Nghiên cứu ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở đồng bằng sông cửu long

ii TÓM TẮT LUẬN ÁN Tên đề tài: “Nghiên cứu ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở Đồng Bằng sông Cửu Long” Mục tiêu nghiên cứu của Luận Án: Để đánh giá ổn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Phản biện độc lập 1: GS TS Nguyễn Trường Tiến

Phản biện độc lập 2: TS Đinh Hoàng Nam

Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Phi Lân

Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Bá Hoàng

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu

Tác giả luận án

Phạm Văn Hùng

ii

TÓM TẮT LUẬN ÁN

Tên đề tài: “Nghiên cứu ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đường

ô tô ngập lũ ở Đồng Bằng sông Cửu Long”

Mục tiêu nghiên cứu của Luận Án:

Để đánh giá ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở Đồng Bằng sông Cửu Long cho đầy đủ và sát với thực tế đất sét yếu bão hòa nước ở khu vực nghiên cứu hơn nữa, trong khi qui trình tính lún từ biến theo thời gian của Bộ Giao Thông vận Tải là chưa có, vì thế nội dung nghiên cứu của Luận án này nhằm tập trung giải quyết các vấn đề như nghiên cứu sự chuyển dịch từ biến của nền đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở ĐBSCL do ứng suất tiếp, nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn về hệ số an toàn từ biến (ổn định từ biến) do ứng suất tiếp, nghiên cứu về tốc

độ từ biến và sự thay đổi tốc độ từ biến khi chịu cắt của nền đất yếu dưới nền đường ô

tô chịu ảnh hưởng của áp lực thủy động

Luận án cũng nghiên cứu và giải quyết tính lún từ biến do ứng suất pháp tổng, do ứng suất tiếp gây ra cho nền đất yếu dưới nền đường ô tô, nghiên cứu sự thay đổi độ nhớt theo cấu trúc của đất trong quá trình chuyển dịch từ biến do ứng suất tiếp, các dấu hiệu thể hiện bằng các chỉ tiêu cơ lý cụ thể để nhận biết các lớp đất ở ĐBSCL có thể xảy ra từ biến mạnh do ứng suất pháp tổng và do ứng suất tiếp

Các nội dung nghiên cứu mới ở trên là nội dung nghiên cứu chủ yếu đã được giải quyết và trình bày trong luận án này

THESIS ABSTRACT

Title: “Research on the stability and deformation of soft soil under flooded embankments in Mekong Delta”

Thesis Objective:

To estimate the stability and deformation of soft soil under flooded embankments

in Mekong Delta fully and more closely to the soft water saturated soil reality in the study area while the practice calculating creep settlement has not been issued yet by the Ministry Of Transport, the research content of this thesis focuses on solving issues such as research on creep shear of soft soil under flooded embankments in Mekong Delta due to shear stress, research on the scientific basis and practice of creep factor of safety (creep stability) due to shear stress, research on creep rate and the change of creep rate of sheared soft soil under embankments affected by the hydrodynamic pressure

This thesis also studies and solves the secondary settlement due to vertical total stress, due to shear stress on soft soil under flooded embankments, studies the change

of viscosity according to the soil structure in the creep shear due to shear stress, and studies signs shown by specific mechanical, physical indicators to identify soil layers

in Mekong Delta which could have strong creep due to vertical total stress and shear stress

The new research content above is the basic research content solved and presented in this thesis

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận án này, NCS đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, hướng dẫn, góp ý, động viên, khích lệ những lúc khó khăn tưởng chừng không thể vượt qua được

Đến nay đã hoàn thành được luận án của mình, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Các Thầy hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Lê Bá Lương, PGS.TS Lê Văn Nam

đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này

Các Thầy ở Bộ môn Địa cơ nền móng - Trường ĐH Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ, góp ý, tặng sách và tài liệu để tôi thực hiện xong luận

án này

Các Thầy, Cô ở Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật xây dựng, Lãnh đạo Trường ĐH Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, khích lệ tôi hoàn thành luận án

Các Thầy Cô như GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ, PGS.TS Châu Ngọc Ẩn, GS.TS Trần Thị Thanh đã nhiệt tình góp ý, tặng sách và tài liệu cho tôi nghiên cứu, thực hiện hoàn thành luận án này

Các Thầy ở các Trường Đại học khác, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án

