Phan tich ung xu giua dat va tuong vay ho dao sau bang phuong phap phan tu huu han - ThS. Ngo Duc Trung

HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : NGÔ ĐỨC TRUNG Phái : Nam Chuyên ngành : Địa Kỹ thuật Xây dựng 60.58.60 MSHV : 09090315 Chương 1: Tổng quan về hố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LÊ BÁ VINH

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS TRẦN XUÂN THỌ

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 14 tháng 01 năm 2011

Tp HCM, ngày tháng năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGÔ ĐỨC TRUNG Phái : Nam

Chuyên ngành : Địa Kỹ thuật Xây dựng (60.58.60) MSHV : 09090315

Chương 1: Tổng quan về hố đào sâu ổn định bằng tường chắn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn ổn định hố đào sâu và phương pháp

phần tử hữu hạn

Chương 3: Phân tích ứng xử giữa đất và tường công trình Trạm bơm ngầm kênh Nhiêu

Lộc – Thị Nghè trong quá trình thi công đào đất

Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của mô hình đất nền đến dự báo chuyển vị và biến

dạng tường chắn hố đào sâu bằng phương pháp Phần tử hữu hạn

Kết luận, kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

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

PGS TS VÕ PHÁN PGS TS VÕ PHÁN

LỜI CẢM ƠN

Chân thành cảm ơn PGS.TS Võ Phán đã hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này

Cảm ơn những lời khuyên, gợi ý quý giá của PGS.TS Châu Ngọc Ẩn,

TS Trần Xuân Thọ, TS Trần Tuấn Anh, TS Bùi Trường Sơn

Cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa cơ Nền móng đã giảng dạy và chỉ bảo tận tình trong quá trình học tập và nghiên cứu

Xin tri ân ba mẹ, vợ và hai con trai – nguồn động lực lớn nhất để con hoàn thành luận văn này

Cảm ơn bạn bè trong Lớp Cao học Địa kỹ thuật Xây dựng 2009, cảm ơn các đồng nghiệp đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong thời gian qua

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn này tập trung vào việc ứng dụng mô hình đàn hồi dẻo Harderning Soil trong PLAXIS để phân tích ứng xử giữa đất và tường chắn trong quá trình thi công hố đào sâu cho một công trình ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh Tiến hành so sánh mô hình Mohr - Coulomb và mô hình Hardening Soil với các dữ liệu quan trắc thực tế để xác định liệu phân tích phần tử hữu hạn tuyến tính đơn giản là đủ cho thiết kế an toàn hay phân tích số phi tuyến phức tạp cung cấp một giải pháp mang lại nhiều hiệu quả hơn

Nghiên cứu thông số được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của độ cứng của đất nền trong điều kiện gia tải và dỡ tải (E ur ref ) trong mô hình Hardening Soil đến chuyển vị ngang của tường dựa trên so sánh kết quả tính toán lý thuyết với số liệu quan trắc thực tế

Ảnh hưởng của mô hình nền đến chuyển vị ngang của tường, nội lực trong thanh chống và biến dạng của đất nền được nghiên cứu trên cơ sở so sánh hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với số liệu quan trắc Kết quả cho thấy chuyển vị thực của tường và biến dạng của đất nền có thể dự báo tương đối chính xác khi sử dụng mô hình Hardening Soil Tuy nhiên, phần dự báo nội lực thanh chống có sự không thuận lợi trong việc sử dụng mô hình đàn hồi phi tuyến so với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng

ABSTRACT

The purpose of this study is to analyse the behavior between soil and diaphragm wall deep excavation in Ho Chi Minh City using finite element analyses, comprising of elastic-plastic Hardening Soil (HS) model and elasticperfectly plastic Mohr-Coulomb (MC) model implemented in finite element program PLAXIS Parametric studies have been carried out to investigate the effect of soil stiffness parameters (E ur ref ) of HS model on the lateral wall deflection, based on the results of parametric studies and comparison with measured field data

The effects of soil constitutive model on the predictions of excavation induced ground movements, lateral wall deflections and strut forces were performed using Hardening Soil and Mohr – Coulomb models based on the above proposed comprising The results demonstrate that more realistic predictions of wall deflections and ground deformations can be obtained by Hardening Soil model However, in term of strut forces prediction, there appears to be no advantage in using non-linear model over a simple elastic-perfectly plastic model

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

ABSTRACT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii

KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT xv

MỞ ĐẦU 1

1 Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và giá trị thức tiễn của đề tài 3

5 Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN LIÊN TỤC 6

1.1 Đặc điểm của công trình hố đào sâu 6

1.2 Khảo sát một số công trình sử dụng hố đào sâu trên thế giới và ở nước ta 7

1.3 Các nghiên cứu trước đây về tường chắn ổn định hố đào sâu theo hướng nghiên cứu của đề tài 11

1.3.1 Các phương pháp truyền thống 11

1.3.2 Các nghiên cứu thực nghiệm 12

1.3.2.1Các nghiên cứu của Peck (1969) 12

1.3.2.2Các nghiên cứu của O’Rourke (1981) 13

1.3.2.3Các nghiên cứu của Clough và O’Rourke (1990) 13

1.3.2.4Các nghiên cứu khác 15

1.3.3 Các nghiên cứu về phương pháp tính toán tường chắn bằng phương pháp phần tử hữu hạn 18

1.4 Những vấn đề còn tồn tại của các nghiên cứu trước đây cần tập trung giải quyết 20

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .21

2.1 Lý thuyết tính toán áp lực ngang của đất tác dụng lên tường 21

2.1.1 Lý thuyết áp lực đất của Rankine 22

2.1.2 Lý thuyết Coulom và tường nhám 26

2.1.3 Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm – Theo lời giải của Sokoloski 31

