Bài giảng Đại kỹ thuật công trình và phương pháp luận thiết kế địa kỹ thuật

Nội dung text: Bài giảng Đại kỹ thuật công trình và phương pháp luận thiết kế địa kỹ thuật

1. GIẢNG VIấN Nguyễn Công Mẫn Ngày sinh 10 - 08 - 1934 - Giáp Tuất G.S. Cơ học đất – Nền móng Nguyên Chủ nhiệm BM Cơ học đất – Nền móng ĐHTL (1961 - 1974) Nguyên Tr−ởng ban Th− ký CHĐ -NM Bộ Đại học và THCN (1978 - 1983) Nguyên Tr−ởng phòng Quản lý NCKH và Hợp tác Quốc tế – ĐHTL (1977 - 1995) Lĩnh vực quan tâm: áp lực đất - đá, đất Latêrit, tính nền theo TTGH, Cơ học đất không bão hoà, sử dụng các phần mềm ĐKT: GeoStudio, Plaxis Địa chỉ: Email. Ncman@fpt.vn -Tel. 04 852 8512 1 Một góc cơ sở tr−ờng ĐHTL tại Hà Đông (1960) Các cán bộ giảng dạy đầu tiên về Địa chất – Cơ học đất (1960) Mẫn–Phiệt-Vinh 2 1
2. Các thày giáo Trung Quốc đầu tiên giúp ĐHTL (2/2/1962) Mẫn 3 Thực tập Địa chất Bằng Mạc Vinh Mẫn 4 2
3. Quang cảnh mộtgúckhukýtỳc xỏ Năm 1962 - Tầng 3 nhà 6 Sau thực tập địa chất Bằng Mạc Nhà 6 Phòng Mẫn ở 5 Lớp bồi d−ỡng ngắn hạn Địa kỹ thuật công trènh vμ Ph−ơng pháp luận thiết kế ĐKT GS. Nguyễn Công Mẫn PLAXIS FINITE ELEMENT CODES 6 3
4. Địa kỹ thuật công trỡnh và ph−ơng pháp luận thiết kếĐịakỹ thuật 1. Khái niệm về đặc điểm của đất - đá trong xây dựng 2. Khái quát về sự phát triển của các khoa học trái đất và ĐKT Công trỡnh trong xây dựng 3. Ph−ơng pháp luận tiếp cận thiết kế ĐKT - Tam giác Địa cơ học Burland 4. Vai trò của máy tính và các phần mềm chuyên dùng (MH số ) trong đào tạo, sản xuất và phát triển ĐKT 7 Tác nhân gây tác động ĐC ngoại động lực 8 4
5. Khái niệm về đặc điểm của đất - đá trong xây dựng Sơ đồ quá trỡnh biến đổi của đất - đá Phân biệt đất và đá Môi tr−ờng phong hoá Xói mòn Vr – thể tích rỗng Vận chuyển Vn – thể tích n−ớc Trầm tích • Vỏ trái đất dày: 30 – 40km tại lục địa, gấp Vk - thể tích khí ói mòn x 6-8 lần chiều dày vỏ đáy đại d−ơng. V – tổng thể tích Nâng cao và • Hoạt động của ng−ời đạt tới 2km: 75% đá thứ sinh, 25% macma. Từ 2-15km: 95% macma, 5% Vr đá thứ sinh Vk Vr Môi tr−ờng nhiệt thiêu V V V n biến chất Môi tr−ờng trầm tích h Vh • Đất đ−ợc tạo nên trong khoảng vài trăm met sâu, nhiềuTH khóphânbiệtgiữa đá mềm và đất cứng Đá Đất • Trong xây dựng, phân biệt giữa đá và đất: quy −ớc V n% =ìr 100% V Chôn vùi và xâm nhập Môi tr−ờng thuỷ nhiệt Nung nóng Đá: n ≤ 1% ữvài chục %; hoặc macma Chôn vùi sâu tạo đá Đất: n = 50% ữ60% và hơn nữa Hydrothermal deposit. A mineral deposit formed by precipitation of ore and gangue minerals in fractures, faults, breccia openings, or other spaces, by replacement or open-space filling, from watery fluids ranging in temperature from 500 to 7000C but generally below 4000C, and ranging in pressure from 1 to 3 kilobars. 9 The fluids are of diverse origin. Alteration of host rocks is common ( 1bar = 10-4 kG/cm2) Đất - Đá: vật liệu tự nhiên - lịch sử. • Đất - đá luôn biến đổi theo môi tr−ờng xung quanh, khó định ra ranh giới thật rõ ràng giữa chúng bằng một tiêu chuẩn đơn giản. Theo quy −ớc chia ra đất và đá → Tính đặc chắc ( n %) và c−ờng độ các liên kết giữa các hạt khoáng vật ( độ cứng ) là các đặc tr−ng để phân biệt • Trong quá trỡnh sử dụng, đất đá vẫn tiếp tục biến đổi theo môi tr−ờng xung quanh và tác động của con ng−ời • Đất - Đá tuy có khác nhau, nh−ng khi nghiên cứu chúng, vẫn dùng PP t−ơng tự nhau (Tam giác Cơ học đất Burland ) •Sựt−ơng tác giữamôitr−ờng đất - đá với công trỡnh xây dựng, tuỳ thuộc sự khác nhau về tính chất giữa vật liệu công trỡnh và đất - đácầnđ−ợc xem xét nghiêm túc. 10 5
