NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT SAU TỐN TƯỜNG CỌC BẢN ÁP DỤNG TÍNH TỐN CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRONG VÙNG ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH (FEM)

Điều kiện cân bằng dẻo giới hạn tồn tại từ thời điểm mà dịch chuyển cắt bắt đầu và biến dạng trượt cứ tiếp diễn mà ứng suất không đổi.

Luân văn thạc sĩ ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ******************* ĐINH VĨNH QUANG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT SAU TỐN TƯỜNG CỌC BẢN ÁP DỤNG TÍNH TỐN CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRONG VÙNG ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH (FEM) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.CHÂU NGỌC ẨN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ NGÀNH: 13.10.02 MÃ SỐ HỌC VIÊN: 13.023 LUẬN VĂN THẠC SĨ 1 Luân văn thạc sĩ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ VIỆT- NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập -Tự Do –Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUÂN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN :ĐINH VĨNH QUANG PHÁI: NAM NGÀY THÁNG NĂM SINH:01/01/78 NƠI SINH:CÀ MAU CHUYÊN NGÀNH :CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ NGÀNH:31.10.02 I/TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT SAU TƯỜNG CỌC BẢN ÁP DỤNG TÍNH TỐN CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRONG VÙNG ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH II/ NHIÊM VỤ-NỘI DUNG 1/Nhiệm vụ Nghiên cứu ứng xử đất sau tường cọc bản áp dụng tính tốn các công trình ven sông trong vùng đất yếu bằng phương pháp PTHH (FEM) 2/Nội dung PHẦN I:NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Chương 1:Tổng quan về tính tốn công trình tường cọc bản PHẦN II:NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN Chương 2: Đặc điểm cơ bản của đất yếu khu vực ĐBSCL và TP. HCM Chương 3: Các dang cấu tạo của hệ tường cọc bản vật liệu làm cọc và biện pháp thi công Chương 4:Cơ sở lý thuyết lập trình tính tốn tường cọc bản theo mô hình đàn hồi dẻo Chương 5: Lập chương trình tính tốn tường cọc bản Chương 6: Nghiên cứu áp dụng tính tốn bài tốn cụ thể PHẦN III:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương 7:Kết luận và kiến nghị III/NGÀY GIAO NHIỆM VU 07/01/2004 IV/ NGÀY HỒN THÀNH: 30/11/2004 V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.CHÂU NGỌC ẨN THẦY HƯỚNG DẪN1 THẦY HƯỚNG DẪN2 CHỦ NHIỆM NGHÀNH TRƯỞNG BỘ MÔN TS.CHÂU NGỌC ẨN GS.TSKH.LÊ BÁ LƯƠNG Th.s.VÕ PHÁN 2 Luân văn thạc sĩ Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ thông qua Hội chuyên ngành Ngày 30 tháng 11 năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA KỶ THUẬT XD PHẦN A 3 Luân văn thạc sĩ MỞ ĐẦU 1/ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng châu thổ nằm cuối lưu vực sông Mêkông , được giới hạn bởi phía Bắc là biên giới Việt Nam– Campuchia, Tây Ninh và Thành phố Hồ Chí Minh, phía Nam và Đông là biển Đông, phía Tây là vịnh Thái Lan. Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích tự nhiên 3.900.000 ha, bao gồm 12 tỉnh là Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiêng Giang, An Giang. ĐBSCL là vựa lúa lớn nhất và là trọng điểm kinh tế về nông nghiệp của cả nước. Tuy nhiên trong những năm gần đây, lũ lụt gây ra những thiệt hại nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sản xuất và cuộc sống đồng bào ở khu vực ĐBSCL vốn đã gặp nhiều khó khăn. Cùng với hiện tượng sạt lở bờ sông liên tiếp xảy ra khi lũ về, khiến cho người dân ở vùng ven sông luôn luôn lo sợ mối nguy hiểm đến tính mạng và thiệt hại về tài sản và phải di dời đi nơi khác. Những tổn thất về hiện tượng sạt lỡ bờ sông đã xảy ra trong những thập niên quả là nặng nề và thực sự là lực cản lớn nhất đến quá trình công nghịệp hóa hiện đại hóa vùng ĐBSCL. Để chống xói lở bờ sông và bảo vệ công trình ven sông tại ĐBSCL, tuỳ theo địa chất, địa hình , đặt điểm dòng chảy và tải trọng tác dụng mà sử dụng các công trình ven sông như: tường cọc bản, tường chắn đất trọng lực thấp, tường bán trọng lực, tường bản góc BTCT … bảo vệ các công trình ven sông như : đường, đê đập, tuyến dân cư , nhà cửa…… Tường cọc bản, là một dạng đặt biệt của tường chắn đất với mục đích chung là chịu tải trọng ngang gây ra bởi mặt đất tự nhiên, đất đắp, tải trọng bên trên. Hệ thống kết cấu bao gồm tường và hệ kết cấu chống đở tường (thanh neo, thanh chống, sàn đỡ …), ngồi ra tường còn ngàm vào trong đất bên dưới. Trong hầu hết các trường hợp, đất vừa gây ra lực tác động lên tường đồng thời vừa là kết cấu chống đỡ hay giữ tường, tạo ra sự dịch chuyển cơ học của hệ kết cấu trong đất. 4 Luân văn thạc sĩ Người thiết kế phải biết xác định nội lực và mức độ chuyển dịch của kết cấu. Thông thường, chúng được xác định trong điều kiện làm việc cực hạn. Bên cạnh đó, cũng cần xác định mức độ chuyển dịch tiềm tàng của đất có thể xảy ra trong quá trình thi công kết cấu theo thời gian vì sự thốt nước bên trong xuất hiện. Do đó, ảnh hưởng của ứng xử đất trong quá trình thi công đến sự làm việc của cọc bản là rất lớn do đó cần phải xem xét. Cho đến nay việc thiết kế tường chắn thường được tiến hành theo phương pháp truyền thống đơn giản (cân bằng giới hạn) hay theo phương pháp kinh nghiệm. Phương pháp đơn giản thường được áp dụng cho tường trọng lực, tường cosol ngàm, tường ngàm với một thanh chống hay neo. Thông thường thì những phương pháp đó cho ta những kết quả hạn chế về sự chuyển dịch và không có kết quả về sự tương tác giữa tường và đất. Nên việc nghiên cứu ứng dụng máy tính với một số phần mềm đã mang lại một số kết quả đáng kể trong việc phân tích và thiết kế kết cấu tường chắn trong chục năm qua. 2/ TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Chúng ta đã đạt được những thành tựu đáng kể trong cơ học vật rắn biến dạng và trong phương pháp PTHH. Dó đó việc nghiên cứu tính tốn sự làm việc đồng thời của tường và đất là một trong những ứng dụng đó, cho ta cái nhìn khoa học về quá trình hình thành và làm việc của kết cấu (Tường –Đất) từ lúc xây tường, đến lúc hoạt động của hệ và đến lúc phá hoại. Với việc mô phỏng gần sát với điều kiện làm việc của cọc ngồi thực tế sẽ cho ta có thể kiểm sốt được trạng thái ứng xử của đất và các nguyên nhân tác động lên chúng, bằng cách đưa vào các thông số phù hợp 3/ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Thực tế các công trình tường cọc bản đã được thi công khá nhiều ở Việt Nam như : công trình cảng, công trình kè ven sông, ven biển, công trình tầng hầm nhà cao tầng… Việc tính tốn sự làm việc đồng thời của hệ tường và đất theo trình tự quá trình thi côâng theo phương pháp truyền thống là hết sức khó khăn. Cho nên với phần mềm ứng dụng tính tốn tường cọc bản bằng phương pháp phần tử hữu hạn sẽ là một công cụ đắc lực giúp cho các kỹ sư thiết kế có thể tìm ra lời giải chính xác hơn, tối ưu hơn … và có thể dự đốn các yếu tố phức 5 Luân văn thạc sĩ tạp ảnh hưởng trong quá trình thi công nhằm giảm nguy cơ gây hại đến công trình. 