PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

Chuyển vị của tường bêtông cốt thép được quan trắc ở dự án Ngân hàng của Thái Lan (BOT), nằm trên bờ sông Chao Praya, Bangkok. Dự án báo gồm năm tầng hầm với tổng độ sâu đào là 15.2m. Dự án này đã mất hơn một năm để hoàn thành tất cả các hố đào và xây dựng từ trên xuống cho các tầng hầm. Diện tích hố đào hơn 10.790 m2, và được chia thành mười ba khu vực xây dựng. Trình tự thi công tầng hầm ở từng khu vực. Thi công đào được tạm dừng ở ba giai đoạn đào 2, 4 và 6 ở độ sâu 1.75m; 8.1m và 15.2m tương ứng. Trong suốt thời gian thi công, công trình có tiến hành quan trắc chuyển vị ngang của tường. Hệ thống quan trắc đầy đủ được thiết lập trong tường và mặt đất nền xung quanh để theo dõi trong suốt quá trình thi công và sau khi hoàn thành công trình. Số liệu đo đạt được sử dụng để phân tích ngược với các dự báo của phần mềm PLAXIS 3D Foundation khi điều chỉnh modulus của đất sử dụng mô hình MorhCoulumbcho tương thích với giá trị quan trắc theo từng cấp đào. Kết quả việc phân tích ngượclà modulus của đất giảm dần khi chiều sâu đào tăng dần theo từng bước thi công. Một tương quan giữa modulus của đấtvà mức độ chuyển vị của tường với từng cấp đào được thiết lập cho hệ thống tường bêtông cốt thép, thi công hố đào theo phương pháp topdown trên nền đất ở Bangkok thông qua hệ số hiệu chỉnh  . Hệ số  =150300 cho đất sét yếu và  =1200800 cho lớp sét cứng.

NGUYỄN NGỌC QUANG THUẦN

ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

HỐ ĐÀO SÂU CÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận Văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Ngày……tháng……năm 2011 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quản

lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

Tp HCM, ngày tháng năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên:NGUYỄN NGỌC QUANG THUẦN Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 21/07/1986 Nơi sinh : An Giang

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV: 10090342

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010

I- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Nhiệm vụ:Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnh

modulus của đất theo mức độ chuyển vị của tường chắn

Nội dung:

Mở ĐầuChương 1: Tổng quan về sự điều chỉnh thông số modulus của đấtChương 2:Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâubằng phần tử hữu hạn

Chương 3:Phân tích chuyển vị tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnhmodulus của đất theo mức độ chuyển vị của tường

Kết luận và kiến nghị

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ……/ … / 2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ……/ … / 2011

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đãđược Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪNCHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa cơ Nền móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi

điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên trong thời gian qua

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩLê Trọng Nghĩa, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh

thần trong thời gian học viên thực hiện Luận văn Thầy đã truyền đạt cho họcviên hiểu được phương thức tiếp cận và giải quyết một vấn đề khoa học, đây làhành trang quí giá mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếptheo của mình

Và cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp

đỡ học viên trong thời gian học tập vừa qua

ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

TÓM TẮT

Chuyển vị của tường bêtông cốt thép được quan trắc ở dự án Ngân hàngcủa Thái Lan (BOT), nằm trên bờ sông Chao Praya, Bangkok Dự án báo gồmnăm tầng hầm với tổng độ sâu đào là 15.2m Dự án này đã mất hơn một năm đểhoàn thành tất cả các hố đào và xây dựng từ trên xuống cho các tầng hầm Diệntích hố đào hơn 10.790 m2, và được chia thành mười ba khu vực xây dựng.Trình tự thi công tầng hầm ở từng khu vực Thi công đào được tạm dừng ở bagiai đoạn đào 2, 4 và 6 ở độ sâu 1.75m; 8.1m và 15.2m tương ứng Trong suốtthời gian thi công, công trình có tiến hành quan trắc chuyển vị ngang củatường Hệ thống quan trắc đầy đủ được thiết lập trong tường và mặt đất nềnxung quanh để theo dõi trong suốt quá trình thi công và sau khi hoàn thànhcông trình

Số liệu đo đạt được sử dụng để phân tích ngược với các dự báo của phầnmềm PLAXIS 3D Foundation khi điều chỉnh modulus của đất sử dụng mô hìnhMorh-Coulumbcho tương thích với giá trị quan trắc theo từng cấp đào

Kết quả việc phân tích ngượclà modulus của đất giảm dần khi chiều sâuđào tăng dần theo từng bước thi công Một tương quan giữa modulus của đấtvàmức độ chuyển vị1 của tường với từng cấp đào được thiết lập cho hệ thốngtường bêtông cốt thép, thi công hố đào theo phương pháp top-down trên nềnđất ở Bangkok thông qua hệ số hiệu chỉnh α2 Hệ số α =150-300 cho đất sétyếu và α =1200-800 cho lớp sét cứng

1Mức độ chuyển vị là tỉ số umax/h, với umax là giá trị chuyển vị lớn nhất củatường, h là chiều sâu của hố đào tại cấp đào tương ứng

2Eu=αSu hệ số hiệu chỉnh modulus của đất theo sức chống cắt không thoátnước

ANALYSIS DISPLACEMENT OF DIAPHRAGM WALLS ONEXCAVATION WITH AMENDMENT OF MODULUS SOIL BYLEVELDISPLACEMENT OF DIAPHRAGM WALLS

ABSTRACT

A movement of Diaphragm walls was monitored at the Bank ofThailand(BOT) project, located on the Chao Praya Riverbank, Bangkok The projectconsisted of five undergroundbasement floors with the total depth ofexcavation about15.2 m This project took more than one year to finishall theexcavation and top-down construction for thebasement floors The area ofexcavation was larger than10,790 m2, and was divided into thirteenconstructedzones The sequence of basement construction at eachzone Theexcavationwas paused at three main excavated stages 2, 4 and 6at the depth of1.75 m, 8.1 m and 15.2 m, respectively.The full set of instrumentation wasinstalled at the palaces, diaphragm wall and ground surface to monitor the fieldperformances during and after basement construction

The field measurement used to back analysis with prediction of softwarePLAXIS 3D Foundation when amendment of modulus soil which use modelMorh-Coulumb for compatibility with the value observef for each excavationlevel

Results of back analysis is the modulus of soil decrease gradually whendepth excavation increase gradually with each step of construction.Acorrelationbetween the modulus of the soil and the set leveldisplacement of the wall witheach level of excavation is set for systemsdiaphrgamwall,construction top-down approachontheground in Bangkok through thecorrection factor α Factor

α =150-300 with soft clay and α =1200-800 with stiff clay

DANH MỤC BẢNG

1 MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, các công trình nhà cao tầng mọc lên ngày càngnhiều Dẫn đến việccác công trình này phải có một diện tích công trình ngầm đủ lớn

để chứa các thiết bị phụ trợ như hệ thống điện, hệ thống nước … và bãi giữ xe Vấn

đề cần giải quyết là phải có một hệ thống tường chắn phù hợp với việc độ sâu củacông trình ngầm ngày càng lớn Ở đây việc chống chuyển vị của tường chắn hố đàosâu của công trình ngầm nổi lên như là một vấn đề thách thức cần phải được giảiquyết

Theo các nghiên trước đó, chuyển vị của tường chắn hố đào sâu phụ thuộcrất nhiều vào tham số modulus biến dạng của đất Mà tham số này lại biến đổi trongsuốt quá trình thi công đào đất từ khi tường bắt đầu chuyển vị chứ không phải hằng

số Trong các bài toán phân tích thông thường, người ta chỉ xét đến thông sốmodulus là hằng số trong suốt quá trình thi công Để hiểu rõ hơn và mô phỏng gầnthực tế các bước thi công có điều chỉnh tham số modulus biến dạng của đất theomức độ chuyển vị của tường chắn sao cho tương thích với giá trị quan trắc của cácbước thi công ở các công trình hố đào sâu

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Mục tiêu: “Đề nghị phương pháp hiệu chỉnh thông số module biến dạng

của đất theo mức độ chuyển vị của tường trong quá trình thi công”.

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Tổng hợp các nghiên cứu trước đó

+ Sử dụng kết quả quan trắc ngoài thực địa công trình đã thi công

+ Thiết lập các thông số đầu vào và thành lập mô hình trong Plaxis

+ Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation 1.6 phân tích ngược để hiệuchỉnh modulus biến dạng của đất

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài này có ý nghĩa nhằm đưa ra hướng hiệu chỉnh tham số modulus biếndạng Đưa ra các giải pháp xây dựng mô hình đất của hố đào sâu bằng Phần mềmPlaxis 3D Foundation 1.6 Dự báo được chính xác chuyển vị của từng bước thi cônggiúp tránh rủi ro trong quá trình thi công đào đất trong hố đào sâu Vì khái niệm hốđào sâu luôn được hiểu đồng nghĩa với sự nguy hiểm Chính tính chất đặt thù nàynên việc dự báo được chính xác các xu hướng ứng xử của hố đào sâu, nhất làchuyển vị của tường chắn là việc rất có ý nghĩa cho một thiết kế ngày càng an toàn

5 GIỚI HẠN PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc khảo sát chuyển vị ngang củatường chắn hố đào sâu Và đối tượng nghiên cứu từ công trình BOT, ở Thái Lan

vị của tường gần với quan trắc của 3 bước đào tương ứng.Dẫn đến việc xây dựng

mô hình tính toán mất nhiều thời gian

7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

Chương 1 TỔNG QUAN về sự điều chỉnh thông số modulus của đất

Tổng quan về lý thuyết liên quan đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu Cáccông trình nghiên cứu về quan hệ biến dạng và modulus biến dạng

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦATƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN(PP PTHH)

Ở đây ta sử dụng phần mềm “PLAXIS 3D Foundation 1.6” để phân tíchngược theo mô hình Mohr-Coulumb.

Chương 3 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓXÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Từ kết quả phân tích ở chương 3.Đưa ra xu hướng giảm modulus biến dạngcủa đất theo mức độ chuyển vị của tường

1 Chương 1.TỔNGQUAN VỀ SỰ ĐIỀU CHỈNH

THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT

1.1 TỔNG QUAN

Việc dự báo chính xác sự thay đổi giá trị module biến dạng ứng với ứng suất

và biến dạng của đất rất khó khăn vì đất là mô hình phi tuyến Còn trong phân tíchbằng PP PTHH là mô hình đẳng hướng nên chỉ thuận tiện cho việc thay đổi giá trịmodulus biến dạng theo độ sâu (Ohta and Hayashi, 1997; Anderbrooke và cộng sự,1997).[3]

Ở Bangkok, địa chất khu vực đồng bằng châu thổ bên dưới có lớp đất sétbiển rất yếu Đây là vấn đề cần quan tâm khi xây dựng công trình ở đây.Đã có rấtnhiều công trình nghiên cứu sức chống cắt và đặc điểm cố kết của đất sét yếu ở khuvực này Mặt khác, việc thiết kế và thi công các công trình ngầm yêu cầu ngườithiết kế phải có hiểu biết về ứng xử của lớp đất yếu này vàđảm bảo biến dạng củacông trình ngầm nhỏ hơn 1%

Hình 1.1Mặt cắt đất nền ở Bangkok

1.2 THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT

Hiện nay, mô phỏng đặc trưng quan hệ ứng suất - biến dạng của đất chủ yếudựa vào phân tích sử dụng PP PTHH Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để

mô phỏng tương thích nhất ứng xử quan hệ ứng suất - biến dạng của đất Mà ứng xửcủa đất quá phức tạp nên việc đơn giản hoá bài toán là cần thiết Như một quy luật,

độ cứng lớn ở biến dạng nhỏ và giảm dần dần để vật liệu bắt đầu biến dạng và nó

sẽ đạt giá trị ngưỡng tại một số biến dạng lớn.

Biểu đồ 1.1Khoảng biến dạng theo modulus chống cắt G (Mair, 1993)[19]

Biểu đồ 1.2 Giá trị Eu kinh nghiệm, Duncan & Duchigani, 1976 [15]

Balasubramaniam and Bremet

Bangkok

Bowels

Embankment

Bergado Hock, Soft Clay

Hock, Stiff Clay

Exvacaion Exvacation Works, In Japan Eu/Su(FVS)

Eu/Su

1988

15

40 E'/Su

Akino, 1990; Tatsuoka, 1992; Shigehiko, 1999 In Japan 2000

100 E'max

100 E'max

Hình 1.2 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus[14][15][19]

250

GHI CHÚ

Sivadran, at NNH, 4m depths

1975

Chaiseri and Parkison, Top down

construction with diaphragm wall.

Bowels, Soft Bangkok Clay

Heluin, used FEM to analysis

Viggiani and Atkinson

10 m depth Vucetic and Dobry

E/Su(FVS) 100

Times

500

1988 Eu/Su200

400

1989

Eu/Su Soft Clay

800 Eu/Su Stiff Clay

1600

1991

E/Su Mohr-Coulumb Used FEM

500 Eu/Su Soft Clay

1995

2000

400 Eu/Su

1995

Viggiani and Atkinson

at MRTA station, 20 m depth

300 Eu/Su

1500

850 1000

Hình 1.3 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus cho hố đào sâu

Các kết quả nghiên cứu từ các công trình thực tế

Dự án đại học Thamasart[1]

Dự án sử dụng tường diaphragm wall với độ sâu đào là 20m Kết quả phân

tích ngược so với quan trắc tương thích khi chọn modulus Eu/Su=500 cho đất sét yếu và chọn modulus Eu/Su=2000cho đất sét cứng.

Dự án công trình ngầm Dingdang và Dự án khu phức hợp Sathorn cho

kết quả tốt với khoảng biến động ở trên [1]

Trong dự án Metropolitan Rapid Trasnit (MRT) northern thi công bởi

Cambridge In-situ of Little Eversden (1997) có kết quả ở chuyển vị cắt 0.1~0.2%

cho G/Su =160 và Eu/Su=480 Còn ở chuyển vị cắt 0.05~0.1% cho G/Su =340 và Eu/Su=1020 [15]

Độ cứng của đất sét mềm từ kết quả thí nghiệm nén ngang cho kết quả trùngkhớp với phân tích ngược (Hình 1.4) Nhưng thí nghiệm nén ngang của đất sét cứnglại cho kết quả độ cứng thấp hơn so với phân tích ngược (Hình 1.5)

Phein-wej và cộng sự (1996) phân tích từ dữ liệu chuyển vị thực tế của một

số dự án hố đào sâu ở Bangkok cho cả hai loạitường cọc bản thép và tường vâybêtông cốt thép Thì cho kết quả, tường cọc bản thép có khoảng chuyển vị lớn nhấtnằm khoảng 1~2% độ sâu của hố đào Tường vây betong cốt thép chuyển vị lớnnhất không vượt quá 0.5% độ sâu của hố đào [19]

Ou và cộng sự (2000) quan trắc chuyển vị nền của công trình gây ra bởi quá

trình thi công hố đào theo phương pháp top down với tường vây bêtông cốt thép.Hệ

thống quan trắc tổng quát được thiết lập trong quá trình đào công trình TaipeiNational Enterprising Center (TNEC), họ đã quan trắc độ lún dọc, biến dạng ngang

và biến dạng cắt Biến dạng dọc trục tăng theo độ sâu hố đào, cao nhất đạt 0.5%chiều sâu của hố đào tại bước thi công 13 (hố đào có sàn ở độ sâu 19.7m tính từ mặtđất tự nhiên Trong khi biến dạng cắt lớn nhất và biến dạng ngang lớn nhất đạt đượcxung quanh 0.6 đến -0.6% chiều sâu hố đào ở bước thi công 13 Tuy nhiên, quátrình đào hoàn toàn không thoát nước với thể tích không đổi Dựa vào sự theo dõi

hiện trường đất phía sau tường có thể tích không đổi trong khi đào, nó có thể là do

cố kết hay ứng xử từ biến của đất.[19]

Hình 1.4 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét mềm Bangkok

Hình 1.5 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét cứng Bangkok

Khảo sát chuyển vị của tường vây cứng (diaphragm wall) Phân tích theo môhình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas, 1994), mô tả sự thay đổi cácthông số phụ thuộc K0chosét quá cố kết Thực hiện trên mẫu đất sét xanh Boston,USA.

(a) Điều kiện ban đầu và tổng hợp thông số địa kỹ thuật

(b) Trình tự đào

Hình 1.6Mô hình hình học, điều kiện thanh chống và trình tự đào

Hình 1.6 (a) cho thấy các thông số thay đổi của mô hình hướng đến là chiềudài tường, độ sâu hố đào, khoảng cách đặt các thanh chống theo phương đứng vàphương ngang Nghiên cứu sự thay đổi các thông số này để xem xét sự ảnh hưởngcủa từng thông số lên chuyển vị ngang của tường và độ lún nền xung quanh.

Hình 1.7So sánh đặc tính nén của đất với dữ liệu quan trắc ở Nam Boston

Bảng 1.1Thuộc tính kỹ thuật của BBC từ mô hình đất MIT-E3

Tỷ số áp lực ngang nén 3 trục

Tỷ số sức chống cắt không

thoát nước trên cắt trực tiếp

Modulus cắt cát tuyến tại γ =

375200800.213.00.340.20.17

>10

0.690.58

4252301050.413.50.640.70.31

>10

1.001.10

4902651200.776.01.209.00.52

>10

* suDSS/σ’vo= suDSS/σ’vo

Thuộc tính kỹ thuật của mô hình đất được sử dụng trong phân tích được trìnhbày ở Bảng 1.1có hệ số OCR thay đổi

Hình 1.8 thể hiện ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển

vị ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L=40m và 20m Khi đào đến cáccấp đào H=2.5m, 5.0m, 10.0m, 15.0m, 22.5m cho đất OCR=1 Khi chiều sâu tườngtăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm Còn độ lún nền không bị ảnh hưởngnhiều bởi thay đổi chiều dài tường

Và Hình 1.9 xét đến ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống theo phươngđứng Kết quả là khoảng cách thanh chống ảnh hưởng đáng kể đến độ lún nền xungquanh và cả chuyển vị ngang của tường

(b) chuyển vi ngang của tường

Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang và độ lún nền cho

OCR=1 của đất sét

(a) Độ lún nền

(b) Chuyển vị ngang của tường

Hình 1.9Ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống đến chuyển vị ngang và độ lún

nền cho OCR=1 của đất sét

Hình 1.10 Ảnh hưởng khoảng cách thanh chống cho chuyển vị lớn nhất của tường

và moment uốn

Ghaboussi và Sidarta, 1997, dựa vào mô hình NN (Hệ thống thần kinh Neural net work) và NANN (Hệ thống thần kinh tương thích - Nested AdaptiveNeural Network) Phân tích bằng phương pháp số so với quan trắc Công trình trênđất cố kết thường của mẫu sét xanh Boston Kích thước mô hình mô phỏng là nữachiều rộng B/2=20m, tường vây cứng dày 0.9m Có chiều dài tường là L=40m.(Hình 1.11, Hình 1.12)

-Hình 1.11 Mô hình đối xứng, độ dày tường vây là 0.9m, B/2=20m Bề rộng của hố đào và thông số độ cứng của tường được nghiên cứu [Fino và Harahap, 1991]

Hình 1.12Kích thước mô hình hố đào Bảng 1.2 Thuộc tính mô hình Cam-Clay cải tiến sử dụng tổng hợp quan trắc,

trên đất cố kết thường với K0=0.53 (Hashash)

Thuộc tính mô hình eo λ κ φ’TC 2G/K

Giá trị 0.957 0.184 0.034 33.4 1.05

Trong Hình 1.13 sử dụng mô hình NN qua các bước đào 2.5m, 7.5m, 12.5m,17.5m, và 22.5m cho kết quả chuyển vị ngang của tường và độ lún nền lớn hơnquan trắc khoảng 1.5 lần khi chưa thay đổi thông số modulus của đất Sau đó tiếnhành biến đổi thông số modulus của đất sao cho tương thích với bước đào đến 2.5m,rồi từ chuyển vị ngang của tường (Hình 1.14) tương thích cho cả 5 bước đào còn lại.Biến đổi tương tự cho độ lún của nền xunh quanh (Hình 1.15)

Kết quả sát với quan trắc chỉ sau 4 bước biến đổi thông số của mô hình

Hình 1.13Chuyển vị ngang của tường và độ lún nền trong tiến trình đào

Hình 1.14 Chuyển vị ngang của chín bước thi công hố đào

Hình 1.15Độ lún nền của chín bước thi công hố đào

1.3 HỆ SỐ POISSON[19]

Trong điều kiện ứng xử không thoát nước, thể tích đất bị thay đổi rất ít nên

hệ số Poisson xem như đạt giá trị giới hạn là 0.5 Nhưng quá trình thoát nước và cố

kết của đất có liên quan đến sự thay đổi thể tích nhiều dẫn đến hệ số Poisson bắt đầugiảm thấp hơn 0.5

Hệ số Poisson trong điều kiện ứng xử thoát nước liên quan đến chỉ số dẻocủa vật liệu (Wroth, 1975) Trong khoảng chỉ số dẻo đo được trên đất sét Bangkok

có hệ số Poisson giữa 0.3 và 0.4 Trong khi sét cứng cơ bản, hệ số này nằm trongkhoảng 0.25 đến 0.35

Paulos (1975) đề xuấthệ số Poisson trong điều kiện thoát nước υ’ nằm giữa0.35 đến 0.45 cho đất sét mềm và 0.3 đến 0.35 cho đất sét cứng Parnploy (1985) thì

đề nghị υ’ nằm trong khoảng 0.3 đến 0.39 lấy giá trị cao hơn đối đất cố kết thường

và giá trị thấp hơn cho lớp vỏ phong hoá đường cao tốc Bangna Bangpakong.Bergado và cộng sự (1990) cũng đề nghị rằng υ’ cho đất sét Bangkok thay đổi từ0.3 đến 0.45

Bảng 1.3 Hệ số Poisson của một số loại đất[1].

Điểm quan trọng trong việc dự đoán ứng xử của đất đắp trên nền đất yếu là

mô phỏng quá trình cố kết, nó phụ thuộc vào lưu lượng nước thoát ra trong quátrình cố kết của đất nền Hệ số thấm của nền đất yếu thay đổi trong khi đặt tải vàtrong quá trình cố kết Sự thay đổi này là đáng kể trước và saucác bước thi công[Tavennas và cộng sự (1980), Tavenas và cộng sự (1983)] Tuy nhiên, hầu hết môhình PTHH không xem xét đến sự thay đổi đáng kể đó trong hệ số thấm của nền đấtyếu trước và saucác bước thi công [Tavenas và cộng sự (1980)] Do đó, không môphỏng tốt toàn bộ quá trình cố kết

Có nhiều phương pháp được sử dụng để đo hệ số thấm của đất sét trongphòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Biết rằng các thí nghiệm khác nhau cho kếtquả khác nhau

Leroueil và cộng sự (1990) cho rằng giá trị thực của hệ số thấm ngoài hiện

trường thì cao hơn một chútso với hệ số thấm đo được trực tiếp tại phòng thí

nghiệm Hệ số thấm suy ra từ hệ số cố kết được đánh giá thấp hơn hệ số thấm đongoài hiện trường Còn xác định hệ số thấm đứng từ thí nghiệm oedemeter với cvthì

được đánh giá là thấp hơn đến 18 lầnhệ số thấm đo được bởi hố khoan thăm dò

(được cân nhắcnhư là hệ số thấm ngoài hiện trường vì hệ số thấm được đo bằngcách đặt áp suất kế tại chỗ không được đánh giá cao) Piezocone sử dụng ở hiệntrường để đo hệ số thấm ngang có thể cũng thiếu soát do sự nén lại của đất sét hay

có khả năng do tắt nghẽn của các phần tử xốp Tất cả điều đó làm giảm hệ số thấm

đo được từ thí nghiệm Piezocone Tương tự báo cáo của Tavenas và cộng sự(1983b), Olson (1985), v v

Bergado và cộng sự (1990) trong quá trình tìm lại hiệu suất lún của đườngcao tốc Bangna Bangpakong, Bangkok nhận thấy tỉ lệ của hệ số cố kết cv(field)/cv(lab) là

26 Tỉ số cv(field)/cv(lab) được tìm ra bởi Kampananonda (1984) bằng 70 vàBalasubramaniam và cộng sự (1985) bằng 2~200 Tỉ số cv(field)/cv(lab)cao có thể là do

sự hiện diện của lớp thấu kính tốt (Bergado và cộng sự, 1987); hay do sự hiện diệncủa vết nứt và sạt hố khoan (Moh và cộng sự, 1972); hay do rút nước đa chiềuảnhhưởng của việc bơm nước ngầm từ tầng chứa nước nằm dưới và cũng do sự lúnxuống của nền (Bergado và cộng sự, 1988) Giá trị cv(lab) có thể không đáng tin cậytrong thí nghiệm oedometer bình thường, trong khi mẫu nhỏ và mẫu đồng nhấtthường được chọn cho thí nghiệm

Sekiguchi và cộng sự (1982) thực hiện phân tích FE để dự đoán chuyển vị vềmột phía của đất nền do tải đất đắp Trong khi phân tích, họ đã thể hiện điều quantrọng của việc sử dụng nhân tố cho việc tính hệ số thấm Họ đã tính toán lại hệ sốthấm nó xung quanh 6 lần giá trị đo đạt

Bảng 1.4 Một sô giá trị hệ số thấm của các loại đất theo tổng kết của Das [5]

Sỏi sạch Cát thô Cát mịn Sét lẫn bột Sét

chỉnh cho đất sét mềm trong khoảngEu/Su=200-500 và đất sét cứng

Eu/Su=800-1600 Vận dụng hệ số hiệu chỉnh này vào phần mềm PTHH để tính toán chuyển vị

tương thích với số liệu quan trắc của từng bước thi công

Bảng 1.5 Modulus và hệ số Poission [1]

biến dạng, MPa

Module đàn hồi, Mpa

Hệ số Poisson

Đất hòn lớn Cuội sỏi

Đất cát Cát

Đất loại sét Cát pha

0.24 – 0.280.24 – 0.31

0.25 – 0.370.26 – 0.300.26 – 0.370.26 – 0.400.26 – 0.37

0.27 – 0.410.28 – 0.400.27 – 0.410.27 – 0.390.27 0.48

5. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾTKHI

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦATƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 3D FOUNDATION 1.6

Phần mềm và các mô hình đất được phát triển để thực hiện tính toán các bàitoán địa kỹ thuật Chỉ được xem là một công cụ mô phỏng địa kỹ thuật Các mô

phỏng này vẫn còn mang tính xấp xỉ, độ chính xác liên quan đến kỹ thuật số học và lỗi mô hình hoá trong tin học Hơn nữa, độ chính xác thực tế lại phụ thuộc vào

chuyên môn, sự hiểu biết về các mô hình đất của người dùng trong việc lựa chọncác thông số đầu vào và khả năng đánh giá độ tin cậy của kết quả tính toán

2.2 MÔ HÌNH VẬT LIỆU

Mô hình vật liệu được thiết lập từ các công thức toán học nhằm mô tả mốiquan hệ giữa ứng suất và biến dạng Mô hình vật liệu chỉ rõ độ tăng vi phân của ứngsuất (hay “tỉ lệ ứng suất”) có liên quan đến độ tăng vi phân của biến dạng (hay “tỉ lệbiến dạng”) Tất cả mô hình vật liệu trong PLAXIS dựa vào quan hệ giữa tỉ lệ ứngsuất hữu hiệu σ’ và tỉ lệ biến dạng ε Trong mô hình dựa vào mối quan hệ giữa biếndạng và ứng suất để thiết lập công thức của áp lực nước lỗ rỗng để mô tả vật liệukhông thoát nước

2.3 ĐỊNH NGHĨA BIẾN DẠNG THÔNG THƯỜNG

(2.1)Qua đó ta thấy trong mô hình Plaxis, biến dạng được định nghĩa gồm haithành phần: chỉ số mũ e được sử dụng để chỉ biến dạng đàn hồi và chỉ chỉ số p chỉbiến dạng dẻo

Quan hệ giữa modulus Young E (Young’s modulus) và modulus độ cứngkhác, như modulus cắt G (shear modulus), modulus khối K (the bulk modulus) vàmodulus oedometer Eoed (oedometer modulus)

Trong các thông số đầu vào, giá trị G và Eoed được sử dụng như là các thông

số phụ (thay thế), tính từ các biểu thức (2.2) Sự lựa chọn này chịu ảnh hưởng củacác giá trị đầu vào của E và υ

Ở đây ta có thể thay đổi tăng độ cứng và lực đính trên một đơn vị chiều sâu.Theo (2.3)

Và đây cũng là một hạn chế của chương trình Vì mô hình ở đây là mô hìnhđàn hồi tuyến tính không thích hợp để mô hình các ứng xử phi tuyến tính của đất

2.4.PHÂN TỬ BỀ MẶT

Phần tử bề mặt (Interface) thường được mô hình hoá bằng mô hình Coulomb tuyến tính Mô hình cải tiến hơn độ cứng giao diện để có được độ cứngđàn hồi của đất Do đó, E=Eur trong đó Eur phụ thuộc vào mức độ ứng suất, theođịnh luật năng lượng Eur tỷ lệ thuận với σm Đối với mô hình Soft soil Creep, m=1

Mohr-và Eur phần lớn là hằng số xác định bởi sự trồi của đất κ*

Sự xuất hiện áp lực nước lỗ rỗng trong cấu trúc đất là do nước ảnh hưởngđến sự hình thành ứng suất tổng Theo lý thuyết Terzaghi, ứng suất tổng σ có thểchia là ứng suất hữu hiệu σ’ và ứng suất lỗ rỗng σw Tuy nhiên, nước không hỗ trợbất kỳ ứng suất cắt nào và do đó ứng suất cắt hữu hiệu bằng tổng ứng suất cắt.

Cần phân biệt giữa trạng thái áp lực nước thủy tĩnh psteady và áp lực nướcthặng dư pexcess

(2.3)Trạng thái áp lực nước thủy tĩnh được xem như dữ liệu đầu vào, thường dựavào đường áp lực nước thuỷ tĩnh hay lưu lượng nước ngầm Áp lực nước thặng dựtrong suốt quá trình tính toán đàn hồi của trường hợp vật liệu ứng xử không thoátnước được mô tả theo công thức (2.7)

Trong đó Kw là modulus khối của nước và n là độ xốp của đất Nhờ mô hìnhcủa định luật Hooke có thể tìm ra tỉ lệ ứng suất tổng và thông số không thoát nước

Eu và υu Với

Do đó, rõ ràng là lựa chọn ứng xử không thoát nước trong Plaxis từ thông số

G và được chuyển đổi thành thông số không thoát nước Eu và từ công thức (2.8).Chú ý là chỉ số u được dùng làm chỉ số để chỉ ứng xử không thoát nước của vật liệu

Do đó, Eu và không được nhầm lẫn với Eur và được dùng để chỉ sự dỡ và nén tải lạicủa vật liệu

Ứng xử của vật liệu là hoàn toàn không nén ép được khi Tuy nhiên, khi lấydẫn đến những điểm kỳ dị trong ma trận độ cứng Thực ra thì, nước không nén épđược do modulus khối thực tế của nước rất lớn Điều đó gây ra vấn đề số học bởi vìchỉ số nén quá thấp nên được chọn mặt định là 0.495 làm cho modulus khối của đấtứng xử không thoát nước hơi yếu đi.Để đảm bảo đúng trình tự thực tế của kết quảtính toán, modulus khối của nước phải cao hơn so với modulus khối của đất Kw >> n

K’ Điều kiện này được bảo đảm bởi yêu cầu Ngườidùng sẽ được cảnh báo khinhập hệ số poisson lớn hơn giá trị 5 với ứng xử vật liệu không thoát nước.

Do đó ở vật liệu ứng xử không thoát nước, modulus khối của nước được tựđộng thêm vào ma trận độ cứng Giá trị của modulus khối được cho theo điều kiện

Dẫn đến phải được đảm bảo

2.6 THAM SỐ SKEMPTON B

Khi kiểu vật liệu (kiểu ứng xử của vật liệu) được thiết lập là “Undrained”,Plaxis tự động chọn modulus khối không thoát nước Ku cho đất có khả năng đầy đủ(khung đất và nước) và phân biệt giữa ứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu và áp lựcnước lỗ rỗng

Ứng suất hữu hiệu:

Chú ý rằng mô hình tham số hữu hiệu cần bảo đảm bằng việc thiết lập cơ

sở dữ liệu đầu vào là E’, ν’, c’, φ’ mà không phải E u , ν u , c u (s u ), φ u Modulus khối

không thoát nước sẽ được Plaxis tự động tính bằng cách sử dụng định luật Hookeđàn hồi tuyến tính (2.13)

Đặc biệt giá trị của tỉ số poisson không thoát nước đúng làmodulus khốitham chiếu của nước trong lỗ rỗng,

(2.6)Giá trị thường rất nhỏ hơn modulus khối của nước tinh khiết,

Nếu không có giá trị tham số Skempton B, nhưng có mức độ bão hoà S và độrỗng nthay thế, thì modulus khối của chất lỏng trong lỗ rỗng có thể ước lượng từcông thức (2.15)

là modulus khối của không khí dưới áp lực khí quyển Giá trị tham sốSkempton B có thể tính được trực tiếp từ tỉ số modulus khối của khung đất vàmodulus khối của nước trong lỗ rỗng

(2.7)

Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được tính từ tỉ lệ biến dạng thể tích nhỏ:

(2.8)Kiểu phần tử sử dụng trong Plaxis là đủ tương thích để tránh ảnh hưởng củahiệu ứng khi xem như vật liệu gần như không nén ép được

Sự lựa chọn mô hình vật liệu ứng xử không thoát nước dựa trên cơ sở môhình thông số hữu hiệu có giá trị cho tất cả các mô hình vật liệu trong Plaxis Điềunày bảo đảm tính toán ứng xử không thoát nước được thể hiện thông qua các thông

số đầu vào là ứng suất hữu hiệu Cần phân biệt rõ ràng giữa ứng suất hữu hiệu và áplực nước lổ rỗng thặng dư

Như vậy phân tích “Undrained” yêu cầu thông số đất hữu hiệu Cho nên các

dự án trên nền đất yếu, các dữ liệu chính xác dựa vào thông số hữu hiệu có thểkhông luôn luôn có sẵn Thay vào đó, thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trongphòng có thể được sử dụng để suy ra thông số đất ứng xử không thoát nước Nhữnggiá trị đo đạt của modulus Young không thoát nước có thể dễ chuyển đổi quamodulus Young hữu hiệu bởi công thức

Dù vậy, sức chống cắt không thoát nước không dễ dàng sử dụng để xác địnhthông số sức chống cắt hữu hiệu φ’ và c’ Plaxis phải trả giá cho khả năng phân tíchứng xử không thoát nước với sự lựa chọn trực tiếp cu hay suvà φ=φu=0ocho kiểu vật

liệu Non-porous (mục 2.7) Lựa chọn này chỉ có giá trị cho mô hình Mohr-Coulomb

và mô hình Hardening-Soil, nhưng cho mô hình Soft Soil Creep thì không Chú ý làkhibất kỳ kiểu vật liệu nào, tham số được thiết lập là “Undrained”, giá trị hữu hiệuphải bảo đảm để thông số đàn hồi E’ và υ’! Không phải là Eu và υu

2.7 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KHÔNG THOÁT NƯỚC VỚI THÔNG SỐ ỨNG SUẤT TỔNG

Nếu không muốn sử dụng tuỳ chọn Undrained trong Plaxis để phân tích ứng

xử không thoát nước, chỉ có thể mô phỏng ứng xử không thoát nước bằng cách

chọn kiểu vật liệu Non-porous và nhập trực tiếp thông số đàn hồi không thoát nước

E=Eu và ν=νu=0.495 kết hợp thông số chống cắt không thoát nước c=cu và φ=φu=0o

Trong trường hợp này, phân tích ứng suất tổng không phân biệt giữa ứng suất

hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng Do đó, ứng suất hữu hiệu được giải thích như

ứng suất tổng và toàn bộ áp lực nước lỗ rỗng bằng không Trong giao diện đầu vào

của kiểu vật liệu Non-Porus không thể hiện ứng suất Nếu muốn thể hiện ứng suất cần lựa chọn lựa chọn kiểu vật liệu Drained thay vì Non-Porus cho kiểu ứng xử

của vật liệu và phải chắc rằng không có áp lực nước lỗ rỗng được tạo ra trong cácthớ của vật liệu lựa chọn

Chú ý rằng đây là kiểu vật liệu này gần như không thể có khi sử dụng môhình Soft Soil Creep Thông thường, thì phân tích ứng suất hữu hiệu thích hợp hơnphân tích ứng suất tổng

2.8 ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT BAN ĐẦU TRONG MÔ HÌNH NÂNG CAO

Khi sử dụng mô hình nâng cao trong Plaxis, áp lực tiền kết trước ban đầuđược xác định trong phần này Trong kỹ thuật thực tiễn, áp lực tiền cố kết ban đầuthường được sử dụng áp lực tiền cố kết dọc σp Nhưng Plaxis cần một áp lực tiền cốkết đẳng hướng tương đương ppeq để xác định kiểu giới hạn ứng suất bề mặt của vịtrí ban đầu Nếu một vật liệu quá cố kết, tỉ số quá cố kết (OCR) cần được cung cấpcho mô hình OCR là tỉ số của ứng suất dọc lớn nhất trước đây đã trải qua σp (Hình2.16) và ứng suất dọc hữu hiệu hiện tạiσyy’0

Cũng có thể chỉ rõ trạng thái ứng suất ban đầu bằng cách sử dụng ứng suấtvượt tải trước đó (POP) để quy định tỉ số quá cố kết Ứng suất vượt tải trước đóđược định nghĩa bởi

Cả hai đường đều chỉ ra ứng suất tiền cố kết dọc được minh hoạ trongHình 2.16

Ứng suất tiền cố kết σp được sử dụng để tính toán ppeq xác định kiểu giới hạn

ứng suất bề mặt của vị trí ban đầu (initial position of a cap-type yield surface) trong

mô hình đất nâng cao Tính toán ppeqdựa vào trạng thái ứng suất

Trong đó, là giá trị K0 liên kết với trạng thái cố kết thường của ứng suất.Trong mô hình Hardening Soil thiết lập các tham số mặc định theo công thức củaJaky, Còn trong mô hình Soft Soil Creep thiết lập mặt định hơi khác tương đối vớiJaky

2.9 ỨNG SUẤT BAN ĐẦU

Trong đất quá cố kết, hệ số ứng suất ngang ở mặt đất lớn hơn đất cố kếtthường Ảnh hưởng đó được tự động lấy cho mô hình đất nâng cao khi tính toán ban

đầu (initial phase) sử dụng “K0-procedure” thay vì sử dụng “Gravity loading” Thủ

tục nàysẽ được mô tả trong mục này

Xem xét thí nghiệm nén một chiều, tải trọng đặt trước σ’yy=σp và sau đó dỡtải đến σ’yy=σyy ‘0 Trong khi dỡ tải mẫu ứng xử dẻo và tỉ số ứng suất tăng theo địnhluật Hooke được cho bởi công thức (2.22)

(2.9)Hình 2.16 Minh hoạ ứng suất tiền cố kết dọc trong mối quan hệ với ứng

suất hiện tại (a) Sử dụng OCR, (b) Sử dụng POP

Trong đó là tỉ số ứng suất ở trạng thái cố kết thường Do đó, tỉ số ứng suấtcủa mẫu đất quá cố kết được cho bởi công thức (2.23)

Sử dụng tỉ số Poisson nhỏ, sẽ dẫn đến tỉ số ứng suất ngang và ứng suất đứnglớn Chú ý ở đây là công thức (2.22) chỉ đúng trong phạm vi đàn hồi, bởi vì thiết lậpnhờ định luật Hooke của đàn hồi tuyến tính Nếu mẫu đất được dỡ tải khối lượnglớn, kết quả mức độ quá cố kết cao thì tỉ số ứng suất sẽ được giới hạn bởi điều kiệnphá hoại Mohr-Coulomb

Hình 2.17 Trạng thái quá cố kết đạt được từ việc chất tải trước và sau đó dỡ tải.

2.10 LỰA CHỌN MÔ HÌNH

2.10.1 Mô hình Mohr-Coulumb (MC)

Mô hình Mohr-Coulomb là mô hình đàn-dẻo bao gồm 5 thông số đầu vào: E’

và υ’ thể hiện tính đàn hồi của đất; φ’ và c’ cho tính dẻo của đất và ψ như là góctrương nở của đất Mô hình Mohr-Coulomb đại diện gần đúng ứng xử của đất và đá.Nên khuyến khích sử dụng mô hình này cho phân tích đầu tiên của vấn đề đangxem xét Đối với mỗi lớp đất được ước lượng độ cứng trung bình không đổi Do độcứng này không đổi, nên tính toán có xu hướng tương đối nhanh và có được mộthình ảnh đầu tiên của biến dạng Bên cạnh 5 thông số mô hình đã nói trên, điều kiện

địa chất ban đầu cũng đóng vai trò thiết yếu trong vấn đề biến dạng của đất Ứngsuất ngang của đất phải được chọn đúng giá trị K0.

Tính dẻo là sự phát triển của biến dạng không hồi phục Để xác định trongquá trình tính toán có xảy ra biến dạng dẻo hay không người ta đưa ra hàm giới hạn

dẻo f đây là hàm ứng suất và biến dạng Một hàm giới hạn dẻo thường được biểu

diễn trên mặt phẳng trong không gian ứng suất chính Mô hình dẻo thuần túy là một

mô hình được tạo thành bởi một mặt cong giới hạn cố định, được xác định đầy đủbằng các thông số của mô hình và không bị ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo Đối vớicác trạng thái ứng suất được biểu diễn bằng những điểm nằm trong mặt cong giớihạn thì ứng xử của những điểm đó là đàn hồi và tất cả những biến dạng đó đều cóthể phục hồi được

2.10.1.1 Ứng xử đàn dẻo thuần túy

Nguyên lý cơ bản của đàn dẻo là biến dạng với tốc độ biến dạng được phântích thành 2 thành phần đàn hồi và dẻo:

(2.10)

Theo lý thuyết cổ điển (Hill, 1950) tốc độ biến dạng dẻo tương ứng với đạohàm của ứng suất Nghĩa là tốc độ biến dạng dẻo như 1 vector vuông góc với mặtcong giới hạn Thuyết cổ điển này áp dụng luôn cho tính dẻo Tốc độ biến dạng dẻođược Mohr-Coulomb mô phỏng lại như sau

Hình 2.18 Quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình đàn dẻo

(2.12)