NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN CỐ KẾT NỀN ĐẤT YẾU THEO SƠ ĐỒ HAI CHIỀU CÓ XÉT ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG PHỤ THUỘC ỨNG SUẤT TRUNG BÌNH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÂM NGỌC QUÍ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN CỐ KẾT NỀN ĐẤT YẾU THEO SƠ ĐỒ HAI CHIỀU CÓ XÉT ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG PHỤ THUỘC ỨNG SUẤT TRUNG BÌNH Ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số ngành: 62.58.02.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn 1: PGS TS Bùi Trường Sơn Người hướng dẫn 2: Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế Bui Truong Son, Le Hong Quang, Lam Ngoc Qui, “Over-consolidation feature of clayey soil in southern Vietnam according to piezocone,” Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA, vol 47, no 1, p 39-44, March 2016 Tạp chí nước Bùi Trường Sơn, Lâm Ngọc Quí, “Đặc điểm biến dạng sét mềm bão hịa nước khu vực thành phố Hồ Chí Minh Đồng Bằng Sơng Cửu Long,” Tạp chí Địa kỹ thuật, số 1, trang 18-26, 2022 Lâm Ngọc Quí, Bùi Trường Sơn, “Phương pháp đánh giá dự báo độ lún cố kết đất yếu xử lý thoát nước đứng theo sơ đồ tốn phẳng,” Tạp chí Địa kỹ thuật, số 3, trang 67-75, 2021 Lâm Ngọc Quí, Bùi Trường Sơn, “Đặc điểm độ lún đất theo phương pháp khác nhau,” Tạp chí Bộ Xây dựng, số 4, trang 101-105, 2021 Lâm Ngọc Quí, Bùi Trường Sơn, “Đặc điểm cố kết theo độ lún tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng đất sét bão hịa nước,” Tạp chí Địa kỹ thuật, số 1, trang 18-27, 2020 Bùi Trường Sơn, Lâm Ngọc Q, Huỳnh Quốc Kha, “Mơ hình phẳng đánh giá độ lún cố kết đất xử lý bấc thấm kết hợp gia tải trước,” Số 20, Tuyển tập kết khoa học công nghệ 2017-2018, Viện Khoa học thủy lợi miền Nam, trang 341-351, 2018 Bùi Trường Sơn, Lâm Ngọc Quí, “Phương pháp ước lượng độ lún ngắn hạn lâu dài theo thành phần ứng suất hữu hiệu tổng lớp phân tố,” Tạp chí Xây dựng Việt Nam, số 11, trang 108-111, 2017 Bùi Trường Sơn, Lâm Ngọc Quí, “Quan hệ hệ số cố kết ngang đứng sét mềm bão hịa nước theo kết thí nghiệm CPTU,” Tạp chí Bộ Xây dựng, số 3, trang 22-25, 2016 Bùi Trường Sơn, Lâm Ngọc Quí, “Độ lún theo thời gian sở lý thuyết cố kết có xét thay đổi hệ số rỗng hệ số thấm,” Tuyển tập kết khoa học công nghệ năm 2015, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, số 18, trang 324-333, 2016 Bùi Trường Sơn, Lâm Ngọc Quí, Nguyễn Thúy An, “Hiệu chỉnh đường cong nén lún theo thời gian chia lớp phân tố có xét đến cố kết thứ cấp,” số 17, Tuyển tập kết khoa học công nghệ 2014, Viện Khoa học thủy lợi miền Nam, trang 342-349, 2015 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Cơng trình đất đắp đất yếu dạng cơng trình sở hạ tầng phổ biến khu vực tỉnh phía Nam Việc tính tốn dự báo độ lún, độ lún lệch cơng trình theo thời gian đóng vai trị quan trọng việc triển khai dự án có xu hướng phát triển mạnh mẽ khu vực Việc nghiên cứu độ lún cố kết theo sơ đồ hai chiều cho phép đánh giá độ lún độ lún lệch theo thời gian phù hợp với điều kiện đất yếu, đặc biệt cơng trình có diện gia tải giới hạn bề dày lớp đất yếu lớn Kết nghiên cứu giúp bổ sung tiêu chí đánh giá định lượng độ lún theo thời gian đất tự nhiên xử lý thoát nước đứng Kết nghiên cứu đáp ứng nhu cầu cấp thiết thi cơng, kiểm định kiểm sốt khả ổn định đất yếu Nội dung nghiên cứu Nội dung đề tài thí nghiệm đánh giá quy luật hình thành tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng (ALNLR) theo thời gian quan hệ với độ lún cố kết nhằm kiểm tra so sánh với giả thiết lý thuyết cố kết có; xây dựng phương pháp lý thuyết dự tính độ lún cố kết phù hợp với quy luật thay đổi ALNLR từ thí nghiệm; tính tốn áp dụng phân tích so sánh với kết quan trắc thực tế nhằm kiểm tra khả áp dụng mức độ tin cậy phương pháp Ở đây, việc xây dựng phương pháp tính theo sơ đồ toán phẳng cho phù hợp với thực tế tỉnh phía Nam, nơi có lớp đất yếu có bề dày lớn với bề rộng diện gia tải có giới hạn Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lý thuyết: sở lý thuyết cố kết có, nghiên cứu cải tiến xây dựng phương pháp tính toán áp dụng chấp nhận ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình; xây dựng mơ hình lộ trình tính tốn phù hợp để áp dụng cho tốn thực tế Phương pháp thí nghiệm: nghiên cứu thiết bị thí nghiệm thí nghiệm nén cố kết có đo ALNLR với chiều cao mẫu khác Tính tốn áp dụng phân tích so sánh với kết thí nghiệm quan trắc Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm đánh giá độ cố kết theo giá trị độ lún tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian thực mẫu sét mềm bão hòa nước khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) Đồng Bằng Sơng Cửu Long (ĐBSCL) Từ kết thí nghiệm, quan hệ mức độ cố kết theo độ lún theo mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thiết lập Xây dựng phương pháp tính tính tốn áp dụng cho đất yếu cơng trình đất đắp theo sơ đồ toán hai chiều Phạm vi nghiên cứu: Việc thí nghiệm tính tốn áp dụng chủ yếu cho đất sét mềm bão hòa nước số khu vực tỉnh phía Nam Việc áp dụng tính tốn độ lún cố kết theo sơ đồ tốn phẳng cho đất yếu cơng trình đắp Ở đây, giới hạn tải trọng động không xét đến việc dự tính độ lún đất yếu đường Cơng trình thực tế chọn lựa bao gồm: đất yếu đường quốc lộ 1A đoạn qua Vĩnh Long (cho trường hợp tự nhiên) đường đắp cao vào cầu Cao Lãnh (cho trường hợp xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài Kết nghiên cứu thí nghiệm cố kết mẫu đất có đo tiêu tán ALNLR trình cố kết phục vụ phân tích chọn lựa lý thuyết phù hợp để áp dụng tính tốn Ngồi ra, kết nghiên cứu thí nghiệm cịn để phục vụ nghiên cứu lý thuyết khác Kết nghiên cứu tính tốn xét ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình phù hợp với chất vật lý hình thành áp lực nước Ý nghĩa thực tiễn đề tài Việc tính tốn phân tích độ lún độ lún lệch đất yếu cơng trình đất đắp theo thời gian sở tốn phẳng có ý nghĩa thực tiễn đảm bảo đánh giá ổn định lâu dài cơng trình đất yếu Ở đây, áp lực nước lỗ rỗng xét đến tính tốn phụ thuộc ứng suất trung bình tương ứng với kết thu nhận từ thí nghiệm nghiên cứu Điểm luận án Thí nghiệm nén cố kết phịng có đo ALNLR với chiều cao mẫu đất khác cho kết ALNLR thặng dư lớn phụ thuộc ứng suất trung bình (nhỏ ứng suất gia tăng theo phương đứng) Xây dựng phương pháp dự báo độ lún cố kết có xét ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình sở mơ hình phần tử đơn vị theo sơ đồ toán phẳng áp dụng cho tự nhiên đất yếu xử lý giếng cát có xét gia tải theo giai đoạn Cấu trúc luận án Luận án gồm có phần: Mở đầu, chương, kết luận kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo; tổng cộng có 119 trang, có 84 hình, bảng biểu cơng thức tính tốn Phần phụ lục có 66 trang CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỐ KẾT 1.1 Các phương pháp ước lượng độ lún độ lún đất theo thời gian theo