Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ổn định bến tường cừ thép bến cảng Tam Hiệp - Quảng Nam

Nội dung: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cấu tạo bến tường cừ thép và cách xác định áp lực đất lên tường cừ Chương 3: Các phương pháp cơ học tính toán tường cừ thép một tầng neo Chương 4: Cơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-[ \ -

LÊ ĐÀO VŨ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP

BẾN CẢNG TAM HIỆP – QUẢNG NAM Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Trần Tuấn Anh

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc - -oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ ĐÀO VŨ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 20/04/1984 Nơi sinh: Đà Nẵng Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP

BẾN CẢNG TAM HIỆP - QUẢNG NAM II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Nhiệm vụ: - Tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích các phương pháp cơ học tính toán bến tường cừ thép một

tầng neo - Áp dụng phương pháp phân tử hữu hạn (FEM) thông qua phần mềm Plaxis mô hình 2D

và 3D để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến nội lực, biến dạng và ổn định tổng thể của một công trình thực tế từ đó đưa ra các kiến nghị cho công tác thiết kế, thi công

2 Nội dung: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cấu tạo bến tường cừ thép và cách xác định áp lực đất lên tường cừ Chương 3: Các phương pháp cơ học tính toán tường cừ thép một tầng neo Chương 4: Cơ sở lý thuyết trong Plaxis

Chương 5: Nghiên cứu tính toán ổn định Bến tường cừ thép một tầng neo, Bến cảng Tam

Hiệp – Quảng Nam Chương 6: Kết luận – Kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 31 tháng 12 năm 2010 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 06 tháng 12 năm 2011 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN TUẤN ANH

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

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS TRẦN TUẤN ANH PSG TS VÕ PHÁN

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Trần Tuấn Anh, người đã cho tôi những gợi ý hình thành nên ý tưởng của đề tài, tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành Luận án này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Quý Thầy Cô trong Bộ Môn Địa Cơ Nền móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên hoàn thành Luận văn thạc sĩ

Tôi xin cảm ơn đến Ban giám đốc Công Ty Cổ Phần Tư Vấn và Đầu tư Xây dựng Kiến Hưng, nơi tôi đang làm việc, đã tạo điều kiện cao nhất cho tôi theo học chương trình thạc sĩ và hoàn thành luận án này Xin cảm ơn các anh em kỹ sư trong Phòng Thiết kế 01 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi để hoàn thiện công trình nghiên cứu này

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè lớp Cao học Địa kỹ thuật Xây dựng K2009 đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện Luận án

Tháng 12 năm 2012 Tác giả

LÊ ĐÀO VŨ

Với các ưu điểm thi công dễ dàng và nhanh chóng, khả năng chịu lực cao với nhiều loại tiết diện, cho phép độ biến dạng đàn hồi lớn, đặc biệt phù hợp với phương án lấn đất ra biển, cừ ván thép đã và đang được ứng dụng rộng rãi và trở thành xu hướng cho kết cấu công trình bến cảng trên toàn thế giới Xu hướng này càng mạnh đối với các nước được gọi là quốc gia biển trong đó có Việt Nam

Các phương pháp tính toán Bến tường cừ thép một tầng neo theo phương pháp giải tích (LEM) áp dụng các lý thuyết cổ điển chứa đựng nhiều hạn chế khi phân tích ứng xử giữa tường và đất vì không mô phỏng được một số quá trình đặc trưng của dạng kết tường cừ thép một tầng neo như sự phân bố lại ứng suất trong nền do ảnh hưởng bởi độ võng lớn của tường thép là loại tường mềm, các quá trình giở tải (unloading) khi nạo vét lòng bến và khu nước trước bến, gia tải lại (reloading) khi san lấp cát cho mặt bến cũng ảnh hưởng rất lớn đến ứng xử giữa tường và đất mà LEM không thể phản ánh được

Phương pháp dùng Phần Tử Hữu Hạn (FEM) mô phỏng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và đem lại nhiều thành tựu lớn Phương pháp này có ưu điểm hơn so với các phương pháp khác là có thể phân tích cả ứng suất và biến dạng nền đất xung quanh tường cừ thép Áp dụng phương pháp dùng Phần Tử Hữu Hạn, trong luận văn tác giả ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng quá trình thi công và khai thác của bến tường cừ thép một tầng neo

Luận văn này được tác giả thực hiện nhằm phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hường đến ứng xử giữa tường trong công trình bến tường cừ thép một tầng neo

With the advantages of simply and rapidly constructing, high strength with a lot of section area profile, high flexible, especially suitable for expanding land area into the ocean, steel sheet pile is being applied widely and becoming a trend for the structure of ports and maritime constructions all over the world This trend is developing more and more strongly in the oceanic nations as Vietnam

Calculating the berth of steel sheet piles anchored wall based on the Limited element method has a lot of limitation since it can not simulate some situation of behavior between sheet piles wall and soils such as the redistributed stress in soils due to high deflection of sheet piles body, the progress of unloading during the dredging or of reloading during the sand filling also highly impact to the behavior between sheet piles wall and soils whereas LEM can not take into account

Finite element method is applied widely in the researches and record great achievements The advantage of this method is the capacity of analysis both of stress and strain around the steel sheet pile anchored wall In this thesis, the Author use Plaxis, a software programmed by FEM to simulate the construction sequence and the operating of a berth of steel sheet piles anchor wall

The purpose of this thesis is analyzing and considering the elements impacting on the behavior between steel sheet piles wall and soils in an actual construction

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả của luận án chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án

Tác giả

Lê Đào Vũ

CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 1

1.1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2

1.3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.4.Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 2

