Hiện nay việc tớnh toỏn theo phưong phỏp phần tử hữu hạn (FEM) cũng đó được ứng dụng nhiều nhằm mụ phỏng sự làm việc của cỏc cột XMĐ trong đất nền. Đề tài đề nghị sử dụng mụ hỡnh Mohr – Coulomb Model cho việc mụ phỏng ứng xử của vật liệu xi măng đất. Sử dụng mụ hỡnh này, cú cỏc điểm cú lợi: Kết quả về ứng suất và chuyển vị trong cọc sỏt với thực tế hơn và như vậy dẫn đến tỷ lệ biến dạng tương đối sẽ khỏc nhau. Đõy là điều rất quan trọng và khỏc biệt so với phương phỏp giải tớch và Phương phỏp
phần tử hữu hạn với mụ hỡnh đó sử dụng trong đề tài cơ sở 2007. Dựa vào kết quả về biến dạng tương đối này sẽ cú kết luận chớnh xỏc thiết kế cú đạt được hay khụng vỡ lý do vật liệu xi măng đất là vật liệu dũn. Thụng thường biến dạng tương đối biến đổi theo vị trớ tương đối của cọc xi măng đất. Ở đầu cọc tỷ lệ biến dạng thường là lớn do lực tỏc dụng trờn đầu cọc xi măng đất lớn. Ở đỏy cọc tỷ lệ biến dạng thường là nhỏ do lực tỏc dụng ở đỏy cọc nhỏ. Khi tớnh toỏn cọc làm việc cựng đất. Để kết luận xem thiết kế cú đảm bảo hay khụng. Cỏc kết luận thường dựa trờn 2 tiờu chớ:
+ Tiờu chớ về ứng suất trong đất: Cú thể tớnh sức chịu tải của đất để so sỏnh với kết quả tớnh toỏn hoặc chương trỡnh tự động kiểm tra kết quả tớnh toỏn sau mỗi vũng lặp
+ Tiờu chớ về biến dạng trong đất: Vấn đề xem xột biến dạng trong qỳa trỡnh thi cụng ớt khi được xem xột. Chủ yếu chỉ xem xột biến dạng trong qỳa trỡnh vận hành – khai thỏc. Lấy vớ dụ, đối với đường giao thụng giới hạn biến dạng này [∆]y = 40 cm. Với đắp đập giới hạn biến dạng [∆]y = (2 ∼ 3)% H (H là chiều cao đắp đập).
- Đối với cọc xi măng đất thụng thường chỉ chỳ ý đến điều kiện về ứng suất và biến dạng chung như những loại vật liệu khỏc. Tuy nhiờn, cú một điều rất quan trọng như đó núi ở trờn là tỷ lệ biến dạng tương đối. Cỏc kết quả nghiờn cứu trờn mụ hỡnh nộn 1 trục nở hụng cho thấy phỏ hoại cọc xảy ra khi biến dạng tương đối trong phạm vi 0,5 % ữ 2,1 %. Cỏc kết quả nghiờn cứu trờn mụ hỡnh nộn 3 trục cho thấy phỏ họai cọc xi măng đất xảy ra khi biến dạng tương đối trong phạm vi 5% ữ 10%. Đõy là những yếu tố cần hết sức chỳ ý khi tớnh toỏn thiết kế.
- Giới thiệu cỏc mụ hỡnh vật liệu và chọn lựa mụ hỡnh vật liệu cho cọc xi măng đất và đất nền.
- Lựa chọn mụ hỡnh vật liệu cho cọc xi măng đất: Như đó nờu trờn để mụ phỏng tiệm cận với ứng xử của cọc xi măng đất trong đất nền đề tài chọn 2 mụ hỡnh thớch hợp để mụ phỏng ứng xử của cọc xi măng đất đú là: (1) Mụ hỡnh Mohr – Coulomb; (2) Mụ hỡnh Hardening Soil vỡ lý do (1) Biến dạng trong cọc xi măng đất sẽ tăng khi lực tỏc dụng tăng điều này mụ phỏng được biến dạng tương đối trong bản thõn cọc; (2) Cỏc kết quả về đặc tớnh vật liệu xi măng đất trong nước hiện nay chủ yếu sử dụng kết quả từ thớ nghiệm nộn 1 trục cú nở hụng hoặc từ nghiệm nộn 3 trục. Cỏc số liệu thu được từ cỏc kết quả cỏc thớ nghiệm này phự hợp với việc sử dụng 2 mụ hỡnh trờn; (3) Là loại mụ hỡnh tương đối được sử dụng quen thuộc. Cú thể dễ dàng mụ phỏng sự thay đổi của Modul biến dạng và lực dớnh theo chiều sõu dễ dàng bằng đặc tớnh “advance”. Điều này rất quan trọng đối với cọc xi măng đất.
- Lựa chọn mụ hỡnh vật liệu cho đất yếu: Mụ hỡnh vật liệu đề tài đề nghị sử dụng cho nền đất yếu là mụ hỡnh đất yếu Soft Soil (SS) hoặc đất yếu từ biến (SSC) tựy thuộc vào từng điều kiện cụ thể. Mụ hỡnh SS sử dụng trong phạm vi nộn thấm ban đầu của loại đất sột cố kết thụng thường. Thụng thường khụng sử dụng cho bài toỏn gia cố xi măng đất cho hố đào. Mụ hỡnh đất yếu từ biến (SSC) sử dụng cho đất nền yếu cú tớnh biến dạng theo thời gian. Xột tới đặc tớnh từ biến (Creep and Relaxation) của đất.
Bảng 3.2 Cỏc mụ hỡnh vật liệu cơ bản sử dụng trong FEM
- Lựa chọn mụ hỡnh hỡnh học: Khi đứng trước bài toỏn xử lý nền bằng cọc xi măng đất người tớnh toỏn bao giờ cũng đặt cõu hỏi nờn sử dụng mụ hỡnh hỡnh học nào để giải quyết bài toỏn của mỡnh.
Và từ việc lựa chọn đú người tớnh toỏn sẽ quyết định sử dụng sử dụng phần mềm FEM tương ứng để giải quyết bài toỏn. Với đặc thự bài toỏn xử lý nền bằng cọc xi măng đất và khả năng hiện cú của cỏc phần mềm địa kỹ thuật hiện nay, ta cú 2 lựa chọn:
+ Với bài toỏn sức chịu tải cọc đơn xi măng đất: Dựng mụ hỡnh đối xứng trục hoặc mụ hỡnh 3D để tớnh toỏn sức chịu tải của cọc. Chỳ ý rằng, khi sử dụng mụ hỡnh đối xứng
trục để tớnh sức chịu tải cho cọc đơn xi măng đất cần phải sử dụng điều kiện biờn về chuyển vị (controlled strain analysis). Nếu sử dụng điều kiện biờn về lực (controlled stress analysis) đất nền sẽ bị phỏ hoại trước khi đạt đến sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất. Để tớnh toỏn sức chịu tải cọc xi măng đất cú thể lấy ứng suất ở thõn cọc xi măng đất và mũi cọc xi măng đất từ đú tớnh ra sức chịu tải mũi cọc và ma sỏt bờn một cỏch riờng biệt. Với mụ hỡnh 3D việc tớnh toỏn sức chịu tải của cọc đơn đễ dàng hơn nhiều. Tuy nhiờn, cần lưu ý việc khai bỏo vật liệu xi măng đất trong mục vật liệu (khụng khai bỏo thuộc kiểu kết cấu cụng trỡnh).
Hỡnh 3.14. Cỏc mụ hỡnh hỡnh học thường sử dụng trong thực tế
Hỡnh 3.15. Lựa chọn mụ hỡnh đối xứng trục hay mụ hỡnh bất đối xứng
+ Với bài toỏn sức chịu tải của nhúm cọc: Dựng mụ hỡnh bài toỏn phẳng hoặc mụ hỡnh 3D. Tuy nhiờn, cỏc chương trỡnh địa kỹ thuật hiện nay chưa cú năng thực hiện trờn mụ hỡnh 3D với số lượng cọc xi măng đất > 24 cọc. Trong khi đú cỏc bài toỏn gia cố nền thường cú một số lượng lớn cọc xi măng đất vỡ thế khả năng ứng dụng chương trỡnh để tớnh toỏn sẽ bị hạn chế. Khi sử dụng mụ hỡnh phẳng, việc tớnh toỏn cú thể bằng 2 cỏch: (1) Quy đổi về nền tương đương; (2) Tớnh toỏn cọc xi măng đất và đất riờng rẽ.
CHƯƠNG 4: HƯỚNG DẪN THI CễNG, KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU CỌC XIMĂNG ĐẤT THI CễNG BẰNG KIỂU TRỘN CƠ KHÍ