intTypePromotion=3

Xác định giá trị tính toán các đặc trưng cơ lý đất nền phục vụ thiết kế nền móng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật

Chia sẻ: ViEdison2711 ViEdison2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
3
lượt xem
1
download

Xác định giá trị tính toán các đặc trưng cơ lý đất nền phục vụ thiết kế nền móng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này phân tích và đưa ra giải pháp xác định giá trị tính toán (GTTT) các chỉ tiêu cơ lý của đất đá một cách đơn giản nhất dựa trên các giá trị của tập hợp thống kê.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Xác định giá trị tính toán các đặc trưng cơ lý đất nền phục vụ thiết kế nền móng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật

  1. KHOA H“C & C«NG NGHª Xác định giá trị tính toán các đặc trưng cơ lý đất nền phục vụ thiết kế Hình 4. Hệ số phản xạ, khúc xạ của sóng SH đối với biên nền móng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật hình răng cưa thay Calculating the physico-mechanical characteristics of foundation soil for the foundation design at đổi theo K=[0:0,1:1] the engineering design stage Phan Tự Hướng Tóm tắt 1. Đặt vấn đề Trong thiết kế nền móng, các chỉ tiêu cơ lý Chỉ tiêu cơ lý của đất đá là đại lượng ngẫu nhiên được xem như có quy luật phân phối chuẩn. Các đặc trưng thường tính toán theo trạng thái giới hạn I thống kê chỉ tiêu cơ lý của đất đá được xác định dựa trên Hình 5. Hệ số phản (giới hạn về cường độ) và II (giới hạn về biến cơ sở lý thuyết xác suất thống kê. Trong đó, mỗi tập hợp xạ, khúc xạ của dạng). Đó là những giới hạn giúp công trình ổn thống kê là các giá trị chỉ tiêu cơ lý của mỗi lớp đất đá sóng SH đối với biên định và an toàn, tránh hiện tượng mất ổn định (hay đơn nguyên ĐCCT) đã phân chia. Quá trình xử lý hình sin thay đổi như trượt hay lật (cường độ), lún nhiều, lún thống kê được thực hiện theo TCVN 9153:2012 (TCVN) theo K=[0:0,1:1] lệch (biến dạng),... Tuy nhiên, công tác đánh với các bước sau: giá điều kiện Địa chất công trình (ĐCCT) để - Bước 1: Lập dãy phân phối các giá trị riêng lẻ và chọn thông số cho tính toán hầu như không đề kiểm tra loại trừ sai số lớn cập tới, báo cáo kết quả khảo sát ĐCCT chỉ đưa - Bước 2: Xác định các đặc trưng thống kê các chỉ tiêu ra giá trị trung bình. Do đó, việc tính toán nền cơ lý đất đá móng sẽ không thực hiện đúng tiêu chuẩn và 5. Khảo sát số 5.1. Biên phân chia dạng hình răng cưa (Hình 4) quy phạm hiện hành. - Bước 3: Xác định các GTTT theo trạng thái giới hạn I và II. Khảo sát sự phản xạ, khúc xạ của sóng SH chiếu tới 5.2. Biên phân chia có dạng hình sin (Hình 5) Bài báo này phân tích và đưa ra giải pháp xác Quy trình thực hiện này chỉ tiến hành với các chỉ tiêu biên phân chia với góc tới là θ = π / 6 và xét vật liệu trực Nhận xét: Nếu tần số tăng thì hệ số phản xạ giảm, hệ định giá trị tính toán (GTTT) các chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm có số lượng thí nghiệm lớn hơn hoặc bằng 6 hướng có các hằng số vật liệu như sau số khúc