ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO CƠNG TRÌNH
XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG ĐỘNG DO XE VẬN CHUYỂN
TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2022


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Thanh Hải
PSG.TS Lương Văn Hải

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Đình Hùng

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Hồng Ân

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 22
tháng 07 năm 2022.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Đào Đình Nhân – Chủ tịch

2. TS. Liêu Xn Q – Thư ký
3. TS. Nguyễn Đình Hùng – Phản biện 1
4. TS. Nguyễn Hồng Ân – Phản biện 2
5. TS. Nguyễn Thái Bình – Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG
Ngày, tháng, năm sinh: 22/08/1996
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng

MSHV: 2170197
Nơi sinh: Bình Thuận

Mã số: 8580201

I. TÊN ĐỀ TÀI: “Ứng xử của tường vây hố đào công trình xét đến tải trọng động do xe vận
chuyển trong q trình thi cơng” (The behavior of the excavation diaphragm in consideration
of the dynamic load carried)
by the vehicle during the construction process
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiệm vụ: Phân tích ứng xử của tường vây hố đào cơng trình xét đến tải trọng động do xe vận
chuyển trong quá trình thi công.
Nội dung:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính tốn mơ phỏng bằng phần mềm Matlab
Chương 4: Ứng dụng khảo sát chuyển vị tường vây khi xét đến tải trọng xe vận
chuyển
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
14/02/2022
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2022
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. ĐỖ THANH HẢI
PSG.TS. LƯƠNG VĂN HẢI
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM
BỘ MÔN ĐÀO TẠO


TS. ĐỖ THANH HẢI

PGS. TS. LƯƠNG VĂN HẢI
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Kỹ thuật Xây dựng và
Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện
luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Đỗ Thanh Hải và
PSG.TS. Lương Văn Hải đã tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn này.
Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời tri ân tới Cơng ty CP Địa kỹ thuật và Nền móng Thái
Dương Hệ đã giúp tôi những số liệu quan trắc để thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã ủng hộ tôi trong suốt thời gian vừa
qua.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 06 năm 2022
Học viên

ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

ii


TĨM TẮT
Tường vây hố đào cơng trình chịu tác động gây ra bởi các tải trọng như tải trọng
khối đất, áp lực nước ngầm, tải trọng các cơng trình lân cận, tải trọng các phương tiện

giao thông khi di chuyển trên đường gần với tầng hầm, các tải trọng thi công bên trong
công trường và xung quanh hố đào của tầng hầm.
Luận văn này trình bày phân tích, đánh giá các nhân tố như khoảng cách đặt tải
trọng động, chiều sâu hố đào, vận tốc xe chạy ảnh hưởng tới áp lực do tải trọng động
gây lên tường vây hố đào cơng trình. Q trình nghiên cứu đã sử dụng phương pháp giải
tích, sử dụng phần mềm MATLAB và PLAXIS để tính tốn áp lực của tường vây hố
đào khi bị lực do tải trọng xe tác động lên, từ đó phân tích được ứng xử của tường vây
dưới tác động của các trường hợp hoạt tải xe tác động khác nhau.
Cơng trình Cityland Park Hills nằm tại số 18 Phan Văn Trị, phường 10, quận Gò
Vấp TPHCM được chọn để nghiên cứu. Tải tác động được tính tốn và mơ phỏng với 3
trường hợp.
Kết quả phân tích cho thấy vận tốc xe chạy trong khoảng 5-30 km/h, sẽ gây áp
lực động lớn lên tường vây. Ngoài ra khoảng cách tải trọng động do xe gây ra càng gần
cơng trình thì gây ra áp lực cho tường vây càng lớn. Tuy nhiên, khoảng cách với tường
vây từ 5m trở đi sự ảnh hưởng này không tuân theo quy luật tuyến tính mà phụ thuộc
vào cộng hưởng của tần số do xe tạo ra và tần số riêng của đất nền. Khi tính tốn thiết
kế tường vây khơng xét đến ảnh hưởng của tải trọng xe, chuyển vị tường vây tính ra nhỏ
hơn giá trị quan trắc, kết quả thiết kế tính ra sẽ khơng an tồn cho tường vây. Nghiên
cứu về bài toán động của tải xe khi thiết kế để áp dụng vào mơ hình tính tốn tường vây
sẽ an toàn hơn cho tường vây, tránh xảy ra rủi ro khi thi cơng các cơng trình hầm, nằm
sát đường có xe tải nặng chạy hoặc sát đường nội bộ xe vận chuyển vật tư chạy nhiều.

iii


ABSTRACT
The diaphragm wall of the excavation pit is affected by loads such as earth mass
load, groundwater pressure, neighboring structures, and traffic loads when traveling on
roads close to the basement, construction loads inside the construction site and around
the excavation pit of the basement.

This thesis presents the analysis and evaluation of factors such as the distance of
placing dynamic loads, depth of excavation, vehicle speed affecting the pressure caused
by dynamic loads on the diaphragm wall of the excavation pit. The research process
used analytical methods, using MATLAB and PLAXIS software to calculate the
pressure of the diaphragm wall of the excavation when being acted upon by the vehicle
load, thereby analyzing the behavior of the diaphragm wall. under the influence of
different driving loads.
Cityland Park Hills project located at 18 Phan Van Tri, Ward 10, Go Vap District,
Ho Chi Minh City was selected for research. Impact loads are calculated and simulated
with 3 cases.
The analysis results show that the vehicle speed is in the range of 5-30 km/h,
which will cause great dynamic pressure on the diaphragm wall. In addition, the closer
the dynamic load caused by the vehicle is to the construction site, the greater the pressure
exerted on the diaphragm wall. However, the distance from the diaphragm wall from
5m onwards, this influence does not follow the linear law but depends on the resonance
of the frequency generated by the vehicle and the natural frequency of the ground. When
calculating the diaphragm wall design without considering the influence of vehicle load,
the calculated diaphragm wall displacement is smaller than the observed value, the
calculated design results will not be safe for the diaphragm wall. Research on the
dynamic problem of vehicle loading when designing to apply to the diaphragm wall
calculation model, it will be safer for the diaphragm wall, avoiding risks when
constructing tunnels, located close to the road with heavy trucks. running or close to the
internal road, the vehicle transporting materials runs a lot.

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn về đề tài “Ứng xử của tường vây hố đào cơng trình
xét đến tải trọng động do xe vận chuyển trong quá trình thi cơng” là cơng trình nghiên

cứu cá nhân của tôi trong thời gian qua. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực
và chưa được công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào khác.
Tơi xin chịu trách nhiệm về cơng việc của mình thực hiện.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 06 năm 2022
Học viên

ĐỒN TẤN VIỆT CƯỜNG

v


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Sự cần thiết của đề tài ..................................................................................................1
Mục tiêu đề tài .............................................................................................................1
Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................2
1.1. Thực trạng nghiên cứu trong nước .......................................................................2
1.2. Thực trạng nghiên cứu ngoài nước .......................................................................2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................9
2.1. Lý thuyết đàn hồi tuyến tính .................................................................................9
2.2. Các mơ hình đất nền .............................................................................................9
2.2.1. Mơ hình Mohr – Coulomb.............................................................................9
2.2.2. Mơ hình Hyperbol .......................................................................................11
2.2.3. Mơ hình Cam-Clay cải tiến .........................................................................12
2.2.4. Mơ hình Hardening Soil ..............................................................................13
2.3. Mơ hình tải động ................................................................................................17
2.3.1. Mơ hình hệ dao động cơ bản .......................................................................17
2.3.2. Mơ hình hệ dao động của hoạt tải xe ...........................................................18
2.4. Sự truyền tải động trong môi trường liên tục đàn hồi đẳng hướng ....................21

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN MƠ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ................22
3.1. Các bài toán đưa ra .............................................................................................22
3.2. Kiểm chứng mơ hình tính tốn ...........................................................................22
3.2.1. Mục đích ......................................................................................................22
3.2.2. Kết quả tính tốn .........................................................................................23
3.3. Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách từ tải trọng xe đến tường vây lên áp lực
đất ..............................................................................................................................24
3.4. Đánh giá áp lực động của tải trọng xe lên tường vây .........................................26
3.5. Ảnh hưởng của tải trọng động tác động lên hệ giằng tường vây .......................28
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG KHẢO SÁT CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY KHI XÉT ĐẾN
TẢI TRỌNG XE VẬN CHUYỂN ................................................................................30
4.1. Giới thiệu cơng trình...........................................................................................30
vi


4.1.1. Tổng quan cơng trình...................................................................................30
4.1.2. Khảo sát địa chất .........................................................................................31
4.1.3. Quan trắc chuyển vị tường vây....................................................................33
4.2. Tính tốn mơ phỏng............................................................................................38
4.2.1. Thơng số địa chất sử dụng cho mơ hình ......................................................38
4.2.2. Cừ Larsen ....................................................................................................39
4.2.3. Sàn hầm .......................................................................................................39
4.2.4. Phụ tải mặt đất .............................................................................................40
4.2.5. Trình tự thi cơng ..........................................................................................41
4.2.6. Kết quả tính tốn .........................................................................................43
4.2.7. Tổng hợp kết quả .........................................................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................54
Kết luận......................................................................................................................54
Kết nghị .....................................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................55

PHỤ LỤC ......................................................................................................................57
Phụ lục A.1: Kết quả quan trắc chuyển vị I2 (đơn vị mm) .......................................57
Phụ lục A.2: Kết quả quan trắc chuyển vị I3 (đơn vị mm) .......................................61
Phụ lục A.3: Kết quả quan trắc chuyển vị I4 (đơn vị mm) .......................................65
Phụ lục B.1: Code Matlab “So sánh với kết quả Veletsos và Younan (1994)” ........69
Phụ lục B.2: Code Matlab “Ảnh hưởng của khoảng cách từ tải trọng đến tường vây”
...................................................................................................................................70
Phụ lục B.3: Code Matlab “Áp lực động của tải trọng xe lên tường vây” ................71
Phụ lục B.4: Code Matlab “Lực trong hệ giằng do tải trọng xe tác động lên tường
vây- trường hợp 1 hệ giằng” ......................................................................................72
Phụ lục B.5: Code Matlab “Lực trong hệ giằng do tải trọng xe tác động lên tường
vây- trường hợp 2 hệ giằng” ......................................................................................73

