Ảnh hưởng các thông số đất nền đến biến dạng tức thời và lâu dài của nền dưới móng nông

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - NGUYỄN HÙNG LINH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ ĐẤT NỀN ĐẾN BIẾN DẠNG TỨC THỜI VÀ LÂU DÀI CỦA NỀN DƯỚI MÓNG NÔNG Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU Mã số ngành : 31.10.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm nhận xét 1: TS VÕ PHÁN Caùn chấm nhận xét 2: TS PHẠM VĂN LONG Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 21 tháng năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày…… tháng …… năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên :Nguyễn Hùng Linh Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh :24-10-1978 Nơi sinh : Quảng Nam Chuyên ngành :Công Trình Trên Đất Yếu Mã số : 31.10.02 I - TÊN ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ ĐẤT NỀN ĐẾN BIẾN DẠNG TỨC THỜI VÀ LÂU DÀI DƯỚI MÓNG NÔNG II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: - Thí nghiệm xác định thông số đất phục vụ cho tính lún tức thời lâu dài - Thiết lập chương trình tính toán Nội dung: Mở đầu Chương 1: Tổng quan số phương pháp ước lượng độ lún công trình Chương 2: Độ lún tức thời lâu dài sở thông số đất Chương 3: Tính toán ứng dụng cho công trình thực tế Chương 4: phân tích biến dạng tức thời, ổn định theo thời gian sét bảo hòa nước Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM V: 06/02/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM V: 06/9/2004 V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI TRƯỜNG SƠN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS BÙI TRƯỜNG SƠN TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO - SĐH Ngày …… tháng …… năm 2006 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Bùi Trường Sơn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em vượt qua khó khăn gặp phải trình thực luận văn tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể Thầy Cô Bộ môn Địa NềnMóng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, người truyền dạy cho em kiến thức quý báu suốt thời gian vừa qua Xin cảm ơn gia đình, bạn bè quan tâm giúp đỡ Tp.Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 07 năm 2006 Học viên thực NGUYỄN HÙNG LINH Thesis summary (Master of Science Degree) Topic Influence of parameter of foundation on immediate settlement and primary consolidation settlement in shallow foundation Summary Currently, the settlement of foundation based on the theory of consolidation rallying is calculated unrelated to the original settlement In practice, this does not seem appropriate since the building is remarkably sunk as soon as it has been finished and the original settlement takes up a considerable portion of the stabilized settlement In this thesis, we have done research which adds the subsidence characteristics to saturated land in the absorbed rallying process by basing on the theory of elasticity In the first part of the thesis, we would like to study about the methods and parameters which are used to figure out the level of subsidence The next part will be of carrying out experiments to determine the characteristics of long-term and instant deformation of soft and plastic sand clay On the basis of theory and the experiment results, we have established calculation programs which we tried to apply to every construction as well as have compared them to the normal calculation of subsidence without mentioning the original settlement TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ ĐẤT NỀN ĐẾN BIẾN DẠNG TỨC THỜI VÀ LÂU DÀI DƯỚI MĨNG NƠNG TÓM TẮT Hiện nay, việc tính toán độ lún theo thời gian đất theo lý thuyết cố kết thấm xét đến độ lún ban đầu Điều không phù hợp với thực tế công trình vừa hoàn thành bị lún đáng kể, độ lún chiếm phần đáng kể so với tổng độ lún Trong luận văn này, tiến hành nghiên cứu bổ sung phần tính lún cho đất bão hòa nước trình cố kết thấm dựa sở lý thuyết đàn hồi Phần đầu luận văn vào nghiên cứu tìm hiểu phương pháp thông số sử dụng để