xạ tăng (Hình 4, 5). của đất đá một cách đơn giản nhất dựa trên các cho mỗi lớp đất đá. Các GTTT được xác định dựa trên cơ 6. Kết luận giá trị của tập hợp thống kê. sở giá trị tiêu chuẩn (GTTC). Nếu GTTC không chính xác, ρ ( + ) = 2178( Kg / m3 ) các GTTT sẽ sai lệch. Từ đó việc tính toán, thiết kế nền Bài báo sử dụng phương pháp thuần nhất hóa để xác ρ ( − ) = 2018( Kg / m3 ) móng sẽ không chính xác! định được các hệ số phản xạ, khúc xạ của sóng SH. Sử Abstract (+) C44 = 30,18.109 ( N / m 2 ) dụng kết quả thu được để khảo sát số cho trường hợp Như đã đề cập, thông thường công tác khảo sát biên phân chia có độ nhám cao dạng hình răng cưa và In the foundation design, the physico-mechanical ĐCCT hiện nay chỉ dừng ở việc xác định các giá trị trung (−) hình sin. Kết quả là hoàn toàn mới và có ứng dụng trong figures usually calculated by the limit state I bình cho các chỉ tiêu cơ lý, mà bỏ qua bước 2 hoặc bước C44 = 30.109 ( N / m 2 ) thực tế./. (intensity limit) and II (deformation limit). The limits 3. Đó là những hạn chế cần khắc phục bằng sự kết hợp (+) contribute to stabilize the building and to avoid các phương pháp. C66 = 42.109 ( N / m 2 ) (−) instability phenomena such as sliding or flipping 2. Xác định các đặc trưng thống kê của các chỉ tiêu C66 = 17.109 ( N / m 2 ) (41) (intensity), subsidence, distortion (deformation), etc. cơ lý đất đá However, The assessment of geological engineering Những đặc trưng thống kê sử dụng để phân chia (Geotechnical) conditions to select calculating (hoặc ghép) các lớp đất đá thông qua sự phân tán của T¿i lièu tham khÀo 6. Rajneesh Kumar, Sushil K. Tomar, Asha Chopra, (2000), ‘’ parameters is hardly mentioned, the report on các giá trị riêng lẻ trên cơ sở phân chia sơ bộ ban đầu. Relection, refraction of SH-waves at a corrugated interface 1. Adnan H. Nayfeh, (1995), Wave propagation in layered between two difffent anisotropic and verticslly heterogeneous geotechnical survey results shows out only average Việc phân chia các lớp đất đá phải đảm bảo tính đồng anisotropic media, North-Holland series in, Amsterdam- elastic solid half-spaces ‘’, Anjiam J, 44(2003), 447-460. values. Therefore, the calculation of foundations nhất về mặt xây dựng. Nghĩa là phải thực hiện riêng cho Lausanne-New York-Oxford-Shannon-Tokyo. 7. Pham Chi Vinh, Tran Thanh Tuan, Marcos A. Capistran, will not comply with current standards and norms. mỗi lớp có thành phần thạch học, tính chất vật lý hay tính 2. Kohn R.V and Vogelius. (1984), ‘’ A new model for thin plates chất xây dựng khác nhau, không phụ thuộc vào chiều with rapidly varying thickness’’, Int. J. Solids Struct, 20, pp. (2014), ‘’ Explicit formulas for the reflection and transmission This paper analyzes and offers solutions to determine coefficients of one-component waves through a stack of an the calculated values of physic-mechanial figures of dày và vị trí phân bố của chúng trong không gian. Với chỉ 333-350. arbitrary number of layers ‘’, Wave Motion. tiêu sức kháng cắt, do