Đặc trưng biến dạng động của đất yếu \(am{Q_2}^{2 - 3}1\) khu vực Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng

Chia sẻ: Tưởng Trì Hoài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo trình bày phương pháp ba trục động (sơ đồ B – điều khiển biến dạng) xác định đặc trưng biến dạng động và kết quả áp dụng cho đất yếu \(am{Q_2}^{2 - 3}1\) phân bố ở khu vực Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng. Kết quả thí nghiệm ở mức biên độ biến dạng tương đối εa = (0,100 ÷ 0,500) cho thấy dạng biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng và các chỉ tiêu đặc trưng (mô đun động Ed và hệ số giảm chấn D) thay đổi theo mức độ biến dạng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đặc trưng biến dạng động của đất yếu \(am{Q_2}^{2 - 3}1\) khu vực Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng

HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Đặc trưng biến dạng động của đất yếu amQ22-31 khu vực Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng Nguyễn Văn Phóng1,3*, Lê Văn Quyền2,3 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2 Công ty TNHH MTV Dịch vụ Khảo sát và Công Trình Ngầm PTSC 3 Nhóm nghiên cứu Địa chất công trình – Địa môi trường (EEG) TÓM TẮT Sóc Trăng là tỉnh có tiềm năng lớn về điện gió và đã được Bộ Công thương phê duyệt ba vùng quy hoạch phát triển điện gió. Các vùng quy hoạch này phân bố dọc ven biển (các bãi bồi và đất liền) ở thị xã Vĩnh Châu, huyện Trần Đề và huyện Cù Lao Dung. Đây là khu vực có mặt phổ biến đất yếu nguồn gốc sông – biển amQ22-31. Tháp điện gió là công trình chính trong các dự án điện gió, là loại công trình có tải trọng động. Vì vậy, thiết kế kháng chấn cho tháp điện gió là một nội dung quan trọng, cần dựa vào các chỉ tiêu đặc trưng biến dạng động. Báo cáo trình bày phương pháp ba trục động (sơ đồ B – điều khiển biến dạng) xác định đặc trưng biến dạng động và kết quả áp dụng cho đất yếu amQ22-31 phân bố ở khu vực Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng. Kết quả thí nghiệm ở mức biên độ biến dạng tương đối a = (0,100 ÷ 0,500) cho thấy dạng biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng và các chỉ tiêu đặc trưng (mô đun động Ed và hệ số giảm chấn D) thay đổi theo mức độ biến dạng. Trong đó, các biểu đồ vòng lặp ở mức a ≤ 0,300 đều cân đối, khi a = 0,500 thì vòng lặp mất cân đối và biến dạng động không ổn định. Theo biên độ biến dạng, khi a tăng thì Ed giảm và D tăng. Kết quả nghiên cứu là cơ sở lựa chọn thông số phù hợp cho thí nghiệm ba trục động đất yếu trong các dự án điện gió ở Sóc Trăng. Từ khóa: biến dạng động; đất yếu; hệ số giảm chấn; mô đun biến dạng động. 1. Đặt vấn đề Trong thực tế xây dựng, tải trọng công trình truyền xuống nền đất được chia thành hai loại là tải trọng tĩnh và tải trọng động. Tải trọng động là loại tải trọng mà các đặc trưng của nó biến đổi theo thời gian. Dưới tác dụng của tải trọng động, hình dạng và thể tích của đất bị thay đổi theo thời gian được gọi là biến dạng động. Nghiên cứu biến dạng động, bao gồm quan hệ giữa ứng suất động (ứng suất do tải trọng động gây ra) với biến dạng động và các chỉ tiêu đặc trưng cho quan hệ đó, là cơ sở tính toán lan truyền ứng suất động và thiết kế kháng chấn cho công trình có tải trọng động (Arnold Verruijt, 1994). Trong đó, các tác giả sử dụng các phương pháp khác nhau để nghiên cứu biến dạng động ở các giai đoạn khác nhau (đàn hồi, tuyến tính, phi tuyến). Ở ngưỡng biến dạng đàn hồi (biến dạng rất nhỏ), các tác giả như Hardin, Richart (1963), Stokoe (1978), Grant, Brown (1981),... đã sử dụng phương pháp thí nghiệm truyền sóng ở hiện trường để xác định vận tốc truyền sóng, từ đó xác định được mô đun đàn hồi Gmax. Hardin, Black (1968) đã sử dụng phương pháp thí nghiệm cắt xoắn để xác định mô đun đàn hồi cho đất sét có hệ số rỗng khác nhau. Nishio (1985), Kokusho và Tanaka (1994) đã sử dụng thí nghiệm ba trục động xác định đặc trưng biến dạng động cho đất hạt thô (cát, sỏi) ở mức biến dạng nhỏ. Ishihara (1983), Vucetic (1994) đã nghiên cứu sự biến đổi của mô đun trượt động (Gd) và hệ số giảm chấn (D) theo biến dạng trượt, đồng thời xây dựng tương quan giữa ngưỡng biến dạng thể tích (tv) với chỉ số dẻo (IP) của đất loại sét. Đặc điểm biến đổi các đặc trưng biến dạng động (Gd và D) và áp lực nước lỗ rỗng trong đất ở mức biến dạng vừa đến lớn (phi tuyến) cũng được quan tâm nghiên cứu (Bratosin, 2002; Zunan Fu và nnk, 2021). Nhiều tác giả cũng đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng biến dạng động (Alarcon, Guzman, Chameau, 1989; Darendeli, 2001; Hoque, Tatsuoka, 2004; Kumar và Clayton, 2007). Ở Việt Nam, đặc điểm biến dạng động cũng đã được quan tâm nghiên cứu (Lê Trọng Thắng, 2013; Nguyễn Văn Phóng, 2016, 2018). Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này tập trung cho đất nền ở Hà Nội phục vụ thiết kế kháng chấn nhà cao tầng chịu động đất. * Tác giả liên hệ Email: nguyenvanphong.dcct@humg.edu.vn 164
Trong những năm gần đây, năng lượng điện gió đã và đang có những bước phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta, nhiều trang trại điện gió cũng đã, đang và sẽ được xây dựng nhờ nguồn năng lượng gió dồi dào và ưu thế vượt trội mà nó mang lại. Sóc Trăng là tỉnh có tiềm năng lớn về điện gió và đã được Bộ Công thương phê duyệt ba vùng quy hoạch phát triển điện gió (Quyết định số 3909/QĐ- BCT). Các vùng quy hoạch này phân bố dọc ven biển (các bãi bồi và đất liền) ở thị xã Vĩnh Châu, huyện Trần Đề và huyện Cù Lao Dung. Theo tài liệu địa chất khoáng sản (Tờ An Biên – Sóc Trăng và Trà Vinh – Côn Đảo, 1995), địa tầng các vùng này được hình thành chủ yếu bởi các thành tạo Holocen nguồn gốc biển – đầm lầy (mbQ23), biển (mQ22-32, mQ22), sông - biển (amQ22-31) với đặc điểm thạch học đặc trưng là đất yếu. Trong đó, đất yếu nguồn gốc sông - biển tuổi Holocen (amQ22-31) có diện phân bố rộng, chiều dày lớn. Tháp điện gió là công trình chính trong các dự án điện gió. Quá trình hoạt động của nó luôn chịu các tác động làm phát sinh tải trọng động như gió, sóng biển (đối với dự án ngoài khơi), động đất và hoạt động quay của roto. Vì vậy, việc thiết kế tháp điện gió phải thiết kế kháng chấn dựa vào các chỉ tiêu đặc trưng biến dạng động. Hiện nay, các chỉ tiêu này thường được xác định bằng phương pháp ba trục động. Tuy nhiên, như các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, các đặc trưng biến dạng động thay đổi theo mức độ biến dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Do vậy, nội dung báo cáo này tập trung nghiên cứu đặc trưng biến dạng động của đất yếu amQ22-31 khu vực Vĩnh Châu, Sóc Trăng bằng phương pháp ba trục động (sơ đồ B – điều khiển biến dạng) làm cơ sở định hướng nghiên cứu tiếp theo cho các dự án điện gió ở Sóc Trăng. Hình 1. Đặc điểm phân bố trầm tích Đệ tứ khu vực nghiên cứu (Nguyễn Ngọc Hoa và nnk, 1995). 2. Đặc điểm đất yếu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đặc điểm đất yếu khu vực nghiên cứu Theo các tài liệu khảo sát địa kỹ thuật khu vực Vĩnh Châu (Các dự án điện gió Sóc Trăng 1, Lạc Hòa, Hòa Đông), Bản đồ Địa chất và Khoáng sản tờ An Biên – Sóc Trăng và Trà Vinh – Côn Đảo, tỷ lệ 1 : 200.000 (Nguyễn Ngọc Hoa và nnk, 1995), đặc điểm địa tầng đặc trưng khu vực đến độ sâu 50m được mô tả chi tiết trong bảng 1. Theo đó, đất nguồn gốc sông - biển tuổi Holocen (amQ22-31) phân bố từ độ sâu (8,5-13,0)m đến (20,0-25,0)m. Bề dày trung bình đạt 13,5m. Các mẫu đất thuộc trầm tích amQ22-31 được lấy bằng ống mẫu thành mỏng, từ độ sâu (11,5 ÷ 21,0)m ở 04 hố khoan tại khu vực thị xã Vĩnh Châu. Mẫu lấy về được thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý thông thường trước khi tiến hành thí nghiệm ba trục động. Kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong bảng 2. 165
Bảng 1. Địa tầng đặc trưng khu vực ven biển Sóc Trăng. Ký Độ sâu (m) Bề dày Hệ tầng Loại đất Trị số SPT hiệu Mặt lớp Đáy lớp trung (búa) lớp bình (m) 1 0-1,2 2,5-4,0 2,5 mbQ23 Bùn sét, xám đen 1 2-3 2 2,5-5,0 9,0-13,0 6,0 mQ2 2 Cát hạt mịn, bão hòa, xốp 5-10 3 8,5-13,0 20,0-25,0 13,5 amQ22-31 Bùn sét pha, xám đen 1÷3 2 4 20,0-25,0 31,0-45,0 20,0 mQ2 Sét pha, xám xanh, dẻo 3-6 mềm đến dẻo chảy 5 31,0-45,0 45,5-50,0 6,0 amQ13 Cát hạt nhỏ, bão hòa, 27-50 chặt Bảng 2. Các chỉ tiêu thành phần và tính chất của mẫu đất. Hố Độ sâu Hệ số Độ Độ Độ K.lg khoa mẫu rỗng bão ẩm ẩm Chỉ Độ thể K.lg Độ Ký n hòa giới giới số ẩm tích tự riêng sệt hiệu hạn hạn dẻo nhiên mẫu chảy dẻo - w  s e Sr LL PL Ip Is m % g/cm3 g/cm3 - % % % % - CL5 L-04 11.5-12.0 64.4 1.60 2.68 1.754 98.42 67.2 27.5 39.7 0.93 CL6 L-02.1 17.5-18.0 60.6 1.61 2.70 1.693 96.63 65.5 31.0 34.5 0.86 CL7 L-01 14.5-15.0 62.1 1.60 2.70 1.735 96.62 64.2 32.7 31.5 0.93 CL8 H-01 20.5-21.0 55.3 1.63 2.69 1.563 95.18 59.8 36.6 23.2 0.81 Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của đất cho thấy, các mẫu đất đều thuộc loại đất sét (Ip >17%) bão hòa (Sr >95%), trạng thái dẻo chảy (Is>0,75), hệ số rỗng lớn (e >1,5). Như vậy, tất cả các mẫu đất đều thuộc loại đất yếu. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Bài báo sử dụng phương pháp thí nghiệm ba trục động trên thiết bị Tritech 100 kN của hãng Controls- Group (thuộc Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật công trình, Trường Đại học Mỏ - Địa chất). Quy trình thí nghiệm được thực hiện theo tiểu chuẩn ASTM D3999 với bốn bước: 1) Chuẩn bị mẫu: Với đất dính, mẫu được gọt bằng dụng cụ lẫy mẫu theo kích thước chuẩn (70x140mm) và được đặt vào khay mẫu trước khi nắp vào buồng áp lực (Hình 2); Hình 2. Chuẩn bị mẫu đất dính cho thí nghiệm ba trục động. 2) Bão hòa mẫu: Các mẫu được thí nghiệm ở trạng thái bão hoà, quá trình bão hoà được thực hiện bằng áp lực ngược với độ chênh áp lực buồng - ngược bằng 10 kPa, cho đến khi độ bão hoà đạt trên 90% (B = u/3 >0,9). Do đặc điểm các mẫu đất đều thuộc loại sét yếu, bão hòa nước nên quá trình bão hòa chủ yếu đảm bảo điều kiện bão hòa đường ống đo và phần ngoài mẫu. 166
3) Cố kết mẫu: Các mẫu được cố kết với áp lực cố kết tương đương ứng suất hữu hiệu tại độ sâu lây mẫu bằng cách tăng áp lực buồng. Áp lực cố kết là hiệu giữa áp lực buồng (cell) và áp lực ngược ((back). Quá trình cố kết kết thúc khi độ cố kết lơn hơn 90% (hoặc khi xác định nước lỗ rỗng không còn thoát ra). Trong suốt quá trình bão hoà và cố kết, các thay đổi về biến dạng và thể tích mẫu (thể tích nước vào – ra) được ghi lại. 4) Gia tải động: Ở bước này, tải trọng chu kỳ được áp đặt với các thông số được lựa chọn phù hợp với tải trọng động tháp điện gió, tần số của tải trọng (f) thường được chọn trong khoảng f = 0,4 - 1Hz (Subhamoy Bhattacharya, 2019), ở đây chọn f = 1Hz. Theo ASTM D3999, có hai sơ đồ gia tải: - Sơ đồ A - điều khiển tải trọng: điều kiện tải trọng (biên độ ứng suất) được giữ không đổi trong quá trình thí nghiệm. - Sơ đồ B - điều khiển biến dạng: điều kiện biến dạng (biên độ biến dạng) được giữ không đổi và đo ứng suất động cần thiết để duy trì biến dạng đó. Trong báo cáo này, tất cả các mẫu đều được thí nghiệm theo sơ đồ B để nghiên cứu các đặc trưng biến dạng động theo mức độ biến dạng. Quá trình thí nghiệm đo trực tiếp các thông số theo thời gian bao gồm: lực dọc trục (F, kN); áp lực buồng (cell, kPa); áp lực ngược (back, kPa); áp lực nước lỗ rỗng (u, kPa); biến dạng dọc trục (S, mm); thay đổi thể tích (V, mm3). Kết quả thí nghiệm được biểu diễn dưới dạng bảng số liệu các giá trị đo trực tiếp theo thời gian. Mỗi chu kỳ tải trọng có từ 50 đến 200 thời điểm ghi nhận số liệu. Từ đó, xác định các thông số tính toán theo bảng 3 và biểu diễn trên biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng. Các biểu đồ này là cơ sở xác định các đặc trưng biến dạng động như mô đun biến dạng Ed, hệ số giảm chấn D và ngưỡng biến dạng thể tích tv (ngưỡng biến dạng mà vượt quá nó đất bị thay đổi thể tích). Trong đó, các chỉ tiêu đặc trưng cho biến dạng động được xác định theo ASTM D3999 như sau: a Mô đun biến dạng: Ed  (1) a A Hệ số giảm chấn: D L (2) 4AT Trong đó, AL, AT là diện tích của vòng lặp và tam giác như biểu diễn trên hình 3. a a AL AT Hình 3. Vòng lặp quan hệ ứng suất – biến dạng dùng xác định Ed và D. 167
Bảng 3. Ký hiệu và công thức xác định các thông số thí nghiệm. Thông số Ký hiệu Công thức xác định Áp lực nước lỗ rỗng dư (kPa) u u – uo Ứng suất hướng tâm (kPa) r  cell – back Ứng suất cố kết trước ’c  cell – back Tỷ số áp lực nước lỗ rỗng (%) Ru u/’c Ứng suất dọc trục (kPa) a 106 * F / Ac + r Biên độ ứng suất dọc trục (kPa) a [Max(a) – Min (a)]/2 Ứng suất dọc trục có hiệu (kPa) `a a - u Ứng suất cắt (kPa)  ( a - r ) / 2 Biến dạng dọc trục tương đối (%) a 100 * S / Hc Biên độ biến dạng (%) a [Max(a) – Min (a)]/2 Trong đó, Ac và Hc là diện tích mặt cắt ngang và chiều cao của mẫu sau bước cố kết. 3. Kết quả và thảo luận Áp dụng phương pháp nghiên cứu trình bày ở mục 2.2 tiến hành thí nghiệm cho 11 mẫu đất sét yếu thuộc amQ22-31. Các thông số thí nghiệm cho từng mẫu được tổng hợp trong bảng 4. Trong đó, bước cố kết được tiến hành nhằm khôi phục lại trạng thái mẫu tương ứng ở độ sâu lấy mẫu, áp lực cố kết được xác định theo ứng suất hiệu quả ở hiện trường. Kết quả cho thấy, biến dạng của tất cả các mẫu sau cố kết không đáng kể (đều 1%). Ở bước gia tải động với tải trọng chu kỳ, tất cả các mẫu đều được thí nghiệm theo sơ đồ B (điều khiển biến dạng) với biên độ biến dạng khác nhau, thay đổi từ 0,100 % đến 0,500%. Tần số thí nghiệm đều bằng f = 1Hz. Số chu kỳ gia tải trên mỗi mẫu là 40 chu kỳ (Theo ASTM D3999). Bảng 4. Tổng hợp các thông số thí nghiệm. Độ sâu Cố kết mẫu Gia tải động chu kỳ (f =1Hz) mẫu Áp lực Áp lực Áp lực Biến Biên độ Biên độ Tỷ số ứng 𝜎 (CSR =2𝜎′𝑎 ) buồng ngược Cố kết dạng dọc ứng suất biến suất Ký 𝑐 (cell) (back) (c') trục (a) dạng (a) hiệu mẫu m kPa kPa kPa % kPa % CL8 20.5-21.0 265 80 185 0.916 8.94 0.100 0.024 CL7 14.5-15.0 200 80 120 0.902 13.67 0.200 0.046 CL5 11.5-12.0 160 79.9 80.1 1.148 15.74 0.300 0.098 CL6 17.5-18.0 230 80 150 1.078 16.01 0.500 0.067 Với các thông số thí nghiệm như bảng 4, kết quả thí nghiệm xác định được vòng lặp quan hệ ứng suất – biến dạng cho từng mẫu và biểu diễn trên các hình 4 đến 7. Hình 4 biểu diển biểu đồ vòng lặp khi thí nghiệm với biên độ biến dạng a = 0,100%, có thể thấy dạng vòng lặp cân đối và không có độ lệch giữa các chu kỳ. Ở mức a = 0,200% (hình 5) và a = 0,300% (hình 6), dạng vòng lặp vẫn khá cân đối, giữa các vòng lặp bắt đầu có độ lệch nhưng không đáng kể. Khi thí nghiệm ở biên độ biến dạng a = 0,500%, bắt đầu quan sát thấy sự mất cân đối và độ lệch giữa các vòng lặp theo chu kỳ gia tải. Điều đó biểu thị ứng suất có xu hướng giảm để duy trì mức độ biến dạng không đổi. Theo Nguyễn Văn Phóng (2013), các dạng vòng lặp cân đối và độ lệch giữa các vòng lặp không đáng kể được xếp vào biểu đồ dạng 1, thuộc loại biến dạng động ổn định (biến dạng nhỏ hơn ngưỡng biến dạng thể tích, tv) và quan hệ ứng suất – biến dạng tuyến tính; Khi vòng lặp không cân đối và có độ lệch giữa các vòng lặp thì biểu đồ thuộc dạng 2 – biến dạng phi tuyến. Như vậy, ở các biên độ biến dạng a = (0,100÷0,300)% biểu đồ vòng lặp đều thuộc dạng 1 – biến dạng ổn định; với biên độ biến dạng a = 0,500% vòng lặp thuộc dạng 2 – biến dạng không ổn định, vượt ngưỡng biến dạng thể tích tv. Với kết quả trên, có thể lấy ngưỡng biến dạng thể tích của loại đất này tv  0,300%. Đây là trị số cao, tương ứng với đất có chỉ số dẻo cao (Vucetic M., 1994).  Các chỉ tiêu đặc trưng cho biến dạng động (Ed, D) được xác định trên mỗi biểu đồ vòng lặp (cho mỗi chu kỳ) theo các biểu thức (1), (2). Trên hình 8, 9 biểu diễn sự biến đổi các chỉ tiêu Ed, D theo chu kỳ gia tải. Có thể thấy sau 20 chu kỳ, trị số Ed của các mẫu thí nghiệm với biên độ biến dạng a ≤ 0,300 gần như 168
không thay đổi; trong khi Ed của mẫu thí nghiệm với a = 0,500 vẫn có xu hướng giảm theo chu kỳ. Trị số chỉ tiêu đặc trưng được xác định tương ứng với khoảng chu kỳ mà biến dạng động ổn định. Kết quả được tổng hợp trong bảng 5. Sự biến đổi của các chỉ tiêu này theo biên độ biến dạng được biểu diễn trên hình 10. Theo đó, khi a tăng thì Ed giảm và D tăng. Nếu lấy mốc trị số ban đầu tương ứng khi thí nghiệm với a = 0,100 là Ed(0,100) và D(0,100) thì sự biến đổi các chỉ tiêu theo a như sau: Ed(0,200) = 0,76Ed(0,100); Ed(0,300) = 0,59Ed(0,100); Ed(0,500) = 0,36Ed(0,100); D(0,200) = 1,11D(0,100); D(0,300) = 1,13D(0,100); D(0,500) = 1,21D(0,100). Bảng 5. Tổng hợp kết quả xác định chỉ tiêu đặc trưng biến dạng động. 𝜎 Biên độ Tỷ số ứng suất (CSR =2𝜎′𝑎 ) Biên độ ứng Mô đun biến dạng Hệ số giảm chấn Ký hiệu biến dạng 𝑐 suất (a) (Ed) (D) mẫu (a) kPa % kPa CL8 8.94 0.100 0.024 8944 0.131 CL7 13.67 0.200 0.046 6834 0.146 CL5 15.74 0.300 0.098 5248 0.148 CL6 16.01 0.500 0.067 3202 0.158 a (kPa) 200.0 190.0 180.0 170.0 a (%) 160.0 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 Hình 4. Biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng với a = 0,100% (mẫu CL8). a (kPa) 170.0 160.0 150.0 140.0 a(%) 130.0 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 Hình 5. Biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng với a = 0,200% (mẫu CL7). 169
a (kPa) 100.0 90.0 80.0 70.0 a (%) 60.0 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 Hình 6. Biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng với a = 0,300% (mẫu CL5). a (kPa) 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 a(%) -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 Hình 7. Biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng với a = 0,500% (mẫu CL6). 10000 9000 8000 7000 CL8 (0,100) 6000 Ed (kPa) CL7 (0,200) 5000 CL5 (0,300) 4000 CL6 (0,500) 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 Chu kỳ Hình 8. Biến đổi mô đun biến dạng Ed theo chu kỳ gia tải. 170
0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 CL8 (0,100) 0.1 D CL7 (0,200) 0.08 CL5 (0,300) 0.06 CL6 (0,500) 0.04 0.02 0 0 10 20 30 40 Chu kỳ Hình 9. Biến đổi hệ số giảm chấn D theo chu kỳ gia tải. 10000 0.2 Ed Mô đun biến dạng, Ed (kPa) 8000 D 0.16 Hệ số giảm chấn, D 6000 0.12 4000 0.08 2000 0.04 0 0 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 Biên độ biến dạng, a Hình 10. Biến đổi mô đun Ed, hệ số giảm chấn D theo biên độ biến dạng. 4. Kết luận Khu vực quy hoạch điện gió ở Vĩnh Châu, Sóc Trăng có mặt phổ biến đất yếu nguồn gốc sông – biển amQ22-31 ở độ sâu từ 8,5 đến 25,0m. Đất yếu thuộc loại đất sét dẻo chảy, bão hòa. Kết quả thí nghiệm ba trục động (sơ đồ B – điều khiển biến dạng) ở mức biên độ biến dạng tương đối a = (0,100 ÷ 0,500) cho thấy dạng biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng và các chỉ tiêu đặc trưng (mô đun động Ed và hệ số giảm chấn D) thay đổi theo mức độ biến dạng. Trong đó, các biểu đồ vòng lặp ở mức a ≤ 0,300 đều cân đối, khi a = 0,500 thì vòng lặp mất cân đối và biến dạng động không ổn định. Các chỉ tiêu biến dạng động của đất ở biên độ biến dạng a = 0,100: Ed(0,100) = 8944 kPa; D(0,100) = 0,131. Theo biên độ biến dạng, khi a tăng thì Ed giảm và D tăng: Ed(0,200) = 0,76Ed(0,100); Ed(0,300) = 0,59Ed(0,100); Ed(0,500) = 0,36Ed(0,100); D(0,200) = 1,11D(0,100); D(0,300) = 1,13D(0,100); D(0,500) = 1,21D(0,100). Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong lựa chọn biên độ thí nghiệm phù hợp cho thí nghiệm ba trục động đối với đất có tính chất tương tự. 171
Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo đã cấp kinh phí hỗ trợ, Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật công trình, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo điều kiện hoàn thành báo cáo này. Tài liệu tham khảo ASTM D 3999, 2013. Standard test method for the Determination of the Modulus and Damping Properties of Soils Using the Cyclic Triaxial Apparatus. Annual Book of ASTM. Arnold Verruijt, 1994. Soil Dynamics. Delft University of Technology. Alarcon-Guzman, A., J. L. Chameau, et al. (1989). Shear Modulus and Cyclic Undrained Behavior Of Sands. Soils and Foundations 29. Bratosin D., Sireteanu T., 2002. Hysteretic damping modelling by nonlinear Kenvil – Voit model, Publishing House of the Rumanian Academy. Darendeli, M. B., 2001. Development of a New Family of Normalized Modulus Reduction and Material Damping Curves. The Faculty of the Graduate School. Austin, The University of Texas at Austin. Hardin and Richart, 1963. Elastic Wave Velocities in Granular Soils. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE 89(1). Hardin and Black, 1968. Vibration Modulus of Normally Consolidated Clay. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE 94 (2). Hoque, E. and F. Tatsuoka, 2004. Effects of stress ratio on small-strain stiffness during triaxial shearing, Geotechnique 54(7). Ishihara K., 2003. Soil Behaviour in Earthquake Geotechnics. Oxford Sience Puplications Kumar J. and Clayton C. R. I., 2007. Effect of sample torsional stiffness on resonant column test results. Canadian Geotechnical Journal 44(2). Nguyễn Ngọc Hoa, 1995. Bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam, tờ An Biên – Sóc Trăng. Cục địa chất Việt Nam, Hà Nội. Nguyễn Ngọc Hoa, 1995. Bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam, tờ Trà Vinh – Côn Đảo. Cục địa chất Việt Nam, Hà Nội. Nguyễn Văn Phóng, 2014. Nghiên cứu đặc trưng biến dạng động của đất loại sét hệ tấng Thái Bình phân bố ở khu vực Hà Nội bằng thiết bị ba trục động. Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 45. Nguyễn Văn Phóng, 2016. Nghiên cứu tính chất cơ học của trầm tích Đệ tứ phân bố ở khu vực Hà Nội dưới tác dụng của tải trọng động. Luận án tiến sỹ Kỹ thuật địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. Nguyễn Văn Phóng, 2018. Research on characteristics of cyclic deformation phases of soils distibuted in urban area Hanoi for seismic design. Proceedings of The International conference Vietgeo2018. Zunan Fu,Guoshuai Wang, 2021. Deformation Behavior of Saturated Soft Clay under Cyclic Loading with Principal Stress Rotation. https://doi.org/10.3390/app11198987. ABSTRACT Dynamic Properties of Deformation of amQ22-31 Soft Soils at Vinh Chau District, Soc Trang Province Nguyen Van Phong1, Le Van Quyen2 1 Hanoi University of Mining and Geology 2 PTSC Geos & Subsea Services Co., Ltd. Soc Trang Province has a huge potential for wind energy and has been approved by Ministry of Trade and Commerce to develop three areas for wind energy. These areas are distributed along the coast (in the mudflat and the inland) at Vinh Chau District, Tran De District and Cu Lao Dung District. These areas are abound with soft soils which formed from alluvial and marine deposits (amQ22-31). Wind turbine towers are main structures in wind energy projects and are subject to dynamic loads. Hence, appropriate design for stability of the towers against dynamic loads are very important which requires the determination of dynamic properties of deformation of soils. This article presents the dynamic triaxial test (Method B – deformation control) used to determine dynamic properties of deformation for soft soils (amQ22-31) distributed at Vinh Chau District, Soc Trang Province. Test results shown that the graph of the 172
looped stress-strain at small relative deformation a = (0,100 ÷ 0,500) and other dynamic properties (dynamic modulus and damping ratio D) changed depending on the applied deformation level in which the graph of looped stress-strain at a ≤ 0,300 was balanced, whereas the looped stress-strain curves lost its balance and shown fluctuation in deformation at a = 0,500. Regarding deformation amplitude, if increases then decreases and increases: Ed(0,200) = 0,76Ed(0,100); Ed(0,300) = 0,59Ed(0,100); Ed(0,500) = 0,36Ed(0,100); D(0,200) = 1,11D(0,100); D(0,300) = 1,13D(0,100); D(0,500) = 1,21D(0,100). The study results instituted a basis for appropriate selection of parameters for input into the dynamic triaxial test on the expected soft soils which are likely to be encountered at Soc Trang Province. Keywords: Dynamic deformation: soft soils; damping ratio; dynamic modulus. 173