CHƯƠNG 1: TONG QUAN CÁC PHƯƠNG PHAP ĐÁNH GIÁ KHẢ NANG CHIU TAI CUA DAT NEN Trong thiét ké nén móng công trình, việc xác định sức chịu tải an toàn va chính xác của nên đất là rất phức tạp va nó ảnh hưởng rất lớn đến 6n định của công trình, từ lúc mới xây dựng và trong suốt quá trình tồn tại của công trình sức chịu tải có khuynh hướng thay đổi. Có khá nhiều phương pháp ước lượng sức chịu tải của nên đất dưới đáy móng như: Phương pháp tính dựa trên mức độ phát triển của vùng biến dang dẻo trong nên, phương pháp tính dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạn, phương pháp tính dựa trên giả thuyết mặt trượt phăng. tính sức chịu tải theo các thi nghiệm hiện trường từ kết quả ban nén và các phương pháp khác. Điều kiện cân bằng gidi hạn và các lý thuyết xác định tải trọng lớn nhất tac dụng lên đất nền trong điều kiện cân bằng giới hạn 1.
Điều kiện cân bằng giới hạn Trong các tài liệu chuyên ngành hiện nay, việc xác định khả năng chịu tải của đất nền dưới công trình thường được căn cứ trên cơ sở lý thuyết cân băng giới hạn. Kha năng chịu tải của đất nền phụ thuộc vào trang thai Ứng suất 2101 han cua dat nền. Trang thái cân bằng giới han của đất nên tại một điểm là trang thái ứng suất ma khi thêm vào bat kỳ một lực tác động nhỏ nhất tác động vào cũng đủ làm phá vỡ sự cân bằng giới han dẫn đến trạng thái không Ổn định, gây phá hoại nền công trình hay trượt mái dốc. Do đó, để có được điều kiện ôn định của công trình, cần phải xác định được tải trọng lớn nhất mà ứng với tải trọng đó, đất nền vẫn chưa vượt quá trạng thái giới hạn.
Hiện nay, dé tính toán sức chịu tải của nền công trình, có nhiều lời giải khác nhau. Các lời giải của bài toán nên không trọng lượng (y=0) với giả thiết về kích thước, hình dạng nêm nén chặt và hàm số các đường phá hoại trượt giả định găn liền với các tên tuổi lớn như: V. Berezantsev cho phép xác định giá trị ứng suất giới hạn của tải trọng hình băng lên dat nên. -4- Trong đất nên, tai một điểm bat kỳ chịu tác dụng của các thành phan ứng suat: Ơ,, Oy , Oy, Txy, 1x; 1v; khi chưa đạt trạng thái cân bằng giới hạn (trạng thái cân bang) theo thuyết bền Mohr-Coulomb được thé hiện nằm dưới đường bao sức chống cắt của dat nên.
Sức chống cắt có thé được biểu diễn dưới dạng: Tự, =Øfg@+€ Trong đó: ơ - Ứng suất pháp (kN/m’) tì A, Ar Ay By Bạ Bạ ° Hình 1. Vong bao đường tròn ứng suất theo diéu kiện bên Mohr-Coulomb Dé mô tả trang thái ứng suất cân băng giới han, cần xét đồng thời phương trình cân băng và điều kiện bền của đất. Nếu chọn điều kiện bên theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr — Coulomb. Đối với bai toán phang, các phương trình cân băng có dang LH], [2]: Phương trình cân bằng: OF: 4 Fey (1.1) Ox OZ OO, ote 7 (1.2) OZ Ox Ở đây: X, Z là các lực thể tích.
Điều kiện cân băng bên tại điểm bất kỳ: =sin” ø (1.cot sợ} Việc giải hệ phương trình phi tuyến bậc 2 (1.2) gặp nhiều khó khăn. Về tong thể có thể giải băng phương pháp số với những điều kiện biên nghiêm ngặt như là phân tử hữu hạn. Đối với bài toán không gian đối xứng trục, trạng thái ứng suất ở điểm bat kỳ đặc trưng bởi 4 thành phần ứng suất: o,, Or, Ơo „ Trz VỚI gia thiết tạo = to, = 0. Trong trường hợp này ta có hệ phương trình cân bang sau: 22, + OF 4 Or %9 9 (1.4) or OZ r Oo, T T OZ Or r á q9) 24% 4-2 = 1.5 Và điêu kiện cân băng giới hạn (ơ, —Ø, y +4r° (ơ, +0, +2c.cot gp) =sin' 9 (1.
Tai trong téi han ban dau p* Tải trọng tới han ban dau p* tương ứng với trường hop khi một điểm duy nhất trong nên đưới mép móng băng xuất hiện trạng thái giới hạn. Để xác định p* xét bài toán đơn giản nhất trong nền không bão hòa, biến dạng tuyến tính, đồng nhất và đăng hướng, còn ứng suất do trọng lượng bản thân phân bồ theo định luật thủy tinh, tức là: o, =ơ, =7(z+đ) P “TT” „q- pb | | | _ pL de Lá | Fb _—— — “max x = M ¢x. Sơ đồ tính toán xác định tải trọng giới hạn ban đầu (bài toán phẳng) VỚI: g=yd Trong đó: d— độ sâu cách mặt đất tự nhiên (độ sâu chôn móng); y - trọng lượng ban thân của dat. -6- Ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất từ tác dụng của tải trọng hình băng phân bó đều p-q trên bé rộng b có thé xác định theo biểu thức: O13 =2 (œ#+sina) (1.7) Ở đây: œ - góc nhìn từ một điểm đang xét trong đất nền đến hai mép móng Tổng giá trị ứng suất chính tại điểm bất kỳ sẽ trở thành: Øs _P— =——(atsina)+7(d +z) (1.8) A Điều kiện cân băng giới han theo các thành phan ứng suất chính: 0, — 0, sing = (1.cot gø Thế các giá trị ø¡, 03 từ biểu thức (1.8) vào biéu thức (1.9) thu được: P 4 eing-sing ef? tat+ydt+yz)=c.8) thé hiện vi trí các điểm thỏa điều kiện cân bang giới han (1.
Tọa độ các điểm theo z và œ có thể nhận được từ việc giải phương trình (1.10), tức là: P-q,smnø z= (— ~a)-d-~cotgg (1.11) my sing y Phuong trình (1.11) biểu diễn vùng trang thái cân bằng giới hạn và có toa độ lớn nhất Zmax Phu thuộc vào p. Có thé tìm được tọa độ này bằng cách lây đạo hàm dz/dœ và xem băng 0, tức là: G2 _ P49 C82 _4)_¢ (1.12) da Z7 sing Từ đó ta có thé thấy rằng z = Zmax khi cosa = sing, tức là a = ze hay SIIŒ= COS@. Thay các giá tri này vào biéu thức (1.11), giá trị lớn nhất của z có dạng: Z max =P Let e+.⁄ 2 Z Tải trọng lớn nhất theo độ sâu vùng phát triển vùng biến dạng dẻo có dạng: p= ar (zzo +d +, cot eø) + Z.14) cof gØ@ +@— “ á 2 Xem Zmax = 0 ta nhận được giá tri tai trọng gidi han ban dau: * m(y.15) cotg@t EPTOP _7 2 Biểu thức (1.15) không kể đến lực dính của đất dau tiên được dé nghị bởi N. Trong trường hợp không xét ma sát (đối với loại đất sét bão hòa nước với điều kiện ứng xử không thoát nước: @ 0, c # 0) [1], ta có Pp.16) Dé ước lượng sức chịu tải của dat nên, các nhà khoa hoc đã có những quan điểm tính toán khác nhau: - Theo N.
Puzurevski: tải trong p,,,,, được tính tương ứng với vùng biên dạng đẻo z„„ =0, tức là khi vùng biến dang dẻo chỉ mới bắt đầu xuất hiện ở hai mép đáy móng (trường hợp # 0, c # 0) theo hình 1.17) Prax =7] Z Z clang+@~ ctlanp+@= ls | | [| | | | | NSS bZZ 1 JF Soy J9 ` +4 ⁄ oe \ Hình 1. Chiều sâu phát triển vùng biến dạng dẻo theo N. Maslov: Với tai trong p,,,. Puzurevski la qua thiên về an toàn, N.
Maslov đã dé nghị lay z„„ =ø. Theo quan điểm của N. Maslov: không cho vùng biến dạng dẻo lan vào phạm vi giữa hai đường thăng đứng di qua mép móng. Tải trọng ứng với z„„.- = = H H H H H H b H = H = KH: oo iG 7 H H £í 7 _—T = K~ = =F as 24 — —_- = + ai? = H H H + ai? = —_ — a = 7 ¬ = = = = | = : Ss =- * "- iti = a —_- —SB hR —=—= iin >5% * = = == “ut = H = Pir = = = = Att HE = tt ¬ === —=t=—- lít rir +& .& = = Ete = Pir E- ft - = - Pee t “= 7 tứ Att ——= — £ FE iF a —_—Ss i =2 irs it " ttc ‹ oT EE 3 _—= = _ H8H = —_-—SB rs * = = < Si`“: —=—= = H a = = i= t= 2 =- = = SỐ — H — # = -š — H —_E- = H H = H ` = 2 : 2 H "Ó H H - H H H + ~ H - ~ b = ~ = ~ _ — : _ —_- —SB—_ễ HH _—= —=—= Hình 1.
Chiêu sâu phát triển vùng biến dạng dẻo theo N. Yaropolski: vùng biến dạng dẻo phát triển đến độ sâu lớn nhất (hình 1.tan ø + Permax = yh (1.20) ctang+Qo- a 2 Theo I. Yaropolski: các vùng biến dạng dẻo đã nối liền với nhau, vì vậy tải trọng xác định theo biểu thức I. Yaropolski tương ứng với trạng thái của nên lúc bắt đầu mất ồn định.
Mức độ phát triển vùng biến dang dẻo theo I. Yaropolski - Theo quy phạm xây dựng 45-78 của Việt nam: khi tính toán sức chịu tải của nên theo trạng thái giới hạn về bién dạng, dé độ lún của móng có sai số nhỏ, nền đất phải còn hoạt động như vật liệu biến dạng đàn hồi, vì cách xác định các ứng suất trong tính lún đều dựa vào lý thuyết Boussinesq. Sức chịu tai của nên được chọn tương ứng với vùng biến dạng dẻo phát triển từ đáy móng đến độ sâu z„„„ = b/4. Với vùng biến dạng dẻo nhỏ này thì nền vẫn còn được xem như là bán không gian đàn hồi tuyến tính.
Khi đó, sức chịu tải được tính toán theo công thức sau: Po ,= 1 7zb +70, recoteo)+ 10, (1.21) m4 col gØ+Ø— > Hay R= DPymax=b/4 = A.22) Trong đó: y¡ — dung trọng của dat từ đáy móng trở lên mặt đất; 2 - dung trọng cua đất từ đáy móng trở xuống: D; - chiều sâu chôn móng: e — lực đính đơn vi của đất từ đáy móng trở xuống: A,B,D- các hệ số sức chịu tai phụ thuộc vào góc ma sát trong ọ, có công thức như sau: Az 0,25 z Balt Z a a cot gg+Qo-— CO{ gØ + —— 2 2 D= .23) cotgØ+Ø= Trong quy phạm xây dựng 45 — 70, công thức này được giới thiệu dưới dạng sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền có dạng: R“ =m(A.24) Các đặc trưng đất nên trong R“ là các đặc trưng tiêu chuẩn gồm y°, c° và ọ°. Trong quy phạm xây dựng 45 — 78, sức chịu tải tiêu chuẩn được xét thêm điều kiện làm việc đồng thời giữa nền và công trình và được gọi là sức chịu tải tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai Ry của đất nên.