Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Đánh giá sức chịu tải của nền cát dưới móng bè có xét đến động đất khu vực Quận 1 TPHCM

Nội dung: Chương 1 : Tổng quan về hóa lỏng do ảnh hưởng của động đấtChương 2 : Cơ sở lý thuyết về hiện tượng hóa lỏng nền do động đấtChương 3 : Phân tích sức chịu tai của móng nông trong

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYÊN ĐỨC HUY

ĐÁNH GIÁ SỨC CHIU TAI CUA NEN CATDUOI MONG BE CO XET DEN DONG DAT

KHU VUC QUAN 1 TPHCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầmMã số: 60580204

LUẬN VAN THAC SĨ

TP HO CHÍ MINH, thang 06 năm 2016

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA — ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS VO PHÁN cccccccccscesa

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS CHAU NGỌC

ÂN Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS LE TRỌNG NGHĨA - s55 ¿Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày 22 tháng 07 năm .2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 GS.TSKH NGUYEN VĂN THƠ2 PGS.TS CHAU NGOC ẤN

3 TS LE TRONG NGHĨA

4 TS PHAM VAN HÙNG

5 TS NGUYEN CANH TUẦN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quan lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

GS.TSKH NGUYEN VAN THƠ PGS.TS NGUYEN MINH TAM

ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HOI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYÊN ĐỨC HUY MSHV: 7140154

Ngày, tháng, năm sinh: 25/01/1990 Nơi sinh: Gia Lai

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số : 60580204

Điện thoại : 0973 321 584

I TÊN DE TÀI: ĐÁNH GIÁ SUC CHIU TAI CUA NEN CAT DƯỚI MONG BECÓ XÉT DEN DONG DAT KHU VUC QUAN 1 THÀNH PHO HO CHÍ MINHIl NHIEM VU VA NOI DUNG:

Nhiém vu:

- Danh gia tiém năng hóa lỏng của nên theo ba tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Nhật

Bản.

- Xác định ảnh hưởng của trạng thái đất khác nhau đến tiềm năng hóa lỏng của nền

khi xảy ra động dat.

- Đánh giá sức chịu tải của nên cát dưới móng bẻ khi xảy ra động đất

Nội dung:

Chương 1 : Tổng quan về hóa lỏng do ảnh hưởng của động đấtChương 2 : Cơ sở lý thuyết về hiện tượng hóa lỏng nền do động đấtChương 3 : Phân tích sức chịu tai của móng nông trong nền cát hóa lỏng do động đấtChương 4 : Đánh giá tiềm năng hóa lỏng và ứng dụng tính toán sức chịu tải của móng

bè trong nên cát hóa lỏng cho khu vực quận 1, TPHCM

Kết luận và kiến nghịIll NGÀY GIAO NHIEM VU : 11/01/2016IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 17/06/2016V CAN BO HUONG DAN: PGS TS VÕ PHAN

Tp HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

CÁN BQ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BQ MON TRUONG KHOA

(Họ tên và chữ ky) DAO TẠO (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN PGS.TS LE BA VINH PGS.TS.NGUYÊN MINH TÂM

Tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS VÕ PHÁN, là người đã tậntình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành nội dung luậnvăn, dam bảo yêu cau và thời hạn quy định.

Tôi xin chân thành tri ân sâu sắc đến các thay cô trong bộ môn Dia Co NềnMóng và các thay cô đã trực tiếp giảng dạy trong thời gian học tập tại trường

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên và giúp đỡ của bạn

bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt dé tôi hoàn thành khóa học

Cuối cùng xin gửi đến cha mẹ và gia đình lòng biết ơn vô hạn vì đã luôn động

viên cho tôi trong thời gian học tập.

Xin chân thành cảm ơn.

TOM TAT

Thuật ngữ “hóa long” lan dau được sử dung bởi Hazen khi nghiên cứu cơ chếphá hoại do động đất gây ra cho đập ở Calaveras, California, Hoa Kỳ Hiện tượnghóa lỏng do động đất là một trong những nguyên nhân chính gây ra các thiệt hại lớnlên kết cấu các công trình dân dụng, giao thông, thủy lợi Ảnh hưởng của hiện tượnghóa lỏng nên khi có động đất đến sức chịu tải của nên dưới móng nông là một vấn đểcan được quan tâm, xem xét trong quá trình thiết kế nên móng công trình

Luận văn sẽ phân tích về tinh nhạy cảm với hóa lỏng và đánh gid tiém nănghóa lỏng của dat cát; phân tích sức chịu tải của móng nông trong nên cát hóa lỏng ởnhững điều kiện khác nhau Bên cạnh đó luận văn sẽ tiễn hành đánh gid tiềm nănghóa lỏng và tính toán sức chịu tải của móng bè trong nên cát hóa lỏng cho địa chấtkhu vực quán I, TP Hồ Chí Minh

The term "liquefaction" was first used by Hazen while studying the destructivemechanism caused by earthquakes in the Calaveras Dam, California, United States.The phenomenon of liquefaction caused by earthquakes is one of the main reasonscausing major damage to the structure of civil engineering, transportation, irrigation [he impact of the phenomenon of liquefaction during an earthquake to soil-bearingcapacity for shallow foundation is a problem to be concerned, considered in theprocess of foundation design.

Thesis will analyze the liquefaction susceptibility and evaluate the liquefactionpotential of sandy soil; analyze the bearing capacity of shallow foundation inliquefied sandy ground in different conditions Besides theses will assess theliquefaction potential and calculate the bearing capacity of the raft foundation inliquefied sandy ground for geological area of District 1, Ho Chi Minh City.

1.1 Khái quát về động đất - + sex ekekekeeeree1.1.1 Định nghĩa động đất và phân loại - s s sc«¿1.1.2 Nguyên nhân gây ra động đất - cscseseseseee1.1.3 Cơ chế phá hoại của động đất - - cscseseseseee1.1.4 Động đất ở Việt Nam ket sEsEeErkrkrkeeeeeed1.2 Khái quát về hóa lỏng - - - + xxx eveveeeeeeeree1.3 Ảnh hưởng của hóa lỏng đối với nền móng một số công trình thực tế

1.3.1 Động đất ở Loma Prieta (Mỹ) năm 1989 ¿

1.3.2 Động dat ở Kobe (Nhật Ban) năm

1995 -1.4 Tổng quan nghiên cứu về hóa long của nền do động đất

1.5 Tổng quan nghiên cứu về hóa lỏng tại Việt Nam

1.6 Tong quan nghiên cứu về móng nông trong nên hóa lỏng

1.7 Nhận xét chương Ï << c1 1 g3 x32CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LY THUYET VE HIỆN TƯỢNG HÓA LONG NEN00952/0)I6627 01 ằ.ằ.ằẼẼ2.1 Định nghĩa về hiện tượng hóa lỏng - - - c+css+esescse2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiện tượng hóa lỏng

2.3 Đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng của đất 2.3.1 Đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng theo loại trầm tích

2.3.2 Đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng theo từng lớp đất 232.4 Đánh giá kha năng bắt đầu hóa lỏng của nên - 5-5-5 sss+xsxẻ 262.4.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386:2012 - 2s s52 262.4.2 Theo NCEER (Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật động đất quốc gia)

3.1 Sức chịu tai của móng nông trong nền cát hóa lỏng - 36

3.1.1 Theo Dickenson (2002) S1 11112 111111111588636611 111111 xrrree 37

3.1.2 Theo tiêu chuẩn Nhật Bản JRA 2002 - 255 <+cscscce2 40

3.2 Khảo sát sức chiu tải của móng nông trong nên cat hóa lỏng ở những

điều kiện khác nhau - + 2-6 E SE SE*k‡E#EE SE SEEE9E311 1111111511111 1 111.0 41

3.2.1 Khảo sát nền cát rời ((A) -.- «<< sex gEgEgErrrees 413.2.2 Khảo sát nền cát chặt vừa ((B), - - - k1 EEeEeEerererrees 473.2.3 Khảo sát nền cát chặt vừa (C) c-cskctx 1S vSvEEEeEererererees 533.2.4 Khao sát sự thay đối cấp động dat occ ceeseseeeeeseeeeeeeeeeeee 58

