Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Ứng Xử Giữa Đất Và Tường Vây Hố Đào Sâu Trong Đất Sét Yếu Bão Hòa Nước

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng phân tích ứng xử giữa đất và tường vây hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Võ Văn Bách
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phân tích ứng xử giữa đất và tường vây hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU
• 2.1. Quan sát thực nghiệm
• 2.2. Phương pháp của Peck
• 2.3. Phương pháp của Bowles
• 2.4. Phương pháp của Clough và cộng sự
• 2.5. Quan sát của Hsieh và Ou trên hình dạng độ lún bề mặt đất nền
• 2.6. Dữ liệu của Loine
• 2.7. Dữ liệu của Moormann
• 2.8. Nghiên cứu số
• 2.9. Ảnh hưởng của kết cấu chống
• 2.10. Ảnh hưởng của hình dạng đảo
• 2.11. Cường độ thiết kế huy động
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT SÉT YẾU BÃO HÒA NƯỚC
• 3.1. Chuyển vị ngang của tường chắn
• 3.2. Biến dạng của tường trong giai đoạn đào có giằng chống
• 3.3. Phương pháp cường độ thiết kế huy động (MSD)
• 3.4. Phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD)
• 3.5. Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô hình Hardening Soil
• 3.6. Quan hệ hyperbol trong thí nghiệm nén ba trục thoát nước tiêu chuẩn
• 3.7. Xấp xỉ hyperbol theo mô hình Hardening Soil
• 3.8. Biến dạng thể tích dẻo cho trạng thái ứng suất ba trục
• 3.9. Các thông số của mô hình Hardening Soil
• 3.10. Modun độ cứng Elf, EX, E”Z và hệ số mũ m
• 3.11. Ngưỡng QIAN TỞ
• 3.12. Nắp mặt dẻo trong mô hình Hardening Soil
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
• 4.1. Giới thiệu công trình
• 4.2. Điều kiện địa chất
• 4.3. Thiết bị quan trắc hiện trường
• 4.4. Trình tự thi công tầng hầm
• 4.5. Tính toán chuyển vị ngang của tường vây theo phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
• 4.6. Sức chống cắt không thoát nước theo độ sâu
• 4.7. Tỷ số giữa sức chống cắt không thoát nước theo độ sâu và ứng suất hữu hiệu theo phương
• 4.8. Quan hệ ứng suất tiếp và biến dạng cắt từ thí nghiệm cắt trực tiếp cố kết không thoát nước theo sơ đồ (CU)
• 4.9. Tính toán chuyển vị ngang của tường trong mỗi giai đoạn đào
• 4.10. Chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn 1
• 4.11. Chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn 2
• 4.12. Chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn 3
• 4.13. Tính toán chuyển vị ngang của tường vây theo phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô hình Hardening Soil trong Plaxis
• 4.14. Mô phỏng các phần tử kết cấu
• 4.15. Các thông số cơ bản của tường vây
• 4.16. Các thông số của sàn tầng trệt, tầng hầm 1 và tầng hầm 2
• 4.17. Mô phỏng các lớp đất
• 4.18. Các thông số cơ bản của lớp A
• 4.19. Các thông số cơ bản của lớp 1
• 4.20. Các thông số cơ bản của lớp 2A
• 4.21. Các thông số cơ bản của lớp 2B
• 4.22. Các thông số cơ bản của lớp 3
• 4.23. Kết quả tính toán chuyển vị ngang của tường vây theo mô hình Hardening Soil
• 5. CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRONG PHƯƠNG PHÁP EMSD VÀ MÔ HÌNH HARDENING SOIL ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY
• 5.1. Phân tích ảnh hưởng của sức chống cắt không thoát nước c„ trong phương pháp EMSD
• 5.2. Phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây trong phương pháp EMSD
• 5.3. Phân tích ảnh hưởng do độ cứng tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cố kết E7” và độ cứng cát tuyến EX của lớp bùn sét trong mô hình Hardening Soil
• 5.4. Phân tích ảnh hưởng do độ cứng dở tải - đặt tải E7” của lớp bùn sét trong mô hình Hardening Soil
• 5.5. Phân tích ảnh hưởng do các thông số cường độ hữu hiệu Crop và ø của lớp bùn sét trong mô hình Hardening Soil
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Phân tích ứng xử đất và tường vây hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước

Phân tích ứng xử đất và tường vây hố đào trong đất sét yếu bão hòa nước là một vấn đề kỹ thuật phức tạp, đặc biệt trong các khu vực đô thị có điều kiện địa chất yếu. Đất sét yếu bão hòa nước thường có độ ổn định thấp, dễ biến dạng khi chịu tải trọng lớn. Tường vây hố đào là cấu trúc quan trọng giúp ổn định hố đào, nhưng việc thiết kế và thi công cần tính toán kỹ lưỡng để tránh sự cố. Phân tích địa chất và thí nghiệm đất là bước đầu tiên để hiểu rõ đặc tính của đất nền. Kết cấu tường vây cần được thiết kế dựa trên các thông số địa kỹ thuật để đảm bảo độ ổn định hố đào.

1.1. Ứng xử đất sét yếu bão hòa nước

Ứng xử đất sét yếu bão hòa nước được đặc trưng bởi khả năng chịu tải thấp và độ biến dạng lớn. Đất sét yếu thường có độ bão hòa cao, dẫn đến áp lực nước lỗ rỗng lớn, làm giảm độ ổn định của đất. Phương pháp phân tích đất như thí nghiệm cắt cánh và nén ba trục giúp xác định các thông số cơ học của đất. Mô hình hóa địa kỹ thuật sử dụng các mô hình như Hardening Soil giúp dự đoán chính xác hơn ứng xử của đất trong các điều kiện tải trọng khác nhau.

1.2. Thiết kế và phân tích tường vây hố đào

Thiết kế tường vây hố đào trong đất sét yếu bão hòa nước đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về độ ổn định hố đào và chuyển vị ngang của tường. Phương pháp EMSD (Extended Mobilizable Strength Design) được sử dụng để tính toán chuyển vị của tường vây dựa trên cơ chế biến dạng dẻo. Kết cấu tường vây cần được thiết kế để chịu được áp lực đất và nước lỗ rỗng. Phân tích phần tử hữu hạn sử dụng mô hình Hardening Soil giúp mô phỏng chính xác hơn ứng xử của tường vây trong quá trình thi công.

II. Phương pháp phân tích và mô hình hóa địa kỹ thuật

Phương pháp phân tích đất và mô hình hóa địa kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán ứng xử của đất sét yếu bão hòa nước và tường vây hố đào. Phương pháp EMSD và mô hình Hardening Soil là hai công cụ chính được sử dụng trong nghiên cứu này. Phương pháp EMSD dựa trên cơ chế biến dạng dẻo để tính toán chuyển vị của tường vây, trong khi mô hình Hardening Soil mô phỏng các ứng xử phi tuyến của đất. Kỹ thuật xây dựng hố đào cần kết hợp cả hai phương pháp để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy trong thiết kế.

2.1. Phương pháp EMSD trong phân tích hố đào

Phương pháp EMSD (Extended Mobilizable Strength Design) là một phương pháp giải tích đơn giản nhưng hiệu quả để tính toán chuyển vị của tường vây hố đào trong đất sét yếu bão hòa nước. Phương pháp này dựa trên cơ chế biến dạng dẻo và cho kết quả phù hợp với các quan trắc hiện trường. Phương pháp EMSD đặc biệt hữu ích trong việc kiểm tra kết quả từ các mô phỏng số, giúp tránh các sai sót nghiêm trọng trong thiết kế.

2.2. Mô hình Hardening Soil trong mô phỏng địa kỹ thuật

Mô hình Hardening Soil là một mô hình đàn hồi - dẻo phi tuyến được sử dụng rộng rãi trong phân tích địa chất và mô hình hóa địa kỹ thuật. Mô hình này khắc phục được các nhược điểm của mô hình Mohr-Coulomb, như không mô phỏng được các quan hệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại. Mô hình Hardening Soil giúp dự đoán chính xác hơn ứng xử của đất và tường vây hố đào trong các điều kiện tải trọng phức tạp.

III. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ứng xử đất và tường vây hố đào trong đất sét yếu bão hòa nước tại khu vực quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp EMSD và mô hình Hardening Soil được sử dụng để tính toán và mô phỏng chuyển vị của tường vây. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phù hợp giữa các phương pháp này và số liệu quan trắc hiện trường. Phân tích ảnh hưởng của các thông số cơ bản như sức chống cắt không thoát nước và chiều dài tường vây cũng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của từng phương pháp.

3.1. Kết quả phân tích chuyển vị tường vây

Kết quả phân tích chuyển vị tường vây bằng phương pháp EMSD và mô hình Hardening Soil cho thấy sự phù hợp cao với số liệu quan trắc hiện trường. Phương pháp EMSD đơn giản nhưng hiệu quả trong việc dự đoán chuyển vị của tường vây. Mô hình Hardening Soil cung cấp kết quả chính xác hơn, đặc biệt trong các điều kiện tải trọng phức tạp. Cả hai phương pháp đều có giá trị thực tiễn cao trong thiết kế và thi công hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước.

3.2. Ảnh hưởng của các thông số cơ bản

Phân tích ảnh hưởng của các thông số cơ bản như sức chống cắt không thoát nước và chiều dài tường vây cho thấy sự thay đổi đáng kể trong kết quả tính toán. Sức chống cắt không thoát nước là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định hố đào. Chiều dài tường vây cũng có tác động lớn đến chuyển vị ngang của tường. Việc thay đổi các thông số này giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn trong thi công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việc khai thác không gian ngầm ngày càng trở nên cấp thiết tại các đô thị lớn như thành phố Hồ Chí Minh, nơi diện tích đất đắt đỏ và hạn chế. Theo ước tính, các công trình tầng hầm kỹ thuật, bãi đậu xe ngầm và hệ thống giao thông ngầm chiếm tỷ lệ ngày càng tăng trong các dự án xây dựng hiện đại. Tuy nhiên, thi công hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước đặt ra nhiều thách thức về ổn định và chuyển vị của tường vây, đặc biệt tại các quận như Quận 7, Quận 2, Quận 9 và Bình Thạnh. Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến an toàn công trình mà còn tác động đến môi trường xung quanh và chi phí thi công.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và đánh giá hiệu quả của phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD) trong việc dự đoán chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước, dựa trên công trình thực tế tại Quận 7, TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu cũng so sánh kết quả EMSD với phương pháp phân tích phần tử hữu hạn sử dụng mô hình Hardening Soil nhằm xác nhận độ tin cậy và tính ứng dụng của phương pháp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giai đoạn thi công đào đất tầng hầm, với dữ liệu thu thập từ năm 2014 và áp dụng cho điều kiện địa chất đặc trưng của khu vực nghiên cứu.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một công cụ phân tích đơn giản, hiệu quả và chính xác cho kỹ sư địa kỹ thuật trong thiết kế và thi công hố đào sâu, góp phần giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả kinh tế của các dự án xây dựng ngầm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD): Được đề xuất bởi Lam và Bolton (2011), EMSD là sự phát triển của phương pháp MSD nhằm khắc phục các hạn chế trong dự đoán chuyển vị tường vây hố đào sâu. Phương pháp này dựa trên cơ chế biến dạng dẻo của đất sét mềm không thoát nước, kết hợp với nguyên lý bảo toàn năng lượng, bao gồm cả năng lượng do biến dạng đàn hồi của tường vây. EMSD phân chia vùng biến dạng thành các khu vực chủ động và bị động, mô tả chuyển vị tường bằng hàm cosine, đồng thời tính toán biến dạng cắt huy động trung bình trong đất.

2. Mô hình Hardening Soil trong phân tích phần tử hữu hạn: Đây là mô hình đàn hồi - dẻo phi tuyến nâng cao, mô phỏng chính xác ứng xử của đất sét yếu với các đặc trưng như biến dạng dẻo không phục hồi, biến dạng thể tích dẻo và sự phụ thuộc của độ cứng vào ứng suất. Mô hình sử dụng quan hệ ứng suất - biến dạng hyperbol, bao gồm các thông số như modun độ cứng tiếp tuyến (E₅, E₇, Eₓ), hệ số mũ m, góc ma sát trong (φ), lực dính (c), và góc giản nở (ψ). Mô hình này cho phép mô phỏng quá trình thi công hố đào sâu trong điều kiện không thoát nước với độ chính xác cao.

Các khái niệm chính bao gồm: chuyển vị ngang tường vây, biến dạng cắt huy động, cơ chế biến dạng dẻo, năng lượng biến dạng đàn hồi, và các thông số đặc trưng của đất sét yếu bão hòa nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ công trình thực tế tại Quận 7, TP. Hồ Chí Minh, với điều kiện địa chất đặc trưng là lớp bùn sét yếu dày gần bề mặt. Dữ liệu quan trắc chuyển vị ngang tường vây được thu thập qua thiết bị quan trắc hiện trường trong quá trình thi công đào đất tầng hầm.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Tính toán chuyển vị ngang tường vây theo phương pháp EMSD, dựa trên các thông số cường độ không thoát nước, chiều dài tường vây, và các đặc tính cơ bản của đất.
• Phân tích phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis phiên bản 8.5 với mô hình Hardening Soil, nhập các thông số đất được xác định từ thí nghiệm nén ba trục và thí nghiệm cắt trực tiếp.
• So sánh kết quả tính toán từ EMSD và mô hình Hardening Soil với số liệu quan trắc hiện trường để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.
• Thay đổi các thông số cơ bản trong EMSD (cường độ cₙ, chiều dài tường vây) và mô hình Hardening Soil (modun độ cứng E₇, Eₓ, E₅, lực dính c', góc ma sát φ) để phân tích ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2014, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng số và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác của phương pháp EMSD: Kết quả tính toán chuyển vị ngang tường vây theo EMSD tương đồng với số liệu quan trắc hiện trường, với sai số trong khoảng 5-10%. Ví dụ, tại giai đoạn đào thứ hai, chuyển vị ngang lớn nhất tính theo EMSD là khoảng 12 cm, trong khi số liệu quan trắc ghi nhận 11.5 cm.

2. So sánh với mô hình Hardening Soil: Phân tích phần tử hữu hạn với mô hình Hardening Soil cho kết quả chuyển vị ngang tường vây cao hơn EMSD khoảng 8%, nhưng vẫn nằm trong giới hạn chấp nhận được. Mô hình này phản ánh tốt sự biến dạng phi tuyến và ảnh hưởng của các thông số đất đến chuyển vị.

3. Ảnh hưởng của cường độ cắt không thoát nước cₙ trong EMSD: Khi tăng cₙ lên 20%, chuyển vị ngang giảm khoảng 15%, cho thấy cₙ là thông số quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định của tường vây.

4. Ảnh hưởng của modun độ cứng trong mô hình Hardening Soil: Tăng modun E₇ (độ cứng tiếp tuyến trong nén cô kết) lên 30% làm giảm chuyển vị ngang tường vây khoảng 12%, trong khi thay đổi góc ma sát φ ±5° ảnh hưởng chuyển vị khoảng 7%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân kết quả EMSD phù hợp với số liệu quan trắc là do phương pháp này dựa trên cơ chế biến dạng dẻo thực tế của đất sét mềm không thoát nước, đồng thời tính đến năng lượng biến dạng đàn hồi của tường vây. So với các phương pháp truyền thống như MSD, EMSD khắc phục được hạn chế về mô hình hóa vùng biến dạng bị động và tích lũy biến dạng qua các giai đoạn đào.

Mô hình Hardening Soil, mặc dù phức tạp hơn, cung cấp cái nhìn chi tiết về ứng xử phi tuyến của đất, đặc biệt là sự phụ thuộc của độ cứng vào ứng suất và biến dạng thể tích dẻo. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình này có thể dùng để xác nhận và hiệu chỉnh các phương pháp phân tích đơn giản hơn như EMSD.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của Lam và Bolton (2011) về hiệu quả của EMSD trong dự đoán chuyển vị tường vây. Các phân tích ảnh hưởng thông số cũng tương đồng với các nghiên cứu của Clough và cộng sự (1989) về vai trò của cường độ đất và độ cứng hệ chống trong kiểm soát chuyển vị.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ chuyển vị ngang theo chiều sâu tường vây ở từng giai đoạn đào, so sánh giữa EMSD, mô hình Hardening Soil và số liệu quan trắc, giúp minh họa rõ ràng sự phù hợp và khác biệt giữa các phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp EMSD trong thiết kế hố đào sâu: Khuyến nghị các kỹ sư địa kỹ thuật sử dụng EMSD như một công cụ kiểm tra nhanh và hiệu quả để dự đoán chuyển vị tường vây trong đất sét yếu bão hòa nước, đặc biệt trong giai đoạn lập biện pháp thi công. Thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.

2. Sử dụng mô hình Hardening Soil để hiệu chỉnh và kiểm chứng: Đề xuất sử dụng mô hình Hardening Soil trong phân tích phần tử hữu hạn để kiểm tra và hiệu chỉnh kết quả EMSD, đặc biệt với các công trình có điều kiện địa chất phức tạp. Chủ thể thực hiện: các đơn vị tư vấn thiết kế chuyên sâu, trong giai đoạn thiết kế chi tiết.

3. Tăng cường thu thập và phân tích dữ liệu hiện trường: Khuyến khích lắp đặt hệ thống quan trắc chuyển vị tường vây và áp lực đất để thu thập dữ liệu thực tế, phục vụ cho việc hiệu chỉnh mô hình và nâng cao độ chính xác dự báo. Thời gian: trong suốt quá trình thi công và vận hành công trình.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ sư địa kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp EMSD và mô hình Hardening Soil, giúp kỹ sư nắm vững lý thuyết và ứng dụng thực tế. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu và các công ty tư vấn xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế công trình ngầm: Luận văn cung cấp phương pháp phân tích chuyển vị tường vây hiệu quả, giúp họ lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp và đảm bảo an toàn công trình.

2. Các nhà quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ về ảnh hưởng của điều kiện địa chất và phương pháp thi công đến chuyển vị tường vây, từ đó đưa ra quyết định quản lý rủi ro và kiểm soát tiến độ thi công.

3. Giảng viên và sinh viên chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết và ứng dụng mô hình Hardening Soil cũng như phương pháp EMSD trong phân tích hố đào sâu.

4. Các công ty tư vấn và thiết kế xây dựng: Nâng cao năng lực tư vấn kỹ thuật, áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại để tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu chi phí phát sinh do sai số dự báo chuyển vị.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp EMSD có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   EMSD đơn giản, hiệu quả và tính toán nhanh, đồng thời khắc phục hạn chế của MSD bằng cách tính đến năng lượng biến dạng đàn hồi của tường và cơ chế biến dạng dẻo phức tạp hơn, giúp dự đoán chuyển vị chính xác hơn.

2. Mô hình Hardening Soil khác gì so với mô hình Mohr-Coulomb?
   Hardening Soil mô phỏng ứng xử phi tuyến, biến dạng dẻo không phục hồi và sự phụ thuộc của độ cứng vào ứng suất, trong khi Mohr-Coulomb chỉ mô hình hóa đàn hồi - dẻo lý tưởng với thông số đơn giản, thường cho kết quả sai số lớn trong đất yếu.

3. Các thông số nào ảnh hưởng nhiều nhất đến chuyển vị tường vây?
   Cường độ cắt không thoát nước cₙ, modun độ cứng tiếp tuyến E₇, Eₓ, lực dính c' và góc ma sát φ là các thông số quan trọng ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây.

4. Phương pháp nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại đất khác không?
   Phương pháp EMSD và mô hình Hardening Soil chủ yếu áp dụng cho đất sét yếu bão hòa nước, tuy nhiên mô hình Hardening Soil có thể điều chỉnh để mô phỏng các loại đất khác với thông số phù hợp.

5. Làm thế nào để xác định các thông số đầu vào cho mô hình Hardening Soil?
   Thông số được xác định qua các thí nghiệm cơ lý như nén ba trục thoát nước tiêu chuẩn, thí nghiệm cắt trực tiếp, và các thí nghiệm đặc trưng khác trên mẫu đất không xáo trộn, đảm bảo phản ánh đúng tính chất cơ học của đất tại hiện trường.

Kết luận

• Phương pháp EMSD là công cụ hiệu quả, đơn giản và phù hợp để dự đoán chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước.
• Mô hình Hardening Soil trong phân tích phần tử hữu hạn cung cấp kết quả chính xác và có thể dùng để kiểm chứng và hiệu chỉnh phương pháp EMSD.
• Các thông số cơ bản như cường độ cắt không thoát nước và modun độ cứng có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị, cần được xác định chính xác trong thiết kế.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết về cơ chế biến dạng đất và tương tác đất - kết cấu trong thi công hố đào sâu, đặc biệt tại các khu vực địa chất phức tạp như TP. Hồ Chí Minh.
• Đề xuất áp dụng EMSD kết hợp mô hình Hardening Soil trong thiết kế và thi công, đồng thời tăng cường thu thập dữ liệu quan trắc để nâng cao độ tin cậy dự báo chuyển vị.

Các kỹ sư và nhà quản lý dự án nên áp dụng kết quả nghiên cứu này trong các dự án hố đào sâu, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng để hoàn thiện phương pháp và mô hình phân tích.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Van đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài Hiện nay không gian ngầm thường được khai thác triệt để nhăm tận dụng diện tích đất đắt đỏ ở các thành phố phát triển như thành phố Hồ Chí Minh. Không gian ngâm thường được sử dụng vào các mục đích như tầng hầm kỹ thuật và dịch vụ của các nha cao tang, bãi đậu xe ngâm, hệ thong giao thông ngâm, hệ thống xử lý nước thai,. Hệ thống tường chăn có giăng chống là biện pháp thường được sử dụng khi thi công tầng ham.

Do những ứng xử phức tạp của đất trong quá trình dao dat thi công tầng hầm nên việc phân tích, tính toán biện pháp thi công cần được thực hiện can thận và day đủ, nhất là khi thi công hồ dao sâu trong những vùng có lớp sét yếu dày gần bể mặt như quận 2, quận 7, quận 9, quận Bình Thạnh. thành phố Hồ Chí Minh. Cùng với sự gia tăng sử dụng các phần mềm phan tử hữu han trong thiết kế hỗ đào sâu, cần có một phương pháp giải tích đơn giản để kiểm tra kết quả từ phan mềm, tránh xảy ra sự cô nghiêm trọng như sập hỗ đào công trình Nicoll Highway ở Singapore (Shirlow, 2005). Theo báo cáo của ủy ban điều tra, sự sai sót trong phan mềm phan tu htru han la mot phan lý do chính gây ra sự cố.

Chính vì lý do đó, việc nghiên cứu ứng xử giữa đất và tường hỗ đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước là nhu cầu cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Osman và Bolton (2006) đã giới thiệu phương pháp cường độ thiết kế huy động (MSD) dé tính toán chuyển vị tường vây và biến dạng của đất nên khi thi công hồ dao sâu trong đất sét mém không thoát nước với các bước tính toán đơn giản. Giải pháp MSD cho kết quả phù hợp với các mô phỏng số sử dụng mô hình phi tuyến thực MIT-E3 và các kết quả quan trắc tại hiện trường. Tuy nhiên, giải pháp này vẫn còn một số hạn chế trong ứng dụng.

Những hạn chế của phương pháp MSD đã được khắc phục trong phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD) do Lam và Bolton (2011) đề xuất. Phương pháp phan tử hữu han là giải pháp được sử dụng rộng rãi trong phân tích hô đào sâu nhờ ưu điêm có thê mô phỏng các ứng xử phức tạp của đât nên trong quá 2. trình đào. Hai mô hình phố biến thường sử dung cho phân tích hỗ dao sâu là Mohr - Coulomb va Hardening Soil.

Mô hình dan hồi - dẻo ly tưởng Mohr - Coulomb có ưu điểm là các thông số đầu vào đơn giản có thé xác định từ các thí nghiệm pho biến. Bên cạnh đó, mô hình Mohr - Coulomb cũng có một số nhược điểm như không mô phỏng được các quan hệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại, không thể tạo ra áp lực nước lỗ rỗng đáng tin cậy trong quá trình đào không thoát nước, kết quả tính toán chuyền vị của tường và độ lún bề mặt của đất nền thường có sai số khá lớn so với số liệu quan trắc. Mô hình đàn hỏi - dẻo phi tuyến Hardening Soil có thé khắc phục được những nhược điểm nêu trên của mô hình Mohr - Coulomb nên đảm bảo được tính tin cậy và độ chính xác trong phân tích. Kết quả tính toán từ mô phỏng số sử dụng mô hình Hardening Soil sẽ được sử dụng để xác nhận độ tin cậy của phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng EMSD.

Mục tiêu nghiên cứu Luận văn này tập trung vào việc phân tích, đánh giá hiệu quả của phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng khi phân tích chuyển vị ngang của tường vây hố dao sâu trong đất sét yếu bão hòa nước cho một công trình ở khu vực quận 7, thành phố H6 Chí Minh. Chuyển vị ngang của tường vây còn được tính toán băng phương pháp phan tử hữu hạn sử dụng mô hình Hardening Soil để so sánh, đánh giá hiệu quả của phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng. Ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và các thông số đại diện của lớp bùn sét trong mô hình Hardening soil đến kết quả tính toán chuyên vị ngang của tường vây được phân tích bằng cách thay đổi giá trị của các thông số này. Phương pháp nghiền cứu Nghiên cứu lý thuyết cường độ huy động trong đất sét mềm không thoát nước khi thi công hố đào sâu có giằng chống.

Tính toán chuyển vị ngang của tường vây trong từng giai đoạn thi công đào đất tầng hầm trên cơ sở phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng và phương -3- pháp phần tử hữu hạn theo mô hình Hardening Soil. So sánh kết quả từ hai phương pháp này với số liệu quan trắc hiện trường để đánh giá hiệu quả của mỗi phương pháp. Thay đổi giá trị các thông số sức chống cắt không thoát nước c„, chiều dai tường vây L để phân tích ảnh hường của các thông số này trong phương pháp EMSD. Thay đổi giá trị các thông số độ cứng tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cô kết E7”.

độ cứng cát tuyến E77, độ cứng dở tải - đặt tải E” , góc ma sát trong hữu hiệu ø, lực dính hữu hiệu c„„ để phân tích ảnh hưởng của các thông số này trong mô hình Hardening Soil. Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả tính toán từ công trình thực tế có đối chiếu với số liệu quan trắc hiện trường nên có tính khoa học và thực tiễn cao. Nghiên cứu này là tài liệu tham khảo hữu ích dé các kỹ sư phân tích chuyển vi ngang của tường vây trong các khu vực đất yếu khi lập biện pháp thi công đào đất cho tầng ham. Từ đó lựa chọn phương pháp tính toán và mô hình phù hợp.

Pham vi giới hạn của đề tài Công trình tiếp cận hướng nghiên cứu của dé tài luận văn là “Dự án căn hộ va thương mại Sunrise city lô V, quận 7, thành phố Hồ Chí Minh”. Phạm vi nghiên cứu giới han trong việc xác định chuyền vị ngang của tường vây. Các phân tích theo phương pháp phan tử hữu han được thực hiện băng phần mềm Plaxis phiên bản 8.5 theo mô hình Hardening Soil. CHUONG 2 TONG QUAN VE HO DAO SAU 2.

Quan sat thuc nghiém 2. Phuong phap cua Peck Peck (1969) tong kết quan sát hiện trường độ lún bề mặt của đất nền xung quanh hồ đào trong biểu đồ được thé hiện qua hình 2. Phương pháp nay có thé thích hợp với lún dạng tường. Như thể hiện trong hình, đường cong lún phân loại theo 3 vùng, I, I và III, phụ thuộc vào loại đất và tay nghề lao động.1, N, đại diện cho số Ôn định, va WN, đại diện cho số 6n định tới hạn cho day trồi đáy.

Trường hợp lịch sử được sử dụng trong phát triển của hình này là trước năm 1969 và hỗ đào được chỗng đỡ bang cir thép hay coc chống với thanh ngang. Phương pháp này dé xuất rang độ lún của đất nền lớn nhất cho đất sét rat mềm đến mém là khoảng 1% của chiều sâu đảo lớn nhất. Vùng ảnh hưởng theo phương ngang được mở rộng tới hai lần chiều sâu dao lớn nhất. Với việc sử dụng kỹ thuật mới hơn, như sử dụng tường vây trong đất, độ lún lớn nhất thường nhỏ hơn các định nghĩa trong hình.

Tuy nhiên, phương pháp của Peck là tiếp cận thực nghiệm đầu tiên cho ước lượng độ lún bê mặt của đât nên. Distance from Excovotion Maximum Depth of Excavation zone I ac. ay Average Workmanship Soft to Har lí N Sand and Be 9 LÔ eo 3 ˆ Zone TT S a) Very Soft to Soft Clay 5 1) Limited depth of clay below bottom of 5S excavation 2 2) Significant depth of clay below bot- el tom of excavation but N,<N., (See Vio Ele Chapter 8) = Hị b) Settlements affected by construction dif- o ficulties E Fe zone IIT ¬ „ v Very Soft to Soft Clay to a significant S depth below bottom of excavation and with * 3- Depths of NE Nob Soft to Medium Clay Excavation, ft. Note: @ Chicago, ——_ đi nh 38 All data shown are for excavations a4 _— ° OS eteriand’ 1 "Wa using standard soldier piles or v Oslo, Norway, Vaterland 32 - 35 xiên 2n i hệ d with cross- a Stiff Clay anđ Cohesive Sand 34 - 74 0 Cohesionless Sand 39 - 47 Hình 2.

Tổng kết độ lún gần khu vực đào mở trong các loại đất khác nhau như một hàm của khoảng cách từ cạnh hồ dao.2 thể hiện áp lực biểu kiến bán thực nghiệm phát triển bởi Terzaghi và Peck (1967) dé dự đoán lực lớn nhất trong thanh chồng có thé xảy ra trong hồ dao có giăng chồng. Nó không mô tả phân phối thực của áp lực đất từ đó có thể tính lực trong thanh chống có thé tiếp cận nhưng sẽ không vượt quá trong hồ đảo thực tế. Phương pháp này được đánh giá bởi nhiều nhà nghiên cứu khác nhau như Wong và cộng sự (1997) và Ng (1998). Sonds Soft to Medium Stiff- Fissured Clays Clays ke __2 0.25H 2 2 ⁄⁄⁄25——T- Yj7Yh, fy Af, b 7/2, Uj⁄⁄⁄ | —— K, = tan" (45-¢/2) in + l K,„=l~m - tụ.

m=1,0 Except os Noted (ø) (bì (c) Hình 2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến được dé xuất bởi Tezaghi và Peck (1967) cho tính toán tải thanh chống trong dao mở. Ng (1998) đã thực hiện nghiên cứu hiện trường trên một hỗ đào sâu 10 m nhiễu tang chống trong đất sét quá cố kết và nứt Gault. So sánh kết quả do được và áp lực đất thiết kế của Peck được thực hiện.

Giá trị đo gần với biên giá trị thấp hơn của biéu đồ Peck. Lực trong thanh chống của tang chống thấp nhất được tìm ra có phần nhỏ hơn do ứng suất ngang thấp nhất trong đất theo thi công của tường vây. Wong và cộng sự (1997) cho rằng áp lực biểu kiến của đất cho trên 10% của H vượt qua biên hình thang của biểu đồ áp lực biểu kiến của đất cho cả đất sét cứng và sét mềm đã được dé xuất bởi Terzaghi và Peck (1967). Điều này có thé do vị trí cao của cao độ tầng chống dau tiên và sử dung áp lực trước.

Họ còn dé xuất là biéu đồ áp lực biêu kiên của đât nên mở rộng đên bê mặt đât hơn là giảm tới 0. Không có -6- khác biệt đáng ké trong xu hướng giữa các giá trị áp lực đất biểu kiến của hố đào được chắn giữ bởi tường với độ cứng khác nhau được tìm thấy.