Nghiên cứu sự làm việc đồng thời giữa đất nền và móng cọc chịu tải trọng sóng của các công trình ngoài khơi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA FƯG TRỊNH THANH KIÊN PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA CỌC VÀ ĐẤT NỀN CỦA MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH NGOÀI KHƠI CHỊU TẢI TRỌNG SÓNG Chuyên ngành: Công trình đất yếu Mã số ngành: 31.10.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: TS CHÂU NGỌC ẨN Cán hướng dẫn khoa học 2: TS NGÔ NHẬT HƯNG Cán chấm nhận xét 1: ………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày …… tháng …… năm …… Lời cám ơn Sau chín tháng thực hiện, luận văn tốt nghiệp Thạc só hoàn thành hạn Đó kết trình học tập nghiêm túc thân giúp đỡ động viên hết lòng thầy cô, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Trước tiên xin gửi lời cám ơn chân thành tới Tiến só Châu Ngọc Ẩn Tiến só Ngô Nhật Hưng trực tiếp hướng dẫn thực luận văn Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô môn Địa móng Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, thầy cô trực tiếp giảng dạy cán phòng Đào tạo sau đại học giúp đỡ thời gian học tập trường Tôi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tp HCM động viên tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2005 TRỊNH THANH KIÊN TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Trịnh Thanh Kiên Ngày sinh: 07-8-1977 Nơi sinh: Hà Sơn Bình Địa liên lạc: Khoa Công trình – Đại học Giao thông Vận tải – Tp Hồ Chí Minh Số - D3 Văn Thánh Bắc - F25 Q.Bình Thạnh – Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: (08)5125407 email: trinhthanhkien@yahoo.com Quá trình đào tạo: 1996 – 2001: Học Đại học ngành Công trình thuỷ Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam 2003 – 2005: Học Cao học ngành Công trình đất yếu Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Quá trình công tác: 2001 – 2002: Công tác Công ty xây dựng công trình giao thông Tp Hải Phòng 2002 đến nay: Công tác Trường đại học Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ===o0o=== ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ===o0o=== Tp Hồ Chí Minh, Ngày tháng …… năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRỊNH THANH KIÊN Phái: Nam Ngày sinh: 07-8-1977 Nơi sinh: Hà Sơn Bình Chuyên ngành: Công trình đất yếu MSHV: 00903217 I - ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA CỌC VÀ ĐẤT NỀN CỦA MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH NGOÀI KHƠI CHỊU TẢI TRỌNG SÓNG II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phân tích kết nghiên cứu thực có liên quan tới đề tài Xác định mục đích, giả thiết phương pháp nghiên cứu Tổng hợp sở lý thuyết phục vụ thực đề tài Phân tích lựa chọn mô hình phù hợp với mục đích nghiên cứu Khảo sát làm việc đồng thời cọc đất chịu tải trọng sóng Kết luận kiến nghị III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:………………………………… IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:……………………………… V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS CHÂU NGỌC ẨN, TS NGÔ NHẬT HƯNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QL NGÀNH TS CHÂU NGỌC ẨN TS NGÔ NHẬT HƯNG TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương luận văn Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày …… tháng …… năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH TÓM TẮT Móng cọc hầu hết công trình giao thông, công trình ven bờ công trình khơi chịu tải trọng ngang, toán phức tạp thể tác động qua lại cọc đất Bài toán lại trở lên vô phức tạp tải trọng ngang tác dụng lên cọc lại tải trọng dao động, cọc đất thực dao động riêng, đất thể đặc tính nhớt làm cản trở dao động Cho đến có nhiều công trình nghiên cứu đồ sộ thành công rực rỡ lónh vực này, nhiều vấn đề chưa làm sáng tỏ Trong phạm vi hẹp luận văn tập trung tìm hiểu cọc chịu tải ngang, thay đổi tải trọng ngang tác dụng có chu kỳ điều kiện toàn đất cọc ngập sâu nước (trường hợp móng công trình khơi) bước đầu tìm hiểu hiệu việc gia cố cho cọc chịu tải ngang Với giới hạn trên, luận văn bao gồm nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu, ý nghóa đề tài nghiên cứu Chương 2: Hệ thống lại, phân tích đánh giá lời giải cho toán cọc chịu tải trọng ngang có, giới thiệu phương pháp giải toán cọc chịu tải trọng ngang phương pháp p – y mô hình phương pháp phần tử hữu hạn Chương 3: Hệ thống lại lý thuyết phục vụ giải toán động móng Tổng hợp đặc trưng đất tác dụng tải trọng chu kỳ Chương 4: Hệ thống sơ lý thuyết sóng tuyến tính cách tính tải trọng sóng tác dụng lên hình trụ đặt trường sóng Chương 5: Xây dựng mô hình toán cọc chịu tải trọng ngang chu kỳ phù hợp với điều kiện cọc móng công trình khơi, khắc phục số nhược điểm mô hình cũ sử dụng phần mềm PLAXIS-3D Tunnel Chương 6: Sử dụng mô hình xây dựng chương tiến hành tính toán phân tích vùng cọc chịu tải trọng ngang chu kỳ, phân tích hiệu việc tăng môđun độ cứng đất Chương 7: Nêu kết luận từ kết phân tích chương 5, kiến nghị cho hướng nghiên cứu MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 2.1 MỞ ĐẦU 2.2 NHÓM CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 2.2.1 Các phương pháp tính toán dựa vào sức kháng bên đất 2.2.1.1 Phương pháp Brinch Hansen 2.2.1.2 Phương pháp Brom 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 Các phương pháp dựa vào phương trình trục uốn cọc Phương pháp K.X Zavriev Phương pháp Reese Matlock Phương pháp Poulos Nhận xét phương pháp giải tích 9 10 2.3 NHÓM CÁC PHƯƠNG PHÁP p – y 11 2.3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp p - y 11 2.3.2 Đường p – y cho đất sét mềm 12 2.3.3 Đường p – y cho đất sét cứng ngập nước 14 2.3.4 Đường p – y cho đất sét cứng không ngập nước 17 2.3.5 Đường p – y cho đất cát 19 2.3.6 Mô hình đường p – y PMB Engineering, Inc 22 2.3.7 Nhận xét phương pháp p – y 23 2.4 NHÓM CÁC PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 23 2.4.1 Phương pháp phân tích 2.4.1.1 Phản ứng đất 2.4.1.2 Tác động qua lại đất kết cấu đất 23 23 25 2.4.2 Một số mô hình phương pháp phần tử hữu hạn 26 2.4.3 Nhận xét phương pháp phần tử hữu hạn 29 2.5 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ 29 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỘNG TRONG NỀN MÓNG 31 3.1 CƠ SỞ CỦA ĐỘNG HỌC 31 3.1.1 31 Hệ dao động bậc tự I 3.1.2 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.2.3 Dao động tự Giảm chấn nhỏ (Small damping) Giảm chấn tới hạn (Critical damping) Giảm chấn lớn (Large damping) 31 32 32 33 3.1.3 Dao động cưỡng 33 3.1.4 Sự tiêu tán lượng 35 3.1.5 Hệ đàn hồi – giảm chấn tương đương 35 3.1.6 Giảm chấn trễ (Hysteretic damping) 35 3.2 SÓNG ỨNG SUẤT TRONG MÔI TRƯỜNG ĐÀN HỒI 37 3.2.1 Sóng ứng suất môi trường đàn hồi vô hạn 3.2.1.1 Phương trình chuyển dịch ứng suất môi trường đàn hồi 3.2.1.2 Phương trình sóng ứng suất 37 37 38 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 Sóng ứng suất bán không gian đàn hồi 40 Sóng Rayleigh 40 Chuyển vị sóng Rayleigh 43 Sự suy giảm biên độ sóng đàn hồi theo khoảng cách truyền sóng 44 3.3 SÓNG PHẲNG TRONG MÔI TRƯỜNG CÓ LỖ RỖNG 45 3.3.1 45 Các phương trình 3.3.2 Các trường hợp đặc biệt 3.3.2.1 Sóng không thoát nước (Undrained waves) 3.3.2.2 Khung đất cứng (Rigid solid matrix) 48 48 49 3.4 TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT DƯỚI TẢI TRỌNG CHU KỲ 51 3.4.1 3.4.1.1 3.4.1.2 3.4.1.3 Sức kháng cắt đất tải trọng tác dụng nhanh Đất sét bão hoà nước Đất cát Đặc điểm độ bền biến dạng đất tải trọng tức thời 51 51 53 54 3.4.2 3.4.2.1 3.4.2.2 3.4.2.3 Các tương quan môđun cắt tỷ số giảm chấn đất Đặc điểm quan hệ ứng suất cắt biến dạng cắt Môđun cắt tỷ số giảm chấn đất cát Môđun cắt tỷ số giảm chấn đất sét 55 55 55 56 3.4.3 Hiện tượng hoá lỏng đất 3.4.3.1 Cơ chế hoá lỏng đất II 57 57 3.4.3.2 Yêu cầu thí nghiệm mô tượng hoá lỏng đất kết 58 CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT SÓNG VÀ TẢI TRỌNG SÓNG 60 4.1 SÓNG BIỂN 60 4.1.1 Lý thuyết sóng tuyến tính 60 4.1.2 Năng lượng sóng 64 4.2 TẢI TRỌNG SÓNG 65 4.2.1 Lực quán tính 65 4.2.2 Lực cản 66 4.2.3 Lực sóng tác dụng lên trụ thẳng đứng 67 CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH BÀI TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CHU KỲ SỬ DỤNG PLAXIS 3D - TUNNEL 60 5.1 MÔ HÌNH ĐẤT NỀN 70 5.1.1 Các mô hình đất sẵn có PLAXIS 3D-Tunnel 70 5.1.2 Mô hình đất cho toán cọc chịu tải ngang chu kỳ 70 5.1.2.1 Phương trình thông số mô hình đất HS 71 5.1.2.2 Mặt chảy dẻo mô hình đất HS 73 5.1.2.3 Phần tử đất PLAXIS 3D-Tunnel 76 5.1.2.4 Bộ thông số đất sử dụng tính toán 77 5.2 MÔ HÌNH CỌC 78 5.2.1 Phần tử hữu hạn mô cọc mô hình vật liệu 78 5.2.2 Bộ thông số cọc sử dụng tính toán 78 5.3 MÔ HÌNH TIẾP XÚC GIỮA CỌC VÀ ĐẤT 79 5.4 TẢI TRỌNG VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN KHÁC 80 5.5 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA MÔ HÌNH 82 5.5.1 Xây dựng mô hình toán PLAXIS 3D-Tunnel 82 5.5.2 Ưu điểm mô hình 83 5.5.3 Hạn chế mô hình 84 CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA CỌC VÀ ĐẤT NỀN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CHU KỲ 86 6.1 HƯỚNG PHÂN TÍCH 86 6.2 TOẠ ĐỘ CÁC ĐIỂM KHẢO SÁT 86 6.2.1 86 Toạ độ điểm khảo sát chuyển vị III 6.2.2 Toạ độ điểm khảo sát ứng suất biến dạng 87 6.3 KHẢO SÁT CHUYỂN VỊ CỦA CỌC VÀ ĐẤT NỀN 88 6.3.1 Khảo sát chuyển vị đỉnh cọc 88 6.3.2 Khảo sát chuyển vị đất xung quanh cọc 89 6.3.2.1 Chuyển vị điểm mặt đất mặt phẳng tải trọng 89 6.3.2.2 Chuyển vị điểm dọc trục cọc mặt phẳng tải trọng 91 6.3.2.3 Chuyển vị điểm nằm mặt phẳng chứa trục cọc vuông góc với tải trọng 92 6.4 KHẢO SÁT ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT NỀN 95 6.4.1 Khảo sát ứng suất điểm theo thời gian 95 6.4.2 Khảo sát ứng suất điểm nằm mặt phẳng tác dụng tải trọng 97 6.5 KHẢO SÁT BIẾN DẠNG TRONG ĐẤT NỀN 99 6.5.1 Biến dạng mặt phẳng tác dụng tải trọng 99 6.5.2 Biến dạng mặt phẳng vuông góc mặt phẳng tác dụng tải trọng 101 6.6 KHẢO SÁT VÙNG NỀN CỦA CỌC ỨNG VỚI NHIỀU CẤP TẢI 103 6.7 KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC TĂNG ĐỘ CỨNG CỦA NỀN 106 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 7.1 KẾT LUẬN 109 7.2 KIẾN NGHỊ 110 7.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 IV LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Đồ thị hình 6.12 cho thấy ứng suất pháp đất theo phương ngang tăng thêm tải trọng (σxx) tập trung khoảng từ mặt đất đến độ sâu 6D đạt giá trị max độ sâu khoảng 2D, có nghóa vùng đất gánh chịu tải trọng ngang khoảng 6D Ứng suất σxx xuống độ sâu 7D đổi dấu, có nghóa trục cọc bị uốn điểm uốn vị trí σxx khoảng từ mặt đất đến độ sâu 4D tăng năm chu kỳ đầu Điểm đổi dấu biểu đồ ứng suất dịch chuyển lên Ứng suất độ sâu 8,5D không thay đổi Đến chu kỳ thứ 11 không quan sát thấy thay đổi σxx Điều có nghóa tải trọng chu kỳ làm tăng ứng suất σxx làm giảm chiều dài chịu uốn cọc số chu kỳ Thời gian ảnh hưởng tải chu kỳ ngắn, độ sâu chịu ảnh hưởng