Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Mô phỏng và phân tích ứng xử của tường vây, đất nền hố đào sâu trên cơ sở so sánh với thí nghiệm quay ly tâm

Quan hệ giữa độ sâu cắm tường và chuyền vị ngang của tường.Quan hệ giữa hình dạng biến dang của tường và độ cứng của hệ chonga Bước đào thứ nhất b Bước đào thứ hai cBước đào thứ ba Dạng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI XUAN VINH

_MÔ PHONG VA PHAN TÍCH UNG XUCUA _

TUONG VAY, DAT NEN HO DAO SAU TREN CO SOSO SANH VOI THI NGHIEM QUAY LY TAM

Chuyén nganh: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAMMã số: 60580204

TP HO CHI MINH, tháng 07 năm 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI XUAN VINH

_MÔ PHONG VA PHAN TICH UNG XỬCỦA _

TUONG VAY, DAT NEN HO DAO SAU TREN CO SOSO SANH VOI THI NGHIEM QUAY LY TAM

Chuyén nganh: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAMMã số: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 07 năm 2016

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA — ĐHQG TP.HCMCán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRAN TUẦN ANH

CHỦ TỊCH HOI DONG TRUONG KHOA

PGS.TS NGUYEN MINH TAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯƠNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI XUÂN VINH MSHV: 13090113Ngày, tháng, năm sinh: 14/04/1989 Nơi sinh: Lâm ĐồngChuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số: 60580204I TÊN DE TÀI:

MÔ PHONG VA PHAN TÍCH UNG XỬ CUA TƯỜNG VAY, DAT NEN |

HO ĐÀO SAU TREN CO SỞ SO SÁNH VỚI THÍ NGHIEM QUAY LY TAM.

Il NHIEM VU VA NOI DUNG:Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về thí nghiệm quay ly tâmChương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Cách thực hiện, kiểm tra và quan sát kết quả thí nghiệm quay ly tâmChương 4: Mô phỏng sự làm việc của hé đào sâu băng phương pháp phan tử hữu hạnKết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảoHI.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/08/2015IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016V CAN BỘ HƯỚNG DAN: PGS.TS TRAN TUẦN ANH

Tp HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

CAN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS TRAN TUẦN ANH PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS NGUYÊN MINH TÂM

LOI CAM ON

Tác giả xin gửi lời biết on chân thành nhất tới PGS.TS TRAN TUẦN ANH đãdé xuất hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và hỗ trợ rất nhiều tài liệu quý báu détác giả có thể hoàn thành Luận văn này.

Đồng cảm ơn các thầy cô trong khoa Kỹ thuật xây dựng trường Dai học BáchKhoa Thành phố H6 Chí Minh đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn trong suốt quátrình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn ba mẹ, anh chị em trong gia đình và tất cả bạn bè đã

động viên, hỗ trợ trong thời gian dài học tập và nghiên cứu vừa qua.

Xin chân thành cảm on!

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

BUI XUAN VINH

TOM TAT LUẬN VAN THAC SĨ

Thí nghiệm quay ly tâm đã được ứng dung va phổ biến tai nhiều quốc gia trênthế giới bởi vì các kết quả đáng tin cậy của nó Với mô hình máy quay ly tâm củahố dao sâu, đã có nhiều tác giả tìm cách mô phỏng sao cho giống với sự làm việcthực tế ngoài hiện trường nhất như là các phương pháp của Lyndon và Schofield(1970), Azevedo (1983), Powrie (1986) nhưng vẫn còn nhiều hạn chế Kimura et al(1993) và Loh et al (1998) đã phát triển tạo ra một cơ chế có thể đào đất trong lúcđang thực hiện quay ly tâm Do đó nó có thể mô phỏng lại các quá trình tiến hànhmột hỗ đào tương tự như được thực hiện ở hiện trường Như vậy các kết quả thuđược là tương đối chính xác.

Dựa trên các công thức nghiên cứu thực nghiệm đi trước kết hợp với mô phỏngbằng phương pháp phan tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis Luận văn này hướngđến phân tích, so sánh các kết quả thu được từ thí nghiệm quay ly tâm hố đào sâu vàkết quả thu được từ mô phỏng bằng phan tử hữu han Ba hố đào sâu điển hình đãđược mô hình trong thí nghiệm quay ly tâm bao gồm Thí nghiệm SYL05 (hố đàosâu trong lớp đất sét yếu dày không cố định chân tường), Thí nghiệm SYL06 (hốđào sâu trong lớp đất sét yếu dày được cố định chân tường băng vữa), Thí nghiệmSYLO7 (hố dao sâu trong lớp đất sét yếu nông, chân tường ngay trên lớp đất cátchịu lực) được mô phỏng lại bằng phần mềm Plaxis Nhận thấy trong cả 3 thínghiệm, chuyển vị tường vây và biến dạng đất nền tương đồng nhau ở hai bước đảođất đầu tiên, sự sai khác chỉ xảy ra khi bat đầu tiến hành bước đào thứ 3 Sau bướcđào cuối cùng, Thí nghiệm SYL06 và SYL07 do chân tường gần như không dịchchuyển, chuyển vị tường vây và biến dạng đất nền gân như tương đương Riêng thínghiệm SYL05 do chân tường duoc dịch chuyển tự do cho nên chuyển vị và biéndạng lớn hơn so với SYL06 và SYL07, chuyền vi và biến dạng này ước tính khoảng

1.3 đến 1 4 lần.

[iii |ABSTRACT

Centrifuge experiment has been applied and popular in many countries in theworld as a result of its reliability In order to simulate a deep excavation in acentrifuge experiment, there were many authors trying to make it match the actualwork site, such as the method of Lyndon and Schofiel (1970), Azavedo (1983),Powrie (1986), though those still remained many limitations Kimura et al (1993) vaLoh at el (1998) developed a mechanism to remove the soil in-flight in centrifuge.Therefore it could simulate the process of excavation in the fields Thus the resultswere relatively accurate

Based on empirical pre-research formula, incorporating with simulation byfinite element method using the Plaxis software, this thesis aims to analyze andcompare the results obtained from centrifuge experiments on deep excavation andthe results obtained from simulations using finite element The three typical deepexcavations were simulated in a centrifuge experiment, the centrifuge testingSYLO5 (deep excavation in soft and thick clay layer, not fixed wall toe), thecentrifuge testing SYLO6 (deep excavation in soft and thick clay layer, fixed walltoe by grout), the centrifuge testing SYLO7 (deep excavation in soft and shallowclay layer, the wall right above the sand layer), which were simulated again by thePlaxis software Observed in all three experiments, wall deflection and groundsettlement were similar in the two first steps of excavation, differences onlyoccurred at the beginning of the 3'd excavation step After the last excavationprocess, in the centrifuge testing SYL06 and SYLO7, due to the fact that the walltoe did almost not move, wall deflection and ground settlement were almostequivalent Especially, in the experiment SYLO5, with free wall toe, wall deflectionand ground settlement were bigger than in the SYLU6 and SYLO7 ‘Thisdisplacement and deformation were estimated at | 3-14 times

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan rang luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi, được thựchiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS TRAN TUẦN ANH Các nội dungnghiên cứu, số liệu phục vụ cho việc tính toán và kết quả trong đề tài này là trungthực Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hộiđồng về kết quả luận văn của mình.