3.3 Nhan xét ChUONG 3 — :::‹Ô©Ô© 63

CHUONG 4 ĐÁNH GIA TIEM NANG HÓA LONG VA UNG DUNG TINHTOAN SUC CHIU TAI CUA MONG BE TRONG NEN CAT HOA LONG CHOKHU VUC QUAN 1, TPHCM uucccccccccccccesesesececcececececescecsvevsvevevevevevarscacecececeeseeavens 67

4.1 Giới thiệu công trÌnH - << << << 5 111 131311111115588855651 11111111 errrree 67

4.2 Số liệu địa chất -¿- s1 15111 11111111111 1111 111111111 1e 694.3 Đánh giá tiềm năng hóa lỏng - - SE *E‡ESESEsEeEeEkrerkrereeeeed 74

4.3.1 Đánh giá tính nhạy cam với hóa lỏng 5555 <<<<<<+<+2 74

4.3.2 Đánh giá tiềm năng hóa long v eecssesseeesecsesecescsesesesececessenees 754.4 Tính toán sức chịu tải của nền - cSc c se S33 ESESEEeEsEsEserssseree 784.4.1 Tính toán sức chịu tải của nền bang phương pháp giải tích 784.4.2 Tính toán sức chịu tải của nền bang phương pháp mô phỏng 804.4.3 Kết quả tính fOán - - k1 191919151 1 11111 1 vn ưyg 88.9018097.)00.0.9i0)8)065000077 90Kt TAD 0011 90Kiến nglhị - c1 E1 1191515 1 111111111 HH 10T TT ng 91TAI LIEU THAM KHAO \Q cceecccccccscscscescscscescseseccscsesscscsescscsesscscseecsesscscsesees 93

DANH MỤC CÁC KI HIỆU, VIET TAT

a m/s? Gia tôc nênmax m/s? Gia tộc nên cực dai

Cc kPa Luc dinh

Cred kPa Luc dính hiệu chỉnh theo mức độ hóa lỏng

CRR Hệ số sức kháng tuân hoànCRRiam He sô sức kháng tuân hoàn ứng với ứng suất hữu hiệu

thăng đứng là latm

CSR Hệ số ứng suất tuân hoanDe Hệ số chiết giảm thông sô đấtE kPa Modun biên dạng

Ered kPa Modun biên dạng hiệu chỉnh theo mức độ hóa lỏngCo Hệ số rỗng ban đâu

FC % Tỉ lệ thành phân hạt mịnFe Hé s6 thanh phan

Fe Hé sé dia chatFow Hệ sô mực nước ngâmFh Hệ số lich sử hóa lỏngEm Hệ số an toàn chông hóa lỏng theo TCVNFL Hệ số an toàn chông hóa lỏng theo TC Nhật BảnFSi Hệ số an toàn chông hóa lỏng theo TC Mỹg m/s? Gia tộc trọng trường

Ip % Chi số dẻokẹ Hệ số tin cậyko Hệ số hiệu chỉnh ứng suất thang đứngL Tỉ số ứng suat cat do động dat

LL % Gidi han chay

Ms Cường độ động đất theo cường độ song matMw Cường độ động dat theo cường độ momentmì Hệ số điều kiện làm việc của nên datm Hệ số điều kiện làm việc của công trình tác động qua lại

với nên

N Chỉ sô SPT chưa hiệu chỉnh(Ni)6o Chỉ sô SPT hiệu chỉnh năng lượng(NI)6os Chỉ sô (N¡)so hiệu chỉnh về cát sạch theo TC MỹNa Chi s6 SPT hiéu chinh vé cat sach theo TC Nhat BanR Tỉ số sức khang cat động

Ra kPa Sức chịu tải tính toán theo trạng thái thứ hai của nên dưới

đáy móng nông

Ta Hệ số chiết giảm ứng suấtTụ Tỉ số áp lực nước lỗ rỗng thặng dưN) Hệ số nên

SRF Hệ sô đánh giá tinh nhạy cảm hóa lỏngW % Độ âm

: Tỉ số của gia toc nên thiết kế a trên nên loại A với gia tộc

trọng trường g

Ov kPa Ung suất tongDI kPa Ứng suat hữu hiệuYunsat kN/m? | Dung trọng tự nhiên của lớp đấtYat kN/m? | Dung trọng bão hòa của lớp dat

0) ° Goc ma sat trong

red ° Góc ma sát trong hiệu chỉnh theo mức độ hóa lỏng

Te kPa Ứng suất cắt tương đương trong nên do động đấtTr kPa Ung suất cat gây hóa lỏng

DANH MUC CAC BANG BIEU

Bảng 1.1 Chuyén đổi tương đương giữa các thang động đất 55-55: 4Bảng 1.2 Chuyên đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất ¿56s se: 5Bảng 2.1 Đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng của đất trầm tích theo hệ số SRF L9Bảng 2.2 Hệ số quan sát lich sử Cobs theo lịch sử quan sát hóa lỏng 19Bang 2.3 Hệ số lịch sử động đất trong quá khứ Cseis theo gia tốc động đất đỉnh trong

QUA KD 01 19

Bảng 2.4 Hệ số phân loại địa chất Cetass (Youd và Perkins 1987) 5-5¿ 20Bảng 2.5 Hệ số chất lượng phân loại Cauaiy theo co sở phân loại - 21Bang 2.6 Hệ số cấp phối Ceradation theo hệ số không đồng nhất - 21Bang 2.7 Hệ số hình dạng hat Cshape theo hình dang hạt 5-5 2 +cs£s+sss2 22Bảng 2.8 Hệ số hàm lượng hạt mịn Cfines theo hàm lượng hạt min 22Bảng 2.9 Hệ số dẻo Colasticity theo chỉ $6 đẻO 5- 25-52552232 £EcEzErkrrerereee 22Bảng 2.10 Hệ số độ 4m Cyc theo quan hệ giữa độ âm và giới hạn chảy 22Bang 2.11 Hệ số biên không thoát nước Ccap theo sự có mặt của biên không thoát

¡"0021010 e - 4 23

Bang 2.12 Hệ số mực nước ngầm Fey theo độ sâu mực nước ngầm 23Bảng 2.13 Hệ số nên S theo loại nền đất -:-cs test se ESESEEEE+ESEEeErErererrres 27Bảng 2.14 Phan loại nền đất theo vận tốc sóng cat trung bình vs30, chỉ số SPT va

suc chong cat không thoát HƯỚC Cu 0001010101311 11111111111 19885335522551 11 xx2 27

Bảng 2.15 Các giá trị của hệ số CM theo cường độ động đất M: - 29Bảng 2.16 Các hệ số hiệu chỉnh giá trị SPT (Skempton, 1986) - s55: 32Bảng 3.1 Giá trị hệ số sức chịu tai A, B, D theo øóc ma Sat trong @ 36Bảng 3.2 Đề xuất hiệu chỉnh chỉ số SPT Neon theo ham lượng hạt mịn để ước lượng

suc chong cat không thoát nước còn SÓT ÍạI 5555555 *S*+++Sssssssssssessa 38

Bảng 3.3 Bảng hệ số chiết giảm De 5-52 S26 SEEESESEEEE+EEEEEEEEEEEEEEerrerererkd 41Bảng 3.4 Các thông số đặc trưng vật liệu cho nên cát trạng thái rời A 4]Bảng 3.5 Cac thông số về cường độ động dat cc ccscsccssscscesssctssssseresetseeeseeen 42

