Phân tích ứng xử hố đào sâu trong nền sét bão hòa nước bằng phương pháp FEM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết sử dụng Plaxis 2D với một số mô hình đất (Mohr-Coulomb, Hardening Soil) để dự đoán hành vi đào sâu trong đất sét mềm saturead. Dữ liệu dự đoán được so sánh với việc làm lưới tại hiện trường và phát hiện ra rằng modell đất cứng có vẻ phù hợp nhất. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của bài viết này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ứng xử hố đào sâu trong nền sét bão hòa nước bằng phương pháp FEM

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ HỐ ĐÀO SÂU TRONG NỀN SÉT BÃO HÕA NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP FEM LẠI VĂN QUÍ*, HUỲNH QUỐC THIỆN** TRÀ HỮU THỜI**, TRẦN DUY TÂN*** Finite Element Method (FEM) for Analing behavior of a deep excavation in soft clay Abstract: The paper uses Plaxis 2D with some soils modelling (Mohr- Coulomb, Hardening Soil) for predicting behavior of deep excavation in saturead soft clays. The prediction data are compared with mesuring in field and find out that hardening soil modell seems the most fitting. 1. GIỚI THIỆU * ƣu nhƣợc điểm của các mô hình đất khác nhau, Chuyển vị của tƣờng chắn đất trong bài c ng nhƣ l a chọn loại phân tích phù hợp cho toán hố đào sâu là một trong những vấn đề ứng xử của đất bùn sét yếu quan trọng vì nó ảnh hƣởng đến ổn định hố Do đó, trong bài báo này tập trung nghiên đào sâu, c ng nhƣ các công trình lân cận cứu, đánh giá các mô hình đất và phân tích ứng Chuyển vị ngang tƣờng chắn và ổn định hố xử của đất sét bão hòa nƣớc để có thể d đoán đào sâu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau chính xác chuyển vị ngang của tƣờng chắn hố nhƣ địa chất, độ cứng của tƣờng chắn và hệ đào sâu trong đất yếu khu v c thành phố H Chí thanh chống, c ng nhƣ ảnh hƣởng của tải Minh Từ đó, l a chọn mô hình tính toán và trọng và các yếu tố khác phƣơng pháp phân tích phù hợp nhất với mục Hiện tại việc d đoán chuyển vị của tƣờng tiêu d đoán chính xác chuyển vị ngang của chắn trong thi công hố đào sâu cho những d án tƣờng chắn trong đất yếu th c tế, c ng nhƣ các nghiên cứu thƣờng đƣợc 2. CÁC MÔ HÌNH VẬT LIỆU sử dụng bằng phần mềm phần tử hữu hạn, 2.1. Mô hình Mohr-Coulomb Plaxis 1-11 Trong đó, các mô hình đất thƣờng Mô hình Mohr-Coulomb là mô hình đất cơ đƣợc áp dụng nhất: Mô hình Mohr Coulomb bản và phổ biến với ứng xử đàn h i - d o lý (MC), mô hình Hardening Soil (HS) Kèm theo tƣởng và sử dụng tiêu chuẩn phá hoại của Mohr- đó là các phƣơng pháp phân tích ứng xử của đất Coulomb Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng không thoát nƣớc theo phƣơng pháp ứng suất của mô hình Mohr-Coulomb đƣợc thể hiện hữu hiệu gọi là Undrained , Undrained B và Hình 1 Các thông số của mô hình bao g m: phân tích theo ứng suất tổng gọi là Undrained C Thô g hồi: Tuy nhiên trong các nghiên cứu gần đây ở Việt E: Mô đun đàn h i Young (kN m2) Nam 12-14 , v n chƣa có nghiên cứu, đánh giá : Hệ số poison Thô g há h i d : * Kh Th y D g T g i học Bách c': L c dính hữu hiệu (kN m2) Khoa - i học Q c Gi Th h ph Hồ Chí Mi h ** T g i học D y T - Nẵ g ': Góc ma sát trong hữu hiệu (độ) *** T g i học Gi Thô g V tải Th h ph : Góc giãn nở (độ) Hồ Chí Mi h 4 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
2.3. P t t át ớ với ứ suất ữu iệu (U drai ed-Couple Analysis) Phân tích Undrained đƣợc sử dụng nhằm mục đích xem xét ứng xử của đất nền theo ứng suất hữu hiệu, có kể đến quá trình phát triển áp l c nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ trong đất theo lý thuyết cố kết của Terzaghi: σ=σ’+σw P á ( t t e ứ suất Hình 1. Q hệ giữ ứ g ấ v biế d g ữu iệu) U drai ed trong mô hình Mohr-Coulomb Ứng xử vật liệu: Undrained Thông số sức chống cắt hữu hiệu: c’, ’, ’ 2.2. Mô hình Hardening Soil Thông số độ cứng hữu hiệu: E50’, ’ Mô hình tăng bền đ ng hƣớng Hardening Soil P á ( t t e ứ suất (HS) là mô hình đất nâng cao dùng để mô phỏng ữu iệu) U drai ed ứng xử của nhiều loại đất khác nhau, dành cho cả Ứng xử vật liệu: Undrained đất mềm và đất cứng Tăng bền cắt dùng để mô Thông số sức chống cắt không thoát nƣớc phỏng các biến dạng không h i phục của đất nền c=cu, =0, =0 khi chịu ứng suất lệch (ứng suất cắt) ban đầu Thông số độ cứng hữu hiệu: E50’, ’ Tăng bền nén dùng để mô phỏng các biến dạng P á C( t t e ứ suất không h i phục của đất nền khi chịu tải nén 1 tổ ) U drai ed C trục ban đầu (nén cố kết hay nén đ ng hƣớng) Thông số sức chống cắt không thoát nƣớc Các thông số mô hình bao g m: (ứng suất tổng) c=cu, =0, =0 c': L c dính hữu hiệu (kN m2) Thông số độ cứng không thoát nƣớc: ': Góc ma sát trong hữu hiệu (độ) Eu, u =0.495 E50: Mô đun cát tuyến từ thí nghiệm nén 3 Nếu không muốn sử dụng tu chọn trục cố kết thoát nƣớc (kN m2) Undrained trong Plaxis để phân tích ứng xử Eoed: Mô đun tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cố không thoát nƣớc, chỉ có thể mô phỏng ứng xử kết (kN m2) không thoát nƣớc bằng cách chọn kiểu vật liệu Eur: Độ cứng gia và dở tải (kN m2) Non-porous và nhập tr c tiếp thông số đàn h i m: Hệ số m không thoát nƣớc và thông số sức chống cắt ur: Hệ số poisson gia và dở tải không thoát nƣớc pref: Áp l c tham chiếu (kN m2) 2.4. P t t át ớ với ứ suất ữu iệu (Drai ed-Uncouple Analysis) Phân tích Drained đƣợc sử dụng nhằm mục đích không phát sinh áp l c nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ trong đất nền Đất và nƣớc đƣợc xem nhƣ 1 vật liệu duy nhất đang chịu tải (không liên quan gì đến thoát nƣớc) Phân tích Drained chủ yếu áp dụng cho các loại đất rời (thoát nƣớc nhanh) và ứng xử lâu dài của đất sét 3. TỔN QU N DỰ N Hình 2. M d g hô g gi ứ g ấ Vị trí d án căn hộ The Golden Star nằm chí h c ô h h H de i g S i giữa trung tâm phát triển năng động và hiện đại ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 5
D án tọa lạc tại vị trí vàng quận 7 mặt tiền số D án căn hộ The Golden Star với quy mô 2 72 đƣờng Nguyễn Thị Thập Phối cảnh và vị trí tầng hầm có diện tích hầm hơn 4500m2. Móng d án đƣợc thể hiện ở Hình 3. đại trà có cao độ trung bình là -6,65m, hố pít là - 9,65m. Kích thƣớc hình học chính của công trình có thể đƣợc thể hiện ở Hình 5 và Hình 6, thể hiện mặt bằng hiện trạng và mặt cắt ngang sẽ phân tích trong bài báo này Hình 3. Vị í d á 72 Ng yễ Thị Th q 7 Hình 6. M c h h học gh h hiệ c g Trình t thi công mô phỏng trong Plaxis bao g m các bƣớc nhƣ sau: Bƣớc 1: Kích hoạt tải bề mặt Bƣớc 2: Thi công ép cừ Bƣớc 3: Đào đất đến cao độ -1,3mGL Bƣớc 4: Lắp hệ giằng H350 cao độ -0,8mGL Hình 4. ích h ớc h h học c cô g h Bƣớc 5: Đào đất đến cao độ -4,05mGL Bƣớc 6: Lắp hệ giằng H400 cao độ -3,5mGL Bƣớc 7: Đào đất đến cao độ đáy móng đại trà -6.65mGL Bƣớc 8: Thi công ép cừ 9m khu v c hố pít Bƣớc 9: Thi công sàn và móng đại trà xung quanh hố pít, lắp hệ giằng H350 Bƣớc 10: Đào đất khu v c hố pít đến cao trình -9.65mGL Bƣớc 11: Thi công móng l i thang khu v c hố pít và thi công full sàn B2 D a và mặt bằng d án, trình t thi công, tải bề mặt, các lớp đất và d a vào cách xác định điều kiện biên bên trên để th c hiện mô hình mô Hình 5. M b g hiệ gx gq hd á phỏng nhƣ Hình 7. 6 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
Thông số địa chất sử dụng trong phần mềm Plaxis theo phƣơng pháp Undrained cho lớp bùn sét yếu (lớp 1 bùn sét d o chảy) là thông số hữu hiệu đƣợc xác định từ thí nghiệm 3 trục CU. Bảng 1 tổng hợp các thông số địa chất theo Hình 7. M t c t mô phỏng phƣơng pháp phân tích Undrained 4.2. P t u ể vị a t ờ ắ 4. BÀI TOÁN PHÂN TÍCH ằ Harde i S i t e Trong mô hình Plaxis có các phƣơng pháp á t U drai ed phân tích undrained khác nhau. Bài toán phân tích sử dụng mô hình Hardening Soil theo ả 2. ả tổ ợ á t số phƣơng pháp phân tích undrained và phƣơng t t á t e á pháp undrained B phục vụ cho việc tính toán biện pháp thi công hố đào sâu đƣợc sử dụng cho d án này nhằm mục đích so sánh kết quả phân tích thu đƣợc với kết quả quan trắc th c tế tại hiện trƣờng Ngoài ra tác giả còn sử dụng phƣơng pháp undrained C để làm bài toán phân tích ngƣợc để chọn ra thông số tối ƣu cho địa chất khu v c c ng nhƣ so sánh đánh giá kết quả tính toán với các phƣơng pháp khác nhau 4.1. P t u ể vị a t ờ ắ ằ Harde i S i t e á t U drai ed ả 1. ả tổ ợ á t số địa t e á U drai ed Thông số địa chất của lớp bùn sét yếu theo phƣơng pháp phân tích Undrained B đƣợc xác định từ thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng Sức chống cắt không thoát Su lấy từ kết quả thí nghiệm cắt cánh Giá trị độ cứng của đất đƣợc lấy theo tƣơng quan E=(100-300)Su tăng theo độ sâu Lớp bùn sét yếu dày 20m đƣợc chia là 3 lớp nhỏ mỗi lớp dày 7m từ lớp 1,1 đến lớp 1,3. Mục đích chia nhỏ để đƣa thông số sức chống ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 7
cắt không thoát nƣớc Su vào một cách sát với th c tế vì có s thay đổi giá trị Su theo độ sâu lớn Bảng 2 thể hiện các thông số nhập vào mô hình phân tích theo phƣơng pháp Undrained B cho lớp bùn sét yếu và các lớp còn lại tƣơng t nhƣ Bảng 1 C ng tƣơng t nhƣ phƣơng pháp Undrained B, thông số địa chất cho phƣơng pháp Undrained C c ng đƣợc xác định từ thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng và công thức độ cứng theo tƣơng quan E=(100-300)Su Lớp đất bùn sét yếu đƣợc chia làm 4 lớp Giá trị Su và E đƣợc biểu diễn tăng theo độ sâu nhờ sử dụng những thông số nâng cao trong mô hình Morh-Coulomb. Bảng 3 thể hiện thông số đất cho phƣơng pháp Undrained C. ả 3. ả tổ ợ á t số t t á t e á C Hình 8. Chuy n vị ngang cừ Ux=15,1cm (HS Undrained A) 5. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Hình 9. Chuy n vị ngang cừ Ux=19,2cm Kết quả chuyển vị ngang của cừ giai đoạn (HS Undrained B) đào đất đến -9,65m theo phƣơng pháp phân tích Undrained và Undrained B lần lƣợt đƣợc thể Kết quả d đoán ứng xử của hố đào sâu bằng hiện ở Hình 8 và Hình 9. mô hình HS theo 2 phƣơng pháp phân tích 8 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
Undrained và B đƣợc tổng hợp và so sánh với đƣợc đƣa tr c tiếp vào mô hình nên không bị kết quả quan trắc th c tế thể hiện ở Bảng 4, bao ảnh hƣởng bởi hệ số OCR Do đó tính toán g m chuyển vị ngang của cừ, nội l c hệ giằng 1 theo phƣơng pháp phân tích Undrained B đảm và hệ giằng 2, lún nền và hệ số ổn định tổng thể bảo đƣợc giá trị Su đúng với th c tế của đất, không phụ thuộc vào điều kiện cố kết ả 4. S sá tt t á iữa á Phƣơng pháp phân tích Undrained tính á và qua trắ t ự t toán sức chống cắt Su và độ cứng phụ thuộc vào trạng thái ứng suất ban đầu với hệ số OCR luôn lớn hơn 1 Điều kiện của phƣơng pháp phân tích Undrained đƣợc xem nhƣ là đất cố kết thƣờng, đối với trƣờng hợp đất chƣa cố kết nhƣ đã phân tích trong trƣờng hợp này là không phù hợp và thiên về trạng thái không an toàn Đối với trƣờng hợp đất yếu có hệ số OCR < 1 tính Kết quả so sánh Bảng 4 cho thấy phƣơng toán theo phƣơng pháp chƣa đủ độ tin cậy, pháp Undrained sử dụng thông số hữu hiệu nhiều trƣờng hợp đất yếu chƣa cố kết bởi trọng từ thí nghiệm CU cho kết quả chuyển vị và độ lƣợng bản thân thì dễ gây ra nhầm l n trong việc lún d đoán nhỏ hơn kết quả quan trắc th c tế, ƣớc lƣợng giá trị Su ban đầu của đất d n đến kết chuyển vị cừ tính toán theo phƣơng pháp là quả d đoán nhỏ hơn th c tế quan trắc đƣợc 15,1cm trong khi quan trắc là 18,9cm, điều này Việc l a chọn phƣơng pháp thiết kế cho thiên về nguy hiểm, nội l c hệ giằng theo công trình này cần d a trên các yếu tố nhƣ sức phƣơng pháp phân tích này sẽ lớn hơn th c tế chống cắt không thoát nƣớc Su, hệ số quá cố do cừ chuyển vị lớn hơn d đoán Phƣơng pháp kết OCR để đánh giá mức độ an toàn của 2 phân tích Undrained B cho kết quả chuyển vị phƣơng pháp trên, từ đó l a chọn phƣơng cừ và lún nền gần sát quan trắc hơn, sai số là pháp thích hợp nhỏ hơn 5% Căn cứ vào sức chống cắt không thoát nƣớc Su từ 2 thí nghiệm CU và cắt cánh VST ở Hình 10 Sức chống cắt không thoát nƣớc từ thí nghiệm trong phòng đang lớn hơn sức chống cắt từ thí nghiệm hiện trƣờng Điều đó d n tới kết quả d đoán theo phƣơng pháp Undrained nhỏ hơn giá trị quan trắc đƣợc Vì vậy việc tính toán theo thí nghiệm trong phòng ở d án này chƣa đảm bảo Ngoài ra, kết hợp với hệ số quá cố kết OCR theo độ sâu Hình 11, nhận thấy lớp mặt từ 0-8m là đất quá cố kết với hệ số (OCR>1), tuy nhiên từ độ sâu 8m đến độ sâu 21m là đất chƣa cố kết bởi trọng lƣợng bản thân (OCR
Quan trắc Hình 11. Hệ OCR he Hình 13. S á h ế q ả 3 h ơ g há Kết quả phân tích tính toán ứng với từng giai Gi i -9,65mGL) đoạn theo cả 3 Phƣơng pháp: Phƣơng pháp , Phƣơng pháp B, Phƣơng pháp C và kết quả Kết quả so sánh ở Hình 12 và Hình 13 cho quan trắc th c tế đƣợc so sánh trên cùng một thấy rằng cả 2 phƣơng pháp phân tích biểu đ Hình 12 và Hình 13. Undrained B bằng mô hình HS và Undrained C bằng mô hình MC cho kết quả tƣơng đ ng với nhau và tƣơng đ ng với kết quả quan trắc th c tế Đặc điểm chung khi sử dụng 2 phƣơng pháp này là giá trị sức chống cắt không thoát nƣớc Su của đất bùn sét bão hòa nƣớc đƣợc đƣa tr c tiếp vào mô hình từ kết quả thí nghiệm xác định sức kháng cắt tại hiện trƣờng Độ cứng đất bùn sét Quan trắc yếu E=(100-300)Su, giá trị E tăng theo độ sâu 6. KẾT LUẬN Phƣơng pháp phân tích Undrained với mô hình Hardening Soil không phù hợp sử dụng để phân tích ứng xử của đất bùn sét yếu có hệ số cố kết OCR < 1 Phƣơng pháp phân tích Undrained B với mô hình Hardening Soil và Undrained C với mô hình Morh Coulomb phù hợp để phân tích ứng xử của đất bùn trong mọi trƣờng hợp của hệ số OCR Kết quả phân tích d án Golden Star cho kết quả d đoán chuyển vị cừ sát với th c tế quan trắc Hình 12. S á h ế q ả 3 h ơ g há đƣợc Phân tích thiên về an toàn và là cơ sở tốt Gi i -6,65mGL) để áp dụng phƣơng pháp phân tích ngƣợc 10 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
Đối với đất bùn sét yếu việc xác định sức "Practice and experience in deep excavations in kháng cắt không thoát nƣớc Su từ thí nghiệm cắt soft soil of Ho Chi Minh City, Vietnam." KSCE cánh hiện trƣờng là quan trọng khi hệ số Journal of Civil Engineering 20(6): 2221-2234. OCR