Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp_luận án tiến sĩ kĩ thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNGHỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN MINH KHOA NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT GIỚI HẠN TRONG NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP V

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

NGUYỄN MINH KHOA

NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT GIỚI HẠN

TRONG NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG

NỀN ĐƯỜNG ĐẮP VÀ BỆ PHẢN ÁP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Hoàng Đình Đạm

HÀ NỘI - 2013

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳcông trình nào khác

Tác giả xin chân thành cám ơn các Giáo sư, phó Giáo sư, Tiến sỹ, cácChuyên gia, các Nhà khoa học trong và ngoài Học viện Kỹ thuật Quân sự đãtạo có nhiều ý kiến đóng góp và chỉ dẫn quý báu cho luận án

Tác giả xin trân trọng cám ơn các cán bộ, giảng viên của Bộ môn CầuĐường Sân bay, Viện Kỹ thuật công trình đặc biệt, Phòng Sau đại học - Họcviện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trìnhhọc tập và nghiên cứu tại Học viện

Tác giả xin trân trọng cám ơn Ban Giám hiệu, Khoa Công trình, Bộ mônĐường bộ - Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, nơi tác giả đang

Trang 3

công tác, đã tạo điều kiện về kinh phí cũng như thời gian để tác giả có thểhoàn thành được bản luận án.

Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thântrong gia đình đã động viên khích lệ và chia sẻ khó khăn với tác giả trong suốtthời gian thực hiện luận án

Tác giả luận án

Nguyễn Minh Khoa

Trang 4

1.2.1 Khái niệm đất yếu 7

1.2.3 Hiện tượng mất ổn định của nền đường đắp trên đất yếu 9

1.3 Tải trọng của nền đường đắp tác dụng lên nền đất tự nhiên 10

1.4 Trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của nền đất 11

1.4.1.1 Đất là vật liệu đàn - dẻo lý tưởng 111.4.1.2 Đất là vật liệu cứng - dẻo lý tưởng 13

1.4.3.1.Cơ sở của lý thuyết cân bằng giới hạn 20

1.4.3.3 Các lời giải của hệ phương trình cơ bản 21

Trang 5

1.4.4 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất 23

1.4.4.2 Bài toán hỗn hợp đàn - dẻo về khối đất 24

1.4.5 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định 251.4.5.1.Phương pháp mặt trượt giả định mặt phẳng 25

1.4.5.3 Phương pháp mặt trượt theo lý luận cân bằng với nền đồng nhất

26

1.4.7 Phương pháp xác định ứng suất theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất

2.2 Xây dựng bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới

2.2.1 Bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất 392.2.2 Bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của

2.3 Phương pháp giải bài toán trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên

2.3.1 Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 49

Trang 6

2.3.2 Phương pháp giải bài toán quy hoạch phi tuyến 532.3.3 Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 54

2.4.1 Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên chịu trọng lượng bản thân

562.4.2 Trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tải trọng của nền

3.1 Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng

3.1.2.1 Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 703.1.2.2 Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 723.1.3 Trạng thái ứng suất và sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 74

3.1.3.2 Sự phát triển của vùng biến dạng dẻo 75

3.2 Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới

3.2.2 Xây dựng bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 773.2.3 Phương pháp giải bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 793.2.3.1 Phương pháp giải bài toán bằng sai phân hữu hạn 79

Trang 7

3.2.3.2 Lập chương trình giải bài toán bằng ngôn ngữ Matlab 80

3.3 Trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tác dụng

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lưới sai phân hữu hạn đến tải trọng giới hạn

813.3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước ô lưới sai phân 813.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lưới sai phân hữu hạn 813.3.2 Khảo sát đánh giá kết quả bài toán trạng thái ứng suất giới hạn 823.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của chiều rộng tải trọng nền đắp đến tải trọng

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của trọng lượng nền đất đến tải trọng giới hạn

873.3.5 Khảo sát đường đẳng bền và vùng biến dạng dẻo 883.3.6 Khảo sát ảnh hưởng của tải trọng bệ phản áp đến vùng biến dạng dẻo

105

4.3 Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn của nền

Trang 8

đất yếu dưới tải trọng nền đường đắp 1074.3.1 Trường hợp không xét góc ma sát trong của đất yếu 1074.3.1.1 Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp 1074.3.1.2 Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp hợp lý 1104.3.2 Trường hợp xét góc ma sát trong của nền đất yếu 115

4.4 Nghiên cứu bệ phản áp rộng vô hạn để làm tăng tải trọng giới hạn

4.4.1 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn của nền đất yếu và cường độ tải trọng

Trang 9

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN

b - chiều rộng tải trọng nền đường đắp

bd - chiều rộng lớn nhất vùng biến dạng dẻo trong nền đất

B và H - chiều rộng và chiều cao nền đường đắp

c - lực dính đơn vị của đất nền

cu - lực dính đơn vị theo kết quả cắt nhanh không thoát nước của đất nền

e - hệ số rỗng của đất nền

f() - hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ma sát trong của đất nền

f(k) - giá trị bền theo điều kiện Morh - Coulomb

G - mô đun trượt của đất nền

h - chiều cao của bệ phản áp

hd - chiều sâu lớn nhất vùng biến dạng dẻo trong nền đất

hhl - chiều cao hợp lý của bệ phản áp

i, j - thứ tự hàng và cột trong lưới sai phân hữu hạn

k - hệ số áp lực ngang của nền đất

L - chiều rộng tải trọng bệ phản áp

Lhl - chiều rộng hợp lý của tải trọng bệ phản áp

N - hệ số sức chịu tải theo trọng lượng thể tích

Nc - hệ số sức chịu tải theo lực dính đơn vị

Nq - hệ số sức chịu tải theo tải trọng bên

n0 - điểm giữa của lưới sai phân hữu hạn tại hàng trên (tại mặt thoáng)

na và ma - số nút lưới sai phân hữu hạn theo trục x và z

p - cường độ tải trọng của nền đường đắp

pgh - tải trọng giới hạn của nền đất

Trang 10

q - cường độ tải trọng của bệ phản áp

qhl - cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp

u - áp lực nước lỗ rỗng đối với đất bão hòa nước

ua, un và u - áp lực khí lỗ rỗng, áp lực nước lỗ rỗng và áp lực lỗ rỗng đối với đất không bão hòa nước

u và v - các chuyển vị ảo theo phương x và z

V - miền lấy tích phân

za - chiều sâu khu vực tác dụng của tải trọng xe cộ

ZG - lượng cưỡng bức theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss

’ox, ’oz và ’oxz - các ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân nền đất

