Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán áp lực kẽ rỗng
4TÍNH TOÁN ÁP L C K R NGỰ Ẽ ỖĐ P V T LI U Đ A PH NGẬ Ậ Ệ Ị ƯƠ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ1 M C L CỤ ỤCH NG 1ƯƠGI I THI U CHUNGỚ ỆTrang1.1 Đ t v n đ .3ặ ấ ề1.2 Tình hình nghiên c u áp l c k r ng n cứ ự ẽ ỗ ở ướ ngồi 41.3 Tình hình nghiên c u áp l c k r ng Vi t Nam 5ứ ự ẽ ỗ ở ệCH NG 2ƯƠGI I THI U CÁC PH NG TRÌNH C A ÁP L C K R NGỚ Ệ ƯƠ Ủ Ự Ẽ Ỗ2.1 M t s ngun lý và ph ng trình c b n 6ộ ố ươ ơ ả2.1.1 Ngun lý .61.1.2 Đ nh lu t cân b ng gi i h n 7ị ậ ằ ớ ạ2.1.3 Đ nh lu t Đacxy-Gecxevananovù .8ị ậ2.1.4 Các ph ng trình c b n c a áp l c kươ ơ ả ủ ự ẽ r ng 9ỗ2.1.5 Đi u ki n đ u và đi u ki nề ệ ấ ề ệ biên . 132.2. Các ph ng pháp tính tốn áp l c k r ng 14ươ ự ẽ ỗ2.2.1 Cơng th c tính tốn .14ứ2.2.2 Các ph ng pháp tính .15ươCH NG 3ƯƠGI I THU T, CH NG TRÌNH & TÍNH TỐN NG D NGẢ Ậ ƯƠ Ứ Ụ3.1 Gi i thu t c a ch ng trình . 24ả ậ ủ ươ3.2. S đ kh i và ch ng trình 25ơ ồ ố ươ3.3 ng d ng tính tốn 26Ứ ụK T LU N 29Ế ẬTÀI LI U THAM KH O . .30Ệ Ả________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính tốn áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ2 CH NG IƯƠGI I THI U Ớ Ệ CHUNG1.1. Đ T V N ĐẶ Ấ Ề T tr c t i nay, khi thi t k đ p v t li u đ a ph ng thì áp l c k r ng v n làừ ướ ớ ế ế ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ ẫ m t trong nh ng v n đ đ c ng i thi t k quan tâm và đã có khá nhi u ý ki nộ ữ ấ ề ượ ườ ế ế ề ế khác nhau. Theo các k t qu nghiên c u trong phòng thí nghi m, cũng nh đo đ c trong th cế ả ứ ệ ư ạ ự t các công trình đã xây d ng cho th y r ng th i gian xu t hi n áp l c k r ngế ở ự ấ ằ ờ ấ ệ ự ẽ ỗ không ch hàng năm mà có th hàng ch c năm ho c lâu h n và tr s áp l c kỉ ể ụ ặ ơ ị ố ự ẽ h ng có khi đ t đ n hàng ch c l n so v i áp l c n c bình th ng và tùy thu cổ ạ ế ụ ầ ớ ự ướ ườ ộ qui mô công trình và đ c tr ng c lý c a đ t. Áp l c k h ng thay đ i theo quáặ ư ơ ủ ấ ự ẽ ổ ổ trình ép th i n c trong đ t ra ngoài và càng ngày càng gi m d n. Khi nghiên c uả ướ ấ ả ầ ứ quá trình này có th xem nh m t quá trình th m không n đ nh trong môi tr ngể ư ộ ấ ổ ị ườ r ng bi n d ng.ổ ế ạ Do dó, khi nghiên c u áp l c k r ng không th s d ng đ c nh ng thành t uứ ự ẽ ỗ ể ự ụ ượ ữ ự v hi n t ng th m “c đi n” trong môi tr ng không bi n d ng mà ph i thi tề ệ ươ ấ ổ ể ườ ế ạ ả ế l p ph ng trình c b n và tìm cách gi i nó theo m t h ng khác. V n đ áp l cậ ươ ơ ả ả ộ ướ ấ ề ự k r ng có ý nghiã r t l n, đ c bi t trong v n đ xây d ng công trình thu trênẽ ỗ ấ ớ ặ ệ ấ ề ự ỷ sông, trên bi n cũng nh trong xây d ng các công trình công nghi p và dân d ng,ể ư ự ệ ụ các công trình giao thông v n t i v.v . Nghiên c u áp l c k r ng liên quan ch tậ ả ứ ự ẽ ỗ ặ ch d n vi c nghiên c u s bi n thiên đ lún c a công trình theo th i gian, v nẽ ế ệ ứ ự ế ộ ủ ờ ấ đ n đ nh mái d c các công trình b ng đ t có h t bé và đ ng m n c cao, v nề ổ ị ố ằ ấ ạ ộ ấ ướ ấ đ n đ nh n n công trình khi ch a c k t hoàn toàn v.v . Đ i v i nh ng đ p đ tề ổ ị ề ư ố ế ố ớ ữ ậ ấ xây d ng b ng đ t dính hay nh ng k t c u ch ng th m trong thân đ p đ t, đ p đáự ằ ấ ữ ế ấ ố ấ ậ ấ ậ ( l i gi a ,t ng nghiêng v.v .) thì v n đ áp l c k r ng đóng vai trò r t quanỏ ữ ườ ấ ề ự ẽ ỗ ấ tr ng trong vi c đánh giá s n đ nh cu chúng, nh t là đ i v i nh ng đ p cao vàọ ệ ự ổ ị ả ấ ố ớ ữ ậ thi công b ng ph ng pháp b i, đ đ t trong n c ho c đ m nén v i lo i đ t cóằ ươ ồ ổ ấ ướ ặ ầ ớ ạ ấ đ m l n. Theo quy ph m thi t k đ p đ t thì trong tính toán n đ nh và lún cuộ ẩ ớ ạ ế ế ậ ấ ổ ị ả nh ng đ p cao h n 25 m c n thi t ph i tính đ n áp l c k r ng xu t hi n trongữ ậ ơ ầ ế ả ế ự ẽ ỗ ấ ệ th i gian xây d ng cũng nh khai thác. M , và Nh t đ i v i t t c các đ pờ ự ư Ở ỹ ậ ố ớ ấ ả ậ ( không phân bi t chi u cao ) đ u quy đ nh ph i tính nh h ng cu áp l c kệ ề ề ị ả ả ưở ả ự ẽ r ng đ n n đ nh và lún. S dĩ trong thi t k đ p c n ph i quan tâm đ c bi t đ nỗ ế ổ ị ở ế ế ậ ầ ả ặ ệ ế vi c tính toán áp l c k r ng b i vệ ự ẽ ỗ ở ì nó nh h ng r t l n đ n n đ nh cu máiả ưở ấ ớ ế ổ ị ả ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ3 d c và q trình lún c a đ p. Áp l c k r ng càng l n thì s c kháng tr t cu đ tố ủ ậ ự ẽ ỗ ớ ứ ượ ả ấ càng gi m và q trình lún x y ra càng ch m.ả ẩ ậ Vì nh ng lý do đó chúng tơi ti n hành nghiên c u v n đ này v i m c đích trìnhữ ế ứ ấ ề ớ ụ bày rõ b n ch t c a áp l c k r ng trong m i quan h v i đ r ng, h s th m,ả ấ ủ ự ẽ ỗ ố ệ ớ ộ ỗ ệ ố ấ h s nén ép và th i gian; t đó ti n hành l p trình tính tốn áp l c k r ng c aệ ố ờ ừ ế ậ ự ẽ ỗ ủ đ p v t li u đ a ph ng.ậ ậ ệ ị ươ1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U ÁP L C K R NG N C NGỒIỨ Ự Ẽ Ỗ Ở ƯỚ V n đ áp l c k r ng đã và đang đ c nhi u nhà khoa h c trong lĩnh v c xâyấ ề ự ẽ ỗ ượ ề ọ ự d ng đ c bi t quan tâm. Ngay t năm 1925 đã xu t hi n tác ph m bàn v v n đự ặ ệ ừ ấ ệ ẩ ề ấ ề này cu K. Terzaghi và sau đó ph ng tây cơng b nh ng cơng trình nghiên c uả ở ươ ố ữ ứ cu M. A. Biot (1941), N. Carillo (1942); J. Mandel. (1953); Tantjong Kie (1957),R.ả E. Gibson (1958) . Liên-xơ ( cũ ) t năm 1934, N. M. Gerxevanav đã gi i quy tỞ ừ ả ế v n đ áp l c k h ng đ i v i bài tốn m t chi u và mơi tr ng hai pha. Sau đóấ ề ự ẽ ổ ố ớ ộ ề ườ nhi u nhà khoa h c khác X.A. Florin, N. A. Tx tơvits, A. A. Nitsipơrơvits, X. A.ề ọ ư Rơza, A. Đ. Goxnơv, B. P. Pơrơv nghiên c u. Tuy có nhi u nhà khoa h c trên thứ ề ọ ế gi i nghiên c u nh ng nh ng thành t u l n v m t lý lu n cũng nh ng d ngớ ứ ư ữ ự ớ ề ặ ậ ư ứ ụ th c t thì các nhà khoa h c Liên xơ ( cũ ) có nhi u c ng hi n, trong đó Vi n sĩự ế ọ ề ố ế ệ thơng t n V. A. Florin là ng i đ u tiên nghiên c ú hồn ch nh nh t v m t lýấ ườ ấ ư ỉ ấ ề ặ lu n.ậ Ng i đ u tiên nghiên c u lý thuy t c k t th m m t h ng là Terzaghi. Ơngườ ầ ứ ế ố ế ấ ộ ướ đ a ra gi thi t r ng các h t đ t và n c trong l r ng là khơng nén đ c, qư ả ế ằ ạ ấ ướ ỗ ỗ ượ trình th m tn theo đ nh lu t Đacxi v i h s th m khơng đ i, còn quan h gi aấ ị ậ ớ ệ ố ấ ổ ệ ữ đ r ng c a đ t và ng su t hi u q a trong đ t là m t quan h tuy n tính.ộ ỗ ủ ấ ứ ấ ệ ủ ấ ộ ệ ế Lý thut c a Terzaghi là q đ n gi n, nên ngày nay nó ch có ý nghĩa l ch s .