tải chu kỳ khoảng 8,5D Như qua việc khảo sát thay đổi ứng suất đất thấy Vùng tập trung ứng suất đất tải trọng chu kỳ tác dụng theo phương ngang đặt đỉnh cọc nằm phạm vi 8D tính từ trục cọc theo phương tải trọng, 7D theo độ sâu tính từ mặt đất Trên mặt cắt dọc theo trục cọc, ứng suất đạt giá trị lớn độ sâu 2D Trong số chu kỳ ứng suất đất tăng lên, chiều dài chịu uốn giảm, sau hai trị số nhanh chóng đạt giá trị ổn định Trên mặt cắt dọc theo trục cọc, ứng suất đạt giá trị lớn độ sâu 2D 6.5 KHẢO SÁT BIẾN DẠNG TRONG ĐẤT NỀN Kết tính toán phần sử dụng thông số đầu vào mục phần 6.1 6.5.1 Biến dạng mặt phẳng tác dụng tải trọng Bảng 6.10 cho giá trị biến dạng ngang (εxx) điểm nằm mặt phẳng tải trọng Các giá trị tương ứng với tải trọng đạt đỉnh dương Dấu trừ có nghóa có biến dạng nén Bảng 6.10 :Biến dạng điểm mặt phẳng tải trọng Đồ thị hình 6.13 biểu diễn kết bảng 6.10 dạng đồ thị, thể quan hệ εxx khoảng cách tương đối X/D thay đổi qua chu kỳ (giá trị εxx đồ thị nhân lên 104 lần) TRỊNH THANH KIÊN 99 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Hình 6.13: Quan hệ biến dạng εxx mặt phẳng tải trọng khoảng cách tương đối X/D qua chu kỳ chất tải Từ đồ thị hình 6.13 cho thấy khoảng cách 13D so với trục cọc đất thực không biến dạng Tuy nhiên khoảng cách 5D biến dạng 10-4 Biến dạng có xu hướng giảm sau số chu kỳ chất tải Tải trọng chu kỳ gây ảnh hưởng đến biến dạng đất khoảng 5D Bảng 6.11 cho giá biến dạng ngang εxx điểm dọc trục cọc mặt phẳng tải trọng εxx bảng tương ứng với thời điểm tải đạt max Dấu trừ thể biến dạng nén Y/D mang dấu trừ thể độ sâu từ mặt đất Bảng 6.11 :Biến dạng điểm dọc trục cọc mặt phẳng tải trọng Hình 6.14 biểu diễn kết bảng 6.11 dạng đồ thị thể quan hệ biến dạng ngang εxx với độ sâu tương đối Y/D qua chu kỳ chất tải Giá trị εxx đồ thị nhân với 104 Trục nằm ngang thể trục cọc Đồ thị hình 6.14 cho thấy vùng đất bị biến dạng lớn khoảng 5,5D tính từ mặt đất Biến dạng có xu hướng giảm nhanh chu kỳ đầu tiến tới ổn định chu kỳ Biến dạng đất đổi dấu chứng tỏ trục cọc bị uốn Sau số chu kỳ điểm bắt đầu đổi dấu biến dạng dịch chuyển lên phía trên, điều có nghóa chiều dài chịu uốn cọc giảm TRỊNH THANH KIÊN 100 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Hình 6.14: Quan hệ biến dạng εxx với độ sâu tương đối Y/D qua chu kỳ chất tải 6.5.2 Biến dạng mặt phẳng vuông góc mặt phẳng tác dụng tải trọng Hình 6.15 biểu diễn thay đổi biến dạng εxx hai điểm: điểm K1 cách trục cọc 0,89m điểm L1 cách trục cọc 1,79m Cả hai điểm nằm mặt phẳng chứa trục cọc vuông góc với tải trọng (Toạ độ xác xem bảng 6.2) Hình 6.15: Biến dạng εxx theo thời gian đất mặt phẳng vuông góc với tải trọng (khảo sát điểm K1 L1) Từ đồ thị hình 6.15 cho thấy biến dạng đất điểm K1 liên tục đổi dấu theo chu kỳ chất tải điểm L1 có dấu tăng liên tục chu kỳ đầu Hai điểm khảo sát cách khoảng 1D trị số xu hướng TRỊNH THANH KIÊN 101 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG khác nhau, điều cho thấy vùng đất gần mặt bên cọc bị xáo động mạnh Đất tiếp giáp với mặt bên cọc bị dao động với dao động cọc Bảng 6.12 cho giá trị biến dạng đất mặt phẳng chứa trục cọc vuông góc với tải trọng: εxx biến dạng pháp tuyến theo phương x γxy biến dạng trượt mặt phẳng xy Các trị số biến dạng bảng tương ứng với thời điểm tải trọng đạt đỉnh max Bảng 6.12 :Biến dạng đất mặt phẳng vuông góc với tải trọng Hình 6.16 thể kết bảng 6.12 dạng đồ thị, thể quan hệ biến dạng với khoảng cách tương đối Z/D qua chu kỳ chất tải Giá trị biến dạng đồ thị đươc nhân với 104 Hình 6.16a: Biến dạng εxx đất mặt phẳng vuông góc với tải trọng Hình 6.16a cho thấy biến dạng εxx bên hông xảy