Bang 3.6 Hệ số an toàn chống hóa lỏng nên cát rời A (Nspt=4-9, FC=10,4%) ứng vớitừng cấp động đất - c1 1010111111111 T110 1g gv 43Bảng 3.7 Thông số sức chống cat hiệu chỉnh nền cát rời A (Nspt=4-9, FC=10,4%)ứng với từng cấp động đất theo Diekenson - c6 xxx #EEEEEeEeEsrerrerees 44Bang 3.8 Thông số sức chống cat hiệu chỉnh nền cát roi A (Nspt=4-9, FC=10,4%)ứng với từng cấp động đất theo JR.A2002 - G331 EEE1115EE xe 44Bang 3.9 Sức chịu tải của nền cát rời A (Nspr=4-9, FC=10,4%) tương ứng với từngcấp động điấtt - tt 1111115151111 1111011111111 11110 11111 TT TH 45Bảng 3.10 Các thông số đặc trưng vật liệu cho nên cát trạng thái chặt vừa B 47Bảng 3.11 Hệ số an toàn chống hóa lỏng nên cát chat vừa B (Nspt=9-16, FC=15,6%)ứng với từng cấp động đất - - k1 1 11T E0 ru 48Bảng 3.12 Thông sỐ SỨC chống cắt hiệu chỉnh nền cát chặt vừa B (Nspt=9-16,FC=15,6%) ứng với từng cấp động đất theo Dickenson - << sex: 49Bảng 3.13 Thông số sức chống cắt hiệu chỉnh nên cát chặt vừa B (Nsr=9-16,FC=15,6%) ứng với từng cấp động đất theo JR.A2002 -c+cscskeEsesEsrererees 49Bang 3.14 Sức chịu tải của nền cát chặt vừa B (Nser=9-16, FC=15,6%) tương ứngvới từng cấp động đất - cv H111 5151111111011 HH1 ggvg 50Bảng 3.15 Các thông số đặc trưng vật liệu cho nên cát trạng thái chặt vừa C 53Bang 3.16 Hệ số an toan chống hóa lỏng nén cát chặt vừa C (Nsr=ll-21,FC=21,3%) ứng với từng cấp động đất cv S111 51511111 xe 53Bang 3.17 Thông số sức chống cat hiệu chỉnh nền cát chặt vừa C (Nspt=11-21,FC=21,3%) ứng với từng cấp động đất theo Dickenson s2 sex: 54Bang 3.18 Thông số sức chống cắt hiệu chỉnh nền cát chặt vừa C (Nspt=11-21,FC=21,3%) ứng với từng cấp động đất theo JR.A2002 -c+cscskeEsesrsrererees 55Bang 3.19 Sức chịu tải của nên cát chặt vừa C (Nspt=11-21, FC=21,3%) tương ứngvới từng cấp động đất - cv H111 5151111111011 HH1 ggvg 56Bảng 4.1 Số liệu địa chất khu vực quận 1, góc đường Hải Triều - Ngô Đức Kế 73Bảng 4.2 Bang thông số động đất ứng với từng cấp động đất s-«c: 74Bảng 4.3 Đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng của lớp 1 và lớp 5 địa chất quận 175Bảng 4.4 Hệ số an toàn chống hóa lỏng theo TCVN 9386:2012 -c s5: 75Bảng 4.5 Hệ số an toàn chống hóa lỏng theo NCE.ER 5+ £sEsEsEerereei 76Bảng 4.6 Hệ số an toàn chống hóa lỏng theo JRA2002 << << sex 76

Bang 4.7 Thông số sức chống cắt hiệu chỉnh dia chất quận 1 ứng với từng cấp độngđất theo DiekennsON - - + < SE 5 SE 1911311 115151511 11111511 1111151511111 11x 1e0 79Bảng 4.8 Thông số sức chống cắt hiệu chỉnh địa chất quận 1 ứng với từng cấp độngđất theo JR.A2002 -s- 2c 2x2 22 2212221221211 79Bang 4.9 Sức chịu tải của nền quận 1 theo phương pháp giải tích - 80Bang 4.10 Thông số đầu vào phần mềm Plaxis cho từng lớp đất ở điều kiện tinh 80Bảng 4.11 Thông số đầu vào phần mềm Plaxis cho từng lớp đất hiệu chỉnh theoJRA2002 khi xảy ra động đất cấp VIÏII - s31 EEEESESESEEEkrkrkrkrerees 84Bảng 4.12 Sức chịu tải của nền quận 1 theo phương pháp giải tích và mô phỏng 88

DANH MỤC CÁC DO THỊ, HINH VE

Hình 1.1 Các đặc trưng của động đất sSschxvcvvvS1E1E1115151 1111 Exrxrkeo 6Hình 1.2 Bản đồ khu vực động đất theo Quy chuẩn XDVN 555cc: 9

Hình 1.3 Hu hỏng do động dat ở San Francisco năm 1906 gan vịnh Monterey 11

Hình 1.4 Lun lớn ở đất đắp đường dan wc cccscsesesesscssscecscssssssevetsestseeesseeneen 11Hình 1.5 Thiệt hại cho công trình nghiên cứu biển do lún và lan truyền ngang 12

Hình 1.6 Hư hỏng cầu RokkO 5-5-5 S6 S2 SEEESE*EEESESEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrrrrerkrkd 13Hình 1.7 Hư hỏng móng cau Kobe vce ssesesecsesesescscscsesesesscsvsvsessscavenevessseeas 13Hình 1.8 Cầu Nadahama dich chuyên ngang tới 3-4 eeeseeeeeeseseeeeeeeeeeee 14Hình 2.1 Tính nhạy cảm với hóa lỏng của đất theo Seed và cộng sự (2003) 24

Hình 2.2 Tính nhạy cảm với hóa lỏng của đất hạt mịn theo Boulanger va Idriss 25

Hình 2.3 Tính nhạy cảm với hóa lỏng của đất theo Bray và Sancio - 25

Hình 2.4 Quan hệ giữa các tỉ số ứng suất gây ra hóa lỏng và N¡/øo) cho cát sạch vàcát bụi đối với động đất M;=7,5 - ch H111 11 111111 TT HT greg 28Hình 2.5 Sơ đồ xác định ứng suất cắt lớn nhất và hệ số giảm ứng suất 30

Hình 2.6 Mối quan hệ giữa rụ va FS, theo Marcuson và Hynes (1990) 35

Hình 3.1 Vòng tron Mohr hữu hiệu và đường bao phá hoại ko 38

Hình 3.2 Mô hình đánh giá sức chịu tải của nền cát dưới móng bè 42Hình 3.3 Sức chịu tải của nền A (Nspr=4-9,FC=10,4%) khi xảy ra động đất (% so

với sức chịu tải tinh) tai độ sâu chôn móng h=2m << << << << seeeexx+s 46

Hình 3.4 Sức chịu tải của nền A (Nspr=4-9,FC=10,4%) khi xảy ra động đất (% so

với sức chịu tải tinh) tai độ sâu chôn móng h=4m - << << << << ++++s 46

Hình 3.5 Sức chịu tải của nền A (Nspr=4-9,FC=10,4%) khi xảy ra động đất (% so

với sức chiu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h=6m - << << << << ++++s 47

Hình 3.6 Sức chịu tải của nền B (Nser=9-16,FC=15,6%) khi xảy ra động đất (% so

với sức chịu tải tinh) tai độ sâu chôn móng h=2m << << << << seeeexx+s S1

Hình 3.7 Sức chịu tải của nền B (Nser=9-16,FC=15,6%) khi xảy ra động đất (% so

với sức chiu tải tinh) tai độ sâu chôn móng h=4m - << << << << s++++2 52

Hình 3.8 Sức chịu tai của nền B (Nser=9-16,FC=15,6%) khi xảy ra động đất (% so

với sức chịu tải tinh) tai độ sâu chôn móng h=6m - << << << << ++++s 52

Hình 3.9 Sức chịu tai của nền C (Nspt=11-21,FC=21,3%) khi xảy ra động đất (%

so với sức chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h=2m << +++<<<< << s52 57

Hình 3.10 Sức chịu tai của nền C (Nser=11-21,FC=21,3%) khi xảy ra động đất (%

so với sức chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h=4m << c+<<<<<<<<<sss2 57

Hình 3.11 Sức chịu tải của nền C (Nser=11-21,FC=21,3%) khi xảy ra động đất (%

so với sức chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h=6m < ++<<<<<<<<<sss2 58

Hình 3.12 Sức chịu tai của nên A, B, C khi xảy ra động đất cấp VII (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h2m 3322111111 EEExxsssssssss 59

Hình 3.13 Sức chịu tải của nên A, B, C khi xảy ra động đất cấp VII (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h—4m - (c1 1111 EEEsssesssssss 59

Hình 3.14 Sức chịu tải của nên A, B, C khi xảy ra động đất cấp VII (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h—Ốm - (c2 EEEsssesssssss 60

Hình 3.15 Sức chịu tải của nên A, B, C khi xảy ra động đất cấp VIII (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h2m 3322111111 EEExxsssssssss 60

Hình 3.16 Sức chịu tải của nên A, B, C khi xảy ra động đất cấp VIII (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h—4m - (c1 1111 EEEsssesssssss 61

Hình 3.17 Sức chịu tải của nên A, B, C khi xảy ra động dat cấp VIII (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h—Ốm - (c2 EEEsssesssssss 61

Hình 3.18 Sức chịu tai của nền A, B, C khi xảy ra động đất cấp IX (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h2m 3322111111 EEExxsssssssss 62

Hình 3.19 Sức chịu tai của nền A, B, C khi xảy ra động đất cấp IX (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h—4m - (c1 1111 EEEsssesssssss 62

Hình 3.20 Sức chịu tai của nền A, B, C khi xảy ra động đất cấp IX (% so với sức

chịu tải tinh) tại độ sâu chôn móng h—Ốm - (c2 EEEsssesssssss 63

Hình 4.1 Mặt cắt công trình chung cu Hoa Sen 5-5-5 +s+£+E+E+E+EeEsrerered 67Hình 4.2 Mặt cat san tầng hầm và móng bẻ - - - E6 +E+E+E#E£E£EeEeEsEeErerees 68Hình 4.3 Hệ số an toàn chống hóa lỏng khi xảy ra động đất cấp VII 77Hình 4.4 Hệ số an toàn chống hóa lỏng khi xảy ra động đất cấp VIII 77Hình 4.5 Mô hình móng bè trong phần mềm Plaxis 2D cho trường hợp tai tinh 81

Hình 4.6 Cac phase tính toán cho trường hợp tải tinh 5555 << <<<<<<s+++2 81

Hình 4.7 Các điểm dẻo trong mô hình tải tĩnh khi tai trọng áp dụng là 350kPa 82Hình 4.8 Biến dạng cắt trong mô hình tải tĩnh khi tai trọng áp dụng là 350kPa 82

Hình 4.9 Các điểm dẻo trong mô hình tải tĩnh khi tải trọng áp dụng là 870kPa 83Hình 4.10 Biến dạng cat trong mô hình tải tĩnh khi tai trọng áp dụng là 870kPa 83Hình 4.11 Mô hình móng bè trong phần mềm Plaxis 2D cho trường hợp động dat85Hình 4.12 Các phase tính toán cho trường hợp động đất - s5 + sex: 85Hình 4.13 Các điểm dẻo trong mô hình động đất khi tai trọng áp dung là 180kPa.86Hình 4.14 Bién dạng cắt trong mô hình động đất khi tải trọng áp dung là 180kPa.86Hình 4.15 Các điểm dẻo trong mô hình động đất khi tải trọng áp dụng là 410kPa.87Hình 4.16 Biến dạng cat trong mô hình động đất khi tải trọng áp dụng là 410kPa.87

MO DAU

1 Dat van dé

Động đất một hiện tượng thiên nhiên gây nên những tai họa khủng khiếp đốivới xã hội loài người Đối với công trình, động đất có thé làm: mat 6n định (trượtmái), bién dạng lớn (lún, nứt), xói ngầm hóa lỏng Trên thế giới đã từng xảy ra rất

nhiều trận động đất gây hậu quả đặc biệt nghiêm trọng như: trận động đất Great Kanto

(Nhật Ban, năm 1923, mạnh 7,9 độ Richter) làm hu hỏng hau như toàn bộ Tokyo vàcon số người chết lên đến 142000 người; động đất Kobe tại Nhật Bản năm 1995 mạnh6,5 độ Richter làm 7000 người chết; trận động đất đông bắc Pakistan (Pakistan, năm2005, mạnh 7,6 độ Richter) làm hư hỏng thành phố Muzaffarabad, Pakistan với gân86000 người chết; gần đây, trận động đất và sóng than tại tỉnh Miyagi, Fukushima

(Nhật Bản, ngày 11/3/2011, mạnh 9 độ Richter) đã làm hư hỏng hoàn toàn các côngtrình, nhà cửa, đặc biệt là làm tê liệt hoạt động, gây rò rỉ phóng xạ nghiêm trọng tại

nhà máy điện hạt nhân Fukushima, số người chết và mat tích gần 28000 người

Theo ban đỗ phân vùng động đất thì hầu hết các vùng ở Việt Nam đều nămtrong phạm vi có động đất cấp 7, đường bờ biển có khoảng 95% chiều dai nam trongvùng có động đất từ cấp 7 trở lên Như vậy nguy cơ xảy ra động đất ở Việt Nam là

không nhỏ.

Dưới tác dụng của tải trọng công trình, trong quá trình động đất, áp lực nướclỗ rỗng thặng dư tăng lên, sức chịu tải của nền có thể giảm xuống cục bộ làm phátsinh độ lún và lún lệch làm mắt ôn định và gây hư hỏng công trình

Trong bối cảnh tình hình nghiên cứu về động đất ở Việt Nam còn hạn chế thiđề tài “Đánh giá sức chịu tải của nên cát dưới móng bè có xét đến động đất khuvực quận 1 Thành phố Hồ Chí Minh” mang tính cấp thiết, là vẫn đề có ý nghĩa trongthiết kế xây dựng công trình Đây cũng là mục đích nghiên cứu của đề tài

2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá tiềm năng hóa lỏng của nên theo ba tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và

Nhật Bản.

- Xác định ảnh hưởng của trạng thái đất khác nhau đến tiềm năng hóa lỏng củanên khi xảy ra động đất

- Đánh giá sức chịu tải của nền cát dưới móng bè khi xảy ra động đất.

3 Phương pháp nghiên cứu

- Tong hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước vé van dé ảnhhưởng của động đất đến sức chịu tải của nên

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.- Mô phỏng bài toán bằng phần mềm Plaxis.- Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng.4 Tính khoa học của đề tài

Sức chịu tải của nền là một đề tài nghiên cứu quan trọng trong địa kỹ thuật.Đã có rất nhiều nghiên cứu được công bố về sức chịu tải của nền dưới móng nôngcho trường hợp tải tĩnh Trong khi đó, số lượng những nghiên cứu về ảnh hưởng củađộng đất đến sức chịu tải của nền vẫn còn ít Vì vậy ý nghĩa khoa học của đề tài là rõ

ràng.

5 Tính thực tiễn của đề tài

Tại Việt Nam khả năng xảy ra động đất là không nhỏ, do vậy việc thiết kế nềnmóng công trình cần xét đến ảnh hưởng của động đất để đảm bảo an toàn cho côngtrình Do đó ý nghĩa thực tiễn của dé tài là rõ rang dé ứng dung tính toán sức chịu tảicủa nền khi chịu động đất

6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Tập trung đánh giá tiềm năng hóa lỏng của cát.- Đánh giá sức chịu tải của nên cát bị hóa lỏng khi động đất vừa kết thúc.- Ung dụng thực tế cho địa chất khu vực Quận 1, TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE HÓA LONG DO ANH HUONGCUA DONG DAT

1.1 Khái quát về động dat1.1.1 Định nghĩa động đất và phân loại

Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nên đất xảy ra khi một nguồn nănglượng lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phầnvỏ hoặc trong phan áo trên của quả dat

1.1.1.1 Các đặc trưng cơ bản của động đất

Chấn tiêu và chan tâmTrung tâm của các chuyển động địa chan, noi phát ra năng lượng về mặt lýthuyết, được quy về một điểm gọi là chan tiêu Hình chiếu của chan tiêu lên bề mặtquả dat được gọi là chan tâm của động dat

Độ sâu chan tiêu H là khoảng cách từ chan tiêu lên mặt đất, tức là khoảng cáchgiữa chan tiêu và chan tâm Khoảng cách chấn tiêu là khoảng cách từ một điểm batkỳ trên mặt đất đến chan tiêu (còn gọi là tiêu cự, ký hiệu là R) Khoảng cách chantâm của một điểm là khoảng cách từ điểm đó đến chấn tâm (còn gọi là tâm cự, ký

hiệu là L).