chúng được xác định đặc biệt nên 3. Nevard J., Keller J.B. (1997), ‘’ Homogenization of rough rock soil in the simplest way based on the values of 8. Vinh P. C., Tung D. X. (2010),’’ Homogenized equations of the các đặc trưng thống kê của chúng tính theo phương pháp boundaries and interfaces ‘’, SIAM J. Appl. Math, 57, pp. linear elasticity in two-dimensional domains with very rough statistical set. riêng. Cần chú ý là các sai số thô đã được loại bỏ trước 1660-1686. interfaces’’, Mechanics Research Communications, 37, pp. khi xử lý thống kê. 4. Talbot D.R.S, Titchener J.B and Willis J.R. (1990), ‘’ The 285-288. reflection of electromagnetic waves from very rough interfaces 9. Zaki K. A, Neureuther A. R, (1971), ‘’Scattering from a 2.1. Đối với các chỉ tiêu cơ lý thông thường (ngoài sức ‘’, Wave Motion, 12, pp. 245-260. perfectly conducting surface with a sinusoidal hight profile: kháng cắt): Phan Tự Hướng 5. Ting T. C. T. (1996), Anisotropic elasticity: theory and TE polarization’’, IEEE Trans. Antenn. Propag, 19(2), pp. applications, Oxford, UK: Oxford University Press. Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng GTTC là giá trị đặc trưng, đại diện cho tất cả các giá 208-214. ĐT: 0913532322 trị riêng lẻ của chỉ tiêu cơ lý nào đó trong một lớp đất đá. GTTC được xác định bằng giá trị trung bình của các giá trị riêng lẻ sau khi đã loại trừ sai số thô. 46 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG S¬ 26 - 2017 47
  2. KHOA H“C & C«NG NGHª Hình 1. Xác định các đặc trưng thống kê chỉ tiêu ngoài sức chống cắt (gồm lực dính kết C và góc ma sát trong ϕ ). Đây là chỉ 1 n tiêu cơ học rất quan trọng, được sử dụng trong việc tính Hình 2. Xác định GTTC của sức chống cắt theo TCVN - Giá trị tiêu chuẩn: x tc = ∑ xi n i =1 (1) toán sức chịu tải của đất nền, tính toán móng nông, sức chịu tải của cọc, tính toán ổn định mái dốc,... Theo TCVN, các đặc trưng sức kháng cắt phải xác định theo “phương - Độ lệch bình phương trung bình: pháp bình phương bé nhất” với mối quan hệ tuyến tính cho toàn bộ tập hợp các giá trị thí nghiệm ứng suất cắt (τi) ứng với các cấp áp lực nén (σi) trong mỗi lớp đất. - Giá trị tiêu chuẩn: 1 n =S ∑ n − 1 i =1 ( xi − x tc ) 2 (2) 1 n n n n =C ( ∑τ i ∑σ i − ∑σ i ∑τ i σ i ) tc 2 ∆=i 1 =i 1 =i 1 =i 1 (4) S 1 n n n - Hệ số biến đổi: V = 100% (3) =tgϕ ( n ∑τ iσ i − ∑σ i ∑τ i ) tc x tc ∆=i 1 =i 1 =i 1 (5) Trong đó: n n n - Tổng các giá trị chỉ tiêu cơ lý riêng lẻ trong tập hợp mẫu. =∆ n ∑σ i2 − ( ∑σ i ) 2 Trong đó: =i 1 =i 1 xi - Giá trị chỉ tiêu cơ lý riêng lẻ. Công tác xử lý và tính toán trên thường thực hiện trên n - Số các giá trị riêng lẻ τi ứng với tất cả các cấp áp phần mềm Excel, đây là phần mềm rất mạnh về bảng lực σi. Hình 3: Thí nghiệm cắt phẳng xác định chỉ tiêu C và φ cho từng mẫu đất tính và xử lý số liệu. Trong Excel, chúng ta sử dụng hàm Trong đó: Khi sử dụng Excel để tính toán, chúng ta lập quan hệ Count để xác định số lượng giá trị thí nghiệm (n), hàm - Độ lệch bình phương trung bình: giữa các giá trị