ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ ĐỨC Q

PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỦA MĨNG GIẾNG CHÌM
TRONG NỀN SÉT KHƠNG ĐỒNG NHẤT, KHƠNG ĐẲNG
HƯỚNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM)
VÀ MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO (ANN)
Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số: 8580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2023


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

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lại Văn Qúi

Chữ ký: ............................

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Lê Trọng Nghĩa

Chữ ký: ............................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Võ Minh Thiện

Chữ ký: ............................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 07 tháng 02 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: PGS.TS Lê Bá Vinh
2. Thư ký: TS. Nguyễn Tuấn Phương
3. Phản biện 1: TS. Lê Trọng Nghĩa
4. Phản biện 2: TS. Võ Minh Thiện
5. Ủy viên: TS. Lại Văn Quí
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

PGS.TS Lê Bá Vinh


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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ ĐỨC QUÝ


MSHV: 2070084

Ngày tháng năm sinh: 20/03/1994

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng - Mã số: 8580211
I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích sức chịu tải của móng giếng chìm trong nền sét khơng
đồng nhất, không đẳng hướng bằng phương pháp FEM và ANN./ Analysis
bearing capacity of suction caisson in anisotropic and nonhomogeneous clay by
finite element method and artificial neural network
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Tiến hành thu thập và xử lý kết quả số liệu từ nghiên cứu của các tác giả khác trước đó,
nghiên cứu đánh giá cơ chế chịu lực của móng giếng chìm.

2. Trình bày cơ sở lý thuyết phương pháp FEM và ANN.
3. Phân tích khả năng chịu lực móng giếng chìm trong nền sét khơng đồng nhất, không
đẳng hướng. Xử lý đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của móng như
tỷ số L/D, hệ số bám dính giữa móng và đất α, hệ số không đồng nhất, hệ số không
đẳng hướng
4. Đề xuất các mơ hình phân tích sức chịu tải của móng giếng chìm trong nền sét khơng
đồng nhất, khơng đẳng hướng bằng phương pháp FEM và ANN.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:05/09/2022

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

:18/12/2022


V. TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

:TS. Lại Văn Qúi
Tp.HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2022

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Lại Văn Q

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO

PGS.TS Lê Bá Vinh
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Lại Văn Q.
Thầy đã cho tơi những kiến thức bổ ích cả về lý thuyết lẫn thực tế trong quá trình học tập
bậc đại học và cao học, đồng thời mở ra những hướng đi trên con đường tiếp cận phương
pháp nghiên cứu khoa học. Quá trình thực hiện đề cương và luận văn, thầy đã gợi mở để
xây dựng ý tưởng của đề tài, trực tiếp hướng dẫn và cho tôi những đóng góp q báu để đi
đến hồn thành luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học
Bách Khoa Tp. HCM đặc biệt là các Thầy Cô Bộ Môn Địa Cơ Nền Móng đã tận tình giảng
dạy và truyền đạt kiến thức cho tơi từ suốt q trình học chương trình Cao học.
Đồng thời, tơi xin chân thành cảm ơn các bạn bè, anh chị đồng nghiệp truyền đạt những
kinh nghiệm thực tế, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.

Xin cám ơn cha, mẹ, ơng bà và các thành viên trong gia đình ln ủng hộ và động viên
tơi trong suốt q trình học tập và thực hiện luận văn.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận văn khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của q thầy cơ và bạn bè.
TP. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2022
Tác giả luận văn

Lê Đức Quý

Trang ii


TĨM TẮT
Luận văn trình bày một giải pháp mới để phân tích đánh giá khả năng chịu tải của móng
giếng chìm trong đất sét khơng đồng nhất, khơng đẳng hướng bằng cách sử dụng phân tích
phần tử hữu hạn chuyển vị (FEA) và mạng nơ-ron nhân tạo (ANN). Phần mềm phân tích
phần tử hữu hạn FEA PLAXIS 2D được sử dụng để kiểm tra khả năng chịu tải của móng
giếng chìm với mơ hình đất khơng đẳng hướng tích hợp có tên NGI-ADP. Khả năng chịu
tải của móng giếng chìm được biểu thị bằng hệ số ổn định không thứ nguyên là hàm của
bốn tham số thiết kế không thứ ngun là tỷ lệ độ sâu móng trên đường kính, hệ số tiếp
xúc phần tử bề mặt giữa móng giếng chìm và đất sét, tỷ lệ độ dốc của cường độ cắt đất sét
(thể hiện nền sét không đồng nhất) và thơng số thể hiện tính khơng đẳng hướng của nền
đất sét. Sử dụng các kết quả số được tạo ra, ANN được sử dụng làm kỹ thuật điều khiển dữ
liệu để đề xuất một phương trình thực nghiệm nhằm ước tính hệ số sức chịu tải của móng
giếng chìm. Hơn nữa, một nghiên cứu về độ nhạy được thực hiện để đánh giá tầm quan
trọng tương đối của bốn tham số được xem xét đối với khả năng chịu tải của giếng chìm.
Biểu đồ thiết kế, bảng và phương trình thực nghiệm được phát triển từ nghiên cứu có thể
được sử dụng để hỗ trợ thiết kế thực tế.

