Xem mẫu

  1. TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO SÂU TRẦN THƢƠNG BÌNH* Stress- deformation status of soil around deep excavation Stress-deformation status of soil massive is very complicated and depends so much on action feature of load. The paper deals with the difference in stress-deformation status of soil in the case of loading vertical and of decreasing horizontal load such as deep excavation problem. In the conclusion the paper confirms the needfullness of triaxial test using confining pressure decreasing for determining the behave of soil around deep excavation. Key words: Trixial, excavation. ĐẶT VẤN ĐỀ * hố đào sâu với đất nền dưới móng công trình để Trạng thái ứng suất biến dạng của đất nền là cho thấy sự cần thiết có các thí nghiệm nén ba phức tạp và phụ thuộc vào đặc điểm tác động trục giảm ứng suất ngang. của tải trọng công trình. Dưới tải trọng tác động 1. SỰ BIẾN ĐỔI CỦ TR NG THÁI thẳng đứng trong một giới hạn nhất định, nền ỨNG SUẤT BIẾN D NG THEO HƢỚNG đất được tăng bền, đồng thời tăng độ tin cậy của TÁC ĐỘNG CỦ TẢI TRỌNG ổn định của công trình trong thiết kế. Trong một a) Đối với tải trọng phụ thêm tác động số trường hợp khác, ví dụ, khi thi công hố đào thẳng đứng sâu, hình ảnh trạng thái ứng suất biến dạng của Từ năm 1934 Frohlich đã đưa ra biểu thức đất nền lại hoàn toàn khác. Trong trường hợp tổng quát nhất xác định sự phân bố ứng suất này, đất nền bị giảm tải tác động theo phương trong môi trường đất dưới tải trọng đứng tập ngang và không tạo ra sự nén chặt tăng bền. trung phụ thuộc vào hệ số biến dạng ngang  1 Nhận thức này đặc biệt quan trọng đối việc mô (  1) dP r   (cos )  hình hóa điều kiện làm việc của đất trong các thí  2 r 2 nghiệm trong phòng xác định các thông số tính Ở đây, r là ứng suất trong khối đất dưới tác toán nền và móng. Hiện nay, thí nghiệm nén ba động của tải trọng thẳng đứng P tại điểm xác trục theo sơ đồ gia tải đứng thường được áp định bằng khoảng cách r và góc nghiêng β. dụng cho tất cả các trường hợp, kể cả trong thí Trong bán không gian vô hạn đồng nhất đẳng nghiệm phục vụ tính toán thiết kế thi công hố hướng, xét trạng thái ứng suất trước với sau khi đào sâu với đất nền xung quanh chúng bị giảm chất tải đứng của một phân tố đất ở độ sâu h ứng suất ngang đó, dẫn đến các kết quả tính trong đới ảnh hưởng của tải trọng công trình, sẽ toán dự báo ứng xử của đất khác nhiều với thực nhận thấy những biến đổi như sau: tế đo đạc. Bài này phân tích sự sai khác về trạng -Trước khi chất tải đứng có các thành phần thái ứng suất biến dạng của đất nền xung quanh ứng suất Thành phần thẳng đứng zt = h * Thành phần ứng suất nằm ngang x= z Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội K10 Nguyễn Trãi, Hà Đông, Hà Nội Trong đó, z> x nên có ứng suất lệch DĐ: 0913537260 =z-x Email:binhviht@gmail.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 3
  2. - Sau khi chất tải đứng, giá trị tăng của ứng b) Đối với tải trọng tác động ngang giảm như suất thẳng đứng được xác định bởi = a.P. trong trường hợp đào các hố đào Trong đó, a là hệ số phụ thuộc vào diện chịu tải, Trong bán không gian vô hạn đồng nhất đẳng tọa độ của phân tố và đặc điểm của tải trọng. hướng, xét trạng thái ứng suất trước với sau khi Đồng thời, khi tăng  sẽ xảy ra biến dạng giảm tải ngang của một phân tố đất ở độ sâu h thẳng đứng ez của phân tố với giá trị như sau: trong đới ảnh hưởng của của hố đào và lân cận ez= /E và ex= ez với vách hố đào, sẽ nhận thấy những biến đổi Do đó, trạng thái ứng suất của phân tố thay như sau: đổi như sau: -Trước khi giảm tải ngang có các thành phần Thành phần ứng suất thẳng đứng zs = zt + ứng suất  = h + a.P Thành phần thẳng đứng zt = h Thành phần ứng suất nằm ngang x= z + Thành phần ứng suất pháp nằm ngang x= z E. ez Trong đó, z> x nên có ứng suất lệch Trong đó, - hệ số biến dạng ngang =z-x zt , zs - ứng suất thẳng đứng trước và sau -Sau khi giảm tải ngang, ứng suất thẳng đứng khi tăng tải ở đó không thay đổi, nhưng ứng suất ngang x ứng suất ngang giảm, giá trị nhỏ nhất ở thành hố và tăng dần  hệ số áp lực ngang vào trong khối đất. Giả sử giá trị ứng suất ngang So sánh trước với sau khi chất tải, có thể thấy ở phân tố giảm một giá trị x thì ứng suất cả hai thành phần ứng suất đều tăng, nhưng sự lệch sẽ tăng một giá trị tương ứng: tăng ứng suất ngang là bị động do thành phần ứng =z-(x-x) = z- x+x suất đứng gây ra và bị ràng buộc bởi điều kiện của Khi đó xẩy ra sự biến dạng thẳng đứng ez của biểu thức gần đúng Kerisel và Quatre’s (1968) phân tố với giá trị như sau: 2ex=ev-ez ez= /E và ex= ez Theo đó, sự biến đổi ex theo ez phụ thuộc vào Do đó, trạng thái ứng suất của phân tố thay biến dạng thể tích ev nên biến đổi của x phụ đổi như sau: thuộc vào ev Nhưng với bất kỳ giá trị nào của ev Thành phần ứng suất thẳng đứng zs = zt = h thì cũng không thể có ứng suất ngang giảm vì Thành phần ứng suất nằm ngang x= z phần thể tích đất giảm đi được thay thế vào - x phần thể tích đế móng. Điều đó, cho thấy khi trong đó, - hệ số biến dạng ngang tăng tải đứng, biến dạng ngang, hệ số biến dạng zt , zs - ứng suất thẳng đứng trước và sau ngang và ứng suất ngang đều tăng. khi tăng tải Từ phân tích trên, liên hệ với mẫu đất trong x ứng suất ngang buồng ba trục có thể xem phân tố đất trong bán  hệ số áp lực ngang không gian vô hạn chịu tác dụng của tải trọng So sánh trước với sau khi chất tải sẽ thấy công trình là mẫu đất trong buồng ba trục chịu thành phần ứng suất đứng không đổi, ứng suất tác dụng dọc trục, với ứng suất ban đầu và tải ngang giảm. Trong đó, sự giảm ứng suất ngang trong dọc trục được xác định sơ bộ theo điều là chủ động gây ra biến dạng ngang, lúc này kiện tồn tại của nó trong bán không gian vô hạn. biến dạng đứng là bị động. Giữa biến dạng Như thế, sự biến đổi trạng thái ứng suất biến ngang và biến dạng đứng bị ràng buộc bởi điều dạng của mẫu thí nghiệm theo sơ đồ tăng tải kiện của biểu thức Kerisel và Quatre’s (1968) đứng sẽ diễn tả sự biến đổi trạng thái ứng suất và giá trị của hệ số biến dạng ngang  còn phụ của phân tố trong nền. thuộc vào biến dạng thể tích ev. 4 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015
  3. Từ phân tích trên liên hệ với mẫu đất trong Chia cả tử và mẫu của (2) cho HR2, và với buồng ba trục có thể xem phân tố đất trong bán V  ev  và e1  H , khi đó mối quan hệ giữa không gian vô hạn chịu ảnh hưởng của hố đào là HR 2 H mẫu đất ở trong buồng ba trục chịu tác dụng ba thành phần biến dạng sẽ như sau: giảm áp suất trong buồng trong khi tải trọng dọc 1  ev e2 = 1 (3) trục không đổi, với ứng suất ban đầu và tải trong 1  e1 dọc truc được xác định sơ bộ theo điều kiện tồn Từ (3) có thể thấy: tại của mẫu đất. Như thế, sự biến đổi trạng thái 1  ev ứng suất biến dạng của mẫu xem như là sự biến - e2 e1. Tóm lại, vai trò bị động và chủ động của các Đây là trường hợp tăng tải ngang trong ứng thành phần ứng suất biến dạng là sự khác biệt xử của nền đất khi đóng cọc hoặc hạ các kết cấu cơ bản nhất giữa hai dạng ứng xử, là nguyên tường vây không khoan đào. nhân dẫn đến nhiều khác biệt quan trọng mà 1  ev - e2> 0, chỉ khi  1 tức là phải có thông qua thí nghiệm mô phỏng bằng ba trục giá 1  e1 trị biến dạng ngang, quá trình biến dạng đến 1  ev  1  e1 suy ra ev< e1. trạng thái giới han sẽ được làm sáng tỏ. 2. BIẾN D NG NG NG VÀ HỆ SỐ BIẾN Ở đây xảy ra hai trường hợp: tăng tải đứng D NG NG NG ev> 0 và giảm tải ngang ev< 0. Nếu gọi thể tích ban đầu của mẫu hình trụ là Với K là modul đàn hồi thể tích của đất, có: P 1 V   H .R 2 . Tại một thời điểm trong quá trình ev  với P  ( 1  2 3 ) biến dạng, mẫu có chiều cao giảm H và chiều K 3 rộng tăng là R khi đó thể tích mẫu sẽ là Do đó khi P tăng là trường hợp tăng tải, biến ( H   H ) ( R   R ) 2 và sẽ có: dạng thể tích của mẫu sẽ làm mẫu nhỏ đi, ngược lại khi giảm P, biến dạng thể tích làm mẫu tăng  H .R 2  ( H   H ) ( R   R )2  Vtp  0 hay mẫu nở ra Như vậy, trường hợp dỡ tải Trong đó, H- Chiều cao mẫu đất ngang với biến dạng ngang là e2g luôn có ev> 0, R- bán kính tiết diện mẫu đất và trường hợp chất tải đứng với biến dạng H- biến dạng dọc mẫu đất ngang là e2t luôn có eve2t R- biến đổi đường kính mặt ngang trung Khi không có biến dạng thể tích ev=0, e1=2e2 bình của mẫu đất hay = 0.5. Suy ra: ( H  H )R2  2( H  H )RR  H R2  V  0 nếu ev0 thì e1> 2e2 tức là hệ số biến dạng H  H ngang > 0.5 Từ biểu thức (1) chia 2 về cho R và với Tóm lại, hệ số biến dạng ngang của một phân R tố đất ở trong nền khi tăng tải đứng thì 0.5. Tuy nhiên,  2 V khi tính toán dự báo dịch chuyển thành hố đào  HR   bằng giá trị biến dạng ngang dựa trên các bảng  e2  1   (2) H   H  tra, hoặc kết quả thí nghiệm ba trục với đất bão ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 5
  4. hòa xác định biến dạng thể tích bằng thể tích =0 là như nhau, nhưng khác nhau càng nhiều nước thoát ra khỏi mẫu, tất cả đều có giá trị với đất có góc ma sát càng lớn.  0, với >0 ag  và b  2 1  sin  1  sin  ev   2tg  (C  E ) > 0 vì So sánh at với ag và bt với bg thì a = at - ag ≥ E (tg  C ) >0 0 và b = bt -bg≥0, khi  càng lớn thì a và b (C  E ) càng lớn. Và khi =0 thì a=b=0 . theo đó, ev > 0 khi và chỉ khi   tg Từ diễn giải trên có thể khẳng định, quá trình -Trường hợp giảm tải ngang ev < 0, với  > 0 đạt đến trạng thái giới hạn giữa sơ đồ thí nghiệm ev   2tg  (C  E )
  5. vì E (tg  C ) >0 của tải trọng và quy luật biến đổi giá trị các (C  E ) thông số như hệ số biên dạng ngang, biến dạng theo đó, ev > 0 khi và chỉ khi   tg thể tích, độ bền cũng khác nhau. Khi tính toán thiết kế áp dụng hệ số là các hằng số để chuyển đổi giữa các thông số của bài toán gia tải đứng với giảm tải ngang sẽ không có được kết quả tính toán chính xác. Cần thiết mô hình hóa điều kiện làm việc thực tế của đất để xác định các thông số đầu vào phục vụ thiết kế. Bài toán thiết kế thi công hố đào sâu là một ví dụ điển hình. TÀI LIỆU TH M KHẢO 1. Đào Huy Bích (1990). “Cơ học môi trường liên tục”, Nhà in trường Đại học Tổng hợp Hà Nội Hình 1 Đồ thị quan hệ ev –ở trạng thái 2. Đào Huy Bích (2000), “Lý thuyết đàn hồi”, cân bằng Nhà xuất bản đại học Quốc gia Hà Nội. 3. Trần thương Bình (2005), “ Nghiên cứu Như vậy, độ bền của đất khi giảm tải ngang sự biến đổi sức kháng cắt của đất hệ tầng Thái luôn nhỏ hơn so với khi tăng tải đứng và giá trị Bình trên mô hình thí nghiệm động”. Tuyển tập lớn nhất của nó bị ràng buộc bởi các thông số khoa học toàn quốc địa chất công trình và môi theo mối quan hệ trường tr.238-242 . (C  E )   4. P.Purushothama Raj (1995), tg “Geotechnical.Engineering”, New York. Hình 1 chỉ ra đồ thị quan hệ giữa biến dạng 5. R. Whitlow (1997), “Cơ học đất”, NXB thể tích và độ lệch ứng suất. Giáo dục. KẾT LUẬN 6. Arnold Verrujit (2005), “Soil Dynamic”, Trạng thái ứng suất biến dạng của nền đất là Delft University of Technology. rất khác nhau phụ thuộc vào đặc trưng tác động Người phản biện: PGS.TS. NGUYỄN BÁ KẾ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 7
nguon tai.lieu . vn