Xác định hệ số cố kết theo phương ngang của nền sét yếu tại khu vực huyện nhà bè bằng phương pháp thí nghiệm hiện trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH -o0o - NGUYỄN MINH TÂM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN SÉT YẾU TẠI KHU VỰC HUYỆN NHÀ BÈ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG TP Hồ Chí Minh, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH -o0o - NGUYỄN MINH TÂM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN SÉT YẾU TẠI KHU VỰC HUYỆN NHÀ BÈ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số chuyên ngành: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ NGUYỄN PHÚ HUÂN TP Hồ Chí Minh, năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc GIẤY XÁC NHẬN Tôi tên là: Nguyễn Minh Tâm Ngày sinh: 18/10/1988 Nơi sinh: Tân Kiên, Bình Chánh, Tp HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã học viên: 19A5802011C01 Tôi đồng ý cung cấp tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh kết nối tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học Sở Khoa học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Ký tên (Ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Tâm CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: TS Võ Nguyễn Phú Huân Học viên thực hiện: Nguyễn Minh Tâm Lớp: DCONO19A Ngày sinh: 18/10/1988 Nơi sinh: Tân Kiên, Bình Chánh, Tp HCM Tên đề tài: Xác định hệ số cố kết theo phương ngang sét yếu khu vực huyện Nhà Bè phương pháp thí nghiệm trường Ý kiến giáo viên hướng dẫn việc cho phép học viên Nguyễn Minh Tâm bảo vệ luận văn trước Hội đồng: Học viên hoàn thành khối lượng luận văn giao Đồng ý cho học viên Nguyễn Minh Tâm bảo vệ trước hội đồng Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 06.tháng 10 năm 2021 Người nhận xét Võ Nguyễn Phú Huân LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn “Xác định hệ số cố kết theo phương ngang sét yếu khu vực huyện Nhà Bè phương pháp thí nghiệm trường” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi, thực sở nghiên cứu lý thuyết tính tốn số liệu đo đạc thực tiễn hướng dẫn TS Võ Nguyễn Phú Huân Các số liệu, mô hình tính tốn kết Luận văn hoàn toàn trung thực Nội dung Luận văn hoàn toàn tuân theo nội dung đề cương Luận văn Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ngành Xây dựng cơng trình Dân dụng Công nghiệp, Khoa Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Mở thơng qua Khơng có sản phẩm nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà khơng trích dẫn theo quy định Luận văn chưa nộp để nhận cấp trường đại học sở đào tạo khác Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2021 Nguyễn Minh Tâm i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chân thành cám ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt q Thầy Cơ Khoa Xây dựng, nhiệt tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức bổ ích suốt q trình học tập, quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện tốt thời gian học tập trường Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Võ Nguyễn Phú Huân Với tận tụy nhiệt tình, Thầy giúp tơi phát triển ý tưởng, tìm kiếm tài liệu thiết thực để định hướng nghiên cứu tốt Ngồi tơi khơng qn gửi lời cảm ơn đến tác giả tài liệu tham khảo mà tơi sử dụng để hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, cá nhân anh chị khóa ủng hộ động viên giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Luận văn thạc sĩ hoàn thành với nỗ lực thân, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong q Thầy Cơ dẫn thêm để bổ sung kiến thức đường nghiên cứu học tập sau Xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2021 Nguyễn Minh Tâm ii TĨM TẮT Tại Thành phố Hồ Chí Minh có nhiều khu vực đất yếu, việc xây dựng cơng trình nhà hay hạ tầng đất yếu gặp phải vấn đề lớn Điều gây ảnh hưởng lớn đến trình phát triển mở rộng khu dân cư khu công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Một tiêu chí đặt phải cải thiện đất yếu để đảm bảo q trình hoạt động khai thác an toàn Biện pháp sử dụng gia tải trước kết hợp với thoát nước theo phương đứng bấc thấm biện pháp sử dụng phổ biến Tuy nhiên để tính tốn tốt phương pháp này, thông số quan trọng ảnh hưởng đến việc dự đoán mức độ cố kết hệ số cố kết ngang Ch Trong luận văn tập trung phân tích xác định thơng số cách xác thơng qua liệu từ thí nghiệm quan trắc trường Dựa liệu có từ thí nghiệm xun tĩnh CPTu, sử dụng phương pháp CE-CSSM phương pháp đường biến dạng (Strain Path) cho thấy xác hiệu so với phương pháp phân tích truyền thống Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thể phù hợp điều giúp tìm thơng số đại diện Ch cho lớp đất xác Giá trị Ch tìm từ phương pháp có giá trị nhỏ từ thí nghiệm trục CU Để an tồn, khuyến nghị áp dụng phương pháp để tìm thơng số Ch từ liệu xuyên tĩnh CPTu Bằng việc sử dụng phương pháp phân tích ngược (Asaoka and Hyperbolic), thông số Ch thu đáng tin cậy phản ánh q trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo khoảng thời gian dài Từ kết nghiên cứu, khuyến nghị nên sử dụng phương pháp phân tích ngược để tìm giá trị thơng số Ch cách xác Và nghiên cứu tài liệu tham khảo dành cho nghiên cứu tương tự khác liên quan khu vực iii ABSTRACT There are a lot of soft grounds in Ho Chi Minh city, that make a few problem when expanding and developing infrastructure Therefore, the first steps have to improve the soft soil to make strong background for the building that make avoiding some accident and unstability Preloading with prefabricated vertical drains (PVDs) is a popullar improvement method, that were applied in many big projects is help to increase drainage in the undergound And the most importance factor to predict the consolidation process is coefficient horrizontal of consolidation (Ch) The thesis is focus how to determine coefficient Ch exactly by using the data from CPTu test and monitoring in site (back analysis) Based on the data from CPTU tets, CE-CSMM method and Strain path method have much more advantage than traditional method The excess pore water curve in CE-CSSM method and Strain path method is maked to accommodate that help to find the typical Ch for soil layer Ch value in CECSSM and Strain path is smaller than CU test For safety, CE-CSSM and Strain path method should be applied to determine Ch in CPTu test By using back analysis method (Asaoka and hyperbolic), coefficient Ch value is so dependalble because it reglect the dissipation procees of excess pore pressure in long time This research propose that should be used the back analysis method to find exactly coefficient Ch The results of this thesis can be a guideline for the next relative research about this area iv MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh mục bảng biểu hình vẽ vii CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Nội dung phương pháp nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.5 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Mơ hình cố kết 2.2 Lý thuyết cố kết thấm ngang 2.2.1 Trường hợp thoát nước xuyên tâm hướng vào 2.2.2 Thoát nước xuyên tâm theo chu vi 2.3 Phương pháp xác định hệ số cố kết theo phương ngang phịng thí nghiệm 11 2.4 Phương pháp xác định hệ số cố kết theo phương ngang trường 15 2.5 Phân tích liệu từ thiết bị quan trắc 22 2.6 Nhận xét 31 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG NGANG TỪ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 32 3.1 Giới thiệu cơng trình 32 v 3.2 Thiết bị thí nghiệm 34 3.3 Phương pháp gián tiếp 42 3.4 Phương pháp Cavity expension-Critical state soil mechanics 47 3.5 Phương pháp đường biến dạng 53 CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGƯỢC HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG NAGNG TỪ KẾT QUẢ QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG 58 4.1 Thiết bị quan trắc 58 4.2 Chi tiết thiết bị quan trắc phương pháp lắp đặt 59 4.2.1 Bàn đo lún 59 4.2.2 Mốc quan trắc lún 60 4.2.3 Đo sâu nhện từ 60 4.2.4 Đo áp lực nước lỗ rỗng dây rung 63 4.3 Số liệu quan trắc 65 4.3.1 Số liệu đo lún mặt 65 4.3.2 Số liệu đo lún sâu 67 4.3.3 Số liệu đo áp lực nước lỗ rỗng 69 4.4 Phân tích ngược giá trị hệ số cố kết ngang từ kết quan trắc 71 4.4.1 Phương pháp Asaoka 71 4.4.2 Phương pháp Hyperbolic 76 4.4.3 Phân tích ngược giá trị Ch từ kết áp lực nước lỗ rỗng 82 4.4.4 Nhận xét 83 4.5 Tổng hợp kết 84 4.6 Mô phần tử hữu hạn 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 5.1 Kết luận 89 5.2 Hướng phát triển 91 Tài liệu tham khảo 92 Bài báo công bố 94 vi Analyse Vertical and Horizontal Coefficient of Consolidation of Nha Be District’s Soft Soil, Ho Chi Minh City Nguyen Minh Tam and Vo Nguyen Phu Huan Introduction With the development of urban in Ho Chi Minh City, Vietnam, the demands of increased land and population are faced of limited landscape and infrastructures To solve that matters, the movement of industries, port and infrastructures installation are carried out to suburban zone with soft soil foundation Therefore, the large scale infrastructures over soft soils normally demand an improvement of soft sub-ground Among a lot of soft soil treatment techniques, the use of preloading technique with prefabricated vertical drains (PVDs) is very useful in clay deposits, which decrease post-infrastructures settlement and improve the stability and the bearing capacity of soft soil [1] The permeability and compressibility are two phenomena of consolidation process, which controls the rate of settlement, the rate of leaving excess pore water and the consolidation duration In Terzaghi’s theory, in which a constant compressibility is assumed and linear stress-strain relative, the coefficient of vertical consolidation Cv is the important parameter which can determine the consolidation process Besides that, in Barron’s theory, to design the PVD spacing, one essential parameter that can be effected to vertical drain system is the coefficient of horizontal consolidation Ch [2] For determining Cv, the standard oedometer is normally carried out and the collected data are analysed by two method, namely Taylor method (the square root of time) and the Casagrande method (the logarithm of time) [3] That is routinely used for determining Cv of soft soils in soil mechanics engineering applications and N M Tam
V N P Huan (&) Ho Chi Minh City Open University, Ho Chi Minh City, Vietnam e-mail: huan.vnp@ou.edu.vn N M Tam e-mail: tamnm.19ac@ou.edu.vn © The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Singapore Pte Ltd 2021 T Q Bui et al (eds.), Structural Health Monitoring and Engineering Structures, Lecture Notes in Civil Engineering 148, https://doi.org/10.1007/978-981-16-0945-9_36 453 454 N M Tam and V N P Huan is allowed as standard methods In the three decades, many researchers attempted to proposed simpler and more reliable methods for definition that parameter [4–8] However, these alternative methods are not mentioned in any recommendations of standards on consolidation tests However, their researches also contributed a possibility of applications in geotechnical works In these previous researches, laboratory tests; Asaoka’s method and CPTu dissipation tests are three ways to define the horizontal coefficient of consolidation of soft sub-gound Newly, the Ch can be determined by pressuremeter test and pressure dissipation tests [7] From these literature researches, the research on the parameters of Cv during the different load; the Ch value of different soils types, of environment conditions, the origin of soil; and the relationship between Cv and Ch is still not mentioned exactly In Vietnam, there are very few research on Ch value and colleration Ch with Cv Therefore, the aim of this studies is to display these results based on laboratory tests and site test; then to compare and back analysis Ch and Cv in soft soil improvement process at Nha Be District, Ho Chi Minh City Case Study 2.1 General Information Hiep Phuoc Port belongs to Nha Be District, Ho Chi Minh City with a large flat deposit alluvia The soft soil profile at Hiep Phuoc has a high thickness from 10 to 45 m with almost of soil is in saturated and unconsolidation; moisture is high rank from 50 to 100% The figure below to show relief plan of Hiep Phuoc area (Figs and 2) 2.2 Test Results and Discussion (a) Coefficient of vertical consolidation • Coefficient of vertical consolidation results from oedometer test of Casagrande method is less than Taylor method 7–23% • Casagrande method is just suitable with normally consolidated soil and overconsolidated soil Lean clay with sand and silty clay is difficult to determine by the logarithm of time graph • Taylor method (the square root of time) can only provide the exactly Cv results for overconsolidated soil • Cv results from CRS test give less values than the standard oedometer test: 17–23% Analyse Vertical and Horizontal Coefficient … Fig Relief plan of Hiep Phuoc area in 3D picture Fig Summary of Cv result pffi from lab test [log(t); t; CRS] 455 456 N M Tam and V N P Huan • Coefficient of vertical consolidation is decreasing value when effective vertical stress increase with correlative depth (b) Coefficient of horizontal consolidation See Fig • Ir value will increase with correlative depth when using (OCR, Ip) method • Decline trend of Ch value in both methods The reason is the reduction of void ratio that make more time to dissipate (growth t50) • The Ch results from CU test and the relationship (OCR, Ip) in soil layer 1a, 1b, 1c are not much difference • In the same soil layer, Ir value is more growth, Ch value is also more increase That is demonstrated in the results of soil layer 1a, 1b and 1c • Beside definition of Ch, CE-CSSM method also helps to determine OCR coefficient in site and contrary to Strain path method • The excess pore water curve in CE-CSSM method and Strain path method is made to accommodate that help to find the typical Ch for soil layer Conclusion Based on the results of these tests, the characteristics of Cv and Ch has been demonstrated to be a guideline for the next relative research about this area • The characteristics of Cv: – Cv value in elastic phase normally is bigger than plastic phase When effective pressure is higher than pre-consolidation pressure, then Cv is reduced quickly After this period, the Cv value is almost no change – To Nha Be soft soil, the difference of Cv value in elastic phase and plastic phase is about 3.8–8.7 times When in Terzaghi, Peck and Mersi (1996), the number is from to 10 times • The Cv results form CRS test have a small value than Oedometer test from 17 to 23% – Suggestion of deformation rate is 0.01–0.03% per minute This number is suitable with standard Oedometer test – With suggestion of deformation rate, the ration when excess pore pressure divides vertical pressure from to 20% is reasonable Therefore, the suggestion ratio in ASTM (D4186-89) is bigger than ration in soft clay at Nha Be area • CE-CSMM method and Strain path method have much more advantage than traditional method The excess pore water curve in CE-CSSM method and Strain path method is made to accommodate that help to find the typical Ch for Analyse Vertical and Horizontal Coefficient … 457 b) Coefficient of horizontal consolidation 0 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 Ch-OCR,Ip: layer 1a Ch-OCR,Ip: layer 1b Ch-OCR,Ip: layer 1c Ch-CU: layer 1a Ch-CU: layer 1b Ch-CU: layer 1c Ch-CU: average Ch-OCR,Ip: average 35 40 Ch-1a-CE-CSSM Ch-1b-CE-CSSM Ch-1c-CE-CSSM Average 1a+1b Average 1c 35 45 40 10 20 30 40 50 10 Ch ,m /yr 20 10 15 20 25 30 Ch-1a-CE-Strain path Ch-1b-Strain path Ch-1c-Strain path Average 1a+1b Average 1c 35 40 30 Ch ,m /yr 10 20 30 40 50 Ch ,m /yr Fig Summary of Ch result from lab test [CU; CE-CSSM; Strain path] 40 50 458 N M Tam and V N P Huan soil layer Ch value in CE-CSSM and Strain path is smaller than CU test For safety, CE-CSSM and Strain path method should be applied to determine Ch in CPTu test – CE-CSSM and Strain path method have much strongpoint: can define historical pressure, overconsolidation ratio, etc – Almost Ch value in methods is in overconsolidation state Therefore, the correction Ch value in overconsolidation state to normal consolidation state is very real coherence References Walker, R.T., Indraratna, B.: Vertical drain consolidation with parabolic distribution of permeability in smear zone J Geotech Geoenviron Eng 132(7), 937–941 (2006) Barron, R.A.: Consolidation of fine-grained soils by drain wells Trans Am Soc Civ Eng 113 (1), 718–742 (1948) ASTM Standard D2435, Standard testmethod for one dimensional consolidation properties of soils (2004) Chai, et al.: Coefficient of consolidation from non-standard piezocone dissipation curves Comput Geotech 41, 13–22 (2012) Zhang, X.W., Wang, C.M.: Effect of soft clay structure on secondary consolidation coefficient Rock and Soil Mechanics (2012) Feng, W.-Q., Yin, J.-H.: A new simplified hypothesis B method for calculating consolidation settlements of double soil layers exhibiting creep Int J Numer Anal Meth Geomech 41(6), 899–917 (2017) Ganesalingam, D., Sivakugan, N., Read, W.: Inflection point method to estimate Ch from radial consolidation tests with peripheral drain Geotech Test J 36(5), 1–6 (2013) Balachowski, L.: Soft soil over consolidation and CPTu Dissipation test Arch Hydro-Eng Environ Mech 53(2), 155–180 (2006) XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN SÉT YẾU TẠI KHU VỰC HUYỆN NHÀ BÈ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG Tam Nguyen Minh Ngày Nộp: 18-thg 9-2021 12:20CH (UTC+0700) ID Bài Nộp: 1651308304 Tên Tập tin: LVThS_Nguyen_Minh_Tam.pdf (4.98M) Đếm từ: 16187 Đếm ký tự: 63568 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN SÉT YẾU TẠI KHU VỰC HUYỆN NHÀ BÈ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG BÁO CÁO ĐỘC SÁNG 22 % CHỈ SỐ TƯƠNG ĐỒNG 18% NGUỒN INTERNET 9% ẤN PHẨM XUẤT BẢN 7% BÀI CỦA HỌC SINH NGUỒN CHÍNH tailieu.vn 2% www.portcoast.com.vn 2% Submitted to Ho Chi Minh City Open University 2% VNUA 2% www.geotechn2011.vn 1% luanvan.co 1% anhvienaocuoithanhha.ebg.vn 1% doaj.org 1% Nguồn Internet Nguồn Internet Bài Học sinh Xuất Nguồn Internet Nguồn Internet Nguồn Internet Nguồn Internet vanbanphapluat.co 1% 10 webtailieu.org 1% 11 Submitted to Vietnam Maritime University