khoảng cách lớn 6D so với trục cọc giá trị nhỏ Ở khoảng cách 2D εxx gần 10-4 Cũng từ hình thấy tải trọng chu kỳ làm tăng biến dạng εxx chu kỳ εxx đạt giá trị ổn định chu kỳ sau, có nghóa tải trọng chu kỳ làm mở rộng vùng cọc chịu tác dụng tải trọng TRỊNH THANH KIÊN 102 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Hình 6.16b: Biến dạng γxx đất mặt phẳng vuông góc với tải trọng Đồ thị hình 6.16b cho thấy biến dạng trượt γxy đất giảm dần theo chu kỳ tác dụng tải trọng (theo thời gian) γxy giảm nhanh tiến tới ổn định chu kỳ thứ γxy phát triển đến khoảng cách 6D, đến chu kỳ thứ γxy thu hẹp ổn định khoảng 3,5D Qua kết khảo sát ứng suất biến dạng cọc chịu tải trọng ngang chu kỳ cho thấy: bỏ qua biến dạng nhỏ 10-4 phạm vi vùng đất bị biến dạng xác định: trước sau cọc (theo phương tải trọng) khoảng 5D tính từ trục cọc, mở rộng sang bên cọc khoảng 2D, phát triển sâu xuống khoảng 5.5D (D đường kính cọc) Đất phương tác dụng tải trọng bị nén mạnh hai mặt bên cọc bị xáo động mạnh Tải trọng chu kỳ làm mở rộng vùng cọc hai bên theo vuông góc với phương tác dụng tải Để khẳng định chắn kết luận này, phần sau tiến hành khảo sát phát triển vùng xung quanh cọc ứng với nhiều cấp tải trọng khác 6.6 KHẢO SÁT VÙNG NỀN CỦA CỌC ỨNG VỚI NHIỀU CẤP TẢI Kết tính toán phần sử dụng thông số đầu vào mục phần 6.2 Bảng 6.13 cho giá trị biến dạng εxx điểm nằm mặt phẳng tác dụng tải trọng cọc chịu tác dụng lực ngang có biên độ F Giá trị bảng ứng với thời điểm tải trọng đạt đỉnh max chu kỳ chu kỳ Dấu âm thể đất bị nén Như trình bày chương 5, hệ xét đối xứng nên xây dựng mô hình PLAXIS xây dựng nửa đối xứng, tải trọng có biên độ ½ tải thực Kết bảng 6.13 ứng với ½ F = {30, 60, 90} kN TRỊNH THANH KIÊN 103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Bảng 6.13 :Biến dạng điểm mặt phẳng tải trọng Hình 6.17 biểu diễn kết bảng 6.13 dạng đồ thị, thể quan hệ biến dạng εxx với khoảng cách tương đối X/D qua chu kỳ chất tải Trên đồ thị hình 6.16 thể giá trị biến dạng khoảng X/D ≤ 7D với mục đích cho hình vẽ dễ quan sát Giá trị biến dạng ứng với X/D lớn xem bảng 6.13 Hình 6.17: Biến dạng εxx đất mặt phẳng tác dụng tải trọng Đồ thị hình 6.17 cho thấy tải trọng tác dụng tăng lên biến dạng đất phạm vi từ mặt cọc đến khoảng cách 5D (theo phương tải trọng) tăng theo Đất phạm vi gần không thay đổi Điều cho thấy có phần đất khoảng 5D gần cọc tham gia gánh chịu tải trọng ngang cọc truyền lên TRỊNH THANH KIÊN 104 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Từ hình 6.17 nhận thấy biên độ tải trọng tăng lên ảnh hưởng tải trọng chu kỳ lên đất tăng rõ rệt Xét trường hợp tải trọng tác dụng có biên độ ½F = 90kN , lần tác dụng (chu kỳ 1) biến dạng có 0,4%, đến chu kỳ thứ biến dạng đạt gấp hai lần, 0,8%, có nghóa biến dạng tăng gấp hai lần sau chu kỳ Bảng 6.14 cho giá trị biến dạng εxx đất điểm dọc trục cọc nằm mặt phẳng tác dụng tải trọng ứng với tải trọng đạt đỉnh max chu kỳ thứ với biên độ tải trọng ½F = {30, 60, 90}kN Bảng 6.14 :Biến dạng điểm dọc trục cọc mặt phẳng tải trọng Hình 6.18 biểu diễn kết bảng 6.14 dạng đồ thị, thể quan hệ biến dạng εxx độ sâu tương đối Y/D ứng với biên độ tải trọng khác Đồ thị thể đến độ sâu 9D Giá trị biến dạng độ sâu xem bảng 6.14 Hình 6.18: Biến dạng εxx đất điểm dọc trục cọc mặt phẳng tác dụng tải trọng Đồ thị hình 6.18 giá trị bảng 6.14 cho thấy dù tải trọng có tăng đến lần so với tải trọng ban đầu biến dạng không phát triển TRỊNH THANH KIÊN 105 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG xuống sâu so với ban đầu 5,5D Điều có nghóa có phần đất mặt dày khoảng 5,5D tham gia gánh chịu tải trọng ngang cọc truyền lên Độ sâu gần với giá trị tính từ công thức thực nghiệm dùng rộng rãi tài liệu móng để tính chiều sâu đất tham gia chịu taûi ngang hah = 2(D + 1) = 4m (D=1m) Qua khẳng định vùng cọc chịu tải ngang chu kỳ xác định theo mục 6.5 hợp lý Dù tải trọng có tăng lên có đất nằm khoảng 5D so với trục cọc 5,5D tính từ mặt tham gia chịu tải trọng cọc truyền lên Đất phạm vi xem vùng đất ổn định, không chịu ảnh hưởng tải trọng Việc xác định vùng cọc chịu tải trọng ngang quan trọng thường lớp đất mặt lớp đất yếu, mà lớp đất lại gánh chịu toàn tải trọng cọc truyền lên, đặc biệt công trình ven bờ sông, bờ biển công trình khơi Khi xác định vùng cọc thực việc gia cố nền, mà cách thực tăng độ cứng Trong phần sau thực đánh giá hiệu việc tăng độ cứng xung quanh cọc chịu tải trọng ngang chu kỳ 6.7 KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC TĂNG ĐỘ CỨNG CỦA NỀN Kết phần sử dụng thông số đầu vào mục phần 6.1 Bảng 6.15 cho kết chuyển vị ngang Ux lớn đỉnh cọc độ cứng đất tăng Giá trị Ux bảng tương ứng với tải trọng đạt đỉnh max thay đổi theo tỷ số ất/Ecọc Bảng 6.15 : Chuyển vị đỉnh cọc độ cứng đất thay đổi Đồ thị hình 6.19 biểu diễn kết bảng 6.15 dạng đồ thị, thể quan hệ chuyển vị ngang lớn đỉnh cọc qua chu kỳ chất tải độ ứng đất thay đổi Giá trị Ux đồ thị nhân với 103(m) Hình 6.19 cho thấy độ cứng đất tăng từ 2.10-3 lên 6.10-3 lần độ cứng cọc, có nghóa Ecọc = (2000 ÷ 6000)ất chuyển vị ngang cọc giảm nhanh Nhưng ất/Ecọc > 6.10-3 chuyển vị ngang đỉnh cọc giảm chậm TRỊNH THANH KIÊN 106 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Hình 6.19: Chuyển vị ngang Ux đỉnh cọc độ cứng E đất thay đổi Bảng 6.14 cho giá trị biến dạng điểm K có toạ độ tương đối so với đỉnh cọc (X/DY/D, Z/D) = (1.33, -0.42, -0.11) Giá trị biến dạng tương ứng với thời điểm tải trọng đạt đỉnh max Dấu trừ thể đất điểm khảo sát bị nén Bảng 6.14 : Biến dạng điểm độ cứng đất thay đổi Hình 6.20: Biến dạng ngang εxx điểm độ cứng E đất thay đổi TRỊNH THANH KIÊN 107 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG Kết bảng 6.16 biểu diễn dạng đồ thị hình 6.20, thể thay đổi biến dạng đất điểm độ cứng thay đổi Qua đồ thị nhận thấy εxx có xu hương giảm tỷ số ất/Ecọc tăng tốc độ tăng lớn ất/Ecọc < 6.10-3 Khi tỷ số lớn 6.10-3 tốc độ tăng chậm lại rõ Từ kết khảo sát chuyển vị đỉnh cọc biến dạng thay đổi độ cứng cho thấy biện pháp xử lý gia cố đất cho cọc chịu tải trọng ngang có hiệu phạm vi định, Ecọc/ất < 6.10-3 Nếu phạm vi hiệu việc xử lý không mang lại hiệu cao TRỊNH THANH KIÊN 108 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 KẾT LUẬN Với cách mô toán chương kết phân tích chương kết luận phần mềm PLAXIS 3D – Tunnel có khả giải toán đặt mô hình tính lựa chọn phù hợp Kết phân tích cọc dài mềm mặt cắt vuông có cạnh D, đầu cọc tự do, đất cát xốp điều kiện ngập sâu nước chịu tải trọng ngang có tần số ω = 0,3s-1 đặt đỉnh cọc cao trình mặt đất cho thấy: Chuyển vị ngang đỉnh cọc giảm tiến tới ổn định sau khoảng chu kỳ chất tải Cọc chịu tải trọng ngang gây ảnh hưởng đến vùng đất xa cọc Nếu bỏ qua chuyển vị 10% chuyển vị lớn đỉnh cọc xem chuyển vị tắt khoảng cách 7D theo phương tải trọng, 3D theo phương vuông góc tải trọng (tính từ trục cọc) xuống sâu 6D (tính từ mặt đất) Tải trọng ngang chu kỳ tác dụng lên cọc làm giảm chuyển vị ngang làm tăng chuyển vị đứng đất xung quanh cọc Ảnh hưởng tải chu kỳ đến chuyển vị khoảng 4,5D theo phương tải trọng xuống sâu 4D tính từ mặt đất Vùng tập trung ứng suất đất tải trọng chu kỳ tác dụng theo phương ngang đặt đỉnh cọc nằm phạm vi 8D tính từ trục cọc theo phương tải trọng, 7D theo độ sâu tính từ mặt đất Ở khoảng cách 8D ứng suất pháp σxx 1% áp lực mặt tiếp xúc tải trọng p, khoảng cách 1,5D σxx = 10%p Như phân bố ứng suất giống với phân bố ứng suất móng vuông móng băng Tải trọng chu kỳ làm tăng ứng suất đất nền, làm giảm chiều dài chịu uốn cọc số chu kỳ Khi tải trọng tiếp tục tác dụng theo chu kỳ ứng suất chiều dài chịu uốn cọc nhanh chóng đạt giá trị ổn định Tải trọng chu kỳ làm vùng theo phương vuông góc với tải trọng phát triển rộng so với tải trọng tónh.Hiện tượng lặp lại tải trọng làm phá hoại mạnh đất gần mặt đất Ảnh hưởng lớn biên độ tải lớn TRỊNH THANH KIÊN 109 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 7 Nếu bỏ qua biến dạng nén nhỏ 10-4 xem vùng đất bị biến dạng phạm vi 5D theo phương tải trọng, 2D theo phương vuông góc tải trọng (tính từ trục cọc), xuống sâu 5,5D từ mặt đất Vùng đất xung quanh cọc chịu tải ngang bị biến dạng không mở rộng biên độ tải tăng lên Cho dù biên độ tải trọng có tăng thêm phạm vi đất bị biến dạng xác định tối đa, phá hoại đất xảy phạm vi Việc gia cố xung quanh cọc chịu tải trọng ngang cách tăng độ cứng có hiệu đến ất/Ecọc ≤ 6.10-3 Khi tỷ số lớn hiệu việc tăng độ cứng đất không cao 10 Vùng cọc chịu tải trọng ngang chu kỳ có dạng hai hình ellipse xếp chồng lên Phạm vi vùng xác định tuỳ thuộc quan điểm: xét theo vùng chuyển vị (kết luận thứ 2); theo vùng ứng suất (kết luận thứ 4) hay theo vùng biến dạng (kết luận thứ 7) Hình dạng vùng mặt phác hoạ hình 7.1, xem thêm hình 6.9 Z X Hình 7.1: Vùng cọc chịu tải ngang có chu kỳ 7.2 KIẾN NGHỊ Như thấy trên, phạm vi vùng cọc chịu tải trọng ngang chu kỳ thay đổi Vì biến dạng đất cho ta thấy hình ảnh mức độ phá hoại nền, đồng thời biến dạng đại lượng có quan hệ trực tiếp với ứng suất nên luận văn kiến nghị cách xác định vùng theo vùng biến dạng Khi phạm vi vùng xác định X = 5D, Z = 2D Y = 5,5D (xem thêm hình 7.1 hình 6.9) Mô hình toán xây dựng luận văn mô đất thực so với hầu hết mô hình cũ chưa diễn tả tải trọng chu kỳ thực, có nghóa xét đến dao động cọc đất Do cần phải tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện mô hình tính TRỊNH THANH KIÊN 110 LUẬN VĂN THẠC SĨ 7.3 CHƯƠNG Những kết luận rút sở thông số đất (ϕ, c không đổi), số lượng điểm khảo sát chưa nhiều điều kiện biên hạn chế nên chưa mang tính tổng quát Để có kết luận mang tính tổng quát xác cần phải thực khảo sát nhiều loại đất điều kiện biên khác HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Như trình bày trên, mô hình toán kết nhiều hạn chế nên đề tài cần phát triển thêm theo nội dung sau: Xây dựng mô hình hoàn chỉnh, khắc phục nhược điểm mô hình xây dựng luận văn mô hình cũ Đặc biệt phải diễn tả tải trọng chu kỳ thực, điều kiện tiếp xúc cọc đất, tượng hoá lỏng đất điều kiện biên khác Khảo sát tìm hệ số giảm sức chịu tải trọng ngang cọc khoảng cách cọc không đủ lớn, vùng cọc chồng lên Nghiên cứu làm việc cọc chịu đồng thời tải trọng ngang chu kỳ tải trọng đứng chu kỳ Nghiên cứu khả gia cố cọc chịu tải trọng ngang phương pháp khác nhằm nâng cao sức chịu tải ngang cọc TRỊNH THANH KIÊN 111 LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Xuân Hùng Động lực học công trình biển NXB Khoa học Kỹ thuật - 1999 [2] Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Việt Dương Địa kỹ thuật biển Móng công trình khơi NXB Xây Dựng - 2004 [3] Châu Ngọc Ẩn Nền móng công trình NXB Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh - 2004 [4] Phan Dũng Tính toán cọc Móng cọc xây dựng Giao thông NXB Giao thông vận tải – 1987 [5] Shamsher Prakash, Hari D.Sharma Pile Foundations in Engineering Practice A Winley-Interscience Publication [6] M.J.Tomlinson Pile Design and Construction Practice Spon Press 4th edition - 2001 [7] Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design American Petroleum Institute (API) 21st edition December 2000 [8] Thomas H.Dawson Offshore Structural Engineering Prentice-Hall – 1986 [10] Joseph E.Bowles Foundation Analysis and Design The McGraw-Rill Companies Inc 5th edition – 1996 [11] Department of Defense Handbook Soil Dynamics and Special Design Aspects MIL-HDBK-1007/3 15 November 1997 [12] A Verruijt Soil Dynamics Delft University of Technology – 2004 [13] D.A.Brown, M.W.O’Neill, M.Hoit, M.McVay, M.H.El Naggar and S.Chakraborty NCHRP report 461 Static and Dynamic Lateral Loading of Pile Groups National Academy Press – 2001 [14] N.S.V.Kameswara Rao Vibration Analysis and Foundation Dynamics Wheeler Publishing 1st edition – 1998 [15] Braja M.Das Principles of Soil Dynamics PWS-KENT Publishing Company – 1993 [16] Anil K.Chopra Dynamics of Structures Theory and Applications to Earthquake Engineering Prentice Hall International, Inc – 1995 [17] Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 [18] Lê Đức Thắng Tính toán móng cọc Trường Đại học Xây dựng 1998 TRỊNH THANH KIÊN 112 LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀI LIỆU THAM KHAÛO [19] H.G.Poulos, E.H.Davis Pile Foundation Analysis and Design John Wiley & Sons – 1980 [20] Design Manual 7.2 Foundation and Earth Structures Naval Facilities Engineering Command September -1986 [21] Reed L.Mosher and William P.Dawkins Theoretical Manual for Pile Foundations US Army Corps of Engineers – Engineer Research and Development Center November – 1998 [22] Mohammad (Mel) Abouzalan Behaviour of Pile Foundation in Liquefied and Spreading Ground [23] Joo Chai Wong Seismic Behavior of Micropiles Master thesis Washington State University May 2004 [24] Samir Belkhir, Salim Mezazigh and Daniel Levacher Non-Linear Behavior of Lateral-Loaded Pile - Taking into Account the Shear Stress at the Sand [25] Leonardo Zeevaert Pile Foundation problems in Earthquake Area [26] Kyle M Rollins, Kimball G Olsen, Derek H Jensen, Brian H Garrett, Ryan J Olsen, and Jeffery J Egbert Pile Spacing Effects on Lateral Pile Group Behaviour: Analysis [27] Technical Instructions Design of Deep Foundations US Army Corps of Engineers August 1998 [28] Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan – 2002 (OCDI) [29] David Muir Wood Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics Cambridge University Press – 1990 [30] J.H.Atkinson, P.L.Bransby The Mechanics of Soils – An Introduction to Critical State Soil Mechanics McGraw Hill – 1982 [31] A.M.Britto, M.J.Gunn Critical State Soil Mechanics via Finite Elements Ellis Horwood Limited – 1st 1987 [32] Donald P.Coduto Foundation Design – Principles and Practices Prentice Hall Inc – 2nd 2001 [33] Braja M.Das Principles of Foundation Engineering PWS Engineering 1984 [34] PLAXIS 3D – Tunnel Material Models Manual Version TRỊNH THANH KIÊN 113 ... Chuyên ngành: Công trình đất yếu MSHV: 00903217 I - ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA CỌC VÀ ĐẤT NỀN CỦA MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH NGOÀI KHƠI CHỊU TẢI TRỌNG SÓNG II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:... nhân gây tải trọng ngang tải trọng gió, tải trọng sóng, tải trọng dòng chảy tải trọng động đất Ứng xử cọc chịu tải trọng ngang trước tiên phụ thuộc vào độ cứng cọc đất xung quanh cọc, khả huy... Đặt tải trọng ngang lên đỉnh cọc, ban đầu tải trọng gánh chịu đất sát gần cọc gần mặt đất Khi tải trọng nhỏ đất bị nén đàn hồi Khi tải trọng tăng lên, đất gần cọc bị chảy dẻo, áp lực từ cọc truyền