MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Độ lún của nền đất là một trong các vấn đề quan trọng hàng đầu trong tính toán thiết kế. Hiện nay, tồn tại một số công thức tính lún trên cơ sở các mô hình khác nhau. Việc chọn lựa sơ đồ bài toán ước lượng độ lún hợp lý cho phép thu nhận kết quả đáng tin cậy hơn. Đề tài luận văn "Phân tích đánh giá ảnh hưởng của đặc trưng biến dạng và mô hình lên giá trị độ lún của đất nền" được chọn lựa nhằm tính toán độ lún theo các sơ đồ tính khác nhau ứng với các ứng xử thông qua các đặc trưng biến dạng khác nhau và phân tích so sánh.
Kết quả nghiên cứu nhằm góp phần hoàn thiện phương pháp tính lún trong thiết kế nền móng công trình. Nhiệm vụ của đề tài Sử dụng các dữ liệu thí nghiệm nén lún như E0, , Cc, Cs, pc để tính toán ước lượng độ lún và phân tích so sánh. Ở đây, việc sử dụng Cc, Cs, pc để ước lượng độ lún căn cứ trên cơ sở bài toán một chiều. Trong các tài liệu phổ biến, việc sử dụng đại lượng Eo hay ao để ước lượng độ lún cũng được căn cứ trên cơ sở bài toán một chiều do xem xét nền dưới móng không có chuyển vị ngang.
Tuy nhiên, mặc dù chịu áp lực đất xung quanh, nhưng đất có thể bị dịch chuyển theo phương ngang và độ lún có thể lớn hơn. Ngoài ra, cũng lưu ý rằng các phương pháp ước lượng độ lún của nền đất đều căn cứ trên cơ sở nền biến dạng tuyến tính trong điều kiện nền còn làm việc trong phạm vi đàn hồi. Phân tích độ lún theo các mô hình khác nhau trong phần mềm Plaxis để phân tích, so sánh với kết quả từ phương pháp giải tích. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về một số phương pháp dự tính độ lún của nền công trình dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng trên bề mặt.
Tính toán và phân tích so sánh giá trị độ lún theo các phương pháp khác nhau -2- Phân tích đánh giá ảnh hưởng của đặc trưng biến dạng và các mô hình lên giá trị độ lún của đất nền. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa cho luận văn là tổng hợp, lập trình tính toán và mô phỏng. Bài toán tính toán sử dụng dữ liệu khảo sát địa chất thực tế ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN CỦA NỀN CÔNG TRÌNH 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]. 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. Xác định bề dày lớp đất chịu nén Trong đánh giá độ lún của nền đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài, phạm vi vùng chịu lún ảnh hưởng đáng kể lên giá trị độ lún dự tính cũng như cách xác định độ lún. Trong các bài toán ứng dụng, phạm vi vùng chịu nén lún thường được đánh giá dưới dạng bề dày lớp đất chịu nén kể từ biên tác dụng tải trọng. Đất loại sét hay các loại đất nền có liên kết luôn tồn tại độ bền cấu trúc pst được thể hiện như là ứng suất gia tăng mà ở đó không phát sinh biến dạng.
TXưtôvich, phạm vi ứng suất do tải trọng ngoài tác dụng có giá trị nhỏ hơn pst thì biến dạng không xảy ra. Tức là phạm vi vùng nén lún được xác định theo điều kiện trúc p > pst. -4- Đặc điểm nén lún của đất loại sét bão hòa nước luôn gắn liền với quá trình cố kết và độ lún xuất hiện khi nước thoát ra khỏi đất đồng thời với sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư. Đồng thời, trong đất loại sét tồn tại giá trị gradient ban đầu io.
Khi áp lực nước gây gradient thấm có giá trị nhỏ hơn io thì hiện tượng thấm không xảy ra. Maslov và GS. Lê Bá Lương, phạm vi nền có áp lực nước lỗ rỗng gây gradient bé hơn io là vùng chết (vùng không chịu nén lún). Tuy nhiên, việc xác định giá trị io bằng thực nghiệm chưa được thực hiện nhiều và giá trị này khó đánh giá chính xác.
Đối với đất yếu, đa số các tính toán đều tập trung đánh giá độ lún cũng như khả năng ổn định trong phạm vi lớp đất này. Do đó, có thể xem phạm vi phân bố lớp đất yếu cũng chính là phạm vi vùng chịu nén lún. Nếu so sánh giá trị độ lún ở lớp đất này với các lớp đất tốt hơn nằm bên dưới thì độ lún của lớp đất tốt hơn thường có giá trị không đáng kể nên có thể bỏ qua trong tính toán. Như vậy, khi đánh giá độ lún của nền đất yếu, có thể xem bề dày của lớp đất này là phạm vi chịu nén lún do độ lún của lớp đất tốt hơn bên dưới có giá trị không đáng kể.
Đối với công trình dân dụng được xây dựng trên nền đá, việc tính toán độ lún có thể không cần thiết do biến dạng của đá không đáng kể. Ngoài ra, khi tính lún nền trên vỏ phong hóa, chỉ cần xét độ lún của vỏ phong hóa. Tiêu chuẩn Việt Nam đối với các công trình dân dụng và công nghiệp xem phạm vi vùng nén lún ở độ sâu mà ứng suất do tải trọng ngoài bằng 0,2 ứng suất do trọng lượng bản thân và bằng 0,1 khi tính cho nền đất yếu. Để xác định phạm vi vùng chịu nén lún, xây dựng biểu đồ phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân theo ứng suất hữu hiệu và do tải trọng ngoài theo độ sâu.
Từ sự phân bố ứng suất theo độ sâu, xác định độ sâu phạm vi chịu nén theo điều kiện ứng suất do tải trọng ngoài gây ra bằng 0,1 hay 0,2 ứng suất do trọng lượng bản thân, tức là: - Đối với nền đất tốt: σ zg =5σ zp (1.1) - Đối với nền đất yếu: -5- σ zg =10σ zp (1.2) Để xác định nhanh phạm vi vùng chịu nén lún, có thể thể xây dựng biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng ngoài và biểu đồ có giá trị 0,2 hay 0,1 lần ứng suất do trọng lượng bản thân kể biên phạm vi gia tải theo độ sâu. Giao điểm của hai đường này cho phép xác định độ sâu phạm vi vùng chịu nén lún (Hình 1. Ngoài ra, do biến dạng của nền đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài được phân tích trên cơ sở lý thuyết đàn hồi nên đất nền cần được đảm bảo ứng xử trong phạm vi đàn hồi. Trong một số trường hợp, trước khi đánh giá biến dạng hay dự tính độ lún, cần kiểm tra nền còn làm việc trong phạm vi đàn hồi, tức là xác định tải trọng giới hạn sao cho phạm vi vùng biến dạng dẻo trong nền không phát triển quá lớn.
1 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu và phạm vi vùng chịu nén lún trong nền đất yếu -6- Hình 1. 2 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu và phạm vi vùng chịu nén lún trong nền đất tốt 1. Các phương pháp ước lượng độ lún theo đường cong nén lún [1], [2] Khi tính độ lún của nền móng công trình, chỉ cần xác định chuyển vị thẳng đứng do đất được nén chặt dưới tải trọng của móng. Vì vậy, trong tính toán, có những trường hợp có thể sử dụng kết quả của bài toán một chiều (không có biến dạng hông từ kết quả của thí nghiệm hộp nén Oedometer).
Nền đất được xem chịu nén một chiều nếu tải trọng trên mặt đất phân bố đều kín khắp hoặc tải trọng có kích thước lớn kết hợp chiều dày lớp đất chịu lún lại bé. Khi đó, biểu đồ phân bố ứng suất theo chiều sâu sẽ thay đổi không đáng kể và đất không có chuyển vị theo chiều ngang mà chỉ chuyển vị theo chiều thẳng đứng. Nếu lớp đất có chiều dày lớn thì biểu đồ ứng suất sẽ giảm dần theo chiều sau rõ rệt. Lúc này, để tránh sai số lớn khi áp dụng kết quả của bài toán một chiều, thường dùng phương pháp cộng lún từng lớp.
Chia nền đất thành từng lớp phân tố bởi những -7- mặt cắt ngang, sao cho trong phạm vi mỗi lớp ấy có thể xem biểu đồ phân bố ứng suất z do tải trọng lún p gây ra là không thay đổi đáng kể và biến dạng lún của mỗi lớp đất xảy ra trong điều kiện không có nở hông. Cần xác định chiều dày vùng ảnh hưởng của lún. Độ lún của toàn bộ lớp đất sẽ xác định như tổng độ lún của các lớp phân tố.3) Mặt đất tự nhiên h1, 1 zp O z 1i zp i h2, 2 zp i 2i zg z Hình 1. 3 Sơ đồ bài toán tính lún cộng lún lớp phân tố cho trường hợp tải trọng phân bố đều trên diện truyền tải.
4 Sơ đồ sử dụng đường cong nén để dự tính độ lún. Những trường hợp có thể sử dụng kết quả của bài toán nén đất một chiều, phương pháp tính toán ước lượng độ lún của mỗi lớp phân tố có thể áp dụng như sau: 1. Trường hợp sử dụng đường cong nén lún e - p [1], [2] Xác định hệ số nén lún a và hệ số nén lún tương đối ao từ đường cong nén lún theo biểu thức sau: e1 e2 a (1.5) 1 e1 Với : Giá trị áp lực ban đầu p1 cần để tìm e1 lấy bằng ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở chiều sâu giữa lớp đất: p1=z-bt.