Vợ và các con đã động viên, giúp đỡ tôi

Xin chân thành cảm ơn./

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG LUẬN ÁN

σ1,σ3 kPa (kG/cm2), T/m2 Ứng suất chính lớn nhất σ1 và nhỏ nhất σ3

τuu kPa (kG/cm2), T/m2 Sức chống cắt không cố kết - không thoát nước

τcu kPa (kG/cm2), T/m2 Sức chống cắt cố kết - cắt nhanh

τlim kPa (kG/cm2), T/m2 ''Ngưỡng của từ biến'' (giới hạn từ biến)

τ∞ kPa (kG/cm2), T/m2 Sức chống cắt lâu dài

Spw kPa (kG/cm2), T/m2 Sức chống cắt của đất phụ thuộc vào áp lực nén P

và độ ẩm W

τ0 kPa (kG/cm2), T/m2 Sức chống cắt ban đầu

c kPa (kG/cm2), T/m2 lực dính của đất

cu kPa (kG/cm2), T/m2 Lực dính xác định theo sơ đồ UU

ccu kPa (kG/cm2), T/m2 Lực dính xác định theo sơ đồ CU

cbh kPa (kG/cm2), T/m2 Lực dính ở trạng thái bão hòa nước

cw kPa (kG/cm2), T/m2 Lức dính tổng quát của đất ở độ ẩm W

cc kPa (kG/cm2), T/m2 Lực dính kết cấu cứng của đất

UU Sơ đồ thí nghiệm đất Không cố kết, không thoát nước

CU Sơ đồ thí nghiệm đất Cố kết - không thoát nước

CD Sơ đồ thí nghiệm đất Cố kết - thoát nước

ɵmax độ Góc lệch lớn nhất tại điểm đang xét trong nền đất

γ kN/m3, T/m3 Dung trọng (trọng lượng đơn vị thể tích ) của đất

γw kN/m3, T/m3 Dung trọng của nước

γc kN/m3, T/m3 Dung trọng khô của đất

γbh kN/m3, T/m3 Dung trọng của đất bão hòa

γdn kN/m3, T/m3 Dung trọng của đất chịu đẩy nổi của nước

Gs Không thứ nguyên Tỷ trọng của đất

et Không thứ nguyên Hệ số rỗng của đất thời điểm t

e0 Không thứ nguyên Hệ số rỗng ban đầu của đất

IL (B) Không thứ nguyên Độ sệt của đất

mặt lớp (z = 0)

η 1 poise=1/106.Kg.s/cm2

=0.01kG.s/m2 Hệ số nhớt của đất dính

η0 poise Hệ số nhớt ở cuối giai đoạn cố kết thấm (U =

100%) và đầu giai đoạn từ biến

(với thời gian nén 1 cấp áp lực là 24h)

epw % Module lún (hệ số nén lún tương đối) trong giai

đoạn cố kết thấm

epη % Module lún (hệ số nén lún tương đối) trong giai

đoạn cố từ biến

D cm, m Vùng chịu chuyển vị từ biến dưới nền công trình

OCR Không thứ nguyên Tỷ số nén quá cố kết

áp lực nước lỗ rỗng

TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐƠN VỊ DÙNG TRONG LUẬN ÁN VỚI

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT LUẬN ÁN ii

THESIS ABSTRACT iii

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU THƯỜNG DÙNG v

TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐƠN VỊ DÙNG TRONG LUẬN ÁN VỚI CÁC ĐƠN VỊ HỆ SI vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xii

DANH MỤC CÁC BẢNG xiv

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 2

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2

6 CẤU TRÖC CỦA LUẬN ÁN 3

7 CÁC CÔNG TRÌNH BỊ SỰ CỐ VÀ NGHIÊN CỨU TIÊU BIỂU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 3

7.1 Các công trình bị sự cố tiêu biểu 3

7.2 Các công trình nghiên cứu, thực nghiệm trong và ngoài nước 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐBSCL VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 6

1.2 TỔNG QUAN MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ 9

1.2.1 Tính toán kiểm tra khả năng chịu tải của đất yếu dưới nền đường đắp 9

1.2.2 Ổn định biến dạng của nền đất yếu dưới nền đường 12

1.2.3 Tính lún cố kết của nền đất yếu dưới nền đường theo thời gian 14

1.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU TỪ BIẾN THEO N.N MASLOV 17

1.4 VÙNG HOẠT ĐỘNG TỪ BIẾN Dησ DO ỨNG SUẤT PHÁP 19

1.5 VÙNG HOẠT ĐỘNG TỪ BIẾN Dητ DO ỨNG SUẤT TIẾP 19

1.6 TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG THEO LÖN CỐ KẾT VÀ LÖN TỪ BIẾN 21

1.6.1 Theo lý thuyết cố kết theo độ ẩm độ chặt của N.N Maslov 21

1.6.2 Xác định độ lún của đất bão hòa nước đồng thời cố kết thấm và từ biến tắt dần theo Iu.K Zareski 23

1.7 BIẾN DẠNG TỪ BIẾN DO ỨNG SUẤT TIẾP ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CHỊU LỰC ĐỨNG p0 VÀ LỰC NGANG q0 25

1.7.1 Thiết lập công thức tính toán tốc độ chuyển vị 25

1.7.2 Tính toán chuyển vị ngang lâu dài của công trình có chịu lực ngang 26

1.8 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỪ BIẾN THEO MÔ HÌNH ĐẤT 29

1.8.1 Từ biến của đất theo mô hình Soft soil creep 29

1.8.2 Cơ sở từ biến một chiều 29

1.8.3 Phương trình vi phân cho từ biến trong sơ đồ bài toán một chiều 31

1.8.4 Các thông số mô hình 32

1.9 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 33

1.9.1 Phương pháp mặt trượt trụ tròn W Fellenius 34

1.9.2 Xét áp lực đẩy nổi cho mảnh phân tố trường hợp bị ngập nước 35

1.9.3 Xét ảnh hưởng của áp lực thủy động 35

1.10 NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 37

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÝ THUYẾT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG TỪ BIẾN CỦA ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ Ở ĐBSCL THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT THEO PHƯƠNG PHÁP CẮT XOAY 2.1 BIẾN DẠNG TỪ BIẾN THẲNG ĐỨNG DO ỨNG SUẤT PHÁP VÀ ỨNG SUẤT TIẾP 38

2.1.1 Thiết lập phương trình biến dạng từ biến thẳng đứng do ứng suất pháp tổng 38

2.1.2 Thiết lập phương trình cơ bản tính biến dạng và ổn định từ biến do ứng suất tiếp cho nền đất yếu dưới nền đường ô tô theo mặt chuyển dịch từ biến 41

2.2 DỰ TÍNH TỐC ĐỘ CHUYỂN DỊCH TỪ BIẾN Ở TRẠNG THÁI TẮT DẦN VÀ TRẠNG THÁI KHÔNG TẮT DẦN 47

2.3 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KHÍ KÍN TRONG LỖ RỖNG CỦA ĐẤT BÃO HÕA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 49

2.4 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM ĐỘ NHỚT

CỦA ĐẤT YẾU THEO NGUYÊN LÝ CẮT XOAY VỚI TỐC ĐỘ CHẬM 50

2.4.1 Khái niệm độ nhớt 50

2.4.2 Phương trình cơ bản 51

2.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 56

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM TRONG PHÕNG ĐỂ KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ CÁC ĐỊA ĐIỂM ĐÃ KHẢO SÁT 57

3.1.1 Mục đích nghiên cứu 57

3.1.2 Các địa điểm đã khảo sát 57

3.1.3 Một số hình ảnh thí nghiệm ngoài hiện trường và trong phòng 59

3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÕNG 61

3.2.1 Một số kết quả thí nghiệm độ nhớt 61

3.2.2 Một số kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lí của nền đất yếu đường đê Gò Công 69

3.2.3 Kết quả thí nghiệm hàm lượng khí lỗ rỗng 73

3.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 73

3.3.1 Kết quả thí nghiệm CPTu 73

3.3.2 Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường 74

3.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 76

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA LŨ VÀ CÓ XÉT ĐẾN TỪ BIẾN 4.1 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐÊ BIỂN GÕ CÔNG, TIỀN GIANG 77

4.1.1 Thời kỳ đầu mới xây dựng (1990) 77

4.1.2 Mức độ an toàn sau 20 năm sử dụng (khảo sát năm 2010) 78

4.1.3 Các sơ đồ mô tả quá trình đắp các phương án 80

4.2 TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP MẶT TRƯỢT TRỤ TRÕN 82

4.2.1 Tính theo Fellenius 82

4.2.2 Tính theo Bishop 82

4.2.3 Tính theo phần mềm Plaxis 85

4.3 TÍNH LÖN NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐÊ GÕ CÔNG 87

4.3.1 Sơ đồ khối cho các trường hợp 87

4.3.2 Tính lún theo phần mềm plaxis có xét từ biến (Soft soil creep) 91

4.3.3 Tính lún theo 22TCN262-2000 và tính lún từ biến theo phương pháp của Raymond & Wahls năm 1976 và theo kiến nghị của NCS 93

4.3.4 Tính lún thẳng đứng do từ biến theo mặt chuyển dịch cung tròn 98

4.4 Nhận xét chương 4 100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101

KẾT LUẬN 101

KIẾN NGHỊ 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 0.1 Hiện tượng mất ổn định từ biến và phát triển nhanh đến trượt ở đường dẫn

vào cầu Trao Trảo, Hương lộ 33, Quận 9, TP Hồ Chí Minh năm 2000 4

Hình 0.2 Đường quốc lộ 80 đoạn Sa Đéc, Bắc Vàm Cống phải nâng cao độ móng mặt đường thường xuyên do lún cố kết và từ biến để chống ngập do nước triều, lũ……….5

Hình 0.3 Sự cố lún từ biến phát triển nhanh đến trượt nền đường đắp vào cầu Trường Phước tại Quận 9, TP Hồ Chí Minh vào tháng 4 năm 1999 5

Hình 0.4 Sự cố lún từ biến do ứng suất tiếp đường dẫn vào cầu và hầm chui Văn Thánh 2, đường Lê Thánh Tôn nối dài TP Hồ Chí Minh 5

Hình 1.1 Phân vùng địa chất công trình ĐBSCL 6

Hình 1.2 Tải trọng phân bố hình thang cân 11

Hình1.3 Biểu đồ chỉ số cố kết n theo chỉ số dẻo Ip ứng với các độ sệt IL 17

Hình 1.4 Sơ đồ mô hình từ biến theo N.N Maslov 18

Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ giữa nén lún và áp lực nén với qkc 19

Hình 1.6 Phạm vi chịu nén lún theo qkc 19

Hình 1.7 Sơ đồ xác định vùng hoạt động từ biến Dη do ứng suất tiếp cho tải trọng ngoài phân bố theo dạng hình thang cân 20

Hình 1.8 Biểu đồ biến dạng từ biến tỷ đối e = R (t) 22

Hình 1.9 Đường cong ứng suất biến dạng có được từ thí nghiệm hộp nén, biến dạng được phân chia thành phần đàn hồi và phần từ biến với t0 + tc = 1 ngày 31

Hình 1.10 Lực tác dụng lên mảnh phân tố 34

Hình 1.11 Sơ đồ xét ảnh hưởng của áp lực đẩy nổi cho mảnh phân tố trường hợp bị ngập nước 35

Hình 1.12 Sơ đồ tính toán xét ảnh hưởng của áp lực thủy động 35

Hình 2.1 Mặt chuyển dịch từ biến 41

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác động lên mảnh phân tố gây chuyển dịch từ biến 41

Hình 2.3 Mặt chuyển dịch từ biến bất kỳ 44

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác động lên mảnh phân tố có xét lực tương tác gây chuyển dịch từ biến 44

Hình 2.5 Mặt chuyển dịch từ biến theo cung tròn để tính tốc độ chuyển dịch 47

Hình 2.6 Lực tác động lên mảnh phântố gây chuyển dịch từ biến 47

Hình 2.7 Sơ đồ chuyển dịch của vật liệu có tính nhớt 50

Hình 2.8 Sơ đồ biến dạng cắt 51

Hình 2.9 Biến dạng của vi phân của hình trụ khi trượt 52

Hình 2.10 Sơ đồ góc giữa 2 vi phân trước và sau biến dạng 52

Hình 2.11 Sơ đồ hai khối trụ đồng tâm với chất lỏng nhớt ở giữa 53

Hình 2.12 Máy thí nghiệm độ nhớt theo phương pháp cắt xoay 55

Hình 3.1 Đường trên đỉnh đê đã thi công hoàn thiện 59

Hình 3.2 Mái taluy đường đã thi công hoàn thiện 59

Hình 3.3 Thí nghiệm CPTu tại hiện trường ngoài chân mái taluy 59

Hình 3.4 Thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo phương ngang 59

Hình 3.5 Thí nghiệm cắt cánh điện tử 59

Hình 3.6 Thí nghiệm độ nhớt trong phòng 60

Hình 3.7 Thiết bị thí nghiệm nén 3 trục, nén 1 trục và nén cố kết cảm biến điện tử 60

Hình 3.8 Quan hệ giữa độ nhớt η theo cấu trúc khi dịch chuyển và góc xoay khối đất tương ứng 61

Hình 3.9 Quan hệ giữa độ nhớt η theo cấu trúc khi dịch chuyển và góc xoay khối đất tương ứng 61

Hình 3.10 Độ nhớt theo cấu trúc đất khi dịch chuyển và áp lực nén P 62

Hình 3.11 Đối chiếu độ nhớt ηctrkd, ηctrđ theo phương pháp cắt xoay với độ nhớt thí nghiệm theo phương pháp nén không nở hông và N.N Maslov 67