TP.HCM, ngày L7 tháng 06 năm 2016

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

BUI XUAN VINH

[vịMỤC LỤC

MO DAU 11 Lý do chọn để tài: ce.cceccccscccssesssssssesssssessesscsssssssseessssssssscssssssssssesssesseessessesseessesseessesees l2 Muc dich nghién CUU: oe 13 Đối tượng nghiên CỨU: v.ececeecceccecssssessessessecsssssessssssessessecsucsssssscsecssssessecsecssesseeseessseees l4 Phương pháp nghién Cur 5 G 5< 1E 11 91191 911 31 1 1g ng ghe 25 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của dé tài: -+52©c<cck+2EEvEEeEkerrxerkrrkrrrerreee 2CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE THI NGHIEM QUAY LY TẤM 31.1 Sơ lược về thí nghiệm quay Ly tÂm: w.cccccecesssessessessessessessesseessessessessesseessesees 31.2.Nguyén lý làm việc của thí nghiệm quay Ly (Âm: 5 «<< <+s<<+seees 41.3 Mô hình máy ly tâm cho hố đảO:: -¿ 2 255 ©S£+2+EE££EE£EEvEEEEEEvEErrserkerreee 71.4 Tóm tắt chương Ì: - ¿<2 SEE+EE+EEEE12E1E 215 1112171111321 1E 11111 1x crye 9CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET 55cc22+vtterEkeerrtrrrrrrrrrkrrrrrrrkrrred 102.1 GIỚI thiIỆU: S-G Ăn HH HH TH 102.2 Quan 0110/0030) 0 1 e 102.2.1 Dự đoán biến dạng của đất nền và áp lực đất biểu kiến: 102.2.1.1 Phương pháp của Peck: - - << 111 HH ng gkc 112.2.1.2 Phuong pháp của BO WÏS: - HH HH ng ng ng 122.2.1.3 Phương pháp của Clough và O’Rourke? «s5 « «+ s++ss+ssss 132.2.1.4 Phương pháp của Ou và HsIeh: - s Ăn, 142.2.2 Các yếu tố khi thi công hố đào gây ra chuyên vị của tường vây: 152.2.2.1 Chiều rộng hố đảo: - 5-52-5622 S<EEEEEEEEEEEEE1E 11 152151 1E 1.1 152.2.2.2 Chiều sâu hố đào: eesscsssseseccesseeccssssceessnecessnecessneesceesneesessanseceseneeeesen 162 2.2.3 Chiều sâu căm tường: cecccececesssesseessessesssesessessessecsssssesessessssssesessessees 172.2.2.4 DO cứng CUA tƯỜNØ: - G- sọ HH ng 172.2.2.5 Độ cứng của hệ kết cầu chống đỡ và vị trí điểm chống: 172.3 Phân tích ứng suất và biến dạng băng phương pháp phan tử hữu han đưới sự¡9001/909)L:89121181)19:8 E2 0T 20

2.3.1 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis: 2-5 5+ S2SEE2EESEEEEEEEEEEEEEEErrkrrkrrrrvre 202.3.2 Các quan hệ ứng suất và biến dạng: -¿- 22+ ©cz+s2£se+xevrssrvzee 20

2.3.3 Cac phương pháp phân tích không thoát nu óc, thoat nước: 212.3.3.1 Phân tích không thoát nước (Undrained): - « «++<<+++ 212.3.3.2 Phân tích tho at nước (Drained) <5 55 5s + se s+ssessseessssse 232.3.4 Mô hình Hardening soil (gọi tất là HS): -c- xxx kg eEekerkererrsee 232.3.4.1 Mặt dẻo mũ trong mô hình HS: - 5 St eeeeeesee242.3.4.2 Quan hệ Hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong mô hình HS: 262 3.4.3 Các thông số trong mô hình Hardening Soil: - 272 4 Tóm tắt chương 2: -¿ 2 2+ SEESEE9EE92112E1115 115 111171711111 11.1.1111 29CHUONG 3: CÁCH THUC HIEN, KIEM TRA VÀ QUAN SAT KET

QUA THÍ NGHIEM QUAY LY TM .- 2 - + E9 tk EE£ESEEEESEsEkeEkreereeeered 313.1 Cách thực hiện, kiểm tra của thí nghiệm quay ly tâm: - 3l3.1.1 Giới thiệu cách thức thực hiện thí nghiệm: - 5 5< << s++s<2 3l3.1.2 Cách thức tiễn hành cơ chế vừa đào vừa quay ly tâm trong thí nghiệm: 333.1.3 Thiết lập thí nghiệm: -¿- 2£ ¿+2 EE2EE+EESEESEESEEEEEEEEEEEEEErErkerrerred 353.1.4 Hệ thong xi lanh truyền động và hệ thong tường đối xứng:: 363.1.5 Chuẩn bị mô hình đất: -. -2+++e+rEEkkrrrttEirrrirrirrrriierrriie 383.1.6 Tao dựng mồ hình va thiết bị thực hiỆn: - - 6 5 2c xe 2Exvereeesred 403.1.7 Cách tiễn hành kiểm tra hồ đào: e -ccsccescrrxerrrrrrrrrrrrrrrerree 413.1.8 Những mô hình thí ngÌhñiỆm:: - G25 5< + 3911 125 1 3E ekesske 433.2 Quan sát kết quả thí nghiệm quay ly tâm: -:- ¿2+2 xzersvzscsed 433.2.1 Cuối 0 433.2.2 Hồ sơ địa chất điển hình: -+ccrxrertttErrHrerriierriie 443.2.3 Ứng xử của đất điển hình trước khi đào: .22 s52 ©5<+cscszee 453.2.3.1.Những đặc trưng trước khi Ở àO:: <- css + skseeeeee 45

3.2.3.1.1 Đặc trưng áp lực nước lỗ rỗng: - 2- 55555252 cszcseced 45

3.2.3.1.2 Đặc trưng bién dạng của đất nỀn: +2 52525: 473.2.3.1.3 Moment uốn trong tường VAY? -5-©c<ccsccscrsersereed 483.2.4 Quan sát sự làm việc trong hố đào Sâu: -s- -sccsskervEsrkereeesred 493.2.4.1 Qua trimh on hố 493.2.4.2 Đặc trưng của hố đảO:: .- 5-52 S52 2<EEEEE2E112121121 1E 1.11 rkrrred 50

3.2.4.2.1 Đặc trưng áp lực nước lỗ rỗng: - - 55552 se cszcseced 50

3.2.4.2.2 Áp lực đất biểu kiến: -¿- 2 ©5222 E211 E11, 533.2.4.2.3 Áp lực đất tỐng: - + 2c 2t t2 2 1211101111111 te 543.2.4.2.4 Moment uốn của tường chăn: - 22-552 552ccsvcsecse¿ 563.2.4.2.5 Biến dạng của đất nền và độ võng của tường vây: 573.2.4.2.6 Ảnh hưởng của điều kiện cố định chân tường vây: 603.2.42.7 Ảnh hưởng của chiều sâu lớp đất chịu lực bên dưới: 6l3.2.4 Tóm tắt chương 3: - ¿+22 ©2<22k E232 12111 11111171.211 1111.111 64CHƯƠNG 4: MO PHONG SU LAM VIỆC CUA HO ĐÀO SAU BANG

PHƯƠNG PHAP PHAN TU HỮU HAN - 2-6 k9 SE+2E£EE£EeEEeEekerxexsreeeee 654.1 Mô hình mô phon? - <5 +5 + x5 9 93 9.90 gi vn 654.2 Các thông số đầu VÀO: - ¿2-2552 ©+2SEE+EEEE19E15E15111121171121111 1.1 1x Ly 664.2.1 Thông số vật liệu dùng dé mô phỏng: v.ceccecccsccecsesseessessessssseesesssesseseeeseen 664.2.2 Thông số tường VAY! ceeccecccssecsssssessesssesssesssseessessessscssesseessessesseesesssesseeseeseseseen 674.2.3 Thông số thanh chỗng: - 2° 5£ ©5£+E+EE£EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEvrErrkrrrrrre 674.3 Mô hình mô phỏng pÏAXIS: - G5 S2 1 1 1 1 9g ng ga 684.3.1 Mô hình thí nghiệm SY LOS: - G5 HH ng nh 684.3.2 Mô hình thí nghiệm SY LO: - G5 3 9g ng nh 694.3.3 Mô hình thí nghiệm SYLO7: - - <5 <5 3 E3 11 g1 n9 vn 704.4 Trình tự thực hiện tính tOáT: - <5 Ăn ng 1 ng sec 714.5 Kết qua tính toán mô phỏ ng: 2-2 2 2 S2 £EE£EE£EEEEEEEEEEEEEEEErrkrrrrrre 724.5.1 Kết quả mô phỏng thí nghiệm SYLOS? 2-2252 5252 52>2+£scsecs 724.5.2 Kết quả mô phỏng thí nghiệm SYLO6: -¿ 5252 ©5< 52222£scses 774.5.3 Kết quả mô phỏng thí nghiệm S`Y LŨ/7: 2-52 ©52©5<£S2+sz+£secses 824.5.4 So sánh kết qua thí nghiệm đã mô phỏng: . - + 22s 525522 87KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ[ - - 2 SE St #EEEESEEEEEkEErkerkeErkereersred 891 KẾT lUiẬN: -G SG 31 1011921011 111 1191107101111 11 19g13 gu vn ng re 892 Kiến nghị: - 5 - 56s E3 E 11114 35 35 15 1E 30115115116 8E 1111 11 11 1111 11 11 11c cư 89

[viii |DANH SÁCH HÌNH ANH SỬ DUNG TRONG LUẬN VĂNHình 2.1

Hình 2.2Hình 2.3

Hình 2.12Hình 2.13Hinh2.14Hinh 2.15

Hinh 2.16

Hinh 2.17

Hình 3.1Hinh 3.2

Tóm tắt biến dạng của nhiêu loại dat nên xung quanh ho đào sâu tinhtừ mép ho đào.

Vùng biến dạng của tường theo phương pháp của Bowles.Phương pháp của Clough và O’Rourke (1990) ước tính sự bién dangcua đất nên.

Vùng biến dạng của nên đất xung quanh ho đào theo phương pháp củaOu và Hsieh

Tương quan giữa độ uốn lớn nhất cua tường, độ cứng của hệ kết cấuchong đỡ và hệ số an toàn ngăn hiện tượng bùng nên (Clough và@Rourke, I 990)

Hệ số khả năng chịu lực (Skempton, 1951).Tương quan giữa độ uốn lớn nhất của tường và chiêu sâu hỗ đào (Ouvà các cộng sự, 1993)

Quan hệ giữa độ sâu cắm tường và chuyền vị ngang của tường.Quan hệ giữa hình dạng biến dang của tường và độ cứng của hệ chong(a) Bước đào thứ nhất (b) Bước đào thứ hai (c)Bước đào thứ ba

Dạng lún của mặt đất xung quanh tường.Uớc lượng được dạng lún của nên đất sau lưng tường theo Ou vàHseih, (1998)

Điền hình quan hệ ứng suất và biến dạng trong đất.Mặt dẻo trong mô hình HS

Mặt dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p — q.Quan hệ Hyperbol giữa ứng suất và biến dạng theo thí nghiệm thoátnước chuẩn ban đầu.

Xác định mô dun tiếp tuyén đối với gia tai một trục ban đầu (Eoedref ).Xác định hệ số m cho mô hình Hardening Soil từ thí nghiệm nén ba trục.

Thiết bị máy móc thí nghiệm quay ly tâm.Phác họa sơ đồ thí nghiệm với cơ chế đào trong lúc dang quay ly tâm.

Hình 3.3Hình 3.4

Hình 3.14Hình 3.15

Hình 3.16Hình 3.17

Hình 3.18

Hình 3.19Hình 3.20Hình 3.21Hình 3.22.Hình 3.23

Hình 3.24

[ix]

Sắp xếp các thiết bị máy móc chính.Hệ thông thanh chong và cửa chắn đất trước (a) và sau khi đào đất di (b)

Các trình tự đào của mô hình thí nghiệm.Vị trí các thiết bị quan trắc: (a) trên thùng mô hình, (b) trên tường vâymô hình

Hình dáng cua các camera PIV.Các bước tiến hành khi thi công ho đào.(a) Sơ đô thiết lập thí nghiém,(b) sức chồng cắt không thoát nước vàthông số độ quá cô kết tại thời điểm 60g.

Sự phát triển của áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian.Sự tiêu tán của áp lực nước lỗ rỗng.

Ap lực nước lỗ rồng thang dư trong quá trình cô kết lại.Sự biến dang do được từ SYL05 theo thời giam.

Sự biến dạng đo được từ LVDT2 cho tất cả các thí nghiệm theo thời

gian

Những vector chuyền vị cua đất nên trong quá trình co kết.Sự phát triển của moment uốn của thí nghiệm SYLOS trong quá trình cỗkết.

Các bước tiến hành khi thi công ho đào.Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình đào với tường vàthanh chong cứng (Thí nghiệm SYL04).

Sự thay doi áp lực nước lỗ rỗng trong qua trình đào với tường chan vàthanh chong cứng (Thí nghiệm SYL04).

Sự thay đổi áp lực nước lỗ rồng tại vị trí bên dưới của hỗ đào (PPT9).Sự thay đổi áp lực nước lỗ rồng ở giữa tường vây bên được chắn (PPT5).

Sự phát triển của áp lực đất biếu kiến với độ sâu hồ đào.Sự phát triển áp lực dat biếu kiến theo độ sâu.

Sự thay đồi áp lực đất tong theo độ sâu hỗ đào với Thí nghiệm SYL05và SYL04

Sự thay đổi áp lực đất tông theo độ sâu với thí nghiệm SYL05.

Kết quả biến dạng đất nên bên hông hỗ đào sau khi lắp đặt thanhchong 1,2,3 cua thí nghiệm SYL05.

Chuyển vị của tường vây và biến dạng của đất nên bên ngoài hỗ đàosau khi lắp đặt thanh chong 1 của thí nghiệm SYL05.

Chuyển vị của tường vây và biến dạng của đất nên bên ngoài hỗ đàosâu sau khi lắp đặt thanh chống 2 của thí nghiệm SYL05.

Chuyển vị của tường vây và biến dạng của đất nên bên ngoài hỗ đàosâu sau khi lắp đặt thanh chống 3 của thí nghiệm SYL05.

Kết quả chuyển vị của tường vây hồ đào sau khi lắp đặt thanh chong1,2,3 của thí nghiệm SYLO6

Kết quả biến dạng đất nên bên hông hỗ đào sau khi lắp đặt thanhchong 1,2,3 cua thí nghiệm SYLO6.

Bang 3.1.Bang 3.2.Bang 3.3.

Bang 3.4Bang 4.1Bang 4.2Bang 4.3Bang 4.4

Bang 4.5

Bang 4.6

Bang 4.7

[xii]DANH SACH BANG BIEUKhả năng của thiết bị truyền động

Các tính chất của nên cát (Haigh và Madabhushi, 2002)Thành phan khoáng và thuộc tính của sét Kaolin

Tóm tắt các mô hình thí nghiệm quay ly tâm được thực hiệnThông số địa chất

Bảng tổng hợp thông số tường vâyBảng tong hợp thông số thanh chỗngTrình tự thực hiện việc tính toán

Chuyển vị, biến dạng lớn nhất của tường vây và đất nênxung quanh hồ đào ở thí nghiệm SLY05

Chuyển vị, biến dạng lớn nhất của tường vây và đất nênxung quanh hồ đào ở thí nghiệm SLY06

Chuyển vị, biến dang lớn nhất của tường vây và đất nênxung quanh hồ đào ở thí nghiệm SLY07

MỞ ĐẦU1 Lý do chọn đề tài:

Ngày nay các công trình cao tầng như chung cư cao cấp, cao ốc văn phòng,trung tâm thương mại ngày càng mọc lên nhiều, việc sử dụng tầng hầm để tậndụng diện tích cũng ngày càng tăng Việc thi công các hỗ dao sâu là rất phức tap,rất khó khăn trong việc dự đoán chuyền vị của tường vây, bién dạng đất nền xungquanh Có không ít công trình hố đào sâu gặp sự cô nghiêm trong trong quá trình thicông gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận, do ảnh hưởng chủ yếu làchuyển vị của đất nền xung quanh hố đào, phải tốn rất nhiều chi phí để khắc phụccác sự cố này.

Với mong muốn có được một phương pháp dự đoán được chuyền vị tường vâyvà biễn dạng của đất nền xung quanh công trình hố đào sâu với độ tin cậy cao, cácthí nghiệm băng mô hình máy ly tâm thu nhỏ đã được tạo ra để quan sát những cơchế làm việc phức tạp của nó.

Để hiểu rõ hơn về cơ chế làm việc của tường vây, đất nền hỗ đào sâu, dé tài:“Mô phỏng và phân tích ứng xử của tường vây, đất nền hố đào sâu trên cơ sởso sánh với thí nghiệm quay ly tâm” được thực hiện băng phương pháp Phân tửhữu hạn và phân tích dựa trên các kết quả thu được từ thí nghiệm Quay ly tâm củatác gia Sidney Sze Yue Lam

2 Mục đích nghiên cứu:Mục đích của luận văn này là tìm hiểu về hé đào sâu tác động thế nào lên tườngvay, đất nền xung quanh Tìm hiểu những nguyên ly co bản của thí nghiệm quay lytâm ứng dụng cho hố dao sâu Thêm hiểu biết về các thông số của dat, vật liệu trongquá trình thi công hỗ đào Qua đó làm tăng kiến thức trong việc làm thé nào sử dụngnhững công cụ phân tích số như là phương pháp phan tử hữu hạn đối với quá trìnhđào tang ham.

3 Đối tượng nghiên cứu:Mô hình thí nghiệm quay ly tâm của hố đào sâu trong đất sét yếu được thực

_2-hiện bởi tác gia Sidney Sze Yue Lam tai Đại hoc Cambridge Dựa trên các thông sốhố đảo, trình tự thực hiện, quan trắc đo đạc thu nhận được từ thí nghiệm quay lytâm, dé tài mô phỏng lại để hiểu rõ hơn về van đề này.

4 Phương pháp nghiên cứu:Phân tích, đánh giá các ứng xử của tường vây, đất nền hố đào băng cách môphỏng các mô hình thí nghiệm quay ly tâm băng phương pháp Phân tử hữu hạn (môhình Hardening-Soil sử dụng phan mềm PLAXIS-version 8.5) và so sánh với các kếtquả thí nghiệm thực hiện

5 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài:Thí nghiệm quay ly tâm với ngành địa kỹ thuật đã được công nhận và áp dụngrộng rãi ở rất nhiều nước phát triển trên thế giới vì độ tin cậy của nó Đề tài “Môphỏng và phân tích ứng xử của tường vây, đất nền hố đào sâu trên cơ sở so sánh vớithí nghiệm quay ly tâm” giúp đánh giá, phân tích chuyển vị của tường, biến dạngđất nền hố đào sâu mang đến cho người thiết kế có thêm một cơ sở lý luận chínhxác hơn trong việc mô phỏng tính toán tường chăn cho các hâm nhà cao tâng

Mặc dù việc khảo sát quan trắc hố đào thực tế ngay tại hiện trường là phươngpháp đơn giản nhất và hiệu quả nhất, nhưng trở ngại lớn của việc sử dụng dir liệuhiện trường cho việc nghiên cứu là không thê lặp đi lặp lại với cùng một hố đảo.Mỗi vùng có một điều kiện đất nền riêng và có các cách thức thi công khác nhau.Điều này gây khó khăn trong sự tương quan và so sánh giữa các số liệu đo được từhiện trường Tuy nhiên, đo lường khảo sát thực tế tại hiện trường vẫn rất quan trọngvà nên được sử dụng như một phương tiện hiệu chuẩn và kiểm tra các kết quả cóđược từ mô hình vật lý và mô hình sé.

Các phương pháp thuận tiện nhất trong việc phân tích các van dé tương tác giữacác cấu trúc đất là sử dụng phương pháp phan tử hữu hạn Nó đã được chứng minhlà một công cụ rất tốt để mô phỏng các quá trình thi công phức tạp và những chỉ tiếtcủa kết câu công trình Tuy nhiên, khả năng dự đoán biến dạng đất nền đáng tin cậythì có liên quan chặt chẽ với các thông số dau vào, liên quan đến tính chất của cácloại đất khác nhau.

Một phương pháp đã được thực hiện để mô phỏng các ứng xử nguyên mẫu(giống với thực tế) của một hỗ đào, đó chính là mô hình thí nghiệm quay ly tâm thunhỏ Một máy ly tâm duoc sử dụng để tạo ra một gia tốc nhân tạo để mô phỏng lựchap dẫn can thiết (giống với ở hiện trường) trong một mô hình thu nhỏ Mô hìnhmáy ly tâm thiết lập một mô hình vật lý thu nhỏ một cách chính xác để cho phép môphỏng các ứng xử thực tế của hố đào, nó có thể được sử dụng một cách hiệu quả détìm hiểu rõ ràng các cơ chế biến dang của đất trong quá trình đào Cái hay củaphương pháp này là các thí nghiệm luôn luôn có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần vàcác mô hình hỗ đào sâu có thé được thí nghiệm cho đến lúc phá hoại Ngay cả cácchương trình phân tử hữu hạn hầu hết sẽ không được thực thi đến giai đoạn phá hoại

-4-như vậy Vì vậy, mô hình vật lý thu nhỏ trong máy ly tâm đã được áp dụng rộng rãivà được chấp nhận trên toàn thế giới.