’x, ’z và ’xz - các ứng suất hữu hiệu trong hệ trục x0z

1 và 2 - các ứng suất chính lớn nhất và bé nhất trong nền đất

đ và b - trọng lượng thể tích của đất đắp nền đường và bệ phản áp

max - ứng suất tiếp lớn nhất

s - cường độ chống cắt của đất nền

 và  - ứng suất tiếp và ứng suất pháp trên mặt đang xét

x và z - kích thước ô lưới sai phân hữu hạn theo trục x và z

x, z và xz - các biến dạng ảo tương đối trong hệ trục x0z

Trang 11

 - thế năng biến dạng cực tiểu

Trang 12

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tác dụng, ưu và nhược điểm của giải pháp bệ phản áp 32

Bảng 2.1 Ứng suất hữu hiệu  ’ x,  ’ z,  ’ xz và hệ số áp lực ngang k 57

Bảng 3.1 Tải trọng giới hạn theo kích thước ô lưới sai phân hữu hạn 81

Bảng 3.2 Tải trọng giới hạn theo kích thước lưới sai phân hữu hạn 82

Bảng 3.4 Tải trọng giới hạn theo góc ma sát trong của nền đất 84

Bảng 3.5 Tải trọng giới hạn (pgh/c) khi thay đổi chiều rộng tải trọng nền

Trang 13

áp 108

Bảng 4.4 Chiều rộng và cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp 110

Bảng 4.5 Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ma sát trong, f(  ) 116

Bảng 4.6 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (pgh/c) với cường độ của tải

Bảng 4.7 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn (pgh/c) với cường độ của tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn (q/c) và góc ma sát trong (  ) 119

Trang 14

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Trắc ngang của nền đường đắp 6

Hình 1.2 Các dạng mất ổn định của nền đường đắp trên nền đất yếu 9

Hình 1.3 Mô hình đàn - dẻo lý tưởng 11

Hình 1.4 Ứng suất tác dụng trên phân tố đất 12

Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng 14

Hình 1.6 Sơ đồ tính toán của bài toán phẳng 15

Hình 1.7 Các quy định về mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo 18

Hình 1.8 Vòng Mohr ứng suất tiếp xúc với đường Coulomb 21

Hình 1.9 Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt 22

Hình 1.10 Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt theo đề nghị của Berezansev cho đất có trọng lượng 27

Hình 1.11 Các dạng bệ phản áp 32

Hình 1.12 Vùng biến dạng dẻo dưới nền đường đắp 34

Hình 2.1 Ứng suất tác dụng trên phân tố đất 39

Hình 2.2 Ứng suất tiếp  max 43

Hình 2.3 Bài toán phẳng 47

Hình 2.4 Khối đất có mặt thoáng nằm ngang 48

Hình 2.5 Sơ đồ lưới sai phân hữu hạn 49

Hình 2.6 Ô lưới sai phân 50

Hình 2.7 Mô đun trượt 50

Hình 2.8 Điều kiện biên của khối đất 53

Hình 2.9 Lưới sai phân hữu hạn 55

Hình 2.10 Sơ đồ ẩn tính toán 55

Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất và giá trị bền 58

Trang 15

Hình 2.14 Biểu đồ ứng suất  ’ z và  ’ x 62

Hình 2.15 Đường đẳng bền f(k) 63

Hình 2.16 Sơ đồ các điểm chảy dẻo trên lưới sai phân 64

Hình 3.1 Bài toán phẳng 67

Hình 3.2 Khối đất có mặt thoáng nằm ngang 70

Hình 3.3 Sơ đồ lưới sai phân hữu hạn 71

Hình 3.4 Điều kiện biên của khối đất 72

Hình 3.5 Lưới sai phân 73

Hình 3.6 Sơ đồ ẩn của bài toán 73

Hình 3.8 Đồ thị đường đẳng bền f(k) 76

Hình 3.9 Sơ đồ các điểm chảy dẻo trên lưới sai phân 76

Hình 3.12 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với góc ma sát trong của nền đất 85

Hình 3.13 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với chiều rộng tải trọng nền đắp 86

Hình 3.14 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với trọng lượng thể tích của nền đất 88

Trang 16

Hình 3.25 Quan hệ giữa chiều rộng tải trọng bệ phản áp với vùng biến dạng dẻo 96

Hình 3.26 Quan hệ giữa cường độ tải trọng bệ phản áp với vùng biến dạng dẻo 97

Hình 4.1 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với chiều rộng tải trọng bệ phản áp 104

Hình 4.2 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với cường độ tải trọng bệ phản áp 106

Hình 4.3 Toán đồ xác định tải trọng giới hạn của nền đất yếu 109

Hình 4.4 Quan hệ giữa chiều rộng và cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp 111

Hình 4.5 Đường chiều rộng và cường độ hợp lý của tải trọng bệ phản áp 113

Hình 4.6 Quan hệ giữa tải trọng giới hạn với tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn 119

Hình 4.7 Toán đồ xác định tải trọng giới hạn của nền đất yếu 120

Trang 17

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước, mạnglưới đường giao thông được đầu tư xây dựng rất lớn

