Luận Văn Thạc Sĩ: Đánh Giá Chuyển Vị Đất Nền Dưới Tác Dụng Tải Trọng Ngoài Theo Lý Thuyết Đàn Hồi

Đánh giá chuyển vị đất nền dưới tải trọng ngoài bằng lý thuyết đàn hồi, cung cấp kiến thức chuyên sâu về phân tích và ứng dụng trong xây dựng.

• Tác giả: Lê Minh Khá
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Đánh giá chuyển vị của đất nền dưới tác dụng của tải trọng ngoài trên cơ sở lý thuyết đàn hồi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN
• 1.1. Tính toán độ lún ổn định của nền đất
• 1.2. Phương pháp cộng lún từng lớp
• 1.3. Phương pháp dựa vào lý thuyết nền biến dạng đàn hồi toàn bộ
• 1.4. Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày vô hạn
• 1.5. Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày giới hạn
• 1.6. Xác định độ lún ổn định khi nền đất gồm nhiều lớp đất
• 1.7. Xác định độ lún ổn định theo phương pháp lớp tương đương
• 1.8. Tính toán độ lún của nền đất theo thời gian
• 1.9. Tính toán độ lún của nền đất theo thời gian dựa vào lý thuyết cố kết thấm
• 1.10. Tính toán độ lún của nền đất theo thời gian trong điều kiện bài toán cố kết thấm một chiều
• 1.11. Tính toán độ lún do nén thứ cấp của nền đất
• 1.12. Tính toán chuyển vị ngang
• 1.12.1. Nguyên lý tính toán chuyển vị ngang
• 1.12.2. Chuyển vị ngang của nền đất trong quá trình thi công
• 1.12.3. Chuyển vị ngang của nền đất sau khi thi công
• 1.12.4. Chuyển vị ngang của nền đất trong trường hợp thi công nhiều đợt
• 1.13. Nhận xét và phương hướng của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: QUAN HỆ GIỮA TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI
• 2.1. Cơ sở lý thuyết đàn hồi xác định chuyển vị dưới tác dụng tải trọng ngoài
• 2.2. Áp dụng cho môi trường đất
• 2.3. Xác định trạng thái ứng suất tại một điểm trong nền dưới tác dụng của tải trọng ngoài
• 2.4. Tải trọng phân bố đều trên diện hình băng
• 2.5. Trạng thái ứng suất dưới tác dụng của tải trọng khối đất san lấp dạng hình thang cân
• 2.6. Nhận xét chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGOÀI TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI
• 3.1. Đánh giá chuyển vị của đất nền dưới tác dụng của tải hình băng
• 3.2. Đánh giá chuyển vị của nền đất yếu dưới tác dụng của công trình đất đắp
• 3.3. Giới thiệu công trình và điều kiện địa chất công trình
• 3.4. Đặc điểm chuyển vị của nền đất yếu từ kết quả quan trắc địa kỹ thuật
• 3.4.1. Kết quả đo độ lún trên bề mặt đất nền
• 3.4.2. Kết quả đo độ lún của đất nền theo chiều sâu
• 3.4.3. Kết quả đo lún theo phương ngang của đất nền
• 3.5. Đặc điểm chuyển vị của nền đất yếu từ kết quả chương trình thiết lập
• 3.6. So sánh kết quả quan trắc thực tế so với mô hình lý thuyết tính toán
• 3.7. Nhận xét chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Chuyển vị đất nền và tải trọng ngoài

Chuyển vị đất nền là hiện tượng biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Trong xây dựng, đặc biệt là các công trình trên đất yếu, việc đánh giá chuyển vị là cần thiết để đảm bảo độ ổn định và an toàn. Tải trọng ngoài từ công trình đất đắp gây ra chuyển vị theo cả phương đứng và phương ngang, đặc biệt ở khu vực dưới mái taluy. Đánh giá chuyển vị giúp xác định mức độ nguy hiểm và khả năng phá hoại công trình.

1.1. Phân tích tải trọng

Phân tích tải trọng là bước quan trọng trong việc đánh giá chuyển vị đất nền. Tải trọng từ công trình đất đắp được phân bố đều hoặc không đều trên diện tích nền đất. Sử dụng lý thuyết đàn hồi, các ứng suất và biến dạng được tính toán để dự đoán chuyển vị. Phương pháp này cho phép xác định chính xác các điểm chịu tải lớn và mức độ biến dạng tương ứng.

1.2. Độ lún đất

Độ lún đất là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chuyển vị. Độ lún được tính toán dựa trên phương pháp cộng lún từng lớp và phương pháp lớp tương đương. Các phương pháp này dựa trên lý thuyết đàn hồi và cho phép tính toán độ lún ổn định của nền đất sau khi kết thúc quá trình cố kết. Độ lún quá mức có thể dẫn đến mất ổn định công trình.

II. Lý thuyết đàn hồi và ứng dụng

Lý thuyết đàn hồi là cơ sở quan trọng để đánh giá chuyển vị đất nền. Mặc dù đất không phải là vật liệu hoàn toàn đàn hồi, nhưng lý thuyết này vẫn được áp dụng hiệu quả khi tải trọng không quá lớn. Mô hình đàn hồi cho phép tính toán ứng suất và biến dạng trong nền đất, từ đó dự đoán chuyển vị. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các quy trình tính toán nền móng.

2.1. Mô hình đàn hồi

Mô hình đàn hồi được sử dụng để mô phỏng biến dạng của đất nền dưới tác dụng của tải trọng. Mô hình này dựa trên giả định rằng quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính. Các thông số như module đàn hồi và hệ số Poisson được sử dụng để tính toán chuyển vị. Mô hình này cho phép đánh giá chính xác độ lún và chuyển vị ngang của nền đất.

2.2. Phương pháp đàn hồi

Phương pháp đàn hồi được áp dụng để tính toán chuyển vị của nền đất dưới tác dụng của tải trọng. Phương pháp này sử dụng các công thức từ lý thuyết đàn hồi để xác định ứng suất và biến dạng. Kết quả tính toán được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế để đảm bảo độ chính xác. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc đánh giá chuyển vị của nền đất yếu.

III. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Đánh giá đất nền dựa trên lý thuyết đàn hồi có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn xây dựng. Kết quả tính toán chuyển vị giúp đánh giá độ ổn định của công trình và đề xuất các biện pháp xử lý nền đất phù hợp. Phân tích đàn hồi cho phép dự đoán chính xác độ lún và chuyển vị ngang, từ đó giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và vận hành công trình.

3.1. Kết cấu đất nền

Kết cấu đất nền là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chuyển vị. Đất nền yếu thường có độ lún lớn và thay đổi theo thời gian do quá trình cố kết. Sử dụng lý thuyết đàn hồi, các đặc tính cơ học của đất nền được phân tích để đánh giá độ ổn định. Kết quả tính toán giúp lựa chọn phương pháp xử lý nền đất phù hợp, đảm bảo an toàn cho công trình.

3.2. Độ ổn định đất

Độ ổn định đất là chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá chuyển vị. Sử dụng phương pháp đàn hồi, độ ổn định của nền đất được đánh giá dựa trên các thông số cơ học như module đàn hồi và hệ số Poisson. Kết quả tính toán giúp xác định mức độ nguy hiểm và đề xuất các biện pháp gia cố nền đất. Độ ổn định cao đảm bảo công trình hoạt động an toàn và bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng, việc đánh giá chuyển vị của đất nền dưới tác dụng tải trọng ngoài là một vấn đề quan trọng, đặc biệt đối với các công trình đất đắp trên nền đất yếu. Theo ước tính, độ lún và chuyển vị của nền đất yếu có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và an toàn của công trình. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá khả năng và mức độ chuyển vị theo phương đứng và phương ngang của nền đất yếu dưới công trình đất đắp dựa trên lý thuyết đàn hồi. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2012, tại một công trình thực tế có xử lý nền bằng phương pháp bấc thấm gia tải trước, giúp rút ngắn thời gian cố kết. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp phương pháp tính toán chuyển vị hợp lý, giúp dự báo chính xác hơn các biến dạng của nền đất yếu, từ đó nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công công trình xây dựng trên nền đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết đàn hồi tuyến tính và lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi. Lý thuyết đàn hồi tuyến tính được sử dụng để mô hình hóa quan hệ ứng suất-biến dạng trong đất nền khi tải trọng không quá lớn (khoảng 1–2 kG/cm²), giả định biến dạng là tuyến tính và chủ yếu do giảm thể tích lỗ rỗng. Các khái niệm chính bao gồm:

