Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnh modulus của đất theo mức độ chuyển vị của tường chắn

Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnh modulus của đất theo mức độ chuyển vị của tường chắn

ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

HỐ ĐÀO SÂU CÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướngdẫn : TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận Văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng

I- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Nhiệm vụ:Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnh

modulus của đất theo mức độ chuyển vị của tường chắn

Nội dung:

Mở ĐầuChương 1: Tổng quan về sự điều chỉnh thông số modulus của đấtChương 2:Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâubằng phần tử hữu hạn

Chương 3:Phân tích chuyển vị tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnhmodulus của đất theo mức độ chuyển vị của tường

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

CÁN BỘ HƯỚNG DẪNCHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

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

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô 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 trong thời gian qua

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩLê Trọng Nghĩa, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh

thần trong thời gian học viên thực hiện Luận văn Thầy đã truyền đạt cho họcviên hiểu được phương thức tiếp cận và giải quyết một vấn đề khoa học, đây làhành trang quí giá mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếptheo của mình

Và cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp

đỡ học viên trong thời gian học tập vừa qua

Chân thành cảm ơn!

1. TÓM TẮT LUẬN VĂN

ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

TÓM TẮT

Chuyển vị của tường bêtông cốt thép được quan trắc ở dự án Ngân hàngcủa Thái Lan (BOT), nằm trên bờ sông Chao Praya, Bangkok Dự án báo gồmnăm tầng hầm với tổng độ sâu đào là 15.2m Dự án này đã mất hơn một năm đểhoàn thành tất cả các hố đào và xây dựng từ trên xuống cho các tầng hầm Diệntích hố đào hơn 10.790 m2, và được chia thành mười ba khu vực xây dựng.Trình tự thi công tầng hầm ở từng khu vực Thi công đào được tạm dừng ở bagiai đoạn đào 2, 4 và 6 ở độ sâu 1.75m; 8.1m và 15.2m tương ứng Trong suốtthời gian thi công, công trình có tiến hành quan trắc chuyển vị ngang củatường Hệ thống quan trắc đầy đủ được thiết lập trong tường và mặt đất nềnxung quanh để theo dõi trong suốt quá trình thi công và sau khi hoàn thànhcông trình

Số liệu đo đạt được sử dụng để phân tích ngược với các dự báo của phầnmềm PLAXIS 3D Foundation khi điều chỉnh modulus của đất sử dụng mô hìnhMorh-Coulumbcho tương thích với giá trị quan trắc theo từng cấp đào

Kết quả việc phân tích ngượclà modulus của đất giảm dần khi chiều sâuđào tăng dần theo từng bước thi công Một tương quan giữa modulus của đấtvàmức độ chuyển vị1 của tường với từng cấp đào được thiết lập cho hệ thốngtường bêtông cốt thép, thi công hố đào theo phương pháp top-down trên nềnđất ở Bangkok thông qua hệ số hiệu chỉnh 2 Hệ số  =150-300 cho đất sétyếu và  =1200-800 cho lớp sét cứng

1Mức độ chuyển vị là tỉ số umax/h, với umax là giá trị chuyển vị lớn nhất củatường, h là chiều sâu của hố đào tại cấp đào tương ứng

2Eu=Su hệ số hiệu chỉnh modulus của đất theo sức chống cắt không thoát nước

SUMMARY OF THESIS

TITLE

ANALYSIS DISPLACEMENT OF DIAPHRAGM WALLS ONEXCAVATION WITH AMENDMENT OF MODULUS SOIL BYLEVELDISPLACEMENT OF DIAPHRAGM WALLS

ABSTRACT

A movement of Diaphragm walls was monitored at the Bank ofThailand(BOT) project, located on the Chao Praya Riverbank, Bangkok The projectconsisted of five undergroundbasement floors with the total depth ofexcavation about15.2 m This project took more than one year to finishall theexcavation and top-down construction for thebasement floors The area ofexcavation was larger than10,790 m2, and was divided into thirteenconstructedzones The sequence of basement construction at eachzone Theexcavationwas paused at three main excavated stages 2, 4 and 6at the depth of1.75 m, 8.1 m and 15.2 m, respectively.The full set of instrumentation wasinstalled at the palaces, diaphragm wall and ground surface to monitor the fieldperformances during and after basement construction

The field measurement used to back analysis with prediction of softwarePLAXIS 3D Foundation when amendment of modulus soil which use modelMorh-Coulumb for compatibility with the value observef for each excavationlevel

Results of back analysis is the modulus of soil decrease gradually whendepth excavation increase gradually with each step of construction.Acorrelationbetween the modulus of the soil and the set leveldisplacement of the wall witheach level of excavation is set for systemsdiaphrgamwall,construction top-down approachontheground in Bangkok through thecorrection factor  Factor

 =150-300 with soft clay and  =1200-800 with stiff clay

2. MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼvi

DANH MỤC ĐỒ THỊ viii

MỞ ĐẦU1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI 2

5 GIỚI HẠN PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

6 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 2

7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT 4 1.1 TỔNG QUAN 4

1.2 THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT 5

1.3 HỆ SỐ POISSON [17] 16

1.4 HỆ SỐ THẤM 17

1.5 KẾT LUẬN 18

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PP PTHH [6][16] 21 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 3D FOUNDATION 1.6 21

