CHƯƠNG 2: CỞ SỞ ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN VÀ ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN TRÊN CƠ SỞ BÀI TOÁN CỐ KẾT THẦM HAI CHIỀU
3.4. Độ lún và độ lún lệch của nền đất yếu dưới công trình đắp trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều theo lớp phân tố
tại biên tại
tâm
Để dự báo độ lún theo thời gian trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều chính xác hơn, một trong các phương pháp gần đúng là tính theo lớp phân tố. Ở đây, cơ sở tính toán cơ bản như đã trình bày.
Trong trường hợp này, lớp đất 20m được phân chia thành 20m lớp phân tố. Việc tính toán thực hiện tại điểm trung bình của mỗi lớp, tức là tại độ sâu:
0, 5;1, 5...19, 5
z= m. Các bước tính bao gồm:
Bước 1. Tính giá trị áp lực nước lỗ rỗng ban đầu, độ lún ban đầu và ổn định mỗi lớp.
Bước 2. Tính giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.
Bước 3. Tính độ cố kết trung bình.
Bước 4. Tính độ lún theo thời gian S t′( ).
Bước 5. Tính độ lún theo thời gian có xét độ lún ban đầu.
Để thực hiện tính toán, độ lún tổng cộng ở từng thời điểm khác nhau được thực hiện. Sau đó, tổng kết kết quả và lập bảng hay thể hiện thông qua các biểu đồ.
Cũng nên nói thêm rằng việc tính toán được thực hiện bằng chương trình tự thiết lập trên cơ sở phần mềm Mathcad. Thời gian dự tính cho một bài toán xấp xỉ 12 giờ.
Kết quả tính toán độ lún theo thời gian tại tâm diện gia tải theo lớp phân tố (hình 3.13) cho thấy độ lún phân bố hợp lý hơn theo thời gian.
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
100 1000 10000 100000 1000000
Thời gian (ngày/đêm)
Độ lún (m)
Hình 3.13. Độ lún theo thời gian tại tâm diện gia tải trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều theo lớp phân tố.
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
100 1000 10000 100000 1000000
Thời gian (ngày/đêm)
Độ lún (m)
Hình 3.14. Độ lún theo thời gian tại tâm tính theo phương pháp trung bình và lớp phân tố.
trung bình
lớp phân tố
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
100 1000 10000 100000 1000000
Thời gian (ngày/đêm)
Độ lún (m)
Hình 3.15. Độ lún tại tâm và biên theo thời gian trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều theo lớp phân tố.
-0.05 0.00 0.05 0.10 0.15
100 1000 10000 100000 1000000
Thời gian (ngày/đêm)
Độ lún (m)
Hình 3.16. Độ lún lệch theo thời gian trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều theo lớp phân tố.
tại tâm
tại biên
Dạng đường cong độ lún theo thời gian tương tự như kết quả theo bài toán cố kết một chiều. Thời gian đạt độ lún ổn định của các phương pháp xấp xỉ nhau (tương đương 100.000 ngày). Tuy nhiên, thời gian đạt độ lún ở độ cố kết trung bình 50% có sự khác biệt rõ ràng.
Trong bài toán cố kết hai chiều, trong tính toán có xét tính nén ép của nước lỗ rỗng nên giá trị Cv sử dụng có giá trị nhỏ hơn so với đại lượng này trong bài toán cố kết một chiều. Tuy nhiên, thời gian đạt độ lún ổn định của hai phương pháp xấp xỉ nhau.
Cũng nên lưu ý rằng việc tính toán theo bài toán hai chiều còn cho thấy độ lún ổn định tại tâm có giá trị lớn hơn so với kết quả tính theo sơ đồ bài toán một chiều.
Kết quả tổng hợp độ lún lệch (hình 3.15 và 3.16) còn cho thấy ở các thời điểm ban đầu, độ lún lệch có giá trị hầu như không đáng kể và độ lún lệch bắt đầu gia tăng ở khoảng thời gian 5 năm. Tuy nhiên, nếu xem độ lún lệch hơn 10cm thì mới tác động đến việc sử dụng công trình thì thời điểm này xảy ra ở khoảng hơn 40.000 ngày tương đương 110 năm.