1.5.GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2

1.6.PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 2.CẤU TẠO BẾN TƯỜNG CỪ THÉP & CÁCH XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CỪ 4

2.1.CẤU TẠO BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO 4

2.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG MẶT CỦA BẾN TƯỜNG CỪ 8

2.2.1.Lý thuyết tính áp lực đất 8

2.2.2.Tính áp lực đất tĩnh [3] 10

2.2.3.Lý thuyết áp lực đất Coulomb (1776) [1] 11

2.2.4.Lý thuyết áp lực đất Rankine (1857) [4] 15

2.2.5.Phương pháp số của Sokolovski [6] 18

2.2.6.Tính áp lực đất theo lý thuyết Log-Spiral [9] 23

2.2.7.Tính toán áp lực đất lên tường do hoạt tải mặt bến [11] 24

2.2.8.Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất [7] 28

2.2.9.Áp lực ngang của đất lên công trình thực [1] 30

3.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TƯỜNG CỪ CÓ NEO 36

3.2.1.Phương pháp tựa tự do trong đất (Free Earth Support Method) 36

3.2.2.Phương pháp ngàm trong đất (Fixed Earth Support Method) 43

3.3.PHƯƠNG PHÁP TÍNH TƯỜNG MẶT CỦA CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ KHI XEM ĐẤT LÀ MÔI TRƯỜNG BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI CỤC BỘ [13] 48

3.3.1.Sơ đồ kết cấu 48

3.3.2.Các giả thiết 49

3.3.3.Sơ đồ tính 49

3.3.4.Phương pháp giải bài toán 49

3.3.5.Qui luật phân bố hệ số nền và phạm vi ứng dụng 49

3.3.6.Trình tự tính 50

3.3.7.Ví dụ minh họa 51

3.4.PHƯƠNG PHÁP TƯỜNG MẶT CỦA CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ MỘT TẦNG NEO THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI BLUM – LOMER (PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐÀN HỒI) 54

3.4.1.Tính toán mô men uốn và xác định chiều dài chôn sâu thân cừ [7] 54

3.4.2.Tính toán tường neo [8] 58

3.4.3.Xác định độ võng của kết cấu Bến tường cừ một tầng neo [8] 59

3.4.4.Ví dụ minh họa tính tường mặt của bến tường cừ thép một tầng neo 61

3.4.5.Ví dụ minh họa tính toán tường neo của bến tường cừ thép một tầng neo 63

3.5.PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN – PHẦN MỀM PLAXIS 67

3.6.NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 67

CHƯƠNG 4.CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 69

4.1.CÁC MÔ HÌNH ĐẤT NỀN………69

4.1.1.Mô hình Mohr –Coulomb (1776) [18] 69

4.1.2.Mô hình Hardening Soil [18] 73

4.2 NHẬN XÉT……… 84

– QUẢNG NAM 86

5.1.GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 87

5.2.ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TẠI VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 89

5.3.1.Hệ tường cừ mặt (tường loại 1) 95

5.3.2.Tường cừ neo của bến 96

5.3.3.Hệ thanh neo và sườn giằng 97

5.4.TRÌNH TỰ THI CÔNG CÔNG TRÌNH 98

5.5.SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO – BẾN CẢNG TAM HIỆP TRONG MÔ HÌNH 2D 102

5.5.1.Các phương pháp phân tích ứng xử của nền đất trong Plaxis 102

5.5.2.Thông số cho vật liệu kết cấu bến – mô hình 2D 103

5.5.3.Thông số cho các mô hình đất nền 105

5.5.4.Không gian mô hình tính và điều kiện ban đầu 107

5.5.5.Kết quả tính toán và kiểm tra ổn định công trình Bến cảng Tam Hiệp theoFEM 108

5.5.6.Phân tích các ứng xử của tường cừ thép một tầng neo với các trạng tháiứng xử khác nhau của nền 117

5.5.8 Phân tích ảnh hưởng của độ cứng vật liệu đến ứng xử giữa tường và đất trong kết cấu bến

tường cừ thép một tầng neo 122

lực và biến dạng của tường cừ một tầng neo 124

5.5.10.Phân tích ảnh hưởng của chiều dài neo (khoảng cách từ tường mặt đếntường neo) đến ứng xử giữa đất và tường cừ thép 126

5.6.SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO – BẾN CẢNG TAM HIỆP TRONG MÔ HÌNH 3D 132

5.6.1.Thông số đất nền cho mô hình 3D 132

5.6.2.Thông số cho vật liệu kết cấu bến – mô hình 3D 132

5.6.3.Phân tích so sánh kết quả tính toán bến tường cừ thép một tầng neo Bếncảng Tam Hiệp theo mô hình 2D và mô hình 3D 138

5.6.4.Phân tích ảnh hưởng của chiều dài cừ trung gian đến ứng xử giữa đất vàtường trong mô hình 3D 141

5.7.NHẬN XÉT CHƯƠNG 5 145

CHƯƠNG 6.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 147

6.1.KẾT LUẬN 147

6.2 KIẾN NGHỊ 147

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-[ \ -

LÊ ĐÀO VŨ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP

BẾN CẢNG TAM HIỆP – QUẢNG NAM Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Trần Tuấn Anh

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

- -oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ ĐÀO VŨ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 20/04/1984 Nơi sinh: Đà Nẵng Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP

BẾN CẢNG TAM HIỆP - QUẢNG NAM II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Nhiệm vụ: - Tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích các phương pháp cơ học tính toán bến tường cừ thép một

tầng neo - Áp dụng phương pháp phân tử hữu hạn (FEM) thông qua phần mềm Plaxis mô hình 2D

và 3D để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến nội lực, biến dạng và ổn định tổng thể của một công trình thực tế từ đó đưa ra các kiến nghị cho công tác thiết kế, thi công