6 Luân văn thạc sĩ PHẦN I CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN CÔNG TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN CHO CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU. 1-1 MỘT SỐ SỰ CỐ ĐIỂN HÌNH CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG 7 Luân văn thạc sĩ -Đất ven sông bị sạt lở là do dòng chảy Qua tài liệu nghiên cứu cho thấy điều kiện tự nhiên hình thành nên dòng sông, nguyên nhân dòng chảy ở các sông của ĐBSCL về mùa lũ thường có vận tốc lớn hơn 0.5m/s nên có khả năng gây ra xói lở bờ là rất lớn. Hình 1.2 8 Hình 1.2 Luân văn thạc sĩ Hình 1.3 9 Hình 1.3 Hình 1.4 Luân văn thạc sĩ Công Tình cầu kênh ngang số 2- bến Bình Dông 1-2 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ SỬ DỤNG HỆ TƯỜNG CỌC BẢN 1-2-1 Giới thiệu chung : Tường cọc bản nói chung là dùng để chống lại áp lực ngang do đất, nước và các tải trọng phía trên gây ra và đạt trạng thái ổn định nhờ sức chống ngang của đất phía trước của đất phía trước tường khi tường cọc bản hạ sâu xuống đất và nhờ các hệ thống neo phía sau tường. Vật liệu chế tạo tường cọc bản thường là thép hay bê tông dự ứng lực trước.Các tiết diện ngang của tường rất đa dạng nhằm cho tường có khả năng chịu uốn cao vơi diện tích tiết diện ngang nhỏ.Tường cọc bản được ứng dụng khá phổ biến trong các công trình cảng, bến tàu, tường chắn, đê chắn sóng, tầng hầm các nhà cao tầng …. 1-2-2 Một số công trình sử dụng hệ tường cọc bản -Công trình bến cảng cập tàu : Xây dựng ở những bến cảng sâu, quy mô xây dựng lớn, sử dụng hệ tường cọc bản thép (Iarsen) có hệ thống neo. 10 Hình 1.5 [...]... hơn về ứng xử tổng thể và cục bộ của đất 1-6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hình 1.20 Luân văn thạc sĩ 27 1-6-1 Nhận xét về khả năng áp dụng phương pháp cổ điển và phương pháp PTHH để giải quyết bài tốn hệ tường cọc bản - Các phương pháp cổ điển hiện vẫn đang được sử dụng để tính tốn hệ tường cọc bản là do tính chất đơn giản của phương pháp, hơn nữa các phương pháp này cũng thường được trình bày trong các tiêu... quyết bằng các phương pháp cổ điển 1-6-2 Kiến nghị Khi sử dụng các phần mềm địa cơ chuyên dụng, cần nghiên cứu cẩn thận các cơ sở lý thuyết được áp dụng trong chương trình Đồng thời, cần sử dụng các phương pháp quy phạm để kiểm tra lại kết quả tính tốn đặc biệt đối với các dạng bài tốn mới, để tránh sai lầm trong tính tốn Luân văn thạc sĩ 28 PHẦN II CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG... đến như cho trong các hình 1.14b và 1.14c Các phương pháp tính tốn lực neo, mômen uốn, lực cắt và chuyển vị trong kết cấu, có kể đến độ mềm trong BS 8002 cho cả hai phương pháp chân tường dịch chuyển tự do và ngàm trong đất + Phương pháp giảm mômen của Rowe chỉ dùng cho tường cọc ván thép mềm Phương pháp này bao gồm việc phân tích tường khi giả thiết chân tường dịch chuyển tự do, áp dụng các hệ số giảm... tròn.v.v ) và các lực tác dụng mà các tác giả phát triển thành các phương pháp khác nhau Đối với bài tốn kiểm tra ổn định tổng thể của tường cọc bản, phần mái dốc của đất được tường cọc bản bảo vệ và do cọc đóng sâu vào trong đất nền nên khả năng ổn định tổng thể của cả hệ thường đảm bảo Do tường cọc bản được thiết kế đảm bảo khả năng chịu lực uốn và cắt do tác dụng của áp lực đất tác dụng lên tường nên... các tiêu chuẩn của các nước - Phương pháp cổ điển sử dụng số lượng thông số đầu vào ít hơn phương pháp PTHH do đóviệc tính tốn khá đơn giản và cho kết quả thường dễ kiểm sốt hơn phương pháp PTHH, do đó góp phần hạn chế sai lầm trong tính tốn Đồng thời, việc thí nghiệm để tìm các thông số tính tốn (ví dụ chỉ tiêu cơ lý của đất nền ) cũng yêu cầu đơn giản và ít tốn kém hơn - Phương pháp cổ điển mặc dù... − Phương pháp Bishop : giả thiết lực phân mảnh chỉ có phương ngang − Phương pháp Spencer : giả thiết phương lực phân mảnh không đổi − Phương pháp Janbu : giả thiết điểm đặt lực phân mảnh có thể thay đổi… Luận văn này sẽ đề cập đến các phương pháp tính tốn của hai tác giả Fellenius và Bishop là các phương pháp được sử dụng tương đối phổ biến và khá đơn giản a /Phương pháp Fellenius Theo Fellenius, các. .. kiện đảm bảo giá trị bằng nhau của mômen uốn ở nhịp và ở ngàm ( Mn = Mz ) b/ Tính tốn tĩnh học cho tường cừ có độ cứng cao theo phương pháp giải tích Việc tính tốn theo phương pháp này trong trường hợp giả thiết chân tường dịch chuyển tự do cần thực hiện các nội dung chủ yếu sau: 1) Vẽ biểu đồ áp lực đất, áp lực nước dư ứng với độ sâu chôn cọc bản lý thuyết t0 (thỏa mãn giả thiết chân tường dịch chuyển... tự do Hình 1.13 Tường cọc bản tựa tự do Luân văn thạc sĩ 15 Việc tính tốn có thể sử dụng phương pháp giải tích (cho trường hợp đất đồng nhất), hoặc phương pháp đồ giải (cho mọi loại đất nền) a/ Tính tốn tĩnh học cho tường cừ mềm ngàm hồn tồn Phương pháp đồ giải: các nội dung cần thực hiện gồâm: 1) Giả thiết độ sâu chôn cừ t 2) Dựng biểu đồ áp lực tổng của áp lực chủ động và bị động của đất có xét đến... nằm trong giới hạn cho phép + Phương pháp tải trọng giới hạn thực nghiệm của Brinch Hansen Đây là phương pháp tải trọng giới hạn thực nghiệm, nó giả thiết sự hình thành các khớp dẻo khi phá hoại 1-4 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA HỆ TƯỜNG CỌC BẢN Hiện nay, có nhiều phương pháp để kiểm tra ổn định của hệ tường cọc bản Trong đó phương pháp thường dùng nhất là kiểm tra sự ổn định dựa trên điều kiện cân bằng. .. HẠN (PTHH) TRONG ĐỊA CƠ 1-5-1 Giới thiệu khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn trong địa cơ học Phương pháp PTHH là sản phẩm đồng thời là công cụ chủ lực mạnh của tiến bộ khoa học kĩ thuật hiện nay Khả năng to lớn của phương pháp PTHH thể hiện đặc biệt trong cơ học đất và đá - là các vật liệu đa dạng về tính chất cơ học và điều kiện gia tải Những ưu điểm bảo đảm tính phổ cập của phương pháp PTHH . : NGHI N C U NG X Đ T SAU T NG C C B N P D NG T NH T N C C C NG TR NH VEN S NG TRONG V NG Đ T Y U B NG PH NG PH P PTHH II/ NHIÊM V -N I DUNG 1/Nhiệm. 1/Nhiệm v Nghi n c u ng x đ t sau t ng c c b n p d ng t nh t n c c c ng tr nh ven s ng trong v ng đ t y u b ng ph ng ph p PTHH (FEM) 2 /N i dung PH N