2.1.4 Áp lực đất lên công trình thực 34

2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 35

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis 37

2.2.2 Các mô hinh đất nền 37

2.2.2.1Mô hình Mohr –Coulomb (1776) 37

2.2.2.2Mô hình Hardening Soil 42

2.3 Nhận xét chương 2 56

Chương 3 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT VÀ TƯỜNG CHẮN

HỐ ĐÀO SÂU TRẠM BƠM NGẦM KÊNH NHIÊU

LỘC THỊ NGHÈ 58

3.1 Mô tả công trình 59

3.2 Điều kiện địa chất 62

3.3 Thiết bị quan trắc hiện trường 65

3.3.1 Quan trắc chuyển vị ngang của tường 65

3.3.2 Nội lực trong thanh chống 66

3.3.3 Đo lún mặt đất nền 67

3.3.4 Đo cao trình mức nước ngầm 67

3.4 Trình tự thi công 67

3.5 Mô phỏng quá trình thi công bằng FEM 70

3.5.1 Mô hình phần tử hữu hạn 70

3.5.2 Mô hình đất nền 73

3.5.3 Mô phỏng ứng suất ban đầu 77

3.6 Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong quá trình thi công đào đất 77

3.6.1 Phân tích kết quả chuyển vị ngang của tường 77

3.6.2 Phân tích nội lực trong thanh chống 89

3.6.3 Phân tích độ lún bề mặt của đất nền 93

3.7 Kết luận chương 3 95

Chương 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG FEM 97

4.1 Phân tích ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải 97

4.2 So sánh mô hình Mohr-Coulomb và Hardening Soil 107

4.2.1 Chuyển vị ngang của tường 107

4.2.2 Biến dạng của đất nền 120

4.2.2.1Độ lún bề mặt 120

4.2.2.2Độ trồi đáy hố móng 122

4.2.3 Nội lực trong thanh chống 124

4.3 Nhận xét chương 4 128

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 130

1 Kết luận 130

2 Kiến nghị 131

TÀI LIỆU THAM KHẢO 132

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1-1: Toàn cảnh trạm bơm Bangkok bị sập khi đào đất 8

Hình 1-2: Trạm bơm Bangkok sau khi bị sập 8

Hình 1-3: Sự cố sụp tường vây một công trình hố đào sâu 9

Hình 1-4: Thi công tường vây công trình Cao ốc Pacific 10

Hình 1-5: Hệ chống tường vây tầng hầm cao ốc Pacific 10

Hình 1-6: Các vết nứt công trình lân cận do thi công tầng hầm cao ốc Sài Gòn M&C 12

Hình 1-7: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất (Clough và O’Rourke, 1990) 14

Hình 1-8: Hình dạng lún được đề nghị để đánh giá phân bố lún sát hố đào cho các loại đất khác nhau (Clough và O'Rourke 1990) 15

Hình 1-9: Dạng thức lún Spandrel (Hsieh và Ou 1998) 16

Hình 1-10: Dạng thức lún lõm lòng chão (Hsieh và Ou 1998) 16

Hình 2-1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của vật rắn 22

Hình 2-2: Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn 23

Hình 2-3: Vòng tròn Mohr do áp lực chủ động trong đất dính 25

Hình 2-4: Tính áp lực đất chủ động theo Coulomb (trường hợp đất rời) 27

Hình 2-5: Tính áp lực đất bị động theo Coulomb 29

Hình 2-6: Phân tố đất sau tường 32

Hình 2-7: Chuyển vị vị trí tường cần để đất đạt trạng thái cân bằng dẻo 35

Hình 2-8: Vòng tròn Mohr tại ngưỡng dẻo, một tiếp tuyến đường bao của Coulomb (Brinkgreve R.B J & Broere W, 2004) 38

Hình 2-9: Các mặt bao phá hoại theo tiêu chuẩn Mohr – Couulomb 39

Hình 2-10: Quan hệ ứng suất – biến dạng theo mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng 40

Hình 2-11: Xác định E0 và E50 từ thí nghiệm nén ba trục 41

Hình 2-12: Mặt ngưỡng của mô hình tái bền (HS) trong không gian ứng suất chính khi cu=0 42

Hình 2-13: Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol cho mẫu chịu nén ban đầu trong thí nghiệm nén ba trục thoát nước tiêu chuẩn 46

Hình 2-14: Định nghĩa ref oed E trong kết quả thí nghiệm nén một trục 48

Hình 2-15: Mặt chảy dẻo ứng với giá trị không đổi của thông số tăng bền γp 51

Hình 2-16: Đường cong biến dạng cho thí nghiệm nén 3 trục thoát nước chuẩn khi kể đến ngưỡng giãn nở 53

Hình 2-17: Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p - q 54

Hình 2-18: Mặt biên chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng suất chính đối với đất không dính 55

Hình 3-1: Vị trí công trình 59

Hình 3-2: Vị trí hố đào trên toàn tuyến 60

Hình 3-3: Mặt bằng bố trí thanh chống 61

Hình 3-4: Mặt cắt hố đào sâu 62

Hình 3-5: Hệ tường chắn, thanh chống và các kích điều chỉnh chuyển vị của tường 62

Hình 3-6: Mặt cắt địa chất công trình 63

Hình 3-7: Mặt cắt các lớp đất 63

Hình 3-8: Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc ở công trường 65

Hình 3-9: Thiết bị đo chuyển vị ngang được sử dụng để quan trắc chuyển vị ngang của tường chắn 66

Hình 3-10: Sơ đồ bố trí thiết bị đo nội lực trong thanh chống, có 6 vị trí đặt cảm biến đo nội lực tại những vị trí nguy hiểm nhất của hệ kết cấu 66

Hình 3-11: Các giai đoạn thi công đào đất 69

Hình 3-12: Lưới phần tử và điều kiện biên 70

Hình 3-13: Bố trí thanh chống trong các giai đoạn thi công 71

Hình 3-14: Xác định Eur và E50 từ thí nghiệm nén ba trục 74

theo độ sâu 94

Hình 4-1: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ nhất (GĐ1) 99

Hình 4-2: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ hai (GĐ2) 100

Hình 4-3: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ ba (GĐ3) 101

Hình 4-4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ tư (GĐ4) 102

Hình 4-5: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ năm (GĐ5) 103

Hình 4-6: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ sáu (GĐ6) 104

Hình 4-7: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ bảy (GĐ7) 105

Hình 4-8: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc thực tế ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8) 106

Hình 4-9: Kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng mô

hình Mohr – Coulomb qua các giai đoạn thi công đào đất 107

Hình 4-10: Kết quả tính chuyển vị ngang của tường bằng mô hình

Hardening Soil qua các giai đoạn thi công đào đất 108

Hình 4-11: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ nhất (GĐ1) 112

Hình 4-12: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ hai (GĐ2) 113

Hình 4-13: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ ba (GĐ3) 114

Hình 4-14: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ tư (GĐ4) 115

Hình 4-15: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ năm (GĐ5) 116

Hình 4-16: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ nhất (GĐ1) 117

Hình 4-17: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ bảy (GĐ7) 118

Hình 4-18: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường bằng

mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả

quan trắc ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8) 119

Hình 4-19: So sánh kết quả tính toán độ lún bề mặt của đất nền bằng

hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8) 121

Hình 4-20: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng bằng mô hình

Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8) 123

Hình 4-21: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 1

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 124

Hình 4-22: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 2

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 125

Hình 4-23: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 3

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 125

Hình 4-24: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 4

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 126

Hình 4-25: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 5

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 126

Hình 4-26: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 6

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 127

Hình 4-27: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 7

bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc 127

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1-1: Một vài giá trị điển hình theo quan điểm chuyển dịch gây

ra do sự quay của tường chắn quanh tâm quay 17

Bảng 1-2: Sơ lược một số kết quả nghiên cứu trước đây về công trình hố đào sâu dùng FEM 18

Bảng 2-1: Xác định giá trị k và k’ 31

Bảng 2-2: Các thông số cho mô hình Mohr – Coulomb trong Plaxis 40

Bảng 3-1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất 64

Bảng 3-2: Các giai đoạn thi công công trình 67

Bảng 3-3: Các thông số về thanh chống 72

Bảng 3-4: Các thông số cho tường chắn 72

Bảng 3-5: Các thông số đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb 75

Bảng 3-6: Các thông số đất nền cho mô hình Hardening Soil 76

Bảng 3-8: Mối quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường theo độ sâu 86

Bảng 3-9: Tải trước trong thanh chống 92

Bảng 3-10: Mối quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường theo độ sâu 95

Bảng 4-1: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất của tường với chuyển vị ngang lớn nhất khi quan trắc thực tế với các cấp độ E ur ref 98

Bảng 4-2: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2 mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil 110

Bảng 4-3: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc 111

Bảng 4-4: So sánh kết quả tính toán độ lún bề mặt lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8) 121

Bảng 4-5: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8) 123

Bảng 4-6: So sánh kết quả tính toán nội lực trong thanh chống bằng

2 mô hình Hardening Soil và Mohr – Coulomb vối kết quả quan trắc lớp thứ 3 ở các giai đoạn thi công thứ năm, sáu

và bảy 128

E mô đun độ cứng khi kể đến gia tải và dỡ tải (kN/m2)

FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)

GĐ Giai đoạn thi công

HS Mô hình Hardening Soil

m Độ cứng phụ thuộc cấp ứng suất theo quy luật lũy thừa

MC Mô hình Mohr – Coulomb

Rf tỉ số phá hoại qf/qa (mặc định Rf=0.9)

Pa Áp suất khí quyển (được sử dụng làm thông số chuẩn hóa)

pref ứng suất tham chiếu cho độ cứng (mặc định pref=100) (kN/m²)