6. Khái quát về sự phát triển của các khoa học trái đất Địa chất học Khí quyển Nguồn gốc Thuỷ quyển Lịch sử phát triển Thạch quyển Cấu trúc Nội quyển Quá trỡnh địa chất Các KH trái đất - Xu thế phân ngành Khoáng vật học - Thạch học - Thổ nh−ỡng - Địa mạo - Kiến tạo - Khí t−ợng Địa vật lý - Địa chấn - Thuỷ văn-Địa chất TV - ĐC công trỡnh (1929) - Cơ học Đất (1925) - Cơ học Đá (1957) Xu thế liên ngành Địa kỹ thuật - Địa kỹ thuật Công trỡnh - Địa kỹ thuật Môi tr−ờng (Geoenviro. Engineering)- Địa cơ học - Địa Cơ học ứng dụng Đỏ Công trỡnh (Rock Engineering) -Thuỷ Địa cơ học - Địa chất Môi tr−ờng ( Environ. Geology11 ) Từ đơn ngành đến liên ngành • GĐ phát triển đơn ngành: Tỡmhiểubảnchấtcủavật chất vỏ trái đất. Cơ học đất (1925) và Cơ học đá (1957) đ−ợc hỡnh thành riêng biệt, theo cấu trúc nội dung không giống nhau, nhằm đáp ứng yêu cầu thiết kế và xây dựng công trỡnh trong giai đoạn đầu của sự phát triển. • GĐ phát triển đa ngành: Đánh giá tổng thể t−ơng tác giữa công trỡnh và môi tr−ờng đất - đá, bảo đảm công trỡnh xây dựng làm việc bỡnh th−ờng trong một môi tr−ờng phát triển bền vững, do đó cần gộp một số nội dung của một số môn học có liên quan trong một liên môn (Interdiscipline). • Địa kỹ thuật công trỡnh (Geotechnical Engineering) Quan trọng trong xây dựng công trỡnh : ≥ 30% sự cố công trỡnh xảyracónguồngốctừsaisótvềmặt ĐKT 12 6
7. Các môn học liên ngành thuộc KH trái đất • Geotechnics. The application of Scientific methods & engineering principles to the acquisition, interpretation & use of knowledge of materials of the Earth’ s Crust ( Soil - Rock ) for the solution of engineering problems: the applied science of making the Earth more habitable. It embraces the fields of S.M and R.M, & many of the engineering aspects of Geology, Geophysics, Hydrology and related sciences; (Glossary of Geology - Robert L. Bates & Julia A. Jackson -1987). • ĐKTCT là một liên môn học, áp dụng những nguyên lý cơ bảncủa Cơ học đất, Cơ học đá, Kỹ thuật xây dựng nền móng và công trỡnh , để giải quyết các vấn đề thiết kế, thi công, sử lý - cải tạo các loại công trỡnh xây dựng, khai thác tài nguyên thiên nhiên, đặt trên, trong, t−ơng tác với môi tr−ờng đất đá ( Nguyễn Công Mẫn, 1997) • Geotechnical Engineering. is the application of the sciences of Soil Mechanics and Rock Mechanics, Engineering Geology and other related disciplines to Civil engineering construction, the attractive industries and the preservation and enhancement of the environment (Ground Engineering, Nov. 1999–British Geot. Assoc) 13 Các môn học liên ngành thuộc KH trái đất • Geomechanics ( Geo – Mechanics) - Science du composant mecanique de l’ ecorce terrestre et des processus de son developpement causes par differentes sollicitations physiques naturelles - temperature: refroidissement et chauffage, mécanique: attraction de la Terre et des Corps celestes, forces centrifuges causees par le tournement de la Terre ( Grande Encyclopedie Sovietique – 1971). • Applied Geomechanics - Matiere interdisciplinaire, qui peut remplacer la M. des Sols et M. des Roches pour etudier quantitativement des processus mecaniques et physico-chimique ( contrainte, deformation, rupture, ) dans les couches superficielles de l’ecorce terrestre, provenant essentiellement des facteurs anthropiques et naturels afin de servir la construction de Genie Civil et de l’extraction miniere. (N.C.Man - 1986 - Cours de Geomecanique appliquee - Universite d’ Agostinho Neto- Angola) 14 7
8. Các môn học liên ngành thuộc KH trái đất • Environmental Geology (Geoecology)- The application of geologic principle & knowledge to problems created by Man’ occupancy & exploitation of the physical environment. It invoves studies of hydrology,topography, engineering geology, and economic geology, and is concerned with Earth processes, Earth resources and engineering properties of Earth materials. It involves problems concerned with construction of buildings & transportation facilities, safe disposal of solid & liquid wastes, management of water resouces, evaluation & mapping of rock & mineral resources & long-range physical planning & development of the most efficient & beneficial use of the land ( Glossary of Geology - 1987 ). Ground Engineering - Application of the science of soil mechanics, rock mechanics, engineering geology and other Related disciplines to civil, mining and petroleum engineering and environmental projects; [hàm ý cả đất và đá] 15 Một số đặc điểm phát triển CHĐ thế kỷ 20 1. Phát triển lý thuyết - Lý thuyết ứng suất có hiệu quả K. Terzaghi và môn Cơ học đất ra đời ⇒ MH