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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM 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 Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số chuyên ngành: 62.58.02.11 Phản biện độc lập: PGS TS Nguyễn Thành Đạt Phản biện độc lập: TS Phạm Văn Hùng Phản biện: PGS TS Võ Phán Phản biện: PGS TS Trương Quang Thành Phản biện: TS Nguyễn Ngọc Phúc NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Bùi Trường Sơn LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký Lâm Ngọc Q i TĨM TẮT LUẬN ÁN Nghiên cứu phương pháp đánh giá độ lún cố kết đất yếu theo sơ đồ toán phẳng có ý nghĩa thực tiễn xây dựng phát triển sở hạ tầng tỉnh phía Nam, nơi có lớp đất yếu có bề dày lớn Kết nghiên cứu thí nghiệm cho thấy giá trị áp lực nước lỗ rỗng lớn xấp xỉ ứng suất trung bình Ngồi ra, sau gia tải, áp lực nước lỗ rỗng gia tăng từ từ đạt giá trị lớn sau khoảng 50 – 70 phút không phụ thuộc chiều dài đường thấm Trên sở tổng hợp lý thuyết cố kết theo sơ đồ toán phẳng, phương pháp đánh giá độ lún cố kết có xét áp lực nước lỗ rỗng phụ thuộc ứng suất trung bình đề nghị Việc sử dụng phương pháp cho phép dự tính độ lún cố kết tự nhiên xử lý thiết bị thoát nước đứng kết hợp gia tải trước Kết tính tốn áp dụng độ lún biến dạng thể tích cố kết đất yếu cơng trình đắp chiếm từ 80-95% Độ lún cố kết sử dụng phương pháp đề nghị phù hợp với kết quan trắc quy luật giá trị Kết nghiên cứu góp phần bổ sung phương pháp tính tốn thiết kế xây dựng cơng trình sở hạ tầng tỉnh phía Nam, nơi có bề dày lớp đất yếu lớn ii ABSTRACT Study on methods in order to evaluate consolidation settlement of soft ground according to plane analysis has practical significance in civil engineering and the development of infrastructures in the Southern provinces, which has a large thickness of soft soil layer Experimental results show that the maximum pore water pressure approximates the normal stress In addition, the pore water pressure tends to increase gradually after loading and reach its maximum value after about 50-70 minutes, which does not depend on the length of the infiltration path Based on the summarization of consolidation theory according to plane analysis, the method which can evaluate consolidation settlement considering the dependence of pore water pressure on the normal stress is proposed The use of this method allows us to calculate the consolidation settlement of the ground which is natural and is treated with the method of preloading in combination with vertical drains The applied calculation results show that the settlement due to volume deformation stemmed from the consolidation of the soft ground under embankments accounts for 80-95 % The consolidation settlement using the proposed method is consistent with monitoring results in terms of both tendency and value This research can contribute to supplementing the current design method for the construction of infrastructures in the Southern provinces, where there is a large soft soil layer thickness iii LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình PGS TS Bùi Trường Sơn Sự dẫn giúp đỡ tập thể giảng viên Bộ mơn Địa Nền Móng, Khoa kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TPHCM Xin cám ơn Công ty Cổ Phần Tư vấn Khảo sát Kiểm định Xây dựng Trường Sơn giúp đỡ, hỗ trợ, cho phép sử dụng số thiết bị thí nghiệm nghiên cứu cung cấp số kết thí