Tài liệu đánh giá sức chịu tải của đất nền dưới móng nông theo thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm bàn nén hiện trường trên địa bàn tỉnh an giang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---- O0O ---- NGUYỄN THÀNH QUÍ ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MÓNG NÔNG THEO THÍ NGHIỆM TRONG PHÕNG VÀ THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH AN GIANG Chuyên nghành : ĐIẠ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60.58.61 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, 06/2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS . NGUYỄN MINH TÂM Cán bộ chấm nhận xét 1: .... Cán bộ chấm nhận xét 2: .... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …..tháng …… năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ----------------------- CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : NGUYỄN THÀNH QUÍ Phái Ngày, tháng, năm sinh : 27/03/1988 Nơi sinh : An Giang. Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV : Nam : 12860429 I. TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá sức chịu tải đất nền dưới móng nông theo thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm bàn nén hiện trường trên địa bàn tỉnh An Giang. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. NHIỆM VỤ: Phân tích so sánh các phương pháp tính toán sức chịu tải đất nền. Các phương pháp tính toán giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn với sự hổ trợ của phần mềm Plaxis theo các thông số từ thí nghiệm đất trong phòng. Kết quả xác định sức chịu tải của đất nền tính toán từ các phương pháp này được so sánh với nhau và với kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường để tìm ra phương pháp có độ tin cậy cao nhất. 2. NỘI DUNG: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về vấn đề. Chương 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp tính toán. Chương 3: Phân tích và so sánh các phương pháp tính sức chịu tải đất nền trên địa bàn tỉnh An Giang. Kết luận và kiến nghị III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 10 tháng 02 năm 2014 II. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày tháng năm 2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN MINH TÂM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS. NGUYỄN MINH TÂM PGS.TS. VÕ PHÁN Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Nghành thông qua. Ngày tháng năm 2014 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH -1- LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Bộ môn Địa cơ nền móng Khoa Kỹ thuật xây dựng-Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, truyền đạt và chia sẽ những kiến thức, kinh nghiệm sâu rộng trong quá trình giảng dạy và đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành chương trình Cao học. Tôi bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Minh Tâm,Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện Luận văn, giúp tôi có những kiến thức hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này. Xin chân thành cảm ơn đến các đồng nghiệp, lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình Cao học. Tôi cũng xin cảm ơn đến các anh em bạn thân thiết đã quan tâm chia sẽ động viên tôi hoàn thành khóa học này. Cảm ơn tất cả các bạn lớp Cao học Địa kỹ thuật xây dựng 2012, những người đã có những đóng góp ý kiến, giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn. Sau cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình, nguồn động lực, quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện Luận văn. Học viên Nguyễn Thành Quí -2- TÓM TẮT Tên đề tài: “Đánh giá sức chịu tải đất nền dưới móng nông theo thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm bàn nén hiện trường trên địa bàn tỉnh An Giang”. Nội dung luận văn này tập trung vào việc phân tích so sánh các phương pháp tính toán sức chịu tải đất nền. Các phương pháp tính toán giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn với sự hổ trợ của phần mềm Plaxis được sử dụng để nghiên cứu phân tích tính toán sức chịu tải của đất nền theo các thông số từ thí nghiệm đất trong phòng. Kết quả xác định sức chịu tải của đất nền tính toán từ các phương pháp này được so sánh với nhau và với kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường để rút ra các kết luận. Nội dung nghiên cứu cho thấy rằng kết quả tính toán từ phương pháp phần tử hữu hạn theo mô hình Mohr - Coulomb có độ tin cậy cao nhất gần đúng với thí nghiệm bàn nén hiện trường (Sai lệch -3%). Kết quả tính toán sức chịu tải đất nền theo các phương pháp chênh lệch với kết quả bàn nén hiện trường từ - 68% đến 280%. -3- ABSTRACT Thesis title: “Evaluate the bearing capacity of the soil below shalllow footing allow laboratory experiments and Plate Load Test in-situ in An Giang Distric”. The content of paper concentrates on comparison research of the bearing capacity of the soil below shalllow footing determined from different methods. Analytical methods and finite element method (FEM) supported by Plaxis software were used to obtain the purpose of this research. Also, the bearing capacity of the soil determined from these methods was compared each other and with result of Plate Load Test in-situ which is considered as an accuracy menthod to give conclusions of this research. It can be seen that from this research, the bearing capacity of the soil determined from FEM was an accuracy menthod as compared with other methods. The methods are different from -16 percent to 280% percent respectively. 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................. Error! Bookmark not defined. 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................... Error! Bookmark not defined. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.......................... Error! Bookmark not defined. 3. Phương pháp nghiên cứu ................................... Error! Bookmark not defined. 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ... Error! Bookmark not defined. 5. Phạm vi và giới hạn của đề tài........................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..... Error! Bookmark not defined. 1.1 Khái niệm chung về móng nông ......................... Error! Bookmark not defined. 1.2 Nền tự nhiên dưới móng nông ............................ Error! Bookmark not defined. 1.3 Tải trọng của móng nông tác dụng lên nền tự nhiên ......... Error! Bookmark not defined. 1.4 Tổng quan về sức chịu tải đất nền ....................... Error! Bookmark not defined. 1.5 Tổng quan về các lý thuyết và phương pháp xác định sức chịu tải ............ Error! Bookmark not defined. 1.5.1 Lý thuyết biến dạng tuyến tính ..................... Error! Bookmark not defined. 1.5.2 Lý thuyết cân bằng giới hạn ......................... Error! Bookmark not defined. 1.5.3 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất ......... Error! Bookmark not defined. 1.5.4 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định .. Error! Bookmark not defined. 1.5.5 Phương pháp phân tích giới hạn .................. Error! Bookmark not defined. 1.5.6 Phương pháp xác định ứng suất theo điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất đạt giá trị nhỏ nhất trong nền đất ................................. Error! Bookmark not defined. 1.6 Những vấn đề tồn tại về phương pháp sức chịu tải đất nền ..... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................... Error! Bookmark not defined. 2.1 Thí nghiệm trong phòng xác định các thông số xác định sức chịu tải ........ Error! Bookmark not defined. 2 2.1.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp xác định góc ma sát, lực dính. ... Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Thí nghiệm nén đơn xác định modul biến dạng. ........ Error! Bookmark not defined. 2.2 Các phương pháp xác định sức chịu tải của đất nền ......... Error! Bookmark not defined. 