ đường cong trong hình dựa trênđiều kiện trung bình, nhân công tốt, và giả định rằng biến dạng của tường chăn đónggóp một phần nhỏ vào tong chuyển vị Một phương pháp dé ước lượng chuyền vịcủa tường chăn còn được dé nghị bởi Clough và cộng sự để bố sung trực tiếp vào

những dự đoán này bởi hình 2.5.

Addenbrooke (2000) định nghĩa một thuật ngữ mới, chuyền vị uốn, A=h°/ EI déxác định ảnh hưởng của độ cứng kết cấu Phân tích phân tử hữu hạn đàn hồi dẻo lýtưởng đơn giản được thực hiện để xác nhận ý tưởng này Điều này cho phép các kỹsư xem xét các lựa chọn hệ chồng đỡ khác nhau phù hợp với tiêu chuẩn chuyển VỊ

của cùng loại tường Một xác nhận mở rộng hơn bởi các trường hợp hiện trường

lịch sử được thực hiện sau đó trên tiêu chuẩn dữ liệu của hỗ đào sâu được tạo bởi

Long (2000) va Moormann (2004) Tuy nhiên, không một phụ thuộc đơn giản nào

được tìm thấy giữa chuyên vị chuẩn hóa bởi chiều sâu đào từ dữ liệu hiện trườngnhư 6,, /H và chuyển vị uốn

2.1.5 Quan sát của Hsieh va Ou trên hình dạng của độ lún bề mặt đất nênTheo Hsieh và Ou (1998), có hai kiểu độ lún khác nhau do đào, kiểu tường trongđó độ lún bề mặt lớn nhất xảy ra rất gần tường và loại lòng chảo trong đó độ lún bêmặt lớn nhất xảy ra cách tường chắn một khoảng xa Độ lớn và hình dạng của biếndạng tường có thể là kết quả trong các trường hợp khác nhau của độ lún Nếu mộtlượng lớn của biến dạng tường xảy ra tại giai đoạn đào dau tiên và bién dạng tường

đối nhỏ xảy ra tại các giai đoạn đào sau đó, kiểu lún dạng tường có thé xảy ra Mặtkhác, nếu số lượng tương đối nhỏ biến dạng tường xảy ra tại giai đoạn đào ban đầu,so ới SỐ lượng biến dạng tại các độ sâu lớn hơn, thêm vào biến dạng của tườngchắn, hay biến dạng trong phan trên của tường được giữ bởi chống lắp đặt trongquá trình đào đến độ sâu lớn hơn trong đó chuyển đến độ lún phù hợp với độ lúnkiểu lòng chảo.

2.1.6 Dữ liệu của LongLong (2001) phân tích 296 trường hợp lịch sử Nghiên cứu này có mục tiêu xác

nhận kết quả của Clough và O’Rourke (1990) cho đất cứng với6,,/H =0.05—0.25% và 6,,/H =0—0.22% Với đất sét mềm có hệ số an toàn 6nđịnh đáy thấp hơn, chuyến vị lớn đến ở,„//7 =3.2% có thé xảy ra Các dữ liệu thôđược làm trơn theo biểu đồ của Clogh mặc dù sự phân tán rộng của dữ liệu Tác giảkết luận răng biến dạng của đào sâu trong đất rời cũng như đất sét cứng không phụthuộc vào độ cứng của tường và hệ chống cũng như loại chống Giới hạn cứng chỉảnh ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi liên hệ với đào sâu trong sét mềm vớimột hệ số an toàn chống đây trồi thấp Cố gắng được thực hiện bởi Long (2001) đểxác nhận sử dụng của thông số uốn Addenbrooke cho xác định độ cứng của hệchồng Kết quả một lần nữa cho thay đường cong tương tự được tìm thay trong tiếp

cận cua Clough với độ rời rac rộng.2.1.7 Dữ liệu của Moormann

Moormamn (2004) đã thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm mở rộng với 530

trường hop lịch sử của tường chắn và chuyền vị của đất khi đào trong đất sét mềm(c, <75 kPa) dé tính toán Tác giả đưa ra kết luận chuyển vị ngang lớn nhất củatường ở,„ năm giữa 0.5%H và 1.0%H, trung bình tại 0.87% H (hình 2.7 và hình2.8) VỊ trí của chuyển vị ngang lớn nhất tại 0.5H đến 1.0H đưới mặt đất Độ lún lớnnhất theo phương đứng của bể mặt đất nền phía sau tường chắn 6, năm trongkhoảng từ 0.1%H đến 10%H, trung bình tại 1.1%H Độ lún ở,„ xảy ra tại khoảngcách nhỏ hơn 0.5%H phía sau tường, nhưng các trường hợp trong đất mém khoảngcách này có thé lên đến 2.0H Tỷ số ổ,„/ở,„ thay đối giữa 0.5 đến 1.0 Điều kiện