2.2 MÔ HÌNH VẬT LIỆU 21

2.3 ĐỊNH NGHĨA BIẾN DẠNG THÔNG THƯỜNG 21

2.4 PHÂN TỬ BỀ MẶT 22

2.5 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT HỮU HIỆU KHÔNG THOÁT NƯỚC VỚI CÁC THAM SỐ HỮU HIỆU 22

2.6 THAM SỐ SKEMPTON B 24

ỨNG SUẤT TỔNG 26

2.8 ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT BAN ĐẦU TRONG MÔ HÌNH NÂNG CAO .26

2.9 ỨNG SUẤT BAN ĐẦU 28

2.10 LỰA CHỌN MÔ HÌNH 29

2.10.1 Mô hình Mohr-Coulumb (MC) 29

2.10.2 Mô hình hardening soil (HS) 35

2.10.2.2 Biến dạng thể tích dẻo đối với trạng thái ứng suất ba trục 37

2.11 NHÂN TỐ THỜI GIAN [6] 38

2.12 CÁC LỖI THƯỜNG GẶP VỚI MÔ HÌNH 3D 39

2.13 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 42

Chương 3 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG 44 3.1 SỐ LIỆU CÔNG TRÌNH 44

3.2 PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION 45

3.2.1 Thông số đầu vào 45

3.2.2.Mô hình Plaxis 3D 50

3.2.3 Kết quả tính toán và phân tích dữ liệu 54

3 3 KẾT LUẬN 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 4.1 KẾT LUẬN 72

4.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 73

4.3 KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

3 DANH MỤCHÌNH ẢNH, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mặt cắt đất nền ở Bangkok 4

Hình 1.2 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus [4][10][17] 6

Hình 1.3 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus cho hố đào sâu 7

ở đất nền Bangkok [10] 7

Hình 1.4 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét mềm Bangkok 9

Hình 1.5 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét cứng Bangkok 9

Hình 1.6 Mô hình hình học, điều kiện thanh chống và trình tự đào 10

Hình 1.7 So sánh đặc tính nén của đất với dữ liệu quan trắc ở Nam Boston 11

Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang và độ lún nền cho OCR=1 của đất sét 12

Hình 1.9 Ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống đến chuyển vị ngang và độ lún nền cho OCR=1 của đất sét 13

Hình 1.10 Ảnh hưởng khoảng cách thanh chống cho chuyển vị lớn nhất của tường và moment uốn 13

Hình 1.11 Mô hình đối xứng, độ dày tường vây là 0.9m, B/2=20m Bề rộng của hố đào và thông số độ cứng của tường được nghiên cứu [Fino và Harahap, 1991] 14

Hình 1.12 Kích thước mô hình hố đào 14

Hình 1.13 Chuyển vị ngang của tường và độ lún nền trong tiến trình đào 15

Hình 1.14 Chuyển vị ngang của chín bước thi công hố đào 15

Hình 1.15 Độ lún nền của chín bước thi công hố đào 16

Hình 2.1 Minh hoạ ứng suất tiền cố kết dọc trong mối quan hệ với ứng suất hiện tại (a) Sử dụng OCR, (b) Sử dụng POP 27

Hình 2.2 Trạng thái quá cố kết đạt được từ việc chất tải trước và sau đó dỡ tải 28

Hình 2.3 Quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình đàn dẻo 30

Hình 2.4 Mặt giới hạn Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính (c=0) .31

Hình 2.6 Ứng suất cắt điều kiện làm việc của vật liệu 33

Hình 2.7 Xác định E0 và E50 từ kết quả thí nghiệm nén ba trục thoát nước 34

Hình 2.8 Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol cho mẫu chịu nén ban đầu 37

Hình 2.9 Lỗi giới hạn của Plaxis về số phần tử 40

Hình 2.10 Lỗi phần tử xấu khi Mesh lưới phần tử 41

Hình 2.11 Lỗi Phân kỳ và hội tụ 41

Hình 2.12 Thông số kích thước phân bố phần tử địa phương 42

Hình 3.1 Vị trí và khu vực chia quá trình đào của dự án BOT 46

Hình 3.2 Vị trí và khu vực chia quá trình đào của dự án BOT 46

Hình 3.3 Các bước đào từ trên xuống của công trình và dữ liệu đo nghiêng của dự án BOT 47

Hình 3.4 Thuộc tính kỹ thuật của đất ở dự án BOT 48

Hình 3.5 Mô phỏng một nữa hố đào có cọc, mesh 3D 51

Hình 3.6 Mô hình Plaxis 3D Foundation 52

Hình 3.7 Mesh 3D mô hình Plaxis 3D Foundation 53

Hình 3.8 Chuyển vị ngang tường chắn hố đào sâu trong Mô hình Plaxis 3D Foundation 54

