Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích, lựa chọn mô hình đàn hồi dẻo thích hợp cho bài toán đào sâu

HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA... TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp.. Họ tên và chữ ký QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 02 tháng 12 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 09-02-1987 Nơi sinh: Tây Ninh

1- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐÀN HỒI DẺO THÍCH HỢP CHO BÀI TOÁN ĐÀO SÂU

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU Chương 2: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẤT TRONG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BÀI

TOÁN ĐÀO SÂU

Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA MẪU

ĐẤT TỪ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG

Chương 4: NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP THỰC TẾ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN PGS.TS VÕ PHÁN

ên, xin chân thành c ý th

PGS TS CHÂU NG , Th ã ttình h b òng yêu ngh à yêu h ò, ã

u so sánh mô hình i d o c a các mô hình có trong ph n

b ng hai công tác chính Công tác th nh t là ch n ra b thông s t t nh t g n sát v i k t qu thí nghi m trong phòng Công tác th hai là mô ph ng t n

ng mô hình này d a vào nh ng bi n d ng

- So sánh và l a ch n mô hình i d o t t nh t Công vi c phân tích là so sánh v i k t qu quan tr c thu th p hi n ng công trình Vincom Eden – Khu A, n m trung tâm thành ph H Chí Minh – Vi t Nam K t qu th hi m c a mô hình Hardening – Soil v i lý thuy i d o phi tuy n

ABSTRACT

Numerical simulation of staged construction of urban deep excavations is commonly used to estimate induced ground deformation in the support wall and at adjacent existing structures During construction it is desirable to incorporate field observations from the early construction stages into the numerical simulation to obtain a more accurate estimate of anticipated ground deformations in later construction stages where the excavation level is deeper

For improving design and analysis of soil – structure interaction associated with deep excavations in these soil, the main purpose of this thesis is the

comparison of these model that available models in Plaxis software such as: Mohr Coulomb (MC), Hardening – Soil (HS), Soft soil (SS) with two mission The first mission is to choose these best parameters that is the closest with the parameter from laboratory test data The second misson is to simulate stages construction and evaluate these model base on wall deformations

Two missions is based on back analysis method to present regarding:

- It is so important to evaluate deformation by soil characteristics - Comparison and choice the best elasto - plasticity soil modelling The analysis was compared with the in – situ observation based on the datas recored in the site of the Vincom Eden – A area, in the center of Ho Chi Minh city – Vietnam The result show the advantage of Hardening – soil model with

nonlinear elasto – plastic theory

nh là 8 t ng h c tri n khai, hay hàng lo t d

tàu s 1 B n Thành – Su sâu c a nhà ga sát c nh nhà hát thành ph (

các công trình i thi t k h nên ph bi n trong các thành ph l c t m quan tr ng trong vi c tính toán

v c g n v i các cao c, công trình h t ng hay d ch v công c ã có s n, do v y, vi c gi i h n chuy n v c ng ch lún b m t là r t quan tr

m b o các công trình xung quanh không b ng ho c ng v i m cho phép Chính vì lý do c nghiên c u ng x c ng trong công trình h nhu c u c p thi t và có ý ngh c ti n

gi i h n bi n d ng c t n n trong quá trình thi công các

sâu:

Chuy n v c ng vây

N i l c phát sinh trong h thanh ch ng ( n u có s d ng h thanh ch ng ) hay là s an toàn ch u l c c a h thanh ch ng

n t h u h n (FEM – Finite E c bi t n là m t d ng c a c s d tính toán ng su t và bi n d ng c t n n theo các mô hình t i tuy i - d o

chính xác và h p lý c bi t là trong quá trình thi công t Vi c s d ng các d ng mô hình n t h u h mô ph ng g n

c tính c a t ng lo t c ng x c a chúng v i các d ng công trình khác nhau c làm không d dàng V i mô hình Mohr – Coulomb là d ng mô hình i - d o lý t ng, mô hình Hardening soil là mô hình àn h i d o phi tuy n hay mô hình Camclay g c (ho c Camclay c i ti n) d lý thuy t tr ng thái t i h n c t g n g i – d o tái b n Các d ng mô hình trên c xây d ng d lý thuy t d o khá ph c t nh m m ng cho s làm vi c c a m t phân t t càng g n v i s làm vi c th c t c a nó T c s phù h p c a t ng d ng mô hình cho ng x c a t ng phân t t trong t ng d ng h

