Nghiên cứu sự thay đổi ứng xử của đất đỏ bazan theo độ bão hòa và ứng dụng trong phân tích ổn định của mái dốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG NHẬT NGÂN NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI ỨNG XỬ CỦA ĐẤT ĐỎ BAZAN THEO ĐỘ BÃO HÒA VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀVÀ CƠNG NGHIỆP SKC007437 Tp Hồ Chí Minh, tháng 9/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG NHẬT NGÂN NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI ỨNG XỬ CỦA ĐẤT ĐỎ BAZAN THEO ĐỘ BÃO HÒA VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ NGÀNH: 60 58 02 08 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH ĐỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trương Nhật Ngân Giới tính: Nam Sinh ngày: 26 tháng 01 năm 1987 Nơi sinh: TP HCM Quê quán: Xã Phú Xuân, huyện Nhà Bè, TP HCM Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 6D cư xá Bùi Minh Trực Phường Quận Tp HCM Điện thoại quan: Di động: 0979634396 E-mail: nhatnganus@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Vừa học, vừa làm 10/2010 Thời gian đào tạo: từ Tháng 6/2006 đến Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Cơng nghệ Sài Gịn Ngành học: Kỹ thuật cơng trình Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Khách sạn Tăng Nhơn Phú Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Tháng / 2010 Người hướng dẫn: Thạc sĩ Đồn Thị Anh Thủy III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Từ tháng Phịng Quản lý thị - Ủy ban 8/2011 đến nhân dân Quận Công việc đảm nhiệm Chuyên viên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công việc tơi thực hướng dẫn thầy TS Nguyễn Minh Đức Các số liệu, kết Luận Văn trung thực chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2017 Trương Nhật Ngân LỜI CÁM ƠN Tôi xin trân trọng biết ơn chân thành thầy hướng dẫn TS Nguyễn Minh Đức Thầy gợi ý tưởng đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp tất tài liệu có quan đến luận văn thạc sĩ này, Chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường, giáo viên chủ nhiệm lớp quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi học tập Q thầy tận tình truyền đạt kiến thức thiết thực suốt khóa học Cuối tơi muốn gửi lời cám ơn chân thành đến tất người thân, bạn bè, học viên khóa đồng nghiệp đơn vị cơng tác giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi để hồn thành khóa học hồn thành luận văn thạc sĩ Vì kiến thức có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế, Tơi mong đóng góp ý kiến q thầy bạn học viên để luận văn hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2017 Trương Nhật Ngân TÓM TẮT - Nội dung luận văn tập trung trình bày việc nghiên cứu thay đổi ứng xử đất đỏ Bazan tỉnh Đắk Lak theo độ bão hịa, từ ứng dụng phân tích ổn định mái dốc - So sánh lựa chọn phương pháp tính phương pháp cân giới hạn - Sức kháng cắt đất đỏ Bazan theo độ bão hòa - Đánh giá độ hao hụt sức kháng cắt theo độ ẩm - Ứng xử đất đỏ Bazan bão hòa - Ứng xử cắt đất theo độ bão hòa hệ số đầm chặt - Tính tốn so sánh hệ số trượt an toàn thực tế theo độ cao đắp đất tỷ lệ : 1,5 tỷ lệ : theo độ đầm chặt phương pháp Bishop phần mềm Geoslope/w để phân tích ổn định mái dốc ABSTRACT - The contents of the thesis focus on the study of the behavior change of basalt red soil in Dak Lak province by degree of saturation, which is applied in stability analysis of slope - Comparison and selection of calculation methods in the limit balance method - Breaking strength of red soils according to saturation - Evaluation of moisture loss cut resistance - Behavior of Red Soil Basalt when saturated - The behavior of soil in terms of saturation and compaction coefficient - Calculate and compare the actual sliding coefficient in 1: 1,5 ratio and 1: ratio in Bishop compaction using Geoslope / w software for stability analysis slopes MỤC LỤC I Chương I: Tổng quan 12 Giới thiệu 12 1.1 Đặt vấn đề 12 1.2 Tính cấp thiết đề tài 18 Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu 20 2.1 Mục tiêu đề tài 20 2.2 Nội dung nghiên cứu 20 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu thuộc đề tài nước 21 3.1 Trong nước 21 3.2 Ngoài nước 21 3.3 Những dóng góp đề tài 23 3.4 Giới hạn đề tài 23 3.5 Ý nghĩa lý thuyết thực tiễn áp dụng 23 II Chương II: Phương pháp nghiên cứu 25 2.1 Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu 25 2.2 Phương pháp tính tốn ổn định mái dốc 31 2.2.1 Phương pháp cân giới hạn 31 2.2.2 Phương pháp đơn giản Bishop, 1954 31 2.2.3 Phương pháp Spencer, 1967 34 2.2.4 Giới thiệu phần mềm Geoslpe/w để phân tích ổn định mái dốc 36 2.2.4.1 Những khả Geoslpe/w 37 2.2.4.2 Kết luận 37 2.3 Các phương pháp phân tích 38 III Chương III: Phân tích tổng hợp địa chất, thủy văn 39 3.1 Tính chất lý đất đỏ Bazan 39 3.1.1 Xác định trạng thái đất phụ thuộc vào độ sệt B 39 3.1.2 Xác định thành phần hạt đất 39 3.1.3 Xác định độ ẩm tối ưu đất thí nghiệm đầm chặt 40 3.1.3 Xác định độ ẩm tối ưu đất thí nghiệm đầm chặt 41 3.2 Tính chất học đất đỏ Bazan 42 IV Chương IV: Kết thí nghiệm ứng dụng PT ổn định mái dốc 45 4.1 Kết thí nghiệm 45 4.1.1 Sức kháng cắt đất theo độ bão hòa 45 4.1.2 Đánh giá độ hao hụt sức kháng cắt theo độ ẩm 47 4.1.3 Ứng suất đất đỏ Bazan bão hòa 50 4.1.4 Ứng xử cắt theo độ bão hòa hệ số đầm chặt 52 4.2 Ứng dụng Geoslope/w phân tích ổn định mái dốc 53 V Chương V: Kết luận kiến nghị 62 5.1 Kết luận 62 5.2 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC CÁC BẢNG 2.1 Đặc điểm cùa phương pháp cân giới hạn 35 3.1 Bảng tổng hợp thành phần hạt đất đỏ Bazan 40 3.2 Kết thí nghiệm đầm chặt đất 41 3 Bảng tổng hợp tính chất vật lý đất đỏ Bazan 42 3.4 Kết tạo mẫu đất theo độ đầm chặt độ ẩm 42 3.5 Tính chất vật lý đất đỏ Bazan 44 4.1 Kết sức kháng cắt đất đỏ Bazan theo độ bão hòa K=70% 45 4.2 Kết sức kháng cắt đất đỏ Bazan theo độ bão hòa K=95% 45 4.3 Bảng so sánh độ chênh lệch sức kháng cắt độ chặt 47 4.4 Kết độ hao hụt sức kháng cắt theo độ bão hòa K=70% .47 4.5 Kết độ hao hụt sức kháng cắt theo độ bão hòa K=95% .48 4.6 Bảng tổng hợp Sr, C,  52 4.2 Ứng dụng Geolope/w xác định Fs cho mái dốc độ ẩm khác nhau, xây dựng cho đoạn đường từ Nguyễn Chí Thanh đến bùng binh Km 5, Quốc lộ 26, TP Buôn Ma Thuột, Tỉnh Đắk Lak Đặc điểm lớp đất sau: - Lớp đất đắp đất đỏ Bazan với thông số C,  ,  w theo bảng 3.5 - Lớp đất sét chứa nhiều sạn màu vàng sẫm lẫn vân đỏ nâu, trạng thái cứng, chiều dày từ - 8m Có C = 30,2 kPa;   17 o ;  tn  20,1kN / m → Sử dụng phương pháp tính Bishop, mơ hình Mohr Coulomb để giải tốn sau: + Kết Hệ số trượt an tồn Fs đắp đất theo TL : 1,5: - Tại K70%: Hình 4.9 Độ ẩm 20% - Hệ số an tồn Fs= 1,581 cung trượt 53 Hình 4.10 Độ ẩm 30% - Hệ số an toàn Fs= 1,323 cung trượt Hình 4.11 Độ ẩm 40% - Hệ số an toàn Fs= 1,195 cung trượt 54 - Tại K95%: Hình 4.12 Độ ẩm 23% - Hệ số an tồn Fs= 1,867 cung trượt Hình 4.13 Độ ẩm 30% - Hệ số an toàn Fs= 1,677 cung trượt 55 Hình 4.14 Độ ẩm 40% - Hệ số an toàn Fs= 1,212 cung trượt + So sánh Hệ số trượt an toàn K70% K95%: Kết quả: W 20% 23% 30% 40% K70 1,581 1,323 1,195 K95 1,867 1,677 1,212 Hình 4.15 Biểu đồ tương quan Fs K=70% K=95% theo TL : 1,5 56 + Kết đắp đất theo TL : - Tại K70%: Hình 4.16 Độ ẩm 20% - Hệ số an toàn Fs= 1,483 cung trượt 57 Hình 4.17 Độ ẩm 30% - Hệ số an tồn Fs= 1,192 cung trượt Hình 4.18 Độ ẩm 40% - Hệ số an toàn Fs= 0,909 cung trượt 58 - Tại K=95% Hình 4.19 Độ ẩm 23% - Hệ số an toàn Fs= 1,633 cung trượt Hình 4.20 Độ ẩm 30% - Hệ số an tồn Fs= 1,515 cung trượt 59 Hình 4.21 Độ ẩm 40% - Hệ số an toàn Fs= 1,212 cung trượt + So sánh Hệ số trượt an toàn K70% K95%: Kết quả: W 20% 23% 30% 40% K70 1,483 1,192 0,909 K95 1,633 1,515 1,212 Hình 4.22 Biểu đồ tương quan Fs K=70% K=95% theo TL 1: 60 Nhận xét: - Độ ẩm tăng Hệ số trượt an tồn giảm (Fs giảm) Ví dụ: Đất đắp theo TL 1:1, K95 độ ẩm 23% có Fs = 1,633, độ ẩm 30% có Fs = 1,515, độ ẩm 40% có Fs = 1,212 - Độ đầm chặt lớn, cường độ ổn định đất lớn Ví dụ: Đất đắp theo TL 1:1, độ ẩm 30% K95 có Fs = 1,515 cịn K70 có Fs = 1,192 - Tại K=70%, đắp đường theo Tỷ lệ 1:1 bị trượt mái dốc (Fs = 0,909) đất đạt đến trạng thái bão hòa - Tại K=95%, cho phép đắp đường theo Tỷ lệ 1:1 với hệ số an toàn lớn Fs = 1,212 61 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận: - Việc nghiên cứu đồng thời hai phương pháp thông thường đơn giản hóa Bishop cung cấp hiểu biết đầy đủ sâu sắc phương pháp trượt cung tròn - Độ ẩm thay đổi lớn, độ hao hụt sức kháng cắt lớn - Với cấp tải lớn, độ hao hụt sức kháng cắt lớn - Đối với mẫu dưỡng bão hòa K95, kết thí nghiệm cho thấy sức kháng cắt thay đổi thay đổi ứng suất pháp (tương tự ứng xử cắt khơng nước đất sét bão hòa) Đây đất đầm chặt, hệ số thấm mẫu nhỏ, nước khó khỏi mẫu q trình cắt đất, đất biểu tương tự sức kháng cắt khơng nước đất bùn sét bão hòa - Đối với mẫu K95 độ ẩm bão hịa khơng dưỡng bão hòa, tương quan sức kháng cắt theo cấp tải có xu hướng tương tự Tuy nhiên biểu đồ sức kháng cắt ngang (sức kháng cắt tương tự nhau) với cấp tải ứng suất pháp từ 40 đến 80 kPa Tại cấp tải nhỏ hơn, sức kháng cắt mẫu giảm xuống - Đối với mẫu K70%, sức kháng cắt mẫu độ ẩm bão hòa mẫu dưỡng bão hòa tăng lên áp lực pháp tuyến tăng lên Đất có xu ứng xử giống đất cát Đây đất có độ chặt đất nhỏ, hệ số rỗng lớn, cho phép nước khỏi mẫu q trình chắt đất - Mái dốc đắp đất trạng thái bảo hịa nguy hiểm nhiều so với đất đắp đủ lâu để bảo hòa - Tại K=70%, C tăng lên 3,288 kPa nghiêng đất cát - Tại K=95%, C tăng lên 16,82 kPa (liên kết chặt chẽ K=70%) nghiêng đất sét - Độ ẩm tăng, sức kháng cắt giảm 62 - Sức kháng cắt độ bão hòa 40% tăng lên theo cấp tải - không tuân theo quy luật sức kháng cắt khơng nước đất bão hịa (Su không đổi thay đổi áp lực nén) 4.2 Kiến nghị: - Cần nghiên cứu thêm hệ số thấm K theo độ đầm chặt cấp tải trọng - Cần nghiên cứu độ cao đắp đất khác mái dốc - Đề tài nghiên cứu ứng xử đất đỏ Bazan tỉnh Đắk Lak, cần nghiên cứu thêm khu vực khác tỉnh Tây Nguyên 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Ngô Tấn Dược, năm 2015 Khảo sát thay đổi tính chất lý xác định chiều cao giới hạn an toàn ổn định trượt bờ dốc đất tàn - sườn tích thuộc vỏ phong hóa Bazan Tây Nguyên Tạp chí Bộ xây dựng tháng 2/2015 [2] Nguyễn Quang Hùng, Mai Văn Công, Nguyễn Văn Mạo (trường đại học Thủy Lợi), năm 2011 Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an tồn thấm cho đập đất khơng đồng chất xây dựng công nghệ đầm nén vùng Tây Nguyên Việt Nam [3] Đỗ Minh Đức, Đặng Văn Luyến, Hoàng Vũ Phong, Trường Đại học khoa học tự nhiên Tính độ ổn định mái dốc phương pháp mặt trượt cung trịn hình trụ Tạp chí địa chất số 249 (11-12)/1998 [4] Ảnh hưởng mưa đến ổn định mái dốc, Thạc sĩ Nguyễn Văn Thìn, Trường Đại học Thủy Lợi [5] Nguyễn Văn Linh, 2017 Đánh giá ổn định mái dốc đường vùng có hoạt động sụt lỡ theo lý thuyết độ tin cậy Tạp chí khoa học Trường Đại học Cần Thơ tháng 5/2017 [6] Tiêu chuẩn Việt Nam 4196 (2012), Đất xây dựng - phương pháp xác định độ ẩm, độ hút ẩm phịng thí nghiệm [7] Tiêu chuẩn Việt Nam 4197 (2012), Phương pháp xác định giới hạn dẻo giới hạn chảy phịng thí nghiệm [8] V.C.Ngu, P.H Đơng (2007), ổn định mái dốc theo phương pháp MTGĐ LTĐH – Dẻo [9] HUANG Runqiu, WU Lizhou, State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610069, China Stability Analysis of Unsaturated Expansive Soil Slope, Stability Analysis of Unsaturated Expansive Soil Slope 64 [10] Kai Cui anh Ye Yang, July 2014 Applied Mechanics & Materials 2014; Issue 580-583, p460, Academic Journal Experimental Study on Engineering Characteristics of Basalt Residual Soil on High Slope [11] Soonkie Nam, Marte Gutierrez, Panayiotis Diplas, John Petri, 2011 Fugro Consultants, Inc., 1000 Broadway, Suite 440, Oakland, CA Estimating Undrained Strength of Clays from Direct Shear Testing at Fast Displacement Rate, 94607 Dept of Civil & Environmental Engineering, University of California, Los Angeles, , 5731 Boelter Hall, Los Angeles, CA 90095 [12] C.F Chiu, X.W Ni , L.S Zhang, February 2014 College of Civil and Transportation Engineering, Hohai University, Xikang Road, Nanjing 210098, China and MOE Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Zhejing University, China Effect of hydraulic hysteresis on shear strength of unsaturated clay and its prediction using a water retention surface [13] Andrew D Bro and colleagues, 2013 Fugro Consultants, Inc., 1000 Broadway, Suite 440, Oakland, CA 94607; Dept.of Civil & Environmental Engineering, University of California, Los Angeles Estimating Undrained Strength of Clays from Direct Shear Testing at Fast Displacement Rates [14] Rohit Ghosh, December 2013 Department of Construction Engineering, Jadavpur University, Kolkata, India Effect of soil moisture in the analysis of undrained shear strength of compacted clayey soil [15] Ashutosh Kainthola, P.K Singh T.N Singh, 2011 Department of Earth Sciences, Indian Institute of Technology Bombay, Mumbai 400076, India Stability investigation of road cut slope in basaltic rockmass, Mahabaleshwar, India 65 [16] Xiaobin Chen, Jiasheng Zhang, Yuanjie Xiao, Jian Li School of Civil Engineering (SCE), Central South University, Changsha, Hunan Province 410075, China Effect of roughness on shear behavior of red clay – concrete interface in large-scale direct shear tests [17] Yu Zhao, Zhi-Yi Tong and Qing Lü, Department of Civil Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China Slope Stability Analysis Using Slice-Wise Factor of Safety [18] Loretta Batali and Corastoian Andrea, Technical University of Civil Engineering, Bucharest, Romania Slope Stability Analysis Using The Unsaturated Stress Analysis [19] Analytical methods for slope stability analysis, D G Fredlund, University of Saskatchevan, Saskatoon, Saskatchewan, Canada Proceedings of the fourth international Symposium on Landslides, State of the Art, pp 229 - 250, September 16 - 21, Toronto, Canada, 1984 [20] Slope Angle and Slope Length Solutions for GIS, Robert Hickey School of Spatial Sciences Curtin University of Technology GPO Box U 1987 Perth 6001, Western Australia 66 S K L 0 ... gây tổn thất người tài sản Do đó, đề tài nghiên cứu tảng để giải thích thay đổi ứng xử đất đỏ Bazan theo độ bão hịa ứng dụng phân tích ổn định mái dốc giúp cho phòng chống trượt lở đất đỏ Bazan. .. người dân 17 Hình 1.4 Hình ảnh sạt lở đất đỏ Bazan Washington, Mỹ ì việc nghiên cứu thay đổi ứng xử đất đỏ Bazan theo độ bão hòa ứng dụng phân tích ổn định mái dốc vấn đề cấp bách mang tính thời... làm cho độ bền khối đất cơng trình thay đổi gây chuyển vị lớn dẫn đến sạt lở Do đề tài chọn là: Nghiên cứu thay đổi ứng xử đất đỏ Bazan theo độ bảo hòa ứng dụng phân tích ổn định mái dốc 19 Stress