đất và chiều sâu đào H cho thấy là thông số ảnh hưởng nhất đến biến dạng do đào.Tường chắn và chuyển vị đất có vẻ không phụ thuộc nhiều vào độ cứng hệ chốngcủa hệ thong chan giữ Hình 2.8 cho thay sự thay đổi của chuyển vị ngang chuẩnhóa với độ cứng hệ chồng của kết cầu tường Các kết quả được so sánh với dự đoántrước đó của OˆRourke (1993) Sự rời rac rộng được xác nhận Một tính toán hệ sốan toàn băng | có thé quan sát được chuyền vị ngang lớn nhất w„ //7 thấp khoảng0.1%, mặc dù giá trị được dự đoán bởi Clough và cộng sự khoảng 1% cho hệ chốngcứng nhất.

H [m]: max depth of excavation (final stage)t [m]: static relevant embedded lengthh, [m]: vertical spacing of support (struts, anchor)uf" [m] : maximum horizontal wall displacementuy’ [m] : maximum vertical displacement

at ground surfaceN [-] : number of support layers

Hình 2.6 Dinh nghĩa các ký hiệu theo Moormann (2004)

max horiz wall displacement uƒ'®* [cm] ae20 'type/shape kind of wall

ee $ soft clay of symbol: (1ó soldier pile wall

; = 8 Vi Cys 7S kN) | vy soil-mixed-wall

° TU * © sheet pile wall15 ! bd ° of A diaphragm wall /

Ì e ® a® v29 secant pile wall

| k vẻ ; filling of the symbols: kind of support10 + - 0 tied back walls

i @ braced walls

& top/down method

ị @ circular cofferdam

3¬ ® cantilever walls4 % số a #2 O ————

] g sài af Day ^ 9 ° | for each case history the type of symbol and

4 a @ @ ptt em Ba £ Qo + the filling of this symbol are combined to

0 * a visualize the kind of wall and support system

0 10 20 30 | used for this case history.excavation depth H[m)

Hình 2.7 Sự thay đổi của chuyển vi ngang lớn nhất với chiều sâu đào theo

LỚN WA GL Re |

1 10 100 1,000 10,00C

system stiffness K¿ạ= EI/ (yuh) [-]

Hình 2.8 Sự thay đối của chuyển vị ngang lớn nhất được chuẩn hóa với độ cứng hệchồng theo Moormann (2004) (với ký hiệu theo hình 2.6)

2.2 Nghiên cứu sốGan đây, không có phương pháp thiết kế tiêu chuẩn nào dé ước lượng chuyền vicủa đất gây ra do đào sâu Phương pháp dự đoán hiệu quả đào hiện hữu được dựa

trên quan sát thực nghiệm hay mô phỏng số Bởi vì tính phức tạp vốn có trong cácgiai đoạn đào, phương pháp kinh nghiệm không thể dự đoán một cách tốt nhấtchuyến vị chính xác của đất Ảnh hưởng của các yếu tố riêng lẻ không thé tách biệttừ dữ liệu thực nghiệm do SỐ lượng hữu hạn của hồ đào và điều kiện thi công tươngtự Mặc dù nhiều giải pháp số hiện hữu có xu hướng thiết kế đặc biệt va không cósan cho thiết kế tổng quát, phương pháp số van mô tả một lộ trình có thé làm đượcđể hiểu vẫn dé dao sâu bao gồm chuyển vị của đất Tuy nhiên, lựa chọn mô hình cơbản thích hợp và các thông số mô hình vẫn là một câu hỏi rất quan trọng cho kỹ sưđịa kỹ thuật Trong phân sau, một vài vấn đề trong nghiên cứu số trước đât sẽ được

giới thiệu.