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Minh họa tác động của tải trọng động lên tường chắn .....................................3
Hình 1.2 Đồ thị thể hiện sự thay đổi áp lực đất tại đỉnh tường chắn đất phụ thuộc vào
tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số nhớt 𝛿 = 0.1 ...............6
Hình 1.3 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của áp lực đất lên tường chắn đất theo chiều sâu và
phụ thuộc vào tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số nhớt 𝛿 =
0.1 ....................................................................................................................................7
Hình 1.4 Đồ thị thể hiện sự thay đổi theo phương ngang của ứng suất pháp phương
ngang gây ra bởi chuyển động nền điều hòa tại bề mặt của lớp đất;
𝑣=
0.3; 𝛿 = 0.1 .....................................................................................................................7
Hình 1.5 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của sự cản nhớt của vật liệu tới độ lớn của lực cắt
đáy gây ra bởi dao động điều hòa; 𝑣 = 0.3 .....................................................................8
Hình 1.6 Đồ thị thể hiện so sánh các đường cong đáp ứng tần số đối với lực cắt đấy

trong tường được tính tốn bằng cách xem xét một và một chế độ rung; .......................8
Hình 2.1 Vịng trịn Mohr tại ngưỡng dẻo .......................................................................9
Hình 2.2 Các mặt bao phá hoại theo tiêu chuẩn Mohr – Coulomb [8] .........................10
Hình 2.3 Quan hệ ứng suất – biến dạng theo mơ hình đàn hồi – dẻo lý tưởng .............11
Hình 2.4 Quan hệ ứng suất – biến dạng và các mơ đun của mơ hình Hypebol ............12
Hình 2.5 Mặt dẻo của mơ hình Cam-clay cải tiến .........................................................13
Hình 2.6 Mặt dẻo của mơ hình HS trong khơng gian ứng suất (p-q) ............................14
Hình 2.7 Định nghĩa E50 và Eur trong thí nghiệm nén ba trục thốt nước .....................15
Hình 2.8 Định nghĩa 𝐸oed 𝑟𝑒𝑓 theo kết quả thí nghiệm nén một trục..........................16
Hình 2.9 Mơ hình hệ dao động một bậc tự do ...............................................................17
Hình 2.10 Ảnh hưởng của trọng lực vào sự cân bằng của hệ dao động một bậc tự do.18
Hình 2.11 Mơ hình các thành phần của bài tốn ảnh hưởng tải trọng động .................18
Hình 2.12 Phân bố tải trọng của xe xuống mặt đường của Huang (1993) ....................19
Hình 2.13 Phân bố tải trọng của xe theo vệt bánh xe của Tran (2004) .........................19
Hình 2.14 Giả thiết mặt đường trong thí nghiệm của Perret (2003) .............................20
Hình 2.15 Tính chất biến dạng của mặt đường khi chịu tải trọng xe (Perret, 2003) .....21
Hình 3.1 Giao diện tổng ................................................................................................22
Hình 3.2 Chọn vào “So sánh với kết quả của Veletsos và Younan (1994)” để ra kết quả
.......................................................................................................................................23
viii


Hình 3.3 Kết quả so sánh ...............................................................................................24
Hình 3.4 Chọn vào “Ảnh hưởng của khoảng cách từ tải trọng đến tường vây” để ra giao
diện tính .........................................................................................................................24
Hình 3.5 Giao diện tính “Ảnh hưởng của khoảng cách từ tải trọng đến tường vây” ....25
Hình 3.6 Kết quả tính “Ảnh hưởng của khoảng cách từ tải trọng đến tường vây” .......26
Hình 3.7 Chọn vào “Áp lực động của tải trọng xe lên tường vây” để ra giao diện tính
.......................................................................................................................................26
Hình 3.8 Kết quả tính “Áp lực động của tải trọng xe lên tường vây” ...........................27

Hình 3.9 Chọn vào “Lực trong hệ giằng do tải trọng xe tác động lên tường vây” để ra
giao diện tính” ...............................................................................................................28
Hình 3.10 Trường hợp một hệ giằng .............................................................................28
Hình 3.11 Trường hợp hai hệ giằng ..............................................................................29
Hình 4.1 Cơng trình Cityland Park Hills .......................................................................30
Hình 4.2 Mặt bằng bố trí cừ Larsen và Kingpost để thi cơng hầm ...............................30
Hình 4.3 Mặt cắt hố đào thi cơng hầm ..........................................................................31
Hình 4.4 Mặt cắt địa chất khu vực nghiên cứu..............................................................31
Hình 4.5 Các bộ phận của thiết bị Inclinometer của hãng Geokon ...............................33
Hình 4.6 Mặt bằng bố trí quan trắc................................................................................34
Hình 4.7 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây vị trí I2 ..................................35
Hình 4.8 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây vị trí I3 ..................................36
Hình 4.9 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây vị trí I4 ..................................37
Hình 4.10 Thơng số cừ Larsen SP-IV ...........................................................................39
Hình 4.11 Mơ phỏng tường vây 15m và tải sử dụng trong PLAXIS ............................40
Hình 4.12 Mơ phỏng tường vây 9m và tải sử dụng trong PLAXIS ..............................40
Hình 4.13 Các bước tính tốn trong PLAXIS với tường vây 15m................................41
Hình 4.14 Các bước tính tốn trong PLAXIS với tường vây 9m ..................................42
Hình 4.15 Kết quả tính tốn trong trường hợp 1 với tường vây 15m ...........................43
Hình 4.16 Chuyển vị ngang của tường vây trường hợp 1 với tường vây 15m
(Ux=158mm) ..................................................................................................................43
Hình 4.17 Kết quả tính tốn trong trường hợp 1 với tường vây 9m .............................44
ix


Hình 4.18 Chuyển vị ngang của tường vây trường hợp 1 với tường vây 9m (U x=56mm)
.......................................................................................................................................44
Hình 4.19 Kết quả tính tốn trong trường hợp 2 với tường vây 15m ...........................45
Hình 4.20 Chuyển vị ngang của tường vây trường hợp 2 với tường vây 15m
(Ux=197mm) ..................................................................................................................45