lý thuyết cố kết 1.1.1 Các phương pháp ước lượng độ lún Trong tính tốn thiết kế móng nơng hay cơng trình đất, độ lún đất dự tính chủ yếu chuyển vị đứng tâm diện gia tải Theo dẫn tài liệu phổ biến, liệu thí nghiệm nén lún module tổng biến dạng Eo, hệ số Poisson  hay hệ số nén thể tích ao [1], [2], [3], [4], số nén Cc, số nén lại Cr áp lực tiền cố kết pc [5], [6], [7] kết hợp với ứng suất gây lún theo phương đứng Ở đây, việc sử dụng Cc, Cr, pc trực hệ số rỗng để ước lượng độ lún sở toán chiều xem độ lún chủ yếu nén thể tích Trong thực tế, chịu áp lực đất xung quanh đất yếu bão hịa nước cơng trình đắp bị dịch chuyển theo phương ngang tác dụng tải trọng thẳng đứng, nhiều kết quan trắc chuyển vị ngang đất yếu cho thấy rõ điều [8], [9] 1.1.2 Ước lượng độ lún đất theo thời gian điều kiện toán cố kết chiều Cho đến nay, lý thuyết cố kết K Terzaghi sử dụng rộng rãi sở lý thuyết chặt chẽ phù hợp áp dụng đa số toán thực tế [14] 1.2 Các toán cố kết chiều ảnh hưởng nhân tố khác Các nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến toán cố kết chiều cố kết đất có xét đến từ biến cốt đất, độ bền cấu trúc, thay đổi hệ rỗng hệ số thấm trình cố kết, gradient ban đầu, cố kết có xét đến biến dạng từ biến, mơ hình lưu biến theo L Barden qui luật biến dạng từ biến 1.3 Đặc điểm biến dạng cố kết sét mềm bão hịa nước từ thí nghiệm Thí nghiệm trường nghiên cứu đánh giá ổn định đất yếu cơng trình đắp thực nhiều từ lâu Hầu hết kết quan trắc đo đạc gắn với xử lý tự nhiên [23], [24] Nghiên cứu thực thời gian dài với chi tiết quan trắc thực ghi nhận hiệu chỉnh liên tục nên tham khảo lại lấy làm sở nghiên cứu xử lý đất yếu sau [27], [28] Kết thí nghiệm loại sét chế bị khác cho thấy giá trị lớn ALRLR thặng dư không đạt sau gia tải mà sau khoảng thời gian xác định Ngoài ra, giá trị ALNLR lớn nhỏ giá trị ứng suất gia tăng phụ thuộc tính nén ép cốt đất 1.4 Các nghiên cứu tính tốn độ lún đất xử lý thiết bị thoát nước đứng Năm 1941, A Biot thiết lập công bố phương trình cố kết ba chiều [38] Từ phương trình cố kết A Biot, phương pháp tính phát triển tiếp tục đặc biệt phổ biến toán xử lý thiết bị nước đứng Phổ biến ban đầu mơ hình phần tử đơn vị mở rộng phương pháp phần tử hữu hạn Theo TCVN 9355-2012 độ cố kết U đạt sau thời gian t kể từ lúc đắp xong xác định theo công thức [39]: U = - (1 - Uv)(1 - Uh) (1.26) Theo GS Hồng Văn Tân, cơng thức xác định mức độ cố kết Ut thời điểm bất kỳ: U (t )   M z M r (1.29) Hệ số thấm ngang tương đương phần tử đơn vị đề nghị Lin et al., 2000) [28], [41] Phỏng theo lý thuyết Hansbo (1981) trường hợp biến dạng phẳng, Hird (1995) [42] thể với mức độ cố kết trung bình U độ sâu thời gian hai đơn vị phân tố mặt lý thuyết bỏ qua sức cản giếng Chai (1995) [43] mở rộng thành công phân tích Hird (1992) [44] bao gồm ảnh hưởng sức cản giếng tắt nghẽn Indraratna Redana (1997) chuyển đổi hệ thống thoát nước dọc thành tường thoát nước song song tương ứng cách điều chỉnh hệ số thấm đất 1.5 Kết luận chương Các kết nghiên cứu thí nghiệm đo đạc thực tế thí nghiệm phòng cho thấy ALNLR tiêu tán chậm so với kết dự tính lý thuyết, đặc biệt trường hợp diện gia tải hẹp công trình đê đắp Hơn nữa, đắp dạng tuyến, chuyển vị ngang gây độ lún bổ sung chiếm tỷ lệ đáng kể Cơng trình đắp dạng tuyến đất yếu loại hình cơng trình phổ biến tỉnh phía Nam Việc chọn lựa phương pháp dự tính độ lún cố kết theo sơ đồ toán phẳng cho phép đánh giá độ lún đất chuyển vị ngang thu nhận độ lún phù hợp với thực tế kết nghiên cứu quan trắc có Với cơng cụ thí nghiệm đại, việc thí nghiệm đo đạc độ lún tiêu tán ALNLR theo thời gian thực Việc thực thí nghiệm mẫu sét mềm bão hịa nước khu vực giúp nhận định giá trị đắn làm sở cho nghiên cứu lý thuyết tính toán Như vậy, định hướng nghiên cứu đề tài luận án bao gồm xác định quy luật hình thành tiêu tán ALNLR sét mềm bão hòa nước, chọn lựa lý thuyết dự tính độ lún đất theo sơ đồ tốn phẳng Ở đây, tính toán cần thiết nghiên cứu xét đến qui luật tiêu tán ALNLR theo qui luật từ thí nghiệm Trên sở xem ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình, tổng hợp đề nghị phương pháp dự tính độ lún cố kết theo sơ đồ toán phẳng Phương pháp tính tốn đề nghị cho phép đánh giá độ lún cố kết tự nhiên xử lý thiết bị thoát nước đứng với điều kiện biên khác Ngồi ra, phương pháp đề nghị cịn cho phép đánh giá độ lún điểm diện gia tải nên cho phép đánh giá độ lún lệch Chấp nhận độ lún bao gồm hai thành phần (do nén thể tích biến dạng hình dạng) kết hợp mơ hình phần tử đơn vị cho phép đánh giá trình cố kết xem ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình để áp dụng dự tính độ lún cố kết đất tự nhiên xử lý thiết bị thoát nước đứng theo sơ đồ toán phẳng 10 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỘ LÚN VÀ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG THEO THỜI GIAN BẰNG HỘP NÉN CHẾ TẠO 3.1 Thí nghiệm cố kết có đo tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng 3.1.1 Chế tạo hộp nén cố kết có đo áp lực nước lỗ rỗng 1- Vịng chụp ngồi để chứa nước 2- Bệ đáy 3- Vít giữ 4- Nắp hộp nén 5- Đá thấm 6- Dao vòng 7- Mẫu đất thí nghiệm 8- Đầu nối vào hộp đáy 9- Ống nước (bão hịa mẫu đá thấm) 10- Khóa nước 11- Đồng hồ đo áp lực 12-Dầm gia tải 13- Trục gia tải Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo hộp nén cố 14- Đồng hồ đo biến dạng kết có đo áp lực nước lỗ rỗng 15- Ron cao su 14 12 13 15 15 10 11 3.1.2 Đánh giá mức độ tin cậy kết thí nghiệm nén cố kết chiều có đo áp lực nước lỗ rỗng Sự hình thành tiêu tán ALNLR khơng lý thuyết cố kết có (ALNLR thặng dư ban đầu giá trị áp lực gia tăng tiêu tán hoàn toàn chấm dứt cố kết) Ở đây, ALNLR ban đầu có giá trị bé đáng kể so với áp lực gia tăng tăng đến giá trị lớn thời điểm tiêu tán dần đến chấm dứt cố kết Thời gian mẫu đất đạt độ lún cố kết hoàn toàn (t100) nhỏ đáng kể so với thời gian ALNLR tiêu tán hoàn toàn Như vậy, thời gian đạt cố kết hoàn toàn theo độ lún mức độ tiêu tán ALNLR không 11 Độ lún (mm) 2.4 2.9 3.4 10 100 1000 thời gian (phút) ALNLR u (KPa) Hình 3.8 Biểu đồ độ lún theo thời gian mẫu M1 cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 đại lượng cố kết thu nhận 40 30 20 10 10 100 thời gian (phút) 1000 Hình 3.9 Biểu đồ tiêu tán ALNLR theo thời gian mẫu M1 cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 3.2 Đặc điểm cố kết theo độ lún tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo kết thí nghiệm phịng hệ sơ rỗng e 3.2.1 Đặc điểm đường cong nén lún số đặc điểm tính chất biến dạng sét mềm bão hịa nước khu vực tỉnh phía Nam 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 24 h dỡ tải t100 100 200 300 400 áp lực nén p' (kN/m 2) Hình 3.12 Đường cong nén lún e – p 24 t100 mẫu M2 nước hai chiều 12 Kết Hình 3.12 cho thấy kể từ cấp áp lực nén 100 kN/m2 chêch lệch hai đường nén xuất rõ ràng Tuy nhiên, độ dốc hai đường khác biệt không đáng kể gần song