Trang iii



ABSTRACT
The thesic presents a novel solution for evaluating the uplift resistance of caisson
foundations in anisotropic clay using displacement finite element analysis (FEA) and
artificial neural network (ANN). The commercial FEA PLAXIS code is used to examine
the uplift resistance of caisson foundations with a built-in anisotropic soil model named
NGI-ADP. The uplift resistance is expressed by a dimensionless stability factor that is a
function of four dimensionless design parameters, i.e., the ratio of depth to diameter, the
adhesion factor at the interface between caisson and clay, the shear strength gradient ratio,
and the anisotropic strength ratio. Using the produced numerical results, ANN is adopted
as the data driven technique to propose an empirical equation to estimate the uplift
resistance factor. Furthermore, a sensitivity study is implemented to evaluate the relative
importance of the four considered parameters on the uplift resistance of the caisson. Design
charts, tables and empirical equations are developed and can be used to assist in practical
designs.

Trang iv


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Lê Đức Quý đã thực hiện nghiên cứu luận văn thạc sĩ “Phân tích sức chịu tải của
móng giếng chìm trong nền sét khơng đồng nhất, không đẳng hướng bằng phương pháp
FEM và ANN”. Tôi xin cam đoan rằng tồn bộ những nội dung được trình bày trong bài
luận văn là mà cá nhân tôi đã nghiên cứu và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy
TS. Lại Văn Quí.
Các số liệu được sử dụng trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được một
tác giả nào khác công bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu khác, tơi cam kết hồn tồn
chịu mọi trách nhiệm thuộc về tính trung thực cũng như kết quả của đề tài nghiên cứu
này.


Trang v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... II
TÓM TẮT ..........................................................................................................................III
ABSTRACT ...................................................................................................................... IV
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... V
MỤC LỤC ........................................................................................................................ VI
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. VIII
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. XI
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... XII
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NƯỚC NGỒI
VỀ MĨNG GIẾNG CHÌM ..................................................................................................4
GIỚI THIỆU CHUNG .........................................................................................4
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI.........................................4
CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC .............................................................. 20
NHẬN XÉT ........................................................................................................20
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................21
2.1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MĨNG GIẾNG CHÌM......................................21
2.1.1. Cấu tạo móng giếng chìm ............................................................................21
2.1.2. Móng giếng chìm trong thực tế ...................................................................22
2.2. KHÁI NIỆM VỀ NỀN SÉT KHÔNG ĐỒNG NHẤT, KHÔNG ĐẲNG HƯỚNG
........................................................................................................................................25
2.2.1. Nền sét .........................................................................................................25
2.2.2. Tính khơng đồng nhất của nền sét ............................................................... 29
2.2.3. Tính khơng đẳng hướng của nền sét ............................................................ 30

2.3. CÁC MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN-PHẦN MỀM PLAXIS .....................33
2.3.1. Mơ hình đất Mohr-Coulomb (MC) ............................................................. 33
Trang vi


2.3.2. Mơ hình đất Hardening Soil (HS) ............................................................... 36
2.3.3. Mơ hình NGI-ADP (Anisotropic undrained shear strength) .......................42
2.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO ANN
........................................................................................................................................46
2.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 ..................................................................................50
CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA MĨNG GIẾNG CHÌM TRONG NỀN SÉT
KHƠNG ĐỒNG NHẤT, KHƠNG ĐẲNG HƯỚNG........................................................52
3.1. GIỚI THIỆU .......................................................................................................52
3.2. PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN .................................................................52
3.2.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................52
3.2.2. Mơ hình phân tích ........................................................................................55
3.2.3. Kết quả và kiểm chứng với các nghiên cứu trước .......................................56
3.2.4. Phân tích mở rộng........................................................................................63
3.2.5. Cơ chế phá hoại của móng giếng chìm. ......................................................66
3.3. XÂY DỰNG MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO ANN ...................................72
3.4. NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 ..................................................................................77
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................79
4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................79
4.2. KIẾN NGHỊ ........................................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................81
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................... 84

Trang vii



DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu tạo và phân loại móng giếng chìm ............................................................. 22
Hình 1.2: Ngun lý hút nước trong thi cơng móng giếng chìm .......................................22
Hình 1.3: Móng giếng chìm được dùng cho phần móng của tháp làm mát.......................23
Hình 1.4: Móng giếng chìm được dùng cho phần móng của tua-bin gió ..........................23
Hình 1.5: Móng giếng chìm trong cơng trình dầu khí (a), (b). ..........................................24
Hình 1.6: Móng giếng chìm cho các cơng trình cầu ..........................................................25
Hình 1.7: Giản đồ Casagrande ........................................................................................... 28
Hình 1.8: Vịng trịn Mohr ứng suất...................................................................................29
Hình 1.9: Đồ thị su tăng theo độ sâu theo Boonchai Ukritchon (2018) [2] .......................30
Hình 1.10: Sự thay đổi sức chống cắt theo các phương chịu lực khác nhau trong bài tốn
nền sét khơng đẳng hướng về sức chịu tải (Grimstad và cộng sự 2012 [8]) .....................32
Hình 1.11: Biến dạng phẳng độ bền cắt khơng thốt nước khơng đẳng hướng của ba mơ
hình đất có phương ứng suất chính lần lượt là 0, 30, 90. (Grimstad và cộng sự 2012 [8])
............................................................................................................................................32
Hình 1.12: Quan hệ ứng suất biến dạng trong mơ hình M-C ............................................33
Hình 1.13: Mặt ngưỡng dẻo MC trong khơng gian ứng suất chính (Manual Plaxis, 2009)
[13] .....................................................................................................................................35
Hình 1.14: Mặt ngưỡng dẻo MC trong khơng gian ứng suất chính (Manual Plaxis, 2009)
[13]. ....................................................................................................................................36
Hình 1.15: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén
3 trục thốt nước (Manual Plaxis, 2009) [13] ....................................................................38
Hình 1.16: Các đường cong dẻo ứng với các giá trị γp khác nhau (Manual Plaxis, 2009)
[13] .....................................................................................................................................39
Hình 1.17: Định nghĩa mơ đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết (Manual Plaxis, 2009)
[13] .....................................................................................................................................40
Hình 1.18: Mặt dẻo trong khơng gian ứng suất chính của mơ hình HS (Manual Plaxis,
2009) [13]........................................................................................................................... 40
Hình 1.19: Mặt dẻo trong khơng gian ứng suất chính của mơ hình HS (Manual Plaxis,
2009) [13]........................................................................................................................... 40

Trang viii


Hình 1.20: Đường ứng suất điển hình và đường cong ứng suất cho nén ba trục và ba trục
có sự mở rộng của mơ hình NGI-ADP (Manual Plaxis, 2020) [12] ..................................43
Hình 1.21: Biến dạng phẳng lệch tâm điển hình của các đường bao biến dạng cắt bằng nhau
cho mơ hình NGI-ADP (Manual Plaxis, 2020) [12] ..........................................................44
Hình 1.22: Tiêu chí phá hủy của mơ hình NGI-ADP trong mặt phẳng π (Manual Plaxis,
2020) [12]........................................................................................................................... 44
Hình 1.23: Cấu tạo của tế bào nơron sinh học ..................................................................47
Hình 1.24: Nơron nhân tạo ................................................................................................ 48
Hình 2.1: Định nghĩa bài tốn móng giếng chìm của Ukrichon (2016) [16] ......................4
Hình 2.2: Mesh sau khi phân tích móng giếng chìm, trường hợp α =1, L/B =0.25, L/B =0.5.
..............................................................................................................................................5
Hình 2.3: Ví dụ về ứng dụng phương pháp phần trong móng giếng chìm ..........................6
Hình 2.4: Ứng dụng của móng giếng chìm và cấu tạo ........................................................6
Hình 2.5: Ý tưởng về phân chia vùng đất trong nền sét khơng đẳng hướng .......................7
Hình 2.6: Mặt phá hoại theo tiêu chuẩn Tresca ...................................................................8
Hình 2.7: Cơ chế phá hoại của móng giếng chìm ................................................................ 9
Hình 2.8: Sơ đồ của mạng neural network ..........................................................................9
Hình 2.9: Chỉ số quan trọng của từng thơng số .................................................................10
Hình 2.10: Chỉ số tương quan (%) của các thơng số .........................................................11
Hình 2.11: Định nghĩa bài tốn hầm hình chữ nhật ........................................................... 12
Hình 2.12: Sơ đồ Neural network với weight ....................................................................12
Hình 2.13: Cơ chế mesh khi bị phá hoại của hầm hình chữ nhật ......................................13
Hình 2.14: Cơ chế phá hoại ............................................................................................... 13
Hình 2.16: Định nghĩa bài tốn móng giếng chìm theo phần mềm OptumG2 ..................14
Hình 2.17: Cơ chế mesh khi bị phá hoại của hầm hình chữ nhật ......................................14
Hình 2.15: Tiêu chuẩn phá hoại AUS ................................................................................15
Hình 2.18: Sự dịch chuyển móng giếng chìm ứng với các trường hợp tải ........................16

Hình 2.19: Kích thước hình học của bài tốn móng giếng chìm trong nghiên cứu này ....16
Hình 2.20: Diện tích mặt trượt của các loại tải ..................................................................17
Hình 2.21: Những loại móng giếng chìm mới ...................................................................17
Trang ix


Hình 2.22: Định nghĩa bài tốn hố đào sâu........................................................................18
Hình 2.23: Phương pháp MLPR ........................................................................................19
Hình 2.24: Sơ đồ thúc đẩy .................................................................................................19
Hình 2.25: Kết quả độ quan trọng của các thông số sử dụng phương pháp XGBoost ......20
Hình 3.1: Mơ hình tổng qt của móng giếng chìm trong nền dất sét khơng đồng nhất và
khơng đẳng hướng .............................................................................................................53
Hình 3.2: Mơ phỏng móng giếng chìm bằng phần mềm Plaxis 2D 2020 .........................55
Hình 3.3: So sánh giữa kết quả báo cáo này với những kết quả từ nghiên cứu trước đây 56
Hình 3.4: Ảnh hưởng của thông số L/D đối với N trong trường hợp  = 0.8: (a) m = 0, (b)
m = 0.6, (c) m = 1, (d) m = 5. ............................................................................................ 63
Hình 3.5: Ảnh hưởng của thơng số m đối với N trong trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.7: (a) L/D
= 0.6; (b) L/D = 1; (c) L/D = 2; (d) L/D = 5. .....................................................................64
Hình 3.6: Ảnh hưởng của thơng số 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 đối với N trong trường hợp  = 0.8: (a)
L/D=0.6; (b) L/D=1; (c) L/D=2; (d) L/D=5.......................................................................65
Hình 3.7: Ảnh hưởng của thông số α đối với N trong trường hợp m = 1: (a) 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 =
0.6; (b) 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.7; (c) 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 =0.8; 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 1 (d) ..........................................66
Hình 3.8: Mặt phá hoại trường hợp L/D (α = 0.2, m = 0; 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴suP/suA = 0.6). .......68
Hình 3.9: Mặt phá hoại trường hợp m (α = 0.8; 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 1; L/D =5). ..........................69
Hình 3.10: Mặt phá hoại trường hợp α (m = 1; 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.8; L/D = 2). .......................70
Hình 3.11: Mặt phá hoại trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 (m = 2; α = 0.8; L/D = 2). .......................71
Hình 3.12: Thể hiện mơ hình ANN ...................................................................................73
Hình 3.13: So sánh kết quả giữa ANN và FELA............................................................... 75
Hình 3.14: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến kết quả hệ số sức
chịu tải thơng qua hệ số RI từ mơ hình ANN. ...................................................................77


Trang x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Bảng tra hệ số poisson dựa vào các kết quả nghiên cứu (Võ Phán và Hồng Thế
Thao, 2012) [14] ................................................................................................................35
Bảng 2: Các hàm kích hoạt thường được sử dụng ............................................................. 48
Bảng 3: Thông số cần khảo sát ..........................................................................................54
Bảng 4: Kết quả của các thông số N ứng với trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 1 ........................... 57
Bảng 5: Kết quả của các thông số N ứng với trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.8 ........................58
Bảng 6: Kết quả của các thông số N ứng với trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.7 ........................59
Bảng 7: Kết quả của các thông số N ứng với trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.6 ........................60
Bảng 8: Kết quả của các thông số N ứng với trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.5 ........................61
Bảng 9: Kết quả của các thông số N ứng với trường hợp 𝑠𝑢𝑃/𝑠𝑢𝐴 = 0.4 ........................62
Bảng 10: Weight và Bias ...................................................................................................74

Trang xi


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANN

Mạng Nơ-rôn thần kinh nhân tạo, một công nghệ học máy

AUS

Sức chống cắt khơng thốt nước khơng đẳng hướng, tên của mơ hình đất


a0

Hằng số đề xuất theo kinh nghiệm theo MARS

an

Hệ số được thêm trong hàm cơ bản

BF

Hàm cơ bản

BFs

Những công thức cơ bản

D

Đường kính móng giếng chìm

N

Hệ số sức chịu tải

f(x)

