Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính cơ học của đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng

Chia sẻ: Elysale Elysale | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của luận án là khuyến nghị về áp dụng phương pháp xác định ĐCK phù hợp cho các giai đoạn cố kết và đề nghị bố trí quan trắc hợp lý để nâng cao hiệu quả quan trắc. Lựa chọn các hàm dự báo các chỉ tiêu cơ học của đất (chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs) áp dụng phù hợp cho địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm xác định trực tiếp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính cơ học của đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN HỒNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số chuyên ngành: 62-58-60-01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Thái Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Tiếp Tân Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại Trường Đại học Thủy lợi - số 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội vào lúc giờ ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở nước ta, nền đất yếu phân bố rộng ở đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, các vùng ven sông, ven biển. Đặc điểm của loại đất này là bão hòa nước, hệ số rỗng lớn, khả năng chịu tải nhỏ, biến dạng lớn và kéo dài theo thời gian. Trong tương lai nhu cầu phải giải quyết đa dạng các bài toán xử lý nền đất yếu luôn tăng lên do quỹ đất dành cho xây dựng ngày càng hạn hẹp.Với nền đất yếu của các vùng có chiều dày lớn, diện xử lý rộng, yêu cầu rút ngắn thời gian cố kết lún, phương pháp xử lý nền bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng được xem là một phương pháp xử lý hiệu quả. Về lý thuyết, dùng bấc thấm là nhằm tăng nhanh độ cố kết (ĐCK) của đất dưới tác dụng của tải trọng đắp, do đó tăng nhanh được cường độ chống cắt của nền khiến cho tốc độ đắp có thể tăng nhanh. Nhưng thực tế các sự cố công trình cho thấy mặc dù được xử lý bằng bấc thấm, nếu không khống chế tốc độ đắp hoặc không dự báo đúng tốc độ tăng cường độ chống cắt của đất yếu thì sự mất cân bằng giữa tải trọng đắp với cường độ chống cắt trong đất yếu vẫn sẽ xảy ra. Trong trường hợp đó có sử dụng bấc thấm (và cả lưới địa kỹ thuật trên nền đắp) thì cũng không có tác dụng và việc lạm dụng các biện pháp đó trở nên lãng phí vô ích. Qua các báo cáo sự cố công trình, nhận thấy các vấn đề tồn tại cần phải nghiên cứu để hoàn chỉnh phương pháp luận cho các bài toán thực tế về cố kết như sau: Thứ nhất, ĐCK của nền đất yếu cần phải có đánh giá chính xác để tránh các sự cố do gia tải trước không thích đáng, hay đắp tăng tải nhanh vượt quá tốc độ cố kết cần thiết, và đặc biệt phải có giải pháp bố trí thiết bị quan trắc sao cho vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật trong điều kiện hạn chế về số lượng thiết bị quan trắc. Thứ hai, trong quá trình thi công đắp đất cần đánh giá được đầy đủ các đặc trưng cơ học của đất. Biết được chính xác sự gia tăng các đặc trưng về cường độ, sức kháng cắt không thoát nước,…tại mọi thời điểm cố kết là yếu tố quan trọng để đưa ra những ứng xử phù hợp với thực tế về gia tải trước. Thứ ba, về phương pháp tính toán cố kết. Phương pháp số được sử dụng phổ biến, tuy nhiên mức độ chính xác của các phần mềm phụ thuộc nhiều vào người dùng, phải lựa chọn phù hợp các mô hình đất và xác định đúng đắn các đặc trưng tính toán của đất dùng cho mô hình. 2. Mục đích nghiên cứu - Khuyến nghị về áp dụng phương pháp xác định ĐCK phù hợp cho các giai đoạn cố kết và đề nghị bố trí quan trắc hợp lý để nâng cao hiệu quả quan trắc. - Lựa chọn các hàm dự báo các chỉ tiêu cơ học của đất (chỉ số nén C c, chỉ số nở Cs) áp dụng phù hợp cho địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm xác định trực tiếp. - Làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự 1
tính sức chống cắt không thoát nước của đất (Su) được gia tải trước và đề nghị công thức dự tính Su có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ. - Lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu trong tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis) 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Lún cố kết, Độ cố kết, các đặc tính cơ học của đất và các mô hình đất. - Đất sét yếu điển hình vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu mô hình vật lý (MHVL) nền đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng. - Nghiên cứu lựa chọn phương pháp đánh giá ĐCK phù hợp cho các giai đoạn cố kết; Đề nghị điểm bố trí quan trắc có thể phản ánh được độ cố kết trung bình của nền và nâng cao hiệu quả quan trắc. - Nghiên cứu các đặc trưng cơ học của đất, định lượng sự thay đổi các đặc trưng này theo quá trình cố kết của đất; Phân tích, lựa chọn các hàm dự báo chỉ số nén Cc (và tỉ số Cc/Cs) phù hợp cho địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm. - Nghiên cứu các hàm dự tính sức chống cắt không thoát nước của nền đất được gia tải trước, làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262- 2000 và đề nghị công thức có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ. - Nghiên cứu các mô hình đất được dùng phổ biến trong phân tích địa kỹ thuật; Mô phỏng cố kết MHVL bằng phương pháp PTHH với nhiều mô hình đất khác nhau, từ đó phân tích, đánh giá kết quả thu được và đề nghị lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu kế thừa: Kế thừa các tài liệu, các công trình nghiên cứu liên quan mật thiết với luận án, từ đó phát triển những nghiên cứu mới. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu MHVL nền đất yếu gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng; Nghiên cứu các thí nghiệm trong phòng. - Phương pháp giải tích: Tính toán các kết quả theo các phương trình giải tích - Phương pháp mô hình số: mô phỏng cố kết của MHVL và các công trình thực tế, so sánh kết quả với số liệu quan trắc và từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá. - Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu thí nghiệm, xử lý thống kê để xác lập các đường quan hệ giữa các yếu tố nghiên cứu. - Phương pháp chuyên gia: Tổ chức hội thảo khoa học nhằm tổng hợp các ý kiến đóng góp của các chuyên gia, các nhà khoa học về lĩnh vực nghiên cứu. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học - Tổng hợp được bộ dữ liệu tương đối đầy đủ phản ánh các đặc trưng cơ học 2
của đất sét yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, qua đó đã lựa chọn được các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs có độ tin cậy cao. - Đã làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự tính sức chống cắt không thoát nước của nền đất được gia tải trước và phát triển công thức có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ. - Kết hợp phương pháp số, phương pháp thực nghiệm, luận án đã lựa chọn được mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu. 6.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu tham khảo thiết thực cho các công trình sư trong thi công xử lý nền đất yếu bằng biện pháp gia tải trước. Có cơ sở để tính toán, đánh giá chính xác về ĐCK và cường độ chống cắt không thoát nước của nền; Đề nghị điểm bố trí quan trắc có thể phản ánh được ĐCK trung bình của nền, tăng cao độ tin cậy của số liệu quan trắc và từ đó có thể đưa ra các biện pháp ứng xử thích đáng. - Nâng cao độ chính xác trong tính toán thiết kế khi lựa chọn được các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs làm thông số đầu vào cho mô hình Cam - Clay cải tiến để mô phỏng bài toán cố kết nền đất yếu ở Việt Nam. 7. Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm 4 chương: Chương 1. Tổng quan về giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu Chương 2. Nghiên cứu thí nghiệm mô hình nền sét yếu được gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng. Chương 3. Nghiên cứu các đặc tính cơ học của đất sét yếu Chương 4. Phân tích lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết thoát nước nền sét yếu. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Đặc điểm chung về đất yếu của Việt Nam 1.1.1 Khái niệm về đất yếu 1.1.2 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Bắc Bộ 1.1.3 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Nam Bộ 1.1.4 Những vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu Các vấn đề thường gặp khi xây dựng công trình trên nền đất yếu như: Các sự cố do gia tải trước không thích đáng, đắp tăng tải nhanh vượt quá tốc độ cố kết cần thiết; Công tác quan trắc trong quá trình thi công, đánh giá chưa chính xác độ cố kết của nền và mức độ gia tăng cường độ chống cắt không thoát nước; Tính toán lý thuyết thiếu chính xác do các chỉ tiêu tính toán khác nhiều với thực tế, vấn đề lựa chọn mô hình số, thông số mô hình chưa phù hợp và nhiều khả năng khác,… 3
Để nghiên cứu và làm rõ rất nhiều các vấn đề trong các bài toán địa kỹ thuật là một khối lượng vô cùng lớn. Các nghiên cứu sau phải có tính kế thừa thành tựu, kết quả của các nghiên cứu trước, đồng thời luôn luôn xem xét phản biện cái có trước để có thể phát triển nền khoa học. 1.2 Xử lý nền đất yếu bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng 1.2.1 Các loại phương tiện thoát nước thẳng đứng Để rút ngắn thời gian cố kết của nền đất sét yếu thường dùng các đường thoát nước thẳng đứng kết hợp với biện pháp nén trước. Thoát nước thẳng đứng thường bằng bấc thấm và giếng cát. Bấc thấm hay giếng cát đều có những ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên nếu xét về khía cạnh vật liệu, khả năng sản xuất hàng loạt và tốc độ thi công nhanh thì bấc thấm có ưu thế vượt trội và sẽ được khuyến khích áp dụng nhiều hơn trong tương lai. Vì vậy, thiết bị thoát nước thẳng đứng nghiên cứu ở đây là bấc thấm. 1.2.2 Bấc thấm và các thông số tính toán của bấc thấm 1.3 Lý thuyết cố kết không gian đối xứng trục Sự cố kết của đất nền là quá trình thoát nước lỗ rỗng. Do đó, ĐCK của đất nền phụ thuộc vào tải trọng, tính thấm, chiều dài đường thoát nước. Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng sẽ cố kết theo sơ đồ đối xứng trục. 1.3.1 Lý thuyết cố kết theo Carrilo (1942) 1.3.2 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng (Barron, 1948) 1.3.3 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981) 1.4 Phương pháp gia tải trước xử lý nền đất yếu 1.4.1 Đặc điểm nén lún của đất yếu Độ lún của nền gồm ba phần: lún tức thời, lún cố kết thấm và lún từ biến. Với đất sét, ba độ lún trên là rõ ràng và có thể tách biệt được. Độ lún tức thời nhỏ, tuy nhiên trong một số trường hợp chúng có thể chiếm 10% tổng độ lún. Độ lún cố kết là phần chủ yếu, thường chiếm trên 90% tổng độ lún, trong một số ít trường hợp nó chỉ chiếm khoảng 50% tổng độ lún. Độ lún từ biến không nhỏ, nhất là đối với sét yếu/rất yếu. Luận án giới hạn nghiên cứu lún cố kết thấm. 1.4.