Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng một số thông số trong thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (crs) vào phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:150

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cơ bản của luận án này là Thiết lập được một số tương quan cho đất sét yếu ở Việt Nam. Lập chương trình bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) cho nền nhiều lớp để phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm (PVD).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng một số thông số trong thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (crs) vào phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM -------------------- NGUYỄN CÔNG OANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ THÔNG SỐ TRONG THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số : 9.58.02.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM -------------------- NGUYỄN CÔNG OANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ THÔNG SỐ TRONG THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số : 9.58.02.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 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 GS. TS. TRẦN THỊ THANH: ………………………….. Chủ tịch hội đồng cấp viện GS. TS. NGUYỄN QUỐC DŨNG: ………………………….. Người phản biện 1. PGS. TS. NGUYỄN HỒNG NAM: …………………… 2. PGS. TS. TRẦN TUẤN ANH : …………………… 3. PGS. TS. HUỲNH NGỌC SANG : …………………… TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2019
-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. Một số phần của nghiên cứu này đã được công bố ở các hội nghị quốc tế chuyên ngành, tuyển tập hội nghị quôc tế chuyên ngành có chỉ số ISBN và tạp chí chuyên ngành địa kỹ thuật có chỉ số ISSN. Tác giả luận án NGUYỄN CÔNG OANH
-ii- LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn GS. TS. Trần Thị Thanh đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả gửi lời cảm ơn đến GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ, PGS. TS. Võ Phán, TS. Nguyễn Ngọc Phúc đã đóng góp những ý kiến quí báu trong quá trình phát triển nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn quí lãnh đạo, các thầy cô, Ban đào tạo viện khoa học thủy lợi Miền Nam và viện khoa học thủy lợi Việt Nam đã giúp đỡ trong quá trình tác giả học tập và thực hiện nghiên cứu tại đây. Sự biết ơn sâu sắc đối với Ban quản lý dự án 85 (PM85), Ban quản lý dự án Hàng Hải 2 (MPMU2), công ty TOA Corporation đã cho phép và giúp đỡ trong quá trình làm việc và thu thập dữ liệu nghiên cứu và đồng nghiệp, TS. Suzuki Koji, đã luôn khích lệ trong quá trình tác giả thực hiện nghiên cứu này. Tác giả tri ân sự ủng hộ của gia đình đã hỗ trợ trong suốt thời gian nhiều năm học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án này.
-iii- TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án nghiên cứu trên các kết quả thí nghiệm CRS trên mẫu đất nguyên dạng ở một số vùng đất sét yếu ở Việt Nam để xác định thông số đầu vào cho bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng trong việc xử lý nền đất yếu. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng trong thí nghiệm CRS cũng được nghiên cứu để sử dụng tốc độ biến dạng hợp lý khi so sánh kết quả tính toán bằng phần mềm CONSOPRO do tác giả thiết lập trên phương trình cải tiến với kết quả quan trắc hiện trường. Nghiên cứu được thực hiện trên các công trình cụ thể ở đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng. Các công trình này hầu hết đều có thí nghiệm CRS trên mẫu nguyên dạng, cũng như thí nghiệm IL tương ứng để có thể so sánh. Ngoài ra các thí nghiệm hiện trường như xuyên tĩnh, cắt cánh cũng được thực hiện ở các công trình này để bổ sung cho việc xác định các thông số đầu vào cho bài toán sai phân hữu hạn. Tác giả cũng đề xuất một số mối tương quan đối với đất sét yếu ở các vùng nghiên cứu như: Tương quan giữa chỉ số nén với độ ẩm tự nhiên, chỉ số dẻo và giới hạn chảy của đất yếu; Tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước so với hệ số cố kết trước OCR; Tương quan giữa áp lực tiền cố kết từ thí nghiệm CRS và thí nghiệm IL; Tương quan giữa áp lực tiền cố kết với tốc độ biến dạng trong thí nghiệm CRS; Tương quan giữa áp lực tiến cố kết so với sức kháng xuyên hiệu dụng…. Nghiên cứu này đã cải tiến lời giải có sẵn và lập trình tính toán theo phương pháp sai phân hữu hạn với phần mềm CONSOPRO đã được đăng ký bản quyền. Phần mềm được sử dụng để phân tích cố kết cho bài toán xử lý nền đất yếu có hoặc không có gia tải bằng bơm hút chân không ở các vùng nghiên cứu ở Việt Nam cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài bấc thấm lên mức độ cố kết của nền đất yếu theo thời gian. Và cuối cùng là nghiên cứu cũng thể hiện rõ ràng tính ứng dụng của thí nghiệm tốc độ biến dạng không đổi CRS vào thực tế xây dựng để có thể rút ngắn thời gian thí nghiệm và đảm bảo chất lượng thông số đầu vào cho bài toán.
-iv- CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Nêu cách đặt vấn đề, tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, giới hạn phạm vi nghiên cứu, các đóng góp mới của nghiên cứu và ý nghĩa khoa học và thực tiễn. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT Tổng hợp tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi. Đồng thời nêu sơ bộ các công trình có sử dụng thí nghiệm CRS trong luận án và đồng thời thể hiện biểu đồ Atteberg tương ứng với đất yếu ở các vùng này. Đề xuất mối tương quan của chỉ số nén theo độ ẩm tự nhiên, giới hạn chảy và giới hạn dẻo của các vùng đất đang nghiên cứu. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU Mô tả một số thông số của đất yếu được xác định theo các thí nghiệm khác nhau như áp lực tiền cố kết, các chỉ số nén, sức kháng cắt không thoát nước tương ứng với các thí nghiệm xuyên tĩnh, cắt cánh và thí nghiệm nén nở hông trong phòng. NCS cũng đề xuất một số tương quan giữa sức kháng cắt với OCR; mối tương quan giữa áp suất tiền cố kết theo CRS và theo IL; ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên áp suất tiền cố kết trong thí nghiệm CRS đối với các khu vực đang nghiên cứu; mối tương quan giữa hệ số cố kết ngang từ thí nghiệm CPTU với hệ số cố kết đứng từ thí nghiệm CRS. CHƯƠNG 3: CÁC LỜI GIẢI CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT BẰNG LÕI THẤM ĐỨNG Mô tả một số lời giải trước đó liên quan đến bài toán cố kết thấm bằng lõi thấm đứng. Ngoài ra tác giả cũng đề xuất mô hình dựa trên nghiên cứu trước đó của Suzuki nằm 2004 và lập trình phần mềm CONSOPRO. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CRS Ở VIỆT NAM
-v- Thực hiện các bài tính toán tương ứng với các công trình bằng phần mềm CONSOPRO sau đó so sánh kết quả tính toán với kết quả quan trắc đối với độ lún theo bàn đo lún mặt, thiết bị đo lún sâu, thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng. Và cũng xét đến sức kháng cắt không thoát nước trước và sau khi xử lý có so sánh với kết quả tính toán sức kháng cắt từ phần mềm CONSOPRO. Ngoải ra cũng phân tích ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm lên quá trình cố kết thấm đối với các khu vực nghiên cứu. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nêu các kết luận và kiến nghị chính dựa trên kết quả nghiên cứu.
-vi- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN ÁN iii CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xiii MỞ ĐẦU 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2 3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4 4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4 5. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4 6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 5 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT 6 1.1 PHÂN BỐ ĐẤT YẾU TRONG KHU VỰC VÀ VIỆT NAM 6 1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM CRS 8 1.2.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC 8 1.2.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 10 1.3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ THÍ NGHIỆM CRS 10 1.4 CÔNG TRÌNH THỰC TẾ CÓ THÍ NGHIỆM CRS TRÊN ĐẤT YẾU 10 1.4.1 THÍ NGHIỆM CRS 10 1.4.2 CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THÍ NGHIỆM CRS 14 1.5 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC LỜI GIẢI CỐ KẾT 21
-vii- 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU 23 2.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐẤT YẾU 23 2.1.1 SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC 23 2.1.2 ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT 25 2.1.3 CÁC CHỈ SỐ NÉN Cc1, Cc2 VÀ Cr CỦA ĐẤT YẾU 28 2.2 THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH HIỆN TRƯỜNG 33 2.2.1 ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT THEO SỨC KHÁNG XUYÊN 33 2.2.2 HỆ SỐ CỐ KẾT NGANG TỪ KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH 35 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 36 CHƯƠNG 3 LỜI GIẢI CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT BẰNG LÕI THẤM ĐỨNG 38 3.1 LỜI GIẢI BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ LÕI THẤM ĐỨNG 38 3.1.1 LÝ THUYẾT CỦA RENDULIC VÀ CARILLO 38 3.1.2 LỜI GIẢI CỦA BIOT, M. A. (1941) 39 3.1.3 LỜI GIẢI CỦA RENDULIC (1936) 46 3.1.4 LÝ THUYẾT CỦA BARRON (1948) 47 3.1.5 LỜI GIẢI GẦN ĐÚNG CỦA YOSHIKUNI VÀ NAKANODE (1974) 48 3.1.6 PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN HÓA LAMDA CỦA HANSBO (1979, 1997) 49 3.1.7 LỜI GIẢI CỦA HANSBO (1981, 2011) KỂ ĐẾN ĐỘ XÁO ĐỘNG & SỨC CẢN LÕI THẤM 50 3.2 MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT CHO BÀI TOÁN NỀN NHIỀU LỚP 51 3.3 PHẦN MỀM CONSOPRO 58 3.4 SO SÁNH LỜI GIẢI HANSBO VỚI KẾT QUẢ TỪ CONSOPRO 64 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 67 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÁC BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CRS Ở VIỆT NAM 69 4.1 CÔNG TRÌNH CẢNG HẢI PHÒNG GIAI ĐOẠN 2 69 4.1.1 GIỚI THIỆU 69 4.1.2 THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU 70 4.1.3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN LÚN CỐ KẾT THEO THỜI GIAN 72 4.2 CÔNG TRÌNH CẢNG CONTAINER QUỐC TẾ CÁI MÉP - ODA 76 4.2.1 GIỚI THIỆU 76 4.2.2 THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU 78 4.2.3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN Ở CÁI MÉP – ODA 81 4.3 CÔNG TRÌNH CẢNG SPCT – HIỆP PHƯỚC 90
-viii- 4.3.1 GIỚI THIỆU 90 4.3.2 THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU 91 4.3.3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN Ở SPCT – HIỆP PHƯỚC 98 4.4 CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY KHÍ - CÀ MAU 111 4.4.1 GIỚI THIỆU 111 4.4.2 THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU 112 4.4.3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN Ở NHÀ MÁY KHÍ – CÀ MAU 115 4.5 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CHIỀU DÀI BẤC THẤM THAY ĐỔI 121 4.5.1 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BÀI TOÁN 122 4.5.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CHIỀU DÀI PVD THAY ĐỔI 123 4.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127 1. KẾT LUẬN 127 2. KIẾN NGHỊ 128 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130
-ix- DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình A- 1 Kết quả thí nghiệm tiêu biểu của đất sét yếu cho một số vùng ở Việt Nam ..................... 1 Hình 1-1 Bản đồ phân vùng đất yếu Holocene của khu vực châu Đông Nam Châu Á theo Cox, 1970 [9] .............................................................................................................................................. 6 Hình 1-2 Bản đồ phân vùng trầm tích Holocene đệ tứ ở Việt Nam theo [54] ................................... 7 Hình 1-3 Phân bố chiều dày trầm tích Holocene đệ tứ ở Việt Nam theo [54] ................................... 7 Hình 1-4 Sơ đồ hộp nén cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS (ASTM D4186-12) .................... 11 Hình 1-5 Bản đồ Việt Nam và vị trí các vùng đất yếu nghiên cứu .................................................. 17 Hình 1-6 Hàm lượng hạt bụi và hạt sét cho đất sét yếu cho một số khu vực ở Việt Nam ............... 18 Hình 1-7 Biểu đồ Atteberg cho đất yếu của một số vùng ở Việt Nam............................................. 19 Hình 1-8 Tương quan hệ giữa chỉ số nén với độ ẩm, giới hạn chảy và chỉ số dẻo .......................... 20 Hình 2-1 Sức kháng cắt không thoát nước của một số vùng ở Việt Nam ........................................ 24 Hình 2-2 Áp lực tiền cố kết của đất yếu của một số vùng ở Việt Nam ............................................ 25 Hình 2-3 Tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước và OCR ............................................. 27 Hình 2-4 Tương quan áp lực tiền cố kết từ thí nghiệm CRS và IL .................................................. 27 Hình 2-5 Biến thiên hệ số rỗng và hệ số cố kết theo cấp áp lực từ thí nghiệm CRS ....................... 29 Hình 2-6 Biến thiên áp lực nén v, áp lực nước lỗ rỗng ub và tỷ số ub/v theo thời gian ................. 30 Hình 2-7 Biến thiên chỉ số nén theo cấp áp lực ............................................................................... 31 Hình 2-8 Ảnh hưởng tốc độ biến dạng lên áp lực tiền cố kết .......................................................... 32 Hình 2-9 Kết quả xuyên tĩnh tại một số công trình ở Việt Nam ...................................................... 33 Hình 2-10 Tương quan hệ giữa sức kháng xuyên NET và áp lực tiền cố kết .................................. 34 Hình 2-11 Tương quan giữa hệ số cố kết CRS cv(CRS) và theo CPTU ch(CPTU) .................................. 35 Hình 3-1 Mô hình do tác giả đề xuất cho bài toán cố kết có lõi thấm đứng .................................... 52 Hình 3-2 Sơ đồ khối của phần mềm CONSOPRO .......................................................................... 54 Hình 3-3 Sơ đồ khối cho chương trình con STRAIN01 .................................................................. 55 Hình 3-4 Sơ đồ khối cho chương trình con STRAIN01A và STRAIN01B ..................................... 55 Hình 3-5 Sơ đồ khối cho chương trình con STRAIN02 .................................................................. 56 Hình 3-6 Sơ đồ khối cho chương trình con UNGSUATTRUNGBINH và HESORONG ............... 57
-x- Hình 3-7 Kết quả so sánh giữa lời giải của Hansbo, 1981 [18] và phần mềm CONSOPRO [32] ... 65 Hình 4-1 Mặt bằng vị trí khảo sát địa kỹ thuật và bố trí bàn quan trắc lún ...................................... 69 Hình 4-2 Kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS ở 0.02%/phút ..................... 70 Hình 4-3 Chỉ tiêu vật lý và nén lún của đất yếu ở cảng Hải Phòng giai đoạn 2............................... 71 Hình 4-4 Mặt cắt gia tải và bố trí thiết bị quan trắc ở cảng Hải Phòng giai đoạn 2 ......................... 73 Hình 4-5 Số liệu quan trắc lún ở các bàn đo lún .............................................................................. 73 Hình 4-6 Kết quả quan trắc và phân tích bằng CONSOPRO với bàn đo lún mặt ở cảng Hải Phòng .......................................................................................................................................................... 75 Hình 4-7 Mặt bằng bố trí hố khoan khảo sát, xuyên tĩnh, và thiết bị quan trắc ở cảng Cái Mép ..... 77 Hình 4-8 Chi tiết kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi ở cảng Cái Mep - ODA .. 79 Hình 4-9 Thông số vật lý và cố kết của nền đất yếu ở cảng Cái Mép – ODA ................................. 80 Hình 4-10 Mặt cắt điển hình gia tải, phân lớp đất yếu và thiết bị quan trắc ở cảng Cái Mép – ODA .......................................................................................................................................................... 81 Hình 4-11 Dữ liệu quan trắc gia tải và lún của các phân khu ở cảng Cái Mép – ODA ................... 83 Hình 4-12 Kết quả quan trắc và phân tích bằng CONSOPRO với bàn đo lún mặt ở cảng Cái Mép 84 Hình 4-13 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở cảng Cái Mép 85 Hình 4-14 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Piezometer ở cảng Cái Mép ..... 87 Hình 4-15 Dữ liệu quan trắc và tính toán bàn đo áp lực EPC ở cảng Cái Mép ............................... 88 Hình 4-16 Gia tăng sức kháng cắt sau khi xử lý nền ở cảng Cái Mép ............................................. 89 Hình 4-17 Mặt bằng phân khu, vị trí điểm khảo sát, thí nghiệm và thiết bị quan trắc ở cảng SPCT91 Hình 4-18 Chi tiết kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi ở cảng SPCT, Hiệp Phước .......................................................................................................................................................... 92 Hình 4-19 Thông số vật lý và cố kết của nền đất yếu ở cảng SPCT-Hiệp Phước............................ 93 Hình 4-20 Sức kháng xuyên hiệu dụng ở các phân khu Phase 1-1, Phase 1-4, Phase 1-5 và Phase 2- 2........................................................................................................................................................ 95 Hình 4-21 Dữ liệu quan trắc gia tải và lún của các phân khu ở cảng SPCT-Hiệp Phước .............. 100 Hình 4-22 Mặt cắt điển hình gia tải, phân lớp đất yếu và thiết bị quan trắc ở cảng SPCT Hiệp Phước ............................................................................................................................................. 100 Hình 4-23 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc bàn đo lún mặt .............................. 101
-xi- Hình 4-24 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 1-1 .... 103 Hình 4-25 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 1-2 .... 104 Hình 4-26 Kết quả theo CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 1-3, 1-4 và 1-5 .. 105 Hình 4-27 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 2-2 .... 106 Hình 4-28 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Piezometer ở Phase 1-1, 1-2... 107 Hình 4-29 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Piezometer ở Phase 1-3,1-4,1-5 và 2-2 .................................................................................................................................................. 108 Hình 4-30 Gia tăng sức kháng cắt ở các khu nghiên cứu ............................................................... 109 Hình 4-31 Mặt bằng bố trí khảo sát và thiết bị quan trắc ở công trình khí Cà Mau ....................... 111 Hình 4-32 Chi tiết kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi ở công trình Khí Cà Mau ........................................................................................................................................................ 113 Hình 4-33 Thông số vật lý và cố kết của nền đất yếu ở công trình khí Cà Mau ............................ 114 Hình 4-34 Dữ liệu quan trắc gia tải và lún của các khu vực đang xét ở công trình khí Cà Mau ... 116 Hình 4-35 Quan trắc áp lực chân không bằng đồng hồ đo ............................................................. 117 Hình 4-36 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc bàn đo lún mặt ở Cà Mau.............. 117 Hình 4-37 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc Extensometer ở Cà Mau................ 119 Hình 4-38 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc Piezometer ở Cà Mau.................... 120 Hình 4-39 Gia tăng sức kháng cắt ở công trình khí Cà Mau sau khi xử lý nền ............................. 120 Hình 4-40 Kết quả phân tích bài toán bấc thấm có chiều dài thay đổi so với chiều dày vùng nén lún ........................................................................................................................................................ 124
-xii- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Qui trình chuẩn bị mẫu và thí nghiệm CRS .................................................................... 12 Bảng 1-2 Tổng hợp các thí nghiệm thực hiện trong công trình nghiên cứu..................................... 15 Bảng 1-3 Qui trình thí nghiệm của từng phương pháp thí nghiệm ở các công trình nghiên cứu ..... 15 Bảng 1-4 So sánh các công thức kinh nghiệm ................................................................................. 20 Bảng 3-1 Định nghĩa giao diện phần mềm CONSOPRO ................................................................ 58 Bảng 3-2 Phần mềm COSOPRO...................................................................................................... 60 Bảng 3-3 Khác biệt giữa độ lún tính toán từ thông số theo CRS và IL ........................................... 67 Bảng 4-1 Bảng thông số đầu vào cho bài toán cố kết ở cảng Hải Phòng giai đoạn 2 ...................... 74 Bảng 4-2 Lịch sử quá trình gia tải và thi công bấc thấm PVD tại cảng Hải Phòng giai đoạn 2 ...... 74 Bảng 4-3 Thông số đất yếu ở cảng Cái Mép – ODA cho bài toán ................................................... 80 Bảng 4-4 Lịch sử thi công đắp nền và gia tải tiêu biểu ở cảng Cái Mép - ODA ............................. 82 Bảng 4-5 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-1; 1-2; 1-3 và 2-2 cảng SPCT Hiệp Phước ............. 96 Bảng 4-6 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-4 cảng SPCT Hiệp Phước ....................................... 96 Bảng 4-7 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-5 (1) cảng SPCT Hiệp Phước ................................. 97 Bảng 4-8 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-5 (2) cảng SPCT Hiệp Phước ................................. 97 Bảng 4-9 Lịch sử thi công và gia tải ở khu vực cảng SPCT-Hiệp Phước ........................................ 99 Bảng 4-10 Cao độ lắp đặt các vòng từ đo lún sâu và đầu đo áp lực nước lỗ rỗng ......................... 112 Bảng 4-11 Thông số đầu vào sử dụng trong bài toán phân tích cố kết ở công trình khí Cà Mau .. 114 Bảng 4-12 Tổng hợp thông số đầu vào cho bài toán bấc thấm có chiều dài thay đổi .................... 122
-xiii- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CRS Constant rate of strain Thí nghiệm cố kết theo sơ đồ tốc consolidation test độ biến dạng không đổi CPTU Cone Penetration test with pore Xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ water pressure measurement rỗng DST1 Direct Shear Box Test 1 Thí nghiệm cố kết, cắt đơn không thoát nước ở trạng thái hiện trường Direct Shear Box Test 2 Thí nghiệm cố kết, cắt đơn không DST2 thoát nước ở trạng thái cô kết thường EPC Earth Pressure Cell Thiết bị đo áp lực đất FDM Finite Difference Dethod Phương pháp sai phân hữu hạn FVT (VST) Field vane shear test Cắt cánh hiện trường IL Inremental loading Thí nghiệm cố kết theo sơ đồ gia tải từng cấp PVD Prefabricated vertical drain Bấc thấm PHD Prefabricated Horizontal drain Bấc thấm ngang PI Plasticity Index Chỉ số dẻo của đất UCT Unconfined Compression Test Thí nghiệm nén đơn nở hông tự do ch (cm2/ngày đêm) Coefficient of horizontal Hệ số cố kết theo phương ngang consolidation ch(OC) (cm2/ngày đêm) Coefficient of horizontal Hệ số cố kết theo phương ngang consolidation at over- trạng thái cố kết trước ch(NC) (cm2/ngày đêm) Coefficient of horizontal Hệ số cố kết theo phương ngang consolidation at normally- trạng thái cố kết thường cv (cm2/ngày đêm) Coefficient of vertical Hệ số cố kết theo phương đứng consolidation cv(ave.) (cm2/ngày đêm) Average coefficient of vertical Hệ số cố kết trung bình theo consolidation phương đứng cv(CRS) (cm2/ngày đêm) Coefficient of vertical Hệ số cố kết theo phương đứng từ consolidation from CRS test thí nghiệm CRS cv(IL) (cm2/ngày đêm) Coefficient of vertical Hệ số cố kết theo phương đứng từ consolidation from IL test thí nghiệm IL Coefficient of vertical Hệ số cố kết theo phương đứng cv(OC) (cm2/ngày đêm) consolidation at over- trạng thái cố kết trước consolidated state Coefficient of vertical Hệ số cố kết theo phương đứng cv(NC) (cm2/ngày đêm) consolidation at over- trạng thái cố kết thường consolidated state D (cm) Distance of PVD Khoảng cách giữa các bấc thấm De (cm) Equivalent diameter of unit cell Đường kính tương đương của trụ đất xung quanh bấc thấm
-xiv- dw (cm) Diameter of PVD Đường kính lõi thấm đứng ds (cm) Diameter of smear zone Đường kính vùng xáo động N Ratio De/dw Tỷ số giữa De/dw e0 Void ratio Hệ số rỗng trạng thái tự nhiên k (m/ngày đêm) Permeability Hệ số thấm của đất kh (m/ngày đêm) Horizontal permeability Hệ số thấm theo phương ngang k’h (m/ngày đêm) Horizontal permeability within Hệ số thấm theo phương ngang smear zone trong vùng xáo động kv (m/ngày đêm) Vertical permeability Hệ số thấm theo phương đứng qc (MPa) Cone point resistance Sức kháng mũi xuyên qT (MPa) Corrected cone point resistance Sức kháng mũi được hiệu chuẩn qNET (MPa) Net cone point resistance Sức kháng mũi hiệu dụng EXT (EX) Extensometer Thiết bị đo lún sâu PIEZ (PZ) Piezometer Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng SP (SS, P) Settlement Plate Bàn đo lún suf (kPa) Field undrained shear strength Sức kháng cắt trong điều kiện hiện trường sun (kPa) Undrained shear strength at Sức kháng cắt trong điều kiện cố normally consolidated state kết thường t (ngày đêm) Elaps time Thời gian U (%) Degree of consolidation Độ cố kết trung bình u2 (kPa) Pore pressure at cone shoulder Áp lực nước lỗ rỗng khi xuyên tĩnh wn (%) Natural water content Độ ẩm tự nhiên của đất wL(hoặc LL) (%) Liquid Limit Độ ẩm giới hạn chảy của đất wP (%) Plastic Limit Độ ẩm giới hạn dẻo của đất ’c (p’c, ’y,’vc) (kPa) Pre-consolidation pressure Áp lực tiền cố kết v0 (kPa) Total over-burdened stress Ứng suất tổng hiện trường ’v0 (kPa) Effective over-burdened stress Ứng suất hữu hiệu hiện trường
-1- MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp thí nghiệm cố kết theo sơ đồ tốc độ biến dạng không đổi (CRS), có một số ưu điểm nhất định so với phương pháp gia tải từng cấp IL (truyền thống). Các ưu điểm có thể kế đến là: thí nghiệm nhanh hơn (từ 1-2 ngày cho một thí nghiệm bao gồm cả công tác chuẩn bị) so với phương pháp truyền thống (mỗi cấp tải là 24h) và vì thế thời gian để thử nghiệm một mẫu đất sét yếu có thể lên đến hơn 7 ngày đối với phương pháp gia tải từng cấp truyền thống; dữ liệu được thu thập từ kết quả thí nghiệm CRS một cách liên tục do đó đường quan hệ e-logp’ sẽ là đường liên tục so với sơ đồ thí nghiệm truyền thống có các điểm rời rạc theo cấp gia tải. 2.4 GL. +3.50 GL. +4.49 GL. +2.85 GL. +2.80 2.0 HÖ sè rçng, e 1.6 1.2 0.8 C¸i MÐp HiÖp Phíc H¶i Phßng Cµ Mau 0.4 104 103 c v (cm2/d) 102 101 101 102 103 101 102 103 101 102 103 101 102 103 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa) CRS IL Hình A- 1 Kết quả thí nghiệm tiêu biểu của đất sét yếu cho một số vùng ở Việt Nam Dễ dàng nhận thấy rằng với các điểm rời rạc như trên Hình A- 1 từ thí nghiệm nén cố kết bằng hộp nén một chiều Oedometer với sơ đồ gia tải từng cấp IL (truyền thống), rất khó xác định được chính xác áp lực tiền cố kết, đây là một thông số rất quan trọng được sử dụng trong bài toán xác định độ lún của nền đất yếu. Tuy vậy, với độ dốc của đường cong e-logp’ ở giai đoạn cố kết trước (OC) và giai đoạn cố kết thường (NC) tương ứng với hai loại thí nghiệm này có giá trị gần xấp xỉ nhau nên có thể xem như không thay đổi theo phương pháp thí nghiệm. Hơn nữa với các giá trị
-2- hệ số cố kết cv cũng tương ứng xấp xỉ nhau và cũng không phụ thuộc phương pháp thí nghiệm giữa tốc độ nhanh theo sơ đồ CRS và tốc độ chậm theo sơ đồ IL. Mặt khác việc so sánh áp lực tiền cố kết theo kết quả thí nghiệm CRS lớn hơn từ kết quả thí nghiệm IL do đó nhiều tác giả nghiên cứu không công nhận tính khả thi của thí nghiệm CRS vào bài toán cố kết thực tế. Điều này dẫn đến việc có khá ít nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm CRS vào tính toán thiết kế thực hành trong xử lý nền đất yếu, đặc biệt là việc xử lý đất yếu có dùng bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải trước (Surcharge) kết hợp bơm hút chân không (Vacuum). Mặc dù ưu điểm của thí nghiệm CRS khá rõ ràng như trình bày ở Hình A- 1 trên kết quả thí nghiệm CRS so sánh với kết quả thí nghiệm IL do tác giả tổng hợp từ chính nghiên cứu này cho các mẫu nguyên dạng ở cùng độ sâu lấy mẫu tiêu biểu cho đất sét yếu Việt Nam, nhưng đến nay vẫn chưa có nghiên cứu ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS vào các công trình ở Việt Nam. Vì vậy tác giả nghiên cứu khả năng ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS trên mẫu nguyên dạng để xác định thông số đầu vào cho bài toán phân tích cố kết thông qua số liệu quan trắc hiện trường tại các công trình xử lý nền đất yếu ở Việt Nam và các vấn đề chưa được xét đến trong tiêu chuẩn Việt Nam kết hợp đề xuất mô hình cải tiến cho bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng. 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong giai đoạn phát triển hiện nay, rất nhiều dự án xử lý nền đất yếu ở Việt Nam có sử dụng lõi thấm đứng như giếng cát (Sand Drain) hoặc bấc thấm (Prefabricated Vertical Drain) kết hợp gia tải trước (Surcharge) và có hoặc không có kết hợp với hút chân không (Vacuum), hơn nữa đất yếu của Việt Nam (độ ẩm tự nhiên xấp xỉ giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, và sức chống cắt bé) thuộc trầm tích đệ tứ (Holocene và Pleitocene) phân bố dọc theo các đồng bằng ven biển của Việt Nam và trải dài từ đồng bằng Bắc Bộ đến đồng bằng sông Cửu Long. Với điều kiện địa chất như thế thì nền đất thường đòi hỏi cần được xử lý để chịu tải công trình.
-3- o Tuy nhiên rất nhiều dự án ở nước ta hiện nay sau khi xử lý vẫn thể hiện độ lún dư kéo dài làm cho việc vận hành bình thường công trình rất khó khăn và tốn kém. o Độ lún theo thời gian của nền được tính toán theo các tiêu chuẩn hiện hành là qui đổi tương đương về một lớp có hệ số cố kết trung bình, dẫn đến sự kém chính xác của bài toán. o Các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam cũng không nêu các cách xác định độ lún cuối cùng ngoài phương pháp được Asaoka, 1978 đề xuất [1], phương pháp hồi qui từ kết quả quan trắc theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như TCVN 9842-2013 [50], TCVN 9355-2012 [49] và 22 TCN262-2000 [48]. Mặc dù các công trình cũng đã dùng đến các phương pháp này tuy nhiên vẫn chỉ có thể xác định được độ lún cuối cùng không đủ độ chính xác cần thiết. Các lời giải nêu trong tiêu chuẩn hiện hành dưới dạng nền qui về một lớp tương đương với các đặc trưng cố kết tương đương. o Tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam TCVN 4200-2012 [51] chỉ có qui định về phương pháp thí nghiệm cố kết gia tải từng cấp để xác định các đặc trưng nén lún của đất trong phòng thí nghiệm. o Chưa có tiêu chuẩn được ban hành về việc áp dụng sơ đồ thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS) trong các qui trình chính thức đã được cập nhật của Việt Nam. Cho đến hiện nay có một số nghiên cứu của Umehara, 1983 [55], Suzuki, 2004 [46], Suzuki, 2008 [45], Đào Thị Vân Trâm, 2013 [11] và Suzuki & Nguyễn Công Oanh, 2013 [44] về việc áp dụng trực tiếp kết quả thí nghiệm CRS vào thực tế xây dựng, tuy nhiên nghiên cứu này chỉ giới hạn ở một số công trình thực tế được tính toán nằm ở Nhật Bản và áp dụng vào hố đào sâu ở khu vực Thị Vải, Việt Nam.