ứng suất cắt τi ứng với các cấp áp lực Average để tính GTTC (xtc), hàm Stdev để xác định độ 1 1 n ∑ n τ σi (hình 2). Với mối tương quan tuyến tính y = ax+b (là lệch bình phương trung bình (S). =S (σ i tgφ tc + C tc −τ i ) 2 Với các chỉ tiêu thông thường, việc xác định GTTC khá SC = S τ ∑ ∆ i =1 σ i2 n − 2 i =1 dạng phương trình sức chống cắt τ=σtgφ+C), chúng ta sử dụng một số hàm như Intercept, Linest, Slope,... để đơn giản, đó là giá trị trung bình của các giá trị thí nghiệm (6) đơn lẻ sau khi đã loại trừ sai số thô. - Hệ số biến đổi: xác định GTTC của các chỉ tiêu sức kháng cắt C, φ. Trong công tác khảo sát ĐCCT hiện nay, phần lớn đặc 2.2. Đối với các đặc trưng sức kháng cắt: SC Stgϕ Chỉ tiêu sức kháng cắt của đất đá thường được xác n =VC = 100% ;V 100% trưng của chỉ tiêu sức chống cắt không được thực hiện định bằng thí nghiệm cắt phẳng một trục trong phòng Stgϕ = S τ C tc tgϕ tgϕ tc theo trình tự trên. Chỉ tiêu sức chống cắt được xây dựng ∆ (7) (8) riêng cho từng mẫu, sau đó tính trung bình cộng cho giá 48 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG S¬ 26 - 2017 49
  3. KHOA H“C & C«NG NGHª Bảng 1. Xác định GTTC và các đặc trưng thống kê theo TCVN và thực tế TCVN (TCVN 9153:2012) Cách đơn giản Số lần TT TN Cct φct Vc Vtgφ CI CII φI φII Cct φct 1 6 0.313 13046’ 8.9 4.1 0.265 0.277 12050’ 13004’ 0.313 13045’ 2 6 0.157 8049’ 18.5 7.1 0.107 0.119 7046’ 8001’ 0.157 8048’ 3 6 0.094 17020’ 26.6 2.9 0.051 0.062 16032’ 16043’ 0.094 17017’ 4 6 0.065 8005’ 36.9 9.2 0.024 0.034 6050’ 7008’ 0.065 8003’ 5 8 0.319 13053’ 7.8 3.6 0.277 0.287 13003’ 13015’ 0.319 15053’ 6 8 0.166 8056’ 16.3 6.4 0.120 0.131 7058’ 8012’ 0.166 8053’ 7 8 0.089 17033’ 23.6 2.5 0.053 0.062 16050’ 17000’ 0.089 17030’ 8 8 0.066 8012’ 28.8 6.9 0.034 0.041 7014’ 7028’ 0.066 8011’ 9 10 0.328 17037’ 7.0 3.3 0.289 0.298 12053’ 13003’ 0.328 17035’ 10 10 0.164 9002’ 15.2 5.7 0.122 0.132 8011’ 8023’ 0.164 9000’ Hình 4. Giá trị trung bình của C, φ được coi là GTTC (phần bôi đậm) 11 10 0.090 17052’ 28.9 2.8 0.046 0.056 17004’ 17015’ 0.090 17050’ 12 10 0.070 7058’ 24.3 6.4 0.041 0.048 7007’ 7019’ 0.070 7058’ 13 15 0.340 13037’ 5.9 2.9 0.307 0.314 12059’ 13007’ 0.340 13037’ 14 15 0.165 9016’ 13.3 4.9 0.128 0.136 8031’ 8041’ 0.165 9016’ 15 15 0.087 18010’ 25.3 2.4 0.050 0.058 17028’ 17038’ 0.087 18008’ 16 15 0.069 7058’ 18.8 5.0 0.047 0.052 7019’ 7028’ 0.069 7057’ 17 20 0.340 13034’ 5.0 2.5 0.312 0.318 13001’ 13008’ 0.340 13033’ 18 20 0.164 9016’ 11.6 4.3 0.132 0.139 8037’ 8045’ 0.165 9013’ 19 20 0.090 18010’ 21.1 2.1 0.058 0.065 17034’ 17042’ 0.090 18010’ 20 20 0.067 8008’ 17.9 4.2 0.047 0.051 7035’ 7042’ 0.067 8008’ 21 25 0.340 13034’ 4.4 2.1 0.315 0.321 13006’ 13012’ 0.340 13031’ 22 25 0.172 9005’ 9.3 3.8 0.145 0.151 8032’ 8040’ 0.172 9006’ 23 25 0.089 18010’ 19.1 1.8 0.061 0.067 17039’ 17046’ 0.089 18010’ Hình 5: Xác định GTTT của Khối lượng thể tích tự nhiên 24 25 0.068 8012’ 14.7 3.5 0.051 0.055 7044’ 7050’ 0.068 8010’ 25 30 0.340 13030’ 4.1 2.1 0.317 0.322 13003’ 13009’ 0.341 13029’ 26 30 0.169 9005’ 8.3 3.1 0.146 0.151 8038’ 8044’ 0.169 9003’ 27 30 0.090 18007’ 16.7 1.5 0.065 0.071 17041’ 17047’ 0.091 18004’ 28 30 0.066 8012’ 13.6 3.5 0.051 0.054 7044’ 7050’ 0.066 8011’ 50 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG S¬ 26 - 2017 51
