Lập trình bài toán tính độ lún của móng nông trên nền đất theo phương pháp cộng lớp phân tố

TRƯỜNG ĐẠĨ HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA XÂY DỤNG • BÁO CÁO TỎNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN LẬP TRÌNH BÀI TỐN TÍNH HỘ LÚN UU/1 ITSLNPLNI^? rWMJrrWw JIMWiiN! 1Nlfi1J.Nl jttfrlL f THEO PHlfONG PHÁP Í ỘN« LỚP PHÂN TỐ Nhóm ngành: Khoa học Kỹ thuật Công nghệ GVHD: TS Phan Thiệu Huy - TS Nguyễn Huỳnh Tẩn Tài sv chịu trách nhiệm chính: Bùi Quang Huy Trần Thị Thu Thào • Bình Dương, / 20 ỉ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA XÂY DựNG BÁO CÁO TỎNG KÉT ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN LẬP TRÌNH BÀI TỐN TÍNH ĐƠ LÚN CỦA MĨNG NƠNG TRÊN NẺN ĐẤT THEO PI1IONG PHÁP CƠNG LỚP PHÂN TỐ -Nhỏm ngành: Khoa học Kỹ thuật Công nghệ -GVHD: TS Phan Thiệu Huy - TS Nguyễn Huỳnh Tấn Tài sv chịu trách nhiệm chính: Bùi Quang Huy sv thực hiện: Nguyễn Thanh Hải Trần Thị Thu Thảo Bĩnh Dương, 8/2013 UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRUỜNGĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KÉT QUẢ NGHIÊN cứu CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: LẬP TRÌNH BÀI TỐN TÍNH Độ LÚN CỦA MĨNG NƠNG TRÊN NỀN ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP CỘNG LỚP PHẦN TỐ - Sinh viên thực hiện: Bùi Quang Huy -Lớp:DllXD01 Khoa: Xây dựng - Năm thứ: số năm đào tạo: 4,5 Nguời hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Huỳnh Tẩn Tài - Tiến sĩ Phan Thiệu Huy Mục tiêu đề tài: Tạo chương trình giải tốn tính độ lún móng nơng theo phưong pháp cộng lún lóp, ứng dụng học tập môn liên quan, nghiên cứu làm việc Kết nghiên cứu: Chương trình tính lún đưọc lập trình phần mềm matlab, kết tính so sánh với cách tính lún bang excel để kiểm tra độ xác Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đê tài: -Chương trình tính lún nhóm lập trình ứng dụng học tập làm việc Ngày 11 tháng năm 2013 Sinh viên chịu trách nhiệm thục đề tài (ký, họ tên) Bùi Quang Huy Nhận xét ngưịi hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài cW Ngày iíĩ tháng ỹ năm^t7) Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ vẫ tễn) Ngi hưóng dẫn (kỷ, họ tên) UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỌT Độc lập - Tụ - Hạnh phúc THÔNG TIN VÈ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THựC HIỆN ĐÈ TÀI I Sơ LƯỢC VÈ SINH VIÊN: Họ tên: BÙI QUANG HUY Sinh ngảy: tháng 12 năm 1993 -Nơi sinh: Đà Lạt - Lâm Đồng Lớp:DllXD01 Khóa: 2011 -2016 Khoa: Xây dưng Địa liên hệ: số 9, đường 12, tổ 104, khu phố 7, phường Hiệp Thành, TP Thủ Dầu Một, Bình Dương Điện thoại: 01659499039 Email: life.mtk@gmail.com II Q TRÌNH HỌC TẬP * Năm thứ 1: Ngành học: Kỹ thuật xây dựng Khoa: Xây dựng Kết xếp loại học tập: Giỏi * Năm thứ 2: Ngành học: Kỹ thuật xây dựng Khoa: Xây dựng Ket xếp loại học tập: Học kì I: Khá Ngày 11 tháng năm 2013 Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ tên) Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài DANH SÁCH NHŨNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐÈ TÀI TT Họ tên Ngành học Lóp / Khoa Kết xếp loại học tập: Nguyễn Thanh Hải Kỹ thuật xây dựng D11XD01 Khoa Xây dựng Năm 1: TB Khá Năm 2: TB Khá Trần Thị Thu Thảo Kỹ thuật xây dựng D11XD01 Khoa Xây dựng Năm 1: TB Khá Năm 2: TB Khá MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Cơ học đất môn học tảng quan trọng, cung cấp kiến thức sở đế tiếp tục học môn chuyên ngành khác móng, mà việc năm vững kiến thức môn học quan trọng Trong “lún” phần quan trọng học đất Có nhiều phương pháp tính lún phạm vi đề tài, nhóm đề tài sâu nghiên cứu phương pháp cộng lún lóp phân tố đổi với móng nơng Hiện q trình tính lún với phương pháp cộng lún lớp phân tố phức tạp dài dòng, tốn thời gian Chính mục đích đề tài nhằm xây dựng chương trình để tự động hóa q trình tính lún giúp thuận tiện tính tốn lún Trước mắt chương trình ứng dụng nhiều học tập môn học đât chương trình học đại học học nâng cao sử dụng công tác sau trường Nhóm nghiên cứu xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo khoa Xây dựng, Thầy Cô Hội đồng khoa học khoa tạo điều kiện thuận lợi góp để nhóm hồn thành đề tài Nhóm xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến Thầy hướng dẫn: Thầy Phan Thiệu Huy, Thầy Nguyễn Huỳnh Tấn Tài Thầy Lê Văn Cảnh tận tình hướng dẫn, bảo xuyên suốt trình nghiên cứu nhóm Chương Cơ SỞ LÍ THUYẾT VỀ TÍNH TỐN LÚN Định nghĩa: Tải trọng cơng trình ngun nhân chủ yếu gây biến dạng nển Dưới tác dụng tải trọng, thể tích lỗ rỗng đất bị giảm làm cho đất bị biến dạng ép co lại Ngồi ra, sap xếp lại vị trí tưong đối hạt đât phần toàn liên kết chúng bị phá hoại nguyên nhân quan trọng gây biến dạng đất Trong kiểu biến dạng dẫn đến chuyển vị nền, biến dạng nén theo phương đứng dẫn đến chuyển vị đứng quan trọng quan tâm nhiều Chuyển vị đứng cùa mặt đất (hoặc dáy móng) ké theo chuyển vị cơng trình gọi lún Do độ rỗng đất tương đối lớn, lún thường lớn Độ lún mức cho phép gây ổn định tác động đến cơng trình Chính việc tính tốn dự báo lún quan trọng Lún công trình bào gồm lún đàn hồi lún cố kết Lún đàn hồi: Lún tức thời chủ yếu biến dạng nén lỗ rỗng thân hạt đất gây tình trạng nước chưa kịp ngồi Nói chung lún tức thời có tính chât tương tự hậu biến dạng đàn hồi tính tốn dự báo lún thường bỏ qua Một mặt, hạt dất nước dều có mơdun biến dạng tương đôi lớn tải trọng lên đất tương đổi bé (biến dạng thể tích ước chừng 0.00047 m3/kG); mặt khác, tải trọng từ cơng trình lên đất thường tăng dần theo trình thi công Lún cố kết: = = = (1.1) A log p log/2, - log 72,_! log /2, -log P'_} c Tính Cc ta lấy hệ số góc đường thẳng qua điểm cuối thí nghiệm nén cố kết 3.2.1 Chỉ số nở Cs Là hệ số góc đường thăng tuyến tính đường cong dở tải e - logp - độ dốc đường nén lại £ _ _ ert~erịt-ì) A log/2 _ e r(Ị n~e>7 log/?,.