Phân tích ổn định tường vây hố đào chu vi tròn

Tường vây hình trụ tròn chuyển áp lực nén của đất và nước xung quanh tường thành lực nén dọc trục theo chu vi tường, được gọi là hiệu ứng vòm, vì vậy tường không cần hệ chống vẫn đứng ổn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ANH TÚ

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO CHU VI TRÒN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM

MÃ SỐ NGÀNH : 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/2014

-1-CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS TÔ VĂN LẬN

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS VÕ NGỌC HÀ

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

SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và trưởng khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN ANH TÚ Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 03-12-1985 Nơi sinh: QUẢNG NGÃI Địa chỉ mail: anhtuc1@yahoo.com Điện thoại: 0983036842 Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM MSHV: 13090109

I- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO CHU VI TRÒN

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1- NHIỆM VỤ:

- Nghiên cứu ứng xử của tường vây hình trụ tròn trong ổn định hố đào sâu

- Mô phỏng tính toán bằng phần mềm Plaxis

- Tính toán theo phương pháp giải tích

- So sánh kết quả tính theo Plaxis 2D, 3D và phương pháp giải tích

2- NỘI DUNG:

- Chương 1: Tổng quan về tường vây hình trụ tròn

- Chương 2: Cơ sở tính toán

- Chương 3: Phân tích ổn định tường vây của công trình VNPT Hà Nội bằng phần mềm Plaxis

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS LÊ TRỌNG NGHĨA TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS NGUYỄN MINH TÂM

-3-LỜI CẢM ƠN

Điều đầu tiên tôi muốn bày tỏ tình cảm sâu sắc, lòng biết ơn chân thành đến cán

bộ hướng dẫn TS LÊ TRỌNG NGHĨA Tất cả những sự trợ giúp về phương pháp

luận, những đề xuất hướng nghiên cứu cũng như các giải pháp mà thầy đưa ra hết sức

có giá trị và quan trọng đối với sự thành công của đề tài nghiên cứu này

Tôi chân thành cảm ơn các Giảng viên bộ môn Địa Cơ Nền móng - Khoa Kỹ

Thuật Xây dựng – Trường ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đã tận tình giảng dạy,

hướng dẫn trong suốt quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại bộ môn

Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến công ty Lam Giang, các đồng nghiệp tại Phòng Kỹ

thuật nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên

cứu khoa học

Tiếp theo, tôi muốn bày tỏ sự biết ơn đến Hội đồng chấm phản biện luận văn, Hội

đồng đánh giá luận văn đã làm việc hết lòng, xem xét đánh giá đề tài và chỉ ra các

thiếu sót trong đề tài nghiên cứu này

HỌC VIÊN

-4-TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn hướng đến thiết kế tường vây hình trụ tròn và phân tích ứng xử của đất xung quanh tường Quá trình phân tích dựa trên cơ sở lý thuyết giải tích và mô hình tính toán Plaxis 3D Hố đào sâu sử dụng tường vây hình trụ tròn tại công trình VNPT

Hà Nội sẽ được sử dụng để làm ví dụ cho bài toán thiết kế

Tường vây hình trụ tròn được thi công bởi nhiều tấm panel hình chữ nhật liên kết với nhau bởi các gioăng cản nước liên tục để tạo thành một hình dạng tròn hoàn chỉnh Tường vây hình trụ tròn chuyển áp lực nén của đất và nước xung quanh tường thành lực nén dọc trục theo chu vi tường, được gọi là hiệu ứng vòm, vì vậy tường không cần

hệ chống vẫn đứng ổn định được, giảm được chi phí cho hệ chống Các dầm vòng được gia cường bên trong theo chu vi tường để tăng cường độ cứng cho tường và liên kết các tấm panel tường làm việc chung với nhau Các dầm vòng đóng vai trò như hệ chống Việc đào tầng hầm có thể hoàn thành trong thời gian ngắn theo biện pháp thi công Bottom-Up mà không gặp bất cứ trở ngại nào Mặt khác nhờ hiệu ứng vòm lên kết cấu hình trụ tròn làm giảm chiều sâu chôn tường Do đó, tường vây hình trụ tròn thường được sử dụng như là một phương án thay thế cho tường vây truyền thống trong các công trình đào sâu trong đất

-5-ABSTRACT

This thesis aims to design circular cylindrical diaphragm and analyze the behavior

of the soil around the walls The process of analysis is based on theoretical analysis and computational models Plaxis 3D Deep excavations using circular cylindrical diaphragm wall construction in VNPT Hanoi will be used as examples for the design problem

Circular cylindrical diaphragm is constructed by multiple rectangular panels linked together by the continuous seal prevents water to form a complete circle shape Diaphragm pressure switch circular cylinder compression of soil and water around the walls of the axial compressive force along the perimeter of the wall, known as the surround effect, so do not need us against the wall remained stable, reduce costs protection system The ring beam is reinforced inside the perimeter wall to strengthen the wall stiffness and associated wall panels work together The ring beam acts as anti-system The basement excavation can be completed in a short time under construction methods Bottom-Up without any obstacles On the other hand thanks to the surround effects circular cylindrical structures reduce the depth of wall plugs Therefore, circular cylindrical diaphragm is often used as an alternative to traditional diaphragm

in the excavations in the land

-6-MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 

1.Đặt vấn đề… 1 

2.Mục tiêu nghiên cứu 1 

3.Phương pháp nghiên cứu 1 

4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 

4.1   Ý nghĩa khoa học 1 

4.2   Ý nghĩa thực tiễn 1 

5.Giới hạn và phạm vi nghiên cứu 2 

PHẦN NỘI DUNG 3 

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TƯỜNG VÂY CHU VI TRÒN 3 

1.1   Giới thiệu 3 

1.2 Nghiên cứu nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu Zhang 3 

1.2.1   Giới thiệu công trình 3 

1.2.2   Tính toán thiết kế tường vây hình trụ tròn 4 

1.2.3  Kết quả tính toán nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu Zhang 7 

1.2.4   Kết luận 8 

1.3   Tình hình ở Việt Nam 8 

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 

2.1   Tính toán tường vây theo phương pháp giải tích 10 

2.1.1  Tính tường vây panel theo nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu Zhang 10 

2.1.2  Tính toán tường panel theo Malcolm Puller 12 

2.1.3  Tính toán dầm vòng theo Timoshenke và Goodier 16 

2.2   Tính toán tường vây theo phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) 17 

-7-2.2.1   Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 17 

2.2.1.1   Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” 17 

2.2.1.2   Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà 18 

2.2.1.3   Hệ số thấm 18 

2.2.1.4   Thông số độ cứng của đất nền 19 

2.2.1.5   Thông số sức kháng cắt của đất nền 20 

2.2.2   Các mô hình đất nền trong Plaxis 21 

2.2.2.1   Mô hình Morh-Coulomb 21 

2.2.2.2   Mô hình Hardening Soil 25 

2.2.3  Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép (Không thoát nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này trong việc phân tích bằng Plaxis 30 

2.2.3.1   Phân tích không thoát nước 30 

2.2.3.2   Phân tích thoát nước 32 

2.2.3.3Phân tích kép (Couple Analysis) 32 

2.2.4   Tổng kết 33 

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH TƯỜNG VÂY CHU VI TRÒN CÔNG TRÌNH VNPT HÀ NỘI 34 

3.1 Giới thiệu công trình VNPT Hà Nội 34 

3.2 Địa chất công trình 36 

3.3 Thông số đầu vào mô hình 37 

3.4 Phân tích Plaxis 2D 38 

3.4.1   Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất 42 

3.4.2   Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường 44 

3.4.3   Moment uốn trong tường 46 

3.4.4   Lực cắt trong tường 48 

3.5 Phân tích Plaxis 3D 50 

-8-3.5.1   Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất theo phương pháp trụ tròn đều 51 

3.5.2   Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 53 

3.5.3   Moment uốn M 11 trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 56 

3.5.4   Moment uốn M 22 trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 58 

3.5.5   Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất theo phương đa giác trụ 60 

3.5.6   Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp đa giác trụ 62 

3.5.7   Moment uốn M 11 trong tường theo phương pháp đa giác trụ 64 

3.5.8   Moment uốn M 22 trong tường theo phương pháp đa giác trụ 66 

3.6   Tính toán lực dọc trong tường theo Malcolm Puller 68 

3.7 So sánh chuyển vị và nội lực tường theo các phương pháp phân tích 72 

3.7.1   So sánh chuyển vị theo ba phương pháp phân tích 72 

3.7.2   So sánh lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo bốn phương pháp phân tích 74 

3.7.3   So sánh moment uốn M 22 trong tường theo ba phương pháp phân tích 76 

3.7.4   Moment uốn M 11 trong tường 78 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 

1     Kết luận…… 80 

2    Kiến nghị…… 80 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 

-9-DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1 1 Công trình Shanghai Tower 4 

Hình 1 2 Hệ lò xo gắn lên tường 5 

Hình 1 3 Mặt cắt tường hố đào 6 

Hình 1 4 Thi công móng 6 

Hình 1 5 Kết quả tính toán moment trong tường 7 

Hình 1 6 Tường vây công trình VNPT Hà Nội 9 

Hình 2 1 Dầm trên nền đàn hồi 10 

Hình 2 2 Nội lực trong tấm 10 

Hình 2 3 Tấm trên nền đàn hồi 11 

Hình 2 4 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn dẻo lý tưởng 22 

Hình 2 5 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước 23 

Hình 2 6 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết 24 

Hình 2 7 Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong thí nghiệm 3 trục thoát nước 26 

Hình 2 8 Vùng đàn hồi của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính 27 

Hình 2 9 Xác định 50ref E từ thí nghiệm 3 trục thoát nước 28 

Hình 2 10 Xác định ref oed E từ thí nghiệm nén cố kết 29 

Hình 2 11 Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm 3 trục thoát nước 30 

Hình 3 1 Công trình VNPT Hà Nội 35 

Hình 3 2 Mặt bằng vách hầm 35 

Hình 3 3 Chỉ số SPT, độ ẩm, dung trọng, chỉ số dẻo phân bố theo độ sâu 36 

Hình 3 4 Mặt cắt tầng hầm 38 

-10-Hình 3 5 Mặt bằng panel tường 39 

Hình 3 6 Mô hình đối xứng trục trong Plaxis 2D 39 

Hình 3 7 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -3m 40 

Hình 3 8 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -7m 40 

Hình 3 9 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -10.7m 41 

Hình 3 10 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -12.4m 41 

Hình 3 11 Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất 43 

Hình 3 12 Các trường hợp nội lực trong kết cấu tấm 44 

Hình 3 13 Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường 45 

Hình 3 14 Moment uốn trong tường 47 

Hình 3 15 Lực cắt trong tường 49 

Hình 3 16 Mô hình Plaxis 3D đa giác trụ Hình 3 17 Mô hình Plaxis 3D trụ tròn đều 50 

Hình 3 18 Chia lưới liên kết Hình 3 19 Kết cấu tường 50 

Hình 3 20 Chuyển vị tường chắn đất theo phương pháp trụ tròn đều 52 

Hình 3 21 Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 55  Hình 3 22 Moment uốn M11 trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 57 

Hình 3 23 Moment uốn M22 trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 59 

Hình 3 24 Chuyển vị tường chắn đất theo phương pháp đa giác trụ 61 

Hình 3 25 Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp đa giác trụ 63 

Hình 3 26 Moment uốn M11 trong tường theo phương pháp đa giác trụ 65 

Hình 3 27 Moment uốn M22 trong tường theo phương pháp đa giác trụ 67 

Hình 3 28 Chuyển vị tường 73 

Hình 3 29 Lực nén dọc trục theo chu vi tường 75 

Hình 3 30 Moment uốn M22 77 

Hình 3 31 Moment uốn M11 79 

-11-DANH SÁCH BẢNG

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nhằm tận dụng tối đa không gian đô thị các công trình không chỉ ngày càng cao hơn

mà còn sâu hơn với nhiều tầng hầm Đặc điểm chung của các công trình này thường có mặt bằng thi công chật hẹp, liền kề các công trình hiện hữu khác, tải trọng công trình lớn cùng với các yêu cầu khắc khe về mặt kỹ thuật, và mức độ an toàn cho chính bản thân công trình cũng như các công trình lân cận liền kề Do đó, hệ thống tường vây tầng hầm cần phải được thiết kế với bề dày lớn và cắm sâu vào đất Tường vây truyền thống kết hợp hệ giằng chống, sàn tầng hầm, neo trong đất,… hầu như có thể đáp ứng được các yêu cầu đặt ra tuy bị hạn chế về không gian đào đất và chi phí cho tường vây truyền thống thường rất cao Tường vây hình trụ tròn được sử dụng để khắc phục mặt hạn chế trên Trong 10 năm qua thì hố đào hình trụ tròn không chống, không neo ngày càng phát triển ấn tượng nhiều nơi trên thế giới Quá trình này diễn ra thông qua những cải tiến của biện pháp thi công và khả năng thiết kế để đáp ứng được những yêu cầu đặt ra Công nghệ đào ngày càng chính xác hơn về mặc kiểm soát vận hành nên quá trình thi công đảm bảo chính xác các vị trí và liên kết cho tường

2 Mục tiêu nghiên cứu

 Phân tích ứng xử của kết cấu tường vây hình trụ tròn trong ổn định hố đào sâu

 Phân tích ứng xử của đất xung quanh hố đào

 Xem xét các bước tính toán khi thiết kế tường vây hình trụ tròn

3 Phương pháp nghiên cứu

 Lý thuyết tính toán về ứng xử của tường vây hình trụ tròn theo phương pháp giải tích

 Phân tích ổn định tường vây của công trình thực tế bằng phần mềm Plaxis

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài phân tích kỹ ứng xử của tường vây hình trụ tròn Dựa trên các tính toán

lý thuyết trước đây của các nhà khoa học, mô phỏng công trình thực tế để có các so sánh tương quan và rút ra những nhận xét khoa học

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài giúp làm rõ các ưu nhược điểm của hố đào sâu sử dụng tường vây hình trụ tròn, mô tả quá trình thi công và cách xử lý các sự cố trên công trường, làm cơ sở cho việc ứng dụng tường vây hình trụ tròn trong các công trình có hố đào sâu hiện tại

và trong tương lai phục vụ cho nhu cầu xây dựng công trình ngầm

5 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

- Do tường vây hình trụ tròn chưa được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam nên số liệu

về các công trình thực tế còn hạn chế

- Chưa đề xuất cách tính toán khi tường vây hố đào chu vi tròn có lỗ mở

- Chưa đề xuất về cách tính toán tường vây dạng nhiều trụ tròn xen kẽ vào nhau (Multi-Cellular Walls )

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TƯỜNG VÂY

CHU VI TRÒN 1.1 Giới thiệu

Nghiên cứu một hố đào sâu người ta cần quan tâm đến hai vấn đề chính đó là: ổn định

và biến dạng Một hố đào sâu ổn định khi tường vây không chuyển vị quá mức cho phép và đáy hố đào không bị đẩy trồi, bùng nền,… gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh Đảm bảo an toàn cho tất cả công nhân, thiết bị,… đang thi công trong hố đào sâu

Tường vây chu vi tròn có 3 ưu điểm so với tường vây cổ điển Thứ nhất, nó không cần bất kì hệ chống đỡ nào như là giằng chống, neo đất, hay sàn tầng hầm Công tác đào tầng hầm có thể được thi công rất nhanh do mặt bằng thi tốt, không có chướng ngại cản trở Thứ hai, chiều sâu tường ngắn, không cần phải cắm sâu vào đất mà vẫn ổn định dưới tác dụng của đất nền xung quanh Thứ ba, lực vòng phát sinh trong tường đóng vai trò quan trọng trong việc giảm moment và lực cắt trong tường do đó sẽ giảm hàm lượng thép đến mức tối thiểu Với khả năng tự ổn định dưới áp lực đất và áp lực nước, tường vây hình trụ tròn đã được sử dụng rộng rãi trong các công trình có hố đào sâu trên thế giới

1.2 Nghiên cứu nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu Zhang

1.2.1 Giới thiệu công trình

Nhóm tác giả đã nghiên cứu về thiết kế và giải pháp thi công kết cấu hố đào chu vi tròn của công trình Shanghai Tower

Công trình Shanghai Tower (Thượng Hải) là công trình cao nhất ở Trung Quốc, với chiều cao 632m, đường kính ngoài của tường vây hình trụ là 123.4m, chiều sâu hố đào 31.1m, chiều sâu tường là 50m, chiều dày tường là 1.2m

Quá trình thi công công trình chia thành 2 phần, phần tòa tháp cao 632m với 5 tầng hầm sâu 31.1m và khối đế sâu 26.6m Phần ngầm khối tháp sử dụng tường vây hình trụ tròn với đường kính ngoài 123.4m, thi công đào mở và không dùng hệ chống Phần khối đế thi công theo phương pháp Top-Down

Công trình nằm ở phía Đông Nam của sông Yangtze River Delta, Thành phần địa chất chính là lớp sét bảo hòa nước, bùn và cát Lớp đất bùn sét với chiều sâu trên 24m tính

từ mặt đất tự nhiên

Hình 1 1 Công trình Shanghai Tower

Có 4 kế hoạch đặt ra để thảo luận về biện pháp thi công cho công trình

+ Đào mở toàn bộ phần ngầm

+ Thi công Top-Down toàn bộ phần ngầm

+ Chia làm 2 vùng và đào mở phần ngầm của khối tháp và phần ngầm của khối đế + Đào mở phần ngầm khối tháp và thi công Top-Down phần ngầm khối đế

Sau khi thảo luận kế hoạch 4 được chọn Thi công hố đào mở với tường vây hình trụ tròn cho phần ngầm của khối tháp và thi công Bottom-Up cho đến sàn trệt, sau đó mới bắt đầu thi công phần ngầm khối tháp theo phương pháp Top-Down Kế hoạch có những thuận lợi như sau:

+ Giảm tối đa khối lượng đào đất khi thi công phần ngầm khối tháp

+ Tận dụng hiệu ứng vòm của kết cấu tường hình trụ tròn để chống lại áp lực đất và áp lực nước Không sử dụng hệ chống trong suốt quá trình đào Đẩy nhanh tiến độ thi công

+ Khu vực khối đế tận dụng làm nơi để công nhân làm việc trong quá trình thi công phần ngầm khối tháp

+ Sau khi thi công đến tầng trệt của khối tháp thì lại sử dụng sàn này để công nhân làm việc trong quá trình thi công Top-Down phần ngầm khối đế

+ Dùng sàn trệt như một hệ chống tường trong quá trình thi công Top-Down phần ngầm khối đế, tiết kiệm thời gian và chi phí Giảm thiểu biến dạng tường vây gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận

1.2.2 Tính toán thiết kế tường vây hình trụ tròn

Cách tính thứ 1: Tường vây xem như một dầm trên nền đàn hồi

Trong thiết kế tường vây nếu xem tường vây như một dầm trên nền đàn hồi thì bỏ qua hiệu ứng vòm của kết cấu tường hình trụ thì kết quả sẽ không hợp lý vì vậy cần cải tiến mô hình tính cho hợp lý Mô hình theo phương đứng là một dầm trên nền đàn hồi

và hiệu ứng vòm phương ngang được xem xét như một dãy các lò xo Độ cứng Kh của dầm vòng (ring beam) và độ cứng Kd của tường vây được xem xét như sau:

2 0/

(1.1)2

0/

(1.2)

Kd, Kh: Hệ số độ cứng của tường, dầm vòng

e : Chiều dày tường

R0 : Bán kính trung bình của tường

Ah : Diện tích mặt cắt của dầm vòng

R0h : Bán kính trong của dầm vòng

Ed=αE : Modulus bê tông tường vây E modulus bê tông, α = 0.5~0.7

Eh : Modulus bê tông dầm vòng

Cách tính thứ 2: Tường vây xem như tấm trên nền đàn hồi

Hình 1 2 Hệ lò xo gắn lên tường

Xét trong không gian thì tường vây được xem như tấm trên nến đàn hồi Khi xét trong không gian thì phản ánh đúng quá trình chịu lực thực tế của tường hơn là trong mặt phẳng nhưng cách tính thứ 1 Lúc này áp lực đất lên chân tường dưới đáy hố đào xem như những lò xo với độ cứng:

(1.3)

kH : hệ số nền theo phương ngang

z : khoảng cách theo phương đứng của các lò xo đến đáy hố đào

b, h : khoảng cách theo phương ngang và đứng của các lò xo

Hình 1 3 Mặt cắt tường hố đào

Hình 1 4 Thi công móng

1.2.3 Kết quả tính toán nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu

Zhang

Kết quả tính theo cách tính thứ 1, dầm trên nền đàn hồi trong mặt phẳng

Hình 1 5 Kết quả tính toán moment trong tường

Kết quả tính theo cách tính thứ 2, tấm trên nền đàn hồi trong không gian

Mô hình tính Lực dọc trong tường Chuyển vị tường

Khi tải phân bố đều Khi tải phân bố đều

Lực dọc trong tường Chuyển vị tường

Khi tải phân bố không đều Khi tải phân bố không đều

1.2.4 Kết luận

Sau khi phân tích, đánh giá và tham khảo thêm các dự án đã thực hiện trên thế giới,

nhóm tác giả đã đưa ra nhận xét:

- Tường vây hố đào hình trụ tròn có thể chuyển áp lực đất và áp lực nước xung quanh

tường thành lực nén dọc trục trong tường, nhờ vào hiệu ứng vòm của kết cấu trụ

tròn

- Không cần sử dụng hệ chống trong suốt quá trình đào, giảm chi phí cho quá trình

thi công Quá trình thi công không vướng hệ chống nên đẩy nhanh tiến độ thi công

- Giảm chiều dài tường cắm vào trong đất so với tường vây truyền thống nhưng vẫn

đảm bảo an toàn và ổn định hố đào

1.3 Tình hình ở Việt Nam

Hiện nay trong nước chưa có nhiều nghiêng cứu, đánh giá chuyên sâu về hố đào chu

vi tròn, ngoài ra chưa có nhiều công trình thi công tường vây tầng hầm chu vi tròn nên

nguồn dữ liệu để tham khảo, so sánh giữa thiết kế và quan trắc hiện trường là rất hạn

chế Với những ưu điểm về tường vây chu vi tròn đã được các tác giả trên thế giới

nghiên cứu, cũng như những công trình đã thi công có thể thấy được tiềm năng về

tường vây chu vi tròn hiện nay ở Việt Nam là rất lớn Tại Việt Nam, duy nhất công trình VNPT Hà Nội (năm 2005) sử dụng tường vây hình trụ tròn với đường kính tầng hầm 54m, chiều sâu đào 13m

Hình 1 6 Tường vây công trình VNPT Hà Nội

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tường vây hình trụ tròn được thi công bởi nhiều tấm panel hình chữ nhật liên kết với nhau bởi các gioăng cản nước liên tục để tạo thành một hình dạng tròn hoàn chỉnh Tường vây hình trụ tròn chuyển áp lực nén của đất và nước xung quanh tường thành lực nén dọc trục theo chu vi tường, được gọi là hiệu ứng vòm, vì vậy tường không cần

hệ chống vẫn đứng ổn định được Mặt khác nhờ hiệu ứng vòm lên kết cấu hình trụ tròn làm giảm chiều sâu chôn tường Ngoài ra, một giá trị nhỏ moment uốn theo phương đứng và lực cắt cũng lớn dần trong tường do sự tăng ứng suất vòm theo chiều sâu Thêm một thành phần nữa là moment và lực cắt theo phương ngang hình thành do tải phân bố không đều dọc theo thành tường

2.1 Tính toán tường vây theo phương pháp giải tích

2.1.1 Tính tường vây panel theo nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai,

Trong đó, R0 = bán kính trung bình của tường

Ứng suất vòng trong tường:

N pR0

   (2.2) Biến dạng:

Độ co ngắn chu vi tường:

2 0 0

pR l

E e p

K

 

 (2.6) Tương tự độ cứng của dầm vòng Kh

2 0/

Eh : Modulus bê tông dầm vòng

Cách tính thứ 2: Tường vây xem như tấm trên nền đàn hồi

Hình 2 3 Tấm trên nền đàn hồi

Xét trong không gian thì tường vây được xem như tấm trên nến đàn hồi Khi xét trong không gian thì phản ánh đúng quá trình chịu lực thực tế của tường hơn là trong mặt phẳng nhưng cách tính thứ 1 Lúc này áp lực đất lên chân tường dưới đáy hố đào xem như những lò xo với độ cứng:

(2.8)

kH : hệ số nền theo phương ngang

z : khoảng cách theo phương đứng của các lò xo đến đáy hố đào

b, h : khoảng cách theo phương ngang và đứng của các lò xo

2.1.2 Tính toán tường panel theo Malcolm Puller

Xét 3 điểm vòng của 2 panel liên tiếp nhau chịu tải phân bố đều p Theo phương ngang tại các điểm nút:

28

pl H

f



(2.9) và cos

H N





(2.10)

pl H

f



(2.18) và cos

H N





(2.19)2

8 cos

pl N

 

(2.20)Kiểm tra moment trong panel

20.75

2.1.3 Tính toán dầm vòng theo Timoshenke và Goodier

Các dầm vòng được gia cường bên trong theo chu vi tường để tăng cường độ cứng cho tường và liên kết các tấm panel tường làm việc chung với nhau Các dầm vòng đóng vai trò như hệ chống Theo lý thuyết đề xuất bởi Timoshenke và Goodier thì độ cứng giới hạn của các dầm vòng:

3 105

u

KEI W

R



 (kN/m) (2.22) Trong đó:

+ K hệ số phụ thuộc vào độ cứng, K=3 cho cả trong đất và nước

+ E modulus của vật liệu làm dầm vòng

+ I moment quán tính của dầm vòng

+ R bán kính của dầm vòng

Với hệ số an toàn làm việc của dầm vòng là 2 thì độ cứng giới hạn của các dầm vòng:

1.510

u

EI W

R





 (2.23)Theo như báo cáo của Ciria đề nghị chiều cao của dầm vòng không được nhỏ hơn D/35, với D là đường kính trong của tường Báo cáo cũng đề nghị cụ thể tải trọng phân

bố an toàn lên từng kích thước dầm vòng và cốt thép bố trí trong dầm vòng theo đường kính hố đào

Bảng 2 1 Tải trọng an toàn tác dụng lên dầm vòng

600x400 10Ø20

750x500 10Ø 25

900x600 14Ø20

1050x700 20Ø20

2.2 Tính toán tường vây theo phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis)

2.2.1 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis

2.2.1.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous”

Một trong những tính chất khác biệt giữa đất và các vật liệu khác là trong đất tồn tại các dạng vật chất ở ba thể khác nhau: thể rắn (hạt đất), thể lỏng (nước), thể khí (không khí) Đặc biệt là nước gây nên áp nước lỗ rỗng làm ảnh hưởng to lớn đến ứng

xử của đất nền Do đó để mô phỏng ứng xử của đất nền trong sự tương tác giữa kết cấu hạt đất với nước trong đất việc phân loại đất nền thành ba loại: thoát nước (Drained), không thoát nước (Undrained), và không thấm (Non-porous) là cần thiết

Khi đất một lớp đất nền được chọn là loại vật liệu thoát nước áp lực nước lỗ rỗng

sẽ không được tạo ra trong đất, các tải ngoài sẽ chuyển toàn bộ vào ứng suất hữu hiệu của đất nền Loại vật liệu này được sử dụng cho những lớp đất nền khô ráo (bên trên mực nước ngầm), các loại đất nền có hệ số thấm cao, hay trong các phân tích công trình ở trạng thái lâu dài mà không cần kể đến tính thấm kém của đất nền và thời gian

Đối với thuộc tính non-porous thì cả áp lực nước ban đầu và áp lực nước lỗ rỗng đều không được tạo ra trong vật liệu này Thuộc tính này thường kết hợp với kiểu mô hình đàn hồi dùng để mô phỏng các loại vật liệu bê tông, xi măng đất … Đối với loại vật liệu này không có sự phân biệt giữa dung trọng tự nhiên và dung trọng bão hoà Việc lựa chọn loại vật liệu trong quá trình phân tích một bài toán là rất quan trọng vì nó quyết định ứng xử của đất nền và phương pháp phân tích Do đó việc lựa chọn loại vật liệu theo những kinh nghiệm và cảm nhận chủ quan của người phân tích dựa trên hệ số thấm, loại đất có thể dưa đến những kết quả phân tích không tin cậy Vermeer & Meier (1998) đã đưa ra một công thức giúp xác định loại vật liệu trong qua trình phân tích hố đào sâu

- t: thời gian thi công

Khi T <0.1 đất nền ứng xử không thoát nước, T>0.4 đất nền ứng xử thoát nước

2.2.1.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà

Dung trọng không bão hoà (unsat) và dung trọng bão hoà (sat) là dung trọng

đơn vị của đất nền bao gồm cả nước trong các lỗ rỗng của kết cấu khung hạt đất Dung

trọng không bão hoà đại diện cho dung trọng đơn vị của lớp đất nằm trên mực nước

ngầm và dung trọng bão hoà là cho lớp đất nằm dưới mực nước ngầm Trong thực tế

thì lớp đất nằm trên mực nước ngầm không hoàn toàn khô ráo do hiện tượng mao dẫn

do đó không nên gán thông số dung trọng không bão hoà là dung trọng khô của đất mà

nên chọn là dung trọng tự nhiên của đất Dung trọng bão hoà được tính toán thông qua

một công thức tương quan với các thông số khác

- : dung trọng nước

- Gs: tỉ trọng hạt

- e: hệ số rỗng

2.2.1.3 Hệ số thấm

Hệ số thấm có ý nghĩa to lớn trong phân tích cố kết và phân tích dòng thấm

Plaxis phân biệt giữa hệ số thấm ngang kx và hệ số thấm đứng ky, trong thực tế phân

tích thì ta thường không phân biệt giữa thấm đứng và thấm ngang để đơn giản tính

toán Các loại đất khác nhau thì hệ số thấm thay đổi rất lớn từ khoảng 10-1(sỏi sạn) đến

10-10(sét chặt) m/s, tuy nhiên trong plaxis chỉ cho phép sự sai khác giữa các lớp đất

mô hình Soft Soil Creep

2.2.1.4 Thông số độ cứng của đất nền

Biến dạng của đất nền là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong địa kỹ

thuật Khác với những loại vật liệu đàn hồi, giới hạn cường độ thường đạt trước giới

hạn về biến dạng, đất là một loại vật liệu đàn dẻo có tính nhớt do đó giới hạn về biến

dạng thường xảy ra đồng thời hay trước giới hạn về cường độ gây mất ổn định cho

công trình Vì vậy thông số về độ cứng của đất nền là thông số quan trọng trong các

mô hình tính toán

Độ cứng của đất nền bao gồm các thông số là mô-đun E, mô-đun biến dạng cắt

G, mô-đun biến dạng thể tích K và hệ số Poisson ν Theo lý thuyết đàn hồi các thông

số này có mối liên hệ với nhau thông qua biểu thức sau:

một giá trị cố định Tuỳ theo phương pháp xác định ta có mô-đun tiếp tuyến hay cát

tuyến trong các đường cong ứng suất biến dạng, ứng với các mức độ biến dạng ta lại

có các giá trị mô-dun E của đất nền khác nhau, nếu xét đến biến dạng tổng và biến

dạng đàn hồi thì mô-đun E lại phân thành mô-đun biến dạng và mô-đun đàn hồi Đất

nền là vật liệu không đẳng hướng nên ứng với các phương khác nhau giá trị mô-đun

lại khác nhau.Ứng với các lộ trình ứng suất ta lại có các mô-đun E dỡ tải, nén lại và

mô-đun E nén chính

Mô-đun E oedonmeter là mô-đun của đất nền được xác định từ thí nghiệm nén cố

kết Theo lý thuyết đàn hồi, mô-đun oedonmeter và mô-đun đàn hồi liên hệ với nhau

tính thoát nước và không thoát nước của đất nền ta lại phân ra thành thông số độ cứng

hữu hiệu (E’, G, K’, ) và thông số độ cứng không thoát nước (Eu, G, Ku, u)

u u

E

(2.32) Mỗi loại đất nền thì có rất nhiều thông số giá trị độ cứng, do đó ứng với mỗi mô

hình đất nền và cách phân tích đòi hỏi người phân tích phải nắm rõ để lựa chọn được

thông số phù hợp Mặt khác, kết quả khảo sát địa chất và kết quả thí nghiệm các mẫu

đất trong phòng không phải lúc nào cũng đáp ứng đầy đủ các thông số cần thiết cho

người phân tích vì vậy người phân tích cần phải có kinh nghiệm và sự hiểu biết để tìm

ra những thông số độ cứng đó thông qua các mối tương quan với các thông số

khác(thông thường là chỉ số SPT-N hay sức kháng cắt không thoát nước Su)

2.2.1.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền

Nếu như thông số độ cứng quyết định biến dạng của đất nền thì thông số sức

kháng cắt, chủ yếu là c và φ, quyết định cường độ của đất nền và mặt chảy dẻo trong

các mô hình nền Trong Plaxis, tuỳ theo phương pháp và mục đích phân tích mà thông

số sức chống cắt có thể thoát nước (c’, φ’) hay không thoát nước(cu, φu=0)

Thông số sức chống cắt thoát nước có thể sử dụng cả trong trường hợp loại đất

nền được thiết lập là thoát nước (Drained) và không thoát nước (Undrained) Tuy

nhiên việc sử dụng sức chống cắt thoát nước trong trường hợp đất nền được thiết lập là

không thoát nước có thể dẫn đến sự sai lệch giữa thông số sức chống cắt không thoát

nước trong mô hình và trong thực tế vì sự khác biệt về lộ trình ứng suất giữa mô hình

và thực tế Đặc biệt trong mô hình Morh-Coulomb, sự kết hợp này dẫn đến việc sức

chống cắt không thoát nước trong mô hình lớn hơn thực tế Trong các mô hình tiên

tiến hơn (Hardening Soil Model, Soft Soil Creep…) thì mô phỏng tốt hơn mô hình

Morh-Coulomb nhưng trong mọi trường hợp cần có sự so sánh giữa việc tính toán từ

mô hình với sức chống cắt không thoát nước thực tế ( 1 3 2 )c u Ở một khía cạnh

khác, sự kết hợp này giúp người phân tích thấy được sự thay đổi sức chống cắt theo

quá trình cố kết Plaxis cũng có thể phân tích khi thông số sức chống cắt thoát nước

c’=0, tuy nhiên trong một số trường hợp thì không nên vì sẽ gây những phức tạp trong

ma trận tính toán Do đó, đối với những người chưa có kinh nghiệm nên nhập giá trị c’

nhỏ nhất là 0.2 KPa

Sức chống cắt không thoát nước sử dụng được trong trường hợp đất nền được

thiết lập là không thoát nước trong các mô hình nền là Morh-Coulomb và Hardening

Soil Khi đất nền được thiết lập là thoát nước kết hợp với thông số sức chống cắt

không thoát nước thì đây là trường hợp phân tích ứng suất tổng chỉ ứng dụng được cho

mô hình Morh-Coulomb Trong các trường hợp này, thì sức chống cắt của đất nền

không phụ thuộc vào trạng thái ứng suất và lộ trình ứng suất

Một thông số cũng liên quan đến sức chống cắt là góc giãn nở ở ψ (psi) Góc giãn

nở ở ψ chỉ được chú ý đến đối với những loại đất sét cố kết nặng và đất cát chặt Khi

góc ma sát nhỏ hơn 30 độ thì góc giãn nở bằng 0 Trong trường hợp đất cát từ khoáng

thạch anh thì góc giãn nở có thể tính gần đúng ψ=φ-30 Khi đất nền thiết lập là không

thoát nước thì việc sử dụng góc giãn nở nên cẩn thận vì sẽ đưa đến trường hợp không

xác định được cường độ của đất nền

2.2.2 Các mô hình đất nền trong Plaxis

Có rất nhiều mô hình nền trong Plaxis, tuy nhiên trong luận văn này chỉ tập trung

nghiên cứu và phân tích trên hai mô hình nền: Morh-Coulomb Model và Hardening

Soil Model

2.2.2.1 Mô hình Morh-Coulomb

Tổng quát về mô hình

Mô hình Morh-Coulomb là mô hình đàn dẻo lý tưởng Mô hình này thích hợp

cho mọi loại đất Vì tính đơn giản và dễ sử dụng mà mô hình này thường được sử dụng

trong giai đoạn đầu của quá trình tính toán Trong các trường hợp trạng thái ứng suất,

thì quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong mô hình là tuyến tính trong miền đàn hồi

được mô tả thông qua 2 thông số độ cứng mô-đun Young E và hệ số Poisson ν Trong

khi đó tiêu chuẩn về phá hoại của của đất nền được qui định bởi hai thông số sức

chống cắt c, φ

Trong mô hình Plaxis biến dạng được định nghĩa gồm hai thành phần: biến dạng

đàn hồi e và biến dạng dẻo p

(2.33) Theo lý thuyết đàn hồi:

1 D e e D e(  p) (2.34)

e

D là ma trận độ cứng trong lý thuyết đàn hồi phụ thuộc vào mô-dun E và ν

Biến dạng dẻo p được tính toán thông qua công thức:

1

3 2 3

2

g

1 3 1

1

2 1 2

1

g

λ là hệ số dẻo (plastic multiplier) Khi đàn hồi hoàn toàn thì λ=0, khi dẻo thì λ>0

Hình 2 4 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn dẻo lý tưởng

Smith & Griffith, 1982; Vermeer & de Borst, 1984 đã đưa ra phương trình thể

hiện mối liên hệ giữa ứng suất hữu hiệu và biến dạng trong mô hình đàn dẻo

' ' ( 2

1 ' ' 2

1

3 2 3

2

f

0 cos sin ).

' ' ( 2

1 ' ' 2

1

1 3 1

3

f (2.39)

0 cos sin ).

' ' ( 2

1 ' ' 2

1

2 1 2

Xác định thông số cho mô hình

Ngoài những thông số cơ bản của đất nền như dung trọng, hệ số thấm theo các

phương thì thông số quan trọng nhất trong mô hình Morh-Coulomb là thông số độ

cứng E, ν và thông số sức chống cắt c, φ, ψ

a Độ cứng

Thông số mô-đun E của đất nền thay đổi theo trạng thái và lộ trình ứng suất, mô–

đun E trong giai đoạn dỡ tải và nén lại thì lớn hơn trong giai đoạn nén chính Phương

pháp phân tích thì quyết định thông số độ cứng là thoát nước hay không thoát nước

Tuy nhiên trong mô hình Morh – Coulomb thì chỉ có một giá trị E do đó tuỳ theo dạng

công trình và mục đích phân tích mà chọn giá trị E cho hợp lý

Plaxis đưa ra hai lựa chọn để nhập thông số độ cứng: Eref kết hợp với ν và Eoed

kết hợp với mô-đun chống cắt G

+ Eref là mô-đun đàn hồi cát tuyến được xác định từ thí nghiệm ba trục cố kết

thoát nước với cấp chọn áp lực buồng σ3 phù hợp với trạng thái thực tế của lớp đất

Hình 2 5 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước

+ Hệ số Poisson ν sẽ được xác định thông qua mối liên hệ với hệ số áp lực ngang

tỉnh K0

0 1

h v

K

    (2.40) Theo Jaky hệ số K0= 1-sinφ

Trong các trường hợp thông thường ν trong khoảng 0.3 đến 0.4, trong trường hợp

dở tải thì trong khoảng 0.15 đến 0.25 và trong trường hợp không thoát nước thì ν là 0.5

+ Eoed là mô-dun tiếp tuyến được xác định từ thí nghiệm nén cố kết ứng với áp

lực σ1 phù hợp với trạng thái thực tế của lớp đất

Hình 2 6 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết

+ Trong thực tế thì mô-đun của đất nền phụ thuộc vào ứng suất nhưng trong mô

hình Morh-Coulomb thì chỉ có một giá trị E Do đó trong phần nâng cao của mô hình

Plaxis đã cung cấp thêm tính năng gia tăng mô-đun E theo độ sâu để điều chỉnh mô

hình cho phù hợp

E actual E ref y ref y E increment y y ref

(2.41)

b Thông số sức chống cắt

Thông số sức chống cắt trong mô hình cũng được phân chia thành 2 dạng thoát

nước và không thoát nước tuỳ theo mục đích và phương pháp phân tích

Các thông số sức chống cắt thoát nước được lấy từ thí nghiệm 3 trục cố kết và

thoát nước hay lấy các giá trị sức chống cắt hữu hiệu trong thí nghiệm 3 trục cố kết

không thoát nước Trong trường hợp lớp đất không có thí nghiệm 3 trục CU, CD có

thể lấy từ thí nghiệm cắt trực tiếp nhưng độ tin cậy không cao

Thông số sức chống cắt không thoát nước không kể đến góc ma sát trong của đất

nền φu=0 mà chỉ kể đến lực dính của đất Cu Giá trị Cu được lấy thông qua các thí

nghiệm ba trục không thoát nước, thí nghiệm cắt cánh ngoài hiện trường hay trong

phòng, thí nghiệm nén 1 trục nở hông …

Đối với những lớp cát chặt hay sét qua cố kết thì có tồn tại góc giãn nở ở ψ

Thông thường ta chọn giá trị ψ=φ-30 Còn trong các trường hợp khác góc giãn nở

bằng 0

Plaxis cũng cấp thêm tính năng gia tăng lực dính của đất theo độ sâu trong phần

nâng cao của mô hình

C actual C ref y ref y C increment y y ref

(2.42)

2.2.2.2 Mô hình Hardening Soil

Tổng quát về mô hình

Mô hình Hardening Soil là mô hình tiên tiến được sử dụng để mô phổng ứng xử

của cả đất cứng lẫn đất mềm So với mô hình đàn dẻo lý tưởng (Morh-Coulomb

Model) thì mặt dẻo của mô hình này không cố định trong không gian ứng suất chính

mà mở rộng ra theo giá trị biến dạng dẻo Sự tái bền của đất nền trong mô hình được

thể hiện và phân loại thành hai dạng: sự tái bền chống cắt (Shear hardening) và sự tái

bền chống nén (Compression hardening) Sự tái bền chống cắt là kết quả của việc biến

dạng dẻo của đất nền dưới tác dụng của ứng suất lệch trong khi đó sự tái bền chống

nén là kết quả của việc biến dạng không phục hồi do nén chính

Đối với mô hình Hardening Soil có sự phân biệt mô-đun của đất theo trạng thái

ứng suất và lộ trình ứng suất: E50 qui định biến dạng dẻo do ứng suất lệch, E oed qui

định biến dạng dẻo do ứng suất nén chính, E ur qui định biến dạng đàn hồi trong quá

trình dở tải và nén lại Các giá trị E không phải là một hằng số đối với một loại đất mà

thay đổi phụ thuộc vào ứng suất Sự thay đổi độ cứng của đất nền được thể hiện bằng

một hàm mũ (m) với biến là ứng suất tại vị trí đang xét

3

50 50

m p ref

m p ref

m p ref

Eref là giá trị mô đun của đất nền tương ứng với giá trị ứng suất (σ1, σ3) của đất

nền là pref (thông thường chọn giá trị pref=100 Kpa) C, φp là các thông số sức chống cắt

của đất nền

Ý tưởng cơ bản cho các phương trình của mô hình Hardening Soil đó là mối liên

hệ hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng thẳng đứng trong thí nghiệm nén ba

trục Khi áp ứng suất lệch, độ cứng của đất sẽ giảm và biến dạng dẻo sẽ phát triển Đặc

biệt trong thí nghiệm 3 trục thoát nước mối quan hệ giữa ứng suất lệch và biến dạng

thẳng đứng theo hàm Hyperpolic thể hiện một cách rõ ràng nhất

qf là ứng suất lệch phá hoại được xác định từ tiêu chuẩn phá hoại Morh-Coulomb

được xác định thông qua thông số chống cắt c, φp

E50 là mô-đun được xác định theo (2.43)

Hình 2 7 Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục

trong thí nghiệm 3 trục thoát nước

Trong không gian ứng suất chính thì vùng giới hạn đàn hồi của mô hình được qui

định bởi mặt dẻo (Yield Surface) và mặt nón dẻo (Cap yield Surface)

+ Phương trình của mặt dẻo:

p a

q f

p a

q f

Eur là mô-đun đàn hồi trong quá trình nén lại và dở được xác định theo (2.45)

+ Phương trình của mặt nón dẻo:

sin sin

Vùng không gian đàn hồi của mô hình Hardening Soil không cố định mà có thể mở

rộng ra đến mặt phá hoại Morh-Coulomb Kích thước mặt dẻo của không gian đàn hồi

phụ thuộc vào biến dạng cắt dẻo mà đất nền đã từng chịu trong quá khứ Kích thước

mặt nón dẻo thì phụ thuộc và áp lực tiền cố kết Đây chính là sự phỏng của mô hình

liên quan đến hiện tượng tái bền của đất nền trong thực tế

Mặt dẻo (Yield surface)

Mặt nón dẻo (Cap yield surface)

Xác định thông số cho mô hình

Ngoài những thông số cơ bản của đất nền như dung trọng, hệ số thấm, những thông số quan trọng cần phải xác định trong mô hình Hardening Soil là thông số độ cứng và thông số sức chống cắt Tương tự như mô hình Morh-Coulomb, thông số sức chống cắt của mô hình Hardening Soil cũng được phân thành thoát nước hay không thoát nước và việc chọn lựa những thông số này cũng phụ thuộc vào phương pháp và mục đích phân tích Vấn đề đáng quan tâm trong việc lựa chọn thông số cho mô hình Hardening Soil chính là lựa chọn thông số độ cứng

Như đã trình bày trong 2.2.2.1 thì mô đun đất nền trong mô hình Hardening soil phân thành 3 dạng (E50, Eoed, Eur) và phụ thuộc vào ứng suất Những thông số cần khai báo cho mô hình là các Eref tương ứng với một giá trị pref và hệ số mũ (m)

+ Thông số E50ref

Thông số 50ref

E được xác định thông qua thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước Ứng với giá trị áp lực buồng σ3 bằng với giá trị pref, ta vẽ được mối liên hệ giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục ε1 trong hệ trục (ε1, q) E50ref chính là mô-đun cát tuyến tường ứng với giá trị q=qf/2

oed

E chính là mô-đun tiếp tuyến tương ứng với với giá trị σ1=pref

qf q