th c t T c mô ph ng tr nên chính xác v i k t qu quan tr c hi ng

Do thi u các d li u thí nghi m trong phòng, các k quan các thông s thi t k t các thông s có s n ng gi i h t mô hình thi t k n trong thi t k h u

c ng ch lún b m t th c t s khác bi t v i giá tr d u Vi c hi u rõ h ý thuy t d o c a t ng mô hình, c hình thành nên mô hình

a t ng mô hình cho t ng lo t khác nhau cùng v c òi h i m t ki n th i v ng s giúp cho các k d ng

ph n m m t t qu s tin c t qu s tin c y cao d n n ti t ki m cho giá thành công trình Cùng v lý thuy t d o c a t ng mô hình s giúp cho nh i có mong mu

s lý thuy t hình thành c a t ng lo i mô hình, vai trò c a t ng thông s trong t ng lo i mô hình: th nào là d o k t h p và không k t h c ng d ng trong t ng lo i mô hình nào? Hay vai trò c a góc giãn n ng x c t

c a mô hình i d o lý t ng Mohr – Coulomb so v i nh ng mô hình

khác do nó phù h p v i ng x không k t h p trong th c t c t Trong khi

ình Soft Soil Model ( SSM model ) c xây d ng hoàn toàn trên thí nghi m nén 3 tr c c c l p hoàn toàn v 2 ( mô hình này 2 3 )

m c a mô hình này là tính d o tái b n, thông qua quy lu t v ng c a các

thông s tái b n , d a trên s ng d o trong quá trình t – gi m t i m c a lo i mô hình này là ch y d o k t h p trong khi

ng x c t th c t là ch y d o không k t h p Th ba là mô hình Hardening

toàn trên lý thuy t i phi tuy n

Thông qua ph n m m phân tích ph n t h u h n Plaxis, tác gi s d ng bài toán h phân tích m i quan h ng su t bi n d ng, chuy n v c a h ng hay n i l c trong h thanh ch ng… so v i k t qu quan tr c chuy n v

4 Ý nghkhoa h c và giá tr th c ti n c tài

t h u h n th c hi so sánh ng c a các mô hình Mohr – Coulomb, Hardening Soil và Soft soil model n chuy n v ngang c ng, n i l c phát sinh trong các h thanh ch ng và bi n d ng b m t n n Các thông s

nh m t cách trung th c t h a ch t có s n K t qu tính toán b ng FEM c ki m ch ng v i s li u quan tr c hi ng m t công trình th c t , do v y k t qu c mang tính khoa h c và th c ti n cao, giúp

vì có th can thi p ngay khi các s li c ti m c n d n gi i h n cho phép

Nghiên c u này s r t h u ích cho các k a k thu c s d ng u tham kh phân tích kh c c a h ng ch n ch ng l i chuy n v ngang và bi n d ng c t n n trong quá trình thi công t T a ch oán h p lý và mô hình phù h p cho các công trình có tính ch

bày m t s m c a h ình hình s d ng Vi t Nam và trên th gi i; t s nghiên c ã có tr

r ng, quy mô công trình c

n c i t o các thành ph c ình cao t ng, ng t p trung nh t nh h p, m t xây d ng l u ki n thi công công trình ng m u r t k Lân c n công trình th ng có các công trình xây d ng v u, các công trình l ch s , ngh thu t b t bu c ph c an toàn, yêu c i v i vi c nh và kh ng ch chuy n d ch r t là nghiêm ng t

móng cho các t ng h m u ki t y u, m c ng m u ki n hi ng ph c t p khác r t d sinh ra, m t nh h móng, thân c c b chuy n d ch v tr i lên, k t c u ch n gi b i nghiêm tr ng i h móng, uy hi p nghiêm tr ng các công trình xây d ng, các công trình ng ng ng xung quanh

Công trình h bao g m nhi u khâu có quan h ch t ch v i nhau

N u phân bi t h theo ph i ta phân bi t h sâu thành hai nhóm chuyên bi t sau:

i) n gi : c s d ng cho các nhu c u h m c n c

ng t, gia c n n và gi mái d c; ii) n gi c s d ng cho các k t c u quay gi , h th ng ch n

gi , gia c n n, quan tr c…

Khi phân lo i h m ch u l c c a k t c i ta chia h

i) K t c u ch n gi áp l c ch ng: có vai trò ch u tác d ng c a ph n áp

l c ch ng lên k t c u thành h m các k t c u phun ch n gi , ng b ch n gi ;

ii) K t c u ch n gi áp l c b ng: có vai trò ch u tác d ng c a ph n áp l c

b ng lên k t c u thành h m các k t c u nh c c, b n, ng, ng và ch ng, ho c s d ng ngay b n thân k t c u sàn t ng h m t ch ( top – down)

Khi phân bi t h theo ch t c u, có th phân chia k t c u ch n gi thành hai b ph

B ph n ch t, bao g m: H ng thép, th c có c c thép ch H, I có b n cài; h ng c c nh i li n k t s sát nhau, h c Larsen, c c hai hành ch t, c c nh i ki u liên vòm, ch n gi b t…

H ng bê tông c t thép c có ng liên t t, c c, ng tr i t t sâu, gi a c t dày và b trí thêm c t

m;

iv) ng ch n b ng c c khoan nh ng kính 600 – 1000 mm, c c dài 15

– 30 m, làm thành ng ch n theo ki u hang c nh cung d m vòng bê tông c t thép, dùng cho lo i h sâu 6 – 13 m;

thành ng ch t b ng bê tông c t thép có c t i cao, dùng cho h móng c sâu t 10 m tr lên ho u ki n thi công t

vi) Gi ng chìm và gi ng chìm h t y u có m c ng m

cao dòng ch y m sâu h t n 30m

1.4 Gi i thi u và trình t thi t k m t h Vi c s d vào vi c mô ph ng ng x c a c t

nghiên c u và th c hành trong l a k thu t K l a ch n nh ng d ng mô hình t phù h mô ph ng phù h p v i t ng d ng

ng x cRõ ràng là th ng thì k t qu xu t ra t vi c mô ph ng cs khác v i k t qu quan tr c ngoài hi ng và trong t n Do v y c n có s u ch c tính mô hình m t cách phù h c g n v i ng x th c t c t c c th òi h i k i luôn h c h i trong t ng h p th c t cùng v i k t qu quan tr c hi ng cùng m t vi u ch nh mang tính h th có th c m t hi u qu

trong vi c s d ng các ph n m m t mô ph ng b

Vai trò c a vi c mô ph n t h u h n trong bài toán phân tích bài toán h c k t qu g n v i k t qu quan tr c ngoài hi n

ng Ngày nay trong khi mô hình mô ph ã và c ng d ng r ng rãi trong vi a k thu t, nhìn t ng th thì quá trình mô

t m trong n t có l trình ng su t không gi ng nhau d n s thay i áp l c l r ng ph c t p (h s A c a Skempton) Vì th c k t qu mô ph ng g n v i k t qu th c t c n m t bài toán tính toán l p và c p nh t

1 nh bài toán cò c a vi c mô hình

v t li u

4 Gi i quy t bài toán vu biên bn t h u h n

S d ình ph n t h u h liên k t vi c l a ch n mô hình mô ph ng d ki n trong t n thi công T phân tích c a

ình tính ra chuy n v ngang và chuy n v b m t…

5 So sánh v i k t qu quan tr c hing : K t qu tính toán t máy tính và quan tr c hi ng c n ph c so sánh trong su t quá trình thi công Giá tr quan tr ng nh t là chuy n v ngang và chuy n v ng c a n t N u phát hi n s khác bi t l n gi a k t qu xu t ra t máy tính và k t qu quan tr c hi ng ngay lúc

ì khi th c hi n phân tích l i t c 3 và ti p t c so sánh v i k t qu quan tr c

6 Phân tích cho nh ng công trình t

Mô hình mô ph c dùng trong mô ph ng t máy tính nh ng k t qu bi n d s d ng cho nh ng công trình t v i nh ng n

t g n khu v

Cách th c áp d ng r ng rãi vi c phân tích h

ng h p thì cách ti p c n này không t ng quát Vi c mô

cung c p k t qu sai l ch l n so v i quan tr c Vi c mô ph ng m t công trình có th u ch nh cho sát v i k t qu quan tr c, có th không cung c c m t s t cho ng x c a m t công trình khác v i h thanh ch ng khác nhau

Hashash and Whittle trong m c công b r ng rãi ng x h thanh ch ng trong h ng chuy n v ngang c ng và chuy n v t b m t b nh ng r t nhi u t vi c ch n mô hình ng x c t Và c

trong bài báo này trình bày l trình ng su t c t xung quanh h ng x ph c t p

Tóm l i :

t s là m t quá trình tính toán l p và t tích lu kinh nghi m trong quá trình làm vi có th tin c y c a ph n m m tính toán phù h p cho t ng lo t mà y u t này ch mang y u t t mõi

kính (ph n s p không tròn), sâu 20.2m, b s p ngày 17 – 8 –1997 khi v a hoàn t t công tác ào và l p t h thanh ch ng K t c u c a công trình g m h t ng vây liên k t (diaphragm wall) gi vai trò nh t ng ch n khi thi công ào sâu và

gi vai trò t ng h m sau khi úc bê tông các b n sàn h m c bi t là công trình này có kích th c hoàn toàn gi ng m t công trình t ng t ã thi công thành công Frankfurt - c

Hình 1-2: Tr m b m Bangkok sau khi b s p

c ta, t i các thành ph l i và Thành ph H Chí Minh c ã có nhi u công trình s d ng h thi công các t ng h m, tr m

Hình 1-5: H t

xây v t h vây dày 1 m, sâu 40 m /2010, trong

nhà lân c Nguyên nhân là do l k thu c nhà th trong quá trình thi công vây các t h c công trình, do bê tông t m v trí c vây thi công không t nên làm th vây

Hình 1-6: D ài Gòn M&C

Hình 1-7: Các v công trình lân c ên do thi công t

nhóm này

s áp l t c a Rankine (1857), l i gi i c a sokolovskii

nh h s kh u t i c t thu c nhóm ng ng su t

B ng 1-1: M t vài giá tr n hình theo quan m chuy n d ch gây ra do s

quay c ng ch n quanh tâm quay (Raj, 1999)

t r i, tr ng thái ch c (0,001 ÷ 0,002)H t r i, tr ng thái r i (0,002 ÷ 0,004)H t dính, tr ng thái ch c (0,01 ÷ 0,02)H t dính, tr ng thái m m (0,02 ÷ 0,05)H

Clough và O’Rourke(1990) ã d a vào m t s quan tr c v bi n d ng c a m t

s h ã l p thành b ng so sánh v c ng c ng chgi a h s an toàn v i s tr i n i v i h t sét m m t i c ng v ã so sánh chuy n v ngang l n nh t và chu n hóa (umax/z) v

Hình 1-9: ng cong thi t k cho chuy n d ng l n nh t

I mô ment ch ng u n H kho ng cách trung bình gi a các thanh ch ng ng cong th hi n quan h gi a các h s an toàn FS khác nhau v i tr i n n

c u

N sFS

Clough và O'Rourke (1990) trình bày hình d ng lún không th nguyên

trên Hình 1-10 i v t cát, sét c n r t c ng, và sét m m

c ng

n v lún khác cùng v i ho c, tháo d

các lo t khác nhau (Clough và O'Rourke 1990)

Hsieh và Ou (1998) theo dõi c có 2 d t: (i) d ng

trong Hình 1-11 ó lún l n nh t x y ra sát v i ng, và (ii) d ng lõm, nh trong Hình 1-12 lún nh t x y

S li u chu c trình bày, v/ vmvm là lún b m t l n

e) Hsieh và Ou (1998) k t lu n r ng kho ng cách t ng m có lún b m t l n nh t x y ra x p x b ng m t n a chi ng lún lõm Hsieh và Ou (1998), d a trên quan tr ngh vm có th c tính b ng cách dùng quan h vmhm:

hmvm (0.51.0) (1-2)

và Ou (1998) xu t hi d m t l n nh t và d

nhiên, vi c s d ng th c t ình (1-3) b h n ch b i vì giá tr vm có ph m vi i r ng

Brian Brenner, David L Druss và Beatrice J Nessen nghiên c u v s

chuy n d t và ng c a nó c i công trình l n ct v i h ã : t ng chuy n v c t n n t 0 = 0.2 inch

1.6.3 Các nghiên c u v tng ch n bn t h u h n

Clough và O'Rourke (1990)

Nghiên c u thông s ph n t h u h n trên c t sét m m và c ng r ng chuy n v

ng c a h ch ng trong sét c ng

c a h ch ng trong sét c ng kho

ng c ng và ph n chuy n d ch l y ra

sét m ng là do s m t nh c a n n

A.J.Whittle và Y.M.A

Hashash (1994)

Mô t k t qu phân tích ph n t h u h n c a h cho công trình Central Artery highway Boston b ng các mô hình Modified Cam Clay và MIT-E3

K t lu n s quan tr ng c a tính ch t c ng bi n d ng nh và ng x ng su t - bi n d ng b t ng ng trên ng , s phân b và phát tri n c a bi n d ng c t n n v i chi u sâu h ào

T Masuda, H H Einstein, T Mitachi (1994)

Nghiên c u quan h th c nghi m c a các y u t tác

ng vây trong 52 ng h p

xu t mn d báo chuy n v ngang c ng ch n

A S Osman và M.D.Bolton (2006)

Nghiên c u h ào sâu có gi ng ch ng trong t không

c c a các d án khác nhau

xu t mthi t k (MSD) c tính chuy n v c ng ch n

Potts, D.M (2003) ã th c hi n m t s ví d phân tích trong th c hành

thi t k a k thu t, so sánh l i gi i c i vtruy n th ng và k t qu quan tr c th c ti n T t s k t lu n v

th ng Ti p c c v i hành vi ng x th c t c t K c s c k t

Cung c p thông tin v phá ho i Th c hi c các bài toán có a t ng ph c t p

Th c hi c các bài toán hình h c 3 chi u

Chi ti t v các ví d và th o lu c trình bày trong Potts, D.M (2003)

Vi c s d ng FEM trong công tác thi t k ng ch ã c nhi u tác

gi nghiên c u Robert M Ebeling (1990) ã t ng k t các nghiên c u này, bao g m: Clough và Duncan (1969 và 1971); Kulhawy (1974); Roth, Lee và Crandall (1979); Bhatua và Bakeer (1989); Ebeling và các c ng s (1988); Ebeling, Duncan, và Clough (1989)

Trong các nghiên c u trên, v quan tr c trên mô hình v t lý và công trình th c chú tr c bi t Nh ng phân tích, th o lu n trong b n báo cáo nêu lên t m quan tr ng c a s mô ph ng quá trình thi công th c t trong vi c phân tích b ng FEM Ngoài ra, vi c phân tích ph i k n ng x phi tuy n trong m i quan h ng su t bi n d ng c t

Các nghiên c u cho th y, FEM v i các mô hình cn phù h p là m t

1.7 Nh ng v còn t n t i c a các nghiên cn t p trung gi i quy t

Tính toán h móng sâu nh b ng ch n bb ng gi i h i v ng h p n n nhi u l p vi c s d ng b ng

gi i là m nhi u th i gian và công s c trong vi c tính toán, c n thi t nghiên c có th

t v n còn nhi u khác bi t vi c ng d ng FEM v i mô hình phù h p

c n t p trung nghiên c u

2.1 Mô hình Mohr –Coulomb (1776)

hthí nghi

Te

e

(2.5a)

d =

’gD’fTe

(2.5b)

công th 2.5b), giá trTheo Koiter (1960) và m

’g + ’g

ình nón sáu c

f 0khô

f 0 mi

B-1: Các thông s ình Mohr – Coulomb trong Plaxis

(Brinkgreve R.B J & Broere W, 2004)

ứng suất

-113

500

B -2: Các thơng s nâng cao trong mơ hình Mohr – Coulomb