1- 3 Độ lệch ứng suất

(1- 3)u Độ lệch ứng suất tại trạng thái tới hạn khi biến dạng lớn

(1- 3)f Độ lệch ứng suất tại trạng thái phá hoại

MỞ ĐẦU

1 Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, nhu cầu về việc sử dụng không gian ngầm như tầng hầm kỹ thuật hoặc dịch vụ dưới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý nước thải…, ngày càng gia tăng trong các khu đô thị Hố đào sâu thường được sử dụng để thi công các công trình giải quyết các vấn đề trên Thông thường, hố đào sâu được thi công ở những khu vực gần với các cao

ốc, công trình hạ tầng hay dịch vụ công cộng đã có sẵn, do vậy, việc giới hạn chuyển vị của tường chắn và độ lún bề mặt là rất quan trọng để đảm bảo các công trình xung quanh không bị ảnh hưởng hoặc ảnh hượng với mức độ cho phép Chính vì lý do đó, việc nghiên cứu ứng xử giữa đất và tường trong công

trình hố đào sâu là nhu cầu cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn

Để giới hạn biến dạng của đất nền, các đại lượng sau đây luôn phải được kiểm soát trong công trình hố đào sâu:

 Chuyển vị của tường khi làm việc như một kết cấu chắn giữ

 Nội lực phát sinh trong hệ thanh chống

 Biến dạng của đất nền

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM – Finite Element Method) được biết đến như là một phương pháp số được sử dụng để dự báo ổn định và biến dạng của đất nền Ưu điểm của phương pháp này là ứng xử của đất có thể được

mô phỏng tương đối chính xác và hợp lý trong quá trình thi công đào đất Tuy nhiên, bên cạnh một số ưu điểm vẫn còn một số khó khăn nhất định trong cách tiếp cận do mức độ phức tạp của nó Do đó, mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng Mohr - Coulomb thường được sử dụng vì tính đơn giản của nó và các thông số đất có thể dễ đàng thu được từ phòng thí nghiệm và một số thông số có thể được suy ra từ các quan hệ tương quan Tuy nhiên, vẫn có một số hạn chế

trong mô hình Mohr - Coulomb Thứ nhất, các quan hệ phi tuyến của đất

trước khi phá hoại không được mô hình Thứ hai, nó không thể tạo ra áp

lực lỗ rỗng đáng tin cậy trong quá trình gia tải không thoát nước Thứ ba,

dự báo chuyển vị bên của tường và độ lún mặt là không đáng tin cậy Để

khắc phục những thiếu sót trên, cần sử dụng một mô hình đàn hồi dẻo phi tuyến tính.Việc sử dụng mô hình đất thích hợp là đặc biệt quan trọng trong tính

toán hố đào sâu ổn định bằng tường chắn, bởi vì ứng xử thông thường của đất là phi tuyến, không hồi phục và ảnh hưởng bởi thời gian

Do thiếu các dữ liệu thí nghiệm trong phòng, các kỹ sư thường tương quan các thông số thiết kế từ các thông số có sẵn và thường giới hạn cho đất

mô hình đơn giản trong thiết kế hố đào sâu Nếu tương quan không thích hợp, người kỹ sư thường phải đối mặt với vấn đề về số liệu xác định chuyển vị của tường chắn và độ lún bề mặt thực tế sẽ khác biệt với giá trị dự đoán ban đầu Hơn nữa, chúng ta biết rằng mô hình Mohr – Coulomb không mô phỏng được quan hệ phi tuyến của đất trước ngưỡng dẻo, do vậy kết quả dự báo chuyển vị của tường chắn và độ lún bề mặt thường không chính xác Liên quan đến vấn

đề này, một mô hình đàn hồi dẻo của đất, mô hình mà có thể mô phỏng được quan hệ phi tuyến của đất sẽ phù hợp hơn so với mô hình Mohr – Coulomb Khi sử dụng mô hình này, chuyển vị của tường chắn và độ lún mặt có thể được

dự đoán chính xác hơn và đương nhiên sẽ dẫn đến an toàn và tiết kiệm hơn trong thiết kế hố đào sâu

2 Mục tiêu nghiên cứu

Luận văn này tập trung vào việc ứng dụng mô hình đàn hồi dẻo Harderning Soil trong PLAXIS để phân tích ứng xử của đất và tường chắn trong quá trình thi công hố đào sâu cho một công trình ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh Tiến hành so sánh mô hình Mohr - Coulomb và mô hình Hardening Soil với các dữ liệu quan trắc được thực tế để xác định liệu phân tích phần tử hữu hạn tuyến tính đơn giản là đủ cho thiết kế an toàn hay phân tích số phi tuyến phức tạp cung cấp một giải pháp mang lại nhiều hiệu quả hơn Qua đó,

phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến ứng xử giữa đất và tường công trình

iii) So sánh chuyển vị của tường chắn từ số liệu quan trắc với kết quả dự

đoán chuyển vị của tường chắn thu được từ phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng 2 mô hình Hardening Soil và mô hình Mohr – Coulomb iv) So sánh nội lực trong thanh chống giữa số liệu quan trắc và kết quả thu

được từ việc sử dụng mô hình Hardening Soil, mô hình Mohr – Coulomb

v) So sánh kết quả quan hệ biến dạng của đất nền từ việc sử dụng 2 mô

hình Hardening Soil và mô hình Mohr - Coulomb với số liệu quan trắc thực tế

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu cở sở lý thuyết các mô hình đất nền áp dụng cho công trình

hố đào sâu

Sử dụng phần mềm từ phương pháp Phần tử hữu hạn để tính toán kết hợp so sánh với số liệu quan trắc thực tế ở hiện trường

4 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài

Việc phân tích ứng xử của tường chắn hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn thực hiện trên cơ sở so sánh ảnh hưởng của các mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil đến chuyển vị ngang của tường, nội lực phát

sinh trong các hệ thanh chống và biến dạng bề mặt đất nền Các thông số để tính toán xác định một cách trung thực từ hồ sơ địa chất Kết quả tính toán bằng FEM được kiểm chứng với số liệu quan trắc hiện trường ở một công trình thực

tế, do vậy kết quả thu được mang tính khoa học và thực tiễn cao

Nghiên cứu này sẽ rất hữu ích cho các kỹ sư địa kỹ thuật được sử dụng như tài liệu tham khảo để phân tích khả năng làm việc của hệ tường chắn chống lại chuyển vị ngang và biến dạng của đất nền trong quá trình thi công đào đất

Từ đó lựa chọn phương pháp tính toán và mô hình phù hợp cho các công trình

có tính chất tương tự

5 Phạm vi và giới hạn của đề tài

Trong luận văn này, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hố đào sâu và mô hình số được nghiên cứu trên cơ sở áp dụng phương pháp phần

tử hữu hạn trong việc thiết kế hố đào sâu

Công trình tiếp cận hướng nghiên cứu trong đề tài luận văn là Trạm bơm lưu vực Nhiều Lộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh Phạm vi

nghiên cứu, nhận xét và thảo luận giới hạn trong việc xác định chuyển vị của tường chắn, biến dạng bề mặt của đất nền và nội lực của hệ thanh chống trong quá trình thi công đào đất

Các phân tích được thực hiện bằng phần mềm PLAXIS phiên bản 8.5 với phần tử 2-D Mô hình đất sử dụng trong luận văn này giới hạn trong 2 mô hình là Hardening Soil và Mohr – Coulomb

Trong luận văn này chưa xem xét đến ảnh hưởng của quá trình thi công tường chắn, sự giảm ứng suất do quá trình thi công tường chắn không được quan trắc do thiếu thiết bị đo

Cũng trong luận văn này, ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ và ngàm cứng đến nội lực trong thanh chống không được thể hiện trong mô hình Thanh chống được giả định ngàm cứng vào tường trong mô hình số

Để đơn giản, trong suốt luận văn này việc phân tích dữ liệu dựa trên cơ

sở là biến dạng phẳng Ảnh hưởng của yếu tố hình học của hố đào chưa xem xét

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN LIÊN TỤC

Chương này bày một số đặc điểm của hố đào sâu, tình hình sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới; phân tích, đánh giá một số nghiên cứu đã có trước đây về tính toán hố đào sâu ổn định bằng tường chắn Từ đó nêu những vấn đề còn tồn tại để tập trung nghiên cứu, giải quyết

1.1 Đặc điểm của công trình hố đào sâu

Công trình hố đào sâu là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau

Hồ đào sâu là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc lớn,

kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó

về mặt kỹ thuật, đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình

Công trình hố đào sâu đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng, quy mô công trình cũng ngày càng tăng lên

Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, điều kiện thi công công trình hố móng đều rất kém Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được

an toàn, không thể đào có mái dốc, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt

Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố

móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị hư hại nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh

Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ

Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất,… đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố

Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thời nên thường là không muốn đầu tư chi phí nhiều Nhưng nếu để xảy ra sự

cố thì xử lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội

1.2 Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và ở nước ta

Việc sử dụng hố đào sâu đã được sử dụng ngày càng nhiều và với quy

mô ngày càng lớn Tuy nhiên vẫn có một số sự cố đáng tiếc xảy ra, gây không

ít thiệt hại về người và của như: bị sạt lở hố đào, gây sụt lún, nứt nẻ, thậm chí sụp đổ các công trình lân cận, các sự cố này chủ yếu do việc thiết kế thi công các công trình hố đào có tường chắn ít được quan tâm đúng mức

Trạm bơm nước thải Bangkok – Thái Lan có kích thước 20.3m đường

kính, sâu 20.2m, bị sập ngày 17 – 8 –1997 khi vừa hoàn tất công tác đào và lắp đặt hệ thanh chống Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm Đặc biệt là công trình này có kích thước hoàn toàn giống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt - Đức

Hình 1.1: Toàn cảnh trạm bơm Bangkok bị sập khi đào đất

Hình 1.2: Trạm bơm Bangkok sau khi bị sập

Hình 1.3: Sự cố sụp tường vây một công trình hố đào sâu

Ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh cũng đã có nhiều công trình sử dụng hố đào sâu để thi công các tầng hầm, trạm bơm, tuy quy mô chưa lớn nhưng vẫn xảy ra nhiều sự cố

Cao ốc Pacific (số 43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai, Q.1), do Công ty

TNHH xây dựng Thái Bình Dương làm chủ đầu tư, được cấp phép xây dựng năm 2005 với quy mô 20 tầng và 3 tầng hầm Tháng 10-2007, trong khi thi công đào hầm công trình cao ốc này đã làm sập tòa nhà trụ sở Viện Khoa học

xã hội vùng Nam bộ và ảnh hưởng đến trụ sở của Sở Ngoại vụ gần đó

Hình 1.4: Thi công tường vây công trình Cao ốc Pacific

Hình 1.5: Hệ chống tường vây tầng hầm cao ốc Pacific

Cao ốc Sài Gòn M&C tại số 34 Tôn Đức Thắng, quận 1, Tp HCM

được xây với năm tầng hầm, tường vây dày 1 m, sâu hơn 40 m Đêm 31/1/2010, trong quá trình thi công tường vây tầng hầm đã xảy ra sự cố làm ảnh hưởng đến 10 căn nhà lân cận Nguyên nhân là do lỗi kỹ thuật của nhà thầu trong quá trình thi công tường vây các tầng hầm của công trình

Hình 1.6: Các vết nứt công trình lân cận

do thi công tầng hầm cao ốc Sài Gòn M&C

1.3 Các phương pháp tính toán tường chắn để ổn định hố đào đã được nghiên cứu trước đây

trượt định nghĩa trước trong phân tích ổn định mái dốc cũng là một phương pháp thuộc nhóm này

Phương pháp hệ số áp lực đất của Rankine (1857), lời giải của Sokolovskii (1960, 1965) và phương pháp xác định hệ số khả năng chịu tải của đất thuộc nhóm phương pháp trường ứng suất

Các phương pháp thuộc nhóm này mang những hạn chế là chúng đều phải giả thiết trước về cơ chế phá hoại hoặc khó khăn về lời giải toán học Trước những yêu cầu phải thỏa mãn của công tác thiết kế, các phương pháp này chỉ có khả năng cung cấp thông tin về sự ổn định Vì vậy, lời giải của các phương pháp thuộc nhóm này chỉ được coi là “gần đúng”

1.3.2 Các nghiên cứu thực nghiệm

Việc quan trắc và đúc kết kinh nghiệm về chuyển vị của công trình chịu lực ngang là hết sức cần thiết để dự đoán khả năng biến dạng các công trình chịu lực ngang Sau đây là một số nghiên cứu thực nghiệm

1.3.2.1 Các nghiên cứu của Peck (1969)

Peck [24] đã xem xét những hố đào sâu là những hố đào với những cạnh

thẳng đứng yêu cầu hệ thống chống đỡ bên ngoài Chuyển vị ngang, lún đất nền cạnh hố đào, mất ổn định trồi đáy hố đào, những phương pháp giảm chuyển vị đất nền cạnh hố đào, và những biểu đồ áp lực đất cho thiết kế hố đào sâu là những chủ đề chính được thảo luận bởi Peck Tuy nhiên, những nhận xét trên của Peck được dựa trên kinh nghiệm cá nhân và những trường hợp nghiên cứu đã công bố

Có 3 chủ đề chính trong thảo luận của Peck của hố đào sâu Thứ nhất đó

là sự quan trọng của loại đất và đặc tính thực hiện hố đào sâu Thứ hai đó là sự quan trọng của chiều sâu hố đào Thứ ba đó là cái mà Peck gọi là “tay nghề công

nhân” trong việc kiểm soát chuyển vị

1.3.2.2 Các nghiên cứu của O’Rourke (1981)

O’Rourke nghiên cứu chuyển vị đất nền gây ra bởi hố đào sâu có giằng

chống và những hoạt động thi công liên quan Ông đã chỉ ra sự quan trọng của hoạt động chuẩn bị công trường lên chuyển vị đất nền, và cũng đã liệt kê

ra sự bố trí lại và việc hạ mực nước ngầm, thi công tường vây, thi công hố móng sâu cũng như là những hoạt động chuẩn bị của công trường có thể gây ra chuyển vị đất nền Tác giả cũng nghiên cứu quan hệ giữa hình dạng chuyển

vị của tường hố đào và tỉ số chuyển vị ngang và đứng của mặt đất nền bằng cách xem xét dữ liệu thực hiện từ bảy trường hợp nghiên cứu O’Rourke cũng kết luận từ những phân tích rằng tỉ số chuyển vị ngang trên chuyển vị đứng là 1.6 đối với biến dạng công sôn thuần túy và 0.6 đối với biến dạng phình trồi thuần túy của tường vây Ngoài ra, O’Rourke cũng đã nêu ra những kết luận về tác động của độ cứng giằng chống, việc ứng suất trước của giằng chống, và sự tính toán thời gian của việc lắp đặt chống Tác giả nhận xét rằng độ cứng hữu hiệu của chống có thể thấp hơn 2% so với độ cứng chuẩn ( AE / L ) do hiệu ứng nén tại vị trí liên kết và hiệu ứng uốn của giằng chống

1.3.2.3 Các nghiên cứu của Clough và O’Rourke (1990) [17]

Clough và O’Rourke(1990) [17] đã dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn

và tương quan giữa hệ số an toàn với sự trồi nền Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tường (EI/γh4)

Hình 1-7: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất

Trong đó: E mô đun đàn hồi của tường

I mô ment chống uốn

H khoảng cách trung bình giữa các thanh chống Các đường cong thể hiện quan hệ giữa các hệ số an toàn FS khác nhau với độ trồi nền

c u

N s FS

Clough và O'Rourke (1990) [17] trình bày hình dạng lún không thứ

nguyên như minh hoạ trên Hình 1-7 đối với đất cát, sét cứng đến rất cứng, và sét mềm đến vừa Tuy nhiên, độ lún khác cùng với hoạt động như, thoát nước, tháo dỡ hay xây dựng móng sâu, và thi công tường thực tế xây dựng tường tấm

