Phân tích đánh giá ảnh hưởng của đặc trưng biến dạng và mô hình lên giá trị độ lún của đất nền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG PHƯỚC KHÁNH

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TRƯNG
BIẾN DẠNG VÀ MÔ HÌNH LÊN GIÁ TRỊ ĐỘ LÚN CỦA ĐẤT
NỀN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
Mã số: 60.58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa -ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Bùi Trường Sơn
Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS. TSKH Nguyễn Văn Thơ
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Phan Tá Lệ
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 05 tháng 1 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm:
1.

PGS. TS Nguyễn Văn Chánh

- Chủ tịch hội đồng

2.

TS. Lê Trọng Nghĩa

- Thư ký hội đồng

3.

GS. TSKH Nguyễn Văn Thơ

- ủy viên phản biện 1

4.

TS. Phan Tá Lệ

- ủy viên phản biện 2

5.

PGS. TS Mai Di Tám

- ủy viên hội đồng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã
được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

PGS. TS Nguyễn Văn Chánh

PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ĐẶNG PHƯỚC KHÁNH

MSHV: 13091288

Ngày, tháng, năm sinh: 20/05/1990

Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình ngầm

Mã số: 60.58.02.04

I.

TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG VÀ MÔ HÌNH

LÊN GIÁ TRỊ ĐỘ LÚN CỦA ĐẤT NỀN.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- TỒNG HỢP VÀ CHỌN LỰA CÁC MÔ HÌNH VÀ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ PHÙ HỢP VỚI
MÔ HÌNH CHO TÍNH TOÁN ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT
- TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH SO SÁNH GIÁ TRỊ ĐỘ LÚN THEO CÁC MÔ HÌNH.
- PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN LÊN GIÁ TRỊ ĐỘ
LÚN DỰ TÍNH.

II.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/7/2016

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
Tp. HCM, ngày .... tháng....năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài "Phân tích đánh giá ảnh hưởng của đặc

trưng biến dạng và mô hình lên giá trị độ lún của đất nền"” được thực hiện với kiến
thức tác giả thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường. Cùng với sự co gắng của bản thân
là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình
học tập và thực hiện luận văn.
Em xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Bùi Trường Sơn, người thầy đã nhiệt tình
hướng dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Cơ Địa Nền Móng những người đã cho em
những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường.
Xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, các bạn học viên chuyên ngành Kỹ Thuật Xây Dựng
Công Trình Ngầm, khóa 2013 - đợt II, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho
tôi về vật chất và tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường.
Luận văn được hoàn thành trong sự cố gắng hết sức của tác giả nhưng không thể tránh
được những thiếu sót và hạn chế, rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và
đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn.
Xin trân trọng cám ơn.
TP. HỒ Chí Minh, 04 tháng 12 năm 2016
Học viên

Đặng Phước Khánh


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài:
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG VÀ MÔ HÌNH
LÊN GIÁ TRỊ ĐỘ LÚN CỦA ĐẤT NỀN
Tóm tắt:

Độ lún của nền đất là một trong các vấn đề quan trọng hàng đầu trong tính toán thiết kế.
Hiện nay, tồn tại một số công thức tính lún trên cơ sở các mô hình khác nhau. Việc chọn lụa sơ
đồ bài toán uớc luợng độ lún hợp lý cho phép thu nhận kết quả đáng tin cậy hơn.
Nội dung của luận văn trình bày các phương pháp tính toán độ lún theo các sơ đồ tính khác
nhau ứng với các ứng xử thông qua các đặc trưng biến dạng khác nhau. Từ đó, áp dụng chọn
lựa đặc trưng biến dạng và tính toán theo mô hình nền một chiều và hai chiều nhằm phân tích
độ lún dưới các móng nông có các kích thước khác nhau và phân tích so sánh. Kết quả nghiên
cứu nhằm góp phần hoàn thiện phương pháp tính lún trong thiết kế nền móng công trình.


