MỘT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Header Page of 89 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - - PHẠM VĂN HUỲNH MỘT PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 Footer Page of 89 Header Page of 89 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - - PHẠM VĂN HUỲNH MỘT PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 62 58 02 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGÔ HÀ SƠN HÀ NỘI - 2015 Footer Page of 89 Header Page of 89 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận án Phạm Văn Huỳnh i Footer Page of 89 Header Page of 89 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới GS.TSKH Hà Huy Cương, PGS.TS Ngô Hà Sơn tận tình hướng dẫn cho nhiều dẫn khoa học giá trị, đồng thời thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn giáo sư, phó giáo sư, tiến sỹ, chuyên gia, nhà khoa học Học viện Kỹ thuật Quân tạo điều kiện thuận lợi, thường xuyên giúp đỡ, dẫn đóng góp ý kiến để luận án hoàn thiện Tác giả xin trân trọng cảm ơn cán giảng viên Bộ môn cầu đường sân bay, Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Phòng sau đại học - Học viện Kỹ thuật Quân sự, Bộ môn Đường, Khoa Công trình, lãnh đạo trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải tạo điều kiện, giúp đỡ NCS trình nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn người thân gia đình động viên khích lệ chia sẻ khó khăn với tác giả suốt thời gian thực luận án Tác giả luận án Phạm Văn Huỳnh ii Footer Page of 89 Header Page of 89 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung bố cục luận án CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 1.1 Đất yếu giải pháp xử lý đất yếu 1.1.1 Đất yếu Việt Nam 1.1.1.1 Đặc điểm đất yếu 1.1.1.2 Phân bố đất yếu 1.1.2 Giải pháp xử lý đất yếu đường 1.1.2.1 Yêu cầu chung đường ô tô - sân bay 1.1.2.2 Giải pháp xử lý đất yếu 1.2 Xử lý đất yếu cọc đất xi măng 10 1.2.1 Công nghệ tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ 10 1.2.1.1 Công nghệ thi công 10 1.2.1.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ 12 1.2.2 Ảnh hưởng nhân tố khác đến tính chất học cường độ cọc đất xi măng 15 iii Footer Page of 89 Header Page of 89 1.2.3 Tính toán gia cố đất yếu cọc đất xi măng 19 1.2.3.1 Phương pháp tính “cọc cứng” 19 1.2.3.2 Phương pháp tính đồng 22 1.2.3.3 Phương pháp tính kết hợp “nền cọc” 25 1.3 Một số vấn đề rút từ nghiên cứu tổng quan hƣớng nghiên cứu 31 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 33 2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu ứng suất đất gia cố cọc đất xi măng 33 2.2 Xây dựng mô hình toán xác định trạng thái ứng suất đất gia cố cọc đất xi măng theo cực tiểu ứng suất tiếp lớn 41 2.3 Giải toán phƣơng pháp sai phân hữu hạn 43 2.4 Khảo sát kiểm nghiệm toán 46 2.5 Gia cố đất yếu cọc đơn đất xi măng 48 2.5.1 Ứng suất độ bền đất gia cố cọc đất xi măng 48 2.5.2 Gia cố đất yếu cọc đất xi măng có tiêu lý khác 51 2.5.3 Gia cố đất yếu cọc đất xi măng có kích thước