Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất cho Đập bãi thải xỉ - Công trình Nhiệt điện Mông Dương 2 - Tỉnh Quảng Ninh

Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu: ‘Nhu cầu xử lý nền dé dam bao ôn định tổng thể ôn định mái các công trình nói chung và công trình Thuỷ lợi nói riêng trên nền đất yếu là rất lớn Việ

ĐINH VĂN THÁI.

"Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nén cho Dap bai thải xi Công trình

ign Mong Dương 2 _ Tỉnh Quảng Ninh

‘AN THẠC SY

Hà Nội - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NONG NGHIEP VÀ PINT

TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

"Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nén cho Đập bai th

Nhiệt điện Mông Dương 2 _ Tỉnh Q

“Chuyên ngành: Công trình thủy lợi

Mã số: 128605840047

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Công trình

LỜI CẢM ƠN

'Tác giả xin chan thành biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái,

người đã trực tiếp hướng dẫn và vạch ra những định hướng cho tác giả trong

suốt trình làm luận văn

“Tác giả cũng xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo tong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời.

Hà Nội, ngày tháng - năm 2016.

Tác giá

Dinh Văn Thái

BAN CAM KET

‘Tén dé tài luận văn: “ Nghiên cứu giải pháp xử lý nền cho Đập bai xi

-Công trình Nhiệt điện Mông Dương 2 - Tỉnh Quảng Ninh ”

“ôi xin cam đoan để tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Nhữngkết quả nghiên cứu không sao chép từ bắt kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu

vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bat kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường

Hoge viên

Dinh Văn Thái

1.1 Giới thiệu về bai thải xi nhà máy Nhiệt điện

1.2 Khái niệm nén đất yêu

QL Lý thuyết cân bằng giới han

2.1.2 Phương pháp phân tích giỏi han

2.2 Lý thuyết ứng suất, biển dạng và độ lún của nên đắt

2.2.1 Ung suất trong dat

2.2.2 Biển dang va độ lún của nén đất

3.2.3 Quan hệ ứng suất, biển dang

2.2.4 Cơ sở lý thuyết có kết thắm

=7 7 19 20 22

24

29

Chương II: Tính toán xử lý nền đất yéu cho Đập bãi thải xi - Công trình

TM ệt điện Mông Dương 2- Tinh Quảng Ninh

3.1, Giới thiệu chung về công trình.

54 5S 45 56 56 66 68

71 71 71

DANH MỤC HÌNH ANH VÀ BANG BIẾU.

HÌnh 1.1: Hình ảnh vỡ đập bãi xi đêm 26/7/2015 của Công ty Than tại phường Mông Dương tỉnh Quảng Ninh;

Hinh 1.2: Hình ảnh lũ bùn đỏ ở Tây Nguyên gây thiệt hại lớn vé người và tải sản, ảnh hưởng đền môi trường nghiêm trong.

Hình 1.3 Sự cổ vỡ đập bùn đó ở Brazil gây hậu quả nghiêm trọng về người

và tài sản, đặc biệt là vẫn dé môi trưởng bị 6 nhiễm

Hình 1.4 Sự cổ vỡ đặp ở một Bang của Mỹ ngày30/12/2008

Hình 2.1 Xác định mômen chồng trượt gây trượt với mặt trượt trụ trỏn

trường hợp bài toán cổ kế! thắm I chiều

Hình 2.7: Hình thức bổ trí trụ trùng nhau theo khối

Sơ đồ tính toán cổ kết thắm trong

Hình 2.8: Các kiểu bổ trí trụ trộn tỏi trên mặt đắt

Hình 2.9: Sơ dé phá hoại của đất dinh gia cổ bằng cọc xi mãng-đắt

Hình 3.4; Mặt cắt địa chất

Hình 3.5: Giải pháp đào bóc bỏ toàn bộ lớp yêu

Hình 3.6: Giải pháp bó trí cọc xỉ măng đất dạng hoa mai

Hình 3.7: Mô hình tính toán

Hình 3.8: Két quả chuyên `vị thẳng đứng sau khi đắp xong đợt 1

Hình 3.9: Kết quả chuyển vị ngang sau khi đắp xong đợt 1

Hinh 3.10 Kết quả tính toán chuyển vị thẳng đứng sau khi đắp xong đợt 2Hinh 3.11: Kết quả tính toán chuyển vị ngang sau khi đắp xong đợt 2

Hình 3.12: Kết quả tinh toán chuyên vị thẳng đứng sau khi dép xi than

Hình 3.13: Kết quả tinh toán chuyển vị thẳng đứng sau khỉ đấp xong xi thanHình 3.14: Chuyển vị của khdi trượt khi đắp xong đợt 1,

Tình 317: Giải pháp bổ trí cọc xi măng đắt dang tưởng

Hinh 3.18: Mô hình tính toán.

Hình 3.19 : Kết quá chuyên vị thẳng đứng sau khi đắp xong đợt 1

Hinh 3.20: Kết quả chuyén vị ngang sau khi đấp xong đợt 1

Hình 3.21 Chuyển vị của khối trượt khi đắp xong đợt 1,

Hình 3.25: Kết quả tính toán chuyển vị thẳng đứng sau khi đắp xỉ thanHình 3.26: Kết quả tính toán chuyển vị ngang sau khi đắp xí than

Hình 3.27: Chuyển vị của khối trượt khi đấp xi than,

lệ số an toàn Msf= 1.38

Bảng 3.1: Mực nước định triều lớn nhắt nam và mia lũ trạm Củu ÔngBảng 3.2: Mực nước chân triéu thấp nhất năm và mùa lũ trạm Cửa OngBảng 3.3: Chỉ tiêu cơ ly của nền và vật liệu đắp đập

Bảng 3.4: Chỉ tiêu cơ lý của cọc đất xi mang

Bang 3.5: Chi tiêu cơ lý tương đương của khối hẳn hop

Being 3.6: Chỉ tiéu co lý của các lớp đất đá

Bang 3.7: Bảng so sánh lựa chọn phương án tối wu

Mé đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, cùng với sự phát triển của Thủy điện, các ngành năng lượng điện khác cũng ngày cảng phát triển và ngày cảng chiếm tỉ trọng lớn hơn

ja mới nhất cho

g “Tổng sơ đồ - TSĐVII) đã

được Thủ tướng Chính phú phê duyệt theo quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày

21/07/2011 TSĐVII nhắn mạnh đến việc đảm bảo năng lượng điện, nâng cao.hiệu quả cung cấp điện, phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và mở rộng tự

do của thị trường Theo TSĐVII, tỷ trọng nguồn nhiệt điện bao gồm nhiệtđiện than và khí sẽ tăng nhanh từ 16,5% lên 48% tổng công suất hệ thống vào

năm 2020

trong cơ cấu nguồn điện Quy hoạch phát triển điện lực quốc

giai đoạn 2010 năm 2030 (gọi

Các dự án Nhiệt điện đã và đang xây dựng trên khắp cả nước như: Vĩnh

Tân 1,2,3; Duyên Hải 1.2.3; Sông Hậu 1,2; Mông Dương 1,2; Dung Quat;

Mao Khê; Nghỉ Sơn 1,2; Long Phú, Vũng Ang 1,2,3, Nhigt điện phát triển

sinh Than xi thải thuộc loại

kèm theo đó là các vin đề về môi trường phi

chất thải độc hại vì vậy sự lam việc an toàn của các đập chứa xi có ý nghĩa vô.cùng to lớn đến vin dé môi trường Do đó, các vấn dé liên quan đến én định,lún, ứng suất biến dạng của đập bãi xi ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc.bình thường của đập, đặc biệt là đập xây dựng trên vùng đất yếu ngày càng

được quan tâm đúng mức.

