4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
3.3. LỰA CHỌN Mễ HèNH VÀ THễNG SỐ TÍNH TOÁN
3.3.1. Lựa chọn mụ hỡnh đất nền
Đất và đỏ cú quan hệ phi tuyến cao dưới tỏc dụng của tải trọng. Quan hệ phi tuyến giữa ứng suất và biến dạng được mụ phỏng dưới nhiều cấp độ phức tạp. Hệ số
mụ hỡnh gia tăng theo cấp độ phức tạp. Hiện nay cú rất nhiều mụ hỡnh để mụ phỏng sự làm việc của cỏc mụi trường vật liệu, trong đú cú mụi trường đất đỏ. Mỗi mụ hỡnh cú những đặc điểm riờng phự hợp với những loại mụi trường đất đỏ khỏc nhau. Điểm chung nhất của cỏc mụ hỡnh này là cần phải cú nhiều số liệu khảo sỏt địa chất cụng trỡnh cũng như cỏc thớ nghiệm phức tạp, tốn kộm. Cỏc mụ hỡnh này đang tiếp tục được hoàn thiện để cú thể sử dụng chỳng một cỏch hợp lý trong cỏc bài toỏn địa cơ học. Nếu sử dụng cỏc mụ hỡnh phức tạp mà sử dụng bộ thụng số tớnh toỏn khụng hợp lý thỡ càng khụng chớnh xỏc. Ảnh hưởng đến kết quả bài toỏn.
Mụ hỡnh Mohr-Coulomb được xem là phương phỏp xấp xỉ quan hệ thực của đất, nột nổi bật của mụ hỡnh Mohr-Coulomb cú cỏc thụng số tớnh toỏn đơn giản, dễ sử dụng, phự hợp với điều kiện thớ nghiệm của Việt Nam nờn sẽ cú mức độ chớnh xỏc cao, hạn chế nhiều sai số chủ quan cũng như khỏch quan.
Trong luận văn, tỏc giả đề xuất chọn mụ hỡnh Morh-Couomb để tớnh toỏn. Cỏc thụng số đặc trưng cho mụ hỡnh là : Mụ đun đàn hồi E, hệ số poisson , gúc ma sỏt trong , lực dớnh đơn vị c. Và một số đặc tớnh cơ lý khỏc của đất nền.
3.3.2.Chọn thụng số cho mụ hỡnh tớnh
3.3.2.1. Module Young
Trờn cơ sở phõn tớch cỏc số liệu sẵn cú trong tài liệu khảo sỏt địa chất cụng trỡnh. Tỏc giả sử dụng một số phương phỏp tớnh toỏn, lựa chọn module E cho plaxis như sau:
+ Theo thớ nghiệm nộn một trục:
Từ quan hệ đường cong thớ nghiệm e-p (Hệ số rỗng theo cấp ỏp lực) để chuyển về quan hệ biến dạng tỷ đối -p.
Module độ cứng E được xỏc định là hệ số gúc của đường cong từ đồ thị. E trong kết quả trờn là Eoed để nhập cho plaxis.
Nhận xột: E tớnh theo cỏch này thường rất nhỏ. Vớ dụ : với hố khoan M78 thỡ
E=550kN/m2
+ Theo thớ nghiệm 3 trục triaxial Compression test.
Hỡnh 3 - 8: Xỏc định Eref từ thớ nghiệm 3 trục (theo Plaxis Material_Models_Manual)
Hỡnh 3 - 9: Đường thớ nghiệm nộn 3 trục tại vị trớ M78.
Căn cứ theo đường cong quan hệ ứng suất lệch với biến dạng tỷ đối. Xỏc định điểm cao nhất của đường cong tương ứng với cấp ỏp lực buồng trờn thớ nghiệm và hiệu ứng suất hiệu quả phương đứng ứng suất nộn hụng trong phõn tố đất nền đề
xỏc định được đường cong (1-3) - và tớnh được E100. Kẻ cỏt tuyến tại 50% ứng suất lệch xỏc định được E50 là giỏ trị module hiệu quả theo thớ nghiệm 3 trục nhập cho plaxis (Eref).
Căn cứ số liệu khảo sỏt địa chất, nếu xỏc định theo phương phỏp này thớ giỏ trị Eref trờn mặt lớp 2 (độ sõu 1m) khoảng:
Eref = 0,08(kG/cm2)/1% = 800kN/m2.
+ Theo thớ nghiệm cắt cỏnh hiện trường:
Giỏ trị lực cắt là sức khỏng cắt khụng thoỏt nước: Cu=Su.