  4. KHOA H“C & C«NG NGHª Hình 6: Phương trình tương quan xác định hệ số biến đổi V từ thực tế trị riêng lẻ C và φ (hình 3, 5) mà không tính theo τi . Theo - Đối với các chỉ tiêu độ bền kháng cắt (C, φ), khối phương pháp này, độ lệch bình phương trung bình và hệ lượng thể tích tự nhiên (γ) và cường độ kháng nén tức số biến đổi của chúng thực hiện theo công thức (2), (3). thời của đá (Rn), hệ số k được xác định như sau: Cách thực hiện này khá đơn giản (sau đây gọi là cách đơn giản). 1 k= Như vậy, vấn đề đặt ra là kết quả tính đơn giản như 1± ρ trên có sai lệch so với TCVN không? Phương pháp xác định GTTT ở trường hợp này thực hiện như thế nào? Chúng ta sẽ nghiên cứu và giải quyết từng vấn đề ở các x tt x tc (1 ± ρ ) = Hình 7: Xác định GTTT của C và ϕ theo cách đơn giản mục sau. - Đối với các chỉ tiêu khác: k =1, tức là xtt = xtc hoặc tự động khi sử dụng hàm nội suy tuyến tính một (theo Kalomenxki). Sai số chuẩn (mr) tương ứng là 0.064 2.3. So sánh đặc trưng sức kháng cắt tính theo tiêu chuẩn và cách đơn giản: chiều (được lập riêng bằng ngôn ngữ VBA trong Excel - và 0.0622. Tỷ số R/mr tương ứng đều lớn hơn 3, do vậy Giá trị ρ là chỉ số độ chính xác đánh giá trị số trung hình 5). Với các chỉ tiêu ngoài sức chống cắt, chúng ta dễ mối tương quan trên được coi là tin cậy. Trong mục này, chúng ta sẽ tìm hiểu và so sánh đặc bình các đặc trưng cơ lý của đất và được tính theo công dàng xác định được các GTTT theo 2 trạng thái (hình 7). trưng sức kháng cắt theo 2 phương pháp khác nhau. Quá thức: Do vậy, có thể sử dụng phương trình tương quan trình so sánh được tiến hành với số lượng mẫu riêng lẻ Với chỉ tiêu sức chống cắt, chúng ta xây dựng mối (9), (10) để tính toán các GTTT (hình 7). Thí nghiệm cắt quan hệ giữa VC, Vtgφ tính theo TCVN và cách đơn giản phẳng được tiến hành với 3 hoặc 4 cấp áp lực nén cho khác nhau theo cường độ kháng cắt khác nhau (liên quan - Đối với C và ϕ : ρ = tαV (bảng 1). Cơ sở dựa theo “phương pháp bình phương bé từng mẫu, đó là cơ sở cho việc xác định số lượng giá trị đến loại đất đá). Từ đó chúng ta tìm được quy luật của sự biến đổi đó. Công tác xác định các đặc trưng sức kháng nhất” và độ chặt của mối tương quan (hình 6). Từ kết quả riêng lẻ n (tổng τi). cắt theo TCVN trên Excel. Kết quả tính toán theo TCVN thực hiện được, chúng ta xác định được hệ số biến đổi V 4. Kết luận tV cho chỉ tiêu C và tgφ như sau (hình 7): và thực tế thể hiện như bảng 1. - Đối với γ và Rn: ρ= α - VC = 3.0843e0.0599V’c Trong công tác khảo sát ĐCCT hiện nay, một số vấn Qua kết quả tính toán với 28 trường hợp khác nhau, n (%) (9) đề cần phải được nhìn nhận lại, trong đó có nội dung thể chúng ta thấy giá trị Ctc và φct tính theo 2 phương pháp - Vtgφ = 1.3774e0.0923V’tgφ (%) (10) hiện trong