Chan tiêu ở độ sâu 300-700 km gọi là chan tiêu sâu, chan tiêu trung bình 300 km, chan tiêu bình thường nhỏ hơn 60 km, chan tiêu nông nhỏ hơn 15 km Chantiêu sâu nhất đo được là 720 km 6 Florida (Mỹ) Động đất có sức tan phá lớn nhất làđộng đất chan tiêu nông, toàn bộ năng lượng được giải phóng là 75% năng lượng đànhồi tích lũy

60-Thông số định lượng của động datHiện nay trên thé giới có rất nhiều thang do động đất, nhưng phổ biến nhất van

là những thang đo cơ bản sau:

Thang Richter: đo độ lớn hay mức năng lượng mà động đất phát ra, được tínhbang Magnitude (M) Một Magnitude bang một độ Richter

Cường độ động đất được đặc trưng bởi tri số gia tốc địa chan a, mô tả độngđất thông qua chuyền vị, gia tốc, vận tốc của mặt đất khi động đất đi qua, xác địnhtheo cấp động đất đại diện là các thang: MMI (12 cấp), MSK (12 cap), JMA (8 cấp).

Theo thang quốc tế MSK con người không thé nhận biết chan động cấp 1-2,cấp 3-4 sẽ gây rung động nhẹ va cấp 6-7 làm chao đảo mặt dat, chan động cấp 7 trở

lên sẽ gây thiệt hại lớn Xem bang 1.1.

Bang 1.1 Chuyên đổi trơng đương giữa các thang động dat

Cấp Năng

động dat | Magnitude Mw Ms JMA Mercalli lượng E

MSK (Jun)I 1-2 <3 | | 1007.2II 2-3 3-3.4 | II 1010.5IH 3-4 3.5-4 1.67 IH 1011.1IV 4 4.1-4.4 2.33 IV 1011.7V 4-5 4.5-4.8 | 4.3-4.6 3 V 1012VỊ 5-6 4.9-5.4 | 4.7-5.1 3.67 VI 1012.75VII 6 5.5-6 | 5.2-5.7 4.33 VII 1013.2VIII 6-7 6.1-6.5 | 5.8-6.2 5 VIII 1013.65

IX 7 6.6-7 | 6.3-6.7 5.67 IX 1014.25X 7-8 7.1-7.3 | 6.8-6.9 6.33 x 1014.7XI 8 74-8 7 XI 1015.15XII >8 >8 7 XII 1015.75

Gia toc cuc dai

Gia tốc cực đại của một tran động đất là gia tốc lớn nhất của chuyển động nềnđất trong trận động đất đó Gia tốc cực đại là đại lượng rat quan trong, duoc dungtrong tat ca các tiêu chuẩn kháng chan hiện nay

Xác định chính xác gia tốc cực đại ở một điểm nào đó là điều không dễ dàngvì thiếu biểu đỗ gia tốc động đất mạnh và vi tính đa dang của dao động địa chan Vìvậy người ta thường sử dụng các băng ghi gia tốc dao động nên đất đã có để thiết lập

mối tương quan thống kê giữa các gia tốc cực đại trung bình và các đặc trưng kháccủa động đất Xem bảng 1.2.

Bảng 1.2 Chuyên đổi từ đỉnh gia tốc nên sang cáp động đất

Thang MSK-64 Thang MMI

Cấp động đất | Đỉnh gia tốc nên (a) g | Cấp động dat | Dinh gia tốc nền (a) g

Vv 0,012-0.03 V 0,03-0,04VI >0,03-0,06 VỊ 0,06-0,07Vil >0,06-0,12 VII 0,10-0,15

VIH >0,12-0,24 VIH 0,25-0,30IX >0,24-0,48 IX 0,50-0,55

X >0,48 X >0,60

Sóng động đấtSóng động dat là những sóng dan hồi tạo nên chuyển động ở gần mặt đất Sóngđộng đất được chia làm 2 loại: Sóng khối (body wave) và sóng mặt (surface wave)

Sóng khối có làn sóng sơ cấp truyền nhanh hơn cả, gây nên sự nén nở đan xennhau trong khối đá (Sóng dọc, sóng nén, tương tự sóng âm) Hạt sóng truyền theophương song song với phương truyền sóng Sóng thứ cấp truyền chậm hơn sóng sơcấp, cắt khối đá theo mặt bên, vuông góc với phương truyền sóng Tại gần mặt đất,sóng thứ cấp tạo nên cả chuyển động đứng và chuyên động ngang Dat đá có độ cứngchồng nén lớn nên sóng sơ cấp chuyên động nhanh hơn

Sóng mặt được tạo nên bởi tương tác giữa các sóng khối với bề mặt hoặc cáclớp mặt trên bề mặt của trái đất Sóng mặt chỉ chuyển động dọc theo mặt đất với tốcđộ chậm hơn sóng khói và biên độ giảm theo ham mũ theo chiều sâu Sóng này tươngtự các gon sóng trên mặt hồ nên chuyền động của sóng phan lớn ngoài mặt dat.1.1.1.2 Phân loại động đất

Tùy thuộc vào độ sâu của chan tiêu (H) ma động đất có thé được phân thành

các loại sau:

Động đất nông H<70kmĐộng đất trung bình H = 70—>300 km

Động đất sâu H > 300kmCác trận động đất mạnh thường xảy ra ở độ sâu H = 30—>100km.

- Những trận động đất xảy ra tại ranh giới với cường độ lớn được gọi là độngđất xuyên mang, động đất loại I

- Những trận động đất xảy ra trong một mảng (hiếm hơn) được gọi là động đấttrong mảng, động đất loại II

1.1.2 Nguyên nhân gây ra động đất

Động đất có nguôn sốc từ hoạt động kiến tạoTừ những năm 60 của thế ky XX, các nha dia chat va dia chan hoc da dua rathuyết kiến tao mang hay còn gọi là thuyết trôi dat các lục địa dé giải thích cho nguồngốc của các trận động đất xuất hiện trên thế giới Theo thuyết này, lúc đầu các lục địagăn liền với nhau được gọi là Panagea, sau đó cách đây khoảng chừng 200 triệu nămchúng tách ra thành nhiều mảng cứng di chuyên chậm tương đối so với nhau trên mộtlớp dung nham ở dang thé lỏng, nhiệt độ cao dé có hình dạng như ngày nay

Các thành tựu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là mạng lưới địa chân kế và quantrắc địa chất trên thế giới đã chứng minh tính đúng đắn của thuyết kiến tạo mảng Dođó trong vòng 10 năm tiếp theo, lý thuyết này đã được giới khoa học chấp nhận mộtcách rộng rãi và được xem là một trong những thành tựu khoa học lớn nhất của nhânloại trong thế kỷ XX.

Động đất có nguôn gốc từ hoạt động của các đứt gấyKhi quan sát địa hình ta thường gặp những sự thay đối đột ngột trong cau trúcnên đá Ở một số chỗ, các vỉa đá có đặc tính khác nhau gối đầu vào nhau hoặc tựa lênnhau dọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng Sự cắt ngang cấu trúc địa chất như vậy đượcgọi là đứt gãy hoặc phay địa chat

Các vết đứt gay được chia làm hai loại: hoạt động và không hoạt động Dutgãy hoạt động là những đứt gãy đã trải qua biến dạng cách đây hang trăm ngàn nămvà sẽ còn tiếp tục trong tương lai Dut gãy địa chan nỗi tiếng nhất trên thé giới thuộcloại này là đứt gãy San Andreas ở California (Hoa Ky) Dut gãy này có chiều dài 300km và trượt ngang 6.4m, từng gây ra trận động đất ở San Francisco năm 1906 vanhiều trận động đất tiếp theo sau đó

Đa số các đứt gãy được vẽ trên các bản đô địa chất là không hoạt động Tuyvay, đôi khi tại một đứt gãy trước đó được xem là không hoạt động lại thấy trên nềnđất xuất hiện các vết nứt mới trong thời gian động đất

Động đất do nồ hạt nhânCác trận động đất cũng có thé được gây ra bởi các vụ nô hóa học hoặc hạtnhân Khi một vụ nỗ hạt nhân ngầm xây ra, một năng lượng rất lớn được giải phóng.Trong nhiều thập ky qua, các vụ nỗ hạt nhân ngầm trong lòng đất ở nhiều bãi thử trênthế giới đã gây ra các trận động đất mạnh (đạt tới độ lớn 7 độ Richter) Các sóng địachan phát sinh từ các vụ nỗ này truyền đi va được các địa chan kế ghi lại đã chứngminh cho kết luận trên

Động đất do múi lửa hoạt độngTuy tương đối hiểm, nhưng các trận động đất cũng có thé phát sinh từ hoạtđộng của núi lửa Đối với những trận động đất phát sinh từ nguyên nhân nay có thé

phân thành 3 loại: do các vụ nô khi núi lửa hoạt dong, do chuyén dong cua dung nhamva do su két hop voi cac tran dong đất kiến tạo.

Động đất do dat đá phía trên hang động, ham mỏ bị sậpCác trận động đất do sụp đồ nền đất thường nhỏ và xây ra trong các vùng cóhang động ngâm hoặc khai thác mỏ Sự sụp dé đột ngột trần các ham mỏ hoặc hangđộng ngầm dưới đất là nguyên nhân trực tiếp gây ra chấn động nên đất Các vụ trượtlở đất lớn đôi khi cũng gây ra các trận động đất thuộc dạng này

1.1.3 Cơ chế phá hoại của động đất

Từ những thiệt hai do động dat gây ra có thé rút ra hai dang phá hủy chính củacông trình do động đất:

Do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nền đất phải chịu các lực kéo, xoăn, nén Kếtquả, nên đất có thé bị lún, sụt, mất sức chịu tải và hóa lỏng Các công trình đặt trênnền đất cũng bị phá hoại theo

Do ảnh hưởng của sóng địa chan, nếu nền chưa bị mất 6n định thì công trình

đặt trên nền sẽ xuất hiện các phản ứng (chuyền vị, vận tỐc, gia tốc) Khi đó nội lực,

chuyển vị của công trình sẽ vượt quá các trỊ số nội lực, chuyển vị tĩnh trước lúc xảyra động đất, nếu công trình không được tính toán đầy đủ về kháng chấn thì đây lànguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự phá hoại các công trình nằm trong vùng động đất.1.1.4 Động đất ở Việt Nam

Trong lịch sử Việt Nam từ 114 đến 2003, tại lãnh thé đã xảy ra 1645 trận độngđất mạnh từ 3 độ Richter trở lên Gần đây nhất từ năm 1900 tới nay có 2 trận độngđất cấp 8 (Điện Biên - 1935; Tuần Giáo - 1983), 17 trận động đất cấp 7 và 115 trậnđộng đất cấp 6-7 ở khắp các vùng trên lãnh thé cả nước gây ra hậu quả nghiêm trọng

Tại khu vực biển Đông và ven bờ thu thập được từ năm 1524 đến 2002 gồm

231 trận động đất, trong đó có 13 trận động đất có cường độ lớn hơn 7,5 Richter và

218 trận có cường độ từ 6,8 Richter đến không xác định

du báoVùng chân động cực đạiImax=8{(MSK-64"Vùng chấn động cực dai

- Vung chân động cực đạiImax = 6(MSK-64)

Chấn tâm động đất mạnhđã xây raMs = 6.6-7.0, h=23-25km, laz8-9Năm xảy ra động đết 1983

@ Ms=5.6-6.0, h=25-30km, lo=7Năm xảy ra động đất 1961

@ Ms=5,1-5,0, h=10-15km, lo=7Năm xảy ra động đất 1954

>Hình 1.2 Ban đô khu vực động dat theo Quy chuẩn XDVNHiện nay tại Việt Nam đã có bản đồ phân vùng động đất cho các vùng Theobản đồ thì hầu hết các vùng đều năm trong phạm vi có động đất cấp 7 (Hình 1.2) Từkết quả trên cho thay kha năng lặp lại động đất là không nhỏ, do đó trong tính toáncác công trình xây dựng can phải thiết kế kháng chan và như vậy việc thiết kế nền

móng công trình có xét dén ảnh hưởng của hóa lỏng cũng phải kê đến.

1.2 Khái quát về hóa long

Hóa lỏng là một trong những hiện tượng quan trọng, phức tạp, thú vi và gây

nhiều tranh cãi nhất trong nghiên cứu về động đất (Kramer, 1996) Hóa lỏng thườngxảy ra đối với nền đất cát rời khi bị động đất hoặc chịu tác dụng của tải trọng động.Cát bão hòa nước bị hóa lỏng gây nên sự sụt, lún mặt đất, lún nền công trình, làm matkhả năng chịu tải của nên, gây phá hủy nghiêm trong công trình Trong lich sử đã cónhiều trận động đất gây hóa lỏng cát Ví dụ: ở Mỹ, vào năm 1811-1812 riêng thành

phố New Madrid đã có trên 200 trận động đất, trong đó nhiều trận có cường độ

M=7,6-8,3, gây hóa lỏng nghiêm trọng đối với đất nền và phá huỷ nhiều công trình.Ở Việt Nam ít xảy ra những trận động đất lớn như trên thế giới, tuy nhiên nguy cơ vềkhả năng đất nền bị hóa lỏng là cao khi có động đất bởi nước ta có diện tích đồngbăng châu thổ và ven biển khá lớn Ở đó có trầm tích rời Dé tứ chiếm diện tích đángkế nên tiềm an khả năng hóa lỏng và cát chảy là rất lớn

Hóa lỏng được hiểu là kết quả của sự gia tăng áp lực lỗ rỗng xảy ra trong cáthạt mịn dưới tác động của tải trọng tức thời, thường là do động đất (Kramer, 1996 &Robertson và Wride, 1997) Hóa lỏng liên quan đến biến dạng của nền đất rời bãohòa nước, chịu tác dụng của tải trọng tĩnh, động hoặc sự xáo trộn lặp lại trong điềukiện không thoát nước Dấu hiệu nhận biết sự hóa lỏng là sự gia tăng áp lực nước 16

rỗng khi chịu tải trọng không thoát nước

1.3 Anh hướng của hóa lỏng đối với nền móng một số công trình thực tế1.3.1 Động đất ở Loma Prieta (Mỹ) năm 1989

Trận động đất Loma Prieta năm 1989 đã cung cấp rất nhiều tài liệu có giá trịvề vai trò phản ứng của hiện trường va hóa lỏng đất trong thiết kế địa chan của cầu.Trận động đất này có My=ó6,9 cach miền nam San Francisco 97km, rung lắc mạnhtrong khoảng 8 đến 10 giây Gia tốc cực đại theo phương ngang trong khu vực lênđến 0,64g Các hư hỏng tập trung trong khu vực này, gia tốc cực đại nói chung trongkhoảng 0,2-0,4g Hóa long đất và biến dang đất xảy ra ở một số vị trí trong khu vực

vịnh San Francisco.