2, Mục đích của đề tài

Mục đích đ tải là im cơ sở khoa học để lựa chọn giái pháp kỹ thuật wi

đất yếu Áp dụng thực tế cho việc xây dựng các đập bai xi của các nhà máy nhiệt điện trên nén đất yếu, đảm bảo yêu.

cầu kinh tế - kỹ thuật Qua đó:

~_ Xác định phương án bố trí hợp lý khi ding cọc ximang - đất dé gia cố.nền;

ưu trong công tác thiết kế xử lý

~ Tim được được phương pháp tính toán gia c

Tiếp cận các cơ sở khoa học, các công trình thực tế đã và đang thiết kế,

thi công, các tai liệu đo đạc làm cơ sở cho việc tinh toán.

Trên cơ sở các tài liệu khảo sát về địa hình, địa chất, thủy hải văn tiến

hành đưa ra các giải pháp công trình chủ đạo, phân tích so sánh lựa chọn giải

pháp tối wu, đảm bảo công trình an toản va kinh tế

a Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu:

‘Nhu cầu xử lý nền dé dam bao ôn định tổng thể (ôn định mái) các công

trình nói chung và công trình Thuỷ lợi nói riêng trên nền đất yếu là rất lớn

Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới nhằm giải quyết vấn đề trên và.khắc phục được nhược điểm của các phương pháp cũ là rất cần thiết

b _ Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành:

~ _ Các tiêu chuẩn về thiết kế công trình trên nền đắt yếu;

+ Các tiêu chuẩn về ứng suất, biến dạng

~ _ Tiêu chuẩn vé vật liệu

c Tiếp cận với thực tiễn công trình:

'Các công trình đập chắn trên yếu ứng dụng cọc ximãng

-xử lý nén hiện nay khá nhiễu, việc tính toán nền công trình là không thể thiếu

trong quá trình tính toán thiết kế

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Phuong pháp đánh giá chất lượng cọc hiện nay chủ yếu là lấy cọc đã thi

công ngoài hiện trường về thí nghiệm trong phòng, nhưng việc khoan lấy

mẫu, vận chuyển đôi khi làm ảnh hưởng đến mẫu làm

xác

quả không chính

Phuong pháp thu thập thông tin:

+ Thu thập từ các dé tài, Dự án liên quan đến xử lý nền đất yếu

+ Điều tra, khảo sat, tổng hợp số liệu, thu thập tai liệu thực tế, tai liệu

tham khảo, phân tích, xử lý số liệu;

+ Thu thập từ mạng Internet và các nguồn khác

~ Phuong pháp chuyên gia: Tranh thủ ý kién và kiến thức của các chuyên

gia trong các lĩnh vực,

~_ Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán: Sử dung các phần mềm

tính toán bi đại để mô phỏng bai toán nghiên cứu.

| Kết quả đạt được

Xác định được các giải pháp thiết kế tương ứng với các điều kiện cụ thể

Kết quả nghiên cứu làm cơ sở để đánh giá hiệu quả của giải pháp nghiên cứu

và làm cơ sở để đưa ra các biệm pháp tiếp theo để đạt được các yêu cầu kỹ

thuật công trình

Chương 1: Tổng quan

1.1 Giới thiệu về Đập bãi thai xi của nhà máy Nhiệt điện

Đập thai xi là hạng mục không thé thiếu của Nhà máy Nhiệt điện than, Đập có nhiệm vụ chứa xi thải trong suốt quá trình vận hành của Nhà máy và đồng bãi ( đóng vai trò như kho chứa chất thải) khi nhà máy ngừng hoạt động.

Đập thường có kết cấu là đập vật liệu địa phương, tận dụng đất đá đàolang bãi hoặc khai thác vật liệu tại chỗ

Nhiệt điện than thường được xây dựng ở vùng đồng bằng, giáp biên và

cửa sông để thuận tiện cho việc xây dựng các cảng than, hệ thống lấy và thải

nước làm mát Vị trí đập thải xi thường được bé trí sao cho thuận tiện trong

việc thai xi và là nơi có địa hình, địa chất thuận lợi Trong nhiều trường hợp.bắt khả kháng, đập phải đi qua khu vực nền dat yếu thì việc tính toán xử lynên có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đến sự an toàn của đập

Xi thải là một loại chất thải độc hại, do vậy vấn

kế bài thải xi đặc biệt quan trọng Vi

hay vỡ đập sẽ đem lại hậu quả vô cùng to lớn đối với môi trường sống xung.quanh Vì vậy, vấn đề thiết kể, thi công đập đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

ngày cảng được quan tâm diing mức,

ôi trường trong thiết

c nước thải ra ngc i môi trường do thấm

Dưới đây là một số hình ảnh về sự cố đập chứa xỉ hoặc các chất độc hại

khác gây thiệt hại lớn về kinh tế và các vin đề về môi trường

+ Ở Việt Nam,

- _ Đập bãi xi của công ty Than ở phường Mông Dương, tỉnh Quảng Ninh.

bị vỡ tháng 7/2015 vùi lấp hàng trăm hộ đân và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường (Hình 1.1).

Hinh 1.1: Hình ảnh vỡ đập bãi xi đêm 26/7/2015 của Công ty Than tại

phường Mông Dương tỉnh Quảng Ninh Đập chính bị vờ vùi lấp hàng trăm hộ dân và nước thải xi độc hại ra môi

trường gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Nguyên nhân dẫn đến sự có vỡ đập này là do mưa liên tục trong nhiều ngày.với lưu lượng lớn (kỷ lục trong vòng 40 năm qua) vượt quá công suất bơm.của hệ thống bơm xử lý nước dẫn đến nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập

- _ Lũ bùn đỏ ở Tây nguyên.

Hinh 1.2: Hình ảnh lit bùn đỏ ở Tây

tải sản, ảnh hưởng dén m

thiệt hại lớn về người vài

trường nghiêm trong.

Nguyên nhân dẫn đến sự cố nảy là do mua lũ với cường độ cao xay ratrong nhiều ngày, nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập

Hình 1.3 Sự có vỡ đập bùn đó ở Brazil gây hậu quả nghiêm trọng về

người và tai sản, đặc biệt là vẫn dé môi trường bị 6 nhiềm

~ Một sự cổ khác vỡ đập khác diễn ra ngày 30/12/2008, gần nha máy

Tennessee Valley Authrity Kingston (Mỹ) gây thiệt hại lớn về con người, tài sản và môi trường.

Nhu vậy, với tính chat đặc biệt quan trong này, nên tat cả các bước tir khảo.sát, thiết kế va thi công vận hành đều phải được thực hiện nghiêm túc, có sự

siám sát chặt chẽ, sự quan tâm đúng mức của xã hội trước những nguy cơ có thể xảy ra sự cố.

1⁄2 Khái niệm về nền đất yếu

Đất yếu là đất có khả năng chịu tái nhỏ (khoảng 0,5-1,0 daN/em2) có tinh nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có số rỗng lớn (e>1), mô đun bi dạng thấp (thường E,=50 daN/em2), lực chồng cắt nhỏ Nếu không có biện

pháp xử lý đúng đắn thi việc xây dựng công trình trên nén đất yếu này sẽ rất

khó khăn hoặc không sử dụng được.

Xử lý nề

thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính

nén lún, ng độ chit, tng tị số modun bién dạng, ting cường độ chống cit của dit.

đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải

i với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thắm của đất, đảm bao én định cho khối đất dap,

Các vẫn đề khi xây dựng công trình trên nên đắt yéu

Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường si, đê điều, đập

chan nước và một số công trình khác trên nền dat yếu thường đặt ra hàng loạt

các vấn để phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn

định của cả diện tích lớn do nền đất chịu sức ép lớn

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sôngHồng và sông Mê Kông Nhiều thành phố và thị tran quan trọng được hình

thành va phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hét sức phức tap của

đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển Thực tế này đã đòi hỏi phải hình

thành và phát triển các công nghệ thích hợp va tiên tiến dé xử lý nền đất yếu

1.3 Các phương pháp xử lý nền đất yếu

Các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiệnđịa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục Kỹ thuật cải tạonền đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và

phương pháp thực tế để cải thiện khả năng chịu tải của đất sao cho phù hợp

u của từng loại công trình khác nhau.

Với các đặc điểm của đất y n đặt móng công trình xây dung trên nén đất nay thi phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tinh năng

chịu lực của nó Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo

như trên, mu

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều

kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất Với từng điều kiện cụthể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý Có nhiều biện pháp

xử lý cụ thể khi gặp nền dat yếu như:

~ Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

~ _ Các biện pháp xử lý về móng

= Các biện pháp xử lý nền

1.3.1 Các biện pháp xử lý về kết cau công trình

iu công trình có thé bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều

dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu,

công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng.

Làm tăng sự Linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng,

kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún

dé khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cầu khi xảy ra lún lệch hoặc lún

không đều

Lâm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình dé đủ sức chịu các ứnglực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các dai bê tông cốt thép để tăngkhả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thé gia cố tại các vị trí

dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

1.3.2 Các biện pháp xử lý vềmóng

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số

phương pháp xử lý về móng thường dùng như:

Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền; Khi tăng chỉ Anju tải của chôn móng sẽ làm tăng tr số s

nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của

ng đi sâu chôn móng.

móng; Đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thé đặt móng xuống các

phía dưới chặt hơn, én định hơn Tuy nhiên việc tăng chỉ

phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật

làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún

trình Tuy nhiên dat có tính nén lún tăng dan theo chiều sâu thi biện pháp này không hoàn toàn phủ hợp.

Thay đổi loại móng va độ cứng của mỏng cho phủ hợp với điều kiện địachất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao

thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biển dang

vẫn lớn thi cin tăng thêm khả năng chịu lực cho móng: Độ cứng của móngbản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé Có thể sử dụng

biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết

cấu bên trên, bổ trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn.

Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cúu như rung hỗn

hợp, đâm xuyên, bơm cát.

1.3.3 Các biện pháp xử lý nền

Đây là giải pháp nằm trong phạm vi luận văn mà tác giả quan tâm nên sẽ

được giới thiệu chỉ tiết hơn nội dung của từng phương pháp

Phương pháp thay nền: Đây là một phương pháp ít được sử dụng, đểkhắc phục vướng mắc do đất yếu, công trình xây dựng được thay một pt

ig

hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực inh bằng nén đất mới

phap nay thích hợp với điều kiện chiều sâu nền thay thé vừa phải va có nại

vật liệu thay thể tại chỗ phong phú Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế

là mức độ rủi ro phụ thuộc vào độ chính xác của tải liệu khảo sắt, ảnh hưởng

trực tiếp của các điều kiện kí

công trình.

tượng, thủy hải văn trong quá trình thỉ công

Các phương pháp cơ học: Là một trong những nhóm phương pháp

phổ biển nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bang sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chắn động), sử dụng.các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nỗ sâu,phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đắt,

cọc vôi ), phương pháp vai dia kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố

nền bằng các tác nhân cơ học

Sử dung tải trong động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặcđất sỏi như ding máy dim rung, dim lăn Coe không thắm như cọc tre, cọc cử.tram, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng Sử dụng.

hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng đẻ gia cổ dat trong các công trình.xây mới như đường bộ và đường sắt Sử dụng thuốc nỗ sâu tuy đem lại hiệu.qua cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đồi hỏi

tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng.

Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm,

ang cát, phương pháp bắc thắm, điện t

phương pháp dùng gi

Phương pháp nhiệt học: Là một phương pháp độc đáo có thé sử dung

kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sứ

dụng khí nóng trên 800° để làm biến đổi đặc tinh lí hóa của nén đất yếu.Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cátmịn Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quảnhanh và tương đối khả quan

Các phương pháp hóa học: Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất dé tang cường

liên kết trong đắt như xi măng, thủy tỉnh, phương pháp Silicat hóa hoặc một

số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và

sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến Trong vòng chưa tới

fh cực về việc thêm cốt cho cọc

xi ming đất Sử dụng thủy tỉnh ít phổ biến hon do độ bền của phương pháp

20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu

không thực sự khả quan, còn điện hóa rit ít dùng do đòi hỏi tương đối về công

nghệ.

Phương pháp sinh học: Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động

của vi sinh vật dé làm thay đổi đặc tính của đắt yếu, rút bớt nước ting trong

ving địa chất công trình Đây là một phương pháp it được sự quan tâm, do

thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương.diện kinh tế

Các phương pháp thay lực: Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dung cọc thắm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thắm, bắc thắm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẳm Các phương pháp phân làm hai

nhóm chính, nhóm một chủ yéu mang mục đích làm khô đất, nhóm nàythường đồi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tổn về tinh kinh

tế Nhóm hai ngoài mye đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố

đất, nhóm nảy đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tínhkinh tế được cải thiện đáng kể

Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn

hợp, đâm xuyên, bơm cát

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

2.1 Lý thuyết én định mái đất

Để tính toán ôn định mái đốc hiện nay thường dùng 2 phương pháp:

phương pháp phân tích giới hạn và phương pháp cân bằng giới hạn.

Phuong pháp cân bằng giới han (CBGH) dựa trên cơ sở giả định trước mặt

trượt (coi khối trượt như một cổ thé) và phân tích trạng thái CBGH của các

trên mặt trượt giả định trước Mức độ ôn định được đánh giá bằng,

tỷ số giữa thành phần lực chống trượt (do lực ma sát và lực đính) của đất nếu

được huy động hết so với thành phần lực gây trượt (do trọng lực, áp lực đất,

áp lực nước, áp lực thắm ) Hiện đã có kết quả nghiên cứu cho bài toán ba chiều (phương pháp Wike, Lone) tuy nhiên trong thực tế nhiều công trình có kích thước một chiều khá lớn như: dé, đập, tường chan dit, nên có nhiễu

phương pháp giải quyết đối với bải toán phẳng: phương pháp Fellenius,

Bishop, Spencer, Janbu.

Phuong pháp phân tích giới han (PTGH) dựa trên cơ sở phân tích ứng suấttrong công trình (khối dat đắp: dé, đập, ) và nền của chúng Dùng các thuyết

bên: Morh-Coulumb, Hill ~ Tresca, Nises ~ Slieker, ki

từng điểm trong toàn miễn Công trình được coi là mat ôn định khi tập hợp

các điểm định tạo thành mặt trượt liên tục Giải qu

sử dung các kiến thức của sức bền vật liệu, lý thuyết đàn hồi và dùng phương

pháp sai phân dé tính toán Ngày nay, do công cụ máy tính phát triển nên

phương pháp phan tử hữu hạn có phan chiếm ưu thế Những năm gần đây, ly

thuyết phân tích hệ thống đã được ứng dung để phân tích én định mái dat.

tra én định cho

2.1.1, Phương pháp cân bằng giới han

Lý thuyết phương pháp cân bằng giới han

Phương pháp cân bằng giới hạn dựa vào mặt trượt giả định trước

bằng giới hạn cổ thé), để phân tích trạng thái cân bằng của các phân tổ đất

trên mặt trượt giả định trước Mức độ ôn định được đánh giá bằng tỷ s

thành phần lực chống trượt (do lực ma sát và lực dính) của nén đất nếu được

huy động hết so với thành phan lực gây trượt (do trọng lượng, áp lực đất, áp.lực nước, áp lực thắm ).

Mức độ ơn định của mái đốc được đánh giá định lượng qua hệ số an tồn

‘dn định, gọi tắt là hệ số an toản Và theo quan điểm của phương pháp này gọi

chung là hệ số an tồn.

Hệ số an tồn én định K là tỷ số giữa tổng mémen chống trượt của dat dọc

‘theo mặt trượt với ting mơmen gây trượt do tai trọng ngồi va trọng lượng đấtcủa khối lượng đất trượt gây nên:

<Ix] 2-1)

Trong đĩ:

+ Ma: tổng mơmen chống trượt lấy đối với tâm O, bán kính R mặt

trượt trịn,

+ My: tổng mơmen gây trượt do tải trọng ngồi và trọng lượng bản

thân của khối trượt đối với tâm O,

+ [KỊ: là hệ số an tồn chống trượt cho phép, phụ thuộc cắp cơng trình,

xác định theo quy phạm.

Khi xác định tổng mơmen chống trượt, cọ đắt dọc theo mặt trượt ở trạng

thái cân bằng giới hạn, tức giữa cường độ chống cất của

vuơng gĩc với mặt trượt ơ thỏa mã biểu thức Coulomb:

to và ứng suất

To= (o-u).tg9" +c" (2-2)

“Trong đĩ:

Ø: ứng suất tổng vuơng gĩc với mặt trượt

+: áp lực nước lỗ rỗng tại điểm mặt trượt đi qua

`,c°: gĩc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất

Và trị số Mg được tính theo công thức:

R{ rat 4)

Trong đó: r là ứng suất cắt dọc mat trượt

°

Hinh 2.1 Xác định momen chong trượi, gây trượi với mặt trượt tru tran.

Hệ s an toàn K xác định theo biểu thức (2-1), sau khi rút gọn T sẽ có:

R[[(ø~)we+cM

Kel

6-5)

frat

số an toàn như trên mới được tinh

Phương pháp mặt trượt trụ tròn với

toán theo phương pháp tất định, nghĩa là coi tải trọng và độ bền tính toán

được mặc định trong suốt quá trình làm việc của công trình Thực tế các tải

trọng và độ bền chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau như: điều kiện làm.việc của công trình, tiếp xúc giữa kết cầu công trình và nén dat, độ tin cậy các

số liệu ví n, tầm quan trọng của công trình, độ tin cậy về tải trọng và tổ

hợp tải trọng Khi tính toán thiết kế theo quan điểm vừa nêu trên thì độ tin

cậy của các số liệu tính toán được tính chung lại trong một hệ số an toàn và cổđịnh trước các giá tị của chúng trong suốt thời gian làm việc là không thỏa

mãn.

Vi vậy, công thức tính hệ số an toàn chung trên được chuyển sang phương.pháp trạng thái giới hạn, bằng cách thêm các hệ số an toàn cục bộ xác định

bằng xác suất thống kê như sau:

Trong đó:

Nụ - Tổng hợp lực gây trượt tinh toán, đã xét đến hệ số vượt tải hay hệ

i trọng, ở đây là mômen gây trượt

k, - Hệ số tin cậy tùy thuộc cấp công trình

ng - Hệ số tổ hợp tai trọng.

+ Tải trọng cơ bản + Tải trọng đặc biệt + Tải trọng thi công:

m - Hệ số điều kiện làm việc của công trình, xét đến điều kiện chịu tảicủa đất nền, mức độ tin cậy của phương pháp tính

Rg, - Tông lực chống trượt giới hạn, hay mômen chống trượt

Điều kiện để On định có thé viết dưới dạng thông thường với một hệ số

an toàn tổng hợp, trong đó đã tổng hợp đầy đủ các hệ số tin cậy của các đạilượng hoặc yếu tố ảnh hưởng đến mức độ an toàn:

@-7)

(2-8)

Giá trị của [K] tính theo công thức ở trên theo TCVN được gọi là hệ số an toàn tổng hợp.

Lich sử phát trién của phương pháp cân bằng giới hạn

Lich sử phát triển các phương pháp tính én định mái đắt liên quan đến giả

định hình dang mặt trượt

~ Culman (1776) giả thi

được không chính xác

mặt trượt phẳng qua chân mái đốc, kết quả nhận.

- Collin (1860-1890) thực hiện những khảo sát chỉ tiết ở một số m

phá hoại và kết luận mặt trượt có dạng gần như mặt trụ trờn

- Khoảng năm 1916, các nhà khoa học Thủy Điện lại phát hiện mặt trượt

xi dạng trụ tròn và phát triển phương pháp gọi là phương pháp Thủy Điền

rrontard và Risal (1920) đề nghị dùng mặt trượt dạng xoắn logarit Dang nảy thích hợp khi mái dốc có độ đốc lớn và chỉ có một loại đắt.

~ Bishop (1950) sử dụng bé mặt trượt trụ tròn và chi áp dụng phương trìnhcân bằng mômen đối với khối trượt và phương trình cân bằng lực theo

phương đứng

~ Janbu (1950-1960) sử dụng bề mặt trượt dang bat kỳ và chỉ dùng phương.trình cân bằng lực đối với khối trượt

~ Morgensten-Priece(1960) sử dụng bề mặt trượt dạng bat kỳ và áp dung

cả 2 phương trình cân bằng lực va phương trình cân bằng momen

~ Fredlund (1970) sử dụng bề mặt trượt hỗn hợp và áp dụng cả 2 phương.trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mômen

~ Boutrups va Siegel (1970) dé nghị sử dụng lý thuyết xác suất dé tìm hình.dạng bề mặt trượt (nghĩa là tìm bề mặt trượt ngẫu nhiên) và chỉ áp dụng

phương trình cân bằng lực.

- Baker và Garber (1977) đùng bề mặt trượt dang đường cong logarit và áp

dụng cả 2 phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mômen

~ Celestino và Duncan (1981) đã sử dụng cực tiêu của hàm nhiều biến để

tim bé mặt trượt nguy hiém nhất, nó gồm mộ ác đoạn thẳng.

Nhdn xét chung về các phương pháp cân bằng giới han

Về mặt lý thuyết việc giải bai toán là chặt chẽ nếu thỏa mãn cả 3 phương

trình cân bằng: 2 phương trình cân bằng lực và 1 phương trình cân bằng

mômen Dựa theo việc thỏa man một, hai hay ba phương trình nói trên, đến

nay tồn tại 3 nhóm

Nhóm thứ nhất (phương pháp thông dung): Fellenious, Trugaep: Nhóm.này tính toán đơn giản nhất.

Nhóm thứ hai: thỏa mãn phương trình cân bằng momen và một phương,

trình cân bằng lực như phương pháp Terzaghi, Bishop thi việc tính toán đã

phức tạp hơn.

Nhóm thứ ba: thỏa mãn cá 3 phương trình nói trên, gồm có các phương,

pháp: Janbu tổng quát, Spencer, Morfensstern-Price, phương pháp cân bằnggiới hạn tổng quát Nhóm này tính toán phức tạp nhất nên chưa được ứng

dung trong thực tế

quả tính toán thực tế bằng các phương pháp khác nhau do J.M

Duncan (trường ĐH Berkely- Mỹ) và S.G.Wright (trường Austin — Mỹ) công

bố năm 1980 cho thấy:

Trong trường hợp đất có thành phn ma sát cảng lớn hơn so với lực dính

và khi áp lực nước lỗ rng cảng lớn thì với các phương pháp cảng đơn giảntrong tính toán có sai số cing nhiều

Trong trường hợp ma sát của dat nhỏ và không có áp lực nước lỗ rỗng thikết quả các phương pháp hầu như trùng nhau

2.1.2 Phương pháp phân tích giới hạn

Phương pháp phân tích giới hạn dựa trên cơ sở phân tích ứng suất bên

trong công trình (khi đắp của đê, đập ) và nền của chúng Ta dùng các

thuyết bên như: Morh-coulomb, Hill-Tresca, Nises-Sleiker để kiểm tra ổn định cho từng điểm trong toàn miễn Công trình được coi là mắt én định khi

tập hợp các điểm mắt én định tạo thành mặt trượt liên tục Giải quyết vấn dé

này sử dung các kiến thức của môn sức bén vật liệu, ly thuyết dn hoi và dùng phương pháp sai phân để tính Với phương tiện máy tính ngày nay phát triển,

nên phương pháp phần tir hữu hạn có phần chiếm wu thé, Mức độ ôn định củamái đốc được đánh giá định lượng qua hệ số huy động cường độ chống cắt

của đất

Xết một điện tích đơn vị (giả sử là 1 m’) trong khối dat nghiêng một góc a

đang ở trang thái cân bằng bên, chịu tác dụng của lực cắt + (kN/m’), lực nén

vuông góc là ø(kN/m”) và áp lực nước lỗ rỗng là u(kN/m°); (Hình vẽ) Ta có

thể tính được cường độ chống cắt trên diện tích đơn vị ấy theo các chỉ tiêu.chống cắt của đất theo định luật Coulomb như sau:

To= (0-0)tg@' 4° (2-9)Ứng v

Để cho điện tích của đơn vị đang xét là một mảnh của mặt trượt thực (tức

ở trạng thái cân bằng giới hạn), người ta thường giữ nguyên trạng thái ứng

suất (tức

cắt của đất, như giảm trị số to, tức giảm độ nghiêng của đường Coulomb

Như vậ ông thức tính lực chống cắt của đất:

của các chi ti nguyên trị sô t) và giảm trị cường độ chống,

=% Qu

Trong đó: F là trị số lớn hơn hoặc bằng 1, được gọi là hệ số huy động

cường độ chống cắt của đất, trị số của F xác định theo công thức:

pete (2-12)

gọi là phin cường độ chống cắt của dit đã được huy động đủ

đảm bảo sự cân bằng i hạn, được gọi là cường độ chống cắt huy động và F

là hệ số huy động cường độ chống cắt của đất, được coi là hệ số an toàn ôn

định về trượt tại nơi đang xét

Theo định luật Coulomb, cường độ chống cắt của đất trên diện tích đơn

vị tính theo công thức, Theo quan điểm này, trị số to tính theo công thức này

được coi là cường độ chống cắt vốn có của đất và đường Coulomb là đường (1)

an toàn F và đường Coulomb của đất là đường (2) hình

Khi F =1 có nghĩa là cường độ chống cắt (lực dính và ma sát được huy

động hét) nên điểm đó đạt trang thái cân bằng giới hạn

Khi F > | thực tế dat đang còn dự trữ về ma sát và lực dinh nên điểm đó

còn én định (nằm trong trạng thái cân bằng bền), nhưng khi tính toán, xem

như điểm đó dat trang thái cân bằng giới hạn do giảm lực dính C và hệ số ma

sát (tg@) bởi hệ số an toàn (E) tính theo công thức sau:

(2=w)teo+c

F 14)

0 là hai thành ph an ứng:

diện tích đơn vi nơi đang xét bị phá hoại.

F <1 về lý thuyết thuần túy đ án, xem như đã tang lực dính và

hệ số ma sat lên bởi hệ số an toàn F dé cho điểm đó vẫn nằm trong trạng thái

cân bằng giới hạn, nhưng thực tế không có vì nó đã bị phá hoại

“Trên mặt trượt nguy hiểm nhất, cường độ chồng cắt của đất được huy động

ở các mức độ khác nhau, và thưởng xác định trị số trung bình của các mực độ

huy động (F) tại các nơi trên mat trượt giả định để làm hệ

của mái đất ứng với mặt trượt đang xét

in toàn ôn định

Theo quan điểm này, hệ số an toàn được định nghĩa như là một hệ số mà

với nó, sức chịu cắt của dat bị giảm để chịu khối lượng đất trong trạng tháicân bằng doc theo toàn bộ mặt trượt đã chọn

Sự khác nhau giữa hai phương pháp trên là phương pháp phân tích giới

hạn linh hoạt hơn và được sử dụng dé phân tích các đặc tính giới hạn của tit

cả các loại vật liệu dẻo, chứ không chỉ riêng các công trình đất Với phương,

pháp phân tích 6n định khối trượt bằng

bởi Fellenius Phương pháp phân tích giới hạn, chủ yêu dựa trên lý thuyết déo, là một lý thuyết cơ học tổng quát Phương pháp phân tích giới hạn áp dụng với các loại vật liệu khác nhau, trong điều kiện tải trọng phức tạp.