Nước ta có nhiều vùng lãnh thổ thành tạo từ đất yếu, đặc biệt là các vùngđồng bằng của sông Hồng, sông Cửu Long và ven biển miền Trung Ở miềnnúi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn, bãi thềm vàvùng trũng dưới chân núi Những vùng này dân cư đông đúc và chiếm một vịtrí quan trọng

Sự mất ổn định gây hư hỏng nền đường đắp vẫn xảy ra trên những vùngđất yếu này, rõ ràng nguyên nhân chủ yếu từ nền đất yếu Có thể nói rằng sựhiểu biết chưa đầy đủ về nền đất yếu là nguyên nhân thiết kế nền đường đắp

bị mất ổn định hoặc gây lãng phí tốn kém Nghiên cứu về nền đất yếu nóiriêng hay nền đất nói chung, xác định trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn

là vấn đề đầu tiên quan trọng

Lý thuyết tính toán hiện nay thường giả thiết đất là vật liệu đàn hồi, đàn

- dẻo, cứng - dẻo để dựa vào lời giải các bài toán đàn hồi, đàn - dẻo hoặc dựatheo lý thuyết cân bằng giới hạn với lời giải không xét trọng lượng nền đất đốivới tải trọng móng cứng của L Prandtl và các phương pháp gần đúng(phương pháp mặt trượt giả định) xét tới trọng lượng nền đất Các lý thuyếtnày đã giải quyết được nhiều vấn đề cụ thể mà thực tế đặt ra nhưng vẫn cònnhững hạn chế

Tuy vậy, giả thiết đất là một vật liệu mang các tính chất của môi trườnghạt rời là tương đối phù hợp và sử dụng phương pháp đã có xem nền đất ổnđịnh theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất, xét được trọnglượng bản thân để xác định trạng thái ứng suất sẽ cho ta kết quả phù hợp hơn,

Trang 18

nhưng các nghiên cứu theo phương pháp này còn ít.

Trạng thái ứng suất của nền đất phụ thuộc không những vào tính chất địa

kỹ thuật của nền đất mà còn phụ thuộc vào đặc tính của công trình hay tảitrọng ngoài Do nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đắp đượcxem như là dưới tác dụng của móng mềm, vì thế không thể áp dụng cách tính

là dưới tác dụng của móng cứng như hiện nay sử dụng Nghiên cứu xây dựng

và giải bài toán trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên dưới tải trọng móngmềm, đặc biệt nghiên cứu ở trạng thái giới hạn để từ đó xác định tải trọng giớihạn của nền đất làm cơ sở thiết kế nền đường đắp là vấn đề mới và cấp thiết

Bệ phản áp là một giải pháp lâu đời được sử dụng nhiều, thực tế đãchứng minh hiệu quả tăng cường ổn định, đặc biệt làm tăng tải trọng giới hạncủa nền đất yếu Với công nghệ thi công đơn giản và tận dụng được vật liệutại chỗ, bệ phản áp đã được xây dựng với nền đường đắp qua vùng đất yếu vàsửa chữa nền đường mất ổn định Tuy nhiên, tính toán thiết kế bệ phản áp củanền đường đắp còn dựa vào kinh nghiệm và các phương pháp gần đúng Do

đó, có thể dùng cách tính toán mới về tải trọng giới hạn của nền đất chịu tảitrọng móng mềm để khảo sát ảnh hưởng của bệ phản áp, hợp lý hoá thiết kếkích thước, khắc phục nhược điểm để có thể vận dụng tiết kiệm và hiệu quảvào thực tế

Từ những vấn đề nêu trên đặt ra việc nghiên cứu xác định trạng thái ứngsuất giới hạn trong nền đất yếu nói riêng, nền đất tự thiên nói chung vớinhững giả thiết hợp lý hơn với thực tế làm việc của nền đất chịu tác dụng củatải trọng nền đường đắp và bệ phản áp sẽ góp phần bổ sung lý thuyết nghiêncứu, góp phần tích cực vào thực tế xây dựng nền đường đắp và mạng lướigiao thông ngày nay

2 Mục đích nghiên cứu

Xác định trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự thiên dưới tác

Trang 19

dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp, với giả thiết nền đất mangtính chất của môi trường hạt rời và ổn định theo điều kiện ứng suất tiếp lớnnhất đạt giá trị nhỏ nhất, nền đất tự nhiên chịu tác dụng của tải trọng móngmềm và tìm phương pháp toán hợp lý để xét trọng lượng bản thân nền đất.

Từ bài toán trạng thái ứng suất giới hạn, nghiên cứu bệ phản áp làm tăngtải trọng giới hạn (sức chịu tải) của nền đất yếu

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu bài toán phẳng để xác định trạng thái ứng suất, đặc biệt ởtrạng thái giới hạn trong nền đất tự nhiên đồng nhất có mặt thoáng nằmngang, có xét trọng lượng bản thân nền đất, dưới tác dụng của tải trọng nềnđường đắp và bệ phản áp

Trạng thái ứng suất nghiên cứu là ứng suất hữu hiệu

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết bài toán xác định trạng thái ứng suất của nền đất

Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và lập trình bằng ngôn ngữ Matlab đểgiải, với thuật toán được dùng là quy hoạch phi tuyến Bài toán được đánh giábằng cách so sánh với một số kết quả đã có

5 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan nền đường đắp, nền đất yếu, trạng thái ứng suất và tải trọnggiới hạn của nền đất khi chịu tải trọng ngoài và giải pháp dùng bệ phản áplàm tăng tải trọng giới hạn

- Nghiên cứu xác định trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới tácdụng của trọng lượng bản thân và tải trọng nền đường đắp, nội dung gồm:

+ Xây dựng bài toán; giải bài toán bằng phương pháp sai phân hữuhạn và lập chương trình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab;