nghiệm quan trắc phục vụ nghiên cứu tính tốn Xin chân thành cám ơn người thân, ban lãnh đạo đồng nghiệp Trường Đại học Xây dựng miền Tây tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh học tập nghiên cứu luận án suốt thời gian qua iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC cÁC TỪ viết tắt xii MỞ ĐẦU 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 1.1.2 Ước lượng độ lún đất theo thời gian điều kiện toán cố kết chiều 1.2 Các toán cố kết chiều ảnh hưởng nhân tố khác .11 1.3 Đặc điểm biến dạng cố kết sét mềm bão hòa nước từ thí nghiệm 18 1.4 Các nghiên cứu tính tốn độ lún đất xử lý thiết bị thoát nước đứng 23 1.5 Kết luận chương 31 CHƯƠNG HAI CHIỀU CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỐ KẾT THEO SƠ ĐỒ 33 2.1 Giới thiệu toán cố kết theo sơ đồ hai chiều 33 2.2 Phương trình cố kết theo sơ đồ hai chiều .37 2.3 Một số lời giải ứng với điều kiện ban đầu điều kiện biên 39 2.3.1 Xét trường hợp hệ số thấm theo phương đứng phương ngang 39 2.3.2 Xét trường hợp hệ số thấm không đồng theo phương đứng phương ngang .47 2.4 Phương pháp ước lượng độ lún theo thời gian theo sơ đồ toán phẳng 50 2.4.1 Cơ sở ước lượng độ lún theo sơ đồ toán phẳng .50 2.4.2 Cơ sở ước lượng độ lún cố kết theo sơ đồ toán phẳng 53 2.5 Kết luận Chương .57 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỘ LÚN VÀ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG THEO THỜI GIAN BẰNG HỘP NÉN CHẾ TẠO 58 3.1 Thí nghiệm cố kết có đo tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng 59 3.1.1 Chế tạo hộp nén cố kết có đo áp lực nước lỗ rỗng 59 v 3.1.2 Đánh giá mức độ tin cậy kết thí nghiệm nén cố kết chiều có đo áp lực nước lỗ rỗng 63 3.2 Đặc điểm cố kết theo độ lún tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo kết thí nghiệm phịng 66 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 68 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 73 3.3 Kết luận chương 81 CHƯƠNG ĐỘ LÚN, LÚN LỆCH CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THEO THỜI GIAN TRÊN CƠ SỞ BÀI TOÁN CỐ KẾT HAI CHIỀU 83 4.1 Độ lún đất yếu cơng trình đường đắp theo thời gian tự nhiên sở sơ đồ hai chiều 83 4.1.1 Giới thiệu cơng trình điều kiện địa chất cơng trình 83 4.1.2 Độ lún đất yếu cơng trình đường đắp theo thời gian theo lý thuyết cố kết cổ điển Terzaghi 87 4.1.3 Độ lún độ lún lệch đất yếu cơng trình đắp theo thời gian sở lý thuyết cố kết hai chiều 88 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 95 4.2.1 Giới thiệu cơng trình điều kiện địa chất cơng trình .95 4.2.2 Dữ liệu quan trắc trường, chọn lựa sơ đồ tính đặc trưng lý 99 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 104 4.3 Kết luận Chương .111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 116 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng (u) ứng suất lên cốt đất (’) lớp đất chịu tải trọng phân bố Hình 1.2 Áp lực nước ứng suất cốt đất cố kết lớp đất tác dụng tải trọng phân bố (a), trọng lượng thân đất (b, c) lực thấm (d) 10 Hình 1.3 Mơ hình học phần tử đất bị cố kết có xét đến từ biến cốt đất 12 Hình 1.4 Sự thay đổi áp lực NLR độ lún lớp đất ba pha xét (1) không xét (2) từ biến cốt đất [16] 12 Hình 1.5 Biểu đồ ALNLR lớp đất có độ bền cấu trúc (a) quan hệ nén lún tính tốn (b) 13 Hình 1.6 Đường cong lún theo thời gian theo phương pháp [18] 15 Hình 1.7 Sự phân bố ALNLR thặng dư lớp đất có gradient ban đầu 15 Hình 1.8 Mơ hình đàn nhớt đất L: lị xo tuyến tính, N: cản nhớt phi tuyến [20] 16 Hình 1.9 Quan hệ độ lún – ALNLR theo thời gian có xét đến từ biến cốt đất [22] 17 Hình 1.10 ALNLR thặng dư đường đắp Lilla Mellösa thời điểm khác [24] 20 Hình 1.11 Quan trắc lún đường đắp khơng nước Lilla Mellösa, tỷ lệ thuận theo thời gian [23], [24] 20 Hình 1.12 Quan trắc ALNLR thặng dư phân bố độ sâu m khối đất đắp hình trịn sau năm gia tải so sánh với lý thuyết gia tăng ứng suất độ sâu tương tự cơng trình đắp (Hansbo 1960) [24] 21 Hình 1.13 Mơ hình nước đứng thông số 24 Hình 1.14 Chuyển đổi đơn vị phân tố đối xứng trục (a) sang điều kiện biến dạng phẳng (b) (chuyển thể từ Hird, 1992 Indraratna Redana, 1997) 29 Hình 2.1 Sơ đồ tính tốn liên tục pha trình cố kết điều kiện toán phẳng 35 Hình 2.2 Sơ đồ tốn cố kết hai chiều 39 Hình 2.3 Sơ đồ phần tử đơn vị phẳng sử dụng để đánh giá ALNLR thặng dư (a) ứng suất hữu hiệu theo lớp phân tố (b) 55 Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo hộp nén cố kết có đo áp lực nước lỗ rỗng 60 Hình 3.2 Vịng đáy hộp có ron cao su để ngăn ngừa rò rỉ dao vịng có chiều cao 2, cm 61 vii Hình 3.3 Bố trí thiết bị đầu đo ghi nhận liệu thí nghiệm 61 Hình 3.4 Bộ xử lí tín hiệu 62 Hình 3.5 Giao diện kết thí nghiệm hình máy tính 62 Hình 3.6 Dao vịng mẫu đất sau thí nghiệm 63 Hình 3.7 Biểu đồ độ lún theo thời gian mẫu M1 cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 đại lượng cố kết thu nhận 65 Hình 3.8 Biểu đồ tiêu tán ALNLR theo thời gian mẫu M1 cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 65 Hình 3.9 Biểu đồ độ lún theo thời gian mẫu M2 cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 65 Hình 3.10 Biểu đồ tiêu tán ALNLR theo thời gian mẫu M2 cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 66 Hình 3.11 Đường cong nén lún e – p 24 t100 mẫu M2 thoát nước hai chiều 69 Hình 3.12 Đường cong nén lún e – log(p) 24 t100 mẫu M2 thoát nước hai chiều 69 Hình 3.13 Đường cong nén lún e – p 72 mẫu M2 thoát nước chiều 70 Hình 3.14 Đường cong nén lún e – log(p) 72 mẫu M2 thoát nước chiều 70 Hình 3.15 Quan hệ OCR theo độ sâu khu vực quận (TP HCM) (a) Vĩnh Long (dự án mở rộng quốc lộ 1) (b) 72 Hình 3.16 Tương quan hệ số ALNLR B áp lực buồng sét mềm bão hòa nước số khu vực TP HCM ĐBSCL 72 Hình 3.17 Biểu đồ độ lún theo thời gian mẫu M2 thoát nước hai chiều, cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 73 Hình 3.18 Biểu đồ độ lún theo thời gian mẫu M2 thoát nước hai chiều, cấp áp lực 100 – 200 kN/m2 74 Hình 3.19 Độ cố kết mẫu M2, chiều cao cm, thoát nước chiều, cấp áp lực 50 – 100 kN/m2 theo độ lún ALNLR 77 Hình 3.20 Độ lún theo thời gian mẫu M2 nước chiều, cấp áp lực 100 – 200 kN/m2 77 Hình 3.21 Tiêu tán ALNLR theo thời gian mẫu M2 thoát nước chiều, cấp áp lực 100 – 200 kN/m2 77 Hình 3.22 Độ cố kết mẫu M2, chiều cao cm, thoát nước chiều, cấp áp lực 100 – 200 kN/m2 theo độ lún ALNLR 78 Hình 3.23 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 78 viii ... thuyết cố kết theo sơ đồ toán phẳng, phương pháp đánh giá độ lún cố kết có xét áp lực nước lỗ rỗng phụ thuộc ứng suất trung bình đề nghị Việc sử dụng phương pháp cho phép dự tính độ lún cố kết tự... 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 Chuyên ngành: Địa kỹ thuật... đo áp lực nước lỗ rỗng 59 v 3.1.2 Đánh giá mức độ tin cậy kết thí nghiệm nén cố kết chiều có đo áp lực nước lỗ rỗng 63 3.2 Đặc điểm cố kết theo độ lún tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng