Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu khả năng hóa lỏng của đất nền đê hữu Hồng đoạn qua Hà Nội (K73+500-K74+100) chịu tải trọng động đất

BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUY LỢI

NGÔ THỊ NGỌC VÂN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HÓA LONG CUA DAT NEN DE HỮU HONG DOAN QUA HÀ NỘI (K73+500 - K74+100)

CHIU TAI TRONG ĐỘNG DAT

LUAN AN TIEN Si KY THUAT

HA NỘI, NAM 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGO THỊ NGỌC VAN

NGHIÊN CUU KHẢ NĂNG HOA LONG CUA DAT NEN DE HUU HONG DOAN QUA HA NOI (K73+500 — K74+100)

CHIU TAI TRONG DONG DAT

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNG Mã số: 9580211

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYÊN HỎNG NAM

HÀ NỘI, NĂM 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình khoa học do bản thân tác giả thực hiện.

Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất ky

công trình nào khác Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả luận án

Ngô Thị Ngọc Vân

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS TS Nguyễn Hồng Nam là thầy hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận án Xin cảm ơn Thầy đã dành

nhiều công sức, trí tuệ, hướng dẫn tận tình trong thời gian tác giả thực hiện luận án.

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS TS Trịnh Minh Thụ, xin cảm ơn Giáo sư

đã có nhiều đóng góp quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn chương trình NCKHCN phục vụ phòng chống thiên tai bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên (KC08) của Bộ KHCN đã đầu tư kinh phí cho tác giả thực hiện các thí nghiệm trong luận án trong khuôn khổ của đề tài “Nghiên cứu khả năng hóa lỏng của đê đập bằng vật liệu địa phương chịu tải

trọng động dat và giải pháp ồn định công trình ”, mã số KC.08.23/11-15.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện về cơ sở vật chât cho các thí nghiệm trong nghiên cứu của tác giả.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Hội đồng Khoa học Đảo tạo Khoa Công trình, Phòng Dao tạo Đại học và Sau Đại học, Bộ môn Dia kỹ thuật, Bộ môn Vật liệu Xây dựng

-Trường Đại học Thủy lợi, các nhà khoa học từ các đơn vị đã có những đóng góp, động

viên, chia sẻ, giúp đỡ quý bau cho tac giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của

Cuôi cùng tác giả xin được gửi tới bạn bẻ và những người thân thương trong gia đình của mình lời biệt ơn sâu sắc vì sự động viên, ủng hộ, dành thời gian và điêu kiện tot nhất dé tác giả hoàn thành nghiên cứu.

il

MỤC LỤC

LOI CAM DOAN ccsecscsscscssesessesucsesucsesucssecsucecsuceesucsesuescassucassusatsussusassucatsucatsucateecaneasene i LOI CAM ON ccsccscssssessesesscsessesucscsucsesucsesecsucacsucarsucarsassucassneassucassusatsassusarsusansnsareasaneaes ii

MỤC LUC Looe ceccecscssscscsescsvscsecececscscscscscevavsveceusecscacacavavavavasusesusscacacavatavavaveveusecececacaees iii

DANH MỤC CAC HINH eeccccsscsssscsssscsesscsesessecsesecsrsussveusscarsucarsusaesassesarsucarsecareacaveess vi DANH MỤC BANG BIEU ccccssccsssesscssesesscscssssscersucsesussecassecarsusarsussesasseeasssansecareasavenees X

007.0 1

1 Tim cấp thiết của đề taic c.cesessesssssssssessessssssessessesssssssscssessnssscsscssessnsssesseese 1

4 Nội dung nghiên CỨU d- (G6 5 9 9 9989.9809 90590990489968869508% 2 5 Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu . s°-ssscssessessessesscsee 3

7 _ Bố cục của luận án -s-sscs©csecsstsstestrsetseEssreserserssrssrssrrssrssrsee 4

CHƯƠNGLI TONG QUAN VE NGHIÊN CUU HÓA LONG DO DONG ĐẤT 5

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới va trong nước 5

1.1.3 Tình hình nghiên cứu hóa lỏng do động đất tại Việt Nam 27 1.1.4 Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã công bố - 29

CHƯƠNG2_ ĐÁNH GIÁ TÍNH NHAY HÓA LỎNG VÀ KHẢ NĂNG HÓA

2.3 Đánh giá tính nhạy hóa long đất nền đê Hữu Hồng 43

2.3.1 Tính nhạy hóa lỏng của đất và các tiêu chí đánh giá - 43

2.3.2 Đánh giá tính nhạy hóa long đất nền đê Hữu Hồng - 43

2.3.3 Đoạn đê Hữu Hồng nghiên cứu (K73+500 — K74+100) - 48

2.4 Đánh giá khả năng hóa long của đất nền đê Hữu Hồng (K73+500-K74+100) dựa trên số liệu thí nghiệm địa chất hiện trường 53

2.4.1 Quy trình don gI1ảñ - G1119 111 111 11 1 1119 1 1n ng ng ngư 33 2.4.2 Kết quả đánh giá kha năng hóa long đất nền đê Hữu Hồng (K73+500 + '@ 00000 — 57

2.5 Kết luận chương 2 s sss se se sSsEssEssEsSEseEsEESEEsEssesetserserserserse 61 CHƯƠNG3 THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CAC ĐẶC TRƯNG DONG CUA DAT NEN ĐẼ -:-c2tt nh ng 63 3.1 Đặt vấn đề -s-csscescesersersrestketrserserserksrtstrserssrksrssrrssrssrssrse 63 3.2 Vật liệu và thiết bị thí nghiệm .- 2-5 2s ssssssessessessersessess 65 SN / 5.00) “d4 65

3.2.2 Thiết bị thí nghiệm - 2 2 +©E£+E2EESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrkrrkrrvee 65 3.3 Xác định đặc trưng biến dạng của đất nền đê - 5 s5 s2 69 “san Gì na A 69

3.3.2 Quy trình thí nghiệm xác định mô đun Young và hệ số giảm chan của 0 70

3.3.3 Kết quả thí nghiệm 2-52 E+E£+E£EESEEEEEEEEEEE2E1211212 21711121 xe 76 3.3.4 Mô phỏng quan hệ giữa mô đun Young và biến dạng đọc trục của dat cát 1ùih85iì8:/01 177.7 87

3.3.5 Mô phỏng quan hệ giữa hệ số giảm chan và biến dang doc trục của đất cát nền đê Hữu Hồng 2-2 2£ 2 SE+SE‡EEEEE2E1EE15711211211717112111111.11.21 1x11 xe 90 3.3.6 Mô phỏng quan hệ giữa mô đun Young va ứng suất cố kết hiệu quả của đất cát nền đê Hữu Hồng 2-5 ©52+SE£SE£EEEEEEEEEEEEEEE25122171211212 2221 93 3.4 Xác định đường cong hóa long đất nền đê s-s-sccsscssess 94 B.A.L ti na 94

3.4.2 Quy trình thí nghiệm xác định đường cong hóa lỏng 94

3.4.3 Kết quả thí nghiệm -2- 22E+SEC2E2EE2E1E71211211221 7111.211111 97 3.4.4 e7 ảa5DÝÝ 103

3.4.5 Mô phỏng đường cong hóa lỏng của cát nền đê Hữu Hồng 104 3.4.6 Mô phỏng biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư của đất cát nền đê Hữu

Hồng 5 5221 2S E22E12712712711211211211111 2111111121111 011110111 rree 105 3.5 Kết luận chương 3 s s-s-ssss©s£setssEssEvserseEsetssesserserssrssesse 107

iv

CHUOGNG 4 MÔ PHỎNG HOA LỎNG DE HỮU HONG KHI CHIU DONG DAT

MANH VA DE XUẤT GIẢI PHÁP ON ĐỊNH ccscssssssessessesssessessesssssessessessessseeses 111 4.2.3 Đánh giá khả năng hóa lỏng - - c3 + vksrersrrrrereeerrrxre 117 4.3 Mô phỏng hóa lỏng đê Hữu Hồng (Hà Nội) -5 5 55 5< 5e =119 4.3.1 Các trường hợp tính tOán -. - 3c 131191111 11 9 1 1n vn rệt 119 4.3.2 Các hàm đặc trưng trong phân tích động -+s-<++<<<<x+sss+ 121 4.3.3 Trinh tự tính toane ccc ccc cccsscccessecceesseecessseceesseeceesseecesseeceesseeeesseeeees 126 4.3.4 Kết quả mô phỏng mặt cắt K73+750 đê Hữu Hong o.oo 127 4.4 Đề xuất giải pháp giảm nhẹ, ngăn chặn hóa lỏng - - 133

