CHƯƠNG 1. TONG QUAN CÁC NGHIÊN CUU VE SUC CHIU TAI VÀ SUC KHANG HONG CUA COC DON CHIU TAI DOC TRUC. Quan niệm về sức chịu tải cọc don chịu tai dọc trục. Sức chịu tải của cọc được biết pho bién, don giản la sức kháng hong va sức khang mii: Q=Q,+Q, (1.1) Sức kháng hông và sức kháng mũi, lần lượt được đơn giản hóa là nhân tử của điện tích mat cat ngang cua thân cọc và mũi cọc.3) i=l Trong đó i là chi số lớp đất và tong của n lớp dat mà cọc đi qua cọc.
Việc phân chia sức kháng của cọc thành sức kháng hông và sức kháng mũi là một sự đơn giản hóa của bài toán. Vì thế đứng trên quan điểm này, ta thường suy nghĩ rằng điều này là một bài toán quá dé dàng. Tat cả những gi chúng ta cần là xác định các sức kháng đơn vi nay va bai toán sẽ được giải quyết. Tuy nhiên, sức kháng đơn vi này được lý giải và tính toán trên cơ sở nào? Day chính là vẫn đề cần bàn thảo.
Terzaghi từng thú nhận, ông không biết nhiều về “ma sát hông” của cọc. Ông đã phát triển vài biểu đỗ dựa trên lý thuyết áp lực đất nhưng rõ rang nó không đủ tin cậy khi sử dụng trong thực hành (Terzaghi, 1943) [5]. Thay vì vậy, ông khuyên các đồng nghiệp của ông nên thực hiện các thí nghiệm thử tải ở ngoài hiện trường để đo sức kháng hồng. Vậy thực sự, sức khang hong là gi? 1.
Các nghiên cứu về sức chịu tải của cọc nói chung và sức kháng hông cọc nói riêng. Theo Salgado et al (2008) [6], lúc đầu, hầu hết các công trình nghiên cứu phân tích cọc đều tiệp cận dựa trên thuộc tính của dat nên, trong đó sức kháng hông và sức khang 12 mũi cọc được ước lượng từ các thuộc tính (cường độ cat và độ cứng) của đất nền thay vi các mối tương quan trực tiếp với các phép đo thí nghiệm hiện trường. Skempton (1959) [7] đi tìm mối tương quan giữa sức kháng hông đơn vị giới hạn fsu của cọc khoan nhồi trong đất sét London với cường độ kháng cắt không thoát nước Su của đất sét. Ông đã làm các quan trắc quan trọng cho phép không chỉ ước đoán sức kháng hông trong sét cứng mà còn hiểu được tại sao độ lớn của sức kháng này ít hơn đáng kế cường độ cắt không thoát nước, không xáo trộn của đất sét được ước đoán từ thí nghiệm trong phòng.
Sự phát triển sức kháng hông trong tất cả các loại cọc nói chung phức tạp hơn nhiều so với đóng góp bởi Skempton (1959) [7]. Trong các tác phẩm của mình, Potts & Martins (1982) [8| đã tiễn hành thử nghiệm phân tích cọc trên phân tử hữu hạn một chiều, đồng thời thực hiện nhiều quan trắc quan trọng đã chỉ ra sự phát triển trạng thái ứng suất gần thân coc không hề đơn giản, dẫn đến sự thay đổi tiềm an hệ số áp lực ngang ở bề mặt tiếp xúc cọc — đất cũng như vi trí biến dạng cắt cục bộ gan coc khi chiu tải. Các tác gia cũng nhấn mạnh rang, dai lượng mô phỏng ứng xử đất gần thân cọc va do đó sức kháng hông phụ thuộc nhiều vào mô hình đất và mô hình nay mô tả như thé nào các khía cạnh ứng xử của đáp ứng ứng suất — biến dạng. Jardiene et al (1968) [9] đã đưa vào phân tích cọc tính không đàn hồi tuyến tính của vật liệu đất và xu hướng biến dạng cục bộ.
Feda (1976) [10] đã cố găng tìm các phương pháp khác nhau để đánh giá sức kháng hông của cọc khác so với các công thức tiêu chuân. Ông cũng đã thử nghiệm để phát triển một phương pháp thỏa mãn cọc chôn trong cả đất sét lẫn đất cát. Ông đề xuất lý thuyết mà ứng suất cắt ở bề mặt tiếp xúc cọc — đất xảy ra do sự truyền tải. Ông đã mô hình hiện tượng này bởi thí nghiệm hộp cắt.
Mochtar et al (1988) [11] đã nghiên cứu truyén tải dọc theo thân cọc mô hình được đặt trong mẫu sét hình trụ. Các thiết bị thí nghiệm được sử dụng để đo sức kháng hông của cọc kế đến các yếu tố sau: (i) Ứng suất có hiệu theo phương đứng và phương ngang và hệ số quá cô kết; (ii) Đường kính; (iii) Độ dài của bề mặt tiếp xúc trên thân cọc; (iv) Độ nhám của bề mặt cọc. Các phép đo ké đến đáp ứng tải trọng — chuyền vị 13 của mô hình cọc ở các thời điểm khác nhau sau khi áp ứng suất với tốc độ đặt tải khác nhau và theo dõi sự tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng thặng dư và biến dạng của mẫu sét theo thời gian. Nghiên cứu này cho thấy tải trọng lớn nhất dọc trục tăng cùng với sự tăng áp lực cỗ kết theo phương ngang lên bề mặt ngang của mẫu sét.
Góc ma sát tiếp xúc cọc — đất tăng đáng kể bởi độ nhám bề mặt của mô hình cọc. Họ cũng thay rang suc khang héng giam khi duong kinh coc tang. Một hướng khác trong nghiên cứu sức kháng hông của coc là cách tiếp cận lý thuyết cơ chế truyền tải. Mối quan tâm chính của mỗi cơ chế truyền tải là xác định sức kháng được huy động trên don vi diện tích của than cọc là một hàm trực tiếp chuyển VỊ đọc trục của cọc.
Rõ ràng, việc lựa chọn cơ chế truyền tải hợp ly là van đề rất quan trọng. Theo Lashkari (2012) [12], các co chế truyền tải hiện có có thé chia thành 2 loại chính dựa trên nguồn gốc của nó: (i) thuần túy về mặt hiện tượng, còn gọi là t-z, cơ chế này đòi hỏi các quan trắc thực nghiệm; (ii) thuần về mặt lý thuyết, cơ chế nay dựa trên mô hình cấu trúc của các bề mặt tiếp xúc được hình thành giữa cọc và đất xung quanh. Các mô hình bể mặt tiếp xúc được áp dụng thường là mô hình đàn hồi tuyến tinh (Chow, 1986) [13], đàn hồi Hyperbol (Wong & Teh, 1995 [14]; Kim et al, 1999 [15]), mô hình làm việc giảm yếu tam tuyến tinh (Liu et al, 2004 [16]); mô hình kết hop (Zhu & Chang [17], 2002; S. Ngoài ra, hướng nghiên cứu thí nghiệm nén tinh cọc có kết hợp đo biến dạng dọc thân cọc cũng được quan tâm mạnh mẽ.
Khi giải thích kết quả thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu quan niệm răng sức kháng hông của cọc được xác định từ sự phân phối của lực dọc trục dọc theo chiều dài cọc (Brom, 1979: Rieke & Crowser, 1987 và Fellienus, 1989-2012). Tải tác dụng và lực chống đỡ ở mũi cọc chỉ tác động ở các điểm cuối của cọc. Do đó, sự khác biệt của lực đọc trên hai tiết diện ngang bất kỳ nào của cọc là do ma sát hông tác dụng bề mặt cọc giữa hai tiết điện đó. Trong thực hành, lực dọc có thé ước lượng với độ chính xác cao, từ các biến dạng đo được bang cach su dung cac dau do bién dang được gan hoặc được chôn ở trong coc.
Hiện nay, hướng phat triển của thí 14 nghiệm dang này trong việc tim hiểu sức kháng hông của cọc là rất mạnh mẽ, đặc biệt là các nước thuộc khu vực châu Á như Trung Quốc (Zhang et al, 2013). Nhận xét: s* Việc điểm lại các nghiên cứu ở trên, tác gia rút ra một số kết luận sau: (1) Sức kháng hông cọc là một bài toán phức tạp và được tiếp cận bởi nhiều phương pháp khác nhau, từ các phương pháp bán thực nghiệm (Terzaghi, 1943; Meyerhoff, 1976; Skempton, 1959; .), đến các cách tiếp cận mô hình tỷ lệ nhỏ của cọc (Feda, 1976; Mochtar & Edil, 1988; .), từ các cách tiếp cận lời giải lý thuyết (phương pháp truyén tai trọng như Coyle & Reese, 1966; Kraft, 1981, Zhu & Zhang, 2002; S. Patra, 2014; ; phương pháp dan hồi như Randolph & Wroth, 1978; Poulos & Davis, 1980; .) đến cách tiếp cận phan tu hữu han (Jardiene et al, 1968; Potts & Martins, 1982; .) hay thí nghiệm coc ty lệ thực ở ngoài hiện trường (Vesic, 1970; Tavanas, 1971; Fellenius, 1989-2014;. Mỗi phương pháp tiếp cận các khía cạnh khác nhau của sức kháng hông cọc.
Phương pháp bán thực nghiệm di tìm giá tri sức kháng hông cực han ma không quan tâm đến quá trình phát sinh của nó, trong khi các phương pháp khác, với cách tiếp cận từ đơn giản đến phức tạp thì quan tâm nhiều hơn đến quá trình phát triển sức kháng hông. (2) Chia khóa dé giải quyết bai toán sức kháng hông của cọc là xây dựng mô hình tương tác cọc — đất. Nếu phương pháp bán thực nghiệm cho răng có một sự liên hệ được tin tưởng giữa các đại lượng thu được từ thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường với cường độ cắt bề mặt tiếp xúc cọc — đất của cọc, thì phương pháp truyền tải trọng xem cọc — đất tương tác qua các lò xo được rời rạc hóa. Nếu phương pháp đàn hồi liên tục với giả định đáp ứng của đất xung quanh cọc là dan hồi và tai trọng phân bố trong cọc được xác định theo lời giải của Mindlin, thì phương pháp phần tử hữu hạn với xét tương tác cọc — đất thông qua phần tử tiếp xúc.
s* Qua đánh giá tong quan nêu trên, tác giả lựa chọn hướng di của luận văn này là phân tích co chế huy động sức kháng hông của cọc đơn chịu tải dọc trục theo phương 15 pháp kết hợp giữa giải tích (từ lời giải đường truyền tải của S. Patra, 2014) và thí nghiệm hiện trường (có phân tích ngược từ phương pháp phan tử hữu hạn) nhằm tìm hiểu quá trình phát triển sức kháng hông va các yếu tố chi phối đến nó, đông thời xác minh kêt quả của các nghiên cứu hiện có. CƠ SỞ LÝ THUYET PHAN TÍCH CƠ CHE HUY ĐỘNG SỨC KHANG HONG CUA COC CHIU TAI DỌC TRUC. Cơ sở ly thuyết về đường truyền tải lý thuyết doc thân cọc (S.
Ung xử ứng suất — biến dạng phi tuyến. Một vấn đề lớn trong cơ học đất nhưng năm 1970 và sớm hơn là sự khác biệt rõ ràng giữa độ cứng của đất đo được trong phòng thí nghiệm và độ cứng được tính toán ngược từ các quan trắc chuyển vị nền (Coyle & Burland, 1972; St. John, 1975; Wroth, 1975: Burland, 1979). Nhưng sự khác biệt này bây giờ được giải quyết thông qua sự hiểu biết các nguyên lý cơ bản về độ cứng của đất và đặc biệt ảnh hưởng rất quan trọng tính phi tuyến của nó.
Ung xử ứng suất — bién dạng của đất là cực kỳ phi tuyến trong tất cả các giai đoạn đặt tải. Ung xử dan hồi tuyến tính thực sự chỉ quan sát trong đất ở cấp biến dạng rất nhỏ và thường giảm độ cứng đáng kế theo sự tăng cấp biến dạng.