ủ ơ ả ỉ ị ử Kho ng 10 năm sau (1934) lý thuy t c a Terzaghi đã đ c Gecxêvan p hồn thi nả ế ủ ượ ố ệ thêm. Gecxêvan p đã đ a vào ph ng trình Đăcxi v n t c th m t ng đ i c aố ư ươ ậ ố ấ ươ ố ủ n c so v i các h t đ t.ướ ớ ạ ấ Ng i nghiên c u lý thuy t c k th m m t cách sâu s c và tồn di n h n c làườ ứ ế ố ế ấ ộ ắ ệ ơ ả vi n sĩ Florin, ơng đã đ a ra các ph ng trình c k t 2 h ng và 3 h ng, d i tácệ ư ươ ố ế ướ ướ ướ d ng c a t i tr ng bên ngồi, tr ng l ng b n thân và tác d ng c a dòng th m.ụ ủ ả ọ ọ ượ ả ụ ủ ấ Xu t pháp t ph ng trình liên t c Florin đã thi t l p ph ng trình c k t c a mơiấ ừ ươ ụ ế ậ ươ ố ế ủ tr ng đ ng h ng đ t 3 pha trong tr ng h p chung c a bài tốn khơng gian ườ ẳ ướ ấ ườ ợ ủ Ph ng trình do Florin ki n ngh khơng th tích phân đ c, nh ng khi đ a vàoươ ế ị ể ượ ư ư m t s gi thi t thì có th gi i m t cách g n đúng b ng các ph ng pháp s .ộ ố ả ế ể ả ộ ầ ằ ươ ố Chính vì v y lý thuy t c k t th m c a Florin đã đ c phát tri n và ng d ngậ ế ố ế ấ ủ ượ ể ứ ụ r ng rãi trong th c t xây d ng các cơng trình b ng đ t dính. Hàng lo t các nhàộ ự ế ự ằ ấ ạ nghiên c u Liên Xơ (cũ) nh Gơndstein, Gongin, Rơda, X tơvích, Mal sép,ứ ở ư ư ư ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính tốn áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ4 Nhitriprôvích, X bunnhich . đ u đã d a trên lý thuy t c k t c a Florin ho c đư ề ự ế ố ế ủ ặ ể phát tri n thêm, ho c đi tìm các cách gi i ph ng trình Florin.ể ặ ả ươ các n c ph ng tây, nh M vào năm 1941 Biot cũng đã nghiên c u lýỞ ướ ươ ư ở ỹ ứ thuy t c k t c a môi tr ng d h ng d u, nh t, mà môi tr ng đó đ c bão hòaế ố ế ủ ườ ị ướ ầ ớ ườ ượ b ng ch t l ng nh t. ằ ấ ỏ ớ V b n ch t v t lý, h ph ng trình c a Biot g n gi ng ph ng trình c aề ả ấ ậ ệ ươ ủ ầ ố ươ ủ Florin, vì nó th a nh n quan h mà Florin đ a ra t c là áp l c toàn ph n thì b ngừ ậ ệ ư ứ ự ầ ằ áp l c hi u q a c ng v i áp l c trung tính (áp l c k r ng). Phát tri n mô hình c aự ệ ủ ộ ớ ự ự ẽ ỗ ể ủ Biot và tìm cách gi i nó ph ng tây có Manđen, Macnêymi, Ctubx n, S fmonả ở ươ ơ ư v.v Vào năm 1953 m t nhà khoa h c Trung Qu c là Tr n Chung Kỳ cũng đã nghiênộ ọ ố ầ c u khá r ng v lý thuy t c k t th m c a đ t bão hòa d i h t m n. D a trên cứ ộ ề ế ố ế ấ ủ ấ ướ ạ ị ự ơ s lý thuy t th m trong môi tr ng đàn h i - nh t, h Tr n đã đ su t m t lýở ế ấ ườ ồ ớ ọ ầ ề ấ ộ thuy t m i trong đó có k đ n khá nhi u y u t nh hi n t ng th m, hi n t ngế ớ ể ế ề ế ố ư ệ ượ ấ ệ ượ t bi n và ch y d o c a đ t sét. M t lý thuy t ch a đ ng đ c nhi u hi n t ngừ ế ả ẻ ủ ấ ộ ế ứ ự ượ ề ệ ượ v t lý nh v y là c n thi t, nh ng do tính qúa ph c t p c a các hi n t ng nàyậ ư ậ ầ ế ư ứ ạ ủ ệ ượ nên các mô hình toán c a nó là qúa c ng k nh, vì v y các ph ng trình c a Tr nủ ồ ề ậ ươ ủ ầ Chung Kỳ ch a th y ng d ng trong th c t .ư ấ ứ ụ ự ế T nh ng năm 70 tr v đây các nghiên c u v áp l c k r ng ch thiên v vi cừ ữ ở ề ứ ề ự ẽ ỗ ỉ ề ệ tìm ki m các ph ng pháp tính, Các nhà khoa h c Nga cũng là nh ng ng i đ uế ươ ọ ữ ườ ầ tiên đ a ra nh ng ph ng pháp tính toán tiên ti n.ư ữ ươ ế1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U ÁP L C K R NG VI T NAMỨ Ự Ẽ Ỗ Ở Ệ Vi t Nam v n đ áp l c k r ng đ c nghiên c u r t ít, ch m t vài nhà khoaỞ ệ ấ ề ự ẽ ỗ ượ ứ ấ ỉ ộ h c quan tâm đ n nh Lê Văn Th ĐH Thu L i Hà Nôi.Tuy nhiên nghiên c uọ ế ư ự ở ỷ ợ ứ nó m t cách có h th ng và đ a ra nh ng ch ng trình tính toán ph c v thi t kộ ệ ố ư ữ ươ ụ ụ ế ế thì h u nh ch a có.ầ ư ư________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ5 CH NG IIƯƠGI I THI U CÁC PH NG TRÌNH C B NỚ Ệ ƯƠ Ơ ẢĐ TÍNH TỐN ÁP L C K R NGỂ Ự Ẽ Ỗ Đ b n đ c ti n theo dõi ph n thu t tốn c a ch ng trình,chúng tơi xin gi iể ạ ọ ệ ầ ậ ủ ươ ớ thi u m t cách v n t t m t s ngun lý c b n và các ph ng trình c b n c aệ ộ ấ ắ ộ ố ơ ả ươ ơ ả ủ áp l c k r ng. Chi ti t c a ph n này b n đ c có th tham kh o trong các tài li uự ẽ ỗ ế ủ ầ ạ ọ ể ả ệ [1],[2], và [7].2.1 M T S NGUN LÝ & PH NG TRÌNH C B NỘ Ố ƯƠ Ơ Ả2.1.1 NGUN LÝ Nh chúng ta đã bi t, m t mơi tr ng đ t (các lo i đ t .) th ng có 3 thànhư ế ộ ườ ấ ạ ấ ườ ph n c b n: b t, r n, n c và khơng khí. Các h t r n “t a” vào nhau làm thànhầ ơ ả ạ ắ ướ ạ ắ ự m t k t c u ch c g i là c t đ t, còn n c và khơng khí ch a trong các l r ngộ ế ấ ắ ọ ố ấ ướ ứ ỗ ỗ c a nó. M t mơi tr ng đ t g m đ 3 thành ph n c b n nói trên g i là mơiủ ộ ườ ấ ồ ủ ầ ơ ả ọ tr ng 3 pha. Trong tr ng h p khi các l r ng c a đ t ch ch a đ y n c màườ ườ ợ ỗ ỗ ủ ấ ỉ ứ ầ ướ khơng có khơng khí thì g i là mơi tr ng hai pha. ọ ườ M t mơi tr ng đ t khi các h t đã “t a” ch t vào nhau, làm thành m t k t c uộ ườ ấ ạ ự ặ ộ ế ấ c t đ t v ng ch c khơng b bi n d ng khi ch u tác d ng c a t i tr ng khơng đ iố ấ ữ ắ ị ế ạ ị ụ ủ ả ọ ổ thì g i là mơi tr ng đ t đã c u k t hồn tồn. Nh ng đ p đ t đ c xây d ngọ ườ ấ ấ ế ữ ậ ấ ượ ự b ng ph ng pháp đ m nén ho c b i, do c t đ t thiên nhiên đã b phá v , cho nênằ ươ ầ ặ ồ ố ấ ị ỡ mu n cho đ t đ c nén ch t (c k t hồn tồn) c n ph i có nh ng bi n pháp tăngố ấ ượ ặ ố ế ầ ả ữ ệ t i tr ng. Tuy nhiên, bi n pháp tăng t i tr ng (tr ng l ng b n thân), tr ng l ngả ọ ệ ả ọ ọ ượ ả ọ ượ l p l p đ t trên đó, các l c đ m nén v.v . khơng ph i là y u t duy nh t làm choấ ớ ấ ự ầ ả ế ố ấ đ t c k t, mà q trình c k t còn ph thu c vào t l c a thành ph n n c vàấ ố ế ố ế ụ ộ ỷ ệ ủ ầ ướ khí trong các l r ng cùng kích th c c a các l r ng c a đ t.ỗ ỗ ướ ủ ỗ ỗ ủ ấ Nghiên c u q trình c k t c a đ t th y r ng, d i tác d ng c a các t i tr ng,ứ ố ế ủ ấ ấ ằ ướ ụ ủ ả ọ các thành ph n n c và khí theo các l r ng c a đ t mà th i d n ra ngồi, làmầ ướ ỗ ỗ ủ ấ ả ầ cho đ r ng c a đ t d n d n gi m xu ng đ các h t d n d n (t a) ch t vào nhau.ộ ỗ ủ ấ ầ ầ ả ố ể ạ ầ ầ ự ặ ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính tốn áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ6 Do đó, qúa trình c k t liên quan ch t ch đ n đ r ng và tr ng thái c a đ t (t lố ế ặ ẽ ế ộ ỗ ạ ủ ấ ỷ ệ các thành ph n n c và khí trong đ t).ầ ướ ấ Trong tr ng h p, khi các l r ng c a đ t ch ch a m t t l n c v a ph i (đườ ợ ỗ ỗ ủ ấ ỉ ứ ộ ỉ ệ ướ ừ ả ộ ng m n c hay ậ ướ đ m tr ng l ng c a đ t w = 12 - 14%ộ ẩ ọ ượ ủ ấ ) còn l i là khí và ph nạ ầ khí này liên thông v i không khí bên ngoài thì quá trình c k t x y ra r t nhanh; b iớ ố ế ẩ ấ ở vì d i tác d ng c a t i tr ng, khí trong các l r ng b ép ti t ra ngoài làm cho đướ ụ ủ ả ọ ỗ ỗ ị ế ộ r ng c a đ t nhanh chóng đ t tr s bé nh t và các h t đ t nhanh chóng “ t a “ỗ ủ ấ ạ ị ố ấ ạ ấ ự ch t vào nhau. Đ ng m n c nói trên trong k thu t g i là đ ng m n c t tặ ộ ậ ướ ỹ ậ ọ ộ ậ ướ ố nh t c a đ t. Trong tr ng h p, khi các l r ng c a đ t ch c nhi u n c (ấ ủ ấ ườ ợ ỗ ỗ ủ ấ ứ ề ướ đ mộ ẩ th tích G ể ≥ 85% ) thì thành ph n khí còn l i quá ít, không liên thông đ c v iầ ạ ượ ớ không khí ngoài tr i và trong tr ng h p này thành ph n khí t n t i d i d ngờ ườ ợ ầ ồ ạ ướ ạ nh ng bong bóng khí cho nên không th thoát ra ngoài đ c d i tác d ng c aữ ể ượ ướ ụ ủ ngo i l c. Trong tr ng h p này, bi n pháp tăng t i tr ng tr nên vô hi u q a, choạ ự ườ ợ ệ ả ọ ở ệ ủ nên khi đ m nén ch làm thành ph n khí trong đ t b nén đàn h i t m th i và ch cóầ ỉ ầ ấ ị ồ ạ ờ ỉ s n đ t bi n d ng mà đ r ng không thay đ i.ườ ấ ế ạ ộ ỗ ổ Đ i v i lo i đ t h t m n (b i, sét, á sét .) do đ r ng quá bé, nên khi đ m nénố ớ ạ ấ ạ ị ụ ộ ỗ ầ r t chóng đ t tr s m th tích l n, do đó vi c đ m nén không ch vô hi u qu vấ ạ ị ố ẩ ể ớ ệ ầ ỉ ệ ả ề m t kinh t mà còn nh h ng x u đ n quá trình c k t v sau. Tuy nhiên, c nặ ế ả ưở ấ ế ố ế ề ầ chú ý r ng trong đ t có đ ng m n c quá bé thì cũng gây khó khăn cho quá trìnhằ ấ ộ ậ ướ c k t b i vì tr ng h p này ma sát gi a các h t đ t tăng lên trong quá trình đ mố ế ở ườ ợ ữ ạ ấ ầ nén. Nh v y, khi môi tr ng đ t có thành ph n khí t do (khi liên thông v i bênư ậ ườ ấ ầ ự ớ ngoài) quá trình c k t s x y ra t t do khí t do đ c ép th i ra ngoài làm choố ế ẽ ả ừ ừ ự ượ ả đ r ng gi m xu ng và h t đ t đ c t a ch t vào nhau. Quá trình c k t này chộ ỗ ả ố ạ ấ ượ ự ặ ố ế ỉ th i khí t do ra ngoài mà không thay đ i l ng n c trong đ t.ả ự ổ ượ ướ ấ Trong tr ng h p khi môi tr ng đ t có đ m l n, không có thành ph n khí tườ ợ ườ ấ ộ ẩ ớ ầ ự do, nghĩa là ch có d i d ng bong bóng khí ho c hoàn toàn không có thành ph nỉ ướ ạ ặ ầ khí (môi tr ng hai pha) thì quá trình c k t x y ra hoàn toàn khác. Tr ng h p nàyườ ố ế ả ườ ợ quá trình c k t ch xu t hi n khi n c t trong l r ng c a đ t đ c ép th i raố ế ỉ ấ ệ ướ ừ ỗ ỗ ủ ấ ượ ả ngoài và nguyên nhân c a s ép th i này là do n y sinh s phân b áp l c n củ ự ả ả ự ố ự ướ không đ u trong k h ng c a đ t d i tác d ng c a ngo i l c. Nh v y, đ i v iề ẽ ổ ủ ấ ướ ụ ủ ạ ự ư ậ ố ớ các lo i đ t có đ r ng càng bé (b i, sét, á sét .) thì s ép th i n c càng khó,ạ ấ ộ ỗ ụ ự ả ướ càng ch m và do đó áp l c n c phân b không đ u trong k h ng c a đ t càngậ ự ướ ố ề ẽ ổ ủ ấ l n. Áp l c n c xu t hi n trong k h ng c a đ t do quá trình c k t nói trên g iớ ự ướ ấ ệ ẽ ổ ủ ấ ố ế ọ là áp l c k r ngự ẽ ỗ hay còn g i là ọ áp l c dự ư. Chú ý r ng, thành ph n khí trong môi tr ng 3 pha không ph i là khí t do mà chằ ầ ườ ả ự ỉ tr ng thái nh ng bong bóng khí không liên thông v i khí tr i, cho nên khi xét nhở ạ ữ ớ ờ ả h ng c a thành ph n khí c n công nh n khí cũng có tính ch t không nén nh đ iưở ủ ầ ầ ậ ấ ư ố v i thành ph n n c và h t. M t khác nh ng bong bóng khí này không hoà l nớ ầ ướ ạ ặ ữ ẫ ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ7 trong dòng th m c a n c mà ch tr n l n v i thành ph n h t c a s n đ t. Doấ ủ ướ ỉ ộ ẫ ớ ầ ạ ủ ườ ấ đó, nh ng bong bóng khí này có cùng v n t c chuy n đ ng v i các h t đ t. ữ ậ ố ể ộ ớ ạ ấ2.1. 2 Đ NH LU T CÂN B NG GI I H NỊ Ậ Ằ Ớ Ạ Xét m t tr đ t có chi u cao h - Z , trên m t đ t có ngo i l c q và áp l c n cộ ụ ấ ề ặ ấ ạ ự ự ướ W. D i đáy tr có ng su t trong s n đ t ướ ụ ứ ấ ườ ấ σ và áp l c n c p t i m t th iự ướ ở ạ ộ ờ đi m t b t kỳ trong quá trình c k t. ể ấ ố ế tr ng thái khi đ t đã c k t hoàn toàn, ng su t trong s n đ t và áp l c n cỞ ạ ấ ố ế ứ ấ ườ ấ ự ướ đáy tr ở ụ σ’ và p’. G i ọγbh là dung tr ng đ t b o hoà trong n c, có th là l p ph ng trình cânọ ấ ả ướ ể ậ ươ b ng gi i h n trong quá trình c k t: ằ ớ ạ ố ếq + W + γbh (h-Z) = + p ơ Đ i v i tr ng thái đã c k t hoàn toàn, ph ng trình này có d ng ố ớ ạ ố ế ươ ạq + W + γbh (h - z) = + p’ ơ T đó ta có ừ + p = ’ + p’ (4-10) ơ ơ M r ng đ nh lu t cân b ng gi i h n ra không gian 3 chi u ta có: ở ộ ị ậ ằ ớ ạ ềσx = σ’x – (p - p’) σy = σ’y – (p - p’) σz = σ’z – (p - p’) (2-1) τxy = τ ’xy τxz = τ ’xz (2-2) τyz = τ ’yz 2.1. 3 Đ NH LU T ĐACXY - GECXÊVANÔVỊ Ậ Trong tr ng h p th m qua môi tr ng không bi n d ng, l u t c th m trungườ ợ ấ ườ ế ạ ư ố ấ bình theo ph ng tr c s b t kỳ có th vi t d i d ng c a đ nh lu t Đacxy ươ ụ ấ ể ế ướ ạ ủ ị ậ us = – K∂∂Hsvà l u t c th c c a n c trong l r ng b ng ư ố ự ủ ướ ỗ ỗ ằ u’s = – nK∂∂Hs Trong môi tr ng bi n d ng, n u s n đ t chuy n đ ng cùng ph ng v i dòngườ ế ạ ế ườ ấ ể ộ ươ ớ n c thì l u t c th m t ng đ i c a n c so v i s n đ t b ng ướ ư ố ấ ươ ố ủ ướ ớ ườ ấ ằ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ8 u’s – v’s = – nK∂∂Hs (2-3) T đó ta có ừ1n us – 1mvs = – nK∂∂Hs, ho c ặus – nmvs = K∂∂Hs Đ i v i môi tr ng hai pha có n = ố ớ ườεε1+ và ms = εε1+ ta có th bi u di n đ nhể ể ễ ị lu t Đacxy - Gerxêvanôv d i d ng ậ ướ ạus – εvs = – K∂∂Hs M r ng ra không gian 3 chi u có ở ộ ềux – εvx = – K∂∂Hxuy – εvy = – K∂∂Hy (2-4) us – εvs = – K∂∂Hz N u th m qua môi tr ng không bi n d ng, nh ng có tính đ n nh h ng c aế ấ ườ ế ạ ư ế ả ưở ủ građiên th m ban đ u io, có th vi t l u t c th m trung bình b ng ấ ầ ể ế ư ố ấ ằus = – K∂∂Hsio− u’s = – nK∂∂Hsio−và ph ng trình (2-4) vi t l i d i d ng ươ ế ạ ướ ạux – εvx = – K∂∂Hxiox− uy – εvy = – K∂∂Hyioy− (2-5) uz – εvz = – K∂∂Hzioz−2.1.4. PH NG TRÌNH C B N C A ÁP L C K R NG.ƯƠ Ơ Ả Ủ Ự Ẽ ỖĐ l p ph ng trình c b n, c n d a vào m t s đi u ki n và gi thi t sau đây: ể ậ ươ ơ ả ầ ự ộ ố ề ệ ả ế________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ9 1. Trong tr ng h p t ng quát, xét môi tr ng đ t là ba pha nghĩa là có đ 3ườ ợ ổ ườ ấ ủ thành ph n n c, h t r n và khí. C ba thành ph n này đ u mang tính ch tầ ướ ạ ắ ả ầ ề ấ không nén đ c. ượ2. Thành ph n khí d i d ng bong bóng khí và chuy n đ ng cùng v n t cầ ở ướ ạ ể ộ ậ ố v i các h t r n. ớ ạ ắ3. Hi n t ng th m th a mãn đ nh lu t Đacxy - Gerxevanôv. ệ ượ ấ ỏ ị ậ4. Trong tr ng h p môi tr ng h t bé, đ r ng bé, l c quán tính r t bé choườ ợ ườ ạ ộ ỗ ự ấ nên có th b qua. ể ỏ5. Môi tr ng đ t là m t môi tr ng h t bé v i h s th m K = 10ườ ấ ộ ườ ạ ớ ệ ố ấ-4 ÷ 10-8 cm/s và h s c k t ệ ố ố ế δ >10 ÷ 7 cm-2/năm. H s c k t ệ ố ố ế δ >10 ÷ 7 cm -2/năm. tính theo công th c ứ δ = naKγε)1(1+Trong đó: K – H s th m c a đ t ệ ố ấ ủ ấγn – Dung tr ng c a n c ọ ủ ướ a – H s nén ch t xác đ nh theo công th c ệ ố ặ ị ứa = )(2221kgcmοοεε−−ε1, ε2 – H s r ng t ng ng v i th i đi m ban đ u và cu i cùng. ệ ố ỗ ươ ứ ớ ờ ể ầ ốσ1,σ2– ng su t trong đ t t ng ng v i th i đi m ban đ u và cu i cùng. Ứ ấ ấ ươ ứ ớ ờ ể ầ ố Đ l p ch ng trình c b n, tr c h t vi t ph ng trình liên t c ng v i m tể ậ ươ ơ ả ướ ế ế ươ ụ ứ ớ ộ th i đi m t b t kỳ, khi xét m t phân t th tích có kích th c ờ ể ấ ộ ố ể ướ dx, dy, dz và ký hi uệ u, v, w là v n t c chuy n đ ng t ng ng c a 3 thành ph n n c, h t r n và khí. ậ ố ể ộ ươ ứ ủ ầ ướ ạ ắXét m t h ng b t kỳ trên h tr c t a đ , ví d h ng Oộ ướ ấ ệ ụ ọ ộ ụ ướz, ta th y n u l u t cấ ế ư ố n c qua m t 1 là uướ ặz thì qua m t 2 là uặz +∂∂uzzdz. L u l ng n c qua m t 1 sauư ượ ướ ặ th i gian dờ t là uzdxdydt và qua m t 2 b ng (nặ ằz +∂∂uzz)dxdydt. Nh v y, sau th i gianư ậ ờ dt l ng n c đ c ch a vào trong phân t th tích theo h ng Oượ ướ ượ ứ ố ể ướz b ng ằuzdxdydt – (uz + ∂∂uzz dz) dxdydt = – ∂∂uzzdxdydzdt. Cũng t ng t nh v y, đ i v i hai h ng kia Ox và Oy ta có l ng n c ch aươ ự ư ậ ố ớ ướ ượ ướ ứ vào trong phân t th tích t c ba h ng sau th i gian dố ể ừ ả ướ ờ t b ng : ằ- ∂∂∂∂∂∂uuuzzxxyy+ + dxdydzdt ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ10 [...]... ể ự ượ ơ ồ ố ể ế ươ cho bài toán áp l c k r ng.ự ẽ ỗ 3. 2. S Đ KH I VÀ CH NG TRÌNHƠ Ồ Ố ƯƠ • Đ a các s li u ban đ u vào (các thông tin)ư ố ệ ầ • In file ki m tra các thơng tin ban đ u.ể ầ • L p chu kỳ tính theo h s th mậ ệ ố ấ • Sau đó l p chu kỳ tính theo th i gian Tậ ờ 1 Tính th i gian ờ ∆t và s l n tính tốn ố ầ η sau đó tính áp l c k r ng theo (3-4) màự ẽ ỗ chu kỳ tính tốn là theo i (hàng ngang)... Th i gian tính tốn.ờ Các ký hi u khác nhau đã gi i thích trên.ệ ả ở u đi m c b n c a ph ng pháp này là có th s d ng nó đ tính Ư ể ơ ả ủ ươ ể ử ụ ể • Áp l c k r ng c a môi tr ng đ t 3 pha khi các ch tiêu c lý c a đ t thayự ẽ ỗ ủ ườ ấ ỉ ơ ủ ấ đ i theo chi u cao [ 5 ].ổ ề • Tính t bi n c a đ t khi xác đ nh áp l c k r ng. Đ c bi t, các k t q a tính ế ủ ấ ị ự ẽ ỗ ặ ệ ế ủ toán theo ph ng pháp này khá... t c là áp l c tồn ph n thì b ng áp l c hi uừ ậ ệ ứ ự ầ ằ ự ệ qu c ng v i áp l c trung tính (áp l c k r ng). Phát tri n mô hình c a Biot và tìmả ộ ớ ự ự ẽ ỗ ể ủ cách gi i nó ph ng tây có Manđen, Macnêymi, Ctubx n, S fmon v.v ả ở ươ ơ ư 2.2.2 CÁC PH NG PHÁP TÍNHƯƠ Nghiên c u các qúa trình c k c a đ t có nhi u ph ng pháp khác nhau, nh ngứ ố ế ủ ấ ề ươ ư cùng chung m t m c đích là đ xác đ nh áp l c... pháp g n đúng khác nhau. Sauơ ả ườ ượ ả ằ ề ư ầ đây trình bày m t s ph ng pháp chính mà hi n nay đang đ c s d ng trongộ ố ươ ệ ượ ử ụ thi t k đ p đ t.