4.4.1 Làm chặt cát dé hóa lỏng ¿- ¿+ 2+ SE+E£SE+EEE£EEEeEErkerxrrrrkrree 133 4.4.2 Giếng cuội sỏi, cọc cát -cs+cke 2212212212121 111 rre 133 4.4.3 Phụt vữa, trộn sâu (cọc xi măng — đất) ¬ 133 4.4.4 Biện pháp kết cấu -:- 2 ©cc22< 2E E21 2112712217121 11 11 1c rre 133 AAS Thay thé đất -cs ck2E2E122127121121121111111121111 111.1 re 134 4.5 Kết luận chương 4 - << s< se sSsESsESsEsSEssEseEsExsessessesersersersee 134 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - 2-22 5¿©SS2EE‡EE2SEE2EEE2EEEEEEEEEEEEEErErerkrerkrrred 136 1 Những kết quả đạt được s-.-s-s << se se se sessessessessesessersers 136 2 Những đóng góp mới của luận á do <5 5< «555 55s 9S 5589598998 138 3 Tn tại và hướng phát triển của luận án -. -s-s«sssssess«e 138 "“.‹ so 139

TAI LIEU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỒ 2-5552 2 EEEEEEEE211221 2121 2E.crxee 140 TAI LIEU THAM KHẢO -2- 22 2 SESE2E£+EE£EEEEEEEEEEEEEEEEECEEEEEEEEEEEkrrkrrrkrrkee 141 PHU LUC CHƯƠNG 2: KET QUA TÍNH HE SO AN TOAN HOA LONG 148

PHU LUC CHƯƠNG 4: KET QUA MO PHONG DE HỮU HỎNG 162

Phu lục 4.1 Kết quả mô phỏng theo mô hình tuyến tính tương đương 162

Phu lục 4.2 Kết quả mô phỏng theo mô hình đàn hồi tuyến tính 170

Phụ lục 4.3 Kết quả mô phỏng ảnh hướng của mực nước lũ (mô hình tuyếntính tương đương, băng gia tốc X3a) s-csccscsscsecsevsessessessessrserserserse 178Phu lục 4.4 Kết qua tinh gia cố nền bằng cọc xỉ măng đắt 184

Sơ đồ thông số vị trí của một trận động đẤT con,

Ban đồ địa chan kiến tạo lãnh thổ Việt Nam -:

Hóa lỏng gây sat đường cao tốc phía tây của hồ Merced

Hóa lỏng đất gây trượt mái thượng lưu đập San Fernando hạ

Sơ đồ trượt mái đập San Fernando hạ năm 1971

Hóa long gây hư hỏng đê sông Yoshida

Hóa lỏng trong đất trầm tích gần sông Pajaro cc.-—- senses Hóa lỏng gây hư hỏng dé sông Shiribeshi-Toshibetsu

Sup đồ đê sông Yodo năm 1995 bởi trận động dat Kobe

Hóa lỏng ở vùng ngoại ô thành phố Christchurch năm 2011

Dat hóa lỏng cuốn nhà cửa tại Indonesia, năm 2018 _

Sự giảm thé tích của cát xốp trong khi cắt thoát nước theo chu kỳ

Ứng suất hiệu quả giảm do điều kiện không thoát nước

Khả năng hóa lỏng của cát: cát sạch (a) và cát lẫn bụi (b)

Ảnh hưởng của hệ số rỗng đối với trạng thái ứng suất gây hóa long _

Trạng thái ứng suất gây hóa lỏng được định nghĩa theo các cách

Đường cong hóa lỏng của cát xốp Toyoura trong mẫu 3 trục

Biéu đồ phân vùng thành phan hạt của các loại dat dé hóa lỏng

Hình 1.19a Biểu đồ phân vùng thành phần hạt của các loại đất Dao/D¡o>3.5

Hình 1.19b Biểu đồ phân vùng thành phan hạt của các loại đất Dø/D¡o<3.5

Hình 1.20 Hình 1.21 Hình 1.22 Sức kháng hóa lỏng khác nhau nhận được từ cắt đơn giản và 3 trục

Sự tăng sức kháng hóa lỏng của cát do quá c6 kết

-Số liệu thí nghiệm 3 trục theo chu kỳ về sức kháng hóa lỏng

Hình 1.23a Quan hệ giữa mô đun kháng cắt chuẩn hóa với biến dạng cắt

Hình 1.23b Quan hệ giữa hệ số giảm chan với biến dạng cắt Các biện pháp giảm nhẹ thiệt hại do hóa lỏng trong thực tế

Dé sông Tone tại Ôm1gaWa che HH Mặt cắt ngang đê sông Tone tại Omigawa với biện pháp cải tạo dat

Mặt cắt đê Nazuse tại NakaShimo được cải tạo bang COC cát

Quy trình nghiên cứu trong kỹ thuật hóa long đất -

Dấu vết đổi dong hệ thống sông Hồng . -c.- — Sơ đồ khối đồng bằng Bắc Bộ - 2-2 c2 HH Cột địa tang tong hợp đồng bang Bắc Bộ cà Bản đồ gia tốc nên cực đại đê sông Hồng Hà Nội T=475 năm

Bản đô gia toc nên cực đại đê sông Hong Hà Nội T=2475 năm

27

Tỷ số kháng chu kỳ CRR và sức kháng xuyên tiêu chuẩn 55 Điều kiện giả định xây dựng phương trình động đất 5Ó Lịch sử thời gian ứng suất cắt trong một trận động đất 56 a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

a, Suc khang xuyén tiéu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu va b, Hệ số an toàn

a, Suc khang xuyén tiéu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

hóa lỏng theo chiều sâu tại hỗ khoan HK4 : Ð39

a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu va b, Hệ số an toàn

a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

hóa lỏng theo chiều sâu tại hỗ khoan HK7 - : Ó0

a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn

hóa lỏng theo chiều sâu tại hố khoan HK0 -: Ó0

Sơ đồ bố trí mẫu đất trong buồng 3 trục - - Ó Hệ thống thiết bị thí nghiệm 3 trục động, DTC-367D ÔỐ Sơ đồ đường ống thiết bị thí nghiệm 3 trục động Ô7

2408908 7756 sa .Ó8 Vòng lặp ứng suất — biến đạng - c c2 2e, Ó9 Thiết lập khuôn mẫu và màng cao su -. -: wee Tl Thiết lập mẫu dat cát trong buồng 3 trục - - well

Thiết lập mẫu đất dinh 000 cccceeeceececeeeeeeeeeceeeueeeeeeeess wn Tl So đồ áp lực buông va áp lực ngược tác dụng lên mau iTS

Vil

Quan hệ giữa ứng suất lệch với số chu kỳ tải trọng

Quan hệ giữa ứng suất lệch với biến dạng dọc trục

Quan hệ giữa ứng suất lệch với biến đạng dọc trục trong chu kỳ 10 Quan hệ giữa E¿, h với £a của đất mẫu SH-E8 -.

a, Quan hệ giữa E, với ea b, Quan hệ giữa h với £a của đất 1đ

a, Quan hệ giữa E, với ea b, Quan hệ giữa h với € của đất 2a

a, Quan hệ giữa E, với ea b, Quan hệ giữa h với ea cua đất 2c

a, Quan hệ giữa E, với ea b, Quan hệ giữa h với ea của đất 2d

Quan hệ giữa E, với ga của cát 3a a,ø.'°=100,93 ba.’ =199,76

Quan hệ giữa h với ga của cát 3a a,øcˆ'°=100,93 b,ø.”° =199,7kPa

a, Quan hệ giữa E, với sa b, Quan hệ giữa h với €a của cát 3b

a, Quan hệ giữa E, với ca b, Quan hệ giữa h với ea của cát 4c

a, Quan hệ giữa E, với ca b, Quan hệ giữa h với £a của cát 4d

a, Quan hệ giữa E, với ca b, Quan hệ giữa h với ga của cát 4e

Quan hệ giữa độ lệch ứng suất với biến dang đọc trục mẫu E2

Quan hệ giữa E; và 6c? mẫu E2 c ©2222 s2 Quan hệ giữa Ez và 6c? đất 1d c2 2c Quan hệ giữa Ez, và øc” của Cat 3a cài Quan hệ giữa E; và øc” của cát 3b eee Quan hệ giữa Ez, và øc” của cát 4C ccccŸSceŸS Quan hệ giữa Ez và øc” của cát 4d -S Quan hệ giữa E; và o¢’ của cát 4e c se ằee Quan hệ giữa E¿ và øc` a, Đất dính b, Dat cát

Tương quan giữa mô đun Young chuẩn hóa và biến dang doc trục

Đường cong mô đun Young chuẩn hóa của cát 3a øew°=100,93kPa Đường cong mô đun Young chuẩn hóa của cát 3b øew°=201,15kPa Tương quan giữa hệ số giảm chan và biến dang dọc trục của dat Hệ số giảm chan với biến dang dọc trục của cát 3a

Hệ số giảm chấn với biến dang dọc trục của cát 3b

Tương quan E, với 6c? mẫu E2 - <2: Xác định số chu ky Ne gây giá trị biến dang doc trục biên độ kép

Quan hệ giữa ty số ứng suất và số vòng lặp

Quan hệ giữa biến dạng dọc trục và số vòng lặp

Quan hệ giữa độ lệch ứng suất với ứng suất chính trung bình

Quan hệ giữa hệ số áp lực nước lỗ rỗng dư và số vòng lặp

Quan hệ giữa độ lệch ứng suất với biến dạng doc trục

Quan hệ giữa hệ sé áp lực nước lỗ rong dư với biến dạng dọc trục

Đường cong hóa long cát 3a, øc°=100kPa

Đường cong hóa long cát 3a, øc°=200kPa

vII

Đường cong hóa long đất cát 3b.Đường cong hóa lỏng đất cát 4c,"Đường cong hóa long đất cát 4d.Đường cong hóa long đất cát de.