+ Trạng thái ứng suất của nền đất tự nhiên mặt thoáng nằm ngang,chịu trọng lượng bản thân (không chịu tác dụng của tải trọng ngoài) và dưới

Trang 20

tác dụng của tải trọng nền đường đắp;

+ Khảo sát sự xuất hiện và phát triển của vùng biến dạng dẻo trongnền đất

- Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự nhiên dưới tácdụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp, nội dung gồm:

+ Xây dựng bài toán bằng cách sử dụng hệ so sánh là trạng thái ứngsuất của nền đất tự nhiên chỉ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân; giải bàitoán bằng phương pháp sai phân hữu hạn và lập chương trình tính toán bằngngôn ngữ Matlab;

+ Đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới và lưới sai phân hữuhạn đến kết quả bài toán;

+ So sánh kết quả bài toán với của L Prandtl;

+ Khảo sát ảnh hưởng của trọng lượng nền đất, chiều rộng tải trọngngoài đến tải trọng giới hạn;

+ Khảo sát vùng biến dạng dẻo và ảnh hưởng của tải trọng bệ phản

áp đến vùng biến dạng dẻo trong nền đất ở trạng thái giới hạn

- Nghiên cứu bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn nền đất yếu dướinền đường đắp, nội dung gồm:

+ Khảo sát ảnh hưởng của bệ phản áp đến tải trọng giới hạn (sứcchịu tải) của nền đất yếu;

+ Xác định chiều rộng và cường độ hợp lý của bệ phản áp;

+ Xây dựng các toán đồ phục vụ thuận tiện thiết kế bệ phản áp

6 Bố cục của luận án

Gồm các phần như sau:

- Mở đầu;

- Chương 1 Tổng quan về trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của

nền đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp;

Trang 21

- Chương 2 Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong nền đất tự nhiên dưới

tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng nền đường đắp;

- Chương 3 Nghiên cứu trạng thái ứng suất giới hạn trong nền đất tự

nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đường đắp và bệ phản áp;

- Chương 4 Nghiên cứu bệ phản áp để làm tăng tải trọng giới hạn của

nền đất yếu dưới tải trọng nền đường đắp;

- Kết luận và kiến nghị.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG

CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP

Trang 22

Trong hình 1.1 ký hiệu: B và H là chiều rộng và chiều cao nền đắp; 1/m

là độ dốc ta luy nền đắp Hiện nay, bề rộng nền đường ô tô được thiết kế B 6,0 m [34], [35]; thông thường độ dốc ta luy đắp được chọn 1/1,5 Chiều caonền đường đắp tối thiểu phải từ 1,2 ÷ 1,5 m kể từ chỗ tiếp xúc với đất yếu[33]

Các hướng dẫn và yêu cầu thiết kế, thi công nền đường ô tô ở Việt Namtrong tiêu chuẩn: Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế - TCVN 4054:2005 và các tàiliệu khác [9], [18], [20], [36], [39] Nói chung nền đường cần đảm bảo cácyêu cầu sau:

- Nền đường phải đảm bảo ổn định toàn khối, tức là không để xảy ra cáchiện tượng: trượt lở mái ta luy; trượt trồi lún sụp nền đắp trên nền đất yếu…

- Nền đường phải đảm bảo có một cường độ nhất định và đảm bảo ổnđịnh về cường độ

Theo [11], [18], [23] cho thấy trong quá trình xây dựng và sử dụng, nềnđường có thể bị phá hoại, không đạt được các yêu cầu trên với nhiều nguyênnhân khác nhau, nhưng có thể nói rằng từ nền tự nhiên không tốt hoặc nền đấtyếu, không đủ sức chịu tải trọng nền đường đắp lên nó là nguyên nhân chủyếu, quan trọng phải xem xét đến đầu tiên

1.2 Nền đất yếu

1.2.1 Khái niệm đất yếu

Theo [19] và các tài liệu khác [23], [24] thì đất yếu là các loại đất có thể

Trang 23

có các nguồn gốc khác nhau (khoáng vật hoặc hữu cơ) và điều kiện hìnhthành khác nhau (trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đồng bằng tam giácchâu thổ hoặc hình thành do đất tại chỗ ở những vùng đầm lầy có mực nướcngầm cao, có nước tích đọng thường xuyên…) nhưng đều có các đặc trưngdưới đây:

- Cường độ chống cắt nhỏ và thường tăng lên theo độ sâu;

- Biến dạng nhiều (lún nhiều) khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài vàbiến dạng tuỳ thuộc thời gian chất tải;

- Tính thấm nước kém (hệ số thấm nhỏ) và thay đổi theo sự biến dạngcủa đất yếu;

- Hệ số rỗng lớn;

- Đất ở trạng thái bão hoà hoặc gần bão hoà nước

Theo [33] thì ở nước ta định nghĩa đất yếu như sau:

- Loại có nguồn gốc khoáng vật, thường là sét hoặc á sét trầm tích, hàmlượng hữu cơ có thể tới 10 ÷ 12% Ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm gần bằng hoặccao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét thì e  1,5, á sét thì e  1), lựcdính đơn vị theo kết quả cắt nhanh không thoát nước cu < 15 kPa, góc ma sáttrong  = 0 ÷ 10o, hoặc theo kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường cu < 35kPa

Ngoài ra, còn có đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e >

1, độ bão hòa G > 0,8)

- Loại có nguồn gốc hữu cơ, thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàmlượng hữu cơ chiếm tới 20 ÷ 80%

Nói chung, khái niệm đất yếu được hiểu giống nhau ở các nước [19]

1.2.2 Nền đất yếu ở Việt Nam

Theo [23], [24] cho thấy Việt Nam có diện tích không nhỏ thành tạo đất

Trang 24

yếu, đặc biệt là các vùng đồng bằng alluvi của sông Hồng, sông Cửu Long vàđồng bằng ven biển miền Trung.

Đất yếu thường gặp là các loại đất sét mềm, bùn và than bùn Ngoài ra ởmột số vùng còn gặp loại đất có ở nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất

ba zan ở Tây Nguyên, và thỉnh thoảng còn gặp các vỉa cát chảy là những loạiđất yếu có các đặc trưng riêng biệt

Thực tế của những năm xây dựng các công trình cho thấy móng củanhiều công trình công nghiệp, dân dụng, giao thông, thuỷ lợi… đặt trên nềnđất yếu

Ở miền núi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn,bãi thềm và vùng trũng dưới chân núi Cấu trúc của chúng không phức tạp,thường chỉ là một lớp đất yếu đồng nhất và có chiều dày không lớn lắm Côngtrình xây dựng trên các tầng đất nền này không cần dùng các biện pháp xử lýphức tạp

Ở các miền đồng bằng, nền đất yếu rất phổ biến, cấu trúc phức tạp và đadạng Chiều dày các tầng đất yếu khá lớn, thành phần trầm tích, trạng thái vàtính chất cơ lý của các lớp đất yếu cũng rất khác nhau và cũng là nơi tập trungcác công trình xây dựng Do đó, phải dùng các biện pháp xử lý nền phức tạp

và kinh phí xử lý khá tốn kém

1.2.3 Hiện tượng mất ổn định của nền đường đắp trên đất yếu

Ổn định của đất là tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải của đất đốivới các lực và các đặc trưng gây phá hoại trong đất do tải trọng bản thân củađất và tải trọng ngoài gây ra Ổn định tổng thể của nền đường và nền đất yếudưới nền đường có thể bị mất nếu các điểm phân tố mất ổn định đã xảy ratrong một vùng đáng kể [23]

Xét theo điều kiện ổn định của nền đất yếu dưới nền đường đắp có thể

Trang 25

nêu lên hai trường hợp mất ổn định thường gặp sau:

- Mất ổn định theo dạng phình trồi: đây là trường hợp nền đường chưa bị

xé rách nhưng bị võng xuống và đẩy đất yếu phình lên hai bên chân ta luy,như hình 1.2a Với trường hợp này vùng phá hoại (chứa các điểm mất ổnđịnh) trong nền đất yếu đã xuất hiện nhưng chưa đạt tới mức có thể gây ramột mặt trượt liên lục xé rách nền đất yếu và nền đường

- Mất ổn định theo dạng trượt trồi: trong trường hợp này đã xảy ra một

mặt trượt liên tục làm xé rách nền đường và đẩy đất yếu trượt trồi lên phíachân ta luy, như hình 1.2b Vùng phá hoại trong nền đất yếu đã vượt quá mứcgiới hạn tương ứng cho ổn định tổng thể của nền đường trên đất yếu

Nguy cơ mất ổn định càng lớn khi đất yếu phân bố ngay trên bề mặtthoáng và dễ xảy ra trong và ngay sau quá trình đắp nền đường (khi đất yếuchưa kịp cố kết) [19] Các tiêu chuẩn trên thế giới đều đưa ra yêu cầu đầu tiênkhi xây dựng nền đắp trên đất yếu là không được để xảy ra mất ổn định [52]

Vì đất yếu có độ bền thường nhỏ hơn nhiều so với đất đắp nền đường,nên khi đánh giá mức độ ổn định tổng thể của nền đường trên đất yếu người tathường dựa vào sức chịu tải - tải trọng giới hạn của nền đất yếu dưới tác dụngcủa tải trọng nền đường đắp [23]

Trang 26

1.3 Tải trọng của nền đường đắp tác dụng lên nền đất tự nhiên

Người ta thường tách riêng phần móng đặt trên nền đất tự nhiên để xemxét và gọi ứng suất tiếp xúc hay ứng suất đáy móng là tải trọng trực tiếp tácdụng lên nền đất Đối với nền đất tự nhiên chịu tác dụng tải trọng nền đườngđắp, thì tải trọng nền đường đắp được xem là tải trọng móng mềm [15], [29],[42], [51] Trị số áp lực tại mỗi điểm trên mặt thoáng chính bằng trọng lượngcột đất ở trên đó

Do nền đường đắp thường có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiềurộng và nền đất tự nhiên là bán không gian vô hạn, cho nên có thể xét bài toánphẳng để nghiên cứu Khi đó tải trọng nền đường đắp tác dụng lên nền đất,như hình 1.1 là tải trọng thẳng đứng (ứng suất đáy nền đường đắp) phân bố códạng hình thang, tức là hình dạng mặt cắt của nền đường Tuy nhiên, để đơngiản cho tính toán thực tế đã có rất nhiều nghiên cứu quy đổi phân bố ứngsuất tiếp xúc (áp lực) có dạng hình thang thành dạng hình tam giác hay dạnghình chữ nhật

1.4 Trạng thái ứng suất và tải trọng giới hạn của nền đất

1.4.1 Cân bằng đàn hồi và cân bằng dẻo

1.4.1.1 Đất là vật liệu đàn - dẻo lý tưởng

- Để làm cơ sở cho sự phân tích ổn định của khối đất, đất được giả thiết

có quan hệ giữa ứng suất và biến dạng như hình 1.3 sau:

Khi chịu tải, quan hệ ứng suất  và biến dạng  là tuyến tính trong phạm

Trang 27

vi Oa và khi ứng suất đạt đến trị số ứng với điểm a thì đường quan hệ ứngsuất - biến dạng song song với trục biến dạng (đường ab) Vật liệu có đặc tínhnhư vậy được gọi là vật thể đàn - dẻo lý tưởng: giai đoạn đầu là đàn hồi vàsau là chảy dẻo (biến dạng dẻo).

Sự cân bằng của đất ứng xử trong giai đoạn đàn hồi gọi là sự cân bằngđàn hồi (cân bằng bền) Sự cân bằng với trạng thái ứng suất biến dạng ứng vớiđiểm a (hoặc đoạn ab) trong hình là sự cân bằng dẻo (cân bằng giới hạn)

- Theo thuyết bền Mohr – Coulomb đối với đất nêu lên rằng: “cường độ chống cắt của đất tăng tuyến tính với ứng suất pháp và đất tại một nơi nào đó trong khối đất sẽ bị phá hoại nếu vòng tròn Mohr tại nơi ấy tiếp xúc với đường Coulomb của đất” Vòng tròn Mohr tiếp xúc với đường Coulomb

được quy ước gọi là vòng tròn Mohr giới hạn

Một điểm nào đó ở trong nền đất ở trạng thái cân bằng bền thì:

c tg

c,  - lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất

Ở trạng thái cân bằng giới hạn thì:

c tg

0 )

Trang 28

cát Với đất sét, điều kiện này áp dụng cũng tương đối phù hợp, nhưng phảixem xét ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng, mà áp lực này lại là một hàm củathời gian, vì vậy cường độ chống cắt cũng là một hàm của thời gian Một sốđất sét có tính chất đặc biệt là cường độ lực dính tăng theo thời gian trong quátrình cố kết như đất sét quá cố kết hoặc đất rời rạc như là khi đất bị hóa lỏngthì điều kiện bền Mohr – Coulomb có thể không được áp dụng.

- Theo lý thuyết đàn hồi, khi đất ứng xử trong giai đoạn đàn hồi, trạngthái ứng suất tại một điểm nào đó trong khối đất (bài toán phẳng) được đặctrưng bằng ba thành phần ứng suất x, z,

xz theo các phương trong hệ trục x0z,

hình 1.4 Các thành phần ứng suất phải

thoả mãn hai điều kiện: điều kiện cân bằng

tĩnh và điều kiện liên tục

Từ điều kiện cân bằng tĩnh ta có:

x z

xz x

xz z

trong đó:  - trọng lượng thể tích của đất

Từ điều kiện liên tục ta có:

2 2

Hình 1.4 Ứng suất tác dụng

trên phân tố đất

Trang 29

bằng các ứng suất x, z, xz ta có:

0 cos sin

2 2

sin 2

xz x

z

(1.6b)

Như vậy, dù phân tố đất tại điểm nào đó ở trạng thái cân bằng bền hoặc

ở trạng thái cân bằng giới hạn bài toán xác định ứng suất là tĩnh định: có đủ

ba phương trình để xác định ba thành phần ứng suất x, z, xz

Sử dụng phương trình (1.4) và (1.5) để xác định ứng suất trong khối đấtđang ở trạng thái cân bằng bền, dùng phương trình (1.4) và (1.6a) hoặc (1.6b)

để xác định ứng suất và hệ thống mặt trượt trong khối đất bị phá hoại

1.4.1.2 Đất là vật liệu cứng - dẻo lý tưởng

Trong trường hợp giai đoạn đàn hồi rất ngắn, tức điểm a trong hình trênxem như nằm trên trục tung (trục ) hình 1.5a vật liệu được xem như cứng -dẻo lý tưởng Khi ứng suất đạt đến độ cứng của đất, đất bị phá hoại kiểu

“giòn” và chuyển sang giai đoạn chảy dẻo hệ phương trình (1.4) và (1.6a)hoặc (1.6b) để xác định thành phần ứng suất tại điểm đã bị phá hoại “giòn”

Trang 30

Mô hình cứng - dẻo lý tưởng không thích hợp với đất và hiện bị phêphán nhiều Tuy nhiên, vẫn được dùng khi chỉ cần tính toán phân tích sự pháhoại đất vì tính toán đơn giản và kết quả tính toán cũng phù hợp với thựcnghiệm [31]

Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu xét đến tính biến dạng phituyến của đất [49], [58], [59], [62] như hình 1.5b Kết quả đạt được khá phùhợp với cách ứng xử của nhiều loại đất

1.4.2 Lý thuyết biến dạng tuyến tính

Lý thuyết biến dạng tuyến tính nghiên cứu cách ứng xử của đất khi đấtcòn làm việc trong giai đoạn 0a, ở hình 1.3, giai đoạn biến dạng tuyến tính

Hệ phương trình cơ bản của lý thuyết biến dạng tuyến tính:

Xét một phân tố đất tại điểm M trong khối đất trong hệ toạ độ Descartes,như hình 1.4 Trạng thái ứng suất tại M được xác định bằng các thành phầnứng suất x, z, xz (xét trong bài toán phẳng) thoả mãn điều kiện cân bằngtĩnh, hệ phương trình (1.4)

Với điều kiện tương thích của biến dạng, các thành phần ứng suất x,

z, xz phải thoả mãn phương trình (1.5)

Như vậy, ba phương trình có thể xác định được ba ẩn hàm x, z, xzkhi biết điều kiện biên của bài toán

Điều kiện tăng tải một chiều, các bài toán đàn hồi, ví dụ bài toánBoussinesq, bài toán Flamant, bài toán bàn nén… trong lý thuyết đàn hồi đềuđược ứng dụng trong cơ học đất

- Để xác định ranh giới của khu vực biến dạng dẻo, dựa vào điều kiệnMohr – Coulomb (bài toán phẳng), từ phương trình (1.6b) biến đổi ta được:

xz x

z

2

4 arcsin

2 2

(1.7)

Trang 31

Vế phải của biểu thức (1.7) là biểu diễn góc lệch  Khi  =  thì mọiđiểm trong đất nằm trên đường ranh giới của khu vực biến dạng dẻo và khuvực đàn hồi, khi  <  thì thuộc khu vực đàn hồi, khi  >  thì thuộc khu vựcbiến dạng dẻo.