Hình 4.21 Kết quả tính tốn trong trường hợp 2 với tường vây 9m .............................46
Hình 4.22 Chuyển vị ngang của tường vây trường hợp 2 với tường vây 9m (U x=62mm)
.......................................................................................................................................46
Hình 4.23 Kết quả tính áp lực tải xe lên tường vây với tường vây 15m .......................47
Hình 4.24 Kết quả tính áp lực tải xe lên tường vây với tường vây 9m .........................47
Hình 4.25 Mơ hình tải động của xe lên tường vây với tường vây 15m ........................48
Hình 4.26 Kết quả tính tốn trong trường hợp 3 với tường vây 15m ...........................48
Hình 4.27 Chuyển vị ngang của tường vây trường hợp 3 với tường vây 15m
(Ux=200mm) ..................................................................................................................49
Hình 4.28 Mơ hình tải động của xe lên tường vây với tường vây 9m ..........................49
Hình 4.29 Kết quả tính tốn trong trường hợp 3 với tường vây 9m .............................50
Hình 4.30 Chuyển vị ngang của tường vây trường hợp 3 với tường vây 9m (U x=66mm)
.......................................................................................................................................50
Hình 4.31 Tổng hợp kết quả chuyển vị với tường vây 15m..........................................51
Hình 4.32 Tổng hợp kết quả chuyển vị với tường vây 9m ............................................52

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1 Các thơng số mơ hình Mohr – Coulomb .......................................................11
Bảng 2-2 Các thơng số mơ hình Hypebol .....................................................................12
Bảng 2-3 Các thơng số mơ hình Cam-clay cải tiến ......................................................13
Bảng 2-4 Các thơng số mơ hình Hardening Soil ..........................................................16
Bảng 4-1 Các thơng số đất khi mơ hình Plaxis .............................................................38
Bảng 4-2 Các thơng số của cừ larsen khi mơ hình Plaxis .............................................39
Bảng 4-3 Các thông số về sàn hầm khi mơ hình Plaxis ................................................40
Bảng 4-4 Q trình thi cơng vị trí 2 tầng hầm mơ phỏng trong Plaxis (tường vây 15m)
.......................................................................................................................................41
Bảng 4-5 Q trình thi cơng vị trí 1 tầng hầm mô phỏng trong Plaxis (tường vây 9m)

.......................................................................................................................................42
Bảng 4-6 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị đỉnh tường vây ........................................53

xi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

MỞ ĐẦU
Sự cần thiết của đề tài
Với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế đất nước, khai thác và sử dụng một
cách có hiệu quả khơng gian dưới mặt đất trong các đô thị hiện đại đang là xu thế tất
yếu. Những cơng trình ngầm, chẳng hạn như hệ thống tàu điện ngầm, các bãi đỗ xe
ngầm…, hoặc một phần công trình nằm dưới mặt đất như tầng hầm của các cơng trình…,
ngồi việc phải chịu những tác động giống như của các cơng trình trên mặt đất, nó cịn
chịu những tác động gây ra bởi các tải trọng khối đất, áp lực nước ngầm, tải trọng các
cơng trình lân cận, tải trọng các phương tiện giao thông khi di chuyển trên đường gần
với tầng hầm, các tải trọng thi công bên trong công trường và xung quanh hố đào của
tầng hầm. Đặc biệt trong giai đoạn thi công, xe vận chuyển khối lượng vật tư lớn di
chuyển lân cận hố đào có thể gây ảnh hưởng xấu đến tường vây hố đào: lún, hư hỏng,
phá hủy… hoặc có thể gây mất an tồn trong thi cơng, làm ảnh hưởng chất lượng, tiến
độ thi cơng cơng trình.
Mục tiêu đề tài
Tính tốn chuyển vị đỉnh tường vây trong đó có xét đến yếu tố ảnh hưởng của hoạt
tải xe khi cơng trình đang thi công.
Sử dụng phần mềm phần tử hữu hựu hạn PLAXIS và MATLAB để tính tốn chuyển
vị đỉnh của tường vây và áp lực của tải động xe gây lên tường vây, từ đó đánh giá kết
quả tính tốn, đưa ra nhận xét, kết luận sự ảnh hưởng của hoạt tải xe đến tường vây trong

tính tốn và thiết kế cơng trình.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp kết hợp lý thuyết và mô phỏng để đưa ra các đánh giá,
phân tích và so sành với kết quả thiết kế cơng trình thực tế. Đề tài có sử dụng các mơ
hình số để tính tốn ra giá trị áp lực tác động vào tường vây của hố đào cơng trình.
Các bài tốn dược đưa ra:
 Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn áp lực lên tường vây trong
trường hợp xem tải xe là tải tĩnh
 Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn áp lực lên tường hầm trong
trường hợp khơng xét tải xe, kết hợp dùng phương pháp giải tích để tính tốn áp
lực lên tường chắn đất khi xem tải xe là tải động.
Phần mềm PLAXIS được dùng để tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn và
phần mềm MATLAB được dùng để tính tốn theo phương pháp giải tích. Từ đó, phân
tích được ứng xử của tường vây dưới tác động của các trường hợp hoạt tải xe tác động
khác nhau. Kết quả mô phỏng được so sánh với giá trị quan trắc chuyển vị của tường
vây để xác định độ chính xác của mơ hình.
1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Thực trạng nghiên cứu trong nước
Việc xác định áp lực động gây ra bởi chấn động lên tường vây thẳng đứng là tiền đề
cho việc phân tích động đất và thiết kế tường chắn đất cũng như các kết cấu ngầm khác.
Theo tác giả tìm hiểu, hiện tại rất ít nghiên cứu trong nước cho vấn đề này. Luận văn
thạc sĩ của tác giả Nguyễn Khắc Dũng [17] có đưa ra được kết luận khi nghiên cứu là
vận tốc xe chạy trong khoảng 10km/h đến 30km/h sẽ gây tác động lớn lên tường chắn

đất và giá trị ứng suất trong hệ giằng có thể tăng 25% khi xét đến ảnh hưởng động của
tải trọng xe.
1.2. Thực trạng nghiên cứu ngoài nước
Việc đánh giá các áp lực đất động gây ra bởi sự rung chuyển của mặt đất lên các bức
tường thẳng đứng là cơ bản đối với việc phân tích địa chấn và thiết kế các kết cấu giữ
đất cũng như của các hệ thống nhúng và ngầm. Mặc dù các hệ thống này đã là chủ đề
của nhiều nghiên cứu trong nhiều năm, nhưng phản ứng động của chúng vẫn chưa được
hiểu rõ. Đặc biệt, thiếu dữ liệu phản hồi đầy đủ và các phương pháp phân tích hợp lý
nhưng đơn giản có thể được sử dụng một cách đáng tin cậy và hiệu quả về chi phí trong
thiết kế. Các nghiên cứu có giá trị về những đóng góp trước đây về chủ đề này đã được
cung cấp trong các nghiên cứu hiện đại của Nazarian và Hadjian [1], Prakash [2] và
Whitman [3].
Các phương pháp phân tích vấn đề được phân loại thành 3 loại:
 Các phương pháp trong đó chuyển vị tương đối của tường chắn đất và đất đắp
đủ lớn để để tạo ra giới hạn hoặc trạng thái hư hỏng trong đất;
 Những trường hợp tường chắn đất hồn tồn khơng dẻo và đất chuyển vị rất
ít để xem đất đắp làm việc trong miền đàn hồi tuyến tính;
 Trường hợp trung gian, trong đó vật liệu phi tuyến thực sự, tính chất từ trễ
của đất được tính tốn một cách rõ ràng.
Đại diện cho cách tiếp cận đầu tiên là phương pháp Mononobe-Okabe [4,5] nổi tiếng
và các biến thể khác nhau của phương pháp này, xem khối đất giữa tường chắn đất và
mặt phá hủy giả định là khối cứng có cùng gia tốc với nền đất.
Đại diện cho cách tiếp cận 2 là Veletsos et Younan [6], khi xem xét áp lực lên tường
và các lực khác gây ra bởi chấn động nền đất trong điều kiện đàn hồi.
Đại diện cho cách tiếp cận 3 là Siller và cộng sự [7], khi xem xét phản ứng của tường
trọng lực và tường có neo.
Veletsos et Younan (1994), [6], đã công bố các công trình nghiên cứu về tải động
tác dụng lên tường chắn đất bằng phương pháp lý thuyết. Trong cơng trình nghiên cứu
2



LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

“Dynamic soil pressures on rigid vertical walls” [6], nhóm tác giả đã đánh giá các áp
lực động và lực tương ứng trên tường chắn thẳng đứng do tải trọng động gây ra trong
một lớp không gian bán vô hạn. Đồng nhất, nhớt dẻo, có độ dày khơng đổi. Nghiên cứu
chỉ ra ảnh hưởng của dao động điều hòa và động đất. Các tác giả đã phát triển một công
thức ước lượng phản hồi đơn giản, kèm theo một tập dữ liệu số mô tả tác động và ý
nghĩa của các tham số liên quan. Giải pháp cũng được so sánh với các giá trị thu được
bởi mơ hình đơn giản của Scott (1973), cho thấy độ chính xác của giải pháp. Tóm lại,
các tác giả đề xuất hai phiên bản của mơ hình để mô tả tác động tốt hơn. Trong phiên
bản đầu tiên, các thuộc tính của mơ hình được xác định bằng cách sử dụng các tham số
phụ thuộc vào tần số. Trong phiên bản thứ hai, các thông số trên khơng phụ thuộc vào
tần số, vốn dĩ có lợi hơn khi phân tích các phản ứng nhất thời.
Hình 1.1 thể hiện hệ được khảo sát, là một lớp bán không gian vơ hạn, lớp vật liệu
đàn nhớt đồng nhất có biên trên tự do, biên dưới cứng và một biên đứng là tường cứng.
Cả tường và biên dưới được kích thích bằng một chuyển động khơng gian bất biến. Hàm
số gia tốc theo thời gian là 𝑥 ̈ (𝑡). Vật liệu cản nhớt được xem là hằng số.

