Khảo sát ứng suất nền của một số trường hợp chịu tải phức tạp và đánh giá mức độ an toàn của giá trị tải trọng cho phép theo quy phạm nền

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------

MAI BẢO PHƯƠNG

KHẢO SÁT ỨNG SUẤT NỀN CỦA MỘT SỐ
TRƯỜNG HP CHỊU TẢI PHỨC TẠP VÀ
ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA GIÁ
TRỊ TẢI TRỌNG CHO PHÉP THEO
QUY PHẠM NỀN
Chuyên ngành:CẢNG VÀ CÔNG TRÌNH THỀM LỤC ĐỊA
Mã số ngành: 2.14.14; 2.14.15

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2004


nghiên cứu của em
nơi giảng đường đại học.Vì là khởi đầu của quá
trình nghiên cứu một cách có hệ thống và khoa
học, hơn nữa, lại có những hạn chế nhất định về
kiến thức và năng lực của một sinh viên, nên khóa
luận này không tránh khỏi những khiếm khuyết,
thiếu sót. Mong rằng, qua việc làm này, em sẽ
quen dần với công việc mà mình hằng ao ước, đeo
đuổi.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học
Kinh Tế Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý
thầy cô Khoa Tài Chính Nhà Nước đã tận tình

truyền đạt kiến thức cho em trong suốt bốn năm
học qua, để em có những điều kiện thực hiện khóa
luận này và quan trọng hơn, là có một nền tảng
kiến thức ban đầu để bước vào đời.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Đặng
Huấn đã tận tình hướng dẫn, trực tiếp giúp đỡ để
em hoàn thành khóa luận. Em xin chân thành
cảm ơn các chú, anh chị Phòng Ngoài Quốc
Doanh 2 Cục thuế TP.HCM đã góp ý kiến, hướng
dẫn em tiếp cận thực tế mặc dù chỉ trong thời
gian ngắn. Chính thời gian thực tập tại Phòng
NQD2 là bước đi đầu tiên để em bước vào đời
sau này. Em xin chân thành cảm ơn:
Chú Phạm Văn Toản: trưởng phòng
Chú Trần Đặng Đức : phó phòng
Cùng tất cả các anh, chị Phòng NQD2 đã tạo
điều kiện cho em tiếp cận thực tế những phần đã
học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè đã đóng
góp ý kiến xây dựng và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập cũng như trong việc thực hiện khóa
luận này.
Tp. Hồ Chí Minh,
6-2000.


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Thu Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. Ngô Nhật Hưng

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Trần Xuân Thọ

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày

tháng

năm 2004


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : Mai Bảo Phương. Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 04/05/1978. Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành: Cảng – Công trình thềm lục địa. MSHV: CAN13.006
I- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ỨNG SUẤT NỀN CỦA MỘT SỐ TRƯỜNG HP CHỊU
TẢI PHỨC TẠP VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG CHO
PHÉP THEO QUY PHẠM NỀN.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu tổng hợp các vấn đề tính ứng suất nền, sự phát triển vùng biến
dạng dẻo dưới đáy móng.
- Kiểm tra phần mềm USNENPHANG bằng các trường hợp đơn giản có lời giải
giải tích. Ứng dụng để khảo sát ứng suất nền trong một số trường hợp phức tạp.
- Khảo sát các phương pháp xác định sức chịu tải của nền đất theo quy phạm
tính toán công trình.
- Khảo sát trạng thái ứng suất nền ứng với tải trọng cho phép, tải trọng giới hạn
theo quy phạm tính toán. Từ đó nhận xét về độ an toàn của các giá trị tính toán theo
quy phạm.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện luận văn ghi trong Quyết

định giao đề tài): 09/02/2004.
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/07/2004.
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN THU TÂM.


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. TRẦN THU TÂM

TS. NGÔ NHẬT HƯNG

TS. NGÔ NHẬT HƯNG

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH

Ngày

tháng

năm 2004

TRƯỞNG KHOA QL NGAØNH



Luận văn cao học

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thu Tâm đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ
trong suốt quá trình làm luận văn. Chân thành cảm ơn q thầy cô Bộ môn Cảng –
Công trình biển trường Đại học bách Khoa đã nhiệt tình chỉ bảo và cung cấp tài
liệu để giúp hoàn thành khóa học và hoàn chỉnh cuốn luận văn này.
Vì thời gian và trình độ có hạn, do đó trong quá trình thực hiện không thể
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến nhận xét, phê bình,
bổ sung từ phía q Thầy cô.

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn bao gồm 5 chương với các nội dung tóm lược như sau:
Chương 1: Trình bày các lý thuyết tính toán nền đất bao gồm:
-

Lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ.

-

Lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi.

-

Lý thuyết hỗn hợp.

-

Lý thuyết tổng quát.

-

Lý thuyết nền biến dạng tuyến tính.

Chương 2: Trình bày phương pháp tính toán nền móng theo các trạng thái

giới hạn.
Trong chương này nêu lên khái niệm, cách tính toán và yêu cầu khi nào tính
nền theo trạng thái gới hạn thứ nhất,trạng thái giới hạn thứ hai. Ngòai ra, còn đề
cập đến các hệ số an toàn cho phép theo các cấp công trình.
Chương 3: Tổng hợp các vấn đề tính ứng suất nền và điều kiện cân bằng
Mohr – Renkin
-

Nêu lên các công thức cơ sở tính tóan phân bố ứng suất trong đất với các

tải trọng tập trung, tải phân bố hình thang, tam giác, các tải trọng băng phân bố
đều.
-

Đề cập vấn đề về tính biến dạng của nền đất, các nhân tố chủ yếu gây

biến dạng lún của đất.
-

Nêu lên cơ chế phá họai của đất bằng thuyết bền Coulomb thể hiện qua

các biểu đồ sức chống cắt của đất. Từ đó dẫn đến điều kiện cân bằng giới hạn

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương

Luận văn cao học
Mohr – Renkin, và dựa vào vòng tròn Mohr ứng suất kết hợp với đường biểu diễn
sức chống cắt của Coulomb để xác định vị trí các mặt trượt.
Chương 4: Xác định mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo và ứng dụng
phần mềm tính toán để khảo sát vùng biến dạng dẻo dưới đáy móng công trình.
-

Dựa trên lý luận nửa không gian biến dạng tuyến tính, và xuất phát từ điều

kiện Coulomb ở chương 3 về điều kiện chống cắt hay phá họai của đất kết hợp
với một số phương trình cơ bản để thiết lập tính toán ứng suất trong nền đất và
xác định từng vùng biến dạng dẻo khi nền chịu tải trọng.
-

Ứng dụng phần mềm USNENPHANG để khảo sát các tải trọng tính toán

theo các công thức của nhiều tác giả để có sự thể hiện cụ thể bằng hình vẽ sự
phát triển vùng biến dạng dẻo dưới móng công trình khi chịu tải.
Chương 5: So sánh các phương pháp xác định sức chịu tải của nền đất theo
tiêu chuẩn thiết kế nền các công trình thủy công TCVN 4253-86 và các công thức
của nhiều tác giả khác.
Đây là chương quan trọng nhất của luận văn, trong đó nêu lên các cách xác
định tải trọng giới hạn theo TCVN 4253-86, rà soát lại cơ sở lý thuyết của phương
pháp này theo Phan Trường Phiệt để chọn ra cách tính đúng và đơn giản.
Bên cạnh đó, luận văn còn nêu lên các ví dụ tính toán để so sánh và rút ra
các hệ số an toàn cho từng công thức. Từ đó đề xuất được công thức tính sức chịu
tải cho phép hợp lý, có thể dùng khi thiết kế công trình với hệ số an toàn trong
giới hạn của quy phạm.
Phần kết luận chung của luận văn nêu lên kết quả cho thấy: nếu chỉ lấy Rcp
= Rtc thì độ an toàn quá lớn. Trong đó, một số công thức như công thức của

I.V.Yaropolxki có thể dùng để tính Rcp một cách nhanh chóng và có độ an toàn
phù hợp với quan điểm tính theo trạng thái giới hạn 1 .

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học
Kết quả cho thấy, đối với các công trình giao thông, thủy lợi,...mà nền
móng được tính toán chủ yếu theo trạng thái giới hạn I, thì việc lấy sức chịu tải
cho phép Rcp=Rtc có độ an toàn quá lớn. Việc tính toán đúng theo tiêu chuẩn nền
là cần thiết tuy nhiên lại khá phức tạp. Một số công thức như công thức của
I.V.Yaropolxki có thể dùng để tính toán Rcp một cách nhanh chóng và có độ an
toàn phù hợp với quan điểm tính theo trạng thái giới hạn I.

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu ................................................................................................... 1
Chương 1
CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT
1. Lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ .................................................................2
2. Lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi ....................................................................3
3. Lý thuyết hỗn hợp .............................................................................................4
4. Lý thuyết tổng quát ...........................................................................................4
5. Lý thuyết nền biến dạng tuyến tính .................................................................5
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỀN MÓNG
THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN
1. Khái niệm về tính toán nền theo trạng thái giới hạn .......................................7
2. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất ...............................................10
3. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai .................................................13
4. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng ...............................................................15

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

Chương 3
TỔNG HP CÁC VẤN ĐỀ TÍNH ỨNG SUẤT NỀN VÀ ĐIỀU KIỆN CÂN
BẰNG MOHR-RENKIN
1. Phân bố ứng suất trong đất ...............................................................................18
1.1. Phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân ..............................................19

1.2. Phân bố ứng suất do tải trọng ngoài ........................................................20
2. Biến dạng của đất .............................................................................................26
3. Cơ chế phá hoại của đất - thuyết bền Coulomb ..............................................27
4. Điều kiện cân bằng Mohr-Renkin ....................................................................30
Chương 4
XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ PHÁT TRIỂN VÙNG BIẾN DẠNG DẺO VÀ ỨNG
DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỂ KHẢO SÁT VÙNG BIẾN
DẠNG DẺO DƯỚI ĐÁY MÓNG CÔNG TRÌNH
1. Xác định vùng biến dạng dẻo dưới đáy móng .................................................37
2. Sức chịu tải xác định theo sự phát triển vùng biến dạng dẻo .........................40
3. Ứng dụng chương trình tính toán để xác định phân bố ứng suất trong nền và
xác địng vùng biến dạng dẻo ................................................................................46
3.1 Giới thiệu chương trình tính .......................................................................46
3.2 Nguyên lý tính toán ...................................................................................47

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

3.3 Kiểm tra mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo .....................................48
Ví dụ 1 .......................................................................................................... 48
3.4 Áp dụng vào một số trường hợp ví dụ tải phức tạp ..................................51
Ví dụ 2 ........................................................................................................... 51
Ví dụ 3 ........................................................................................................... 56

Chương 5
SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN

ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY
CÔNG TCVN 4253-86 VÀ CÁC QUY PHẠM TÍNH TOÁN
1. Các hình thức mất ổn định của nền công trình .................................................58
2. Các cách tính tải trọng xiên giới hạn của nền đồng nhất ................................59
2.1 Trường hợp nền đất rời ..............................................................................63
a. Theo phương pháp đồ giải .........................................................................63
b. Theo Công thức giải tích ...........................................................................63
c. Dùng bảng tra .............................................................................................64

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

2.2 Trường hợp nền đất dính ...........................................................................67
3. Tính tải trọng đứng giới hạn của nền đồng nhất ..............................................69
4. So sánh giá trị Rcp tính theo trạng thái giới hạn I và các công thức tính sức chịu
tải theo vùng biến dạng dẻo .................................................................................70
Ví dụ1: trường hợp tải đứng ...........................................................................70
Ví dụ 2: trường hợp tải trọng xiên ..................................................................74
Nhận xét, kết luận ..........................................................................................77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................79
Tài liệu tham khảo ................................................................................................80

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương

Luận văn cao học

BẢN LIỆT KÊ CÁC KÍ HIỆU
b
c
h
hm
S
Sđh
Sdư
Sgh
s
Cz
z
zmax
p
pghI
pghII
R
Rtc
σ
σ0
σz
σy
σx
σ1. σ 3
σ1, σ3
•
•

ξ
r
•
θmax
•
β
δ
ν
q
•
•

chiều rộng
lực dính
chiều cao
chiều sâu chôn móng
biến dạng
biến dạng đàn hồi
biến dạng dư
biến dạng giới hạn
sức chống cắt
hệ số nền
độ sâu, khoảng cách theo hướng z
chiều sâu biến dạng lớn nhất
tải trọng
tải trọng giới hạn giai đoạn 1
tải trọng giới hạn giai đoạn 2
áp lực
áp lực tiêu chuẩn của đất nền
ứng suất pháp

tổng ứng suất
ứng suất pháp theo phương z
ứng suất pháp theo phương y
ứng suất pháp theo phương x
ứng suất chính
các ứng suất chính
ứng suất cắt
trọng lượng đơn vị
hệ số nén
bán kính
góc
góc lệch lớn nhất
góc
góc
góc
góc
tải trọng phân bố
góc ma sát trong của đất
hệ số nở hông