Xét trường hợp một móng băng có chiều rộng b, chiều sâu đặt móng h.Dưới đáy móng có tải trọng phân bố đều p tác dụng Tải trọng của lớp đấttrong phạm vi chôn móng q = h Vì móng hình băng cho nên bài toán quy vềbài toán phẳng như hình 1.6

Tại một điểm M ở độ sâu z, trên biên vùng biến dạng dẻo, ứng suất thẳngđứng zo do trọng lượng bản thân gây ra

về thể tích, cho nên hệ số nở hông  = 0,5 và như vậy hệ số áp lực ngang k =

/(1 - ) = 1,0 Dựa trên lập luận đó người ta giả thiết một cách gần đúng rằng

Trang 32

k = 1,0 và xo = zo = (h + z) Như vậy xo, zo đều là ứng suất chính, vìvậy người ta nói rằng ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây nền phân bốtheo quy luật thuỷ tĩnh [1]

Ứng suất chính do tải trọng gây ra tại M tính theo công thức:

 

2 ,

Muốn tìm phương trình biểu diễn ranh giới khu vực biến dạng dẻo phải

áp dụng điều kiện cân bằng giới hạn Morh - Coulomb biểu diễn dưới dạngứng suất chính 1, 2 và biến đổi ta được:

2 1

(1.12)Phương trình (1.12) cho ta trị số z, là chiều sâu của những điểm nằm trênđường ranh giới của khu vực biến dạng dẻo Chiều sâu z thay đổi tùy theo gócnhìn 2 Để tìm chiều sâu lớn nhất của khu vực biến dạng dẻo thì phải xuấtphát từ điều kiện:

  1 0

sin

2 cos

Trang 33

vực biến dạng dẻo:

h ctg

c h z ctg

độ phát triển khác nhau của khu vực cân bằng giới hạn

- Nhận thấy khi khu vực dẻo dần phát triển, thì điểm chảy dẻo của khuvực đó (tương ứng với zmax) chạy trên một vòng tròn có quỹ tích đi qua haimép đáy móng với góc nhìn 2 (đường nét đứt trong hình 1.7a)

N N Maslov quy định không cho khu vực dẻo phát triển vào phạm vidưới đáy móng bao gồm giữa hai đường thẳng đứng đi qua mép đáy móng,như hình 1.7b khi đó:

Trang 34

I V Iaropolxki, tải trọng giới hạn là tải trọng ứng với lúc khu vực cânbằng giới hạn phát triển tới độ sâu lớn nhất, như hình 1.7c, khi đó:

2

sin 1

Lúc này các khu vực cân bằng giới hạn đã nối liền nhau, do đó tải trọngtính theo công thức Iaropolxki có thể coi là tải trọng giới hạn (tải trọng pháhoại), tương ứng với trạng thái của nền đất lúc bắt đầu mất ổn định Tải trọngtính theo công thức của Maslov có thể coi là tải trọng cho phép [15]

Tiếp theo là các nghiên cứu của V A Florin, M V Malưsev… M I.Gorbunov – Poxadov còn xét cả ảnh hưởng của tính nhám của đáy móng đốivới hình dạng khu vực biến dạng dẻo

- Phương pháp xây dựng những đường đẳng trị K0 theo G M.Sakhunhian [18], [26] Với K0 là hệ số ổn định chống trượt tại một điểm tínhtoán trong nền đất, có trị số bằng:

có chiều rộng là bd Phương pháp này không có sự khác biệt về nguyên tắc sovới cách làm theo công thức (1.7)

- Đặng Hữu [22] đã kiểm tra ổn định nền đường bằng ứng suất cắt hoạtđộng a, được tính:

2 1 2 1

Trang 35

trong đó: a - ứng suất cắt hoạt động.

Tại một điểm trong nền đất nếu a < c thì ổn định, ngược lại xuất hiệnbiến dạng dẻo

Trường hợp tải trọng nền đường phân bố theo dạng hình thang cân vớicác độ dốc ta luy của nền đường đắp khác nhau, giả thiết bỏ qua trọng lượngbản thân nền đất tự nhiên, tính được tải trọng an toàn và tải trọng giới hạn ứngvới trường hợp vùng biến dạng dẻo có chiều rộng bẳng nửa bề rộng trungbình của tiết diện tải trọng

Khi xét đến trọng lượng bản thân nền đất tự nhiên, ứng suất cắt hoạtđộng sẽ là:

a = a - z tg

(1.22)

với: z - là độ sâu điểm xem xét

Sau đó dựa vào điều kiện a = c và có thể dùng phương pháp đồ giải để

vẽ ranh giới vùng biến dạng dẻo

Nói chung, các phương pháp nêu trên dựa vào lý thuyết đàn hồi để xácđịnh ứng suất sau đó xác định vùng biến dạng dẻo trong đất, rồi khống chếphát triển của khu vực này để xác định tải trọng giới hạn lên nền đất Cáchlàm này có nhiều hạn chế, bởi nếu nền bị trượt thì một phần lớn nền đấtkhông còn nằm trong giai đoạn biến dạng tuyến tính nữa Do mâu thuẫn đó,hình dáng của khu vực biến dạng dẻo xác định theo phương pháp này khôngthể coi là chính xác được, tất nhiên khu vực biến dạng dẻo càng phát triển thì

sự sai lệch này lại càng lớn [15]

Theo M I Gorbunov – Poxadov thì khi trong nền đã xuất hiện vùng biếndạng dẻo và ngay cả khi nền bị trượt, vùng biến dạng dẻo vẫn phải tiếp xúcvới vùng biến dạng đàn hồi vốn rộng lớn hơn [29]

Trang 36

Tuy vậy, các khu vực biến dạng dẻo rất nhỏ, khi nó không gây nên sựbiến đổi quá lớn về trạng thái ứng suất của đất nền, cũng như không gây nên

sự phát triển quá lớn của các khu vực biến dạng dẻo thì có thể chấp nhận đất

là nửa không gian biến dạng tuyến tính Thực tế, để áp dụng được lý thuyếtnày người ta quy định chiều sâu phát triển tối đa của khu vực biến dạng dẻo là1/4 chiều rộng tải trọng [15], [44]

1.4.3 Lý thuyết cân bằng giới hạn

1.4.3.1.Cơ sở của lý thuyết cân bằng giới hạn

Lý thuyết cân bằng giới hạn được xây dựng trên các cơ sở sau:

- Dùng mô hình cứng - dẻo, hình 1.5a;

- Công nhận thuyết phá hoại Mohr – Coulomb;

- Giả thiết rằng khi khối đất bị phá hoại thì mọi điểm của khối đất đềucùng đạt trạng thái ứng suất giới hạn

Trang 37

Do vậy, các thành phần ứng suất x, z, xz tại M thoả mãn hai phươngtrình cân bằng tĩnh viết theo hai phương x, z và phương trình trạng thái:

1.4.3.3 Các lời giải của hệ phương trình cơ bản

- Lời giải của L Prandtl: Năm 1920, hệ phương trình (1.23) được giảilần đầu tiên cho đất không trọng lượng ( = 0) Tải trọng giới hạn ứng với sơ

4 2

Z x z

X z x

x z xz x

z xz z xz x

Trang 38

đồ hình băng (móng băng cứng chiều rộng b, có đáy móng trơn nhẵn) khi cótải trọng hông (tải trọng bên) q = h, được xác định theo biểu thức:

sin 1

(1.24)trong đó: e - cơ số logarit tự nhiên;

pgh - tải trọng giới hạn của nền đất

Công thức (1.24) trên ứng với sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và cácmặt trượt trình bày ở hình 1.9 Trong khu vực I, đường trượt là những đoạnthẳng làm với phương đứng một góc (/4 - /2) Trong khu vực II, có hai họđường trượt, trong đó họ thứ nhất là những đường xoắn logarit có điểm cựctại mép móng và xác định theo phương trình r = roetg, còn họ thứ hai lànhững đoạn thẳng xuất phát từ cực Trong khu vực III, đường trượt là nhữngđoạn thẳng làm với phương đứng một góc (/4+/2)

Khi  = 0, theo Prandtl, trong trường hợp bài toán phẳng, tải trọng giớihạn sẽ bằng:

pgh = (+2)c+q

(1.25)

Nhận thấy, các công thức (1.24) và (1.25) tính tải trọng giới hạn củaPrandtl không có thông số chiều rộng móng b và chiều rộng tải trọng bên L

Trang 39

- Năm 1938, Novotortsev đã phát triển bài toán của Prandtl cho trườnghợp có tải trọng nghiêng.

- Năm 1942, V V Sokolovski là người đầu tiên đề ra phương pháp tínhbằng số để giải một cách gần đúng hệ phương trình vi phân cân bằng có xétđến trọng lượng của đất

Đây là bài toán tổng quát nhưng hay gặp trong thực tiễn tính toán địa kỹthuật, Sokolovski đề nghị phương pháp cộng tác dụng cho hai trường hợp:+ Đất không có trọng lượng, tức có  = 0 nhưng   0 và c  0;

+ Đất có trọng lượng, tức có   0,   0 nhưng c = 0

Phương pháp của Sokolovski là một đóng góp lớn trong việc phát triển

và vận dụng lý luận cân bằng giới hạn để nghiên cứu sự ổn định của các nềnđất, cũng như các mái dốc và nghiên cứu áp lực lên tường chắn

Thực tế xây dựng và thí nghiệm mô hình đã chứng tỏ rằng khi khối đất

bị phá hoại, các điểm của khối đất không đạt trạng thái phá hoại cùng lúc mà

có nơi đang ở trạng thái cân bằng bền [31]

Mặc dù vậy, lý thuyết cân bằng giới hạn vẫn mô phỏng một cách gầnđúng sự làm việc của nền khi mất ổn định [29] Kết quả tính toán có giá trịquan trọng trong việc xây dựng các công thức, các phương pháp bán kinhnghiệm hiện nay phù hợp với thực tế khách quan khá phức tạp khi khối đất bịphá hoại [31]

1.4.4 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất

Khác với lý thuyết cân bằng giới hạn, lý thuyết đàn - dẻo xét đến ứng xửđàn hồi trước khi đất đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn Mô hình đất đượcxét là mô hình đàn - dẻo, như mô tả ở hình 1.3

Thí nghiệm đã chứng tỏ rằng, khi khối đất bị phá hoại không phải cácđiểm của khối đất đều đạt trạng thái cân bằng giới hạn - tức là cân bằng dẻo

mà còn có những miền trong đó đất đang còn ứng xử đàn hồi Lý thuyết này

Trang 40

đã xét đến thực tế ứng xử khách quan của khối đất.

Các công trình nghiên cứu về vấn đề này rất phong phú, trong đó phải kểđến những công trình của V A Florin, D E Plosin, I V Iaropoxki… đặcbiệt là lý thuyết Cam - Clay

1.4.4.1 Tải trọng giới hạn đàn hồi

Nền đất chịu tải trọng hình băng phân bố đều, như hình 1.6, xét trườnghợp tải trọng bên q = 0 và nền đất có  = 0,  = 0 và c ≠ 0, theo N P.Puzyrevski thì tải trọng giới hạn đàn hồi p0 xác định theo lý thuyết biến dạngtuyến tính:

1.4.4.2 Bài toán hỗn hợp đàn - dẻo về khối đất

Như trên đã nói, khi tải trọng ngoài p lớn hơn tải trọng giới hạn đàn hồi

po thì trong khối đất đã xuất hiện vùng biến dạng dẻo Xác định biên vùngbiến dạng dẻo và trạng thái ứng suất trong vùng biến dạng dẻo và vùng đànhồi là yêu cầu của bài toán

Định dạng
Số trang	184
Dung lượng	1,79 MB