Kết quả hình (3.16) còn cho thấy khi vừa xây dựng công trình, ban đầu ở biên lún nhiều hơn nhưng sau một khoảng thời gian ngắn thì ở tâm độ lún phát triển nhanh hơn.
3.5. Kết luận chương 3
Từ kết quả tính toán và so sánh, có thể rút ra một số nhận định sau:
- Kết quả tính toán độ lún theo thời gian trên cơ sở bài toán hai chiều theo lớp phân tố phù hợp hơn so với việc tính trung bình tại giữa lớp, đặc biệt ở các thời điểm ban đầu.
- Độ lún tại tâm diện gia tải theo các phương pháp là như nhau nhưng độ lún tại biên theo kết quả bài toán hai chiều nhỏ hơn tại tâm và phù hợp hơn./.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Từ kết quả tổng hợp cơ sở lý thuyết, xây dựng chương trình tính và tính toán áp dụng cho điều kiện thực tế bài toán độ lún và độ lún lệch theo thời gian theo lớp phân tố trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều có xét tính nén ép của nước lỗ rỗng, có thể rút ra các kết luận chính cho luận văn như sau:
1. Thời điểm đạt độ lún ổn định theo phương pháp lớp phân tố, tính theo điểm trung bình có xét tính nén ép của nước lỗ rỗng trong cố kết thì xấp sỉ nhau và xấp xỉ giá trị này theo bài toán cố kết một chiều cổ điển.
2. Độ lún theo thời gian trên cơ sở bài toán cố kết hai chiều theo lớp phân tố phù hợp hơn so với cách tính theo điểm trung bình do xét được độ lún các lớp gần biên thoát nước trong phạm vi thời gian ngắn hơn.
3. Theo kết quả tính toán theo lớp phân tố, ở các thời điểm ban đầu (< 3 năm), độ lún ở biên lớn hơn, sau đó tốc độ lún ở tâm nhanh hơn và độ lún lệch tăng dần cho đến khi đạt độ lún ổn định.
4. Độ lún ổn định theo lớp phân tố (trên cơ sở phân chia độ lún làm hai thành phần) có giá trị lớn hơn không đáng kể so với tính theo điểm trung bình và xem nền là một lớp.
5. Thời gian đạt độ lún ổn định tại tâm và biên khác biệt nhau không đáng kể.
KIẾN NGHỊ
Từ kết quả tổng hợp và phân tích của luận văn, có thể rút ra một số kiến nghị:
- Mặc dù thời gian tính toán một bài toán là đáng kể nhưng nhất thiết phải xét theo từng lớp phân tố khi đánh giá mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo từng điểm và sử dụng chúng để đánh giá độ cố kết. Điều này cho phép thu
nhận kết quả đúng đắn hơn so với việc tính toán theo điểm trung bình có sai số lớn ở các thời điểm ban đầu.
- Do hạn chế về mặt thời gian nên các yếu tố ảnh hưởng như khoảng cách của biên ngang, sự khác biệt của hệ số thấm ngang hay hệ số cố kết đứng chưa được đề cập xét đến trong tính toán. Đây cũng là hạn chế của đề tài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quý, (1977): Cơ học đất, NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp.
[2]. Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân (1998): Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn, NXB xây dựng,1998.
[3]. Trần Quang Hộ (2011), Công trình trên nền đất yếu, NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
[4]. Châu Ngọc Ẩn (2011): Cơ học đất, NXB Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh.
[5]. Võ Phán, Phan Lưu Minh Phượng (2010). Cơ học đất – NXB Xây Dựng.
[6]. Phan Tường Phiệt (2005): Cơ học đất ứng dụng và tính toán công trình trên nền đất theo trạng thái giới hạn, NXB Xây Dựng.
[7]. Bùi Trường Sơn ( 2011).Địa Chất Công Trình – NXB ĐHQG TP. Hồ Chí Minh.
[8]. N.A. Xưtôvich (1987): Cơ Học Đất, NXB Nông Nghiệp Hà Nội.
[9]. R.Whitlow (1997). Cơ học đất (bản dịch) – NXB Giáo dục.
[10]. Bùi Trường Sơn, Phương pháp xác định áp lực nước lỗ rỗng ban đầu trong bài toán cố kết thấm, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, 10/2005, trang 675-679.
[11]. Bùi Trường Sơn, Biến dạng tức thời và lâu dài của nền công trình trên cơ sở thông số nền, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, 10/2005, trang 680-684.
[12]. Z.G. Ter-Martirosyan and C.S. Bui, Stress-strain state of weak saturated clay beds of embankments, Soil mechanics and Foundation Engineering, Vol. 42, No 5, 2005, p.153-159.
[13]. Hồ sơ khảo sát địa chất công trình Mở rộng quốc lộ 1A đoạn Mỹ Thuận - Cần Thơ. Do Công ty TEDI South tiến hành khoan khảo sát và làm thí nghiệm.
[14]. Braja M.Das, Advanced Soil Mechanics, 2nd Edition, California State University, Sacramento.
[15]. Trần Văn Việt, Cẩm nang dùng cho kỹ sư Địa kỹ thuật, NXB Xây dựng, 2004.
Các thông số đầu vào:
a := 9 b:= 10.8 h := 20 l:= 20 γ := 19 KN/m3 hd := 1.2 Hệ số Poisson: ν := 0.3 Độ rỗng: n := 0.601Độ bão hòa: S := 0.976 Tải trọng ngoài:
p:= γ⋅hd p =22.8 KN/m2
Module tổng biến dạng E' từ thí nghiệm nén cố kết:
E:= 730 KN/m2
Module biến dang thể tích khung cốt đất:
K E
1−2⋅ν
( )3
:= K=608.333 KN/m2
Module biến dang thể tích hỗn hợp khí-nước lỗ rỗng:
kw 3
1 −S 1⋅( −0.02) 2
1 100 10 h
⋅4 +
1 100 10 h
⋅4
+ +p
+
⋅
:= kw =1.107× 104 KN/m2
Với:
N := 20 x := 0 z:= 5
Ứng suất do tải trọng ngoài theo phương đứng:
σz p
N⋅π 1 N
n atan
b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
−x
z
atan
b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
+x
z
+
2 b b−a
2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
⋅ p
⋅N⋅( )z
x2−z2 b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
2
−
π x2+z2 b b−a
2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
2
−
2
4 b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
2
⋅ ⋅z2
+
⋅
⋅
−
∑=
⋅ :=
σz =18.119 KN/m2
Ứng suất do tải trọng ngoài theo phương ngang:
σx p
N⋅π 1 N
n atan
b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
−x
z
atan b b−a
2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
+x
z
+
2 b b−a
2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
p N
⋅ ⋅( )z
x2−z2 b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
2
−
π x2+z2 b b−a
2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
2
−
2
4 b b−a 2 N⋅
⋅(2 n⋅ −1)
−
2
⋅ ⋅z2
+
⋅
⋅ +
∑= :=
σx =13.878 KN/m2
σ σz+2⋅σx
:= 3 σ =15.292 KN/m2
Module biến dang thể tích hỗn hợp khí-nước lỗ rỗng:
kw1 3
1−S 1⋅( −0.02) 2
1 100 10 h
⋅4 +
1 100 10 h
⋅4
+ +σ
+
⋅ :=
Hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu:
βw := 1
Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu:
u1:= σ βw⋅ = 15.292KN/m2
Hệ số thấm đứng:
k:=5.45184 10⋅ −5 m/ngày đêm
= 1.084.104 KN/m2
Hệ số cố kết:
cv k
10 2 1⋅( +ν) K
3 n⋅ + kw1
⋅
:= cv =1.2278154× 10−3 m2/ngày đêm
Hệ số đẳng hướng:
ζ:=1
Thời gian tính toán:
t := 5000 ngày
Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư :
u t( ) 1 10
i 1
10
j
2 l h⋅
0 h
z
−l l
x u1 sin i⋅π
2l ⋅(x +l)
⋅ sin j⋅π
h ⋅z
⌠ ⋅
⌡
d
⌠
⌡
⋅ d
exp −cv⋅π2 ζ⋅( )i2 4 l( )2
j2 h ( )2
+
⋅ ⋅t
⋅ sin i⋅π
2 l⋅ ⋅(x +l)
⋅ sin j⋅π
h ⋅z
⋅
∑=
∑= :=
u t( ) =12.956 t =5×103