Hình 3.9 Chuyển vị khi đào xuống -1.75 trong Mô hình Plaxis 3D Foundation .55

Hình 3.10 Chuyền vị khi đào xuống -8.1 trong Mô hình Plaxis 3D Foundation .56

Hình 3.11 Chuyền vị khi đào xuống -15.2 trong Mô hình Plaxis 3D Foundation .57

4. DANH MỤC ĐỒ THỊ

Biểu đồ 1.1 Khoảng biến dạng theo modulus chống cắt G (Mair, 1993) [17] 5

Biểu đồ 1.2 Giá trị Eu kinh nghiệm, Duncan & Duchigani, 1976 [10] 5

Biểu đồ 3.1 Kết quả so sánh quan trắc và tính toán bằng Plaxis 60

Biểu đồ 3.2 Quan trắc và các trường hợp tính toán điểm No.9 đào đến -1.75m .61

Biểu đồ 3.3 Tổ hợp được lựa chọn và quan trắc điểm No.9 đào đến -1.75m 62

Biểu đồ 3.5 Tổ hợp được lựa chọn và quan trắc điểm No.9 đào đến -8.1m 64

Biểu đồ 3.6 Quan trắc và các trường hợp tính toán điểm No.9 đào đến -15.2m .65

Biểu đồ 3.7 Tổ hợp được lựa chọn và quan trắc điểm No.9 đào đến -15.2m 66

Biểu đồ 3.8 Quan trắc và các tổ hợp tính toán lựa cho từng bước đào No.9 67

Biểu đồ 3.9 Vị trí chuyển vị lớn nhất theo chuyển sâu phụ thuộc vào độ sâu đào (Quan trắc và tính toán Plaxis) 69

Biểu đồ 3.10 Sự Biến thiên modulus Eu theo độ sâu của từng lớp đất 70

Biểu đồ 3.11 Sự biến thiên hệ số  theo độ sâu của từng lớp đất 70

Biểu đồ 4.1 Hệ số  theo độ sâu đào sét yếu và sét cứng 72

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thuộc tính kỹ thuật của BBC từ mô hình đất MIT-E3 11

Bảng 1.2 Thuộc tính mô hình Cam-Clay cải tiến sử dụng tổng hợp quan trắc, trên đất cố kết thường với K0=0.53 (Hashash) 14

Bảng 1.3 Hệ số Poisson của một số loại đất [5] 17

Bảng 1.4 Một sô giá trị hệ số thấm của các loại đất theo tổng kết của Das [9].18 Bảng 1.5 Modulus và hệ số Poission [5] 20

Bảng 3.1 Trình tự xây dựng tầng hầm của trường hợp lịch sử BOT 45

Bảng 3.2 Thông số Rinter được lấy theo đề nghị của Plaxis 45

Bảng 3.3 Bảng tóm tắt thông số sử dụng trong mô hình Morh-Coulomb 49

Bảng 3.4 Thông số đầu vào của vật liệu khác 50

Bảng 3.5 Các trường hợp modulus của 3 lớp đất 50

Bảng 4.1 Bảng tổng kết quả nghiên cứu 72

1. MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, các công trình nhà cao tầng mọc lên ngày càngnhiều Dẫn đến việccác công trình này phải có một diện tích công trình ngầm đủ lớn

để chứa các thiết bị phụ trợ như hệ thống điện, hệ thống nước … và bãi giữ xe Vấn

đề cần giải quyết là phải có một hệ thống tường chắn phù hợp với việc độ sâu củacông trình ngầm ngày càng lớn Ở đây việc chống chuyển vị của tường chắn hố đàosâu của công trình ngầm nổi lên như là một vấn đề thách thức cần phải được giảiquyết

Theo các nghiên trước đó, chuyển vị của tường chắn hố đào sâu phụ thuộcrất nhiều vào tham số modulus biến dạng của đất Mà tham số này lại biến đổi trongsuốt quá trình thi công đào đất từ khi tường bắt đầu chuyển vị chứ không phải hằng

số Trong các bài toán phân tích thông thường, người ta chỉ xét đến thông sốmodulus là hằng số trong suốt quá trình thi công Để hiểu rõ hơn và mô phỏng gầnthực tế các bước thi công có điều chỉnh tham số modulus biến dạng của đất theomức độ chuyển vị của tường chắn sao cho tương thích với giá trị quan trắc của cácbước thi công ở các công trình hố đào sâu

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Mục tiêu: “Đề nghị phương pháp hiệu chỉnh thông số module biến dạng

của đất theo mức độ chuyển vị của tường trong quá trình thi công”.

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Tổng hợp các nghiên cứu trước đó

+ Sử dụng kết quả quan trắc ngoài thực địa công trình đã thi công

+ Thiết lập các thông số đầu vào và thành lập mô hình trong Plaxis

+ Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation 1.6 phân tích ngược để hiệuchỉnh modulus biến dạng của đất

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài này có ý nghĩa nhằm đưa ra hướng hiệu chỉnh tham số modulus biếndạng Đưa ra các giải pháp xây dựng mô hình đất của hố đào sâu bằng Phần mềmPlaxis 3D Foundation 1.6 Dự báo được chính xác chuyển vị của từng bước thi cônggiúp tránh rủi ro trong quá trình thi công đào đất trong hố đào sâu Vì khái niệm hốđào sâu luôn được hiểu đồng nghĩa với sự nguy hiểm Chính tính chất đặt thù nàynên việc dự báo được chính xác các xu hướng ứng xử của hố đào sâu, nhất làchuyển vị của tường chắn là việc rất có ý nghĩa cho một thiết kế ngày càng an toàn

5 GIỚI HẠN PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc khảo sát chuyển vị ngang củatường chắn hố đào sâu Và đối tượng nghiên cứu từ công trình BOT, ở Thái Lan

vị của tường gần với quan trắc của 3 bước đào tương ứng.Dẫn đến việc xây dựng

mô hình tính toán mất nhiều thời gian

7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

Chương 1 TỔNG QUAN về sự điều chỉnh thông số modulus của đất

Tổng quan về lý thuyết liên quan đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu Cáccông trình nghiên cứu về quan hệ biến dạng và modulus biến dạng

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦATƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN(PP PTHH)

Ở đây ta sử dụng phần mềm “PLAXIS 3D Foundation 1.6” để phân tíchngược theo mô hình Mohr-Coulumb.

