Phân tích giới hạn nền có xét đến ảnh hưởng của động đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUN HẢI PHÂN TÍCH GIỚI HẠN NỀN CĨ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60.58.02.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS CHÂU NGỌC ẤN Cán hướng dẫn khoa học 2: TS LÊ TRỌNG NGHĨA Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS DƯƠNG HÔNG THẮM Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 05 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS TÔ VAN LẬN L PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS DƯƠNG HÔNG THẲM TS NGUYỄN KÊ TƯỜNG TS ĐẶNG ĐĂNG TÙNG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa (nếu cố) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS TÔ VĂN LẬN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc —oOo— NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ NGUYÊN HẢI MSHV: 7141175 Ngày, tháng, năm sinh: 10/01/1991 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dụng Mã số: 60 58 02 11 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH GIỚI HẠN NỀN CĨ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT I NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Rời rạc hóa trường biến dạng phuơng pháp phần tử hữu hạn trơn cạnh trơn miền Thiết lập tốn phân tích giới hạn có xét đến ảnh huởng động đất dụa tiêu chuẩn bền Morh-Coulomb luật chảy dẻo kết hợp Vận dụng lý thuyết phân tích giới hạn từ lời giải cận xác định cấu truợt nhu tải phá hủy cho số toán: (i) sức chịu tải nền, (ii) ổn định mái dốc, (iii) ổn định cống ngầm Kết luận chung sụ ảnh huởng động đất đến chế trượt tải trọng phá hủy so với thông qua việc so sánh kết thu với kết phân tích khơng xét đến yếu tố II NGÀY GIAO NHIÊM VỤ: tháng 01 năm 2016 III NGÀY HOÀN THANH NHIỆM VỤ: tháng 12 năm 2016 IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN 1: PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS LÊ TRỌNG NGHĨA TP HCM, ngày 05 tháng 12 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN TS LÊ TRỌNG NGHĨA PGS.TS LÊ BÁ VINH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM iii LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, muốn gửi cảm ơn chân thành đặc biệt đến người anh, người thầy người bạn Ths Nguyễn Chánh Hồng, người đưa tơi đến với nghiên cứu khoa học định hướng theo đường phương pháp số Anh thúc, truyền cho cảm hứng, niềm tin yêu vào đường Ở anh học phong thái làm việc, triết lý sống cách đối nhân xử Thật khó dùng từ ngữ để diễn tả hết tình cảm tơi dành cho anh Có điều tơi biết rằng, khơng có anh khơng có luận văn này! Lời thứ hai, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn PGS.TS Châu Ngọc Ẩn, người đồng hành suốt trình thực luận văn này, người cho tảng, giúp mở mang khối kiến thức hạn hẹp đất Thầy mang đến cho hứng thú với đất ngày từ buổi đầu đại học Đồng thời, muốn gửi lời cảm ơn đến thầy đồng hướng dẫn TS Lê Trọng Nghĩa, thời gian tiếp xúc làm việc với thầy không nhiều cảm nhận chân thành, nhẹ nhàng góp ý vơ q báu giúp tơi hồn thiện luận văn Làm việc thầy, cảm nhận khơng có khoảng cách thầy trò mà dường hai người anh em nhau, thầy - đàn anh dìu dắt tơi - đàn em đường hồn thiện thân Một lần nữa, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến hai thầy Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Thòi Trung, thầy cho tơi biết phần tử hữu hạn, cách lập trình Matlab đặc biệt triết lý sống, phong thái làm việc Và đặc biệt cảm ơn đầu sách mà thầy dành tặng cho Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Lê Văn Cảnh, người phát triển kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn trơn (SFEM) với chương trình tối ưu hóa hình nón bậc hai Mặc dù chưa làm việc thầy luận văn hoàn thành nhờ thừa hưởng thành mà thầy phát triển iv Cảm ơn GS.TS Dương Nguyên Vũ học quý báu phương pháp nghiên cứu khoa học Khơng có học đó, tơi khơng thể bước đường cách thuận lợi Đặc biệt không nhắc đến công lao to lớn quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, đặc biệt thầy cô trực tiếp giảng dạy suốt chương trình cao học: PGS.TS Võ Phán, PGS.TS Nguyễn Minh Tâm, PGS.TS Lê Bá Vinh - người giúp tơi hồn thiện khối kiến thức hạn chế Cảm ơn bạn Thân Nguyên Hải, NCS Võ Minh Thiện, Ths Trương Phước Trí, Ths Nguyễn Minh Tỗn giúp đỡ tơi nhiều mặt tinh thần công việc nghiên cứu Và cuối niềm động viên lớn nhất, động lực để giúp tơi hồn thành luận văn ba mẹ, anh chị em gia đình Con làm tất người điều cao quý mà muốn gởi đến người Tp.HCM, ngày 05 tháng 12 năm 2016 Học Viên Cao Học Lê Nguyên Hải V TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐÈ TÀI: PHÂN TÍCH GIỚI HẠN NỀN CĨ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT Một nhân tố xem xét phân tích tốn địa kỹ thuật - ảnh hưởng động đất Cụ thể, động đất xem xét lực quán tính tác dụng theo phương ngang lên đất kết cấu Tiếp cận toán từ lời giải cận phương pháp số Phương pháp phần tử hữu hạn trơn dựa cạnh (ES-FEM) trơn miền (CS - FEM) dùng để xấp xỉ trường chuyển vị Trường biến dạng sử dụng trường biến dạng miền trơn dựa cạnh (ES - FEM) miền tứ giác làm trơn (CS - FEM) Mơ hình dẻo lý tưởng Mohr Coulomb luật chảy dẻo kết hợp giả định để dễ dàng tính thành phần gia tăng biến dạng dẻo trạng thái ứng suất đất nằm mặt ngưỡng Mohr - Coulomb Bài toán phân tích giới hạn từ lời giải cận đưa tốn tối ưu hóa, cực tiểu lượng tiêu tán dẻo Bài toán cực tiểu lượng tiêu tán dẻo đưa toán tối ưu với ràng buộc hình nón bậc hai cách đặt thêm ẩn phụ Thơng qua thuật tốn tối ưu hóa phát triển viết thành phần mềm Mosek bời nhà tốn học để tìm trường biến dạng dẻo ứng với cấu sụp đổ Từ đó, số toán địa kỹ thuật xây dựng khảo sát để tiên đoán tải phá hủy cấu sụp đổ tương ứng điều kiện động đất như: sức chịu tải nền, cấu trượt hệ số an tồn tốn ổn định mái dốc, phân tích ổn định cơng trình ngầm Kết so sánh với số tác giả sử dụng phương pháp số khác phương pháp khác thấy tối ưu phương pháp số sử dụng, đồng thời so sánh với trường hợp khơng có tác động động đất để làm rõ ảnh hưởng nhân tố vi SUMMARY OF THESIS TITLE OF THESIS: “LIMIT ANALYSIS ON SOIL CONSIDERING EFFECT OF EARTHQUAKE” A new factor to be considered in the analysis of geotechnical problems is effect of earthquakes In this case, earthquake forces are considered as horizontal inertial forces that put on soil as well as superstructure Novel procedure for upper bound limit analysis and second order cone programming have been established The edge - based smoothed finite element method (ES-FEM) and cell - based smoothed finite element method (CS - FEM) are used to approximate the kinematically admissible velocity fields The ES FEM and cs - FEM use smoothed strains over local smoothing domains which constructed based on edges of elements and quadrilateral smoothing domains, respectively The soil is modeled as a perfectly - plastic Mohr - Coulomb model and flow rule is assumed The upper bound limit analysis formulation becomes an optimization problem - minimum plastic energy dissipation, which is then formulated as a standard second - order cone programming (SOCP) problem Using a state-of-theart SOCP code developed by mathematical researchers to determine collapse load as well as failure mechanism So some geotechnical problems are described to find out collapse load and failure mechanism in seismic conditions such that: bearing capacity factor of Strip, the stability of slope and footing on slope as well as the stability of tunnel Results are compared with other research using different method to confirm that this numerical procedure provides stable and accurate solutions as well as show the difference between static conditions and seismic conditions 76 Cirwrul iurfiMX Hình 5.41 Hầm tròn đặt ửong đồng chịu tải động đất 5.3.1.2 Bài toán tối ưu Bài toán tối ưu thiết lập từ lời giải cận r =min(D(f)-C) ràng buộc: rr < (5.13) =1 ext u = un trênbiên Thành phần gây trượt trọng lượng thân đất lực quán tính động đất Do khơng có thành phần lực mặt tác dụng nên w^( = Bài tốn tối ưu hóa trở thành Ằ+ -min £)(