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng phương pháp gia tải trước Nén trước bằng tải trọng tĩnh là một trong những phương pháp xử lý có hiệu quả đối với nền đất yếu. Tuy nhiên, trường hợp đất có hàm lượng sét lớn, độ dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn đáng kể thì hiệu quả áp dụng phương pháp trên có những hạn chế nhất định. 1.4.3 Nguyên lý tổng quát gia tải trước Kỹ thuật gia tải trước có hai dạng: - Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình (Hình 1-7a) - Chất tải trước theo từng cấp tải trọng (Hình 1-7b) Trong trường hợp chất tải trước với gia tải lớn hơn tải trọng công trình thì gia tải sẽ được dỡ đi khi độ lún còn lại của nền dưới tải trọng của công trình bằng 4
không hoặc không đáng kể. Trường hợp chất tải nhiều đợt (Hình 1-7b) thì theo thời gian nền sẽ cố kết và sức chống cắt gia tăng để chịu được cấp tải trọng lớn hơn, với loại nền yếu này nếu chất tải một lần thì nền sẽ bị phá hoại, tải trọng gia tải từng cấp và Hình 1-7. Nguyên tắc chất tải trước thời gian chờ cũng cần được tính toán cẩn trọng. 1.5 Các phương pháp giải bài toán cố kết Phương pháp đồ giải; Phương pháp giải tích; Phương pháp số 1.6 Nghiên cứu và ứng dụng giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu 1.7 Các thành tựu đã đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu - Phát triển hoàn chỉnh lý thuyết tính toán cố kết bấc thấm: Terzaghi (1925); Carrilo (1942); Barron (1948); Hansbo (1981) - Các phương pháp tính: phát triển phương pháp giải tích, phương pháp số - Nghiên cứu về các đặc trưng cố kết (Kh, Kv, Ch, Cv, Cc, Cs, Pc,…), đặc trưng về cường độ Su, các thông số độ bền, xây dựng tương quan giữa các đại lượng,… 1.8 Những vấn đề còn tồn tại 1.8.1 Những tồn tại trong đánh giá hiệu quả xử lý nền (độ cố kết) - Đánh giá ĐCK theo đo lún và ALNLR khác nhau nhiều. - Hạn chế thiết bị, chưa đánh giá đúng ĐCK trung bình của nền; các mặt cắt bố trí thưa nên không phát hiện kịp thời các sự cố có thể xảy ra. 1.8.2 Những tồn tại trong đánh giá các đặc trưng cơ học của đất - Khó khăn về các thông số, các đặc trưng cơ học của đất (Cc, Cs,…) để tính toán trong giai đoạn sơ khai của dự án khi mà các thí nghiệm chưa đầy đủ. - Xác định đặc tính sức kháng cắt không thoát nước của đất (Su) để đánh giá hiệu quả xủa lý nền còn gặp lúng túng khi phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN-262 chưa được làm rõ. 1.8.3 Những tồn tại trong áp dụng mô hình số tính toán Hiện nay phương pháp số đã giải quyết hầu hết các bài toán địa kỹ thuật. Với phương pháp này các thông số đầu vào giữ vai trò quyết định đến tính chuẩn xác của kết quả tính, đòi hỏi người dùng phải lựa chọn mô hình đất và các thông số mô hình phù hợp. Đây là vấn đề chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam và chưa được đề cập đến trong bất cứ tiêu chuẩn hay tài liệu hướng dẫn nào. 1.9 Hướng nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định ĐCK phù hợp cho các giai đoạn cố kết và đề bố trí quan trắc hợp lý để nâng cao hiệu quả quan trắc hiện trường. - Nghiên cứu lựa chọn các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs phù hợp cho địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam. - Làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự tính sức chống cắt không thoát nước của đất (Su) và đề nghị công thức dự tính 5
Su có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ. - Nghiên cứu các mô hình đất được dùng phổ biến trong phân tích địa kỹ thuật. Phân tích, lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu. 1.10 Kết luận Chương 1 Qua phân tích đánh giá các sự cố công trình trên nền đất yếu thấy được các nguyên nhân chủ yếu sau: - Đánh giá sai độ cố kết, các đặc trưng cơ học, đặc trưng cường độ của đất dẫn đến đưa ra các ứng xử không thích đáng khi gia tải, tăng tải hay dỡ tải. - Tính toán lý thuyết về trị số độ lún, thời gian lún ổn định,… khác nhiều so với thực tế xây dựng công trình do trong tính toán đã lựa chọn các thông số tính toán không phù hợp, không sát với địa chất đất nền, việc này dẫn đến đưa ra các quyết định sai trong kế hoạch thi công xây dựng, kế hoạch khai thác và những vấn đề phát sinh phải xử lý trong quá trình sử dụng công trình. Để nghiên cứu các giải pháp nhằm hạn chế các tồn tại này, các nội dung nghiên cứu của luận án đã được đặt ra và sẽ được trình bày trong các chương tới đây. CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NỀN SÉT YẾU ĐƯỢC GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG 2.1 Đặt vấn đề MHVL là một loại công cụ được sử dụng rộng rãi trong khoa học. Ưu điểm của MHVL là có thể tái hiện được quá trình diễn biến, các đặc tính vật lý, trạng thái của đối tượng nghiên cứu, và đặc biệt là có thể bố trí thiết bị quan trắc tại nhiều điểm trong nền để có thể đánh giá được tổng thể chung các vấn đề của nền mà ở thực tế khó có thể làm được. Tuy nhiên, mức độ chính xác nên xem là có