Ung suat ban than cua dat nen co anh huong boi thanh phan hat cua dat hay khong?

Bạn thử tham khảo tài liệu này xem thế nào nhe Đặc điểm ứng suất - biến dạng của đất nền xung quanh cống tròn chôn sâu ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Cống ngầm chôn sâu là một trong những giải pháp hợp lý nhất được lựa chọn cho công trình thu góm và xử lý nước thải ở TP. HCM. Việc lắp đặt xây dựng cống tròn ở độ sâu lớn trong lớp cát mịn lẫn bột bên dưới lớp đất yếu không gây ảnh hưởng lên các công trình hiện hữu. Căn cứ trên cơ sở điều kiện địa chất khu vực, thực hiện phân tích ứng xử ứng suất- biến dạng của đất xung quanh cống ngầm dạng tròn có xét đến quá trình thi công bằng phương pháp kích đẩy với điều kiện có hệ thống cân bằng áp lực đất và nước ngầm. Ngoài ra, việc tính toán phân tích còn cho phép xét đến khả năng long rời đất trong quá trình thi công và ảnh hưởng của nó lên đặc điểm ứng suất - biến dạng của đất nền. 1. Đặc điểm điều kiện địa chất công trình khu vực và giải pháp cho công trình thu gom nước thải. Do đặc thù điều kiện địa chất công trình của khu vực TP. HCM có lớp trầm tích trẻ có bề dày khá lớn nên việc chọn lựa phương pháp xây dựng công trình thoát nước đô thị nhất thiết phải xét đến các yếu tố quan trọng hàng đầu này. Trong điều kiện đô thị, nếu thiết kế các công trình thoát nước ở độ sâu không lớn, biện pháp thi công sẽ gặp nhiều khó khăn. Thật vậy, với nhiều công trình hiện hữuc trên nền trầm tích bở rời, nhất thiết phải bố trí các công trình chống đỡ khin khai đào để tránh ảnh hưởng đến các công trình trên mặt đất. Việc này gây nhiều tốn kém và kéo dài thời gian thi công đáng kể. Ở khu vực TP. HCM, bao phủ trên hầu hết diện tích các quận 1,2,4,5,7,8,9 là các lớp trầm tích có tuổi Đệ Tứ hiện đại, chủ yếu là bùn sét. Từ mặt cắt địa chất khu vực xây dựng có thể thấy rằng lớp đất có khả năng chịu tải tương đối tốt là lớp cát mịn lẫn bột trạng thái chặt vừa nằm ngay bên dưới lớp bùn sét yếu. Nếu công trình ngầm được đặt trong tầng bùn sét yếu thì biến dạng và biến dạng lệch của công trình có thể rất lớn, Trong trường hợp cống đặt nông thì có thể gặp nhiều khó khăn trong biện pháp thi công do phải thực hiện các công trình chống đỡ tạm thời hoặc phải tiến hành xử lý nền. Do đó, các công trình ngầm thóat nước ở khu vực đô thị như TP. HCM được chọn lựa đặt ở độ sâu khá lớn. Ở các độ sâu này, đất nền tương đối tốt. Công trình ngầm ở các độ sâu này không ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định của các công trình hiện hữu bên trên. Biện pháp thi công hợp lý trong trường hợp này là đào kín. Đối với bài toán công trình ngầm đào kín, khi đất bên trong công trình được đào ra sẽ làm mất cân bằng áp lực đất trong phạm vi đào, từ đó đất nền phía dưới công trình ngầm có xu hướng nở ra còn trong quá trình sử dụng, trọng lượng công trình ngầm tăng do có chứa nước bên trong, làm cho đất nền bên dưới công trình ngầm lại có xu hướng nén xuống. Hiện tượng nén và dỡ tải này có thể thể hiện qua chỉ số nén và dỡ tải từ kết quả thí nghiệm. Mô hình đất có xét đến đặc điểm biến dạng này của đất là mô hình Camclay. Do vậy sử dụng mô hình Camclay cho bài toán đào đất và xây dựng công trình ngầm sẽ cho kết quả phù hợp với thực tế. 2. Sự phân bố ứng suất trong nền đất bở rời xung quanh công trình ngầm. Trong tính toán công trình ngầm, áp lực địa tầng là tải trọng chủ yếu. Tuỳ theo tính chất và cấu tạo địa chất, áp lực địa tầng tác dụng lên công trình ngầm có thể là thẳng đứng từ trên xuống, áp lực ngang, áp lực từ dưới công tác dụng lên và đôi khi là áp lực dọc theo chiều dài công trình. Thực tế xây dựng cho thấy rằng áp lực địa tầng lên công trình ngầm phát triển mạnh khi điểm tựa của công trình ngầm lún xuống hay biến dạng. Do đó phải thực sự cẩn trọng trong công tác thi công, tránh làm yếu đất nền. Theo nhiều tài liệu, trong thời gian thi công thường quan trắc thấy sự gia tăng áp lực địa tầng theo thời gian sau khi lắp đặt. Nguyên nhân chủ yếu cảu hiện tượng này là do độ cứng của công trình không đủ, đất nền xung quanh bị xáo trộn gây biến dạng công trình và làm gia tăng áp lực đất. Áp lực đất lên công trình không những phụ thuộc vào các đặc trưng cơ lý, cấu trúc địatầng mà còn phụ thuộc vào đặc điểm quá trình thi công. Rõ ràng trạng thái ứng suất ban đầu ảnh hưởng đáng kể lên kết quả tính toán. Do đó, kết quả bài toán phù hợp hơn nên xét điều kiện thi công thực tế. Áp lực đất dọc trục công trình ngầm theo Terzaghi có thể biểu diễn dưới dạng: x (1) Trong đó: a1: kích thước khối trượt Kích thước của khối tượt: γ : trọng lượng riêng của đất; K0: hệ số áp lực ngang, c: lực dính; φ : góc ma sát trong; q: tải trọng trên bề mặt; với z là độ sâu kể từ mặt đất dến đỉnh hầm. Trường hợp đất rời (c=0) và áp lực tác dụng trên bề mặt không có, tức là q = 0, ta thấy: (2) Ở độ sâu khá lớn dưới mặt đất, khi giá trị z lớn hơn đáng kể so với a1 nên xem như n =∞, ta được: (3) Terzaghi cho rằng hệ số K0 = σx/σy dọc trục công trình ở độ sâu 2a1 trên công trình có thể đạt đến giá trị 1,5. Thông thường, trong điều kiện đất yếu bão hoà nước ở trạng thái ban đầu K0=1. Khi đó: (4) Đối với đất rời, tanφ=f (độ kiên cố), công thức (4) có thể viết lại dưới dạng: (5) Theo M.M. Protodiakonov, phương trinhf đường cong mặt trượt khi khai đào có dạng: (6) Trên cơ sở phương trình (6) có thể biểu diễn áp lực đất theo phương thẳng đứng lên nắp công trình dưới dạng: (7) Hệ số kiên cố cho các lớp trầm tích mềm rời có thể lấy xấp xỉ f=tanφ, đối với đá cứng f, ở đây R là cường độ kháng nén đơn trục của đá. Công thức (7) là công thức gần đúng do chấp nhận một số giả thiết. Theo công thức của Terzaghi (1) , có thể nhận được giá trị áp lực theo phương thẳng đứng trong khối đất đá xáo trộn do khai đào ở độ sâu bất kỳ dưới nền đất. Với cát có φ = 30o, công thức (5) trở thành σz = 1,735 a1γ. Kết quả thực nghiệm đo đạc áp lực địa tầng theo phương thẳng đứng dao động trong phạm vi σz = (1,3 ÷ 1,4)a1γ. Sai số lớn nhất so với kết quả đo đạc thực nghiệm là 25%. Trong trường hợp chiều sâu đặt công trình nông, có nghĩa là khi chiều sâu đặt cống z thoả mãn điều kiện (8) hoặc (9) thì áp lực theo phương thẳng đứng xem như là áp lực của cột đất, tức là σz = γ.h. h < (1,5 -2) z (8) hoặc h <5a1(phù hợp khi f <0.8) (9). Ngoài ra, trong trường hợp đào sâu thoả mãn công thức trên nhưng khi đất đá bên trên công trình ngầm yếu và rời rạc tới mức có thể bỏ qua lực liên kết như công trình đặt trong đất bão hoà nước, vùng cát chảy…thì áp lực theo phương thẳng đứng vẫn được tính toán như áp lực của cột đất: (10) Áp lực ngang lên công trình ngầm khai đào theo phương thẳng đứng: (11) Hay (12) Từ kết quả phân tích công thức (1), áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất có bề dày h ≥ 5a1 có giá trị không đổi và không phụ thuộc vào độ sâu chôn công trình. Ngoài ra còn có thể thấy rằng, áp lực địa tầng theo phương thẳng đứng lên công trình ngầm có thể có triệt tiêu nếu , tức là . Điều này hoàn toàn hợp lý khi nền là đá cứng, các hầm đào hoàn toàn ổn định, không cần có các biện pháp gia cố. 3. Phân tích đặc điểm ứng suất biến dạng đất nền xung quanh cống tròn bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Cống tròn thoát nước thuộc cống nằm dọc đường Trần Hưng Đạo, bắt đầu từ ngã ba đường Hàm Nghi, Tôn Đức Thắng về hướng đường Hàm Nghi, Trần Hưng Đạo, rẽ vào đường Trần Tuấn Khải và đổ vào Trạm bơm kênh Đôi. Thông số đất nền lựa chọn tính căn cứ vào kết quả khảo sát địa chất công trình ở hố khoan IWPS. S1-01 ở trạm bơm gần kênh Đôi. Cống tròng làm bằng vật liệu be etông cốt thép có đường kính ngoài 2,6m, đường kính trong 2,2m đặt sâu trong lớp cát ở độ sâu 14,5m tính từ mặt đất tự nhiên đến tâm cống. Kết cấu cống tròn được thiết kế có thể chịu lực khi thi công. Từ kết quả tính toán mô phỏng bằng chương trình Plaxis trên cơ sở mô hình Soft soils (là mô hình Camclay biến cải), để khảo sát ảnh hưởng của độ sâu chôn cống, chúng tôi tiến hành thiết lập quan hệ giữa độ lún cực đại trên bề mặt (điểm A) và chiều sâu chôn cống. Có thể thấy rằng trong quá trình thi công đào ổn định (kích thước hố đào và kích thước cống tròn như nhau, đất nền xung quanh không bị mất mát khi đào), chiều sâu đặt cống càng bé thì độ lún ở bề mặt càng lớn. Tuy nhiên, bài toán tính toán trong điều kiện địa chất thực tế công trình cho thấy giá trị chuyển vị trong giai đoạn thi công không đáng kể, nhỏ hơn 0,1cm và khi sử dụng giá trị độ lún cũng không đáng kể. Tuy nhiên, trong quá trình thi công có thể xảy ra mất mát một phần thể tích đất ở mặt đào do đẩt bị long rời do khoan đào, do áp lực đất hay áp lực dung dịch vữa cân bằng ở mặt đào. Hệ số mất mát thể tích đất ở mặt đào tính toán dựa trên tỷ số ΔV/V, trong đó ΔV, V lần lượt là lượng thể tích đất mất mát và thể tích đất ban đầu ở mặt đào, V=dĐ2/4 với d là chiều dài phần đất không được chống đỡ trước mặt hầm (với loại khiên đào dùng hệ thống cân bằng áp lực đất và nước ngầm, d là bề rộng buồng áp lực) và D là đường kính hầm. Một số ý kiến cho rằng hệ số ΔV/V bằng với hệ số trạng thái ổn định ΔA/A, trong đó ΔA là diện tích vùng lún trân mặt đất tự nhiên lúc ổn định và A là diện tích đường hầm. Để tính toán nội lực, dự đoán chuyển vị cho cống ngầm vàđất nền trong quá trình thi công bằng phương pháp kích đẩy với đầu khiên đào kín có hệ thống cân bằng áp lực ở mặt đào chính xác hơn, cần thiết xét đến thể tích đất mất mát trong tính toán. Với điều kiện địa chất yếu rời ở khu vực TP. HCM, cụ thể cho công trình đang xét, khả năng xảy ra hiện tượng sụt lở ở mặt đào dẫn đến lún mặt đất có thể xảy ra. Theo đề nghị của một số tác giả, hệ số mất mát có thể dao động trong khoảng 1-2%. Việc xét mức độ mất mát trong tính toán cho thấy biến dạng của đất nền xung quanh cống ngầm và độ lún trên bề mặt có giá trị lớn hơn đáng kể. Khi thi công, do mất mát một phần đất ở đầu khiên trong quá trình đào, đất ở mái khu vực này bị sụp xuống, còn đất bên dưới nở ra do việc đào đất gây tác dụng như trường hợp dỡ tải. Để thuận tiện trong việc dự đoán độ lún lớn nhất tại trục trung tâm trên mặt đất Smax,chuyển vị Sc tại đỉnh cống theo chiều sâu và đường kính cống, tiến hành lập biểu đồ quan hệ giữa Smax/S và z/D. Từ số liệu tính toán thống kê, có thể thiết lập quan hệ giữa tỷ số Smax /S và z/D như trên biểu đồ. Phương trình đại diện quan hệ trên có dạng tuyến tính: Smax /Sc = -0,088 (z/D) + 1,252. Trong quá trình thi công, giá trị Sc luôn được ghi nhận thông qua các thiết bị gắn ở đầu khiên. Việc kiểm soát giá trị cao độ trong quá trình thi công cho phép hiệu chỉnh kịp thời đường đi của thiết bị khoan đào và vị trí của cống ngầm sau khi lắp đặt. Ngoài ra, sử dụng biểu thức đề nghị trên cho phép đánh giá ước độ lún của be è mặt sau khi xây dựng công trình. Sự mất ổn định ở mặt đào làm cho vùng đất xung quanh đầu khiên và trước mặt đào bị xáo trộn. Ứng suất cắt phát sinh lớn ở hai bên hông cống, đặc biệt là ở vị trí khoảng 45o so với trục trung tâm, ứng suất này đạt xấp xỉ bằng ứng suất cắt cực đại của nền đất. Mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn đạt 96,7% ở vùng đất xáo động thể hiện các đường đồng mức ký hiệu L. Vùng nguy hiểm có thể bị thu hẹp đáng kể sau khi lắp đặt cống. Thực vậy, sau khi lắp đặt, do sự có mặt của cống, phản lực của bề mặt cống lên đất nền làm tăng giá trị ứng suất nén, do đó sức chống cắt của đất cũng tăng theo, hệ quả là tăng mức độ ổn định. Nếu lượng mất mát thể tích trong quá trình thi công cao hơn sẽ dẫn đến việc mở rộng vùng biến dạng dẻo gây mất ổn định nền đất khu vực xung quanh cống. Với điều kiện địa chất là lớp cát mịn lẫn bột, ít sét ở công trình đang xét có thể gây ra lún sụt và biến dạng lớn. Do vậy, cần khống chế tỷ lệ mất mát thể tích đất trong quá trình thi công nhằm giảm độ lún, bảo đảm điều kiện ổn định đất nền xung quanh cống. 4. Nhận xét và kết luận Theo một số lý thuyết tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm, ở độ sâu giới hạn nào đó trở đi thì áp lực tác dụng lên vỏ công trình ngầm được xem như không đổi. Do đó, công trình ngầm được lắp đặt từ độ sâu này trở đi sẽ không ảnh hưởng đến giá trị độ lún trên bề mặt. Việc mô phỏng bằng chương trình Plaxis căn cứ trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy áp lực tác dụng lên đất nền xung quanh vỏ công trình ngầm phụ thuộc trọng lượng bản thân khối đất bên trên. Tuy nhiên theo tính toán, nếu cống ngầm được chôn sâu ở độ sâu thích hợp thì giá trị độ lún trên bề mặt do sự có mặt của cống ngầm trong nền cũng không đáng kể. Từ kết quả tổng hợp lý thuyết tính toán và mô phỏng ứng xử ứng suất - biến dạng của đất nền xung quanh cống tròn chôn sâu với các đặc trưng cơ lý của đất nền khu vực nội thành TP. HCM chúng tôi rút ra được một số kết luận như sau: + Trong điều kiện thi công cống ngầm chôn sâu bằng khiên đào bịt kín ổn định, biến dạng của đất nền xung quanh công trình và trên bềmặt không đáng kể, không gây ảnh hưởng đến môi trường xây dựng; + Sự mất mát thể tích đất trong quá trình thi công ảnh hưởng đáng kể lên giá trị chuyển vị của đất nền xung quanh cống ngầm và độ lún trên mặt đất. + Độ lún cực đại ở mặt đất thay đổi theo chiều sâu chôn cống: độ sâu chôn cống càng lớn thì độ lún ở bề mặt càng bé. Với độ sâu chôn cống lớn hơn 5 lần đường kính thì biến dạng bề mặt do sự có mặt của cống có giá trị không đáng kể. + Trong điều kiện đất nền rời rạc ở khu vực TP. HCM, quá trình thi công khống chế lượng mất mát thể tích đất khoảng 2% thì quan hệ giữa tỷ số của độ sâu chôn cống và đường kính cống với tỷ số độ lún ở bề mặt và độ lún tại đỉnh cống có thể biểu diễn theo biểu thức: Smax /Sc = -0,088(z/D)+1,252. + Trong quá trình thi công, vùng biến dạng dẻo xuất hiện xung quanh cống tròn trong phạm vi góc 45o ÷ 135o và -45o ÷ - 135o so với trục trung tâm. Sau khi lắp đặt vỏ cống, phạm vi vùng này sẽ co hẹp lại. (Nguồn: Tạp chí Cầu đường Việt Nam, số 11/2007)

có chứ.nếu đất dc cấu tạo bởi các hạt mịn sẽ kac hạt rời.ví du ung suat trên đất cát và trên đất sét sẽ kác nhau