Đánh giá sức chịu tải của đất nền dưới móng nông theo thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm bàn nén hiện trường trên địa bàn tỉnh an giang

Bên cạnh đó các công trình thường được tính toán và thiết kế sao cho hiệu quả nhất về mặt kinh tế, xem nhẹ về mặt giải pháp kỹ thuật làm giảm bớt tính chính xác đặc biệt là về việc tính

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- - O 0 O -

-NGUYỄN THÀNH QUÍ

ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN

DƯỚI MÓNG NÔNG THEO THÍ NGHIỆM TRONG PHÕNG

VÀ THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH AN GIANG

Chuyên nghành : ĐIẠ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành : 60.58.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, 06/2014

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH TÂM

Cán bộ chấm nhận xét 1: 

Cán bộ chấm nhận xét 2:  

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày … tháng …… năm 2014

Trang 3

Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN THÀNH QUÍ Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 27/03/1988 Nơi sinh : An Giang Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV : 12860429

2 NỘI DUNG:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về vấn đề

Chương 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp tính toán

Chương 3: Phân tích và so sánh các phương pháp tính sức chịu tải đất nền trên

địa bàn tỉnh An Giang

Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 10 tháng 02 năm 2014

II NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày tháng năm 2014

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN MINH TÂM

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Nghành thông qua

Ngày tháng năm 2014

Trang 4

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Bộ môn Địa cơ nền móng - Khoa Kỹ thuật xây dựng-Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, truyền đạt và chia sẽ những kiến thức, kinh nghiệm sâu rộng trong quá trình giảng dạy và đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tham gia học tập, nghiên cứu

và hoàn thành chương trình Cao học

Tôi bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Minh Tâm,Thầy đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện Luận văn, giúp tôi có những kiến thức hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này Xin chân thành cảm ơn đến các đồng nghiệp, lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình Cao học Tôi cũng xin cảm ơn đến các anh em bạn thân thiết đã quan tâm chia sẽ động viên tôi hoàn thành khóa học này Cảm ơn tất cả các bạn lớp Cao học Địa kỹ thuật xây dựng

2012, những người đã có những đóng góp ý kiến, giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn Sau cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình, nguồn động lực, quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện Luận văn

Học viên

Nguyễn Thành Quí

Trang 5

Nội dung nghiên cứu cho thấy rằng kết quả tính toán từ phương pháp phần tử hữu hạn theo mô hình Mohr - Coulomb có độ tin cậy cao nhất gần đúng với thí nghiệm bàn nén hiện trường (Sai lệch -3%) Kết quả tính toán sức chịu tải đất nền theo các phương pháp chênh lệch với kết quả bàn nén hiện trường từ - 68% đến 280%

Trang 6

ABSTRACT

Thesis title:

“Evaluate the bearing capacity of the soil below shalllow footing allow laboratory experiments and Plate Load Test in-situ in An Giang Distric”

The content of paper concentrates on comparison research of the bearing capacity

of the soil below shalllow footing determined from different methods Analytical methods and finite element method (FEM) supported by Plaxis software were used to obtain the purpose of this research Also, the bearing capacity of the soil determined from these methods was compared each other and with result of Plate Load Test in-situ which is considered as an accuracy menthod to give conclusions of this research It can

be seen that from this research, the bearing capacity of the soil determined from FEM was an accuracy menthod as compared with other methods The methods are different from -16 percent to 280% percent respectively

Trang 7

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined

1 Tính cấp thiết của đề tài Error! Bookmark not defined

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Error! Bookmark not defined

3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Error! Bookmark not defined

5 Phạm vi và giới hạn của đề tài Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined

1.1 Khái niệm chung về móng nông Error! Bookmark not defined 1.2 Nền tự nhiên dưới móng nông Error! Bookmark not defined 1.3 Tải trọng của móng nông tác dụng lên nền tự nhiên Error! Bookmark not defined

1.4 Tổng quan về sức chịu tải đất nền Error! Bookmark not defined 1.5 Tổng quan về các lý thuyết và phương pháp xác định sức chịu tải Error! Bookmark not defined

1.5.1 Lý thuyết biến dạng tuyến tính Error! Bookmark not defined 1.5.2 Lý thuyết cân bằng giới hạn Error! Bookmark not defined 1.5.3 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất Error! Bookmark not defined 1.5.4 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định Error! Bookmark not defined 1.5.5 Phương pháp phân tích giới hạn Error! Bookmark not defined

1.5.6 Phương pháp xác định ứng suất theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt

giá trị nhỏ nhất trong nền đất Error! Bookmark not defined 1.6 Những vấn đề tồn tại về phương pháp sức chịu tải đất nền Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined 2.1 Thí nghiệm trong phòng xác định các thông số xác định sức chịu tải Error! Bookmark not defined

Trang 8

2.1.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp xác định góc ma sát, lực dính Error! Bookmark

2.2.1 Xác định sức chịu tải đất nền theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT Error!

Bookmark not defined

2.2.2 Sức chịu tải của đất nền theo kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh Error!

2.3 Các phương pháp giải tích xác định sức chịu tải đất nền Error! Bookmark not defined

2.3.1 Phương pháp tính dựa trên mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo Error!

2.3.2 Phương pháp tính dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạn điểm Error!

2.3.3 Phương pháp tính sức chịu tải dựa trên giả thuyết mặt trượt phẳng Error!

2.3.4 Tính sức chịu tải móng nông theo tiêu chuẩn EuroCode 7 Error! Bookmark

2.5.4 Phương pháp xác định sức chịu tải bằng phần mềm Plaxis Error!

Trang 9

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH AN GIANG Error! Bookmark not defined

3.1 Đặc điểm địa chất khu vực tỉnh An Giang Error! Bookmark not defined 3.2 Ứng dụng các phương pháp tính sức chịu tải của đất nền trên địa bàn Error! Bookmark not defined

3.2.1 Công trình: Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn Error!

3.2.2 Công trình: Khối 10 phòng học-Trường THPT Cô Tô , H.Tri Tôn Error!

3.2.3 Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, H.Tri Tôn Error! Bookmark not

3.4 Phân tích và so sánh sức chịu tải theo từng loại đất Error! Bookmark not defined

3.4.1 Đất nền loại sét pha, nửa cứng Error! Bookmark not defined 3.4.2 Đất nền loại Cát pha, chặt vừa Error! Bookmark not defined 3.4.3 Kết luận tổng quát Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Quan hệ giữa biến dang và áp lực Error! Bookmark not defined

Hình 1.2 Những mặt trượt Error! Bookmark not defined

Hình 1.4 Sơ đồ ứng suất tại một điểm Error! Bookmark not defined

Hình 1.5 Biểu đồ ứng suất cắt Error! Bookmark not defined

Hình 1.6 Sơ đồ ứng suất tác dụng trong bài toán phẳng Error! Bookmark not defined

Hình 1.7 Sơ đồ ứng suất trong trường hợp không gian đối xứng trục Error! Bookmark not defined

Hình 2.1 Biểu đồ xác định thống số chống cắt Error! Bookmark not defined

Hình 2.2 Sơ đồ nén một trục nở hông Error! Bookmark not defined

Hình 2.3 Quan hệ ứng suất và biến dạng của mẫu đất Error! Bookmark not defined

Hình 2.4 Mũi xuyên SPT Error! Bookmark not defined

Hình 2.5 Thao tác thí nghiệm SPT Error! Bookmark not defined

Hình 2.6 Sơ đồ thí nghiệm SPT Error! Bookmark not defined

Hình 2.7 Toán đồ xác định sức chịu tải của móng nông và xác định hệ số N N; q

trong công thức tính sức chịu tải trên nền cát Error! Bookmark not defined

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh Error! Bookmark not defined

Hình 2.9 Các loại biểu đồ thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnhError! Bookmark not defined

Hình 2.10 Họ mặt trượt trong nền cân bằng giới hạn Error! Bookmark not defined

Hình 2.11 Dạng mặt trượt dưới móng của Sokolovski Error! Bookmark not defined

Hình 2.12 Dạng mặt trượt của Bérézansev Error! Bookmark not defined

Hình 2.13 Biểu đồ xác định Ak Error! Bookmark not defined

Trang 11

Hình 2.14 Giả thuyết mặt trượt của Terzaghi Error! Bookmark not defined

Hình 2.15 Lực tác động lên mặt trượt bd của Terzaghi Error! Bookmark not defined

Hình 2.16 Biểu đồ các hệ số sức chịu tải Nc; Nq và N của Terzaghi Error! Bookmark not defined

Hình 2.17 Biểu đồ các hệ số sức chịu tải N’c; N’q và N’ của Terzaghi Error! Bookmark not defined

Hình 2.18 Dạng mặt trượt trong công thức của Meyerhof Error! Bookmark not defined

Hình 2.19 Dạng mặt trượt phẳng dưới đáy móng Error! Bookmark not defined

Hình 2.20 Dạng đường bao chống cắt Mohr và Mohr-Coulomb Error! Bookmark not defined

Hình 2.21 Mô hình phân tích tính toán sức chịu tải đất nền bằng Plaxis 2D Error! Bookmark not defined

Hình 2.22 Biểu đồ quan hệ độ lún và tải trọng Error! Bookmark not defined

Hình 3.1 Sơ đồ kiến tạo đồng bằng sông Cửu Long Error! Bookmark not defined

Hình 3.2 Biểu đồ sức chịu tải giữa các phương pháp tính

Công trình: Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, huyện Tri Tôn Error! Bookmark not defined

Hình 3.3 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén

Công trình: Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô huyện Tri Tôn Error! Bookmark not defined

Trang 12

Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, huyện Tri Tôn Error! Bookmark not defined

Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn Error! Bookmark not defined

Đối với đất nền loại sét pha, trạng thái nửa cứng Error! Bookmark not defined

Đối với đất nền loại Cát pha, trạng thái chặt vừa Error! Bookmark not defined

Trang 13

Bảng 2.3 Bảng xác định pT Error! Bookmark not defined

Bảng 2.4 Bảng xác định p*T Error! Bookmark not defined

Bảng 2.5 Bảng giá trị Ao , Bo , Co - hệ số sức chịu tải Error! Bookmark not defined

Bảng 2.6 Bảng giá trị Ak , Bk , Ck - hệ số sức chịu tải dưới móng tròn Error! Bookmark not defined

Bảng 2.7 Bảng giá trị hệ số A Error! Bookmark not defined

Bảng 3.1 Cấu tạo địa chất các khu vực chính thực hiện nghiên cứu Error! Bookmark not defined

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải tính theo các phương pháp Error! Bookmark not defined

Bảng 3.3 Bảng chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Error! Bookmark not defined

công trình: Khối 5 phòng học-Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn Error! Bookmark not defined

Công trình: Khối 10 phòng học-Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn Error! Bookmark not defined

Trang 14

Công trình: Trường tiểu học “A” Núi Sam, TP Châu Đốc Error! Bookmark not defined

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời điểm hiện nay, sự tiến bộ của khoa học hiện đại vượt bậc đã đưa con người tới một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ và khoa học Nhu cầu xây dựng ngày càng cao, giải pháp thiết kế và xử lý nền đất cho các công trình cũng phát triển đa dạng và phong phú Bên cạnh đó các công trình thường được tính toán và thiết kế sao cho hiệu quả nhất về mặt kinh tế, xem nhẹ về mặt giải pháp kỹ thuật làm giảm bớt tính chính xác (đặc biệt là về việc tính toán sức chịu tải của đất nền) nên có nhiều công trình sau khi đã xây dựng xong và đưa vào sử dụng một thời gian thì xảy

ra các sự cố như: lún, nghiêng,

Trong vài chục năm qua có khá nhiều phương pháp ước lượng sức chịu tải đất nền đất dưới móng nông như: Phương pháp hạn chế vùng biến dạng dẻo, phương pháp giả thuyết mặt trượt phẳng bên dưới đáy móng là mặt gảy phẳng, phương pháp cân bằng giới hạn điểm trong phạm vi nền đất ngay sát dưới đáy móng Các phương pháp tính này đều dựa vào giả thuyết đất là vật liệu đàn hồi, đàn-dẻo, cứng-dẻo.Tuy nhiên tính chất của trong thực tế lại vô cùng phức tạp nên khi áp dụng các phương pháp tính toán sức chịu tải thì kết quả sẽ sai lệch với sức chịu tải thực của nền đất

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên đề tài “Đánh giá sức chịu tải đất nền dưới móng nông theo thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm bàn nén hiện trường trên địa bàn tỉnh An Giang” nhằm tìm ra một phương pháp xác định sức chịu tải đất nền phù hợp với địa chất khu vực

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nội dung luận văn này tập trung vào việc phân tích và so sánh các phương pháp xác định sức chịu tải đất nền trên địa bàn tỉnh An Giang Kết quả luận văn giúp tìm ra phương pháp có độ tin cậy cao nhất phù hợp với địa chất trên địa bàn

Ngoài ra khi phân tích các phương pháp tính trên thì đề tài cũng phân tích các yếu tố bất cập và không thích hợp của một vài phương pháp tính toán sức chịu tải đất nền theo điều kiện địa chất đang ứng dụng

Trang 16

3 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các mục tiêu nghiên nêu trên, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu như sau: tính toán theo các phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn với sự hổ trợ của phần mềm Plaxis được sử dụng để phân tích tính toán sức chịu tải của đất nền theo các thông số từ thí nghiệm đất trong phòng Kết quả xác định sức chịu tải của đất nền tính toán từ các phương pháp này được so sánh với nhau

và với kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường để rút ra các kết luận

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Đề tài giúp cho các nhà đầu tư, các đơn vị tư vấn có phương án thiết kế tính toán sức chịu tải của đất nền thích hợp nhất cho từng vùng địa chất nhất định

Lý giải được nguyên nhân và yếu tố ảnh hưởng đến các phương pháp tính sức chịu tải của đất nền trên từng vùng địa chất khác nhau

Đề tài đưa ra một phương pháp đánh giá sức chịu tải của đất nền bằng mô hình toán trên phần mềm Plaxis theo tiêu chuẩn Việt Nam góp phần vào công tác đánh giá sức chịu tải của đất nền trên địa bàn được nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi

5 Phạm vi và giới hạn của đề tài

Địa bàn tỉnh An Giang có nhiều khu vực địa chất khác nhau, đề tài nghiên cứu hạn chế cho khu vực đất nền thuộc địa bàn vùng Bảy Núi Số liệu thu thập được có

từ có từ thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường, sự chính xác kết quả tính toán còn phụ thuộc các yếu tố khách quan, chủ quan: con người, dụng cụ,…

Các báo cáo khảo sát địa chất cũng là một yếu tố chủ quan hạn chế để tính theo các phương pháp khác nhau, mà trong đó yêu cầu cao nhất là các số liệu đầu vào

Trang 17

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái niệm chung về móng nông

Móng nông được định nghĩa như phần mở rộng của đáy công trình, tiếp nhận tải trọng công trình và truyền vào đất nền sao cho nền còn ứng xử an toàn và biến dạng

đủ bé để không làm hư hỏng kết cấu bên trên và không ảnh hưởng đến tính năng làm việc của công trình

1.2 Nền tự nhiên dưới móng nông

Nền tự nhiên: là nền gồm các lớp đất có kết cấu tự nhiên nằm ngay sát bên dưới móng, chịu đựng trực tiếp tải trọng công trình do móng truyền xuống.Nền tự nhiên

là loại nền có khả năng chịu lực tốt, cường độ 2

1.3 Tải trọng của móng nông tác dụng lên nền tự nhiên

Đối với nền đất tự nhiên chịu tác dụng tải trọng của móng nông, thì tải trọng của móng nông được xem là tải trọng móng cứng, ứng suất tại mỗi điểm trong nền đất bao gồm tải trọng công trình và trọng lượng bản thân của lớp đất phía trên truyền xuống

1.4 Tổng quan về sức chịu tải đất nền

1.4.1 Sức chịu tải giới hạn của đất nền

Sức chịu tải giới hạn của nền đất là sức chịu tải mà chỉ cần tăng thêm một một tải trọng rất nhỏ thì trạng thái cân bằng của nền bị phá hoại và làm cho nền mất ổn định Khi trong khối đất tải trọng vượt quá tải trọng giới hạn thì sẽ xuất hiện mặt trượt, đứt gẫy hoặc lún sập và độ bền giữa các hạt và nhóm hạt trong khối đất bị phá

Trang 18

vỡ Trạng thái ứng suất như vậy không cho phép khi dùng đất làm nền công trình, môi trường và vật liệu xây dựng Muốn vậy khi thiết kế công trình phải tính toán được tải trọng cho phép lớn nhất tác dụng lên khối đất mà ứng với nó thì đất nền vẫn ở trạng thái cân bằng nghĩa là chưa bị mất ổn định hay là chưa bị phá hoại theo

Sức kháng của đất nền nằm dưới cao độ đáy móng, q

Đất nền nằm bên trên cốt đáy móng, được xem như thành phần gia tải, q p Thành phần lực dính kết của đất, q c

1.4.2 Các pha trạng thái giới hạn của đất nền

1.4.2.1 Những quá trình cơ học trong đất nền

Chúng ta sẽ nghiên cứu những quá trình cơ học xảy ra trong đất dưới tác dụng của tải trọng cục bộ với độ lớn tăng dần ví dụ như thí nghiệm bàn nén có kích thước nhất định và tải trọng tác dụng lên nó tăng dần Trong trường hợp này, những quá trình cơ học đất sẽ phức tạp hơn nhiều so với khi đất chịu nén 1 chiều trong máy nén.Trong máy nén, mẫu đất chỉ bị nén mà không có khả năng nở hông, mẫu đất chịu tác dụng ứng suất pháp Còn dưới tác dụng của tải trọng truyền lên bàn nén thì nền đất không những chịu ứng suất pháp mà còn chịu ứng suất tiếp (ứng suất cắt), mà những ứng suất tiếp đó khi đạt giá trị tới hạn thì sẽ gây ra hiện tượng trượt cục bộ Vì thế khi chịu tác dụng của tải trọng cục bộ thì biến dạng nén tắt dần

và các biến dạng cắt tăng dần mà dưới một cường độ ngoại lực nhất định sẽ dẫn đến hiện tượng chảy dẻo, phồng trồi, lún sập…

Hình 1.1a là đường cong biến dạng của đất dưới tác dụng cục bộ tải trên mặt đất tăng lên từng cấp một

Trang 19

Nếu như cường độ tải trọng nhỏ, đất còn giới hạn tính dính thì đoạn đầu của đường cong biến dạng gần như là đường thẳng (đoạn OA), khi độ bền cấu trúc chưa

bị phá vỡ thì đất chỉ biến dạng đàn hồi và độ lún của mặt nén sẽ bị phục hồi hoàn toàn khi dỡ tải

Ở cấp tải trọng tiếp theo (hoặc là ngay ở cấp tải trọng đầu tiên ) nếu độ bền cấu trúc đã bị phá vỡ thì sẽ xuất hiện sự nén lại của đất dưới tác dụng của tải trọng, tức là giảm thiểu hệ số rỗng của đất ở một bộ phận dưới diện chịu tải Những kết quả thí nghiệm trực tiếp cho thấy rằng: tồn tại một trị số nhất định của tải trọng ứng với các quá trình cơ học diễn ra trong đất

Hình 1.1 Quan hệ giữa biến dang và áp lực

a Đường cong biến dạng khi ta gia tải từng cấp một;

b Kết thúc giai đoạn nén và chuyển sang giai đoạn cắt;

c Đường trượt và nêm cứng khi vùng cân bằng giới hạn phát triển

1.4.2.2 Các pha trạng thái ứng suất

Pha đầu tiên của trạng thái ứng suất được gọi là “pha nén”, trong pha này có thể cho rằng quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là quan hệ tuyến tính Khi tải trọng tăng lên thì xuất hiện vùng biến dạng dẻo ở mép móng, ở đó ứng suất ở trạng thái căn bằng giới hạn thể hiện tại hình 1.1b Khi tải trọng tiếp tục tăng lên thì bắt đầu pha thứ hai của trạng thái ứng suất được gọi là “pha trượt”; quan hệ ứng suất và

Trang 20

biến dạng trong pha này luôn luôn là không tuyến tính ở cuối “pha nén” và đầu

“pha trượt” ở ngay dưới mặt nén hay đáy hình thành nhân cứng hình nêm nó ép phôi ra xung quanh và đẩy trồi lên mặt đất gọi là “pha đất trồi” Trong pha này trạng thái ứng suất và biến dạng có thể được xác định theo lý thuyết cân bằng giới hạn, thể hiện trong hình 1.1c

1 Mặt trượt móng nông; 2 Mặt trượt móng trung bình; 3 Mặt trượt móng sâu

1 Móng nông: (khi h/b <1/2) khi tải trọng cực hạn lớn hơn sức chịu tải của nền đất thì đất bị đẩy trồi lên trên mặt (đường 1, hình 1.2)

2 Móng đặt sâu trung bình (khi h/b = 1/2÷2) thì mặt trượt trong nền có dạng chữ S và đất cũng bị đẩy trồi lên trên mặt (đường 2, hình 1.2)

3 Móng sâu (khi h/b= 2÷4) thì đất không bị đẩy trồi lên trên mặt, vùng giới hạn cắt phát triển đến mặt móng làm biến dạng khối đất xung quanh móng (đường

3, hình 1.2)

Trang 21

4 Móng đặt rất sâu (khi h/b >4) thì vùng biến dạng không phát triển đến mặt đáy móng mà xuất hiện hiện tượng lún sập của nền tức là móng bị lún đột ngột với một đại lượng đáng kể và thường không cho phép trong thiết kế nền móng

Hình 1.3 Biến dạng của đất thay đổi theo thời gian trong pha trượt

Bây giờ chúng ta xét đến quan hệ biến dạng của đất theo thời gian trong pha trượt.Trên bất kỳ đường cong nào (hình 1.3) biến dạng của pha trượt cũng được chia làm 3 giai đoạn:

- Đoạn 1 (oa1; oa2; oa3 và oa4) ứng với hiện tượng từ biến không có hoặc không xác định

- Đoạn 2 (a1b1; a2b2; a3b3 và a4b4) tốc độ biến dạng là ds const

dt  , có hiện tượng từ biến dạng dẻo

- Đoạn 3 (b1c1; b2c2; b3c3 và b4c4) tốc độ biến dạng là ds

dt  , đất bị chảy nhão

Biểu đồ cũng cho thấy rằng khi ngoại lực càng lớn thì tốc độ chảy dẻo càng nhanh Nếu ta nối các điểm b1, b2, b3 và b4 tương ứng với thời gian xuất hiện

sự chảy dẻo nhanh thì ta được đường cong “độ bền lâu dài” Dùng đường cong này

có thể xác định được áp lực tối thiểu mà với áp lực đó thì sự chảy dẻo của đất sẽ giảm dần và tắt dần (sau khi độ bền cấu tạo của đất được phục hồi), áp lực đó gọi là

“độ bền lâu dài của đất”

Trang 22

1.4.3 Sức chịu tải cho phép (ứng suất cho phép) của đất nền

Sức chịu tải cho phép q a là áp lực trung bình chấp nhận cho nền làm việc trong tình trạng an toàn Đây là thông số quan trọng để các nhà thiết kế xác định và lụa chọn phương án móng

Xác định sức chịu tải cho phép cần thỏa 2 điều kiện của trạng thái giới hạn:

1.2.3.1 Điều kiện của trạng thái phá hỏng

L a

S

q q

F

Hệ số an toàn thông thường được lấy từ 2 đến 3 Dưới ứng suất cho phép

a

q thí khả năng phá hỏng đất nền dưới đáy móng hoàn toàn được loại trừ

1.2.3.1 Điều kiện của trạng thái biến dạng

Khi nguyên lý phá hỏng được thõa mãn, thì dưới áp lực cho phép q a độ lún của nền đạt đến giá trị nhất định S a Gọi là độ lún giới hạn S gh tùy thuộc vào tính nhạy lún của nền đất đang xét Độ lún giới hạn có thể biến đổi từ vài mm đến vài m

Do đó trong tính toán thiết kế nền cần xem xét hai điều kiện về trạng thái : Cần xác định được ứng suất giới hạn phá hủy Đây là giới hạn khi nền móng đã đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn Một hệ số an toàn cần được áp dụng

để đảm bảo rằng nền không hoạt động trong vùng biến dạng dẻo

Cần lựa chọn áp lực thiết kế qw sao cho bất kỳ điểm nào trong khối đất nền không thể đạt tới ngưỡng dẻo, nghĩa là đất nền phải hoạt động trong pha đàn hồi

1.4.4 Phương trình vi phân cân bằng giới hạn của đất

1.4.4.1 Góc nghiêng lớn nhất

Hình 1.4 Sơ đồ ứng suất tại một điểm

Trang 23

Dưới tác dụng của tải trọng cục bộ trên mặt đất tại một điểm M bất kỳ của đất trên mặt mn nghiêng một góc α với mặt phẳng nằm ngang sẽ xuất hiện đồng thời những ứng suất pháp và ứng suất tiếp Ngoài ra đối với đất dính còn phải kể đến đến ảnh hưởng lực dính P c

  (trong đó  là góc ma sát trong của đất)

1.4.4.2 Những điều kiện cân bằng giới hạn

Hình 1.5 Biểu đồ ứng suất cắt

a Đối với đất rời; b Đối với đất dính

Trang 24

1) Đối với đất rời:

Theo hình vẽ 1.5a ta có giá trị của góc nghiêng max khi đường bao

OE tiếp xúc với đường tròn ứng suất Như kết quả của ta có liên hệ giữa các ứng suất pháp chính:

Điều kiện (1.4) là điều kiện cân bằng giới hạn đối với đất rời, biến đổi

lượng giác biểu thức này ta được:

452

Đối với bài toán phẳng người ta thường biểu diễn các ứng suất chính qua các thành phần ứng suất   z, y, yz, khi đó điều kiện cân bằng (1.4) trở thành:

2 2

4 sin

Trang 25

Vậy tại mỗi điểm trong khối đất đạt trạng thái cân bằng giới hạn thì có một

mặt trượt đi qua phương của mặt trượt nghiêng một góc 45

2

 với phương của

ứng suất chính nhỏ nhất 2 hoặc nghiêng một góc 45

1.4.4.3 Phương trình vi phân cân bằng cho bài toán phẳng

Trong trường hợp chung của trạng thái giới hạn đối với bài toán phẳng người ta xét sự cân bằng của phân tố đất hình vuông trong hệ tọa độ vuông góc yOz, chiều dương của Oz hướng theo chiều tác dụng của trọng lực Phân tố đất có cạnh

Trang 26

dy và dz chịu tác dụng của các ứng suất  z, yvà yzvà trọng lượng bản thân (hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ ứng suất tác dụng trong bài toán phẳng

Trạng thái cân bằng của phân tố đất được biểu thị bởi hai phương trình vi phân cân bằng tĩnh và một phương trình cân bằng giới hạn được đưa ra sau đây:

2 2

1.4.4.4 Phương trình vi phân cân bằng cho bài toán không gian

Bài toán không gian chỉ có hệ phương trình vi phân cân bằng đối với hai bài toán đối xứng trục Đối với bài toán này người ta dùng hệ tọa độ hình trụ tròn (r,θ) với các ký hiệu của các thành phần ứng suất như trên hình 2.10

Trang 27

Hình 1.7 Sơ đồ ứng suất trong trường hợp không gian đối xứng trục

Hệ phương trình vi phân cân bằng trong trường hợp này như sau:

2 2

Phương trình (1.14) bổ sung vào hệ phương trình (1.13) để biến chúng thành

hệ phương trình tĩnh học xác định Hệ phương trình này do giáo sư Berezantxev lập

ra và giải cho bài toán không gian của lý thuyết cân bằng giới hạn

1.5 Tổng quan về các lý thuyết và phương pháp xác định sức chịu tải

1.5.1 Lý thuyết biến dạng tuyến tính

Trạng thái ứng suất trong bài toán phẳng, được đặc trưng bằng ba thành phần

x

 ; z;xz thõa mãn hai điều kiện: Điều kiện cân bằng tĩnh và điều kiện liên tục lập thành hệ phương trình (1.12)

Trang 28

Điều kiện tăng tải một chiều, các bài toán đàn hồi, ví dụ bài toán Boussinesq, bài toán Flamant, bài toán bàn néntrong lý thuyết đàn hồi đều được ứng dụng trong cơ học đất và thường dựa vào điều kiện phá hoại Mohr - Coulomb để xác định khu vực biến dạng dẻo

Tìm tải trọng giới hạn P gh khi điểm biến dạng dẻo vừa mới xuất hiện ở hai mép đáy móng.Nếu xét nền đất có c 0,  0,  0 ta có:

gh

Ngoài ra, còn có các nghiên cứu khác như của N N Maslov; I V Iaropolxki;

V A Florin, M V Malưsev; M I Gorbunov - Poxadov; Sakhunhian; 

Hạn chế của lý thuyết này là bởi nếu đất bị trượt thì một phần nền đất không còn nằm trong giai đoạn biến dạng tuyến tính nữa Thực tế, để áp dụng được người

ta quy định chiều sâu phát triển tối đa của khu vực biến dạng dẻo là 1/4 chiều rộng tải trọng

1.5.2 Lý thuyết cân bằng giới hạn

Cơ sở của lý thuyết: dùng mô hình cứng - dẻo; công nhận thuyết phá hoại Mohr - Coulomb; giả thiết khi khối đất bị phá hoại thì mọi điểm của khối đất đều cùng đạt trạng thái ứng suất giới hạn

Các lời giải của hệ phương trình cơ bản (1.12): Lời giải của L Prandtl (móng cứng có chiều rộng b, đáy móng trơn nhẵn và không xét trọng lượng nền đất  0) Thực tế xây dựng và thí nghiệm mô hình đã chứng tỏ rằng khi khối đất bị phá hoại, các điểm của khối đất không đạt trạng thái phá hoại cùng lúc mà có nơi đang ở trạng thái cân bằng bền Mặc dù vậy, lý thuyết này vẫn mô phỏng một cách gần đúng sự làm việc của nền khi mất ổn định

1.5.3 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất

Lý thuyết đàn - dẻo xét đến ứng xử đàn hồi trước khi đất đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn Lý thuyết này đã xét đến thực tế ứng xử khách quan của khối đất Các công trình nghiên cứu V A Florin, D E Plosin, I V Iaropoxki đặc biệt là

lý thuyết Cam - Clay

Trang 29

1.5.4 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định

Đặc điểm là không căn cứ trực tiếp vào tình hình cụ thể của tải trọng và tính chất cơ lý của nền đất quy định mặt trượt cho nền đất, như các phương pháp sau: Phương pháp mặt trượt giả định mặt phẳng

Phương pháp mặt trượt trụ tròn

Phương pháp mặt trượt theo lý luận cân bằng với nền đồng nhất: Dựa vào lời giải của Prandtl mà chia khối đất thành ba vùng I, II và III mỗi vùng được coi như vật thể rắn và kết hợp với thực nghiệm Các nghiên cứu của K Terzaghi, V G Berezansev, Vesic, P D Ebdokimov, đưa về biểu thức:

với: N , N q, N c- là các hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào 

Nghiên cứu của P D Ebdokimov được TCVN 4253-1986 và SNiP-85 quy định dùng

Từ công thức (1.16) có thể thấy tải trọng giới hạn của nền đất còn phụ thuộc vào đặc tính của công trình (b và q)

Tuy nhiên, trong những điều kiện phức tạp của nền đất và tải trọng thì phương pháp dùng mặt trượt giả định vẫn được dùng để xác định sức chịu tải hay tải trọng giới hạn của nền đất

1.5.5 Phương pháp phân tích giới hạn

Nhờ dùng hai định lý phân tích giới hạn mà không cần đi sâu vào phân tích dẻo cho phép không những xác định được tải trọng giới hạn của nền đất mà cả trạng thái ứng suất giới hạn

1.5.6 Phương pháp xác định ứng suất theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất trong nền đất

Nghiên cứu đất với giả thiết là vật liệu hạt rời, xem nền đất ổn định theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất, Ngô Thị Thanh Hương đã bổ sung điều kiện (1.32) để xác định trạng thái ứng suất Đây là phương pháp mới, mô tả tương đối phù hợp điều kiện làm việc của nền đất

Trang 30

21

Trong đó: max- ứng suất tiếp lớn nhất tại điểm đang xét;

G - mô đun trượt của đất;

V - miền lấy tích phân hoặc thể tích khối đất được xét

Trong bài toán phẳng thì kết hợp (1.17) với (1.16) Bài toán này đã chứng tỏ

có nghiệm duy nhất Tuy vậy, các nghiên cứu theo phương pháp này còn ít

1.6 Những vấn đề tồn tại về phương pháp sức chịu tải đất nền

Các luận văn, đề tài khoa học hay các bài báo khoa học nghiên cứu về sức chịu tải đất nền dựa trên các giả thuyết khác nhau về trạng thái cũng như ứng xử của đất nền khi chịu tải tác động Nên khi áp dụng vào tính toán cho một khu vực địa chất nhất định sẽ cho kết quả khác biệt

Vì thế kết quả của đề tài này phân tích, so sánh các phương pháp xác định sức chịu tải cho một khu vực địa chất cụ để tìm ra một phương pháp có độ tin cây cao nhất

Trang 31

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Thí nghiệm trong phòng xác định các thông số xác định sức chịu tải

Trang 32

n i i i

n i

n i n i i i i

i

n

n tg

1

2 1 2

2.1.2 Thí nghiệm nén đơn xác định modul biến dạng

Thí nghiệm được tiến hành trên mẫu đất hình lăng trụ tròn có chiều cao gấp hai lần đường kính, tức là h = 2d Kích thước mẫu thông thường là 38x76mm, 50x100mm hoặc theo đường kính của mẫu đất nguyên dạng được lấy từ hiện trường

Bên trên mẫu đất, đặt bàn nén kim loại Áp lực gia tăng dọc trục tác dụng lên bàn nén thường được thực hiện theo kiểu ứng biến, tức là áp đặt tốc độ biến dạng và

Trang 33

kiểm soát áp lực gia tăng tác dụng lên mẫu đất Giá trị áp lực xác định được thông qua giá trị biến dạng của các vòng lực hoặc bằng sensor Trong quá trình nén mẫu, tiến hành ghi nhận các giá trị biến dạng của mẫu đất hi thông qua đồng hồ biến dạng và giá trị áp lực Pi tương ứng mô ta qua hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ nén một trục nở hông

Từ định nghĩa, trong quá trình thí nghiệm, biến dạng % của mẫu đất sẽ là:

% 100 h

h

0

i i

1

AA

 =P/A

Trang 34

Hình 2.3 Quan hệ ứng suất và biến dạng của mẫu đất

Trong phạm vi biến dạng bé, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính khi đó:  E

Mẫu đất có chiều cao 2cm và diện tích tiết diện ngang từ 30 đến 50cm² được cho vào dao vòng và hộp nén có đá thấm ở hai mặt trên và dưới của mẫu Mẫu đất được bão hòa hoàn toàn trong quá trình thí nghiệm trong điều kiện ngập nước Trước khi thí nghiệm, lắp đặt và điều chỉnh đồng hồ đo lún về vị trí 0

2.2 Các phương pháp xác định sức chịu tải của đất nền

Cuối thế kỷ 19 những lý thuyết về cường độ, biến dạng của đất được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu làm cơ sở giải quyết các bài toán sức chịu tải của công trình Đầu thế kỷ 20 do tốc độ xây dựng tăng nhanh, quy mô công trình lớn thường gặp địa chất công trình phức tạp đòi hỏi phải nghiên cứu tính chất cơ học của đất một cách hệ thống, toàn diện về lý thuyết lẫn thực nghiệm Lúc bây giờ các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra một số lý thuyết như: lý thuyết ứng suất biến dạng, lý thuyết cân bằng giới hạn, lý thuyết biến dạng tuyến tính và một số lý

Trang 35

thuyết liên quan để giải quyết những vấn đề về nền đất nảy sinh trong quá trình xây dựng công trình

Trong thiết kế nền móng công trình việc xác định sức chịu tải an toàn và chính xác của đất nền là rất phức tạp và nó ảnh hưởng rất lớn đến an nguy của công trình,

từ lúc mới xây dựng cho đến suốt quá trình lún diễn tiến và suốt quá trình tồn tại của công trình

Sức chịu tải của nền đất đã được trình bày qua nhiều nghiên cứu của các tác là học viên cao học, nghiên cứu sinh, tiến sĩ trong nhiều đề tài luận văn, luận án Ngoài ra cũng có rất nhiều bài báo đăng trên các tạp chí chuyên ngành và các bài báo đã được trình bày trong các hội thảo chuyên ngành Mục đích đưa ra các phương pháp xác định sức chịu tải đất nền gần đúng nhất

2.2.1 Xác định sức chịu tải đất nền theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

Tính toán sức chịu tải đất nền theo SPT có thể áp dụng phương pháp cơ đất lý thuyết khi thông số , c lấy theo tương quan với N

Thí nghiệm SPT thường được kết hợp trong khi tiến hành khoan lấy mẫu trong

hố khoan để giảm chi phí Dựa vào kết quả thí nghiệm có thể xác đinh sức chịu tải đất nền

2.2.1.1 Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị xuyên SPT khá đơn giản, thường đi kèm với các thiết bị khoan thăm dò, khoan đập hoặc khoan xoay, để tạo lổ thí nghiệm

Máy khoan địa chất và các dụng cụ hỗ trợ kèm theo: cần khoan, tháp khoan

và các thiết bị phục vụ công tác khoan

Bộ thiết bị thí nghiệm SPT: mũi xuyên, búa đóng, đế đệm

Mũi xuyên

Trong hình 2.4 mũi xuyên trong thí nghiêm SPT có các thông số:

Mũi xuyên là một ống mẫu chẽ đôi đường kính ngoài 51 mm (2”), đường kính trong 35 mm(1”3/8), chiều dài ống chẻ 610 mm Ống chẻ đôi để lấy mẫu đất

Trang 36

Mũi cắt có miệng được vạt bén từ ngoài vào trong theo góc mũi xuyên giả định là 60ovà có đường kính bằng đường kính ống chẻ đôi, chiều dài mũi cắt là

25 50mm

Mũi cắt dùng để giúp cho việc xuyên xuống được dễ dàng và gắn chặt hai ống chẻ đôi bằng ren

Hình 2.4 Mũi xuyên SPT

1 Mũi xuyên; 2 Phần đầu nối; 3 Phần thân; 4 Viên bi

Các thông số A, B, C, D, E, F, G có dung sai theo bảng dưới đây:

A (mm) B (mm) C (mm) D (mm) E (mm) F (mm) G(°) (25 ÷ 75) (450 ÷ 750) (35,00 ± 0,15) (38,0 ÷ 1,5) (2,50 + 0,25) (51,0 ±1,5) (16 ÷ 23)

Búa đóng và đế đệm

Búa trong thí nghiệm SPT phải có khối lượng chuẩn 63,5kg (140lb) trượt theo cần dẫn hướng với cao rơi tự do là 760mm (30inch)

Hiện nay, có hai hình thức đóng búa phổ biến là đóng thủ công thông qua

hệ thống tời và ròng rọc và búa tự động, đóng bằng máy

Có hai kiểu búa phổ biến: Búa hở hình trụ có lỗ định tâm và búa kín hay con gọi là búa an toàn

2.2.1.2 Trình tự thí nghiệm

Qui trình thí nghiệm SPT thể hiện lần lượt trong hình 2.5 và hình 2.6 bao gồm các bước như sau:

Trang 37

Khoan tạo lỗ đến độ sâu cần thí nghiệm, hạ mũi xuyên xuống và lắp hệ thống cần khoan, đế nện và búa tạ

Vạch lên trên cần đóng 3 vạch, mỗi vạch 15cm, tổng chiều sâu đóng là 45cm

Đóng mũi xuyên vào đất bởi búa hình trụ có lỗ định tâm, nặng 63,5kg trượt theo cần khoan với chiều cao rơi tự do là 76cm

Đếm số búa để đưa mũi xuyên vào đất trong từng khoảng 15cm

Sau khi mũi xuyên đi hết 45cm thì rút cần khoan lên, gỡ mũi xuyên ra và gắn mũi khoan vào Tiếp tục khoan đến độ sâu tiếp theo cần làm thí nghiệm

Khoảng cách giữa các thí nghiệm SPT thường từ 1,5m đến 3m

Hình 2.5 Thao tác thí nghiệm SPT

Trang 38

Hình 2.6 Sơ đồ thí nghiệm SPT

2.2.1.3 Tính toán kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

Bỏ qua số búa đóng của 15cm đầu vì khi đó, mũi xuyên thường đi qua vụn đất yếu rơi từ trên xuống hay sự lắng đọng của mùn đáy hố khoan, nên số liệu không chính xác Số búa đóng của hai đoạn 15cm còn lại, được cộng thành số đọc các cú va đập của 30cm, gọi là chỉ số N của SPT

Trang 39

Hiệu chỉnh theo độ sâu:

or

357

h – chiều sâu thí nghiệm (m)

 – khối lượng riêng của đất (t/m3)

Hiệu chỉnh theo nước dưới đất:

2.2.1.4 Phân tích sức chịu tải của đất nền theo kết quả thí nghiệm SPT

Theo toán đồ của Terzaghi và Peck (1948)

Từ chỉ số N tính sức chịu tải của nền cát với độ lún giới hạn 2,54cm, bằng cách dùng toán đồ của Terzaghi và Peck

Hình 2.7 Toán đồ xác định sức chịu tải của móng nông và xác định hệ số N N; q

trong công thức tính sức chịu tải trên nền cát

Trang 40

Hoặc có thể dựa vào đồ thị tra các hệ số N qvà N rồi áp dụng công thức:

0,5

Trong đó:

q - phụ tải hong bằng áp lực hữu hiệu tác động tại cao trình đáy móng

B – bề rộng đáy móng hoặc đường kính móng tròn

Theo công thức của Meyerhof (1956)

Năm 1956, Meyerhof đề nghị công thức thực nghiệm ước lượng sức chịu tải ứng với độ lún 2,54cm

2 ( )

(2.11)

Định dạng
Số trang	134
Dung lượng	3,8 MB