song Kết tổng kết 22 dự án với 670 mẫu đất cho thấy giá trị áp lực tiền cố kết pc sét mềm bão hòa khu vực tỉnh phía Nam dao động chủ yếu phạm vi 40 – 80 kN/m2 phụ thuộc độ sâu phân bố Kết tổng hợp phân tích cho thấy sét mềm bão hòa nước khu vực gần bề mặt trạng thái cố kết có dạng phi tuyến theo độ sâu Từ độ sâu 10 m trở đi, giá trị OCR thay đổi không đáng kể xấp xỉ Đất từ độ sâu 10 m trở xuống chưa nén chặt đáng kể chưa cố kết hoàn tồn trọng lượng thân 3.2.2 Phân tích đặc điểm cố kết theo độ lún theo mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hộp nén chế tạo Kết cho thấy thời điểm đạt cố kết hoàn toàn theo độ lún theo ALNLR gần xấp xỉ nhau, khác biệt đáng kể chủ yếu xảy khoảng thời gian trước Điều đáng ghi nhận biểu đồ phân tích độ cố kết theo độ lún tiêu tán ALNLR giai đoạn sau, thời gian đạt cố kết ổn định (U  1) theo ALNLR U(t) xảy chậm so kết tính theo với độ lún 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 theo độ lún theo ALNLR 0.1 10 1000 Thời gian (phút) Hình 3.20 Độ cố kết mẫu M2, chiều cao cm, thoát nước chiều, cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 theo độ lún ALNLR 13 ALNLR (kN/m2) 30 25 20 15 10 0.1 10 1000 thời gian (phút) 0.0 35 30 25 20 15 10 U(t) ALNLR (kN/m2) Hình 3.22 Tiêu tán ALNLR theo thời gian mẫu M2 thoát nước chiều, cấp áp lực 100 – 200 kN/m2 0.2 theo độ lún 0.4 theo ALNLR 0.6 0.8 0.1 10 100 1.0 1000 10000 0.1 thời gian (phút) 10 100 1000 10000 Thời gian (phút) (a) (b) 40 35 30 25 20 15 10 0.0 theo độ lún 0.2 theo ALNLR 0.4 U(t) ALNLR (kN/m2) Hình 3.24 Tiêu tán ALNLR (a) độ cố kết theo độ lún tiêu tán ALNLR (b) theo thời gian mẫu M5 thoát nước chiều, cao cm, cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 0.6 0.8 0.1 10 1.0 100 1000 10000 0.1 thời gian (phút) 10 100 1000 10000 thời gian (phút) (a) (b) Hình 3.26 Tiêu tán ALNLR (a) độ cố kết theo độ lún tiêu tán ALNLR (b) theo thời gian mẫu M5 thoát nước chiều, cao cm, cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 Điều đáng lưu ý thời điểm giá trị ALNLR thặng dư đạt giá trị lớn mẫu có chiều cao khác (2, cm) gần nhau, tức xảy 14 khoảng từ 50 đến 70 phút Như vậy, thời điểm ALNLR thặng dư đạt giá trị lớn không phụ thuộc vào bề dày lớp đất chịu nén 3.3 Kết luận chương Sau đặt tải, ALNLR thặng dư sét mềm gia tăng từ từ đạt giá trị lớn sau khoảng thời gian 50 – 70 phút mẫu có chiều cao khác từ 2, đến cm Sau đó, ALNLR giảm mẫu đất đạt cố kết hoàn toàn Trong sét mềm bão hòa nước, ALNLR lớn đo nhỏ đáng kể so với giá trị ứng suất đứng gia tăng xấp xỉ ứng suất trung bình thời điểm Độ lún mức độ tiêu tán ALNLR khơng đồng thời q trình cố kết, đặc biệt thời điểm ban đầu Thời điểm đạt độ lún cố kết ổn định xấp xỉ thời điểm giá trị ALNLR tiêu tán đến giá trị ổn định chưa tiêu tán hoàn toàn Kết phân tích độ cố kết theo độ lún tiêu tán ALNLR điểm trung bình mẫu cho thấy thời gian đạt cố kết ổn định (khi U(t)  1) theo ALNLR xảy chậm so với kết tính theo độ lún ALNLR sau độ cố kết theo độ lún đạt 100% trì giá trị khơng đáng kể (nhỏ kN/m2) 15 CHƯƠNG ĐỘ LÚN, LÚN LỆCH CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THEO THỜI GIAN TRÊN CƠ SỞ BÀI TOÁN CỐ KẾT HAI CHIỀU Căn lời giải toán cố kết hai chiều biến dạng lún theo sơ đồ tốn phẳng có xét ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình, đánh giá độ lún cố kết đất yếu cơng trình đắp Việc áp dụng tính tốn lấy theo liệu thực tế đường Quốc lộ 1A qua tỉnh Vĩnh