2.2.1 Xác định sức chịu tải đất nền theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT . Error! Bookmark not defined. 2.2.2 Sức chịu tải của đất nền theo kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh ............ Error! Bookmark not defined. 2.3 Các phương pháp giải tích xác định sức chịu tải đất nền.. Error! Bookmark not defined. 2.3.1 Phương pháp tính dựa trên mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Phương pháp tính dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạn điểm ............ Error! Bookmark not defined. 2.3.3 Phương pháp tính sức chịu tải dựa trên giả thuyết mặt trượt phẳng .... Error! Bookmark not defined. 2.3.4 Tính sức chịu tải móng nông theo tiêu chuẩn EuroCode 7 Error! Bookmark not defined. 2.5 Tính sức chịu tải của đất nền theo phương pháp số .......... Error! Bookmark not defined. 2.5.1 Phần mềm phần tử hữu hạn (PTHH) ............ Error! Bookmark not defined. 2.5.2 Mô hình đất nền Mohr-Coulomb.................. Error! Bookmark not defined. 2.5.3 Phương pháp xác định sức chịu tải đất nền bằng phần mềm Plaxis .... Error! Bookmark not defined. 2.5.4 Phương pháp xác định sức chịu tải bằng phần mềm Plaxis ................. Error! Bookmark not defined. 3 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH AN GIANG .... Error! Bookmark not defined. 3.1 Đặc điểm địa chất khu vực tỉnh An Giang .......... Error! Bookmark not defined. 3.2 Ứng dụng các phương pháp tính sức chịu tải của đất nền trên địa bàn ...... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Công trình: Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn ...... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Công trình: Khối 10 phòng học-Trường THPT Cô Tô , H.Tri Tôn ..... Error! Bookmark not defined. 3.2.3 Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, H.Tri Tôn .. Error! Bookmark not defined. 3.2.4 Công trình: Trường tiểu học A Ô Lâm, H.Tri Tôn .... Error! Bookmark not defined. 3.2.5 Công trình: Trường tiểu học A Núi Sam,TP.Châu Đốc .... Error! Bookmark not defined. 3.2.6 Nhận xét và phân tích tổng quát ................... Error! Bookmark not defined. 3.3 Phân tích và đánh giá các phương pháp tính theo công trình .. Error! Bookmark not defined. 3.4 Phân tích và so sánh sức chịu tải theo từng loại đất.......... Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Đất nền loại sét pha, nửa cứng ..................... Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Đất nền loại Cát pha, chặt vừa ..................... Error! Bookmark not defined. 3.4.3 Kết luận tổng quát ........................................ Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................ Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN .............................................................. Error! Bookmark not defined. KIẾN NGHỊ ............................................................. Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................... Error! Bookmark not defined. DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Quan hệ giữa biến dang và áp lực. ......... Error! Bookmark not defined. Hình 1.2 Những mặt trượt. .................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.4 Sơ đồ ứng suất tại một điểm ................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.5 Biểu đồ ứng suất cắt. .............................. Error! Bookmark not defined. Hình 1.6 Sơ đồ ứng suất tác dụng trong bài toán phẳng...... Error! Bookmark not defined. Hình 1.7 Sơ đồ ứng suất trong trường hợp không gian đối xứng trục. ......... Error! Bookmark not defined. Hình 2.1 Biểu đồ xác định thống số chống cắt ...... Error! Bookmark not defined. Hình 2.2 Sơ đồ nén một trục nở hông.................... Error! Bookmark not defined. Hình 2.3 Quan hệ ứng suất và biến dạng của mẫu đất ........ Error! Bookmark not defined. Hình 2.4 Mũi xuyên SPT ....................................... Error! Bookmark not defined. Hình 2.5 Thao tác thí nghiệm SPT ........................ Error! Bookmark not defined. Hình 2.6 Sơ đồ thí nghiệm SPT ............................. Error! Bookmark not defined. Hình 2.7 Toán đồ xác định sức chịu tải của móng nông và xác định hệ số N ; N q trong công thức tính sức chịu tải trên nền cát ........... Error! Bookmark not defined. Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh ...... Error! Bookmark not defined. Hình 2.9 Các loại biểu đồ thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnhError! Bookmark not defined. Hình 2.10 Họ mặt trượt trong nền cân bằng giới hạn ............ Error! Bookmark not defined. Hình 2.11 Dạng mặt trượt dưới móng của Sokolovski .......... Error! Bookmark not defined. Hình 2.12 Dạng mặt trượt của Bérézansev .............. Error! Bookmark not defined. Hình 2.13 Biểu đồ xác định Ak ............................... Error! Bookmark not defined. Hình 2.14 Giả thuyết mặt trượt của Terzaghi .......... Error! Bookmark not defined. Hình 2.15 Lực tác động lên mặt trượt bd của Terzaghi ......... Error! Bookmark not defined. Hình 2.16 Biểu đồ các hệ số sức chịu tải Nc; Nq và N của Terzaghi ............ Error! Bookmark not defined. Hình 2.17 Biểu đồ các hệ số sức chịu tải N’c; N’q và N’ của Terzaghi ........ Error! Bookmark not defined. Hình 2.18 Dạng mặt trượt trong công thức của Meyerhof .... Error! Bookmark not defined. Hình 2.19 Dạng mặt trượt phẳng dưới đáy móng .... Error! Bookmark not defined. Hình 2.20 Dạng đường bao chống cắt Mohr và Mohr-Coulomb . Error! Bookmark not defined. Hình 2.21 Mô hình phân tích tính toán sức chịu tải đất nền bằng Plaxis 2D .. Error! Bookmark not defined. Hình 2.22 Biểu đồ quan hệ độ lún và tải trọng ...... Error! Bookmark not defined. Hình 3.1 Sơ đồ kiến tạo đồng bằng sông Cửu Long ........... Error! Bookmark not defined. Hình 3.2 Biểu đồ sức chịu tải giữa các phương pháp tính Công trình: Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, huyện Tri Tôn. ........... Error! Bookmark not defined. Hình 3.3 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Công trình: Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, huyện Tri Tôn. ........... Error! Bookmark not defined. Hình 3.4 Biểu đồ sức chịu tải giữa các phương pháp tính Công trình: Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô huyện Tri Tôn. .......... Error! Bookmark not defined. Hình 3.5 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Công trình: Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô huyện Tri Tôn. .......... Error! Bookmark not defined. Hình 3.6 Biểu đồ sức chịu tải giữa các phương pháp tính Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, huyện Tri Tôn ........ Error! Bookmark not defined. Hình 3.7 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, huyện Tri Tôn ........ Error! Bookmark not defined. Hình 3.8 Biểu đồ sức chịu tải giữa các phương pháp tính Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.9 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.10 Biểu đồ sức chịu tải giữa các phương pháp tính Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.11 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.12 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Đối với đất nền loại sét pha, trạng thái nửa cứng ..... Error! Bookmark not defined. Hình 3.13 Biểu đồ chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén Đối với đất nền loại Cát pha, trạng thái chặt vừa...... Error! Bookmark not defined. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các hệ số sức chịu tải A, B, D phụ thuộc góc ma sát trong  ....... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.2 Bảng lựa chọn thông điều kiện làm việc giữa nền và công trình ... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.3 Bảng xác định pT .................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.4 Bảng xác định p*T .................................. Error! Bookmark not defined. Bảng 2.5 Bảng giá trị Ao , Bo , Co - hệ số sức chịu tải ........ Error! Bookmark not defined. Bảng 2.6 Bảng giá trị Ak , Bk , Ck - hệ số sức chịu tải dưới móng tròn ........ Error! Bookmark not defined. Bảng 2.7 Bảng giá trị hệ số A ................................ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.1 Cấu tạo địa chất các khu vực chính thực hiện nghiên cứu ............. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải tính theo các phương pháp ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, huyện Tri Tôn ............ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.3 Bảng chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén ..... Error! Bookmark not defined. công trình: Khối 5 phòng học-Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn ... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải tính theo các phương pháp ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô, huyện Tri Tôn .......... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.5 Bảng chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Khối 10 phòng học-Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn Error! Bookmark not defined. 2 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải tính theo các phương pháp ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, huyện Tri Tôn ........ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.7 Bảng chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Trường tiểu học “B” Cô Tô, huyện Tri Tôn ........ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.8 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải tính theo các phương pháp ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.9 Bảng chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải tính theo các phương pháp ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Trường tiểu học “A” Núi Sam, TP. Châu Đốc ... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.11 Bảng chênh lệch (%) các phương pháp so vói kết quả bàn nén ..... Error! Bookmark not defined. Công trình: Trường tiểu học “A” Ô Lâm, huyện Tri Tôn ....... Error! Bookmark not defined. -1- MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong thời điểm hiện nay, sự tiến bộ của khoa học hiện đại vượt bậc đã đưa con người tới một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ và khoa học. Nhu cầu xây dựng ngày càng cao, giải pháp thiết kế và xử lý nền đất cho các công trình cũng phát triển đa dạng và phong phú. Bên cạnh đó các công trình thường được tính toán và thiết kế sao cho hiệu quả nhất về mặt kinh tế, xem nhẹ về mặt giải pháp kỹ thuật làm giảm bớt tính chính xác (đặc biệt là về việc tính toán sức chịu tải của đất nền) nên có nhiều công trình sau khi đã xây dựng xong và đưa vào sử dụng một thời gian thì xảy ra các sự cố như: lún, nghiêng, Trong vài chục năm qua có khá nhiều phương pháp ước lượng sức chịu tải đất nền đất dưới móng nông như: Phương pháp hạn chế vùng biến dạng dẻo, phương pháp giả thuyết mặt trượt phẳng bên dưới đáy móng là mặt gảy phẳng, phương pháp cân bằng giới hạn điểm trong phạm vi nền đất ngay sát dưới đáy móng. Các phương pháp tính này đều dựa vào giả thuyết đất là vật liệu đàn hồi, đàn-dẻo, cứng-dẻo.Tuy nhiên tính chất của trong thực tế lại vô cùng phức tạp nên khi áp dụng các phương pháp tính toán sức chịu tải thì kết quả sẽ sai lệch với sức chịu tải thực của nền đất. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên đề tài “Đánh giá sức chịu tải đất nền dƣới móng nông theo thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm bàn nén hiện trƣờng trên địa bàn tỉnh An Giang” nhằm tìm ra một phương pháp xác định sức chịu tải đất nền phù hợp với địa chất khu vực. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nội dung luận văn này tập trung vào việc phân tích và so sánh các phương pháp xác định sức chịu tải đất nền trên địa bàn tỉnh An Giang. Kết quả luận văn giúp tìm ra phương pháp có độ tin cậy cao nhất phù hợp với địa chất trên địa bàn. Ngoài ra khi phân tích các phương pháp tính trên thì đề tài cũng phân tích các yếu tố bất cập và không thích hợp của một vài phương pháp tính toán sức chịu tải đất nền theo điều kiện địa chất đang ứng dụng. -2- 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện các mục tiêu nghiên nêu trên, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu như sau: tính toán theo các phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn với sự hổ trợ của phần mềm Plaxis được sử dụng để phân tích tính toán sức chịu tải của đất nền theo các thông số từ thí nghiệm đất trong phòng. Kết quả xác định sức chịu tải của đất nền tính toán từ các phương pháp này được so sánh với nhau và với kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường để rút ra các kết luận. 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Đề tài giúp cho các nhà đầu tư, các đơn vị tư vấn có phương án thiết kế tính toán sức chịu tải của đất nền thích hợp nhất cho từng vùng địa chất nhất định. Lý giải được nguyên nhân và yếu tố ảnh hưởng đến các phương pháp tính sức chịu tải của đất nền trên từng vùng địa chất khác nhau. Đề tài đưa ra một phương pháp đánh giá sức chịu tải của đất nền bằng mô hình toán trên phần mềm Plaxis theo tiêu chuẩn Việt Nam góp phần vào công tác đánh giá sức chịu tải của đất nền trên địa bàn được nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi. 5. Phạm vi và giới hạn của đề tài Địa bàn tỉnh An Giang có nhiều khu vực địa chất khác nhau, đề tài nghiên cứu hạn chế cho khu vực đất nền thuộc địa bàn vùng Bảy Núi. Số liệu thu thập được có từ có từ thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường, sự chính xác kết quả tính toán còn phụ thuộc các yếu tố khách quan, chủ quan: con người, dụng cụ,… Các báo cáo khảo sát địa chất cũng là một yếu tố chủ quan hạn chế để tính theo các phương pháp khác nhau, mà trong đó yêu cầu cao nhất là các số liệu đầu vào. -3- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm chung về móng nông Móng nông được định nghĩa như phần mở rộng của đáy công trình, tiếp nhận tải trọng công trình và truyền vào đất nền sao cho nền còn ứng xử an toàn và biến dạng đủ bé để không làm hư hỏng kết cấu bên trên và không ảnh hưởng đến tính năng làm việc của công trình. 1.2 Nền tự nhiên dƣới móng nông Nền tự nhiên: là nền gồm các lớp đất có kết cấu tự nhiên nằm ngay sát bên dưới móng, chịu đựng trực tiếp tải trọng công trình do móng truyền xuống.Nền tự nhiên là loại nền có khả năng chịu lực tốt, cường độ Rtc  1.0KG / cm2 , đó là các loại nền đất sét, sét pha, cát pha trạng thái cứng, nửa cứng, dẻo cứng, cát chặt, chặt vừa. Nền công trình dưới móng nông là khu vực đất nằm ngay sát đáy móng trực tiếp gánh đỡ móng và bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng do móng công trình truyền xuống. Khi đó trong khối đất xảy ra hiện tượng xắp xếp lại các pha hình thành đất, từ đó dẫn đến mất ổn định hoặc biến dạng quá lớn của nền. 1.3 Tải trọng của móng nông tác dụng lên nền tự nhiên Đối với nền đất tự nhiên chịu tác dụng tải trọng của móng nông, thì tải trọng của móng nông được xem là tải trọng móng cứng, ứng suất tại mỗi điểm trong nền đất bao gồm tải trọng công trình và trọng lượng bản thân của lớp đất phía trên truyền xuống. 1.4 Tổng quan về sức chịu tải đất nền 1.4.1 Sức chịu tải giới hạn của đất nền Sức chịu tải giới hạn của nền đất là sức chịu tải mà chỉ cần tăng thêm một một tải trọng rất nhỏ thì trạng thái cân bằng của nền bị phá hoại và làm cho nền mất ổn định. Khi trong khối đất tải trọng vượt quá tải trọng giới hạn thì sẽ xuất hiện mặt trượt, đứt gẫy hoặc lún sập và độ bền giữa các hạt và nhóm hạt trong khối đất bị phá -4- vỡ. Trạng thái ứng suất như vậy không cho phép khi dùng đất làm nền công trình, môi trường và vật liệu xây dựng. Muốn vậy khi thiết kế công trình phải tính toán được tải trọng cho phép lớn nhất tác dụng lên khối đất mà ứng với nó thì đất nền vẫn ở trạng thái cân bằng nghĩa là chưa bị mất ổn định hay là chưa bị phá hoại theo độ bền của nó. Sức chịu tải giới hạn qu của đất nền dưới móng nông được chia thành ba thành tố: thành tố bề mặt, thành tố độ sâu và thành tố dính kết: qu  q  q p  qc (1.1) Trong đó: Sức kháng của đất nền nằm dưới cao độ đáy móng, q . Đất nền nằm bên trên cốt đáy móng, được xem như thành phần gia tải, q p . Thành phần lực dính kết của đất, qc . 