2.2.1 Anh hướng của kết cầu chốngMana và Clough (1981) thực hiện nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến độcứng của tường và khoảng cách chống, ảnh hưởng của độ cứng thanh chống, ảnhhưởng của hình dạng đào như chiều rộng đào và chiều sâu của lớp đất cứng bêndưới, ảnh hưởng của gia tải trước thanh chống và tính toán độ cứng đàn hôi của đấttrong hỗ đào bao gồm biến dạng Sự gia tăng của độ cứng chống uốn hay giảmkhoảng cách chống làm giảm chuyền vị Ảnh hưởng này trở nên quan trọng khi hệsố an toàn thấp Sự tăng độ cứng thanh chống làm giảm chuyển vi, mặc dù ảnhhưởng này cho thay sự giảm bớt trở lại tại độ cứng rất cao Chuyển vị tăng khi chiềurộng đảo và chiều sâu của lớp đất cứng phía dưới tăng Sử dụng gia tải trước trongthanh chống làm giảm chuyền vị, mặc dù ảnh hưởng giảm trở lại tại gia tải cao hơn.Cao độ chuyển vị chịu ảnh hưởng nhiều nhất bởi modun của đất Modun cao hơndẫn đến chuyên vị nhỏ hơn

Powrie va Li (1991) đã thực hiện một loạt phân tích số trên hố đào riêng lẻ được

chồng tại đỉnh của tường Ảnh hưởng của đất, tường, độ cứng thanh chồng và hệ số

áp lực trước khi đào được khảo sát Với kết cau được khảo sát là rất cứng, do đó độlớn chuyển vị của đất và tường được khống chế bởi độ cứng của đất hơn là độ cứngcủa tường Sự giảm độ cứng của đất với hệ số là 2 cho kết quả tăng biến dạng tườnghau hết với cing độ lớn Mặt khác, chuyển vị tường ít chịu ảnh hưởng khi giảm40% độ cứng uốn với chiều dày tường giảm từ 1.5m đến 1.25m Việc thừa nhận áp

lực ngang của đất trước khi đảo ảnh hưởng quan trọng đến tải thanh chống vàmomen uốn mặc dù biến dạng không tăng nhiều cùng với sự tăng độ cứng của đất.Liên kết của đáy san với tường chăn có ảnh hưởng quan trọng đến moment uốn củasàn Sự cung cấp của độ cứng mối nối thi công làm giảm momen uốn trong tường

và momen uốn tại tâm của sàn chồng, nhưng đưa vào một momen võng trong sàn

tại liên kết với tường.Addenbrooke và cộng sự (2000) thực hiện 30 phân tích phan tử hữu han phituyến cho hỗ đảo trong sét cứng không thoát nước Một thông số chuyển vị uốn mớiEI/hŠ trong thiết kế tường chan nhiều tang chống được giới thiệu với sự mở rộnghệ số uốn của Rowe (Rowe, 1952) Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất ban đầu khácnhau và giá trị thay đối của độ cứng thanh chống cho sự chống đỡ bên trong khi daođược đề cập Kết quả chứng minh rang trang thái ứng suất ban dau, độ cứng thanhchồng, hệ thong chống giữ với cùng một hệ số chuyển vị uốn tăng đến cùng chuyểnvị ngang lớn nhất và cùng chuyền vị bê mặt dat nên trong điều kiện đào không thoátnước trong sét cứng Số này có thé được sử dụng là một phan để kiểm soát chuyểnvị của hệ thông thiết kế Các kỹ sư có thé thay đối loại tường và cân bằng sự giảmchi phí vật liệu tương ứng với sự gia tăng cần thiết trong cao độ chống để giữ trong

quá trình đảo.

2.2.2 Anh hướng cua hình dang đàoẢnh hưởng của hình dạng đào như chiều rộng đào, chiều sâu của tầng đất cứng,ảnh hưởng của độ cứng tường và ảnh hưởng của chiều dài tường trong đất được

thực hiện bởi các nhà nghiên cứu khác nhau như Wong và Broms (1989) va Goh

(1994) sử dụng phương pháp phan tử hữu hạn Thêm vào đó, sử dụng mô hình đànhồi-dẻo phi tuyén (như Ou va cộng su 1993; Ou và cộng sự 1996; Ng và cộng sự1998) được sử dụng dé kết hop ứng xử biến dạng nhỏ được bao gồm trong hồ dao

sâu và so sánh ngược lại với một vài trường hợp lịch sử.

Gan đây và toàn diện nhất là khảo sát sử dụng mô hình phi tuyến bậc cao (môhình MIT-E3) bởi nhóm nghiên cứu địa kỹ thuật ở MIT dẫn đầu bởi giao Sư

Andrew Whittle.

