I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu
Luận văn tập trung vào việc phân tích ổn định mái dốc và sức chịu tải của móng nông đặt trên mái dốc bằng cách sử dụng lý thuyết giới hạn kết hợp với phương pháp số CS-FEM. Mục tiêu chính là xây dựng một phương pháp tính toán mới dựa trên lời giải cận trên, phương pháp số và thuật toán tối ưu hình nón. Phương pháp này nhằm khắc phục các hạn chế của lý thuyết cân bằng giới hạn truyền thống, đặc biệt trong việc giả định trước mặt trượt. Kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với các phương pháp hiện có như Geo Slope và Plaxis để đánh giá tính chính xác và hiệu quả.
1.1. Vấn đề ổn định mái dốc
Ổn định mái dốc là một vấn đề quan trọng trong địa kỹ thuật xây dựng, đặc biệt trong các công trình như đê, đập, và đường giao thông. Các phương pháp truyền thống như lý thuyết cân bằng giới hạn thường yêu cầu giả định trước mặt trượt, dẫn đến kết quả không chính xác trong các điều kiện địa chất phức tạp. Lý thuyết phân tích giới hạn được đề xuất như một giải pháp thay thế, cho phép xác định cơ chế sụp đổ mà không cần giả định trước mặt phá hoại.
1.2. Sức chịu tải móng nông trên mái dốc
Sức chịu tải của móng nông đặt trên mái dốc là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết giới hạn và phương pháp số. Các nghiên cứu trước đây của Meyerhof và Kusakabe đã đề xuất các công thức và biểu đồ tính toán, nhưng phạm vi áp dụng còn hạn chế. Luận văn này sử dụng CS-FEM để xấp xỉ trường chuyển vị và áp dụng lý thuyết giới hạn để xác định sức chịu tải cực hạn, đồng thời so sánh với các kết quả từ phần mềm Plaxis và Geo Slope.
II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận văn dựa trên lý thuyết giới hạn và phương pháp số CS-FEM để phân tích ổn định mái dốc và sức chịu tải móng nông. Lý thuyết giới hạn bao gồm định lý cận trên và cận dưới, cho phép xác định cơ chế sụp đổ mà không cần giả định trước mặt trượt. Phương pháp CS-FEM được sử dụng để xấp xỉ trường chuyển vị, kết hợp với thuật toán tối ưu hình nón để giải bài toán phân tích giới hạn. Kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với các phương pháp truyền thống và phần mềm chuyên dụng.
2.1. Lý thuyết giới hạn
Lý thuyết giới hạn là một công cụ mạnh trong việc phân tích ổn định mái dốc và sức chịu tải móng nông. Nó bao gồm hai định lý chính: cận trên và cận dưới. Định lý cận trên cho phép xác định cơ chế sụp đổ dựa trên năng lượng tiêu tán, trong khi định lý cận dưới xác định trạng thái cân bằng dựa trên ứng suất. Phương pháp này không yêu cầu giả định trước mặt trượt, giúp tăng độ chính xác trong các điều kiện địa chất phức tạp.
2.2. Phương pháp CS FEM
Phương pháp phần tử hữu hạn trơn dựa trên miền (CS-FEM) được sử dụng để xấp xỉ trường chuyển vị trong bài toán phân tích ổn định mái dốc. Phương pháp này khắc phục các hạn chế của FEM truyền thống bằng cách làm mịn trường chuyển vị, giúp tăng độ chính xác của kết quả. CS-FEM kết hợp với lý thuyết giới hạn và thuật toán tối ưu hình nón tạo thành một công cụ mạnh để giải quyết các bài toán phức tạp trong địa kỹ thuật xây dựng.
III. Phân tích và kết quả
Luận văn tiến hành phân tích ổn định mái dốc và sức chịu tải móng nông bằng phương pháp CS-FEM kết hợp với lý thuyết giới hạn. Kết quả cho thấy phương pháp mới mang lại độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định mái dốc như góc dốc, độ nhám của móng, và tỷ lệ c/γB được phân tích chi tiết. Kết quả cũng được so sánh với các phần mềm Plaxis và Geo Slope, cho thấy sự tương đồng và khác biệt trong các phương pháp.
3.1. Phân tích ổn định mái dốc
Kết quả phân tích ổn định mái dốc bằng CS-FEM cho thấy cơ chế trượt phụ thuộc nhiều vào góc dốc và đặc tính của đất. Phương pháp này xác định chính xác mặt trượt và hệ số an toàn, đặc biệt trong các điều kiện địa chất phức tạp. So sánh với Geo Slope và Plaxis, CS-FEM mang lại kết quả tương đồng nhưng với độ chính xác cao hơn, đặc biệt trong việc xác định cơ chế sụp đổ.
3.2. Phân tích sức chịu tải móng nông
Phân tích sức chịu tải móng nông trên mái dốc bằng CS-FEM cho thấy sự ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ L/B, góc dốc, và độ nhám của móng. Kết quả được so sánh với Plaxis, cho thấy sự tương đồng trong việc xác định sức chịu tải cực hạn. Tuy nhiên, CS-FEM mang lại độ chính xác cao hơn trong việc xác định đường chảy dẻo và cơ chế phá hoại.
IV. Kết luận và kiến nghị
Luận văn đã xây dựng thành công phương pháp phân tích ổn định mái dốc và sức chịu tải móng nông bằng lý thuyết giới hạn kết hợp với CS-FEM. Phương pháp này khắc phục các hạn chế của lý thuyết cân bằng giới hạn truyền thống, mang lại độ chính xác cao hơn trong các điều kiện địa chất phức tạp. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn, giúp các kỹ sư dễ dàng kiểm tra ổn định mái dốc và sức chịu tải móng nông. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc mở rộng phương pháp cho các bài toán phức tạp hơn.
4.1. Kết luận
Phương pháp phân tích ổn định mái dốc và sức chịu tải móng nông bằng lý thuyết giới hạn kết hợp với CS-FEM đã được chứng minh là hiệu quả và chính xác. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự ưu việt của phương pháp mới so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt trong việc xác định cơ chế sụp đổ và sức chịu tải cực hạn.
4.2. Kiến nghị
Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc mở rộng phương pháp cho các bài toán phức tạp hơn, như ổn định mái dốc trong điều kiện địa chất không đồng nhất hoặc sức chịu tải móng nông trong các điều kiện tải trọng động. Ngoài ra, việc tích hợp phương pháp này vào các phần mềm chuyên dụng sẽ giúp tăng cường ứng dụng trong thực tiễn.
