Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dưới sự dao động của mực nước biển do sóng và thủy triều

LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học là cả quá trình tham gia học hỏi, so sánh, tìm hiểuđể ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Công việc thực hiện luận văn cao học vừa là cơ hội để học viên trình bày những nghiên cứu về vấn đề mình quan tâm trong quá trình học tập, đồng thời cũng là một tài liệu quan trọng giúp các thầy cô, giảng viên kiểm tra đánh giá quá trình học tập và kết quả thực hiện luân văn của mỗi học viên. Để hoàn thành luận văn cao học này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: - PGS TS Thiều Quang Tuấn, trƣởng Bộ môn kỹ thuật công trình – Khoa Kỹ thuật Biển, đồng thời thầy cũng là ngƣời hƣớng dẫn chính giúp tôi có thể hoàn thành luận văn cao học này. - Các thầy, cô là giảng viên trong Khoa kỹ thuật Biển, những ngƣời đã đóng góp ý kiến cụ thể sâu sắc trong đợt bảo vệ luận văn cấp cơ sở tại văn phòng Khoa và trong các lần báo cáo tiến độ thực hiện luận văn. Điều đó giúp tôi có thể hoàn thiện luận văn đƣợc tốt hơn. - Tập thể lớp cao học CH20BB, những ngƣời bạn học cùng lớp đã đóng góp xây dựng các ý kiến giúp tôi thực hiện đƣợc các trƣờng hợp tính toán trong luận văn. Xin chân thành cảm ơn! TÁC GIẢ Nguyễn Tiến Dƣơng BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Tiến Dƣơng MỤC LỤC I. Tính cấp thiết của đề tài 1 II. Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu 2 III. Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn 2 IV. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 3 V. Cấu trúc của luận văn 3 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CHUNG 4 1.1. Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật 4 1.1.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật 4 1.1.2. Phân loại vải địa kỹ thuật 8 1.1.3. Tính năng vải địa kỹ thuật 9 1.2. Vấn đề sử dụng vải địa kỹ thuật cho gia cố nền đất yếu 13 1.3. Ảnh hƣởng của tải trọng sóng biển tới ổn định công trình 17 1.4. Kết luận chƣơng 19 CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 19 2.1. Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu 20 2.2. Phƣơng pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 23 2.2.1. Các chỉ tiêu của đất cần dùng cho thiết kế vải lọc 23 2.2.3. Các bƣớc thực hiện chính trong thi công vải lọc 34 2.3. Kết luận chƣơng 40 CHƢƠNG III. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỊA KỸ THUẬT CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG SÓNG 41 3.1. Giới thiệu các mô hình toán 41 3.1.1. Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo5 41 3.1.2. Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo – Slope Office 42 3.2. Mô hình Plaxis 44 3.3. Ảnh hƣởng của tải trọng sóng biển 48 3.4. Kết luận chƣơng 55 CHƢƠNG IV. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐÊ CHẮN SÓNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG I 57 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu 57 4.1.1. Điều kiện tự nhiên 57 4.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội 59 4.2. Các tham số thiết kế cơ bản 60 4.3. Tính toán thiết kế giải pháp gia cố nền 63 4.3.1. Tính toán thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng 63 4.3.2. Xác định chiều sâu ảnh hƣởngtheo cơ sở lý thuyết 66 4.3.3. Tính toán ổn định bằng phần mềm GEO-SLOPE 69 4.4. Kết luận chƣơng 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 Kết luận 85 Kiến nghị 85 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Tiếng Anh 86 Tiếng Việt 86 HÌNH VẼ Hình 1.1 Địa hình khu vực cảng Ostend 16 Hình 1.2. Kết quả xuyên côn CPTs tại vị trí đê chắnsóng phía Đông 16 Hình 1.3. Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất lên mái dốc đƣợc 18 gia cố bằng tấm bản 18 Hình 2.1. Đƣờng phân bố điển hình thành phần hạt của đất 23 Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm thấm của đất 25 Hình 2.3. Áp lực cơ học trong quá trình thi công 27 Hình 2.4. Sơ đồ chọn vải theo yêu cầu chặn đất trong điều kiện dòng chảy động 30 Hình 2.5. Độ thấm điển hình của đất 31 Hình 2.6. Trải vải lên mái 34 Hình 2.7. Đặt thảm lắp sẵn 34 Hình 2.8. Bãi thi công trên mái sông 35 Hình 2.9. Vận chuyển thảm bằng dầm nổi 35 Hình 2.10. Neo đầu thảm vào bờ 36 Hình 2.11. Nhấn chìm thảm xuống đáy sông 36 Hình 2.12. Trải thảm xuống đáy sông bằng cần cẩu 36 Hình 2.13. Trải thảm lên mái bằng ván trƣợt 37 Hình 2.14. Nối vải địa kỹ thuật theo phƣơng pháp chồng mép 37 Hình 2.15. Các kiểu may vải 38 Hình 3.1. Lƣới phần tử hữu hạn 46 Hình 3.2. Phần tử 6 nút 47 Hình 3.3. Mặt cắt ngang khối trƣợt của đê chắn sóng (sóng leo cực đại) 48 Hình 3.4. Sự suy giảm của thủy triều dẫn tới sự suy giảmáp lực 51 Hình 3.5. Áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣới đất nền phụ thuộc vào quá trình nƣớc rút của mực nƣớc biển 52 Hình 3.6. Áp lực nƣớc lỗ rỗng thay đổi áp lực nƣớc trong một lớp đất do thủy triều hoặc sóng 55 Hình 4.1. Nhập mặt cắt địa hình vào chƣơng trình để tính truyền sóng 61 Hình 4.2. Nhập giá trị của sóng tại khu vực sóng nƣớc sâu để tính truyền sóng 62 Hình 4.3. Trích xuất kết quả 62 Hình 4.4. Hiển thị kết quả tính toán 63 Hình 4.5. Kết quả tính toán độ cao lƣu thông R cp 64 Hình 4.6. Hình dạng, kích thƣớc của khối RAKUNA IV 65 Hình 4.7. Mặt cắt thiết kế của đê chắn sóng 66 Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ áp lực dƣ khe rỗng và độ sâu 67 Hình 4.9. Trích xuất kết quả độ sâu từ mô hình truyền sóng 68 Hình 4.10. Mặt cắt đại diện của đê chắn sóng 69 Hình 4.11. Bình đồ khu vực bố trí các hố khoan địa chất 71 Hình 4.12. Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW33, CW52, CW50, CW49, CW38, CW45 72 Hình 4.13. Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW35, CW53, CW52, CW43, CW39, CW45 73 Hình 4.14. Sơ đồ tính toán theo phƣơng pháp Bishop 76 Hình 4.15. Vẽ mặt cắt thiết kế của đê, khai báo vật liệu và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 77 Hình 4.16. Vẽ đƣờng áp lực nƣớc tƣơng đƣơng với mực nƣớc thiết kế 77 Hình 4.17. Kết quả tính toán ổn định, k fs = 1,25 77 Hình 4.18. Vẽ đƣờng mực nƣớc tƣơng ứng với chiều cao sóng H = 3,5m 78 Hình 4.19. Vẽ áp lực tác động tới lớp đất cát (h = 1 m) 79 Hình 4.20. Áp lực tác động tới lớp đất sét (h = 0,1 m) 79 Hình 4.21. Kết quả tính toán ổn định, k fs = 1,07 79 Hình 4.22. Sơ đồ tính toán khối trƣợt khi có vải địa kỹ thuật 80 Hình 4.23. Khai báo vải địa kỹ thuật trong chƣơng trình 82 Hình 4.24. Kết quả tính toán ổn định trong tổ hợp tải trọng cơ bản, k fs = 1,28 82 Hình 4.25. Thiết lập các đƣờng áp lực và đƣờng mực nƣớc sóng ứng với z = -0,5m 83 Hình 4.26. Kết quả tính toán ổn định, k fs = 1,25 83 BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS 11 Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật loại vải dệt GET 12 Bảng 1.3. Chỉ dẫn chọn khoảng cách giữa 2 lớp vải theo chỉ số CBR 15 Bảng 2.1. Kích thƣớc lỗ lọc của vải theo yêu cầu chặn đất khi đất 27 không dính và dòng chảy rối 27 Bảng 2.2. Giá trị gradient thủy lực điển hình 32 Bảng 2.3. Yêu cầu độ bền thi công đối với vải địa kỹ thuật 33 Bảng 2.4. Sự tƣơng ứng giữa chức năng và thí nghiệm kiểm tra 39 Bảng 2.5. Tầm quan trọng của các chức năng của vải địa kỹ thuật 39 Bảng 4.1. Độ ẩm tƣơng đối trung bình hàng tháng 57 Bảng 4.2. Chế độ mƣa 58 Bảng 4.3. Tốc độ gió trung bình 58 Bảng 4.4. Tốc độ gió lớn nhất 58 Bảng 4.5. Số giờ nắng các tháng trong năm 59 Bảng 4.6. Kích thƣớc tính toán của khối RAKUNA IV 65 Bảng 4.6. Kết quả tính toán theo lý thuyết Grace 67 Bảng 4.7. Các chỉ tiêu của lớp vật liệu thiết kế 70 Bảng 4.8. So sánh hệ số ổn định trong các trƣờng hợp tính toán 83 PHỤ LỤC Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 3a 87 Bảng 2. Chỉ tiêu cơ lý lớp 5b 87 Bảng 3. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 5 88 Bảng 4. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 8a 89 1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Vấn đề xây dựng nền đắp trên đất yếu là một đề tài đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới quan tâm và tiến hành nghiên cứu có hệ thống, bởi đây là một hiện tƣợng rất thƣờng gặp trong quá trình xây dựng, nhất là các công trình đê biển, nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thƣờng dễ bị mất ổn định toàn khối dẫn đến lún sụt, sụp đổ công trình. Để đảm bảo chất lƣợng, hiệu quả của công trình khi đƣa vào khai thác, sử dụng, một vấn đề luôn đƣợc quan tâm, đặt lên hàng đầu chính là sự ổn định của nền móng công trình. Đa số các nhà khoa học đều cho rằng đất yếu là những đất có khả năng chịu lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm 2 , có tính nén lún mạnh, hầu nhƣ đất đều hoàn toàn bão hòa nƣớc, có hệ số rỗng lớn (thƣờng ε > 1,0), hệ số nén lún lớn, mô đun biến dạng tổng E 0 ≤ 50 kG/cm 2 , trị số sức chống cắt không đáng kể. Việc nghiên cứu xây dựng công trình đê chắn sóng trên nền đất yếu trƣớc hết cần đƣợc tiến hành nghiên cứu xử lý nền đất yếu để tăng sức chịu tải cho đất, cải thiện các chỉ tiêu cớ lý của đât (hệ số rỗng, giảm độ lún, tăng modun biến dạng ) đảm bảo điều kiện làm việc bình thƣờng của công trình. Tiếp đó, sau khi đƣa công trình vào sử dụng cần nghiên cứu xem xét tới tải trọng của sóng. Sóng tác động lên nền của đê chắn sóng gây thay đổi áp lực khe rỗng và ứng suất của nền đê; qua đó dẫn tới mất ổn định của nền đê. Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất hầu hết hiện nay đƣợc dựa trên giả thiết coi đất là vật thể biến dạng tuyến tính. Dựa trên cơ sở đó, tiến hành áp dụng những kết quả của lý thuyết đàn hồi cho nền đất. Trên thực tế sóng biển tác động liên tục và có sự thay đổi về phƣơng, hƣớng, giá trị độ lớn theo thời gian lên nền đê chắn sóng, gây lún không đều, mất ổn định cho từng đoạn đê. Và mỗi một bài toán cần đƣợc áp dụng theo các phƣơng pháp khác nhau để tính toán ổn định của nền đê. [...]... Vũng Áng I IV Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dƣới sự dao động của mực nƣớc biển do sóng và thủy triều Xét sự ảnh hƣởng của áp lực khe rỗng đối với ổn định nền của công trình đê chắn sóng khi gia cố bằng vải địa kỹ thuật V Cấu trúc của luận văn Chƣơng 1 Tổng quan chung Chƣơng 2 Phƣơng pháp xử lý nền đất yếu Chƣơng 3 Cơ sở khoa học của việc sử dụng mô hình... (1-5) Trong đó: pcrcl - Phản áp lực tƣơng đối của sóng Với các hƣớng dẫn tính toán đƣợc đề cập ở các trƣờng hợp trên mới chỉ đề cập đƣợc tác động của sóng lên công trình với công trình là đê biển có mái dốc không thấm nƣớc, chƣa xét đến ảnh hƣởng của dao động mực nƣớc trƣớc công trình do sóng và thủy triều đối với các lớp đất nền Trên thực tế, sự dao động này gây ảnh hƣởng rất lớn đến sự ổn định của. .. tiếp cận vấn đề này đƣợc xét trong 2 điều kiện biên: 19 - Bản thân nền địa chất dƣới đê chắn sóng là đất yếu, ứng suất hiệu quả < 0 - Dao động của mực nƣớc khi sóng rút vào thời điểm bụng sóng tiếp xúc với mái đê ứng với mực nƣớc triều thấp Quá trình dao động mực nƣớc này gây lên hiện tƣợng quá áp lực trong các lớp đất nền 1.4 Kết luận chƣơng Nền đất yếu có nhiều tác hại và nguy cơ gây mất an toàn cho... lớn đến loại vải địa kỹ thuật dùng cho gia cố nền Đặc biệt là sự gia tăng tải trọng tác động trên nền đất sau khi có công trình và có tác động của sóng biển đối với nền công trình gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng cho công trình đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I Đánh giá tác động của sóng biển lên nền của công trình gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật... định của đê chắn sóng, nhất là những khu vực xây dựng đê chắn sóng có nền địa chất yếu có thể gây ra hiện tƣợng trƣợt sâu qua nền Do đó, cần phải có một phƣơng pháp tiếp cận mới trong việc tính toán ổn định đê chắn sóng có xét ảnh hƣởng do dao động mực nƣớc trƣớc đê do sóng và thủy triều gây ảnh hƣởng tới các lớp đất nền Trong luận văn này, tác giả xin đề xuất cách tiếp cận mới có xét đến sự ảnh hƣởng... tính cơ học của nó.Các phƣơng pháp thông thƣờng để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nƣớc là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lƣợng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR (Califomia Bearing Ratio–chỉ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng trong tính toán thiết kế kết cấu của áo đƣờng... chỉ đề cập tới vai trò của vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đê chắn sóng trƣớc tác động của sóng biển không áp dụng cho các công trình đê khác nhƣ đê ngầm giảm sóng, đê quai Tải trọng đƣợc xét đến là tải trọng của sóng biển, không xét đến các tải trọng khác nhƣ tải trọng thi công, tải trọng bản thân của công trình Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện... phƣơng pháp xử lý nền đất yếu Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu bao gồm: phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp nhiệt học, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp thủy lực Phƣơng pháp cơ học: Đây là một trong những nhóm phƣơng pháp phổ biến nhất, bao gồm các phƣơng pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phƣơng pháp nén trƣớc), sử dụng tải trọng động( đầm chấn động) , sử... kiện biên về nền của công trình khi gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật, từ đó phục vụ cho các bƣớc tính toán thiết kế công trình sau này II Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu Luận văn đƣợc áp dụng theo các phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Phƣơng pháp nghiên cứu trên mô hình - Phƣơng pháp kế thừa các nghiên cứu có trƣớc - Phƣơng pháp thu thập tài liệu III Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn... Chiều dày lớp đất đắp đầu tiên trên mặt vải, phụ thuộc vào giá trị CBR của đất nền bên dƣới lớp vải địa Sự hiện hữu của vật cứng, sỏi, đá trong đất đắp đặc biệt là đối với đất lẫn sạn sỏi Loại thiết bị thi công, tải trọng và diện tích tiếp xúc của bánh xe và từ đó gây ra áp lực tác dụng tạo cao trình mặt lớp vải Lực kháng xuyên thủng của vải địa có thể xác định dựa theo điều kiện cân bằng lực: Fvert=π.dh.hh.P . tiêu nghiên cứu của luận văn Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dƣới sự dao động của mực nƣớc biển do sóng và thủy triều Xét sự ảnh hƣởng của áp lực khe rỗng đối với ổn định nền của. 3.4. Sự suy giảm của thủy triều dẫn tới sự suy giảmáp lực 51 Hình 3.5. Áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣới đất nền phụ thuộc vào quá trình nƣớc rút của mực nƣớc biển 52 Hình 3.6. Áp lực nƣớc lỗ rỗng. Sóng tác động lên nền của đê chắn sóng gây thay đổi áp lực khe rỗng và ứng suất của nền đê; qua đó dẫn tới mất ổn định của nền đê. Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất hầu