PHÂN TÍCH ÁP LỰC ĐỘNG
TÁC ĐỘNG VÀO TƯỜNG CHẮN ĐẤT BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS
KS. NGUYỄN THÀNH TRUNG
Bộ môn CTGTTP và CTT
Khoa Công trình
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bài báo này trình bày phân tích các phản ứng động của tường chắn dưới tác
dụng của lực động bằng phần mềm chuyên dụng Plaxis. Kết quả phân tích này sẽ được so
sánh với kết quả tính toán bằng phương pháp Mononobe-Okabe. Từ đó đánh giá phương pháp
của Mononobe-Okabe trong tính toán áp lực đất động tác động lên tường chắn.
Summary: This article presents a dynamic response analyses of cantilever retaining
walls by Plaxis software. The research results are compared with the results emplyoing
Mononobe – Okabe method. From then, the appropriateness of the Mononobe – Okabe
method in determining the dynamic lateral earth pressures on the stem of the walls is
assessed.

I. GIỚI THIỆU CHUNG

CT 1

Kết cấu tường chắn đất được ứng dụng rất phổ biến trong các công trình có tầm quan trọng
và quy mô lớn như công trình cảng, công trình cầu và công trình bảo vệ bờ… Do đó trong công
tác tính toán thiết kế các công trình này đều phải tính đến tải trọng động. Tải trọng động có thể
là các tải trọng đặc biệt hoặc có tính chu kỳ như như động đất, sóng, máy móc thiết bị…
Phần lớn các tiêu chuẩn hoặc các hướng dẫn thiết kế các công trình này trên thế giới hiện
nay đều sử dụng phương pháp Mononobe-Okabe (năm 1924-1929) trong tính toán áp lực đất
động. Vì vậy, việc đánh giá phương pháp này là cần thiết. Đã có một số các phân tích phản ứng
động đối với tường chắn đất đã được nghiên cứu để đánh giá phương pháp của Mononobe –
Okabe tính trong toán áp lực đất tác động tường chắn. Điển hình là nghiên cứu của giáo sư
Russell A.Green và các cộng sự, trường đại học Michigan nước Mỹ về vấn đề này. Các nghiên
cứu này cho thấy, khi tác động động có gia tốc giá trị nhỏ thì áp lực đất tính toán được sát với

2
cos 2 (φ − θ − ψ)
⎡
sin(φ + δ). sin(φ − β − ψ) ⎤
cos ψ. cos θ. cos(δ + θ + ψ).⎢1 +
⎥
cos(δ + θ + ψ ). cos(β − θ) ⎦⎥
⎣⎢
2

2
TCT1


Hình 2. Áp lực đất chủ động, a) Trường hợp tĩnh và b) Trường hợp động.

Áp lực động bị động của đất tác dụng lên tường theo công thức của Mononobe-Okabe:
PPE =
KPE =

1
1
.γ td .H d2 . KP(βd, θd) = .γ t .H 2 . (1 - kv).KPE
2
2
cos 2 (φ + θ − ψ)
⎡
sin(φ + δ). sin(φ + β − ψ) ⎤
cos ψ. cos θ. cos(δ − θ + ψ).⎢1 −
⎥

mềm Plaxis lớn hơn so với kết quả nội lực tính theo công thức Mononobe-Okabe.

TCT1

Hình 4. Sơ đồ kết cấu tường chắn đất
Hình 5. Biểu đồ momen (Plaxis)

Hình 6. Hàm lịch sử thời gian của gia tốc của một trận động đất xảy ra 28/02/1990.

Khi gia tốc ở các cấp độ thấp, mômen tại chân tường chắn tính theo công thức M-O, MMO =
1380 KNm/m xấp xỉ giá trị momen tính bằng phần mềm Plaxis MP = 1367 ÷ 1390 KNm/m.
Khi gia tốc ở các cấp độ cao, giá trị momen tăng dần MP = 1660 ÷ 1689 KNm/m lớn hơn so
với MMO = 1380 KNm/m. Tỷ số MP/MMO = 1,24.


Nguyên nhân sự sai khác giữa cách tính theo phần mềm Plaxis và theo công thức của
Mononobe-Okabe được hiểu là khi kết cấu tường chắn và đất phía sau chịu tác động của tải
trọng động đất, chúng sẽ phân ra làm hai khối: khối một bao gồm kết cấu tường chắn và khối
đất nằm trên bản đáy và khối hai là lăng thể đất trượt phía sau khối một (xem hình 8). Vì vậy,
khi hệ số kh đạt giá trị lớn, hướng ra xa khối đất sau tường chắn thì khối một tách ra khỏi khối 2.
Khi kh hướng về phía đất sau tường chắn, khối đất một sẽ bị chặn bởi khối hai, không quay trở
lại trạng thái ban đầu được nữa. Tác động này làm tăng nội lực của tường chắn.
Khối 2: tường
chắn + đất

Khối 1: lăng thể
trượt

Hình 7. Biểu đồ biến dạng các phần tử đất
ở mức độ thấp.


[5] Seed, H.B. and R.V. Whitman (1970). Design of Earth Retaining Structures for Dynamic Loads, Lateral Stresses
in the Ground and Design of Earth-Retaining Structures, ASCE, 103-147♦

TCT1