• Module đàn hồi (E) và hệ số Poisson (ν): đặc trưng cơ lý của đất nền dùng để xác định chuyển vị theo lý thuyết đàn hồi.
• Chuyển vị đứng (v) và chuyển vị ngang (u): thành phần biến dạng của nền đất dưới tải trọng ngoài.
• Độ lún ổn định và độ lún theo thời gian: phân biệt giữa biến dạng ngắn hạn và biến dạng lâu dài do quá trình cố kết thấm.
• Hệ số cố kết (Cv) và độ cố kết (Ut): dùng trong lý thuyết cố kết thấm để mô tả quá trình giảm áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng theo thời gian.

Ngoài ra, luận văn còn áp dụng các mô hình tính toán độ lún như phương pháp cộng lún từng lớp, phương pháp lớp tương đương và mô hình biến dạng đàn hồi toàn bộ, nhằm phản ánh đặc điểm đa lớp và không đồng nhất của nền đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế từ một công trình đất đắp có xử lý nền bằng bấc thấm gia tải trước, giúp rút ngắn thời gian cố kết. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các số liệu quan trắc chuyển vị đứng và ngang tại nhiều điểm khác nhau trên nền đất yếu. Phương pháp chọn mẫu dựa trên vị trí đại diện cho các vùng chịu tải trọng khác nhau, đặc biệt khu vực dưới mái taluy.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm Mathcad, lập trình mô phỏng chuyển vị dựa trên lý thuyết đàn hồi tuyến tính. Kết quả mô phỏng được so sánh với số liệu quan trắc thực tế để đánh giá độ chính xác của mô hình. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2012, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, lập trình mô phỏng, phân tích và đối chiếu kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chuyển vị đứng và ngang của nền đất yếu có mối quan hệ chặt chẽ với tải trọng ngoài: Kết quả mô phỏng cho thấy chuyển vị đứng đạt khoảng 10–15 cm tại tâm công trình, trong khi chuyển vị ngang tại chân mái taluy đạt giá trị tối đa khoảng 2–3 cm, tương đương 16–20% so với chuyển vị đứng.

2. Mô hình lý thuyết đàn hồi tuyến tính phù hợp với giai đoạn ổn định lâu dài: So sánh với số liệu quan trắc thực tế, sai số giữa mô hình và thực tế nằm trong khoảng 10–15%, cho thấy mô hình có khả năng dự báo chính xác chuyển vị sau khi kết thúc quá trình cố kết thấm.

3. Chuyển vị ngang tăng nhanh trong giai đoạn thi công và giảm dần sau khi kết thúc thi công: Dữ liệu quan trắc cho thấy chuyển vị ngang tăng nhanh trong giai đoạn đầu thi công, đạt giá trị cực đại tại chân mái taluy, sau đó giảm dần theo độ sâu và thời gian cố kết.

4. Ảnh hưởng của thi công nhiều đợt đến chuyển vị nền đất: Khi thi công theo nhiều đợt, chuyển vị ngang và đứng gia tăng theo từng giai đoạn, tuy nhiên sự gia tăng chuyển vị ngang chậm hơn chuyển vị đứng, phản ánh sự tăng cường sức chống cắt của nền đất qua các giai đoạn cố kết.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của chuyển vị đứng và ngang là do tải trọng ngoài gây ra ứng suất có hiệu trong nền đất yếu, làm thay đổi trạng thái ứng suất và gây biến dạng. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về chuyển vị nền đất yếu dưới công trình đắp, đồng thời khẳng định tính hiệu quả của lý thuyết đàn hồi trong giai đoạn ổn định lâu dài. Việc chuyển vị ngang đạt giá trị lớn nhất tại chân mái taluy phản ánh đặc điểm không đồng nhất của nền đất và ảnh hưởng của hình học công trình.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, tỷ lệ chuyển vị ngang so với chuyển vị đứng (khoảng 16–20%) tương đồng với các báo cáo từ các công trình đập đất ở châu Âu và Bắc Mỹ. Việc thi công nhiều đợt làm tăng sức chống cắt của nền đất, giảm nguy cơ phá hoại do chuyển vị quá mức, điều này có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế và thi công các công trình đất đắp quy mô lớn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị đứng và ngang theo độ sâu, cũng như bảng so sánh kết quả mô phỏng và quan trắc tại các vị trí khác nhau, giúp minh họa rõ ràng sự phân bố chuyển vị trong nền đất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình lý thuyết đàn hồi tuyến tính trong tính toán chuyển vị nền đất yếu: Đề nghị sử dụng mô hình này cho giai đoạn ổn định lâu dài, giúp dự báo chính xác chuyển vị đứng và ngang, cải thiện hiệu quả thiết kế công trình. Thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn thiết kế.

2. Tăng cường quan trắc chuyển vị trong quá trình thi công và sử dụng công trình: Để theo dõi biến dạng thực tế và điều chỉnh thiết kế kịp thời, đặc biệt tại các vị trí chân mái taluy và tâm công trình. Chủ thể thực hiện: chủ đầu tư và đơn vị tư vấn giám sát.

3. Ưu tiên thi công theo đợt kết hợp xử lý nền bằng bấc thấm gia tải trước: Giúp rút ngắn thời gian cố kết, tăng sức chống cắt của nền đất, giảm chuyển vị ngang và nguy cơ phá hoại. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thi công.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng chuyển vị tích hợp dữ liệu quan trắc thực tế: Hỗ trợ đánh giá chính xác hơn các biến dạng nền đất trong điều kiện thực tế đa dạng. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành địa kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế công trình xây dựng trên nền đất yếu: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tính toán chuyển vị đứng và ngang, giúp thiết kế móng và công trình đất đắp an toàn hơn.

2. Chuyên gia giám sát thi công và quản lý dự án: Tham khảo để xây dựng kế hoạch quan trắc chuyển vị, đánh giá biến dạng thực tế trong quá trình thi công và vận hành.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo về ứng dụng lý thuyết đàn hồi và cố kết thấm trong đánh giá chuyển vị nền đất.

4. Chủ đầu tư và nhà quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ về ảnh hưởng của tải trọng và phương pháp xử lý nền đất yếu, từ đó đưa ra quyết định đầu tư và quản lý phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Lý thuyết đàn hồi tuyến tính có áp dụng được cho mọi loại đất nền không?
   Lý thuyết này phù hợp với đất nền yếu có tải trọng không quá lớn (khoảng 1–2 kG/cm²) và trong giai đoạn biến dạng tuyến tính. Với đất có tính phi tuyến hoặc tải trọng lớn, cần kết hợp các mô hình phức tạp hơn.

2. Tại sao chuyển vị ngang lại quan trọng trong thiết kế công trình đất đắp?
   Chuyển vị ngang có thể gây ra mất ổn định mái taluy và phá hoại công trình. Việc đánh giá chuyển vị ngang giúp dự báo nguy cơ trượt và thiết kế biện pháp gia cố phù hợp.

3. Phương pháp bấc thấm gia tải trước có tác dụng gì?
   Phương pháp này giúp rút ngắn thời gian cố kết bằng cách tăng tốc thoát nước trong nền đất yếu, từ đó giảm chuyển vị và tăng sức chịu tải của nền.

4. Kết quả mô phỏng chuyển vị có thể thay thế hoàn toàn quan trắc thực tế không?
   Mô phỏng hỗ trợ dự báo nhưng không thể thay thế hoàn toàn quan trắc thực tế do các yếu tố địa chất phức tạp và biến đổi trong quá trình thi công.

5. Làm thế nào để xác định module đàn hồi và hệ số Poisson của đất nền?
   Thông thường xác định qua thí nghiệm nén đơn hoặc nén ba trục trong phòng thí nghiệm, hoặc dựa trên các bảng tra cứu theo loại đất và trạng thái nén.

Kết luận

• Đã thiết lập và áp dụng thành công mô hình lý thuyết đàn hồi tuyến tính để đánh giá chuyển vị đứng và ngang của nền đất yếu dưới tải trọng ngoài.
• Kết quả mô phỏng tương đồng với số liệu quan trắc thực tế, sai số trong khoảng 10–15%, phù hợp cho giai đoạn ổn định lâu dài.
• Chuyển vị ngang đạt giá trị lớn nhất tại chân mái taluy, chiếm khoảng 16–20% chuyển vị đứng, phản ánh đặc điểm không đồng nhất của nền đất.
• Thi công theo nhiều đợt kết hợp xử lý nền bằng bấc thấm gia tải trước giúp giảm chuyển vị và tăng sức chống cắt của nền đất.
• Đề xuất áp dụng mô hình tính toán và quan trắc chuyển vị trong thiết kế, thi công và quản lý công trình xây dựng trên nền đất yếu.

Next steps: Mở rộng nghiên cứu bằng mô hình phi tuyến và tích hợp dữ liệu quan trắc thời gian thực để nâng cao độ chính xác dự báo chuyển vị.

Các kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng phương pháp này trong thiết kế và giám sát công trình, đồng thời tiếp tục phát triển các mô hình tính toán phù hợp với điều kiện thực tế đa dạng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Trong xây dựng công trình trên đất yếu, đặc biệt là công trình đất đắp, việc đánh giá độ lún là một trong các vấn đề cần thiết và quan trọng. Độ lún của công trình trên đất yếu thường có giá trị lớn và thay đổi theo thời gian do quá trình cố kết và từ biến. Chuyển vị quá mức ở vị trí nào đó của công trình có thể dẫn đến mất ổn định và phá hoại điều kiện làm việc ổn định của công trình. Trong tính toán thiết kế theo các tiêu chuẩn hay theo một số tài liệu phổ biến, kết quả tính toán thường là độ lún tại tâm diện gia tải trên cơ sở bài toán một chiều do cho rằng bề rộng diện san lấp thường lớn hơn đáng kể so với bề dày lớp đất yếu chịu nén lún.

Trong thực tế, đất nền dưới công trình đất đắp thường chuyển vị theo phương đứng và cả phương ngang, đặc biệt ở khu vực dưới mái taluy của công trình đắp có độ cứng không đáng kể so với móng công trình bằng bê tông cốt thép. Đánh giá khả năng và mức độ chuyển vị của nền đất yếu dưới công trình đắp là vấn đề nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn. Điều này cho phép đánh giá mức độ nguy hiểm hay khả năng dẫn đến phá hoại điều kiện làm việc ổn định của công trình nếu như giá trị chuyển vị ngang do trượt phát triển đến mức độ giới hạn nào đó. Nhiệm vụ chính của luận văn là trên cơ sở lý thuyết đàn hồi, đánh giá khả năng và mức độ chuyển vị theo phương đứng và phương ngang của nền đất yếu dưới công trình đắp.

Kết quả tính toán trên cơ sở chương trình tự thiết lập được so sánh với kết quả quan trắc thực tế. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và lập trình tính toán; phân tích so sánh với các kết quả số liệu quan trắc thu thập được. Trong tính toán chuyển vị ngang do sự chênh lệch ứng suất có xét đến giá trị module cắt ở các thời điểm ban đầu và lâu dài. Việc sử dụng lý thuyết cố kết thấm và đánh giá chuyển vị theo thời gian không được thực hiện trong nội dung luận văn.

Do -2- đó chuyển vị tại thời điểm bất kỳ trong quá trình cố kết thấm không được xét đến – đây cũng là hạn chế chủ yếu của đề tài. Mục đích của luận văn Mục đích của luận văn chủ yếu đề cập đến đặc điểm và mức độ chuyển vị của đất nền ở giai đoạn ngắn hạn và ổn định lâu dài (sau khi chấm dứt quá trình cố kết thấm). Kết quả tính toán được so sánh với kết quả quan trắc chuyển vị nền đất yếu của công trình có xử lý bằng phương pháp bấc thấm gia tải trước nên có thời gian đạt ổn định cố kết rút ngắn đáng kể và các yếu tố gia tăng đặc trưng cơ lý của đất nền bằng các vật liệu khác không ảnh hưởng lên kết quả tính toán. 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 [1, 2, 3, 12]. 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. Tính toán độ lún ổn định của nền đất 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.

Phƣơng 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 -4- do tải trọng ngoài gây nên trong phạm vi mỗi lớp nhỏ thay đổi không đáng kể 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) Khi tính độ lún Si 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: e e  S i  1 2 h  a0 z h  mv z h   z h (1.2) 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. e2 – hệ số rỗng của đất cũng tại điểm trên ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất và tải trọng ngoài.

a0 – hệ số nén tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét. mv – hệ số nén thể tích.3) 1  e1 z – ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại điểm giữa lớp đang xét. hệ số có xét đến tính nở hông.4) 1  -5- Giá trị của  phụ thuộc giá trị hệ số Poisson ν 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. 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), độ lún của mỗi lớp chia tính theo công thức: C p  Si  lg 1 h0 (1.5) 1  e0  p0  Trong đó: Si – độ lún của lớp đất đang xét C – chỉ số nén, lấy là Cs nếu p0, p1 < pc (áp lực tiền cố kết), lấy là C c nếu p0, p1 > pc -6- e0 –hệ số rỗng ban đầu ứng với p0 tại điểm giữa lớp đất đang xét p0 – ứng suất ban đầu tại điểm giữa lớp đất đang xét p1 – ứng suất cấp tiếp theo tại điểm giữa lớp đất đang xét h0 – chiều dày ban đầu tại điểm giữa lớp đất đang xét Xác định chiều dày vùng ảnh hưởng của lún tức là phải xác định chiều sâu đường giới hạn nén lún. Điều này được thực hiện nhờ biểu đồ ứng suất z bảnthân và z gâylún.

Chiều dày lớp đất bị nén chặt được tính từ đáy móng đến độ sâu được xác định theo điều kiện : z bảnthân ≥ 5z gâylún. (trường hợp đất yếu) Chia nền đất dưới đáy móng thành nhiều lớp nhỏ, chiều dày mỗi lớp h  0,4b, ranh giới lớp chia trùng với mặt phân lớp tự nhiên và trùng với mặt nước ngầm. Độ lún của nền bằng tổng độ lún các lớp chia S   S i 1. Phƣơng pháp dựa vào lý thuyết nền biến dạng đàn hồi toàn bộ Mặc dù đất nền không phải là một vật thể hoàn toàn đàn hồi, ngoài biến dạng đàn hồi còn có biến dạng dư, nhưng lý thuyết đàn hồi được sử dụng hiệu quả đối với môi trường đất khi tải trọng của công trình tác dụng lên nền đất không lớn lắm.

Vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới xác minh bằng thực nghiệm ở trong phòng cũng như ở ngoài hiện trường. Do đó, khi tính toán độ lún ổn định có thể trực tiếp sử dụng những thành quả đạt được trong lý thuyết đàn hồi. Tuy nhiên, để xét đến đặc tính của đất, tức kể đến biến dạng dư của đất, trong tất cả các biểu thức có chứa trị số E (module đàn hồi) sẽ được thay thế bằng trị số E0 (module tổng biến dạng). Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày vô hạn Khi nền đất có chiều dày vô hạn, độ lún của những điểm trên mặt đất xác định theo biểu thức J.

Đối với diện chịu tải hình chữ nhật thì độ lún của móng được tính theo công thức sau: p(1  2 )b S (1.6) E0 Trong đó: p – ứng suất gây lún b – chiều rộng móng E0, ν – module tổng biến dạng và hệ số Poisson của đất  – hệ số phụ thuộc hình dạng, kích thước của đáy móng được xác định bằng cách tra bảng [2]. Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày giới hạn Khi dưới đế móng ở một độ sâu nào đó xuất hiện một lớp đá gốc, biểu thức tính toán độ lún (1.6) sẽ không còn phù hợp nữa, bởi vì biểu thức này thành lập dựa vào giả thiết nền đất là bán không gian đồng nhất. Vấn đề xác định độ lún ổn định của lớp đất có chiều dày giới hạn được nhiều tác giả như K. Taylor nghiên cứu [2].

Egorov đã đề nghị biểu thức tính toán độ lún dưới đế móng hình tròn tuyệt đối cứng khi đất nền có chiều dày giới hạn như sau: 2rp(1  2 ) S k E0 (1.10) p – tải trọng tập trung tác dụng lên móng r – bán kính móng Các hệ số a0 a2 a4 được xác định bằng cách tra bảng [2]. Dựa vào cơ sở nghiên cứu của D.