1.2 Nguyên lý làm việc của thí nghiệm quay ly tâm:

Thí nghiệm mô hình quay ly tâm có khả năng tái hiện cùng mức độ ứng suất ởmô hình tỷ lệ nhỏ giống như ở dạng nguyên mẫu, là công cụ hữu ích để nghiên cứucác van dé địa kỹ thuật Những điều kiện lý tưởng có thé được tạo ra trong mô hìnhquay ly tâm dé thuận lợi cho các lời giải giải tích hoặc lời giải số.

Xét cấu trúc khối đất có kích thước LxBxH như hình vẽ Một máy quay ly tâmgiảm tỷ lệ mô hình phải chịu một gia tốc hướng tâm để hiệu chỉnh ứng suất và biến

dạng trong mô hình theo đúng tỷ lệ trong mẫu nguyên dạng.

Với g là gia tốc trọng trường, N là tỷ lệ mô hình.

lg Ty lệ nguyên|| | — dạng

it] NS Mô hình

| | | ly tâmẠ Vy

Luật ty lệ mô hình, áp dung cho:- Ứng suất và biến dạng.- Kích thước

- Khối lượng.- Gia tốc (liên quan đến gia tốc trọng trường).

Parameter Mô hình/Nguyên dạngỨng suất l

Biến dạng lKích thước 1/N

Dién tich 1/N?Thé tich 1/N3Khối lượng L/N3Gia tốc N* Quy luật tỷ lệ cho lực:

Theo định luật 2 của Newton: Lực = khối lượng x gia tốc

Fprototype = MxIxa

MFmodel = N° x (Nx a)

Fmod el

protoptype N°Gia sử nền đất đắp nặng 200T, mô phỏng trong thí nghiệm ly tâm với tốc độquay tạo ra gia tốc hướng tâm là 100g thì trọng lượng mô hình là:

Fmodi = 2.10°/1007 = 200 N.Vay chi cần áp dụng lực 200N cho mô hình.* Luật tỷ lệ cho năng lượng:

Năng lượng = Công = Lực x Quãng đường

Eprototype = F x d

F (=) FxdEmodel = —X — |— 5

N N N

Emodel ""Giả sử một vụ nỗ từ một thiết bị tạo được dự đoán đạt ngưỡng năng lượng là |Tera J = 10!2 J Nếu mô hình vụ nỗ ở 100g trong thí nghiệm ly tâm thì năng lượngcan cap cho mô hình:

-6-Emoai = [012/108 = 1000 kJ.Vậy chỉ cần tạo ra vu nỗ nhỏ hơn nhiều trong thí nghiệm ly tâm (chỉ bang vàigram TNT) Ảnh hưởng của nỗ lên kết cấu có thé được nghiên cứu theo cách này.

* Luật tỷ lệ về có kết:Phương trình vi phân cố kết thấm 3 chiều:

Ou Ou Ou Ou—=C, rt RIT ADOt Ox oy CZHệ số cô kết Cy là một thông số quan trong.Độ cố kết có liên hệ với hệ số cố kết, G, đường thoát nước, d, và thời gian cốkết, t.

Nhân tố thời gian T, chỉ ra độ có kết và được liên hệ với những hệ số trên thôngqua phương trình:

2

(4°)prototype

Do sử dung cùng loại dat tại hiện trường trong mô hình ly tâm, nên hệ số cố kếtC¿ là bằng nhau ở mô hình và nguyên dang.

(Cy )model/ (Cy) prototype =]

Do đó, thời gian cỗ kết của mô hình và nguyên dạng như sau:

Để thiết lập mô hình hố đào sâu trong một máy quay ly tâm một cách gan nhấtvới thực tế ở hiện trường, cần phải có một phương pháp có thé mô phỏng được quátrình đào đất trong lúc đang thí nghiệm quay ly tâm Hiện tại, bốn phương pháp sauđây được sử dụng dé mô hình hố đào trong lúc dang quay với máy ly tâm:

1 Hỗ đào được đào sẵn, sau đó tăng tốc độ quay ly tâm cho đến lúc phá hoại(Lyndon va Schofield, 1970)

2 Cho một chat lỏng có ty trọng nặng vào trong hố đào, sau đó cho thoát đitheo từng giai đoạn đào (Powrie, 1986, Elshafie, 2008)

3 Cho các túi đất để săn theo trình tự đào, trong khi thí nghiệm thì lần lượt lấycác túi đất ra khỏi hố đào (Azevedo, 1983).

4 Tao ra một cơ chế có thé đào đất trong lúc đang quay ly tâm (Kimura et al,1993; Loh et al, 1998)

Trong phương pháp đầu tiên, đất trong khu vực hố dao ban dau được dao đitrước khi tăng tốc máy ly tâm cho đến khi phá hoại Mặc dù ứng suất tổng của môhình đất có thé được tái hiện, nhưng đặc điểm của đất sẽ thay đổi trong lúc tăng tốcmáy quay ly tâm Phương pháp này có thể phù hợp cho mô hình hố đào trong cátnhưng không phù hợp với đất sét Đối với vật liệu cát, ứng suất hữu hiệu có thé tănggần như ngay lập tức với sự gia tăng tốc độ quay ly tâm, sự tiêu tán áp lực lỗ rỗngthặng dư xảy ra gần như ngay lập tức Đối với đất sét với độ thoát nước thấp hơnnhiều, quá trình cố kết đòi hỏi thời gian dài hon dé tiêu tán áp lực lỗ rỗng thang du.Phương pháp này sẽ không cung cấp cho chúng ta những cơ chế phá hoại đúng Tuy

-8-nhiên, phương pháp này là đơn giản nhất và nó chỉ có thé được sử dụng để cung cấpmột kết quả sơ bộ nhanh chóng về mô hình phá hoại có thé xảy ra của một hỗ daongay lập tức (nhanh) và không thoát nước

Trong phương pháp thứ hai, đất đào đi được thay thế băng một chất lỏng có tỉtrọng nặng Các trở ngại chính của phương pháp này là với một chất lỏng, hệ số áplực ngang luôn luôn là 1 Đối với một đất cô kết trước nặng, Ko cũng được dự kiếnsẽ tiếp cận 1 và do đó, phương pháp này được cân nhắc gần đúng phù hop với hốđào trong một lớp dat Tuy nhiên, giá trị của Ko = 1 không phải là điển hình cho đấtsét cố kết thường, mà năm trong khoảng 0,55-0,65 (Kimura et al., 1993).

Phương pháp thứ ba, túi đất được đặt trong vùng cần dao đi và sẽ được lấy ratương tự như trong quá trình đào Phương pháp này có lợi thế hơn hai phương phápđầu tiên, ứng suất của các mô hình đất là thực tế hơn Đất được sử dụng trong cáctúi tương tự như đất trong mô hình, hệ số áp lực hông là phù hợp Tuy nhiên, ứngxử tương tác giữa các bề mặt của các túi đất với tường chăn sẽ rất khó dé có théđịnh lượng được

Vì vậy, trong ba phương pháp dau tiên có thé không thích hợp cho một mô hìnhhố đào trong đất sét của thí nghiệm quay ly tâm Do việc đào thực tế đã không đượcthực hiện và quá trình đào đất đi không được mô phỏng đúng Do đó một cơ chếđào trong lúc dang quay ly tâm đã được phát triển dé đào đất mô phỏng lại đúng vớithực tế các công tác được thực hiện tại hiện trường.

Một thiết bị truyền động mới được thiết kế trong hội thảo của Cục Kỹ thuật, Đạihọc Cambridge Theo cả hai hướng dọc và ngang, bộ truyền động có thể áp một tảitối đa 10kN với tốc độ tối đa 5mm/s trong lúc máy ly tâm đang quay tăng tốc lênđến 100g Thiết bị có thể dịch chuyển theo phương đứng tối đa 300mm và theophương ngang là 500mm, và được tự động hóa hoàn toàn Thiết bị truyền động nàyđược sử dụng dé tạo ra một hố đào và một hệ thống thanh chống có cơ chế làm việctương tự như các quá trình đào ở thực tế ở hiện trường.

1.4 Tóm tat chương 1:Với mong muốn tái hiện sự làm việc của hỗ đào sâu sao cho giống với thực tếnhất, do đó các mô hình thí nghiệm quay ly tâm đã được thiết lập để đáp ứng cácyêu cau này.

Một cơ chế truyền động mới đã được sử dụng cho phép mô phỏng quá trình đàođất đúng với thực tế những trình tự thực hiện ngoài hiện trường Phương pháp nàycho ta những điều kiện đất nền ban đầu thực tế hơn và do đó các ứng xử của tườngvây, đât nên hô đào sâu thu được cũng chính xác hơn

Mặc dù nhiều phương diện khác nhau của đất được kết hợp thành nhiều môhình số, nhiều mô hình trong này thường phức tạp và các thông số không rõ ràng.Các thông số yêu cầu phải có các thiết bị công nghệ cao và tay nghề của người thínghiệm Trong phan này, xem xét lại các tài liệu nghiên cứu tại hiện trường, giảitích, phương pháp số và các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm được thực hiệnnhưng chủ yếu tập trung vào dự đoán chuyển vị của hệ thống thanh chống và biếndạng của đất nên.

2.2 Quan sát thực nghiệm:2.2.1 Dự đoán biến dạng của đất nền và áp lực đất biểu kiến:

Chuyén vị của đất nền đăng sau tường vây là do sự mat cân bang áp lực khi đấtbên trong hố đào bị lấy đi Độ lớn và khu vực bị lún của đất nền có liên quan đếnnhiều yếu tố như chất lượng xây dung, đất và tình trạng mực nước ngâm, hình dạnghố dao, thời gian thi công hố đào, tải trong, sự tôn tại của các tòa nhà lân cận,phương pháp xây dựng, độ sâu độ cứng của tường, chủng loại và cách lắp đặt hệthống thanh chống, khoảng cách và độ cứng của thanh chống Mỗi một phươngpháp sẽ bắt nguồn từ một cơ sở lý thuyết phức tạp.

-[]-Do đó, các phương pháp dự báo hiện tại đã có hau hết thu được dựa trên đo đạchiện trường và kinh nghiệm đúc kết được Một số phương pháp thực nghiệm thườngđược sử dụng trong tính toán các công trình được trình bày như sau:

2.2.1.1 Phương pháp của Peck:Peck (1969) đã tong kết các số liệu quan trắc hiện trường về độ lún của mặt đấtxung quanh hỗ đào dưới dạng biểu đồ như trong Hình 2.1 Như thé hiện trong hình,biểu đồ độ lún được phân loại thành ba khu vực I, II và II tùy thuộc vào loại đất và

Lá 2

A ^

chất lượng thi công Trong Hình 2.1, N› đại diện cho thông số 6n định của đất, vàNo đại diện cho thông số ôn định chống đây trồi hỗ đào Các trường hop được sửdụng trong hình là trong khoảng thời gian năm 1969, các hỗ đào được chắn bởi cáctường cọc hoặc các hàng cọc Nó được đề xuất độ lún đất nền tối đa cho rất mềmđến đất sét mềm là khoảng 1% của chiều sâu tối đa của hố dao Vùng ảnh hưởng haibên mở rộng lên đến hai lần độ sâu tối đa của hố đào Với việc sử dụng các côngnghệ mới hơn, như việc sử dụng tường vây, độ lún đất nền tối đa thường là nhỏ hơnso với số liệu được xác định trong hình Tuy nhiên, phương pháp của Peck là cáchtiêp cận thực tê đâu tiên đê ước tính độ lún của bê mặt đât nên

PECK.Distance from Excovation

Moximum Depth of Excovolion Zone I

O 1.0 20 30 40 Sand and Soft to Hard Clay

es O0 = L vy J Average Workmanship

zone II

a) Very Soft to Soft Clay

1) Limited depth of clay below bottom of

All data shown are for excavationslaterland 1,2,3

Y Oslo, Norway, Vaterland 32 - 35 sheet piles braced with

cross-Ms Dany bracing or tiebacks.

4 Stiff Clay and Cohesive Sand 34 - 740 Cohesionless Sand 39 = 47

Hình 2.1 Tóm tắt bién dạng cua nhiêu loại đất nên xung quanh ho đào sâu tinh từmép hô dao

-12-2.2.1.2 Phương pháp của Bowles:Phương pháp do Bowles đề xuất (1988) để ước lượng độ lún mặt đất xungquanh hố dao Phương pháp này gồm các bước sau:

Chuyển vị ngang của tường —

Mat hé dao

Hình 2.2 Vùng biến dang của tường theo phương pháp cua Bowles1 Tính toán chuyển vị ngang của tường băng phương pháp phan tử hữu han hayphương pháp dâm trên nền đàn hồi.

2 Tính toán vùng chuyển vị ngang của tường.3 Ước lượng vùng bị ảnh hưởng lún bề mặt theo phương pháp của Capse đềxuất (1966 ): D=(H, +H,)tan(45 =5)

Trong đó: H¿ là chiều sâu hố đào.

Ha = B nếu =0và Ha= 0,5B tan (45° + @) nếu >0với: B là bề rộng hỗ đào và 9 là góc ma sát trong của dat4 Giả sử độ lún lớn nhât của nên giao với tường, ước lượng độ lún lớn nhat:

z 4a,VIL D

5 Gia định dang lún của nén theo parabol khi đó độ lún tai một điểm bất kỳ trênđường cong được xác định theo công thức:

-13-2.2.1.3 Phương pháp của Clough và O’ Rourke:Phương pháp được Clough và O’Rourke’s đề xuất (1990), theo đó đất nền xungquanh hỗ đào thường lún có dạng hình tam giác, vị trí điểm lún lớn nhất thườngnằm gan phía sau tường chắn Đường bao lún mặt nền được thé hiện như Hình 2.3,trong đó vùng nền đất bị ảnh hưởng lún cách lưng tường từ 2 đến 3 lần chiều sâu hồđào

Stiffhard clays

1.5 2.0

1 ^

—SettlementenvelopeSoft to medium clays

Hình 2.3 Phương pháp của Clough và O’Rourke (1990) ước tính sự bién dang củađát nên

-14-2.2.1.4 Phương pháp cua Ou va Hsieh:Ou va H’sich’s 2000 dé xuất phương pháp xác định độ lún của nền đất xungquanh hé đào dựa trên các nghiên cứu về dạng lún đất nền Các yếu tố như vùng datnên bị ảnh hưởng, vị trí điểm lún lớn nhất, giá trị độ lún lớn nhất được trình bày nhưtrong Hình 2.4

Theo đó việc xác định độ lún của đất nền và các giá trị khác được thực hiệntheo các bước sau:

1 Ước lượng biến dạng ngang của tường bằng phương pháp đơn giản, phươngpháp phan tử hữu han, hoặc dâm trên nền đàn hồi.