Module khụng thoỏt nước là giỏ trị phụ thuộc vào loại đất. Với đất sột yếu cú thể lấy Eu=200Su.
Bảng 3 - 4: Giỏ trị Eu=Es Theo Foundation analysis and design [16]
Từ giỏ trị module Eu khụng thoỏt nước sẽ tớnh đổi ra Module thoỏt nước Eref theo cụng thức plaxis. .1 3 2 Eu E
Với số liệu cắt cỏnh hiện trường hố khoan M78, Su trờn mặt là Su=7,5 kN/m2. Do đú Eu = 200.7,5=1500kN/m2 Và 1500.1 0,34 1340 3 2 E kN/m2. Kết luận:
Căn cứ vào cỏc số liệu trờn cựng với bảng 2 thấy rằng với đất sột rất yếu (Clay very soft) thỡ E cũng đó đạt 1500kN/m2.Do đú tỏc giả đề nghị lấy module E tớnh theo quan điểm cắt cỏnh hiện trường và module khụng thoỏt nước cú thể lấy Eu=150-200Su để đảm bảo an toàn cần thiết.
3.3.2.2. Sức khỏng cắt đơn vị C, gúc ma sỏt trong
Giỏ trị lực dớnh C cú thể được lấy từ bảng thớ nghiệm tổng hợp. Tuy nhiờn đõy là giỏ trị trung bỡnh, đại diện cho từng lớp nờn khụng phản ỏnh được chớnh xỏc được cho từng vị trớ cụ thể của mặt cắt khi tớnh toỏn. Mặt khỏc nếu lấy theo vị trớ hố khoan thỡ giỏ trị mẫu thớ nghiệm cắt phẳng cho 1 hố cũng khụng nhiều và số liệu cắt phẳng thường cú sai số trong lỳc thớ nghiệm tương đối cao.
Thớ nghiệm cắt cỏnh hiện trường tương đối đơn giản, dễ sử dụng. Đặc biệt trong cỏc đất sột nhóo, bựn cú độ nhậy (tỷ số giữa cường độ khỏng cắt của mẫu khụng xỏo
động / cường độ chống cắt của mẫu xỏo dộng dưới cựng một điều kiện đổ ẩm) khỏ
cao thỡ thớ nghiệm cắt cỏnh hiện trường cho số liệu đỏng tin cậy hơn cả vỡ mẫu đất lấy về phũng thớ nghiệm dễ hư hỏng và cỏc phương phỏp thớ nghiệm khỏc đều khụng thớch hợp.
Trờn cỏc phõn tớch này cựng với số liệu thớ nghiệm hiện trường Field vane test đó cú. Tỏc giả đề nghị lấy theo số liệu cắt cỏnh hiện trường ngoài việc phản ảnh được sự làm việc hợp lý của đất yếu thỡ số liệu thỡ nghiệm cũng rất đầy đủ. Giỏ trị lực dớnh C được lấy là C = Cu (Sức khỏng cắt khụng thoỏt nước) Cu = Su (Giỏ trị cắt cỏnh hiện trường hố khoan) và cú tớnh tới sự gia tăng Su theo chiều sõu.
3.3.2.3. Một số chỉ tiờu khỏc
Cỏc chỉ tiờu về Dung trọng bóo hũa, dung tọng tự nhiờn, hệ số thấm được lấy từ thớ nghiệm 17 chỉ tiờu và tớnh trung bỡnh cho từng lớp.
3.3.2.4. Thụng số cọc, tường chắn súng sử dụng cho đờ bờ tụng
Sử dụng cỏc thụng số do nhà sản xuất cung cấp và cỏc tài liệu đủ độ tin cậy
3.4. TÍNH TOÁN XỬ Lí NỀN Đấ ĐẤT MÁI NGHIấNG 3.4.1.Lựa chọn phiờn bản phần mềm Plaxis để tớnh toỏn 3.4.1.Lựa chọn phiờn bản phần mềm Plaxis để tớnh toỏn
Hiện nay phần mềm Plaxis đó phỏt triển mạnh với 2 mụ đun 2D và 3D. Sử dụng phiờn bản 3D để mụ phỏng bài toỏn địa kỹ thuật sẽ cho kết quả chớnh xỏc nhất. Tuy nhiờn phiờn bản 3D cú nhiều thụng số phức tạp, là phiờn bản phần mềm mới được đưa vào sử dụng cũn nhiều hạn chế. Sử dụng khụng thành thạo sẽ cú nhiều sai số chủ quan. Mặt khỏc, với diện đặt tải rộng như mặt cắt đờ đất đó lựa chọn, biến dạng theo phương dọc tuyến đờ cú thể coi như bằng khụng. Lỳc đú mụ phỏng kết cấu đờ theo bài toỏn phẳng hoàn toàn cú đủ độ tin cậy cao. Để kết quả tớnh toỏn chớnh xỏc, hạn chế nhiều sai số chủ quan của người dựng, tỏc giả lựa chọn phần mềm Plaxis
2D để tớnh toỏn cho kết cấu đờ đất mỏi nghiờng.
3.4.2.Lựa chọn mặt cắt tớnh toỏn đờ đất mỏi nghiờng
Trong khuụn khổ luận văn, tỏc giả lưa chọn 1 mặt cắt điển hỡnh tại vị trớ hố khoan M78 là vị trớ mặt cắt cú lớp đất yếu ở trờn mặt sõu nhất để tớnh toỏn.
(1) Thụng sốđịa chất.
Bảng 3 - 6: Bảng tổng hợp cỏc chỉ tiờu cơ lý cỏc lớp đất tại hố khoan M78.
STT Chỉ tiờu KH Lớp 2 Lớp 3c Lớp 7a 1 Độ ẩm tự nhiờn W (%) Wtn 52.56 48.81 31.34 2 Khối lượng thể tớch (g/cm3) w 1.62 1.70 1.91 3 Hệ số rỗng o 1.508 1.347 0.864 4 Độ rỗng (%) n 59.80 57.13 46.07 5 Độ bóo hoà (%) G 92.60 96.46 97.88 6 Độ sệt Is 1.43 1.37 0.24 7 Gúc ma sỏt trong (độ) 4°08' 5°19' 15°06' 8 Lực dớnh đơn vị (kG/cm2) C 0.044 0.053 0.237 9 Hệ số thấm (10-6 cm/s) K 7.93 7.66 1.85 10 Mụ đun biến dạng Eo (kG/cm2) Eo 7.80 12.70 109.2
(2) Thụng sốđịa hỡnh
Cao độ tự nhiờn lựa chọn tớnh toỏn là -2.0m
(3) Thụng số thủy hải văn.
+ Mực nước triều lớn nhất: Hmax = +2,15 m + Mực nước triều lớn nhất: Hmin = -1.87 m
3.4.3.Cỏc trường hợp tớnh toỏn đờ đất mỏi nghiờng
Để lựa chọn được mặt cắt đờ đất mỏi nghiờng hợp lý, đảm bảo yờu cầu kỹ thuật và kinh tế nhất cần phải tớnh toỏn thử dần với nhiều trường hợp để lựa chọn.
- TH 1 : Kết cấu đờ đất mài nghiờng đặt trực tiếp trờn nền đất yếu.
- TH 2 : Thay nền bằng cỏt hạt trung dày 1,5m, bọc giữa 2 lớp vải địa kỹ thuật cường độ cao, kết hợp cỏc trường hợp số lượng hàng cừ ma sỏt cao 20x80x500 cm : đúng 2 hàng, đúng 3 hàng, đúng 4 hàng.
-TH 3 : Sử dụng 4 hàng cừ ma sỏt cao 20x80x500 cm, và lần lượt tớnh cỏc trường hợp thay nền bằng cỏt hạt trung 1m, 1.5 m, 2m.
Trong giới hạn luận văn, tỏc giả chỉ thể hiện kết quả của 2 trường hợp tớnh toỏn là : TH1 – Khụng xử lý nền và phương ỏn chọn cho kết cấu đờ đất mỏi nghiờng.
3.4.4.Trỡnh tự thi cụng đờ đất mỏi nghiờng
Để đảm bảo cụng trỡnh ổn định, giảm biến dạng nền, giảm độ lỳn, tỏc giả kiến nghị trỡnh tự thi cụng mặt cắt đờ như sau :
-Thi cụng cỏc kết cấu nền đờ
-Đắp đờ lờn đến cao trỡnh +1.0 sau đú chờ đất nền cố kết
-Đắp đờ lờn đến cao trỡnh +3.0 sau đú chờ đất nền cố kết
-Đắp đờ lờn đến cao trỡnh +5.0 sau đú chờ đất nền cố kết
-Hoàn thiện mặt cắt đờ
3.4.5.Kết quả tớnh toỏn đờ đất mỏi nghiờng – TH 1 (khụng xử lý nền)
3.4.5.1. Mụ hỡnh húa bài toỏn bằng Plaxis 2D
Mụ hỡnh được mụ phỏng đỳng với cỏc lớp đất nền và kết cấu vật liệu thực tế đắp đờ. Đất nền gồm cú 3 lớp là lớp 2 trờn cựng, lớp 3d ở giữa, lớp 7c dưới cựng. Cựng với cỏc loại vật liệu đắp đờ như đỏ hỗn hợp, cỏt đắp, đất đắp và lớp thảm đỏ.
Bảng 3 - 7: Cỏc thụng số khai bỏo trong mụ hỡnh
Điều kiện biờn chuyển vị : khống chế khụng cú chuyển vị đất nền biờn dưới, biờn trỏi và biờn phải
Mụ hỡnh tớnh được mụ phỏng theo hỡnh 3-10
Hỡnh 3 - 10: Mụ hỡnh tớnh toỏn TH 1 (khụng xử lý nền)
Chia lưới phần tử hữu hạn theo phần mềm Plaxis 2D, phần tử tam giỏc bậc cao, gồm 15 nỳt và 12 điểm ứng suất, xem hỡnh 3.11. Thụng số chia lưới như sau :
+ Tổng số phần tử tớnh toỏn : 435
+ Tổng số nỳt : 3639
+ Tổng số điểm ứng suất : 5220
Hỡnh 3 - 11: Lưới phần tử phõn tớch TH 1 (khụng xử lý nền)
Để kiểm tra chuyển vị của đất nền và vật liệu đắp đờ theo từng giai đoạn đắp và chờ cố kết, tỏc giả chọn 3 điểm để khảo sỏt chuyển vị :
+ Điểm A : tại đỉnh đờ
Điều kiện
biờn ngang Điều kiện
biờn ngang
Điều kiện
+ Điểm B : nằm dưới điểm A và trờn mặt đất nền tự nhiờn + Điểm C : Trờn mặt đất nền tự nhiờn và tại chõn mỏi đờ Vị trớ cỏc điểm khảo sỏt chuyển vị thể hiện trong hỡnh 3-12
Hỡnh 3 - 12: Điểm khảo sỏt chuyển vị TH 1 (khụng xử lý nền)
3.4.5.2. Chuyển vị của cỏc điểm khảo sỏt
Cỏc đường biểu diễn quan hệ giữa chuyển vị đứng, chuyển vị ngang và thời gian theo quỏ trỡnh đắp của cỏc điểm khảo sỏt chuyển vị như sau :
Hỡnh 3 - 13: Chuyển vị đứng của cỏc điểm khảo sỏt theo quỏ trỡnh đắp (TH 1)
Nhỡn vào Hỡnh 3-13 và Hỡnh 3-14, ta cú thể thấy được sự chuyển vị của cỏc điểm khảo sỏt theo từng giai đoạn đắp và chờ cố kết như sau :
+ Điểm A (điểm đỉnh đờ): Giai đoạn đầu chưa đắp đỉnh đờ chuyển vị đứng và chuyển vị ngang bằng của điểm A bằng 0. Đến giai đoạn 3, khi đắp tiếp 2 m đất đỉnh đờ, điểm A lỳn xuống 140 cm và chuyển vị ngang 20 cm. Sau khi chờ cố kết khoảng 168 ngày điểm A chuyển vị thờm rất ớt, lỳn khoảng 15 cm và chuyển vị ngang khoảng 3cm. Tổng cộng điểm A lỳn xuống gần 1.5 m và chuyển vị ngang gần 23 cm.
+ Điểm B (điểm nằm trờn nền đất và dưới đỉnh +5.0) : Điểm B chuyển vị
đồng nghĩa với nền đất tự nhiờn chuyển vị. Giai đoạn 1 đắp lờn +1.0 điểm B lỳn xuống 18 cm và chuyển vị ngang về phớa biển 3 cm. Chờ đất nền cố kết hoàn toàn trong 406 ngày thỡ điểm B lỳn xuống nhanh thờm 60 cm và bị đẩy ngang ngược trở lại, tức chuyển vị ngang giảm xuống. Giai đoạn 2 đắp lờn +3.0, điểm B lỳn xuống thờm 10 cm và chuyển vị ngang tăng lờn khoảng 4 cm. Sau khi chờ đất nền cố kết hoàn toàn trong 170 ngày thỡ điểm B tiếp tục lỳn xuống 30 cm và gần như khụng cú chuyển vị ngang. Giai đoạn 3 đắp lờn +5.0, điểm B tiếp tục lỳn xuống 15 cm và chuyển vị ngang tăng lờn 5 cm. Sau khi đắp xong chờ đất nền cố kết hoàn toàn thỡ điểm B tiếp tục lỳn xuống 5 cm và chuyển vị ngang tăng khụng đỏng kể. Tổng cộng điểm B lỳn xuống gần 140 cm và chuyển vị ngang gần 8 cm
+ Điểm C (điểm nằm trờn nền đất và dưới chõn mỏi dốc) : Điểm C chuyển vị đồng nghĩa với nền đất tự nhiờn trước chõn mỏi đờ chuyển vị. Giai đoạn 1 đắp lờn +1.0 điểm C lỳn xuống 10 cm và chuyển vị ngang về phớa biển 12 cm. Chờ đất nền cố kết hoàn toàn trong 406 ngày thỡ điểm C lỳn xuống nhanh thờm 30 cm và chuyển vị ngang tăng lờn khoảng 5 cm. Giai đoạn 2 đắp lờn +3.0, điểm C bị đẩy trồi lờn khoảng 5 cm và chuyển vị ngang tăng lờn khoảng 10 cm. Sau khi chờ đất nền cố kết hoàn toàn trong 170 ngày thỡ điểm C gần như khụng phỏt sinh chuyển vị. Giai đoạn 3 đắp lờn +5.0, điểm C tiếp tục bị đẩy trồi lờn 5 cm và chuyển vị ngang tăng lờn 6 cm. Sau khi đắp xong chờ đất nền cố kết hoàn toàn thỡ điểm C tiếp tục khụng phỏt sinh chuyển vị trong giai đoạn chờ cố kết. Tổng cộng điểm C lỳn xuống gần 39 cm và chuyển vị ngang về phớa biển gần 34 cm.
3.4.5.3. Chuyển vị lớn nhất của đất nền.
Bảng 3 - 8: Kết quả tớnh toỏn chuyển vị nền theo Plaxis
Giai đoạn Chuyển vị ngang Chuyển vị đứng
Chuyển vị tổng (cm) (cm) (cm) Đắp tới +1,0m 18 26 28 Đắp tới +3,0m 52 119 122 Đắp tới +5,0m 255 151 290
Từ kết quả tớnh toỏn ta thấy khi đăp đến +1.0 chuyển vị của đất nền và đờ đang cũn nhỏ.Tuy nhiờn khi gia tăng thờm chiều cao đất đắp thỡ đất nền biến dạng nhanh chúng và chuyển vị tăng lờn rất nhanh. Và giai đoạn đắp cuối cựng là +5.0 thỡ chuyển vị của đờ rất lớn (chuyển vị tổng lớn nhất là 290 cm), cú thể núi mỏi đờ đó biến dạng hoàn toàn. Nhỡn chung thỡ điểm chuyển vị lớn nhất là điểm lõn cận đỉnh của mỏi đắp trong mỗi giai đoạn đắp. Xem chuyển vị đứng, chuyển vị ngang và chuyển vị tổng của cỏc giai đoạn đắp trong Hỡnh Phụ lục 2.
3.4.5.4. Kết quả hệ số ổn định tổng thể khi đắp hoàn thiện.
Với cụng trỡnh cấp III, hệ số ổn định cho phộp [K] = 1,15
Từ kết quả tớnh toỏn ta cú Hệ số ổn định tổng thể: Mfs= Kmin= 1,092 Nhận xột: Kmin< [K]= 1,15.
Kết luận: Mặt cắt đờ khụng đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể, cần phải cú biện phỏp xử lý nền thớch hợp để đờ đảm bảo ổn định tổng thể và giảm biến dạng nền.
Hỡnh 3 - 16: Hỡnh dạng mặt trượt khi đắp đến +5.0
3.4.6.Kết quả tớnh toỏn đờ đất mỏi nghiờng – phương ỏn chọn
3.4.6.1. Mụ hỡnh húa bài toỏn bằng Plaxis 2D
Bài toỏn được mụ hỡnh tương tự như trường hợp trờn, cỏc thụng số mụ hỡnh, thụng số đất nền, thụng số vật liệu đắp đờ tương tự khụng xử lý nền. Trong trường hợp này chỉ mụ hỡnh thờm hệ thống cừ ma sỏt cao đúng dưới nền, cỏt hạt trung và vải địa kỹ thuật cường độ cao gia cố nền. Thụng số khai bỏo trong mụ hỡnh cỏc kết