Nghiên cứu ứng xử của nền đường trên đất yếu được gia cường bằng cọc kết hợp vật liệu địa kỹ thuật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM ĐỨC HÓA NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG CỌC KẾT HỢP VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thơng Mã ngành: 60 58 02 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG CỌC KẾT HỢP VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thơng Mã ngành: 60 58 02 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ BÁ KHÁNH Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH *** Cán hướng dẫn khoa học : TS Lê Bá Khánh Cán chấm nhận xét : PGS.TS Võ Phán Cán chấm nhận xét : TS Phùng Mạnh Tiến Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 08 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Lê Thị Bích Thủy Chủ tịch hội đồng PGS TS Võ Phán CB Phản biện TS Phùng Mạnh Tiến CB Phản biện PGS TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng Uỷ viên hội đồng TS Nguyễn Danh Thắng Thư ký hội đồng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành PGS TS LÊ THỊ BÍCH THỦY TS LÊ BÁ KHÁNH –i– ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc - - - - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM ĐỨC HÓA MSHV: 13010002 Ngày, tháng, năm sinh: 10/05/1990 Nơi sinh: Đà Nẵng Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thông MN: 60 58 02 05 I TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG CỌC KẾT HỢP VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nghiên cứu tổng quan giải pháp đường đất yếu xử lý bằng cọc, trụ đất xi măng kết hợp lưới địa kỹ thuật Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết phân tích tính tốn đường đất yếu có cọc gia cố kết hợp vật liệu địa kỹ thuật Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS để nghiên cứu hiệu ứng vòm đường đắp đất yếu xử lý trụ đất xi măng kết hợp lưới địa kỹ thuật III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 16 tháng 01 năm 2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 18 tháng 06 năm 2017 TP HCM, ngày … tháng … năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS LÊ BÁ KHÁNH CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA CẦU ĐƯỜNG KỸ THUẬT XÂY DỰNG TS LÊ BÁ KHÁNH PGS TS NGUYỄN MINH TÂM – ii – LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập nghiên cứu giảng dạy tận tình thầy cô khoa Kỹ thuật Xây dựng trường đại học Bách Khoa, học nhiều kinh nghiệm thực tiễn, hiểu biết sâu rộng trưởng thành kiến thức chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô, đặc biệt xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy TS Lê Bá Khánh dành nhiều thời gian động viên, hỗ trợ hướng dẫn tơi vượt qua nhiều khó khăn để hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn gia đình ln ủng hộ, tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa học Trân trọng Phạm Đức Hóa – iii – TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung nghiên cứu khả ứng dụng phần mềm ANSYS mô đối xứng trục 2D 3D hệ thống đắp gia cố trụ đất xi măng (DXM) kết hợp lưới địa kỹ thuật (Geogrid) theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để khảo sát hiệu ứng vòm đường đầu cầu Trong số trường hợp, giải pháp xử lý đất yếu hệ thống xem tiềm cần đảm bảo chế truyền tải trọng hiệu từ đắp đến trụ Sự phân bố ứng suất đắp trụ, đất yếu vai trò lưới địa kỹ thuật nghiên cứu Hình dạng chiều cao tới hạn cung vòm phương pháp số tương thích với phương pháp giải tích thí nghiệm Kết luận văn bước đầu cho việc ứng dụng phần mềm ANSYS vào toán địa kỹ thuật tương lai – iv – ABSTRACT This thesis concentrates on researching the application capacity of ANSYS finite element method software when modelling the axisymmetric 2D and 3D systems of soil-cement columns combined with reinforcement geogrids to investigate arching effects in bridge approach fill In some cases, it is a potential improvement method for compressible foundation soil and required to ensure efficient load transfer from an embankment to soil-cement columns in this system The stress distribution in an embankment over columns, soft soil and the geogrid role are specified The arching shape and the critical height of arch obtain from this numerical method being compatible with experimental and analytical methods These thesis’ results play a fundamental role to apply ANSYS software in geotechnical problems in the future –v– LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập tơi Các số liệu luận án trung thực có nguồn gốc rõ ràng Các kết luận án chưa công bố công trình khoa học Tác giả hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận án Tác giả Phạm Đức Hóa – vi – MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN .v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG HỆ THỐNG CỌC – TRỤ ĐẤT XI MĂNG VÀ VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT - GEOGRID 1.1 Giới thiệu .4 1.1.1 Cấu tạo đắp gia cố cọc kết hợp vật liệu địa kỹ thuật gia cường 1.1.2 Tổng quan giải pháp gia cố đất yếu trụ DXM 1.1.3 Tổng quan vật liệu địa kỹ thuật 11 1.2 Tình hình nghiên cứu giới 13 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 18 1.4 Nhận xét chương 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG BẰNG CỌC VÀ VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT 20 2.1 Giới thiệu .20 2.2 Khái niệm hiệu ứng vòm .20 2.2.1 Mơ hình ma sát 21 2.2.1.1 Terzaghi (1943) McKelvey (1994) 21 2.2.1.2 Naughton (2007) .23 2.2.2 Mơ hình vịm cứng 23 2.2.2.1 Carlsson (1987) 24 – vii – 2.2.2.2 Rogbeck et al (1998) 24 2.2.2.3 Guido et al (1987) 25 2.2.3 Mơ hình vịm cân giới hạn 25 2.2.3.1 Hewlett & Randolph (1988) 26 2.2.3.2 Zaeske (2001) 27 2.2.3.3 Van Eekelen et al (2014) 27 2.2.4 Độ lớn cung vòm .28 2.3 Khái niệm hiệu ứng màng 29 2.4 Cơ sở lý thuyết phân tích đắp theo phương pháp giải tích 32 2.4.1 Marston Anderson (1913) 32 2.4.2 Tiêu chuẩn Anh, BS8006 (2010) .33 2.4.3 Tiêu chuẩn Đức, EBGEO (2010) 36 2.4.4 Hệ số tập trung ứng suất SCR 37 2.4.5 Lực căng Geogrid 38 2.5 Cơ sở lý thuyết phân tích đắp theo phương pháp số 38 2.5.1 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb 39 2.5.2 Phương pháp Newton-Raphson giải phương trình phi tuyến .42 2.6 Nhận xét chương 45 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH CUNG VÒM TRONG NỀN ĐẮP TRÊN HỆ THỐNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG VÀ GEOGRID .46 3.1 Giới thiệu đối tượng nghiên cứu 46 3.2 Xây dựng kết cấu ANSYS MAPDL V18.0 47 3.2.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS 47 3.2.2 Trình tự giải phần mềm ANSYS .47 3.2.3 Mơ hình hóa ANSYS 48 3.2.3.1 Kiểm chứng làm việc ANSYS .50 3.2.3.2 Loại phần tử (Element Type) 51 ... QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG CỌC KẾT HỢP VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao... Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thơng MN: 60 58 02 05 I TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG CỌC KẾT HỢP VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT II NHIỆM... DUNG Nghiên cứu tổng quan giải pháp đường đất yếu xử lý bằng cọc, trụ đất xi măng kết hợp lưới địa kỹ thuật Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết phân tích tính tốn đường đất yếu có cọc gia cố kết hợp