Long đất yếu xử lý thoát nước đứng giếng cát vào cầu Cao Lãnh 4.1 Độ lún đất yếu cơng trình đường đắp theo thời gian tự nhiên sở sơ đồ hai chiều 4.1.1 Giới thiệu cơng trình điều kiện địa chất cơng trình Hình 4.1 Sơ đồ mặt cắt đường đắp đất yếu dự án mở rộng QL 1A đoạn Vĩnh Long – Cần Thơ 4.1.2 Độ lún đất yếu cơng trình đường đắp theo thời gian theo lý thuyết cố kết cổ điển Terzaghi độ lún (m) 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 10 100 1000 10000 100000 1000000 thời gian (ngày đêm) Hình 4.5 Biểu đồ độ lún theo thời gian đất yếu đường quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Vĩnh Long theo lý thuyết cố kết chiều 16 4.1.3 Độ lún độ lún lệch đất yếu cơng trình đắp theo thời gian sở lý thuyết cố kết hai chiều 4.1.3.1 Sự phân bố độ lún ngắn hạn ổn định lâu dài Độ lún ổn định tâm diện gia tải theo sơ đồ hai chiều có giá trị đến 0,489 m, lớn so với kết dự tính theo sơ đồ chiều độ lún biên (điểm có tọa độ z = 0, x = m) có giá trị 0,353 m, nhỏ so với độ lún theo sơ đồ chiều 0,462 m Hình 4.6 Phân bố độ lún đất yếu đường đắp thời điểm ban đầu đạt ổn định cố kết 4.1.3.2 Độ lún đất yếu cơng trình đường đắp sở toán cố kết hai chiều xem lớp 0.00 Độ lún (m) 0.10 0.20 0.30 Độ lún theo thời gian Tâm (x=0m) Độ lún theo thời gian Biên (x=9m) 0.40 0.50 0.60 100 1000 10000 Thời gian (ngày đêm) 100000 Hình 4.8 Độ lún tâm biên sở toán cố kết hai chiều xem độ cố kết tương đương mức độ tiêu tán ALNLR điểm trung bình 17 4.1.3.3 Độ lún cố kết đất yếu công trình đường đắp sở tốn cố kết hai chiều theo tổng độ lún lớp phân tố Kết tính tốn phân tích độ sâu lớn xấp xỉ 10 m đất yếu không chịu ảnh hưởng đáng kể tải trọng san lấp sau hàng chục năm Tận dụng điều giúp chọn lựa phạm vi gia cố đất yếu lập kế hoạch sử dụng lâu dài Thời gian đạt độ lún ổn định phương pháp tổng lớp phân tố chậm so với trường hợp xem lớp không đáng kể Thực vậy, tính tốn theo lớp phân tố, nên độ sâu nhỏ, độ lún cố kết bắt đầu xuất sớm độ sâu lớn hơn, ALNLR thặng dư tiêu tán chậm nên thời gian đạt ổn định kéo dài Ở đây, thời gian đạt độ lún ổn định phương pháp tổng lớp phân tố xấp xỉ 80.000 ngày đêm (220 năm) Tuy nhiên, từ biểu đồ thấy độ lún tăng không đáng kể kể từ 40.000 ngày đêm ALNLR (kPa) ALNLR (kPa) 20 500 nđ 10 20 30 800 nđ 1000 nđ 2000 nđ 5000 nđ 8000 nđ 10000 nđ 10 12 14 16 18 20 độ sâu (m) độ sâu (m) 0 30000 nđ 14 50000 nđ 16 80000 nđ 18 ứng suất trung bình 20 (a) 2000 nđ 5000 nđ 8000 nđ 10000 nđ 10 12 800 nđ 1000 nđ 20000 nđ 500 nđ 20000 nđ 30000 nđ 50000 nđ 80000 nđ ứng suất trung bình (b) Hình 4.9 Đặc điểm phân bố ALNLR thặng dư tâm (a) biên (b) theo độ sâu thời điểm khác 18 Việc tính tốn theo tốn hai chiều cho thấy độ lún ổn định tâm có giá trị lớn so với kết tính theo sơ đồ toán chiều Ở đây, độ lún ổn định tâm 0,488 m, biên 0,353 m (độ lún ổn định toán chiều 0,463 m) Độ lún ổn định tâm biến dạng thể tích có giá trị 0,391 m, chiếm 80,2% so với tổng độ lún tâm độ lún ổn định biên biến dạng thể tích 0,292 m, chiếm 82,6% so với tổng độ lún biên 0.0 độ lún (m) 0.1 0.2 0.3 S(t) tâm x= 0.4 S(t) biên x = 9m 0.5 0.6 10 100 1000 10000 thời gian (ngày đêm) 100000 Hình 4.10 Độ lún tâm biên theo thời gian sở toán cố kết hai chiều theo tổng lớp phân tố 4.2 Độ lún cố kết đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước sở sơ đồ hai chiều với mơ hình phần tử đơn vị 4.2.1 Giới thiệu cơng trình điều kiện địa chất cơng trình Trong phạm vi hố khoan, cấu