thể chấp nhận được, bởi vì môi trường địa chất ngoài thực tế rất đa dạng và phức tạp, vì vậy mô hình không bao giờ chứa đựng được tất cả các đặc điểm của môi trường thực mà chỉ giữ lại các đặc điểm chính. Ở đây MHVL nghiên cứu các vấn đề về cố kết thấm. Các phát hiện từ MHVL cùng với bổ sung nghiên cứu công trình thực tế sẽ làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu đề xuất của luận án. 2.2 Mục đích nghiên cứu mô hình vật lý - Nghiên cứu biến thiên các đặc trưng cố kết của nền đất yếu (ALNLR, lún,..) - Sử dụng số liệu quan trắc lún, ALNLR để đánh giá độ cố kết của nền và tham chiếu kết quả tính toán bằng phương pháp số. - Hình thành trạng thái đất nền cố kết 50% và 90% phục vụ nghiên cứu các đặc tính cơ học, làm cơ sở dữ liệu tham chiếu cho các nghiên cứu lý thuyết 2.3 Các trường hợp thí nghiệm mô hình Trong xử lý nền bằng gia tải trước, nhìn chung khi ĐCK đạt 50% thì cường độ nền đã đạt ở mức nào đó và phát triển cường độ nhanh ở giai đoạn đầu. MHVL1 nghiên cứu các đặc tính cơ học của đất cố kết 50% để thấy rõ vấn đề này. Hiện nay trong các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến xử lý nền đất yếu bằng gia 6
tải trước đều quy định mức cố kết 90% là mức tối thiểu để có thể dỡ tải chuyển sang thi công giai đoạn khác hoặc hạng mục công trình phía trên, vì vậy nghiên cứu MHVL2 đánh giá các đặc trưng cơ học của đất ở trạng thái cố kết 90%. 2.4 Thiết kế mô hình vật lý 2.4.1 Cấu tạo mô hình Hình 2-5.Piezomete đo Hình 2-6. Datalogger đọc ALNLR dữ liệu Hình 2-2. Sơ đồ cấu tạo MHVL 2.4.2 Chuẩn bị nền đất trong mô hình vật lý Đất trong mô hình là đất sét được lấy từ khu vực Yên Nghĩa, phía Tây thành phố Hà Nội. Đất lấy về được chế bị tương đồng với đất sét yếu bão hòa nước. 2.4.3 Vật liệu dùng trong MHVL (bấc thấm, vải địa kỹ thuật, cát vàng thô,...) 2.4.4 Bố trí thiết bị quan trắc trong mô hình vật lý (ALNLR, lún) 2.4.5 Xác định tải trọng gia tải cho MHVL Tải trọng xác định dựa trên nguyên tắc: i) Tải trọng gia tải < tải trọng phá hoại đất nền; ii) Tổng tải trọng gia tải nén trước ≥ 1,2 lần tổng tải trọng khai thác của công trình; và iii) Theo điều kiện cố kết trước của nền, tải trọng gia tải yêu cầu phải đủ lớn để nền có thể phát huy được hiệu quả thoát nước. Quá trình gia tải và quan trắc 2 2 lún, ALNLR đã thực hiện như Gia tải p1 = 15 kN/m Chất đủ tải p= 25 kN/m trong Hình 2-10. Hình 2-10 Gia tải MHVL 2.5 Kết quả quan trắc mô hình vật lý 2.5.1 Kết quả quan trắc lún tại MHVL Bảng 2-5. Độ lún các vị trí quan trắc ở thời điểm dừng quan trắc (t = 165 ngày) S (cm), cách S (cm), cách Độ sâu bấc 15cm bấc 50cm 25 cm 6,56 6,33 50 cm 4,09 3,41 75 cm 1,97 1,62 Hình 2-11. Lún theo thời gian 7
2.5.2 Kết quả quan trắc ALNLR tại MHVL Tại các điểm đo lún cũng đồng thời bố trí quan trắc ALNLR. Kết quả quan trắc ALNLR được thể hiện như Hình 2-12 và Bảng 2-6. Bảng 2-6. ALNLR lớn nhất các vị trí quan trắc (giá trị đọc tại t = 22 ngày) umax (kN/m2), umax (kN/m2), Độ sâu cách bấc cách bấc 15cm 50cm 25 cm 16,34 18,89 50 cm 15,27 18,97 75 cm 13,61 17,87 Hình 2-12. ALNLR theo thời gian MHVL nghiên cứu với chiều sâu đất yếu 1,0 m, khá nhỏ, vì vậy khi tác dụng tải trọng gia tải mọi điểm trong nền đều chịu tác động gần như tức thì. ALNLR tại các điểm gần bấc thấm nhỏ hơn các điểm nằm xa bấc thấm và nhanh chóng suy giảm khi nước được thoát ra tốt theo các đường thấm. ALNLR tiêu tán nhanh và làm tăng nhanh ứng suất hiệu quả gây ra lún nhiều hơn các điểm nằm xa bấc thấm. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu lý thuyết. 2.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nền đất yếu thông qua độ cố kết 2.6.1 Quá trình cố kết của đất dính bão hòa nước Quá trình cố kết thấm của nền đất trong phương pháp gia tải tĩnh, ALNLR dư đầu tiên sẽ được hình thành từ trạng thái ban đầu có cùng độ lớn của siêu tải rồi tiêu tan dần. Hiệu quả suy giảm ALNLR và lún này được đánh giá qua ĐCK. 2.6.2 Phương pháp xác định độ cố kết theo áp lực nước lỗ rỗng ALNLR thặng dư tăng lên do quá trình gia tải và tiêu tán dần về giá trị “0” khi cố kết đạt 100%. ĐCK theo ALNLR: U %  u max  ut .100% (2-4) u max umax: ALNLR lớn nhất; ut: ALNLR tại thời điểm t (tại thời điểm đánh giá) Để tính ĐCK bình quân, cần lập được phân bố ALNLR trên toàn chiều sâu nền. 2.6.3 Xác định độ cố kết theo số liệu quan trắc lún Asaoka (1978) ĐCK được tính bằng tỷ số của độ lún hiện tại và độ lún cuối cùng: U = St/S∞ Vì vậy điểm mẫu chốt của phương pháp này là dự báo độ lún cuối cùng. Phân tích Asaoka sử dụng giá trị đo lún thực tế, thiết lập tương quan Si ~ Si-1: Si = 0 + 1Si-1 Hoành độ điểm giao cắt của đường Si ~ Si-1 với đường phân giác chính là độ lún ổn định của a) Lún theo thời gian b) Lập quan hệ Si ~ Si-1 nền: S   0 (2-8) Hình 2-15. Dự báo lún theo phương pháp Asaoka  1  1 8
