CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ TƯỜNG
4.3 Phaân tích kết quả
Kết quả chia thành hai nhóm chính. Nhóm một bao gồm kết quả liên quan đến việc chỉ ra cơ chế phá hoại và ảnh hưởng của độ cứng cốt, độ cứng nền đến ứng xử của tường. Loạt kết quả của nhóm hai minh họa cho việc ảnh hưởng của chiều dài cốt đến nội lực trong cốt và ổn định của tường.
Tất cả kết quả được thể hiện tham khảo ba trạng thái cơ bản của tường: phá hoại, cực hạn và trạng thái ổn định. Những trạng thái này phản ánh phản ứng của mô hình trong suốt quá trình xây dựng tường. Mỗi tường được mô hình đến khi phá hoại bằng việc gia tăng chiều cao từng lớp trong khi giữ chiều dài cốt là 4m. Trong quá trình tính toán, tường tiến đến bờ phá hoại, nhưng quá trình xây dựng của nó tiếp tục cho đến khi sự phá hoại xảy ra. Trạng thái tương ứng với tường ở bờ phá hoại là gọi là trạng thái cực hạn.
4.3.1 Cơ chế phá hoại của tường MSE
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xem xét ứng xử của tường MSE với những tấm tường lắp ghép và cốt gia cường, giả định quá trình xây dựng cho đến khi phá hoại. Thật quan trọng để chỉ ra cơ chế phá hoại như là một hàm của khoảng cách cốt, có xem xét ảnh hưởng của độ cứng cốt, độ cứng nền móng. Tất cả những trường hợp được xét đến trong phân tích được tóm tắt trong bảng 4.2.
4.3.1.1 Mô tả cơ chế phá hoại
Cơ chế phá hoại được chỉ ra bởi việc ghi lại sự phát triển của vùng dẻo cục bộ trong đất trong suốt quá trình xây dựng tường. Hình dạng chuyển vị và loại bề mặt trượt phát triển định nghĩa cơ chế phá hoại. Bốn cơ chế phá hoại được chỉ ra:
dạng phá hoại bên ngoài, dạng trượt sâu, dạng hỗn hợp và dạng mối nối. Loại bề mặt trượt tương ứng với từng loại cơ chế phá hoại được thể hiện trong hình 4.3.
Hình 4.3 Bề mặt trượt tương ứng với từng loại cơ chế phá hoại
Chiều cao cực hạn và dạng phá hoại phổ biến của tất cả các trường hợp được cho trong bảng 4.3. Nội lực lớn nhất trong cốt cho tất cả các trường hợp ở trạng thái cực hạn được cho trong bảng 4.3.
Bảng 4.3
KẾT QUẢ TƯƠNG ỨNG VỚI TRẠNG THÁI CỰC HẠN Trường
hợp Khoảng cách
Chieàu cao Hcr
Chieàu dài coát l
Tyû soá l/hcr
Chuyeồn vò lớn nhất
Lực dọc lớn
nhất Dạng
phá hoại
(m) (m) (m) (cm) Giá trị
(kN) Ở cao độ (m)
0.70 8.50 4.00 0.47 24.10 50.49 10.35 Bên ngoài 1.00 8.00 4.00 0.50 13.70 52.10 10.50 Hỗn hợp 1.20 7.80 4.00 0.51 13.80 56.38 10.60 Hỗn hợp 0.50 3.25 4.00 1.23 23.70 19.79 10.25 Bên ngoài
- trượt sâu 0.70 3.00 4.00 1.33 16.57 17.57 10.35 Bên ngoài - trượt sâu 1.00 2.75 4.00 1.45 13.00 15.95 10.50 Bên ngoài - trượt sâu 2
1.20 2.50 4.00 1.60 9.50 12.49 10.60 Bên ngoài - trượt sâu 0.50 6.25 4.00 0.64 44.00 18.95 10.25 Hỗn hợp 0.70 5.00 4.00 0.80 27.80 19.23 10.35 Hỗn hợp 1.00 4.75 4.00 0.84 39.40 21.37 10.50 Hỗn hợp 3
1.20 4.50 4.00 0.89 48.50 24.05 10.60 Hỗn hợp 0.50 3.00 4.00 1.33 24.60 10.70 10.25 Bên ngoài
- trượt sâu 0.70 2.80 4.00 1.43 21.60 11.48 10.35 Bên ngoài - trượt sâu 1.00 2.60 4.00 1.54 18.75 10.80 10.50 Bên ngoài - trượt sâu 4
1.20 2.40 4.00 1.67 20.90 11.03 10.60 Bên ngoài - trượt sâu 9.00 4.50 0.50 17.10 44.50 10.25 Bên ngoài 9.00 5.00 0.56 12.60 43.85 10.25 Bên ngoài 0.5
(TH1)
9.00 5.50 0.61 9.90 42.32 10.25 Bên ngoài 3.25 4.50 1.38 20.70 18.46 10.25 Bên ngoài - trượt sâu 3.25 5.00 1.54 19.80 16.81 10.25 Bên ngoài - trượt sâu 0.5
(TH2)
3.25 5.50 1.69 18.10 16.20 10.25 Bên ngoài - trượt sâu 6.25 4.50 0.72 42.80 18.25 10.25 Hỗn hợp 6.25 5.00 0.80 41.90 17.58 10.25 Hỗn hợp 5
0.5 (TH3)
6.25 5.50 0.88 40.20 16.26 10.25 Hỗn hợp Để có được cái nhìn sâu hơn về ứng xử của tường, ứng suất và chuyển vị nằm ngang ở những tiết diện thẳng đứng của tường được lấy ra và phân tích. Vị trí tiết diện A, B và C được thể hiện trong hình 4.4. Những tiết diện thẳng đứng được định nghĩa là
tiết diện A (phía sau mặt tường 0.1m), tiết diện B (trong vùng đất có cốt, cách điểm kết thúc cốt 0.1m) và tiết diện C (trong đất đắp, 0.1m phía sau vùng đất có cốt).
Hình 4.4 Vị trí các tiết diện A, B và C xem xét
Những dạng sau được xem xét, như là những trường hợp đại diện để minh họa mỗi dạng phá hoại chỉ ra:
• Dạng phá hoại bên ngoài: trường hợp 1-1
• Dạng phá hoại trượt sâu: trường hợp 2-1
• Dạng phá hoại hỗn hợp: trường hợp 3-1
• Dạng phá hoại mối nối: không xuất hiện.
4.3.1.2 Dạng phá hoại bên ngoài
Đặc điểm chính của dạng phá hoại này là sự phát triển nêm trượt phía sau khối gia cường (hình 4.8). Khi sự phá hoại xảy ra, vùng dẻo phát triển bên trong, nằm dưới đáy khối gia cường và hình thành nêm trượt phía sau khối gia cường (hình 4.8). Đối với những trường hợp đất nền cứng, bề mặt trượt phát triển qua đáy khối gia cường và những lớp cốt bên dưới sẽ gia tăng ứng suất. Khối gia cường ứng xử như là một khối dính và phá hoại bởi việc lật quanh mũi hay trượt dọc nền. Cơ chế phá hoại này tương ứng với lật và trượt phẳng. Những trường hợp với dạng phá hoại bên ngoài được chỉ ra trong bảng 4.3. Dạng phá hoại bên ngoài được quan sát đối những trường hợp khoảng cách cốt gần, cốt không dãn và đất nền tốt.
Mô hình của trường hợp 1-1 (s=0.5m, cốt không dãn, đất nền tốt) có dạng phá hoại bên ngoài, và trạng thái cực hạn được chỉ ra ở chiều cao H = 9m. Ở trạng thái cực hạn, vùng phá hoại định nghĩa một bề mặt trượt bên ngoài, nó phát triển bên trong khối đắp (hình 4.5). Vùng chuyển vị tổng (hình 4.6) và biến dạng lưới (hình 4.7) cho thấy tường có khuynh hướng bị lật xung quanh mũi. Chuyển vị nằm ngang dọc tiết diện A và B đã chứng tỏ rằng đất gia cường di chuyển như một khối (hình 4.9). Lực dọc phân bố trong những lớp cốt (bảng kết quả 4.3) cho thấy rằng ứng suất trong cốt gia tăng ở những lớp ở đáy tường. Tuy nhiên, lực trong lớp đầu tiên thì nhỏ hơn lực ở những lớp kề dưới.
Hình 4.5 Bề mặt trượt cực hạn của trường hợp 1-1
Hình 4.6 Chuyển vị tổng của trường hợp 1-1
Hình 4.7 Biến dạng lưới của trường hợp 1-1
Hình 4.8 Vùng biến dạng dẻo của trường hợp 1-1
Hình 4.9 Chuyển vị ngang dọc tiết diện A-A và B-B của trường hợp 1-1 4.3.1.3 Dạng phá hoại trượt sâu
Dạng phá hoại trượt sâu được đặc trưng bởi một bề mặt trượt phát triển bên ngoài khối gia cường và qua đất nền móng. Khi sự phá hoại xảy ra, vùng dẻo phát triển bên trong, nằm dưới đáy khối gia cường và vùng đất đắp phía sau khối gia cường (hình 4.13). Dạng phá hoại này được quan sát cho những trường hợp có khoảng cách cốt gần và đất nền tương đối yếu. Cơ chế phá hoại này tương ứng với dạng trượt sâu.
Mô hình của trường hợp 2-1 (s=0.5m, cốt không dãn, đất nền loại 2) cho thấy dạng phá hoại trượt sâu, và trạng thái cực hạn được chỉ ra với chiều cao tường h=3.25m. Ở trạng thái cực hạn, vùng phá hoại định nghĩa một bề mặt trượt bên ngoài, nó phát triển bên ngoài khối gia cường (hình 4.10). Vùng chuyển vị tổng (hình 4.11) và biến dạng lưới (hình 4.12) cho thấy đầu tiên là tường trượt và sau đó có khuynh hướng bị lật xung quanh mũi, nó là kết quả của khả năng chịu tải không đủ của đất nền. Chuyển vị ngang dọc tiết diện A và B đã chứng tỏ rằng đất gia cường di chuyển như một khối (hình 4.14). Lực dọc phân bố dọc các lớp cốt cho thấy lực trong cốt gia tăng theo chiều sâu. Với sự phát triển phá hoại, lực trong những lớp ở đáy gia tăng nhanh chóng.
Hình 4.10 Bề mặt trượt cực hạn của trường hợp 2-1
Hình 4.11 Chuyển vị tổng của trường hợp 2-1
Hình 4.12 Biến dạng lưới của trường hợp 2-1
Hình 4.13 Vùng biến dạng dẻo của trường hợp 2-1
Hình 4.14 Chuyển vị ngang dọc tiết diện A-A và B-B của trường hợp 2-1 4.3.1.4 Dạng phá hoại hỗn hợp
Dạng phá hoại hỗn hợp được đặc trưng bởi một bề mặt trượt phát triển trong vùng đất gia cường và đất đắp. Vùng biến dạng dẻo phát triển trong đất gia cường và hình thành nêm trượt phía sau khối gia cường (hình 4.18a và 4.18b). Biến dạng đáng kể phát triển khi sự phá hoại xảy ra. Khối gia cường không ứng xử khi một khối dính. Tường phá hoại do trượt mộ khối, được định nghĩa bởi bề mặt trượt hỗn hợp. Dạng phá hoại hỗn hợp được quan sát cho tất cả những trường hợp cốt dãn, đất nền tốt và khoảng cách cốt thay đổi từ 0.5m đến 1.2m. Dạng phá hoại này cũng xảy đối với trường hợp cốt không dãn, đất nền tốt và khoảng cách cốt thay đổi từ 0.7m đến 1.2m.
Mô hình của trường hợp 3-1 (s=0.5m, cốt dãn, đất nền tốt) cho thấy dạng phá hoại hỗn hợp, và trạng thái cực hạn được chỉ ra với chiều cao tường h=6.25m. Ở trạng thái cực hạn, vùng phá hoại định nghĩa một bề mặt trượt hỗn hợp được phát triển qua vùng đất giai cường dạng tuyến tính (hình 4.15a). Vùng chuyển vị (hình 4.16a) và biến dạng lưới (hình 4.17a) chỉ ra biến dạng đáng kể của tường, đặt biệt là ở đỉnh tường. Chuyển vị nằm ngang dọc tiết diện A và B xác định đất gia cường không dịch chuyển như một khối (hình 4.19a). Lực dọc trục phân bố dọc các lớp cốt (bảng 4.2) chỉ ra là lực trong những lớp cốt gia tăng theo chiều sâu và đạt những giá trị lớn nhất trong điểm giao của tiết diện đất gia cường với bề mặt trượt.
Mô hình của trường hợp 1-3 (s=1m, cốt không dãn, đất nền tốt) cho thấy dạng phá hoại hỗn hợp, và trạng thái cực hạn được chỉ ra với chiều cao tường h=8m. Ở
trạng thái cực hạn, vùng phá hoại định nghĩa một bề mặt trượt hỗn hợp được phát triển qua vùng đất giai cường dạng song tuyến (hình 4.15b). Vùng chuyển vị (hình 4.16b) và biến dạng lưới (hình 4.17b) chỉ ra biến dạng đáng kể của tường, đặt biệt là ở đỉnh tường. Chuyển vị nằm ngang dọc tiết diện A và B xác định đất gia cường dịch chuyển như một khối (hình 4.19b). Lực dọc trục phân bố dọc các lớp cốt (bảng 4.2) chỉ ra là lực trong những lớp cốt gia tăng theo chiều sâu và đạt những giá trị lớn nhất trong điểm giao của tiết diện đất gia cường với bề mặt trượt.
Hình 4.15a Bề mặt trượt cực hạn của trường hợp 3-1
Hình 4.15b Bề mặt trượt cực hạn của trường hợp 1-3
Hình 4.16a Chuyển vị tổng của trường hợp 3-1
Hình 4.16b Chuyển vị tổng của trường hợp 1-3
Hình 4.17a Biến dạng lưới của trường hợp 3-1
Hình 4.17b Biến dạng lưới của trường hợp 1-3
Hình 4.18a Vùng biến dạng dẻo của trường hợp 3-1
Hình 4.18b Vùng biến dạng dẻo của trường hợp 1-3
Hình 4.19a Chuyển vị ngang dọc tiết diện A-A và B-B của trường hợp 3-1
Hình 4.19b Chuyển vị ngang dọc tiết diện A-A và B-B của trường hợp 1-3
4.3.1.5 Dạng phá hoại mối nối
Dạng phá hoại mối nối được đặc trưng bởi bề mặt trượt phát triển hoàn toàn bên trong vùng đất gia cường. Các trường hợp nghiên cứu không xuất hiện dạng phá hoại mối nối.
4.3.2 Aûnh hưởng của khoảng cách cốt lên cơ chế phá hoại
Khoảng cách cốt được chỉ ra như là một nhân tố chính khống chế tất cả những khía cạnh ứng xử của tường. Những ảnh hưởng của khoảng cách cốt lên cơ chế phá hoại được chỉ ra tương ứng với trạng thái cực hạn và dạng phá hoại.
Tất cả các quá trình giải xác nhận kết luận tổng quát là ổn định tường gia tăng khi khoảng cách cốt giảm. Chiều cao tường cực hạn được xem như là một đặc trưng tổng quát của ổn định tường.
Phân tích phần tử hữu hạn chỉ ra rằng khoảng cách cốt cũng khống chế dạng phá hoại. Tổng quát, ta thấy rằng dạng phá hoại thay đổi từ bên ngoài hay trượt sâu sang hỗn hợp khi khoảng cách cốt gia tăng. Hầu hết các trường hợp với khoảng cách cốt là 0.5m đến 0.7m đều là dạng phá hoại bên ngoài hay trượt sâu, và đất gia cường di chuyển như một khối khi dùng cốt không dãn. Hầu hết các trường hợp khoảng cách cốt là 1m đến 1.2m đều dạng phá hoại hỗn hợp. Tường với khoảng cách cốt nhỏ thì ổn định hơn tường với khoảng cách cốt lớn.
Đối với tường có khoảng cách cốt nhỏ, ứng xử của tường tương tự như ứng xử của tường trọng lực thông thường. Dạng phá hoại chỉ ra là bên ngoài và trượt sâu. Ở trạng thái cực hạn, một số lượng nhỏ vùng dẻo xuất hiện ở đáy của đất gia cường (hình 4.8). Phân tích vùng chuyển vị (hình 4.6), biến dạng lưới (hình 4.7) và chuyển vị ngang phân bố dọc tiết diện A và B (hình 4.9) chỉ ra rằng đất gia cường ổn định bên trong và di chuyển như một khối dính trong trường hợp cốt không dãn. Phân tích sự phân bố lực dọc trong cốt chỉ ra không có sự khác biệt đột ngột trong những lớp gia cường.
Đối với tường với những khoảng cách cốt lớn, dạng phá hoại phổ biến là dạng phá hoại hỗn hợp. Khối gia cường không di chuyển như một khối trong trường hợp cốt không dãn. Việc phân tích sự phân bố vùng phá hoại chỉ ra rằng vùng phá hoại đầu tiên xuất hiện trong đất gia cường, bắt đầu biến dạng lớn, nó dẫn đến phá vỡ mối nối. Ở trạng thái cực hạn, phần đất gia cường phổ biến chảy dẻo trong lực cắt hay thể tích, trong khi đất đắp bị ảnh hưởng nhỏ. Ở trạng thái phá hoại, vùng phá hoại truyền sang đất đắp bởi vì biến dạng lớn ở tấm tường bao. Phân tích vùng chuyển vị, biến dạng lưới và sự phân bố chuyển vị ngang dọc tiết diện A và B chỉ ra rằng có biến dạng đáng kể trong đất gia cường.
Khoảng cách cốt xuất hiện khống chế cơ chế phá hoại của tường MSE.
Những thảo luận tiếp theo, tất cả ảnh hưởng lên ứng xử của tường được chỉ ra tương ứng với khoảng cách cốt.
4.3.2.1 Aûnh hưởng của độ cứng cốt lên cơ chế phá hoại như là một hàm của khoảng cách cốt
Aûnh hưởng của độ cứng cốt lên cơ chế phá hoại được xem xét bằng cách so sánh hai trường hợp cốt dãn và cốt không dãn. Những trường hợp cốt không dãn được xem xét là trường hợp 1 (đối với nền đất tốt) và trường hợp 2 (đối với đất nền yếu), những trường hợp cốt dãn được xem xét là trường hợp 3 (đối với đất nền tốt) và trường hợp 4 (đối với đất nền yếu). Qua bảng kết quả tính toán (bảng 4.2) và các hình 4.15 đến 4.20, ta nhận thấy cùng một loại đất nền tốt, đối với trường hợp cốt không dãn, bề mặt trượt cực hạn xắp xỉ hai đường thẳng, đối với trường hợp cốt dãn xắp xỉ một đường thẳng và cả hai trường hợp đều qua chân tường. Trong khi đó, cùng với một loại đất nền yếu, đối với cả hai trường hợp cốt dãn và cốt không dãn đều là dạng phá hoại bên ngoài-trượt sâu, có nghĩa là bề mặt trượt cực hạn đi bên ngoài khối gia cường và trượt sâu xuống nền yếu. Cả bốn trường hợp đều cho thấy một điểm chung đối những trường hợp khoảng cách cốt lớn (s=1m, s=1.2m) thì bề mặt trượt cực hạn đều đi qua vùng đất gia cường. Đối với trường hợp cốt không dãn, khối gia cường di chuyển như một khối, đối với trường hợp cốt dãn thì ngược lại (hình 4.19).
Dựa trên sự so sánh giữa những trường hợp tượng trưng cho cường độ đất nền và độ cứng cốt, chúng ta có thể rút ra những kết luận:
- Độ cứng cốt ảnh hưởng đến dạng phá hoại và ổn định tường lên tất cả loại đất.
- Cốt dãn cho phép biến dạng lớn hơn xuất hiện trong vùng đất gia cường.
Kết quả, vùng dẻo phát triển trong phần lớn vùng đất gia cường, và dạng phá hoại hỗn hợp xuất hiện trong tất cả các loại đất.
- Chiều cao tường cực hạn trong tất cả các trường hợp đối với cốt dãn thấp hơn chiều cao tường trong trường hợp cốt không dãn.
- Lực lớn nhất trong cốt đối với tất cả các trường hợp với cốt dãn được chỉ ra ở những vị trí giao cắt giữa bề mặt trượt.
- Tất cả các trường hợp lực trong cốt gia tăng theo chiều sâu.
- Chuyển vị lớn nhất nằm ngang của tất cả trường hợp trong trường hợp cốt dãn lớn hơn nhiều so với trường hợp cốt không dãn.
4.3.2.2 Aûnh hưởng của độ cứng nền lên cơ chế phá hoại như là một hàm của khoảng cách cốt
Aûnh hưởng của độ cứng của nền lên cơ chế phá hoại được xem xét bằng cách thay đổi độ cứng của đất nền. Hai loại đất nền chính được mô hình: đất nền tốt và đất nền yếu. Thuộc tính của đất sử dụng trong mô hình được cho trong bảng 4.2.
Aûnh hưởng của độ cứng của nền lên ứng xử của tường được chỉ ra bằng việc phân tích có so sánh tất cả các trường hợp tương ứng với cơ chế phá hoại và ổn định của tường. Kết quả phân tích trường hợp 1-1 (đất nền tốt) và 2-1 (đất nền yếu) (s=0.5m) được so sánh, ta nhận thấy độ cứng của đất nền thấp hơn dẫn đến chiều cao cực hạn thấp hơn, cụ thể hcr1-1=9m và hcr2-1=3.25m; dạng phá hoại của tường hợp 1-1 (đất nền tốt) là bên ngoài, còn trường hợp 2-1 (đất nền yếu) là trượt sâu (hình 4.20); khối
đất gia cường của của hai trường hợp 1-1 và 2-1 di chuyển như một khối dính bởi vì khoảng cách cốt nhỏ và sự phá hoại được khống chế bởi cường độ của đất nền (hình 4.23).
Sự thay đổi độ cứng của nền từ tốt (trường hợp 1-1) sang yếu (trường hợp 2-1) đã dẫn đến chiều cao cực hạn giảm từ 9m (TH 1-1) xuống 3.25m (TH2-1), dạng phá hoại thay đổi từ bên ngoài sang trượt sâu. Vùng dẻo xuất hiện nhiều nhất trong đất đắp và đất nền. Đối với trường hợp 2-1, vùng dẻo đầu tiên xuất hiện ở chiều cao tường thấp hơn trường hợp 1-1 và tập trung xung quanh chân tường. So sánh giữa mô hình của trường hợp 1-1 và 2-1 ở chiều cao tường 3.25m chỉ ra rằng việc thay đổi cường độ của nền từ cao xuống thấp làm gia tăng chuyển vị nằm ngang và nội lực trong cốt. Lực trong cốt của cả hai trường hợp đều gia tăng tuyến tính theo chiều sâu và giá trị lớn nhất được quan sát ở lớp đầu tiên.
Độ cứng nền có ảnh hưởng đáng kể lên phản ứng của tường. Sự giảm độ cứng của móng hay cường độ của móng làm giảm chiều cao của tường, thay đổi dạng phá hoại và gia tăng chuyển vị và nội lực cốt. Tường với khoảng cách cốt lớn thì nhạy đối với sự thay đổi thuộc tính nền đất hơn tường với những khoảng cách nhỏ.
Hình 4.20a Bề mặt trượt cực hạn của trường hợp 1-1