Đường cong hóa lòng cát cảng Hà Nội.

Đường cong hóa lỏng cát de, 4d, 4e (oc'=350kPa, DA=5%).

Đường cong hóa long cát 3a và cát 3b (G:

Tường cong hóa lông cát 3a và cát cảng (G

‘Miu thí nghiệm thiết lập trong buông 3 trục.

Mẫu sau khi hóa Tong.

“Tương quan giữa tỷ số ố vòng lip gây hóa long.

Sự biển thiên của áp lực nước lỗ rồng trong cát 3a

Tương quan hệ số áp lực nước lỗ rồng với số vòng lap chuẳn hóa

Thay đội G theo mỗi bước lặp trong một trận động đất

Đường cong hyperbol liên hệ giữa sua và GausVong lặp trễ

Đường ứng suất hiệu quả cho cát xốp trong thí nghiệm 3 trụcMinh họa mặt sup.

Đường ứng suất tuần hoàn từ B đến mặt sụp

Thi nghiệm trén cát khô,

Mặt cắt K734500 đề Hữu Hang.

Băng gia tốc dé Hữu Hồng ứng với chu kỳ động đắt 475 năm.

Băng gia tốc để Hữu Hồng ứng với chu ky động đất 2475 năm,

Mô hình hóa bài oán phẳng MC K73+750

Ham hiệu chính ứng suất cát ban đầu Ka,

Hàm hiệu chỉnh ứng suất ting phủ Ks.

Đường cong hóa long của đt cát trong nền dé hữu Hong.Hệ số áp lục nước lỗ rồng dự của đất cát rong nên để Hữu

Mô dun kháng cất lớn nhất của đắt trong nên để Hữu Hồng.

Mô dun kháng cắt chuẳn hóa của đắt trong nén để Hữu Hồng

Hg số giảm chấn của đất trong nén đề Hữu Hồng,

Sơ đồ mé phỏng bãi toán én định mái đề hạ lưu do động đt Hệ số an toàn én định mái theo phía sông thời gian.

Chuyển vị ngang tại nút 1171 theo thời gian.

DANH MYC BANG BIEU

Bảng chuyển đối từ định gia tốc nền sang cấp động đất

Phin loại đánh giá tiểm năng hóa lỏng.

Cao tinh đình d và ao trinh mục nước thiết kế để sông Hồng Một số vị tí dé xung yếu trên tuyển đê Hữu Hồng

“Thống kẻ vị tí ting dit có tính nhạy héa lông cao trong nên để 'Kết quả phân tích thành phan hạt của cát nền dé Hữu Hồng.

Kết qua phân tích thành phần hạt của cát tại cảng Hà Nội.Chỉ tigu cơ lý của đất thí nghiệm

Mite độ thiệt hại tiêm tang và số nhát búa hiệu chính.1@ số hiệu chỉnh độ lớn trận động đất

“Thông số ban đầu của mẫu thi nghiệm xác định Eres đắt dính“Thông số ban đầu cũa mẫu thí nghiệm xác định E.-:,đất cát

Thông số ban đầu của mẫu thí nghiệm xác định B-ơ." đất“Thông số ban đầu của mẫu thí nghiệm xác định Ey cc" đắt cát

1 sé tương quan giữa mô dun Young chuẳn hóa và ø cất 3atương quan giữa mô dun Young chuẫn hóa và sy cát 3b.

Hệ số tương quan giữa mô dun Young chuẩn hóa và sa cát 4c.

TIệsố tương quan giữa mô dun Young chuẳn hóa và gy cát 4.Hệ số tương quan giữa mô dun Young chuẳn héa và ss cát đe

1 số tương quan giữa hệ số giảm chắn và e cát 3a

Hệ số tương quan giữa hệ số giảm chắn và sa cát 3b.

Hệ số tương quan giữa hệ số giảm chấn va , cát Ác TIệsố tương quan giữa bệ số giảm chắn và , cát 4d.

Hệ số tương quan giữa hệ số giảm chin và cát 4e

tương quan giữa r với số vòng lập chun hỏa cát 3b.

Hệ số thực nghiệm của phương trình tương quan giữa E, vớiHệ số mũ của phương tình tương quan giữa E với ơ.

thực nghiệm của phương tình trơng quan giữa CSR với NeHệ số thực nghiệm của phương tỉnh tương quan giữa với NIN

Giá ti PGA chu kỳ 475 năm ti các hồ khoan K734+750.

Giá trị PGA chủ kỳ 2475 năm tại các hỗ khoan K73+750.

Bảng 4.3, Chí tiêu co lý tinh toán của các lớp đất trong nền dé 122

Bảng 44 - Kết qua tính ôn định mái dé tại mặt cắt K73+750 127Bang 4Š Kết qua tinh biến dang đê tại mặt cắt K73750 „128

Bảng 46 Kết qua tinh dn định tại mặt cắt K73+750, 130

Bảng 47 Két qua K73+750 130

Bang 4.8, Kết qua tinh dn định mái, trường hợp ảnh hướng của mực nước lũ 132

biển dạng ti mật

DANH MỤC CAC KÝ HIEU

gus: gia tốc ngang lớn nhất gây ra bởi trận động dat, (m/s?),

B: hệ số áp lực nước lỗ rỗng, (B=At/Ao),

RR tý số Kháng chủ kỳ, đặc trưng cho sức kháng của đất

'CRR:„: tỷ số kháng chu kỳ với độ lớn động đất M„=7,5

CSR: tỷ số ứng suất chủ kỳ do động đắt gây ra,DA: biên độ kép của biển dang dọc trực, (%)

D¿ đường kính ban đầu của mẫu, (mm)D đường kính mẫu sau cổ kết, (mm)

Dạ: đường kính hại tương ứng với him lượng phần trim ích lũy bằng 60, (mm)

Dio: đường kính hại tương ứng với him lượng phần trăm tích lũy bằng 10%, (mm)

De: độ chặt tương đối, (%)

àz mô dun Young theo phương thẳng đứng, (kPa)Ema: mô dun Young theo phương đúng lớn nhất, (kPa)Esl Ems: mô dun Young chuẩn hóa,

ó rồng nhỏ nhất,

Ps hệ số an toàn hóa Tong, (FS=CRR/CSR)

E: lực động dat ngang trên cột đất, (KN),

(Xe): hàm hệ số rồng,

‘a: him lượng bạt mịn trong đất, (các hạt có đường kính, D.< 0.075mm),

.G/G mô dun kháng cắt chuẩn hóa,Gm dun kháng cắt, (kPa)

Gras: mô dun kháng cắt lớn nhất, (kPa)

‘g: gia tốc trọng trưởng, (m/s”),

Hi chiều cao ban đầu của mẫn, (mm)

HỆ là chiều cao của mẫu su khi cổ kết (mm)

MSF: hệ số hiệu chỉnh độ lớn động dat,

Ma: độ lớn động đất,

m khối lượng mẫu khô, (g)

Nụ: số nhất búa SPT đo được cho 30cm cudi cùng,

(Nieo: giá trị số nhát búa hiệu chỉnh, ÁN: số vòng lip (số chủ kỳti trọng) No Ne: số vong lip gây hóa lông

NIN: số vòng lặp chuẩn hỏa,

Xu số vòng lặp gây ra giá r áp lực nước lỗ rồng dư, A, trong mỗi chu kỳ bằng 95% gi tị ứng su không chế hiệu quis

OCR: ý số quá cổ kết, (OCR=ơ, /ơ,

`: ứng suất chính trung bình hiệu quả, (kPa)

ta: hệ số khử chiều sâu,

ty: hệ số áp lực nước lỗ rỗng dư, (r, =Au/ơ:")

‘Au: sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng, (kPa)

z: chiều sâu tính từ mặt dat tự nhiên đến điểm nghiên cứu, (m),

fra khối lượng th tích ban đầu của mẫu, (g/em”)

pe: khối lượng thể ích của mẫu sau cổ kết, (a/em) ps: khối lượng riêng hạt của mẫu, (g/cm?)