2 Nội dung: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cấu tạo bến tường cừ thép và cách xác định áp lực đất lên tường cừ Chương 3: Các phương pháp cơ học tính toán tường cừ thép một tầng neo Chương 4: Cơ sở lý thuyết trong Plaxis

Chương 5: Nghiên cứu tính toán ổn định Bến tường cừ thép một tầng neo, Bến cảng Tam

Hiệp – Quảng Nam Chương 6: Kết luận – Kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 31 tháng 12 năm 2010 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 06 tháng 12 năm 2011 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN TUẤN ANH

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

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS TRẦN TUẤN ANH PSG TS VÕ PHÁN

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Trần Tuấn Anh, người đã cho tôi những gợi ý hình thành nên ý tưởng của đề tài, tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành Luận án này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Quý Thầy Cô trong Bộ Môn Địa Cơ Nền móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên hoàn thành Luận văn thạc sĩ

Tôi xin cảm ơn đến Ban giám đốc Công Ty Cổ Phần Tư Vấn và Đầu tư Xây dựng Kiến Hưng, nơi tôi đang làm việc, đã tạo điều kiện cao nhất cho tôi theo học chương trình thạc sĩ và hoàn thành luận án này Xin cảm ơn các anh em kỹ sư trong Phòng Thiết kế 01 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi để hoàn thiện công trình nghiên cứu này

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè lớp Cao học Địa kỹ thuật Xây dựng K2009 đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện Luận án

Tháng 12 năm 2012 Tác giả

LÊ ĐÀO VŨ

Với các ưu điểm thi công dễ dàng và nhanh chóng, khả năng chịu lực cao với nhiều loại tiết diện, cho phép độ biến dạng đàn hồi lớn, đặc biệt phù hợp với phương án lấn đất ra biển, cừ ván thép đã và đang được ứng dụng rộng rãi và trở thành xu hướng cho kết cấu công trình bến cảng trên toàn thế giới Xu hướng này càng mạnh đối với các nước được gọi là quốc gia biển trong đó có Việt Nam

Các phương pháp tính toán Bến tường cừ thép một tầng neo theo phương pháp giải tích (LEM) áp dụng các lý thuyết cổ điển chứa đựng nhiều hạn chế khi phân tích ứng xử giữa tường và đất vì không mô phỏng được một số quá trình đặc trưng của dạng kết tường cừ thép một tầng neo như sự phân bố lại ứng suất trong nền do ảnh hưởng bởi độ võng lớn của tường thép là loại tường mềm, các quá trình giở tải (unloading) khi nạo vét lòng bến và khu nước trước bến, gia tải lại (reloading) khi san lấp cát cho mặt bến cũng ảnh hưởng rất lớn đến ứng xử giữa tường và đất mà LEM không thể phản ánh được

Phương pháp dùng Phần Tử Hữu Hạn (FEM) mô phỏng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và đem lại nhiều thành tựu lớn Phương pháp này có ưu điểm hơn so với các phương pháp khác là có thể phân tích cả ứng suất và biến dạng nền đất xung quanh tường cừ thép Áp dụng phương pháp dùng Phần Tử Hữu Hạn, trong luận văn tác giả ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng quá trình thi công và khai thác của bến tường cừ thép một tầng neo

Luận văn này được tác giả thực hiện nhằm phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hường đến ứng xử giữa tường trong công trình bến tường cừ thép một tầng neo

With the advantages of simply and rapidly constructing, high strength with a lot of section area profile, high flexible, especially suitable for expanding land area into the ocean, steel sheet pile is being applied widely and becoming a trend for the structure of ports and maritime constructions all over the world This trend is developing more and more strongly in the oceanic nations as Vietnam

Calculating the berth of steel sheet piles anchored wall based on the Limited element method has a lot of limitation since it can not simulate some situation of behavior between sheet piles wall and soils such as the redistributed stress in soils due to high deflection of sheet piles body, the progress of unloading during the dredging or of reloading during the sand filling also highly impact to the behavior between sheet piles wall and soils whereas LEM can not take into account

Finite element method is applied widely in the researches and record great achievements The advantage of this method is the capacity of analysis both of stress and strain around the steel sheet pile anchored wall In this thesis, the Author use Plaxis, a software programmed by FEM to simulate the construction sequence and the operating of a berth of steel sheet piles anchor wall

The purpose of this thesis is analyzing and considering the elements impacting on the behavior between steel sheet piles wall and soils in an actual construction

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả của luận án chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án

Tác giả

Lê Đào Vũ

CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 1

1.1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2

1.3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.4.Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 2

1.5.GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2

1.6.PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 2.CẤU TẠO BẾN TƯỜNG CỪ THÉP & CÁCH XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CỪ 4

2.1.CẤU TẠO BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO 4

2.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG MẶT CỦA BẾN TƯỜNG CỪ 8

2.2.1.Lý thuyết tính áp lực đất 8

2.2.2.Tính áp lực đất tĩnh [3] 10

2.2.3.Lý thuyết áp lực đất Coulomb (1776) [1] 11

2.2.4.Lý thuyết áp lực đất Rankine (1857) [4] 15

2.2.5.Phương pháp số của Sokolovski [6] 18

2.2.6.Tính áp lực đất theo lý thuyết Log-Spiral [9] 23

2.2.7.Tính toán áp lực đất lên tường do hoạt tải mặt bến [11] 24

2.2.8.Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất [7] 28

2.2.9.Áp lực ngang của đất lên công trình thực [1] 30

3.2.1.Phương pháp tựa tự do trong đất (Free Earth Support Method) 36

3.2.2.Phương pháp ngàm trong đất (Fixed Earth Support Method) 43

3.3.PHƯƠNG PHÁP TÍNH TƯỜNG MẶT CỦA CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ KHI XEM ĐẤT LÀ MÔI TRƯỜNG BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI CỤC BỘ [13] 48

