Bài viết sử dụng Plaxis 2D với một số mô hình đất (Mohr-Coulomb, Hardening Soil) để dự đoán hành vi đào sâu trong đất sét mềm saturead. Dữ liệu dự đoán được so sánh với việc làm lưới tại hiện trường và phát hiện ra rằng modell đất cứng có vẻ phù hợp nhất. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của bài viết này.
PHÂN TÍCH ỨNG XỬ HỐ ĐÀO SÂU TRONG NỀN SÉT BÃO HÕA NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP FEM LẠI VĂN QUÍ*, HUỲNH QUỐC THIỆN** TRÀ HỮU THỜI**, TRẦN DUY TÂN*** Finite Element Method (FEM) for Analing behavior of a deep excavation in soft clay Abstract: The paper uses Plaxis 2D with some soils modelling (MohrCoulomb, Hardening Soil) for predicting behavior of deep excavation in saturead soft clays The prediction data are compared with mesuring in field and find out that hardening soil modell seems the most fitting GIỚI THIỆU * Chuyển vị tƣờng chắn đất toán hố đào sâu vấn đề quan trọng ảnh hƣởng đến ổn định hố đào sâu, c ng nhƣ cơng trình lân cận Chuyển vị ngang tƣờng chắn ổn định hố đào sâu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhƣ địa chất, độ cứng tƣờng chắn hệ chống, c ng nhƣ ảnh hƣởng tải trọng yếu tố khác Hiện việc d đoán chuyển vị tƣờng chắn thi công hố đào sâu cho d án th c tế, c ng nhƣ nghiên cứu thƣờng đƣợc sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn, Plaxis 1-11 Trong đó, mơ hình đất thƣờng đƣợc áp dụng nhất: Mơ hình Mohr Coulomb (MC), mơ hình Hardening Soil (HS) Kèm theo phƣơng pháp phân tích ứng xử đất khơng nƣớc theo phƣơng pháp ứng suất hữu hiệu gọi Undrained , Undrained B phân tích theo ứng suất tổng gọi Undrained C Tuy nhiên nghiên cứu gần Việt Nam 12-14 , v n chƣa có nghiên cứu, đánh giá * ** *** Kh Th y D g T g i học Bách Khoa - i học Q c Gi Th h ph Hồ Chí Mi h T g i học D y T Nẵ g T g i học Gi Thô g V tải Th h ph Hồ Chí Mi h ƣu nhƣợc điểm mơ hình đất khác nhau, c ng nhƣ l a chọn loại phân tích phù hợp cho ứng xử đất bùn sét yếu Do đó, báo tập trung nghiên cứu, đánh giá mơ hình đất phân tích ứng xử đất sét bão hịa nƣớc để d đốn xác chuyển vị ngang tƣờng chắn hố đào sâu đất yếu khu v c thành phố H Chí Minh Từ đó, l a chọn mơ hình tính tốn phƣơng pháp phân tích phù hợp với mục tiêu d đốn xác chuyển vị ngang tƣờng chắn đất yếu CÁC MƠ HÌNH VẬT LIỆU 2.1 Mơ hình Mohr-Coulomb Mơ hình Mohr-Coulomb mơ hình đất phổ biến với ứng xử đàn h i - d o lý tƣởng sử dụng tiêu chuẩn phá hoại MohrCoulomb Quan hệ ứng suất biến dạng mơ hình Mohr-Coulomb đƣợc thể Hình Các thơng số mơ hình bao g m: Thô g hồi: E: Mô đun đàn h i Young (kN m2) : Hệ số poison Thô g há h i d : c': L c dính hữu hiệu (kN m2) ': Góc ma sát hữu hiệu (độ) : Góc giãn nở (độ) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Hình Q hệ giữ ứ g ấ v biế d mơ hình Mohr-Coulomb g 2.2 Mơ hình Hardening Soil Mơ hình tăng bền đ ng hƣớng Hardening Soil (HS) mơ hình đất nâng cao dùng để mô ứng xử nhiều loại đất khác nhau, dành cho đất mềm đất cứng Tăng bền cắt dùng để mô biến dạng không h i phục đất chịu ứng suất lệch (ứng suất cắt) ban đầu Tăng bền nén dùng để mô biến dạng không h i phục đất chịu tải nén trục ban đầu (nén cố kết hay nén đ ng hƣớng) Các thơng số mơ hình bao g m: c': L c dính hữu hiệu (kN m2) ': Góc ma sát hữu hiệu (độ) E50: Mô đun cát tuyến từ thí nghiệm nén trục cố kết nƣớc (kN m2) Eoed: Mơ đun tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cố kết (kN m2) Eur: Độ cứng gia dở tải (kN m2) m: Hệ số m ur: Hệ số poisson gia dở tải pref: Áp l c tham chiếu (kN m2) Hình M d chí h c g hô g gi ứ g ô h h H de i g S i ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 ấ 2.3 P t t át với ứ suất ữu iệu (U drai ed-Couple Analysis) Phân tích Undrained đƣợc sử dụng nhằm mục đích xem xét ứng xử đất theo ứng suất hữu hiệu, có kể đến q trình phát triển áp l c nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ đất theo lý thuyết cố kết Terzaghi: σ=σ’+σw P ( t t e ứ suất ữu iệu) U drai ed Ứng xử vật liệu: Undrained Thông số sức chống cắt hữu hiệu: c’, ’, ’ Thông số độ cứng hữu hiệu: E50’, ’ P ( t t e ứ suất ữu iệu) U drai ed Ứng xử vật liệu: Undrained Thông số sức chống cắt khơng nƣớc c=cu, =0, =0 Thông số độ cứng hữu hiệu: E50’, ’ P C( t t e ứ suất tổ ) U drai ed C Thơng số sức chống cắt khơng nƣớc (ứng suất tổng) c=cu, =0, =0 Thông số độ cứng khơng nƣớc: Eu, u =0.495 Nếu khơng muốn sử dụng tu chọn Undrained Plaxis để phân tích ứng xử khơng nƣớc, mơ ứng xử khơng nƣớc cách chọn kiểu vật liệu Non-porous nhập tr c tiếp thông số đàn h i khơng nƣớc thơng số sức chống cắt khơng nƣớc 2.4 P t t át với ứ suất ữu iệu (Drai ed-Uncouple Analysis) Phân tích Drained đƣợc sử dụng nhằm mục đích khơng phát sinh áp l c nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ đất Đất nƣớc đƣợc xem nhƣ vật liệu chịu tải (khơng liên quan đến nƣớc) Phân tích Drained chủ yếu áp dụng cho loại đất rời (thoát nƣớc nhanh) ứng xử lâu dài đất sét TỔN QU N DỰ N Vị trí d án hộ The Golden Star nằm trung tâm phát triển động đại D án tọa lạc vị trí vàng quận mặt tiền số 72 đƣờng Nguyễn Thị Thập Phối cảnh vị trí d án đƣợc thể Hình Hình Vị í d q D án hộ The Golden Star với quy mô tầng hầm có diện tích hầm 4500m2 Móng đại trà có cao độ trung bình -6,65m, hố pít 9,65m Kích thƣớc hình học cơng trình đƣợc thể Hình Hình 6, thể mặt trạng mặt cắt ngang phân tích báo 72 Ng yễ Thị Th Hình M Hình ích h ớc h h học c Hình M b g hiệ cô g gx gq h hd c h h học gh c g h hiệ Trình t thi công mô Plaxis bao g m bƣớc nhƣ sau: Bƣớc 1: Kích hoạt tải bề mặt Bƣớc 2: Thi công ép cừ Bƣớc 3: Đào đất đến cao độ -1,3mGL Bƣớc 4: Lắp hệ giằng H350 cao độ -0,8mGL Bƣớc 5: Đào đất đến cao độ -4,05mGL Bƣớc 6: Lắp hệ giằng H400 cao độ -3,5mGL Bƣớc 7: Đào đất đến cao độ đáy móng đại trà -6.65mGL Bƣớc 8: Thi công ép cừ 9m khu v c hố pít Bƣớc 9: Thi cơng sàn móng đại trà xung quanh hố pít, lắp hệ giằng H350 Bƣớc 10: Đào đất khu v c hố pít đến cao trình -9.65mGL Bƣớc 11: Thi cơng móng l i thang khu v c hố pít thi công full sàn B2 D a mặt d án, trình t thi cơng, tải bề mặt, lớp đất d a vào cách xác định điều kiện biên bên để th c mơ hình mơ nhƣ Hình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Hình M t c t mơ BÀI TỐN PHÂN TÍCH Trong mơ hình Plaxis có phƣơng pháp phân tích undrained khác Bài tốn phân tích sử dụng mơ hình Hardening Soil theo phƣơng pháp phân tích undrained phƣơng pháp undrained B phục vụ cho việc tính tốn biện pháp thi cơng hố đào sâu đƣợc sử dụng cho d án nhằm mục đích so sánh kết phân tích thu đƣợc với kết quan trắc th c tế trƣờng Ngồi tác giả cịn sử dụng phƣơng pháp undrained C để làm tốn phân tích ngƣợc để chọn thông số tối ƣu cho địa chất khu v c c ng nhƣ so sánh đánh giá kết tính tốn với phƣơng pháp khác 4.1 P t u ể vị a t ắ ằ Harde i S i t e t U drai ed ả t e ả tổ Thông số địa chất sử dụng phần mềm Plaxis theo phƣơng pháp Undrained cho lớp bùn sét yếu (lớp bùn sét d o chảy) thông số hữu hiệu đƣợc xác định từ thí nghiệm trục CU Bảng tổng hợp thơng số địa chất theo phƣơng pháp phân tích Undrained 4.2 P t u ể vị a t ắ ằ Harde i S i t e t U drai ed ả ả tổ ợ t t t e t số ợ t số địa U drai ed Thông số địa chất lớp bùn sét yếu theo phƣơng pháp phân tích Undrained B đƣợc xác định từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng Sức chống cắt khơng Su lấy từ kết thí nghiệm cắt cánh Giá trị độ cứng đất đƣợc lấy theo tƣơng quan E=(100-300)Su tăng theo độ sâu Lớp bùn sét yếu dày 20m đƣợc chia lớp nhỏ lớp dày 7m từ lớp 1,1 đến lớp 1,3 Mục đích chia nhỏ để đƣa thông số sức chống ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 cắt khơng nƣớc Su vào cách sát với th c tế có s thay đổi giá trị Su theo độ sâu lớn Bảng thể thơng số nhập vào mơ hình phân tích theo phƣơng pháp Undrained B cho lớp bùn sét yếu lớp lại tƣơng t nhƣ Bảng C ng tƣơng t nhƣ phƣơng pháp Undrained B, thông số địa chất cho phƣơng pháp Undrained C c ng đƣợc xác định từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng công thức độ cứng theo tƣơng quan E=(100-300)Su Lớp đất bùn sét yếu đƣợc chia làm lớp Giá trị Su E đƣợc biểu diễn tăng theo độ sâu nhờ sử dụng thông số nâng cao mơ hình Morh-Coulomb Bảng thể thơng số đất cho phƣơng pháp Undrained C ả ả tổ ợ t t t e t số C KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Kết chuyển vị ngang cừ giai đoạn đào đất đến -9,65m theo phƣơng pháp phân tích Undrained Undrained B lần lƣợt đƣợc thể Hình Hình Hình Chuy n vị ngang cừ Ux=15,1cm (HS Undrained A) Hình Chuy n vị ngang cừ Ux=19,2cm (HS Undrained B) Kết d đoán ứng xử hố đào sâu mơ hình HS theo phƣơng pháp phân tích ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Undrained B đƣợc tổng hợp so sánh với kết quan trắc th c tế thể Bảng 4, bao g m chuyển vị ngang cừ, nội l c hệ giằng hệ giằng 2, lún hệ số ổn định tổng thể ả S sá tt t iữa á qua trắ t ự t Kết so sánh Bảng cho thấy phƣơng pháp Undrained sử dụng thông số hữu hiệu từ thí nghiệm CU cho kết chuyển vị độ lún d đoán nhỏ kết quan trắc th c tế, chuyển vị cừ tính tốn theo phƣơng pháp 15,1cm quan trắc 18,9cm, điều thiên nguy hiểm, nội l c hệ giằng theo phƣơng pháp phân tích lớn th c tế cừ chuyển vị lớn d đoán Phƣơng pháp phân tích Undrained B cho kết chuyển vị cừ lún gần sát quan trắc hơn, sai số nhỏ 5% Căn vào sức chống cắt khơng nƣớc Su từ thí nghiệm CU cắt cánh VST Hình 10 Sức chống cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm phịng lớn sức chống cắt từ thí nghiệm trƣờng Điều d n tới kết d đốn theo phƣơng pháp Undrained nhỏ giá trị quan trắc đƣợc Vì việc tính tốn theo thí nghiệm phịng d án chƣa đảm bảo Ngoài ra, kết hợp với hệ số cố kết OCR theo độ sâu Hình 11, nhận thấy lớp mặt từ 0-8m đất cố kết với hệ số (OCR>1), nhiên từ độ sâu 8m đến độ sâu 21m đất chƣa cố kết trọng lƣợng thân (OCR