Chương 3 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓXÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Từ kết quả phân tích ở chương 3.Đưa ra xu hướng giảm modulus biến dạngcủa đất theo mức độ chuyển vị của tường

1 Chương 1.TỔNGQUAN VỀ SỰ ĐIỀU CHỈNH

THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT

1.1 TỔNG QUAN

Việc dự báo chính xác sự thay đổi giá trị module biến dạng ứng với ứng suất

và biến dạng của đất rất khó khăn vì đất là mô hình phi tuyến Còn trong phân tíchbằng PP PTHH là mô hình đẳng hướng nên chỉ thuận tiện cho việc thay đổi giá trịmodulus biến dạng theo độ sâu (Ohta and Hayashi, 1997; Anderbrooke và cộng sự,1997).[3]

Ở Bangkok, địa chất khu vực đồng bằng châu thổ bên dưới có lớp đất sétbiển rất yếu Đây là vấn đề cần quan tâm khi xây dựng công trình ở đây.Đã có rấtnhiều công trình nghiên cứu sức chống cắt và đặc điểm cố kết của đất sét yếu ở khuvực này Mặt khác, việc thiết kế và thi công các công trình ngầm yêu cầu ngườithiết kế phải có hiểu biết về ứng xử của lớp đất yếu này vàđảm bảo biến dạng củacông trình ngầm nhỏ hơn 1%

Hình 1.1Mặt cắt đất nền ở Bangkok

1.2 THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT

Hiện nay, mô phỏng đặc trưng quan hệ ứng suất - biến dạng của đất chủ yếudựa vào phân tích sử dụng PP PTHH Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để

mô phỏng tương thích nhất ứng xử quan hệ ứng suất - biến dạng của đất Mà ứng xửcủa đất quá phức tạp nên việc đơn giản hoá bài toán là cần thiết Như một quy luật,

độ cứng lớn ở biến dạng nhỏ và giảm dần dần để vật liệu bắt đầu biến dạng và nó

sẽ đạt giá trị ngưỡng tại một số biến dạng lớn.

Biểu đồ 1.1Khoảng biến dạng theo modulus chống cắt G (Mair, 1993)[19]

Biểu đồ 1.2 Giá trị Eu kinh nghiệm, Duncan & Duchigani, 1976 [15]

Balasubramaniam and Bremet

Bangkok

Bowels

Embankment

Bergado Hock, Soft Clay Hock, Stiff Clay

100 E'max

100 E'max

Hình 1.2 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus[14][15][19]

GHI CHÚ

Sivadran, at NNH, 4m depths

1975

Chaiseri and Parkison, Top down

construction with diaphragm wall.

Bowels, Soft Bangkok Clay

Heluin, used FEM to analysis

Viggiani and Atkinson

10 m depth Vucetic and Dobry

E/Su(FVS) 100

Times

500

1988 Eu/Su200

400

1989

Eu/Su Soft Clay

800 Eu/Su Stiff Clay

1600

1991

E/Su Mohr-Coulumb Used FEM

500 Eu/Su Soft Clay

1995

2000

400 Eu/Su

1995

Viggiani and Atkinson

at MRTA station, 20 m depth

300 Eu/Su

1500

850 1000

Hình 1.3 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus cho hố đào sâu

Các kết quả nghiên cứu từ các công trình thực tế

Dự án đại học Thamasart[1]

Dự án sử dụng tường diaphragm wall với độ sâu đào là 20m Kết quả phân

tích ngược so với quan trắc tương thích khi chọn modulus E u /S u =500 cho đất sét yếu và chọn modulus E u /S u =2000cho đất sét cứng.

Dự án công trình ngầm Dingdang và Dự án khu phức hợp Sathorn cho

kết quả tốt với khoảng biến động ở trên [1]

Trong dự án Metropolitan Rapid Trasnit (MRT) northern thi công bởi

Cambridge In-situ of Little Eversden (1997) có kết quả ở chuyển vị cắt 0.1~0.2%

cho G/S u =160 và E u /S u =480 Còn ở chuyển vị cắt 0.05~0.1% cho G/S u =340 và

E u /S u =1020 [15]

Độ cứng của đất sét mềm từ kết quả thí nghiệm nén ngang cho kết quả trùngkhớp với phân tích ngược (Hình 1.4) Nhưng thí nghiệm nén ngang của đất sét cứnglại cho kết quả độ cứng thấp hơn so với phân tích ngược (Hình 1.5)

Phein-wej và cộng sự (1996) phân tích từ dữ liệu chuyển vị thực tế của một

số dự án hố đào sâu ở Bangkok cho cả hai loạitường cọc bản thép và tường vâybêtông cốt thép Thì cho kết quả, tường cọc bản thép có khoảng chuyển vị lớn nhấtnằm khoảng 1~2% độ sâu của hố đào Tường vây betong cốt thép chuyển vị lớnnhất không vượt quá 0.5% độ sâu của hố đào [19]

Ou và cộng sự (2000) quan trắc chuyển vị nền của công trình gây ra bởi quá

trình thi công hố đào theo phương pháp top down với tường vây bêtông cốt thép.Hệ

thống quan trắc tổng quát được thiết lập trong quá trình đào công trình TaipeiNational Enterprising Center (TNEC), họ đã quan trắc độ lún dọc, biến dạng ngang

và biến dạng cắt Biến dạng dọc trục tăng theo độ sâu hố đào, cao nhất đạt 0.5%chiều sâu của hố đào tại bước thi công 13 (hố đào có sàn ở độ sâu 19.7m tính từ mặtđất tự nhiên Trong khi biến dạng cắt lớn nhất và biến dạng ngang lớn nhất đạt đượcxung quanh 0.6 đến -0.6% chiều sâu hố đào ở bước thi công 13 Tuy nhiên, quátrình đào hoàn toàn không thoát nước với thể tích không đổi Dựa vào sự theo dõi

hiện trường đất phía sau tường có thể tích không đổi trong khi đào, nó có thể là do

cố kết hay ứng xử từ biến của đất.[19]

Hình 1.4 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét mềm Bangkok

Hình 1.5 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét cứng Bangkok

Khảo sát chuyển vị của tường vây cứng (diaphragm wall) Phân tích theo môhình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas, 1994), mô tả sự thay đổi cácthông số phụ thuộc K0chosét quá cố kết Thực hiện trên mẫu đất sét xanh Boston,USA.

(a) Điều kiện ban đầu và tổng hợp thông số địa kỹ thuật

(b) Trình tự đào

Hình 1.6Mô hình hình học, điều kiện thanh chống và trình tự đào

Hình 1.6 (a) cho thấy các thông số thay đổi của mô hình hướng đến là chiềudài tường, độ sâu hố đào, khoảng cách đặt các thanh chống theo phương đứng vàphương ngang Nghiên cứu sự thay đổi các thông số này để xem xét sự ảnh hưởngcủa từng thông số lên chuyển vị ngang của tường và độ lún nền xung quanh.

Hình 1.7So sánh đặc tính nén của đất với dữ liệu quan trắc ở Nam Boston

Bảng 1.1Thuộc tính kỹ thuật của BBC từ mô hình đất MIT-E3

Tỷ số áp lực ngang nén 3 trục

Tỷ số sức chống cắt không

thoát nước trên cắt trực tiếp

Modulus cắt cát tuyến tại  =

375200800.213.00.340.20.17

>10

0.690.58

4252301050.413.50.640.70.31

>10

1.001.10

4902651200.776.01.209.00.52

>10

* suDSS/’vo= suDSS/’vo

Thuộc tính kỹ thuật của mô hình đất được sử dụng trong phân tích được trìnhbày ở Bảng 1.1có hệ số OCR thay đổi.

Hình 1.8 thể hiện ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển

vị ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L=40m và 20m Khi đào đến cáccấp đào H=2.5m, 5.0m, 10.0m, 15.0m, 22.5m cho đất OCR=1 Khi chiều sâu tườngtăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm Còn độ lún nền không bị ảnh hưởngnhiều bởi thay đổi chiều dài tường

Và Hình 1.9 xét đến ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống theo phươngđứng Kết quả là khoảng cách thanh chống ảnh hưởng đáng kể đến độ lún nền xungquanh và cả chuyển vị ngang của tường

(b) chuyển vi ngang của tường

Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang và độ lún nền cho

OCR=1 của đất sét

(a) Độ lún nền

(b) Chuyển vị ngang của tường

Hình 1.9Ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống đến chuyển vị ngang và độ lún

nền cho OCR=1 của đất sét

Hình 1.10 Ảnh hưởng khoảng cách thanh chống cho chuyển vị lớn nhất của tường

và moment uốn

Ghaboussi và Sidarta, 1997, dựa vào mô hình NN (Hệ thống thần kinh Neural net work) và NANN (Hệ thống thần kinh tương thích - Nested AdaptiveNeural Network) Phân tích bằng phương pháp số so với quan trắc Công trình trênđất cố kết thường của mẫu sét xanh Boston Kích thước mô hình mô phỏng là nữachiều rộng B/2=20m, tường vây cứng dày 0.9m Có chiều dài tường là L=40m.(Hình 1.11, Hình 1.12)

-Hình 1.11 Mô hình đối xứng, độ dày tường vây là 0.9m, B/2=20m Bề rộng của hố đào và thông số độ cứng của tường được nghiên cứu [Fino và Harahap, 1991]

Hình 1.12Kích thước mô hình hố đào Bảng 1.2 Thuộc tính mô hình Cam-Clay cải tiến sử dụng tổng hợp quan trắc,

trên đất cố kết thường với K0=0.53 (Hashash)

Trong Hình 1.13 sử dụng mô hình NN qua các bước đào 2.5m, 7.5m, 12.5m,17.5m, và 22.5m cho kết quả chuyển vị ngang của tường và độ lún nền lớn hơnquan trắc khoảng 1.5 lần khi chưa thay đổi thông số modulus của đất Sau đó tiếnhành biến đổi thông số modulus của đất sao cho tương thích với bước đào đến 2.5m,rồi từ chuyển vị ngang của tường (Hình 1.14) tương thích cho cả 5 bước đào còn lại.Biến đổi tương tự cho độ lún của nền xunh quanh (Hình 1.15)

Kết quả sát với quan trắc chỉ sau 4 bước biến đổi thông số của mô hình

Hình 1.13Chuyển vị ngang của tường và độ lún nền trong tiến trình đào

Hình 1.14 Chuyển vị ngang của chín bước thi công hố đào

Hình 1.15Độ lún nền của chín bước thi công hố đào

1.3 HỆ SỐ POISSON[19]

Trong điều kiện ứng xử không thoát nước, thể tích đất bị thay đổi rất ít nên

hệ số Poisson xem như đạt giá trị giới hạn là 0.5 Nhưng quá trình thoát nước và cốkết của đất có liên quan đến sự thay đổi thể tích nhiều dẫn đến hệ số Poisson bắt đầugiảm thấp hơn 0.5

Hệ số Poisson trong điều kiện ứng xử thoát nước liên quan đến chỉ số dẻocủa vật liệu (Wroth, 1975) Trong khoảng chỉ số dẻo đo được trên đất sét Bangkok

có hệ số Poisson giữa 0.3 và 0.4 Trong khi sét cứng cơ bản, hệ số này nằm trongkhoảng 0.25 đến 0.35

Paulos (1975) đề xuấthệ số Poisson trong điều kiện thoát nước υ’ nằm giữa0.35 đến 0.45 cho đất sét mềm và 0.3 đến 0.35 cho đất sét cứng Parnploy (1985) thì

đề nghị υ’ nằm trong khoảng 0.3 đến 0.39 lấy giá trị cao hơn đối đất cố kết thường

và giá trị thấp hơn cho lớp vỏ phong hoá đường cao tốc Bangna Bangpakong.Bergado và cộng sự (1990) cũng đề nghị rằng υ’ cho đất sét Bangkok thay đổi từ0.3 đến 0.45

Bảng 1.3 Hệ số Poisson của một số loại đất[1].

Điểm quan trọng trong việc dự đoán ứng xử của đất đắp trên nền đất yếu là

mô phỏng quá trình cố kết, nó phụ thuộc vào lưu lượng nước thoát ra trong quátrình cố kết của đất nền Hệ số thấm của nền đất yếu thay đổi trong khi đặt tải vàtrong quá trình cố kết Sự thay đổi này là đáng kể trước và saucác bước thi công[Tavennas và cộng sự (1980), Tavenas và cộng sự (1983)] Tuy nhiên, hầu hết môhình PTHH không xem xét đến sự thay đổi đáng kể đó trong hệ số thấm của nền đấtyếu trước và saucác bước thi công [Tavenas và cộng sự (1980)] Do đó, không môphỏng tốt toàn bộ quá trình cố kết

Có nhiều phương pháp được sử dụng để đo hệ số thấm của đất sét trongphòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Biết rằng các thí nghiệm khác nhau cho kếtquả khác nhau

Leroueil và cộng sự (1990) cho rằng giá trị thực của hệ số thấm ngoài hiện

trường thì cao hơn một chútso với hệ số thấm đo được trực tiếp tại phòng thí

nghiệm Hệ số thấm suy ra từ hệ số cố kết được đánh giá thấp hơn hệ số thấm đongoài hiện trường Còn xác định hệ số thấm đứng từ thí nghiệm oedemeter với cvthì

được đánh giá là thấp hơn đến 18 lầnhệ số thấm đo được bởi hố khoan thăm dò

(được cân nhắcnhư là hệ số thấm ngoài hiện trường vì hệ số thấm được đo bằngcách đặt áp suất kế tại chỗ không được đánh giá cao) Piezocone sử dụng ở hiệntrường để đo hệ số thấm ngang có thể cũng thiếu soát do sự nén lại của đất sét hay

có khả năng do tắt nghẽn của các phần tử xốp Tất cả điều đó làm giảm hệ số thấm

đo được từ thí nghiệm Piezocone Tương tự báo cáo của Tavenas và cộng sự(1983b), Olson (1985), v v.

Bergado và cộng sự (1990) trong quá trình tìm lại hiệu suất lún của đườngcao tốc Bangna Bangpakong, Bangkok nhận thấy tỉ lệ của hệ số cố kết cv(field)/cv(lab) là

26 Tỉ số cv(field)/cv(lab) được tìm ra bởi Kampananonda (1984) bằng 70 vàBalasubramaniam và cộng sự (1985) bằng 2~200 Tỉ số cv(field)/cv(lab)cao có thể là do

sự hiện diện của lớp thấu kính tốt (Bergado và cộng sự, 1987); hay do sự hiện diệncủa vết nứt và sạt hố khoan (Moh và cộng sự, 1972); hay do rút nước đa chiềuảnhhưởng của việc bơm nước ngầm từ tầng chứa nước nằm dưới và cũng do sự lúnxuống của nền (Bergado và cộng sự, 1988) Giá trị cv(lab) có thể không đáng tin cậytrong thí nghiệm oedometer bình thường, trong khi mẫu nhỏ và mẫu đồng nhấtthường được chọn cho thí nghiệm