Gia tăng độ cứng

phẳng hiện nay không xét đến và nên được dùng như phương pháp dự đoán lún

an toàn

Hình 1-8: Hình dạng lún được đề nghị để đánh giá phân bố lún sát hố đào cho

các loại đất khác nhau (Clough và O'Rourke 1990)

1.3.2.4 Các nghiên cứu khác

Hsieh và Ou (1998) [21] theo dõi được có 2 dạng lún do đào đất: (i)

dạng spandrel, như minh hoạ trong Hình 1-8, trong đó lún lớn nhất xảy ra sát với tường, và (ii) dạng lõm, như minh hoạ trong Hình 1-9, trong đó độ lún nhất xảy ra cách tường chắn một đoạn

c) Cát

a) Sét cứng đến rất

b) Sét mềm đến mềm vừa

Số liệu chuẩn hoá được trình bày,  / v  vm, trong đó  vm là lún bề mặt lớn nhất, đối chiếu với căn bậc hai khoảng cách đến cạnh hố đào chia cho chiều sâu đào (d/He) Hsieh và Ou (1998) [21] kết luận rằng khoảng cách từ tường đến điểm có lún bề mặt lớn nhất xảy ra xấp xỉ bằng một nửa chiều sâu đào trong dạng lún lõm Hsieh và Ou (1998), dựa trên quan trắc, đề nghị  vm có thể ước tính bằng cách dùng quan hệ  vm  hm:

Các nghiên cứu của Raj (1999) [25] liên quan đến chuyển dịch tịnh tiến của đỉnh tường do đặc trưng quay của tâm quay do ảnh hưởng của sự gia tăng áp lực đất Như vậy, có thể thấy rằng lực xô ngang liên quan đến áp lực chủ động của đất Một vài giá trị điển hình theo quan điểm chuyển dịch gây ra

do sự quay của tường chắn quanh tâm quay như sau:

Bảng 1-1: Một vài giá trị điển hình theo quan điểm chuyển dịch

gây ra do sự quay của tường chắn quanh tâm quay (Raj, 1999) [25]

Loại đất, trạng thái đất Độ dịch chuyển của tường

Đất rời, trạng thái chặc (0,001 ÷ 0,002)H Đất rời, trạng thái rời (0,002 ÷ 0,004)H Đất dính, trạng thái chặc (0,01 ÷ 0,02)H

Đất dính, trạng thái mềm (0,02 ÷ 0,05)H

*Trong đó, H là chiều cao của tường chắn (m)

Brian Brenner, David L Druss và Beatrice J Nessen nghiên cứu về

sự chuyển dịch đất và ảnh hưởng của nó cới công trình lần cận trong thi công đào đất với hố móng sâu đã đưa ra: tổng chuyển vị của đất nền t ≤ t0 = 0.2 inch

(khoảng 5.08 mm) thì việc đào đất xem như không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh

Trong quá trình quan trắc tường, các thiết bị thường tập trung xác định

chuyển vị của tường Brahana và cộng sự (2007) cho rằng chuyển vị ngang

trong tường chắn có neo đao động từ 0.1% đến 0.5% chiều cao tường Kết quả nghiên cứu của họ mô tả rằng từ số liệu quan trắc, đề nghị rằng sự thay đổi như trên không làm ảnh hưởng đến áp lực đất Ở nước ta, nhiều tác giả như Phan Tường Phiệt, Cao Văn Chí, Nguyễn Bá Kế, Phạm Tường Hội [8][10] đã nghiên cứu về lý thuyết, thực nghiệm tính toán áp lực đất, xây dựng công thức tính toán áp lực đất để tính toán bài toán tường chắn nói chung

Đối với nền nhiều lớp phức tạp phương pháp đồ giải cũng tỏ ra tiện dụng như tác giả Blum-Lohmyer đề xuất

Tóm lại, có rất nhiều nghiên cứu thực nghiệm trước đây về phân tích chuyển vị và biến dạng công trình hố đào sâu ổn định bằng tường chắn Tuy nhiên, tất cả cũng chỉ là các nghiên cứu chủ quan của cá nhân ở từng vùng đất riêng biệt Việc sử dụng các số liệu này chỉ mang tính tham khảo

1.3.3 Các nghiên cứu về tính toán tường chắn bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Bảng 1-2: Sơ lược một số kết quả

nghiên cứu trước đây về công trình hố đào sâu dùng FEM

trong sét cứng

Chuyển vị ngang và đứng của hệ chống trong sét cứng khoảng 0.2% và 0.15% độ sâu đào tổng cộng và phần chuyển dịch lớn hơn xảy ra bên dưới đáy hố đào trong

sét mềm tương ứng là do sự mất ổn định của nền

A.J.Whittle và

Y.M.A

Hashash

(1994)

Mô tả kết quả phân tích phần

tử hữu hạn của hố đào sâu cho công trình Central Artery highway ở Boston bằng các mô hình Modified Cam Clay và MIT-E3

Kết luận sự quan trọng của tính chất độ cứng biến dạng nhỏ và ứng xử ứng suất - biến dạng bất đẳng hướng trên cường độ, sự phân bố và phát triển của biến dạng của đất nền với chiều sâu hố đào

Đề xuất một phương pháp đơn giản để dự báo chuyển

vị ngang của tường chắn

Đề xuất một phương pháp thiết kế huy động cường độ (MSD) để ước tính chuyển

vị của tường chắn

Potts, D.M (2003)[25] đã thực hiện một số ví dụ phân tích trong thực

hành thiết kế địa kỹ thuật, so sánh lời giải của phương pháp số đối với phương pháp truyền thống và kết quả quan trắc thực tiễn Từ đó, một số kết luận về tính

ưu việt của phương pháp số (cụ thể là FEM) được dưa ra:

 Có khả năng thực hiện được tất cả các phân tích theo phương pháp truyền thống

 Tiếp cận được với hành vi ứng xử thực tế của đất

 Kể đến được sự cố kết

 Cung cấp thông tin về cơ chế phá hoại

 Thực hiện được các bài toán có địa tâng phức tạp

 Kể đến được sự tương tác giữa đất và kết cấu

 Thực hiện được các bài toán hình học 3 chiều

Chi tiết về các ví dụ và thảo luận trên được trình bày trong Potts, D.M (2003) [25]

Việc sử dụng FEM trong công tác thiết kế tường chắn đã được nhiều tác

giả nghiên cứu Robert M Ebeling (1990) [26] đã tổng kết các nghiên cứu này, bao gồm: Clough và Duncan (1969 và 1971); Kulhawy (1974); Roth, Lee và Crandall (1979); Bhatua và Bakeer (1989); Ebeling và các cộng sự (1988); Ebeling, Duncan, và Clough (1989)

Trong các nghiên cứu trên, vấn đề quan trắc đo đạc trên mô hình vật lý

và công trình thực được chú trọng đặc biệt Những phân tích, thảo luận trong bản báo cáo nêu lên tầm quan trọng của sự mô phỏng quá trình thi công thực tế trong việc phân tích bằng FEM Ngoài ra, việc phân tích phải kể đến ứng xử phi tuyến trong mối quan hệ ứng suất biến dạng của đất

Các nghiên cứu cho thấy, FEM với các mô hình cơ bản phù hợp là một

phương pháp phân tích gần đúng với độ chính xác chấp nhận được Chi tiết

về các nghiên cứu trên và các bình luận về chúng được trình bày trong [25]

1.4 Những vấn đề còn tồn tại của các nghiên cứu trước đây cần tập trung giải quyết

Việc ứng dụng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và tường chắn (SSI) như phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được áp dụng nhiều trong vài chục năm gần đây Hiện tại đã có nhiều thành tựu về mô hình ứng xử của đất nền và phương pháp tính nhưng kết quả tính giữa lý thuyết và

trong thực tế vẫn còn nhiều khác biệt Do đó việc ứng dụng FEM với mô hình

phù hợp trong phân tích ứng xử giữa tường và đất trong công trình hố đào sâu là vấn đề cần tập trung nghiên cứu

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN

ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất chủ yếu là các lý thuyết tính toán áp lực ngang của đất lên kết cấu chắn giữ hố đào Trong chương này, tác giả khảo sát chủ yếu lý thuyết áp lực đất của Rankine, lý thuyết của Coulomb

và lý thuyết cân bằng giới hạn điểm - theo lời giải của Sokolovski Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và các mô hình được trình bày ở phần cuối chương này

2.1 Lý thuyết tính toán áp lực ngang của đất tác dụng lên tường [1]

Một phân tố đất cân bằng tĩnh trong đất tự nhiên bán không gian phải thõa hệ phương trình cân bằng sau:

0

0

0 0 0

Một trong những giả thiết được áp dụng rộng rãi đã cho lời giải riêng của điều kiện cân bằng và kết quả được chấp nhận là ứng suất pháp tăng tuyến tính theo chiều sâu để tính được ứng suất do trọng lượng bản thân

(2-1)

Nếu gọi E0 là áp lực ngang của đất ở trạnh thái tĩnh thì sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của vật chắn được thể hiện như sau:

chuyển vị vào khối đất



chuyển vị ra khỏi khối đất

Hình 2-1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của vật rắn

Cĩ hai trường hợp áp lực đất đẩy tường chắn ra xa (áp lực bị động) và

ép tường vào khối đất (áp lực chủ động) Cĩ hai loại áp lực ngang cực trị:

i) Cực tiểu: được gọi là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng

phá hoại dẻo chủ động, ký hiệu Ea ii) Cực đại: được gọi là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng

phá hoại dẻo bị động, ký hiệu Ep

2.1.1 Lý thuyết áp lực đất của Rankine (1857) [1]

Một vật thể được gọi là ở trạng thái cân bằng đàn hồi khi một thay đổi nhỏ của ứng suất tác dụng lên nĩ sẽ gây ra một thay đổi tương ứng về biến dạng Cịn ở trạng thái cân bằng dẻo, biến dạng khơng thuận nghịch diễn ra khi ứng suất khơng thay đổi

Rankine (1857) đã xây dựng phương pháp tính tốn áp lực đất theo trạng thái cân bằng dẻo và biểu thị bằng vịng trịn Mohr