Một quan sát thú vị là hiện tượng hóa lỏng ở khu vực Monterey và vịnh San

Francisco xảy ra ở nhiều vị trí giống nhau làm cho nền đất bị hư hỏng Các hóa lỏngở đây là nguyên nhân trực tiếp làm phá hủy các công trình nghiên cứu biến tại vùngđất cũng như phá hủy các kết cau và công trình khác Công trình nghiên cứu được đặttrên bán đảo giữa biển Thái Bình Duong va sông Salinas Các rãnh nứt va cát chảyđã tìm thấy trong vùng trung gian của công trình Kết cau bị lún xuống vai mét, biếndạng dịch chuyển ngang của đất nền móng gần đến 2m

Hình 1.5 Thiét hại cho công trình nghiên cứu biển do lún và lan truyén ngang1.3.2 Động đất ở Kobe (Nhật Bản) năm 1995

Động đất ở Kobe My=6,9 là trận động đất lớn nhất xảy ra ở Nhật Bản kể từkhi xảy ra trận động đất ở Kanto năm 1923 Gia tốc cực đại từ 0,5-0,82 gan vung dutgãy và 0,2-0,5g cách khoảng 20m Khoảng thời gian xảy ra rung động mạnh nhấtkhoảng 10-15 giây Hư hỏng nền đất lan rộng được quan sát thấy ở khắp vùng bị runglắc mạnh dọc theo bờ vịnh Osaka (Hamada và các cộng sự, 1995; Shibata và các cộngsự, 1996) Trên đảo Rokko và dao Port là vùng đất mở rộng của vịnh Osaka, hóa lỏngdo lún trong khu vực đất liền khoảng 0,5-1,2m Hư hỏng cau chủ yếu đều do độngđất

Một trong những công trình chịu tác động mạnh nhất là đường cảng đặt dọctheo bờ vịnh Osaka Những cầu dọc theo đường từ Nishinomiya đến đảo Rokko đềubị hư hỏng Toàn bộ khu vực doc theo bờ bién bị hóa lỏng nghiêm trọng và đất dichchuyền trên diện rộng Do đó khi xảy ra động đất do đất nền yếu, các móng cau cósức kháng nhỏ bị rung chuyển va dịch chuyển Kết câu phan trên của cầu bi đồ rakhỏi gối và thậm chí đồ ra khỏi kết cau phần dưới Có rất nhiều hu hỏng ở các khe cogiãn dọc theo đường bộ Cầu đến đảo Rokko bị hư hỏng do sự dịch chuyển quá lớn

của kêt câu phân dưới.

1.4 Tổng quan nghiên cứu về hóa lỏng của nền do động đất

Các nghiên cứu về hóa lỏng tập trung vào ba hướng chính sau:- Nghiên cứu đánh giá tiềm năng hóa long; mô hình, tính chất của đất sau hóa

lỏng

+ Năm 1971 hai nhà khoa học Seed và Idriss đã đưa ra phương pháp đơn giản

để đánh giá hóa lỏng của đất nền (Phương pháp xuyên tiêu chuẩn), đây là phươngpháp cơ bản cho nghiên cứu hóa lỏng Tiếp theo nhiều nhà khoa học khác cũng đã

nghiên cứu đưa ra những phương pháp đánh giá hóa lỏng khác nhau: Phương pháp

biến dạng (Dorby 1982, Ladd 1989); Phương pháp theo tốc độ sóng cắt (Tokimatsu

và Uchida 1990, Robertson 1992, Kayen 1992; Andrus và Stokoe 1997, Dorby 1981,Robertson 1986); Phuong pháp xuyên tinh (Robertson va Wride, 1997).

+ Seed, Booker (1977) va DeAlba, Chan (1975) đã đo lường tốc độ gia tăngcủa áp lực nước lỗ rỗng thang dư trong cát bão hòa trong suốt quá trình hóa lỏng trongthí nghiệm cắt đơn tuân hoàn; Lee và Albaisa (1974, DeAlba et al (1976); Tokimatsuva Yoshimi (1983) đưa ra công thức xác định độ gia tăng áp luc nước lỗ rỗng thang

du ry.

+ Seed va Harder (1990) đã đưa ra mối quan hệ giữa sức kháng cắt không thoátnước còn lại S; và chỉ số SPT đã hiệu chỉnh thành phan hạt [(N1)oocs]; Stark va Mesri(1992) đề nghị sức kháng cắt không thoát nước còn lại phải phụ thuộc vào ứng suấthữu hiệu ban đầu 0’ yo.

- Phân tích các tác động, hậu quả của hiện tượng hóa lỏng lên kết cấu côngtrình: trên thế giới, đặc biệt ở Mỹ và Nhật Bản đã có rất nhiều báo cáo phân tích tácdong, hậu quả của hóa lỏng lên kết cấu công trình Đặc biệt tập trung vào hiện tượngchuyền vị ngang lớn sau hóa lỏng, gọi là quá trình lan truyền ngang

- Các phương án thiết kế chống hóa lỏng: GS.Towhata đã đưa ra một số biệnpháp khắc phục hóa lỏng:

+ Xử lý nền bằng biện pháp Jet Grouting.+ Xử lý nền bằng cọc cát

+ Kiên cố nên băng vữa silic oxit.+ Giảm hệ số rỗng băng biện pháp đầm nén.1.5 Tổng quan nghiên cứu về hóa lóng tại Việt Nam

Vấn dé nghiên cứu hóa lỏng tại Việt Nam chưa được quan tâm nhiều, do nhiềunguyên nhân Tuy nhiên trong những năm qua đã có một số nghiên cứu được thực

Trên thé giới đã có khá nhiễu nghiên cứu phân tích ứng xử và dự tính độ lúncủa móng nông trong nên hóa lỏng

- Năm 1992, Ishihara và Yoshimine thực hiện đánh giá độ lún của nên cát saukhi kết thúc hóa lỏng do động đất

- Năm 1997, Liu và Dobry nghiên cứu về ứng xử động của móng nông trênnền cat dé hóa lỏng.

- Năm 2001, Al-Karni và Budhu thực hiện nghiên cứu thực nghiệm sức chiutải động của móng nông.

- Năm 2001, Al-Karni đánh giá việc giảm sức chống cắt do sự gia tăng áp lực

Các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của động đất đến nên móng còn it tạiViệt Nam nên tính cấp thiết của đề tài là rõ ràng để giải quyết bài toán sức chịu tải

của nên do động dat.

CHUONG 2 CO SO LY THUYET VE HIEN TUONG HOA LONGNEN DO DONG DAT

2.1 Dinh nghĩa về hiện tượng hóa long

Hóa lỏng đất là hiện tượng đất rời bão hòa nước chứa hạt vừa đến mịn bị mấtcường độ do áp lực nước lỗ rỗng tăng đột ngột khi có tải trọng động tác dụng

Ban Nghiên cứu Quốc gia về Động đất của Mỹ đưa ra định nghĩa như sau(1985): “Hóa lỏng dat là hiện tượng đất dạng rời bão hòa nước bị mat sức kháng cathoặc bị bién dang quả mức do sự xáo trộn dat tức thời và lặp lại”

Hiện tượng hóa lỏng được mô tả như sau: mỗi hạt đất đều có sự tương tác vớicác hạt bên cạnh (ứng suất hữu hiệu) Lực này làm cho các hạt tương tác với nhau ởmột vị trí mà không bị dịch chuyển và tạo cho đất nền khả năng chịu lực Trong quátrình động đất, sóng địa chấn truyền qua các lớp đất bão hòa làm cho có sự xáo độngvi trí của các hat và chung được sắp xếp lại theo trật tự mới theo xu hướng chặt hơn.Vào thời điểm đó chính sự chiếm chỗ của các hạt đã làm cho áp lực nước trong lỗrỗng tăng lên, nước có xu hướng tiêu tán ra xung quanh nới có áp lực nước nhỏ hơn.Tuy nhiên thời gian tải trọng động đất ngắn và nhanh làm cho nước không kịp thoátra xung quanh được, như vậy áp lực nước lỗ rỗng sẽ tăng lên đồng thời làm giảm ứngsuất hữu hiệu Khi áp lực lỗ rỗng tăng đến giá trị băng với ứng suất tông thì ứng suấthữu hiệu sẽ giảm về không Dưới điều kiện nay, đất sẽ mất sức chịu cắt va trở thànhtrạng thái chảy lỏng, đất bị hóa lỏng hoàn toàn

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiện tượng hóa lỏng

Ba yếu tố chính ảnh hưởng đến hóa lỏng: đặc trưng đất nền; đặc tinh động đấtvà mực nước ngầm

a Đặc trưng đất nên (theo Seed, 1992)Sáu đặc trưng sau đây của đất ảnh hưởng trực tiếp tới hóa lỏng:- Độ chặt tương đối: là yếu t6 quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng hóalỏng của đất rời Đất càng xốp thì khả năng hóa lỏng càng cao

- Tuổi thọ: thời gian đất chịu tải trọng đè nén bên trên làm tăng đáng kế khảnăng kháng hóa lỏng của một vài loại đất theo thời gian.

- Lịch sử tải trọng: các vùng địa chất đã chịu động đất trước đây thì khả nănghóa lỏng sẽ giảm, do trong quá trình động đất các hạt đất đã được sắp xếp lại và chặt

hơn.

- Sự quá cô kết: đất quá cô kết thì khả năng hóa lỏng thấp đi.- Kết cau đất: tỉ lệ thành phan hạt sét ảnh hưởng đến khả năng hóa lỏng củađất

- Đặc điểm thoát nước: khả năng tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ảnhhưởng lớn đến khả năng hóa lỏng của đất Các lớp đất dày và rộng tốc độ thoát nước

chậm nên khả năng hóa lỏng xảy ra cao.

b Đặc tính của động đấtĐặc tính động đất được đặc trưng bởi gia tốc động đất a và cường độ động đấtM Gia tốc và cường độ động đất càng lớn thì khả năng hóa lỏng của nền cảng cao

c Mực nước ngầmKhi mực nước ngâm dâng cao thì áp lực nước lỗ rỗng tăng và ứng suất hữuhiệu giảm dẫn đến sức chịu cắt của đất nền giảm và khả năng hóa lỏng tăng

2.3 Đánh gia tính nhạy cảm với hóa long của đất

Dé đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng của đất ta có thé đánh giá dựa vaonhiều cơ sở khác nhau, đánh giá dựa vào loại trầm tích hay dựa vảo từng lớp đất [4]2.3.1 Đánh gia tính nhạy cảm với hóa lỏng theo loại trầm tích

Tính nhạy cảm theo loại trầm tích có thể được đánh giá sơ bộ thông qua cáctiểu chuẩn về lịch sử, địa chất, thủy văn và thành phần Để đánh giá khả năng hóalỏng của đất trầm tích người ta sử dụng hệ số đánh giá tính nhạy cảm SRF

SRF = Fx F, x FL x F,, (2.1)

Bang 2.1 Đánh giá tinh nhạy cảm với hóa lỏng của đất tram tích theo hệ số SRFHệ số đánh giá tính nhạy cảm SRF Tinh nhạy cam hóa long

0-5 Rat thap5-10 Thap

10-25 Trung binh25-50 Cao

>50 Rất cao2.3.1.1 Hệ số lịch sw hóa lỏng Fi

Hệ số lịch sử hóa lỏng bao gồm hai thành phần Đầu tiên là thành phần dùngdé phan ánh các quan sát trong quá khứ về sự xuất hiện hóa lỏng, thứ hai là thànhphan phan anh lich su dia chan trong qua khứ Do đó, hệ số lịch sử hóa lỏng được

Không hóa lỏngKhông có dữ liệu 2,5

Bảng 2.3 Hệ số lich sử động dat trong quá khứ Cseis theo gia tốc động dat đỉnh trong

quả khứ

Gia tốc động đất đỉnh trong quá Hệ số lịch sử động đất trong quá khứ

khứ € seis0-0,05g 50,05g-0,Ig 30,1g-0,2¢ 20,2g-0,3g 1,50,3g-0,4g 1,2>0,4g |

Hệ số phân loại địa chat Caias (theo tuổi

an len ie tram tich)

Loai tram tich ae

500-trong địa tang | <500 10000- | >2,5tr

Hoàng thổ Thay đôi 6 6 6

-Dong bang ngập Thay đôi cuc 6 4 2 1

lụt bộ

Đông băng lục địa | — Rộng lớn 6 4 2 1Vùng hô Thay đôi 6 4 2 |Colluvium Thay đôi 6 4 2 |Côn cát Rộng lớn 6 4 2 1

Cửa sông Thay đôi cục 6 4 2 |

bộ

Bo bien năng Rộng lớn 6 4 2 |

lượng sóng thâp

Vùng đầm phá Thay co! cuc | 6 4 2 1

Vung trung triéu Bray ot one 6 4 2 |

Đông băng bôi ^ ,

tích Rộng lớn 4 2 2 |

Hệ số phân loại địa chat Caias (theo tuổi

" atéra We tram tich)

Loai tram tich * pian 2°

500-trong địa tang | <500 10000- | >2,5tr

Tro núi lửa Hiểm 2 2 1 1

Dat dap được đâm Thay đổi 2

-nén

Đá Rộng lớn 0 0 0 0

Bang 2.5 Hệ số chất lượng phân loại Cquatiy theo cơ sở phân loại

Cơ sở phân loại Hệ số chất lượng phân loại CguatityKhảo sát bởi chuyên gia địa chất |

Khảo sát bởi kỹ sư 1,1

Dựa trên ban đô địa chất 1.2

Dự đoán 1.5

2.3.1.3 Hệ số thành phan F

Hệ số thành phan duoc xac dinh boi 6 thanh phan nhu sau:

Cplasticityh.=CC gradationxCshape x C ines x x Ce x Coa

Các hệ số trong (2.4) được xác định từ bang 2.6-2.11.Bảng 2.6 Hệ số cấp phối Ceradation theo hệ số không đông nhất

(2.4)

Hệ số không đồng nhất Hệ số cấp phối C gradation

1-2 |2-3 0,953-4 0,9

4-5 0,85

>5 0.75

Không biết 1

Bảng 2.7 Hệ số hình dang hạt Cshape theo hình dạng hạt

Hình dạng hạt Hệ số hình dang hạt Cshape

Tròn |Hoi tròn 0.95Hơi góc cạnh 0,9

Góc cạnh 0.8

Không biết |

Bảng 2ð Hệ số ham lượng hạt min Chines theo hàm lượng hat min

Hàm lượng hat mịn Hệ số hàm lượng hạt mịn Crines

0-20% l20-40% 0,9540-60% 0,960-80% 0,8580-100% 0,8

Không biết 1

Bang 2.9 Hệ số dẻo Cplasticiy theo chi số dẻo

Chỉ số dẻo Ip Hệ số déo Cpiasuciy

0-7 |7-12 0,812-20 0,520-30 0,25

>30 0.1

Không biết 1

Bang 2.10 Hệ số độ Gm Cwe theo quan hệ giữa độ am và giới han chảy

Quan hệ độ am và giới hạn chảy Hệ số độ 4m Cwe

w>0,85LL 10,8LL<w<0,85LL 0,9

w<0,8LL 0,8

Không biết 1

Bảng 2.11 Hệ số biên không thoát nước Ceap theo sự có mặt của biên không thoát

nước

Sự có mặt của biên không thoát nước Hệ số biên không thoát nước Ceap

Có 1,2Không (cát) |Không (sét) 0,5

Không biết 1,1

2.3.1.4 Hệ số mực nước ngâm Few

Những quan sát thu được từ những trận động đât trên thê giới chỉ ra răng mựcnước ngâm cảng cao càng làm tăng nguy cơ hóa lỏng cua dat Hệ sô mực nước ngâmđược xác định theo bảng 2.12.

Bang 2.12 Hệ sô mực nước ngâm Fy, theo độ sâu mực nước ngam

Độ sâu mực nước ngầm Hệ số mực nước ngầm Fy

<3m |3-6m 0,96-10m 0,810-15m 0,7>15m 0,6

Không biết 1

2.3.2 Đánh gia tính nhạy cam với hóa lỏng theo từng lớp đất

Các loại đất được phân loại là cát sạch được coi là nhạy cam với hóa lỏng.Cuội sỏi cũng được xem là nhạy cảm với hóa lỏng nếu trong đất có chứa thành phầnhạt với tính thấm đủ thấp ngăn sự tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng thang dư trong quátrình rung lắc nền do động đất

Khó khăn chính trong việc đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng nằm ở đất hạtmịn và đất hạt thô với hàm lượng hạt mịn cao Trong nhiều năm, các loại đất nàyđược xem là không nhạy cảm với hóa lỏng Sau khi đất bột được quan sát là đã hóa

lỏng trong vai trận động dat, nhiêu nghiên cứu chuyên sâu về tính nhạy cảm với hóa