Thông tin luận án TSKT của NCS. Nguyễn Mạnh Tường

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN

1. Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh (TP. HCM) tập trung nhiều công trình xây dựng dân dụng công nghiệp. Tuy nhiên, khu vực này nằm trên vùng đất yếu có sức chịu tải kém, đặc biệt với tải trọng động. Tại các khu công nghiệp đặt móng máy chịu những tải trọng động có tần số, biên độ, cường độ khác nhau. Những tải trọng trên từ công trình truyền xuống cọc, hoặc từ nền đất xung quanh ảnh hưởng tới cọc gây ra cho bản thân cọc, vùng biến dạng cực hạn xung quanh cọc những ảnh hưởng khác nhau. Nghiên cứu tính toán sức chịu tải trọng động của móng cọc gánh đỡ cho công trình cũng như tìm ra sự suy giảm sức chịu tải sau khi công trình chịu tải trọng động là cần thiết hiện nay. Việc tính toán ảnh hưởng của tải trọng động tới sức chịu tải của cọc có rất nhiều phương pháp nhưng cho kết quả phân tán. Phương pháp thử tĩnh tin cậy nhưng tốn kém và mất thời gian và không có kết quả về ảnh hưởng tải trọng động tới sức chịu tải cọc. Để kể thêm đến ảnh hưởng của tải trọng động tới sức chịu tải cọc được nhân thêm hệ số vào kết quả sức chịu tải tĩnh của cọc. Việc xây dựng mô hình thí nghiệm để xác định các thông số tính toán cọc nền công trình của đất nền đã được thực tế chứng minh có khả năng mô phỏng tốt hoạt động cọc trong nền đất. Thông qua việc phân tích so sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc và mô phỏng với các thông số động khác nhau tìm ra bộ thông số của đất nền để mô phỏng trạng thái ứng suất - biến dạng của cọc và ứng xử của nền đất xung quanh cọc có biến dạng dẻo.

2. Mục đích của đề tài

Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh tìm ra mô hình đất phù hợp và lựa chọn thông số hợp lý. Xem xét áp dụng mô hình đất phù hợp để nghiên cứu lộ trình ứng suất với các tính chất và điều kiện khác nhau của nền đất. Lựa chọn các thông số mô hình của đất nền để mô phỏng trạng thái ứng suất – biến dạng của cọc và ứng xử của nền đất trong vùng có biến dạng dẻo xung quanh cọc. Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn và phân tích đánh giá khả năng ảnh hưởng tới sức chịu tải khi có tải trọng động tại khu vực. Nghiên cứu, xây dựng mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ, tiến hành các thí nghiệm gia tải động lên cọc nhằm xác định ảnh hưởng của tải trọng động tới sức chịu tải và độ lún của cọc. Phân tích ứng xử động của cọc khi chịu tác động của tải trọng động với các tần số khác nhau. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ L/D, hiệu ứng cọc - nền, xem xét sức chịu tải tức thời khi chịu tải trọng động. Thiết lập các tương quan Lực – Biến dạng, Lực– Sức kháng mũi, Lực – Tỉ lệ Sức kháng bên/Sức kháng mũi trong cọc chịu tải trọng động trên nền đất cát TP. HCM.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của luận án là cọc chịu nén đúng tâm chịu ảnh hưởng của tải trọng động trong môi trường cát.

- Phạm vi nghiên cứu: Nền đất khu vực nhiều lớp bên trên là các lớp đất bùn sét có sức chịu tải kém, bên dưới là các lớp cát được lựa chọn đặt mũi cọc trong phạm vi này. Do vậy nghiên cứu của luận án tập trung vào ảnh hưởng tải trọng động lên cọc trong lớp đất cát mịn trạng thái chặt vừa khu vực TP. HCM. Đây là lớp đất phổ biến và được đánh giá chịu lực khá tốt khi chịu tải tĩnh. Từ đó cần nghiên cứu cọc khi chịu tải trọng động sẽ bị suy giảm và các ảnh hưởng của ma sát cho đoạn cọc trong lớp đất này lên sức chịu tải cọc. Nghiên cứu cọc đơn chịu tải dọc trục thẳng đứng. Mô hình thí nghiệm sử dụng đài cọc tuyệt đối cứng để loại bỏ mọi ảnh hưởng của phân bố tải trọng và kết quả đo. Ảnh hưởng của liên kết cọc - đài cọc được bỏ qua không khảo sát trong nghiên cứu. Tải trọng tác động trên móng là tải tuần hoàn. Tần số nghiên cứu ảnh hưởng là tần số kích thích gây ra đáp ứng cơ hệ, không nghiên cứu đến tần số đáp ứng của hệ cọc - đài cọc.

4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thống kê: Thu thập, phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu. Xử lý thống kê, phân tích các kết quả thí nghiệm, thiết lập các mối tương quan bằng các phần mềm xử lý số liệu hiện đại. Phương pháp thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành các thí nghiệm mô hình vật lý trong phòng để làm căn cứ phân tích so sánh,
đối chiếu kết quả.

Phương pháp mô phỏng số: Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh thông qua sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích so sánh. Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu tìm ra kết quả giữa mô phỏng số và thí nghiệm hiện trường tìm ra các tương quan trong mô hình đất nền.

5. Những điểm mới của luận án

1) Xây dựng mô hình thí nghiệm nén tĩnh cọc để nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số vật lý lên sức chịu tải cọc khi chịu tải tĩnh và suy giảm khi chịu tải trọng động với nền cát. Từ đó nghiên cứu các ảnh hưởng của thông số động lực học lên ứng suất – biến dạng, sức chịu tải của cọc và tìm ra các tương quan.

2) Đề xuất các phương trình tương quan Độ lún – Tần số cho loại cọc có bề mặt trơn, cọc có bề mặt nhám. Các phương trình tương quan giữa Lực - Ma sát đơn vị - Sức kháng mũi, Lực - Tỉ lệ Fs0/Sức kháng mũi, Lực - Tỉ lệ Fs1/Sức kháng mũi cho các loại cọc có L/D khác nhau.

3) Thực hiện mô phỏng số thí nghiệm nén tĩnh tìm ra mô hình Modified CamClay (MCC) có các kết quả gần nhất so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh. Nghiên cứu cho thấy các thông số ảnh hưởng mạnh nhất tới kết quả mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh. Sử dụng mô hình MCC mô phỏng nén phá hoại để tìm ra sức chịu tải cực hạn của cọc.

4) Đề xuất các hệ số tương quan trong thí nghiệm nén tĩnh λ/κ trong chu kỳ 1, chu kỳ 2 và tương quan chung λ/ κ trong cả 2 chu kỳ. Các phương trình tương quan thông số M, Lambda, Kappa trong mô hình MCC của phần mềm Plaxis trong mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải cọc.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài bước đầu góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng của tải trọng động tĩnh và động thông qua mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cũng như thí nghiệm mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ. Qua đó đề xuất các phương trình tương quan giữa tần số và độ lún, lực và biến dạng, mối quan hệ lực và sức kháng.

Kết quả nghiên cứu cung cấp số liệu để làm cơ sở phục vụ cho việc phân tích ảnh hưởng tải trọng động trong thiết kế sức chịu tải cọc có xét đến ảnh hưởng tải trọng động có thể xuất hiện trong điều kiện xây dựng TP.HCM hiện nay giúp cho việc dự báo sức chịu tải cọc chính xác hơn.

——————————————————————————————————————

ABSTRACT OF THESIS

1. The urgency of the research topic.

Ho Chi Minh City (HCMC) concentrates many civil and industrial constructions. However, this area is located on soft soil with poor load capacity, especially with dynamic loads. In industrial zones, locating machine foundations to withstand dynamic loads of different frequencies, amplitudes and intensity. The above loads from the structure transmitted to the pile, or from the surrounding ground affect the pile causing the pile itself, the extreme deformation zone around the pile has different effects.

Research to calculate the dynamic load capacity of the pile foundation supporting the project as well as find out the decrease in load capacity after the project is under dynamic load is now necessary. The calculation of the effect of dynamic load on the pile load has many methods but dispersion results. The static test method is reliable but costly and time consuming and has no results on the effect of dynamic loads on the pile load. To add to the effect of dynamic load on the pile load capacity is multiplied by the coefficient on the static load capacity of the pile. The construction of experimental models to determine the foundation pile calculation parameters of the foundation soil has actually been proven to simulate well the pile operations in the ground. Through the analysis and comparison of the pile static compression test results and simulation with different dynamic parameters, find out the parameters of the ground to simulate the stress-deformation state of the pile and the behavior of the ground around the pile there is plastic deformation.

2. The purpose of the thesis

Study on simulation of static compression test to find out suitable soil model and select reasonable parameters. Consider applying suitable soil model to study stress path with different properties and conditions of the soil. Selecting the modeling parameters of the ground to simulate the stress - deformation state of the pile and the soil behavior in the area with plastic deformation around the pile. Research engineering geology, hydrogeology and analyzing and evaluating the ability to affect the load capacity under dynamic load in the area. Research and build a small-scale physical model, conduct dynamic load tests on piles to determine the effect of dynamic loads on the load capacity and settlement of the pile. Analyze the dynamic behavior of the pile when subjected to dynamic loads at different frequencies. Study the effects of the ratio L/D, the effect of pile - foundation, consider the immediate load capacity under dynamic loads. Set the correlations Force - Deflection, Force - Bow resistance, Force - Ratio of Side resistance/ tip resistance in the pile under dynamic load on the sandy soil of HCMC.

3. Object and scope of the research

- Object of the thesis is the right center compression pile influenced by dynamic load in the sandy environment.

- Scope of the study: The above multi-layered area is the clay and clay layers with poor load capacity, the sand layers below are selected to place the piles in this range.

Therefore, the dissertation's research focuses on the effect of dynamic load on the pile in the medium compact sandy soil layer in the area of HCMC. This is a popular soil layer and is rated to be quite good under static load. From there, it is necessary to study the pile when under dynamic load will be reduced and the effects of friction for the pile section in this soil layer on the pile load capacity. Study of single pile bearing vertical axial load. The experimental model uses absolute hard pile to eliminate all effects of load distribution and measurement results. The effects of the pile-to-pile connection were ignored and not examined in the study. The load acting on the foundation is the cyclic load. The research frequency to influence is the frequency of stimulation that causes mechanical responses, not to the response frequency of the pile - pile station system.

4. Approach and methodology

Statistical methods: Collect, analyze, and synthesize research results. Statistical processing, analyzing experimental results, establishing correlations with modern data processing software. Experimental methods: Experimental research to conduct experiments on physical models in the room to serve as a basis for comparative analysis and comparison of results. Numerical simulation method: Research on simulating static compression test using Plaxis software for comparative analysis. Using data processing software to find results between numerical simulations and field experiments find out correlations in the ground model.

5. The new contributions of the thesis

1) Constructing a static pile test model to study the effects of physical parameters on the pile load capacity under static load and decrease when subjected to dynamic loads with the sand foundation. From there, studying the effects of the dynamic parameters on stress- strain, pile load capacity and find the correlations.

2) Propose the settlement-frequency correlation equations for pile with smooth surface, pile with rough surface. Correlation equations between Force - Unit friction - Tip resistance, Force - Ratio Fs0 / tip resistance, Force - Ratio of Fs1 / tip resistance for different L/D piles.

3) Perform simulations of static compression experiments to find out MCC (Modified CamClay) model with the closest results compared with static compression test results. The study shows that the parameters most strongly affect the simulation results of static compression test. Using the MCC model to simulate the destructive compression to find the extreme load capacity of the pile.

4) Proposing correlation coefficients in static compression test λ/κ in cycle 1, cycle 2 and general correlation λ/κ in both cycles. The correlation equations M, Lambda, Kappa in the MCC model of Plaxis software in the simulation of the static compression test to determine the pile load capacity.

6. Scientific and practical significance

The thesis initially contributes to clarify the effects of dynamic and static loads through simulation of static compression experiments as well as small-scale physical model experiments. Thereby proposing correlation equations between frequency and settlement, force and strain, force and resistance relationship.

The results of the study provide data to serve as a basis for analyzing the impact of
dynamic loads in the design of pile load capacity considering the effect of dynamic loads that may appear in HCMC construction conditions

——————————————————————————————————————

Xem chi tiết tại đây:

- Toàn văn Luận án (NCS. Nguyễn Mạnh Tường)

- Tóm tắt luận án (Tiếng Việt) (NCS. Nguyễn Mạnh Tường)

- Tóm tắt luận án (Tiếng Anh) (NCS. Nguyễn Mạnh Tường)