3.3.1.Sơ đồ kết cấu 48

3.3.2.Các giả thiết 49

3.3.3.Sơ đồ tính 49

3.3.4.Phương pháp giải bài toán 49

3.3.5.Qui luật phân bố hệ số nền và phạm vi ứng dụng 49

3.3.6.Trình tự tính 50

3.3.7.Ví dụ minh họa 51

3.4.PHƯƠNG PHÁP TƯỜNG MẶT CỦA CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ MỘT TẦNG NEO THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI BLUM – LOMER (PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐÀN HỒI) 54

3.4.1.Tính toán mô men uốn và xác định chiều dài chôn sâu thân cừ [7] 54

3.4.2.Tính toán tường neo [8] 58

3.4.3.Xác định độ võng của kết cấu Bến tường cừ một tầng neo [8] 59

3.4.4.Ví dụ minh họa tính tường mặt của bến tường cừ thép một tầng neo 61

3.4.5.Ví dụ minh họa tính toán tường neo của bến tường cừ thép một tầng neo 63

3.5.PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN – PHẦN MỀM PLAXIS 67

3.6.NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 67

CHƯƠNG 4.CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 69

4.1.CÁC MÔ HÌNH ĐẤT NỀN………69

4.1.1.Mô hình Mohr –Coulomb (1776) [18] 69

4.1.2.Mô hình Hardening Soil [18] 73

4.2 NHẬN XÉT……… 84

THÉPMỘT TẦNG NEO, CÔNG TRÌNH BẾN CẢNG TAM HIỆP

– QUẢNG NAM 86

5.1.GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 87

5.2.ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TẠI VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 89

5.3.1.Hệ tường cừ mặt (tường loại 1) 95

5.3.2.Tường cừ neo của bến 96

5.3.3.Hệ thanh neo và sườn giằng 97

5.4.TRÌNH TỰ THI CÔNG CÔNG TRÌNH 98

5.5.SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO – BẾN CẢNG TAM HIỆP TRONG MÔ HÌNH 2D 102

5.5.1.Các phương pháp phân tích ứng xử của nền đất trong Plaxis 102

5.5.2.Thông số cho vật liệu kết cấu bến – mô hình 2D 103

5.5.3.Thông số cho các mô hình đất nền 105

5.5.4.Không gian mô hình tính và điều kiện ban đầu 107

5.5.5.Kết quả tính toán và kiểm tra ổn định công trình Bến cảng Tam Hiệp theoFEM 108

5.5.6.Phân tích các ứng xử của tường cừ thép một tầng neo với các trạng tháiứng xử khác nhau của nền 117

5.5.8 Phân tích ảnh hưởng của độ cứng vật liệu đến ứng xử giữa tường và đất trong kết cấu bến

tường cừ thép một tầng neo 122

lực và biến dạng của tường cừ một tầng neo 124

tường neo) đến ứng xử giữa đất và tường cừ thép 126

5.6.SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CÔNG

TRÌNH BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO – BẾN CẢNG TAM HIỆP TRONG MÔ HÌNH 3D 132

5.6.1.Thông số đất nền cho mô hình 3D 1325.6.2.Thông số cho vật liệu kết cấu bến – mô hình 3D 132

cảng Tam Hiệp theo mô hình 2D và mô hình 3D 138

tường trong mô hình 3D 141

5.7.NHẬN XÉT CHƯƠNG 5 145

CHƯƠNG 6.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 147

6.1.KẾT LUẬN 147

6.2 KIẾN NGHỊ 147

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tường cừ thép là một dạng kết cấu được cấu tạo từ các cây cừ thép (steel sheet pile) hay còn gọi là cọc ván thép, cừ Larssen, cọc bản, là một cấu kiện dạng tấm có các rãnh khoá (me cừ) để hợp thành một tường chắn khép kín Nhằm mục đích ngăn nước và chắn đất trong hầu hết các trường hợp ứng dụng Một trong những ứng dụng quan trọng của tường cừ thép được sử dụng cho các công trình bến cảng

Tường cừ thép đã được sử dụng cho mọi kết cấu công trình tạm (làm xong nhổ lên) cũng như vĩnh cữu (đóng bỏ) Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cừ ván thép được sử dụng ngày càng phổ biến nhất là trong các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, giếng kín, đê kè chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp, ngăn chống cho các hố đào nền móng, xử lý nước thải, các đường vượt, hầm ngầm Tường cừ thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có thể được xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng

Một trong những ứng dụng quan trọng của tường cừ thép có thể ảnh hưởng to lớn đến nền kinh tế của một nước đó chính là sử dụng làm kết cấu cho bến cảng biển Nhìn bản đồ thế giới ta thấy : đại dương và biển chiếm tới 71% diện tích trái đất đạt tổng diện tích khoảng 361 triệu km2 Với sự phát triển không ngừng của dân số thế giới và sự cạn kiệt nguồn tài nguyên khoáng sản trên đất liền thì rõ ràng biển luôn là điểm hướng tới của mọi quốc gia hoặc lãnh thổ trên trái đất Xu hướng này càng mạnh đối với các nước được gọi là quốc gia biển trong đó có Việt Nam Đó là con đường tất yếu để phồn vinh Qua đó chúng ta thấy được giá trị to lớn của việc phát triển hệ thống cảng biển Với các ưu điểm thi công dễ dàng và nhanh chóng, khả năng chịu lực cao với nhiều loại tiết diện, cho phép độ biến dạng đàn hồi lớn, đặc biệt phù hợp với phương án lấn đất ra biển, cừ ván thép đã và đang được ứng dụng rộng rãi và trở thành xu hướng cho kết cấu công trình bến cảng trên toàn thế giới, điều này có thể nhận thấy rõ ở các cảng nước sâu và cảng lớn nhất trên khắp thể giới đều có sử dụng kết cấu tường cừ thép như Cảng Cao Hùng ở Đài Loan, Cảng Hamburg ở Đức, Cảng Aarhus ở Đan Mạch, Cảng Aveiro ở Bồ Đào Nha, Cảng Pusan Hàn Quốc v.v Tại Việt Nam trong những năm gần đây cừ thép đã bắt đầu được sử dụng một cách rộng rãi hơn trong xây dựng công trình cảng, đặc biệt ở những cảng cho tàu có trọng tải lớn neo đậu hoặc các công trình có nguồn vốn nước ngoài Có thể kể ra một số cảng chính như : Khu cảng

chính Cảng Hải Phòng, Cảng Đình Vũ -Hải Phòng, Cảng Cửa Lò Nghệ An, Cảng Cam Ranh – Khánh Hòa, Bến Cảng Tam Hiệp - Quảng Ngãi, Cảng nhà máy đóng tàu Đà Nẵng

Chính từ những lý do nêu trên việc phân tích ổn định công trình bến cảng dạng kết cấu tường cừ thép là vấn đề cần thiết và cấp bách cần phải đi sâu để phục vụ cho việc tính toán thiết kế công trình một cách hợp lý, an toàn và kinh tế

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu ổn định Bến tường cừ thép – Bến cảng Tam Hiệp, Quảng Nam” được thực hiện với các mục đích chính như sau:

- Tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích các phương pháp cơ học tính toán bến tường cừ thép

- Áp dụng phương pháp phân tử hữu hạn (FEM) thông qua phần mềm Plaxis mô hình 2D và 3D để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến nội lực, biến dạng và ổn định tổng thể của một công trình thực tế từ đó đưa ra các kiến nghị cho công tác thiết kế, thi công

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu cở sở lý thuyết các mô hình nền để lựa chọn mô hình nền phù hợp với ứng xử thực tế của công trình

Sử dụng phần mềm được lập trình theo phương pháp hữu hạn Plaxis để mô phỏng và tính toán, thay đổi các thông số đầu vào và phân tích kết quả đầu ra tương ứng nhiều trường hợp của mô hình, dựa trên biểu đồ và bảng thống kê kết quả phân tích, nhận định vấn đề cần nghiên cứu

1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu ổn định Bến tường cừ thép – Bến cảng Tam Hiệp, Quảng Nam” mang ý nghĩa khoa học cao: sử dụng lý thuyết đàn hồi - dẻo mô phỏng gần ứng

sự tương tác giữa đất và tường cừ thép

1.5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Với sự phát triển không ngừng nghỉ của các nền kinh tế thế giới thì việc đầu tư xây dựng hệ thống cảng biển, cảng sông để phát triển hệ thống đường thủy ở mỗi quốc gia luôn là ưu tiên hàng đầu trong các chính sách về kinh tế Kết cấu bến cảng dạng tường cừ thép đã được sử dụng phổ biển trên hầu hết các nước trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam hầu hết các cảng hiện hữu đều được xây dựng dọc theo các con sông đa số địa

chất thường gặp lớp đất yếu khá dày cộng thêm vấn đề hạn chế về công nghệ thi công cũng như các sản phẩm cừ thép phải nhập từ nước ngoài về nên dạng công trình này còn ít được sủ dụng hơn các nước trên thế giới Tuy nhiên như đã phân tích ở phần đầu, tiến ra biển là xu hướng tất yếu của thời đại, tường cừ thép lại là dạng kết cấu rất phù hợp với địa hình vùng biển và là xu hướng chung của cảng biển thế giới, vì vậy tác giả thực hiện đề tài “Nghiên cứu ổn định Bến tường cừ thép – Bến cảng Tam Hiệp, Quảng Nam” với mong muốn sẽ đóng góp được một phần kiến thức cho công tác thiết kế dạng công trình này trong tương lai

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Trong nội dung nghiên cứu của mình, tác giả tập trung vào các vấn đề sau: - Tiến hành nghiên cứu bến tường cừ thép có một tầng neo, kết cấu chính gồm tường mặt, hệ neo và tường neo

- Tập trung vào các phương pháp tính toán tường cừ thép bao gồm là: cừ tựa tự do trong đất, cừ ngàm trong đất, phương pháp xem đất nền là môi trường đàn hồi cục bộ, phương pháp đồ giải Blum – Lomer, phương pháp phần tử hữu hạn (plaxis 2D, 3D) - Tiến hành tính toán và nghiên cứu trên một công trình cụ thể: Bến Cảng Tam Hiệp tại Khu Công Nghiệp Tam Hiệp thuộc Xã Tam Hiệp, Huyện Núi Thành, Tỉnh Quảng Nam

Chương 2 CẤU TẠO BẾN TƯỜNG CỪ THÉP &

CÁCH XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CỪ

Bến tường cừ là loại kết cấu tường “mềm”, được đóng sâu vào trong đất nhờ sức kháng của đất nền mà tạo nên thể ổn định cho công trình Nguyên tắc tổng quát để đảm bảo thế ổn định của tường cừ, nếu thỏa mãn điều kiện sau đây:

