Giáo trình động học đất Bộ môn địa cơ nền móng Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Các kiến thức cơ bản về động học đất được biên soạn và giảng dạy trong trường đại học Bách Khoa, các khóa cao học về Địa kỹ thuật Biên soạn: Tiến sĩ Đỗ Thanh Hải Bộ môn: Địa cơ nền móng Giáo trình: cao học Bách Khoa
Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ thuật Xây Dựng ĐỘNG HỌC ĐẤT GEOTECHNICAL EARTHQUAKE ENGINEERING Introduction Chap Soil properties and seismic excitation Chapter Slope stability and displacement TS Đỗ Thanh Hải 0933 876 006 Chapter Sand liquefaction and flow Chap Dynamic soil- Foundation interaction dthai@hcmut.edu.vn 03/8/2017 Chap Bearing capacity during earthquake Chap Case studies on tunnels TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Geotechnical Earthquake Engineering, Milutin Srbulov, United Kingdom, Springer , 2008 2) Geotechnical Earthquake Engineering, Ikuo Towhata Springer , 2008 3) Geotechnical Earthquake Engineering, Steven L Kramer Prentice-Hall, 1996, United States Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng IntroductionMở đầu nghiên cứu động học đất Mục tiêu nghiên cứu động học đất Dự đoán dịch chuyển đất có động đất Dự đốn biến dạng lại chuyển vị sau dao động Nghiên cứu ứng suất – biến dạng chịu dao động (cyclic loading) Đánh giá ổn định đưa phương án thiết kế chống dao động ( seismic design) Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bài giảng GS đại học Athen, Hy lạp Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Preface Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng A Rayleigh wave is a seismic surface wave causing the ground to shake in an elliptical motion, with no transverse, or perpendicular, motion A Love wave is a surface wave having a horizontal motion that is transverse (or perpendicular) to the direction the wave is traveling Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 10 The earthquake response of underground structures is usually considered with reference to the three principal types of deformations: axial, curvature and racking (rectangular cross-sections), or ovaling (circular crosssections) Axial and curvature deformations develop when seismic waves propagate either parallel or obliquely to the longitudinal axis of the structure (Figure 1a) The general behaviour of a long structure subjected to a component of parallel wave deformation is similar to that of an elastic beam embedded in the soil In simplified analyses, the structure is assumed to be flexible relative to the surrounding soil or rock, and to respond with the same deformation pattern as in the free-field elastic seismic waves Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 62 These simplified analyses are often employed for pipelines that have relatively small cross-sectional areas and for the preliminary analyses of tunnels When the structure is stiff in the longitudinal direction relative to the surrounding soil, it will not be compliant with the soil or rock deformations For this case, interaction effects need to be considered by employing either numerical methods or approximate solutions developed from wave propagation theory for beams on an elastic foundation (Wang, 1993) Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 63 Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 64 Ovaling or racking deformations develop in an underground structure when the seismic waves propagate in a direction perpendicular to, or with a significant component perpendicular to, the longitudinal axis, resulting in distortion of the crosssection (see Figure 1b) For this case, and if the structure is relatively long, a plane-strain twodimensional analysis may be employed Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 65 Structure Stiffness and Flexibility Most underground structures of rectangular shape are designed to act as rigid-jointed box structures The simplest example of this type of structure is the single-barrel box shown in Figure To assess the racking stiffness or flexibility, the structure is loaded with a horizontal load P at the roof level to produce a racking or shear deformation of ∆ The structure is assumed to be of sufficient extent normal to the plane of the section for plane-strain conditions to exist Simple closed-form solutions for the racking stiffness and flexibility of this single-barrel structure have been published previously (Shepherd & Wood, 1966) Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 66 Soil-Structure Interaction Because of both soil-structure interaction and dynamic inertial effects, the soil shear strains in the vicinity of the structure are generally significantly different to the free-field shear strain at the corresponding depth in the soil layer Often the mass change at the cavity created by the structure is small in relation to the total mass in the layer acting in unison with the structure during dynamic loading, and previous research has indicated that dynamic inertial effects are sufficiently small to be neglected In contrast to the influence of soil inertial effects, soil-structure interaction effects may produce significant changes in the shear strains near the structure If a cavity in the soil is unlined, then the shear strains in the soil near the cavity would clearly be greater than the free-field shear strain If a stiff structure is inserted in the soil cavity, then the shear strains may be less than the free-field Conversely, with a very flexible structure, the shear strains may be greater than in the free-field Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 67 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 68 Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 69 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 70 This paper presents a simplified seismic design method for underground structures based on the shear strain transmitting characteristics from surrounding ground to the structure Since seismic deformation in the cross section of underground structures is mainly shear deformation, seismic performance is estimated by the shear deformation in simplified seismic design methods This paper clarifies that structure-ground shear strain ratio is the hyperbolic function of ground-structure stiffness ratio and proposes an analytical method to estimate the seismic shear deformation using the shear strain transmitting characteristics Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 71 Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 72 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 73 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 74 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 75 Conclusions The shear strain transmitting characteristics from the surrounding ground to the underground structure have been intensively discussed in this paper It is clarified that the aspect ratio of the cross section of the structure and the structureground weight ratio have little influence on the structure-ground shear strain ratio The hyperbolic relationship between the ground-structure shear stiffness ratio and the structure-ground shear strain ratio is developed by the equilibrium of one-dimensional shear stress between the structure and the ground Finally, a simplified seismic design method for underground structures based on the shear strain transmitting characteristics is proposed Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 76 ... wave is traveling Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật... Xây Dựng 10 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 11 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 12 Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 13 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ... Xây Dựng 14 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 15 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 16 Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 17 Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