Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô hình mohr coulomb và soft soil

Thực tế có một hạn chế là cả 4 công trình trên đều chỉ được thí nghiệm nén tĩnh với 2 chu kỳ đến 200% tải trọng thiết kế nhằm kiểm tra sức chịu tải thiết kế mà thôi.. Với mong muốn có th

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-[ \ -

PHAN MINH TÚ

MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG

MÔ HÌNH MOHR-COULOMB VÀ SOFT SOIL

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11- 2012

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS CHÂU NGỌC ẨN

TS TRẦN XUÂN THỌ Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 25 tháng 02 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau

khi luận văn đã được sửa chữa

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : PHAN MINH TÚ MSHV: 10090376

Ngày, tháng, năm sinh: 01 - 6 - 1976 Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật Xây dựng Mã số : 605860

I TÊN ĐỀ TÀI: Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô hình Mohr – Coulomb và Soft Soil

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ : Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc sử dụng chương trình Plaxis 2D

V8.5 và Plaxis 3D Tunnel V1.2 Từ đó, xác định sức chịu tải của cọc

2 Nội dung : Mở đầu

-Chương 1: Tổng quan về cọc chịu nén và thí nghiệm nén tĩnh cọc

-Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc đứng của cọc bê tông và phương

pháp phần tử hữu hạn

-Chương 3: Tính toán sức chịu tải và mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn thạc sỹ, học viên đã nhận được

ở các Thầy một khối lượng lớn kiến thức trong lĩnh vực chuyên ngành Những kiến thức quý báu này không những giúp học viên nâng cao và thay đổi nhận thức trong chuyên môn mà hơn thế nữa, đã giúp học viên ngày càng tin vào chính bản thân mình

Xin gởi đến tất cả quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền móng - Khoa Kỹ thuật Xây Dựng - Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành

Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Châu Ngọc Ẩn và TS Trần Xuân Thọ, những người thầy rất tâm huyết, đã trực tiếp hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình học viên thực hiện luận văn

Cuối cùng xin được gửi lời biết ơn đến gia đình tôi, những người đã luôn tin tưởng, động viên và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Trình độ còn nhiều hạn chế, do đó luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, bản thân tác giả sẽ cố gắng hoàn thiện hơn trong nghiên cứu tiếp theo Mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ thầy cô và đồng nghiệp

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2012

Học viên

PHAN MINH TÚ

Trang 5

TÓM TẮT

Trong luận văn này, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hạn với mô hình Mohr – Coulomb (2D, 3D) và Soft Soil để mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc trên 4 công trình tại thành phố Cần Thơ

Kết quả phân tích từ mô phỏng trên cho thấy rằng, đối với nền đất yếu khu vực thành phố Cần Thơ, mô hình Soft Soil cho kết quả gần với kết quả thí nghiệm nén tĩnh hơn so với mô hình Mohr – Coulomb

Thực tế có một hạn chế là cả 4 công trình trên đều chỉ được thí nghiệm nén tĩnh với

2 chu kỳ (đến 200% tải trọng thiết kế) nhằm kiểm tra sức chịu tải thiết kế mà thôi Do đó, đường quan hệ tải trọng - chuyển vị thu được chưa xuất hiện những điều kiện để có thể xác định sức chịu tải cực hạn của cọc

Với mong muốn có thể xác định sức chịu tải cực hạn của cọc bằng mô phỏng, tác giả đã tiến hành hiệu chỉnh kích thước cọc sao cho trong giai đoạn tải thí nghiệm từ 0 – 200% tải trọng thiết kế thì đường cong tải trọng - chuyển vị từ việc mô phỏng tiệm cận với đường cong từ thí nghiệm thực tế

Với mô hình Soft Soil, khi mô tả kích thước cọc (phần tử Soil & Interfaces), tăng đường kính cọc gấp 1,3 lần đường kính thực tế thì đường cong tải trọng - chuyển vị từ

mô phỏng gần sát nhất với đường cong từ thí nghiệm thực tế Từ đó, tiếp tục gia tăng tải lên đầu cọc mô hình trên cho đến khi đường cong này xuất hiện hoặc điểm uốn; hoặc chuyển vị lớn hơn 10%D Căn cứ đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị này, có thể xác định sức chịu tải cực hạn của cọc

Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc từ mô phỏng phân tích bằng phần tử hữu hạn cho kết quả khá chính xác, và có thể sử dụng để ước lượng sức chịu tải của cọc thay cho các phương pháp truyền thống khác

Trang 6

ABSTRACT

In this thesis, the Finite Element method with Mohr-Coulomb (2D, 3D) and Soft Soil models has been used to simulate the static load test on concrete piles on the four projects in Can Tho city

The analysis results from the simulation show that results with Soft Soil model are closer to the measured results for the soft soils in Can Tho City area

In fact, there was a limit that 4 projects on both were conducted the static load test with only two cycles (up to 200% of the design load) to check the design load only Therefore, the ultimate bearing capacity of pile can not be determined from the relation

of load and displacement curves

Wishing to be able to identify the ultimate bearing capacity of the pile by simulation, the author undertook to edit the size of the pile so that during 0 - 200% of the design load, the load – displacement curves from the simulation are similar with the curves from the actual test

With Soft Soil model, describing the pile size (Soil & Interfaces element), an increase of 1.3 times of the actual pile diameter, the load - displacement curve with the simulation is closer to the curves from the actual test Since then, the load continues to rise to the top of the pile in the model until this curve appears inflection point, or the displacement reaches more than 10% D Pursuant to the load - displacement curve , the ultimate bearing capacity of the pile can be determined

Determining the bearing capacity of the pile from the simulation by Finite Element method gives fairly accurate results and can be used to estimate the load capacity of the pile instead of the traditional method

Trang 7

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2012

Tác giả

PHAN MINH TÚ

Trang 8

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1. Đặt vấn đề nghiên cứu 1

2. Mục đích nghiên cứu 1

3. Phương pháp nghiên cứu 1

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5. Giới hạn của đề tài 2

Chương 1 3

TỔNG QUAN VỀ CỌC CHỊU NÉN VÀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC 3

1.1 Tổng quan về cọc chịu nén 3

1.1.1 Định nghĩa cọc : 3

1.1.2 Phân loại cọc 3

1.2 Tổng quan thí nghiệm nén tĩnh cọc 4

1.2.1 Giới thiệu thí nghiệm nén tĩnh 4

1.2.3 Kết quả thí nghiệm 8

Chương 2 9

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI ĐỨNG CỦA CỌC BÊ TÔNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 9

2.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu 9

2.2 Sức chịu tải dọc trục cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền 10

2.3 Sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm nén tĩnh 11

2.3.1 Quy trình thí nghiệm 11

2.3.2 Xác định sức chịu tải cực hạn Q u của cọc đứng 13

2.3.3 Xác định sức chịu tải cho phép Q a của cọc đứng 15

2.4 Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn 16

2.4.1 Giới thiệu 16

2.4.2 Mô hình hình học 16

2.4.3 Phần tử 17

2.4.4 Lưới phần tử 19

2.4.5 Mô hình vật liệu 19

Trang 9

2.4.6 Thực hiện tính toán 23

Chương 3 24

TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI VÀ MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 24

3.1 Công trình 1 : Trường Đại học Tây Đô 25

3.1.1 Giới thiệu công trình 25

3.1.2 Đặc điểm địa chất công trình 26

3.1.3 Xác định sức chịu tải cọc theo vật liệu 28

3.1.4 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền 28

3.1.5 Kết quả thí nghiện nén tĩnh cọc 30

3.1.6 Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phương pháp PTHH 30

3.1.7 So sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh và mô phỏng bằng pp PTHH 38

3.2 Công trình 2 : Bệnh viện Nhi Đồng Cần Thơ 39

3.3 Công trình 3: Cảng Cần Thơ 45

3.4 Công trình 4 : Nhà khách Cần Thơ 51

Trang 10

3.5 Tổng hợp kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH 57

3.6 So sánh chuyển vị từ thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp PTHH 58

3.7 Hiệu chỉnh số liệu đầu vào 59

3.7.1 Công trình 1 : Đại học Tây Đô – Mô hình Soft Soil 2D; k = 1,3 61

3.7.2 Công trình 2 : Bệnh viện Nhi Đồng – Mô hình Soft Soil 2D; k = 1,3 61

3.7.3 Công trình 3 : Cảng Cần Thơ – Mô hình Soft Soil 2D; k = 1,3 62

3.7.4 Công trình 4 : Nhà khách Cần Thơ – Mô hình Soft Soil 2D; k = 1,3 63

3.7.5 Tổng hợp kết quả chuyển vị đầu cọc sau hiệu chỉnh đường kính cọc 64

3.8 Xác định sức chịu tải cực hạn Q u của cọc bằng phương pháp PTHH 65

3.8.1 Công trình 1 : Đại học Tây Đô 66

3.8.2 Công trình 2 : Bệnh viện Nhi Đồng 66

3.8.3 Công trình 3 : Cảng Cần Thơ 67

3.8.4 Công trình 4 : Nhà khách Cần Thơ 68

3.9 So sánh các phương pháp tính toán sức chịu tải cực hạn Q u của cọc 69

3.10 So sánh các phương pháp tính toán sức chịu tải cho phép Q a của cọc 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

Kết luận 74

Kiến nghị 75

Hướng nghiên cứu tiếp theo 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 78

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 78

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 78

Trang 11

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 : Cọc bê tông tiền chế 3

Hình 1 2 : Cọc thép 4

Hình 1 3 : Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh 4

Hình 1 4 : Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh cọc 1

Hình 1 5 : Cọc thử 1

Hình 1 6 : Kích thuỷ lực 1

Hình 1 7 : Chuyển vị kế 1

Hình 1 8 : Bệ chuẩn 7

Hình 2 1 : Xác định Q u bằng phương pháp đồ thị 13

Hình 2 2 : Xác định Qu theo phương pháp của SNIP2 1

Hình 2 3 : Xác định Q u theo Canadian Foundation Engineering Manual 1

Hình 2 4 : Mô hình bài toán 2D 16

Hình 2 5 : Mô hình bài toán 3D Tunnel 17

Hình 2 6 :Phần tử tam giác 6 nút 17

Hình 2 7 : Phần tử nêm 15 nút 17

Hình 2 8 : Sơ đồ ứng suất - biếng dạng mô hình Mohr – Coulomb 19

Hình 2 9 : Xác định giá trị E 0 và E 50 từ thí nghiệm nén ba trục CD 20

Hình 2 10 : Các vòng tròn Mohr ứng suất giai đoạn chảy dẻo 21

Hình 2 11 : Hình quan hệ logarit giữa biến dạng thể tích và ứng suất trung bình 21

Hình 2 12 : Mặt cong của mô hình Soft Soil trong mặp phẳng p’ – q 22

Hình 2 13 : Tổng biên các đường cong của MC Soft Soil trong không gian ứng suất chính.22 Hình 3 1 : Sơ đồ hình trụ hố khoan công trình Đại học Tây Đô 27

Hình 3 2 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị từ thí nghiệm nén tĩnh 30

Hình 3 3 : Xác định mô đun biến dạng theo độ sâu mẫu đất 31

Hình 3 4 : Giá trị tải trọng đầu vào mô hình đối xứng trục 35

Hình 3 5 : Giá trị tải trọng đầu vào mô hình 3D Tunnel 35

Hình 3 6 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Mohr Coulomb, Plaxis 2D Axisymmetry 36

Hình 3 7 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Soft Soil, Plaxis 2D Axisymmetry 37

Hình 3 8 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Mohr – Coulomb, Plaxis 3D Tunnel 37

Hình 3 9 : Biểu đồ so sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh và kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH; công trình Đại học Tây Đô 38

Hình 3 10 : Sơ đồ hình trụ hố khoan công trình Bệnh viện Nhi Đồng .39

Hình 3 11 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị từ thí nghiệm nén tĩnh 41

Hình 3 12 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Mohr Coulomb, Plaxis 2D Axisymmetry 42

Trang 12

Hình 3 13 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Soft

Soil, Plaxis 2D Axisymmetry 43

Hình 3 14 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Mohr

– Coulomb, Plaxis 3D Tunnel 43

Hình 3 15 : Biểu đồ so sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh và kết quả mô phỏng bằng phương

pháp PTHH; công trình Bệnh viện Nhi Đồng Cần Thơ 45

Hình 3 16 : Sơ đồ hình trụ hố khoan công trình Cảng Cần Thơ 46 Hình 3 17 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị từ thí nghiệm nén tĩnh 47 Hình 3 18 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Mohr

Coulomb, Plaxis 2D Axisymmetry 48

Hình 3 21 : Biểu đồ so sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc và kết quả mô phỏng bằng

phương pháp PTHH; công trình Cảng Cần Thơ 51

Hình 3 22 : Mặt cắt địa chất công trình Nhà khách Cần Thơ 51 Hình 3 23 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị từ thí nghiệm nén tĩnh 53 Hình 3 24 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Mohr

Coulomb, Plaxis 2D Axisymmetry 54

Hình 3 27 : Biểu đồ so sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc và kết quả mô phỏng bằng

phương pháp PTHH; công trình Nhà khách Cần Thơ 57

Hình 3 28 : Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị thí nghiệm nén tĩnh và mô phỏng bằng

phương pháp PTHH 58

Hình 3 29 : Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị giữa thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp

PTHH 59

Soil 2D với hiệu chỉnh k = 1,3 61

Hình 3 31 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị với hiệu chỉnh k = 1,3 61 Hình 3 32 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Soft

Hình 3 33 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị ;Công trình 2; k = 1,3 62 Hình 3 34 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Soft

Hình 3 35 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị; Công trình 3; k = 1,3 63 Hình 3 36 : Sơ đồ chuyển vị cọc và biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị theo mô hình Soft

Hình 3 37 : Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị; Công trình 4; k = 1,3 64

Trang 13

Hình 3 38 : So sánh kết quả chuyển vị đầu cọc sau khi hiệu chỉnh với chuyển vị theo thí

nghiệm nén tĩnh 65

Hình 3 39 : Xác định Q u bằng phương pháp PTHH; công trình : Đại học Tây Đô 66

Hình 3 40 : Xác định Q u bằng phương pháp PTHH; công trình Bệnh viện Nhi Đồng 67

Hình 3 41 : Xác định Q u bằng phương pháp PTHH; công trình Cảng Cần Thơ 68

Hình 3 42 : Xác định Q u bằng phương pháp PTHH; công trình Nhà khách Cần Thơ 69

Hình 3 43 : Biểu đồ so sánh kết quả tính toán sức chịu tải cực hạn cọc 70

Hình 3 44 : Biểu đồ so sánh kết qủa tính toán sức chịu tải cực hạn cọc 70

Hình 3 45 : Biểu đồ so sánh kế quả tính toán sức chịu tải cực hạn cọc 71

Hình 3 46 : Biểu đồ so sánh kết quả tính toán sức chịu tải cực hạn cọc 71

Hình 3 47 : Biểu đồ so sánh kết quả tính toán sức chịu tải cho phép cọc 72

Trang 14

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 : Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn 13

Bảng 3 1 : Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu 28

Bảng 3 2 : Kết quả tính toán thành phần ma sát 29

Bảng 3 3 : Kết quả tính toán thành phần kháng mũi 29

Bảng 3 4 : Số liệu quan trắc từ thí nghiệm nén tĩnh 30

Bảng 3 5 : Bảng tính quy đổi trọng lượng riêng và module đàn hồi cọc 33

Bảng 3 6 : Bảng tính quy đổi trọng lượng riêng và module đàn hồi cọc 33

Bảng 3 7 : Số liệu đầu vào Plaxis 2D mô hình Mohr - Coulomb 34

Bảng 3 8 : Số liệu đầu vào Plaxis 2D mô hình Soft Soil 34

Bảng 3 9 : Các phase tính toán mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh bằng Plaxis 36

Bảng 3 10 : So sánh các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp PTHH 38

Bảng 3 11: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu 40

Bảng 3 15 : Số liệu đầu vào Plaxis 2D mô hình Mohr – Coulomb 41

Bảng 3 17 : So sánh các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp PTHH 44

Bảng 3 18 : Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu 46

Bảng 3 22 : Số liệu đầu vào Plaxis 2D mô hình Mohr – Coulomb 47

Bảng 3 24: So sánh các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp PTHH 50

Bảng 3 25: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu 52

Bảng 3 28: Số liệu quan trắc từ thí nghiệm nén tĩnh 53

Bảng 3 29: Số liệu đầu vào Plaxis 2D mô hình Mohr – Coulomb 53

Bảng 3 31: So sánh các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp PTHH 56

Bảng 3 32 : Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị thí nghiệm nén tĩnh và phương pháp PTHH 57 Bảng 3 33: Bảng hiệu chỉnh đường kính cọc cho mô hình Plaxis 2D Soft Soil 60

Bảng 3 34: Chuyển vị đầu cọc theo mô hình Soft Soil 2D, 65

Bảng 3 35 : Kết quả tính toán sức chịu tải cực hạn cọc 69

Bảng 3 36 : Kết quả tính toán sức chịu tải cho phép cọc 72

Trang 15

Phương pháp xác định sức chịu tải cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh là phương pháp thực nghiệm chính xác nhất Trong giai đoạn thiết kế cơ sở, người thiết kế rất cần kết quả thí nghiệm nén tĩnh thăm dò để biết chính xác sức chịu tải thực tế của cọc Tuy nhiên, vì nhiều lý do, rất khó có điều kiện thực hiện thí nghiệm trong giai đoạn này

Từ thực tế đó, việc nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc ngay trong giai đoạn thiết kế cơ sở nhằm xác định sức chịu tải, tìm quan hệ tải trọng - chuyển vị cọc là một việc cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn đáng kể

2 Mục đích nghiên cứu

Tìm sự tương quan giữa kết quả thí nghiệm nén tĩnh thực tế và kết quả mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô hình Mohr – Coulomb và Soft Soil với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis

Tìm một mô hình cho kết quả gần nhất với thí nghiệm nén tĩnh

Tìm cách hiệu chỉnh thông số đầu vào mô hình vừa tìm được nói trên sao cho đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị từ mô hình này được tiệm cận với đường tải trọng - chuyển vị từ thí nghiệm nén tĩnh

Từ đó, xác định sức chịu tải bằng phương pháp mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc theo TCXDVN 269:2002 và theo đề xuất của các tác giả khác

3 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập số liệu khảo sát địa chất công trình, hồ sơ thiết kế móng cọc và kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

Xác định sức chịu tải cọc theo vật liệu

Trang 16

- Mô hình Mohr – Coulomb 2D (Plaxis 2D, V8.5)

- Mô hình Mohr – Coulomb 3D Tunnel (Plaxis 3D Tunnel, V1.2)

- Mô hình Soft Soil 2D (Plaxis 2D, V8.5)

So sánh kết quả mô phỏng bằng 3 mô hình trên với kết quả thí nghiệm nén tĩnh

để tìm một mô hình phù hợp nhất

Nghiên cứu hiệu chỉnh thông số đầu cho mô hình được chọn sao cho đường quan

hệ tải trọng - chuyển vị từ mô hình này tiệm cận với kết quả thí nghiệm nén tĩnh

Từ đường quan hệ đó, xác định sức chịu tải cực hạn của cọc

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Xác định được sức chịu tải cọc bằng phương pháp nén tĩnh trong giai đoạn chưa

có điều kiện thực hiện thí nghiệm thực tế

Xác định được sức chịu tải của cọc bằng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh ngay

cả khi điều kiện thực tế không thể thực hiện được thí nghiệm trên

Xác định được khối lượng đối trọng cần thiết để thực hiện thực hiện thí nghiệm nén tĩnh đến khi cọc hoặc đất nền bị phá hoại Lựa chọn công nghệ thi công thích hợp Xác định được sự biến dạng, chuyển vị của đất nền trong từng giai đoạn thi công,

độ lún theo thời gian

5 Giới hạn của đề tài

Chỉ mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng 2 mô hình Mohr - Coulomb và Soft Soil

Chỉ nghiên cứu trên cọc bê tông ly tâm dự ứng lực

Chỉ nghiên cứu cọc đơn, chịu nén

Chỉ nghiên cứu trên địa bàn thành phố Cần Thơ

Số liệu thí nghiệm nén tĩnh thực tế từ các công trình khảo sát chưa đạt trạng thái phá hoại vật liệu cọc, chưa đạt đến chuyển vị giới hạn, đường cong tải trọng - chuyển

vị chưa xuất hiện điểm uốn rõ ràng

Trang 17

- Cọc gỗ : Cọc gỗ thường được sử dụng là : tràm, tre …

- Cọc bê tông tiền chế : sản xuất tại nhà máy hoặc bãi đúc cọc, có tiết diện vuông, lục giác, tròn đặc hoặc rỗng ruột

- Cọc bê tông đổ tại chỗ : khoan tạo lỗ trong đất rồi đổ bê tông

Hình 1 1 : Cọc bê tông tiền chế

a) Cọc tiết diện vuông đặc ruột; b) Cọc tiết diện vuông rỗng ruột; c) Cọc tiết diện lục

giác rỗng ruột; d) Cọc tiết diện tròn rỗng ruột

Trang 18

- Cọc chịu mũi : khi phần lớn tải trọng được truyền qua mũi cọc vào lớp đất cứng

ở mũi cọc Cọc chịu mũi còn được gọi là cọc chống

- Cọc ma sát : khi cọc không tựa đến lớp đất cứng, tải trọng được phân bố phần lớn qua lực ma sát đất xung quanh cọc và một phần nhỏ qua mũi cọc Cọc ma sát còn được gọi là cọc treo

Trang 19

5

Phương pháp thí nghiệm là tăng tải từng cấp lên cọc thử cho cọc lún sâu thêm vào đất nền và đo độ lún ổn định tương ứng Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải cọc

Thí nghiệm nén tĩnh cọc có thể thực hiện ở giai đoạn thăm dò và kiểm tra

+ Thí nghiệm thăm dò được tiến hành trước khi thi công cọc đại trà nhằm xác định các số liệu về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị của cọc làm cơ sở cho thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn công nghệ thi công phù hợp Cọc thí nghiệm thăm dò thường thi công riêng biệt nằm ngoài phạm vi công trình

+ Thí nghiệm kiểm tra được thực hiện trong thời gian thi công hoặc sau khi thi công cọc nhằm kiểm tra sức chịu tải cọc theo thiết kế Cọc thí nghiệm kiểm tra được chọn trong số các cọc của móng công trình

Số lượng cọc thí nghiệm do thiết kế quy định tuỳ theo mức độ quan trọng của công trình, mức độ phức tạp của đất nền, thông thường lấy bằng 1% tổng số cọc của công trình nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 2 cọc

Việc thí nghiệm phải tuân thủ đề cương được thiết kế chấp thuận Nội dung đề cương cần đề cập các thông tin về : đặc điểm công trình, đất nền, cọc thí nghiệm, biện pháp thi công cọc, thời gian cọc nghỉ, tải thí nghiệm, quy trình gia tải

1.2.2 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cọc có 3 bộ phận chính :

- Các bộ phận tạo điểm tựa như đối trọng hoặc neo vào các cọc xung quanh cọc thử

- Bộ phận tạo lực nén như kích và các tấm cứng làm điểm tựa

- Các thiết bị đo lực tác động và chuyển vị

(1): Cọc thử (2): Kích thuỷ lực (3):Chuyển vị kế (4):Bệ chuẩn (5):Gối đỡ (6):Dầm đỡ tải (7):Đối trọng

Hình 1 4 : Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh cọc

Trang 20

Đối với cọc khoan nhồi, cần kiểm tra cẩn thận quá trình đổ bê tông, lấy mẫu bê tông để thí nghiệm trong phòng Ghi chép quá trình và các sự cố nếu có trong quá trình

đổ bê tông

Đối với cọc ép, cần theo dõi chặt chẽ nhật ký ép cọc Số liệu áp lực phải được ghi cho từng mét cọc Khi cọc ép đến áp lực Pép min, phải có số liệu áp lực cho từng đoạn 20cm cho đến Pép kết thúc

Cọc thí nghiệm cần gia cố đầu cọc, không đặt trực tiếp kích lên đầu cọc mà phải chế bị bản đệm để truyền tải từ kích lên đầu cọc

- (2) : Kích thủy lực :

Để tăng tải trọng tác dụng lên đầu cọc, người ta thường dùng một kích thủy lực Kích được bơm dầu bằng tay hoặc một moteur bơm và có khóa dầu để có thể tăng, giảm hoặc duy trì tải theo đề cương thí nghiệm, bảo đảm ổn định tải trong 24 giờ

Kích thủy lực cần được biết chính xác đường kính piston để tính được lực ép đầu cọc thông qua một đồng hồ đo áp lực

Kích cần có sức nâng không nhỏ hơn 150% áp lực

Pép max dự kiến của thí nghiệm và hành trình của kích đáp ứng lớn hơn độ lún lớn nhất theo dự kiến công với độ chuyển vị của hệ phản lực

Hình 1 5 : Cọc thử

Hình 1 6 : Kích thuỷ lực

Trang 21

7

Nếu phải sử dụng nhiều kích, các kích này cần cùng chủng loại, đặc tính kỹ thuật

và vận hành trên cùng một moteur bơm

Trang 22

8

- (6) Dầm đỡ tải :

Thường làm bằng các thép hình chữ I, có độ cứng lớn Được lắp đặt cân bằng đối xứng và gối đều lên hệ gối đỡ sao cho bảo đảm sự truyền lực lên cọc là chính tâm dọc trục

Nếu dùng nhiều dầm, phải dùng cùng chủng loại, tiết diện và đặc trưng hình học

+ Đối trọng là các khối bê tông hoặc thép

+ Đối trọng là các cọc neo hoặc neo trong đất

+ Kết hợp đồng thời hai dạng trên

1.2.3 Kết quả thí nghiệm

Sau khi thí nghiệm, thu được các kết quả như sau :

- Bảng số liệu thí nghiệm

- Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm

- Biểu đồ quan hệ tải trong - chuyển vị

- Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian

- Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian

- Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng - thời gian

Từ các kết quả trên, có thể xác định được sức chịu tải cực hạn, sức chịu tải cho phép, kiểm tra sức chịu tải thiết kế của cọc

Trang 23

9

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI ĐỨNG CỦA CỌC BÊ TÔNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Sức chịu tải đứng của cọc có thể được xác định bằng các phương pháp sau :

- Sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu làm cọc

- Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu đất nền :

+ Chỉ tiêu cơ lý

+ Chỉ tiêu cường độ

+ Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

+ Theo kết quả xuyên động tiêu chuẩn SPT

- Sức chịu tải cọc theo kết quả nén tĩnh dọc trục

- Sức chịu tải cọc theo công thức đóng cọc

- Sức chịu tải cọc theo phương pháp truyền sóng

Trong phạm vi luận văn này, chỉ đề cập các phương pháp xác định sức chịu tải đứng của cọc như sau :

2.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu

Theo “TCVN 7888 : 2002 - Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước” Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc Qvl được xác định như sau :

Ag : Diện tích tiết diện ngang của cọc (m²)

fse : Ứng suất hữu hiệu trong cốt thép dự ứng lực

f’c : Cường độ chịu nén thiết kế của bê tông

Trang 24

s u f l Q

1

(KN) Với : u : chu vi tiết diện cọc (m)

li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua (m)

fsi : lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc (KN/m²)

fsi = caz + ’hi tg az + caz là lực dính giữa thân cọc và đất (KN/m²) có được từ các thí nghiệm cắt trực tiếp trên mặt tiếp xúc giữa đất và vật liệu làm cọc ở độ sâu z Với cọc đóng bê tông cốt thép ca = c; cọc thép ca = 0,7c

+ az là góc ma sát giữa cọc và đất nền (KN/m²) có được từ thí nghiệm cắt trực tiếp Với cọc đóng bê tông cốt thép a = ; cọc thép a = 0,7

+ ’hi là ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương vuông góc mặt bên cọc: KN/m²

’hi = ksi.’vi + ’vi là ứng suất hữu hiệu tại giữa lớp đất thứ i theo phương thẳng đứng (KN/m²) + ksi = 1 - sini là hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i

 Sức chịu tải cực hạn của cọc do kháng mũi Q p :

Qp = Ap.qpVới : Ap : diện tích tiết diện ngang ở mũi cọc (m²)

qp : cường độ đất nền dưới mũi cọc (KN/m²)

Theo Vesic :

qp = c.Nc + ’vp Nq + γ.dp.Nγ + c là lực dính của đất (KN/m²)

Trang 25

11

+ ’vp là ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất (KN/m²)

+ γ : trọng lượng riêng đất tại độ sâu mũi cọc (KN/m³)

+ dp : đường kính hoặc chiều rộng tại mũi cọc (m)

+ Nc, Nq, Nγ là hệ số sức chịu tải, phụ thuộc góc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc

)245

²(





 tg q

e tg

+ Đối với cọc đóng hoặc ép : tối thiểu 21 ngày

- Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy như sau : + Đối với thí nghiệm thăm dò : bằng tải trọng phá hoại hoặc 250 – 300% tải trọng thiết kế

+ Đối với thí nghiệm kiểm tra : 150 – 200% tải trọng thiết kế

 Quy trình gia tải

Trước khi thí nghiệm chính thức, cần tiến hành gia tải trước nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị thí nghiệm và đầu cọc Gia tải được tiến hành bằng cách tác dụng lên đầu cọc 5% tải thiết kế sau đó giảm về 0, thời gian 10 phút

Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:

- Gia tải bước 1 :

+ Cọc được gia tải theo từng cấp 25% , 50% , 75% và 100% tải trọng thiết

kế và đọc đồng hồ đo lún tại các thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 60, 120, 180, 240 phút và sau từng hai giờ cho mỗi cấp nói trên

Trang 26

+ Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì tiến hành giản tải

về 0 Giảm tải qua các cấp 50%, 25%, 0% Thời gian giữ tải là 30 phút, riêng cấp tải 0

có thể lâu hơn nhưng không quá 6 giờ

- Gia tải bước 2 :

Cọc được gia tải từng cấp 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175%, 200% (và có thể tăng đến các cấp 225 và 250% tùy theo ý kiến thiết kế ) và đọc đồng hồ đo lún tại các thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 90, 120, 180 và 240 phút và sau từng 2 giờ cho mỗi cấp

Tăng tải trọng lên cấp mới khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước

Giữ tải trọng ở cấp 200% hoặc 250% trong 24 giờ hoặc cho đến lúc độ lún sau 1 giờ nhỏ hơn 0,25mm

Giảm tải theo cấp 200%, 150%, 100%, 50% và 0% tải trọng thiết kế và đọc chuyển đổi vị hồi phục ở đầu cọc sau từng giờ cho đến đatï giá trị không đổi

-Tốc độ chuyển vị đầu cọc được xem là ổn định quy ước khi :

+ Không quá 0,25 mm/h đối với cọc chống lên sỏi sạn, đất cát, đất sét dẻo cứng đến cứng

+Không quá 0,1 mm/h đối với cọc ma sát trong đất sét từ dẻo mềm đến dẻo chảy

 Kết thúc thí nghiệm

Cọc thí nghiệm được dừng thí nghiệm khi :

- Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10% đường kính cọc hay cạnh cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của cọc

- Dưới tác động của cấp tải trọng nào đó, độ lún của cọc lớn hơn bằng 5 lần độ lún dưới tác động của cấp tải trước đó

- Dưới tác động của cấp tải trọng nào đó, độ lún của cọc lớn hơn 2 lần độ lún dưới tác động của cấp tải trước đó nhưng quá 24 giờ vẫn chưa đạt độ ổn định quy ước

- Vật liệu cọc bị phá hoại

Trang 27

13

2.3.2 Xác định sức chịu tải cực hạn Q u của cọc đứng

Sức chịu tải cực hạn Qu của cọc được xác định bằng một trong các cách sau đây :

+ Nếu đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị biến đổi chậm, khó xác định điểm uốn thì sức chịu tải cực hạn Qu là tải trọng quy ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước Theo Phụ lục E - TCXDVN 269 :2002, chuyển vị giới hạn được đề nghị như sau :

Bảng 2 1 : Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn

Chuyển vị giới hạn (S gh ) Điều kiện áp dụng Tác giả đề nghị

Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2

Tiêu chuẩn Anh BS8004:86 Tiêu chuẩn Nhật JSF1811-93 2Smax

Qu ứng với 1/2SghSmax ứng với 0.9Q

Trang 28

14

- Phương pháp dùng chuyển vị giới hạn tương ứng với sức chịu tải giới hạn : Sức chịu tải cực hạn bằng tải trọng tương ứng với chuyển vị bằng 10% đường kính hoặc chiều rộng cọc

 Theo phương pháp của SNIP2.02.03.85 (Phụ lục E3; TCXDVN 205 : 1998

Thiết kế móng cọc)

Sức chịu tải cực hạn của cọc là giá trị ứng chuyển vị đầu cọc Δ = ξ.Sgh

- Sgh : trị số độ lún giới hạn trung bình được lấy theo nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy Sgh = 0,080 m (Theo bảng H2, phụ lục H, TCXDVN 205 : 1998, đối với nhà nhiều tầng bê tông cốt thép)

- ξ : Hệ số chuyển từ độ lún lúc thử đến độ lún lâu dài của cọc, thông thường lấy

ξ = 0,1

-Nếu Δ = ξ.Sgh >0,04 m, thì sức chịu tải cực hạn cọc lấy ở tải trọng tương ứng Δ

= 0,04 m

 Theo phương pháp của Davisson (1972)

Theo Davisson sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định tương ứng với chuyển

vị cọc vượt quá biến dạng đàn hồi của cọc quy ước, cọc bắt đầu xuyên vào đất như cột

tự do, tương ứng với chuyển vị tới hạn Sgh (Hình 2) :

- Khi Lp/d < 80;

1200038,

A E

QL S

Trang 29

15

 Theo Canadian Foundation Engineering Manual (1985)

Theo Canadian Foundation Engineering Manual, sức chịu tải cực hạn của cọc Quđược xác định từ giao điểm của đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị và đường thẳng :

30)

A E

QL Q

f S

2.3.3 Xác định sức chịu tải cho phép Q a của cọc đứng

Sức chịu tải cho phép Qa của cọc theo công thức sau :

Qu : Sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định bằng các phương pháp nêu trên (KN)

FS : hệ số an toàn, được lấy như sau :

- FS > 2 khi :

+ Đường cong quan hệ khó xác định điểm uốn;

+ Đối với cọc ma sát trong đất dính từ dẻo mềm đến dẻo chảy;

+ Cọc trong cát rời, sức chịu tải suy giảm theo thời gian;

+ Điều kiện đất nền phức tạp, thay đổi mạnh;

+ Công trình đòi hỏi cao về độ lún

-FS ≤ 2 khi :

+ Đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị có điểm uốn rõ ràng

+ Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra trong điều kiện phù hợp với thiết kế;

+ Đối với cọc thí nghiệm có kết quả gần phù hợp với các phương pháp khác; + Điều kiện đất nền đồng nhất;

+ Khi có kết quả đo chính xác chuyển vị mũi cọc và thân cọc

-Fs = 1,2 khi Qu được xác định theo phương pháp của SNIP2.02.03.85 (FS lấy theo Phụ lục A1; TCXDVN 205 : 1998 Thiết kế móng cọc)

Hình 2 3 : Xác định Q u theo Canadian

Foundation Engineering Manual

Trang 30

Phần mềm Plaxis được xây dựng trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết bài toán biến dạng và ổn định của cấu trúc đất cũng như dòng thấm trong đất chẳng hạn như hố đào, móng cọc, nền đất đắp và đường hầm

Mặc dù chọn mô hình đất là một vấn đề quan trọng nhưng việc mô phỏng cấu kiện và sự tương tác giữa cấu kiện và đất cũng là một vấn đề quan trọng không kém Chương trình Plaxis có thể giải quyết nhiều khía cạnh của các cấu trúc đặt trong đất

2.4.2 Mô hình hình học

Để thực hiện một bài toán phân tích phần tử hữu hạn sử dụng Plaxis, phải tạo một mô hình phần tử hữu hạn, chỉ rõ thuộc tính của điều kiện biên Sự phát sinh lưới phần tử được thực hiện tự động dựa vào mô hình hình học đầu vào

 Mô hình 2D

Hình 2 4 : Mô hình bài toán 2D

a) Bài toán biến dạng phẳng b) Bài toán đối xứng trục

Mô hình biến dạng phẳng được sử dụng cho những cấu trúc với mặt cắt ngang đồng dạng, chuyển vị hoặc ứng suất theo phương vuông góc với mặt cắt ngang là không đáng kể (Hình 2.4a)

Mô hình đối xứng trục được sử dụng cho những cấu trúc hình tròn với các mặt cắt ngang đường kính đồng dạng nhau (Hình 2.4b)

Trang 31

17

 Mô hình 3D Tunnel :

Hình 2 5 : Mô hình bài toán 3D Tunnel

Mô hình 3D Tunnel mô tả là một không gian 3 chiều Trước tiên, thành lập sơ

đồ mô hình theo mặt phằng 0xy Tạo chiều thứ 3 cho mô hình bằng các Z-plane và Slice

Hình 2 6 :Phần tử tam giác 6 nút Hình 2 7 : Phần tử nêm 15 nút

Trang 32

19

2.4.4 Lưới phần tử

Để thực hiện việc tính toán phần tử hữu hạn, kích thước hình học phải được chia thành các phần tử Thành phần cấu tạo của các phần tử được gọi là lưới phần tử hữu hạn Sau khi mô hình hình học được định nghĩa đầy đủ và các thuộc tính vật liệu

đã được ấn định đến tất cả các lớp đất và cấu trúc thì sau đó vận hành lưới 2D của mặt phẳng 0xy Khi lưới 2D được vận hành thỏa mãn sau đó vận hành lưới 3D

Thông số đầu vào cho việc vận hành lưới 2D là một mô hình hình học phẳng bao gồm các điểm, các đường thẳng và các vùng (cluster) Các điểm và các đường thẳng được tạo bởi người sử dụng thông qua vẽ mặt cắt trên mặt phẳng 0xy Khi lưới 2D được vận hành thành công thì lưới 3D được vận hành Lưới 3D dựa trên một hệ thống các mặt phẳng đứng Z-plane

2.4.5 Mô hình vật liệu

 Mô hình Mohr – Coulomb

Mô hình Mohr – Coulomb mô tả ứng xử đất hoặc đá trong giai đoạn đầu Mô hình này được kiến nghị sử dụng phân tích trước tiên cho vấn đề nghiên cứu

Hình 2 8 : Sơ đồ ứng suất - biếng dạng mô hình Mohr – Coulomb

Mô hình Mohr – Coulomb đàn hồi dẻo bao gồm năm thông số đầu vào là mô đun đàn hồi E, hệ số possion ʋ, góc ma sát φ, lực dính c và góc trương nở ψ

- Mô đun đàn hồi (E) :

Plaxis sử dụng mô đun đàn hồi như là mô đun độ cứng cơ bản trong mô hình đàn hồi và mô hình Morh-Coulomb Trong cơ học đất độ dốc ban đầu (mô đun tiếp tuyến) được biểu thị là E0 và mô đun cát tuyến tại 50% ứng suất lệch được biểu thị là

E50.

Đàn hồi hoàn hảo

Dẻo hoàn hảo

Trang 33

ma sát lớn sẽ được tránh sử dụng khi tính toán sơ bộ

Hình 2 10 : Các vòng tròn Mohr ứng suất giai đoạn chảy dẻo

Trang 34

21

- Góc giãn nở (ψ)

Góc giãn nở được tính bằng độ Ngoại trừ các lớp đất sét quá cố kết góc trương

nở nhỏ lấy ψ = 0 Sự trương nở của cát phụ thuộc vào dung trọng và góc ma sát trong Đối với cát thạch anh, góc trương nở được xác định là ψ ≈ φ – 300

 Mô hình Soft Soil

Đây là một dạng của mô hình Cam-Clay, được dùng để mô phỏng ứng xử của đất cố kết thường và bùn Mô hình này thích hợp nhất đối với đất bão hoà trong giai đoạn nén sơ cấp

Hình 2 11 : Hình quan hệ logarit giữa biến dạng thể tích và ứng suất trung bình

Hình 2 12 : Mặt cong của mô hình Soft Soil trong mặp phẳng p’ – q

Trang 35

*



 Mô hình Soft Soil creep

Mô hình này dùng mô phỏng ứng xử của đất theo thời gian của đất sét cố kết thường và than bùn Mô hình này bao gồm giai đoạn nén sơ cấp và thứ cấp

Trang 36

23

 Mô hình Hardening Soil

Trái với mô hình đàn hồi dẻo hoàn hảo, bề mặt chảy dẻo của mô hình đàn hồi cứng thì không được cố định trong không gian ứng suất cơ sở mà nó có thể mở rộng bởi biến dạng dẻo Mô hình này là một mô hình tiên tiến để mô phỏng việc ứng xử của các loại đất, cả đất yếu và đất cứng

 Mô hình Modified Cam-Clay

Mô hình được dùng mô phỏng ứng xử của đất cố kết thường Mô hình này cho rằng quan hệ giữa biến dạng thể tích và ứng suất hữu hiệu là quan hệ loga

 Mô hình Joint Rock model (Đàn hồi tuyến tính)

Đây là một mô hình đàn hồi dẻo không đẳng hướng Mô hình này dùng để mô phỏng ứng xử của đá bị phân tầng hoặc đá bị nứt nẻ

 Mô hình Linear Elastic (Đàn hồi tuyến tính)

Mô hình này tuân theo định luật Hooke về sự đàn hồi tuyến tính đẳng hướng

Mô hình bao gồm 2 thông số độ cứng đàn hồi là mô đun đàn hồi E và hệ số Poisson ν

Mô hình đàn hồi tuyến tính không dùng để mô phỏng việc ứng xử cho đất Nó thường được sử dụng cho các kết cấu khối cứng trong đất, chẳng hạn như phần tử cọc

2.4.6 Thực hiện tính toán

Chức năng Plaxis đặc biệt này cho phép thay đổi đặc trưng hình học và cấu hình tải trọng bằng cách hoạt tải hoặc không hoạt tải, các thể tích đất hay các mục thành phần cấu kiện như được tạo ra trong dữ liệu đầu vào của đặc trưng hình học Xây dựng cấp tải cho phép mô phỏng thực tế và chính xác các cấp gia tải hoặc các giai đoạn thi công Đồng thời, nó cũng có thể được sử dụng để cài đặt lại các dữ liệu vật liệu hoặc để thay đổi sự phân phối áp lực nước trong đặc trưng hình học Trong mỗi giai đoạn tính toán, một thông số kiểm soát quá trình xây dựng cấp tải (Mstage) sẽ được gia tăng từng bước Lúc trước khi bắt đầu tính toán Mstage= 0 và được xem như điều kiện ban đầu, lúc kết thúc quá trình tính toán Mstage= 1 được xem như giai đoạn tính toán hiện tại Trong giai đoạn ban đầu, Mstagelà hệ số nhân cho trọng lượng bản thân của vật liệu

Trang 37

Cho đến nay, việc xác định sức chịu tải cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh dọc trục vẫn là đáng tin cậy nhất Vì vậy, TCXDVN 269 : 2002 “Cọc – Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục” quy định áp dụng cho tất cả các công trình xây dựng có sử dụng móng cọc

Mục đích của luận văn này nhằm giúp người kỹ sư thiết kế nền móng đánh giá được sức chịu tải cực hạn Qu của cọc bằng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh thông qua việc mô phỏng thí nghiệm bằng phần mềm Plaxis ngay trong giai đoạn chưa có điều kiện thực hiện thí nghiệm thực tế

Thông qua một số công trình đã thực hiện thí nghiệm nén tĩnh cọc Tác giả tiến hành mô phỏng lại thí nghiệm nén tĩnh bằng phần mềm Plaxis qua các mô hình sau :

- Mô hình Mohr Coulomb 2D, bài toán đối xứng trục (axisymmetry)

- Mô hình Soft Soil, bài toán đối xứng trục (axisymmetry)

- Mô hình Mohr - Coulomb 3D Tunnel

Kết quả mô phỏng là biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị của 3 mô hình trên

So sánh 3 biểu đồ này với biểu đồ từ thí nghiệm nén tĩnh thực tế nhằm tìm ra mô hình nào gần giống với thí nghiệm nén tĩnh nhất

Trang 38

25

Sau đó, tiến hành hiệu chỉnh thông số đầu vào (nếu cần) nhằm điều chỉnh đường cong tải trọng - chuyển vị của mô hình gần sát nhất với đường cong từ thí nghiệm thực tế

Tiếp tục gia tải từng cấp cho đến khi biểu đồ tải trọng - chuyển vị xuất hiện điểm uốn; hoặc chuyển vị lớn hơn chuyển vị giới hạn Sgh

Thông qua biểu đồ này, xác định được sức chịu tải cực hạn Qu của cọc theo TCXDVN 269 : 2002, theo đề xuất của SNIP2, Davisson và Canadian Foundation Engineering Manual

Trong phạm vi luận văn này, tác giả thực hiện mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh trên 4 công trình tại thành phố Cần Thơ :

- Công trình 1 : Trường Đại học Tây Đô, tại quận Cái Răng

- Công trình 2 : Bệnh viện Nhi Đồng Cần Thơ, quận Ninh Kiều

- Công trình 3 : Cảng Cần Thơ, tại quận Bình Thuỷ

- Công trình 4 : Nhà khách Cần Thơ, tại quận Ninh Kiều

3.1 Công trình 1 : Trường Đại học Tây Đô

3.1.1 Giới thiệu công trình

- Tên công trình : Trường Đại học Tây Đô

- Địa điểm xây dựng : quận Cái Răng, thành phố Cần Thơ

- Quy mô công trình : Công trình có kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối 1 trệt 4 lầu với diện tích sử dụng 12.000m²

- Giải pháp nền móng : Hệ thống móng cọc, cọc bê tông ly tâm ứng suất trước, đường kính 400, dài 29m Sức chịu tải cho phép của cọc theo thiết kế 650 KN

3.1.2 Đặc điểm địa chất công trình

- Khảo sát hiện trường : thực hiện 06 hố khoan sâu 50m kết hợp thí nghiệm SPT

Trang 39

26

Hình 3 1 :Sơ đồ hình trụ hố khoan công trình Đại học Tây Đô

Trang 40

27

3.1.3 Xác định sức chịu tải cọc theo vật liệu

Bảng 3 1: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu

1 Cọc BT ly tâm ƯLT - PCB D400

3.1.4 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền

- Sức chịu tải cực hạn của cọc :

+ li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua

+ ’hi= ksi.’vi :ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương ngang + ’vi : ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương đứng

+ ksi = 1-sin’ai : hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	6,19 MB