“Trong tính toán én định mái dốc, phương pháp phân tích giới hạn phân

tích ứng suất biến dạng, từ đó xác định ra mặt trượt nguy hiểm nhất dựa trên

sự phân bố các vecto ứng suất đó

2.2 Lý thuyết ứng suất, biến dạng và độ lún của nền đất

3.2.1 Ứng suất trong đắt

2.2.1.1 Khải niệm

Xác định ứng suất trong dat khi có tai trọng ngoài tác dụng cũng như dưới.tác dụng của trọng lượng bản thân của đất là một vấn để có tác dụng thực tế

lớn Vì không có hiểu biết và những tính toán cụ thể về sự phân bố ứng suất

trong dat thuộc phạm vi nghiên cứu, thì không giải quyết được những vấn mà

đề ngoài thực tế quan tâm như: Nghiên cứu ôn định, cường độ chịu tải và tỉnh

ình biển dang của đất nền dưới tác dụng của các công trình xây dựng.

“Tùy nguyên nhân gây ra ứng suất trong đắt mà phân ra thành các loại ứngsuất sau:

- Un

thân.

at trong đất do trọng lượng bản thân của đất gọi là ứng suất bản

~ Tai trọng của công trình tác dụng lên nền đất thường thông qua đáy

móng mả truyền nên nền đất Do đó, ứng suất tiếp xúc giữa đế móng và

nên đất gọi là ứng suất tiếp xúc

\ghiên cứu sự phân bố ứng suất trong dat đã được các nhà khoa

học trên thé giới quan tâm giải quyết từ lâu trên cả lĩnh vực lý thuyết va thực

nghiệm Cho đến nay, trong cơ học đất khi tiến hành giải quyết các vấn đề

ứng suất trong đất thường người ta vẫn áp dụng công thức của lý thuyết din hồi Như chúng ta đã biết, đắt không phải là vật liệu dn hồi mà là vật liệu đản

hồi có tính lỗ rổng cao Cho nên, khi sử dụng lý thuyết đàn hồi để tính ứng

suất trong nên dat cần được nhìn nhận một cách thận trọng, luôn chú ý đến

những hạn chế lý thuyết (không kể đến day đủ những điều kiện thực tế) vàluôn xét đến khả năng sai khác của những trị số tính toán theo lý thuyết din

hồi so với thực tế

2.3.1.2 Ủng suất hữu hiệu và ứng xử của nó theo sự thay đổi của ứng suất

ting

Như đã biết, đất là một vat thể nhiều pha tạo thành, ứng suất trong đất bao

giờ cũng bao gồm ứng suất tiếp nhận bởi các hạt rắn gọi là ứng suất hiệu quả

và ứng suất truyền dẫn bởi nước gọi là áp lực nước lỗ rỗng U

Mối quan hệ giữa ứng suất tổng ơ, ứng suất hiệu qua 0” và áp lực nước

Tổ rỗng U như sau: o=0-U

2.2.2 Biến dạng và độ lún của nền đắt

2.2.2.1 Khái niệm về biển dang, độ lún

“Tính biển dang của đất là sự chuyển vị của c

tải trọng nén Biến dạng của dat thực chat là quá trình sắp xép lại các hạt rắnkèm theo sự giảm thể tích lỗ rỗng và đồng thời làm tăng độ chặt của đất

Chính sự có mặt của các lỗ rỗng này đã làm cho tính nén chặt của đất

nhiều lần so với tính nén chặt của các vật thể rắn khác Từ đó cho thấy rằn;

nếu xác định được quá trình nén chat của đất tức là ta đã xác định được bi

hạt đất, dưới tác dụng của

để nghiên cứu biến dạng của đất là nguyên lý quan hệ tuyến tính giữa biến

dang và ứng suất

it là môi trường rời rac, phân tán và có tinh rồng lớn, do đó khi chịu tác

dụng của tải trọng công trình và trọng lượng bản thân dat, dat nền sẽ bị biến

dang, do thể tích lỗ rỗng giảm đi khi nước và không khí trong lỗ rỗng thoát rangoài và các hạt rắn được sắp sếp lại một cách chặt hon lim cho mặt nên hạ

thấp xuống, hiện tượng này gọi là lún của nền đất

2.2.2.2 Tink nén lún của nên đắt ~ Định luật của đất về tính nén

Một trong nhưng quan hệ quan trọng trong cơ học đất, chiếm một vị trí

chủ đạo trong tat cả mọi thực tế xác định độ lún dưới công trình được.thông qua định luật nén lúa: Với những lượng biến thiên không lớn lắm của

áp lực nén, biển thiên của hệ số rằng tỷ lệ bậc nhất với biển thiên của áp lực

BG lún tức thời hay lún không thoát nước (St): là khi nước chưa kịp

thoát ra, dat biến dạng như vật thé đàn hồi Độ lún tức thời mặc dù không.thực sự đàn hồi nhưng người ta đánh giá bằng lý thuyết đàn hồi

Độ lún cố kết là do sự giảm thể tích lỗ rỗng khi nước dần thoát ra

ngoài Lún cổ kết thường xuất hiện trong các loại đất hạt min bão hỏa nước

Tốc độ lún phụ thuộc vào tốc độ thoát nước lỗ rỗng

Độ lún từ biến là do biến dạng của bản thân hạt đắt theo thời gian.

2.2.3 Quan hệ ứng suất — biến dang

“Trong tính toán én định nền công trình, việc lựa chọn mô hình tính toán.phù hợp với ứng xử của đất nền là điều hết sức quan trọng Việc lựa chọn mô

hình tinh toán có tinh quyết định đến kết qua và sự chính x: của bài toán Co

rất nhiều mô hình vật liệu khác nhau được đưa vào nghiên cứu trong cơ họcđất như:

+ Mô hình đàn hồi tuyến tính.

+ Mô hình đàn hồi phi tuyến.

+ Mô hình đản - déo

+ Một số mô hình khác: mô hình Cam clay

Theo lý thuyết đàn hỏi, có thể xác định được mức độ biến dang của bắt

kỳ điểm nao trong khối vật liệu rắn xem là đàn hồi, đồng chất, đẳng hướng

Tuy nhiên, môi trường đất trong thực tế không phải hoàn toàn đàn hồi, thường

là bắt liên tục, bat đồng nhất và dị hướng, nên khi áp dụng lý thuyết dan hồi

thì hết sức thận trọng, cần tiến hành các thực nghiệm để kiểm tra và có các hiệu chỉnh tương thích.

2.2.3.1 Mô hình đàn hoi tuyển tinh

Co sở của mô hình lý thuyết din hỏi là định luật Hooke

o đơn một trục, ứng suất và

nén hoặc.

có quan hệ tuyển tính

oe (15) Trong đó:

E: Mô dun dan hồi

£: Biển dang đọc trục

Đối với đất, đặc trưng là sự tồn tại chủ yêu của bién dạng dư vì thế mô

hình môi trường lý thuyết đàn hồi chỉ có thể áp dụng ở giai đoạn đầu gia tải

và gia tải một Lin lên môi trường đất ma không có sự đỡ tải tiếp theo

2.2.3.2 Mé hình đần~ déo

‘Theo mô hình nay thì biển dang dan hồi và biến dang dẻo được mô tả

riêng biệt bởi các quan hệ vật lý khác nhau.

Co sở của phần lớn các cách giái đàn dẻo khác nhau đều dựa vào những,

khái niệm của lý thuyết chảy dẻo

‘Van dé khá quan trọng trong tính toán đàn déo các khối đất là sự lựa

chọn các hệ phương trình vi phan vật lý phủ hợp đổi với biển dạng dẻo được xác định bởi mô hình đất đang thực hiện trong phép giải đã cho Hiện nay

trong các ứng dụng thực tế thi các mô hình của môi trường din dẻo lý tưởng

Hình 2.3 Quan hé ứng sudt ~ biến dang (đàn - dẻo)

Mô hình này là sự tổng quát hóa của môi trường đản hôi và dẻo cứng có

ma sát Trong bài toán biến dạng, mô hình được dùng ohair bảo đảm lời giải

nhận được là đồng nhất, ứng suất và biến dạng là đồng trục Với bài toán của

môi trường này, đã có nhiều lời giải bằng giải tích được giới thiệu, điều đó

cho phép so sánh các lời giải bằng số với các lời giải giải tích chính xác Vềbản chất, mô hình phối hợp hai lý thuyết cơ sở của cơ học hiện đại : lý thuyết

đàn hồi và lý thuyết trạng thái tới hạn ; mô hình được mô tả bằng các di

trưng cơ học thông thường trong khảo sát địa chất công trình Quan hệ ứng xuất biển dạng được thể hiện trong hình XX Cơ chế làm việc của mô hình này cũng khá đơn giản

~ Đoạn 1 : Thỏa mãn trang thái ứng suất trước tới hạn , đất được coi làphủ hợp với mô hình biến dạng tuyển tính Có thé chấp nhận các phương trình

vật lý của định luật Hooke tổng quát - các phương trình nay được dùng cho

thành phần biển dạng toàn phan đản hỏi khi biển dang dẻo

Đoạn 2 : Mô tả quá trình phát triển biến dang dẻo của đất ở trang thái

nhận quan hệ ứng suất biển dạng của định luật chảy.

wu giả thiết về tiêu chuẩn dẻo như của Tresca, Mises, Coulomb, Coulomb-Mises tổng quát Thông số chính để đánh giá mô hình.

theo tiêu chuẩn déo là hàn số mô tả quy tích của điểm déo (còn gọi là hàm do

F), trong đó có han biểu thị sự nói rộng mặt chảy dẻo theo mức độ tăng thông

én k Ham déo phụ thuộc vào trạng thái ứng suất của đất đá

E =F ({Ø))~ Hàm thể déo, phụ thuộc vào thành phần tenxo ứng suất

def ane (23)

Tay theo tiêu chuẩn dẻo khác nhau, có thé thu được các lời giải khác nhau

cho bài toán ứng suất ~ biến dang

Mô hình đản — dẻo lý tưởng là mô hình tương đối phù hợp với điều kiện

làm việc của đất nền, nó không đỏi hỏi các thí nghiệm địa kỳ thuật trong

phòng quá phức tạp, có thể được áp ứng ở các phòng thí nghiệm cơ đất thông

thường Mô hình này có thé áp dụng phù hợp cho hau hết các loại dat

2.2.3.3 Một số mô hình khác

Ngoài các mô hình đã nêu ở trên, còn có một số mô hình nền đã được nghiên cứu như : mô hình Cam clay, Cam clay cải tiến, mô hình mũ, mô hình

lưu biển, mô hình cứng hóa biến dang đàn hồi déo mới dựa trên cơ sở Mohr —

Coulomb không kể tới hiệu ứng dòng mô hình cứng hóa động Mỗi mô

hình có những đặc điểm riêng phủ hợp với những loại môi trường dat đá khác nhau Điểm chung nhất của các mô hình này là cin phải có nhiều số liệu khảo sit địa chất công trình cũng như các thí nghiệm phức tap, tốn kém Các mo hình này đang tiếp tục được hoàn thiện để có thẻ sử dụng chúng một cách hop

lý trong các bài toán địa cơ học.

“Trong luận văn, sử dụng mô hình đàn déo Mohr ~ Coulomb, do đó là mô.

hình gần đúng về mối quan hệ của đất, nét nổi bật của phân tích

Mohr-Coulomb là khá nhanh và đơn giản, có xu hướng giảm sai số chủ quan va tăng

tính chính xác.

“Tiêu chuẩn phá hoại Mohr - Coulomb

Ta đã biết mỗi quan hệ giữa ứng suất cắt và ứng suất nén, ở bat kỳ điểm

in dưới dạng vòng tròn Mohr nào trong khối vật liệu, được thể

Với các loại vật liệu, khi gia tăng ứng suất nén (độ lệch ø,/ơ; hoặc ơ¡-ơ;)

ta được sự gia lăng tương ứng của ứng suất cắt, tạo thành nhiều vòng tròn Mohr thể hiện trang thái ứng suất Đường bao của các vòng trong Mohr đó

gọi là đường bao cực hạn của trạng thái ứng suất (Hình 2-2) Đường này phan

chia trang thái tm suất thành hai khu vực là khu am ioàn đảm bảo én định và

Khu nguy hiểm có thé gây ra phá hỏng vật liệu

Hình 2.4 : Đường bao cực han

so cực hạn thực té không hoàn toàn thẳng, tuy nhiên để đơn gián

ta có thể coi đường bao cực hạn này là một đường thẳng, và đường thẳng đó gọi là đường thẳng Coulomb (Hình xx)

Đường Coulomb thể hiện 2 thông số đặc trưng cho sức kháng cắt của vật liệu

+ Đường thẳng cắt trục tung cho ta giá trị lực dính kết c

+ Góc nghiêng của đường thing cho ta giá trị góc ma sắt trong @.

Nguyên lý Mohr ~ Coulomb thể hiện như sau

Khái quát lý thuyết bền của Mohr là vật liệu bị phá hỏng bởi giá trị giớihạn của sức kháng cắt (r) của đất, được xác định bởi Coulomb : t` = o.tg9 +

e Dit sẽ bị phá hoại (bị chảy dẻo, bị trượt) khi sức kháng cắt do tải trọng tác

dung tea: wong) > T (trong thực tế không thẻ lớn hơn).