Whittle va cộng sự mô tả áp dung của phân tích phan tử hữu han dé mô hình quátrình thi công top-down của bãi đậu xe ngầm 7 tang tại quảng trường bưu điện ởBoston Phân tích đã kết hợp cả mô phỏng sự thấm và chuyền vị trong thời gian

thực của hoạt động thi công Dự đoán được ước lượng qua so sánh với dữ liệu hiện

trường mở rộng, bao gồm lún, biến dạng tường, độ nghiêng theo phương đứng Sựphù hợp tốt đã đạt được, nhân mạnh rằng các đặc trưng day đủ mô ta cho toàn bộcác tính chất của đất là quan trọng

Hashash va Whittle (1996) thực hiện một chuỗi thử nghiệm SỐ, SỬ dụng phân tíchphân tử hữu hạn nâng cao, trong đó khảo sát ảnh hưởng của chiều sâu tường trongđất, điều kiện chăn giữ và lịch sử ứng suất trong biến dạng không thoát nước của hồđào có giang chống Ứng suất - biến dạng không đăng hướng của sét mềm trong cắtkhông thoát nước, ứng xử trễ và tính chất độ cứng phi tuyến tại biến dang cắt nhỏđược mô phỏng Chiều dài tường có ảnh hưởng rất nhỏ đến biến dạng trước pháhoại khi đảo trong lớp sét sâu, nhưng có ảnh hưởng chính lên vị trí của cơ chế pháhoại trong đất Đối với tường rất dài, sự gia tang ồn định đáy được dự đoán bù dapbởi momen uốn lớn có thé gây ra phá hoại uốn của chính ban thân tường Dự đoáncho hố đào với giăng chống liên tục cho thay rằng chuyên vi sâu trong đất xảy radưới cao độ thể hiện cơ chế chủ yếu kiểm soát biến dạng tường và độ lún bể mặt.Thêm vào đó chuyền vị đáy xảy ra khi khoảng cách chống tăng, tuy nhiên, sự quantrọng của thông số này liên quan gân hơn với lịch sử ứng suất của đất sét Với đấtsét quá cố kết với OCR bằng 2 và 4, không có một xu hướng cho tính không 6nđịnh đáy, và tính toán chuyển vị lớn nhất của đất không phụ thuộc vào chiều dàitường và là hàm bậc nhất của chiều sâu dao

Jen (1998) thực hiện nghiên cứu thông số mở rộng để khảo sát dự đoán khi đàobao gồm chuyền vị đất liên quan đến thông số chủ yếu như hình dạng đào, hệ chồngvà lịch sử ứng suất của đất Chiều sâu của đá gốc được tìm thấy là thông số chínhảnh hưởng đến phân phối của chuyền vị đất, chiều rộng dao, chiều sâu đảo và tínhthay đổi trong lịch sử ứng suất và độ cứng chong là các yếu tố chính phân phối độlớn của chuyển vi Tính toán độ lún 16m trong đất được chắn giữ được mô tả là một

hàm phi thứ nguyên của chiêu sâu đào, chiêu dài tường, chiêu sâu đá gôc và lịch sử

dat Các phương trình này thé hiện một tiếp cận mới cho kỹ sư địa kỹ thuật dé tínhtoán thiết kế sơ bộ chuyển vị của đất.

Hashash va Whittle (2002) đưa ra một giải thích chi tiết của lộ trình ứng suất từphân tích phần tử hữu hạn phi tuyến cung cấp giải thích rõ hơn quá trình phát triểnáp lực ngang của đất tác dụng lên tường vây có giăng chống khi đào trong đất sét.Nghiên cứu liên quan biến dạng sâu của đất và ứng suất vòm trong đất Những quansát này phù hợp với cơ chế được mô tả trong lý thuyết và áp dụng cho một vùngrộng của đất khi tường không được cắm vào tầng đất cứng bên dưới Kết quả chothay áp lực ngang của đất có thé vượt quá ứng suất ban đầu tại cao độ phía trên cấpđào, sinh ra áp lực ngang cao hơn rõ ràng so với các dự đoán từ phương pháp thiếtkế kinh nghiệm

2.3 Cường độ thiết kế huy độngSự phát triển của cường độ thiết kế huy động (MSD) xuất hiện từ những nghiêncứu trước đó trong khái niệm “cường độ huy động” dé dự đoán chuyển vị (Milligan

và Bransby 1975; Bolton va Powrie 1988; Bolton và cộng sự 1989, 1990a, 1990b).

Phương pháp MSD được giới thiệu dé dat được một phương pháp thiết kế don giảnthống nhất, trong đó vừa đảm bảo an toàn và khả năng sử dụng trong một vài bướctính toán đơn giản, như một thay thế cho phương pháp thiết kế trạng thái giới hạntiêu chuẩn với yêu cau thiết kế riêng biệt trong van dé 6n định và van dé sử dụng.Trong phương pháp MSD, cường độ thiết kế hạn chế biến dạng và thỏa mãn cânbăng được chọn theo dữ liệu ứng suất-biễn dạng thực tế không có sử dụng các hệ SỐthực nghiệm VỀ cơ bản, hai khái niệm tiếp cận như sau

e Cơ chế biến dạng đơn giản được sử dụng, trong đó giới thiệu trạng thái làm việccủa đất Cơ chế mô tả cân băng và chuyển vị của đất thay đối, đặc biệt tại vị trí tiếp

xúc với công trình bên trên.

e Dữ liệu ứng suat-bién dang thô từ thí nghiệm dat từ mẫu không xáo trộn từ phantử đại diện được sử dụng trực tiếp để liên hệ ứng suất và chuyển vị dưới điều kiệnlàm việc Các quy luật cơ bản và thông số đất không được sử dụng

Tiếp cận được thực hiện thành công bởi Osman và Bolton trong địa kỹ thuật như

móng nông, tường chan dat, chuyên vi do dao ham, chuyền vi tường và biên dạn

của đất nền trong hồ đào sâu Tiếp cận này có thuận lợi là các kỹ sư có thể sử dụngđường cong ứng suat-bién dang đơn giản từ một thí nghiệm đất đơn giản, cùng vớitính tay đơn giản để ước lượng cả 6n định và biến dạng của đất mà không cần các

tính toán mô phỏng phức tạp.

Tiếp cận MSD đầu tiên yêu cầu các kỹ sư hiểu trạng thái làm việc của đất bằngcách xem xét cơ chế đơn giản có thể mô tả cả cân băng và chuyên vị của đất, xử lývới tương tác đất-kết cau Thứ hai, phân tích cơ chế biến dạng dẫn đến quan hệ giữabiến dạng huy động trung bình trong đất và chuyển vị biên Thứ ba, cường độ cắthuy động trung bình có thé tìm thay từ phân tích cân bằng sử dụng ứng suất hiệntrường cho phép, hay từ kiểu biên trên của tính toán công cân bằng và năng lượng.Thứ tu, vi trí của phan tử đất đại diện được chon xét đến lịch sử ứng suất của đất.Thứ năm, quan hệ ứng suất biến dạng được lấy từ thí nghiệm trong phòng thôngthường trên mẫu đất đại diện không xáo trộn Hướng cắt trong thí nghiệm đất phùhợp với cơ chế Cuối cùng, cường độ cắt huy động trong đất tương ứng với cườngđộ tính toán trung bình được thiết lập lại theo đường cong ứng suất biến dạng đạtđược từ biến dạng đất đại diện và theo đó là chuyển vị biên cho cơ chế

Osman và Bolton (2004) dé xuất trong hỗ đào sâu tong biến dang của tường cóthé là tong chuyên vi của tường kiểu chăn và chuyển vị do uốn Phương pháp đượcdé nghị boi Osman va Bolton (2004) có thé duoc str dung để ước lượng chuyển VỊcủa tường chan tại giai đoạn dao dau tiên Điều này xem xét áp lực ngang của datphân phối cho tường chăn trong trạng thái cân bằng trong khi xoay quanh một điểmcách chân tường một khoảng ở phía trên trong điều kiện không thoát nước Một hệsố cường độ huy động được giới thiệu để mô tả mức độ của cường độ huy độngkhông thoát nước trung bình trong đất Sử dụng phương trình cân bằng lực ngang vàmomen, vị trí của điểm XOay va ty SỐ cường độ huy động thu được Sau đó, giá tribiến dạng huy động được thé hiện từ một đường cong ứng suất biến dạng thích hợpcho mẫu đất tại độ sâu đại diện cho cơ chế Ấp dụng động học từ một cơ chế chophép đơn giản với điều kiện không thoát nước, giá tri biến dạng huy động đượcchuyển đổi thành góc xoay của tường và từ đó tính chuyển vị ngang của tường.Tương tự, chuyên vị đây trôi được tính toán bằng cách xem xét một cơ chế dẻo day

trồi đáy mới và băng sử dụng nguyên lý công ảo Năng lượng tiêu tán bởi cắt cânbăng với tiêu hao thế năng trong đất Một tỷ số cường độ huy động được tính toánsau đó Biến dạng cắt huy động được thé hiện từ đường cong ứng suất biến dạngcủa mẫu đại diện trong cơ chế Biến dạng được ước lượng sử dụng quan hệ giữachuyến vị biên và biến dang cat huy động trung bình Giải pháp so sánh tốt với mộtvài mô phỏng số sử dụng mô hình phi tuyến bậc cao MIT-E3, và với một vài dữ liệuhiện trường Tuy nhiên, giải pháp không xem xét năng lượng trong kết cau chan giữthường được xem là một yếu t6 quan trọng trong biến dạng đất Thêm vào đó, giảipháp xét đến tong năng lượng giới hạn từ khi bắt đầu dao mà không xét đến tích lũygia tăng của bién dạng cat huy động tại các chiều sâu khác nhau khi dao Chỉ có một

ước lượng thô được thực hiện theo ảnh hưởng của trình tự thi công, do đó, trong

tầm nhìn của tương lai không xa, một tiếp cận chính xác hơn có thé được phát triển

CHƯƠNG 3CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN CHUYEN VỊ NGANG CUA TƯỜNG

VAY HO ĐÀO SÂU TRONG DAT SET YEU BAO HÒA NƯỚC3.1 Chuyén vi ngang của tường chan

Theo Bolton và Powrie (1987) và Osman va Bolton (2004), biến dạng xungquanh tường chan có thé được lý tưởng hóa bởi hai tam giác chủ động và bị động ởhai bên tường, biến dạng do lực cắt phân phối đều (hình 3.1) Biến dạng cắt huy

động y,,, bang hai lan góc xoay của tường với tâm xoay là mũi tường 60 và

chuyển vị ngang tại đỉnh tường A= đxL

Quunsuanw"

4>Ws

Hình 3.1 Cơ chế biến dạng dẻo cho tường chan trong điều kiện không thoát nước.Clough và cộng sự (1989) dé xuất chuyển vị ngang của tường chan có thé kết

hợp với chuyên vi ngang do uôn của tường trong các giai đoạn đào có giăng chông

để trở thành chuyền vị cuối cùng của tường (hình 3.2)

Wall profile minuscantilever movement

Cantilever movement

Me

+

Wall profile with

TTA.cantilever movement

Hình 3.2 Anh hưởng của bậc chuyển vị tường chan lên hệ thống chuyền vi (phỏng

theo từ Clough và cộng sự 1989)

3.2 Biến dạng của tường trong giai đoạn đào có giang chốngClough và cộng sự (1989) sử dụng dữ liệu hiện trường của các hé đào có giangchống dé đưa ra ty số giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường và chiều sâu hỗ daow„./! như một hàm phụ thuộc vào độ cứng của hệ giăng chống Mana và Clough(1981) tiếp tục đưa ra biéu đồ của w„/77 tương quan với hệ số an toàn trong daytrồi đáy được định nghĩa bởi Terzaghi (1943), không kế đến ảnh hưởng của tường.Họ cho thay su tang manh tai vi tri uốn của tường khi hệ số an toàn của đất giảmxuống don vị hay dưới nữa Mặc dù thé hiện xu hướng được phát thảo trên biểu dé,

sự rời rac của dữ liệu hiện trường khá rộng.

Tại mỗi giai đoạn đào trong đất sét mềm, sự gia tăng chuyển vị của tường bêndưới tầng chống thấp nhất được giả định là một hàm cosin được mô tả bởi

OˆRourke (1993) như phát thao trong hình 3.3.

Sv = | cos 22) (3.1)

Trong đó dw là chuyến vị gia tăng của tường tai vị tri bên dưới tang chống thấpnhất một đoạn y, OWy là chuyển vị lớn nhất, | là bước sóng của chuyển vi, duocđịnh nghĩa bởi O’Rourke (1993) là khoảng cách theo phương đứng từ tang chốngthấp nhất đến cao độ tại đó tường được cô định trong lớp đất cứng bên dưới

Soil excavatedto cause ÔWmx

Hình 3.3 Gia tăng chuyền vị trong hỗ dao có giằng chống (theo O’Rourke 1993).3.3 Phương pháp cường độ thiết kế huy động (MSD)

Hình 3.2 thé hiện cơ chế biến dạng dẻo do Osman va Bolton (2006) dé xuất chotường có nhiều tầng chống khi dao trong đất sét, kết hợp với sự gia tăng chuyển vi

ngang gây ra bởi quá trình dao đất bên dưới tầng chống thấp nhất Trong những cơchế này, tường được giả định chỉ có chuyển vị xoay tại vị trí tầng chống thấp nhấtvà tường có cường độ lớn để không xảy ra khớp dẻo tại đó Tường và đất biến dạngtương thích và đất biến dạng theo hàm cosin của phương trình (3.1) Các đườngchấm với các mũi tên trong hình 3.4 thể hiện hướng của dòng chảy dẻo Dọc theomỗi đường này chuyền vị là hằng số và được lấy theo hàm cosin của phương trình(3.1) Phía ngoài của vùng biến dạng, đất được cho là cứng Bước sóng | phụ thuộcvào sự cô định của chân tường Họ thé hiện điều này theo chiêu dài s của tường bêndưới tang chong thấp nhất, bang cách sử dụng thông số a.

l=as (3.2)

Với những tường dat trong lớp dat cứng bên dưới lớp đất sét mềm, chân tườngđược có định hoàn toàn, giá tri a bằng 1 Với những tường đặt trong lớp sét mềmsâu, chuyển vị lớn nhất của tường xảy ra tại chân tường do đó bước sóng gấp đôichiều dài tường nhôồ ra (@ = 2) Các trường hợp còn lại được thể hiện như tường côđịnh cuối (1<a@ <2)

OY mob = ~ 2 = (3.3)

Giá trị thực của oy,,, /(dv,,/1) trong mỗi giai đoạn đào phụ thuộc một phân vàohình dạng hiện tại của cơ chế nhưng không lệch khỏi giá trị 2.0 quá 10% Sự quantrọng của phương trình (3.3) là liên kết bién dạng trung bình gia tăng được huyđộng trong đất với chuyển vị gia tăng lớn nhất của tường trong mỗi giai đoạn đào

Trong đất sét mềm, cường độ không thoát nước nhìn chung thay đối theo chiềusâu (tính không đồng nhất), và hướng cắt chủ đạo (tính không đăng hướng) Cườngđộ c„„„ được huy động tại các vị trí cho các chiều cao đào khác nhau có thé tínhtoán bằng cách sử dụng hệ số j với cường độ không thoát nước đặc trưng phù hợpc„ Quan hệ này được thiết lập trên cơ sở tính không đăng hướng của đất sét mềm làyếu tố quan trọng đối với sự 6n định của hỗ đào Ví du, Clough va Hansen (1981)trinh bay hé số hiệu chỉnh thực nghiệm dựa trên số liệu thí nghiệm ba trục kéo cóthé cho kết quả bang một nửa cường độ không thoát nước trong thí nghiệm ba trụcnén, với lực cắt phân bố ở giữa Hình 3.5 thé hiện sự định hướng của hướng ứngsuất chính chính bên trong các vùng khác nhau của lực cắt trong cơ chế dẻo giảđịnh, và chỉ ra các thí nghiệm có thể cung cấp chính xác cường độ không thoát nướctheo các định hướng đó Trong vùng được đánh dau DSS, hướng giả định của lựccắt là đứng hoặc ngang, do đó thí nghiệm lý tưởng trên một lõi đứng là thí nghiệmDSS Trong vùng được đánh dấu biến dạng phăng chủ động (PSA) và biến dạngphăng bị động (PSP) lực cắt xảy ra theo phương xiên 45° so với phương ngang, vàthí nghiệm lý tưởng là PSA và PSP, tương ứng Khi c„„;¿ là xap xỉ trung bình củaC, psa VA C, psp, và ảnh hưởng của các vung PSA và PSP trong hình 3.5 là xắp xỉ cânbang, theo đó phương pháp thiết kế cho hỗ đào có giãng chống sé dựa trên Cy pss:Hướng giải quyết tương tự cũng được thực hiện bởi O’ Rourke (1993)

9 1 i % i 4 a sf ‘dl

PSA| T>— L “ Npsp f=

a

.

DSS: Direct Simple Shear; PSA: Plane Strain Active; PSP: Plane Strain Passive

Hình 3.5 Hướng của ứng suất chính chính phù hợp với cơ chế biến dạng dẻo.Trạng thái cân bằng của trọng lượng không cân bang của đất trong cơ chế đượcquy định bởi cường độ cắt huy động c„„= BXC, pss gla tăng theo quá trình daotrong các giai đoạn Giá trị / phù hợp sau mỗi giai đoạn đào có thé tính toán bằngcách sử dụng tiếp cận công ảo Biến dạng ảo và chuyên vị phù hợp với hình dạnghiện tại của cơ chế được lay bang gia tăng biến dạng cắt dy ~ 2ö, /¡ và gia tăngchuyển vị lớn nhất của đất dw, bang độ lún theo phương đứng ở Do đó, tốn thatthế năng ảo cân bằng với công dẻo ảo trong lực cắt được phân phối

AP=AW =| * ổydvol= | ,CmepydVol (3 4)

Trong đó y,, là trong lượng riêng bão hòa của dat.3.4 Phương pháp cường độ thiết kế huy động mo rộng (EMSD)

Phương pháp MSD của Osman và Bolton (2006) cho kết quả phù hợp với các môphỏng số sử dụng mô hình phi tuyến thực MIT-E3 và các kết quả quan trắc tại hiệntrường trong tính toán chuyển vị của tường và biến dạng của đất nên khi thi công hốđào sâu có giăng chống Tuy nhiên, giải pháp này vẫn còn một số hạn chế trong ứngdụng Những hạn chế này được khắc phục trong phương pháp cường độ thiết kế huyđộng mở rộng (EMSD) do Lam và Bolton (2011) dé xuất

Hình 3.6(a) cho thay cơ chế chuyển vị trong phương pháp MSD được dé xuất bởi

Osman và Bolton (2006) bao gom bốn vùng lực cắt được phân phối Tuy nhiên, cơ

chế này chỉ phù hợp với hố dao rộng khi chiều rộng hỗ đào đủ lớn dé vùng nêm bị

động FHI không bị chồng lên nhau, nghĩa là B > 2/2(A —h') Đối với hỗ đào hẹp có

chiều rộng hỗ đào 8< 242(4-m)., Lam va Bolton (2011) dé xuất cơ chế mới théhiện trong hình 3.6(b) và cơ chế chuyền vị trong vùng bị động FEHI được thay thếbăng cơ chế mới trong hình 3.6(c)

aH Hie

Balt itery) NT

2 MS RPTL VARoa) VAN\KRdeath T | liệt hàn

eh TT TNNNNOF v+>zzZ//ƒ[ N\A Rape |

eA PET

NNNNRKKe¿_-Jap AAA PETAR wee

pp rr AA FAP EEN RR RRR eee

ee SS ee eee eee oo ee |

arr rr APE R RRR RHR RHE

+> rrr arvrr AFR RRR RHEE ++

+ +> + > + > + + > ree +e +H 4 4e 4 He 4+ 4

(c)

Hình 3.6 Các phạm vi gia tăng chuyển vị: (a) phạm vi gia tăng chuyển vị cho hồđào rộng, (b) phạm vi gia tăng chuyển vị cho hỗ đào hẹp, (c) phạm vi gia tăngchuyển vị cho hồ đào hẹp vùng FEHI

Dé có khái niệm tốt hơn về cơ chế biến dạng, quan hệ giữa gia tăng chuyền vị lớnnhất của tường và biến dạng cắt huy động trung bình trong mỗi vùng biến dạng sẽđạt được Ở phía chủ động của hồ đào, ty lệ không gian được cố định băng bướcsóng của biến dạng 2, và tat cả các thành phan biến dạng tỷ lệ với ở», /2 Biếndang cắt trung bình gia tăng z„„ được huy động trong đất bị biến dạng có thé tínhmob

từ không gian trung bình của biến dang cắt gia tăng trong thé tích ban thân của vùngbiến dạng Với hố dao rộng, như trong hình 3.6(a), biến dạng cắt trung bình bang26w,,, /A Với hỗ dao hẹp, biến dang cắt trung bình y,,, của vùng chủ động ABCD

và vùng quạt CDE là 2ð», „/4 và 2.23%,„./2^ theo thứ tự, trong khi y,,, trong

vùng bị động EFIH phụ thuộc vào cả bước sóng 4 của biến dạng và chiều rộng Bcủa hỗ đào Quan hệ giữa biến dang cắt được chuẩn hóa trung bình trong EFIH vàhình dạng hồ đào (như ty số 2/B) được trình bày qua hình 3.7 Các hình dạng khácnhau của hỗ đào được xem xét và được thể hiện băng các chấm đen Các quan hệtương ứng thể hiện theo các phương trình dưới đây

Trong phương pháp EMSD, Lam va Bolton (2011) dé xuất xét thêm công thựchiện trong biến dạng uốn của tường vây là tổng năng lượng do biến dạng đàn hoiđược dự trữ trong tường vây (không xét đến biến dạng dẻo trong tường) vào phươngtrình bảo toàn năng lượng Khi đó, tổn that thé năng ảo sẽ cân bang với tổng côngdẻo ảo trong lực cắt được phân phối và năng lượng do biến dạng đàn hồi được dự

trữ trong tường vây.