Hình 1.1 Minh họa tác động của tải trọng động lên tường chắn
Phương trình chuyển động trong mơi trường liên tục của Euler
𝑑𝑖𝑣. 𝜎 = 𝜌. 𝛾 + 𝜌. 𝑥 ̈ (𝑡)

(1.1)

Trong đó:
𝜌 là khối lượng riêng của đất;
𝛾=


( , )

là gia tốc của điểm vật chất;

𝑥 ̈ (𝑡) là gia tốc do tải động tác dụng vào tường chắn đất;
𝑡 là biến số thời gian
Từ đây ta có hệ phương trình ứng suất trong mặt phẳng như sau:

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

⎧𝜕𝜎 + 𝜕𝜎 = 𝜌. 𝐻. 𝜕 𝑢 + 𝜌. 𝐻. 𝑥 ̈ (𝑡)
⎪ 𝜕𝜉
𝜕𝜂
𝜕𝑡
𝜕𝜎
𝜕𝜎
𝜕 𝑣
⎨
+
= 𝜌. 𝐻.
⎪
𝜕𝜉
𝜕𝜂
𝜕𝑡

⎩

(1.2)

Trong đó:
Trong đó x và y là tọa độ trong hệ tọa độ Descartes;
𝜎

và 𝜎

là các ứng suất pháp;

𝜎

và 𝜎

là các ứng suất tiếp;

𝑢 và 𝑣 là chuyển vị của điểm vật chất khi biên dịch chuyển.
Đặt

𝜉=
𝜂=

với H là chiều sâu của hố đào, hệ phương trình trên được viết lại như

sau:
⎧𝜕𝜎 + 𝜕𝜎 = 𝜌 ⋅ 𝐻 ⋅ 𝜕 𝑢 + 𝜌 ⋅ 𝐻 ⋅ 𝑥 ̈ (𝑡)
⎪ 𝜕𝜉
𝜕𝜂

𝜕𝑡
𝜕𝜎
𝜕𝜎
𝜕 𝑣
⎨
+
=𝜌⋅𝐻⋅
⎪
𝜕𝜉
𝜕𝜂
𝜕𝑡
⎩

(1.3)

Veletsos et Younan (1994) [6] sử dụng giả thiết hệ phương trình đàn hồi phức có
tính đến độ nhớt của lớp đất
σ

= (λ∗ + 2𝐺 ∗ )ε

+ λ∗ ε

= (λ∗ + 2𝐺 ∗ )

∂𝑢
∂𝑣
+ λ∗
∂𝑥
∂𝑦


(1.4)

σ

= (λ∗ + 2𝐺 ∗ )ε

+ λ∗ ε

= (λ∗ + 2𝐺 ∗ )

∂𝑣
∂𝑢
+ λ∗
∂𝑦
∂𝑥

(1.5)

σ

=σ

= 2𝐺 ∗ ε

= 𝐺∗

∂𝑢 ∂𝑣
+
∂𝑥 ∂𝑦


(1.6)

Trong đó module trượt 𝐺 ∗ và module Lamé 𝜆∗ trong đàn hồi phức được tính theo
cơng thức:
𝐺=

𝐸
2(1 + 𝑣)

(1.7)

𝐺 ∗ = 𝐺(1 + 𝑖𝛿)

(1.8)

2𝑣
𝐺∗
1 − 2𝑣

(1.9)

𝜆∗ =
Với:

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ


HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

E là module đàn hồi của đất;
G là module cắt của đất;
𝑣 là hệ số nở hông (hệ số Poisson) của đất;
𝛿 là hệ số nhớt được tính từ 0 đến 1;
𝑖 = √−1 là đơn vị ảo.
Điều kiện biên ở thành tường chắn đất và lớp đất ngàm với tường chắn đất:
𝑢(𝑥 = 0) = 0; 𝑢(𝑦 = 0) = 0; 𝑣(𝑦 = 0) = 0
Trong điều kiện 𝜎 (0 ≤ 𝑥 ≤ 𝐿 ) = 0 với 𝐿 là khoảng cách từ điểm đặt tải đến
tường chắn đất, ta có:
∂𝑣
λ∗
∂𝑢
𝑣 ∂𝑢
=− ∗
=
−
∂η
λ + 2𝐺 ∗ ∂ξ
1 − 𝑣 ∂ξ

(1.10)

Từ đó tính ra
σ

= ψ 𝐺∗

1 ∂𝑢

𝐻 ∂ξ

(1.11)

Trong đó 𝜓 =
Suy ra được phương trình cân bằng lực theo phương x
2−𝑣 ∗∂ 𝑢
∂ 𝑢
∂ 𝑢
𝐺
+ 𝐺∗
−ρ⋅
= ρ ⋅ 𝑥 ̈ (𝑡)
1 − 𝑣 ∂𝑥
∂𝑦
∂𝑡
Với 𝜓 =

(1.12)

, phương trình được viết lại
ψ 𝐺∗

∂ 𝑢
∂ 𝑢
∂ 𝑢
+ 𝐺∗
−ρ⋅𝐻
= ρ ⋅ 𝐻 ⋅ 𝑥 ̈ (𝑡)
∂ξ

∂η
∂𝑡

(1.13)

Veletsos et Younan (1994) [6] cho ra cơng thức tính tải tác động vào tường chắn đất
khi có dao động điều hòa 𝑥 ̈ (𝑡) = 𝑋 ̈ 𝑒 như sau:
σ (ξ, η) = −

8ψ
ρ𝑋̈ 𝐻(1 + 𝑖δ)
π

,

1 𝑒 ⋅ Λ
𝑛π
sin
η
𝑛 1 − ϕ + 𝑖δ
2

(1.14)

Trong đó
ψ =

ψ
=
ψ


2
(1 − 𝑣)(2 − 𝑣)

ϕ =

1 ω
𝑛ω
5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG
ω = 2. π. 𝑓
ω =

π 𝐺
2𝐻 ρ

Λ =1−
α =

𝑛π
2ψ

ϕ
1 + 𝑖δ
Λ


Kết quả độ lớn của áp lực lên tường chắn đất cho phản ứng điều hịa được mơ tả
σ (η) = −(𝑔 + 𝑖𝑔 )ψ ρ𝑋 ̈ 𝐻
Trong đó 𝑔 và 𝑔 là 2 hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào 𝜂, 𝜙 =

(1.15)
và 𝛿

Thành phần thực của công thức trên đại diện cho tác động kìm hãm của đàn hồi,
giống như tác động của lò xo. Thành phần ảo đại diện cho cơ chế giảm xốc tương tự như
van giảm xốc. Giá trị độ lớn của áp lực lên tường chắn đất tính bằng căn bậc hai của
tổng bình phương 2 thành phần thực và ảo.
Một số kết quả của Veletsos et Younan (1994) [6]

Hình 1.2 Đồ thị thể hiện sự thay đổi áp lực đất tại đỉnh tường chắn đất phụ thuộc vào
tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số nhớt 𝛿 = 0.1

6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐỒN TẤN VIỆT CƯỜNG

Hình 1.3 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của áp lực đất lên tường chắn đất theo chiều sâu
và phụ thuộc vào tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số
nhớt 𝛿 = 0.1

Hình 1.4 Đồ thị thể hiện sự thay đổi theo phương ngang của ứng suất pháp phương
ngang gây ra bởi chuyển động nền điều hòa tại bề mặt của lớp đất;
𝑣 = 0.3; 𝛿 = 0.1


7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐỒN TẤN VIỆT CƯỜNG

Hình 1.5 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của sự cản nhớt của vật liệu tới độ lớn của lực cắt
đáy gây ra bởi dao động điều hịa; 𝑣 = 0.3

Hình 1.6 Đồ thị thể hiện so sánh các đường cong đáp ứng tần số đối với lực cắt đấy
trong tường được tính toán bằng cách xem xét một và một chế độ rung;
𝑣 = 0.3; 𝛿 = 0.1
8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐOÀN TẤN VIỆT CƯỜNG

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết đàn hồi tuyến tính
Định luật Hook diễn tả quan hệ ứng suất và biến dạng cho vật liệu đẳng hướng, đàn
hồi tuyến tính.
1+𝑣
𝑣
𝜎 + 𝑡𝑟(𝜎)
𝐸
𝐸

𝐸
𝑣𝐸
𝜎=
𝜀 +
𝑡𝑟(𝜀 )
(1 − 𝑣)(1 + 2𝑣)
1+𝑣
𝜀 =

(2.1)

Lý thuyết đàn hồi tuyến tính áp dụng giả thiết cho nền đất trong nghiên cứu.
2.2. Các mơ hình đất nền
Ứng xử cơ học của đất được mơ hình hóa với các mức độ chính xác khác nhau. Mơ
hình nền là sự miêu tả toán học quan hệ giữa ứng suất – biến dạng của đất dưới tác dụng
của tải trọng. Một mơ hình tốt phải đại diện được cho tất cả các khía cạnh ứng xử thực
của đất bởi số lượng hợp lý các thơng số đầu vào và nó phải có khả năng phân biệt giữa
biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
Việc lựa chọn một mơ hình nền phù hợp rất quan trọng trong phân tích địa kỹ thuật,
bởi vì ứng xử thông thường của đất nền là phi tuyến, không hồi phục và phụ thuộc vào
thời gian. Các mơ hình thường dùng trong tính tốn tường vây có thể kể ra như sau: mơ
hình Mohr – Coulomb, mơ hình Cam-clay cải tiến, mơ hình đàn hồi phi tuyến tính, mơ
hình Hardening Soil. Mỗi mơ hình có thể phù hợp với điều kiện nhất định của bài toán
và cơ bản thỏa mãn một hoặc một số u cầu tính tốn.
2.2.1. Mơ hình Mohr – Coulomb
Mơ hình Mohr – Coulomb (MC) được xây dựng trên cơ sở mối quan hệ nổi tiếng
bởi Coulomb (1776) [8] đó là quan hệ giữa ứng suất cắt τ’, lực dính c’ và thành phần
ma sát σ’ tanφ’:
𝜏 = 𝑐 + 𝜎 𝑡𝑎𝑛 𝜑


(2.2)

Hình 2.1 Vịng trịn Mohr tại ngưỡng dẻo
9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐỒN TẤN VIỆT CƯỜNG

Sử dụng vịng trịn ứng suất Mohr như Hình 2.1, tại điểm P, nơi tiếp xúc với đường bao
Coulomb, cơng thức trên có thể viết lại như sau:
𝜎 − 𝜎 = 2 𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜑 + (𝜎 − 𝜎 )𝑠𝑖𝑛 𝜑

(2.3)

Công thức này được gọi là tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb và được chấp nhận
là mặt dẻo. Giả thuyết vật liệu là mội trường liên tục, dùng để khái quát hóa tiêu chuẩn
phá hoại Mohr - Coulomb để diễn tả miền phá hoại của vật liệu rời trong không gian
ứng suất chính. Tiêu chuẩn dẻo Mohr Coulomb đầy đủ bao gồm 6 mặt dẻo để mơ tả
khơng gian ứng suất chính.
1
1
(2.4)
𝑓 = (𝜎 − 𝜎 ) + (𝜎 + 𝜎 ) sin 𝜑 − 𝑐 cos 𝜑 ≤ 0
2
2
1
1
(2.5)

𝑓 = (𝜎 − 𝜎 ) + (𝜎 + 𝜎 ) sin 𝜑 − 𝑐 cos 𝜑 ≤ 0
2
2
1
1
(2.6)
𝑓 = (𝜎 − 𝜎 ) + (𝜎 + 𝜎 ) sin 𝜑 − 𝑐 cos 𝜑 ≤ 0
2
2
1
1
(2.7)
𝑓 = (𝜎 − 𝜎 ) + (𝜎 + 𝜎 ) sin 𝜑 − 𝑐 cos 𝜑 ≤ 0
2
2
1
1
(2.8)
𝑓 = (𝜎 − 𝜎 ) + (𝜎 + 𝜎 ) sin 𝜑 − 𝑐 cos 𝜑 ≤ 0
2
2
1
1
(2.9)
𝑓 = (𝜎 − 𝜎 ) + (𝜎 + 𝜎 ) sin 𝜑 − 𝑐 cos 𝜑 ≤ 0
2
2
Các mặt dẻo trên cùng nhau thể hiện một hình nón lục giác trong khơng gian ứng
suất chính như Hình 2.2.


Hình 2.2 Các mặt bao phá hoại theo tiêu chuẩn Mohr – Coulomb [8]
Mơ hình MC được phát triển như là mơ hình đầu tiên cho ứng xử của đất nền nói
chung. Nó là một mơ hình đàn hồi dẻo thuần túy và phù hợp với sự kết hợp định luật
Hooke của tính đàn hồi tuyến tính và hình thức tổng qt tiêu chuẩn phá hoại của
Coulomb như Hình 2.3
10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐỒN TẤN VIỆT CƯỜNG

Hình 2.3 Quan hệ ứng suất – biến dạng theo mơ hình đàn hồi – dẻo lý tưởng
Bảng 2-1 Các thông số mô hình Mohr – Coulomb
Ký hiệu

Đơn vị

Mơ tả

𝐸

kPa

Mơ đun Young

𝑣

-


Hệ số Poisson

𝑐

kPa

Lực dính hữu hiệu

𝜑



Góc nội ma sát





Góc giãn nơ

2.2.2. Mơ hình Hyperbol
Đây là một mơ hình đàn hồi phi tuyến, đặc trưng cho mối quan hệ hyperbolic giữa
ứng suất và biến dạng. Mơ hình này phát triển dựa trên cơ sở mơ mình của Kondner
(1963) [9]. Ơng đưa ra phương trình hyperbolic giữa ứng suất và biến dạng dựa trên kết
quả thí nghiệm nén 3 trục khơng thốt nước:
𝜀
|𝜎 − 𝜎 | =
𝜀
1
(2.10)

−
𝑞
𝐸
Trong đó:
|𝜎 − 𝜎 |: ứng suất lệch
𝐸 : biến dạng dọc trục
𝑞 : giá trị tiệm cận của ứng suất lệch chính có thể biểu diễn thơng qua góc ma sát,
và lực dính c, theo lý thuyết của Coulomb, với công thức:
𝑞

=

1 2𝑐. cos 𝜑 − 3𝜎 sin 𝜑
𝑅
1 − sin 𝜑

(2.11)

với 𝑅 là hệ số giảm ứng suất lệch đỉnh
Khi đất được dỡ tải từ một trạng thái ứng suất cắt lớn hơn, mơ hình phi tuyến này sử
dụng mô đun dỡ tải 𝐸 .
11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH: ĐỒN TẤN VIỆT CƯỜNG
𝐸

=𝐸


𝜎
[ ]
𝑝

(2.12)

Mơ đun 𝐸
cao hơn đáng kể so với độ cứng nén sơ cấp. Mơ hình Hypebol có khả
năng mơ phỏng các đặc tính của đất như ảnh hưởng của ứng suất tới độ cứng, trạng thái
dỡ tải – tải lại và phá hoại. Mơ hình này đã cải thiện hơn mơ hình đàn hồi tuyến tính
nhưng vẫn khơng có khả năng miêu tả hết các đặc tính quan trọng của đất như khơng
mơ phỏng được đặc tính chảy của đất do giả định hệ số Poisson là khơng đổi, khơng
tương thích với những đường ứng suất có độ lệch ứng suất khơng đổi ( = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡)

Hình 2.4 Quan hệ ứng suất – biến dạng và các mơ đun của mơ hình Hypebol
Bảng 2-2 Các thơng số mơ hình Hypebol
Ký hiệu

Đơn vị

Mơ tả

𝐸

kPa

Mơ đun biến dạng tham chiếu

𝐸


kPa

Mô đun dỡ tải

𝑚

-

Số mũ độ cứng

𝑐

kPa

Lực dính hữu hiệu

𝜑



Góc ma sát hữu hiệu

𝑅

-

Hệ số giảm ứng suất lệch đỉnh

𝑘 ,𝑘


cm/s

Hệ số thấm theo phương ngang và phương đứng

2.2.3. Mơ hình Cam-Clay cải tiến
Được xây dựng dựa trên thí nghiệm nén một trục và ba trục cho đất sét yếu sử dụng
mặt phá hoại Mohr – Coulomb trong trạng thái ba trục. Mơ hình Cam-Clay cải tiến dựa
trên các tham số thoát nước của đất nền, do vậy việc sử dụng mơ hình Cam-Clay cải tiến
cho đất sét khi phân tích khơng thốt nước cần được xem xét. Mặc dù các thông số đầu
vào không liên quan đến đặc trưng khơng thốt nước nhưng có thể xác định đặc trưng
này thông qua các thông số khác và trạng thái ứng suất. Mơ hình Cam-clay cải tiến sử
dụng phương trình dạng elip. Giả thiết của mơ hình Cam-clay cải tiến như sau:
12