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh đối chiếu độ nhớt theo phương pháp cắt xoay và các phương pháp khác 69

Hình 3.13 So sánh cường độ đặc trưng giữa hai hố xuyên CPTu1 và CPTu2 73

Hình 4.1 Sơ đồ khối đất đắp theo 2 giai đoạn 80

Hình 4.2 Sơ đồ khối đất đắp 1 giai đoạn 80

Hình 4.3 Sơ đồ khối đất đắp 1 giai đoạn với chỉ tiêu cơ lý thay đổi sau 20 năm 81

Hình 4.4 Sơ đồ khối đất đắp tại mặt cắt khảo sát nghiên cứu 81

Hình 4.5 Kết quả tính toán ổn định (trường hợp có xét áp lực nước thủy động) Hệ số ổn định Fs = 1,304 > 1,2 (Fellenius) 82

Hình 4.6 Kết quả tính toán ổn định (trường hợp không xét áp lực nước thủy động) Hệ số ổn định Fs = 1,890 >1,2 (Fellenius) 82

Hình 4.7 Kết quả tính toán ổn định (trường hợp có xét áp lực nước thủy động) Hệ số ổn định Fs =1,374 < 1,4 (Bishop) – không đạt 82

Hình 4.8 Kết quả tính toán ổn định (trường hợp không xét áp lực nước thủy động) Hệ số ổn định Fs = 2,028 > 1,4 (Bishop) 82

Hình 4.9 Kết quả tính lún nền đường cũ cố kết 40 năm theo plaxis 86

Hình 4.10 Kết quả chuyển vị trồi chân mái dốc taluy 86

Hình 4.11 Sơ đồ khối đất đắp tính lún cho khối đất chỉ có khối đất đắp nền đường cũ 87

xiv

Hình 4.12 Sơ đồ khối tính lún cho khối đất đắp bao gồm nền đường cũ và khối đất đắp

mới 87

Hình 4.13 Sơ đồ khối đất đắp tính lún từ biến thẳng đứng do ứng suất pháp tổng 88

Hình 4.14 Trắc ngang thiết kế mở rộng nền đường đê biển Gò Công tại vị trí khảo sát 88

Hình 4.15 Cao độ trắc ngang thực tế quan trắc tại thời điểm khảo sát nghiên cứu 89

Hình 4.16 Sơ đồ tính chuyển dịch từ biến do ứng suất tiếp gây ra lún thẳng đứng và chuyển dịch ngang tại mặt trắc ngang nền đường khảo sát nghiên cứu có xét ảnh hưởng áp lực nước thủy động – Km 10+050 89

Hình 4.17 Biến dạng đẩy trồi tại điểm D 92

Hình 4.18 Biến dạng lún theo thời gian tại các điểm A, B, C, D 92

Hình 4.19 Biến đồ ứng suất gây lún để tính lún từ biến do ứng suất pháp tổng 93

Hình 4.20 Biểu đồ nén cố kết ở cấp áp lực và độ sâu tương ứng để tính lún từ biến do ứng suất pháp tổng 93

Hình 4.21 Biểu đồ nén cố kết ở cấp áp lực và độ sâu tương ứng để tính lún từ biến do ứng suất pháp tổng 94

Hình 4.22 Biểu đồ nén cố kết ở cấp áp lực và độ sâu tương ứng để tính lún từ biến do ứng suất pháp tổng 94

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đặc trưng cơ lý của đất bùn sét ở một số tỉnh ĐBSCL 7

Bảng 1.2 Đặc trưng cơ lý của các lớp đất ĐBSCL 8

Bảng 1.3 Bảng tra hệ số tải trọng an toàn α0 theo góc ma sát trong 10

Bảng 1.4 Bảng tra hệ số tải trọng an toàn η0 theo tỷ lệ a/b và φ 10

Bảng 3.1 Độ nhớt dưới các cấp áp lực nén khác nhau từ kết quả cắt xoay 63

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm độ nhớt và một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản đường đê TânThành, Gò Công - Km10+050 …65

Bảng 3.3 Tổng hợp thí nghiệm độ nhớt theo phương pháp cắt xoay và kết quả thí nghiệm độ nhớt theo phương pháp nén không nở hông ở công trình nâng cấp đê biển và đường giao thông trên đỉnh đê Tân Thành,Gò Công, Tiền Giang 66

Bảng 3.4 So sánh sự thay đổi độ nhớt theo sự dịch chuyển do ứng suất tiếp 68

Bảng 3.5 So sánh sự thay đổi độ nhớt theo thời gian dịch chuyển do ứng suất tiếp 69

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lí theo độ sâu hố khoan của nền đất yếu đường đê Gò Công 70

Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén cố kết nền đất yếu đường đê Gò Công 71

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén ba trục cố kết không thoát nước của nền đất yếu đường đê Gò Công 71

Bảng 3.9 Kết quả thông số sức chống cắt cw , Σw , cccủa nền đất yếu nền đường đê Gò Công 72

Bảng 3.10 Một số kết quả hàm lượng khí lỗ rỗng của đất yếu nền đường đê Tân Thành, Gò Công Vị Trí khoan thí nghiệm: Km 10+050 73

Bảng 3.11 So sánh cường độ đặc trưng giữa hai hố xuyên CPTu 1 và CPTu 2 74

Bảng 3.12 Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường 74

Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường và cắt cánh Torvane 75

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp hệ số an toàn Fat (Fgh) theo các trường hợp xét 79

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp hệ số an toàn ổn định trượt và hệ số an toàn ổn định từ biến

83

Bảng 4.3 Các thông số lực dính tổng, lực dính cứng, lực dính nhớt được tính cho các trường hợp cụ thể trên 83

Bảng 4.4 Bảng tổng hợp hệ số an toàn ổn định trượt và hệ số an toàn ổn định từ biến

84

Bảng 4.5 Các thông số lực dính tổng, lực dính cứng, lực dính nhớt đượctính cho các trường hợp cụ thể trên 84

Bảng 4.6 Kết quả tính hệ số an toàn ổn định từ biến trường hợp góc xoay 5,650 có xét ngưỡng từ biến N.N Maslov 85

Bảng 4.7 Kết quả tính hệ số an toàn ổn định từ biếntrường hợp góc xoay 5,650 có xét

từ biến với Σw= cw - cc 85 Bảng 4.8 Tổng hợp so sánh số liệu quan trắc chuyển vị thực tế và tính toán của mặt 88Bảng 4.9 Thông số tính toán cho nền đường đê Tân Thành, Gò Công Km10+050 91 Bảng 4.10 Mặt cắt ngang nền đường và chiều sâu vùng ứng suất gây lún 92Bảng 4.11 Mặt cắt ngang nền đường và chiều sâu vùng ứng suất gây lún 93Bảng 4.12 Kết quả tính lún theo các trường hợp tương ứng của khối đất cũ và mới 95 Bảng 4.13 So sánh độ lún từ biến theo R&W và theo công thức kiến nghị của NCS ứng với l = 8.2 m tại tim (40 năm) 96Bảng 4.14 Kết quả tính lún thẳng đứng do chuyển dịch trên mặt cung tròn, trường hợp

có xét áp lực thủy động 96 Bảng 4.15 Kết quả tính tốc độ chuyển dịch từ biến Vtb và tốc độ trượt Vtr 97

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) có hệ thống sông ngòi chằng chịt, nhiều vùng đầm lầy, cao độ mặt đất tự nhiên thấp, dễ bị ngập lũ Cấu tạo địa chất chủ yếu là đất yếu nên đường bộ kém phát triển, chi phí xây dựng lớn Ổn định nền đường khi đắp cao chống ngập kém, độ lún hàng năm của hệ thống đường đang khai thác thường

từ 2÷5 cm nên phải thường xuyên nâng cao mặt đường bằng lớp móng đá và lớp mặt đường mới gây tốn kém và mặt đường rất dễ hư hỏng, lún cục bộ gây mất an toàn giao thông

Để đẩy mạnh phát triển kinh tế khu vực, cần phải phát triển hệ thống giao thông đường bộ tồn tại cùng với lũ và đánh giá khả năng ổn định, lún từ biến của các công trình thực tế so với tính toán lí thuyết, vì qui trình hiện nay chưa có tính lún, ổn định từ biến của đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở ĐBSCL Đây là mục tiêu phải giải quyết của luận án này

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, giải quyết các vấn đề về lún và ổn định từ biến của đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở ĐBSCL và ở thành phố Hồ Chí Minh

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thu thập tài liệu của các tác giả trong, ngoài nước có liên quan đến đề tài

Nghiên cứu và phát triển lý thuyết phục vụ đề tài

Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và khảo sát, thử nghiệm hiện trường

Nghiên cứu áp dụng trên các công trình thực tế ở ĐBSCL và Thành Phố Hồ Chí

Minh

Thông tin khoa học: tham gia hội thảo khoa học và đăng báo thông tin các kết quả nghiên cứu được trên các tạp chí khoa học

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu sự thay đổi độ nhớt theo cấu trúc của đất khi dịch chuyển từ biến do ứng suất tiếp đến trạng thái trượt của đất

Nghiên cứu lý thuyết và chế tạo thiết bị thí nghiệm độ nhớt của đất theo nguyên

Ngoài các thông số áp lực tiền cố kết hay hệ số tiền cố kết OCR, hệ số rỗng e, độ sệt IL, NCS nghiên cứu các dấu hiệu của đất ở ĐBSCL dễ xảy ra mất ổn định từ biến

và có giá trị lún từ biến lớn do ứng suất pháp tổng và ứng suất tiếp

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU

 Ý nghĩa khoa học:

1 Đề xuất phương pháp đánh giá độ ổn định và biến dạng từ biến có xét yếu tố

độ nhớt thay đổi

2 Đề xuất phương pháp xác định độ nhớt thay đổi theo chuyển dịch từ biến của

khối đất nền đến trạng thái trượt bằng phương pháp cắt xoay với tốc độchậm

 Ý nghĩa thực tiễn:

1 Kết quả nghiên cứu giúp đánh giá độ ổn định và biến dạng có xét đến yếu tố từ biến phù hợp với đất yếu bão hòa nước của khu vực

2 Kết quả nghiên cứu có thể được dùng để định hướng thiết kế cho công trình cấp cao như đường cao tốc và làm cơ sở đề xuất cho Bộ GTVT tính toán thiết kế đường ô tô trên nền đất yếu có xét yếu tố từ biến theo các trạng thái giới hạn

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Luận án gồm 2 phần: Phần thuyết minh và phần phụ lục

Phần thuyết minh: gồm phần mở đầu, 04 chương, kết luận và kiến nghị, tổng cộng 106 trang, bao gồm 102 trang nội dung, 04 trang danh mục tài liệu tham khảo và danh mục các công trình nghiên cứu đã công bố, 59 hình vẽ và 29 bảng số

Phần phụ lục (được đóng tập riêng): 100 trang bao gồm các phụ lục kết quả thí nghiệm trong phòng và thử nghiệm hiện trường, các bảng kết quả tính chi tiết

7 CÁC CÔNG TRÌNH BỊ SỰ CỐ VÀ NGHIÊN CỨU TIÊU BIỂU

TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC

7.1 Các công trình bị sự cố tiêu biểu

Sự cố lún từ biến do ứng suất tiếp làm biến dạng mặt đường quá lớn, dịch chuyển

mố cầu Văn Thánh 2, lún hầm chui mố M1, M2 Cầu Văn Thánh 2 gây mất khả năng đảm bảo khai thác tuyến đường Nguyễn Hữu Cảnh

Sự cố lún từ biến phát triển nhanh đến trượt nền đường dẫn vào cầu Trao Trảo,

HL 33, Quận 9, Tp Hồ Chí Minh do đắp tăng tải quá nhanh và quá lớn đưa đến mất

ổn định, gây biến dạng từ biến và phát triển nhanh đến trượt

Sự cố lún từ biến phát triển nhanh đến trượt nền đường đắp vào cầu Trường Phước, Quận 9, Tp Hồ Chí Minh tương tự sự cố đường dẫn vào cầu Trao Trảo ở trên

7.2 Các công trình nghiên cứu, thực nghiệm trong và ngoài nước

N.N Maslov(1984): Nghiên cứu lý thuyết vật lý kỹ thuật về từ biến của đất loại sét trong thực tế xây dựng

GS.TSKH Lê Bá Lương(1972): Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định công trình theo thời gian

GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ (1972-1975): Nghiên cứu độ bền lâu dài của đất dính ở Liên Xô

N.N Maslov và những cộng sự của ông (1994) nghiên cứu sự giảm độ bền lâu dài của đất dính

Bjerrum(1967) và Butterfield(1979) với công trình thử nghiệm ở Boston - Mỹ và Ska Edeby(1961) - Thụy Điển đã nghiên cứu sâu về chuyển vị đứng và chuyển vị ngang từ biến của nền đất yếu dưới nền đường theo mô hình Soft soil creep

Nghiên cứu ổn định và biến dạng theo thời gian ở dự án Bang kok - Siracha Highway (1967)

Công trình nghiên cứu đập thí nghiệm tại học viện kỹ thuật Á Châu do Dr Bergado chủ trì (1991) có sử dụng PVD

Công trình nghiên cứu ổn định và biến dạng, thực nghiệm đắp đập tải trọng ở Cà Mau – Năm Căn có xử lý và không xử lý bấc thấm

