Động học đất Giáo trình động học đất Bộ môn địa cơ nền móng

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 môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ thuật Xây Dựng

Chapter 2 Slope stability and displacement Introduction

Chapter 3 Sand liquefaction and flow

Chap 4 Dynamic soil- Foundation interaction

Chap 5 Bearing capacity during earthquake

Chap 6 Case studies on tunnels

2

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

 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

3

 Mục tiêu nghiên cứu động học đất

Dự đoán dịch chuyển nền đất khi có động đất

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

Introduction-

Mở đầu về nghiên cứu động học đất

Dự đoán biến dạng còn lại và chuyển vị sau khi

dao động

Nghiên cứu ứng suất – biến dạng khi chịu dao

động (cyclic loading) của nền

Đánh giá ổn định và đưa ra phương án thiết kế

chống dao động ( seismic design)

5

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

 Bài giảng của 2 GS đại học Athen, Hy lạp

6

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

 Preface

7

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

A Love wave is a surface wave having a horizontal motion that is transverse (or perpendicular) to the direction the

wave is traveling

A Rayleigh wave is a seismic surface wave causing the

ground to shake in an elliptical motion, with no

transverse, or perpendicular, motion

8

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

9

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

10

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

11

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

12

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

13

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

14

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

15

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

16

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

17

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

18

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

19

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

20

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

21

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

22

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

23

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

24

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

25

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

26

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

27

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

28

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

 Seismic design against “transient displacement”

29

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

30

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

31

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

32

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

33

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

34

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

35

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

36

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

37

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

38

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

39

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

40

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

41

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

42

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

43

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

44

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

45

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

46

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

47

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

48

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

49

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

50

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

51

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

52

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

53

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

54

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

55

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

56

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

57

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

58

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

This study defines the basis Jor the aseismic design of subsurface excavations and underground structures It includes a definition oJ the seismic

environment and earthquake hazard, and a review

of the analytical and empirical tools that are

available to the designer concerned with the

performance of underground structures subjected

to seismic loads Particular attention is devoted

to development ol simplified models that appear

to be applicable in many practical cases

59

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

 Aseismic design of underground structures

The objective of this report is to provide a

relatively concise statement of the state of the art for the design of underground structures in seismic environments Like many other state-of- the-art reports, it is intended to be brief and to focus on recommended practice Its intended audience is the practicing engineer who may have extensive experience in the design of underground structures but who has limited awareness of the special considerations necessary in

a seismically active environment

60

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

Severe damage to six out of a total of 21 subway stations in

the Kobe area during the 1995 Hyogoken-nanbu earthquake indicated a need for more attention to be

given to the earthquake design of rectangular underground structures This paper presents work

undertaken to extend the present knowledge of the dynamic

interaction of box-section structures with the surrounding soil, and a design method for predicting the earthquake

loads on underground structures such as basement walls, tanks, subways, utility boxes, highway underpasses, and

culverts

61

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

62

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

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 cross-

sections) 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

63

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

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)

64

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

65

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

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

cross-section (see Figure 1b) For this case, and if the

structure is relatively long, a plane-strain

two-dimensional analysis may be employed

66

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

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 5 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)

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

68

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

69

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

70

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

71

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

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

72

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

73

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

74

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

75

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

76

Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

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 structure- ground 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

Conclusions