‘Gw": ứng suất hiệu quả ban đầu theo phương đứng, (kPa)oy": ứng suất hiệu quả theo phương ngang, (kPa)

‘cu: ứng suất tổng theo phương đứng, (kPa)

«x: ứng suất tổng theo phương ngang, (kPa)

«x: áp lực ngược, (KPa)

cøc áp lực buông, (KPa)

‘0c ứng suất cổ kết hiệu quả, (kPa) ‘6, ứng suất hiệu quả bạn đầu, (kPa) oy": ứng suất tiền cố kết, (kPa)

.@:ˆ: áp suất buồng ban đầu, (kPa) q, 4: độ lệch ứng suất = øy -ơi, (kPa)

‘Towa! ứng suất cắt lớn nhất của đắt, (kPa)

ty: biên độ chu kỳ ứng suất cát tương đương của trận động đất, (kPa)

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

CDTN: cao độ tự nhiên, (m)

MNN: mực nước ngằm, (m),

MSK-64: Thang Medvedev-Sponheuer-Karnik

MME: thang đo Merealli sửa đổi

JMA: Japnanese Meteorological Agencynnk: những người khác

PGA: Peak ground acceleration ~ gia tốc nền cực đạiSA: Spectral Aceleration - phổ phản ứng của

PTHH: phần từ hữu hạn

PCLB: phòng chống lụt bão.

a tốc nền

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Động dit xay ra hing ngày trên Trái Đắt nhưng hầu hết các tran động đắt đều nhỏ và không gây hậu quả nghiêm trọng Động đất lớn có thẻ gây thiệt hại trằm trọng về

cơ sở Vật chí kinh tế và không hỄ có sự bảo trước Tác động trực tiếp của động đất là rung cuộn mặt dat, thường gây nhiều thiệt hại nhất Các rung động này có thể gây ra nứt gây, ụtlở đất, sóng thân, hóa lông đất, vỡ đề.

Tai nước ta trong lịch sử hiện trong động đất đã xây ra ở một số địa phương Diễn

Mình là các trin động đất nay ra tại Hà Nội mạnh cấp VIL, cắp VIII (hang MSK-64)

vào các năm 1277, 1278, 1285, động dit Điện Biển năm 1935 với cường độ 6,75 độ

Richter, động đất Tuần Giáo năm 1983 với cường độ 6,8 độ Richter Chu kỳ lặp lại động đất mạnh 5.4 độ Richter ở Hà Nội là 1100 năm và trận động đất mạnh cuối cũng

xây ra cách đây đã hơn 700 năm (năm 1285)

“Từ năm 2010 tới nay, có rất nhiễu các trận động dit xây ra @ Việt Nam Theo những

nghiên cứu gin đây của các nhà địa chất học cho thay, hiện tượng ấm lên toàn cầu là

một trong những nguyên nhân din tới sự gia tăng của cúc hoạt động địa chấn Theo

các nghiên cứu này, băng tan và mực nước in dâng gây ảnh hưởng đến áp lực tác động lên các mảng kiến tạo của Trái Dat, dẫn đến sự gia tăng về tin suất va cường đội cia động đắt

Việt Nam là một nước có đường bờ biển dài và hệ thống sông ngôi dày đặc Iệ thông

để đọc theo các nhánh sông va bờ biển a giải pháp công trình ngăn nước lã của sông

hoặc ngăn nude biển Tổng chiều dii để của nước ta là hơn 13200 km, trong đồ có 10600 km đề sông, 2600 km để biển và 2500 km dé đặc biệt Hầu hi ic hệ thống đề

6 nước ta được xây dựng từ lâu đời, tôn cao mở rộng din ma không chú ý xử lý nền

trước khi xây dựng.

Với tim quan trong của hệ thông để điều và nhiệm vụ của nó, gần diy Chính phủ đã

phê duyệt hai chương trinh lớn, dé là chương trình nâng cắp dé biển từ Quảng Ninh

Quảng Nam; từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang và chương trình nângông tại

19 tinh có đê được phân cấp, với tổng kinh phi là hơn 50 nghìn tỷ đồng, kéo dài đến

năm 2020, Tuy nhiên hẳu hi

vào công tắc gia cổ mặt và mái dé đảm bảo chịu được tác động của sống, của gió và sắc chương trình ning cắp để hiện nay chủ yêu chỗ trọng

các tác động lên bé mặt dé, chưa tập trung vào xử lý én định nên và thân đê nếu xảy ra động đất Khi động đắt xây ra ké hợp với các yêu tổ tiểu cường, bão lớn xây ra, đặc

biệt là vấn để biển đổi khí hậu hiện nay sẽ đe dọa nghiêm trọng khả năng làm việc của

48, Nếu dé gặp sự cổ, vùng hạ du phía đồng sẽ chịu ảnh hướng

Hệ thống đề Hữu Hang có nhiệm vụ đặc biệt quan trọng là bảo vệ an toàn tuyệt đổicho thủ đô Hà Nội Trên toàn tuyến cao trình đỉnh đê hiện tại cao hơn cao trình

mực nước tiết kế để, mặt cắt để tương đối hoàn chính, mái để đã độ dốc tay nhiên có một số vị trí dé được đắp trên nền cát day rất dé xảy ra hóa lỏng khi chịu tác dụng của.

động dit mạnh, Trước tỉnh hình biến đổi khí hậu, nước biển ding cùng với sự xuất

hiện ngày cảng nhiều của các trận động đắt vừa và nhỏ rên lãnh thổ Việt Nam gin đây

thiết phải có một nghiền cứu đánh giá khả năng hỏa lông của đắt nén để Hữu Hồng đoạn qua Hà Nội chịu tải trong động đất và đề xuất giải pháp ổn định khỉ

ha lông xây ra

2 Mục iêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là đánh giá được khả năng hóa lỏng của dat nền để Hữu Hồng, đoạn qua thành phố Hà Nội (từ K73#500 đến K74+100) khỉ chiu ti

trọng động dat mạnh.

3 Doi tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là đất cát nền để Hữu Hồng, đoạn qua thành phố Hà Nội (từ K73+500 ~ đến K74+100), khi chịu động đất mạnh,

Pham vi nghiên cứu tập trung vào khả năng hóa long của lớp đất cát bão hỏa nước,

phan bố nông dưới bẻ mặt chân dé với chiều day phân bố từ mặt nén là 40m, khi chịu

động đất mạnh.

.4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gm c

Tổng quan tinh hình nghiên cứu hóa lòng trên thể giới và trong nước;Cấu trú

Đính giá tinh nhạy và khả năng hóa lỏng của đắt nén đề Hau Hồ: “Xác định các đặc trưng biển dạng của đắt nền đẻ Hữu Hồng; “Xie định các đặc trưng hóa lòng của đất nền đề Hãu Hồng:

Mô phỏng khả năng hóa long đoạn đê K73+500 — K74+100 khi chịu động đất mạnh;

"Để xuất giải pháp ôn định đề phòng tránh hóa lông xây rà

5 Phương pháp tiếp cậnnghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong để tài là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm (thí nghiệm tong phòng và thí nghiệm hiện trường) và mô phỏng số theo phương pháp phần từ hữu hạn.

'Nghiên cứu lý thuyết: đựa theo các sách, các tải liệu đã được phát hành và các kết quả

nghiên cứu đã được công bd chính thức để phân tích tổng hợp đưa ra những luận cứ

dling din cho nội dung nghiên cứu đã đ ra

"Nghiên cứu thực nghiệm hiệ trường: sử dụng các kết quả khoan khảo sắt dia chất và

thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn làm căn cứ đánh giá khả năng hóa long nén đê theo quy trình đơn giản đã được công bổ, đồng thời là cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm trong

Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng: sử dụng thiết bị 3 trục động để nghiên cứu khả

năng hóa lồng của cúc mẫu dit được lẤy mỗu từ thực địa nhằm xác định các đặc trưng

biến dạng

xác là cơ sở để xây dựng tương quan của các đặc trưng biển dạng và héa long của đất

hóa lồng của đất nền đề Hữu Hỗng Từ đó đưa ra những kết quả chỉnh

Nghiên cứu mô phỏng số: đánh giá kha năng hóa lỏng của một đoạn dé thực tế dựa

trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường và các kịch bản về tảitrọng động đất và mục nước khác nhau.

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu đặc trưng biển dạng và hóa long của đắt nền để Hữu Hồng vừa có ý

VỀ mặt khoa học, kết qui nghiên cứu góp phần làm sáng tô kiến thức về đặc trưng,biển dạng, hóa long của đất xây đựng được quy luật ứng xử của đất nên Khi chịu tác dụng của động đất, nhằm phục vụ công tác dự báo, thiết kế kháng chấn g6p

phan hoàn thiện va hệ thống hóa cơ sở lý thuyết đặc trưng biển dạng vi hóa lỏng, bổ

sung thông tin cần thiết và có thể ding làm ti iệu tham khảo hữu ích cho nghiên cứu

động học, hóa long tiếp theo.

Vé mặt thực tiễn, ết quả nghiên cứu của luận án có những đồng góp như sau:

Quy hoạch, phân vũng nguy cơ hóa ling khi xây ra động đắt mạnh;

Quản lý an toàn dé điều.

7 Bốcụeclalunán

Mở đầu

“Chương 1: Tổng quan vé nghiễn cứu hỏa lông do động đất

“Chương 2: Đánh giá tính nhạy hóa lỏng và khả năng hóa lỏng đắt nền đê Hữu Hồng.

“Chương 3: Thí nghiệm trong phòng xác định các đặc trưng động của đất nén để

“Chương 4: Mô phỏng hóa long dé Hữu Hồng khi chiu động đất mạnh và đề xuất giải pháp én định

Kết luận và kiến nghị

Danh mục các tài liệu khoa học đã công bố.

Danh mục các ti iệu tham khảo

Phụ lục

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU HÓA LỎNG DO

DONG DAT

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thé giới và trong nước 11.1 Khái quát về động dat

‘Theo Robert Bates và Julia Jackson, (1987) 1], động đất là một chuyển động hay rung

động đột ngột trong vỏ quả đất sinh ra do sự giải phóng tức thời năng lượng, biển dang

lần từ trước.

được tích lũy

Có nhiều nguyên nhân gây ra động đất như: do kiến tạo, do đứt gãy, do làm hd chứa

nước lớn, do nỗ, do sụt lở Giải thích mới và thuyết phục hơn cả hiện nay về nguyễn

nhân động đất là do sự trôi dat lục địa va kiến tạo mảng kích thích núi lửa hoạt động.

của các tram quan trắc có thể Tir những số đọc sóng động dat tại các biểu đồ địa et

tính ra được vị tí trung tâm (chấn tiêu) của một trận động (in 1.1),

Hình 1.1 Sơ đồ thông số vị rỉ của một trân động đắt

Mức độ nghiêm trọng của một trận động đắt được miêu tả bởi cả độ lớn và cường độ.

động đất

Độ lớn động dat (ký hic

đất phát và tuyển m không giam xung quanh đưới dang sống dần hồi

(QĐ46/2014/QĐ-TTg)(2] Một số thang đo độ lớn động đt phổ biển là thang mô men

M) là đại lượng đặc trưng cho mức năng lượng mà trận động

(Ms), thang Richter (Mz), thang độ lớn sóng bé mặt (Ms) Động đất được phân than

các loại: vi động đất (M < 2,0), động đất yếu (2,0 < M< 3,9), động đắt nhẹ (4,0 < M.<

4,9), động đất trung bình (5,0 < M < 5.9), động đắt mạnh (6,0 < M < 6,9), động đất rat

‘Cuong độ chin động trên bề mặt (ký hiệu 1) là đại lượng biểu thị khả năng rung độngdo một trận động đất gây ra trên mặt đất và được đánh giá qua mức độ tác động của nó

đối với nhà cửa, công trình, mặt đất, đồ vat, con người Một số thang cường độ động đất phổ biến là thang MSK-64 có 12 cấp, thang MMI có 12 cấp, thang IMA của cơ ‘quan khi tượng Nhật Bản có 8 cấp.

inh giá khả năng rung động nền hay độ nguy hiểm động đắt cho một khu vực hay

sông trình phải đưa ra được các thông số của trận động đắt như gia tốc nền cực đại PGA, phổ phan ứng của gia tốc nén SA, băng gia tắc Theo TCVN 9386-2012] bảng chủ sang cấp động đất của thang

MSK-64 và thang MM được thể hiện tr

là động đất có a > 0,08g, khi đỏ phải tinh toán cầu tạo kháng chắn.

én đổi tương đương từ đỉnh gia tốc n

Bảng 1.1 Theo giá trị gia tốc nén, động đắt mạnh

"Băng 1.1 Bing chuyên đỗ từ định gia tốc nền sang cdp động đắt

Việt Nam nằm trong địa mảng A - Âu nên nguồn gây động đắt đều trực tiếp do đứt shy

nội mảng, do vậy điều kiện phát sinh và đặc điểm động đất tại Việt nam đều bắt nguồn tử bình đồ kiến tạo trên lãnh thd Việt Nam, Các vùng có nguy cơ xây ra động đất từ 6.0 ~ 7,0 độ Richter ở Việt Nam gồm: đới đứt gãy trên hệ thống sông Hồng, sông

Chay; đối đứt gly Lai Châu ~ Điện Biên; đới sông Mã, Sơn La, sông Đà; đối Cao

Bing, Tiên Yên; đới Rao Nay - sông Ca; đới Đakrông — Huế; đới Trường Sơn; đới

sông Ba; đới ven biển miễn Trung Ngoài những ving này, trên lãnh thổ Việt Nam

sòn cổ khoảng 30 khu vực có nguy cơ động đắt ấp xi 5,0 độ Richter

Theo Nguyễn Dinh Xuyên và Trần Văn Thing, (2005)4] trước Kainozoi, quá tình

‘van động kiến tạo đã hình thành trên lãnh thổ Việt Nam và lân cận Các đơn vị kiến

tao chính theo bản đồ địa chin kiến tạo là cơ sở cho phân vùng động đắt trên lãnh thổ

Việt Nam (Hình 1.2).

Bản đồ phân vùng động đất lanh thổ Việt Nam trong tiêu chun thiết kế kháng chin đã được thành lập trên cơ sở các kết quả nghiên cứu quy luật biểu hiện động đất trên lãnh thổ Việt Nam Dựa theo tương quan giữa động đt và bình đổ phân ving kiến ạo địa

động lực hiện đại, từ đó tìm ra quy luật phân bổ động đất trong không gian và theo thời

gian, quy luật lặp lại động đất và mỗi liên quan giữa các đặc trưng động lực như chiễ dải, chiều rộng, chấn tiêu động đất với quy luật lan truyền chấn động (cấp động đất,

do động nên ) Nhờ vào bản đ được thi dil

gia động đất lặp

lại rong 1000 năm và 500 năm, Theo bản đồ này, Việt Nam có tt cả 30 khu vực cổ thể phát sinh động đắt Mức độ chắn động của động đất nằm trong khoảng từ 5,5 - 6,8

độ Richter |3].

1a Nội nằm trong ving đứt gây sông Hồng - sông Chay, nơi đã xây ra các tận động

ấp VIII (thang MSK - 64) vào các năm 1277, 1278, 1285 Hiện Hà

Nội dang trong thời kỳ yên tĩnh nhưng trong tương lai hoạt động động đất có thể tang

đất mạnh cấp Vil,

lên và động đất mạnh có thé xay ra Ngoài ra, Hà Nội còn phải chịu tác động của động dắt mạnh xây rà ở những vũng đốt gay lân cn như đất gay sông Lô, Đông Triễu, Sơn

Nguyễn Hồng Phương và Phạm Thể Truyền (2014)[5] công bổ tập bản đổ xác suất

nguy hiểm động đất lãnh thé Việt Nam và khu vực biển đông trên cơ sở cập nhật danh.

me động đất và các thông tn diac in kiến tạo, địa động lực khu vực Đông Nam A

đến năm 2014, Theo tập bản đồ này, trên lãnh thổ Việt Nam rung động nén mạnh nhất

quan sát thấy tại khu vực Tây Bắc đất nước, tập trung trên hai vùng nguồn Điện Biên

-Lai Châu và Sơn La Đặc biệt đối với chu kỷ lập lại khoảng 10000 năm, các giá tị

rung động nền tại hai vùng nguồn nêu trên tương đương với cường độ chấn động trên b mật cắp IX theo thang MSK - 64 Ngoài hai ving chấn động mạnh nhất nêu trên,

trên lãnh thổ Việt Nam còn quan sát thấy khu vục sông Hồng — sông Chay là vùng

ấp VII (thang MSK - 64), nguồn có rung động mạnh t

nh ae Nai

Hinh 1.2 Bản dé địa chan kién tạo lãnh thổ Việt Nam [4]

112 Tình hình nghiên cứu hóa lông do động đất trên thế giới

11.21 Khái quát vé hóa lông

Hóa lông là một trong những hiện tượng quan trọng, phúc tạp, thú vị và gây tranh cãi

nhiều nhất trong nghiên cứu động đất (Kramer, 1996)[6] Hóa lỏng thường xảy ra

trong nền đất cát ri khi động đất hoặc chịu tác động của tải trong động Trong thực tẾ

hiện tượng hóa long xây ra chủ yếu do động dat, Trong khi động dat, tác dụng của ứng.

uất cắt theo chu kỷ do các sing cắt gây ra làm tăng áp lực nước lỗ rồng trong cát Khi

chin động xây ra đủ nhanh, đất chịu tải không thoát nước, áp lực nước lỗ rỗng trong

đất ting nhanh Sự gia ting áp lực nước lỗ rỗng khi chịu tải Không thoát nước là đấu

hiệu nhận biết hiện tượng hóa lỏng.

in theo thời gian, các hạt đắt hầu như không Khi xảy ra hóa lòng làm cho đất nên yếu

liên sói nhau và mắt khả năng chẳng cắt vi thé sức chiu tii của nền giảm xuống

lâm cho công trình lún, trượt, mắt ôn định,

Nghiên cứu về hóa lòng trên thé giới được thực hitử những năm 1920 tuy nhiền nóchỉ phát triển mạnh mẽ vào những năm 1960 sau thâm hoa động đất kép ở Niigata và

Alaska năm 1964, cả hai trận động đắt này đều gây thiệt hại nặng nề do hiện tượng hóa lông đắt, Cúc nghiên cửu đã tập trang làm sng t6 một số vẫn đề của hiện tượng hóa long đất như hậu quả của hóa lỏng đắt, cơ chế hình thành hóa lỏng, đánh giá khả năng, hóa lòng, các yêu tổ ảnh hưởng đến sức kháng hóa ling của dt, các biện pháp giảm

nhẹ thiệt hại do hỏa lỏng.