2.7 Đánh giá độ cố kết của nền đất mô hình vật lý 2.7.1 Độ cố kết theo phương pháp ALNLR Bảng 2-1. Độ cố kết tính theo phương pháp ALNLR Vị trí quan Độ umax ĐCK giai đoạn đầu ĐCK giai đoạn cuối trắc sâu (kN/m2) ut Thời U ut Thời U (kN/m2) gian (%) (kN/m2) gian (%) (ngày) (ngày) 25 cm 16,34 6,66 41 59,0 1,58 62 90,3 Cách bấc 50 cm 15,27 7,47 38 51,1 1,33 65 91,3 thấm 15cm 75 cm 13,61 6,65 32 51,1 1,24 56 90,9 25 cm 18,89 9,63 77 50,0 1,76 135 90,7 Cách bấc 50 cm 18,97 9,28 80 51,1 1,34 140 93,0 thấm 50cm 75 cm 17,87 8,98 56 50,0 1,59 125 91,1 Trung bình 54 97 2.7.2 Độ cố kết theo phương pháp dự báo lún Nếu tính theo phương pháp ALNLR ĐCK đạt ~50% (90%) thì ở thời điểm đó tính theo phương pháp dự báo lún ĐCK đạt ở mức nào. Kết quả tính như ở Bảng 2-9 Bảng 2-9. Độ cố kết tính theo phương pháp dự báo lún ĐCK giai đoạn đầu ĐCK giai đoạn cuối Vị trí Độ Sôđ Tăng/giảm quan sâu Asaoka t St U t St U Tăng/giảm trắc (cm) (cm) (ngày) (cm) (%) so với pp (ngày) (cm) (%) so với pp ALNLR ALNLR (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) Cách 25 6,67 41 5,07 76,0 31,2% 62 6,03 90,4 0,12% bấc 50 4,16 38 3,22 77,4 34,0% 65 3,80 91,3 0,05% 15cm 75 2,01 32 1,63 81,1 37,0% 56 1,83 91,0 0,16% Cách 25 6,65 77 5,60 84,2 38,1% 135 6,23 93,7 3,19% bấc 50 3,65 80 3,21 87,9 41,9% 140 3,40 93,2 0,16% 50cm 75 1,74 56 1,54 88,5 40,2% 125 1,61 92,5 1,54% Trung bình 37,1% 0,87% Như vậy, tại thời điểm đầu cố kết (U~50%) đánh giá theo phương pháp đo lún cho ĐCK lớn hơn phương pháp ALNLR từ 31,2% ÷ 41,9%; thời điểm cuối (U~90%) tính theo hai phương pháp cho kết quả tương đương, sai khác 0,05%  3,19%. 2.8 Đánh giá ĐCK dựa trên số liệu quan trắc của một số công trình thực tế 2.8.1 Dự án nhà máy nhiệt điện Long Phú 1 Kết quả ĐCK theo phương pháp đo lún là 94,3% lớn hơn ĐCK theo phương pháp ALNLR 85,4% (sai khác 9,44%) 2.8.2 Dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai Kết quả ĐCK theo phương pháp đo lún là 99,56% lớn hơn ĐCK theo phương pháp ALNLR 91,2% (sai khác 8,39%) 2.9 Nguyên nhân dẫn đến sai khác giữa các phương pháp đánh ĐCK 2.9.1 Đối với phương pháp dự báo lún - Các số đo lún có thể chịu ảnh hưởng của cố kết thứ cấp, biến dạng đo được có 9
thể bao gồm cả độ lún tức thời. - Hạn chế thiết bị đo lún. Hộp đo lún thường chỉ được đặt tại các vị trí tâm ở đó độ lún lớn nhất có thể xảy ra. Do vậy, độ lún đo được sẽ lớn hơn độ lún trung bình của cả nền, và kết qủa dự báo ĐCK sẽ thiên lớn. 2.9.2 Đối với phương pháp xác định theo áp lực nước lỗ rỗng - Hạn chế về số lượng thiết bị đo. Quan trắc ALNLR chỉ được bố trí ở những vị trí có nguy cơ mất an toàn. Các Piezometer đo ALNLR chỉ bố trí được tại nơi có ALNLR lớn nhất xảy ra. Do vậy, ĐCK dự tính sẽ thiên nhỏ. 2.10 Đề nghị đánh giá ĐCK tại điểm có ALNLR, độ lún trung bình Trong thực tế, ĐCK của nền được tính là giá trị trung bình ĐCK tại một số điểm phân bố theo chiều sâu tại các vị trí trọng yếu. Tuy nhiên, nếu chọn các điểm quan trắc có giá trị ALNLR hay giá trị lún đột biến thì sẽ không phản ánh được ĐCK chung của nền đất. Vì vậy, bằng phương pháp PTHH có thể phân tích được ALNLR và lún của điểm bất kỳ trong nền, từ đó tìm được điểm có giá trị ALNLR và giá trị lún gần với giá trị trung bình của nền. Bổ sung bố trí quan trắc tại các điểm này sẽ đánh giá chính xác hơn ĐCK chung của nền. Áp dụng tính toán cho MHVL. Kết quả đánh giá ĐCK theo hai phương pháp tại các điểm đề xuất và so với quan trắc cho thấy sai số khá nhỏ (7,05% và 1,29%). Việc lập mạng lưới các điểm để phân tích càng dày thì sẽ tìm ra càng chính xác các điểm có giá trị trung bình về lún và ALNLR. Bảng 2-20. Kết quả tính toán ĐCK tại các điểm đề xuất ĐCK tại điểm A (theo pp lún) ĐCK tại điểm B (theo pp ALNLR) (cách bấc 30cm, độ sâu 50 cm) (cách bấc 30 cm, độ sâu 75 cm) S  (cm) S t=95 ngày (cm) U (%) umax(kN/m2) u t=95 ngày (kN/m2) U (%) 4,87 3,85 79,1% 17,45 2,8 84,0% Sai số so với ĐCK quan trắc: 7,05% Sai số so với ĐCK từ quan trắc: 1,29% 2.11 Kết luận Chương 2 Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nền thông qua ĐCK, từ các kết quả thu được qua nghiên cứu MHVL và các công trình thực tế đưa ra khuyến nghị như sau: - Giai đoạn đầu cố kết (50%), phương pháp đo lún cho kết quả đánh giá ĐCK thiên lớn nhiều nên đề nghị không nên áp dụng. - Giai đoạn sau, khi ĐCK xấp xỉ 90% thì lúc đó biến thiên của cả độ lún và ALNLR đều nhỏ đi, ảnh hưởng do sai số giữa hai phương pháp là nhỏ và khi đó có thể xác định theo bất cứ phương pháp nào. - Với mỗi mặt cắt quan trắc, cần phân tích cố kết bằng phương pháp số để tìm ra điểm có độ lún và ALNLR trung bình, đại diện cho nền đất và bổ sung thiết bị quan trắc và đánh giá ĐCK tại các điểm này, đồng thời bố trí xen kẽ các mặt cắt quan trắc tăng cường với số lượng thiết bị giảm thiểu: một điểm quan trắc lún và một điểm quan trắc ALNLR. Cải tiến này sẽ nâng cao hiệu quả quan trắc và phòng ngừa các sự cố có thể xảy ra. 10
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT SÉT YẾU 3.1 Đặt vấn đề Nghiên cứu xử lý các vấn đề về địa kỹ thuật đòi hỏi sự hiểu biết các đặc tính cơ học, biến dạng cũng như các ứng xử khác của đất. Đất có tính chất khác rõ rệt với các loại vật liệu khác do tính phân tán và tính rỗng của chúng. Do sự thay đổi tải trọng bên ngoài và sự thoát nước, nền đất có sự thay đổi về độ ẩm và thể tích. Độ chặt, cường độ và các đặc trưng biến dạng tất cả đều bị thay đổi. Như đã thấy, phần lớn công trình hư hỏng là do nền móng công trình, lún không đều, lún cục bộ…Nguyên nhân là do trong tính toán thiết kế đã không dự kiến chính xác các trạng thái của đất, thiếu hiểu biết về các đặc trưng của đất. Nghiên cứu thực nghiệm MHVL và các thí nghiệm trong phòng sẽ định lượng sự thay đổi của các đặc tính cơ học theo trạng thái cố kết của nền; nghiên cứu về các hàm dự báo chỉ số nén C c và lựa chọn hàm áp dụng phù hợp cho đất yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ. Ngoài ra, từ vấn đề trong thực tế, hiệu quả xử lý nền thường được đánh giá bằng sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước Su, trong khi việc xác định Su bằng thí nghiệm hiện trường không phải lúc nào cũng thực hiện được. Vì vậy sẽ rất hợp lý khi xây dựng các hàm dự báo có thể đánh giá sự gia tăng Su thông qua các chỉ tiêu cơ lý ban đầu của đất. 3.2 Các đặc trưng vật lý của đất Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu vật lý của đất với số lượng 13 mẫu tương ứng với đất nền ở các trạng thái: Ban đầu (01 mẫu), cố kết 50% (MHVL1: 6 mẫu) và cố kết 90% (MHVL2: 6 mẫu). Mẫu được lấy tại các độ sâu 25 cm, 50 cm và 75 cm ở vị trí cách bấc thấm 15 cm và 50 cm. Kết quả thí nghiệm: độ ẩm trung bình của nền giảm 30,6% khi cố kết 50%, giảm 52,4% khi cố kết 90%; Độ rỗng lần lượt giảm 26,8% và 42,0%; Khối lượng riêng của đất tăng 5,8% đến 5,9%. Nghiên cứu cũng cho thấy, tác dụng thoát nước của bấc thấm có hiệu quả rõ rệt ở vùng gần bấc thấm hơn. Nghiên cứu về các đặc trưng cơ học của đất và đánh giá sự thay đổi của các đặc trưng này theo các trạng thái cố kết của đất. Luận án đã nghiên cứu thí nghiệm trong phòng với 13 mẫu đất đã nêu ở trên, chi tiết các thí nghiệm như Bảng 3-1. Bảng 3-1. Khối lượng thí nghiệm trong phòng xác định các đặc trưng cơ học Trường hợp thí TN hệ số thấm TN nén ba trục CU TN nén cố TN cắt nghiệm (mẫu) (mẫu) kết (mẫu) cánh (lần) Nền ban đầu 1 1 1 5 Nền cố kết 50% 6 6 6 5 Nền cố kết 90% 6 6 6 5 3.3 Đặc trưng cho khả năng thấm của đất (hệ số thấm) 3.3.1 Hệ số thấm theo phương đứng kv Theo quá trình cố kết hệ số thấm của nền giảm dần. Kết quả thí nghiệm các mẫu đất cho thấy: Khi đất cố kết 50%, hệ số thấm giảm 34,5%, và khi cố kết 11
90% hệ số thấm giảm 43,1% so với ban đầu chưa xử lý. 3.3.2 Hệ số thấm theo phương ngang kh Do hạn chế về thiết bị thí nghiệm, hệ số thấm theo phương ngang không được xác định từ thí nghiệm mà lấy theo kinh nghiệm. 3.4 Đặc trưng biến dạng và các thông số độ bền của đất Thí nghiệm nén ba trục (CU) xác định các thông số độ bền (cu, ccu, ’cu, c’cu) và xây dựng các quan hệ ứng suất – biến dạng 3.5 Đặc trưng khả năng cố kết của đất (hệ số cố kết) 3.5.1 Hệ số cố kết theo phương đứng Cv Nghiên cứu xác định hệ số cố kết với thí nghiệm nén cố kết một trục 3.5.2 Hệ số cố kết theo phương ngang Ch Thí nghiệm xác định trực tiếp hệ số cố kết theo phương ngang thường khó khăn về thiết bị thí nghiệm, phương thức lấy mẫu cũng như cách tiến hành thí nghiệm. Trong tính toán của luận án, Ch đã được xác định ngược từ số liệu quan 2 trắc lún Asaoka như đã nêu tại công thức (2-12): C h   d e F ln( 1 ) 8 t 3.6 Đặc trưng cố kết trước của đất (áp lực tiền cố kết p) Nghiên cứu xác định áp lực tiền cố kết các mẫu đất sau cố kết 50% và 90% bằng thí nghiệm nén cố kết. 3.7 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nén Cc 3.7.1 Xác định chỉ số nén Cc từ thí nghiệm nén cố kết 3.7.2 Các hàm dự báo chỉ số nén Cc Nghiên cứu các hàm dự báo Cc của các tác giả trong và ngoài nước được đánh giá có độ chính xác cao. Các hàm này dự tính chỉ số nén (Cc) theo các thông số giới hạn chảy (LL), độ ẩm ban đầu (w0), hệ số rỗng ban đầu (e0) 3.7.3 Lựa chọn hàm dự báo phù hợp cho các vùng đồng bằng của Việt Nam Nhằm lựa chọn được hàm dự báo phù hợp cho đất sét yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, luận án đã nghiên cứu số liệu khảo sát địa chất của những dự án trọng điểm thuộc các vùng đất yếu điển hình của đồng bằng Bắc Bộ (Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, Ninh Bình) và Nam Bộ (TP. Hồ Chí Minh, Sóc Trăng, Cần Thơ, Bà Rịa -Vũng Tàu, Đồng Tháp). Tổng số mẫu được xem xét đánh giá là 250 mẫu. Kết quả kiểm tra cho thấy các hàm dự báo của các tác giả trong nước phù hợp với địa chất Việt Nam hơn, có 3 hàm có sai số trung bình dưới 15% là: Hàm số 16: Cc =0,0021 w0+0,0027 LL+0,328 e0-0,259; sai số trung bình 11,9% Hàm số 13: Cc = 0,0105 w0 + 0,0022 LL - 0,2; sai số trung bình 13,0% Hàm số 9: Cc = 0,37(e0+0,003LL+0,0004w0 - 0,34); sai số 12,9% Độ lệch chuẩn cũng tương đối nhỏ, lần lượt là 0,028; 0,042 và 0,056. Nhìn 12
chung các hàm này sử dụng nhiều các thông số đầu vào hơn (2 đến 3 thông số), tuy nhiên đây là các chỉ tiêu vật lý đơn giản dễ dàng xác định bằng các thí nghiệm trong phòng. Vì vậy trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm trực tiếp để xác định chỉ số nén Cc, khuyến nghị nên sử dụng các hàm này. 3.8 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nở Cs 3.8.1 Xác định chỉ số nở Cs từ thí nghiệm nén cố kết 3.8.2 Chỉ số nở Cs ước lượng theo kinh nghiệm Từ kết quả thí nghiệm nén không nở hông (oedometer), các nhà nghiên cứu đã thừa nhận ước lượng: 4Cs < Cc