Sekiguchi và cộng sự (1982) thực hiện phân tích FE để dự đoán chuyển vị vềmột phía của đất nền do tải đất đắp Trong khi phân tích, họ đã thể hiện điều quantrọng của việc sử dụng nhân tố cho việc tính hệ số thấm Họ đã tính toán lại hệ sốthấm nó xung quanh 6 lần giá trị đo đạt

Bảng 1.4 Một sô giá trị hệ số thấm của các loại đất theo tổng kết của Das [5]

Sỏi sạch Cát thô Cát mịn Sét lẫn bột Sét

Còn các nghiên cứu phân tích ngược từ các công trình thực tế và các nghiêncứu trước Đã chỉ ra rằng, ở mức độ chuyển vị dưới 2%, modulus của đất còn làmviệc trong giới hạn đàn hồi có modulus của đất giảm chậm Nhưng khi mức độchuyển vị càng lớn thì tốc độ giảm càng lúc càng nhanh như Biểu đồ 1.1.Hệ số hiệu

chỉnh cho đất sét mềm trong khoảngE u /S u =200-500 và đất sét cứng E u /S u

=800-1600 Vận dụng hệ số hiệu chỉnh này vào phần mềm PTHH để tính toán chuyển vị

tương thích với số liệu quan trắc của từng bước thi công

Bảng 1.5 Modulus và hệ số Poission [1]

biến dạng, MPa

Module đàn hồi, Mpa

Hệ số Poisson

Đất hòn lớn Cuội sỏi

Đất cát Cát

Đất loại sét Cát pha

0.25 – 0.370.26 – 0.300.26 – 0.370.26 – 0.400.26 – 0.37

0.27 – 0.410.28 – 0.400.27 – 0.410.27 – 0.39

-Dẻo nhão 2 -7 2.7 - 60 0.27 0.48

2. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾTKHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦATƯỜNG CHẮN

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 3D FOUNDATION 1.6

Phần mềm và các mô hình đất được phát triển để thực hiện tính toán các bàitoán địa kỹ thuật Chỉ được xem là một công cụ mô phỏng địa kỹ thuật Các mô

phỏng này vẫn còn mang tính xấp xỉ, độ chính xác liên quan đến kỹ thuật số học và lỗi mô hình hoá trong tin học Hơn nữa, độ chính xác thực tế lại phụ thuộc vào

chuyên môn, sự hiểu biết về các mô hình đất của người dùng trong việc lựa chọncác thông số đầu vào và khả năng đánh giá độ tin cậy của kết quả tính toán

2.2 MÔ HÌNH VẬT LIỆU

Mô hình vật liệu được thiết lập từ các công thức toán học nhằm mô tả mốiquan hệ giữa ứng suất và biến dạng Mô hình vật liệu chỉ rõ độ tăng vi phân của ứngsuất (hay “tỉ lệ ứng suất”) có liên quan đến độ tăng vi phân của biến dạng (hay “tỉ lệbiến dạng”) Tất cả mô hình vật liệu trong PLAXIS dựa vào quan hệ giữa tỉ lệ ứngsuất hữu hiệu σ’ và tỉ lệ biến dạng ε Trong mô hình dựa vào mối quan hệ giữa biếndạng và ứng suất để thiết lập công thức của áp lực nước lỗ rỗng để mô tả vật liệukhông thoát nước

2.3 ĐỊNH NGHĨA BIẾN DẠNG THÔNG THƯỜNG

(2.1)

Qua đó ta thấy trong mô hình Plaxis, biến dạng được định nghĩa gồm haithành phần: chỉ số mũ e được sử dụng để chỉ biến dạng đàn hồi và chỉ chỉ số p chỉbiến dạng dẻo

Quan hệ giữa modulus Young E (Young’s modulus) và modulus độ cứngkhác, như modulus cắt G (shear modulus), modulus khối K (the bulk modulus) vàmodulus oedometer Eoed (oedometer modulus)

Trong các thông số đầu vào, giá trị G và Eoed được sử dụng như là các thông

số phụ (thay thế), tính từ các biểu thức (2.2) Sự lựa chọn này chịu ảnh hưởng củacác giá trị đầu vào của E và υ

Ở đây ta có thể thay đổi tăng độ cứng và lực đính trên một đơn vị chiều sâu.Theo (2.3)

Và đây cũng là một hạn chế của chương trình Vì mô hình ở đây là mô hìnhđàn hồi tuyến tính không thích hợp để mô hình các ứng xử phi tuyến tính của đất

2.4.PHÂN TỬ BỀ MẶT

Phần tử bề mặt (Interface) thường được mô hình hoá bằng mô hình Coulomb tuyến tính Mô hình cải tiến hơn độ cứng giao diện để có được độ cứngđàn hồi của đất Do đó, E=Eur trong đó Eur phụ thuộc vào mức độ ứng suất, theođịnh luật năng lượng Eur tỷ lệ thuận với σm Đối với mô hình Soft soil Creep, m=1

Mohr-và Eur phần lớn là hằng số xác định bởi sự trồi của đất κ*

(2.2)

2.5.PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT HỮU HIỆU KHÔNG THOÁT NƯỚC VỚI CÁC THAM SỐ HỮU HIỆU

Trong Plaxis chỉ rõ ứng xử không thoát nước trong phân tích ứng suất hữuhiệu sử dụng các thông số hữu hiệu Điều đó đạt được bằng cách đồng nhất hoá cáckiểu ứng xử của vật liệu trong lớp đất xem như không thoát nước Trong phầnnày,giải thích bằng cách nào Plaxis có sự lựa chọn ứng xử “Undrained” cho vật liệu

Sự xuất hiện áp lực nước lỗ rỗng trong cấu trúc đất là do nước ảnh hưởngđến sự hình thành ứng suất tổng Theo lý thuyết Terzaghi, ứng suất tổng σ có thểchia là ứng suất hữu hiệu σ’ và ứng suất lỗ rỗng σw Tuy nhiên, nước không hỗ trợbất kỳ ứng suất cắt nào và do đó ứng suất cắt hữu hiệu bằng tổng ứng suất cắt

Cần phân biệt giữa trạng thái áp lực nước thủy tĩnh psteady và áp lực nướcthặng dư pexcess

(2.3)

Trạng thái áp lực nước thủy tĩnh được xem như dữ liệu đầu vào, thường dựavào đường áp lực nước thuỷ tĩnh hay lưu lượng nước ngầm Áp lực nước thặng dựtrong suốt quá trình tính toán đàn hồi của trường hợp vật liệu ứng xử không thoátnước được mô tả theo công thức (2.7)

Trong đó Kw là modulus khối của nước và n là độ xốp của đất Nhờ mô hìnhcủa định luật Hooke có thể tìm ra tỉ lệ ứng suất tổng và thông số không thoát nước

Eu và υu Với

Do đó, rõ ràng là lựa chọn ứng xử không thoát nước trong Plaxis từ thông số

G và được chuyển đổi thành thông số không thoát nước Eu và từ công thức(2.8) Chú ý là chỉ số u được dùng làm chỉ số để chỉ ứng xử không thoát nước củavật liệu Do đó, Eu và không được nhầm lẫn với Eur và được dùng để chỉ sự

dỡ và nén tải lại của vật liệu

Ứng xử của vật liệu là hoàn toàn không nén ép được khi Tuy

nhiên, khi lấy dẫn đến những điểm kỳ dị trong ma trận độ cứng Thực rathì, nước không nén ép được do modulus khối thực tế của nước rất lớn Điều đó gây

ra vấn đề số học bởi vì chỉ số nén quá thấp nên được chọn mặt định là 0.495 làmcho modulus khối của đất ứng xử không thoát nước hơi yếu đi.Để đảm bảo đúngtrình tự thực tế của kết quả tính toán, modulus khối của nước phải cao hơn so vớimodulus khối của đất Kw >> n K’ Điều kiện này được bảo đảm bởi yêu cầu

Ngườidùng sẽ được cảnh báo khi nhập hệ số poisson lớn hơn giá trị

5 với ứng xử vật liệu không thoát nước

Do đó ở vật liệu ứng xử không thoát nước, modulus khối của nước được tựđộng thêm vào ma trận độ cứng Giá trị của modulus khối được cho theo điều kiện

Dẫn đến phải được đảm bảo

2.6 THAM SỐ SKEMPTON B

Khi kiểu vật liệu (kiểu ứng xử của vật liệu) được thiết lập là “Undrained”,Plaxis tự động chọn modulus khối không thoát nước Ku cho đất có khả năng đầy đủ(khung đất và nước) và phân biệt giữa ứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu và áp lựcnước lỗ rỗng

Ứng suất hữu hiệu:

Chú ý rằng mô hình tham số hữu hiệu cần bảo đảm bằng việc thiết lập cơ

sở dữ liệu đầu vào là E’, ν’, c’, φ’ mà không phải E u , ν u , c u (s u ), φ u Modulus khối

không thoát nước sẽ được Plaxis tự động tính bằng cách sử dụng định luật Hookeđàn hồi tuyến tính (2.13)

Đặc biệt giá trị của tỉ số poisson không thoát nước đúng làmodulus khốitham chiếu của nước trong lỗ rỗng,

(2.6)

Giá trị thường rất nhỏ hơn modulus khối của nước tinh khiết,

Nếu không có giá trị tham số Skempton B, nhưng có mức độ bão hoà S và độrỗng nthay thế, thì modulus khối của chất lỏng trong lỗ rỗng có thể ước lượng từcông thức (2.15)

là modulus khối của không khí dưới áp lực khí quyển.Giá trị tham số Skempton B có thể tính được trực tiếp từ tỉ số modulus khối củakhung đất và modulus khối của nước trong lỗ rỗng

số đầu vào là ứng suất hữu hiệu Cần phân biệt rõ ràng giữa ứng suất hữu hiệu và áplực nước lổ rỗng thặng dư

Như vậy phân tích “Undrained” yêu cầu thông số đất hữu hiệu Cho nên các

dự án trên nền đất yếu, các dữ liệu chính xác dựa vào thông số hữu hiệu có thểkhông luôn luôn có sẵn Thay vào đó, thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trongphòng có thể được sử dụng để suy ra thông số đất ứng xử không thoát nước Nhữnggiá trị đo đạt của modulus Young không thoát nước có thể dễ chuyển đổi quamodulus Young hữu hiệu bởi công thức