Lựa chọn mô hình đất nền để tính toán ổn định hố móng sâu bằng phần mềm Plaxis

Bài viết Lựa chọn mô hình đất nền để tính toán ổn định hố móng sâu bằng phần mềm Plaxis tập trung nghiên cứu tổng quan về một số phương pháp tính toán áp lực đất trên tương chắn từ các phương pháp giải tích đến phương pháp phần tử hữu hạn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lựa chọn mô hình đất nền để tính toán ổn định hố móng sâu bằng phần mềm Plaxis T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 50, 4/2015, tr.16-22 ĐỊA CHẤT – KHOÁNG SẢN VÀ MÔI TRƯỜNG (trang 16÷90) LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐẤT NỀN ĐỂ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG SÂU BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS DƯƠNG VĂN BÌNH, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Nội dung của bài báo này tập trung nghiên cứu tổng quan về một số phương pháp tính toán áp lực đất trên tương chắn từ các phương pháp giải tích đến phương pháp phần tử hữu hạn. Trên các kết quả phân tích cho công trình thực tế có kết quả quan trắc, tiến hành tính toán với một số mô hình đất nền để so sánh và kiến nghị sử dụng. Quá trình tính toán được thực hiện bằng phần mềm Plaxis 8.5 theo 2 mô hình đất nền MC và HS đã cho thấy sự phù hợp của mô hình HS với quan trắc thực tế. So sánh với các phương pháp giải tích tính toán áp lực đất đã cho thấy, phương pháp Stanislav cho kết quả gần đúng nhất sơ với tính toán bằng phần mềm và kết quả quan trắc. 1. Mở đầu Trên thế giới, việc thiết kế và thi công hố móng sâu đã trở nên rất phổ biến và đã được áp dụng tại nhiều quốc gia khác nhau. Nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được thực hiện bởi các nhà khoa học, các công ty, các trường đại học ở các nước khác nhau (Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản, Nga, Trung Quốc, v.v..). Khi tiến hành thi công hố móng sâu thì vấn đề ổn định được đặt lên hàng đầu. Hố móng sâu có thể bị mất ổn định do áp lực đất tác dụng lên thành hố móng và do áp lực nước dưới đáy hố móng. Vì vậy, trước khi tiến hành thi công đòi hỏi phải thiết kế giải pháp hợp lý nhằm giữ ổn định cho hố móng. Hiện nay, trong quá trình tính toán và thiết kế hố móng sâu sử dụng phổ biến các phần mềm địa kỹ thuật. Khi thiết kế, tính toán bằng các phần mềm địa kỹ thuật có ưu điểm là nhanh, chính xác và có thể mô hình hóa điều kiện của đất nền, mô phỏng quá trình thi công, quá trình làm việc của hố móng và kết cấu chắn giữ dưới tác dụng của áp lực đất, nước, đồng thời đưa ra nhiều phương án so sánh cũng như xác định các yếu tố ảnh hưởng. Kết quả của quá trình tính toán bằng phần mềm có chính xác hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn mô hình đất nền và các thông số vật liệu đầu vào. 16 2. Giới thiệu chung về phần mềm Plaxis và các mô hình làm việc của đất 2.1. Giới thiệu chung về phần mềm Plaxis Phần mềm Plaxis được phát triển từ năm 1987 tại đại học công nghệ Delft-Hà Lan, phần mềm này được xây dựng theo phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề về địa kỹ thuật [1, 6]. Hiện nay, phần mềm Plaxis và GeoStudio là hai bộ phần mềm có thể xem như gồm đầy đủ nhất những bài toán Địa kỹ thuật thường gặp trong thực tế, thân thiện người dùng và được nhiều nước trên thế giới ưa chuộng. Bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn được tính toán với các bước sau: - Chia lưới phần tử hữu hạn; - Chuyển vị tại các nút là các ẩn số; - Chuyển vị bên trong các phần tử được nội suy từ các chuyển vị nút; - Thiết lập mô hình vật liệu (quan hệ ứng suất và biến dạng); - Thiết lập các điều kiện biên về chuyển vị và lực; - Giải hệ phương trình tổng thể cân bằng lực, cho kết quả chuyển vị nút; - Tính toán các đại lượng khác như ứng suất, biến dạng. 2.2. Các mô hình nền đất Trong Plaxis, các mô hình đất được chấp nhận là mô hình đàn hồi (Linear Elastic model - LE), mô hình Mohr-Coulomb (MC), mô hình Hardening Soil - HS, mô hình đất yếu (Soft Soil model - SS), mô hình từ biến cho đất yếu (Soft Soil Creep model - SSC) và mô hình do người dùng thành lập (User Defined model - UD). 3. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế hố móng sâu 3.1. Các giải pháp đảm bảo ổn định khi thi công hố móng sâu [2] Hiện nay các giải pháp được dùng để xử lý các vấn đề nêu trên bao gồm: - Đào trần không chống giữ; - Chống giữ bằng ván lát; - Chống giữ bằng bản thép, cọc bê tông cốt thép; - Dùng tường chắn bằng xi măng đất trộn dưới sâu, tường chắn bằng cọc khoan nhồi, tường Barret; - Xử lý đẩy bùng đáy móng và nước chảy vào hố móng thường được sử dụng phương án hạ thấp mực nước bằng bơm hút, xử lý gia cố đáy móng bằng cọc đất xi măng. 3.2. Một số phương pháp giải tích tính toán áp lực đất lên tường chắn 3.2.1. Phương pháp Bowles [3] Sơ đồ áp lực đất được mô tả như hình 1: a = PA /m và áp lực tam giác ở trên mức này được thay thế bằng kết quả của lực đẩy P = (1/2).KAγ.γ.h.(h+a) ở độ cao: b = (h + 2a)/3 Bằng cách xem xét lực và cân bằng moment và loại bỏ kích thước c, một phương trình bậc bốn cho độ sâu Y thu được như sau: 6P a  8P  Y 4    Y 3    Y 2  2  2mb  q  Y m m m (1) 6P  2  6bq  4 P   0 m 3.2.2. Phương pháp King (1995) [5] Phân tích dựa trên sơ đồ áp lực đất ở hình 2: Hình 2. Sự phân bố áp lực đất theo King Hình 1. Sự phân bố áp lực đất theo Bowles Áp lực đất tại mặt hố đào: PA = Kaγ .γ.h Xác định tỉ lệ gia tăng áp lực đất: m = (Kpγ – Kaγ).γ Những áp lực đất được giả định như sau: q1 = m.Y q2 = q + m.Y với : m = (Kpγ – Kaγ).γ Độ sâu tại nơi áp lực đất bằng 0: Điều này cũng tương tự như giả định trước để đơn giản hóa trong các phương pháp thiết kế hiện tại, với áp lực đất chủ động đến mặt đáy hố đào, ta có: P = PA = KA.γ.h Áp dụng tính chất tam giác đồng dạng ta được: P1 = (y-x).p/x P2 = ε.P1/(d-ε-y) Cân bằng theo phương ngang ta có: P.(h+x)/2 + P2.ε/2 = (d-ε-y).P1/2 Thay thế cho P1 và P2 bằng h’= h/d, y’= y/d, x’= x/d, và ε’ = ε/d, ta được phương trình tương đương: x’.(h’+x’).(1-ε’-y’)+ε’2.(y’-x’)-(1-ε’-x’).(1-ε’-y’).(y’-x’) = 0 (2) Mô men tại điểm có độ sâu y: h.P.(h/3+y)/2+x.p.(y-x/3)/2-(y-x)2.P1/6+ (d-ε-y)2.P1/6-ε.P2.(d-ε/3-y)/2=0 17 Khai triển ta được: h’x’.(1-ε’-y’)(h’+3y’)+x’2.(1-ε’-y’)(3y’-x’)+ (y’-x’)(1-ε’-y’)[(1-ε’-y’)2-(y’-x’)2]-ε’2. (y’-x’)(3-ε’-3y’) = 0 (3) Từ phương trình (2) ta có: y ' 1  2 '  y ' 1   '     x' (4) h ' 1   ' y '  y '2  1  2 '  Từ phương trình (3), và từ x’của (4) ta có phương trình sau [(1-ε’)h’+(1-2ε’)]y’2+[(1-ε’)h’2(1-3ε’)]y’-[(1-2ε’)h’2+(1-3ε’)h’] = 0 (5) 3.2.3. Phương pháp Day (1999) [4] Day (1999) thấy rằng phương pháp của King đã ...