SUMMARY OF THESIS
Name of subject:
ANALYSING

AND

EVALUATING

THE

INFLUENCE

OF

DEFORMATION

CHARACTERISTICS AND GROUND MODELS ON THE SETTLEMENT VALUE.
Abstract:
The foundation settlement is one of the most importance of building design. At present, there
are a lot of settlement formulas were built base on different ground models. Choosing the

eligible diagram of settlement estimate's problem allows obtaining more reliable results.
The content of thesis presents methods of evaluating settlement according to different design
diagrams associated with responsory through different deformation characteristics. Thencefort
applying to choose deformation characteristics and evaluating one and two dimensionals of
ground models in order to analyze settlement under shallow foundation which have different
sizes and comparing the analysis. The result of research contributes to improve the method of
evaluating settlement in design of foundation.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.
Bùi Trường Sơn.
Các kết quả trong Luận vãn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.
TP. Hồ Chí Minh, 04 tháng 12 năm 2016
Học viên

Đặng Phước Khánh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................- 1 Chương 1. TÔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHUƠNG PHÁP UỚC LUỢNG ĐỘ LÚN
CỦA NỀN CÔNG TRÌNH ................................................................................................- 3 1.1.

Xác định bề dày lớp đất chịu nén .......................................................................- 3 -

1.2.

Các phương pháp ước lượng độ lún theo đường cong nén lún [1], [2]... - 6 -

1.3.

Tính lún của nền đất bằng phương pháp dựa vào lý thuyết nền biến dạng đàn

hồi toàn bộ [1], [2] .........................................................................................................-111.4. .................................................................................................................. Xác
định độ lún ổn định theo phương pháp lớp tương đương [1]........................................................-16 1.5.

Nhận xét Chương 1 .............................................................................................- 20 -

Chương 2. ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN VÀ ĐỘ LÚN DO TÁC
DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGOÀI ..................................................................................- 21 2.1.

Các thành phần biến dạng cơ bản .......................................................................-21-

2.2.

Phương pháp ước lượng độ lún khi xem độ lún gồm hai thành phần.... - 22 -

2.3.

Đặc điểm biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn ...................................- 27 -

2.4.

Nhận xét chương 2..............................................................................................- 49 -

Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT DUỚI MÓNG NÔNG
CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐẶC TRUNG BIẾN DẠNG VÀ MÔ HÌNH ÁP
DỤNG CHO ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ .................................................................................. -513.1.

Dữ liệu công trình và số liệu phục vụ tính toán ..................................................-51-

3.2.

Uớc lượng độ lún dưới móng đơn ....................................................................... - 54 -

3.3.

Ước lượng độ lún dưới móng băng ..................................................................... - 74 -

3.4.

Nhận xét Chương 3 .............................................................................................. - 93 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ - 95 KẾT LUẬN .................................................................................................................... - 95 KIẾN NGHỊ ...................................................................................................................... -95TÀILỆU THAM KHẢO .................................................................................................... - 97 -


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu và phạm vi vùng chịu nén lún trong nền đất yếu
.............................................................................................................................................. - 5 Hình 1. 2 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu và phạm vi vùng chịu nén lún trong nền đất tốt
.............................................................................................................................................. - 6 Hình 1. 3 Sơ đồ bài toán tính lún cộng lún lớp phân tố cho trường hợp tải trọng phân bố đều
trên diện truyền tải................................................................................................................ - 7 Hình 1. 4 Sơ đồ sử dụng đường cong nén để dự tính độ lún ............................................ - 8 Hình 1. 5 Sơ đồ quy đổi lớp đất theo phương pháp tính lún lớp tương đương... - 17 - Hình 1. 6
Sơ đồ tính toán độ lún bằng phương pháp lớp tương đương .............................................. - 18 Hình 2. 1 Chia lưới trong phương pháp phần tử hữu hạn.......................................................... 29Hình 2. 2 Một số hình hảnh về việc chia lưới phần tử cho bài toán ................................. - 30 Hình 2. 3 Việc chia lưới địa chất và các nút trong phương pháp PTHH .......................... - 30 Hình 2. 4 Phần tử được chia nhỏ thành phần tử tam giác và phần tử Lagrange .-31- Hình 2. 5
Các thành phần ứng suất .................................................................................................. - 32 Hình 2. 6 Sơ đồ thí nghiệm nén một trục ......................................................................... - 33 Hình 2. 7 Sơ đồ thí nghiệm nén một trục không nở hông ................................................ - 34 Hình 2. 8 Sơ đồ thí nghiệm nén thể tích ........................................................................... - 34 Hình 2. 9 Sơ đồ thí nghiệm cắt với ơxy—Txy ................................................................... -34Hình 2. 10 Mặt dẻo của mô hình Mohr-Coulomb ............................................................. -

37-

Hình 2. 11 Hướng dẻo trong mặt phẳng ứng suất mô hình Mohr-Coulomb ..................... - 38 Hình 2. 12 Mặt phẳng dẻo trong không gian ứng suất chính ............................................ -

38-

Hình 2. 13 Quan hệ giữa biến dạng thể tích và ứng suất nén đẳng hướng ........................ - 39 Hình 2. 14 a. Đường cong dẻo dạng ellip của mô hình Cam claytrong mặt (p’- q); b, c. Đường
dỡ - chất tải trong mặt phang nén ..................................................................................... - 41 Hình 2. 15a. Độ gia tăng ứng suất làm dãn nở đường cong dẻo; ..................................... - 44 Hình 2. 16 Mức độ gia tăng ứng suất trong thí nghiệm nén ............................................. - 45 Hình 3. 1 Biểu đồ bán logarit tương quan hệ số rỗng theo các cấp áp lực nén cố kết ............ -


53 Hình 3. 2 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu dưới móng vuông ................................ - 56 Hình 3. 3 Biểu đồ tương quan hệ số rỗng theo cấp áp lực đến 200 kPa .......................... - 58 Hình 3. 4 Tổng hợp kết quả tính toán ước lượng độ lún móng vuông 2,0 X 2,0 (m) . 65Hình 3. 5 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu dưới móng hình chữ nhật .................... - 67 Hình 3. 6 Biểu đồ tương quan hệ số rỗng theo cấp áp lực đến 200 kPa .......................... - 68 Hình 3. 7 Tổng hợp kết quả tính toán ước lượng độ lún móng chữ nhật 2,0 X 4,0 (m)
......................................................................................................................................... - 73 Hình 3. 8 Biểu đồ phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân và tải trọng ngoài theo
độ sâu dưới móng băng .................................................................................................... - 76 Hình 3. 9 Biểu đồ tương quan hệ số rỗng theo cấp áp lực đến 200 kPa .......................... - 77 Hình 3.10 Khảo sát sự hình thành vùng dẻo dưới nền ..................................................... - 85 Hình 3.11 Độ lún lớn nhất trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình MohrCoulomb .......................................................................................................................... - 85 Hình 3.12 Chuyển vị ngang trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình MohrCoulomb .......................................................................................................................... - 86 Hình 3.13 Chuyển vị ngang trong nền đất từ đáy móng từ kết quả mô phỏng theo mô
hình Mohr-Coulomb ........................................................................................................ - 86 Hình 3.14 Độ lún lớn nhất trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình Modified
Cam-clay .......................................................................................................................... - 87 Hình 3. 15 Chuyển vị ngang trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình
Modified Cam-clay .......................................................................................................... - 87 Hình 3.16 Chuyển vị ngang trong nền đất từ đáy móng từ kết quả mô phỏng theo mô
hình Modified Cam-clay .................................................................................................. - 88 Hình 3.17 Độ lún lớn nhất trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình Modified
Cam-clay có xét đến ảnh hưởng của OCR-2.737 ............................................................ - 88 Hình 3. 18 Chuyển vị ngang trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình Modified Camclay có xét đến ảnh huởng của OCR=2.737 .....................................................................- 89 Hình 3.19 Chuyển vị ngang trong nền đất từ đáy móng từ kết quả mô phỏng theo mô hình
Modified Cam-clay có xét đến ảnh hưởng của OCR=2.737.............................................- 89 -


Hình 3. 20 Độ lún lớn nhất trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình Mohr - Coulomb
khi mực nước ngầm nằm ngoài phạm vi vùng chịu nén ...................................................- 90 Hình 3.21 Độ lún lớn nhất trong nền đất từ kết quả mô phỏng theo mô hình Modified
Cam - Clay khi mực nước ngầm nằm ngoài phạm vi vùng chịu nén ................................-

90 -

Hình 3. 22 Tổng hợp kết quả tính toán ước lượng độ lún móng băng ..............................-

92 -

Hình 3. 23 Độ lún móng băng khi có và không có mực nước ngầm .................................-

92 -

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Bảng giá tri hệ số Cữ ......................................................................................... - 12 Bảng 1. 2 Giá trị hệ so k trong công thức Iegorov (v = 0,3) .............................................. - 15 Bảng 1. 3 Hệ SỐM ............................................................................................................... -16Bảng 1. 4 Trị số Acoo, Acữm, ACỮC theo loại đất và tỉ so 2 cạnh L/b ...................................19
Bảng 3. 1 Đặc trưng cơ lý trung bình của lớp 1 ........................................................................
51 Bảng 3. 2 Kết quả thí nghiệm nén cố kết lớp 1 ................................................................ - 52 Bảng 3. 3 Các kích thước móng khác nhau dử dụng phân tích ........................................ - 53 Bảng 3. 4 Khả năng chịu tải theo giới hạn n (Rn) của móng vuông ................................ - 55 Bảng 3. 5 Áp lực tác dụng lên nền đất do trọng lượng bản thân đất và do tải trọng ngoài - móng
hình vuông ......................................................................................................................... - 56 Bảng 3. 6 Ket quả tính lún móng vuông sử dụng đường cong nén lún e-p ...................... - 59 Bảng 3. 7 Kết quả tính lún sử dụng đường cong nén lún e-logp, trưởng hợp nền 1 lớp.
.......................................................................................................................................... - 59 Bảng 3. 8 Ket quả tính lún sử dụng đường cong nén lún e-logp, trường hợp chia thành nhiều
lớp phân tố ........................................................................................................................ - 60 Bảng 3. 9 Kết quả tính lún móng vuông áp dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi- trường hợp nền
đất có chiều dày vô hạn .................................................................................................... - 61 Bảng 3. 10 Ket quả tính lún móng vuông áp dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi- trường hợp nền
đất có chiều dày giới hạn .................................................................................................. - 61 Bảng 3. 11 Độ lún móng vuông theo phương pháp lớp tương đương .............................. - 62 Bảng 3.12 Các thành phần ứng suất dưới móng vuông.................................................... - 62 Bảng 3.13 Độ lún móng vuông theo phương pháp chia độ lún gồm hai thành phần - 63 Bảng 3. 14 Độ lún móng vuông theo phương pháp chia độ lún gồm hai thành phần,
trường hợp chia lớp phân tố ............................................................................................. - 63 Bảng 3.15 Ket quả tính lún móng đơn - móng hình vuông 2,0 X 2,0 m .......................... - 64 Bảng 3.16 Áp lực tác dụng lên nền đất dưới móng hình chữ nhật do trọng lượng bản thân đất
và do tải trọng ngoài ......................................................................................................... - 66

-


Bảng 3.17 Module tổng biến dạng móng hình chữ nhật .................................................. - 68

-

Bảng 3.18 Độ lún móng hình chữ nhật sử dụng đường cong nén lún e-p ........................ - 68 Bảng 3. 19 Độ lún móng hình chữ nhật sử dụng đường cong nén lún

e-logp, nền

1

lớp ..................................................................................................................................... - 69 Bảng 3. 20 Ket quả tính lún móng hình chữ nhật sử dụng đường cong nén lún e-logp, trường
hợp chia thành lớp phân tố ............................................................................................... - 69 Bảng 3.21 Kết quả tính lún móng hình chữ nhật áp dựng kết quả của lý thuyết đàn hồi- trường
hợp nền đất có chiều dày vô hạn....................................................................................... - 70 Bảng 3. 22 Ket quả tính lún móng hình chữ nhật áp dựng kết quả của lý thuyết đàn hồi- trường
hợp nền đất có chiều dày giới hạn .................................................................................... - 70 Bảng 3. 23 Độ lún móng hình chữ nhật bằng phưorng pháp lớp tưorng đưomg.... - 70 Bảng 3. 24 Các thành phần ứng suất dưới móng hình chữ nhật ....................................... - 71 Bảng 3. 25 Ket quả tính lún móng hình chữ nhật bằng phưomg pháp chia độ lún gồm hai thành

phần .................................................................................................................................. - 71 Bảng 3. 26 Ket quả tính lún móng hình chữ nhật bằng phưomg pháp chia độ lún gồm hai thành
phần - trường hợp chia lớp phân tố................................................................................... - 72 Bảng 3. 27 Ket quả tính lún móng đon - móng hình chữ nhật 2,0 X 4,0 m - 73 Bảng 3. 28 Khả năng chịu tải theo giới hạn II (Ru) - Móng băng.................................... - 74 Bảng 3. 29 Áp lực tác dựng lên nền đất do trọng lượng bản thân đất và do tải trọng ngoài - móng
băng .................................................................................................................................. - 75 Bảng 3. 30 Ket quả tính lún móng băng sử dụng đường cong nén lún e-p ...................... - 78 Bảng 3. 31 Độ lún móng băng sử dụng đường cong nén lún e-logp, trưởng hợp nền 1 lớp 79 Bảng 3. 32 Độ lún móng băng sử dụng đường cong nén lún e-logp, trường hợp chia thành nhiều
lớp phân tố ........................................................................................................................ - 79 Bảng 3.33 Độ lún móng băng áp dựng kết quả của lý thuyết đàn hồi- trường hợp nền đất có
chiều dày vô hạn ............................................................................................................... - 80 Bảng 3. 34 Độ lún móng băng áp dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi- trường hợp nền đất có
chiều dày giới hạn.............................................................................................................. - 81 Bảng 3.35 Độ lún móng băng bằng phương pháp lớp tương đương ................................. - 82