(1) _ Vòng tròn Mohr ở trạng thái ứng suất tổng thì mỗi quan hệ giữa t và op

thé hiện trạng thái phá hủy đất dưới dạng phương trình đường thing

Khi ta viết c’, g” thé hiện đất ở trạng thái ứng suất hữu hiệu

Con khi viết @ , ¢ thé hiện dat ở trạng thái ứng sudt tong

Khi nghiên cứu vấn đề biến dạng các mẫu đất trong phòng thí nghiệm,

cũng như ngoài hiện trường đã dé cập đến vai trò của cổ kết như tinh chất cơhọc đặc thù của đất, làm cho biến dạng của đắt phụ thuộc vào thời gian, chứ

không xây ra tức thời như các vật thể liên tục khác Ảnh hưởng của quá trình

ố ất chi thể hiện rõ rột, mạnh mẽ ở các đất dính

dựa trên cơ sở lý thuyết c‹ ‘Theo lý thuyết nay, thì yếu tố quyết địnhquá trình cố kết là sự thoát nước tự do trong các lỗ rỗng ra ngoài, do đất sét có

tính thắm bé, nước 18 rỗng không thé thoát ra nhanh được, nên biến dang lún

của đất cũng không thể xây ra tức thời, mà phải có thời gian để hoàn thành

P Bae

PR

VŨ 0% tre

á Mô hình thí nghiệm b Sơ đồ tin toán cổ tết

Hình 2.6: Mô hình thí nghiệm và Sơ đồ tính

toán cổ kết thắm trong trường hop bài toán có

ấy đều do nước trong bình tiếp thu, va lò xo chưa bị biển dang tiếp đó, dưới

tác dụng của gradien thủy lực tăng lên, nước trong bình bắt đầu thoát ra khỏi

lỗ đục trên nắp, áp lực trong nước giảm dần, phần tai trọng truyền lên lò xo

tăng lên dẫn và lò xo ngày càng bị nền, làm cho nắp bình dẫn dan lún xuống,

quá trình đó cứ tiếp tục mãi cho đến khi gradien thủy lực giảm xuống bằng

không và nước trong bình không thoát ra ngoài nữa Lúc đó, 16 xo bị nén đến

da và nắp bình ngừng lún Như vậy, tại thời điểm bắt kỳ khi 0<t<s

ứng suất do tải trọng ngoài gây ra gồm hai thành phan, img suất hữu hiệu P,(do lò xo tiếp thu) và ứng suất trung tinh py (do nước tiếp thu), tức là

K Tezaghi đã ki gồm một bình chứa nước với một lò xo 2, gắn li

mức t

P=P.†P+ ce

8)

6 đây, nếu coi nước trong bình như mô hình hóa của nước trong đắt, các

lò xo coi như là cốt đất và các lỗ của nắp pistông coi như lỗ rỗng trong đất

Thi rõ rằng là hoạt động của mô hình trên đây nói lên tương tự quá trình cố

kết của đất sét bão hòa nước trong thực tế của nền công trình

‘Theo mô hình này có thể nhận thấy rằng, khi có tải trọng công trình tác

dụng trong nền đất có thể xây ra sự phân bé lại ứng suất, sức chống kháng

tăng lên dần theo thời gian cùng với sự tăng của ứng suất do cốtđất tiếp thu tai trọng ngoài, chính phan tải trong ph mới làm cho các hạt đất

ích lại gần nhau tức 1a làm cho nền đất lún xuống, cho nên muén biết quan

hệ giữa độ lún và thời gian, thì cần phải biết quan hệ giữa p, va thời gian Tuy

vậy cũng có thé tìm quan hệ giữa py và thời gian đơn giản và dễ hơn

“Thực tế thấy rằng, giữa các kết quả tính toán ra theo lý thuyết cố kết tha

này và các số liệu thực đo ở hiện trưởng đôi khi có những sự khác biệt lớn Sở

dĩ, như vậy là vì trong lý thuyết này chưa xét đến ảnh hưởng của một số nhân

tổ quan trong như: (chưa xét đến sự thay đổi tính nén, trị số gradien thủy lực

ban đầu, biến dang từ biến của hạt đắt, biến dang của các thành phan trong đi

và biến dạng tương hỗ giữa chúng với nhau ) trong đó trước hết phải kể đến

vai trò quan trong của từ biển do tính nhớt các khung kết cầu gây ra

Ngày nay, qua nhiều công trình nghiên cứu của nhiễu tác giả trong vàngoài nước đã xác nhận rằng hiện tượng cỗ kết của các đất dính no nước

không chỉ phụ thuộc vào sự thoát nước tự do trong các lỗ rỗng, mà bao gồmhai quá trình chính: cổ kết thắm và biển dạng tir biển của các hạt đất Theo

phương hướng đó, nhiều tác giả như: V.A.Florn, V.G>Korotkin, N.Nveringin,

L.Renchilic, Ganillo Trần Tổng Cơ, R.E Gibsơn đã tiến hành nghiên cứu

và đã kiến nghị những lý thuyết hoặc công thức thực nghiệm, nhằm làm cho

các kết quả lý luận phù hợp với thực tế hơn

6 kết thắm một chiều, làm

Để thành lập phương trình cơ bản của bài toán

cơ sở cho việc rút ra các công thức tính lún của nền đất theo thời gian sau nay,

đều xuất phát từ các giả thiết cơ bản sau đây:

+ Dit ở trạng thái hoàn toàn bão hòa nước, trong dit không có khí kín

hoặc nếu có thi cũng chỉ chiếm một thể tích khá nhỏ, có thé bỏ qua được,

+ trong lỗ rỗng và hat đất xem như không nén được

+ Quá trình thoát nước lỗ rỗng chi xảy ra theo chiều thẳng đứng

+ Tốc độ lún của đất chỉ phụ thuộc vào tốc độ thoát nước lỗ rỗng, không

Khi xét quá trình nén lún của một lớp đất sét bão hòa, có chiều day là h,

dụng tải trong phân bổ đều kín khắp (trơng tự bài (oán nén lún một

chiéu- khi nén mẫu đất sét no nước trong thiết bị không cho nở hông, trongthiết bị này tắm đá thấm lót dưới mẫu được thay bằng một tim kim loại Do

đồ, nước chỉ thos đi lên mã thôi) th

biểu dé phân bỗ áp lực hữu hiệu ph hoặc áp lực trung tính py có dạng đường cong như hình 2-4b.

dưới ti

ra theo chỉ tại các thời điểm khác nhau.

ĐỂ xác định trị số của các áp lực này, một số tác giả như K.Terzaghi, N.M.Gerxovanoy và V.A.Florin đã dựa vào giả thiết cơ bản là: lượng tăng lai

lượng nước bằng lượng giảm độ rồng của đắt Nếu xét lớp đất phân tổ có độ

sâu z, theo giả thiết trên có thể vié

Rea (2-9)Trong đó: q va n là lưu lượng và độ rồng của dat

Công thức trên là phương trình có bản của lý thuyết cổ kết thắm đồng thời

cũng là trường hợp đặc biệt của phương trình vi phân liên tục trong bài toán

không gian về chuyển động của nước ngầm do viện sĩ N.N.Pavlovski đưa

ra(1992)

Theo định luật thắm Darcy thì lưu lượng thắm nước q qua khối dat phân tố

tỷ lệ thuận với điện F mà dòng thấm đi qua, tức là

(do F=lxl) (2-10)

Trong đó:

K,: hệ số thấm theo trục 2

yu? trọng lượng riêng của nước,

‘Thay công thức (2-10) vào (2-11) sau đó lấy vi phân q theo Z sẽ được:

_¬

(2-13)

Trong quá trình nén dat hệ số rỗng e thay đổi (giảm di) nhưng vi trị số(1+e) về tỷ lệ mà xét, thì thay đổi ít hơn so với bản thân e và để đơn giản

trong việc lấy đạo hàm cho nên có thể coi mẫu số trong công thức (2-13) là

không đổi và (I+ea), trong đó eq, là hệ số rỗng trung bình tính theo hệ số

rỗng trước và sau khi chịu tải trọng Từ đó có thể viết phương trình (2-13)

đưới dạng gin đúng như sau: