Ung Dung Plaxis Trong Tinh Toan Phu My Hung

8/6/2019 Ung Dung Plaxis Trong Tinh Toan Phu My Hung

http://slidepdf.com/reader/full/ung-dung-plaxis-trong-tinh-toan-phu-my-hung 1/8

406

Bảng 1: Địa chấ t khu vự c Nam Sài GònLớ p đất Cao trình

(m) γsat

(kN/m3)W

(%)WL

(%)WP

(%)C’

(kN/m2)ϕ’(0)

Eoed

(kN/m2)k x=k y

(m/ngày)Cc Cs

bùn sét màuxám tr ạngthái chảy

0-16 14,7 89,59 74,5 45,5 8,6 6,85 570 4.10-4 0,957 0,147

Ứ NG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS NGHIÊN CỨ U Ứ NG XỬ CÔNGTRÌNH ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU KHU ĐÔ THỊ MỚ I PHÚ MỸ HƯ NG -

NAM SÀI GÒN.

Thái Vũ Quốc Dươ ng1) , Trà Thanh Phươ ng2)

1) Học viên Cao học Chuyên ngành Địa K ỹ thuật Xây dựng - Tr ườ ng Đại học Bách khoa TPHCM2) Khoa K ỹ Thuật Xây Dựng - Tr ườ ng Đại học Bách khoa TPHCM

BẢN TÓM TẮT

Trong những năm gần đây, phươ ng pháp phần tử hữu hạn đượ c phát triển mạnh trong ngànhmô phỏng công trình. Trong bài viết này, sử dụng chươ ng trình Plaxis (version 7.2) để giải các bàitoán: gia tải từng đợ t của công trình đườ ng đắ p bằng cát, gia tải từng đợ t k ết hợ p vớ i vải địa k ỹ thuậtvà gia tải từng đợ t k ết hợ p vớ i hệ thống rãnh cát trong môi tr ườ ng đất yếu ở khu đô thị mớ i Phú Mỹ Hưng-Nam Sài Gòn. Chỉ xét quá trình tính lún sơ cấ p. Không xét ảnh hưở ng lún do từ biến.

ABSTRACT

In recent years, the finite element method has been developed greatly to model in geotechnicalengineering. In this paper, applied Plaxis (version 7.2) program to carry out practical problems such asstaged construction of sand embankment, staged construction combine with geotextiles to reinforceembankment and staged construction together with sand trenches to improve below-ground subsoil innew urban area of Phu My Hung-South Sai Gon. Considering primary consolidation settlementwithout any creep effects.

1.Giớ i thiệuKhu vực Nam Sài Gòn có cấu trúc địa

tầng khá phức tạ p. Tầng đất bùn sét (cố k ếtthườ ng) màu xám xanh, ở tr ạng thái chảy có bề

dày lớ n, dao động trong khoảng 2m đến 16m,trong lớ p bùn sét còn có những lớ p thấu kínhcát xen k ẹ p, không liên tục. Mực nướ c ngầmsâu 2m tính từ mặt đất. Do đó, khi xây dựngcông trình cần có những biện pháp thích hợ pđể xử lý, cải tạo nền đất ở khu vực này.

2. Địa chất khu vự c Nam Sài Gòn

3. Mô hình phần tử hữ u hạn của công trìnhđắp trên đất yếu3.1 Mô hình bài toán gia tải từ ng đợ t

Trong bài viết này, trình bày công

trình đườ ng đắ p bằng cát có bề r ộng đáyđườ ng là 38m, bề r ộng mặt đườ ng là 30m, máidốc taluy là 1:2. Chiều cao đắ p là 2m. Ở bêndướ i công trình đắ p là lớ p đất bùn sét xámxanh ở tr ạng thái chảy. Bên dướ i là lớ p sétkhông thấm. Đây là bài toán phẳng, sử dụng phần tử tam giác có 15 nút .

Gia tải từng đợ t tức là đắ p đất từng lớ pmột, mỗi lớ p dày 0,5m. Sau khi đắ p lớ p 1, để

cho nền cố k ết ổn định mớ i đắ p lớ p 2, tuần tự như thế đắ p lớ p 3, lớ p 4 và lớ p bù lún (lớ p 5).



407

Hình 1: Mô hình nề n và đấ t đắ p đượ c mô hình hóa bằ ng l ướ i phần t ử và các đ iể m khảo sát A,B,C,D,E,F,H

Bảng 2: Các thông số cho mô hình Soft SoilLớ p đất λ* κ* C’

(kN/m2)ϕ’(0)

ψ (0)

νur

Bùn sét 0,123 0,042 8,6 6,85 0 0,15

Bảng 3: Các thông số cho vật liệu đắ p

Vật liệu Eoed (kN/m2) ν’ C’(kN/m2)

ϕ’(0)

ψ (0)

Cát trung 15000 0,30 1 28 0

Chiều cao của công trình đắ p cao 2m.Mỗi đợ t đắ p cao 0,5m. Do đó, tất cả có 4 đợ t

đắ p. Sau mỗi đợ t đắ p thì thờ i gian cố k ết lầnlượ t là 30 ngày, 60 ngày, 90 ngày, 120ngày. So sánh k ết quả tính. Đối vớ i đợ t cuối

cùng tính thờ i gian cố k ết cho tr ườ ng hợ páp lực lỗ r ỗng bằng 1kN/m2. Sau mỗi quátrình tính cố k ết cần phải cậ p nhật lại hệ lướ i(updated mesh).

3.2 Mô hình cho bài toán gia tải từ ng đợ tk ết hợ p vớ i rãnh cát

Rãnh cát đượ c mô phỏng có bề r ộng bnhư sau: 20cm, 30cm, 40cm và 50cm. Chiềudài L của rãnh cát thay đổi như sau: 2m, 4m,6m và 8m. Hệ lướ i của phần tử đượ c thể hiệntrong hình 2.

Trong bài toán này, sau khi tiến hành

thay cát trong rãnh, cần phải tính toán ứng suất ban đầu phươ ng đứng và ngang theo tr ườ nghợ p “gravity loading” chứ không phải tính

theo K 0 NC như phươ ng pháp thông thườ ng. Vật

liệu rãnh cát cùng loại vớ i vật liệu làm đất đắ pvà có k x=k y=0,5m/ngày

4. Mô hình vật liệu và nhữ ng thông số để giải bài toán

Nền đất dướ i công trình đắ p đượ c tínhtheo mô hình vật liệu: Soft Soil model.

Mô hình này gồm 6 thông số cơ bản:độ dốc của đườ ng nén λ*, độ dốc của đườ ng

nở κ* trong hệ tọa độ (lnp’,v), lực dính hữuhiệu C’, góc ma sát hữu hiệu ϕ’, góc giãn nở ψ, hệ số Poisson cho tr ườ ng hợ p chất tải – dở

tải νur Chọn mô hình Mohr – Coulomb cho

đất đắ p là cát, có tính chất như Bảng 3.

5 K ết quả của quá trình phân tích5.1 Ảnh hưở ng của mô hình đối vớ i thờ igian cố k ết và quá trình lún trong bài toángia tải từ ng đợ t

Độ lún tại các vị trí A, B, C nằm trênđườ ng tr ục của công trình đắ p (hình 1) sẽ giảm

Hình 2: Mô hình phần t ử của bài toán gia t ải t ừ ng đợ t k ế t hợ p vớ ì rãnh cát



408

Hình 3: Độ lún U y theo thờ i gian t ại các vị trí A, B, C tr ườ ng hợ p chiề u cao mỗ i đợ t đắ p 50cm ( đắ p 4 đợ t) và thờ i

gian cố k ế t mỗ i đợ t 90 ngày

Hình 4: Chuyể n vị ngang U x theo thờ i gian t ại các vị trí D, E, F tr ườ ng hợ p chiề u cao mỗ i đợ t đắ p 50cm ( đắ p 4 đợ t)và thờ i gian cố k ế t mỗ i đợ t 90 ngày