Bảng 3.36 Các thành phần ứng suất dưới móng băng ....................................................... - 82
Bảng 3. 37 Ket quả tính lún móng băng bằng phương pháp chia độ lún gồm hai thành phần ...................................................................................................................................... 83 Bảng 3.38 Ket quả tính lún móng băng bằng phương pháp chia độ lún gồm hai thành phần,
trường hợp chia lớp phân tố............................................................................................... - 83 Bảng 3. 39 Tổng hợp kết quả tính lún móng băng khi mực nước ngầm ở rất sâu- 84 Bảng 3. 40 Tổng hợp kết quả tính lún móng băng bằng giải tích ..................................... - 91
Bảng 3. 41 Tổng hợp kết quả mô phỏng móng băng bằng phương pháp phần tử hữu
hạn ..................................................................................................................................... - 91 Bảng 3. 42 Tổng hợp kết quả ước lượng độ lún móng nông với các kích thước khác
nhau ................................................................................................................................... - 94 -


-1 -

MỞ ĐẦU
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Độ lún của nền đất là một trong các vấn đề quan trọng hàng đầu trong tính toán thiết kế.
Hiện nay, tồn tại một số công thức tính lún trên cơ sở các mô hình khác nhau. Việc chọn lựa sơ
đồ bài toán ước lượng độ lún hợp lý cho phép thu nhận kết quả đáng tin cậy hơn. Đề tài luận
vãn "Phân tích đánh giá ảnh hưởng của đặc trưng biến dạng và mô hình lên giá trị

độ lún của đất nền" được chọn lựa nhằm tính toán độ lún theo các sơ đồ tính khác nhau ứng
với các ứng xử thông qua các đặc trưng biến dạng khác nhau và phân tích so sánh. Kết quả
nghiên cứu nhằm góp phàn hoàn thiện phương pháp tính lún trong thiết kế nền móng công trình.

Nhiệm vụ của đề tài

Sử dụng các dữ liệu thí nghiệm nén lún như Eo, V, Cc, Cs, pc để tính toán ước lượng độ
lún và phân tích so sánh. Ở đây, việc sử dụng Cc, Cs, Pcđể ước lượng độ lún căn cứ trên cơ sở
bài toán một chiều. Trong các tài liệu phổ biến, việc sử dụng đại lượng Eo hay ao để ước lượng
độ lún cũng được căn cứ trên cơ sở bài toán một chiều do xem xét nền dưới móng không có
chuyển vị ngang. Tuy nhiên, mặc dù chịu áp lực đất xung quanh, nhưng đất có thể bị dịch chuyển
theo phương ngang và độ lún có thể lớn hơn. Ngoài ra, cũng lưu ý rằng các phương pháp ước
lượng độ lún của nền đất đều căn cứ trên cơ sở nền biến dạng tuyến tính trong điều kiện nền còn
làm việc trong phạm vi đàn hồi.
Phân tích độ lún theo các mô hình khác nhau trong phần mềm Plaxis để phân tích, so sánh
với kết quả từ phương pháp giải tích.

Nội dung nghiên cứu
-

Tổng quan về một số phương pháp dự tính độ lún của nền công trình dưới tác dụng của
tải trọng thẳng đứng trên bề mặt.

- Tính toán và phân tích so sánh giá trị độ lún theo các phương pháp khác nhau - Phân tích đánh
giá ảnh hưởng của đặc trưng biến dạng và các mô hình lên giá trị độ lún của đất nền.


- 2-

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa cho luận văn là tổng hợp, lập trình tính toán và
mô phỏng. Bài toán tính toán sử dụng dữ liệu khảo sát địa chất thực tế ở khu vực Thành phố Hồ
Chí Minh.