báo cáo khảo sát ĐCCT. Nội dung báo cáo gần tương đương nhau. Sự sai lệch của 2 phương pháp Trong đó: tα - Hệ số lấy theo Bảng A.1[2], Một số chú khảo sát ĐCCT thường chưa đầy đủ để tính toán các ý khi xác định GTTT: Trong đó: V’C, V’tgφ được tính đơn giản theo công thức GTTT của chỉ tiêu cơ lý đất nền. Tuy nhiên bằng các cách không đáng kể (Ctc có sai lệch lớn nhất 0.01 (kG/cm2), φct có sai lệch lớn nhất 3 phút). Do vậy, chúng ta có thể coi - Dấu + hoặc - trước ρ được lấy sao cho đảm bảo an 2, 3. phân tích thống kê, chúng ta có thể tính toán chúng từ toàn khi thiết kế nền móng và thường lấy dấu -. Trong một Theo lý thuyết về tương quan và hồi quy, cả hai mối bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý./. kết quả xác định giá trị trung bình từng chỉ tiêu C và φ là GTTC của chúng (hình 4). số trường hợp, có thể lấy dấu + như tính ổn định mái dốc, tương quan trên đều chặt vì tỷ số tương quan R > 0.8 tính sức chịu tải của cọc có ma sát âm,... 3. Xác định các GTTT theo trạng thái giới hạn I và II - Xác suất tin cậy P được lấy như sau: T¿i lièu tham khÀo 5. Phan Tự Hướng. Ứng dụng ngôn ngữ lập trình VBA trong Khi phương pháp xác định GTTC được sáng tỏ, chúng + Trạng thái giới hạn I (cường độ), lấy P = 0.95. Excel để tự động hoá tính toán và xử lý thống kê chỉ tiêu cơ lý ta tìm hiểu tiếp cách xác định GTTT như thế nào? Theo 1. Tô Xuân Vu, Hoàng Kim Bảng. Bài giảng tin học ứng dụng đất dính. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường - Trường Đại TCN, GTTC được hiệu chỉnh để có được giá trị đảm bảo + Trạng thái giới hạn II (biến dạng), lấy P = 0.85. cho ngành Địa chất công trình, 2002. Trường Đại học Mỏ Địa học Mỏ Địa chất, 2007. độ an toàn khi sử dụng trong thiết kế nền móng công chất, Hà Nội. Khi lấy dấu - trước ρ, GTTT nhỏ hơn GTTT với mức độ 6. Phan Tự Hướng. Chương trình xử lý thống kê kết quả thí trình, đó là GTTT (xtt). tc 2. TCXD 74 - 87: Đất xây dựng - Phương pháp chỉnh lý thống kê x phụ thuộc vào xác xuất tin cậy P và mức độ phân tán của các kết quả xác định các đặc trưng của chúng. nghiệm chỉ tiêu cơ lý đất đá theo TCXD 74 - 87, 2007. Công thức tổng quát: x tt = giá trị riêng lẻ so với giá trị trung bình, tức là hệ số biến 3. Phan Tự Hướng. Bài giảng ứng dụng trong Excel trong Địa 7. Davis J.C. Statistics and Data Analysis in Geology, Third k đổi. Các giá trị riêng lẻ phân tán càng mạnh thì hệ số biến chất công trình. Trường Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội, 2010. edition. John Wiley & Sons, 2002. Trong đó: k - Hệ số an toàn về đất; xtc - Giá trị tiêu đổi càng lớn, GTTT càng cách xa GTTC và ngược lại. 4. Phan Tự Hướng. Ứng dụng ngôn ngữ VBA trong Excel để giải chuẩn. Chúng ta thực hiện công việc tính toán trên bằng Excel. một số bài toán trong Địa chất công trình. Tạp chí khoa học Riêng phần tra tα tại bảng A.1 [2] có thể thực hiện thủ công Mỏ - Địa chất, 2006. 52 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG S¬ 26 - 2017 53

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản