LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỊA KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT THEO ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT KHU VỰC

LUẬN VĂN ĐỊA KỸ THUẬT

Trang 1

NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH

VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT THEO ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT KHU VỰC

Luận văn thạc sĩ

Trang 2

 Thí nghiệm xuyên tĩnh là một trong những lựa chọn tối ưu để bổ sung cho công tác khoan lấy mẫu và thí nghiệm trong phòng nhằm giảm thiểu số lượng lấy mẫu và thí nghiệm.

 Là dữ liệu tốt phục vụ thiết kế nếu được phân tích tốt và có độ tin cậy cao.

 Việc phân tích kết quả xuyên tĩnh theo điều kiện địa chất từng khu vực cụ thể làm rõ thêm sự tương quan giữa kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh và các kết quả khác

 Phân tích các kết quả xuyên tĩnh trong điều kiện địa chất Việt Nam nói chung và từng khu vực cụ thể nói riêng sẽ làm chính xác hơn sự tương quan giữa các thông số đất từ các kết quả thí

Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Trang 3

CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Cơ sở dữ liệu phục vụ đề tài được thu thập từ số lượng lớn kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT và CPTu, thí nghiệm cắt cánh VST, ở khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa Vũng Tàu và Cà Mau, kết hợp với các đặc trưng cơ lý của các lớp đất từ các thí nghiệm khác

(thuộc trầm tích lưu vực Sông Mê Kông và Đồng Nai).

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

• Đánh giá kết quả xuyên tĩnh theo các thiết bị khác nhau.

• Phân tích các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả phân loại đất thông

qua giá trị qt, u trong thí nghiệm CPTu và so sánh với kết quả phân loại đất từ các thí nghiệm trong phòng.

• Tổng hợp và thiết lập các tương quan giữa qt, Su và OCR cũng như các thông số cố kết của đất sét yếu bão hoà nước.

Trang 4

 Cơ sở lý thuyết dùng phân tích quá trình xuyên tĩnh trong đất

• Các mô hình dựa trên lý thuyết cường độ chịu tải

(mô hình của Meyerhoft, 1961).

• Các mô hình dựa trên lý thuyết hố giãn nở

(mô hình của Torstensson, 1975 và 1977; Vesic, 1972).

 Các mô hình dựa trên lý thuyết lộ trình biến dạng

(mô hình của Baligh, 1985; Levadoux và Baligh, 1986).

• Các mô hình số dựa trên lý thuyết phần tử hữu hạn

(mô hình của Kiousis và các cộng sự, 1988; Van den Berg, 1994; Abu-Farsakh và cộng sự, 1988 và 2003).

• Các mô hình dựa trên thí nghiệm trong buồng hiệu

chuẩn (mô hình của Hoden, 1971; Tumay và de Lima, 1992).

Trang 5

 Các kết quả phân tích thí nghiệm xuyên tĩnh

Phân chia địa tầng

Phân loại đất

Hệ số quá cố kết, OCR

Đặc tính biến dạng, E

Trang 6

 Các sơ đồ phân loại đất

Trang 7

Douglas và Olsen (1981) Jones và Ruts (1982)

Trang 8

Robertson và cộng sự (1986);

Trang 9

Robertson (1990)

Trang 10

Eslami – Fellenius

Mặc dù thí nghiệm xuyên tĩnh xác định các ranh giới địa chất khá chính xác, tuy nhiên việc xác định tên đất chưa được nhất quán, do có nhiều hệ thống hay sơ đồ phân loại khác nhau

Nhận xét

Senneset và cộng sự (1989)

Trang 11

 Tính toán Su sử dụng sức kháng mũi tổng ( c o )

u

k

q S

N







 Kjektad và cộng sự (1978) : Nk = 17

 Lunn và Kleven (1981): Đất sét cố kết thường giá trị Nk từ 11 đến 19

u

kt

q S

N







 Aas và cộng sự (1986) : Nkt = 8 - 16

 La Rochell (1988) : Nkt từ 11 đến 18

 Rad và Lunn (1988) : Nkt từ 8 đến 29

 Powell và Quaterman (1988) : Nkt từ 10 đến 20

 Luke (1995) : Đất sét Đan Mạch và cho kết quả Nkt từ 8,5 – 12

 Sennest và cộng sự (1982): Nke = 9±3

 Lunne và cộng sự (1985): Nke thay đổi từ 1 đến 13

Trang 12

Thí nghiệm xuyên tĩnh cơ

Thiết bị Geomil (Gouda cũ) của Hà Lan

Trang 13

Thiết bị xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng

Geotech – Thụy Điển

Trang 14

Khu vực nghiên cứu

Nhà máy Điện Đạm Cà

Mau

TP Hồ Chí Minh

Đường nối Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành Đai Ngoài

Nhà máy điện Phú Mỹ Bà Rịa Vũng Tàu

Trang 15

Khu vực 3 Nhà máy điện Phú Mỹ Bà Rịa Vũng Tàu

Tại khu vực nhà máy Amonia Phú Mỹ, đã có gần 40 thí nghiệm xuyên cơ CPT bằng thiết bị Gouda và CPTu bằng thiết bị xuyên tĩnh điện không dây của Geotech Mỗi vị trí được tiến hành 2 thí nghiệm đồng thời

- Mặt cắt đại diện tại khu vực nhà máy Amonia Phú Mỹ

Trang 16

Trang 17

cát dẻo mềm – dẻo cứng)

Biểu đồ tương quan giữa q t của xuyên điện và

q c của xuyên cơ khi 2 MPa < q t <4 MPa (Sét nửa cứng, Cát sét rời rạc)

Trang 18

cứng, Cát chặt vừa)

q c của xuyên cơ khi q t > 10 MPa (Cát rất chặt)

Trang 19

dẻo mềm)

Biểu đồ tương quan giữa f t của xuyên điện và

f c của xuyên cơ khi f t > 0.10 MPa (Sét-Sét cát nửa cứng)

Trang 20

Có thể thấy rằng trong địa tầng không phải là bùn sét, giá trị qc (xuyên cơ) luôn luôn có khuynh hướng lớn hơn giá trị qt (xuyên điện) đó là do sự mất mát năng lượng dọc cần xuyên khi tiến hành xuyên cơ.

Tương quan giữa sức kháng xuyên điện qt và xuyên cơ qc có thể biểu diễn bằng biểu thức sau:

t

c c

Ở đây: a, x – các hệ số xác định từ thực nghiệm.

Tỷ số qt/qc là hàm số theo qc với hệ số tương quan khá cao R2 từ 0,7 đến 0,89

Trang 21

Khu vực 1 Nhà máy điện Cà Mau

Trang 22

Khu vực 1: Nhà máy điện Đạm Cà Mau

Cát chặt vừa)

q c của xuyên cơ khi 2MPa <q t 4 MPa (Cát rất chặt)

Trang 23

• Do mất mát năng lượng dọc cần

xuyên điện Ngoại trừ trong lớp bùn

yếu do áp lực lỗ rỗng khá lớn so với

• Trong các lớp đất khác có

hai khu vực Cà mau và Vũng Tàu

Trang 24

Khu vực 1: Cà Mau và Khu Vực 3: Phú Mỹ

sét)

Biểu đồ tương quan giữa f t của xuyên điện và

f c của xuyên cơ khi f t > 0,10 MPa (Sét dẻo cứng- nửa cứng)

Trang 25

Khu vực 1: Cà Mau và Khu Vực 3: Phú Mỹ

(MPa)

Khu vực Phú Mỹ

Khu vực Cà Mau

Trang 26

Khu vực 1 và khu vực 3

(MPa)

Trang 27

Bảng tóm tắt lớp đất khu vực Cụm Nhà máy điện đạm Cà mau

2 16,1 đến 27m 1-2 Sét cát/ Sét dẻo cứng

đến nửa cứng

s(CL)/CH: sandy CLAY/ Fat CLAY

Trang 28

Trang 29

1 10 100 1000

1 2

3

4 5 6 7

Trang 30

Khu vực 2: TP Hồ Chí Minh

Bảng tóm tắt lớp đất khu vực TP Hồ Chí Minh

Tên

lớp

1 0,0 đến 25,0m 1-2 Bùn sét màu

xám xanh, xám

1-2 Sét dẻo mềm

đến dẻo cứng

CL/CH: CLAY

Trang 31

CPTu 5_layer 2

0.1 1 10 100

3 4

5

1

11

9 8

10

12

7 6

10 9

Trang 32

1

2 3

4 5

6

9

1 10 100 1000

1 2

3

4 5 6 7

Trang 33

Khu vực 3: Phú Mỹ – Bà Rịa Vũng Tàu

Tên

lớp

USCS

1 0,8 đến 5,0m - Cát sét, rời rạc

đến chặt vừa

Trang 34

Khu vực 3: Phú Mỹ – Bà Rịa Vũng Tàu; Lớp 1: Cát sét rời rạc – Chặt vừa

1 10

2

3 4

5

1

11

9 8

10

12

7 6

10 9

4 5

3 4

5 6 7

Trang 35

Khu vực 3: Phú Mỹ – Bà Rịa Vũng Tàu; Lớp 2: Sét dẻo cứng – nửa cứng

2

3 1

7

8

1 2

0 1 1

2

3 4

5

1

11

9 8

10

12

7 6

1 0 9

4 5

6

9

1 10

1 2

3 4

5 6 7

Trang 36

Khu vực 3: Phú Mỹ – Bà Rịa Vũng Tàu; Lớp 3: Sét mềm cứng – dẻo cứng

2

3 1

7

8

12

0 1 1

4 5

3 4

5 6 7

Trang 37

Bảng so sánh các phương pháp phân loại theo CPT và thí nghiệm trong phòng

Khu vực/

Tên lớp

O C R

Loại đất

Trong phòng

Robertson 1986

Robertson 1986b

Robertson 1990

Robertson 1990b

Cà Mau/ Sét dẻo

Vũng tàu/Sét dẻo

cứng - nửa cứng

Vũng tàu/Sét dẻo

mềm - dẻo cứng

Trang 38

• Đối với đất sét yếu bão hòa nước (bùn sét), phương pháp Robertson 1986 cho kết quả tương đồng với kết quả thí nghiệm trong phòng đó là loại đất số 1 – đất dính, độ nhạy cao Trong khi đó, phân loại theo Robertson 1986b, 1990 và 1990b lại cho kết quả là sét, sét bột hay sét cát

• Đối với đất loại sét dẻo cứng quá cố kết đến cố kết thường, phương pháp

Robertson 1990, 1990b cho kết quả tập trung: là loại đất 3 và 4 – sét, sét bột,

sét cát Trong trường hợp này, kết quả xuyên tĩnh còn cho phép dự báo hệ số

quá cố kết.

• Đối với đất rời (chặt vừa) việc xét đến thông số áp lực nước lỗ rỗng Bq

(như biểu đồ 1986b, 1990b) và sự phân tán trong giá trị hệ số ma sát Fr cho

thấy việc phân loại theo kết quả CPTu hoàn toàn chấp nhận được.

• Nhận xét:

Trang 39

Phân loại đất dựa trên kết quả xuyên tĩnh MCPT theo TCXD 174:89

Cát hạt mịn qc <90 0,5<Fr<1,7

Cát bụi, cát

Trang 40

Khu vực Cà mau

Trang 41

Khu vực Cà mau

theo TCXD 174-89

Cà Mau theo TCXD 174-89

Trang 42

Khu vực Bà Rịa Vũng Tàu

Biểu đồ phân loại lớp cát khu vực Bà Rịa- Vũng Tàu theo TCXD 174-89

1: Lớp cát; 2: Lớp Sét dẻo mềm; 3: Sét dẻo cứng

Trang 43

• Bảng phân loại theo TCXD 174-89 có những vùng trùng nhau không thể xác định chính xác được tên đất: Ví dụ vùng có 0,7<qc<3 và 3<Fr<4, hay 0,7<qc<3 và 1<Fr<1,7

• Tiêu chuẩn Việt Nam không qui định khoảng giá trị cho loại đất bùn sét, qua

kết quả phân tích cho thấy giá trị qc lớp bùn sét < 0,7MPa Giá trị Fr đôi khi

có thể xấp xỉ 10.

•Vì không có tiêu chí phân loại đất có Fr>2 và qc>3 nên các loại sét-sét pha

nửa cứng không phân loại được Kҥiến nghị đối với đất loại sét qc <6MPa

thay vì 3MPa như trong tiêu chuẩn

• Phân loại đất theo tiêu chuẩn Việt Nam chính xác đối với các loại đất bùn

sét, sét dẻo mềm, cát chặt.

• Nhận xét:

Trang 44

• Giá trị sức kháng mũi chuẩn hóa

•Hệ số mũi côn Nkt

'

vo

t t

u

q N

Trang 45

Khu vực Cà Mau

Trang 46

Khu vực Cà Mau

Trang 47

Khu vực TP Hồ Chí Minh (Đường Tân SOơn Nhất – Bình LFKXợi)

O C R = 0 1 4 Q t R² = 0 7 0

0.0 0 2.0 0 4.0 0 6.0 0

Trang 48

Khu vực TP Hồ Chí Minh ( Cầu Phú Mỹ)

6 ӭ F NKi QJ P ǊLFKX ҭ Q Kya Q t

Trang 49

Khu vực Bà Rịa Vũng tàu

Trang 52

   

kt t

Q  N  m OCR   S OCR 

Xét quan hệ:

• Đối với sét mềm bão hòa nước, giá trị S =(Nkt x m) thay đổi trong phạm vi

từ 4,48 đến 6,82 và giá trị mũ  thay đổi từ 0,87 đến 1,87

• Có thể nhận thấy nếu đất cố kết thường OCR =1 thì Qt = S

'

vo

t

t vo

Trang 53

• Đối với sét mềm bão hòa nước, giá trị S =(Nkt x m) thay đổi trong phạm vi từ 4,48

đến 6,82 và giá trị mũ  thay đổi từ 0,87 đến 1,87

SOtt Tên công trình Tên đất Giá

trị k

Vị trí

1 Khu Điện Đạm Cà Mau Bùn sét 0,17 Tỉnh Cà Mau

2 Bình Lợi – Tân Sơn Nhất Bùn sét 0,14 Quận Tân Bình , Gò Vấp , Thủ

Đức TP Hồ Chí Minh

3 Cầu Phú Mỹ Bùn sét 0,21 Quận 2, Quận 7 TP Hồ Chí Minh

4 Amonia Phú Mỹ Sét dẻo

cứng đến nửa cứng

0,22

Tân Thành – Bà Rịa Vũng Tàu

 Qt thay đổi đáng kể theo độ sâu và phụ thuộc vào mức độ nén chặt của đất nền thể hiện thông qua giá trị OCR

 Việc phân tích kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh thông qua đánh giá lịch sử

ứng suất cũng như ứng xử của đất nền nên sử dụng giá trị Qt.

Trang 54

 Phương pháp thực nghiệm tính toán các hệ số xuyên chủ yếu dựa vào sức kháng mũi qt hay qc, sức kháng mũi có hiệu qe hay áp lực nước lỗ rỗng thặng dư Du và được thể hiện theo các biểu thức sau:

vo

c k

u

q N

u

q N

Trang 55

N ke = 9.8

R ² = 0 8 3

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

q t

-S u (VST) / ӟ S % Q 6 pt

• Khu vực Nhà máy Khí Điện Đạm Cà Mau

Trang 56

Trang 57

Trang 58

• Khu vực Tân Sơn Nhất Bình Lợi (TP Hồ Chí Minh)

0 00 0 0 2 0.0 4 0 0 6 0.0 8

q t

-S (VST)

Trang 59

• Kҥhu vực Tân Sơn Nhất Bình Lợi (TP Hồ Chí Minh)

Trang 60

• Kҥhu vực Tân Sơn Nhất Bình Lợi (TP Hồ Chí Minh)

Trang 61

Từ kết quả trên có thể xác định được quan hệ giữa sức kháng cắt không thoát nước và hệ số quá cố kết OCR của lớp sét yếu bão hòa nước theo SHANSEP như sau

• Sét yếu khu vực Cà mau:

• Sét yếu khu vực Bình lợi – Tân Sơn Nhất (TP HCM):

0,87 ' 0, 38 ( )

u vo

S

OCR

Trang 62

Với a thay đổi từ: 1,4  1,6; n thay đổi từ -0,71  -1,09.

Kҥhoảng thay đổi của Nkt khá rộng từ 10 – 26; NDu có phạm vi thay đổi nhỏ nhất từ 6,5 – 18; Nke có khoảng thay đổi trung bình giữa Nkt và NDu từ 4,5 -

24 Tương tự cho Nk của kết quả xuyên tĩnh cơ thay đổi từ 5,5 đến 17.

Nkt và độ sâu z được biểu diễn bằng quan hệ như sau:

Trang 63

Hệ số cố kết ngang Ch trong đất loại sét bằng thí nghiệm tiêu tán nước lỗ

rỗng (dissipation test) Teh và Houlsby (1991) đề xuất:

Hệ số cố kết có thể tính toán tại thời điểm tiêu tán áp lực nước

lỗ rỗng 50% theo công thức:

r - Bán kính mũi côn, thông thường r=17,85mm

I r

t50 - Thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng 50%.

Ir được tính toán từ thí nghiệm nén ba trục UU theo công thức:

Trang 64

Theo Baligh và Levadoux (1986):

Trong đó:

Cs - Chỉ số nở

Cc - Chỉ số nén

Trang 65

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Trang 69

• Trong bùn sét : Ch/Cv từ 1,6 đến 1,8

• Đối với đất sét có độ cứng càng lớn (độ ẩm càng thấp) thì tỷ số Ch/Cv càng cao

• Đất có có hàm lượng cát càng cao (cát sét) có tỷ số Ch/Cv khá lớn: 29.

Trang 70

 Thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu cho kết quả đáng tin cậy hơn và khác biệt đáng kể so với sức kháng xuyên thu nhận được từ thí nghiệm MCPT và tương ứng là kết quả phân loại đất.

kháng mũi của xuyên cơ MCPT cao hơn giá trị xuyên tĩnh điện CPTu, khi sức kháng mũi đạt đến 10 MPa, kết quả xuyên của hai loại thiết bị có khuynh hướng tương đồng.

phù hợp với tên đất theo hệ thống phân loại đất thống nhất USCS đối với trầm tích khu vực.

cánh hiện trường dao động trong phạm vi 15,6 đến 18,5

0,17 đến 0,22.

Trang 71

 Nên sử dụng thông số NDu để tính toán sức kháng cắt không thoát

nước của sét mềm bão hòa nước và giá trị này dao động trong phạm

vi 10 đến 14,7

 Trong TCVN cần bổ sung tiêu chuẩn phân loại bùn sét với

qc<0,7MPa thay vì không có giá trị tham khảo; sét và sét pha với qc

<6MPa thay vì qc <4MPa, Fr của cát chặt có giá trị đôi khi lên đến 1,5% thay vì 0,8% như trong giới hạn qui ước

Định dạng
Số trang	73
Dung lượng	21,26 MB