- 3-

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN
CỦA NỀN CÔNG TRÌNH
Biến dạng của đất nền trong các bài toán Địa kỹ thuật thường được đánh giá thông qua
độ lún. Tồn tại một số phương pháp khác nhau để xác định trị số lún như lý thuyết nền biến
dạng đàn hồi cục bộ, lý thuyết nền hỗn hợp, lý thuyết nền biến dạng tổng quát, lý thuyết nền
biến dạng tuyến tính. Các lý thuyết này đều căn cứ trên cơ sở lý thuyết đàn hồi [1], [2].
Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm đối với nhiều loại đất khác nhau đã xác nhận rằng, quan hệ
giữa ứng suất và biến dạng, về thực chất mang tính chất phi tuyến. Để đơn giản trong tính toán,
có thể xem rằng khi tải trọng công trình không lớn lắm (vào khoảng 1-2 kG/cm2) thì quan hệ
giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính và biến dạng lún của đất nền hoàn toàn chỉ do sự giảm
thể tích của các lỗ rỗng gây ra, còn sự giảm thể tích của bản thân các hạt rắn và nước trong lỗ
rỗng được xem như không đáng kể.
Trong phạm vi của chương này, chúng tôi tập trung giới thiệu một số phương pháp tính
toán độ lún dựa vào lý thuyết nền biến dạng tuyến tính, là lý thuyết được áp dụng rộng rãi trong
các quy trình và quy phạm tính toán nền móng hiện nay.

1.1. Xác định bề dày lớp đất chịu nén
Trong đánh giá độ lún của nền đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài, phạm vi vùng chịu
lún ảnh hưởng đáng kể lên giá trị độ lún dự tính cũng như cách xác định độ lún. Trong các bài
toán ứng dụng, phạm vi vùng chịu nén lún thường được đánh giá dưới dạng bề dày lớp đất chịu
nén kể từ biên tác dụng tải trọng.
Đất loại sét hay các loại đất nền có liên kết luôn tồn tại độ bền cấu trúc Pst được thể hiện
như là ứng suất gia tăng mà ở đó không phát sinh biến dạng. Theo N.A. TXưtôvich, phạm vi
ứng suất do tải trọng ngoài tác dụng có giá trị nhỏ hơn Pst thì biến dạng không xảy ra. Tức là
phạm vi vùng nén lún được xác định theo điều kiện trúc ơp > Pst.
Đặc điểm nén lún của đất loại sét bão hòa nước luôn gắn liền với quá trình cố kết và độ
lún xuất hiện khi nước thoát ra khỏi đất đồng thời với sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.
Đồng thời, trong đất loại sét tồn tại giá trị gradient ban đầu io. Khi áp lực nước gây gradient
thấm có giá trị nhỏ hom io thì hiện tượng thấm không xảy ra. Theo GS. N.N. Maslov và GS. Lê

- 4-

Bá Lưomg, phạm vi nền có áp lực nước lỗ rỗng gây gradient bé hơn io là vùng chết (vùng không
chịu nén lún). Tuy nhiên, việc xác định giá trị io bằng thực nghiệm chưa được thực hiện nhiều
và giá trị này khó đánh giá chính xác.
Đối với đất yếu, đa số các tính toán đều tập trung đánh giá độ lún cũng như khả năng ổn
định trong phạm vi lớp đất này. Do đó, có thể xem phạm vi phân bố lớp đất yếu cũng chính là
phạm vi vùng chịu nén lún. Neu so sánh giá trị độ lún ở lớp đất này với các lớp đất tốt hơn nằm
bên dưới thì độ lún của lớp đất tốt hơn thường có giá trị không đáng kể nên có thể bỏ qua trong
tính toán. Như vậy, khi đánh giá độ lún của nền đất yếu, có thể xem bề dày của lóp đất này là
phạm vi chịu nén lún do độ lún của lớp đất tốt hơn bên dưới có giá trị không đáng kể. Đối với
công trình dân dụng được xây dựng trên nền đá, việc tính toán độ lún có thể không cần thiết do
biến dạng của đá không đáng kể. Ngoài ra, khi tính lún nền trên vỏ phong hóa, chỉ cần xét độ
lún của vỏ phong hóa.
Tiêu chuẩn Việt Nam đối với các công trình dân dụng và công nghiệp xem phạm vi vùng
nén lún ở độ sâu mà ứng suất do tải trọng ngoài bằng 0,2 ứng suất do trọng lượng bản thân và
bằng 0,1 khi tính cho nền đất yếu. Để xác định phạm vi vùng chịu nén lún, xây dựng biểu đồ
phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân theo ứng suất hữu hiệu và do tải trọng ngoài theo độ
sâu. Từ sự phân bố ứng suất theo độ sâu, xác định độ sâu phạm vi chịu nén theo điều kiện ứng
suất do tải trọng ngoài gây ra bằng 0,1 hay 0,2 ứng suất do trọng lượng bản thân, tức là:
-

Đối với nền đất tốt:
(1-1)

-

Đối với nền đất yếu:

- 5-

(1-2)

=10Ozp

Để xác định nhanh phạm vi vùng chịu nén lún, có thể thể xây dựng biểu đồ phân bố ứng
suất do tải trọng ngoài và biểu đồ có giá trị 0,2 hay 0,1 lần ứng suất do trọng lượng bản thân kể
biên phạm vi gia tải theo độ sâu. Giao điểm của hai đường này cho phép xác định độ sâu phạm
vi vùng chịu nén lún (Hình 1.1).
Ngoài ra, do biến dạng của nền đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài được phân tích trên
cơ sở lý thuyết đàn hồi nên đất nền cần được đảm bảo ứng xử trong phạm vi đàn hồi. Trong một
số trường hợp, trước khi đánh giá biến dạng hay dự tính độ lún, cần kiểm tra nền còn làm việc
trong phạm vi đàn hồi, tức là xác định tải trọng giới hạn sao cho phạm vi vùng biến dạng dẻo
trong nền không phát triển quá lớn.

Hình 1. 1 Biểu đồ phân bổ ứng suất theo độ sâu và phạm vi vùng chịu nén lún
Mtc = 140kNAn

trong nền đẩt yếu


- 6-

Hình 1. 2 Biểu đồ phân bố ứng suất theo độ sâu và phạm vi vùng chịu nén lún
trong nền đất tốt
1.2. Các phưưng pháp ước lưựng độ lún theo đường cong nén lún [1], [2]
Khi tính độ lún của nền móng công trình, chỉ cần xác định chuyển vị thẳng đứng do đất được

nén chặt dưới tải trọng của móng. Vì vậy, trong tính toán, có những trường hợp có thể sử dụng kết quả
của bài toán một chiều (không có biến dạng hông từ kết quả của thí nghiệm hộp nén Oedometer).
Nền đất được xem chịu nén một chiều nếu tải trọng trên mặt đất phân bố đều kín khắp hoặc tải
trọng có kích thước lớn kết hợp chiều dày lớp đất chịu lún lại bé. Khi đó, biểu đồ phân bố ứng suất
theo chiều sâu sẽ thay đổi không đáng kể và đất không có chuyển vị theo chiều ngang mà chỉ chuyển
vị theo chiều thẳng đứng.
Nếu lớp đất có chiều dày lớn thì biểu đồ ứng suất sẽ giảm dần theo chiều sau rõ rệt. Lúc này, để
tránh sai số lớn khi áp dụng kết quả của bài toán một chiều, thường dùng phưomg pháp cộng lún từng
lớp. Chia nền đất thành từng lớp phân tố bởi những mặt cắt ngang, sao cho trong phạm vi mỗi lớp ấy
có thể xem biểu đồ phân bố ứng suất ơz do tải trọng lún p gây ra là không thay đổi đáng kể và biến


- 7-

dạng lún của mỗi lóp đất xảy ra trong điều kiện không có nở hông.
Cần xác định chiều dày vùng ảnh hưởng của lún. Độ lún của toàn bộ lớp đất sẽ xác định như
tổng độ lún của các lớp phân tố.
n

Hình 1. 3 Sơ đồ bài toán tỉnh lủn cộng lún lớp phân tố cho trường hợp tải
trọng phân bố đều trên diện truyền tảỉ.


- 8-

e

Hình 1. 4 Sơ đồ sử dụng đường cong nén để dự tinh độ lún.
Những trường hợp có thể sử dụng kết quả của bài toán nén đất một chiều, phương pháp
tính toán ước lượng độ lún của mỗi lớp phân tố có thể áp dụng như sau:

1.2.1. Trường hợp sử dụng đường cong nén lún e - p [1], [2]
Xác định hệ số nén lún a và hệ số nén lún tương đối ao từ đường cong nén lún theo biểu
thức sau:

(1-4)
Với:

và ao -

(1.5)
1 + e.
Giá trị áp lực ban đầu pi cần để tìm ei lấy bằng ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở
chiều sâu giữa lớp đất: pi=ơz-bt.
Giá trị áp lực cuối cùng P2 cần để tìm e2 lấy bằng: P2=ơz-bt+ơz-p; Trong đó ơz-p là ứng
suất do tải trọng ngoài tại chiều sâu giữa lớp đất.
Độ lún của mỗi lớp phân tố có thể tính bằng công thức sau:


- 9-

(1.6)
Trong đó:
Si - độ lún của lớp đất đang xét;
eii - hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét ứng với ứng suất do trọng lượng bản
thân đất;
e2i - hệ số rỗng của đất cũng tại điểm trên ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất
và tải trọng ngoài;
aoi - hệ số nén tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét;
mvi - hệ số nén thể tích: mv=ao;

ơá - ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại điểm giữa lớp đang xét;
p - hệ số có xét đến tính nở hông.

2v2

(1.7)

Giá trị của p phụ thuộc giá trị hệ số Poisson V của từng loại đất và cũng có khi chọn p =
0,8 chưng cho tất cả các loại đất.
Eo - module tổng biến dạng của đất;
hi - chiều dày lóp đất đang xét.

1.2.2. Trường hợp sử dụng đường cong nén e - logp [2]
Khi phân tích các kết quả của thí nghiệm nén cố kết (không có biến dạng hông từ kết quả
của thí nghiệm hộp nén Oedometer) trong hệ trục e-logp, đặc tính nén của mẫu đất được thể
hiện qua hệ số tiền cố kết OCR, là tỷ số giữa ứng suất tiền cố kết và ứng suất do trọng lượng
bản thân các lớp đất bên trên hiện hữu.


10-

OCR-^ơbt

° (1.8)

-

OCR=1: Đất cố kết thường

-

OCR>1: Đất cố kết trước

-

OCR<1: Đất kém cố kết

Độ lún do cố kết của lớp đất nền được tính như sau:
-

Đối với đất cố kết thường: pi=pc
Sc=-ậ-W.log^
l + e0 Pỉ

-

(1.9)

Đối với đất cố kết trước nặng: PC>P2

s, =-^-HoX0iPJì+e
0 P1

(1.10)

Đối với đất cố kết trước nhẹ: piS,=^-Zf„log^+-^-^logf2
l + e0
Pỉ l + e0

(1.11)

Pc

Trong đó:
Si - độ lún của lớp đất đang xét;
eo - hệ số rỗng ban đầu của lớp đất đang xét (ứng với thời điểm trước khi xây dựng công
trình;
pc - ứng suất tiền cố kết;
pi=ơz-bt - Giá trị áp lực ban đầu pi lấy bằng ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở
chiều sâu giữa lớp đất;


11P2=ơz-bt+ơz-p - Giá trị áp lực cuối cùng P2. Trong đó, ơz-p là ứng suất do tải trọng công
trình tại chiều sâu giữa lớp đất;
Ho - Chiều dầy ban đầu của lớp đất truớc khi xây dựng công trình;
Cc - Chỉ số nén: Cci -

11

M
logAi -logPii

Cs - Chỉ số nén lại: Csi log^ii _ log Ai

2i

——

được xác định trên đường cong dỡ

tải.

1.3. Tính lún của nền đất bằng phưong pháp dựa vào lý thuyết nền biến dạng đàn
hồi toàn bộ [1], [2]
Mặc dù đất nền không phải là một vật thể hoàn toàn đàn hồi, ngoài biến dạng đàn hồi còn
có biến dạng dư, nhưng lý thuyết đàn hồi được sử dụng hiệu quả đối với môi trường đất khi tải
trọng của công trình tác dụng lên nền đất không lớn lắm. vấn đề này đã được nhiều nhà khoa
học trên thế giới xác minh bằng thực nghiệm ở trong phòng cũng như ở ngoài hiện trường. Do
đó, khi tính toán độ lún ổn định có thể trực tiếp sử dụng những thành quả đạt được trong lý
thuyết đàn hồi. Tuy nhiên, để xét đến đặc tính của đất, tức kể đến biến dạng dư của đất, trong
tất cả các biểu thức có chứa trị so E (module đàn hồi) sẽ được thay thế bằng trị số Eo (module
tổng biến dạng).

1.3.1. Trường họp nền đất có chiều dày vô hạn
Bằng cách phân tích biểu thức xác định chuyển vị thằng đứng của một điểm bất kỳ trong
lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi (J. Boussinesq), cùng các thí nghiệm thực tế, công thức xác
định độ lún của nền đất được đưa về dạng chung như sau:

(1-12)
Trong đó: