Đánh giá trạng thái ứng suất trong nền với các điều kiện biên khác nhau

ðại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN THỊ THANH TÂM ðÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG NỀN VỚI CÁC ðIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU Chuyên ngành: ðỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 Năm 2010 CƠNG TRÌNH ðƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ ñã ñược bảo vệ HỘI ðỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày tháng năm CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010 TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ THANH TÂM Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 10 / 01 /1980 Nơi sinh: ðồng Nai Chuyên ngành: ðỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 00908551 TÊN ðỀ TÀI: ðÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG NỀN VỚI CÁC ðIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thiết lập chương trình tính tốn phân bố thành phần ứng suất theo ñiều kiện biên ñứng biên ngang So sánh với kết tính xem bán khơng gian đàn hồi tuyến tính ñể ñưa kiến nghị chọn lựa kích thước biên phù hợp cho toán cụ thể Nội dung: Mở ñầu Chương Các phương pháp ñánh giá trạng thái ứng suất tác dụng tải trọng Chương2 Các thành phần ứng suất giới hạn Chương ðánh giá phân bố ứng suất với ñiều kiện biên khác Kết luận kiến nghị NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày……tháng .năm 2010 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 06 tháng 12 năm 2010 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI TRƯỜNG SƠN Nội dung ñề cương Luận văn Thạc sĩ ñã ñược Hội ðồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS BÙI TRƯỜNG SƠN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PSG TS VÕ PHÁN LỜI CẢM ƠN Lời ñầu tiên, học viên xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô mơn ðịa móng nhiệt tình truyền đạt kiến thức cho học viên suốt thời gian qua ñồng thời ñã quan tâm giúp ñỡ tạo ñiều kiện tốt giai ñoạn thực Luận văn cao học Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn TS Bùi Trường Sơn, người ñã cho học viên gợi ý hình thành nên ý tưởng ñề tài, dẫn tận tình hướng dẫn học viên hồn thành Luận văn Thầy ln giúp đỡ, truyền ñạt cho học viên cách tiếp thu kiến thức chun ngành Thầy ln quan tâm động viên chia sẻ kinh nghiệm giúp học viên có tảng chun ngành cho việc học tập q trình cơng tác Xin chân thành cảm ơn bạn lớp ðịa Kỹ Thuật Xây Dựng khố 2007 ln sẵn sàng hỗ trợ giúp đỡ học viên suốt trình học thực Luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan bạn bè thân hữu, người ln ñộng viên chia sẻ suốt thời gian qua 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 ý kiến ñể Luận văn hoàn thiện tốt Học viên Nguyễn Thị Thanh Tâm ðÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG NỀN VỚI CÁC ðIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU TÓM TẮT: Trên sở lý thuyết đàn hồi cho tốn phẳng, giới thiệu lời giải tốn xác định thành phần ứng suất giới hạn Kết phân tích cho phép lựa chọn phạm vi vùng ảnh hưởng hợp lý sử dụng phần mềm chun ngành ðịa Ngồi ra, cịn giới thiệu lời giải tốn xác định ứng suất với điều kiện biên khơng có chuyển vị theo biên ngang tương tự trường hợp xây móng chèn điều kiện biên có chuyển vị ngang biên ngang, tương tự trường hợp diện gia tải gần kênh rạch THE ASSESSMENT OF SOIL STRESS STATEMENT ACCORDING TO THE DIFFERENCES OF BOUNDARY ABSTRACT: Based on the elastic theory for plane problems to propose the solutions of determination of soil stress components in particular boundary From analyzed results could allow designers to probably limit the affected areas when applying the Geotechnical softwares Besides, there are solutions deriving stress with the horizontal movement limited (for inserting building) and the horizontal movement unlimited at horizontal border much as in case load site is beside river MỤC LỤC MỞ ðẦU Ý nghĩa khoa học ñề tài Mục ñích nghiên cứu ñề tài Nội dung phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG NỀN DƯỚI TÁC DỤNG TẢI TRỌNG NGOÀI 1.1 Các phương pháp xác ñịnh ứng suất ñồng 1.1.1 Ứng suất ñất trọng lượng thân 3 1.1.1.1 Ứng suất theo phương thẳng ñứng trọng lượng thân 1.1.1.2 Ứng suất theo phương nằm ngang trọng lượng thân 1.1.2 Tải tập trung đặt mặt đất 1.1.2.1 Bài tốn Boussinesq 1.1.2.2 Bài toán Westergaard 1.1.3 ðường lực (lực phân bố theo ñường thẳng) 11 1.1.4 Tải phân bố diện hình băng 12 1.1.5 Tải phân bố diện tích hình chữ nhật 16 1.1.5.1 Tải phân bố diện tích hình chữ nhật dựa theo 16 lý thuyết Boussinesq 1.1.5.2 Tải phân bố ñều diện tích hình chữ nhật dựa theo 18 lý thuyết Westergaard 1.1.6 Tải phân bố dạng tam giác 19 1.1.7 Tải phân bố diện chịu tải hình vành khuyên 20 1.1.8 Tải