ế ế ậ ấ 2.2 CÁC PH NG PHÁP TÍNH TỐN ÁP L C K H NGƯƠ Ự Ẽ Ổ 2.2 1. CƠNG TH C TÍNH TỐNỨ ________________________________ Đ p v t li u đ a ph ng – Tính tốn áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ 13 Đ i v i đ p đ t, do chi u dài đ p khá l n, thích h p v i vi c tính. .. ÁP L C K R NGỚ Ệ ƯƠ Ủ Ự Ẽ Ỗ 2.1 M t s nguyên lý và ph ng trình c b n 6ộ ố ươ ơ ả 2.1.1 Nguyên lý 6 1.1.2 Đ nh lu t cân b ng gi i h n 7ị ậ ằ ớ ạ 2.1.3 Đ nh lu t Đacxy-Gecxevananovù 8ị ậ 2.1.4 Các ph ng trình c b n c a áp l c kươ ơ ả ủ ự ẽ r ng 9ỗ 2.1.5 Đi u ki n đ u và đi u ki nề ệ ấ ề ệ biên 13 2.2. Các ph ng pháp tính toán áp l c k r ng 14ươ ự ẽ ỗ 2.2.1 Cơng th c tính tốn 14ứ 2.2.2 Các ph ng pháp... đ i v iố ớ tr ng h p này th i gian tính tốn ườ ợ ờ ∆t tính b ngằ 2 )1( ', 4 1 Z K a t b t n ∆ + =∆ ε ωγ (2-26) ________________________________ Đ p v t li u đ a ph ng – Tính tốn áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ 22 r ng vào trong tính tốn, vì nh h ng c a áp l c k r ng đ n n đ nh cơng trìnhỗ ả ưở ủ ự ẽ ỗ ế ổ ị là khá l n, không th b qua.ớ ể ỏ b. Thay vì tính áp l c k r ng Pự ẽ ỗ b = α.P (nh tr... Ch ng trình tính áp l c k r ng trong lõi đ p b ng ph ng pháp sai phân h uươ ự ẽ ỗ ậ ằ ươ ữ h n do chúng tôi xây d ng là m t ch ng trình có các u đi m sau :ạ ự ộ ươ ư ể a. Thu t toán c a ch ng trình d a vào lý thuy t c k c a đ t dính, thơng quaậ ủ ươ ự ế ố ế ủ ấ các ph ng trình sai phân h u h n, đó là nh ng ph ng trình c b n đ tính tốnươ ữ ạ ữ ươ ơ ả ể áp l c k r ng.ự ẽ ỗ b. Ph ng pháp tính trong... α.P (nh tr c đây chúng ta v n th ngư ướ ẫ ườ dùng, h s áp l c k r ng ệ ố ự ẽ ỗ α l y theo kinh nghi m, ph thu c vào ch quan c aấ ệ ụ ộ ủ ủ ng i tính tốn), nên tính tốn áp l c k r ng b ng các ph ng trình c h c ch tườ ự ẽ ỗ ằ ươ ơ ọ ặ ch , th hi n qua ch ng trình tính tốn, k t q a tính tốn theo các ch ng trìnhẽ ể ệ ươ ế ủ ươ này s cho ta tr s áp l c k r ng chính xác h n (ph th c vào chi u cao, lo... Các ph ng pháp tính 15ươ CH NG 3ƯƠ GI I THU T, CH NG TRÌNH & TÍNH TỐN NG D NGẢ Ậ ƯƠ Ứ Ụ 3.1 Gi i thu t c a ch ng trình 24ả ậ ủ ươ 3.2. S đ kh i và ch ng trình 25ơ ồ ố ươ 3.3 ng d ng tính toán 26Ứ ụ K T LU N 29Ế Ậ TÀI LI U THAM KH O .30Ệ Ả ________________________________ Đ p v t li u đ a ph ng – Tính tốn áp l c k r ng ậ ậ ệ ị ươ ự ẽ ỗ 2 P y – Úng su t nén trong các h t đ t (t c áp l c hi u qu... trình là ph ng pháp sai phân h u h n (vì tươ ươ ươ ữ ạ ừ các ph ng trình sai phân h u h n chuy n sang ph ng pháp s sai phân h ũ h nươ ữ ạ ể ươ ố ư ạ s nhanh chóng và đ n gi n )ẽ ơ ả c. Thu t toán đ n gi n, ch ng trình tính tốn cũng đ n gi n, các sai s c aậ ơ ả ươ ơ ả ố ủ ph ng pháp này cũng đ dùng cho tính tốn cơng trình th c t . Ti n l i cho các kươ ủ ự ế ệ ợ ỹ s s d ng. Đ xác đ nh áp l c k r ng . CÁC PH NG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP L C K H NGƯƠ Ự Ẽ Ổ2.2..1. CÔNG TH C TÍNH TOÁNỨ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r. 4TÍNH TOÁN ÁP L C K R NGỰ Ẽ ỖĐ P V T LI U Đ A PH NGẬ Ậ Ệ Ị ƯƠ________________________________Đ p v t li u đ a ph ng – Tính toán áp l c k r