Phân tích chuyển vị, mô men tường vây giữa mô hình 3D&2D có xét đến tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, hầu hết các công trình đều được phân tích, tính toán theo mô hình 2D do thời gian phân tích nhanh và đơn giản tuy nhiên chuyển vị và độ lún nền thường sai lệch và thường lớn hơn rất nhiều so với kết quả quan trắc. Bài viết phân tích chuyển vị, mô men tường vây giữa mô hình 3D&2D có xét đến tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích chuyển vị, mô men tường vây giữa mô hình 3D&2D có xét đến tính bất đẳng hướng của vật liệu tường vây

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ, MÔ MEN TƢỜNG VÂY GIỮA MÔ HÌNH 3D&2D CÓ XÉT ĐẾN TÍNH BẤT ĐẲNG HƢỚNG CỦA VẬT LIỆU TƢỜNG VÂY LÊ BÁ VINH*, NGUYỄN NHỰT NHỨT TÔ LÊ HƢƠNG, CHÂU QUANG TÖ Analysing the diaphragm wall deflection and bending moments between 3D & 2D modeling taking into account of anisotropy of the wall materials Abstract: In fact, the diaphragm wall design is mostly performed by 2D analysis due to the simple and quick time analysis, but the wall deflection and ground settlement are usually defferent from and much larger than the monitoring data. Out-of-plane bending moment M22 of diaphragm wall is not analyzed in 2D models, normally the design will omit checking the flexural resistance of diaphragm wall in the direction out-of-plane or assuming M22 ≈ 0.75M11 to check allowable capacity. In this study, the author chooses Ben Van Don commercial apartment building in District 4, Ho Chi Minh City for analysis. The analysis is performed by changing the wall thickness from 500 ÷ 1000 mm corresponding to the excavation depth varying from 2÷4 basements, the panel lengths from 2.4 ÷ 3.2m and determining the anisotropic ratio of the wall material k=E2/E1 due to the horizontal stiffness of the wall is “reduced” because of the construction joints of the individual panels by back analysis deflection of the 3D volume panel models and 3D volume continuum models. This anisotropy ratio will be the input parameter for 2D volume anisotropic model which the wall is performed by the volume element according to the Jointed Rock Model (JRM). The analysis results show that the relative difference in deflection, bending moment M11 of 3D & 2D analysis is quite large and increases when the wall thickness increases corresponding to the excavation depth. Especially that this difference is almost independent of the panel module length, while the excavation depth increases, the wall deflection difference of the 3D volume panel model and the 2D volume anisotropic model is not almost affected by the anisotropy of the wall material. In addition, the analysis results also show that the empirical estimation of M22 in the 2D model does not always guarantee the bearing capacity of the diaphragm wall. The results of back analysis to determine the E2/E1 stiffness ratio to represent the anisotropy of the wall materials for 2D volume anisotropic models show that the anisotropy decreases as the panel length increases and when the panel length is greater than 3.2m, the model is not almost affected by the anisotropy of the wall material. Keywords: Numerical analysis PLAXIS 3D, Anisotropic ratio, Wall deflection, back analysis, out-of-plane bending moment. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * đáng lƣu ý là M22 của tƣờng vây không đƣợc Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà phân tích trong các mô hình 2D, thông thƣờng cao tầng, hầu hết các công trình đều đƣợc phân thiết kế sẽ bỏ qua việc kiểm tra khả năng chịu tích, tính toán theo mô hình 2D do thời gian uốn của tƣờng vây theo phƣơng ngoài mặt phân tích nhanh và đơn giản tuy nhiên chuyển phẳng uốn hoặc giả định M22 ≈ 0.75M11 để kiểm vị và độ lún nền thƣờng sai lệch và thƣờng lớn tra. Ngoài ra, trong quá trình thi công tƣờng hơn rất nhiều so với kết quả quan trắc. Điều vây, các panel tƣờng vây riêng lẻ liên kết với nhau bằng các mối nối. Điều này có nghĩa rằng * Bộ môn Địa cơ - Nền móng, khoa Kỹ thuật Xây dựng, tƣờng vây không ứng xử nhƣ một vật liệu liên Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia thành tục đẳng hƣớng. Trong thực tế thiết kế, ngƣời ta phố Hồ Chí Minh. Email: lebavinh@hcmut.edu.vn thƣờng mô hình tƣờng vây ứng xử đẳng hƣớng, 24 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
ảnh hƣởng của các mối nối giữa các panel đƣợc Phần mềm PLAXIS 3D&2D đƣợc sử dụng bỏ qua. Đặc tính bất đẳng hƣớng của tƣờng vây để phân tích ổn định hố đào sâu xét đến tính bất phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày tƣờng vây và đẳng hƣớng của vật liệu tƣờng vây nhƣ trong chiều dài mô đun panel. Do đó, cần thiết thay các hình trên. đổi chiều dày tƣờng vây và chiều dài mô đun 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT panel để phân tích so sánh chuyển vị ngang, mô 2.1. Hố đào sâu men uốn của tƣờng vây giữa mô hình sát với a) Đặc điểm hố đào sâu thực tế là mô hình 3D volume panel với mô Công tác thi công hố đào sâu đòi hỏi phải hình thiết kế thông thƣờng là mô hình 2D. tiến hành khảo sát, tính toán, kiểm tra thật kỹ Về ứng xử bất đẳng hƣớng của vật liệu tƣờng lƣỡng trƣớc khi thi công. Khi đào hố móng các vây đã đƣợc đề cập trong nghiên cứu của công trình tầng hầm khu vực có nền địa chất Zdravkovic và các cộng sự (2005) [1] và Thresa yếu, mực nƣớc ngầm cao và nhiều điều kiện Voit (2016) [2]. phức tạp khác rất dễ sinh ra mất ổn định hố đào, phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị phá hoại, ảnh hƣởng nghiêm trọng các công trình lân cận. Vì vậy bài toán ổn định hố đào sâu, đòi hỏi phải phân tích và lựa chọn giải pháp tƣờng chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức. b) Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây Các nhân tố ảnh hƣởng đến chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu đƣợc Kung, 2009 đƣa ra. Độ cứng của tƣờng vây, hệ thanh chống, chiều dài của tƣờng vây; Hình dạng của hố đào; Cải thiện đất nền công trình. Các phƣơng pháp thi công; Tính chất cơ lý của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nƣớc ngầm. Hình 1: Sơ đồ mối nối các loại tường khác nhau - Chang-Yu Ou (2006) [3] cũng đã nêu lên (Zdravkovic, 2005) (a) Tường vây những nhân tố ảnh hƣởng đến chuyển vị ngang (b) Tường secant pile (c) Tường soldier pile của tƣơng vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mất cân bằng lực, độ cứng của tƣờng vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn. c) Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Theo Chang-Yu Ou (2006) [1] có ba phƣơng pháp phân tích chuyển vị ngang của tƣờng vây: phƣơng pháp giản đơn, phƣơng pháp dầm trên nền đàn hồi và phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp giản đơn dựa trên những trƣờng hợp trong qua khứ để xây dựng nên những biểu đồ về mối quan hệ giữa các nhân tố Hình 2: Thông số độ cứng tường vây theo khác nhau với chuyển vị ngang của tƣờng vây hai phương (Thresa Voit, 2016) và đƣợc sử dụng để dự đoán sơ bộ chuyển vị ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 25
của tƣờng vây trong những trƣờng hợp tƣơng tự. Do vậy, phƣơng pháp giản đơn có nhiều hạn chế vì chuyển vị ngang của tƣờng vây là tổng hợp tác động của nhiều nhân tố khác nhau, điều kiện địa chất khác nhau nên việc áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kết quả có độ tin cậy thấp. Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn Phƣơng pháp dầm trên nền đàn hồi và phƣơng pháp phần tử hữu hạn là hai phƣơng Hình 3: Tường vây mô hình tấm Plate pháp thông dụng trong phân tích chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu. Ƣu Xét trên phƣơng diện bài toán phẳng nhƣ điểm của hai phƣơng pháp này chính mô [hình 9] chỉ phù hợp với công trình có nhịp phỏng gần trọn vẹn những nhân tố ảnh tƣờng vây liên tục trên mét dài và chiều dài hố hƣởng đến chuyển vị ngang của tƣờng vây đào >= 2 lần chiều rộng hố đào. Hiện nay vẫn trong hố đào sâu. Tuy nhiên lý thuyết cơ bản có thể phân tích tƣờng vây trên mô hình 3D, của hai phƣơng pháp này thì không thật sự nhƣng vẫn xem phần tử tấm là liên tục làm việc đơn giản đặc biệt là phƣơng pháp phần tử theo hai phƣơng. hữu hạn. Thực tế tƣờng vây cọc barrette là hệ tƣờng Trong phƣơng pháp phần tử hữu hạn gồm các khối cọc barrette đơn nguyên bố trí liên M.Mitew [2] đã sử dụng mô hình Mohr- tục với nhau tạo thành hệ tƣờng [hình 10], do Coulomb trong phần mềm Plaxis 2D để phân vậy độ cứng của hệ tƣờng vây cọc barrtte theo tích. Độ cứng của đất nền đƣợc M.Mitew phƣơng đứng và phƣơng ngang là hoàn toàn chia ra làm bốn trƣờng hợp; FEM 1: độ cứng khác nhau. Theo Zdravkovic và các cộng sự đất nền dựa theo tiêu chuẩn Ba Lan, FEM 2: (2005) [1], các panel tƣờng vây gần nhƣ không độ cứng đất nền dựa theo những nghiên cứu có liên kết với nhau, tỷ lệ độ cứng theo phƣơng trƣớc đó, FEM 3: độ cứng đất nền dựa vào ngang so với phƣơng dọc rất nhỏ Ey/Ez = 10-5. kết quả khảo sát địa chất, FEM 4: độ cứng Trong nghiên cứu của Thresa Voit (2016) [2], đất nền dựa vào kết quả đo đạc ứng suất tại tƣờng vây đƣợc mô phỏng theo dạng tƣờng liên hiện trƣờng. tục, ứng xử bất đẳng hƣớng đƣợc thực hiện bằng Tất cả những kết quả phân tích đƣợc so cách “vận dụng” mô hình Jointed Rock Model, sánh với kết quả quan trắc tại hiện trƣờng. độ cứng theo phƣơng ngang của tƣờng vây đƣợc M.Mitew đã nhận xét việc tính toán bằng giả định là ¼ phƣơng đứng E2 = ¼ E1. phƣơng pháp ứng suất phụ thuộc cho kết quả rất biến động vì phụ thuộc nhiều vào cách xác định hệ số Kh. Trong khi đó việc tính toán bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn cho kết quả tính ít biến động và gần sát với kết quả quan trắc. 2.2. Tƣờng vây cọc barrette Đã có nhiều nghiên cứu về sự làm việc của hệ tƣờng vây cọc barrette trong thi công hố đào sâu, nhƣng hầu hết các nghiên cứu đều mô phỏng tƣờng vây là phần tử tấm Plate liên tục [hình 9]. Hình 4: Tường vây cọc barrette 26 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
2.3. Mô hình Jointed Rock Model (JRM) JRM là một mô hình vật liệu đàn hồi dẻo lý tƣởng bất đẳng hƣớng, nhƣ thể hiện trong Hình 11. Đƣờng nằm ngang trong Hình 11 tƣơng ứng với lộ trình ứng suất phá hoại. Về cơ bản, mô hình này đƣợc sử dụng để mô hình hóa vật liệu đá, vì ứng xử của đá thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi Hình 6: Ý tưởng cơ bản của mô hình hƣớng của các khe nứt và sự phân lớp. JRM bị Jointed Rock Model (JRM) giới hạn bởi điều kiện ứng suất cắt phá hoại (tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb) chỉ có thể Ngoài ra, có thể xác định thêm 2 hƣớng xảy ra dọc theo hƣớng khe nứt hoặc phân lớp phân lớp chính trong Plaxis 3D. Tuy nhiên, xác định. Nó cho phép tạo mô hình tối đa 3 giới hạn trong việc mô phỏng tƣờng vây hố đào sâu, mô hình JRM đƣợc “vận dụng” để hƣớng khe nứt khác nhau, trong khi hƣớng đầu mô hình hóa ứng xử bất đẳng hƣớng của tiên tƣơng ứng với hƣớng phân lớp. tƣờng vây và do đó chỉ xác định một hƣớng phân lớp chính theo phƣơng ngang của tƣờng vây trong nghiên cứu này. 3. PHÂN TÍCH SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG, MÔ MEN UỐN TƢỜNG VÂY GIỮA CÁC MÔ HÌNH 3D VOLUME PANEL VÀ 2D VOLUME ANISOTROPIC Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng công trình thực tế là Chung cƣ kết hợp thƣơng mại Bến Vân Đồn, Quận 4, TPHCM, chiều dài công trình 78,1m, rộng 25,2m và đào sâu 9,1m, tƣờng Hình 5: Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi Diaphragm wall dày 500mm, cắm sâu đến độ dẻo lý tưởng sâu -19m. Thông thƣờng, sự phân lớp chỉ có một hƣớng cụ thể, kết quả là vật liệu đá thể hiện ứng xử độ cứng khác nhau, đặc biệt là các hƣớng vuông góc với nhau. Do đó, JRM cho phép nhập các thông số đầu vào về đặc tính đàn hồi bất đẳng hƣớng. Điều này cho phép nhập thông số độ cứng theo các hƣớng mong muốn khác với hƣớng phân lớp xác định. Tính bất đẳng hƣớng đƣợc xác định bởi 5 tham số sau: E1 [KN/m2]: Mô đun đàn hồi song song với mặt phẳng phân lớp E2 [KN/m2]: Mô đun đàn hồi vuông góc với mặt phẳng phân lớp 1 [-]: Hệ số poisson 2 [-]: Hệ số poisson G [KN/m2]: Mô đun đàn hồi trƣợt (song song Hình 7: Mặt bằng bố trí hệ giằng dự án với mặt phẳng phân lớp). Bến Vân Đồn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 27
Để phân tích phù hơp thực tế, các panel Đ ộ sâu Bề tƣờng vây của công trình có chiều dày thay đổi Lớp Loại đất đáy lớp dày NSPT 0,5m, 0,8m, 1,0m; chiều dài mô đun panel có (m) (m) L=2,4m, 2,6m, 2,8m, 3,0m, 3,2m; chiều sâu hố 1 Bùn sét -8,0 5,9 0-1 đào tƣơng ứng cho các chiều dày panel thay đổi là 9,1m cho tƣờng vây d500 (02 tầng hầm), Sét pha, dẻo 2 -11,9 3,9 8-16 12,1m cho tƣờng vây d800 (03 tầng hầm), và cứng 15,1m cho tƣờng vây d1000 (04 tầng hầm); 3 Cát pha, dẻo -18,3 6,4 5-13 chiều dài tƣờng vây tƣơng ứng cho các chiều Cát hạt mịn, chặt dày panel thay đổi là 19m cho tƣờng vây d500 4 -21,8 3,5 20 vừa (02 tầng hầm), 25m cho tƣờng vây d800 (03 5 Sét, dẻo cứng -24,1 2,3 9-15 tầng hầm), và 30m cho tƣờng vây d1000 (04 tầng hầm). Trong mô hình 3D, tƣờng vây đƣợc Cát hạt mịn, chặt 6 -47,7 23,6 8-30 mô phỏng là phần tử khối gồm các panel liên vừa kết với nhau (3D volume panel), còn trong mô Sét, nữa cứng hình 2D, tƣờng vây đƣợc mô phỏng là phần tử 7 -58 10,3 21-53 đến cứng khối theo mô hình vật liệu Jointed Rock Model (JRM) để xét đến tính bất đẳng hƣớng của vật Hố đào 02 tầng hầm gồm có 03 hệ giằng ở liệu tƣờng vây. các cao độ nhƣ trong hình 16. Khi tăng số lƣợng tầng hầm tƣơng ứng với tăng chiều dày tƣờng và chiều sâu đào thì tăng thêm một hệ giằng dƣới hệ giằng cuối cùng 3m. Hình 8: Mặt bằng bố trí panel tường vây điển hình trong phân tích 3D volume panel Hình 9: Chi tiết panel tường vây điển hình Hình 10: Mặt cắt hố đào trong mô phỏng Plaxis Địa tầng có lớp đất đắp dày 2,1m, các lớp đất cho hố đào 02 tầng hầm sâu 9.1m, tường vây d500 phía dƣới gồm bùn sét, sét pha, cát pha, cát hạt mịn, sét cứng, mực nƣớc ngầm xuất hiện ở độ Đơn giản hóa cho nghiên cứu này là bỏ qua các sâu -4,0m [Bảng 1]. góc cạnh bất đối xứng của hố đào nhằm tập trung khảo sát sự khác biệt trong mô phỏng 3D,2D và Bảng 1: Phân bố các lớp đất theo chiều sâu tính bất đẳng hƣớng của vật liệu tƣờng vây cũng Đ ộ sâu Bề nhƣ giảm thời gian phân tích bằng cách lập mô Lớp Loại đất đáy lớp dày NSPT hình cho ¼ hố đào do tận dụng tính đối xứng theo cả hai phƣơng. Nhƣ thể hiện trong hình 17, hố đào (m) (m) đƣợc bao quanh bởi các phụ tải do tải trọng nhà A Đ ất san lấp -2,1 2,1 10 lân cận. Theo khảo sát hiện trạng dự án, phụ tải 28 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
đƣợc lấy là q = 20 KN/m2. Hình 11: Mặt bằng dự án và hệ thanh chống 3.1. Mô hình toán số a) Thông số đất nền Bảng 2: Thông số địa chất các lớp đất trong PLAXIS 3D Lớp 4 Lớp 6 Lớp 2 Lớp 7 Lớp 3 (Cát Lớp 5 (Cát Đ ơn Lớp A Lớp 1 (Sét pha, (Sét, nửa (Cát pha mịn, (Sét, dẻo mịn, vị (Fill) (Bùn sét) dẻo cứng đến dẻo) chặt cứng) chặt cứng) cứng) vừa) vừa) Độ m 1,6 5,90 3,90 6,40 3,50 2,30 23,60 10,30 sâu Mô HS HS HS HS HS HS HS HS hình Phân Draine Undraine Undraine Undraine Undraine Undraine Drained Drained tích d d (B) d (A) d (A) d (A) d (A) γunsat kN/m3 17,80 15,54 18,58 19,41 19,97 18,47 20,04 19,81 γsat kN/m3 18,57 15,91 19,21 19,95 20,38 18,75 20,48 20,03 kx = ky m/day - 8,64E-06 8,64E-05 8,64E-03 - 8,64E-08 - 8,64E-05 kz m/day - 1,73E-05 1,73E-04 1,73E-02 - 1,73E-07 - 1,73E-04 E50ref kN/m2 10,000 5,730 13,049 16,500 13,100 42,966 12,750 47,142 Eeodref kN/m2 10,000 5,730 13,049 16,500 13,100 42,966 12,750 47,142 Eurref kN/m2 30,000 17,190 39,146 49,500 39,300 128,898 38,250 141,426 m (-) 0,7 1,0 0,75 0,75 0,6 0,6 0,6 0,6 c’ref kN/m2 1 22,92 16,3 9,5 5,3 25,4 4,8 3,85 φ' φ' (O) 25 0 24,08 22,27 25,33 24,2 26,07 17,78 υur (-) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Rinter (-) 100 100 100 100 100 100 100 100 b) Thông số tường vây trong mô h nh Bảng 3: Thông số vật liệu panel tƣờng vây ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 29
trong mô hình 3D volume panel 0 0 Phần tử volume Đơn vị Model Elastic Elastic Elastic Model Jointed Rock Model Type Non-porous Type Anchor Anchor Anchor d 0,5; 0,8; 1,0 m EA 3.652e6 3.652e6 3.652e6 KN L 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2 m Dầm biên (Walings)  25 kN/m3 E1 28,75e6 kN/m2 1 2 3 E2 28,75e6 kN/m2 H400x40 H400x40 H400x40  0,2  0,2 0 0 0 Model Elastic Elastic Elastic 2 G1 11,98e6 kN/m G2 11.98e6 kN/m2 Tiêu chí phá hoại MC Type Beam Beam Beam ’ 45 0 A 0,02187 0,02187 0,02187 m2 c’ 6000 kN/m 2 E 210e6 210e6 210e6 KN/ t 12000 kN/m2 1 90/90 0 m2 2 0/90 0 I2 0,666e-3 0,666e-3 0,666e-3 m4 Bảng 4: Thông số vật liệu tƣờng vây I3 0,224e-3 0,224e-3 0,224e-3 m4 bất đẳng hƣớng trong mô hình 2D  78,5 78,5 78,5 KN/ Phần tử volume Đơn vị Model Jointed Rock Model m3 Type Non-porous d 0,5; 0,8; 1,0 m d) Các trường hợp mô h nh  7,7 kN/m3 Mô hình bao gồm các trƣờng hợp thay đổi giữa E1 28,75e6 kN/m2 tƣờng vây 3D volume panel và 2D volume. Sự E2 k.E1 kN/m2 thay đổi chiều dày tƣờng vây, chiều dài mô đun  0,2 panel dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ độ cứng tƣờng vây  0,2 theo phƣơng ngang so với phƣơng đứng. G2 E2/[2(1+2)] kN/m2 Bảng 6: Các trƣờng hợp mô hình trong Tiêu chí phá hoại MC phân tích 3D volume panel và 2D ’ 45 0 volume anisotropic c’ 6000 kN/m2 t 12000 kN/m2 Tƣờng vây Thông số panel 1 90/90 0  Bất đẳng hƣớng • Chiều dày panel : 2 0 (Anisotropic) 500mm, 800mm, 0/90 1000mm c) Thông số hệ giằng chống • Chiều dài panel : + Phần tử khối 3D Bảng 5: Thông số hệ giằng chống trong 2,4m, 2,6m, …, Volume panel mô hình Plaxis 3D 3,2m + Phần tử khối 2D Thanh chố ng (Struts) Volume Đ ơn 1 2 3 vị 3.2. Phân tích ngƣợc xác định tỷ lệ độ cứng tƣờng vây theo phƣơng ngang so với H350x35 H350x35 H350x350 mm phƣơng dọc 30 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Để tiến hành quá trình phân tích ngƣợc (back analysis), tác giả thay đổi chiều dày tƣờng vây từ 500÷1000 mm, chiều dài các mô đun panel từ 2,4 ÷ 3,2m và xác định tỷ lệ bất đẳng hƣớng bằng cách so sánh với chuyển vị U y của các mô hình 3D volume panel và 3D volume continuum (mô hình 3D liên tục), thay đổi tỉ lệ độ cứng E2/E1 để có chuyển vị Uy tƣơng đồng giữa 02 mô hình, chênh lệch tƣơng đối không đƣợc vƣợt quá 1%. Tỉ lệ độ cứng E2/E1 này đƣợc đƣa vào Hình 14: Mô hình tường vây d1000 hố đào sâu mô hình 2D volume anisotropic. 15,1m, panel L=3,2m trong PLAXIS 3D 3.3. Mô phỏng trong Plaxis 3D Tƣờng vây hố đào đƣợc mô hình hóa bằng phần tử volume trong Plaxis 3D. Hình 15: Mô hình tường vây d500 hố đào sâu Hình 12: Mô hình tường vây d500 hố đào sâu 9,1m trong PLAXIS 2D. 9,1m, panel L=2,4m trong PLAXIS 3D Hình 13: Mô hình tường vây d800 hố đào sâu 12,1m, panel L=2,8m trong PLAXIS 3D Hình 16: Mô hình tường vây d800 hố đào sâu 12,1m trong PLAXIS 2D. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 31
L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số k= 0,2 0,3 0,6 0,7 0,8 E2/E1 Bảng 8: Tỷ lệ bất đẳng hƣớng k=E2/E1 cho tƣờng vây d800 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số k= 0,4 0,55 0,7 0,8 0,9 E2/E1 Hình 17. Mô hình tường vây d1000 hố đào sâu 15,1m trong PLAXIS 2D. Bảng 9: Tỷ lệ bất đẳng hƣớng k=E2/E1 cho tƣờng vây d1000 3.4. Phân tích kết quả L a) Kết quả phân tích ngƣợc xác định tỷ lệ độ 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m cứng k=E2/E1 giữa mô hình 3D Volume panel và Hệ số mô hình 3D Volume anisotropic continuum k= 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 E2/E1 b) Kết quả chuyển vị ngang và mô men uốn của mô hình 3D Volume panel và mô hình 2D Volume anisotropic Hình 18: Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang tường vây d500, L=2,4m của mô hình 3D volume panel và 3D volume continuum Kết quả phân tích cho thấy ở các chiều dày tƣờng vây bất kỳ từ 500÷1000mm, tỉ lệ độ cứng Hình 19: Chuyển vị ngang tường vây d500 E2/E1 của mô hình có mô đun panel L = 3,2m của mô hình 3D volume (panel L =2,4m) nằm ở khoảng 0,8÷0,9. Điều đó cho thấy ảnh hƣởng của tính bất đẳng hƣớng giảm dần khi chiều dài mô đun panel tăng lên và khi chiều dài mô đun panel lớn hơn 3,2m thì mô hình hầu nhƣ không chịu ảnh hƣởng của tính bất đẳng hƣớng của vật liệu tƣờng vây (Bảng 7,8,9). Bảng 7: Tỷ lệ bất đẳng hƣớng k=E2/E1 cho tƣờng vây d500 32 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Hình 20: Chuyển vị ngang tường vây d500 của mô hình 2D volume anisotropic Hình 23: Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang tường vây d1000 của mô hình 3D & 2D Hình 21: Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang Hình 24: Mô men M11 tường vây d500 của tường vây d500 của mô hình 3D & 2D mô hình 3D volume (panel L =2,4m) Hình 22: Biểu đồ chuyển vị theo phương ngang Hình 25: Mô men M11 tường vây d500 tường vây d800 của mô hình 3D & 2D của mô hình 2D volume anisotropic ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 33
d1000 của mô hình 3D & 2D Hình 29: Mô men M22 tường vây d500 của mô hình 3D volume (panel L =2,4m) Hình 26: Biểu đồ mô men M11 tường vây d500 của mô hình 3D & 2D Hình 27: Biểu đồ mô men M11 tường vây Hình 30: Biểu đồ mô men M22 tường vây d800 của mô hình 3D & 2D d500 của mô hình 3D volume panel Hình 28: Biểu đồ mô men M11 tường vây 34 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Hình 31: Biểu đồ mô men M22 tường vây các trƣờng hợp còn lại M22 ≥1,2 M11. d800 của mô hình 3D volume panel Đối với tƣờng vây d800, Khi tăng chiều dài mô đun panel L=2,4m; 2,6m;…; 3,2m tƣơng ứng với số lƣợng mối nối giữa các panel giảm dần, chênh lệch chuyển vị ngang Uy và mô men M11 giữa các mô hình 3D & 2D rất ổn định ở mức chênh lệch 47-49% cho chuyển vị Uy và 190-210% cho mô men M11 nhƣ trong Bảng 13, 14. Mô men M22 của tƣờng vây trong mô hình 3D volume panel d800 cũng giảm dần tƣơng tự nhƣ M11 khi chiều dài mô đun panel tăng lên. Tỷ lệ m2 = M3D22/M2D11 từ 0,8÷0,88 khi thay đổi chiều dài mô đun panel nhƣ trong Bảng 15. Tất cả các trƣờng hợp chiều dài mô đun panel đều không phù hợp giả định thiết kế thông thƣờng Hình 32: Biểu đồ mô men M22 tường vây M22 = 0,75 M11 d1000 của mô hình 3D volume panel Chuyển vị ngang Uy và mô men M11 của tƣờng vây trong các mô hình 2D volume d1000 Chuyển vị ngang Uy và mô men M11 của cao hơn rõ rệt so với các mô hình 3D volume tƣờng vây trong các mô hình 2D volume d500 panel d1000 nhƣ trong Bảng 16,17. Khi tăng cao hơn rõ rệt so với các mô hình 3D volume chiều dài mô đun panel L=2.4m; 2.6m; …; 3.2m panel d500. Khi tăng chiều dài mô đun panel tƣơng ứng với số lƣợng mối nối giữa các panel L=2,4m; 2,6m;…; 3,2m tƣơng ứng với số lƣợng giảm dần, chênh lệch chuyển vị ngang U y và mô mối nối giữa các panel giảm dần, chênh lệch men M11 giữa các mô hình 3D & 2D rất ổn định chuyển vị ngang Uy và mô men M11 giữa các ở mức chênh lệch 80-82% cho chuyển vị Uy, tuy mô hình 3D & 2D cũng giảm dần và ổn định ở nhiên chênh lệch mô men M11 giảm dần và dao mức chênh lệch 17% cho chuyển vị U y và 105% động từ 327% đến 196% nhƣ trong Bảng 17. cho mô men M11 khi L = 2,8m; 3,0m; 3,2m nhƣ Khác với các trƣờng hợp d=500, d=800, khi trong Bảng 10, 11. chiều dài mô đun panel tăng lên mô men M11 Mô men M22 của tƣờng vây trong các mô của tƣờng vây trong mô hình 3D volume panel hình 3D volume panel d500 cũng giảm dần d1000 tăng dần, ngƣợc lại mô men M22 lại giảm tƣơng tự nhƣ M11 khi chiều dài mô đun panel dần. Tỷ lệ m2 = M3D22/M2D11 từ 0.54÷0.55 khi tăng lên. Tỷ lệ m2 = M3D22/M2D11 từ thay đổi chiều dài mô đun panel nhƣ trong Bảng 0,581÷1,257 khi thay đổi chiều dài mô đun 18. Tất cả các trƣờng hợp chiều dài mô đun panel nhƣ trong Bảng 12. Chỉ có trƣờng hợp panel đều không phù hợp giả định thiết kế thông chiều dài mô đun panel L=2,4m; 2.6m phù hợp thƣờng M22 = 0,75 M11. giả định thiết kế thông thƣờng M22 = 0,75 M11, Bảng 10: Tổng hợp chuyển vị, mô men cho tƣờng vây d500 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số Panel 2D Panel 2D Panel 2D Panel 2D Panel 2D Uy 1,789 2,556 1,756 2,434 1,75 2,04 1,747 2,037 1,743 2,036 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 35
M11 86,5 364,2 84,1 285,2 80,4 161,2 77,4 159,3 77,4 159,1 M22 211,5 - 212,8 - 202,6 - 197 - 190,7 - Bảng 11: Chênh lệch tƣơng đối chuyển vị, mô men M11 cho tƣờng vây d500 L Chên Chênh Chênh Chênh Chênh h lệch lệch lệch lệch lệch Hệ 2,4m tƣơn 2,6m tƣơng 2,8m tƣơng 3,0m tƣơng 3,2m tƣơng số g đối đố i đố i đố i đố i (%) (%) (%) (%) (%) Pane 2D Pane 2D Pane 2D Pane 2D Pane 2D l l l l l Uy 1,789 2,55 42,9 1,756 2,43 38,6% 1,75 2,04 16,6% 1,747 2,03 16,6% 1,743 2,03 16,8% 6 % 4 7 6 M11 86,5 364, 321% 84,1 285, 239,3 80,4 161,2 100,5 77,4 159,3 105,8 77,4 159,1 105,6 2 2 % % % % Bảng 12: Tổng hợp hệ số k,m1, và ƣớc lƣợng tỷ lệ m2= M3D22/M2D11 cho tƣờng vây d500 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số k = E2/E1 0,2 0,3 0,6 0,7 0,8 n = U3Dy/U2Dy 0,7 0,722 0,858 0,857 0,856 m1 = M3D11/M2D11 0,238 0,295 0,499 0,486 0,486 m2 = M3D22/M2D11 0,581 0,746 1,257 1,237 1,200 Bảng 13: Tổng hợp chuyển vị, mô men cho tƣờng vây d800 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số Panel 2D Panel 2D Panel 2D Panel 2D Panel 2D Uy 1,583 2,337 1,572 2,329 1,569 2,324 1,565 2,322 1,553 2,32 M11 142,4 417,2 142 413 141,2 410,8 136,7 409,7 131,1 409 M22 365,7 - 360,3 - 340,2 - 333,9 - 328,2 - Bảng 14: Chênh lệch tƣơng đối chuyển vị, mô men M 11 cho tƣờng vây d800 L Chên Chênh Chênh Chênh Chênh h lệch lệch lệch lệch lệch tƣơng tƣơng tƣơng tƣơng 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ tƣơn đố i đố i đố i đố i số g đố i (%) (%) (%) (%) (%) Pane 2D Pane 2D Pane 2D Pane 2D Pane 2D 36 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
l l l l l Uy 1,583 2,33 47,6 1,572 2,32 48,2% 1,569 2,32 48,1% 1,565 2,32 48,4% 1,553 2,32 49,4% 7 % 9 4 2 M11 142, 417,2 193% 142 413 190,8 141,2 410,8 190,9 136,7 409, 199,7 131,1 409 212% 4 % % 7 % Bảng 15: Tổng hợp hệ số k,m1, và ƣớc lƣợng tỷ lệ m2= M3D22/M2D11 cho tƣờng vây d800 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số k = E2/E1 0,4 0,55 0,7 0,8 0,9 n = U3Dy/U2Dy 0,677 0,675 0,675 0,674 0,669 m1 = M3D11/M2D11 0,341 0,344 0,344 0,334 0,321 m2 = M3D22/M2D11 0,877 0,872 0,828 0,815 0,802 Bảng 16: Tổng hợp chuyển vị, mô men cho tƣờng vây d1000 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số Panel 2D Panel 2D Panel 2D Panel 2D Panel 2D Uy 1,573 2,829 1,559 2,82 1,555 2,814 1,548 2,809 1,546 2,806 M11 193,5 827,3 204,3 821 212,3 816 226,1 813,3 274,1 811,1 M22 456,1 - 452,8 - 444,9 - 440 - 437,4 - Bảng 17: Chênh lệch tƣơng đối chuyển vị, mô men M 11 cho tƣờng vây d1000 L Chênh Chênh Chênh Chênh Chênh lệch lệch lệch lệch lệch Hệ 2,4m tƣơng 2,6m tƣơng 2,8m tƣơng 3,0m tƣơng 3,2m tƣơng số đố i đố i đố i đố i đố i (%) (%) (%) (%) (%) Pane 2D Pane 2D Pane 2D Pane 2D Pane 2D l l l l l Uy 1,573 2,82 79,8% 1,559 2,82 80,9% 1,555 2,814 81% 1,548 2,80 81,5% 1,546 2,80 81,5% 9 9 6 M11 193,5 827, 327,5 204, 821 301,9 212,3 816 284,4 226,1 813,3 259,7 274,1 811,1 195,9 3 % 3 % % % % Bảng 18: Tổng hợp hệ số k,m1, và ƣớc lƣợng tỷ lệ m2= M3D22/M2D11 cho tƣờng vây d1000 L 2,4m 2,6m 2,8m 3,0m 3,2m Hệ số k = E2/E1 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 n = U3Dy/U2Dy 0,556 0,553 0,553 0,551 0,551 m1 = M3D11/M2D11 0,234 0,249 0,26 0,278 0,338 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 37
m2 = M3D22/M3D11 1,586 1,946 2,096 2,216 2,357 4. KẾT LUẬN thì m2 = M3D22/ M2D11 = 1,2 ÷ 1,257, đối với mô Qua kết quả phân tích, so sánh chuyển vị, mô hình chiều dày tƣờng vây d800, L=(2,4 ÷ 3,2)m men của tƣờng vây có xét đến tính bất đẳng thì m2 = M3D22/ M2D11 = 0,8 ÷ 0,88, đối với mô hƣớng của vật liệu tƣờng vây, có thể rút ra một hình chiều dày tƣờng vây d1000, L=(2,4 ÷ số kết luận sau: 3,2)m thì m2 = M3D22/ M2D11 = 0,54 ÷ 0,55  Phân tích ngƣợc xác định tỷ lệ độ cứng (Bảng 12, 15, 18). Nghiên cứu này mới chỉ thực k=E2/E1 của tƣờng vây theo phƣơng ngang so hiện trên một loại công trình và địa chất của một với phƣơng dọc: tỉ lệ độ cứng E2/E1 của mô hình khu vực còn chƣa đủ số liệu để đề xuất tỷ lệ ở các chiều dày tƣờng vây bất kỳ từ M3D22/ M2D11 giữa mô hình 3D volume panel và 500÷1000mm có mô đun panel L = 3,2m nằm ở mô hình 2D volume anisotropic một cách đáng khoảng 0,8÷0,9. Điều đó cho thấy ảnh hƣởng tin cậy, tuy nhiên ƣớc lƣợng tỷ lệ này trong của tính bất đẳng hƣớng giảm dần khi chiều dài bƣớc thiết kế sơ bộ ở cùng địa chất tƣơng tự là mô đun panel tăng lên và khi chiều dài mô đun phù hợp. panel lớn hơn 3,2m thì mô hình hầu nhƣ không Kiến nghị: Những vấn đề then chốt mang chịu ảnh hƣởng của tính bất đẳng hƣớng của vật tính thống kê của nghiên cứu này về tỷ lệ độ liệu tƣờng vây. cứng tƣờng vây theo phƣơng ngang so với  Chuyển vị ngang và mô men uốn M11 phƣơng dọc; chuyển vị ngang và mô men của tƣờng vây giữa mô hình 3D&2D: Chênh uốn M 11 , M22 của tƣờng vây giữa mô hình lệch chuyển vị ngang và mô men uốn M11 của 3D & 2D có ý nghĩa lớn đối với thiết kế mô hình 3D & 2D khá lớn và tăng lên khi tƣờng vây. Tuy nhiên, giới hạn nghiên cứu chiều dày tƣờng vây tăng lên tƣơng ứng với chỉ thực hiện với tƣờng vây hố đào sâu thi chiều sâu đào. Khi chiều sâu hố đào càng tăng công theo phƣơng pháp Bottom-up có hệ thì chênh lệch chuyển vị ngang và mô men giằng chống và địa chất khu vực Quận 4 uốn M11 của mô hình 3D & 2D gần nhƣ không Thành phố Hồ Chí Minh. Do đó, cần thiết bị ảnh hƣởng của tính bất đẳng hƣớng của vật mở rộng nghiên cứu trên các tƣờng vây hố liệu tƣờng vây. đào sâu thi công theo phƣơng pháp khác  Mô men ngoài mặt phẳng uốn M22 của nhƣ: neo trong đất, Top-down, Semi Top- tƣờng vây giữa mô hình 3D&2D: Phân tích các down và các địa chất khác nhau nhằm phân mô hình 3D volume panel và mô hình 2D tích tổng quát hơn. volume anisotropic cho thấy tỷ lệ M3D22/ M2D11 Lời cảm ơn ở các mô hình chiều dày tƣờng vây d500, d800 Chúng tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách (tƣơng ứng với 02 và 03 tầng hầm) không phù Khoa, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ thời gian, phƣơng hợp với giả định thiết kế, chỉ có mô hình chiều tiện và cơ sở vật chất cho nghiên cứu này. dày tƣờng vây d1000 (tƣơng ứng 04 tầng hầm) là phù hợp (Bảng 12,15,18). Điều này chứng tỏ TÀI LIỆU THAM KHẢO ƣớc lƣợng M22 trong mô hình 2D theo kinh nghiệm không phải lúc nào cũng đảm bảo khả [1] Chang-Yu Ou, Deep Excavation năng chịu lực của tƣờng vây. Theoory and Practice, Taipei: Department of Ngoại trừ trƣờng hợp chiều dày tƣờng vây construction engineering, National Taiwan d500, mô đun panel L=2,4m; 2,6m, tất các University of Science and Technology, 2006. trƣờng hợp còn lại, tỷ lệ M3D22/ M2D11 chênh [2] Zdravkovic et all, "Modelling of a 3D lệch rất ít khi thay đổi chiều dài mô đun panel excavation in finite element analysis," với cùng chiều dày tƣờng vây. Đối với mô hình Geotechnique 55, vol. 7, pp. 497-513, 2005. chiều dày tƣờng vây d500, L=2,8m;3,0m;3,2m [3] Theresa Voit, "3D - FEM Modelling of a 38 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Deep Excavation," Master's thesis at Graz of a deep excavation case history," Geotecnique University of Technology, 2016. 66, No.1, pp. 1-15, 2016. [4] Y.P. Dong et all, "Finite-element analysis [5] Plaxis 3D Manual 2013. Người phản biện: PGS,TS. NGUYỄN VĂN DŨNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 39