Mô hình bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát

5.6 ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU TRƯỜNG HỢP ĐẮP NỀN ĐƯỜNG BẰNG CÁT TRONG NHIỀU ĐỢT CÓ KẾT HỢP VỚI CỌC CÁT

5.6.1 Mô hình bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát

Trong bài toán biến dạng phẳng, không thể mô phỏng được cọc cát mà chỉ mô phỏng đúng rãnh cát. Do đó, xét 1m dài rãnh cát để chuyển thành cọc cát có đường kính tương đương như bảng 5.14b.

Diện tích mặt cắt ngang rãnh cát: Srãnh cát=1mxb, với b: bề rộng rãnh cát Diện tích mặt cắt ngang cọc cát: Scọc cát= Πxd2/4, với d: đường kính cọc cát Để có được đường kính d cọc cát thì Srãnh cát= Scọc cát Ỉ d=(4xb/Π)0,5 (m) Từ bảng 5.14b khi rãnh cát có bề rộng b=0,2; 0,3; 0,4 và 0,5m thì đường kính cọc cát tương đương lần lượt là d=0,5; 0,6; 0,7 và 0,8m

Bảng 5.14b: Quy đổi rãnh cát thành cọc cát tương đương Bề rộng

rãnh cát

Dieọn tớch mặt cắt ngang 1m dài rãnh cát

Đường kính cọc cát tửụng ủửụng

Dieọn tớch mặt cắt ngang cọc cát tương đương

(m) (m2) (m) (m2)

0,1 0,1 0,35 0,10 0,15 0,15 0,45 0,16

0,2 0,2 0,5 0,20

0,25 0,25 0,55 0,24

0,3 0,3 0,6 0,28

0,35 0,35 0,65 0,33

0,4 0,4 0,7 0,38

0,45 0,45 0,75 0,44

0,5 0,5 0,8 0,50

Cọc cát tương đương được mô phỏng có đường kính d như sau: 50cm, 60cm, 70cm và 80cm. Chiều dài L của cọc cát thay đổi như sau: 4m, 6m, 8m, 10m, 12m, 14m, 16m. Khoảng cách D giữa các cọc cát lần lượt: 1,5m; 2m; 2,5m;

3m. Hệ lưới của phần tử được thể hiện trong hình 5.36.

- Bước 1: Khai báo chung (giống phương pháp đắp 1 lần)

- Bước 2: Tạo tọa độ vị trí của các lớp đất được mô phỏng (hình 5.35b)

Hình 5.35b: Mô hình tính toán - Bước 3: Nhập thông số của các lớp đất cần mô phỏng

+ Lớp cát đắp: (giống phương pháp đắp 1 lần)

+ Cọc cát: giống vật liệu làm cát đắp, chỉ khác E’oed=5000kN/m2

L 1m

Rãnh cát

b

Cọc cát

L

d

Hình 5.35a:Rãnh cát và cọc cát tương đương[7]

+ Lớp đất nền: bùn sét (giống phương pháp đắp 1 lần) - Tạo điều kiện biên cho bài toán bằng cách nhấp vào biểu tượng - Phát sinh hệ lưới: nhấp vào biểu tượng (hình 5.36)

Hình 5.36: Mô hình phần tử của bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát và các điểm khảo sát A, B, C, D, E, F

- Bước 4: định nghĩa điều kiện ban đầu, nhấn vào biểu tượng + Xác định mực nước ngầm -2m, chọn biểu tượng (phreatic line), vì lớp đất từ chiều sâu -16m trở xuống là lớp đất không thấm nên ta phải khai báo bằng cách chọn biểu tượng (closed consolidation boundary) để khóa đường biên cố kết, chọn từ điểm 7 đến điểm 8 (hình 5.35b). Ngoài ra, đây là bài toán cố kết nên cũng cần phải khóa biên cố kết từ điểm 5 đến điểm 7 và từ điểm 6 đến điểm 8 (hình 5.35b). Phát sinh áp lực nước thủy tĩnh bằng cách chọn biểu tượng (generate water pressures), hình 5.37 thể hiện áp lực nước thủy tĩnh theo chiều sâu và sau đó cập nhật giá trị này bằng cách chọn biểu tượng

Hình 5.37: Phát sinh áp lực nước thủy tĩnh

+ Xác định điều kiện ứng suất hữu hiệu ban đầu khi chưa đắp cát bằng cách chọn biểu tượng (initial stresses) và chọn (generate initial stresses) để phát sinh ứng suất hữu hiệu ban đầu (hình 5.39) và cập nhật giá trị bằng cách chọn . Trong chương trình Plaxis, để phát sinh ứng suất hữu hiệu ban đầu trong trường hợp lớp phân cách lớp đất (cluster) không song song với mặt đất hay mực nước ngầm thì phải phát sinh theo trọng lượng (gravity loading). Không dùng trường hợp nhập trực tiếp giá trị K0NC thông thường như trường hợp đắp 1 lần hay nhiều lần. Nghĩa là ban đầu cho hệ số ΣMweight=0 (đất không trọng lượng) (hình 5.38). Sau đó trong quá trình tính toán (calculation) cho giá trị ΣMweight=1 (chương trình sẽ tự động tính giá trị ΣMweight từ 0 đến 1 để phát sinh ứng suất hữu hiệu ban đầu trong đất nền)

Hình 5.38: Nhập giá trị ΣMweight=0

Hình 5.39: Phát sinh ứng suất hữu hiệu ban đầu - Bước 5: Tính toán

+ Chọn các điểm ứng suất và biến dạng của nền đất (hình 5.40)

Hình 5.40: Các điểm khảo sát ứng suất G, H, I, J, K

+ Phase 1: thi công cọc cát. Giống như bài toán đắp 1 lần, thay vì đắp cát cao 2m thì tiến hành thay thế đất nền bằng vật liệu cọc cát tại các vị trí cọc trong mô hình

+ Phase 2: phát sinh ứng suất hữu hiệu khi đã thi công cọc cát - Loại tính toán: dẻo (plastic) (hình 5.41)

Hình 5.41: Khai báo điều kiện chung

- Những điều kiện tính toán: trong cách tính này phải bỏ qua ứng xử không thoát nước (ignore undrained behaviour) (hình 5.42)

Hình 5.42: Chọn điều kiện bỏ qua ứng xử không thoát nước để tính toán - Chọn hệ số tính toán: trong cửa sổ “Total multipliers”, nhập vào giá trị ΣMweight=1 (hình 5.43) để phát sinh ứng suất hữu hiệu khi đã thi công cọc cát

Hình 5.43: Nhập hệ số ΣMweight=1

+ Phase 3: Khi tính toán phase 2, các chuyển vị trong phase này không có ý nghĩa vật lý. Nên cần phải bỏ các chuyển vị này trong tính toàn (reset displacements to zero) (hình 5.44)

Hình 5.44: Chọn điều kiện bỏ qua chuyển vị ở phase 2 + Phase 4: đắp cát cao 0,5m đầu tiên

+ Phase 5: tính quá trình cố kết với khoảng thời gian t=90 ngày + Phase 6: cập nhật lại hệ lưới

+ Phase 7: đắp cát cao tiếp 0,5m

+ Phase 8: tính quá trình cố kết với khoảng thời gian t=90 ngày + Phase 9: cập nhật lại hệ lưới

+ Phase 10: đắp cát cao tiếp 0,5m

+ Phase 11: tính quá trình cố kết với khoảng thời gian t=90 ngày + Phase 12: cập nhật lại hệ lưới

+ Phase 13: đắp cát cao 0,5 m cuối cùng

+ Phase 14: tính quá trình cố kết với áp lực nước lỗ rỗng thặng dư toỏi thieồu baống 1 kN/m2

- Sau khi tính toán hoàn tất 14 phase (hình 5.45)

Hình 5.45: Quá trình tính toán 14 phase hoàn tất