I. Nghiên cứu mô hình phi tuyến
Nghiên cứu mô hình phi tuyến tập trung vào việc phân tích các mô hình toán học mô tả ứng xử cơ học của đất đá trong điều kiện phi tuyến. Các mô hình này bao gồm mô hình đàn hồi, mô hình dẻo tái bền, và mô hình từ biến. Mô hình đàn hồi dựa trên lý thuyết đàn hồi cổ điển, trong khi mô hình dẻo tái bền mô tả hiện tượng cứng hóa của đất dưới tải trọng. Mô hình từ biến xem xét sự thay đổi ứng xử của đất theo thời gian. Các mô hình này được sử dụng để dự đoán chính xác hơn ứng xử của đất đá trong các điều kiện thực tế.
1.1. Mô hình đàn hồi
Mô hình đàn hồi là mô hình cơ bản nhất, dựa trên quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng. Nó được áp dụng trong các trường hợp đất đá có ứng xử gần như đàn hồi, thường ở giai đoạn đầu của quá trình chịu tải. Tuy nhiên, mô hình này không phù hợp với các điều kiện tải trọng lớn hoặc khi đất đá bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo.
1.2. Mô hình dẻo tái bền
Mô hình dẻo tái bền mô tả hiện tượng cứng hóa của đất dưới tải trọng, khi đất trở nên bền hơn sau mỗi chu kỳ tải. Mô hình này phù hợp với các loại đất có khả năng tái bền, như đất sét cứng hoặc đất cát chặt. Nó giúp dự đoán chính xác hơn ứng xử của đất trong các điều kiện tải trọng lặp lại.
II. Ứng xử cơ học đất đá
Ứng xử cơ học đất đá là một trong những yếu tố quan trọng trong tính toán nền móng cầu. Các đặc tính cơ học như độ bền, độ cứng, và khả năng chịu tải của đất đá ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của công trình. Độ bền cơ học của đất đá được xác định thông qua các thí nghiệm nén ba trục và thí nghiệm cắt trực tiếp. Độ cứng của đất đá liên quan đến mô đun biến dạng, trong khi khả năng chịu tải phụ thuộc vào sức chống cắt và áp lực nước lỗ rỗng.
2.1. Độ bền cơ học
Độ bền cơ học của đất đá được đánh giá thông qua các thí nghiệm nén ba trục và cắt trực tiếp. Các thí nghiệm này giúp xác định các thông số cơ bản như góc ma sát nội và lực dính kết. Những thông số này là cơ sở để tính toán sức chịu tải của nền móng và đánh giá nguy cơ sụt lún hoặc trượt đất.
2.2. Độ cứng và khả năng chịu tải
Độ cứng của đất đá được biểu thị qua mô đun biến dạng, trong khi khả năng chịu tải phụ thuộc vào sức chống cắt và áp lực nước lỗ rỗng. Các yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng trong thiết kế nền móng để đảm bảo sự ổn định và an toàn của công trình.
III. Tính toán nền móng cầu
Tính toán nền móng cầu là quá trình áp dụng các mô hình phi tuyến và đặc tính cơ học của đất đá để thiết kế nền móng ổn định. Các phương pháp tính toán bao gồm phân tích lún, tính toán móng nông, và móng cọc khoan nhồi. Phân tích lún được thực hiện để đánh giá độ lún của nền đất dưới tải trọng của công trình. Tính toán móng nông áp dụng cho các công trình nhỏ, trong khi móng cọc khoan nhồi được sử dụng cho các công trình lớn với tải trọng cao.
3.1. Phân tích lún
Phân tích lún là bước quan trọng trong tính toán nền móng cầu, giúp đánh giá độ lún của nền đất dưới tải trọng của công trình. Các phương pháp phân tích lún bao gồm phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp quy đổi nền tương đương. Kết quả phân tích lún giúp xác định các biện pháp gia cố nền đất cần thiết.
3.2. Tính toán móng cọc khoan nhồi
Tính toán móng cọc khoan nhồi được áp dụng cho các công trình lớn với tải trọng cao. Phương pháp này sử dụng các mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng xử của cọc và nền đất. Kết quả tính toán giúp xác định số lượng cọc, chiều sâu cọc, và các biện pháp gia cố cần thiết để đảm bảo sự ổn định của công trình.
