Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn của nền hai lớp dưới công trình đắp theo các thành phần ứng suất chính

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHAN QUỐC CƯỜNG MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA NỀN HAI LỚP DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP THEO CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH Chun ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng Năm 2009 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 BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm nhận xét 1: GS TSKH LÊ BÁ LƯƠNG Cán chấm nhận xét 2: PGS TS TRẦN THỊ THANH Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ng ày 04 tháng năm 2009 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 03 tháng năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN QUỐC CƯỜNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 00 - 00 - 1976 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 00907538 1- TÊN ĐỀ TÀI: MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA NỀN HAI LỚP DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THEO CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Xây dựng phương pháp lập trình tính tốn, đánh giá mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn ( ω = τ max ) đất hai lớp tác dụng tải trọng cơng τ gh trình đắp theo thành phần ứng suất Nội dung: Mở đầu Chương 1: Tổng hợp phương pháp đánh giá khả chịu tải đất phân chia vùng biến dạng dẻo Chương 2: Phương pháp phân chia vùng cơng trình theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn Chương 3: Nghiên cứu mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn lớp cơng trình đắp theo thành phần ứng suất Chương 4: Nghiên cứu mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp cơng trình đắp theo thành phần ứng suất Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02 – 02 - 2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03 – - 2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS BÙI TRƯỜNG SƠN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS BÙI TRƯỜNG SƠN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS VÕ PHÁN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn TS Bùi Trường Sơn cho tơi gợi ý hình thành nên ý tưởng đề tài, tận tình giúp đở hướng dẫn tơi hồn thành Luận văn Ngồi cương vị người Thầy giúp đỡ, truyền đạt cho học viên tiếp thu kiến thức chuy ên ngành, Thầy người anh, người bạn hết lịng bảo truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức có ích sống Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Quý Thầy, Cô Bộ môn Thầy, Cô phòng Đào tạo sau đại học truyền đạt kiến thức tạo nhiều thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu trường Niềm động viên tinh thần lớn Cha Mẹ, Anh Chị Em đặc biệt Vợ Con, người ln ln ủng hộ, động viên khích lệ để tơi hồn thành chương trình học Luận Văn Thạc Sĩ quà cao quý xin dành tặng cho gia đình u q tơi Xin chân thành cảm ơn bạn lớp Địa Kỹ Thuật Xây Dựng khố 2007 ln sẳn sàng hổ trợ giúp đở tơi suốt q trình học thực Luận văn Với kiến thức kinh nghiệm thân cịn hạn chế chắn khơng tránh khỏi thiếu sót thực Luận văn, kính mong q Thầy, Cơ bạn đồng nghiệp đóng góp để Luận văn hồn thành tốt TĨM TẮT: MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA NỀN HAI LỚP DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THEO CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH Phương pháp phân chia vùng cơng trình đắp theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn theo thành phần ứng suất chính, đặc biệt cho hai lớp cho phép đánh giá sức chịu tải phát triển vùng biến dạng dẻo cách tổng thể Ở đây, ngồi vùng có giá trị ω =1 vùng đạt trạng thái cân giới hạn, vùng có giá trị ω < xác định thơng qua chương trình tự thiết lập Ưu điểm phương pháp xét sức chống cắt khơng nước thay đổi theo độ sâu, sức chống cắt thoát nước trọng lượng thân đất nền, nhiều lớp đánh giá khả chịu tải đất Các kết nghiên cứu có ích cho cơng tác xử lý đất yếu hay đánh giá sức chịu tải gia đoạn khác ABSTRACT: DEGREE OF APPROXIMATION TO LIMITING STATE OF TWO - LAYER GROUND UNDER EMBANKMENT BY PRINCIPAL STRESSES Method of division ground under embankment by degree of approximation to limiting state by principal stresses, especially for two - layer ground, allows evaluating bearing capacity of ground and development of plastic area in the ground generally Here, not only the areas, with value ω = 1, in ground reaching to the steady – state condition are defined, but also the areas in ground with value ω < are defined exactly by self-resetting program The advantage of this method can consider undrained shearing resistance change according to depth of the ground, undrained shearing resistance and dead weight of soil, multilayer ground in evaluating of bearing capacity ground These results of research are useful for treatment of soft ground and evaluate bearing capacity of ground in different periods MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nhiệm vụ luận văn Hạn chế đề tài CHƯƠNG TỔNG HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KH Ả NĂNG CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN VÀ PHÂN CHIA VÙNG BI ẾN DẠNG DẺO 1.1/ Điều kiện cân giới hạn v lý thuyết xác định tải trọng lớn tác dụng lên đất điều kiện cân giới hạn 1.1.1/ Điều kiện cân giới hạn 1.1.2/ Tải trọng tới hạn ban đầu p* 1.2/ Phương pháp tính d ựa vào lý thuyết cân giới hạn 12 1.2.1/ Lời giải Prandtl 12 1.2.2/ Lời giải V.V.Sokolovski 13 1.2.3/ Lời giải V.G.Berezantsev 17 1.2.4/ Lời giải K.Terzaghi 21 1.2.5/ Cơng thức sức chịu tải có xét đến ảnh h ưởng hình dạng móng, chiều sâu chơn móng độ nghiêng tải trọng tác động 22 1.2.6 Các phương pháp khác tính tốn cho cơng tr ình đắp 24 1.3 Phương pháp tính d ựa mặt trượt 25 1.4 Phương pháp mặt trượt l ăng trụ tròn 28 1.5/ Sức chịu tải theo thí nghiệm tr ường 35 1.5.1/ Theo thí nghiệm xuyên động chuẩn SPT 35 1.5.2/ Theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT 36 1.5.3/ Theo thí nghiệm bàn nén trường 36 1.6/ Nhận xét nhiệm vụ luận văn 37 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN CHIA VÙNG N ỀN DƯỚI CƠNG TRÌNH THEO MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 2.1/ Các loại ứng suất trạng thái ứng suất đất 39 2.1.1/ Các loại ứng suất đất 39 2.1.2/ Trạng thái ứng suất đất d ưới cơng trình 47 2.1.2.1/ Trạng thái ứng suất ban đầu 47 2.1.2.2/ Sự phân bố ứng suất tác dụng tải trọng ngo ài 49 2.2/ Thuyết phá hoại Mohr-Colomb 54 2.2.1/ Trạng thái ứng suất điểm khố i đất – Vòng Mohr ứng suất 54 2.2.2/ Thuyết phá hoại đất Mohr – Coulomb 55 2.3/ Phương pháp xác định vùng cơng trình theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn 56 2.4/ Nhận xét chương 60 CHƯƠNG NGHIÊN C ỨU MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI G IỚI HẠN CỦA NỀN MỘT LỚP D ƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THEO CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH 3.1/ Cấu tạo địa chất cơng trình khu vực có đất yếu 61 3.2/ Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn đất cơng trình đắp 65 3.3/ Sự thay đổi vùng mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn thay đổi bề rộng mặt đường 71 3.4/ Sự thay đổi vùng mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn thay đổi độ dốc mái taluy 74 3.5/ Kết luận chương 76 CHƯƠNG NGHIÊN C ỨU MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA NỀN HAI LỚP DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THEO CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH 4.1/ Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp: lớp đất tr ên tốt, lớp đất yếu 77 4.2/ Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp: lớp đất yếu b ên trên, lớp đất tốt bên 81 4.3/ Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp dựa theo kết thí nghiệm cắt cánh với sức kháng cắt khơng n ước Su thay đổi theo độ sâu 86 4.4/ Kết luận chương 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Cho đến để tính tốn sức chịu tải đất nền, phương pháp thường sử dụng là: phương pháp tính dựa mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo nền, phương pháp tính dựa giả thuyết cân giới hạn, phương pháp tính dựa giả thuyết mặt trượt phẳng, tính sức chịu tải theo thí nghiệm trường Các phương pháp cho phép xác định ứng suất giới hạn giá trị xem sức chịu tải đất Trong trường hợp đất có hai lớp, vùng nguy hiểm xảy phức tạp Tùy theo loại đất trạng thái chúng mà vùng nguy hiểm nằm lớp lớp “Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp cơng trình đắp theo thành phần ứng suất chính” khơng cho phép đánh giá khả chịu tải nền, vùng mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn lớn (xấp xỉ 1) mà cho phép nhận biết phạm vi vùng nguy hiểm đất nền, giá trị ứng suất tiếp xấp xỉ độ bền đất hay chuyển sang giai đoạn biến dạng dẻo Từ chọn lựa giải pháp xử lý khu vực xung yếu đất Đây vấn đề cần quan tâm kỹ sư tính tốn thiết kế cơng trình đất yếu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Đất điều kiện tự nhiên thường trạng thái cân đặc trưng trạng thái ứng suất biến dạng ban đầu Khi xây dựng cơng trình tác động việc xây dựng khai đào san lấp mà bề mặt tự nhiên bị thay đổi, trạng thái ứng suất ban đầu đất bị thay đổi Trong trường hợp thành phần ứng suất đạt tới giá trị giới hạn vượt độ bền đất, điểm xem đạt trạng thái cân giới hạn xảy biến dạng dẻo cục Khi phạm vi vùng biến dạng dẻo mở rộng đến mức độ đó, đất bị phá hoại, gây ổn định cơng trình Trong Địa học, giá trị ứng suất tải trọng ngồi gây nên khống chế khơng vượt giá trị cho phép để gây ảnh hưởng đến làm việc ổn định -2- cơng trình Trong đa số tốn thực tế, giá trị ứng suất giới hạn tính cho ứng suất diện chịu tải Một giá trị ứng suất giới hạn xác định phụ thuộc vào toán cụ thể theo quy định tiêu chuẩn hay nêu tài liệu chuyên ngành Trong trường hợp đất có đặc trưng lý (độ bền) tốt, ứng suất giới hạn cho phép thường có giá trị lớn, giải pháp móng chọn lựa theo khuynh hướng thuận lợi tiết kiệm Đối với đất yếu hơn, số trường hợp cần phải cải tạo, xử lý nhằm gia tăng đặc trưng lý để đảm bảo khả chịu tải đất Tuy nhiên, vùng đất đạt trạng thái cân giới hạn (theo điều kiện cân Mohr – Coulomb) không phân bố toàn vùng ảnh hưởng Do đó, việc xác định phân chia vùng nguy hiểm đất giúp phân tích khả chịu tải đất nền, giúp chọn lựa vùng cần thiết để cải tạo, xử lý số áp dụng thực tế khác Thực tế, có nhiều phương pháp phân chia vùng nguy hiểm đất vùng biến dạng dẻo tài liệu chuyên ngành Với cơng cụ tính tốn thể hiện đại nhờ trợ giúp máy tính, hy vọng mang lại phương pháp đánh giá đất có hiệu thơng qua đề tài luận văn: “Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp cơng trình đắp theo thành phần ứng suất chính” Đây mục đích đề tài Nhiệm vụ luận văn : Xây dựng phương pháp lập trình tính tốn, đánh giá mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn ( ω = τ max ) đất hai lớp tác dụng tải trọng cơng trình τ gh đắp theo thành phần ứng suất Hạn chế đề tài: - Trong nội dung luận văn không xét đến ảnh hưởng mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn đến chuyển vị vị trí đất nền; ... cơng trình theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn Chương 3: Nghiên cứu mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn lớp cơng trình đắp theo thành phần ứng suất Chương 4: Nghiên cứu mức độ tiếp cận trạng. .. thành tốt TĨM TẮT: MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA NỀN HAI LỚP DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THEO CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT CHÍNH Phương pháp phân chia vùng cơng trình đắp theo mức độ tiếp cận trạng. .. hiểm nằm lớp lớp ? ?Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn hai lớp cơng trình đắp theo thành phần ứng suất chính? ?? khơng cho phép đánh giá khả chịu tải nền, vùng mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn lớn