tạo địa chất cho thấy có lớp đất yếu lớp 1a lớp 2a Việc xử lý chủ yếu phạm vi hai lớp 4.2.2 Dữ liệu quan trắc trường, chọn lựa sơ đồ tính đặc trưng lý Độ lún（mm） 4.2.2.1 Tập hợp liệu quan trắc trường phục vụ phân tích so sánh -300 -600 -900 -1200 -1500 -1800 -2100 -2400 -2700 -3000 5/9 1/11 28/12 23/2 20/4 16/6 12/8 8/10 4/12 30/1 28/3 24/5 Settlement / độ lún (right/phải) (mm) Settlement / độ lún (left/trái) (mm) Settlement / độ lún (midle/giữa) (mm) Hình 4.23 Độ lún quan trắc theo thời gian tâm, biên mép Km 8+100 19 4.2.2.2 Chọn lựa bước tính đặc trưng lý đất phục vụ phân tích tính tốn Do việc mơ hay tính tốn khó thể chi tiết gia tải biểu đồ gia tải thực tế nên việc gia tải mô theo đợt Chi tiết gia tải thời gian cố kết xác định theo số thời điểm theo biểu đồ gia tải với chiều cao đắp gia tải trước lớn 7,88 m Việc tính tốn thực theo bước gia tải chờ cố kết Đặc trưng lý đất chọn lựa lấy từ hồ sơ khảo sát 4.2.3 Độ lún cố kết đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước sở sơ đồ hai chiều với mơ hình phần tử đơn vị Về tổng thể, đặc điểm tiêu tán ALNLR biên tương tự tâm diện chịu tải Áp lực nước lỗ rỗng u (kPa) 10 20 Áp lực nước lỗ rỗng u (kPa) 20 40 0 5 10 10 10 15 20 u lớp u ban đầu 25 u ban đầu u lớp 30 u lớp u ban đầu 25 u lớp 30 25 30 (a) 15 20 20 35 15 u lớp u lớp Độ sâu z (m) Độ sâu z (m) Độ sâu z (m) Áp lực nước lỗ rỗng u (kPa) 10 20 35 35 (b) (c) Hình 4.25 ALNLR thặng dư tâm diện gia tải giai đoạn (a), (b) (c) 20 5 10 10 Độ sâu z (m) Độ sâu z (m) Áp lực nước lỗ rỗng u (kPa) 10 20 30 15 20 25 u lớp 30 u ban đầu u lớp 35 Áp lực nước lỗ rỗng u (kPa) 10 u lớp u ban đầu u lớp 15 20 25 30 35 (a) (b) Hình 4.28 ALNLR thặng dư tâm diện gia tải giai đoạn 10 (a) 11 (b) Hình 4.33 cho thấy độ lún theo thời gian tâm diện gia tải tiếp cận giá trị quan trắc Trong vài thời điểm, vài giá trị độ lún cịn chênh lệch khác biệt khơng đáng kể Thực vậy, biểu đồ gia tải quan trắc thực tế gần đường cong liên tục việc san lấp tiến hành với nhiều giai đoạn ngắn việc tính tốn vào việc phân chia thành số chu kỳ định Kết tính tốn lý thuyết đề nghị cho thấy độ lún biên so với kết quan trắc dù qui luật phân bố độ lún tương tự kết quan trắc Tuy nhiên, khác biệt chấp nhận Cũng nên lưu ý rằng, hồ sơ thiết kế dự báo độ lún sau đạt ổn định 4,0 m (xem phụ lục), khác biệt đáng kể so với kết quan trắc Thực vậy, việc tính tốn theo 22TCN 262 - 2000 chưa xét tới vai trò giếng cát Độ lún ổn định tâm biên biến dạng nén thể tích theo kết tính tốn có giá trị 2,81 m 2,33 m chiếm 95% so với tồn tổng độ lún vị trí Độ lún ổn định dự tính theo phương pháp đề nghị tâm biên có giá trị tương ứng 2,95 m 2,456 m so với kết quan trắc sau 2,88 m 2,73 m 21 S(t) (m) 0.00 0.50 S(t) tâm tính tốn 1.00 S(t) quan trắc 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 200 400 600 800 thời gian (ngày đêm) Hình 4.33 Độ lún tâm diện gia tải theo thời gian theo kết dự tính phương pháp đề nghị theo sơ đồ hai chiều kết quan trắc 0.00 S(t) biên tính tốn 0.50 S(t) quan trắc S(t) (m) 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 200 400 600 800 thời gian (ngày đêm) Hình 4.34 Độ lún biên diện gia tải theo thời gian theo kết dự tính phương pháp đề nghị theo sơ đồ hai chiều kết quan trắc 4.3 Kết luận Chương Kết tính tốn dự báo độ lún cố kết tự nhiên cơng trình đường đắp cho thấy thời điểm đạt độ lún ổn định theo sơ đồ hai chiều ngắn so với kết dự tính theo sơ đồ chiều Thời gian đạt độ lún ổn định tâm biên khác biệt không đáng kể xấp xỉ 220 năm lớp đất yếu có bề dày 20,0 m có đáy khơng nước khu vực Vĩnh Long 22 Độ lún ổn định tâm diện gia tải theo sơ đồ hai chiều có giá trị lớn biên nhỏ so với độ lún theo sơ đồ chiều Độ lún biến dạng nén thể tích tâm biên khác biệt không đáng kể chiếm từ 80 đến 95% so với tổng độ lún tùy thuộc hình dạng, kích thước gia tải phạm vi vùng ảnh hưởng Phương pháp dự báo độ lún cố kết theo sơ đồ hai chiều có xét ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình cho phép dự báo độ lún cố kết đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước Kết tính tốn áp dụng cho thấy độ lún cố kết dự tính theo phương pháp nghiên cứu đề nghị phù hợp với kết quan trắc quy luật giá trị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Chấp nhận độ lún bao gồm hai thành phần (do nén thể tích biến dạng hình dạng) kết hợp mơ hình phần tử đơn vị cho phép đánh giá trình cố kết xem ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình để áp dụng dự tính độ lún cố kết đất tự nhiên xử lý thiết bị thoát nước đứng kết hợp gia tải trước theo sơ đồ toán phẳng Sau đặt tải, ALNLR thặng dư sét mềm đến dẻo mềm gia tăng từ từ đạt giá trị lớn sau khoảng thời gian 50 – 70 phút mẫu có chiều cao khác từ 2, đến cm Giá trị ALNLR lớn đo nhỏ đáng kể so với giá trị ứng suất đứng gia tăng xấp xỉ ứng suất trung bình thời điểm Sau đó, ALNLR giảm mẫu đất đạt cố kết hồn tồn Kết phân tích độ cố kết theo độ lún tiêu tán ALNLR điểm trung bình mẫu cho thấy thời gian đạt cố kết ổn định (khi U(t)  1) theo ALNLR ln xảy chậm so với kết tính theo độ lún ALNLR sau độ cố kết theo độ lún đạt 100% trì giá trị khơng đáng kể (nhỏ kN/m2) Kết tính tốn dự báo độ lún cố kết tự nhiên cơng trình đường đắp cho thấy thời điểm đạt độ lún ổn định theo sơ đồ hai chiều ngắn so với 23 kết dự tính theo sơ đồ chiều Thời gian đạt độ lún ổn định tâm biên khác biệt không đáng kể xấp xỉ 220 năm lớp đất yếu có bề dày 20,0 m có đáy khơng nước khu vực Vĩnh Long Độ lún ổn định tâm diện gia tải theo sơ đồ hai chiều có giá trị lớn biên nhỏ so với độ lún theo sơ đồ chiều Độ lún biến dạng nén thể tích tâm biên khác biệt không đáng kể chiếm từ 80 đến 95% so với tổng độ lún tùy thuộc hình dạng, kích thước gia tải phạm vi vùng ảnh hưởng Phương pháp dự báo độ lún cố kết theo sơ đồ hai chiều có xét ALNLR phụ thuộc ứng suất trung bình cho phép dự báo độ lún cố kết đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước Kết tính tốn áp dụng cho thấy độ lún cố kết dự tính theo phương pháp nghiên cứu đề nghị phù hợp với kết quan trắc quy luật giá trị Kiến nghị - Độ cố kết theo độ lún tiêu tán ALNLR đất loại sét khác biệt đáng kể thời điểm ALNLR tiêu tán hoàn toàn thường xảy chậm đáng kể so với độ lún Do đó, quan trắc công tác xử lý gia tải trước, cần lưu ý độ cố kết theo giá trị ALNLR đo đạc chậm so với theo độ lún - Phương pháp dự báo độ lún cố kết theo sơ đồ hai chiều kết hợp mơ hình phần tử đơn vị cho phép đánh giá độ lún độ lún lệch theo thời gian nên phù hợp sử dụng để phân tích ổn định lâu dài đất yếu theo thời gian nhằm đảm bảo điều kiện sử dụng cơng trình lâu dài hạn chế sử dụng giải pháp xử lý - Có thể sử dụng phương pháp đề nghị để dự báo độ lún, phân bố độ lún theo thời gian cho đất xử lý thoát nước đứng Ưu điểm phương pháp cho phép đánh giá phân bố độ lún phù hợp với thực tế, đặc biệt diện gia tải hẹp bề dày lớp đất yếu xử lý lớn 24