Hàm số

FEA


Phân tích phần tử hữu hạn

FELA

Phân tích giới hạn phần tử hữu hạn

FEM

Phương pháp phần tử hữu hạn

L

Chiều sâu chơn móng

L/D

Tỉ lệ chiều sâu chơn móng và bề rộng móng

LB

Biên dưới

NLR

Hồi qui phi tuyến tính

max

Lớn nhất


min

Nhỏ nhất

MARS

Hồi qui thích ứng đa biến đa chiều, một công nghệ học máy

IP

Chỉ số dẻo

IL

Chỉ số nhão

𝐴
𝑚 = 2𝜌𝑅/𝑠𝑢0

Tỉ lệ tăng sức chống cắt theo độ sâu

q

Áp lực phân bố

R

Bán kính




Độ dốc của sức chịu tải tăng tuyến tính

RF

Tần số vơ tuyến, một cơng nghệ học máy

RMSE

Sai số trung bình bình phương gốc

SGBT

Thuật toán cây tăng cường độ dốc, một phương pháp máy học

RII

Chỉ số quan trọng tương đối

re = 𝑠𝑢𝑃 /𝑠𝑢𝐴

Tỉ lệ sức chịu tải không đẳng hướng giữa 𝑠𝑢𝑃 /𝑠𝑢𝐴

su

Giá trị sức chống cắt tăng theo chiều sâu

su0

Giá trị sức chống cắt tại mặt đất


𝑠𝑢𝐷𝑆𝑆

Sức chống cắt từ thí nghiệm cắt đơn

Trang xii


𝐷𝑆𝑆
𝑠𝑢0

Sức chống cắt đơn tại bề mặt

𝑠𝑢𝐴

Sức chống cắt từ thí nghiệm nén 3 trục

𝐴
𝑠𝑢0

Sức chống cắt tại bề mặt từ thí nghiệm nén ba trục

𝑠𝑢𝑝

Sức chống cắt từ thí nghiệm kéo 3 trục

𝑝
𝑠𝑢0

Sức chống cắt tại bề mặt từ thí nghiệm kéo 3 trục


UB

Biên trên

x

Biến đầu vào

X

Biến

XGBoost

Thuật tốn tăng cường độ dốc cao, một phương pháp máy học

z

Chiều sâu tính từ bề mặt

Σ

Tổng

Trang xiii


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ


Học viên: Lê Đức Quý

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Cơng trình dầu khí, móng trụ cầu, tháp giải nhiệt, bể chứa, điện gió các cơng trình dân
dụng và cơng nghiệp xây dựng trên biển, sơng, hồ… là các cơng trình đang phát triển với
tốc độ nhanh ở Việt Nam. Phần lớn các cơng trình này đều có phần nền móng nằm trong
nước, giải pháp móng giếng chìm tạo áp lực hút để hút nước ra khỏi hố móng thường được
áp dụng (suction caisson foundation). Trong tương lai cùng với việc phát triển của nền kinh
tế Việt Nam, các cơng trình này sẽ được phát triển và nhân rộng trên khắp các vùng Miền
trên cả nước. Tuy nhiên, việc tối ưu trong vấn đề tính tốn thiết kế phần móng cho các dự
án trên cũng là yêu cầu chung trong sự phát triển của ngành địa kỹ thuật cơng trình.
Hiện tại đã có nhiều phương án được sử dụng trong thiết kế phần móng của các cơng
trình được xây dựng trên biển, sơng, hồ… nêu trên, nhằm tối ưu hóa về mặt kĩ thuật cũng
như đảm bảo các yêu cầu về mặt kinh tế. Trong thực tế kỹ thuật, các loại móng có tiết diện
hình trụ thường được sử dụng để chịu tải cho không chỉ riêng kết cấu cơng trình dầu khí,
móng trụ cầu, tháp giải nhiệt, bể chứa, điện gió mà cịn cho cả các kết cấu không đối xứng
trục khác như trạm radar, tháp truyền dẫn, ống khói, silo,. Các loại móng giếng chìm tiết
diện trụ trịn tương đối lớn, khối lượng các vật liệu trong q trình thi cơng xây dựng khá
nhiều dẫn đến tăng cao chi phí thực hiện các dự án. Tuy nhiên tại Việt Nam các nghiên cứu
về móng giếng chìm vẫn cịn rất hạn chế.
Cùng với đó là đặc điểm phong phú đa dạng về sự phân bố địa chất ở Việt Nam. Địa
tầng ở nước ta có khá nhiều lớp đất với nhiều loại đất có tính chất cơ lí khác nhau. Trong
đó có thể kể đến là đất sét, loại đất có phạm vi phân bố khá rộng ở hầu khắp các tỉnh thành.
Các tính chất cơ lí của đất sét sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cơng tác thiết kế, thi cơng phần
nền móng cho các cơng trình. Trên thế giới hiện nay đã đề cập đến ứng xử của nền đất sét
không đồng nhất (sức chống cắt tăng dần theo độ sâu) và không đẳng hướng (sức chống
cắt theo những phương trượt khác nhau là khác nhau). Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại,
vẫn chưa có nghiên cứu nào ở Việt Nam nói về sự thay đổi này ở sức chống cắt của đất sét
đến sức chịu tải của móng giếng chìm.


Trường Đại học Bách Khoa

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

Để có cái nhìn chi tiết hơn về q trình làm việc của móng giếng chìm trong nền đất
sét, xem xét hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp móng này trong việc giải quyết
các bài tốn cho các cơng trình cụ thể nói riêng và trong lĩnh vực địa kĩ thuật nói chung,
tác giả sẽ trình bày trong nội dung luận văn này: “Phân tích ứng xử của móng giếng chìm
(suction cassion) trong nền sét khơng đồng nhất, không đẳng hướng bằng phương
pháp phân tử hữu hạn (FEM) và mạng nơ-ron nhân tạo (ANN)”.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Tìm hiểu tổng quan về cấu tạo của móng giếng chìm và phân tích ứng xử của móng giếng
chìm trong nền sét có sức chống cắt thay đổi tăng tuyến tính theo độ sâu và có ứng suất
thay đổi theo các phương mặt trượt khác nhau hay còn gọi là nền sét khơng đồng nhất,
khơng đẳng hướng.
Thiết lập tính tốn thơng số sức chịu tải của móng giếng chìm trong nền sét không đồng
nhất, không đẳng hướng.
Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Đóng góp nghiên cứu khoa học cho phần nền móng đặc biệt là móng cơng trình dầu
khí, móng trụ cầu, tháp giải nhiệt, bể chứa, điện gió các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
xây dựng trên biển, sông, hồ…
Là tài liệu tham khảo cho việc kết hợp phân tích sức chịu tải của móng giếng chìm dưới
sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D và dự đốn khả năng chịu tải của móng giếng chìm
trong nền đất sét không đồng nhất và không đẳng hướng bằng phương pháp máy học mạng

thần kinh nhân tạo (ANN).
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thu thập số liệu từ các tài liệu nghiên cứu của các tác giả khác trước đây liên quan đến
ứng xử của móng giếng chìm và các nhân tố ảnh hưởng đến ứng xử của móng.
Phân tích lựa chọn các thơng số, điều kiện đầu vào cho tính tốn và mơ hình phân tích
trong phần tử hữu hạn. Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng.
Đánh giá, so sánh kết quả thu được sau q trình phân tích với các nghiên cứu đã có
trên thế giới.
Kiểm chứng kết quả tính tốn phân tích so với các nghiên cứu trước đây, đề xuất cơng
thức dự đốn sức chịu tải của móng giếng chìm thơng qua mơ hình mạng thần kinh nhân
tạo ANN.
Trường Đại học Bách Khoa

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Phạm vi nghiên cứu mang tính chất học thuật chưa có điều kiện nhân rộng phân tích
nhiều khu vực với địa chất thực tế khác nhau.
Tập trung nghiên cứu trong nền đất sét không đồng nhất và không đẳng hướng, chưa
có trong đất cát.
Phương pháp máy học được sử dụng chủ yếu là mạng thần kinh nhân tạo (ANN), có
thể mở rộng cho các phương pháp máy học khác trong tương lai.

Trường Đại học Bách Khoa


Trang 3


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
VÀ NƯỚC NGOÀI VỀ MĨNG GIẾNG CHÌM
GIỚI THIỆU CHUNG
Trong chương này, trình bày một số nghiên cứu cơ bản về móng giếng chìm cũng như
các nghiên cứu xác định sức chịu tải của móng giếng chìm bằng các phương pháp số. Bên
cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng trình bày các nghiên cứu về mơ hình mạng thần kinh nhân
tạo ANN cũng như các tài liệu liên quan đến mơ hình nền sét khơng đồng nhất và không
đẳng hướng.
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU NƯỚC NGỒI
1. Phân tích giới hạn phần tử hữu hạn của sức chịu kéo cho móng giếng chìm trên
nền sét (Boonchai Ukritchon và Suraparb Keawsawasvong, 2016).
Phương pháp giới hạn trên và giới hạn dưới của sức chịu kéo cho móng hình nón trên
nền sét trong phân tích giới hạn phần tử hữu hạn 2D được đề xuất bởi Boonchai Ukritchon
và Suraparb Keawsawasvong trong nghiên cứu “Finite element limit analysis of pullout
capacity of planar caissons in clay” năm 2016 [15].

Hình 1.1: Định nghĩa bài tốn móng giếng chìm của Ukrichon (2016) [15]

Trường Đại học Bách Khoa

Trang 4



Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

Hình 1.2: Mesh sau khi phân tích móng giếng chìm, trường hợp α =1, L/B =0.25, L/B
=0.5.
Kết quả của nghiên cứu đã đề xuất công thức kinh nghiệm cho hệ số sức chịu tải không
thứ nguyên và hệ số sức chịu tải nghịch. Với sự hỗ trợ của phần mềm thương mại
OptumG2, bài báo này phân tích giới hạn phần tử hữu hạn nhằm nghiên cứu ảnh hưởng
của 2 thông số thể hiện hình dạng móng là L và B và hệ số tiếp xúc giữa bề mặt móng và
mơ hình đất α đối với hệ số sức chịu tải không thứ ngun N.
2. Sức chịu tải đứng khơng thốt nước của móng giếng chìm (G. Yun và M.F.
Bransby 2007)
Trong nghiên cứu “The Undrained Vertical Bearing Capacity of Skirted Foundations”
[16], G. Yun và Bransby đã tiến hành khảo sát móng giếng chìm dưới tác dụng của tải
đứng, trên nền đất sét cố kết khơng thốt nước. Phương pháp số được áp dụng trong nghiên
cứu này là phương pháp phân tích phần tử hữu hạn và phân tích biên trên. Các thơng số
được khảo sát là D/B (D độ sâu của móng, B là bề rộng móng) và hệ số khả năng chịu tải
đựng Nc.
Dưới kết quả phân tích số, nghiên cứu này đề xuất một cơng thức dùng để tính tốn sức
chịu tải cho móng giếng chìm. Hơn nữa, kết quả này chứng minh rằng việc sử dụng phương
pháp phân tích số và những kết quả thí nghiệm trong các nghiên cứu trước đó là gần giống
nhau.

Trường Đại học Bách Khoa

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ


Học viên: Lê Đức Quý

Hình 1.3: Ví dụ về ứng dụng phương pháp phần trong móng giếng chìm
3. Móng giếng chìm cho tua-bin điện gió (Guy T. Houlsby, Lars Bo Ibsen & Byron
W. Byrne)
Trong nghiên cứu “Suction caissons for wind turbines” [17], tác giả đề xuất đến một
loại móng mới dùng để sử dụng cho móng điện gió là móng giếng chìm. Trong đó, tác giả
có tổng qt một vài nghiên cứu trong q trình phát triển phương pháp thiết kế cho móng
giếng chìm cho móng điện gió.

Hình 1.4: Ứng dụng của móng giếng chìm và cấu tạo

Trường Đại học Bách Khoa

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

Cụ thể hơn, móng giếng chìm chân đơn và móng giếng chìm 3 chân dưới tác dụng của
nhiều loại tải được xét đến. Nghiên cứu cũng để cập ngắn gọn về phương pháp số và lý
thuyết cơ bản, hơn thế nữa, những nghiên cứu mới nhất trong việc thi cơng móng giếng
chìm cũng được nhắc đến. Tóm lại, Guy T. Houlsby và các cộng sự đã đưa ra nghiên cứu
này với một góc nhìn tổng quan về móng giếng chìm cho tua-bin điện gió.
4. Mơ hình đất NGI-ADP cho đất sét (Gustav Grimstad, Lars Andresen, và Hans
P. Jostad, năm 2012)
Vào năm 2012, nhóm các nhà nghiên cứu từ Na Uy gồm Gustav Grimstad, Lars

Andresen, và Hans P. Jostad đã đề xuất một mơ hình đất dựa trên sức chống cắt khơng
thốt nước là NGI-ADP với 3 thông số đầu vào đặc trưng gồm 3 thông số sức chống cắt,
chủ động, bị động, và cắt trực tiếp [18].

Hình 1.5: Ý tưởng về phân chia vùng đất trong nền sét không đẳng hướng
Và mơ hình đất này cũng là mơ hình đất có xét đến sự không đẳng hướng với tiêu chuẩn
phá hoại Tresca. Nghiên cứu này cũng ứng dụng rất nhiều trong các mơ hình đất khơng
đồng nhất, khơng đẳng hướng, và nó được tích hợp trong phần mềm PLAXIS 2D.

Trường Đại học Bách Khoa

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

Hình 1.6: Mặt phá hoại theo tiêu chuẩn Tresca
5. Công thức mới xác định sức chịu tải khơng thốt nước của móng giếng chìm có
xét đến hình dạng móng, hệ số bề mặt móng, và sức chống cắt tăng theo độ sâu
(Boonchai Ukritchon, Panuvat Wongtoythong, Suraparb Keawsawasvong, năm
2018)
Trong một nghiên cứu khác vào năm 2008, nhóm các tác giả gồm Boonchai Ukritchon,
Panuvat Wongtoythong, Suraparb Keawsawasvong đã thực hiện nghiên cứu sức chịu tải
khơng thốt nước của móng giếng chìm trên nền sét [19]. Các thơng số được xét đến gồm
hình dạng móng L/D, hệ số bề mặt móng α, và sức chống cắt tăng theo độ sâu su0/ρL.
Phương pháp số được áp dụng để nghiên cứu hệ số sức chịu tải trong bài báo này là
phương pháp phần tử hữu hạn dưới sự trợ giúp của phần mềm PLAXIS 2D. Hơn thế nữa,
một phương pháp đánh giá dựa trên phân tích hồi qui phi tuyến để khảo sát kết quả phân

tích phần tử hữu hạn, một cơng thức dạng đóng xấp xỉ được đề xuất dùng để dự đoán sức
chịu tải khơng thốt nước của móng giếng chìm trên nền sét không đồng nhất, không đẳng
hướng.

Trường Đại học Bách Khoa

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ

Học viên: Lê Đức Quý

Hình 1.7: Cơ chế phá hoại của móng giếng chìm
6. Tiếp cận mạng thần kinh nhân tạo để ước lượng sự lệch của tường chắn đất gây
ra bởi hố đào trên nền sét. (Gordon T.C. Kung, Evan C.L. Hsiao, Matt Schuster, C.
Hsein Juang, năm 2007).
Trong nghiên cứu “A neural network approach to estimating deflection of diaphragm
walls caused by excavation in clays” [20], Gordon T.C. Kung và các cộng sự đã đề xuất
một hướng tiếp cận mới để dự đoán độ lệch của tường chắn đất gây ra bởi các tác động do
hố đào trên nền sét - Một hướng tiếp cận máy học, với mơ hình kiến trúc mạng thần kinh
nhân tạo ANN.

Hình 1.8: Sơ đồ của mạng neural network
Trường Đại học Bách Khoa

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ


Học viên: Lê Đức Quý

Dữ liệu dùng để huấn luyện và kiểm tra cho mô hình ANN được lấy từ kết quả của các
trường hợp mơ hình sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Việc mô tả ANN cho thấy
rằng sự ảnh hưởng của mỗi một thông số đầu vào tác động lên sự dịch chuyển của tường
chắn đất. Xác nhận bằng cách sử dụng 12 hố đào thực tế ở Đài Loan được sử dụng trong
nghiên cứu này cho thấy rằng sự dịch chuyển tường gây ra bởi hố đào có thể dự đốn được
bởi mơ hình ANN.
Các thơng số được khảo sát trong bài báo gồm He, S, B, su/σ’v, Ei/σ’v lần lượt là chiều
sâu cuối cùng của hố đào, độ cứng tổng thể, bề rộng hố đào, tỉ số sức chống cắt với ứng
suất hữu hiệu, và tỉ số giữa mô đun đàn hồi Young và ứng suất hữu hiệu. Kết quả của
nghiên cứu cho thấy Ei/σ’v ảnh hưởng nhiều nhất đối với độ lệch của hố đào.

Hình 1.9: Chỉ số quan trọng của từng thông số
7. Sức chịu tải của móng hình nón trên nền sét khơng đồng nhất và khơng đẳng
hướng sửa dụng phân tích phần tử hữu hạn và mơ hình mạng thần kinh nhân tạo
ANN.
Vào năm 2022, Lai và các cộng sự đã sử dụng phân tích phần tử hữu hạn để khảo sát
sức chịu tải của móng hình nón đặt trên nền sét khơng đồng nhất không đẳng hướng
“Bearing capacity of conical footing on anisotropic and heterogeneous clays using FEA
and ANN” [21]. Trong đó, mơ hình đất sét NGI-ADP, một mơ hình sử dụng tiêu chuẩn phá
hoại Tresca, dùng để xét đến sự không đồng nhất và không đẳng hướng của đất sét.

Trường Đại học Bách Khoa

Trang 10