khái niệm về bản chất đất 2 pha (1925); - Lý thuyết CHĐ trạng thái tới hạn (Critical State S.M) – A.N.Schofield & C.P.Wroth (1968) ⇒MH khái niệm về vật liệu “Cam-Clay” - tr−ờng phái Cambridge: Tiếp cận từ Cơ học các vật thể liên tục & LT đμn hồi + dẻo, kế thừa ý t−ởng của một số học giả khác (Coulomb, Terzaghi, Rendulic, kết hợp với một số giả thiết bổ sung để xây dựng một MH đầy đủ của vật liệu Cam-Clay ⇔ khớp với bản chất của đất thực tế; - Lý thuyết CHĐ không bão hoà (Unsat.SM) - D.G.Fredlund & H. Rahardjo (1993) ⇒ Phát triển lý thuyết ứng suất có hiệu quả Terzaghi ⇒ đ−a vào khái niệm “Matric Suction” - ứng dụng LT thống kê xác suất trong CHĐ 16 8
9. Một số đặc điểm phát triển CHĐ thế kỷ 20 2. Phát triển công nghệ - vào những nămgiữa và cuối TK 20 •Khảo sát & thí nghiệm: Mục đích đạt đ−ợc các số liệu tin cậy khách quan (địa tầng, các đặc tr−ng cơ lý), làm đầu vào cho các tính toán ⇒ công nghệ đo điện tử, siêu âm; • Thiết kế - tính toán: - Nghiên cứu vi mô trong Địa kỹ thuật; - PPL: T−ơng tác môi tr−ờng ĐKT ⇔ công trỡnh: Tính toán CT theo TTGH ; - Phát triển công nghệ phần mềm kết hợp máy tính [ LT ⇒ PP tính (PTHH), ⇒ Phần mềm chuyên dùng ⇒ Máy tính cá nhân] ⇒ giải quyết nhanh chóng nhiều bài toán ĐKT • Kỹ thuật thi công Thực hiện có hiệu quả các kết qủa do thiết kế - tính toán àtỡm ra (cọc khoan nhồi, t−ờng hào chống thấm, đ−ờng hầm ). 3. Do vậykiếnthứccầncóphảiđ−ợc bổ sung và nâng cao. 17 Gặp tại phòng làm việc của GS. A.N. schofield, nguyên GS ĐH Cambridge – một trong những ng−ời sáng lập ra CHĐ Trạng thái tới hạn 18 9
10. GS D.G. fredlund – CHĐ không bão hoμ 19 Skills needed for Geotechnical Engineering Anon, 1999 - Ground Engineering, Nov. 1999, British Geo. Assoc. Postgraduate Training Soil Mechanics Rock Description, Site Exploration Mechanics Effective Stress, Reconnaissances Description Deformation, Drilling Testing Deformation Failure Seepage, Parameter selection Structural Failure Earth Pressure Reporting Mechanics Elasticity Plasticity Mechanical Engineering Failure Mechanisma Instrumentation, Drilling system, Excavation Technics, Support Applied Mechanics Foundation Design Soil/Rock Mass Compatibility Bearing capacity Engineered fills Construction Equilibrium Setlement types Retaining Structure Practices Rheological Models Slope Experiences Computer Science Geotechnical Engineering Contract Law Compatibility Specifications Equilibrium Rheological Models Flood Control Ground Improvement Bill of quantities Landfill Barriers Dam Mechanical, Chemical, Engineering Irrigation Drainage,Reinforcement Public Policy Materials Types Codes of practice Properties Standards Law Hydrology Geology Ground Movement Fluid type Geochemistry Mineralogy Fluid Flow Solid Waste Geophysics Vibrations Geological Earthquakes Leachate Processes Groundwater 20 10
11. Skills needed for Geotechnical Engineering Norbert R. Morgenstern, Nov. 2000 – GeoEng2000 ĐKTCT là một liên môn học, áp dụng những nguyên lý cơ bản Chuyên ngành ĐKT của Cơ học đất, Cơ học đá, Kỹ thuật xây dựng nền móng và công trỡnh , để giải quyết các Đào tạo cao học vấn đề thiết kế, thi công, sử lý - cải tạo các loại công trinh xây Rock Mechanics dựng, khai thác tài nguyên thiên Geology deformation, nhiên, đặt trên, trong, t−ơng tác Composition failure, seepage Soil Mechanics với môi tr−iờng đất đá ( Nguyễn genesis processes application deformation, Công Mẫn, 1997) hydrology failure, seepage application Hydrology Public Policy surface fluid flow Codes, standards, Fluid Control law + compliance Structural Mechanics Systems deformation, failure, e.g. dams Contract Law member design Structural Underground specifications Support Systems Geo-structures e.g., foundations e.g., tunnels Continuum Mechanics Risk Management elasticity, plasticity Geotechnical Engineering observational method, idealisation risk assessment, instrumentation Surface Geo- Ground Improvement Numerical Analysis structures e.g., e.g. densification, Mechanical Engineering finite elements, embankments, landfills remediation drilling, instruments finite differences excavation Construction Materials Ground Geochemistry practice, types, properties, Movements waste experience geosynthetics Site Exploration Earthquakes leachates reconnaissance, durability drilling, in-situ testing, geophysics 21 Tam giác địa cơ học Burland Nash Lecture. The teaching of Soil Mechanics – A personal view (1987, 1996); Annon. Definition of Geotechnical Engineering 1999 - Morgenstern, N.R, 2000 Sơ đồ trực quan biểu Khảo sát thị một ph−ơng pháp hiện tr−ờng, mô tả đất I luận logic, biện chứng, Mặt cắt khối đất định h−ớng cho việc I Thí nghiệm, đo học tập nghiên cứu vμ đạc trong phòng và hiện tr−ờng, giảng dạy Địa Kỹ quan sát II thuật. mμ đối t−ợng Kinh nghiệm có tr−ớc đã nghiên cứu có thể lμ đ−ợc sàng cả Đất vμ Đá lọc IV Muốn trở thành một Bản chất Mô hinh hoỏ đất III chuyên gia ĐKT giỏi, II cần đ−ợc đào tạo chuyên ngành ĐKT và Mô hinh hoá nhiều nămtíchluỹ phân tích - III kinh nghiệm MH hóa: Khái niệm, vật lý,giải tích 22 11
12. Tam giác địa cơ học Burland Tr−ớc khi khoan phụt Sau khi khoan phụt Mặt cắt khối đất I 0 0 5 5 10 10 Mật độ mở Địavật lý, Khoan đào, rộng vết nứt 15 3D Televier logging 15 550 500 Mô hình Kim, Hyoung-Soo, 450 húa 20 20 400 III 2005 350 25 300 25 250 200 30 30 150 100 Phầnmềm chuyờn 35 50 35 0 dụng, 40 MH số, MH vật lý 40 14.0m Bản chất (m) 14.0m 14.0m(m) 14.0m đất II Nhận xét:1. Mô hinh hóa bản chất vật liệu và quá trỡnh vật lý ngày càng tiếp cận thực tế; 2.Tại VN, Mô hinh vật liệu Cam Clay (M, Γ, k, λ, v ) và các đặc tr−ng CN đo điệntử, (đcđt b ) Thiếtbị cảitiến của đất không bão hòa n−ớc đất, φ chưa quen dùng; Biểuthứcbỏn 3. Plaxis dùng biểu thức "Hydraulic Function" Van Genuchten cho kinh nghiệm đất KBH. SEEP/W có thư viện hàm thấm để tiện dùng. Phầnmềm 4. Burland, 1996 có binh luậnvấn đề này trong phiên bế mạc trong23 chuyờn dựng "Conference on Unsaturated Soils/Unsat’95/Paris" Tam giác ĐCH Burland & công nghệ hiện đại thúc đẩy phát triển ĐKT PPL Burland . Cấu tạo địa tầng; Công nghệ hiện đại trong NC . Đặc tr−ng ĐKT của đất - đá; ĐKT và sự phát triển củaTin học . Cơ học ứng dụng – PTHH và - máy tính cá nhân ; Mô hỡnh thích hợp Vai trò của các phần mềmĐKT . Kinh nghiệm tích luỹ đ−ợc sàng lọc Đẩy mạnh sự phát triển ĐKT: mở rộng phạm vi NC và tính hiệu quả trong NC và giảng dạy 24 12
13. Công nghệ hiện đại NC - HT ĐKT nhờ tác động của MT Lập mô hỡnh Lập mô hỡnh Giải : PP tính vật lý - TT toán & MT Định tính các Lập hệ Mô phỏng lý QT vật lý & ph−ơng trỡnh thuyết các QT t−ơng tác định l−ợng vật lý &TT So sánh - Hiệu chỉnh 1. Ph−ơng pháp tính và máy tính đã thúc đẩy sự phát triển của ĐKT: Phát triển liên ngành → mở rộng phạm vi NC về không gian và đối t−ợng ( Địa kỹ thuật môi tr−ờng, các loại đất đặc biệt, MT 3, 4 pha.) 2. CN hiện đại không chỉ dùng cho thiết kế mới mà còn là công cụ có hiệu quả để thiết kế sửa chữa/quản lý an toàn các CT hiện có và nghiên cứu khoa học theo mô hỡnh số. 25 Presenters GEO-SLOPE Workshop Introduction, Scope & Overview • Melbourne, Australia • July 8 - 10, 2003 • Dr. John Krahn • Greg Newman – President & CEO – M.Sc., Geotechnical Engineering – With GEO-SLOPE since 1987 – Expert in evaporative flux, – Earlier: – and geothermal analyses • Professor – University of – VADOSE/W & TEMP/W Saskatchewan • Consultant – EBA Engineering – Long term interest in numerical 26 modelling for engineering practice 13
14. Steps in Model Development: Lee Barbour and John Krahn July 2003 - England • Examination of physical problem • Replacement of physical problem with mathematical description • Solution of mathematical problem • Evaluation of the mathematical solution in terms of the physical reality 27 Modeling Lee Barbour and John Krahn Illustration July 2003 - England Observe (Conceptual Model) Measure (Theoretical Model) 28 NationalNational Research Research Council Council (1990) (1990) 14
15. Modeling Lee Barbour and John Krahn Illustration July 2003 - England Explain (Numerical Model) Verify (Interpretative Model) 29 T−ơng tác CT - MT ĐKT Khái niệm SOWAS & hiệu quả Môi tr−ờng & hoạt Hợp tác liên ngành động của ng−ời Hiệu quả đem lại • Thiết kế theo TTGH: Structure 1.Ultimate State & Đập 2.Serviceability State TCXD Nga ( Từ 1962) E.C 7 - CĐCÂ ( 1997 ); Systems • Hợp tác liên môn và Response phát triển khoa học Soil Water • PP hiện đại trong TK: Rock N−ớc hồ Khả năng mô hỡnh hoá & Nền giải quyết các t−ơng tác J. van der Weide, 1988 & quá trỡnh. 30 15
16. ví dụ Tính toán theo TTGH t ợ − tr t ặ M Kiểm tra mất ổn định tổng thể Đào tunen sau khi đã có CT của t−ờng chắn đặt trên mái đất TT GH thứ hai TT GH thứ nhất Có thể dùng Phần mềm PLAXIS hoặc Phần mềm SIGMA/W để giải quyết 31 ví dụ Tính toán theo PLAXIS Nhỡn từng bộ phận l−ới biến dạng tại cuối pha đoạn 15 32 (biến dạng phóng đại 50 lần) 16
17. Ví dụ l−ới biến dạng quá trènh đμo Example Deformed mesh 33 Ví dụ l−ới biến dạng cuối pha 14 34 17
18. ví dụ Tính toán theo PLAXIS Phổ tổng chuyển vị tại cuối pha 15 (biến dạng) 35 Các phần mềm th−ơng phẩm hiện có Phần mềm ĐKT - SAGE CRISP - Anh ⇒ Cơ học đất trạng thái tới hạn - tiếp nhận năm 1997. Phần mềm ĐKT - GEOSTUDIO - 2004 - Canada ⇒ CHĐ bão hòa/không bão hòa Tiếp nhận cuối 1997 Phần mềm ĐKT– Hà Lan Tiếp nhận năm2002 Phần mềm ĐKT – MStab & MSettle June 2001 TALREN 97 Phần mềm ĐKT – V.2 – 2003 – Pháp TERRASOL Tính ổn định các loại mái dốc 36 18
19. Phần mềm th−ơng phẩm Haibộphầnmềm ĐKT tốt V. 3 - 91 - 95: 4 phần mềm; V.4 - 96 - 5 PM; V.5 - 2001 - 6 PM; GeoStudio - 2004 - 7 PM - GeoStudio - 2007 - 8 PM - CANADA Plaxis – V.8 (tĩnh - động); 3D Tunnel; PlaxFlow; 3D Foundation 2 - hμ lan PLAXIS FINITE ELEMENT CODES 37 Cơ học đất TT TH và crisp HộiđồngAnhtàitrợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 38 19
20. Cơ học đất TT TH và crisp Hội đồng Anh tài trợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 39 Chụp Ảnh sau khi kết thúc lớp học Gs. A.n. schofield, M.J. gun, r. chandler 40 20
21. Cơ học đất TT TH và crisp HộiđồngAnhtàitrợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 41 Cơ học đất TT TH và crisp Hội đồng Anh tài trợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 42 21
22. Cơ học đất TT TH và crisp Hội đồng Anh tài trợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 43 Cơ học đất TT TH và crisp Hội đồng Anh tài trợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 44 22
23. Cơ học đất TT TH và crisp Hội đồng Anh tài trợ sage crisp Ltd Tháng 1-1997 45 Chụp Ảnh sau khi kết thúc lớp học Gs. A.n. schofield, M.J. gun, r. chandler 46 23
24. Chụp Ảnh sau khi kết thúc lớp học Gs. A.n. schofield, M.J. gun, r. chandler 47 Bèa tuyển tập 48 24
25. 49 Ăntr−a với gs schofield tại cĂng tin ĐH cambridge 50 25
26. Tại phòng thí nghiệm với gs M.J. gun 51 Tham quan công ty sage engineering tại sứ bath 52 26
27. Tham quan công ty sage engineering tại sứ bath 53 Lớp ngắn hạn đầu tiên chuyển giao công nghệ GEO-SLOPE OFFICE và Cơ học đất không bão hoà 15 – 18/12/97 Ngày 18/01/1997 Th− đầu tiên gửi sứ quán Canada tại VN CIDA Canada tài trợ 54 27
28. Chủtịchđoμn hội nghị MLWR - phiên toμnthể 55 Chủtịchđoμn hội nghị MLWR - phiên chuyên đề 56 28
29. Báo cáo khoa học tại đh saskatchewan - canada 57 Nói chuyện với ông john krahn chủ tịch geoslope office tại Calgari Canada 58 29
30. Tham quan công ty geoslope office tại Calgari Canada 59 Tham quan công ty geoslope office tại Calgari Canada 60 30
31. Lớp bồi d−ỡng về PLAXIS 29/10 – 2/11/2001 Chính phủ Hà Lan tài trợ 61 ảnh đăng trong Plaxis Bulletin N0 12 – June 2002 62 31
32. Plaxis short course - Opening ceremony 63 Plaxis short course - Opening ceremony 64 32
33. Plaxis short course – running course 65 Plaxis short course – running course 66 33
34. Plaxis short course - closing ceremony 67 Plaxis short course – memory photographs 68 34
35. TácdụngcủaPPT vàmáytính trong phát triển ĐKT • Mở rộng khả năng giải quyết các vấn đề ĐKT về LT, thực nghiệm nhờ tiếp cận đ−ợc các quá trỡnh thực tế (phi tuyến, tải trọng động, bất liên tục, bất đẳng h−ớng, các t−ơng tác, ba chiều, theo thời gian, vật liệu có vấn đề, nhiều pha ) • Mở rộng phạm vi nội dung theo h−ớng liên ngành ⇒ ĐKT, ĐKT MT, ĐCH, Thuỷ Địa CH Hội CHĐ - ĐKT Quốc tế ⇒ I SSMFE ⇒ ISSMGE. • Đẩy nhanh quá trỡnh: Lý thuyết ⇒ Công nghệ ⇒ Thực tế. Cung cấp công cụ nghiên cứu mô hỡnh hoá lý thuyết; cải tiến nội dung và PP gỉang dạy theo các modun CBI (Computer Based Instruction: Trỡnh diễn động, đối thoại trực tiếp ng−ời – máy, Sử lý số liệu vào nhanh, Kết nối các b−ớc trong quá trỡnh học tập. 69 Phần mềm phục vụ đào tạo • CATIGE for Window ( M.B.Jaksa – úc): 14 bài 1. Class4W, 2. Consol4W, 3.Dams4W, 4. DSand4W, 5. Effect4W, 6. Expansix, 7. FallingW,8. GeoUnits, 9.Heave, 10. Mohr4W, 11. ProctorW, 12. Retain4W,13. Triax4W, 14.Phase. • IHE Delft GS. A.VERRUIJT: Text: 7 nhóm: SolMex1 - Porosity & Volume Weight; SolMex2 - Effective Stress; SolMex3 - Underground Flow; SolMex4 -Consolidation; SolMex5 - Stress & Shear Strengh; SolMex6 - Ground Stress and SolMex7 - Limit Analyis . Bài tập: STABIL99 - SPW99 - Alp99 & Llp99; • GeotechniCAL. Một nhóm 23 tr−ờng ĐH Anh đã có Dự án xây dựng bộ GeotechniCAL dùng cho giảng dạy: 1. ConFound (Thiết kế móng), 2. Reference (case studies & glossary), 3. Tutorial (Hypertext Tutorials), 4. LabSim (Mô phỏng TN nén ba trục), 5. Site Investigation 6. Spires (2D Seepage Flow), 7. SSI (Soil-Structure Interaction – Finite Element Analysis). 70 35
36. GeotechniCAL 1. ConFound (Thiết kế sơ bộ móng) Toll and Barr (1996, 1998 “A knowledge-based system” (KBS) đ−ợc phát triển để TK (khái niệm) sơ bộ móng ⇒ công cụ CAL. 2. GeotechniCAL Reference (Hypertext Manual): “Reference” cung cấp những NC hiện tr−ờng (cừ thép) và từ điển thuật ngữ: Davison and Poritt (1999). 3. GeotechniCAL Tutorial (Hypertext Tutorials): Davison and Poritt (1999). Gồm ch−ơng trỡnh máy tính “GeoTutor” vμ sách bài tập giới thiệu những nguyên lý của ĐKT công trỡnh. Với mỗi bài tập trong sách có một phần “GeoTutor” t−ơng ứng. 4. LabSim (Mô phỏng TN nén ba trục trong phòng): - Davison (1996). MụcđíchchủyếucủaLabSim là giúp SV tiến hành TN nén ba trục trên màn hỡnh. Giúp sinh viên hiểu rõ bản chất của đất và thứ đến là giúp làm quen với các b−ớc TN nén ba trục. 5. Site Investigation (Site Investigation Game/Simulation): Moran et al. (1997). “Gói tài liệu” gồm một “Site Investigation game”, đ−ợc hỗ trợ bởi một số môđun h−ớng dẫn học tập. Các môđun này đ−ợc thiết kế để giúp SV biết các thành phần cơ bản của công tác KS hiện tr−ờng, các loại thông tin cần thu thập và cách dùng chúng. Qua các ảnh, hoạt ảnh, video và âm thanh, “game” giúp SV tiếp cận với tỡnh hỡnh thực tế của khảo sát hiện tr−ờng. 71 GeotechniCAL 6. Spires (2D Seepage Flow): Moran et al. (1997), Gồm 3 ch−ơng trỡnh riêng biệt: SefCut, SefDam and SefWeir . 6.1. SefCut : Mô hỡnh hoá dòng thấm vào hố đào trong đất thành lớp, có đóng t−ờng cừ. Có thể thay đổi kích th−ớc hố đào, độ sâu t−ờng cừ, bề dày và tính thấm của đất; 6.2. SefDam: Biểu thị dòng thấm qua một đập đất đơn giản có lõi với tính thấm thay đổi; 6.3. SefWeir: Mô hỡnh hoá dòng thấm d−ới một công trỡnh không thấm, bao gồm cả t−ờng chống thấm (cut-off). Có thể thay đổi vị trí và độ sâu t−ờng chống thấm. 7. SSI (Soil-Structure Interaction – Finite Element Analysis): Một ch−ơng trỡnh về PTHH giảng cho SV về “SSI” một cách trực quan, để tránh những “rối rắm, phức tạp” về lý thuyết PTHH và tạo mạng phần tử. Phần mềm giới thiệu một số “bài toán” về SSI (t−ờng chắn, đê đập, nền móng, tunen). Trong mỗi bài toán đó, có một số chủ đề (ví dụ: bài toán t−ờng cừ chôn trong đất và t−ờngcócơphíad−ới). Trong mỗi bài toán có thể làm thay đổi một số thông số nh− độ cứng của đất và kích th−ớc kết cấu để khảo sát những ảnh h−ởng do sự thay đổi đó. 72 36
37. Ví dụ về phần mềm cho giảng dạy CATIGE RETAIN4W GeotechniCAL LabSim TN nén ba trục): 73 Ví dụ về phần mềm cho giảng dạy GeotechniCAL Spires – Thấm 2D CATIGE Class4W Unified Soil Classification 74 37
38. Ví dụ về bộ bài giảng Cơ học đất – Delft 1.Bộ đề gồm 7 test, mỗi test có 10 problem. •SolMex1 - Porosity & Volume Weight; SolMex2 - Effective Stress; SolMex3 - Underground Flow; SolMex4 - Consolidation; SolMex5 - Stress & Shear Strengh; SolMex6 -Stressese in the soil SolMex7 - Limit Analyis . •2. Học sinh làm đ−ợc trên 60% số bài của mỗi test, sẽ nhận đ−ợc "entry code" để vào test tiếp theo. •Nếu HS làm đ−ợc khoảng trên 60% tổng số bài, sẽ Arnold Verruijt đ−ợc tr−ờng cấp chứng Delft University of Technology nhận 75 Ví dụ áp dụng phần mềm ĐKT trong học tập, nghiên cứu và phục vụ sản suất SEEP/W - Thấmdướitường cừ d/2 T−ờng cừ A h = 0 B E 5m Phõn bố JV G F dọctheoDD d = 4m d 0,7m 10m DD JV K = 6,5x10-5 m/sec C D d/2 = 2m Tầng không thấm D C PHẦN MỀM SEEP/W J JV V Tương tự vềđịnh tớnh nhưng cho thụng sốđịnh lượng đầy đủ hơn. TN Craig (1995) 76 38
39. Ví dụ áp dụng phần mềm ĐKT trong học tập phục vụ sản suất SEEP/W - Thấmdướitường cừ XY-Gradient vs. Distance 0.4 T−ờng cừ 0.3 5m 0.2 XY-Gradient 0,7m 0.1 d = 4m 10m DD 0.0 0 5 10 15 -5 K = 6,5x10 m/sec Distance Đ−ờngphânbốgradienthấm Tầng không thấm dọc theo mặt đáy hố đào 15 1.Phự hợpvới TN mụ hỡnh củaCraig; 12 2. SEEP/W cho cỏc thụng số dũng thấm 9 1 6 1 Elevation đầy đủ, định lượng; 1 3 1 1 . 2 5 1 3. TN MH VL, PP tương tựđiện cú thể 5 5 2 . . 4 . 4 3 5 1 1 1 13 0 0 5 10 15 20 25 30 khụng cầnthiếtnữa. 77 Distance Hệ đ−ờng thấm vàđ−ờng đẳng áp Ví dụ áp dụng phần mềm ĐKT trong học tập phục vụ sản suất SIGMA/W - Phõn bố Ư.S - B.D. TH nềncúlớpcứng nằmdưới D = 10m AS thẳng đứng dọc đỏy múng p = 100kPa Y-Total Stress vs. Distance Y-Total Stress vs. Distance 150 150 3 E = 3 x10 kPa 100 H = 5m Tầng đất 1 1 100 μ1 = 0,42 AB50 50 Y-Total Stress Y-Total Stress 7 Tầng đá cứng E2= 4 x10 kPa 0 0 μ2 = 0,30 Cú lớpcứng Nền đồng chất -50 -50 0246810 0246810 Distance Distance ƯS thẳng đứng dọctrục qua tõm Y-Total Stress vs. Distance Y-Total Stress vs. Distance 10 10 8 8 6 6 Tậptrungứngsuấttrong Distance Distance lớp mềm nằm trên 4 4 2 2 Có lớp cứng Nền đồng chất 0 0 40 60 80 100 120 40 60 80 100 120 78 Y-Total Stress Y-Total Stress 39
40. Ví dụ áp dụng phần mềm ĐKT trong học tập phục vụ sản suất SIGMA/W - Phõn bố Ư.S - B.D. TH nềncúlớpcứng nằmdưới Y-Displacement vs. Distance 0.05 Đẳng ứng suất và vectơ chuyển vị Có lớp cứng 10 0.00 0 0 1 1 0 0 1 E=3000 kPa 8 9 μ=0.42 0 -0.05 8 6 Có lớp cứng Y-Displacement 0 7 0 6 -0.10 4 Elevation 0 5 2 E=40.000.000 kPa 2 1 0 μ=0.3 4 0 -0.15 0 0 3 2 0246810 Distance 0 0 5 10 15 20 Y-Displacement vs. Distance Distance -0.00 10 Đồng chất 100 0 E=3000 kPa -0.05 9 8 μ=0.42 0 8 6 -0.10 0 70 6 1 Y-Displacement 0 4 0 4 Elevation 0 -0.15 0 3 2 0 2 5 Nền đồng chất -0.20 0 0246810 0 5 10 15 20 Distance Biến dạng chủ yếu xảy ra trong lớp mềm Distance Chuyển vị thẳng đứng dọc đáy móng 79 SLOPE/W - SEEP/W ghép đôi thiết kế xử lý tr−ợt đê La Giang HT GS. N.C.Mẫn ••NNăămm1996, 1996, đê đ đ−−ợợcc n nângâng cao cao,, mmởở r rộng:ộng: ΔΔHH == 8,72m8,72m 8,50m 8,50m == 0,22m;0,22m; ΔΔBB == 4m4m 2m 2m == 2m2m →→ mmởở r rộngộng về phía s sôngông v vớiới độ d dốcốc m máiái m = 2. ••GiGiữữaath thángáng 5/97 hohoànàn th thành,ành, 18/5 tr−−ợợtt qua qua llớpớp đđấtất yếu yếu:: đđoạnoạn ddàiài → khoảngng120m, 120m, chiềuchiềur rộngộng vết vết nnứtứt đ đỉnhỉnh > > 1m,1m, đđấtất ch chânân đê đêphía phíađ đồngồng n nângâng cao 2,50m2,50m trongtrongđ đoạnoạn ddàiài vu vuôngông góc v vớiới trục đê khoảng 10 15m 15m 80 40
41. Sự cố do chưa coi Sử lý tr−ợt đê La Giang trọng về ĐKT Hà Tĩnh Tháng 5 - 1996 Phần mềm SLOPE/W Nứt tại chân đê dài:10-15m ; đẩy trồi-2,50m Nhỡn ngang – rộng > 1m ỉnh đê Đ Nhỡn dọc : dài ≈120m 81 Sơ đồ mặt cắt đê sau khi xử lý 20 Seminar on Geotechnical Engineering - University of Saskatchewan - Canada - July 1998 LA GIANG DYKE Figure 11 Cross Section II-II After being filled in 1996 River Side Slope Stability Verification 35 Designer : Eng. N.H. Nam Advisor : Prof. N.C. Man 30 Software used: SLOPE/W -SEEP/W Version 3 SOIL PROPERTIES Method: Morgenstern-Price 25 Soil Gamma Phi C K (kN/m3) Deg. kPa m/sec Kminmin=0.753 20 1b 18.5 12 15 1.33e-09 FS = 0,75323 2 16.2 5 6 5.40e-09 3 16.9 7 7 1.00e-07 4 20.4 14 20 1.00e-08 15 River Side B=4m 27+8.72 Land Side 10 4 5 22 6 2 7 8 9 1 10 5 21 11 12 +1.0 +1.2 24 1b 20 13 144 2 253 14 15 1645 1,2 19 0 17 18 26 -1.30 Elevation (m) 2 35 36 32 33 34 37 38 -5 30 31 39 40 41 3,4 3 -10 -15 4 42 43 -20 5 Bedrock -25 Bedrock -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Horizontal Distance (m) 82 41
42. Kiểm tra chất l−ợng đầm đất 83 Nội dung HNQT lần I về Giảng dạy & Đào tạo địa kỹ thụõt (1rst ICGEET) • Tổ chức: Hội ĐKT Rumani đ−ợc sự hỗ trợ của TC 31 - ISSMGE – HNQT I về GD ĐKT (12-14 /6/ 2000, Sinaia - Rumani). •Quátrỡnh: HN CHĐ - NM QT I – Cambridge, Massachussetts – 1936: K. Terzaghi, A. Casagrande ⇒ đã quan tâm tới vấn đề giảng dạy về ĐKT. • Chỉ đến 1-1994: HN CHĐ-NM XIII – New Delhi ⇒ Hội thảovề GD ĐKT. Tiếp đó HN Châu Âu (1995) – Copenhagen, HN CHĐ-NM QT XIV (1997) – Hamburg, và gần đây HN Châu Âu XII (1999) – Amsterdam cũng có những HT về GD ĐKT. ⇒ Technical Committee TC31 đ−ợc thành lập 84 42
43. Nội dung HNQT lần I về Giảng dạy & Đào tạo địa kỹ thuât (1rst ICGEET) • Trong HN này đã có: • 5 b/c mời: H. Brandl, F.B.J Barends, S. Prakash, P.S.Seco & Pinto, S.Sharma and I Manoliu: các GS nổi tiếng quốc tế. • 19 báo cáo Quốc gia về GD ĐKT trong n−ớc: Belgium, Brazil, Bulgaria, Chile, Ivory Coast, Croatia, France, Germany, Greece, Ireland, Japan, Lithuania, Mexico, New Zealand, Poland, Romania, Sri Lanka, Sweden & Vietnam (GS. N.C.Man); • 58 báo cáo về 5 chủ đề: 1.Vị trí, vai trò & nội dung ĐKT trong ch−ơng trỡnh GD về KTxây dựng, KT môi tr−ờng & KT động đất, ở ĐH & SĐH. 2. Gỉang dạy, học tập và đánh giá về giảng dạy ĐKT. 3. Sử dụng công nghệ thông tin & truyền thông - ICT trong giảng dạy ĐKT . 4. Các TH thực tế trong giảng dạy ĐKT. 5. Lịch sử, vấn đề học suốt đời & HTQT trongđào tạo- giảng dạy ĐKT. 85 Các báo cáo mời trong 1rst ICGEET • H.Brandl. KT xây dựng và ĐKT trong xã hội - Các khía cạnh nhân văn& triểnvọngt−ơng lai; • F.B.J. Barends. Tác động của quảnlýkiếnthức & công nghệ thông tin & truyền thông; • S. Prakash. Giảng dạy ĐKT 1950 -2000 & trong t−ơng lai; • P.S.Sêco e Pinto. Giảng dạy về động đất trong ĐKT : thực tiễn và nhu cầu; • S. Sharma. Pháttriểnsựtruyềnthụnhờmáy tính trong giảng dạy ĐKT; • I. Manoliu. Các xu thế giảng dạy KT trên TG và thích ứng trong giảng dạy ĐKT. 86 43
44. nhận xét vμ kết luận 1. Đất - Đálàloại sảnvậttựnhiên–lịchsử, cầncóPP nghiên cứu và sử dụng thích hợp để bảo đảm công trỡnh xây dựng trong, trên, bằng đất - đá đ−ợc an toàn bền vững; 2. Địa kỹ thuật là liên môn học quan trọng và đòi hỏi kiến thức rộng NC đất - đá cho xây dựng và các ngành học có liên quan, do vậy cần xây dựng chuyên ngành đào tạo Kỹ s− và cao học về ĐKT.Chú ý trên 50% sự cố công trỡnh do sai sót về ĐKT. 3. Tin học và máy tính cần đ−ợc quan tâm đặc biệt trong đào tạo, nghiên cứu, học tập và sản xuất về ĐKT. 87 nhận xét vμ kết luận 4. TG ĐCH Burland - PPL hiện đại định h−ớng cho việc tiếp cận các bài toán đKT nên cần đ−ợc quán triệt trong sản xuất và nghiên cứu phát triển (Thựctế: 70% CT h− hỏng do sai sót về ĐKT); 5. Các phần mềm ĐKT nên dùng nh− mộtmôhinhsố: linh hoạt và hiệuquả hơn các MH vật lý, có thể mô phỏng các quá trinh vật lý xảy ra trong tự nhiên một cách chính xác, thay thế cho MH vật lý trong mộtsốTH. Nh−ng hạn chế của MH số (mô phỏng các quá trinh hóa lý, biến đổi nhiệt ) cần đượctiếptục NC phát triển; 88 44
45. nhận xét vμ kết luận 6. Việc khai thác các MH số có hiệuquả hay không là tùy thuộcở ng−ời sử dụng. Nếu khai thác tốt, ng−ời sử dụngcóthểhiểusâu sắc hơn các quá trỡnh vật lý ch−a biết, làm sâu sắc hơn kiến thức tích lũy cho bản thân: đó là các kinh nghiệm có chọn lọc trong nhân của TG ĐCH Burland. Do vậy quá trinh khai thác sử dụng các phần mềm ĐKT cũng chínhlàquátrỡnh tự đào tạo, nên cần cảitiếngiảng dạy ĐKT, tạo điềukiện cho SV tiếp cận và khai thác chúng trong đào tạo tại các tr−ờng Đại học. 7. Nên tận dụng các phần mềm ĐKT như một công cụ MH số để dự tính các khả năng có thể xảy ra cho các dự án trong NCKH, hoặclựachọngiải pháp hợp lý trong thiết kế sản xuất. Nó cũng cần đ−ợc khai thác trong quảnlýsửachữa các CT hiệncó. Đây cũng là một su thế hợp lý để tiết kiệm thời gian, kinh phí trong công tác NCKH 89 90 45