CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE HE SO NEN 1. Sự phát triển cia phương pháp dam trên nền dan hồi Ngày nay, tường vây với nhiều tầng chong được sử dụng một các rộng rải trong các hồ dao sâu, thường được kết hợp với phương pháp thi công Top-Down, với mục đích chính là hạn chế sự biến dạng ngang của đất xung quanh. Thiết kế tường chắn giữ với nhiều hệ chống có kế đến sự tương tác giữa kết cầu — đất nền và cho phép mô phỏng qui trình thi công. Sự tương tác giữa kết cầu và đất nền có ý nghĩa quan trọng cơ bản trong thiết kế nền móng và luôn có một sức lôi cuốn, quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các kỹ sư.
Dé phân tích tương tác giữa kết cầu móng và đất nên, thì có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc mô hình hệ nên, giải tích cũng như phân tích số gần đúng được thực hiện. Vào năm 1867, Winkler là người đầu tiên giới thiệu về khái niệm lò xo không đổi. Ông ta mô hình móng chiu uốn, như là móng bè, năm trên hoặc được chồng đỡ bởi các lò xo riêng lẽ, độc lập với nhau. Mô hình về sau được Terzaghi theo đuôi dé đưa ra một quan hệ đơn giản và giải quyết nhanh gọn cho việc phân tích móng bè, được đơn giản hóa công thức toán học trong việc mô phỏng hệ số nền.
Độ lớn của các lò xo không đổi được đề nghị bởi Terzaghi (1955). Mô hình của Terzaghi được biết như là mô hình phản lực nền và được sử dụng phô biến trong việc thiết kế móng bè. Vượt thời gian, các chuyên gia địa kỹ thuật đạt tới những hiểu biết ngày cảng tốt hơn về ứng xử của nên đất và nhiều mô hình đất được phát triển. Nhiều trong số đó đưa ra các phương trình toán học phức tạp, cái mà cần thiết cho kỹ thuật máy tính tiễn bộ hơn và đặc biệt là được giải quyết bang chương trình phân tử hữu hạn.
Mô hình lò xo quả thực là một trong những công cụ tương đối tốt cho các kỹ sư. Giả thiết cơ bản của mô hình Winkler, Hình 1.1, mô tả rang móng là kết cầu có độ cứng uốn (ED và đất là một nền đàn hồi. Tương tác của chúng có thể được mô phỏng như một hệ các lò xo độc lập. Lò xo không đồi là hệ số ứng suất chia cho chuyên vị, được biéu diễn như sau: k= _P AY 8 (1.1) Trong đó, lò xo không đối k, được gọi là hệ số nên, hay lò xo đất không đổi, thứ nghiên là FL*.
Cường độ của mô hình Winkler giả định đơn giản các phan tử là tác dụng độc lập riêng lẽ không ảnh hưởng lẫn nhau Q Dam trẽn nền dan hổi À À Ạ À À AA B <— : Nén dan hổi H Dam trén nền dan hổi Hình 1. Mô hình Winkler Công thức toán học giản đơn của mô hình đất nền đàn hồi Winkler không nói đến sự phân bố ứng suất của đất hay phản lực nên theo độ sâu va sự hình thành bầu áp lực. Độ lún của nên đất dưới móng được cộng dén do ảnh hưởng tương tác giữa ứng suất trong nên và thông số đàn hỏi của đất tại mọi điểm bên trong vùng áp lực (vùng huy động ứng suất trong nên). Cho dù lý thuyết Winkler có những hạn chế xong nó là rất dé dàng để sử dụng.
Thay vì tiến hành một phân tích với việc lý tưởng hóa kết cấu, thì sự lý tưởng mô hình Winkler được thực hiện cho mục đích thực hành. Nhiều nhà nghiên cứu khác đã nghiên cứu về hằng số lò xo liên quan tới mô hình Winkler như sau: 1. Haliburton (1968) đã giới thiệu mô hình đất phi tuyến có kế đến ngưỡng ban đầu của mặt trượt chủ động và bị động. Mô hình dé nghị có thé lý tưởng với su chống đỡ đàn hồi hay độ võng bắt buộc.
Haliburton đã chứng tỏ ứng dụng tiềm năng mới của phương pháp hệ số nền dé thiết kế tường chan giữ. Cụ thé là phương pháp nay có sự khác biệt so với phương pháp cô điển là đã dé cập tới điều kiện biên và vị trí chống đỡ tại các cấp độ khác nhau. Hơn thế nữa, mô hình có thể phân tích sự phân bố ứng suất đạt được cho các hành dạng của kết cau, cho phép kỹ sư làm thí nghiệm với các độ sâu căm tường khác nhau và vị trí chống đỡ khác nhau. Phương nháp chuẩn trong kỹ thuật kết cau chắn giữ.
Tinh khả thi của phương pháp phan lực nên vẫn hiện rõ trong công trình của Haliburton (1968), đã được đưa ra dé sử dụng cho thiết kế kết cau thực. Vì thế từ thập niên 1970, Boudier và các cộng sự (1970), Eages và Bouyat (1971a; -5- 1971b), Rossignol và Genin (1973) đã phát triển chương trình phần mềm cho việc thiết kế tường chăn giữ băng việc sử dụng phương pháp hệ số nên._ Nalamura và Nakazawa (1972) [12] đã nghiên cứu về phương pháp lò xo trên đất sét ném. Khi phản lực tác dụng của các lò xo đất nền còn nhỏ hơn áp lực đất bị động. thì được gọi là trạng thái dan hồi.
Khi ma lò xo đất nền tiến tới điều kiện bị động, thì phản lực lò xo bên phái bị động là tăng lên và đạt tới áp lực đất bị động. Điều này được gọi là trạng thái dẻo (Hình 1.2) TN Thanh chống + “> Ap lực đất chủ đông | | Vùng dẻo Áplực đất \ bidong Ì ' Vùng đàn hổi \ \ <q Áp+ lực đất * a \ | Phản lực | Hình 1. Phương pháp lò xo đất (Nakamura, 1972) Miyoshi (1977), dựa theo quan niệm bầu áp lực Boussinesq, đã dé cap rang việc dỡ tải trọng do lẫy đi khói đất có ảnh hưởng lên mặt đứng của tường tới độ sâu băng với bề rộng hố đào. Vi thế, độ sâu của điểm hội tụ được giả định dat được dưới bề rộng hó dao mà không cần phải xuyên tới lớp đất cứng.
Pearlman và Wolosick (1990) giải thích rang có nhiều qui trình thiết kế khác nhau cho neo đất, và phụ thuộc vào kinh nghiệm người thiết kế. Ông luôn đề cập rằng việc chọn các thông số địa kỹ thuật có ảnh hưởng lớn nhất trong thiết kế. Một nghiên cứu địa kỹ thuật được chỉ dẫn tới việc phát họa điều kiện tự nhiên và cường độ của vật liệu. Biéu đồ áp lực đất gần đúng được chọn dé tính toán phan lực ngang tại các vi trí neo và điểm căm sâu.
Moment va lực cat trong phần tử tường được xác định với việc dùng phương pháp dam liên tục dé tính toán. Cuối cùng, là kiểm tra ôn định tổng thé, điều chỉnh hệ thống được phân tích để đạt được điều mong muốn. Ou (1997) đã tham khảo Randolph va Worth (1978) thu được hệ số nền theo phương ngang thực hiện trong phân tích hỗ dao. Dựa trên lý thuyết BEF, mô hình giả định rằng đất phía sau tường là bao gồm các dải đất ngang, giữa mỗi dải đất được mô phỏng như là một số vô hạn các lò xo nên.
Chương trình tính toán có thể xác định biến dạng của tường chắn giữ cho từng giai đoạn đào đất, gồm cả độ lún của đồ dao, moment uốn trong tường, áp lực ngang, và hệ số an toan cho việc phân tích 6n định trong phân tích hé đào. Chương trình VEX thuận tiện để sử dụng do mô hình phân tích đơn giản, thông số đầu vao cũng như thời gian tính toán được thực hiện một cách nhanh chóng. Tsai (2002) [19] phân tích hỗ đào — gồm cả biến dạng của tường chan giữ sử dụng mô hình lò xo nền đơn giản — một bên và hai bên của phương pháp dầm trên nền dan hỏi. Phân tích băng việc sử dụng chương trình VEX, chỉ xây dựng với mô hình lò xo đơn giản — một bên ngay từ đầu nên không có thí điểm đây đủ cho việc nghiên cứu các trường hợp.
Vì thế, Tsai (2002) phát triển mô hình lò xo nền hai bên và thí nghiệm với vai công trình thực. Hệ số nền được sử dụng trên phương pháp dầm trên nền dan hồi được xác định theo phương trình có được bởi Ou (1997) và các công thức thực nghiệm thu nhận được từ quá trình phân tích nØƯỢC. Như đã trình bay ở trên, phần mềm VEX van cho ra kết quả hệ số nền còn thô. Vì thế, dé tài nảy cô gang tìm ra các nguyên nhân ảnh hưởng tới van dé nay.
Một vai mô hình đơn giản được mô phỏng để so sánh từ đó có cái nhìn sâu sắc hơn các đặc điểm bên trong của lý thuyết Ou. Xác định hệ số nền Theo Terzaghi (1955) [17], hệ số nền phụ thuộc vào các yếu tố sau: 1. Kích thước, 2. Hinh dạng và 3.
Độ sâu của móng. Điều này nói lên rằng hệ số nền không chỉ phụ thuộc vào đặc tính cơ bản của đất ma còn phụ thuộc vào hệ móng nữa. -7- Vesic [20] đã mở rộng mô hình Winkler sang mô hình đàn hồi va giả thuyết đất ở trong bau ứng suất huy động là đồng nhất. Phương trình Vesic mô tả hệ số nền phụ thuộc không chỉ bề rộng móng, B, mà còn phụ thuộc vào thông số đàn hồi của đất, E, va ve thông số dam, E, và L.2) 4 Trong đó, gia tri 0.
Vì thê, cho mục đích thực hành, thì phương trình b trên xâp xi như sau: k, = s0-v?) (1.3) Nó không thích hợp khi thay bề rộng, B, của hỗ đào vào phương trình Vesic thành hệ số nền. Các nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến ứng xử của kết câu được cắm sâu vào trong đất (Rifaat, 1935; Loos và Breth, 1949) và các nghiên cứu liên quan lý tưởng hóa kết cau địa kỹ thuật của các loại khác cần được b6 sung bang lý thuyết sát đáng về khái niệm hệ số nền. Terzaghi (1955) dé nghị hệ số nền cho tường cir bản có neo liên quan tới độ cam sâu, được nhìn nhận như diện chịu tải. Nếu độ cắm sâu là nông và đáy tường cir không được ngàm chặt, tường chan giữ sẽ đây vào như đất (xem hình 1.
Trong dat cát và sét cứng, hệ sô nên lân lượt được ước lượng như sau: Z Dat cat: k, =1, n.4) Dat sét cứng: k, = ky (1.5) P Trong do: l= hăng số, chi liên quan tới độ chặt tương đối của đất xung quang tường cừ. z = độ sâu dưới đáy hé dao phía bị động. ky = hệ số nền theo phương ngang khi độ căm sâu của tường là Ifeet. -8- H, = độ sâu ngam chặt của tường cw.
Có ba điểm được nêu ra trên khía cạnh của phương trình 1. k, liên quan tới độ sâu ngàm chặt hoặc diện chịu tải, modul đàn hồi, và hệ số Poisson.