CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU HỆ CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ
3.2 Xây dựng mô hình hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao
3.2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình
3.2.1.1 Tỷ lệ mô hình [25], [37], [68], [76]
Các luật về tỷ lệ mô hình được phát triển từ các kết quả thu được từ mô hình thu nhỏ so với ứng xử mô hình thực. Từ các nghiên cứu đã có của các tác giả về mô hình tỷ lệ, có ba loại tỷ lệ cần được áp dụng trong mô hình thu nhỏ so với mô hình thực, cụ thể:
- Tỷ lệ hình dạng:
n = Lm/Lp
trong đó: Lm - kích thước trong mô hình thu nhỏ; Lp - kích thước trong mô hình thực.
- Tỷ lệ ứng suất:
N = 'm/ 'p
trong đó: 'm - ứng suất tại điểm phân tích trong mô hình thu nhỏ;
'p - ứng suất tại điểm phân tích trong mô hình thực.
- Tỷ lệ gradien ứng suất:
I = I 'm/I 'p
trong đó: I 'm - gradient ứng suất trong mô hình thu nhỏ; I 'p - gradien ứng suất trong mô hình thực. Trong mô hình ly tâm, I là tỷ số giữa gia tốc hướng tâm và gia tốc trọng trường. Ở mô hình trọng lực đơn (1g), I = 1.
3.2.1.2 Lựa chọn tỷ lệ mô hình thu nhỏ hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao
Mô hình trọng lực đơn (1g) với kích thước càng lớn càng mô phỏng tốt bài toán thực tế. Tuy nhiên, do giá thành và điều kiện làm thí nghiệm nên kích thước mô hình cần hạn chế. Để có cơ sở lựa chọn tỷ lệ thu nhỏ mô hình phù hợp, tác giả đã thống kê các công bố về kết quả mô hình vật lý, đặc biệt là mô hình hệ cọc ĐXM (bảng 3.1).
Bảng 3.1 Tổng hợp nghiên cứu mô hình tỷ lệ thu nhỏ của các tác giả STT
Nguyễn Đức 1
(3.1)
72
STT Tác giả-
Nghiên cứu
Bạch Vũ Hoàng
2 Lan (2017) -
3 Hasan (2017)
Kitazume và nnk
4 (2000)
Bouassida và
5 Porbaha
6 Fang (2006)
Với các kết quả của các công bố trên thế giới, không gian trong phòng thí nghiệm và khả năng kinh tế, tác giả lựa chọn mô hình hệ cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT cường độ cao có tỷ lệ n = 1/25. Tỷ lệ này phù hợp với các nghiên cứu của [11], [14], [30].
Mô hình bài toán hệ cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT cường độ cao của tác giả là mô hình trọng lực đơn (1g) tỷ lệ n = 1/25, vật liệu và áp lực gia tải trong mô hình thu nhỏ giống mô hình thực, tức là I = N = 1. Bảng 3.2 chỉ ra tỷ lệ giữa mô hình thực và mô hình thu nhỏ như sau:
Bảng 3.2 Quan hệ tỷ lệ giữa mô hình thực và mô hình thu nhỏ Các đại
lượng Kích thước Diện tích Thể tích Gia tốc Ứng suất Biến dạng
Lực Hệ số rỗng
Ghi chú: n - tỷ lệ hình dạng, N - tỷ lệ ứng suất, - góc dốc của đường hệ số rỗng theo cấp áp lực e - ln p.
73
Để có cơ sở lựa chọn áp lực gia tải và kích thước mô hình, ở chương 2 đã mô phỏng bài toán hệ cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT cải tạo nền đất yếu dày 20m nằm trên lớp cát chịu lực dày, lớp cát đắp ( = 18,5 kN/m3) phía trên hệ cọc dày 5m, tải trọng xe quy đổi q = 12,5 kPa (hình 3.7). Từ kết quả phân tích số cho thấy, hai yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải Ef và lực kéo của lưới ĐKT là tải trọng thẳng đứng ( 'v) và tỷ số khoảng cách giữa các cọc/đường kính cọc (s/D).
C á t đắ p
Hình 3.7 Mô hình thực hệcọc kết hợp lưới ĐKT cường độ cao
Phạm vi nghiên cứu của bài toán là hệ cọc ĐXM nằm trong khu vực tim nền đường. Với việc lựa chọn tỷ lệ mô hình n = 1/25, mô hình tỷ lệ thu nhỏ mô phỏng mô hình thực như sau:
Áp lực gia tải 'v = 105 kPa
Hình 3.8 Tương quan giữa mô hình thực và mô hình thu nhỏ trong bài toán hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao
Do mô hình thu nhỏ và mô hình thực cùng sử dụng một loại vật liệu (cọc ĐXM, lưới ĐKT), cùng áp lực thẳng đứng gia tải nên môđun đàn hồi cọc ĐXM, môđun dãn dài lưới ĐKT, áp lực gia tải giữa hai mô hình là như nhau. Mối quan hệ giữa mô hình thu nhỏ và mô hình thực với tỷ lệ 1/25 được trình bày trong bảng 3.3, phù hợp và tuân theo lý thuyết mô hình của [25], [76] khi cùng sử dụng vật liệu thí nghiệm giữa mô hình thực và mô hình thu nhỏ.
Bảng 3.3 Các đại lượng cơ bản trong mô hình thu nhỏ Đại lượng
Đường kính cọc ĐXM Chiều dài cọc ĐXM Chiều dày lớp đất yếu Mô đun đàn hồi cọc ĐXM Môđun dãn dài lưới ĐKT Áp lực gia tải