hình học khác 53 2.5.4 Một số vấn đề lựa chọn chiều dài cọc đất xi măng đảm bảo độ bền 55 2.6 Gia cố đất yếu nhóm cọc đất xi măng 56 2.6.1 Trường ứng suất độ bền hệ - nhóm cọc 57 2.6.2 Lựa chọn khoảng cách cọc đất xi măng đảm bảo độ bền 59 2.6.3 Ứng suất độ bền hệ - nhóm cọc mũi cọc đặt lớp đất bền 61 2.7 Kết bàn luận 62 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƢỜNG ĐỘ GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 64 3.1 Xây dựng giải toán xác định cƣờng độ giới hạn đất gia cố cọc đất xi măng theo cực tiểu ứng suất tiếp lớn 64 3.1.1 Cơ sở xây dựng toán 64 3.1.2 Xây dựng toán xác định cường độ giới hạn đất gia cố cọc đất xi măng 69 3.2 Kiểm chứng kết lý thuyết - thực nghiệm toán 71 iv Footer Page of 89 Header Page of 89 3.2.1 Khảo sát, đánh giá, lựa chọn kích thước ô lưới sai phân toán xác định cường độ giới hạn đất tự nhiên 72 3.2.1.1 Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng số điểm nút lưới sai phân 72 3.2.1.2 Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng kích thước ô lưới sai phân 72 3.2.2 Khảo sát so sánh với lời giải giải tích Prandtl xác định tải trọng giới hạn đất tự nhiên không trọng lượng 75 3.2.3 Khảo sát so sánh với toán xác định tải trọng giới hạn đàn dẻo đất 76 3.2.4 Khảo sát, đánh giá toán xác định tải trọng giới hạn đất gia cố cọc đơn đất xi măng với số kết thực nghiệm 78 3.3 Nghiên cứu đánh giá cƣờng độ giới hạn đất trƣớc sau gia cố cọc đất xi măng 83 3.3.1 Cƣờng độ giới hạn đất tự nhiên 83 3.3.2 Ứng suất, độ bền đất gia cố cọc đất xi măng đạt trạng thái giới hạn 84 3.3.3 Tải trọng giới hạn đất gia cố cọc đất xi măng theo tiêu lý theo kích thước hình học cọc đất xi măng 86 3.3.3.1 Trường hợp sử dụng cọc đất xi măng có lực dính đơn vị khác 86 3.3.3.2 Trường hợp sử dụng cọc đất xi măng có góc ma sát khác 87 3.3.3.3 Trường hợp sử dụng cọc đất xi măng có kích thước hình học khác 88 3.4 Kết bàn luận 90 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 91 4.1 Cơ sở xây dựng toán xác định chuyển vị đất gia cố cọc đất xi măng 91 4.2 Xây dựng toán xác định chuyển vị đất gia cố cọc đất xi măng 93 4.2.1 Nguyên lý cực trị Gauss xây dựng phương trình xác định chuyển vị đất theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 94 4.2.1.1 Nguyên lý cực trị Gauss 94 v Footer Page of 89 Header Page of 89 4.2.1.2 Xây dựng phương trình xác định chuyển vị đất theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 94 4.2.2 Xây dựng toán xác định chuyển vị hệ - cọc nửa mặt phẳng đàn hồi tác dụng tải trọng thẳng đứng 97 4.3 Giải toán phƣơng pháp phần tử hữu hạn 99 4.4 Kiểm chứng đánh giá lý thuyết - thực nghiệm 104 4.4.1 Kiểm chứng kết xác định chuyển vị toán với số lời giải giải tích 104 4.4.2 Kiểm chứng kết xác định chuyển vị (độ lún) toán so với số kết thí nghiệm trường 106 4.4.3 Nhận xét chung 110 4.5 Chuyển vị đất trƣớc sau gia cố cọc đất xi măng 110 4.5.1 Chuyển vị đất tự nhiên theo đặc trưng đàn hồi 110 4.5.2 Chuyển vị đất gia cố cọc đơn đất xi măng 112 