Tổng các lực ngang Σ =H 0 Áp lực đất là tải trọng quan trọng nhất, do đó trong chương này sẽ trình bày những điểm cấu tạo chính của bến tường cừ thép và các khuynh hướng tính áp lực đất chủ yếu từ trước đến nay

2.1 CẤU TẠO BẾN TƯỜNG CỪ THÉP MỘT TẦNG NEO

Bến cừ thép đã được xây dựng nhiều ở các nước công nghiệp và đưa về kết cấu định hình với các chiều sâu chuẩn Kết cấu trên hình 2.1 có thể xem là một thiết kế điển hình cho công trình bến cừ thép một tầng neo phục vụ cho tàu neo cập có trọng tải lớn đến 150.000DWT, trong khi đó kết cấu ở hình 2.2 là thiết kế điển hình cho bến cừ thép một tầng neo đáp ứng được cho tàu có trọng tải nhỏ hơn chỉ đến 15.000DWT

Hình 2.1: Cấu tạo bến tường cừ phục vụ cho tàu đến trọng tải 150.000DWT

Hình 2.2: Cấu tạo bến tường cừ phục vụ cho tàu đến trọng tải 15.000DWT

Đối với kết cấu ở hình 2.1, để phục vụ cho tàu có trọng tải lớn chiều sâu bến được thiết kế sâu đến 20m, vì vậy phải dùng cừ có sức kháng uốn lớn, ở đây dùng cừ tổ hợp HZ – AZ và kết cấu neo cũng phải dùng cừ thép Đối với kết cấu bến ở hình 2.2 có độ sâu trước bến nhỏ hơn là 12m nên chỉ cần sử dụng cừ AZ và kết cấu neo chỉ cần dùng bản neo BTCT Phía trên tường mặt là kết cấu dầm mũ BTCT đổ tại chỗ, dầm mũ được thiết kế đủ lớn để có thể lắp đặt bích neo, đệm tàu phục vụ cho tàu va cập và neo đậu Đôi khi trên dầm mũ còn lắp đặt cả ray cần trục như trong tường hợp này Phía sau tường mặt thi công lăng thể đá nhằm mục đích giảm tải Tường mặt được neo bởi

Hình 2.3: Cấu tạo dầm mũ đầu cừ

thanh neo thép và tường neo thép Phía trong lòng bến còn có hệ cọc đỡ dầm ray cần, hệ cọc này có thể là cọc đóng hoặc cọc khoan nhồi Toàn bộ đất sau bến được đắp bằng cát hạt thô, bên trên là kết cấu mặt bến giống như kết cấu áo đường

Hình 2.4: Mặt bằng bố trí thanh neo, tường neo (Bến cảng Tam Hiệp – Quảng Nam)

Hình 2.5: Mặt bằng một bến tường cừ thép khi hoàn thiện

Hiện nay hình dạng cừ thép rất đa dạng, nhưng có thể tóm tắt như sau :

Hình 2.6: Hình dạng các loại cừ thép đơn

¾ Cừ phẳng : có mô men kháng uốn không lớn, chế tạo dài 8÷12m, thường được sử dụng chủ yếu cho các kết cấu ngăn ô, hoặc hình cánh quạt với chiều cao tự do 2÷3m (không neo) và 4÷5m (có neo), loại cừ này có ký hiệu SP-1 hoặc AS Nếu ứng suất cho phép là 1600Kg/cm2, có thể chịu được mô men uốn là 25KNm

¾ Cừ hình máng, ký hiệu SP-2, PU, AU, GU có chiều dài 8÷22m, thường dùng cho các công trình chống thấm (đê quai, móng đập) Cùng với ứng suất cho phép trên, mô men uốn của 1m chiều dài bến tiếp nhận được 45,5KNm

¾ Cừ chữ Z chế tạo dài 8÷25m, ứng dụng chủ yếu cho các công trình bến liền bờ Cừ chữ Z có các ký hiệu SK, SD, AZ, mô men uốn cho phép khá lớn khoảng 252÷503KNm

¾ Cừ chữ H chế tạo dài có thể dài tời 35m, loại cừ này có module chống uốn tiết diện rất lớn, thường được cừ kết hợp với các cây cừ trung gian AZ, mô men uốn cho phép đạt tới 5960KNm, loại cừ này được dùng cho các công trình cảng lớn, cảng nước sâu

¾ Cừ Larsen có chiều dài 5÷22m với liên kết móc chắc chắn, tạo ra mô men kháng uốn lớn Hiện nay thường chế tạo 4 loại cừ Larsen : IV, V, VI, VII, mô men uốn cho phép có thể đạt tới 800KNm

¾ Cừ tổ hợp, được móc nối từ cừ cơ bản để tăng gấp 2÷3 lần mô men kháng so với tường bến chỉ cấu tạo từ một loại cừ theo kiểu móc nối thông thường Sáng kiến này đã và đang được các nước Tây Âu, Nhật, Bắc Mỹ khai thác triệt để cho các cảng nước sâu và các công trình biển khác

Hình 2.7: Hình dạng một số loại cừ tổ hợp

Bến tường cừ thép hiện nay được sử dụng nhiều trên thế giới vì chúng có những ưu điểm nổi bật sau :

• Tính đàn dẻo lớn • Tính công nghiệp lắp ghép cao • Tuổi thọ công trình nếu được bảo dưỡng tốt thì không thua kém gì bê

tông cốt thép • Xây dựng được cả bến nước sâu và các bến cảng xa đất liền Tuy nhiên nó lại tồn tại những khuyết điểm sau :

• Thép là vật liệu đắt tiền nhất trong các loại vật liệu xây dựng • Thép luôn bị ăn mòn trong môi trường nước biển

• Lệ thuộc vào công nghệ chế tạo thép

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG MẶT CỦA BẾN TƯỜNG CỪ

2.2.1 Lý thuyết tính áp lực đất

Đến nay có khá nhiều thuyết về áp lực đất theo những quan điểm khác nhau Tùy theo lí thuyết có xét đến độ cứng (biến dạng) của tường, có thể phân các thuyết hiện nay thành hai loại : loại không xét đến độ cứng của tường và loại có xét đến độ cứng của tường

Loại không xét đến độ cứng (biến dạng) của tường giả thuyết tuyệt đối cứng và chỉ xét đến các trị số áp lực ở trạng thái giới hạn : áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động (có ép trồi)

Thuộc loại này có thể kể đến ba nhóm chính sau :

a Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn

Các nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giới hạn bởi mặt trượt có hình dạng định trước, như một khối rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn Tùy theo hình dáng mặt trượt giả thiết, nhóm này hiện nay phát triển theo hai xu hướng :

Xu hướng giả thiết mặt trượt phẳng : Đại diện cho xu hướng này có thuyết C.A Coulomb (1773) và sau đó được I.V Poncelet, K.Culmann, G.Rebhann v.v…

Xu hướng giả thiết mặt trượt cong : theo xu hướng này, mặt trượt cong được thay thế bằng mặt trụ tròn hay mặt xoắn ốc logarit hoặc một mặt hỗn hợp phẳng và cong Theo xu hướng này có W.Felenius, L Rănđulic, J.Ođe, H Krây v.v…

b Nhóm theo thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm)

Nhóm này chủ trương tính các trị số áp lực đất (áp lực chủ động và áp lực đất bị động) với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp đạt trạng thái cân bằng giới hạn cùng một lúc, lí thuyết này đã được giáo sư người Anh tên là W.J.M Rankine đề ra năm 1857 và về sau được gọi là thuyết Rankine Thuyết Rankine được J Côngxiđerơ, J Butxinet, J Rêzan, A Cacô v.v… phát triển thêm Đến nay, lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố được phát triển mạnh mẽ theo hai xu hướng :

Xu hướng giải tích : Đại diện cho xu hướng này, trước hết phải kể đến các công trình

nghiên cứu lý thuyết của Viện sĩ Liên Xô V.V Sokolovski Lời giải của Rankine đến nay chỉ được xem như một trường hợp đặc biệt của lời giải của Sokolovski Hướng nghiên cứu của Sokolovski được tiếp tục nghiên cứu ở Ba Lan, Pháp và một số nước khác

Xu hướng đồ giải : khác với V.V Sokolovski giải hệ phương trình vi phân cân bằng

giới hạn bằng toán giải tích, Giáo sư Liên Xô X.X Goluskevich đã thành công trong việc giải các bài toán về lí thuyết cân bằng giới hạn theo phương pháp đồ giải bằng hệ vòng tròn đặc trưng

Đến nay, lí thuyết tính áp lực lên tường mềm chưa được nghiên cứu đầy đủ bằng lí thuyết tính áp lực đất lên tường cứng Loại lí thuyết áp lực đất có xét đến biến dạng của tường được phát triển theo hai hướng như sau :

Xu hướng tính gần đúng các biểu thức tính áp lực đất chủ động và bị động đối với tường cứng

Xu hướng tính tường mềm như dầm tựa lên nền đàn hồi và dùng các loại mô hình cơ học về nền (mô hình Winkle, mô hình nền bán không gian vô hạn biến dạng tổng thể…) để giải Các phương pháp theo xu hướng này không những cho phép xác định áp lực đất lên tường mềm (tức phản lực nền) mà còn xác định được cả chuyển vị của tường mềm

2.2.2 Tính áp lực đất tĩnh [3]

Nếu tường chắn duy trì tĩnh tại bất động ở nguyên vị trí của nó thì áp lực đất tác dụng vào tường gọi là áp lực tĩnh Đất ở phía sau tường chắn ở vào trạng thái cân bằng đàn hồi, áp lực đất tĩnh có thể tính theo công thức sau :

Trong đó :

'ϕ - góc ma sát trong hữu hiệu của đất, xác định bằng thí nghiệm đo áp lực nước lỗ rỗng cắt không thoát nước hoặc thí nghiệm nến cố kết 3 trục sơ đồ CU, CD

Với đất quá cố kết có thể lấy :

5,00

Trong đó : OCR – tỷ số cố kết trước của đất

Bảng 2.1: Giá trị K0 trong một số loại đất

Loại đất Đất cứng rắn Sét dẻo –

dẻo cứng, cát

Sét dẻo – dẻo mềm

Sét dẻo mềm

Sét dẻo chảy

Hình 2.8: Tính áp lực đất chủ động Coulomb

a Tính áp lực đất chủ động:

Tường chắn đất thể hiện trên hình 2.8, lưng tường nghiêng một góc kẹp ε với đường thẳng đứng, bề mặt đất AC tạo thành góc kẹp β so với mặt phẳng nằm ngang Xem xét trường hợp tường chắn bị tác động của áp lực đất và dịch chuyển ra ngoài tách rời khỏi thể đất đắp, lăng thể sau tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn và phát sinh ra hai mặt trượt AB, BC thông qua chân tường B Coi nêm đất trượt ABC được tách độc lập và xét đến điều kiện cân bằng tỉnh của nó, các lực tác động lên nêm đất trượt là:

¾ Trọng lượng G của nêm đất ABC ¾ Phản lực R là hợp lực của ma sát T1 và phản lực hướng vuông góc N1, góc kẹp

của nó với pháp tuyến của mặt BC bằng góc ma sát trong ϕ của đất Bởi vì nêm đất ABC tương ứng với thế đất bên phải của mặt trượt BC dịch chuyển theo chiều của lực ma sát T1 là đi lên, chiều tác dụng của R đã biết, độ lớn chưa biết ¾ Lực tác dụng Q của tường chắn đất vào nêm đất Góc kẹp của nó với phương

pháp tuyến ở lưng tường bằng góc ma sát δ giữa lưng tường với nêm đất Tương tự bởi vì nêm đất trượt ABC tương ứng với lưng tường trượt theo chiều đi xuống, nên lực ma sát T2 của lưng tường sinh ra ở mặt AB có chiều đi lên, chiều tác dụng của Q đã biết những độ lớn chưa biết

Tam giác lực G, R, Q đã tính đến điều kiện cân bằng tĩnh của nêm đất trượt ABC, từ định luật sin trong tam giác thường, ta có:

[π − ψ +α −ϕ ]= sin (α −ϕ )

sin

QG

Trong đó:

δεπ

21

BCAD

εαεcoscos −

(α β)

ε

εβ

−−Η

sin.cos

cos Thế các biểu thức vào 4-1 ta có:

⎢⎣⎡

−−−−

−−

−Η

δεϕαβ

αε

ϕαεβα

εγ

cos.sin

.cos

sincos

.cos

21

1cos

.cos

cos

⎥⎦⎤⎢

⎣⎡

−+

−+

++

−

βεαδ

βϕϕδε

δε

εϕ

(2.7)

Trong đó: γ,ϕ - trọng lượng và góc ma sát trong của đất đắp sau tường

H – chiều cao tường chắn đất ε - góc kẹp giữa lưng tường với đường thẳng đứng, lưng tường úp xuống là (+), ngược lại là (-)

β - góc nghiêng giữa mặt đất đắp với mặt phẳng ngang δ - góc ma sát giữa lưng tường với đất đắp

Trường hợp đặt biệt, nếu mặt đất nằm ngang, lưng tường thẳng đứng và lưng tường nhẵn thì ta sẽ có: β = 0, ε = 0, δ = 0, do đó công thức 2.7 được viết lại như sau:

Ka =

⎞⎜

⎝

=+sin tan 45 21

Khi lăng thể đất ABC bị đẩy trồi lên trên nên phương chiều của lực cản và ma sát T2, T1 sẽ ngược với áp lực chủ động Hình tam giác lực cân bằng tỉnh ABC, từ định luật hình sin ta có:

Q = G ()

⎟⎠⎞⎜

⎝

+

ϕαδεπ

ϕα

2sin

ddQ

sinsin

1.cos

.cos

cos

⎥⎦⎤⎢

⎣⎡

−−

++

−−

+

βεδε

βϕδϕδ

εε

⎝

=−sin tan 45 21

qo – hoạt tải chất trên mặt đất sau lưng tường γi – dung trọng lớp đất thứ i

hi – chiều cao lớp đất thứ i ϕi - góc nội ma sát trong của đất thứ i Ka, Kp – các hệ số áp lực chủ động và bị động của đất Việc tính toán áp lực đất lên tường cọc bản nếu không kể đến ma sát giữa cọc bản và đất theo lý thuyết Coulomb được thể hiện qua công thức sau:

Ap lực chủ động: σa = (qo + Σγihi)Ka – 2.ci.√Ka (2.15) Ap lực bị động : σp = (qo + Σγihi)Kp – 2.ci.√Kp (2.16) Còn nếu kể đến ma sát giữa cọc bản và đất thì:

Ap lực chủ động: σa = (qo + Σγihi).k’.Ka – 2.ci.√Ka (2.17) Ap lực bị động : σp = (qo + Σγihi).k.Kp – 2.ci.√Kp (2.18) Với: ci - lực dính của lớp đất thứ i

Giá trị k’, k được xác định theo bảng 2.2

2.2.4 Lý thuyết áp lực đất Rankine (1857) [4]

a Lý thuyết cân bằng giới hạn của đất

Hình 2.3, đem đường cong cường độ chống cắt và trạng thái ứng suất ở một điểm nào đó trong đất vẽ thành một hình tròn ứng suất Morh, khi vòng ứng suất O1 với đường cường độ τf = +c σ tanϕ tiếp xúc nhau ở điểm A thì mặt cắt qua điểm này đều ở vào trạng thái cân bằng giới hạn Từ tam giác ΔABO1, ta có:

.cot2

Lấy một phân tố đất ở độ sâu Z chỗ lưng tường, thì ứng suất theo chiều đứng của nó

3σ , ứng suất ngang σxlà ứng suất chính lớn nhất σ1, cũng tức là áp lực đất bị động pp

Cho σ1 = pp, σz = thay vào công thức (2.21) sẽ được công thức tính áp lực đất bị γz

Trong đó: Kp là hệ số áp lực đất bị động

)245(

2.2.5 Phương pháp số của Sokolovski [6]

Trong bài toán phẳng, xét một phân tố đất sau lưng tường chịu tác dụng của các ứng suất σz, σx, τzx Điều kiện để phân tố đất ở trạng thái cân bằng tĩnh:

zx δ

δσ

x

xx δ

δσ

z

zxxz δ

zxzx

Hai phương trình trên có dạng Hyperbole

Tính toán áp lực đất chủ động và bị động trong một số trường hợp cụ thể:

z

σ