1.122 Các sự cổcông trình do ảnh hưởng của hóu lỏng trong động đất

Môi trong những nguyên nhân gây phá hủy công trình nói chung và công trình thủy lợi

nối riêng là hóa long do động đất Hóa lòng xây ra làm cho nền đi

gian, ác hat đt gần như không liên kết với nhau lâm mắt khả năng chống cắt của đất vì thể sức chịu tải của nền giảm xuống làm cho công trình mắt tính ổn định gây ra các hiện tượng trượt lỗ, lún Trên thé giới đã có nhiều công trình xây dụng chịu hậu quả

nghiêm trọng do nền đắt bị hóa lỏng trong các trận động đắt Dưới đây là một số hình

ảnh về hậu qua hỏa long do động dit đối với công tình (Hình 1.3 đến Hình 1.11).

Hinh 1.3, Hóa ling đắt gây sat đường cao tóc ở phía tây của hồ Merced ở San

Francisco trong trận động đất thành phố Daly năm 1957 (Ảnh chụp của M.G Bonilla

Hình L4.

Trang tân Kho sắt Địa chất Hoa K3)

Héa long đất gây trượt mái thượng lưu đập San Fernando hự năm 1971

(Ảnh chụp của sở thông tin quốc gia vẻ động dat, Trường đại học California)

nước rồng con

Hình 1.5 Sơ đồ trượt mãi đập San Fernando hạ năm 1971 (a): Mat cắt ngưng ban đầu (6): Mặt cắt mgang sau li trượi (Castro và nak, 19927]

Hinh 1.6 Hoa long gay hw hỏng dé sông Yoshida trong trận động đắt Mivagiken-oki

năm 1978 (Sasaki và nnk, 2004)[8]

Prieta năm 1989 (Ảnh chụp của S.D.Ellen, Trung tâm Khảo st Địa chất Hoa Ki)

“Hình 1.8, Hóa long gây hue hỏng dé sng Shiribeshi-Toshibetsu tong trận động đắt

"Hình 1.10 Hóa lồng ở vùng ngoại 6 hành phổ Christchurch năm 2011

(Ảnh chụp của M Cubrinovsk, Đại học Canterbury)

Sasaki và nnk, (2004)[8] đã cho thấy các sự cỗ để sông trong hầu hết các trận động đất

lớn tại Nhật Bản là do hóa lỏng đắt nền, điền hình như hư hong dé sông Yoshida trong

trận động đất Miyagiken-oki năm 1978, hư hỏng đê sông Shiribeshi-Toshibetsu trong trận động đất Hokkaido-nansei-oki năm 1994, đê sông Yodo trong động đất Kobe nim 1995, Sự kiện sụp đổ để sông Yodo năm 1995 do hóa lỏng nền trong trận động đất Kobe đã din tới những thay đổi trong thiết ké kháng chấn đê sông tại Nhật Bản.

thiều nơi vàNhững năm gin diy trên th giới cũng xảy ra hiện tượng bóa lòng đt 6

đều để lạ hậu quả năng nỄ cho các công tình như hóa long ở thành phổ Christchurch — [New Zealand và ở Nhật Bản năm 2011, tại Trung Quốc năm 2013, đặc biệt là thảm hoa động đắt sóng thin vừa diễn ra vào tháng 9 năm 2018 tại Indonesia đã gây hiện tượng

Hình 1.11 Dat hóa lông cuẩn nhà của tai Indonesia năm 2018 (Ảnh: Reuters)

1.12.3 Cơ chế hình thành hóa lỏng

Hóa lòng lẫn đầu được nghiên cứu bởi Hazen, (1920)|9] khi phân ích sự phá hủy đập

Calaveras 6 Califomis năm 1918 Thời kỳ này các tiêu chỉ hóa lồng được đề xuất dựa

trên tính chất vật lý đơn giản của đất

Casagrande, (1940){10 nghiên cứu cơ chế hiện tượng hóa lỏng của đắt dưới tác dụng

cca tải trọng tĩnh Ông để xuất hệ số rồng là một tiêu chí quan trọng để quyết định cát

có hóa long hay không Theo đó cát có hệ số rỗng lớn hơn hộ số rỗng giới hạn khi chịu

sắt dưới tải trọng không thoát nước sẽ hóa long.

Maslov, (1957)[11] đã đỀ xuất khái niệm về gia te giới hạn Khi đắt chịu gia tốc lớn

hơn so với gia tốc giới bạn dự kiến sẽ kích hoạt hóa lỏng trong cát bão hòa.

‘Towhata, (2008)[12}, (2015)[13] đã nghiên cứu sự thay đổi thể tích của cắt xốp trong

thí nghiệm cắt thoát nước theo chu kỳ, Nếu cát bão hỏa nước, nước lỗ rỗng thoát khỏi

mẫu cất tạo nên sự giảm thể tích theo chu kỳ Trong thực tế động đất, sự cắt theo chu

kỳ có thoát nước và sự giảm thể tích túc thời là dường như không thể xây ra Bởi vi

một tang trim tích cát có chiều diy vải mét thi thời gian thoát nước yêu cầu vào.

n động dit Hơn nữa nếu có

khoảng từ 10 đến 30 phốt, đả hơn thời gian xây ra một

một lớp sét mỏng không thắm, nó cảng ngăn cản sự thắm và thoát nước từ các trim

tích phía đưới ên rên mặt đất ự nhiên Do đó sẽ hợp lý néu giả thiết nền cát không

thoát nước trong khi động đất xảy ra.

Khi sự cất xây ra trong các điều kiện không thot nước, nước lỗ rỗng không thé thoát

khỏi lỗ rỗng, do đó hình thành áp lực nước lỗ rồng dư Áp lực lỗ ring dư được coi như

Ung suất hiệu quả được là áp lực lỗ rỗng r áp lực thủy nh tổn tai tước động

tính bởi h

lượng của đắt phía trên cao trình nghiên cứu, nó không thay đổi theo thời gian Do

tng bằng trong

cia ứng suất tổng và áp lực nước lỗ rồng Vì ứn

Vậy, ứng suit hiệu quả giảm khí áp lực nước lỗ rng tăng, cát trở nên mềm hơn Khi ứng suất hiệu quả bằng không, cát không có cường độ, cát ứng xử giống như chất lòng

và biển dang nền lớn xây ra Ap lực nước lỗ rỗng dư lớn sẽ tiêu tan sau hàng chụcphúc Quá trình cổ kết này dẫn đến sự lún nền, Hình 1.12 thể hiện sự giảm thể

cắt xốp trong khi cất thoát nước theo chu kỳ [I2]

Hink 1.12, Sự giảm thé tích của cát xắp trong kh cắt thoát nước theo chủ kỳ [12]

Hình 1.13 cho thấy lúc đầu, cát ở trang thái bão hỏa nước tại điểm A trên đường cổ kết

ch về thể tích và hệ số rồng củatay nhíbình thường, khi chịu cắt cát giảm th

cát không đổi đo không thoát nước nên trang thái của đất địch chuyển trực tiếp từ A

én C Khi mức độ thay đổi thể tích âm lớn hơn, điểm B dịch chuyển xuống thấp hơn

và ứng suất hiệu quả tại C rắt nhỏ Hiện tượng này gọi là hóa lỏng Điều này xây ra khi

cát rất xốp hoặc khi biên độ cắt theo chu kỳ lớn.

"Hình 1.13 Ung suất hiệu quả giảm do điều kiện không thoát nước [12]

Khi cát không bão hòa nước, kh lỗ rồng được nén và hòa tan vào nước vì th thể tích

có thể bj co lại và sự nở thé tích không được phép xảy ra quá lớn Do vậy, ứng suất hiệu quả không bị giảm nhiễu, khó xây mì hồ lông

1.1.24 Đánh giá khả năng hóa lỏng

“Có nhiều phương pháp đánh.khả năng hỏa long của đất đã được sử dung hiệu quả,cđưới đây là phương pháp đánh giá của mội số tác giả

Sesd và Alba, (1986)[14] đã xây dựng biểu đồ cho phép đánh giá khả năng hóa lỏng theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) và xuyên tinh có đo áp lực nước lễ ring (CPTu) Theo nghiên cứu này cát có hàm lượng hạt mịn cao hon thi có sức kháng

hóa lỏng cao hon,

Hàm lương hạt min 5% Him hugng hat min =35% 15 = 5%

‘Youd và nnk, (2001)[15] tổ chức một hội tháo nhằm cải tiến quy

giá hóa lòng bởi Seed và mnk, (1985){16] Hội thảo đạt được

về việc sử dụng số liệu do SPT, CPT và vận tốc sing cắt để đánh giá sức kháng hóa lỏng; sử dụng thí nghiệm xuyên Becker đổi với đất cuội sỏi; các hệ số tỷ lệ độ lớn.

động đất được sử dụng.

đơn giản đánhic kiến nghị đồng thuận

Trong phòng thí nghiệm sức kháng hóa lỏng của cát được xác định bằng cách tiến

"hành các thí nghiệm 3 trục theo chu kỳ đối với các it không thoát nước, Lee và Seed, (1967(17] cho rằng biên độ ứng suất theo chu kỹ gây hóa lông trong khoảng 10 hoặc 100 ving lặp Hình 1.15 cho thấy hóa lông được định nghĩa bởi sự tăng 100% áp lực lỗ rổng và 20% biến dạng dọc trụ có biên độ kép Biên độ ứng suất gây hóa lồng tăng theo áp suất buồng ban đầu (Hình I.15, 1.16) và biên độ ứng suất tăng khi cát chất hơn (Hình 1.15) Có thể thấy rằng, hóa lỏng được định nghĩa theo biển dạng lớn sẵn biên độ ứng suất lớn hơn hóa lỏng ban đầu được định nghĩa bởi sự tăng áp hve lỗ

bạn để

ring bằng ấp suất o Điều này có nghĩa là biển dang không lớn ti tồi

điểm hóa long ban đầu và đặc biệt đúng với trường hợp cát chặt

O- Oy

Py :

‘a lồng ban đầu ost

41800 trongl0vònglặp = 1500 20%HOOE tewIOVEHB og) can bàiỊ oue 10 71a tnetan

Ap suất buồng hiệu quả ban đầu, 0 (kPa)

Hình 1.15, Ảnh hưởng của hệ số rỗng đối với trạng thải ứng suất gây hỏa lỏng [17]

‘Ty số ứng suất thé hiện sức kháng của cát

nước, nó được gọi là ty số kháng chu ky (CRI

với chất tải theo chu kỳ không thoátt=ơa/2ơ1) Trong các Hình 1.15, 1.16

ứng suất cắt (ơ-ơ›) tăng theo áp suất buồng ban đầu ơ;`, Tuy nhiên, có thể nhận thay có một số đoạn cong trong số liệu, tức là tỷ số ứng suất cin thiết kích hoạt hóa lỏng giảm nhẹ khi ứng suất hiệu quả tăng Điễu này là do sự nở thể tích âm của cắt nhiều

hơn dưới áp suất lớn hơn Do đó, sức kháng hóa long của cát, định nghĩa bởi tỷ số ứng,

suất chu ky giảm khi áp suất lớp phủ tăng, ngay cá các điều kiện khác được duy tri

không đổi.

Trong nghiên cứu của Seed và Idriss, (1981)[18] sức kháng hóa lỏng của cát được biểu

thị bởi tỷ số ứng suất tỷ số này được do bằng thí nghiệm 3 trục chu kj Thực tế có the

xác định tỷ số ứng suất xây ra ti hiện trường trong một trận động đít thiết kể, Hiện

nay, có hai cách xác định tỷ số ứng suất tại hiện trường:1000 [ "g7

D8 '

Hóa lông bạn đầu và biển

soo fio lông

Ap suất buồng hiệu quả ban đầu, os (kPa)

Hình 1.16, Trang thải ứng suất gây hỏa ting định nghĩa theo các cách khác nhau [17]

Cách 1: Sử dụng phân tích máy tính, lý thuyết tuyển sóng trong nên có các lớp đất

nằm ngang Trân động dit thiết kế được xác định tại đấy lớp đất và phân tích tuyển tính tương đương được tiến hành Tỷ số ứng suất được xác định từ ứng suất cắt lớn nhất tin toán chia cho ứng sult thẳng đứng hiệu quả ban đầu

Phân tích tuyển tính tương đương không giải thích được hiện tượng hóa lỏng của đất

4o sự gia tăng áp lực lỗ rỗng Hạn chế này có thể gây ra các sai số trong phân tích hóa

long Ngày nay người ta cho rằng phân tích tuyển tính tương đương là chấp nhân được

ất lớn nhất có thể

cho ấn khi áp lực lỗ rồng tăng 50% Trong giai đoạn này, ứng s

xây ra Do đó, ứng suất hiện trường gây hóa 16sổ thể được dự đoán bởi phân tích

tuyển tính tương đương, nhưng ứng suất sau hóa lỏng và sự rung lắc không thể tính

“Cách 2: Sử dụng sự tương tự của khối rắn, khái niệm này do Seed và Idriss, (1971)[19]

đưa ra aa)

‘Ty số ứng suất này không xét đến số ving lap vi tinh không đều của một chuyển động

động đất Trong thực tế, anu tương đương với tải trọng động đất, số chu kỳ lặp lại nhiễu nễu động đất có độ lớn lớn, trong khi số chủ kỳ lập lạ ít với rộn động đắt có độ

lớn nhỏ hơn

“Tạo mẫu bằng cách Biên độ

“mura” trong không khí, | kép (DA): @ 5%

6c'=49kN/mẺ Om,

‘Ty số ứng suất chu kỳ, 1 2 s 1n 2a sa 100Số vòng lập gây hóa long

Hành 1.17, Dường cong hóa ling của cát xắp Toyoura trong mẫu 3 true [12]các thí

6 chu kỳ tải trọng gây hóa lỏng phụ thuộc biên độ của ty số ứng suất Vì thế,

nghiệm trong phòng cần được thực hiện với nhiều biên độ ứng suất khác nhau và tỷ s

ứng suất thay đổi được về ứng với chy kỳ tương ứng cần thiết gây hóa lỏng Hình.

1.17 trình bày đường cong hỏa lỏng của cát, từ d6 thấy được sức kháng hóa lỏng củadự kiến

cat phụ huộc số vag lặp ứng suất trong một trận động

Khả năng hóa lng của dắt hiện trường trong một trận động đắt tương lai đã được đánh

siá bởi một trong ba phương pháp (Bảng 1.2) Mỗi phương pháp có cách đánh giá khác

nhau về cường độ, lực động đắt cũng như sức kháng hóa lông của đất

Phương pháp 1 dựa vào sức kháng xuyên tiêu chuẩn (Nsv7), với cát Na lớn có nghĩa

là độ chat lớn Phương pháp này có ý nghĩa trong một phạm vi nhất định.

Phuong pháp 2 tính toán đơn giản hóa theo tải trọng và hạn chế các phân tích động.

Phương pháp này đồi hỏi khảo sắt bổ sung vận tốc sóng cắt Vs, mô dun kháng cắt lớn nhất Gua và ứng xử ứng su biển dang phi tuyển

Kỹ thuật phân tích động hiện nay phát triển cho phép cảiphương pháp 2 thành 2°

Bảng 1.2 Phin loại đănh giả tiền năng hóa lỏng thực tế [12]

Biển độ ứng suất citsgia tốc | không thoát nước theo chú kỷ, hoặc[bề mặt a,.a)x(khối lượng đất)|_ tương quan thực nghiệm của nó với

SPT-N và him lượng hạt mịn

2 Hệ số an toàn

Tự = sức khẳng tải

Thập ich sử thời giam | Nhận được tree thi nghiệm 3 rue

lông đất Phân tích động được| không thoát nước theo chu kỳ, hoặc

2 Cải tiến của 2 | thực hiện để nhận được ứng | trong quanthực nghiệm của nb vớixuấtcắt động lớn nhất | SPT-N và hàm long bat min

‘ay gọi là phân tính ứng mất tổng

"Nhập lịch sử tồi gian động |Các tham sổ cho mô hình thay đổi thểđất Thông tin ứng xử ứng lich âm (mô hình áp lực nước lỗ rồng)3 Phân tích ng suất (sult biến dang phi uyén etal là cn tid; các thí nghiệm trong

hiệu quả đc là cản thiết phòng rên mẫu nguyên dang

Phin tích động được thực hiện theo phương pháp số trên cơ sỡ.

nguyên lý ứng suất hiệu quả

Kỹ thuật phân tích động hiện nay phát triển cho phép cải thiện phương pháp 2 thành

2°, Phương pháp này gọi là phân tích ứng suất tổng, rong đỏ mô dun khing cắt và

cường độ kháng cắt giảm do sự phát trgn áp lực nước lỗ rồng dư (giảm ứng suất hiệu

cquả) không được xét Phương pháp này không qué phức tạp như phương pháp 3.

Cie nghiên cứu quan trong v8 các mỗ hình nở th tích và cúc mô hình vật liệu của cất đưa đến phân tích ứng suất hiệu quả trong phương pháp 3 Ung suất cắt và biển dạng it tại mi thời điểm được kết hợp với mô hình thay đổi t ch và các thay đổi áp lực nước lỗ rỗng dư cũng như ứng suất hiệu quả được tính Ứng suit hiệu quả sau đó được

nhập vào mô hình ứng suibiến dạng đ <p nhật mô dun kháng cắt và cường độ chống eit Sự tương tác này của hai mô hình được thực hiện trong mỗi bước thi gian

phân tí Hiện nay, phân tích ứng suất hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong nhiều dự

án xây dựng quan trọng.

11.25 Các yéw tổ ảnh hướng đến sức kháng hóa lỏng của đắt

‘Tsuchida, (1970)(20] nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt đến sức kháng hóa

long của đất dựa trên các mẫu đất bồi tívà lũ tích, từ đó đưa ra phạm vi giới han

thành phần hạt của các loại đất dễ hóa long,

Từ biểu đồ cho thấy cát bão hoa có đường thành phần hạt nằm rong ving S có nguy sơ hoa lông cao, cát bụi cổ đường thành phần hạt nằm trong vùng Ss và cất sỏi có đường thành phần hat nằm trong vùng So có thé bị hóa long Cát sỏi có hệ số thm K >

3em/s thì được xem như không hóa lỏng

Kích thước mat sing (mm)

Hình 1.19b Biển dé phân vùng thành phân hạt của các loại đất dé hóa lỏng

(u/Du< 35)

“Trong TSCPHE, (2002)(21] của Nhật bản cũng khuyến nghị dùng biểu đồ tương tự nêu trên để phân loại đắt có khả năng hóa lỏng Tuy nhiên, tiêu chuẩn có bổ sung hệ số

đều hạt, CA=Da/Dịo cho hai trường hợp nêu trong các Hình 1.194 (C.>3/5) và Hình

1.19b (C¿<3.5) đối với đắt nkxốp bão hòa nước Từ các biđồ (Hình 1.19a, b)cho thấy các loại đắt có đường cong phân tích hạt nằm ngoài phạm vi (A), (Bs) và (Bo)xem như không bị hóa lỏng.

Seed và nnk, (1966)122] đã thi nghiệm 3 trục động dui ứng suất tác dụng hình sin đểmô phông gần đúng ứng suất do động đất trong phòng thí nghiệm Thí nghiệm được

a kết du ố kết hiệu.

5 rỗng khác nhau, thí nghiệm với nhiều biên độ

hành trong điều kiện không thoát nước và ng ứng suất quá, mẫu cất được chỗ bị với các hộ

ứng suất Kết quả nghiên cứu chỉ ra với mẫu cát có hệ số rỗng và ứng suất cổ kết hiệu

quả như nhau, kh biên độ ứng suất cảng lớn thi số chu kỳ gây hoa lông giảm, ct chặt

hơn thì số chủ kỳ gây hóa lỏng tăng.

“Trong thực ế nên nằm ngang ứng suit hiệu quả khác nhau theo các phương ngang vàđứng: o°s= Kooy (Ks là hệ số áp lực đất tĩnh) Finn và nnk, (1971) [23] so sánh tỷ số

ứng suất từ các thí nghiệm 3 trục và thí nghiệm cắt đơn giản (Hình 1.20), hai loi tỷ số

ứng suất cổ quan hệ: -”ig suất có quan hộ: >

Cắt đơn giản

OCHS ie 08ACh don gia, c-0.6Scat ste, e-0.7

1a ee "Tấm

Số vòng lặp gây hóa long

"Hình 1.20 Sức khẳng hóa lỏng khác nhau nhận được từ thí nghiệm cất dam giản và cất 3 trục [23]

“Từ Hình 1.20 nhận thấy trong cùng điều kiện tỷ số ứng suất gây hỏa lòng của thí

nghiệm 3 trực cao hơn so với thí nghiệm cắt dom giản, điều này chứng tỏ mẫu đắt khó.

hóa long hơn khi thi nghiệm trên máy 3 trục.

De Alba và nnk, (1976)(24] thực hiện các thí nghiệm cất đơn giản kích thước lớn

được kích hoạt trên bản rung và thí nghiệm 3 trục, từ đó để xuất một công thức chuyển đổi giữa hai trạng thai ứng suất

Ảnh hưởng của hệ số áp lực đất tĩnh và quá cổ kết: Ishihara và Takatsu, (1979)[25] đã

thực hiện thí nghiệm cắt xoắn không thoát nước để nghiên cửu ảnh hưởng của quả cỗ

kết đối với hóa lỏng Các mẫu chịu lich sử ứng suắt tăng tải và dỡ tải sao cho đạt được tỷ số quả cổ kết dir kiến (OCR), Trong giai đoạn này, hệ số Ke được duy tri không đổi Sau đó, ứng suất cắt chu kỳ: xạ, được dp dung tong điều kiện không thoát nước, trong khi ngăn cin biển dạng ngang hình thành Trang thi này giống như trạng thái mặt nền nằm ngang ngoài thực địa Hình 1.21 cho thấy tỷ số ứng suất (sức kháng hóa lỏng của cái tng theo hệ s K, và tý số quá

Hình 121 Se tăng sức khẳng hỏa lồng của cát do quá cá kế [25]

Hình 1.22 được vẽ bởi Towhata, (2008)[12] bằng cách sử dụng số liệu của Lee và Seed, (1967)[17] Cát thí nghiệm là cát sông Sacramento có enix =1,03, e„u;=0,63 Đối với cát chật, ấp suất cổ kết (ơ`) cao hơn, kim giảm tỷ số ứng suất gây hóa lồng, trong hi hóa lòng theo định nghĩa bởi sự tăng 100% áp lực lỗ rổng hoặc bin dang doe true

lớn, Điều này có nghĩa là cất ti hiện trường ở độ sâu lớn hơn có khả năng dễ bị hóa

sâu lớn hơn nghĩa là áp suất cổ kết lớn

hơn Thực tế không đúng bởiát ở chiéu sâu lớn hơn thi trim đọng lâu hơn và site

ing hóa long tăng.

Hình 1

Áp suit cổ kếtHoa long ban đầu được định nghĩa bởi

phát tiển 100% áp lực nước lỗ tổng dư [-E=Xip eros

Số ving lập ứng với 20% biên độ đơn củ biển dang dọc trực

22, S lậu thí nghiệm 3 trực theo chư kỳ v sức khẳng hóa lông của cái dưới

các edp ứng suất khóc nhau [12]

1.12.6 Các nghiên cứu về đặc trang biến dạng của đắn

Đặc trưng biển dang của đất chịu ảnh hưởng lớn dưới tải trọng động Nghiên cứu đặc

trưng biển dang cho phép đánh giá ôn định, biển dạng của nén khi động đắt Quan hệ giữa mô dun kháng cắt, hệ số giảm chấn của đất theo biển dạng đã được nghiên cứu

bởi nhiều tác giả như Seed và Idriss, (1970)126|: Hardin và Drnevich, (I9724)1271.(1972b)|28]; Brennan và nnk, (2005)|29]; Oztoprak và Bolton, (2013)30] Đường,

song mô dun kháng cắt chun héa và đường cong hệ số giảm chấn của đắt theo biển

dang cắt (Hình 1.23a, b).

“ „

Biến dạng cắt, y (%4) Biến dạng cắt, y (%)Hình 1.23 (a) Quan hệ giấu mé dun kháng cit chun hỏa với biển dang et,

(6) Quan hệ giữa hệ số giản chan wi biến dang cỉt [29]

Stokoe, (1978)[31] đã sử dụng phương pháp thí nghiệm truyền sóng ở hiện trường để

ắc định vận tốc truyền sóng từ đồ xác định được mô đun kháng cất Thí nghiệm cắt

xoắn được Hardin và Black, (1968)[32] sử dụng để xác định mô dun kháng cắt của dất

sét có hệ số rỗng khác nhau Darendeli, (2001)33] đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực buồng đến mô đun kháng cất và hệ số giảm chin của cát và cất bụi, Hoque và xtsuoka, (2004)(34] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ số ứng suất đến đặc trưng biển

đang động ở mức biển dạng nhỏ Xác định được các đặc trưng biển dạng động của đt

cho phép lựa chọn mô đun kháng cắt, hệ số giảm chắn theo độ lớn của biển dang trong tính toán thiết kể.

1.1.2.7 Các nghiên cứu vỀ giải pháp giảm nh, ngăn chấn hating

Để giảm nhẹ thiệt hại do hóa lỏng phải ngăn chặn 100% sự phát triển áp lực nước lỗ ring dt, Khi hệ số an toàn hóa ling (E.) tại hiện trường nhỏ hơn một, một số biện

pháp giảm nh thiệt hại do hóa lòng đưới đây có th tiến hành: âm chặt cát dB hóa

lỏng, giếng cuội sồi, cọc cát, phụt vữa, trộn sâu; biện pháp kết