MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học của đề tài Biến dạng hay độ lún của nền đất là một trong các trạng thái giới hạn cần phải tính toán khi giải quyết các bài toán Địa kỹ thuật thực tế. Trong điều kiện bài toán một chiều, độ lún nền đất được xem như do biến dạng thể tích, các thông số được sử dụng phục vụ tính toán được xác định từ kết quả thí nghiệm như chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs, áp lực tiền cố kết pc, hệ số nén thể tích mv,… Đối với bài toán phẳng hoặc không gian, thông số được sử dụng trong tính toán thường là module tổng biến dạng Eo, hệ số Poisson ν hay module cắt G và module biến dạng thể tích K. Những thông số này có ý nghĩa quyết định đến việc lựa chọn công thức tính lún và giá trị độ lún trong bài toán cố kết một chiều. Trong tính toán biến dạng lún của đất nền khi áp ph dụng cho bài toán phẳng hoặc không gian, thường sử dụng công thức tính: S .
E Ở đây, module biến dạng đóng vai trò chính trong việc quyết định giá trị độ lún đất nền và là thông số phản ánh khả năng của đất chống lại tác dụng nén lún của tải trọng khi xét đến cả biến dạng đàn hồi và biến dạng dư của đất. Do đó đối với bài toán này, module biến dạng E o có tính quyết định đến giá trị độ lún của đất nền. Các đặc trưng biến dạng của đất nền thu nhận được từ các kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường khi nén đất với các cấp áp lực khác nhau. Có thể thấy rằng trạng thái ứng suất ở các độ sâu khác nhau thì khác nhau.
Tuy nhiên việc dự tính độ lún của một lớp đất thường căn cứ trên một giá trị đặc trưng biến dạng trung bình. Thực tế đặc trưng biến dạng phụ thuộc vào trạng thái ứng suất ban đầu và sau khi gia tải nên đặc trưng biến dạng sẽ thay đổi theo trạng thái ứng suất và độ sâu. Mục tiêu của đề tài là phân tích đánh giá giá trị độ lún có xét đến sự thay đổi đặc trưng biến dạng theo độ sâu. Kết quả tính toán sẽ được so sánh với các kết quả tính toán thông thường để rút ra nhận xét về mức độ chính xác của các phương pháp tính lún.
Đề tài cho luận văn “Đánh giá độ lún của đất nền có xét đến sự thay đổi của thông số đất nền theo độ sâu” được chọn lựa để phân tích sự ảnh hưởng của việ chọn đặc trưng biến dạng lên giá trị độ lún ước lượng. -2- Nhiệm vụ của đề tài - Tổng hợp các phương pháp tính toán biến dạng và chuyển vị của đất nền. - Tổng hợp các đặc trưng biến dạng của đất nền và ảnh hưởng của trạng thái ứng suất lên đặc trưng biến dạng. - Từ sự tương quan giữa đặc trưng biến dạng theo trạng thái ứng suất và độ sâu dự tính độ lún có xét đến sự thay đổi các đặc trưng biến dạng theo độ sâu trên cơ sở các tương quan thiết lập được.
Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa để giải quyết nhiệm vụ đề tài bao gồm: thiết lập sự tương quan giữa đặc trưng biến dạng theo trạng thái ứng suất và độ sâu, ứng dụng kết quả tìm được để tính toán công trình cụ thể, kết quả tính toán sẽ được so sánh với các kết quả tính toán thông thường để rút ra nhận xét về mức độ chính xác của các phương pháp tính lún. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN Biến dạng của đất nền trong các bài toán Địa kỹ thuật thường được đánh giá thông qua độ lún. Tồn tại một số phương pháp khác nhau để xác định trị số lún như lý thuyết nền biến dạng đàn hồi cục bộ, lý thuyết nền hỗn hợp, lý thuyết nền biến dạng tổng quát, lý thuyết nền biến dạng tuyến tính. Các lý thuyết này đều căn cứ trên cơ sở lý thuyết đàn hồi.
Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm đối với nhiều loại đất khác nhau đã xác nhận rằng, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, về thực chất mang tính chất phi tuyến. Để đơn giản trong tính toán, có thể xem rằng khi tải trọng công trình không lớn lắm (vào khoảng 1 – 2 kG/cm2) thì quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính và biến dạng lún của đất nền hoàn toàn chỉ do sự giảm thể tích của các lỗ rỗng gây ra, còn sự giảm thể tích của bản thân các hạt rắn và nước trong lỗ rỗng được xem như không đáng kể. Trong phạm vi của chương này, chúng tôi tập trung giới thiệu một số phương pháp tính toán độ lún dựa vào lý thuyết nền biến dạng tuyến tính, là lý thuyết được áp dụng rộng rãi trong các quy trình và quy phạm tính toán nền móng hiện nay. Độ lún ổn định là độ lún toàn bộ của nền đất sau khi đã kết thúc lún dưới tác dụng của tải trọng công trình.
Phương pháp tính toán độ lún ổn định thường dựa vào lý thuyết nền biến dạng tuyến tính. Nội dung phần này chủ yếu là tóm tắt một số phương pháp hay dùng trong thực tế: Phương pháp cộng lún từng lớp, phương pháp biến dạng đàn hồi toàn bộ, phương pháp lớp tương đương. Tính toán độ lún ổn định của nền đất 1. Phương pháp cộng lún từng lớp Nội dung của phương pháp này là chia nền đất thành những lớp nhỏ có chung một tính chất bởi những mặt phẳng nằm ngang sao cho biểu đồ phân bố ứng suất nén do tải trọng ngoài gây nên trong phạm vi mỗi lớp nhỏ thay đổi không đáng kể -4- và độ lún của toàn bộ nền đất sẽ bằng tổng độ lún của từng lớp nhỏ được chia, tức là: S Si (1.1) Trong đó: S – Độ lún toàn bộ của nền đất Si – Độ lún của lớp đất phân tố thứ i, S i zi .hi [ zi ' oi xi yi ] 1 Với: zi (1.2) Eoi 1 e1 Eoi 1 2 'oi ( zi xi yi ) (1.3) e1 e2 Eoi , ’oi - Module biến dạng và hệ số Poisson của lớp đất phân tố thứ i.
Trong bài toán không gian, trị số S i được tính theo biểu thức: 1 zi 'oi xi yi e1i e2i S i zi hi 1 2 oi hi (1.4) i 1 e1i Trong đó: i zi xi yi Đối với bài toán phẳng, vì eyi = 0 hay zi 'oi xi yi nên: 1 zi ' oi zi xi e1i e2i S i e zi hi 1 2 'oi hi (1.5) zi xi 1 e1i Khi tính độ lún S i của mỗi lớp có thể áp dụng kết quả của bài toán nén đất một chiều (không có biến dạng hông từ kết quả của thí nghiệm hộp nén Oedometer) hoặc tính lún có kể đến biến dạng hông của đất. Khi không kể đến biến dạng hông của đất, có thể áp dụng kết quả của bài toán nén đất một chiều để tính độ lún của mỗi lớp chia, cụ thể như sau: Trường hợp sử dụng đường cong nén e = f(p), độ lún của mỗi lớp chia có thể tính bằng công thức sau [13]: e e S i 1 2 h ao z h mv z h z h (1.6) 1 e1 E Trong đó: Si – Độ lún của lớp đất đang xét. e1 – Hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất. -5- e2 – Hệ số rỗng của đất cũng tại điểm trên ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất và tải trọng ngoài.
ao – Hệ số nén tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét. a mv – Hệ số nén thể tích, ao mv (1.7) 1 e1 z – Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại điểm giữa lớp đang xét. 2 2 – Hệ số có xét tính nở hông, 1 (1.8) 1 Giá trị của phụ thuộc giá trị hệ số Poisson của từng loại đất và cũng có khi chọn = 0,8 chung cho tất cả các loại đất. E – Module biến dạng của đất h – Chiều dày lớp đất đang xét.
ν – Hệ số Poisson của đất.1: Sơ đồ bài toán tính lún cộng lún lớp phân tố cho trường hợp tải trọng phân bố đều trên diện truyền tải. Trường hợp sử dụng đường cong nén e – lg(p) [8]: Trong phương pháp dự báo độ lún theo mô hình nén lún một chiều, đặc trưng biến dạng của đất được thể hiện qua đường cong nén biểu diễn quan hệ của hệ số -6- rỗng theo sự thay đổi ứng suất hữu hiệu. Các giá trị đặc trưng a hay mv không thể đại diện cho một loại đất do đó việc dự báo lún theo các công thức (1.6) luôn đòi hỏi phải có đường cong nén lún e = f(p) đi kèm. Đòi hỏi này không những khó khăn cho việc áp dụng trong sáng tạo các phần mềm phân tích mà hầu như không khắc phục được những sai khác thực tế đặc tính biến dạng của đất quá cố kết.
Nếu đặc tính biến dạng của đất được xác định trên đường e = f(lgp) bởi C c, Cs và pc, chúng ta có thể khắc phục được những trở ngại trên. Các công thức tính lún sau đây được xây dựng theo các đặc trưng biến dạng Cc, Cs và pc. - Với đất cố kết thường: Đặc trưng biến dạng của đất cho bởi chỉ số nén C c, thay eo – e1 = Cc lg(’1/’o) Cc ' 'i Si hi lg oi (1.9) 1 eoi 'oi Trong đó: ’oi – Ứng suất hữu hiệu trung bình của lớp thứ i trước khi chịu tải trọng. ’i – Số gia ứng suất gây lún trung bình tại lớp i bao gồm cả do tải trọng gây lún và tự cố kết nếu có (OCR<1).
Trong phần lớn trường hợp có thể coi OCR = const ta có: 'oi 'vi OCR Và 'i 'i ( p) 'vi 1 OCR Thay vào (1.9a) 1 eoi ' vi Trong đó: ’vi – Ứng suất hữu hiệu của lớp phủ trên lớp thứ i ’i(p) – Ứng suất gây lún hữu hiệu tại lớp i do riêng tải trọng gây lún gây ra.