2 Xác định dạng lún bề mặt : tính toán chuyến vị ngang của tường theo phươngpháp phan tử hữu han, từ đó xác định dạng lún bề mặt

3 Ước lượng giá trị ở,„ dựa trên các tương quan giữa độ lún lớn nhất ở, vàchuyển vị ngang lớn nhất của tường ở,„

4 Dựa trên dạng lún bề mặt xác định ở bước 2 tính toán các giá tri độ lún chotừng điểm khác nhau sau lưng tường.

Sheet piles] ,Ị ii m-thick diaphragm walk |

Trong đó D là chiều sâu hỗ đào, y là tỷ trọng đất sét, s là cường độ chống cắtkhông thoát nước của đất sét tại đáy hỗ đào, p là tải trọng đất mặt, Nc là hệ số khảnăng chịu lực (Skempton 1951) phụ thuộc kích thước hồ móng, được xác định theoHình 2.6 và công thức sau:

Chuyển vị ngang của tường vây trong đất yếu thì luôn lớn hon trong đất cát, cóthé sử dụng công thức sau dé ước lượng chuyển vị ngang của tường:

Om =(0,2—0,5)%.H,Giới hạn trên (0,5%) được khuyến cáo dùng cho đất sét mềm, giới hạn dưới(0.2%) được khuyến cáo dùng cho cát:

E oO

t _

O

bó

0.06 e» 4 Hình 2.7 Tương quan giữa độ uôn

q7 7 lớn nhất của tường và chiêu sâu hồ0.03 + o Q „S đào (Ou và các cộng sự, 1993)

fe)

0.00 —— L

0 5 I0 15 20 25 30

-17-2.2.2.3 Chiều sâu căm tường:Ou, TNEC, phân tích mối tương quan giữa chuyển vị ngang của tường cắm sâu20m bằng phương pháp phan tử hữu hạn Theo hình vẽ, nếu tỷ lệ Su /ø'„= 036,chuyển vị ngang của tường cắm sâu Hp = 15m và Hp = 20 m là như nhau, khi Su/o', = 0.36 dù cho chuyển vị ngang của tuờng cắm sâu 10m tăng lên ít, hố đào cơban vẫn ổn định Khi Hạ = 4.0m, tai đáy của tường vây xuất hiện hiện tượng “đáchân” làm cho phá hoại do hiện tượng bùng nền xuất hiện và biến dạng tăng nhanh.

Chuyển vị ngang của Chuyển vị ngang của

STAGE 7 STAGE 740 L L1 L L 1 | 40 L | 1 l Ị

2.2.2.5 Độ cứng của hệ kết câu chống đỡ và vị trí điểm chong:Chang Yu Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu trên các công trình thi côngđào sâu ở Taipei và các kết quả được tổng hợp như Hình 2.9 tại bước đào dau tiên,

-18-chuyên vị của tường dưới dạng console như Hình (a) Đến bước đào thứ 2, sau khithi công lớp chống đỡ đầu tiên, nếu độ cứng của hệ chống đủ lớn, khả năng chịu néncủa hệ chống tương đối nhỏ, khi đó tường vây sẽ bị xoay quanh điểm liên kết giữahệ chống và tường và biến dạng của tường sẽ xuất hiện Chuyển vị ngang lớn nhấtcủa tường thường xảy ra gần bề mặt hố đào như Hình (b) Khi hoàn thành lớp câychống thứ 2, bước đào thứ 3 được bắt đầu Giả thiết độ cứng của hệ chống là đủ lớn,tường vây sẽ tiếp tục bị xoay quanh điểm liên kết giữa hệ chống thứ 2 với tường vàbiến dạng của tường sẽ tiếp tục xuất hiện, vị trí chuyển vị ngang lớn nhất của tườngnam gần mặt hỗ đào Nếu lớp đất dưới đáy hố dao là đất yếu, lực cản chuyên vị củatường sẽ yêu và chuyên vị ngang lớn nhât sẽ năm bên dưới mặt hô đào Hình (c)

Lin dạng đường cong lôiLún dang đường cong lốm

Tường vay

Hình 2.10 Dạng lún của mặt đất xung quanh tườngNghiên cứu của Chang Yu Ou và Hseih, (1998) cũng đã tìm được dạng lún trênbề mặt do ảnh hưởng của hỗ đào sâu gồm có đường cong lồi và đường cong lõmnhư Hình 2.10 Các tác giả đã giả định Ac là vùng nền bị lún của đất sau tường chăncó dạng console và A; (Hình 2.11) là vùng nền bị lún của đất sau tường chăn có câychống Khi đó các tác giả đã ước lượng được dạng lún của nền sau lưng tường như

Chuyén vi ngang của tường tại bước

đào đầu tiên Chuyên vi ngang của tường

tại bước đào cuôi

Ac=max (4q, Ac2)

Hình 2.11 Lóc lượng được dạng lún của nên đất sau lưng tường theo Ou và Hseih

Đến năm 1993 công ty PLAXIS BV được thành lập và từ năm 1998, các phânmềm Plaxis đều được xây dựng theo phương pháp phan tử hữu han.

2.3.2 Các quan hệ ứng suất và biến dạng:Hình 2.12 diễn tả mối quan hệ ứng suất và biến dạng trong đó đất có đặc tínhphi tuyến, đàn hồi và có quan hệ ứng xử hạn chế ứng suất Theo nguyên lý ứng suấtcó hiệu, quan hệ ứng suất và biến dạng liên quan đến lộ trình ứng suất Việc sửdụng các mô hình của đất dùng trong phân tích hỗ đào sâu cần phải xem xét đầy đủcác tính chất của đất Các mô hình đàn hỏi, đàn hồi dẻo, Cam — clay là các môhình phổ biến được sử dụng trong tính toán các bài toán địa kỹ thuật.

-21-2.3.3 Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước:Trong phân tích địa kỹ thuật nói chung và hé đào sâu nói riêng, thì vấn đề phântích thoát nước, không thoát nước hay không thoát nước một phan cần được xemxét thận trọng Với cùng một bài toán, khi tiến hành phân tích bằng hai phươngpháp cho kết quả rất khác biệt Điều này được lý giải là do sự ảnh hưởng to lớn củanước trong đất đến các thông số của đất gây nên ứng xử khác nhau của đất nên.Việc đánh giá xem phương pháp nào chính xác và an toàn hơn can phải được xemxét với từng loại công trình, từng loại dat nên và từng giai đoạn của công trình.2.3.3.1 Phân tích không thoát nước (Undrained):

Phân tích không thoát nước là phân tích kế đến sự xuất hiện của áp lực nước 16rỗng trong đất nền, ứng suất trong nền phân ra làm ứng suất hữu hiệu, ứng suất tongvà áp lực nước lỗ rỗng Phân tích này thích hợp khi hệ số thấm của đất nền thấp, tải

ngoài lớn nên áp lực nước lỗ rỗng chưa kịp tiêu tán hay trong trường hợp phân tích

ứng xử tức thời của đất nền Trong Plaxis, phân tích không thoát nước được chia rathành các phương pháp: phân tích không thoát nước với các thông số hữu hiệu,phân tích không thoát nước với thông số độ cứng hữu hiệu kết hợp với thông số sứcchống cat không thoát nước, phân tích không thoát nước với các thông số khôngthoát nước

+ Phân tích không thoát nước với các thông số hữu hiệuPhân tích này được thực hiện khi loại vật liệu (Material Type) của lớp đất làkhông thoát nước (Undrained) và các thông số của mô hình là các thông số hữu hiệu

E’, v’,c’, @ Khi thiết lập vật liệu là không thoát nước thì Plaxis ngầm hiểu mô-đun

khối của mô hình là mô-đun tông Ku đại diện cho sự kết hợp của mô-đun kết cấukhung hạt đất và mô-đun nước và phân biệt ứng suất trong đất thành ứng suất tông,ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng.

Ứng suất tong: Ap=K,Ae,Ứng suất hữu hiệu: Ap =(1-B)Ap=K Ae,

Á r R ,Ä x K

Ap luc nước lô rong thang dư: Ap, = BAp=—* Ae,

n

Theo quan hệ giữa ứng suât tông va ứng suât hữu hiệu:

Ap = K,Aé, = Ap +Ap,, = £ + sae,

n

Mô-đun tổng: K,=(K+K,/n)Phương pháp phân tích không thoát nước kết hợp với thông số hữu hiệu thíchhợp sử dụng cho mọi mô hình đất nền và có thé kết hợp với phân tích có kết Sứcchống cat không thoát nước là kết quả của các mô hình nền, tuỳ theo mô hình màsức chống cắt không thoát nước của đất nền khác nhau do đó sự chính xác củathông số sức chống cat không thoát nước có được từ mô hình cần được xem xét Hệsố Poisson v trong trường hợp phân tích không thoát nước nên nhỏ hơn 0,35 để hệsố Skempton B có giá trị hợp lý.

+ Phân tích không thoát nước với các thông số độ cứng hữu hiệu và thông sốsức chong cat không thoát nước(Su và øu=0)

Phân tích này được thực hiện khi loại vật liệu (Material Type) của lớp đất làkhông thoát nước (Undrained) và thông số độ cứng là hữu hiệu E’, v’ kết hợp vớithông số sức chống cắt không thoát nước (Su và @u=0) Cũng giống như phươngpháp trên, mô đun khối của đất nền được ngầm hiểu là sự kết hợp giữa mô-đun củakhung hạt và mô-đun của nước do đó ứng suất trong mô hình cũng được phân làmứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng Phương pháp phân tíchnày chỉ ứng dụng được trên các mô hình nền: Morh-Coulomb, Hardening Soil vàHardening Soil with Small strain Một điều hiển nhiên là sức chống cắt không thoátnước của đất nền có được từ phương pháp phân tích này thì không bị ảnh hưởng bởicác mô hình và đáng tin cậy Nhược điểm của phương pháp này là không tính toánđược chính xác áp lực nước lỗ rỗng trong đất nền nên phân tích cố kết không thé kếthợp với phương pháp này Hơn nữa do @u=0 nên khi kết hợp phương pháp với các

2.3.3.2 Phan tích thoát nước (Drained)Phân tích thoát nước là phân tích với giả thiết áp lực nước 16 rỗng đã bị tiêu tánhết trong đất nền Ứng suất trong nền không có sự phân biệt ứng suất tông hay ứngsuất hữu hiệu mà chỉ tồn tại một loại ứng suất duy nhất tác dụng kết cấu của khunghạt Phân tích này thích hop với những loại đất có hệ số thâm cao do đó áp lực nước

lỗ rỗng dễ dàng tiêu tán nhanh chóng khi gia tải hay trong trường hợp phân tích ứng

xử của các công trình trong nên sét ở giai đoạn lâu dài Phân tích thoát nước trongPlaxis được thực hiện khi thiết lập loại vật liệu cho đất nền là thoát nước (Drained)kết hợp với các thông số hữu hiệu.

2.3.4 Mô hình Hardening soil (gọi tắt là HS):Mô hình HS, hay còn gọi là mô hình tăng bền, được đề xuất bởi Schanz,Vermeer và Bonnie (1999) Khác với MC, sau giai đoạn đàn hồi tuyệt đối thì vậtliệu không phải là déo tuyệt đối, vật liệu ứng xử không phục hồi và có hiện tượngchảy dẻo và giãn nở khi chịu trượt Độ cứng của vật liệu có sự phụ thuộc vào điềukiện ứng suất.

HS là mô hình đa mặt dẻo, gồm hai mặt dẻo kết hợp, mặt dẻo trượt (shear yeildsurface) và mặt dẻo chóp mũ (cap yield surface) Sự tăng bền phụ thuộc vào cả biếndạng dẻo và biến dạng thé tích Khác với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng, mặt chảy

-24-dẻo của mô hình HS không cố định trong không gian ứng suất chính mà nó dan rado biến dạng dẻo Trong HS, có hai loại tăng bền là tăng bên trượt (shear hardening)và tăng bền nén (compression hardening) Tăng bền trượt được dùng để mô phỏngbiến dạng không phục hồi do ứng suất lệch gây ra được đặt trưng cho mô đun biếndạng trong thí nghiệm nén ba trục và được mô tả băng mặt dẻo trượt Trong khi đótăng bền nén được dùng để mô phỏng biến dạng không phục hồi do ứng suất nénđăng hướng gây ra được đặc trưng bởi module biến dạng trong thí nghiệm nénOedometer và được mô tả băng mặt dẻo hình chóp mũ Mặt dẻo trượt sử dụng quyluật chảy dẻo không thích hợp (non — associated flow rule) và mặt dẻo chóp mũ sửdụng quy luật chảy dẻo thích hop (associated flow rule)

Hình 2.13 Mặt dẻo trong mô hình HS2.3.4.1 Mặt déo mũ trong mô hình HS:

Mặt dẻo mũ được đưa ra để giới hạn vùng đàn hồi trong không gian ứng suấtchính nguyên do là mặt dẻo trượt không diễn tả hết biến dạng thể tích dẻo được đotrong thí nghiệm nén đăng hướng Không thể xây dựng một mặt dẻo mũ dựa trênthông số dau vào độc lập giữa Eso! và Eoea*f, thực tế Eso*† ảnh hưởng đến đại lượngbiến dạng dẻo của mặt dẻo trượt, tương tự đó Eso*f ảnh hưởng đến đại lượng biếndạng dẻo của mặt dẻo mũ Trong đó mặt dẻo mũ được định nghĩa theo phương trình

Sau:

Trong đó: a là thông số bỗ sung cho mô hình, có liên hệ với giá tri Ko"°