tính lún Phần luận văn, tiến hành thí nghiệm xác định đặc trưng biến dạng tức thời lâu dài đất sét pha cát dẻo mềm Trên sở lý thuyết kết thí nghiệm, thiết lập chương trình tính toán, áp dụng tính toán cho công trình thực tế so sánh với cách tính lún thông thường không xét đến độ lún ban đầu -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Việc ước lượng độ lún biến dạng theo thời gian đất (tính toán móng theo trạng thái giới hạn II) vấn đề quan trọng tính toán thiết kế móng Điều cho phép người kỹ sư tính toán xác khối lượng vật liệu xây dựng, dự báo cao độ kết cấu công trình tương đối so với công trình lân cận, tiến hành xây dựng thời hạn sử dụng công trình Hiện nay, hầu hết công trình xây dựng dân dụng công nghiệp nước ta công trình vừa nhỏ Giải pháp móng cho công trình đa số trường hợp móng nông đặt thiên nhiên Đất thường đất loại sét trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng đất loại cát trạng thái chặt - chặt vừa Chính vậy, việc tính toán sử dụng thông số cách phù hợp cần thiết Mục đích luận văn sở hoàn chỉnh phương pháp đánh giá biến dạng nền, theo lý thuyết đàn hồi tính toán ước lượng độ lún tức thời lâu dài đất bão hòa nước theo thông số đất Hiện nay, tồn nhiều phương pháp xác định biến dạng ổn định theo thời gian khác Mặt khác, việc xác định biến dạng tức thời thường đựợc sử dụng tính toán thiết kế công trình sở hạ tầng Vì vậy, nhiệm vụ nghiên cứu đề tài, tiến hành phân tích phương pháp xác định biến dạng tức thời theo thời gian dựa sở lý thuyết đàn hồi áp dụng cho toán phẳng có sử dụng kết thí nghiệm đất phòng cho tính toán Phương pháp nghiên cứu: tiến hành thực thí nghiệm đất phòng để tìm thông số phù hợp cho tính toán biến dạng tức thời lâu dài -2- Ứng dụng kết tìm để tính toán cho công trình cụ thể, so sánh với cách tính truyền thống Trong trình nghiên cứu tiến hành thí nghiệm thiết bị nén cố kết, nén ba trục sử dụng chương trình tính toán hổ trợ để tính toán Các công trình xây dựng dân dụng công nghiệp công trình sở hạ tầng với móng nông sử dụng rộng rãi, biến dạng có ảnh hưởng lớn mặt kinh tế kỹ thuật Vì vấn đề độ lún tức thời theo thời gian cần thiết nghiên cứu có ý nghóa thực tế việc tính toán thiết kế công trình Những điểm hạn chế đề tài: - Do khả hạn chế, toán xét đề tài giới hạn toán phẳng - Cơ sở lý thuyết đàn hồi áp dụng việc xét toán biến dạng - Việc tính toán độ lún theo thời gian sở lý thuyết cố kết thấm, không xét đến biến dạng từ biến khung cốt đất - Nền đất đại diện đất sét pha cát -3- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN NỀN CƠNG TRÌNH Hiện nay, tài liệu học đất tiêu chuẩn phổ biến số phương pháp ước lượng độ lún khác Trong đó, đa số trường hợp vào sở lý thuyết đàn hồi, đàn hồi dẻo Trong chương tổng hợp số phương pháp ước lượng độ lún thường sử dụng tính toán thiết kế móng 1.1 Phương pháp xác định độ lún cố kết sơ cấp 1.1.1 Phương pháp sở lý thuyết biến dạng đàn hồi Do đất vật thể hoàn toàn đàn hồi, biến dạng đàn hồi có biến dạng dẻo, lý thuyết đàn hồi áp dụng rộng rãi có hiệu môi trường đất tải trọng công trình tác dụng lên đất không gây vùng biến dạng dẻo lớn Vấn đề nhiều nhà khoa học giới xác minh thực nghiệm phòng trường Do đó, tính toán trị số độ lún cố kết sơ cấp trực tiếp sử dụng thành đạt lý thuyết đàn hồi Tuy nhiên, để xét đến đặc tính đất, tức có kể đến biến dạng dẻo đất, tất biểu thức có chứa giá trị số môdun đàn hồi E’ thay trị số môdun biến dạng tổng quát E0 ¾ Độ lún cố kết sơ cấp đất có chiều dày vô hạn Khi đất có chiều dày vô hạn, độ lún điểm mặt đất (z=0) nằm cách điểm đặt tải trọng tập trung P đoạn R xác định theo biểu thức J.Boussinesq [2] -4- P(1 − ν ' ) = πE R S ( x , y ,o ) (1.1.1) Trong đó: S( x , y ,o ) - độ lún điểm mặt đất có tọa độ x,y ν ’- hệ số Poisson Trường hợp tải trọng phân bố có cường độ p (ξ ,η ) diện tích F (hình 1.1.1) trị số độ lún điểm nằm mặt đất, dựa vào biểu thức sau: S ( x , y ,o ) = p(1 − ν ' ) πE ∫∫ F p(ξ ,η )dξdη (x − ξ ) + (y −η ) (1.1.2) p y y η x ξ x b Hình 1.1.1 Sơ đồ tính toán độ lún tải trọng phân bố diện tích hình chữ nhật Trị số độ lún trung bình diện chịu tải viết dạng tổng quát sau: Sm = ∫∫ S ( x , y ,o ) dxdy F F Trong đó: S m - độ lún trung bình diện chịu tải (1.1.3) -74- Hình 4.2.1 thể mức độ lún móng theo hai phương pháp tính khác Từ thấy công thức độ cố kết trường hợp khác với công trước đây: U t (t ) = − u w (t ) S (0) = u w (0) S (∞) Hình 4.2.1 Độ lún theo thời gian 1- kể đến độ lún tức thời độ lún theo thời gian 2- có kể đến độ lún tức thời Độ cố kết toán phẳng viết dạng : U t (t ) = − ∫ u (z, t )dz ∫ u (z,0)dz w w Từ hình vẽ thấy theo đề nghị số tác giả [1, 2], việc tính lún theo thời gian xác giá trị Ut(t) ≥ 60% hợp lý Vì sau khoảng thời gian định, độ lún xác định theo hai phương pháp có giá trị gần Kết tính toán cho thấy độ lún cố kết sơ cấp đạt sau năm tháng -75- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Việc hoàn chỉnh sở lý thuyết tính toán áp dụng cho thực tế ước lượng độ lún cố kết thấm điều kiện đất yếu Việt Nam vấn đề quan trọng hàng đầu, đặc biệt công trình sở hạ tầng Với kết nguyên cứu trình bày luận văn rút nhận xét, kết luận sau: Kết thí nghiệm đất cho thấy đặc trưng biến dạng đất loại sét phụ thuộc vào tính chất lý đất trạng thái ứng suất chúng Trong điều kiện toán phẳng, độ lún tức thời có giá trị đáng kể chiếm 36% độ lún cố kết sơ cấp Độ lún đất bị trượt ngang chiếm phần lớn (75÷88%) tổng độ lún Mức độ trượt ngang lớn mép móng, phạm vi (0,65÷0,85) bề rộng móng Độ lún đất bị nén ép (biến dạng thể tích) phụ thuộc trình cố kết thấm chiếm phần không đáng kể thời điểm ban đầu Việc phân chia độ lún làm hai thành phần: biến dạng hình dạng biến dạng thể tích cho phép đánh giá độ lún tức thời, xét thành phần ứng suất theo phương đứng σz, phương ngang σx Giả thiết biến dạng hình dạng biến dạng thể tích xảy đồng thời với trình cố kết thấm cho phép đánh giá độ lún theo thời gian thời điểm -76- Kiến nghị: - Sử dụng công thức U t (t ) = S ' (t ) − S (0) cho phép đánh giá độ lún tức thời, S (∞) − S (0) ổn định theo thời gian Điều đóng vai trò quan trọng việc thiết kế móng công trình xây dựng, đặc biệt công trình xây dựng sở hạ tầng - Các thông số đặc trưng biến dạng nên xác định vào điều kiện làm việc đất nền: thời điểm ban đầu xác định điều kiện không thoát nước, việc ước lượng độ lún cố kết sơ cấp nên tiến hành thí nghiệm điều kiện thoát nước hoàn toàn Hướng nghiên cứu: - Nghiên cứu thay đổi môdun biến dạng theo thời gian - Nhằm mục đích phân tích giá trị biến dạng theo thời gian xác nên tiến hành nghiên cứu thay đổi giá trị môdun cắt G điều kiện khác - 77 - TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quý: Cơ học đất, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, 1977 [2] Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân: Tính toán móng theo trạng thái giới hạn, NXB xây dựng,1998 [3] Châu Ngọc Ẩn: Cơ học đất, NXB Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2004 [4] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái: Thí nghiệm đất trường ứng dụng phân tích móng, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005 [5] Phan Tường Phiệt: Cơ học đất ứng dụng tính toán công trình đất theo trạng thái giới hạn, NXB Xây Dựng, 2005 [6] N.A Xưtôvich: Cơ Học Đất, NXB Nông Nghiệp Hà Nội, 1987 [7] Bùi Trường Sơn, Phương pháp xác định áp lực nước lỗ rỗng ban đầu toán cố kết thấm, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, 10/2005, trang 675-679 [8] Bùi Trường Sơn, Biến dạng tức thời lâu dài công trình sở thông số nền, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, 10/2005, trang 680684 [9] TCVN 45-78 [10] Hồ sơ khảo sát địa chất công trình thủy điện sông tranh Công ty Cổ phần Tư vấn giao thông Quảng Nam lập tháng năm 2005 [11] Z.G Ter-Martirosyan and C.S Bui, Stress-strain state of weak saturated clay beds of embankments, Soil mechanics and Foundation Engineering, Vol 42, No 5, 2005, p.153-159 [12] Whitlow, Basic Soil Mechanics, Mc Graw-hill, 1995 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN NỀN CƠNG TRÌNH 1.1 Phương pháp xác định độ lún cố kết sơ cấp 1.1.1 Phương