1.4.2 Các pha trạng thái giới hạn của đất nền 1.4.2.1 Những quá trình cơ học trong đất nền Chúng ta sẽ nghiên cứu những quá trình cơ học xảy ra trong đất dưới tác dụng của tải trọng cục bộ với độ lớn tăng dần ví dụ như thí nghiệm bàn nén có kích thước nhất định và tải trọng tác dụng lên nó tăng dần. Trong trường hợp này, những quá trình cơ học đất sẽ phức tạp hơn nhiều so với khi đất chịu nén 1 chiều trong máy nén.Trong máy nén, mẫu đất chỉ bị nén mà không có khả năng nở hông, mẫu đất chịu tác dụng ứng suất pháp. Còn dưới tác dụng của tải trọng truyền lên bàn nén thì nền đất không những chịu ứng suất pháp mà còn chịu ứng suất tiếp (ứng suất cắt), mà những ứng suất tiếp đó khi đạt giá trị tới hạn thì sẽ gây ra hiện tượng trượt cục bộ. Vì thế khi chịu tác dụng của tải trọng cục bộ thì biến dạng nén tắt dần và các biến dạng cắt tăng dần mà dưới một cường độ ngoại lực nhất định sẽ dẫn đến hiện tượng chảy dẻo, phồng trồi, lún sập… Hình 1.1a là đường cong biến dạng của đất dưới tác dụng cục bộ tải trên mặt đất tăng lên từng cấp một. -5- Nếu như cường độ tải trọng nhỏ, đất còn giới hạn tính dính thì đoạn đầu của đường cong biến dạng gần như là đường thẳng (đoạn OA), khi độ bền cấu trúc chưa bị phá vỡ thì đất chỉ biến dạng đàn hồi và độ lún của mặt nén sẽ bị phục hồi hoàn toàn khi dỡ tải. Ở cấp tải trọng tiếp theo (hoặc là ngay ở cấp tải trọng đầu tiên ) nếu độ bền cấu trúc đã bị phá vỡ thì sẽ xuất hiện sự nén lại của đất dưới tác dụng của tải trọng, tức là giảm thiểu hệ số rỗng của đất ở một bộ phận dưới diện chịu tải. Những kết quả thí nghiệm trực tiếp cho thấy rằng: tồn tại một trị số nhất định của tải trọng ứng với các quá trình cơ học diễn ra trong đất. Hình 1.1 Quan hệ giữa biến dang và áp lực. a. Đường cong biến dạng khi ta gia tải từng cấp một; b. Kết thúc giai đoạn nén và chuyển sang giai đoạn cắt; c. Đường trượt và nêm cứng khi vùng cân bằng giới hạn phát triển. 1.4.2.2 Các pha trạng thái ứng suất Pha đầu tiên của trạng thái ứng suất được gọi là “pha nén”, trong pha này có thể cho rằng quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là quan hệ tuyến tính. Khi tải trọng tăng lên thì xuất hiện vùng biến dạng dẻo ở mép móng, ở đó ứng suất ở trạng thái căn bằng giới hạn thể hiện tại hình 1.1b. Khi tải trọng tiếp tục tăng lên thì bắt đầu pha thứ hai của trạng thái ứng suất được gọi là “pha trượt”; quan hệ ứng suất và -6- biến dạng trong pha này luôn luôn là không tuyến tính. ở cuối “pha nén” và đầu “pha trượt” ở ngay dưới mặt nén hay đáy hình thành nhân cứng hình nêm nó ép phôi ra xung quanh và đẩy trồi lên mặt đất gọi là “pha đất trồi”. Trong pha này trạng thái ứng suất và biến dạng có thể được xác định theo lý thuyết cân bằng giới hạn, thể hiện trong hình 1.1c. 1.4.2.3 Các mặt trƣợt Khi nền đất ở trạng thái cân bằng giới hạn tùy thuộc vào chiều sâu đặt móng và độ chặt của đất mà hình thành mặt trượt ở các trạng thái khác nhau. Chúng ta xét dạng mặt trượt của các trường hợp sau: Hình 1.2 Những mặt trượt. 1. Mặt trượt móng nông; 2. Mặt trượt móng trung bình; 3. Mặt trượt móng sâu. 1. Móng nông: (khi h/b <1/2) khi tải trọng cực hạn lớn hơn sức chịu tải của nền đất thì đất bị đẩy trồi lên trên mặt (đường 1, hình 1.2). 2. Móng đặt sâu trung bình (khi h/b = 1/2÷2) thì mặt trượt trong nền có dạng chữ S và đất cũng bị đẩy trồi lên trên mặt (đường 2, hình 1.2). 3. Móng sâu (khi h/b= 2÷4) thì đất không bị đẩy trồi lên trên mặt, vùng giới hạn cắt phát triển đến mặt móng làm biến dạng khối đất xung quanh móng (đường 3, hình 1.2).