3.9.3.3 Sức kháng cắt không thoát nước theo hệ số áp lực lỗ rỗng (Skempton) c cos   vo sin {K o  A f (1  K o )] (3-14) S  u 1  (2A f  1)sin  3.9.3.4 Sức chống cắt không thoát nước theo 22TCN262-2000 S u  U [0,22. z  S s ( ' pz /  'vz ) 0, 2 ] (3-16) 3.9.4 Đánh giá mức độ chính xác của một số hàm dự báo Su 3.9.4.1 Phân tích lựa chọn các hàm để đánh giá Luận án đã phân tích lựa chọn 3 hàm: hàm (3-13); (3-14) và (3-16) để áp dụng vào tính toán trong MHVL các các công trình thực tế. 3.9.4.2 Áp dụng tính toán trên mô hình vật lý Giai đoạn đầu cố kết (U =50%), dự tính theo công thức (V.6) có sai số nhiều so với cắt cánh, trung bình 46,6%. Các hàm dự báo theo công thức của Nhật Bản và Công thức Skempton cho kết quả tốt, sai số trung bình là 7,9% và 4,0%; Giai đoạn cố kết 90%, cả ba hàm cho kết quả tương đương nhau, sai số với cắt cánh lần a) Đất nền cố kết 50% b) Đất nền cố kết 90% lượt là 6,8%, 7,7% và 8,4% Hình 3-11. Biểu đồ Su theo độ sâu Bảng 3-17. So sánh Su theo các hàm khác nhau và thí nghiệm cắt cánh MHVL Công thức (V.6) Công thức Nhật Công thức Cắt cánh Trường Độ 22TCN 262 Bản Skempton VST hợp mô sâu Sai số Sai số Sai số hình (m) Su so với Su so với Su so với Su 2 2 2 (kN/m ) (kN/m ) (kN/m ) (kN/m2) VST VST VST -0,15 11,10 46,9% 17,56 16,0% 19,00 9,2% 20,91 MHVL1, -0,25 11,13 46,3% 18,34 11,6% 19,08 8,0% 20,75 đất cố kết 50% -0,50 10,70 46,9% 19,23 4,5% 19,88 1,3% 20,15 -0,75 10,87 47,2% 20,75 0,7% 20,54 0,3% 20,60 -0,90 11,06 45,5% 21,64 6,6% 20,58 1,4% 20,30 Sai số TB 46,6% 7,9% 4,0% -0,15 22,20 12,1% 21,22 15,9% 22,39 11,3% 25,24 MHVL2, -0,25 21,90 8,3% 21,57 9,7% 22,36 6,4% 23,89 đất cố kết 90% -0,50 20,62 7,1% 21,76 2,0% 23,17 4,4% 22,20 -0,75 20,79 5,9% 22,55 2,1% 23,83 7,9% 22,09 -0,90 21,10 0,6% 23,05 8,6% 23,82 12,2% 21,22 Sai sốTB 6,8% 7,7% 8,4% 14
Như vậy công thức (V.6) 22TCN 262-2000 áp dụng phù hợp khi độ cố kết đã đủ lớn, trên 90%. Nghiên cứu sẽ kiểm chứng thêm với các công trình thực tế. 3.9.4.3 Áp dụng tính toán cho dự án đường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện - Tại thời điểm cố kết 50%, sử dụng các hàm dự báo Su để tính toán và so sánh với nhau. Kết quả tính theo công thức (V.6) 22TCN 262-2000 có giá trị cách biệt so với hai hàm còn lại, sai khác 37,26% so với công thức Nhật Bản, sai khác 38,05% so với công thức Skempton. - Tại thời điểm nền cố kết ~90%, sử dụng công thức dự báo theo (V.6) 22TCN 262-2000 và công thức Nhật Bản để tính toán và so sánh với số liệu cắt cánh hiện trường. Kết quả cho thấy sai số ở mức thấp, đều dưới 5%. a) Nền cố kết 50% b) Nền cố kết 94,4% Hình 3-12. Biểu đồ Su theo độ sâu (Tân Vũ-Lạch Huyện) 3.9.4.4 Áp dụng tính toán cho dự án nhà máy nhiệt điện Long Phú 1 Kết quả tương tự ví dụ trên, khi độ cố kết nhỏ (U=50%), dự tính Su theo công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 cho kết quả cách biệt với hai công thức còn lại (sai khác 31,78% và 34,85%); Khi độ cố kết lớn (94,5%) các hàm dự tính cho kết quả tương đương nhau, đường Su dự tính ở lân cận đường Su thí nghiệm cắt cánh trực tiếp (sai khác 4,6% và 6,3%) a) Đất nền cố kết 50% b) Đất nền cố kết 94,5% Hình 3-14. Biểu đồ Su theo độ sâu (Long Phú 1) Qua ba ví dụ trên, kết quả chung cho thấy dự báo theo công thức thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 áp dụng chính xác khi ĐCK đã đủ lớn (trên 90%). Vì vậy phạm vi áp dụng của công thức này cần được quy định rõ trong tiêu chuẩn. 3.9.5 Đề xuất công thức tính Su của đất được gia tải trước 3.9.5.1 Cơ sở để xây dựng công thức Theo C.C. Ladd thì sức kháng cắt không thoát nước của đất sét phụ thuộc vào 15
ứng suất hiệu quả theo phương đứng σ’v và mức độ cố kết trước của đất. Đối với đất sét trầm tích tự nhiên, thì trước khi chịu ứng suất tăng thêm do tải trọng gây ra, phân tố đất đã ổn định dưới áp lực của lớp đất phủ phía trên nó và do đó nó tồn tại sức chống cắt nguyên trạng không thoát nước. Giá trị sức chống cắt nguyên trạng này phụ thuộc vào mức độ cố kết trước của đất (OCR). Chính vì thế, hợp lý hơn nên tách Su thành hai đại lượng: một đại lượng phụ thuộc vào ứng suất tăng thêm hiệu quả σ’z , và đại lượng kia phụ thuộc vào đặc điểm cố hữu của đất thông qua mức độ cố kết trước OCR. Đến đây ta có thể viết lại (3- 12) thành như sau: Su   z  Ss (OCR)m =  z'  S s ( ' pz /  'vz ) m (3-17) Biến đổi (3-17), đưa thông số độ cố kết U vào công thức dự tính cường độ chống cắt không thoát nước. Như đã biết, độ lún ổn định với bài toán cố kết một hướng, tải trọng phân bố đều, gia tải tức thời: H a (3-18) St   ' z ,t dz 1  e1 0 H a (3-19) S  z dz 1  e1 0 H S  ' zt dz (3-20) U t  0 H S  z dz 0 Hình 3-15. Sơ đồ cố kết thấm một hướng Rút ra được:  z  U z (3-21) Thay vào (3-17) được: Su  U z  Ss ( ' pz /  'vz ) m (3-22) Các hệ số α, m phụ thuộc vào tính chất của đất yếu, được xác định dựa thí nghiệm cắt cánh các mẫu đất MHVL (cố kết 50% và 90%) và số liệu cắt cánh thu thập từ các công trình thực tế. Trong (3-22), đặt A = ( ' pz /  'vz ) và B = U z và viết đảo lại thứ tự ta có: S ui  S si ( Ai ) m  Bi (3-23) Trong đó, các giá trị Sui, Ssi, Ai, Bi đã được xác định từ thí nghiệm các mẫu đất Hai hệ số α và m trong công thức (3-23) được xác định chính xác theo hai phương trình. Tuy nhiên đây là hai hệ số bán thực nghiệm (không phải hệ số được xác định theo công thức toán học chính xác) nên với từng cặp số liệu thí nghiệm sẽ có một cặp giá trị của α và m. Vì vậy thống kê xác suất và tương quan để chọn được cặp giá trị α và m đặc trưng cho các loại đất yếu. Kết quả tính toán này có được m = 0,2; α = 0,22. Thay vào (3-23) sẽ nhận được: Su  Ss ( ' pz /  'vz )0, 2  0,22U z (3-24) 3.9.6 Áp dụng tính toán kiểm nghiệm công thức đề xuất 16
3.9.6.1 Áp dụng tính cho MHVL Bảng 3-22. Áp dụng công thức đề xuất tính Su cho nền MHVL Nền cố kết 50%, Su (kN/m2) Nền cố kết 90%, Su(kN/m2) Độ Ss nguyên sâu trạng ban đầu Công TN cắt Sai số Công TN cắt Sai số (m) (kN/m2) thức đề cánh so với thức đề cánh so với xuất (VST) VST xuất (VST) VST -0,15 12,14 19,44 20,91 7,0% 24,12 25,24 4,5% -0,25 13,16 19,51 20,75 5,9% 23,78 23,89 0,4% -0,50 13,79 18,64 20,15 7,5% 22,36 22,20 0,7% -0,75 14,80 18,99 20,60 7,8% 22,55 22,09 2,1% -0,90 15,52 19,37 20,30 4,5% 22,89 21,22 7,9% Trung bình 6,6% 3,1% Bảng 3-22 cho thấy áp dụng công thức đề xuất tính Su cho MHVL có kết quả khá tốt, sai số tương đối nhỏ, sai số so với Su cắt cánh là 6,6% (nền cố kết 50%) và 3,1% (nền cố kết 90%). 3.9.6.2 Áp dụng tính cho dự án đường Tân Vũ - Lạch Huyện Áp dụng công thức đề xuất tính Su ở thời điểm nền cố kết 94,4%. Kết quả sai khác so với trị số cắt cánh hiện trường là 6,56%. 3.9.6.3 Áp dụng tính cho dự án đường nhiệt điện Long Phú 1 Áp dụng công thức đề xuất tính S u ở thời điểm nền cố kết 94,54%. Kết quả sai khác so với trị số cắt cánh hiện trường là 4,6%. Như vậy, công thức đề xuất: Su  S s ( ' pz /  'vz ) 0,2  0,22U z đã được kiểm nghiệm tính toán với MHVL và hai công trình thực tế, kết quả khá tốt khi sai số dưới 5% so với trị số cắt cánh trực tiếp trong cả ba trường hợp tính toán. 3.10 Kết luận Chương 3 - Đã nghiên cứu 16 hàm dự báo chỉ số nén Cc được cho là có kết quả dự báo tốt để phân tích lựa chọn được 3 hàm dự báo phù hợp nhất với địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam. Ngoài ra, đánh giá tỉ số Cc/Cs cho thấy tỉ số này trung bình là 6,80 ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, và 6,28 ở vùng đồng bằng Nam Bộ. - Áp dụng các công thức dự tính Su tính toán và so sánh với kết quả thí nghiệm cắt cánh trức tiếp cho MHVL và các công trình thực tế, kết quả cho thấy phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22 TCN 262-2000 phù hợp ở giai đoạn cuối của quá trình cố kết (trên 90%). - Trên cơ sở phân tích sức kháng cắt theo lý thuyết biến đổi của độ bền không thoát nước, luận án đã xây dựng được công thức dự báo sức kháng cắt không thoát nước: Su  S s ( ' pz /  'vz ) 0,2  0,22U z CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐẤT PHÙ HỢP CHO PHÂN TÍCH CỐ KẾT THOÁT NƯỚC NỀN SÉT YẾU 4.1 Đặt vấn đề 17
Phát triển cơ học đất hiện nay và trong tương lai, vấn đề nảy sinh không phải là giải các bài toán phức tạp về mặt toán học, cũng không phải là việc khởi tạo các mô hình đất mới mà là trong việc lựa chọn các mô hình này và xác định đúng đắn các đặc trưng tính toán của đất dùng cho mô hình. Thông thường mỗi mô hình sẽ phù hợp với một số loại đất nền nhất định. Hiện nay các phần mềm phổ biến trong tính toán địa kỹ thuật như: Plaxis, Geo-Slope, Sage crisp. Các phần mềm này đòi hỏi người dùng phải lựa chọn mô hình đất và các thông số mô hình để áp dụng. Đây là vấn đề chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam. Trong nghiên cứu này, để lựa chọn được mô hình đất phù hợp trong phân tích lún cố kết, sẽ tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Plaxis MHVL với nhiều loại mô hình đất. Mô hình đất được cho là phù hợp dựa trên cơ sở có kết quả tính toán (lún và ALNLR) trùng xít tương đối với kết quả quan trắc từ MHVL. 4.2 Các mô hình đất 4.2.1 Mô hình đàn hồi (Linear Elastic) 4.2.1.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính Mô hình đàn hồi tuyến tính là mô hình đơn giản nhất mô tả quan hệ giữa ứng suất và biến dạng. Mô hình này chỉ nên sử dụng cho trường hợp tải trọng nhỏ. 4.2.1.2 Mô hình đàn hồi phi tuyến Mô hình đàn hồi phi tuyến dựa trên các quan hệ phi tuyến giữa ứng suất và biến dạng được tiếp nhận là duy nhất ở mọi điểm của khối đất, cả khi tăng tải cũng như khi dỡ tải. Mô hình này mô tả gần với thực tế đất nền hơn. Tuy nhiên, vẫn tồn tại nhược điểm là không mô tả được trạng thái ứng xử của đất nền sau trạng thái giới hạn cũng như không thích hợp với đất nền quá cố kết. 4.2.2 Mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng (Mô hình Mohr-Coulomb) Mô hình đất đàn hồi - dẻo lý tưởng sử dụng kết hợp các phương trình một cách đơn giản, các thông số không nhiều và phương pháp xác định tương đối đơn giản. Vấn đề ứng xử của đất sau trạng thái giới hạn đã được xét đến ở mức độ đơn giản, thuận lợi cho việc áp dụng trong lời giải số. Tuy nhiên, khả năng phục hồi và cứng hóa của đất nền trong thực tế chưa được đề cập. 4.2.3 Mô hình đàn - dẻo tăng bền (Mô hình Hardening Soil) Ứng xử của đất là ứng xử không phục hồi được, có hiện tượng chảy dẻo và dãn nở khi chịu trượt. Trong mô hình này, các biến dạng đàn hồi hoàn toàn và biến dạng dẻo ngay từ bắt đầu tăng tải lên môi trường, kể cả khi trạng thái trước giới hạn, được nghiên cứu và xác định riêng biệt và độc lập với nhau. 4.2.4 Mô hình đàn - dẻo biến cứng (Cam-Clay và Cam - Clay cải tiến) Mô hình Cam-Clay là một mô hình đặc trưng của đất dính trong cơ học đất trạng thái giới hạn. Mô hình Cam-Clay cải tiến đã có bước cải thiện trong việc mô phỏng ứng xử của đất nền dưới các mức tải trọng khác nhau, các điều kiện thoát nước trong quá trình thay đổi trạng thái của đất do tác dụng của tải trọng. 18