pháp sở lý thuyết biến dạng đàn hồi 1.2 Phương pháp xác định độ lún theo thời gian 13 1.2.1 Ước lượng độ lún theo thời gian điều kiện toán cố kết thấm chieàu 13 1.2.2 Ước lượng độ lún theo thời gian điều kiện toán cố kết hai chieàu 17 1.2.3 Ước lượng độ lún nén thứ cấp đất 31 1.3 Nhận xét nhiệm vụ luận vaên 32 CHƯƠNG 2: ĐỘ LÚN TỨC THỜI VÀ LÂU DÀI CĂN CỨ TRÊN CƠ SỞ CÁC THƠNG SỐ ĐẤT NỀN 2.1 Các phương trình 34 2.2 Xác định độ lún tức thời, ổn định theo thời gian 38 2.3 Xác định thành phần ứng suất σx , σy, σz : 46 2.4 Keát luận chương 2: 48 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ỨNG DỤNG CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ 3.1 Điều kiện địa chất khu vực kết thí nghiệm phòng 49 3.2 p dụng tính toán cho móng nông thiên nhiên 56 3.2.1 Tải trọng sơ đồ toán 56 3.2.2 Tính toán độ lún tức thời ổn định 59 3.2.3 Tính độ lún theo thời gian 65 3.2.4 Một số nhận xét kết tính toán 69 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG TỨC THỜI, ỔN ĐỊNH VÀ THEO THỜI GIAN CỦA NỀN SÉT BẢO HÒA NƯỚC 4.1 Biến dạng tức thời ổn định đất loại sét bão hòa nước 70 4.2 Độ lún theo thời gian 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 77 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN: -1- Phụ lục 1: Chương trình tính tốn ứng suất theo toán Flamant Ứng suất theo phương ngang Ứng suất theo phương đứng Ứng suất cắt Ứng suất tổng -2- Phụ lục 2: Chương trình tính độ lún ban đầu ổn định Modul biến dạng thể tích Modul biến dạng hình dạng Ứng suất tổng Hệ số nén nước -3- Module biến dạng tức thời (xác định từ thí nghiệm CU) Module biến dạng tổng thể đất Hệ số Poisson tổng thể đất bão hòa nước Module biến dạng hình dạng tổng thể Chiều dày lớp đất chịu nén Ứng suất tổng thể ban đầu Độ lún biến dạng hình dạng ban đầu Độ lún biến dạng thể tích ban đầu -4- Tổng độ lún ban đầu Ứng suất tổng cuối Độ lún ổn định biến dạng hình dạng Độ lún ổn định biến dạng thể tích Độ lún ổn định -5- Phụ lục 3: Chương trình tính độ lún theo thời gian sở phân chia độ lún làm hai thành phần: biến dạng hình dạng nén ép thể tích hệ số rỗng ban đầu Hệ số nén Hệ số thấm Hệ số cố kết Thời gian cố kết p lực nước lỗ rỗng ban đầu p lực nước lỗ rỗng Mức độ cố kết Độ lún theo thời gian -6- Phụ lục 4: Chương trình tính độ lún theo toán cố kết chiều hệ số rỗng ban đầu Hệ số nén Hệ số thấm Hệ số cố kết Thời gian cố kết Độ lún theo thời gian -7- Phụ lục 5: Chuyển vị ngang đất theo độ sâu biên móng Modul biến dạng thể tích Modul biến dạng hình dạng Ứng suất theo phương đứng phương ngang Ứng suất tổng Hệ số nén nứớc Module biến dạng tổng thể đất Module biến dạng tức thời(xac dinh tu thi nghiem CU) Hệ số Poisson tổng thể đất bão hòa nước Ứng suất tổng ban đầu -8- Chuyển vị ngang tức thời mép móng Chuyển vị ngang ổn định mép móng TĨM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên: NGUYỄN HÙNG LINH Sinh ngày : 24 – 10 – 1978 Nơi sinh: Quảng Nam Địa liên lạc : 293 Hùng Vương, thị xã Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam Nơi công tác : Viện Quy hoạch Đô thị Phát triển Nông thôn Quảng Nam Điện thoại liên lạc: 0510 - 829500 – nhà riêng QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1996 – 2001 : Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh 2004 – 2006 : Học viên Cao học Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC 2001 – 2006 : cơng tác Viện Quy hoạch Đô thị Phát triển Nông thôn Quảng Nam ... Trên Đất Yếu Mã số : 31.10.02 I - TÊN ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ ĐẤT NỀN ĐẾN BIẾN DẠNG TỨC THỜI VÀ LÂU DÀI DƯỚI MÓNG NÔNG II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: - Thí nghiệm xác định thông số đất. .. TÊN ĐỀ TÀI ẢNH HƯỞNG CÁC THƠNG SỐ ĐẤT NỀN ĐẾN BIẾN DẠNG TỨC THỜI VÀ LÂU DÀI DƯỚI MĨNG NƠNG TÓM TẮT Hiện nay, việc tính toán độ lún theo thời gian đất theo lý thuyết cố kết thấm xét đến độ lún... đánh giá biến dạng nền, theo lý thuyết đàn hồi tính toán ước lượng độ lún tức thời lâu dài đất bão hòa nước theo thông số đất Hiện nay, tồn nhiều phương pháp xác định biến dạng ổn định theo thời