Nγ ; Nq ; Nc các hệ số không thứ nguyên của sức chịu tải.
GVHD: TS. Trần Thu Tâm

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

LỜI NÓI ĐẦU
Để công trình tồn tại và sử dụng một cách bình thường thì không những các kết

cấu bên trên phải đủ độ bền, ổn định mà bản thân nền cũng phải ổn định, có độ
bền cần thiết và biến dạng nằm trong phạm vi giới hạn cho phép. Do đó, khi xây
dựng bất cứ công trình nào thì điều đầu tiên là phải khảo sát phần nền đất dưới
đáy móng công trình để tìm hiểu, phân tích về trạng thái ứng suất, biến dạng của
đất để từ đó có biện pháp xử lý, khắc phục cho nền đảm bảo khả năng chịu lực.
Luận văn nghiên cứu này gồm 5 chương bao gồm các vấn đề về tính toán
ứng suất nền, sự phát triển vùng biến dạng dẻo và sử dụng chương trình phần
mềm USNENPHANG để khảo sát vùng biến dạng dẻo dưới đáy móng công trình.
Giới thiệu và so sánh các phương pháp xác định sức chịu tải của nền đất theo tiêu
chuẩn thiết kế nền các công trình thủy công và quy phạm tính toán để chọn lựa
các hệ số an toàn một cách hợp lý.

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

1

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

Chương 1

CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT

Biến dạng của đất là một hiện tượng cơ học rất phức tạp. Chính vì thế, để
xác định biến dạng của đất, hiện nay có rất nhiều lý thuyết khác nhau trong đó
bao gồm: lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ, lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi,
lý thuyết hỗn hợp, lý thuyết tổng quát và lý thuyết nền biến dạng tuyến tính.
1. Lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ:

Lý thuyết nền biến dạng cục bộ được viện só Fuss kiến nghị từ năm 1801
và sau đó được Vinkler áp dụng để tính toán các dầm trên nền đàn hồi năm 1807.
Đặc điểm của lý thuyết này là chỉ xét đến các biến dạng đàn hồi ngay tại nơi có
tải trọng ngoài tác dụng mà không xét đến biến dạng đàn hồi của đất ở vùng lân
cận, bỏ qua đặc điểm của đất như một vật liệu có tính dính và tính ma sát. Mô
hình biến dạng tương ứng với lý thuyết này là một nền đàn hồi gồm một hệ lò xo
đặt theo chiều thẳng đứng và hoàn toàn độc lập với nhau, hơn nữa biến dạng lún
của các lò xo luôn luôn tỷ lệ với áp lực tác dụng trên chúng.
p

o

p
p
S đ h
S đ

a )

h

b )

s

c )

d )

Hình 1.1

a)Sơ đồ tính toán nền đất;

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

b)Vị trí mặt nén sau khi tăng tải

2

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

c) Vị trí mặt nén sau khi dỡ tải; d) Biểu đồ nén và nở của đất
Giả thiết cơ bản của lý thuyết này là cho rằng áp lực tại một điểm bất kỳ
trên nền đất tỷ lệ với độ lún cục bộ tại điểm ấy:
(1.1)

p = C z .z
−

p là áp lực trên đơn vị diện tích.

−

z là chuyển vị đàn hồi theo chiều thẳng đứng (độ lún) của điểm đang xét.

−

Với Cz là hệ số nền theo phương thẳng đứng được xác định dựa vào kết

quả thí nghiệm bằng bàn nén ở hiện trường.
Hệ số nền Cz dùng trong phương pháp này cần được xem là một đặc trưng

đàn hồi qui ước, không có ý nghóa vật lý chặt chẽ. Tính chất qui ước đó thể hiện
ở chỗ hệ số này không có giá trị nhất định đối với mỗi loại đất nhất định và ở
một trạng thái nhất định, mà phụ thuộc vào kích thước diện chịu tải cũng như vào
cường độ của tải trọng trên diện ấy.
2. Lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi:
Khác với lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ, lý thuyết tổng biến dạng đàn
hồi xét đến cả các biến dạng đàn hồi tại những vùng lân cận xung quanh diện
chịu tải, do đó nói lên được vai trò của ma sát và lực dính đối với biến dạng của
đất.

p

o

p
p
S đ h
S đ h

a )

b )

c )

s

d )

Hình 1.2
a)Sơ đồ tính toán nền đất;

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

b)Vị trí mặt nén sau khi tăng tải

3

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

c) Vị trí mặt nén sau khi dỡ tải; d) Biểu đồ nén và nở của đất
Lý thuyết này do Boussinesq khởi xướng năm 1885 đối với nền đất là một
nửa không gian đàn hồi, và sau đó được phát triển trong các công trình của nhiều
nhà khoa học khác, bao gồm cả những công trình trong đó đề cập đến trường hợp
nền có chiều dày giới hạn. Tuy nhiên, khi có xét đến chiều dày giới hạn của lớp
đất, lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi đem lại những kết quả phù hợp với thực tế
hơn, và biến dạng của mặt đất ở các vùng lân cận diện chịu tải tắt nhanh hơn so
với khi xem nền đất là một nửa không gian đàn hồi có chiều dày vô tận. Sơ đồ
biến dạng cũng như biểu đồ nén và nở ứng với lý thuyết này khi tăng tải và khi
dỡ tải trình bày trên hình 1.2 đối với trường hợp nửa không gian đàn hồi và trên
hình 1.3 đối với trường hợp nền có chiều dày giới hạn.

p

p

o

h

h

h

S đ h

a )

0

S đ h

h

b )

s

c )

d )

Hình 1.3
a)Sơ đồ tính toán nền đất;

b)Vị trí mặt nén sau khi tăng tải

c) Vị trí mặt nén sau khi dỡ tải; d) Biểu đồ nén và nở của đất
3. Lý thuyết hỗn hợp:
Ngoài các lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ và tổng biến dạng đàn hồi
như trên, một số tác giả đã kiến nghị các lý thuyết hỗn hợp trong đó có xét đến
cả biến dạng đàn hồi toàn bộ và biến dạng đàn hồi cục bộ của nền đất.
4. Lý thuyết tổng quát:
Để xét đến tính biến dạng dư trong đất, Tserkaxov và Klêin đã kiến nghị
một lý thuyết tính lún của đất, gọi là lý thuyết tổng quát, trong đó một mặt có xét

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

4

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

đến các biến dạng hồi phục (bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng nở,..) tác
dụng trên toàn bộ mặt nền cả trong phạm vi và ngoài phạm vi diện chịu tải, mặt
khác có xét đến các biến dạng dư chỉ tác dụng trong phạm vi chịu nén mà thôi.
(hình 1.4)

p

o

p
S d ư

p

S
S đ h
S d ư

S

s
a )

c )

b )

d )

Hình 1.4
a)Sơ đồ tính toán nền đất;

b)Vị trí mặt nén sau khi tăng tải

c) Vị trí mặt nén sau khi dỡ tải; d) Biểu đồ nén và nở của đất

5. Lý thuyết nền biến dạng tuyến tính:
Tất cả các lý thuyết trên trong thực tế đều được áp dụng trong từng lónh
vực riêng biệt, nhưng không phải là những lý thuyết tính lún phổ biến. Lý thuyết

về biến dạng lún của các nền đất trong cơ học đất hiện nay được dùng rộng rãi
nhất là lý thuyết nền biến dạng tuyến tính do nhà khoa học Liên Xô
Gherxêvanov kiến nghị. Lý thuyết này về thực chất là bước phát triển tiếp tục
của lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi, chỉ có khác là đặc trưng môđun đàn hồi E
được thay bằng môđun biến dạng E0 của đất, nhờ đó mà có thể xét đến cả các
biến dạng đàn hồi và biến dạng dư trong đất.

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

5

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

p

p

o

p

S dư

S

S

a)

Sđh

c)

b)

s

d)

Hình 1.5
a)Sơ đồ tính toán nền đất;

b)Vị trí mặt nén sau khi tăng tải

c) Vị trí mặt nén sau khi dỡ tải; d) Biểu đồ nén và nở của đất

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

6

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỀN MÓNG
THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

1. Khái niệm về tính toán nền theo trạng thái giới hạn:
Thực tế xây dựng các loại công trình đã cho thấy dưới tác dụng tải trọng
ngoài, trọng lượng kết cấu công trình và hệ thống móng. Nếu vượt quá khả năng
chịu lực của nền thì đất nền có thể bị đẩy trồi ra xung quanh móng, làm cho toàn
bộ công trình xây trên nó bị mất ổn định và gây ra lún quá nhiều cho công trình
Trạng thái giới hạn của nền và công trình là trạng thái mà công trình không còn
thỏa mãn được những yêu cầu về sử dụng đã đề ra.
Theo quan niệm thiết kế thì công trình cùng với nền của nó được gọi là đạt
trạng thái giới hạn khi bị mất ổn định tức là bị trượt, bị lật hoặc khi kết cấu công
trình bị hư hỏng toàn bộ do nền không đủ sức chịu tải hoặc bị nén lún quá nhiều.
Do đó, khi xét trạng thái giới hạn của một công trình cụ thể chúng ta không thể
tách rời đặc điểm của kết cấu công trình với tính chất, điều kiện làm việc của
công trình và nền của chúng. Thực tế một số công trình cho thấy những công trình
chịu tác dụng chủ yếu của tải trọng thẳng đứng thường bị nứt nẻ, nghiêng, lệch do
bị lún trong khi nền bên dưới còn đủ sức chịu tải. Ngược lại, những công trình
chịu tác dụng thường xuyên của tải trọng ngang tương đối lớn thì thường bị mất
ổn định do đất nền không đủ sức chịu tải gây ra trượt phẳng, trượt sâu hay trượt
hỗn hợp. Tuy nhiên, cũng có những loại công trình có kết cấu phức tạp làm việc

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

7

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

trong những điều kiện phức tạp như công trình thủy lợi thì có thể bị hư hỏng do cả
hai hình thức nêu trên.
Từ những quan điểm nêu trên, chúng ta biết rằng đối với việc thiết kế
công trình trên nền đất phải tính toán phân biệt hai trạng thái giới hạn:
−

Thứ nhất là trạng thái giới hạn do mất khả năng chịu tải hoặc do không sử

dụng được bao gồm các hình thức như: mất ổn định chung về hình dạng, mất ổn
định về vị trí, phá hoại dòn, mỏi hoặc phá hoại theo các đặc trưng khác. Phá hoại
do tác dụng của những yếu tố lực và ảnh hưởng bất lợi của môi trường xung
quanh làm thay đổi về chất lượng của hình dạng bên ngoài, dao động cộng
hưởng.
−

Thứ hai là trạng thái giới hạn do không sử dụng bình thường được, bao

gồm những trạng thái gây khó khăn trở ngại cho việc sử dụng bình thường kết
cấu và nền hoặc làm giảm tuổi thọ của chúng do xuất hiện những chuyển vị
pghI

không cho phép như uốn, lún, quay, dao động, nứt,…
Sau đây là đồ thị từ kết quả thí nghiệΟm bàn nén ở hiện trường của nền chịu
tác dụng của tải trọng thẳng đứng, có thể xét được các giai đoạn biến dạng của
đất nền:

Ι

ΙΙΙ

pghII
S

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

ΙI

Giai đoạn Giai đoạn Giai đoạn
nénchặt trượt
pháhoại

P

8

HVTH: Mai Bảo Phương


Luận văn cao học

Hình 2.1 Đồ thị quan hệ giữa độ lún và tải trọng
Khi tải trọng còn nhỏ hơn pghI, độ lún sinh ra chủ yếu do sự nén chặt đất, tức
là do thể tích lỗ rỗng của đất giảm, quan hệ giữa độ lún và tải trọng có đặc trưng
gần như tuyến tính. Trong phạm vi tải trọng này, độ lún theo thời gian có xu
hướng tiến tới ổn định, đó là giai đoạn nén chặt I (hình 2.1).
Khi tải trọng lớn hơn pghI nhưng nhỏ hơn pghII, do bắt đầu có các hạt đất trượt
lên nhau phát triển từ mép móng trở ra, nên độ lún sinh ra vừa do chuyển vị
thẳng đứng vừa do chuyển vị nằm ngang của các hạt đất. Trong phạm vi giai
đoạn này, quan hệ giữa độ lún và tải trọng có đặc trưng phi tuyến, độ lún có xu

hướng không tiến tới ổn định theo thời gian, đó là giai đoạn trượt cục bộ II.
Đầu giai đoạn trượt cục bộ, đất nền còn đủ khả năng chịu tải, nhưng đến cuối
giai đoạn này, phạm vi trượt của các hạt đất ngày càng mở rộng, đồng thời một
nêm đất đàn hồi dần dần được hình thành ngay dưới đáy móng (hình 2.2).

D

A

Ο

D'

A'

C

C'
B

Hình 2.2 Sự hình thành nêm đất đàn hồi.

GVHD: TS. Trần Thu Tâm

9

HVTH: Mai Bảo Phương