Bài giảng địa kỹ thuật công trình và phương pháp luận thiết kế

1
PLAXIS FINITE ELEMENT CODES
Líp båi d−ìng ng¾n h¹n
Th¸ng 03 -

2007
Kh¸i qu¸t vÒ

Plaxis
2
Nguyễn

Công

Mẫn
G.S. Cơ

học

đất



Nền

móng
Nguyên

Chủ

nhiệm

BM Cơ

học

đất



Nền

móng

HTL
Nguyên

Trởng

ban Th

ký

CH

-NM Bộại

học

và

THCN (1978 -

1983)
Lĩnh

vực

quan

tâm: áp lực

đất

-

đá, đất

Latêrit, Tính

nền

theo

TTGH, Cơ

học đất không

bão hoà, sử

dụng

các phần

mềm

KT: GeoStudio, Plaxis
ịa chỉ: Email. 04 852 8512
Hoàng Việt Hùng
Th.sỹ

Công trinh Thuỷ

lợi -

ại học Thuỷ

lợi -

2003
Th.sỹ

Công trinh biển

Hà

Lan -

2004
Giang viên BM

Cơ

học

đất



Nền

móng

HTL
Lĩnh

vực

quan

tâm: Sử

lý

nền công trinh Thuỷ

lợi, Cơ

học đất không bão hoà

PM GeoSlope Office và

Plaxis
ịa chỉ: Email.

Tel. 04 563 6067
TS. NguynHng

Nam
Kỹ

s

Thuỷ

công, H Thuỷ

lợi Hà

Nội, 1993
Thạc sỹ

ịa kỹ

thuật, H Tổng hợp Tokyo, 2001
Tiến sỹ

ịa kỹ

thuật, H Tổng hợp Tokyo, 2004
Lĩnh vực quan tâm: các đặc tính biến dạng trớc phá

hoại của đất đá, ổn định mái dốc, mô

phỏng
số

địa kỹ

thuật, sử

dụng các PM GeoStudio, Plaxis
a ch: Email:

Tel: 08046427
GING VIấN
Nguyn Vit Tun
Kỹ

s

XD dân dụng và

Công nghiệp -

199

, Viện Khoa hc Công ngh

Xây dựng
Th s

CT Xây dựng Dân dụng và

Công nghiệp -

2001
TS k

thut XD Nn móng và

Công trỡnh ngầm -

H Tổng hợp Quốc gia Matxcơva -

2006
Lĩnh vực quan tâm: Nền móng và

công trỡnh ngầm, ứng dụng PP số

trong KT với các CT Plaxis,
GeoSlope, Kiểm tra chất lợng móng cọc
ịa chỉ: Tuanibst @gmail.com. Tel. 04 852 5021
3
ĐÞa kü

thuËt c«ng trÌnh vμ
Ph−¬ng ph¸p luËn thiÕt kÕ
GS. NguyÔn C«ng MÉn
PLAXIS FINITE ELEMENT CODES
Líp båi d−ìng ng¾n h¹n
4

