Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển vị tường vây trong mô phỏng 3d

Luận văn tập trung phân tích ảnh hưởng củayếu tố góc đến chuyển vị tường vây bằng việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình cao ốc “Limtower” ở Thành phố Hồ Chí Minh.Kết quả ch

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Trọng Nghĩa

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày………tháng………năm ……

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Tp HCM, ngày tháng năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THỊ DUNG Giới tính : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 10/09/1988 Nơi sinh : Lâm Đồng

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV: 12090353

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2012

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GÓC ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY TRONG MÔ PHỎNG 3D NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Mở đầu: Giới thiệu nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về chuyển vị tường vây

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phân tích chuyển vị của tường chắng hố đào bằng phương

pháp FEM

Chương 3: Ứng dụng tính toán công trình thực tế

Kết luận và kiến nghị

II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/06/2013

III- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013

IV- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Trọng Nghĩa

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Năm tháng học tập tại trường là thời gian bổ sung kiến thức, tiếp thu nhữngkiến thức mới, đó là cả quá trình học tập rèn luyện cố gắng của bản thân Và luậnvăn tốt nghiệp là một bản tổng kết cho quá trình đó, nó được hoàn thành là sự tổnghợp những gì đã học và tìm hiểu được Để có được kết quả như ngày hôm nay cho phép em gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến:

Thầy TS Lê Trọng Nghĩa, người đã hướng dẫn trực tiếp, người đã luôn giúp

đỡ, quan tâm, động viên tinh thần trong quá trình thực hiện đề tài

Các thầy, cô bộ môn Địa cơ Nền móng - Khoa Kỹ thuật Xây Dựng - Đại họcBách Khoa TP Hồ Chí Minh đã chỉ dẫn tận tình và truyền đạt những kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình em theo học tại trường

Cảm ơn tất cả các bạn anh chị em đồng nghiệp, anh chị em học viên cao họcngành Địa kỹ thuật xây dựng khóa 2012 về những đóng góp quý báu và cung cấp tài liệu tham khảo phục vụ cho quá trình thực hiện luận văn cũng như trong quá trình học tập

Cuối cùng xin được gửi lời biết ơn đến gia đình, bố mẹ những người đã luôn động viên em trong suốt quá trình học tập và công tác

Do thời gian và trình độ hạn chế, chắc chắn đề tài còn có nhiều thiếu sót, bảnthân em sẽ cố gắng hoàn thiện hơn nữa trong quá trình làm việc, nghiên cứu tiếptheo và mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ thầy cô và các bạn đồng nghiệp

TP Hồ Chí Minh, Ngày 10 tháng 11 năm 2013

Học viên

NGUYỄN THỊ DUNG

Ngày càng nhiều công trình cao tầng có tầng hầm được xây dựng bằngphương pháp thi công tường vây Do đó xác định chính xác chuyển vị tường vây là một yếu tố quan trọng trong quá trình thi công Trong các công trình có mặt bằnglồi lõm, các góc xuất hiện thì yếu tố góc ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây có nhiều điều khác biệt so với các công trình vuông cạnh Do đó việc phân tích ảnhhưởng của hiệu ứng góc là cần thiết Luận văn tập trung phân tích ảnh hưởng củayếu tố góc đến chuyển vị tường vây bằng việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình cao ốc “Limtower” ở Thành phố Hồ Chí Minh.Kết quả cho thấy rằng ở vị trí đỉnh tường vây có chuyển vị tại góc lớn hơn cả chuyển vị ở bụng tường vây (đặc biệt là ở những giai đoạn hố đào xuống sâu).Sự xuất hiện của những góc lồi cũng làm gia tăng chuyển vị tường vây.Tại vị trí góc lồi, chuyển vị có dạng hình công sôn,có chuyển vị ở cao trình đỉnh tường vây.Và qua đó cho thấy chiều dài cạnh tạo nên góc ảnh hưởng đến chuyển vị tại góc Thêm đó, với các bài toán có hình dạng đặc biệt phân tích bài toán bằng 3D, cho ta thấy ứng xử của các góc mà 2D không thấy được.

Nowadays, more and more high buildings with basement are being built by conducting with diaphragm wall method Therefore, one of the important factors during construction is to determine of diaphragm translocation In some works with rough surface and corner, the effect of corner to the diaphragm wall translocation is having more different issues than that of square edge projects Thus, it’s necessary for us to analyse the impacts of corner effect In this study, we concentrated to analyse the effect of corner factor to the diaphragm wall translocation by using the Plaxis 3D software to describe “the Limtower” located in Ho Chi Minh City The results have showed that at the top of diaphragm wall, the corner translocation is greater than that in the middle of one (especially in the periods of deep excavation) The appearance of protruding corner also makes the increasing of the diaphragm wall translocation At the protruding corner position, the translocation is cantilever shape and the greatest movement is at the top of diaphragm wall This result also indicated that the length of the edge creating the corner effects the translocation at the corner In addition, it’s suitable to analyse some special projects using 3D method instead of only 2D.

MỞ ĐẦU 1!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 3!

1.1! Tổng quan 3!

1.2! Giới thiệu chung về tường vây 3!

1.3! Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hố đào và các nghiên cứu liên quan 5!

1.3.1! Tải trọng vùng lân cận 5!

1.3.2! Độ cứng tường chắn và hệ chống đỡ 6!

1.3.3! Mực nước ngầm 8!

1.3.4! Áp lực đất và tính chất đất nền 8!

1.3.5! Kích thước hố móng 10!

1.3.6! Hiệu ứng góc 11!

1.4! Nhận xét 21!

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP FEM 22!

2.1! Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS 22!

2.2! Tạo mô hình 24!

2.3! Chia lưới phần tử 25!

2.4! Mô hình ứng xử của đất 26!

2.4.1! Mô hình Mohr – Coulumb (MC) 26!

2.4.2! Mô hình Hardening Soil (HS) 30!

2.5! Nhận xét 37!

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 38!

3.1! Tổng quan công trình 38!

3.2! Số liệu địa chất công trình 38!

3.3! Biểu đồ thể hiện quan trắc 40!

3.4! Mô phỏng bài toán 41!

3.3.1! Tường vây 41!

3.3.2! Kingpost 42!

3.3.3! Dầm mũ tường vây 42!

3.3.4! Hệ thanh chống 43!

3.3.5! Phụ tải 43!

3.3.6! Mực nước ngầm 44!

3.3.7! Đất nền công trình 44!

3.5! Phân tích kết quả bài toán 48!

3.6! Thiết lập mô hình 2D cho bài toán 57!

3.7! Thiết lập mô hình 2(không có phần góc A, C) 62!

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73!

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74!

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 76!

Hình 1.1! Thi công tường vây bê tông cốt thép 4!

Hình 1.2! Hình dạng tường vây khi thi công xong 4!

Hình 1.3! Phân bố áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qp 5!

Hình 1.4! Phân bố áp lực đát lại dưới tác dụng tải trọng Qs 6!

Hình 1.5! Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và O’Rourk,1990) 7!

Hình 1.6! Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường 8!

Hình 1.7! Ảnh hưởng của áp lực đất lên chuyển dịch của tường theo Terzaghi 9!

Hình 1.8! Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vịngang 10!

Hình 1.9! Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp chiều dài tường phụ khác nhau 11!

Hình 1.10! Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật 11!

Hình 1.11! Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào 12!

Hình 1.12! Sự thay đổi của tỷ số biến dạng phẳng cho chuyển vị lớn nhất với khoảng cách từ góc tới phần ước lượng hố đào với chiều dài tường chính là hằng số và sự thay đổi chiều dài của tường phụ.[4] 13!

Hình 1.13! Mối quan hệ giữa B/L và khoảng cách tính từ góc cho tỷ số biến dạng khác nhau [4] 13!

Hình 1.14! Mặt bằng tòa nhà Hai- Hua với bố trí ống Inclinometer [4] 14!

Hình 1.15! Mặt cắt mesh lưới cho công trình [4] 14!

Hình 1.16! Chuyển vị theo độ sâu tại các ống I1, I2, I3 [4] 16!

Hình 1.17! Kết quả chuyển vị tại ống IN04 [4] 16!

Hình 1.20! Mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất tường vây và khoảng cách [7] 19!

Hình 2.1! Các phần tử và nút trong một mô hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do, được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974) 25!

Hình 2.2! Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974) 26!

Hình 2.3! Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC 27!

Hình 2.4! Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính (c=0) 28!

Hình 2.5! Xác định Eo và E50qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 30!

Hình 2.6! Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàmHyperbolictrongthí nghiệm nén 3 trục thoát nước 32!

Hình 2.7! Các đường cong dẻo ứng với các giá trịγpkhác nhau 33!

Hình 2.8! Định nghĩa mô đun Eoedreftrong thí nghiệm nén cố kết 34!

Hình 2.9! Các mặt dẻo trong mặt phẳng !! ! !!của mô hình HS 35!

Hình 2.10! Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) 35!

Hình 2.11! Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nởtrong thí nghiệm 3 trục thoát nước 36!

Hình 3.1! Mặt cắt địa chất công trình 39!

Hình 3.2! Mặt bằng bố trí các ống Inclinometer 40!

Hình 3.3! Biểu đồ thu được khi quan trắc tại ống IN01 và IN02 40!

Hình 3.4! Mô hình plaxis Foudation 3D mô phỏng bài toán 47!

Hình 3.5! Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis 3D 47!

Hình 3.6! Kết quả chuyển vị tường vây 48!

Hình 3.7! Biểu đồ chuyển vị tường vây khi quan trắc và mô phỏng (phase 10) 50!

Hình 3.10! Biểu đồ so sánh chuyển vị tại A, C ở các phase hố đào 54!

Hình 3.11! Kết quả so sánh chuyển vị tại điểm A vàđiểm B 56!

Hình 3.12! Thiết lập mô hình plaxis 2D 57!

Hình 3.13! Biểu đồ chuyển vị tường vây qua các phase đào đất qua mô phỏng 2D 61!

Hình 3.14! Vị trí các điểm phân tích tương đương trên mô hình 2 62!

Hình 3.15! Mô hình plaxis 3D mô phỏng bài toán 2 62!

Hình 3.16! Kết quả chuyển vị tường vây 63!

Hình 3.17! Biểu đồ so sánh chuyển vị các mô hình tại các phase 4,6 65!

Hình 3.18! Biểu đồ so sánh chuyển vị các mô hình tại các phase 8,10 66!

Hình 3.19! Biểu đồ so sánh chuyển vị tại góc A và tại điểm A’ 69!

Hình 3.20! So sánh chuyển vị tại góc C và tại điểm C’ 71!

Bảng 1.1! Độ dịch chuyển của tường ứng với loại đất 9!

Bảng 1.2! Các thông số đất của tòa nhà Hai- Hua 15!

Bảng 1.3! Các thông số đất của tòa nhà Central Insurance [7] 18!

Bảng 1.4! Một số nghiên cứu tính toán tường chắn bằng phương pháp FEM 20!

Bảng 2.1! Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulomb 29!

Bảng 3.1! Bảng phân loại và đặc điểm các lớp đất hố khoan BH2 39!

Bảng 3.2! Các giai đoạn tính toán 41!

Bảng 3.3! Thông số đầu vào của tường vây 42!

Bảng 3.4! Thông số đầu vào của kingpost 42!

Bảng 3.5! Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây 42!

Bảng 3.6! Thông số đầu vào của hệ thanh chống 43!

Bảng 3.7! Hệ số thấm k của một số loại đất [2] 45!

Bảng 3.8! Giá trị điển hình của hệ số Poisson [3] 45!

Bảng 3.9! Tính chất cơ lý chủ yếu của đất nền công trình 46!

Bảng 3.10!Kết quả chuyển vị tường vây ở các phase đào đất tại D, B 49!

Bảng 3.11!Bảng so sánh chuyển vị giữa điểm A và C 53!

Bảng 3.12!Kết quả so sánh chuyển vị tại điểm A và điểm B 55!

Bảng 3.13!Kết quả chuyển vị tường vây ở các phase đào đất khác nhau 58!

Bảng 3.14 !Kết quả so sánh chuyển vị tại điểm B và điểm B’ 64!

Bảng 3.15!So sánh chuyển vị tại góc A và tại điểm A’ 68!

Bảng 3.16!So sánh chuyển vị tại góc C và tại điểm C’ 70!

Hình 3.20! So sánh chuyển vị tại góc C và tại điểm C’ 71

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

- Để đáp ứng được mật độ dân số ngày càng tăng trong các thành phố lớn hiệnnay, việc xây dựng các toà nhà cao tầng, chung cư ngày càng nhiều, các công trình xây dựng này phải có diện tích phần ngầm đủ lớn theo tiêu chuẩn quy hoạch và thiết

kế để phục vụ các hạng mục như bãi giữ xe, bãi chứa các thiết bị phụ trợ như hệthống điện, hệ thống nước, thậm chí cả khu vui chơi, giải trí … Và vấn đề đất đai ngày càng thu hẹp, một số công trình dựng sẵn trước đó, khiến các công trình xây dựng sau này chen vào giữa có cạnh bao quanh công trình không được thẳng do đóvấn đề thi công sẽ khó khăn, và yếu tố nhiều góc cạnh sẽ ảnh hưởng đến chuyển vịtường vây hố đào Cho nên việc nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng góc đếnchuyển vị tường vây hố đào là một trong những vấn đề lớn cần được nghiên cứu và xem xét

- Trong nhiều nghiên cứu trước, chuyển vị của tường vây hố đào sâu phụthuộc nhiều vào các yếu tố như tải trọng, cách thi công hố đào, địa chất của công trình, hình dạng của tường vây Nghiên cứu này sẽ tiến hành mô phỏng hiệu ứnggóc ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây bằng plasix 3D

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài.

- Mục đích nghiên cứu của luận văn này là “Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu

ứng góc đến chuyển vị tường vây trong mô phỏng 3D”.

3 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài.

- Dự báo được chuyển vị hố đào, đặc biệt tại vị trí các góc hố đào sâu

- Đưa ra được ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển vị tường vây

- Đưa ra giải pháp xây dựng mô hình đất của hố đào sâu trong phần mềmPlaxis 3D Foundation từ đó cung cấp kết quả chuyển vị sát ứng xử thực tế củacông trình hơn

4 Phương pháp nghiên cứu.

- Tổng hợp các nghiên cứu trước đó

- Sử dụng kết quả quan trắc thực tế của công trình đã thi công

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

- Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích ảnh hưởng của hiệu ứnggóc

5 Hạn chế của đề tài.

Phạm vi nghiên cứu cục bộ Số liệu dùng để nghiên cứu là kết quả quan trắc thực tế

từ công trình tại quận 1, Tp Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CHUYỂN

VỊ TƯỜNG VÂY

1.1 Tổng quan

- Kết cấu hố đào sâu thường được thi công trong vùng dân cư Chuyển vịđất nền phải thấp hơn giới hạn cho phép để tránh ảnh hưởng tới những kết cấu lân cận Chuyển vị của tường là yếu tố khó tiên đoán trước Nó phụ thuộc vào nhiềuyếu tố như thuộc tính địa chất, độ cứng của tường và hệ thanh chống, ảnh hưởngcủa tải trọng, hiệu ứng góc, và một số ảnh hưởng khác

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

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

- Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thờinên có khuynh hướng không muốn đầu tư chi phí nhiều Nhưng nếu để xảy ra sự cốthì xử lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội

1.2 Giới thiệu chung về tường vây

- Tường trong đất (Diaphragm wall) thường được gọi là tường Baret vì tường được cấu tạo bở nhừng baret nối với nhau, giữa các baret có các gioăng chống thấm Các baret nối với nhau thành bức tường bê tông cốt thép ở trong đất

- Độ dày tường vây tiêu chuẩn có các kích cỡ: 600mm, 800mm, 1000mm, 1200mm và 1500mm

- Tường vây bê tông thép : Dùng máy đào đặc biệt để đào thành hố đàothành những đoạn có độ dài nhất định, bùn trong hố đào phải được thổi sạch sau đóthả lồng thép đã chế tạo sẵn xuống, dùng các ống dẫn đổ bê tông xuống cho từngđoạn, nối các đoạn tường này vào bằng các đầu nối đặc biệt, dùng cho hố móng có

độ sâu từ 10 m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn;

Thi công tường vây bê tông cốt thép Hình 1.1

Hình dạng tường vây khi thi công xong Hình 1.2

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hố đào và các

nghiên cứu liên quan

- Với tải trọng tập trung:

3 2 2 2

)16.0(

28.0

4.0

n

n H

Q

m

p h

+

=

≤σ

(1.1)

3 2 2

2 2 2

) (

77 0

4 0

n m

n m H

Q

m

p h

- Với tải trọng phân bố

Phân bố áp lực đát lại dưới tác dụng tải trọng Q s Hình 1.4

(1.3)

1.3.2 Độ cứng tường chắn và hệ chống đỡ

- Thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyểndịch của đất bên ngoài hố đào Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích lớn, chi phí thi công tăng cao

- Clough và O’Rourke(1990) dựa vào một số quan trắc về biến dạng củamột số hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương quan giữa hệ số an toàn với sự trồi nền

- Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tường (EI/γh4)

)2cossin

Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và Hình 1.5

O’Rourk,1990)

Trong đó:

E: mô đun đàn hồi của tườngI: mô ment chống uốn

H: khoảng cách trung bình giữa các thanh chống

- L Sebastian Bryson và David G Zapata-Medina ( 2012) đã mô phỏng 3D

để nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của các loại tường đến chuyển vị của tườngtương ứng vớicác loại đất

Hệ số an toàn chống bùng nền

Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường Hình 1.6

- Long (2001) đã nghiên cứu và phân tích 296 trường hợp Nghiên cứu chủyếu tập trung vào kết quả xác nhận của Clough và O'Rourke (1990) cho các vùng đất cứng với δhm/ H = 0,05-0,25% và δvm / H = 0-0,2% Với đất sét mềm với hệ số

an toàn thấp, sự chuyển dịch của tường có thể lên tới δhm / H = 3,2% Ông kết luậnbiến dạng của hố đào sâu trong đất không dính cũng như trong đất sét cứng không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của bức tường và hệ chống đỡ Độ cứng ảnh hưởngđến biến dạng đáng kể khi đào sâu trong đất sét mềm với hệ số an toàn thấp Ông tìm ra một hệ số linh hoạt Addenbrooke’s để xác định được độ cứng tường và hệchống đỡ

1.3.3 Mực nước ngầm

- Trong từng giai đoạn thi công hố đào, mực nước ngầm ảnh hưởng đáng kểđến chuyển vị tường vây Dòng thấm là nguyên nhân giảm áp lực nước ngầm, tăng ứng suất hữu hiệu

1.3.4 Áp lực đất và tính chất đất nền

- Khi thi công hố đào sâu sinh ra áp lực đất chủ động và bị động, gây ra lựcảnh hưởng đến chuyển vị tường vây

- Theo nghiên cứu của Terzaghi (1954) trên nền cát với các đặc trưng khác nhau cho ra kết quả chuyển vị tường vây khác nhau

Ảnh hưởng của áp lực đất lên chuyển dịch của tường theo Terzaghi Hình 1.7

- Các nghiên cứu của Raj (1999): liên quan đến chuyển dịch tịnh tiến củađỉnh tường do đặc trưng quay của tâm quay do ảnh hưởng của sự gia tăng áp lựcđất Như vậy, có thể thấy rằng lực xô ngang liên quan đến áp lực chủ động và bịđộng của đất

Độ dịch chuyển của tường ứng với loại đất Bảng 1.1

Loại đất, trạng thái đất Độ dịch chuyển của tường

Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vịngang Hình 1.8

- Tác giả Chang – Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán đàosâu và thực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hốmóng

Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp Hình 1.9

chiều dài tường phụ khác nhau

- Với chiều dài tường phụ (B>20), khi giảm chiều dài của tường chính thì

độ lệch của tường sẽ giảm

1.3.6 Hiệu ứng góc

- Với những phương án hố đào sâu có mặt bằng đào là hình chữ nhật hoặchình vuông thì chuyển vị tại góc là nhỏ nhất

Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật Hình 1.10

Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào Hình 1.11

- Trong hình 1.11, ở hố đào hình chữ nhật biến dạng ở trung tâm cạnh dài (mặt cắt 1-1) được xem là biến dạng phẳng

- Ở vùng trung tâm cạnh ngắn (mặt cắt 2-2) , do bị ảnh hưởng của vùng góc nên chuyển vị tường vây nhỏ hơn so với mặt cắt 1-1

- Các ứng xử tại các góc (A ,B) cũng có ứng xử không gian nên chuyển vịnhỏ hơn trung tâm của tường, nhưng góc E có chuyển vị lớn hơn góc B

• Các nghiên cứu về 3D liên quan đến hố đào, ảnh hưởng của góc

- Cùng với việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thươc hố móng, Chang –

Yu Ou nghiên cứu và nhận thấy khi tăng chiều dài tường chính hay tường phụ, thì

sự ảnh hưởng của góc là không thể không kể đến

- Với độ cứng theo phương ngang lớn, tường vây có ứng xử không gian (hiệuứng góc) Trong khi các phương án tường chắn khác như soldier piles, cừlarsen,cọc vây do độ cứng theo phương ngang bé nên không xét đến hiệu ứng góc

- Chính vì vậy nên đối với tường vây, để thu được kết quả chính xác, việc phân tích bài toán không gian để xét đến hiệu ứng góc của tường vây cần đượcthực hiện Vấn đề này chỉ có thể thực hiện được bằng phương pháp phần tử hữuhạn(FEM)

Sự thay đổi của tỷ số biến dạng phẳng cho chuyển vị lớn nhất với khoảng Hình 1.12

cách từ góc tới phần ước lượng hố đào với chiều dài tường chính là hằng số và sự

thay đổi chiều dài của tường phụ.[4]

- Trong điều kiện biến dạng phẳng, phần ứng xử của tường trung tâm có tường phụ dài còn ảnh hưởng bởi sự tồn tại của phần góc

Mối quan hệ giữa B/L và khoảng cách tính từ góc cho tỷ số biến dạng Hình 1.13

khác nhau [4]

- Chang-Yu Ou, Dar-Chang Chiou và Tzong – Shiann Wu(1996) đã thựchiện nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng góc đến hố đào sâutại tòa nhà Hai-Hua tọa lạctại giao lộ Chung-Hsiao và Chin-San ở thành phố Đài Bắc.

Mặt bằng tòa nhà Hai- Hua với bố trí ống Inclinometer [4]

Hình 1.14

Mặt cắt mesh lưới cho công trình [4]

Hình 1.15

Các thông số đất của tòa nhà Hai- Hua Bảng 1.2

Soil Layer

(1)

Depth

(m)(2)

γt

(kN/m3)(3)

C(kPa)(4)

Φ(*)(5)

n(6)

≥50.0

19.420.119.419.420.019.820.221.6

50.06.049.772.025.012120.00.0

035.80020.8031.245

0.00.50.00.00.50.00.50.5

0.70.90.70.70.90.70.80.9

0.490.300.490.490.300.490.300.30

0.490.490.490.490.490.490.490.49

2256506105606006809502000

2256506105606006809502000Một tường vây dày 110cm dài 42m và sâu 20.3m Phương pháp thi côngtop-down đã được sử dụng Đó là bảy giai đoạn đào cho phần góc, nó sẽ được hoàn thành theo những trình tự sau:

+ Đào xuống 1.6m dưới mặt đất

+ Thi công sàn bê tông tại bề mặt và đào sâu tới 5.4m

+ Thi công sàn 2 tại - 3.8m và đào sâu tới 8.55m

+ Thi công sàn 3 tại - 6.95 và đào sâu tới 11.7m

+ Thi công sàn 4 tại -10.10 và đào sâu tới 14.6m

+ Thi công sàn 5 tại -13.25 và đào sâu tới 17.9m

+ Thi công sàn 6 tại -16.4 và đào sâu tới 20.3m

Kết quả chuyển vị tại ống IN05[4]

Hình 1.18

- Qua nghiên cứu tác giả cho thấy rằng:

Tính chất chuyển vị của mỗi phần có mối quan hệ với tường chính ngắnthì bị ảnh hưởng bởi sự tồn tại của phần góc Với tường chính dài hơn, hầu hếtnhững phần có điều kiện biến dạng phẳng nhưng chiều dài của phần có điều kiệnbiến dạng phẳng giảm với sự tăng lên của tường phụ

- Chang-Yu Ou và Bor – Yuan Shiau (1998) đã nghiên cứu ảnh hưởng củahiệu ứng góc đến ứng xử của hố đào, trong đó có nghiên cứu ảnh hưởng của phầngóc đến chuyển vị tường vây:

Đó là phần nghiên cứu về tòa nhà “Central Insurance” nằm trên đườngChung Hsiao W ở Taipei, với 19 tầng có 3 tầng hầmvới các thông của đất

Công trình có tường vây dày 60cm, dài 24 m, độ sâu hố đào là 12m Với các bước thi công:

+ Đào xuống 2,6 dưới mặt đất

+ Lắp thanh chống thứ nhất ở -1,6m và đào đến độ sâu -6,4m

+ Lắp thanh chống thứ hai ở 5,4 m và đào đất đến độ sâu 9,5m

+ Lắp thanh chống thứ ba ở 8,5 m và đào đất đến độ sâu 12m

Các thông số đất của tòa nhà Central Insurance [7]

0.00.00.0

323238

0.60.60.6

50015002900

50015002900

0.50.50.5Thông số vật liệu không thoát nước

20-0.1σv’0.32σv’0.30σv’

0.90.90.9

600650750

600650750

0.480.480.48

0.490.490.49

Mặt bằng tòa nhà Cental Insurance và bố trí ống Inclinometer [7] Hình 1.19

Mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất tường vây và khoảng cách [7] Hình 1.20

- Qua nghiên cứu tác giả đưa ra kết luận:

Chuyển vị ở tường ngắn nhỏ hơn chuyển vị ở tường dài

Chuyển vị của tường tăng khi khoảng cách đến góc xa dần

- Chao-Hui Wu, Chang-Yu Ou và Ningchien Tung (2008) đã thực hiệnnghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng góc đến hố đào sâu trong công trình khu T2 ở Đài Bắc [6] Qua nghiên cứu tác giả cho thấy rằng:

Chuyển vị lớn nhất trong từng bước thi công hố đào là xấp xỉ 0,2% - 0,5%

độ sâu đào và bị ảnh hưởng của hiệu ứng góc

Khu vực nằm trong khoảng 2 lần bề rộng hố đào là khu vực ảnh hưởngchính

Một số nghiên cứu tính toán tường chắn bằng phương pháp FEM

Chuyển vị ngang và đứng của hệchống trong sét cứng khoang 0.2% đến 0,15% độ sâu đào tổng cộng và phần chuyển dịch lớn hơn xảy ra bên dưới hố đào trong sét mềm tương ứng

là do mất ổn định của nềnA.J.Whittle và

Y.M.A Hashash

(1994)

Mô tả kết quả phân tích phần tử hữu hạn của hốđào sâu cho công trình Central Artery highway ởBoston bằng mô hình Modified Cam Clay và MIT- E3

Kết luận sự quan trọng của tính chất

độ cứng biến dạng nhỏ và ứng xử ứngsuất - biến dạng bất đảng hướng trên cường độ, sự phân bố và phát triển củabiến dạng nén với chiều sâu hố đào

Đề xuất một phương pháp đơn giản để

dự báo chuyển vị ngang của tườngchắn

Kết luận Phân tích 3D cung cấp nhiều

dự đoán thực tế chuyển vị lớn nhấttường kế bên Tính chất chuyển vị củamỗi có mối quan hệ với tường chính ngắn bị ảnh hưởng của hiệu ứng góc Tìm ra ước lượng chuyển vị lớn nhấtcủa tường 3D từ phân tích 2D

dự án khác nhau

Đề xuất một phương pháp thiết kế huyđộng cường độ (MSD) để ước tính chuyển vị của tường chắn

Đưa ra kết quả ảnh hưởng hiệu ứnggóc đến độ lún công trình Cung cấpđánh giá những vấn đề liên quan đếnchuyển vị tường và sự dịch chuyểncủa đất xung quanh Có ứng dụng

rộng rãi cho các công trình xây dựngtầng hầm sâu ở công viên và xây dựng

cơ sở hạ tầngLee et al (1998) Nghiên cứu ảnh hưởng

của hệ thanh chống ở góc

ở hố đào sâu của tòa nhà Immigration ở Singapor

Bài toán so sánh mức độchuyển vị của tường và

độ lún của đất xung quanh hố đào bằng phântích phần tử hữu hạn 2D

và 3D

Đưa ra kết luận dùng mô hình 3D phân tích được hình dạng và việc xây dựng hố đào như trong thực tế Kết quả trên mô phỏng 3D tốt hơn 2D Hệthanh chống ở góc phụ thuộc vào tỉ sốchiều dài/chiều sâu hố đào, độ cứng hệthanh chống

là sét trung

Tìm được mối quan hệ ước lượng độchuyển vị lớn nhất của tường trong mô phỏng 3D dựa vào kết quả 2D Phân tích 3D cho thấy sự ảnh hưởng góc đến chuyển vị tường vây

- Việc sử dụng FEM trong công tác thiết kế tường chắn đã được nhiều tác giả nghiên cứu: Robert M Ebeling (1990) đã tổng kết các nghiên cứu này, bao gồm: Clough và Duncan (1969 và 1971); Kulhawy (1974); Roth, Lee và Crandall (1979); Bhatua và Bakeer (1989); Ebeling và các cộng sự (1988); Ebeling, Duncan,

và Clough (1989)

1.4 Nhận xét

- Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây trong đó ảnh hưởngcủa hiệu ứng góc có tác động nhiều, đặc biệt là hình dạng hố đào xây dựng không được vuông cạnh Và với sự hỗ trợ tính toán hố đào sâu bằng phương pháp phần tửhữu hạn sử dụng mô hình 3D có nhiều ưu điểm để mô phỏng, phân tích đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển vị tường

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN TÍCH

CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO

BẰNG PHƯƠNG PHÁP FEM

- Một số phương pháp được sử dụng giải quyết bài toán địa kỹ thuật là: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp số.Phương pháp số bao gồm các phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tửbiên và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Phương pháp phân tử hữu hạn là một công cụ hữu ích để giải quyết bài toán về sự tương tác của cấu tạo đất như thiết

kế hố đào và nền móng Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thích hợp hơn các phương pháp khác bởi vì:

Phương pháp PTHH có khả năng phân tích bài toán 2 chiều và 3 chiều.Phương pháp PTHH có thể kết hợp dễ dàng ứng xử phi tuyến của đất

- Phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ứng dụng, với nhiều gói phần mềmvới công cụ phương pháp phần tử hữu hạn như: Abaqus, ACTRAN, ADNIA, FLAC và Plaxis…

Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS

2.1

- Sự phát triển của phần mềm phần tử hữu hạn có tính thương mại trong phân tích địa kỹ thuật được bắt đầu vào cuối những năm 80, và ngày nay đã phổbiến rộng rãi Có nhiều cách khác nhau để ứng dụng phần tử hữu hạn vào các ngành

kỹ thuật khác nhau, và vấn đề phân tích bài toán địa kỹ thuật cũng có những đặctrưng riêng và thường rất phức tạp(Potts, 2002)

- Trong chương này sẽ giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D Foundation Nó cũng bao gồm giới thiệu cách thức tạo mô hình, sau đó sẽ đi tìm các đặc trưng trong Plaxis 3D foundation của vật liệu

PLAXIS 3D Foundation

- Plaxis được nghiên cứu tại Đại học Delft vào năm 1987, là phần mềm sửdụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích khu vực ven sông ở Hà Lan Năm

2001 mới có mô hình 2D và khi đó PLAXIS 3D Tunnel đã được phát hành

- Năm 2004, PLAXIS 3D Foundation được tạo ra, nó được phát triển nhằmphục vụ tính toán nền móng công trình và dùng trong ngành địa kỹ thuật như tính toán ổn định, độ lún và biến dạng

- Quá trình chuyển từ phân tích 2D sang 3D là khả thi nhưng đồng thời sựphức tạp cũng tăng lên Điều này cũng chính là tăng khối lượng tính toán Nếu mộttính toán chi tiết chỉ mất vài phút để thực hiện trong phân tích 2D, nhưng tính toán tương tự trong phân tích 3D có thể mất hàng giờ Mô hình phân tích chuyển vịtường chắn theo các giai đoạn thi công hố đào cũng là một trong các trường hợp đó PLAXIS 3D Foundation gồm ba phần chính, đó là mô hình (model), tính toán (calculation) và xuất kết quả (Output)

- Mô hình

Trong chế độ mô hình thì hình dạng của mô hình được xây dựng Biên củacác lớp đất và đặc trưng vật liệu được thiết lập Xây dựng các phần tử như tường và dầm tại các vị trí trong mô hình và đặc trưng tiếp xúc được định nghĩa Cuối cùng lưới được tạo ra và đạt một độ mịn thích hợp Trong đó việc lựa chọn mô hình đất là rất quan trọng, và sẽ được trình bày trong phần sau

- Tính toán

Trong chế độ tính toán, một số bước tính toán có thể được tạo ra Khác nhau trường hợp tải và hình dạng được thiết lập để mô phỏng trình tự xây dựngcông trình thực tế Đối với mỗi bước có thể thiết lập các điều kiện mực nước ngầmkhác nhau, các bộ phận công trình có thể được kích hoạt Hố đào được mô phỏngbằng cách chấm dứt hoạt động của các tập hợp Các loại tính toán phải được địnhnghĩa có thể là tính dẻo (Plastic) hoặc cố kết (consolidation) Phân tích cố kết(consolidation) được sử dụng khi mô hình các ứng xử phụ thuộc vào thời gian như

sự phát triển và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hay khi yêu cầu tính toán độ lún do từbiến Tính toán tích dẻo (Plastic) được dùng để phân tích biến dạng đàn –

dẻo(elastic-plastic) theo lý thuyết biến dạng nhỏ (Brinkgreve, 2007) Ứng suất và biến dạng được tính toán cho tất cả các nút còn trong trạng thái giới hạn.

- Xuất kết quả

Trong phần chính thứ ba của Plaxis là chế độ xuất kết quả tính toán và được dùng xử lý kết quả tính toán Biến dạng, ứng xuất và áp lực nước lỗ rỗng sẽđược thể hiện trong mỗi bước tính toán, còn đối với các cấu kiện công trình ta có thể xem được mômen uốn và lực cắt

- Mặt phẳng làm việc (Work Planes): là các mặt phẳng nằm ngang theo trục

x - z tương ứng với một cao độ y

- Điểm và đường thẳng (Geometry line): dùng để tạo mô hình hình học cho bài toán

- Phần tử dầm (Beam): dùng để mô hình cho kết cấu thanh mảnh chịu uốn

- Phần tử cọc (Pile): dùng mô hình cho các loại cọc

- Phần tử lò xo (Spring): dùng để gắn kết vào một mặt của kết cấu và khốngchế mặt đó so với mặt khác Phần tử này thường dùng mô phỏng sự làm việc củacọc đơn

- Phần tử biên (Line Fixity): dùng để tạo biên khống chế cho bài toán

- Phần tử hố khoan (Borehole): dùng khai báo các lớp địa chất cho bài toán.

Chia lưới phần tử

2.3

- Để thực hiện tính toán phần tử hữu hạn,mô hình hình học trong PLAXIS 3D Foundation phải được chia thành các phần tử nhỏ hơn, được gọi là chia lướiphần tử hữu hạn Mỗi phần tử bao gồm một số lượng nhất định các nút hình thành

hệ thống phương trình cho việc tính toán Số lượng các nút nhiều sẽ kéo theo hệthống phương trình lớn hơn để máy tính giải quyết Trong 2D mỗi nút có hai bậc tự

do, tức là các nút có thể di chuyển theo phương x và y

Hình 2.1 Các phần tử và nút trong một mô hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do,

được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)

- Khi mô hình trong không gian ba chiều, mỗi nút có ba bậc tự do, kết quả

là sẽ cho một hệ thống phương trình lớn hơn vì thực tế rằng mỗi nút cũng có thể di chuyển theo phương z

- Phân tích phần tử hữu hạn sẽ tiến hành theo ba bước, xem hình 2.3 Bướcđầu tiên là phân chia mô hình thành các phần nhỏ hơn bằng cách tạo ra các phần tử

(Generate elements)vào mô hình, trong đó mỗi phần tử tương đối dễ để giải từng cái một Bước tiếp theo là phân tích các phần tử (Element analysis) Bước cuối cùng

là phân tích hệ thống (System analysis) nơi mà tất cả các phần tử được kết nối với

một hệ thống bằng các điều kiện biên, (Wiberg, 1974)

Phần tử Nút

Hình 2.2 Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)

- Phân tích phần tử hữu hạn là một phương pháp tính gần đúng và nguồn lỗinhiều và thường không thể tránh khỏi (Wiberg, 1974) Số lượng nút trong mô hình

có tác động đáng kể đến kết quả tính toán Số lượng phần tử lớn hơn tạo ra một sốlượng lớn các nút cho kết quả chính xác hơn mô hình có ít nút Khi thiết kế các mô hình phức tạp thì thích hợp có số nút cao hơn so với trường hợp đơn giản hơn

- Các thiết lập mặc định cho kích thước cluster trong PLAXIS 3D Foundation là lưới thô (Coarse mesh) Chia lưới thế này có thể đủ kích thước khi

mô hình các trường hợp đơn giản và tính chính xác của tính toán không cần cao Hệthống phương trình dễ dàng hơn cho máy tính để giải quyết và thời gian tính toán tương đối ngắn

- Nếu cần độ chính xác cao hơn thì cần sự làm mịn các cluster Nếu toàn bộ

mô hình cần được làm mịn, thì sử dụng chức năng Global coarseness để thay đổi kích thước phần tử cả phương đứng và ngang với khoảng từ rất thô (Very coarse) đến rất mịn (Very fine) Lưu ý rằng nếu chúng ta chia lưới 2D quá mịn sẽ làm tăng

phần tử khi tiến hành chia lưới 3D và đồng nghĩa là thời gian tính toán sẽ tăng lên

Mô hình ứng xử của đất

2.4

Mô hình Mohr – Coulumb (MC) 2.4.1

- Mô hình Mohr-Coulomb trong Plaxis được dựa trên ý tưởng của quy luật

cơ bản đàn - dẻo với mặt ngưỡng cố định không bị tác động bởi biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất của một điểm nằm trong mặt ngưỡng là đàn hồi thuần túy

- Mô hình Mohr-Coulomb (MC) là mô hình đất cơ bản và phổ biến nhấtvớiứng xử đàn hổi - dẻo lý tưởng của đất nền, áp dụng tiêu chuẩn phá hoại củaMohr-Coulomb

- Nguyên lý chủ yếu của mô hình Mohr - Coulomb là biến dạng của đất nềnbao gồm 2 thành phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.

- Biến dạng dẻo là biến dạng không hồi phục.Để đánh giá biến dạng dẻocóxảy ra trong tính toán hay không, một hàm dẻo f được định nghĩa.Hàm dẻo f là hàmcủa ứng suất và biến dạng, được thể hiện như một mặt trong không gian ứngsuấtchính.Một mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng là một mô hình cấu thành với mộtmặtdẻo cố định, mặt dẻo này hoàn toàn được xác định thông qua các thông số đấtnềnvà không chịu ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo Đối với các trạng thái ứng suấtđặctrưng bởi các điểm bên trong mặt dẻo, ứng xử hoàn toàn đàn hồi và tất cả biếndạng là hồi phục (hình 2.16)

Hình 2.3 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC

- Mô hình MC không xét đến tính tăng bền hay suy bền của vật liệu trong quátrình biến dạng mà chỉ đưa ra một ứng suất cắt giới hạn để tách biệt ứng xử đànhồivà ứng xử dẻo