4.5.3 Chuyển vị đất gia cố nhóm cọc đất xi măng 116 4.5.3.1 Ảnh hưởng khoảng cách cọc đến chuyển vị (độ lún tức thời) bề mặt đất gia cố nhóm cọc đất xi măng 117 4.5.3.2 Xác định mô đun đàn hồi đất gia cố nhóm cọc đất xi măng 118 4.6 Kết bàn luận 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122 Kết luận 122 Hạn chế luận án 123 Hƣớng tiếp tục nghiên cứu 124 Kiến nghị 124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 vi Footer Page of 89 Header Page of 89 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT As - Diện tích đất phạm vi gia cố Ac - Diện tích tiết diện cọc đất xi măng gia cố ac - Tỷ lệ diện tích gia cố A.I.T - Viện Công nghệ Châu Á b - Bề rộng đặt tải ca - Lực dính đơn vi cọc đất xung quanh cọc cs - Lực dính đơn vị đất cc - Lực dính đơn vị vật liệu cọc đất xi măng cus - Độ bền cắt không thoát nước đất sét yếu Cọc, trụ - Cọc đất xi măng, trụ đất xi măng Dc - Đường kính cọc đất xi măng Df - Chiều sâu mũi cọc tính từ mặt đất DMM - Phương pháp trộn sâu Eo - Mô đun tổng biến dạng đất Ec - Mô đun đàn hồi cọc đất xi măng Es - Mô đun đàn hồi (biến dạng) đất yếu Etb - Mô đun đàn hồi trung bình hệ - cọc Fs - Hệ số ổn định f(k) - Giá trị bền Mohr - Coulomb fs - Lực ma sát đơn vị đoạn dài ΔL - Mô đun trượt hệ - cọc, cọc đất xung G, Gc, Gs quanh cọc tương ứng G, G0 - Mô đun trượt hệ cần tính hệ so sánh GT, GTVT - Giao thông, giao thông vận tải vii Footer Page of 89 Header Page 10 of 89 IP, IL - Chỉ số dẻo, độ sệt i, j - Thứ tự hàng, cột lưới sai phân k - Hệ số thấm đất KHKT - Khoa học kỹ thuật LL - Giới hạn chảy Lc - Chiều dài cọc đất xi măng m, n - Số nút lưới sai phân theo chiều z, chiều x tương ứng ηmax - Cực tiểu ứng suất tiếp lớn Nc, Nγ, Nq - Hệ số tải trọng giới hạn n - Hệ số tập trung ứng suất NC - Nghiên cứu nnk - Những người khác p - Cường độ tải trọng tác dụng pgh - Cường độ giới hạn, tải trọng giới hạn PL - Giới hạn dẻo PTHH - Phương pháp phần tử hữu hạn - Tải trọng giới hạn phá hoại nền, phá hoại cọc đất xi măng ptx, ptz - Số điểm nút lưới theo chiều x, chiều z Pgh, Qgh - Lực chịu tải giới hạn qu - Cường độ kháng nén nở hông vật liệu đất xi măng Q p , Qf - Lực giới hạn chống mũi cọc, ma sát xung quanh cọc Qgh, nhom - Lực chịu tải giới hạn hệ - nhóm cọc Sgh - Độ lún giới hạn cho phép Sc - Khoảng cách từ tim đến tim hai cọc đất xi măng liền kề Pgh, s , Pgh,c viii Footer Page 10 of 89 Header Page 189 of 89 k=k+1; nx(m,n)=k; end end if n4>0 for n=n4:n0 m=1; k=k+1; nz(m,n)=k; end end for m=2:m1 for n=1:n0 k=k+1; nz(m,n)=k; end end for m=2:m1 for n=1:n0 k=k+1; nxz(m,n)=k; end end k=k+1; nth=k; numvar=k; for m=1:m1 for n=1:n0 k1=n1-n+1; nx(m,k1)=nx(m,n); nz(m,k1)=nz(m,n); nxz(m,k1)=nxz(m,n); end end %DIEU KIEN CHAY DEO Mohr-Coulomb nv1=0; for m=1:m1-1 dz=dz0; for n=1:n0 dx=dx0(n); c=c1(n); fi=fi1(n); if m>ptc c=c0; fi=fi0; end z0=1; nt(1)=nx(m,n); nt(2)=nx(m,n+1); nt(3)=nx(m+1,n); nt(4)=nx(m+1,n+1); nt(5)=nz(m,n); nt(6)=nz(m,n+1); nt(7)=nz(m+1,n); nt(8)=nz(m+1,n+1); nt(9)=nxz(m,n); nt(10)=nxz(m,n+1); nt(11)=nxz(m+1,n); nt(12)=nxz(m+1,n+1); 40 Footer Page 189 of 89 Header Page 190 of 89 s1=0;s2=0;s3=0; for k=1:4 k1=nt(k); if k1>0 s1=s1+r(k1)/4; end k1=nt(k+4); if k1>0 s2=s2+r(k1)/4; end k1=nt(k+8); if k1>0 s3=s3+r(k1)/4; end end s4=((s1-s2)^2/4+s3^2)^0.5; nv1=nv1+1; d1(nv1)=s4-(s1+s2)/2*sin(fi)-c*cos(fi); end end for m=1:m1 dz=dz0; for n=1:n0 dx=dx0(n); c=c1(n); fi=fi1(n); if m>ptc c=c0; fi=fi0; end s1=0;s2=0;s3=0; k1=nx(m,n); if k1>0 s1=s1+r(k1); end k1=nz(m,n); if k1>0 s2=s2+r(k1); end k1=nxz(m,n); if k1>0 s3=s3+r(k1); end s4=((s1-s2)^2/4+s3^2)^0.5; nv1=nv1+1; d1(nv1)=s4-(s1+s2)/2*sin(fi)-c*cos(fi); end end n=n0-1; c=c1(n-1); fi=fi1(n-1); for m=1:m1 if m>ptc c=c0; fi=fi0; end s1=0;s2=0;s3=0; k1=nx(m,n); if k1>0 s1=s1+r(k1); end k1=nz(m,n); 41 Footer Page 190 of 89 Header Page 191 of 89 if k1>0 s2=s2+r(k1); end k1=nxz(m,n); if k1>0 s3=s3+r(k1); end s4=((s1-s2)^2/4+s3^2)^0.5; nv1=nv1+1; d1(nv1)=s4-(s1+s2)/2*sin(fi)-c*cos(fi); end d2=[]; Phụ lục 3.3 Các tiêu lý đất cọc đất xi măng dùng thí nghiệm Tỉnh Cà Mau Cọc đất Chỉ tiêu lý Đơn vị Lớp Lớp Lớp Độ ẩm tự nhiên, W % - 47,41 34,5 - Dung trọng ướt, w kN/m3 - 16,9 18,3 16,4 Dung trọng khô, đ kN/m3 - 11,5 13,6 16,4 Hệ số rỗng, eo - 1,287 0,995 - Giới hạn chảy, LL % - 48,58 44,13 - Giới hạn dẻo, PL % - 29,99 26,07 - Chỉ số dẻo, IP % - 18,59 18,06 - Độ sệt, IL - 1,11 0,47 - Mô đun trượt, G kPa - - - 5769,23 10 Lực dính, C kPa - 5,2 15,6 50 11 Góc ma sát trong,  Độ - 4o3‟ 10o10‟ 40 Sỏi sạn % - 13 12 - Hạt cát % - 56 52 - Hạt bụi % - - Hạt sét % - 24 35 - 12 Thành phần hạt STT xi măng 42 Footer Page 191 of 89 Header Page 192 of 89 Phụ lục 3.4 Các tiêu lý đất thí nghiệm khu vực Hải Phòng Chỉ tiêu lý STT Đơn vị Lớp Lớp Độ ẩm tự nhiên, W % 32,23 48,12 Dung trọng ướt, w kN/m3 18,2 18,6 Dung trọng khô, đ kN/m3 - - Hệ số rỗng, eo 0,953 1,15 Giới hạn chảy, LL % 29,59 58,7 Giới hạn dẻo, PL % 19,5 35,7 Chỉ số dẻo, IP % 10,09 23 Mô đun tổng biến dạng, E kPa - - Lực dính, c kPa 17 10 Góc ma sát trong,  Độ 6o14‟ 10o08‟ Sỏi sạn % - - Hạt cát % 70,14 46 Hạt bụi % 8,27 13 Hạt sét % 21,98 41 11 Thành phần hạt Phụ lục 4.1 Chƣơng trình HU5 tính chuyển vị đất gia cố cọc đơn đất xi măng %CHUYEN VI CUA NEN DAT CO COC DAT XI MANG (HU5) %THEO PHAN TU HUU HAN, COC DON tg1=cputime; %CAC HAM NOI SUY PTHH NUT syms xy; f1=1/4*x*(x-1)*y*(y-1); f2=1/2*(1-x^2)*y*(y-1); f3=1/4*(1+x)*x*y*(y-1); f4=1/2*x*(x-1)*(1-y^2); f5=(1-x^2)*(1-y^2); f6=1/2*x*(1+x)*(1-y^2); f7=1/4*x*(x-1)*y*(1+y); f8=1/2*(1-x^2)*y*(1+y); f9=1/4*x*(1+x)*y*(1+y); fpt=[f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9]; dfx=diff(fpt,x); dfy=diff(fpt,y); a11=zeros(9); a12=zeros(9); a21=zeros(9); a22=zeros(9); for m=1:9 s1=dfx(m); z1=int(dfx.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a11(m,:)=a11(m,:)+double(z2); z1=int(dfy.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); 43 Footer Page 192 of 89 Header Page 193 of 89 a12(m,:)=a12(m,:)+double(z2); s1=dfy(m); z1=int(dfx.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a21(m,:)=a21(m,:)+double(z2); z1=int(dfy.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a22(m,:)=a22(m,:)+double(z2); end %SO PHAN TU ptx=24; ptz=13; ptc=ptz-3; m2=ptc*2+1; n1=ptx*2+1; n0=(n1+1)/2; m1=ptz*2+1; dx0=20; dx1=ones(1,n1).*dx0; dx1(1,23:26)=dx0; dz0=40; ed0=60; ed1=ones(1,n1).*60; ed1(1,23:26)=60; mu0=0.3; mu1=ones(1,n1).*mu0; mu1(1,23:26)=mu0; %AN CHUYEN VI NUT nu=zeros(m1,n1); nw=zeros(m1,n1); k=0; for m=1:m1-2 for n=3:n1-2 k=k+1; nu(m,n)=k; k=k+1; nw(m,n)=k; end end numvar=k; so_an=numvar ua=zeros(m1,n1); wa=zeros(m1,n1); %VI TRI DAT LUC s1=sum(dx1(1:24)); s2=dx1(24)/2; s3=dx1(25)/2; xp=[s1-3*s2 s1-s2 s1+s3 s1+3*s3];%xp=[s1-3*s2 s1-s2 s1+s3 s1+3*s3] for k=1:4 z0=xp(k); for m=1:m1 r1=(m-1)*dz0; z1=0; for n=1:n1 44 Footer Page 193 of 89 Header Page 194 of 89 if n>1 z1=z1+dx1(n-1); end r2=z1-z0; r=(r1^2+r2^2)^0.5; ed=ed0; mu=mu0; gd=ed/2/(1+mu); p=0.352*dx1(24)*dx0; kd= 1/16/pi/gd/(1-mu)/r*p; s1=(3-4*mu)+r1^2/r^2; wa(m,n)=wa(m,n)+kd*s1; s1=r1*r2/r^2; ua(m,n)=ua(m,n)+kd*s1; kd= 1/16/pi/gd/(1-mu)*p; s1=(8*(1-mu)^2-(3-4*mu))/r+(3-4*mu)*r1^2/r^3; wa(m,n)=wa(m,n)+kd*s1; s1=(3-4*mu)*r1/r^3-4*(1-mu)*(1-2*mu)/r/(r+r1); ua(m,n)=ua(m,n)+kd*s1*r2; end end end %MA TRAN DO CUNG NEN DAT COC a=zeros(numvar); b=zeros(numvar,1); for m=1:2:m1-2 s1=dz0; for n=1:2:n1-2 s2=dx1(n); z0=s1*s2; ed=ed1(n); mu=mu1(n); if m>ptc ed=ed0; mu=mu0; end nt(1)=nu(m,n); nt(2)=nu(m,n+1); nt(3)=nu(m,n+2); nt(4)=nu(m+1,n); nt(5)=nu(m+1,n+1); nt(6)=nu(m+1,n+2); nt(7)=nu(m+2,n); nt(8)=nu(m+2,n+1); nt(9)=nu(m+2,n+2); nt(10)=nw(m,n); nt(11)=nw(m,n+1); nt(12)=nw(m,n+2); nt(13)=nw(m+1,n); nt(14)=nw(m+1,n+1); nt(15)=nw(m+1,n+2); nt(16)=nw(m+2,n); nt(17)=nw(m+2,n+1); nt(18)=nw(m+2,n+2); gd=ed/2/(1+mu); 45 Footer Page 194 of 89 Header Page 195 of 89 ld=mu/(1-2*mu); ae1=zeros(18); ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a11./s2/s2*(1+ld)*2; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a12./s1/s2*ld*2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a22./s1/s1*(1+ld)*2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a21./s2/s1*(ld)*2; ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a22./s1/s1; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a21./s1/s2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a11./s2/s2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a12./s1/s2; for i=1:18 k=nt(i); if k>0 for j=1:18 k1=nt(j); if k1>0 a(k,k1)=a(k,k1)+ae1(i,j)*gd*z0; end end end end vt(1)=ua(m,n); vt(2)=ua(m,n+1); vt(3)=ua(m,n+2); vt(4)=ua(m+1,n); vt(5)=ua(m+1,n+1); vt(6)=ua(m+1,n+2); vt(7)=ua(m+2,n); vt(8)=ua(m+2,n+1); vt(9)=ua(m+2,n+2); vt(10)=wa(m,n); vt(11)=wa(m,n+1); vt(12)=wa(m,n+2); vt(13)=wa(m+1,n); vt(14)=wa(m+1,n+1); vt(15)=wa(m+1,n+2); vt(16)=wa(m+2,n); vt(17)=wa(m+2,n+1); vt(18)=wa(m+2,n+2); gd=ed0/2/(1+mu0); ld=mu0/(1-2*mu0); ae1=zeros(18); ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a11./s2/s2*(1+ld)*2; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a12./s1/s2*ld*2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a22./s1/s1*(1+ld)*2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a21./s2/s1*(ld)*2; ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a22./s1/s1; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a21./s1/s2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a11./s2/s2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a12./s1/s2; for i=1:18 k=nt(i); if k>0 for j=1:18 k1=nt(j); 46 Footer Page 195 of 89 Header Page 196 of 89 if k1>0 b(k)=b(k)+ae1(i,j)*vt(j)*gd*z0; end end end end end end r=a\b; %KET QUA ub=zeros(m1,n1); wb=zeros(m1,n1); for m=1:m1-2 for n=3:n1-2 k=nu(m,n); ub(m,n)=r(k); k=nw(m,n); wb(m,n)=r(k); end end figure y0=1:n1; plot(y0,wa(1,:),y0,wb(1,:)); grid axis('ij'); Phụ lục 4.2 Các tiêu lý đất cọc đất xi măng dùng thí nghiệm Hải Phòng Đại lƣợng TT TL tự nhiên,đ TL bão hòa, w Lực dính đơn vị, c Góc ma sát trong,  Mô đun biến dạng, E Hệ số Poisson, ν Hệ số thấm, k Đơn vị Lớp Lớp kN/m3 kN/m3 kPa độ kPa 16,1 18,2 6o14‟ 700 0,3 1x10-6 18,2 18,9 17 10o08‟ 5119 0,27 1x10-7 m/s Cọc đất xi măng 18.2 18.2 140 60 35000 0,25 1x10-6 47 Footer Page 196 of 89 Header Page 197 of 89 Phụ lục 4.3 Quy trình gia tải đo đạc cọc đất xi măng Lực nén (tấn) Chỉ số đồng hồ Thời điểm ghi số đọc lực chuyển vị (phút) Ghi 10 1.2 4.8 0-5-10-20-30-45-60 2.4 9.6 -NT- 3.6 14.4 -NT- - Điều kiện tăng tải: Tăng tải lên cấp đạt độ ổn định lún qui ước 0.1 mm/h 4.8 19.2 -NT- - Cọc coi đạt tới 6.0 24 -NT- Pmax khi: 7.2 28.8 -NT- 8.4 33.6 -NT- * 9.6 38.4 -NT- n cấp tải 10.8 43.2 -NT- Gia tải (11h) Giảm tải (3h) CHU KỲ (100% TẢI) Chu kỳ * S n  60mm 12 48 9.6 38.4 0-5-10-20-30 7.2 28.8 0-5-10-20-30 Thí nghiệm dừng 4.8 19.2 0-5-10-20-30 khi: 2.4 9.6 0-5-10-20-30 a) Chuyển vị đạt 60 mm 10 2.4 9.6 0-5-10-20-30 11 4.8 19.2 -NT- 12 7.2 28.8 -NT- 13 9.6 38.4 -NT- c) Các thiết bị/dụng cụ đo 14 12 48 -NT- bị hư hỏng hoạt động 15 13.2 52.8 0-5-10-20-30-45-60 14.4 57.6 -NT- d) Cọc bị biến hình, 15.6 62.4 -NT- chuyển dịch ngang, v.v 16.8 67.2 -NT- 72 -NT- 19.2 76.8 -NT- 20.4 81.6 -NT- 21.6 86.4 -NT- 22.8 91.2 -NT- 0-5-10-20-30-45-60-80-100-120 S n  5S n1 - Dừng thí nghiệm: 0-5-10-20-30-45-60 Gia tải (13.5h) CHU KỲ 1I (200% TẢI) b) Không thể hoàn thành 18 24 96 thí nghiệm kết cấu cọc bị phá hỏng không bình thường 0-5-10-20-30-45-60-80-100-120 48 Footer Page 197 of 89 Header Page 198 of 89 Gia tải (5+ h) CHU KỲ III(Nén phá hoại) Giảm tải (6h) Chu kỳ Lực nén (tấn) Chỉ số đồng hồ Thời điểm ghi số đọc lực chuyển vị (phút) 21.6 86.4 0-5-10-20-30 19.2 76.8 -NT- 16.8 67.2 -NT- 14.4 57.6 -NT- 12 48 -NT- 9.6 38.4 -NT- 7.2 28.8 -NT- 4.8 19.2 -NT- 2.4 9.6 -NT- 0 2.4 9.6 0-5-10-20-30 4.8 19.2 -NT- 7.2 28.8 -NT- 40 9.6 38.4 -NT- 11 12 48 -NT- 12 14.4 57.6 -NT- 16.8 67.2 -NT- 19.2 76.8 -NT- 21.6 86.4 -NT- 96 -NT- 24 Ghi 0-5-10-20-30-45-60 25.2 100.8 0-5-10-20-30-60 26.4 105.6 -NT- +1.2 .+4.8 -NT- Phụ lục 4.4 Các tiêu lý đất thí nghiệm khu vực Cần Thơ STT Chỉ tiêu lý Đơn vị Lớp 1a Lớp Cát mịn, chặt vừa Sét xám, dẻo mềm Lớp Bùn chảy sét, Lớp Bùn sét pha,chảy Lớp đất Chiều dày trung bình m 0,3 1,5 12 Dung trọng ướt, w kN/m3 17,9 17,5 16,4 17,5 Hệ số rỗng, eo 0,811 2,142 0,94 0,657 Giới hạn chảy, LL % 43 63 49 48 Giới hạn dẻo, PL % 25 37 26 25 Chỉ số dẻo, IP % 18 26 23 Độ sệt, IL - 0,67 1,12 >10m 23 1,13 49 Footer Page 198 of 89 Header Page 199 of 89 Chỉ tiêu lý Đơn vị Mô đun tổng biến dạng kPa Lực dính đơn vị, c kPa - Góc ma sát trong,  Độ 16o03‟ 03o38‟ 05o46‟ 15o40‟ Sỏi sạn % - - - - Hạt cát % 39 28 57 38 Hạt bụi % 32 24 16 21 Hạt sét % 29 48 27 41 STT 10 12 Thành phần hạt 11 Lớp 1a - Lớp Lớp Lớp 5400 2100 1800 17,8 7,3 8,3 Phụ lục 4.5 Chƣơng trình HU6 tính chuyển vị đất gia cố nhóm cọc đất xi măng %CHUYEN VI CUA NEN DAT CO COC DAT XI MANG (HU6) %THEO PHAN TU HUU HAN, NHOM COC tg1=cputime; %CAC HAM NOI SUY PTHH NUT syms xy; f1=1/4*x*(x-1)*y*(y-1); f2=1/2*(1-x^2)*y*(y-1); f3=1/4*(1+x)*x*y*(y-1); f4=1/2*x*(x-1)*(1-y^2); f5=(1-x^2)*(1-y^2); f6=1/2*x*(1+x)*(1-y^2); f7=1/4*x*(x-1)*y*(1+y); f8=1/2*(1-x^2)*y*(1+y); f9=1/4*x*(1+x)*y*(1+y); fpt=[f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9]; dfx=diff(fpt,x); dfy=diff(fpt,y); a11=zeros(9); a12=zeros(9); a21=zeros(9); a22=zeros(9); for m=1:9 s1=dfx(m); z1=int(dfx.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a11(m,:)=a11(m,:)+double(z2); z1=int(dfy.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a12(m,:)=a12(m,:)+double(z2); s1=dfy(m); z1=int(dfx.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a21(m,:)=a21(m,:)+double(z2); z1=int(dfy.*s1,x,-1,1); z2=int(z1,y,-1,1); a22(m,:)=a22(m,:)+double(z2); end %SO PHAN TU ptx=26; ptz=13; 50 Footer Page 199 of 89 Header Page 200 of 89 ptc=ptz-4-1; m2=ptc*2+1; n1=ptx*2+1; n0=(n1+1)/2; m1=ptz*2+1; dz0=40; dxc=20; dx0=20; dx1=ones(1,n1).*dxc; ed0=6; ed1=ones(1,n1).*ed0; ed1=200; mu0=0.3; mu1=ones(1,n1).*mu0; mu1=mu0; nvtc=[0 0 0 0 13 14 15 16 0 0 21 22 23 24, 0 0 29 30 31 32 0 0 37 38 39 40 0 0, 45 46 47 48 0 0]; for n=1:n1-1 if n8 & n16 & n24 & n32 & n40 & n48 dx1(n)=dx0; end end dx(1)=0; for n=2:n1 s1=dx1(n-1); dx(n)=dx(n-1)+s1; end %AN CHUYEN VI NUT nu=zeros(m1,n1); nw=zeros(m1,n1); k=0; for m=1:m1-2 for n=3:n1-2 k=k+1; nu(m,n)=k; k=k+1; nw(m,n)=k; end end 51 Footer Page 200 of 89 Header Page 201 of 89 numvar=k; so_an=numvar %CHUYEN VI THEO MINDLIN ua=zeros(m1,n1); wa=zeros(m1,n1); %VI TRI DAT LUC k=0; for n=3:n1-2 k=k+1; xp(k)=dx(n); end yp=[-dx0/2 dx0/2]; c=0; ed=ed0; mu=mu0; gd=ed/2/(1+mu); p=0.352*dx0*dx0/2; for k=1:2 ypa=yp(k); r3=ypa; for k1=n0-1:n0+1; xpa=xp(k1); for m=1:m1 rc=(m-1)*dz0; rh=rc-c; r1=rc+c; for n=1:n1 r2=dx(n)-xpa; r=(r1^2+r2^2+r3^2)^0.5; kd= 1/16/pi/gd/(1-mu)/r*p; s1=(3-4*mu)+r1^2/r^2; wa(m,n)=wa(m,n)+kd*s1; s1=r1*r2/r^2; ua(m,n)=ua(m,n)+kd*s1; rz=(rh^2+r2^2+r3^2)^0.5; kd= 1/16/pi/gd/(1-mu)*(p); s1=(8*(1-mu)^2-(3-4*mu))/rz+(3-4*mu)*rh^2/rz^3- 2*c*rc/rz^3+6*c*rc*rh^2/rz^5; wa(m,n)=wa(m,n)+kd*s1; s1=(3-4*mu)*r1/rz^3-4*(1-mu)*(1-2*mu)/rz/(rz+rh)+ 6*c*rc*rh/rz^5; ua(m,n)=ua(m,n)+kd*s1*r2; end end end end %MA TRAN DO CUNG NEN DAT COC a=zeros(numvar); b=zeros(numvar,1); for m=1:2:m1-2 s1=dz0; for n=1:2:n1-2 s2=dx1(n); z0=s1*s2; 52 Footer Page 201 of 89 Header Page 202 of 89 ed=ed1; mu=mu1; if n==nvtc(n) ed=ed1; mu=mu1; end if m>ptc ed=ed0; mu=mu0; end nt(1)=nu(m,n); nt(2)=nu(m,n+1); nt(3)=nu(m,n+2); nt(4)=nu(m+1,n); nt(5)=nu(m+1,n+1); nt(6)=nu(m+1,n+2); nt(7)=nu(m+2,n); nt(8)=nu(m+2,n+1); nt(9)=nu(m+2,n+2); nt(10)=nw(m,n); nt(11)=nw(m,n+1); nt(12)=nw(m,n+2); nt(13)=nw(m+1,n); nt(14)=nw(m+1,n+1); nt(15)=nw(m+1,n+2); nt(16)=nw(m+2,n); nt(17)=nw(m+2,n+1); nt(18)=nw(m+2,n+2); gd=ed/2/(1+mu); ld=mu/(1-2*mu); ae1=zeros(18); ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a11./s2/s2*(1+ld)*2; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a12./s1/s2*ld*2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a22./s1/s1*(1+ld)*2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a21./s2/s1*(ld)*2; ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a22./s1/s1; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a21./s1/s2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a11./s2/s2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a12./s1/s2; for i=1:18 k=nt(i); if k>0 for j=1:18 k1=nt(j); if k1>0 a(k,k1)=a(k,k1)+ae1(i,j)*gd*z0; end end end end vt(1)=ua(m,n); vt(2)=ua(m,n+1); vt(3)=ua(m,n+2); vt(4)=ua(m+1,n); vt(5)=ua(m+1,n+1); vt(6)=ua(m+1,n+2); vt(7)=ua(m+2,n); 53 Footer Page 202 of 89 Header Page 203 of 89 vt(8)=ua(m+2,n+1); vt(9)=ua(m+2,n+2); vt(10)=wa(m,n); vt(11)=wa(m,n+1); vt(12)=wa(m,n+2); vt(13)=wa(m+1,n); vt(14)=wa(m+1,n+1); vt(15)=wa(m+1,n+2); vt(16)=wa(m+2,n); vt(17)=wa(m+2,n+1); vt(18)=wa(m+2,n+2); gd=ed0/2/(1+mu0); ld=mu0/(1-2*mu0); ae1=zeros(18); ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a11./s2/s2*(1+ld)*2; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a12./s1/s2*ld*2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a22./s1/s1*(1+ld)*2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a21./s2/s1*(ld)*2; ae1(1:9,1:9)=ae1(1:9,1:9)+a22./s1/s1; ae1(1:9,10:18)=ae1(1:9,10:18)+a21./s1/s2; ae1(10:18,10:18)=ae1(10:18,10:18)+a11./s2/s2; ae1(10:18,1:9)=ae1(10:18,1:9)+a12./s1/s2; for i=1:18 k=nt(i); if k>0 for j=1:18 k1=nt(j); if k1>0 b(k)=b(k)+ae1(i,j)*vt(j)*gd*z0; end end end end end end r=a\b; %KET QUA ub=zeros(m1,n1); wb=zeros(m1,n1); for m=1:m1-2 for n=3:n1-2 k=nu(m,n); ub(m,n)=r(k); k=nw(m,n); wb(m,n)=r(k); end end figure y0=1:n1; plot(y0,wa(1,:),y0,wb(1,:)); grid axis('ij'); 54 Footer Page 203 of 89 ... HUỲNH MỘT PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông. .. nghiệm toán 46 2.5 Gia cố đất yếu cọc đơn đất xi măng 48 2.5.1 Ứng suất độ bền đất gia cố cọc đất xi măng 48 2.5.2 Gia cố đất yếu cọc đất xi măng có tiêu lý khác 51 2.5.3 Gia cố. .. cứu ứng suất đất gia cố cọc đất xi măng 33 2.2 Xây dựng mô hình toán xác định trạng thái ứng suất đất gia cố cọc đất xi măng theo cực tiểu ứng suất tiếp lớn 41 2.3 Giải toán phƣơng pháp sai