CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI HI XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT
3.3. BÀI TOÁN 2 : Phân tích các đặc trưng thống kê của sức chịu tải móng cọc trên nền đất yếu khi xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất
3.3.1. Cơ sở lý thuyết
Để tính toán nội lực trong móng cọc có xét đến tính ngẫu nhiên của các chỉ tiêu nền đất, theo phân tích trong phần tổng quan, ta có thể sử dụng phương pháp mô hình hóa thống kê. Trong trường hợp xem xét các chỉ tiêu cơ lý của nền đất là các đại lượng ngẫu nhiên, sức chịu tải của cọc cũng là đại lượng ngẫu nhiên.
Biến ngẫu nhiên được chọn trong bài toán là các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền gồm góc nội ma sát (φ), lực dính (c), dung trọng tự nhiên (γ). Giả định các biến ngẫu nhiên này tuân theo quy luật phân bố chuẩn (normal) với giá trị trung bình (μ) được lấy từ bảng 3.1. Hệ số biến thiên (cv) của các biến ngẫu nhiên được lấy khoảng 10% (cv = 0.1). Từ đó, độ lệch chuẩn của các biến ngẫu nhiên sẽ là σ = 10%μ.
Như vậy, với 3 chỉ tiêu cơ lý (φ, c, γ) của 4 lớp đất nền, chúng ta sẽ có tất cả 12 biến ngẫu nhiên.
3.3.2. Các bước tính toán
Bước 1: Phát sinh một dãy Ns giá trị {φ, c, γ}1, {φ, c, γ}2, {φ, c, γ}i…, tuân theo quy luật phân bố chuẩn dựa vào kỳ vọng và độ lệch chuẩn đã biết của các giá trị φ, c và γ.
Bước 2: Tính toán một giá trị của sức chịu tải của cọc QaMSÂ theo trình tự được mô tả ở mục 3.2.
Bước 3: Lặp lại Ns lần Bước 1 và Bước 2, nhận được N giá trị của QaMSÂ. Bước 4: ỳ vọng và phương sai của đại lượng QaMSÂ`
tính theo các công thức
MSÂ MSÂ
1
1
i
N
a s
i
Q Q
N và
2 2
MSÂ MSÂ MSÂ
1 1
1 1
var 1 i i
N N
s s s
i i
Q Q Q
N N
Bước 5: Xác định độ tin cậy của móng cọc bằng phương pháp thống kê f Nf P N với Nf làsố lần mô phỏng mà giá trị QaMSÂ Pmax(xem chi tiết ở sơ đồ khối thể hiện ở hình vẽ 3.2).
`
i := 1
Đúng
Tăng số lần kết cấu bị phá hủy n := n + 1
Sai
i:=i+1
i ≥ N
Đúng Sai
BẮT ĐẦU
- Xác định μ, σ của BNN - Số lần mô phỏng N
Sinh ngẫu nhiên các chỉ tiêu cơ lý đất nền theo quy luật phân bố tương ứng (μk,σk)
Qa < Pmax
Độ tin cậy của kết cấu :
KẾT THÚC
Hình 3.2. Sơ đồ khối của phương pháp Monte Carlo
3.3.3. Kết quả tính toán đặc trưng thống kê của sức chịu tải và độ tin cậy của móng cọc trên nền đất yếu
Trong phần này, các bước phân tích và kết quả tính toán được xử lý và vẽ biểu đồ bằng phần mềm Matlab (xem chi tiết ở phụ lục).
Hình 3.3 Biểu đồ tần suất xuất hiện các giá trị sức chịu tải của cọc với 2 trường hợp có xét và không xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu do hiện tượng ma sát âm.
Nhìn vào biểu đồ tần suất, chúng ta có thể thấy rõ sự giảm rõ rệt của sức chịu tải của cọc khi xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu (màu đỏ) so với trường hợp không xét ảnh hưởng của nền đất yếu. Giá trị đặc trưng thống kê của hai trường hợp như sau :
Bảng 3.2. Đặc trưng thống kê sức chịu tải của cọc
Trường hợp Giá trị trung bình (kN) Độ lệch chuẩn (kN)
Xét ảnh hưởng nền đất yếu 602.05 45.21
hông xét ảnh hưởng nền đất yếu 663.08 48.37
Trở lại với bài toán phân tích độ tin cậy của móng cọc trong hai trường hợp có và không xét ma sát âm. Số lần mô phỏng chọn là N = 100.000 lần (tác giả thực hiện nhiều lần với số lần mô phỏng khác nhau thì giá trị 100.000 lần đảm bảo cho sự hội tụ của phương pháp mô phỏng. hi đó, giá trị Qa sẽ được xác định khi có không xét đến ảnh
hưởng của hiện tượng ma sát âm và có xét ma sát âm được thể hiện trên hình vẽ dưới đây:
Từ kết quả mô phỏng ta so sánh với giá trị Pmax , khi đó kết quả độ tin cậy (xác suất phá hủy) của kết cấu móng ở hai trường hợp như sau:
- Không xét ma sát âm: 8000
1 100% 92.0%
100000
s f 1
P P
- Có xét ma sát âm: 1853
1 100% 81.47%
100000
s f 1
P P
Như vậy, ta thấy rằng móng thiết kế theo trên là tương đối an toàn (>90%), tuy nhiên khi có kể đến ma sát âm, xác suất an toàn (81.47%) của móng cọc sẽ nhỏ hơn rất nhiều trường hợp không xét ma sát âm.
3.3.4. Khảo sát độ tin cậy của móng cọc khi thay đổi tải trọng truyền xuống cọc, phụ tải đất đắp và mực nước ngầm
Trong phần này, chúng ta lần lượt thay đổi các giá trị tải trọng tác dụng lớn nhất lên cọc (Pmax) , áp lực gây lún do phụ tải đất đắp (Pgl) và chiều sâu mực nước ngầm (MNN) để quan sát ảnh hưởng của các yếu tố đến độ tin cậy của móng cọc.
ết quả tính toán cho cả hai trường hợp được thể hiện trong 3 hình vẽ dưới đây :
Hình 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của Pmax đến độ tin cậy của kết cấu
Hình 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của Pgl đến độ tin cậy của kết cấu
Hình 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của MNN đến độ tin cậy của kết cấu
Nhận xét :
i) Khi thay đổi giá trị Pmax tác dụng vào đầu cọc (hình 3.4) thì độ tin cậy của hai trường hợp (có và không có MSA), Pmax càng lớn thì độ tin cậy (Ps) của kết cấu càng nhỏ.
ii) Nếu chúng ta thay đổi phụ tải đất đắp (hình 3.5), thì độ tin cậy cho kết cấu sụt giảm nghiêm trọng khi kể đến hiện tượng ma sát âm. Đối với trường hợp không xét ma sát âm kết quả độ tin cậy gần như không thay đổi, tức là không phụ thuộc vào Pgl. Từ kết quả thu được, có thể kết luận rằng sự ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm đến khả năng chịu tải của móng cọc là rất đáng kể. Chính vì vậy, đối với những công trình có công tác san lấp thì việc kể đến hiện tượng ma sát âm trong quá trình thiết kế là cực kỳ quan trọng.
iii) Khi thay đổi chiều sâu mực nước ngầm (hình 3.6), hiện tượng ma sát âm chỉ ảnh hưởng trong khoảng nhất định khi thay đổi mực nước ngầm, giá trị này còn tùy thuộc vào mỗi bài toán khác nhau.