-log/2,., log/2, — log/2,1 Tinh cs ta lấy hệ sổ góc đường thằng qua điểm đầu trình dờ tải (12) Hình Biếu đồ quan hệ e-logP (nén dỡ tải) 1.3 Lún cố kết thứ cấp: Lún cố kết thứ cấp biến đổi thể tích hạt đất việc điều chỉnh kết cấu đất (kết cấu bên trong) sau trình cố kết sơ cấp hoàn tất Tốc độ lún cố kết thứ cấp diễn chặm so với cố kết sơ cấp Trong thực tế, phân biệt trình cố kết sơ cấp thứ cấp khó cố kết thứ câp xảy phân cố kết sơ cấp, đặc biệt đất sét yếu Thơng thường q trình lún cố kết thứ cấp diễn điều kiện ứng suất có hiệu theo phương đứng trì số Một số giải thích hợp lý là: q trình nước từ lỗ rỗng rat nhỏ, đồng thời xảy biến dạng nhớt kết cấu đất Trong ơp áp lực tiền cố kết xác định theo phương pháp Casagrande: Trên biểu đồ e - logP, chọn điểm A có bán kính đường cong nhỏ nhât Từ A vẽ đường song song với trục hoành (đường 1) Từ A vẽ đường thẳng tiếp tuyến với đường cong (đường 2) Vẽ đường thẳng phân giác góc hợp tia (đường 3) Vẽ đường thẳng kéo dài đoạn cuối đường cong e-logP (đường 4) Xác định giao điểm đường 4, hạ xuống trục hồnh (LogP) từ xác định áp lực tiền cố kết ơp s = ỵs, (1.12) Chương Tự ĐỘNG HĨA Q TRÌNH TÍNH LÚN Sử dụng phần mềm matlab để tính lún: 1.1 Sơ đồ thuật tốn: Hình Sơ đồ thuật tốn chương trình 1.2 Cách nhập liệu sử dụng phần mềm: Đê tiến hành tính tốn được, phải nhập vào số liệu móng địa chất cơng trình mà phần mềm u cầu (Lưu ý: nhập đơn vị yêu cầu) Editor - C:' ijun e p.revtsed.rn Hình 10 Nhập sơ liệu Sau nhập xong số liệu lưu chương trình nhấp chương trình tiến hành tính tốn xuất kết cửa sổ Command Window Bên cạnh đó, ta có thê truy vân nhiêu thơng sơ khác băng cách thao tác Command Window Hình 11 Cửa sổ Command Window 15 So sánh Matlab Excel: 2.1 ưu điểm: So với Excel việc tính lún matlab tiết kiệm đưọc cho người dùng lượng thời gian lớn excel có ưu điểm thời gian so vói phương pháp tính tay cổ điển Với matlab, ngưòi dùng cần nhập số liệu ban đầu theo u câu chưong trình thơng số móng, số liệu địa chất, chương trình tiên hành tính tốn đưa kết thời gian ngân - Bên cạnh đó, matlab cho ta kết ngắn gọn so vói thực bảng tính dài dịng excel 2.2 Khuyết điểm: — Giao diện matlab chưa thân thiện với phần lớn người dùng, sinh viên ngành xây dựng học matlab chương trình học có phần dễ thao tác làm việc Bên cạnh đó, excel phần mềm văn phịng quen thuộc mà việc sử dụng có phần dễ matlab Chương SO SÁNH KÉT QUẢ TÍNH LÚN BẰNG MATLAB VÀ EXCEL So sánh kết tính lún bang matlab excel Đè thuận tiện cho việc so sánh nhóm xin đưa ví dụ tính tốn có thơng số móng địa chất đất Sau thay đổi giá trị số thông số để đưa kết luận Thơng số đầu vào: b = 2.5 m Kích thước móng - 5m F = b.l = 12.5m2 h = 0.7m Tải trọng cơng trình No = = 500 KN Độ sâu chơn móng = ỉ 5m Bảng Thơng số đầu vào tốn Số liệu địa chất đất: LỚP Độ dày lóp đất H Độ dày lớp phân tố Số lóp phân tố hi N Úng suất A r tiên cô kết ơp 0.305 1.272 2.403 kN/m3 14.64 Hệ số Cs Hệ số Cc Hệ số rỗng Dung trọng TN e m 20.8 m 0.965 20 kPa 66.55 9.8 0.817 12 102.06 0.138 0.778 1.766 15.9 48.7 1.015 48 330.29 0.012 0.081 0.59 20.03 Bảng Số liệu địa chất 1.1 Thay đối giá trị tải trọng công trình: ■ — Ta có bảng giá trk— Bang Mối quan hệ kết tính lún bang matlab excel Đ iìó khoan ộ dày lớp (m) Lớp 1 - Lớp 20.8 9.8 Lớp3 48.7 Lớp 19.9 Lờp Lớp3 11.3 47.3 Lớp 21.2 10.4 Lớp Độ lún tính matlab S(m) Độ lún tính bang excel S(m) 0.0379 0.0381 -0.0387 -0.0389 0.0375 0.0377 Lớp3 64.9 Bảng Mơi quan hệ kêt tính lún băng matlab excel 1.2 Thay đổi hố khoan: Kết luận _ Thay đỗi giá trị sỗ thông sỗ so sánh kết nhận cách vẽ biểu đồ cho ta thấy sai lệch kết tính lún matlab excel nhóm lập trình khơng q lớn (0.01 - 1%), chấp nhận Do chương trình tính lún matlab đảm bảo độ xác định sử dụng Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Quá trình nghiên cứu lập trình cho ta chương trình tính lún theo phương pháp cộng lớp phân tố kinh tế hơn, tiết kiệm thời gian tự động hóa Tuy nhiên để thao tác chương trình người sử dụng phải biết cách sử dụng phần mêm thao tác cách dê dàng Chính người dùng chưa biêt cách sử dụng matlab không quen với việc sử dụng matlab thay băng excel thuận tiện Do thời nhiều hạn gian chế nghiên nhiên cứu chưa nhiều hạn nên chương có thể trình cịn giải tồn đề tài cịn dược mởchế rộng thêm 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] , Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 2009 [2] , Trung tâm nghiên cứu công nghệ thiết bị công nghiệp, Báo cáo kết Khảo sát địa chất cơng trình - Cơng trình “Trung tâm thưong mại, siêu thị, dịch vụ văn phòng hộ cao cap SSG TOWFR", TPHCM, 2011 [3] , Phan Hồng Quân, Cơ học đất, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2006 [4] Vũ Công Ngữ, Bài tập Cơ học đất, NXB Giáo dục, 2007 [5] Các tài liệu mạng internet PHỤ LỤC Phụ lục THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KÉT Tỏng quan thỉ nghiệm: - Tính nén lún đất khả giảm thể tích (giảm độ rỗng, biểu giảm chiều cao) tác dụng tải trọng - Ket thí nghiệm: tìm hệ số nén lún a, mođun tổng biến dạng E, hệ số cố kết c v đất - Tải trọng tác dụng theo cấp phải đảm bảo thẳng đứng Sai số cho phép cấp áp dụng thời gia thí nghiệm < 3% _- Khi đăt lưc phải nhe nhàng, không đươc vươt 3s. _ - Nên lấy áp lực tự nhiên cho lần đặt tải ban đầu - Cấp tải sau gấp lần cấp tải trước - Trị số cấp áp lực nén: • Đỗi với loại đất sét trạng thái dẻo chảy chảy sử dụng cấp: 0,1 - -0,25 - 0,5 - - KG/cm 2: • Đối với đất sét, sét pha trạng thái dẻo mềm dẻo cứng: 0,25 - 0,5 - 1-2-4 • Đối với đất cứng nửa cứng: 0,5 - - - - - Số lượng cấp áp lực cho mẫu nén > Thiết bị thỉ nghiệm: Hình Thiết bị thí nghiệm Hộp nén Hình Hộp nén • Dao vịng • Hai đá thấm • Nắp đậy • Thanh cứng giữ đồng hồ đo biến dạng • Hộp lớn chứa mẫu phận giữ thăng cho mẫu, đá thấm - Bàn máy _- Tài, - Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn Thiết bị đo biến dạng (đồng hồ đo có khắc vạch đến 0,01 mm) Trĩnh tự thí nghiệm: Lấy mẫu dao vịng, gọt mặt mặt mẫu.Lau sạch, đem cân để xác định khối lượng thể tích Hình Lấy mẫu dao vòng - Đặt đá thấm vào đáy hộp, đặt mẫu thử vào, đặt vòng cao su, đá thấm lên mẫu đất Đặt nắp đậy lên mẫu, điều chỉnh cân - Đặt hộp chứa vào máy, điều chỉnh đồng hồ số 0, cân cánh tay đòn Đặt cấp tải theo loại đất đọc biến dạng sau khoảng thời gian quy định Hình 7-8 Lắp đặt thiết bị thí nghiệm Sau đạt ổn định cấp lún cuối lấy dao vịng có mẫu đất đem cân để xác đinh khối lượng thể tích độ ẩm sau sấy khơ tồn mẫu để xác định khối lượng khô - Xác định biến dạng khôi phục đất, sau mẫu ổn định với cấp tải cuôi cùng, ta dỡ tải cấp lấy số đọc đồng hồ đo biến dạng Phụ lục số liệu địa chất Các lớp địa chất: 1.1 Lớp 1: Thành phần gồm: Bùn sét, xám đem, trạng thái chảy Lớp phân bố sau: LK1 LK2 LK3 V Bò sâu măt 0.7 1.5 1.8 JLK4 1.2 Lớp 2: lớp m 2.0 Độ sâu đáy lớp, m 21.5 21.4 23.0 Bè day lóp, m 20.8 19.9 21.2 CDT k11Q 23.4 21.4 0-1 0-1 Thành phần gồm: Sét, xám đem, trạng thái dẻo chảy Lớp phân bố sau: Hố khoan Độ sâu mặt lớp, m Độ sâu đáy lóp, m Bẻ dày lớp, m SPT, búa LK1 LK2 21.5 21 31.3 32 9.8 113 1 -4 LK3 23.0 33.4 10.4 9.0 0-5 LK4 23.4 32.4 1.3 Lớp 3: Thành phần gồm: Cát pha lẫn sỏi sạn thạch anh, xám đem, xám tro, xám trắng, xám nâu, trạng thái dẻo Lớp phân bố sau: Hố khoan Độ sâu mặt lớp, m Độ sâu đáy lóp, m Bé dày lớp, m SPT, búa LK1 31.3 >80.0(đáy LK) >48.7 20+61 LK2 32.7 >80.0(đáy LK) >47.3 19-59 LK3 33.4 98.3 64.9 7->100 LK4 32.4 98.5 66.1 5->100 1.4 Lớp 4: Thành phân gôm: Sét, sét pha, nâu — xám trang, trạng thái nửa cứng dến cứng Lớp phân bố sau: Hố khoan LK3 LK4 Độ sâu mặt lớp, m 98.3 Độ sâu đáy lớp, m 100.0 Bẻ dày lớp, m 1.7 SPT, búa >100 —94U -Bế -—34 - Bảng thống kê kết thí nghiệm lý lớp đất: Tính chất CO' lí Đon vị Hạt dăm Cỡ hạt « LÓ’P đất 58 44 Fiat san % % (1 00 Hạt cát % 13.1 15.2 78.8 43.9 Hạt bụi Hạt sét % % 38.4 48.5 37.6 47.1 7.6 7.8 17.8 35.0 Đệ ẩm tự nhiên Dung ướt w Y % kN/m3 89.00 146 64.23 15.9 19.17 20.0 17.88 20.6 Dung trọng khô d kN/m3 7.7 9.7 16.8 17.5 kN/m kN/m3 4.8 26 6.1 11.1 27 2.403 26 1.76 10.5 26.7 0.590 0.557 63.9 37.1 35.8 Dung trọng đẩy Kĩ riêng y' Ge Hệ số rỗng ban đầu e - Độ rỗng n % Độ bão hòa s % 97.1 97.6 86.8 87.5 Giới hạn chảy WL % 81.0 69.8 21.7 35.8 Giới hạn dẻo WP % 43.6 39.1 16.2 17.6 Chỉ số dẻo Độ sệt Ip k % - 37.4 30.6 18.3 1.21 0.82 5.5 0.54 Lực dinh kẻt c kPa 5.7 9.2 8.7 48.8