Hình 5: Quan hệ áp l ự c nướ c l ỗ r ỗ ng thặ ng d ư và thờ i gian t ại các vị trí A, B, C tr ườ ng hợ p chiề u cao mỗ i đợ t đắ p50cm ( đắ p 4 đợ t) và thờ i gian cố k ế t mỗ i đợ t 90 ngày

dần khi các điểm càng xa mặt đất (hình 3). Áplực nướ c lỗ r ỗng thặng dư sẽ tăng theo độ sâu(hình 5)

5.2 Ảnh hưở ng của thờ i gian cố k ết mỗi đợ tđắp đối vớ i quá trình lún trong bài toán giatải từ ng đợ t



409

Hình 6: Độ lún theo thờ i gian cố k ế t trong mỗ i đợ t đắ p t ại vị trí A tr ườ ng hợ p chiề u cao mỗ i đợ t đắ p 50cm

Hình 7: Áp l ự c nướ c l ỗ r ỗ ng thặ ng d ư theo thờ i gian trong mỗ i đợ t đắ p t ại vị trí B tr ườ ng hợ p chiề u cao mỗ i đợ t đắ p 50cm

Khi giảm thờ i gian cố k ết mỗi đợ t đắ pthì độ lún cố k ết ở cuối mỗi đợ t đắ p sẽ giảmnhưng không đáng k ể (hình 6). Do đó đắ p từngđợ t trong khoảng thờ i gian ngắn sẽ có lợ i hơ nvề thờ i gian thi công. Áp lực nướ c lỗ r ỗngthặng dư tăng không đáng k ể khi giảm thờ igian cố k ết của từng đợ t đắ p (hình 7)

5.3 Ảnh hưở ng chiều dài, bề rộng và khoảngcách của rãnh cát đối vớ i quá trình lúntrong bài toán gia tải từ ng đợ t k ết hợ p vớ irãnh cát5.3.1 Ảnh hưở ng của chiều dài L của rãnhcát

Khi cho bề r ộng b rãnh cát và khoảngcách D giữa 2 rãnh cát không thay đổi giá tr ị mà chỉ tăng chiều dài L của rãnh cát. Tốc độ

lún theo thờ i gian tỷ lệ thuận vớ i chiều dài củarãnh cát trong giai đoạn đắ p từng đợ t (hình 8).Thờ i gian cố k ết cuối cùng giảm nếu chiều dàicủa rãnh cát tăng (hình 9). Do đó, rãnh cát làmtăng nhanh quá trình cố k ết và rút ngắn thờ igian cố k ết của nền đất yếu

5.3.2 Ảnh hưở ng của bề rộng b của rãnh cátKhi tăng bề r ộng b rãnh cát thì độ lún

cố k ết sẽ giảm trong quá trình đắ p từng đợ t vàsau khi đắ p (hình 10, 11). Do đó, rãnh cát cótác dụng gia cố nền đất yếu

5.3.3 Ảnh hưở ng của khoảng cách D giữ a 2rãnh cát



410

Hình 8: Quan hệ giữ a thờ i gian– độ lún t ại đ iể m A tr ườ ng hợ p chiề u dài rãnh cát thay đổ i trong khoảng thờ i gianđắ p t ừ ng đợ t (bề r ộng rãnh cát b=50cm và khoảng cách rãnh cát D=1,5m)

Hình 9: Quan hệ giữ a thờ i gian– độ lún t ại đ iể m A tr ườ ng hợ p chiề u dài rãnh cát thay đổ i(bề r ộng rãnh cát b=50cm và khoảng cách rãnh cát D=1,5m)

Hình 10: Quan hệ giữ a thờ i gian– độ lún t ại đ iể m A tr ườ ng hợ p bề r ộng rãnh cát thay đổ i trong giai đ oạn đắ p t ừ ng đợ t (chiề u dài rãnh cát L=8m và khoảng cách rãnh cát D=1,5m)

Khi cho bề r ộng b rãnh cát và chiều dài L rãnhcát không thay đổi giá tr ị mà chỉ tăng khoảngcách D của rãnh cát thì độ lún trong giai đoạnđắ p từng đợ t hầu như không thay đổi nhiều. Nhưng lại tăng dần sau khi k ết thúc giai đoạnđắ p (hình 12).

5.4 Ảnh hưở ng của vải địa k ỹ thuật đối vớ ichuyển vị ngang công trình

Đắ p công trình thành 8 đợ t k ết hợ p vớ ivải địa k ỹ thuật cho mỗi đợ t đắ p (khoảng cáchgiữa 2 lớ p vải địa k ỹ thuật là: 25cm). Thờ i gian



411

Hình 11: Quan hệ giữ a thờ i gian– độ lún t ại đ iể m A tr ườ ng hợ p bề r ộng rãnh cát thay đổ i trong giai đ oạn sau khiđắ p (chiề u dài rãnh cát L=8m và khoảng cách rãnh cát D=1,5m)

Hình 12: Quan hệ giữ a thờ i gian– độ lún t ại đ iể m A tr ườ ng hợ p khoảng cách D của rãnh cát thay đổ i trong giai đ oạn sau khi đắ p (bề r ộng rãnh cát b=50cm và chiề u dài rãnh cát L=8m)

cố k ết mỗi đợ t đắ p là 45 ngày. Khi sức chịukéo của vải địa k ỹ thuật tăng lên thì chuyển vị ngang tại điểm H (hình 1) sẽ giảm. Khi khôngdùng vải địa k ỹ thuật và dùng vải có sức chịu

kéo tăng từ 14kN/m (vải cuộn treviraspunbond-1112-loại vải: không dệt), 160kN/m(vải cuộn nicolon-1250 (nhóm HP)-loại vải:dệt), 335kN/m (vải cuộn nicolon-1900 (nhómHS)-loại vải: dệt) thì chuyển vị ngang Ux sẽ

giảm tươ ng ứng như hình 13.Khi chiều dày mỗi đợ t đắ p có k ết hợ pvải địa k ỹ̃ thuật tăng thì chuyển vị ngang lớ nnhất tại điểm H cũng tăng (hình 14)

Do đó, đắ p từng đợ t có k ết hợ p vải địak ỹ thuật có chiều dày càng nhỏ thì chuyển vị ngang của mái dốc càng nhỏ

5.5 Phân tích tính ổn định của công trìnhđắp

Khi vải địa k ỹ thuật có sức chịu kéotăng thì hệ số an toàn (FS) của từng đợ t đắ p

hay của toàn công trình hầu như tăng (bảng 4).

5.6 So sánh 2 trườ ng hợ p gia tải từ ng đợ t vàgia tải từ ng đợ t k ết hợ p vớ i rãnh cát

Độ lún của tr ườ ng hợ p gia tải từng đợ t

k ết hợ p vớ i rãnh cát lớ n hơ n tr ườ ng hợ p gia tảikhông k ết hợ p vớ i rãnh cát (hình 15). Thờ igian cố k ết cuối cùng của tr ườ ng hợ p dùngrãnh cát nhỏ hơ n không dùng rãnh cát (hình16).



412

Bảng 4: Quan hệ giữ a hệ số an toàn công trình và sứ c chịu kéo của vải địa k ỹ thuật tr ườ ng hợ p chiề u dày mỗ i đợ t đắ p 50cmvà thờ i gian cố k ế t mỗ i đợ t đắ p 90 ngày

Không có vảiđịa k ỹ thuật

Vải có sức chịu kéo14kN/m (vải cuộn

trevira spunbond-1112)

Vải có sức chịukéo 160kN/m (vải

cuộn nicolon-1250(nhoùm HP))

Vải có sức chịu kéo335kN/m (vải cuộn

nicolon-1900(nhoùm HS))

FS của đợ t đắ p thứ 1 3.32 3.75 3.83 4.92FS của đợ t đắ p thứ 2 2.27 2.37 3.62 3.54FS của đợ t đắ p thứ 3 1.92 2.75 2.45 2.60FS của đợ t đắ p thứ 4 1.68 2.00 1.99 2.13

FS của toàn công trình 1.70 2.31 2.38 2.44

Hình 13: Chuyể n vị ngang Ux t ại đ iể m H trong tr ườ ng hợ p khoảng cách giữ a các l ớ p vải địa k ỹ thuật 25cm và vải có sứ cchịu kéo thay đổ i

Hình 14: Chuyể n vị ngang Ux taị đ iể m H trong tr ườ ng hợ p khoảng cách giữ a 2 l ớ p vải địa k ỹ thuật l ần l ượ t: 25cm, 50cm,100cm (sử d ụng vải có sứ c chịu kéo 14kN/m)

6. K ết luận

Công trình đắ p trên nền đất yếu đãđượ c thực hiện trên chươ ng trình Plaxis thôngqua việc nghiên cứu mô hình nền soft soil về độ lún, chuyển vị ngang, thờ i gian cố k ết, áp

lực nướ c trong lỗ r ỗng. Những k ết luận đãđượ c rút ra:- Rãnh cát xem như vật liệu thoát nướ c thẳngđứng làm tăng nhanh quá trình cố k ết của nền.- Khi chiều dài rãnh cát tăng lên thì độ lún cố k ết tăng trong mỗi đợ t đắ p. Thờ i gian cố k ếtcuối cùng cũng giảm.



413

Hình 15: Quan hệ giữ a thờ i gian và độ lún t ại đ iể m A trong tr ườ ng hợ p không dùng rãnh cát và dùng rãnh cát trong giai đ oạn thi công mỗ i đợ t và thờ i gian cố k ế t mỗ i đợ t đắ p 90 ngày

Hình 16: Quan hệ giữ a thờ i gian-độ lún t ại đ iể m A trong tr ườ ng hợ p không dùng rãnh cát và dùng rãnh cát

- Khi tăng bề r ộng rãnh cát thì độ lún cố k ếtgiảm trong mỗi đợ t đắ p : Rãnh cát có tác dụnggia cố nền đất yếu.- So sánh giữa có và không có rãnh cát (H.16)nhận thấy thờ i gian cố k ết và độ lún của haitr ườ ng hợ p không chênh lệch nhiều, do đó để kinh tế có thể chọn phươ ng án không rãnh cát.

- So sánh giữa có dùng vải địa k ỹ thuật vàkhông dùng vải (H.13) và hệ số an toàn (bảng4) nhận thấy không dùng vải, công trình vẫnđạt độ an toàn cho phép.- So sánh độ lún sau mỗi đợ t đắ p 30, 60 ngày… (H.6) và áp lực lổ r ỗng thặng dư (H.7) nhậnthấy r ằng để rút ngắn thờ i gian thi công, chọnmỗi đợ t đắ p 50cm và thờ i gian cố k ết 30 ngàylà hợ p lý.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bauduin C.M., De Vos M., Vermeer P.A., “Back analysis of staged embankment failure:the case study Streefkerk”2. Bergado, Chai, Muira và Balasubramaniam,“PVD improvement of soft Bangkok clay”

3. Bùi Đức Hợ p, “ Ứ ng dụng vải và lướ i địak ỹ thuật trong xây dựng công trình”4. Vermeer P.A., “The Vaasa trialembankment”, bulletin no. 7,8,9

Documents

Ung Dung Plaxis Trong Tinh Toan Phu My Hung