Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự thay đổi một số đặc trưng cơ lý của đất yếu thành phố Hồ Chí Minh theo các lộ trình ứng suất dỡ tải trong tính toán hố đào sâu

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:170

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án này làm sáng tỏ sự thay đổi một số đặc trưng cơ lý của đất yếu ở TP. HCM theo các lộ trình ứng suất dỡ tải trong tính toán hố đào sâu. Các thí nghiệm ba trục được thực hiện để mô phỏng trạng thái ứng suất của vùng đất xung quanh hố đào trong quá trình thi công.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự thay đổi một số đặc trưng cơ lý của đất yếu thành phố Hồ Chí Minh theo các lộ trình ứng suất dỡ tải trong tính toán hố đào sâu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGÔ ĐỨC TRUNG NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THEO CÁC LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT DỠ TẢI TRONG TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGÔ ĐỨC TRUNG NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THEO CÁC LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT DỠ TẢI TRONG TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật Xây dựng Mã số ngành: 9 58 02 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. VÕ PHÁN 2. GS.TS. TRẦN THỊ THANH TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2019
Công trình được hoàn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. VÕ PHÁN 2. GS.TS. TRẦN THỊ THANH Phản biện 1: PGS.TS. TRẦN TUẤN ANH Phản biện 2: TS. NGUYỄN VIỆT TUẤN Luận án đã được bảo vệ thành công trước Hội đồng đánh giá Luận án cấp Cơ sở, họp tại: Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, số 658 Đại lộ Võ Văn Kiệt, Phường 1, Quận 5, Tp. Hồ Chí Minh vào hồi 8 giờ 30 ngày 31 tháng 08 năm 2018. Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án. Tác giả luận án NGÔ ĐỨC TRUNG
ii LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS. Võ Phán và GS.TS. Trần Thị Thanh đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả trân trọng gửi lời cảm ơn tới GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ đã có những góp ý rất quí báu trong suốt quá trình thực hiện luận án. Trân trọng cảm ơn Quý lãnh đạo, các thầy cô trong Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện khoa học Thuỷ lợi Miền Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và góp ý tận tình cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả trân trọng và biết ơn những đóng góp giá trị của PGS.TS. Lê Bá Vinh, PGS.TS. Trần Tuấn Anh, PGS.TS. Tô Văn Lận và các nhà khoa học ở trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, trường Đại học Kiến trúc TP. HCM. Cảm ơn ThS. Nguyễn Hữu Uy Vũ và cộng sự tại phòng thí nghiệm địa kỹ thuật Bros (Las 1136) đã hỗ trợ thiết bị và giúp đỡ kỹ thuật để tác giả có thể hoàn thành dữ liệu thí nghiệm cho luận án. Xin tri ân tình cảm từ gia đình, sự hỗ trợ giúp đỡ của anh chị em đồng nghiệp, bạn bè.
iii TÓM TẮT LUẬN ÁN Ở TP. Hồ Chí Minh (TP. HCM), hố đào sâu ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các công trình ngầm, nhưng chúng cũng làm thay đổi điều kiện đất nền và tạo ra các biến dạng bề mặt có thể gây rủi ro cho các công trình, cơ sở hạ tầng lân cận. Thi công hố đào sâu là quá trình dỡ tải đất nền cũng đồng thời cũng là quá trình gia tải lại: dỡ tải khi đất ở trong hố đào được lấy ra và gia tải lại khi thi công hệ kết cấu chống vách hố đào. Trong quá trình này trạng thái ứng suất và biến dạng của đất nền sau lưng tường chắn và dưới đáy hố đào thay đổi theo nhiều lộ trình ứng suất khác nhau trong đó rõ nhất là đất sau lưng tường thay đổi theo lộ trình giảm ứng suất ngang σ3, còn ứng suất đứng σ1 không đổi và đất dưới đáy hố đào thay đổi theo lộ trình giảm ứng suất đứng σ1 và ứng suất ngang σ3 không đổi. Luận án này làm sáng tỏ sự thay đổi một số đặc trưng cơ lý của đất yếu ở TP. HCM theo các lộ trình ứng suất dỡ tải trong tính toán hố đào sâu. Các thí nghiệm ba trục được thực hiện để mô phỏng trạng thái ứng suất của vùng đất xung quanh hố đào trong quá trình thi công. Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự suy giảm độ bền của vùng đất xung quanh hố đào trong quá trình đào đất. Ngược lại, mô đun biến dạng lại gia tăng đáng kể trong quá trình dỡ tải và gia tải lại. Các hệ số tương quan của thông số đất nền như sức kháng cắt, mô đun biến dạng, tham số mũ m được tác giả đề xuất và áp dụng để tính toán cho một số hố đào sâu trên vùng đất yếu TP. HCM bằng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình Hardening Soil, là mô hình đàn dẻo phi tuyến có xét đến quá trình gia tải và dỡ tải lại cũng như kể đến sự phụ thuộc của mô đun biến dạng vào trạng thái ứng suất. Kết quả tính toán chuyển vị và biến dạng từ các mô hình nền được so sánh với dữ liệu quan trắc cho thấy sự phù hợp của các thông số và mô hình nền của tác giả đề xuất trong bài toán thiết kế hố đào trên vùng đất yếu TP. HCM.
iv ABSTRACT In Ho Chi Minh City (HCMC), deep excavations have been used worldwide for underground construction, but they also alter the ground conditions and induce ground movements which might cause risks to adjacent infrastructure. Construction of the deep exvacation is the process of unloading the ground is also the process of reloading: unloading when the soil in the excavation pit is removed and reloaded when the construction of the anti-wall system. During this process, the stress and deformation of the soil at the around excavation changes with different stress paths in which the most obvious change is that the back retaining wall changes with the stress path reduction horizontal stress σ3, while the vertical stress σ1 is constant and the bottom soil changes with the σ1 reduction and the σ3 is constant. This thesis clarifies the the mechanical characteristics of soft soil in HCMC according to the stress paths in the calculation of deep exvacations. Triaxial compression test were performed to simulate the stress state of the soil surrounding the excavation during construction. The results show that the shear strength of the soil around the excavation was reduced during excavation. In contrast, the deformation modulus increased considerably during unloading and reloading. The correlation parameters include shear strength, modulus, power m proposed by the author and applied to calculate some deep exvacations in the soft soil of HCMC by the finite element method with the Hardening Soil model, is a plastic nonlinear model that takes into account the loading and unloading process as well as the dependence of the modulus on the stress state. The results of displacement and deformation calculations from the constitutive models were compared with the observation data showing the suitability of the parameters and the constitutive model of the author's proposed in the design of the deep excavation in the soft soil of HCMC.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii TÓM TẮT LUẬN ÁN ................................................................................... iii ABSTRACT ................................................................................................... iv MỤC LỤC ....................................................................................................... v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................... xiv DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ..................................................... xvi MỞ ĐẦU.......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................... 1 2. Mục tiêu ............................................................................................. 2 3. Nội dung nghiên cứu của luận án....................................................... 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................... 3 5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 4 6. Những điểm mới của luận án............................................................. 4 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn............................................................ 5 8. Cấu trúc của luận án .......................................................................... 5 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU THEO HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ........................................................ 6 1.1 Tổng quan về hố đào sâu ................................................................... 6 1.2 Đặc điểm đất yếu khu vực TP. HCM ................................................ 8 1.3 Các yếu tố địa kỹ thuật ảnh hưởng đến công trình hố đào sâu ........ 11 1.4 Các hiện tượng thường xảy ra ra khi thi công hố đào sâu................ 12 1.5 Hướng tiếp cận của đề tài và các nghiên cứu trước đây liên quan đến trạng thái ứng suất của đất nền xung quanh hố đào sâu .................. 13 1.5.1 Các nghiên cứu trước đây về trạng thái ứng suất xung quanh hố đào ......................................................................................................... 14 1.5.2 Các nghiên cứu thực nghiệm và quan trắc hiện trường ................... 21
vi 1.5.3 Các nghiên cứu trong tính toán tường chắn bằng phương pháp phần tử hữu hạn ........................................................................................ 24 1.6 Nhận xét chương 1 ........................................................................... 26 CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ TRONG TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU........................................ 28 2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu ............................................... 28 2.1.1 Lý thuyết Coulomb (1776) .............................................................. 29 2.1.2 Lý thuyết áp lực đất của Rankine (1857) ........................................ 30 2.2 Các phương pháp tính toán HĐS chắn giữ bằng tường liên tục...... 30 2.2.1 Phương pháp giải tích ...................................................................... 30 2.2.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi ................................................. 31 2.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn ......................................................... 32 2.3 Các mô hình đất nền ........................................................................ 33 2.3.1 Mô hình Mohr – Coulomb .............................................................. 34 2.3.2 Mô hình Hyperbol ........................................................................... 36 2.3.3 Mô hình Cam-Clay cải tiến ............................................................. 37 2.3.4 Mô hình Hardening Soil .................................................................. 39 2.4 Lộ trình ứng suất và các đặc trưng cơ lý có ảnh hưởng lớn đến tính toán hố đào sâu ................................................................................ 42 2.4.1 Lộ trình ứng suất trong tính toán hố đào sâu ................................... 42 2.4.2 Sức kháng cắt của đất ...................................................................... 43 2.4.3 Mô đun biến dạng ............................................................................ 44 2.5 Nhận xét chương 2 ........................................................................... 47 CHƯƠNG 3 - THÍ NGHIỆM BA TRỤC THEO CÁC LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT DỠ TẢI MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO SÂU ...................... 49 3.1 Tổng quan về thí nghiệm ba trục xác định các chỉ tiêu cơ lý tính toán hố đào ....................................................................................... 49 3.1.1 Các lộ trình ứng suất trong thí nghiệm ba trục ................................ 50
vii 3.1.1.1 Lộ trình ứng suất nén ba trục thông thường (Conventional Triaxial Compression Stress Path: CTC) ............................ 51 3.1.1.2 Lộ trình ứng suất kéo ba trục giảm dần (Reduced Triaxial Extension Stress Path: RTE) ................................................ 51 3.1.1.3 Lộ trình ứng suất kéo ba trục thông thường (Conventional Triaxial Extension Stress Path: CTE) ................................... 51 3.1.1.4 Lộ trình ứng suất ba trục giảm (Reduced Triaxial Compression Stress Path: RTC) ............................................ 52 3.1.1.5 Lộ trình ứng suất nén ba trục (Triaxial Compression: TC) và kéo ba trục (Triaxial Extension: TE) ..................................... 52 3.1.2 Thí nghiệm ba trục với các lộ trình ứng suất tính toán hố đào sâu . 52 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm .......................................................................... 53 3.2 Thực hiện thí nghiệm ....................................................................... 55 3.2.1 Thí nghiệm ba trục với lộ trình ứng suất RTE (giảm  1 áp lực buồng  3 không đổi) ........................................................................ 56 3.2.2 Thí nghiệm ba trục với lộ trình ứng suất RTC (giảm  3 trong khi giữ cố định áp lực dọc trục  1 ) ......................................................... 56 3.2.3 Mẫu thí nghiệm ................................................................................ 57 3.2.3.1 Lấy mẫu nguyên dạng tại hiện trường.......................................... 57 3.2.3.2 Đặc trưng cơ lý mẫu thí nghiệm ................................................... 58 3.2.4 Thực hiện thí nghiệm ........................................................................ 60 3.2.4.1 Bão hòa mẫu ................................................................................. 60 3.2.4.2 Cố kết mẫu .................................................................................... 61 3.2.4.3 Cắt mẫu ......................................................................................... 61 3.2.5 Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm ........................................ 62 3.2.5.1 Quan hệ ứng suất và biến dạng (q-1) .......................................... 62 3.2.5.2 Phân tích mô đun biến dạng của các lộ trình ứng suất ................. 69 3.2.5.3 Sức kháng cắt của đất với các lộ trình ứng suất khác nhau.......... 73
viii 3.3 Nhận xét chương 3 ........................................................................... 77 CHƯƠNG 4 - NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG TRONG MÔ HÌNH HARDENING SOIL TRÊN ĐẤT YẾU TP. HCM .................... 79 4.1 Cơ sở lựa chọn mô hình Hardening Soil cho tính toán hố đào sâu . 79 4.2 Xác định tham số mũ m cho đất yếu TP. HCM trong mô hình HS. 80 4.2.1 Thí nghiệm nén ba trục thoát nước có dỡ tải và gia tải lại .............. 81 4.2.2 Xác định mô đun cát tuyến E50, Eur và tham số mũ m từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước ..................................................................... 83 4.2.2.1 Xác định mô đun E50 và số mũ m thông qua E50 .......................... 84 4.2.2.2 Xác định mô đun Eur và số mũ m thông qua Eur ........................... 87 4.2.3 Xác định mô đun Eoed, tham số m từ thí nghiệm nén một trục không nở hông Oedometer ......................................................................... 90 4.3 Xác định hệ số tương quan Eur/ E50 và Eoed/ E50 cho đất yếu TP. HCM ................................................................................................... ........................................................................................................ 95 4.4 Nhận xét chương 4 ........................................................................... 97 CHƯƠNG 5 - ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ........................................................... 99 5.1 Nội dung tính toán ........................................................................... 99 5.2 Dự án Khu phức hợp – Trung Tâm Thương Mại – Văn Phòng – Căn hộ Sài Gòn Pearl ............................................................................... 101 5.2.1 Điều kiện địa chất ......................................................................... 102 5.2.2 Xác định thông số đất nền ............................................................ 104 5.2.3 Hệ tường vây và hệ kết cấu chống đỡ ............................................ 105 5.2.3.1 Xác định các thông số của tường chắn ............................... 107 5.2.3.2 Xác định các thông số của kết cấu chống đỡ ...................... 107 5.2.4 Trình tự thi công ............................................................................ 109 5.2.5 Quan trắc tại hiện trường ............................................................... 109
ix 5.2.6 Mô phỏng công trình bằng FEM ................................................... 110 5.2.7 Phân tích và đánh giá kết quả ........................................................ 111 5.2.7.1 Chuyển vị ngang của tường ........................................................ 111 5.2.7.2 Độ lún bề mặt ............................................................................. 113 5.3 Dự án Trạm bơm Lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè ........................ 116 5.3.1 Điều kiện địa chất .......................................................................... 117 5.3.2 Xác định thông số đất nền ............................................................. 117 5.3.3 Kết cấu hệ thanh chống ................................................................. 119 5.3.3.1 Xác định các thông số của tường chắn ............................... 119 5.3.3.2 Xác định các thông số của thanh chống .............................. 119 5.3.4 Trình tự thi công ............................................................................ 120 5.3.5 Quan trắc chuyển vị ....................................................................... 121 5.3.6 Mô phỏng quá trình thi công ......................................................... 121 5.3.7 Phân tích và đánh giá kết quả ........................................................ 122 5.4 Dự án Pearl Plaza........................................................................... 125 5.4.1 Điều kiện địa chất .......................................................................... 126 5.4.2 Xác định thông số đất cho các mô hình nền ................................. 128 5.4.3 Kết cấu hệ chống đỡ ...................................................................... 129 5.4.4 Quan trắc tại hiện trường ............................................................... 130 5.4.5 Trình tự thi công ............................................................................ 131 5.4.6 Mô phỏng bằng Plaxis ................................................................... 132 5.4.7 Phân tích kết quả............................................................................ 133 5.5 Nhận xét chương 5 ......................................................................... 135 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 137 1. Kết luận .......................................................................................... 137 2. Kiến nghị ....................................................................................... 139 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .............. 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 141 PHẦN PHỤ LỤC........................................................................................ 147
x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU Α cm2 Diện tích mặt cắt ngang của mẫu trong thí nghiệm 3 trục a cm2 Diện tích mặt cắt ngang của piston trong thí nghiệm 3 trục a, b - Hằng số trong mô hình Duncan - Chang B - Hệ số áp lực nước lỗ rỗng của Skempton [B] - Ma trận liên hệ giữa biến dạng và chuyển vị Cc - Chỉ số nén Cr - Chỉ số nở Cv - Hệ số cố kết trong thí nghiệm ba trục CR, RR - Tỷ số nén, tỷ số nén lại c, c’ kPa Lực dính của đất, lực dính có hiệu (c’)ext kPa Lực dính hữu hiệu của đất trong thí nghiệm kéo ba trục (c’)comp kPa Lực dính hữu hiệu của đất trong thí nghiệm nén ba trục (cu)ext kPa Sức kháng cắt không thoát nước của thí nghiệm kéo ba trục (cu)comp kPa Sức kháng cắt không thoát nước của thí nghiệm nén ba trục D, L mm Đường kính và chiều dài mẫu đất trong thí nghiệm ba trục [D] - Ma trận cơ bản của vật liệu E kPa Mô đun đàn hồi của đất E0 kPa Mô đun biến dạng của đất Ei kPa Mô đun biến dạng ban đầu Et, Es kPa Mô đun biến dạng tiếp tuyến, mô đun biến dạng cát tuyến E50ref kPa Mô đun cát tuyến tham chiếu ref Eoed kPa Mô đun cố kết tham chiếu Eurref kPa Mô đun dỡ tải tham chiếu e - Hệ số rỗng của đất f - Hàm dẻo trong các mô hình đất nền
xi G kPa Mô đun kháng cắt G ref kPa Mô đun kháng cắt tham chiếu IP % Chỉ số dẻo K - Hệ số nền theo phương ngang K0 - Hệ số áp lực đất tĩnh Ka - Hệ số áp lực đất chủ động Kp - Hệ số áp lực đất bị động KL - Hệ số mô đun gia tải [K] - Ma trận độ cứng tổng thể m - Tham số mũ thể hiện sự phụ thuộc của mô đun vào ứng suất OCR - Hệ số quá cố kết của đất P - Tải trọng tác động lên piston trong thí nghiệm nén ba trục p kPa Áp lực đất thực tác dụng lên tường po kPa Áp lực đất tĩnh lên tường pref kPa Áp lực tham chiếu q kPa Độ lệch ứng suất Rf - Hệ số giảm ứng suất lệch đỉnh S % Độ bão hoà ux mm Chuyển vị của điểm bất kỳ theo phương x uy mm Chuyển vị của điểm bất kỳ theo phương y V cm3 Thể tích khối đất V0 cm3 Thể tích ban đầu của khối đất Wn % Độ ẩm tự nhiên WP % Giới hạn dẻo WL % Giới hạn chảy Δ kPa Độ chênh lệch ứng suất  kPa Ứng suất cắt tiếp xúc εl % Biến dạng đứng (biến dạng dọc trục)
xii εv % Biến dạng thể tích γd kN/m3 Dung trọng khô γn kN/m3 Dung trọng tự nhiên γsat kN/m3 Dung trọng bão hoà * - Chỉ số nén cải tiến φ, φ’ độ Góc nội ma sát của đất, góc ma sát hữu hiệu (’)ext kPa Góc ma sát hữu hiệu của đất trong thí nghiệm kéo ba trục (’)comp kPa Góc ma sát hữu hiệu của đất trong thí nghiệm nén ba trục ψ độ Góc giãn nở của đất  - Hệ số Poisson , ’ kPa Ứng suất pháp, ứng suất pháp có hiệu b kPa Áp lực ngược trong quá trình bão hoà mẫu c kPa Áp lực cố kết của đất 1,2,3 kPa Các ứng suất chính CÁC CHỮ VIẾT TẮT CD - Thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước CID - Thí nghiệm nén ba trục đẳng hướng cố kết thoát nước CIU - Thí nghiệm nén ba trục đẳng hướng cố kết không thoát nước CK0UC - Thí nghiệm nén ba trục theo điều kiện cố kết K0 CK0UE - Thí nghiệm kéo ba trục theo điều kiện cố kết K0 CTC - Lộ trình ứng suất nén ba trục thông thường CTE - Lộ trình ứng suất kéo ba trục thông thường CU - Thí nghiệm nén ba trục cố kết không thoát nước FEM - Phương pháp phần tử hữu hạn HĐS - Hố đào sâu HS - Mô hình Hardening Soil HSM - Mô hình Hardening Soil với các tham số hiệu chỉnh MC - Mô hình Mohr – Coulomb
xiii RTC - Lộ trình ứng suất nén ba trục giảm ứng suất ngang RTE - Lộ trình ứng suất kéo ba trục giảm ứng suất đứng TC, TE - Lộ trình ứng suất nén ba trục, kéo ba trục TP. HCM- Thành phố Hồ Chí Minh UU - Thí nghiệm nén ba trục không cố kết không thoát nước
xiv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thông số mô hình Mohr – Coulomb ........................................ 36 Bảng 2.2 Các thông số mô hình Hypebol ...................................................... 37 Bảng 2.3 Các thông số mô hình Cam-clay cải tiến ........................................ 38 Bảng 2.4 Các thông số mô hình Hardening Soil ............................................ 42 Bảng 3.1 Một số chỉ tiêu cơ lý đặc trưng cho đất yếu TP. HCM .............. 58 Bảng 3.2 Các thông số vật lý cho lớp đất yếu TP. HCM và lộ trình ứng suất trong thí ngiệm 3 trục .................................................................... 59 Bảng 3.3 Mô đun biến dạng E50 từ các lộ trình ứng suất CTC, RTE và RTC 70 Bảng 3.4 Giá trị c’ và ’ của đất yếu TP. HCM theo các lộ trình ứng suất .. 76 Bảng 4.1 Các thông số độ bền của đất ........................................................... 83 ref Bảng 4.2 Mô đun E50 , E50 và tham số m từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước ........................................................................................................ 86 ref Bảng 4.3 Mô đun Eur , Eur và số mũ m từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước 89 Bảng 4.4 Mô đun Eoed ref từ kết quả thí nghiệm nén cố kết ............................... 92 ref Bảng 4.5 Mô đun Eoed , Eoed và số mũ m tính toán từ thí nghiệm Oedometer. 93 Bảng 4.6 Kết quả tỷ số Eur / E50 và Eoed / E50 của đất yếu TP. HCM .......... 95 Bảng 5.1 Áp dụng kết quả nghiên cứu vào tính toán HĐS .......................... 101 Bảng 5.2 Các thông số đất nền cho mô hình MC ........................................ 104 Bảng 5.3 Các thông số đất nền cho mô hình HS ......................................... 104 Bảng 5.4 Các thông số đất nền tác giả hiệu chỉnh cho mô hình HS ............ 105 Bảng 5.5 Các thông số cho tường chắn........................................................ 107 Bảng 5.6 Các thông số về thanh chống ........................................................ 108 Bảng 5.7 Quá trình thi công tầng hầm .......................................................... 109 Bảng 5.8 So sánh kết quả chuyển vị ngang từ các mô hình MC, HS, HSM và dữ liệu quan trắc (QT) .................................................................. 113
xv Bảng 5.9 So sánh lún bề mặt từ các mô hình MC, HS, HSM và quan trắc (QT) ...................................................................................................... 115 Bảng 5.10 So sánh độ lún bề mặt từ các mô hình MC, HS, HSM và quan trắc ...................................................................................................... 115 Bảng 5.11 Các thông số đất nền cho mô hình MC ...................................... 118 Bảng 5.12 Các thông số đất nền cho mô hình HS ....................................... 118 Bảng 5.13 Các thông số đất nền cho mô hình HSM .................................... 118 Bảng 5.14 Các thông số về thanh chống ...................................................... 119 Bảng 5.15 Các thông số cho tường chắn...................................................... 119 Bảng 5.16 Các giai đoạn thi công công trình ............................................... 120 Bảng 5.17 So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang từ các mô hình MC, HS, HSM và Quan trắc ........................................................................ 123 Bảng 5.18 Các thông số đất nền cho mô hình MC ...................................... 128 Bảng 5.19 Các thông số đất nền cho mô hình HS ....................................... 128 Bảng 5.20 Các thông số đất nền tác giả hiệu chỉnh cho mô hình HS .......... 129 Bảng 5.21 Các thông số cho tường chắn...................................................... 129 Bảng 5.22 Các thông số hệ chống đỡ ........................................................... 130 Bảng 5.23 Quá trình thi công tầng hầm ........................................................ 131 Bảng 5.24 So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang từ các mô hình Mohr – Coulomb, Hardening Soil, HSM và dữ liệu quan trắc ................. 134
xvi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phân bố đất yếu ở TP. HCM ............................................................ 9 Hình 1.2 Mặt cắt vùng đất yếu dọc sông Sài Gòn ........................................ 10 Hình 1.3 Vùng ảnh hưởng của HĐS và các lộ trình ứng suất........................ 13 Hình 1.4 Các lộ trình ứng suất khác nhau của thí nghiệm ba trục ................ 15 Hình 1.5 Các lộ trình ứng suất trong hố đào .................................................. 16 Hình 1.6 Lộ trình ứng suất trong đất ............................................................. 17 Hình 1.7 Lộ trình ứng suất trong hố đào ....................................................... 17 Hình 1.8 Các lộ trình ứng suất trong điều kiện ứng suất nén và kéo ............. 18 Hình 1.9 So sánh đường phá hoại trong thí nghiệm nén và kéo ba trục ........ 19 Hình 1.10 Biểu đồ thực nghiệm dự tính lún của đất quanh hố móng ............ 22 Hình 1.11 So sánh chuyển vị và biến dạng các mô hình nền ....................... 25 Hình 2.1 Rời rạc hoá miền tính toán .............................................................. 32 Hình 2.2 Vòng tròn Mohr tại ngưỡng dẻo, .................................................... 34 Hình 2.3 Các mặt bao phá hoại theo tiêu chuẩn Mohr – Coulomb .............. 35 Hình 2.4 Quan hệ ứng suất – biến dạng theo mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng ........................................................................................................ 35 Hình 2.5 Quan hệ ứng suất – biến dạng và các mô đun của mô hình Hypebol ........................................................................................................ 37 Hình 2.6 Mặt dẻo của mô hình Cam-clay cải tiến ......................................... 38 Hình 2.7 Mặt dẻo của mô hình HS trong không gian ứng suất (p-q) ............ 40 Hình 2.8 Định nghĩa E50 và Eur trong thí nghiệm nén ba trục thoát nước ...... 40 Hình 2.9 Định nghĩa E oed theo kết quả thí nghiệm nén một trục ................... 41 ref Hình 2.10 Các loại mô đun trong thí nghiệm nén ba trục .............................. 45 Hình 3.1 Nguyên lý thí nghiệm nén 3 trục..................................................... 49 Hình 3.2 Xác định đặc trưng chống cắt với lộ trình ứng suất ........................ 50 Hình 3.3 Các dạng cơ bản của lộ trình ứng suất trong nền đất ...................... 51 Hình 3.4 Hệ thống thiết bị 3 trục Humboldt và bộ ghi xuất dữ liệu tự động . 54
xvii Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị ba trục theo mô hình dỡ tải ....................... 54 Hình 3.6 Phần mềm Advantech Adamview đọc và xử lý số liệu tự động ..... 55 Hình 3.7 Bão hoà mẫu và kiểm tra hệ số Skempton ...................................... 61 Hình 3.8 So sánh quan hệ (q – ε1) theo các lộ trình ứng suất ........................ 63 Hình 3.9 So sánh quan hệ (u – ε1) theo các lộ trình ứng suất ...................... 63 Hình 3.10 So sánh quan hệ (q – ε1) theo các lộ trình ứng suất ...................... 64 Hình 3.11 So sánh quan hệ (u – ε1) theo các lộ trình ứng suất .................... 64 Hình 3.12 So sánh quan hệ (q – ε1) theo các lộ trình ứng suất ...................... 65 Hình 3.13 So sánh quan hệ (u – ε1) theo các lộ trình ứng suất .................... 65 Hình 3.14 So sánh quan hệ (q – ε1) theo các lộ trình ứng suất ...................... 66 Hình 3.15 So sánh quan hệ (u – ε1) theo các lộ trình ứng suất .................... 66 Hình 3.17 Xác định E50 từ quan hệ ứng suất – biến dạng .............................. 69 Hình 3.18 So sánh mô đun E50 theo các lộ trình ứng suất của đất yếu TP. HCM ........................................................................................................ 72 Hình 3.19 Phương trình hồi quy tương quan E50,RTE và E50,CTC , E50,RTE và E50,CTC ........................................................................................................ 73 Hình 3.20 Đường tròn Mohr của thí nghiệm 3 trục theo lộ trình ứng suất dỡ tải (RTE, RTE) và gia tải (CTC) ......................................................... 74 Hình 3.21 So sánh đường tròn Mohr của thí nghiệm 3 trục theo lộ trình ứng suất dỡ tải (RTE, RTE) và gia tải (CTC)........................................ 74 Hình 3.22 So sánh đường tròn Mohr của thí nghiệm 3 trục theo lộ trình ứng suất dỡ tải (RTE, RTE) và gia tải (CTC)........................................ 75 Hình 3.23 So sánh đường tròn Mohr của thí nghiệm 3 trục theo lộ trình ứng suất dỡ tải (RTE, RTE) và gia tải (CTC)........................................ 75 Hình 4.1 Quan hệ (1-q) từ thí nghiệm ba trục CD có dỡ tải và gia tải lại .... 81 Hình 4.2 Quan hệ (1 - q) và (1 - v) của mẫu 1,2,3 ...................................... 82 Hình 4.3 Quan hệ (1 - q) và (1 - v ) của mẫu 4,5,6 ...................................... 82 Hình 4.4 Quan hệ (1 - q) và (1 - v) của mẫu 7,8,9 ...................................... 82