đặc

điểm

của

đất

-

đá

trong

xây

dựng
V
k
V
n
V
h
Đất
Vr
n
V
V
r
% =ì100%

Đá: n

1% ữvài

chục

%;
Đất: n = 50% ữ60% và

hơn

nữa
V
r
V
h
V
Đá
Vr thể

tích

rỗng
Vn



thể

tích

nớc
Vk

-

thể

tích

khí
V

tổng

thể

tích
Phân

biệt

đất

và đá
Môi

trờngphonghoá
Môi

trờng

thuỷ

nhiệt
tạo đá
Môi

trờng

nhiệt

thiêu
biến

chất
Môi

trờng

trầm

tích
Chôn

vùi

và
Nung

nóng
Xói

mòn
Vận

chuyển
Trầm

tích
Nâng cao và
xói mòn
Chôn vùi sâu
hoặc macma
xâm nhập
Vỏ

trái

đất

dày: 30

40km tại lục

địa, gấp
6-8 lần

chiều

dày

vỏ

đáy đại dơng.
Hoạt động

của

ngời

đạt tới

2km: 75% đá thứ
sinh, 25% macma. Từ

2-15km: 95% macma, 5%
đá thứ

sinh
Đất

đợc

tạo nên

trong

khoảng

vài

trăm

met sâu,
nhiều

TH khó

phân

biệt

giữa

đá mềm

và đất

cứng
Trong

xây

dựng, phân

biệt

giữa

đá và đất: quy

ớc
Tam giác địa cơ

học Burland
5
đất đá

luôn biến đổi theo môi trờng xung quanh, khó

định ranh
giới sn vật tự

nhiên -

lịch sử

Tiếp cận theo PP
Tam giác
địa cơ

học Burland
;
Theo quy ớc chia ra đất và

đá

mô

hinh hóa bằng tính đặc
chắc ( n %, , ), độ

cứng (E, G ), để

dễ

phân biệt;
Khi đánh giá

sự

làm việc của một công trinh xây dựng, cần xét
tơng tác gia kết cấu công trỡnh và

môi trờng (đất -

đá) vỡ chúng
là

hai loại vật liệu khác nhau sẽ

có

anh hởng lẫn nhau
tính toán nền v

công trinh theo TTGH;

Theo sự

phát triển nhận thức của con ngời và

các tiến bộ

về
KH-CN, các phơng pháp nghiên cứu về

đất-

đá

ngày càng tiếp
cận với thực tế.
đặc

điểm

của

đất

-

đá

trong

xây

dựng
6
Xu

thế

liên

ngành
Địa

kỹ

thuật

-

Địa

kỹ

thuật

Công

trình

-ĐịakỹthuậtMôitrờng

(Geoenviro.
Engineering)-

Địa

cơ học

-

Địa

Cơ học

ứng

dụng

-

Đá Công

trình

(Rock
Engineering) -Thuỷ

Địa

cơ học

-

Địa

chất

Môi

trờng

( Environ. Geology )
Địa

chất

học
Khí

quyển

Nguồn

gốc
Thuỷ

quyển

Lịch

sử

phát

triển
Thạch quyển

Cấu

trúc
Nội

quyển

Quá trình

Địa

chất
Các

KH trái

đất

-

Xu

thế

phân

ngành
Khoáng

vật

học

-

Thạch học

-

Thổ

nhỡng

-

Địa

mạo -

Kiến

tạo -

Khí

tợng
Địa

vật

lý

-

Địa

chấn

-

Thuỷ

văn

-

Địa

chất

TV -

ĐC công

trình

(1929) -
Cơ học

Đất

(1925) -

Cơ học

Đá (1957)


Khái quát về

sự

phát triển của các khoa học trái đất
7
Từ

đơn ngnhđếnliênngnh


Gđ

phát

triển

đơn ngành: Tim

hiểu

ban

chất

của

vật

chất

vỏ

trái

đất. Cơ

học

đất

(1925) và

Cơ

học

đá

(1957)
đợc

hinh

thành

riêng

biệt, theo

cấu

trúc

nội

dung không

đồng bộ,

nhằm

đáp ứng

yêu

cầu

thiết

kế

và

xây

dựng

công

trinh

trong

giai

đoạn đầu

của

sự

phát

triển.
GĐ

phát

triển

đa ngành: Đánh

giá

tổng

thể

tơng

tác

giữa
công

trình

và

môi

trờng

đất

-

đá, bảo

đảm công

trình

xây
dựng

làm

việc

bình

thờng

trong

một

môi

trờng

phát

triển

bền

vững, do đó

cần

gộp

một

số

nội

dung của

một

số

môn
học

có

liên

quan

trong

một

liên

ngành

(Interdiscipline).
Địa

kỹ

thuật

công

trình

(Geotechnical Engineering).
Quan

trọng

trong

xây

dựng

công

trình:

50% sự

cố

công
trình

xảy

ra

có

nguồn

gốc

từ

sai

sót

về

mặt

ĐKT.
Cần có

PP tiếp cận hợp lý

các bài toán ĐKT
8
Skills needed for Geotechnical Engineering

Anon, 1999 -

Ground Engineering, Nov. 1999, British Geo. Assoc.
Public Policy
Codes of practice
Standards Law
Contract Law
Specifications
Bill of quantities
Construction
Practices
Experiences
Mechanical Engineering
Instrumentation,
Drilling system, Excavation
Technics, Support
Soil Mechanics
Description,
Effective Stress,
Deformation,
Failure Seepage,

Earth Pressure
Site Exploration
Reconnaissances
Drilling Testing
Parameter selection
Reporting
Rock
Mechanics
Description
Deformation
Failure
Materials Types
Properties
Computer Science
Compatibility
Equilibrium
Rheological Models
Applied
Mechanics
Compatibility
Equilibrium
Rheological Models
Structural
Mechanics
Elasticity Plasticity
Failure Mechanisma
Geotechnical Engineering
Foundation Design
Bearing capacity
Setlement types

Soil/Rock Mass
Engineered fills
Retaining Structure
Slope
Flood Control
Landfill Barriers Dam
Engineering Irrigation
Ground Improvement
Mechanical, Chemical,
Drainage,Reinforcement
Geochemistry
Solid Waste
Leachate
Hydrology
Fluid type
Fluid Flow
Geology
Mineralogy
Geological
Processes
Groundwater
Ground Movement
Geophysics Vibrations
Earthquakes
9
Skills needed for Geotechnical Engineering

Norbert R. Morgenstern, Nov. 2000

GeoEng2000

Chuyên

ngành

ĐKT
Đào tạo cao

học
Geotechnical Engineering
Fluid Control
Systems
e.g. dams
Underground
Geo-structures
e.g., tunnels
Surface Geo-

structures e.g.,
embankments, landfills
Ground Improvement
e.g. densification,
remediation
Structural
Support Systems
e.g., foundations
Numerical Analysis
finite elements,
finite differences
Continuum Mechanics
elasticity, plasticity

idealisation
Structural Mechanics
deformation, failure,
member design
Materials
types, properties,
geosynthetics
Soil Mechanics
deformation,
failure, seepage
application
Rock Mechanics
deformation,
failure, seepage
application
Hydrology
surface fluid flow
Geology
Composition
genesis processes
hydrology
Site Exploration
reconnaissance,
drilling, in-situ
testing, geophysics
Geochemistry
waste
leachates
durability
Ground

Movements
Earthquakes
Public Policy
Codes, standards,
law + compliance
Contract Law
specifications
Construction
practice,
experience
Mechanical Engineering
drilling, instruments
excavation
Risk Management
observational method,
risk assessment,
instrumentation
ĐKTCT là một

liên

môn

học,
áp dụng

những

nguyên

lý

cơ
bản

của

Cơ học

đất, Cơ học

đá, Kỹ

thuật

xây

dựng

nền

móng

và công

trình , để giải

quyết

các

vấn

đề thiết

kế, thi

công, sử

lý

-

cải

tạo các

loại
công

trình

xây

dựng, khai

thác

tài

nguyên

thiên

nhiên,
đặt

trên, trong, tơng

tác

với

môi

triờng

đất

đá ( Nguyễn

Công

Mẫn, 1997)
10
Sơ đồ trực

quan

biểu

thị

một

phơng

pháp
luận

logic, biện

chứng,
định

hớng

cho

việc

học

tập

nghiên cứu

v
giảng

dạy Địa

Kỹ

thuật. m đối

tợng

nghiên cứu

có

thể

l
cả Đất

v Đá
Kinh

nghiệm

có

trớc

đã
đợc

sàng

lọc IV
Mặt

cắt
khối

đất
I
Khảo sát
hiện

trờng,
mô tả đất I
Bản chất

đất
II
Thí

nghiệm, đo
đạc trong

phòng

và hiện

trờng,
quan

sát II
Muốn trở thành một
chuyên

gia

ĐKT

giỏi,

cần

đợc

đào tạo

chuyên ngành ĐKT

và

nhiều

năm

tích luỹ
kinh nghiệm
Nash Lecture. The teaching of Soil Mechanics

A personal view (1987, 1996);
Annon. Definition of Geotechnical Engineering 1999 -

Morgenstern, N.R, 2000
Tam giác địa cơ

học Burland
Mô hình

húa
III
Mô hình

hoá
phân tích

-

III
MH hóa: Khái niệm, vật lý,giai tích
11
Bản chất

đất
II
CN o in t,
Thit b ci tin
Biu thc bỏn
kinh nghim
Phn mm
chuyờn dựng
Mô hình

húa
III
Phn mm
chuyờn dng,
Mụ hỡnh s
Nhận xét:1. Mô

hinh hóa ban chất vật liệu và

quá

trinh vật lý

ngày
càng tiếp cận thực tế;
2.Tại VN, Mô

hinh vật liệu Cam Clay (M, , k, , v ) và

các đặc trng
của đất không bão hòa (đcđt nớc đất,
b
) cha quen dùng;
3. Plaxis dùng biểu thức "Hydraulic Function" Van Genuchten cho
đất KBH. SEEP/W có

th

vin hàm thm

tin dùng.
4. Burland, 1996 có

binh lun vn đề

này trong phiên b

mc trong
"Conference on Unsaturated Soils/Unsat95/Paris"
Mặt

cắt
khối

đất
I
a vt lý, Khoan o,
3D Televier logging
Kim, Hyoung-Soo,
2005
Trớc khi khoan phụt Sau khi khoan phụt
0
5
10
15
20
25
30
35

40
(m)
14.0m 14.0m 14.0m
14.0m
Mật độ mở
rộng vết nứt
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
(m)
Tam giác địa cơ

học Burland
12
Tam giác đch

Burland

& công

nghệ

hiện

đại thúc

đẩy

phát triển

đKT
PPL Burland
. Cấu

tạo địa tầng;
. Đặc trng ĐKT của đất -

đá;
. Mô hình thích hợp (Cơ học

ứng

dụng



PTHH)
. Kinh

nghiệm

tích

luỹ

đợc

sàng

lọc
Công

nghệ

hiện

đại trong

tiếp cậnĐKT
+ sự

phát triển

của Tin

học -

máy tính
cá nhân Vai

trò các

phần mềmĐKT
Đẩy

mạnh sự

phát triển

ĐKT:
Mở rộng

khả năng tiếp cận các bài toán đkt
Hiệu

quả cao trong NC, PVSX, giảng

dạy
13
Lập

mô hình

vật

lý

-

TT
Lập

mô hình

toán
Phơng pháp
tính

& MT
Định

tính

các
QT vật

lý

&
tơng

tác

Lập

hệ

phơng

trình

định

lợng
Mô phỏng

lý

thuyết

các QT
vật

lý

&TT
1. Phơng

pháp tính

và máy tính

thúc

đẩy

sự

phát triển

ĐKT:
Phát triển

liên môn mở

rộng

phạm vi NC về

không

gian

và đối tợng
2. CN

hiện

đại

dùng cho thiết kế mới, thiết kế sửa chữa/quản

lý

an toàn
các CT

hiện có

và

nghiên

cứu

theo mô hình số.
PHNG PHP LUN TIP CN A K

THUT
So sánh

-

Hiệu

chỉnh
14
Definition of Modelling: (WHAT)
Physical
System

Physical
System

Mathematical

System

Mathematical

System
Numerical Model
Numerical Model
Reading Workshop -

May

2003
Introduction to “Modelling”
Lee Barbour and John Krahn
Lee Barbour and John Krahn
tham khao
15
Steps in Model Development
 Examination of physical problem
 Replacement of physical problem with
mathematical description
 Solution of mathematical problem
 Evaluation of the mathematical solution
in terms of the physical reality
Lee Barbour and John
Lee Barbour and John

Krahn

Krahn
July 2003
July 2003
-
-

England
England
tham khao
16
Lee Barbour and John
Lee Barbour and John

Krahn
Krahn
July 2003
July 2003
-
-

England
England
Modeling
Illustration
Observe

(Conceptual
Model)
Measure
(Theoretical

Model)
tham khao
17
Lee Barbour and John
Lee Barbour and John

Krahn
Krahn
July 2003
July 2003
-
-

England
England
Modeling
Illustration
Verify

(Interpretative
Model)
Explain

(Numerical
Model)
tham khao
18


Thiết

kế

CT theo

TTGH:
1.Ultimate State
2.Serviceability State
TCXD Nga

( Từ

1962)
E.C 7 -

CĐCÂ

( từ 1997

);
Tiếp cận hợp lý các bài
toán ĐKT -

Tam giác địa
cơ học Burland


Hợp

tác

liên

ngành

và
phát

triển

công nghệ:
Phần mềm chuyên dùng
J. van der

Weide, 1988
Môi

trờng

& hoạt
động

của

ngời
Structure
Systems
Response
Water
Soil

Rock
Đập
Nền
Nớc

hồ
Sowas v

tính nền -

công trỡnh theo TTGH
Hợp

tác

liên

ngành
Tổ chức thẩm định CT
Sơn La của NIPPON KOEI
19
ví

dụ

Tính toán theo TTGH
Đào tunen sau khi

đã có

CT
TT GH thứ hai
M
ặ
t
t
rợt
Kiểm tra mất ổn

định tổng thể
của

tờng chắn đặt trên mái đất
TT GH thứ nhất
Có

thể

dùng Phần mềm PLAXIS
hoặc Phần mềm SIGMA/W để

giai quyết
20
1. TG CH Burland -

PPL hin ại định hớng cho việc
tiếp cận các bài toán đKT nên cần đợc

quán triệt trong
sn xuất v

nghiên cứu phát triển (Thc t: 70% CT h

hỏng do sai sót vKT);
2. Các phần mm KT nên dùng nh

mt mô

hinh s:
linh hoạt và

hiu qu

hơn các MH vật lý, có

thể

mô

phỏng các quá

trinh vật lý

xy ra trong tự

nhiên một cách
chính xác, thay thế

cho MH vật lý

trong mt số

TH.
Nhng hạn ch

ca MH số

(mô

phỏng các quá

trinh hóa
lý, bin ổi nhit ) cần c tip tc NC phát trin;
nhận xét v

kết luận
21
4. Nên tận dụng các phần mềm KT nh

một công cụ

MH số



dự

tính các kh

nng có

thể

xy ra cho các dự

án trong NCKH,
hoc lựa chn gii pháp hợp lý

trong thiết kế

sn xuất. Nó

cũng
cần ợc khai thác trong qun lý

sa cha các CT hin có.
ây cũng là

một su th

hợp lý



tiết kim thời gian, kinh phí

trong
công tác NCKH
3. Vic khai thác các MH số

có

hiu qu

hay không là

tùy thuc ở

ngời sử

dng. Nu khai thác tốt, ngời sử

dng có

thể

hiểu sâu
sắc hơn các quá

trỡnh vật lý

cha bit, làm sâu sắc hơn kin
thức tích lũy cho bn thân: đó

là

các kinh nghim có

chọn lọc
trong nhân của TG CH Burland.

Do vậy quá

trinh khai thác sử

dng các phần mềm KT cũng
chính là

quá

trinh tự

ào tạo, nên cần ci tin ging dạy KT, to
iu kin cho SV tip cận và

khai thác chúng trong ào tạo tại
các trờng ại học.
nhận xét v

kết luận