phân bố diện - Biểu ñồ Newmark 21 1.1.9 Tải trọng nằm ngang 23 1.1.10 Phương pháp ước lượng 23 1.1.10.1 Phương pháp qui ñổi lực tập trung 23 1.1.10.2 Phương pháp lan tỏa 24 1.2 Ứng suất khơng đồng 25 1.2.1 Nền hai lớp 25 1.2.2 Nền ba lớp 28 1.3 Nhận xét phương hướng ñề tài 29 CHƯƠNG XÁC ðỊNH CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG NỀN GIỚI HẠN 2.1 Chọn lựa mơ hình 30 2.2 Phương trình ứng dụng cho việc xác ñịnh thành phần 31 ứng suất – biến dạng 2.3 Lời giải xác ñịnh thành phần ứng suất 34 2.3.1 ðiều kiện biên thứ 34 2.3.2 ðiều kiện biên thứ hai 38 2.4 Nhận xét chương 39 CHƯƠNG ðÁNH GIÁ SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG NỀN VỚI CÁC ðIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU 3.1 Sự phân bố ñường ñồng ứng suất tốn bán khơng gian 40 đàn hồi tuyến tính theo phương pháp Boussinesq 3.2 So sánh phân bố ñường ñồng ứng suất theo ñiều kiện biên 43 với điều kiện biên thứ (khơng có chuyển vị ngang biên ngang) 3.2.1 ðường ñồng ứng suất theo phương ñứng σz 43 3.2.2 ðường ñồng ứng suất theo phương ngang σx 46 3.2.3 ðường ñồng ứng suất tiếp τxz 50 3.3 So sánh phân bố ñường ñồng ứng suất theo ñiều kiện biên với điều kiện biên thứ hai (khơng có chuyển vị thẳng đứng biên khơng có ứng suất nén biên ngang) 54 3.3.1 ðường ñồng ứng suất theo phương ñứng σz 54 3.3.2 ðường ñồng ứng suất theo phương ngang σx 58 3.3.3 ðường ñồng ứng suất tiếp τxz 61 3.4 Sự phân bố thành ứng suất theo phương ñứng, phương ngang 65 ứng suất tiếp với ñiều kiện biên 3.4.1 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng 65 3.4.2 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang 67 3.4.3 Sự phân bố ứng suất tiếp 68 3.5 Nhận xét chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -1- MỞ ðẦU Ý nghĩa khoa học ñề tài Trong ðịa học, tốn xác định thành phần ứng suất thường sở bán không gian vô hạn ñàn hồi tuyến tính Ở ñây, ñất ñược xem vật liệu ñàn hồi, ñồng nhất, ñẳng hướng khơng có trọng lượng (γ=0) Trong trường hợp này, toán ứng dụng thực tế, ứng suất trọng lượng thân ñất ñược xác ñịnh riêng Với trường hợp ñơn giản: mặt ñất nằm ngang, ñất cố kết thường: σ zg = ∑ γ i h i ; σ x g =σ zg ξ (với ξ0 hệ số áp lực hông) Khi ñó ứng suất ñiểm tổng thành phần ứng suất tác dụng có xét đến phương tác dụng Trong thực tế, đất bao gồm nhiều lớp với ñặc trưng lý khác ðã có nghiên cứu xét đến phân bố ứng suất, tương ứng biến dạng đất nhiều lớp Trong trường hợp đất khơng ñẳng hướng (Ex # Ey), phân bố ứng suất - biến dạng khác biệt so với trường hợp xem đất bán khơng gian đồng ñàn hồi tuyến tính Hiện nay, với xuất cơng cụ tính tốn đại, phương pháp tính tốn ứng dụng Cơ học phổ biến rộng rãi Cụ thể phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng rộng rãi tốn ðịa thơng qua phần mềm thiết lập ðặc điểm tốn giải cần phải có ñiều kiện biên Trong ña số trường hợp, ñất ñược giới hạn theo phương ñứng phương ngang (đối với tốn phẳng khơng gian) Trong tốn ðịa cơ, phương đứng thường giới hạn theo bề dày lớp ñất chịu nén Vấn ñề nghiên cứu cơng bố nhiều tài liệu ñược quy ñịnh áp dụng tiêu chuẩn hành Khi ñặt ñiều kiện biên phương ngang, đất khơng cịn bán không gian vô hạn mà giới hạn (về biến dạng hay ứng suất) vị trí Từ đó, phân bố thành phần ứng suất khác biệt kết tính tốn khác biệt tương ứng -2Mục đích nghiên cứu đề tài Khi tính tốn tốn có lớp đất giới hạn bề rộng thường cho kết biến dạng khác với tốn bán khơng gian đàn hồi tuyến tính Mục đích đề tài nghiên cứu, đánh giá so sánh khác biệt phân bố ứng suất hai phương pháp: bán khơng gian đàn hồi tuyến tính giới hạn bề rộng Ngồi ra, nghiên cứu tính tốn so sánh ảnh hưởng ñiều kiện biên khác (giới hạn chuyển vị chuyển vị tự do) lên phân bố ứng suất ñể từ ñó có lựa chọn bề rộng phù hợp cho toán ứng dụng Nội dung phương pháp nghiên cứu Biểu diễn phân bố ứng suất biến dạng ñược giới hạn theo ñiều kiện biên ñứng biên ngang hỗ trợ phần mềm Từ so sánh với lý thuyết ñang áp dụng ñể ñưa kiến nghị ñiều kiện biên phù hợp cho toán cụ thể -2- Hình P.3 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=1.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) Hình P.4 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=2m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) -3- Hình P.5 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=2.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) Hình P.6 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=3m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay ñổi) -4- 1.2 ðiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai Hình P.7 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=0.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.8 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=1m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) -5- Hình P.9 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=1.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.10 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=2m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay ñổi) -6- Hình P.11 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=2.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.12 Sự phân bố ứng suất theo phương ñứng ứng với trường hợp x=3m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay ñổi) -7- So sánh phân bố ứng suất theo phương ngang vị trí z thay đổi 2.1 ðiều kiện biên điều kiện biên thứ Hình P.13 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang ứng với trường hợp z=2m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) Hình P.14 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang ứng với trường hợp z=3m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay ñổi) -8- Hình P.15 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang ứng với trường hợp z=4m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay ñổi) 2.2 ðiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai Hình P.16 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang ứng với trường hợp z=2m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) -9- Hình P.17 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang ứng với trường hợp z=3m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.18 Sự phân bố ứng suất theo phương ngang ứng với trường hợp z=4m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay ñổi) -10- So sánh phân bố ứng suất độ sâu vị trí x thay ñổi 3.1 ðiều kiện biên ñiều kiện biên thứ Hình P.19 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=0.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) Hình P.20 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=1m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) -11- Hình P.21 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=1.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) \ Hình P.22 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=2m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay đổi) -12- Hình P.23 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=2.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay ñổi) Hình P.24 Sự phân bố ứng suất độ sâu ứng với trường hợp x=3m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ (các trường hợp l thay ñổi) -13- 3.1 ðiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai Hình P.25 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=0.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.26 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=1m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay ñổi) -14- Hình P.27 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=1.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.28 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=2m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) -15- Hình P.29 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=2.5m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) Hình P.30 Sự phân bố ứng suất ñộ sâu ứng với trường hợp x=3m theo ñiều kiện biên ñiều kiện biên thứ hai (các trường hợp l thay đổi) LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I THÔNG TIN CÁ NHÂN: - Họ tên: NGUYỄN THỊ THANH TÂM Phái : Nữ - Ngày sinh: 10/01/1980 Nơi sinh: ðồng Nai - ðịa liên lạc : ấp xã Tam An huyện Long Thành tỉnh ðồng Nai - ðiện thoại liên lạc: a Nhà riêng : 0613 547 120 b Di ñộng : 0903 100 134 II QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO: - Từ năm 1997 - 2002: Sinh viên Khoa Cơng Trình Thủy – Trường ðại học GTVT Thành phố Hồ Chí Minh - Từ năm 2007 - 2009: Học viên Cao học ngành ðịa Kỹ Thuật Xây DựngTrường ðại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh III Q TRÌNH CƠNG TÁC: - Từ năm 2000 – 2007: Kỹ sư thiết kế cơng trình cảng – Công ty Sudewat - Từ năm 2007 – 2008 : Kỹ sư thiết kế kết cấu – Công ty PVE - Từ năm 2008 – : Kỹ sư thiết kế cơng trình cảng – Cơng ty Haskoning ... GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG NỀN VỚI CÁC ðIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thiết lập chương trình tính tốn phân bố thành phần ứng suất theo ñiều kiện biên ? ?ứng biên ngang So sánh với. .. sâu) Trong ñề tài “ðánh giá phân bố ứng suất với ñiều kiện biên khác nhau? ?? phân tích đánh giá yếu tố ảnh hưởng -30- CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG NỀN GIỚI HẠN 2.1 Chọn lựa mơ hình Trong. .. ñường ñồng ứng suất theo ñiều kiện biên với điều kiện biên thứ (khơng có chuyển vị ngang biên) 3.2.1 ðường ñồng ứng suất theo phương ? ?ứng σz So sánh ñường ñồng ứng suất σz theo điều kiện biên (một