Đề tài KHCN cấp Nhà nước KHCN 10 - 05 nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế và lựa chọn biện pháp xử lí nền đường ôtô qua vùng đất yếu năm 2000

Hình 0.1 Hiện tượng mất ổn định từ biến và phát triển nhanh đến trượt ở đường dẫn vào cầu Trao Trảo, Hương lộ 33, Quận 9, TP Hồ Chí Minh năm 2000 Do đắp đất tăng tải quá nhanh nên nền đường mất ổn định, sau khi mất ổn định đưa đến phần chống trượt tăng lên, phần gây trượt giảm xuống và nền đường đã ở trạng thái cân

bằng trở lại

Hình 0.2 Đường quốc lộ 80 đoạn Sa

Đéc, Bắc Vàm Cống phải nâng cao độ

móng mặt đường thường xuyên do lún

cố kết và từ biến để chống ngập do

nước triều, lũ

Hình 0.3 Sự cố lún từ biến phát triển nhanh đến trượt nền đường đắp vào cầu Trường Phước tại Quận 9, TP Hồ Chí Minh vào tháng 4 năm 1999 có nguyên nhân gây mất ổn định và ổn định trở lại như ở đường dẫn vào Cầu Trao Trảo

Hình 0.4 Sự cố lún từ biến do ứng suất tiếp đường dẫn vào cầu và hầm chui Văn Thánh

2, đường Lê Thánh Tôn nối dài TP Hồ Chí Minh Đây là hiện tượng mất ổn định từ biến

do ứng suất tiếp gây chuyển dịch tạo ra lún thẳng đứng, nền đường đất yếu chưa bị trượt

đến mức gây phá hoại công trình ngay lập tức

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐBSCL VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Vùng châu thổ sông Cửu Long tương đối bằng phẳng, được thành tạo bởi những trầm tích trẻ xen kẽ trầm tích cổ, ngoại trừ một số ít đồi núi ở cực Nam

Ở phía dưới tầng trầm tích trẻ là tầng trầm tích cổ Ngược về phía Tây Ninh, Đồng Nai thì lớp trầm tích cổ xưa xuất hiện ngay trên mặt đất, điều này chứng tỏ trầm tích trẻ mỏng dần về hướng tiếp giáp với miền Đông Nam Bộ

Địa tầng ở đồng bằng sông Cửu Long được chia làm 2 tầng rõ rệt là tầng trầm tích trẻ Holocene và tầng trầm tích cổ Pleistocene

Hình 1.1 Phân vùng địa chất công trình ĐBSCL

Theo [1], [2] tính chất cơ lý của đất bùn sét ở một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

(như ở bảng 1-1)

Bảng 1.1 Đặc trưng cơ lý của đất bùn sét ở một số tỉnh ĐBSCL

STT

Tỉnh Tên đất

Chỉ tiêu

Tp HCM Bùn sét ambQIv

Đồng Tháp Bùn sét ambQIv

Đồng Tháp Bùn á sét ambQIv

Bảng 1.2 Đặc trưng cơ lý của các lớp đất ĐBSCL

Hệ số nén lún (cm2/kG)

Module tổng biến dạng (kG/cm2)

Sức chịu tải R (kG/cm2) Trị

tiêu

chuẩn

Trị tính toán

Trị tiêu chuẩn

Trị tính toán

P = (1÷2) kG/cm2

Trị tiêu chuẩn

Trị tính toán Lớp 1

0,041 0,029÷0,052

50 24÷89 20

1.5 1,0÷2,0

0,173 0,084÷0,344

8 6÷10 5 < 0,5

0,111 0,092÷0,240

22 16÷34 10 < 0,5

0,036 0,01÷0,055 35 < 0,5

0,018 0,099÷0,033

300 200÷335 65

2.5 2,0÷4,0

0,10 0,02

0,07÷0,041

60 2,0

1,5÷3,0

1.2 TỔNG QUAN MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ

1.2.1 Tính toán kiểm tra khả năng chịu tải của đất yếu dưới nền đường đắp

1.2.1.1 Nội dung phương pháp đánh giá khả năng chịu tải nền đất yếu

Khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới nền đường đắp, mức độ huy động khả năng chịu lực được đánh giá thông qua hệ số an toàn:

qđn- sức chịu tải của nền đất yếu, có hai trường hợp tính toán

qđn = qat nếu tính theo tải trọng an toàn

qđn = qgh nếu tính theo tải trọng cho phép

qtt- tải trọng tính toán thực tế của nền đường tác dụng lên đất yếu

a) Nền đất chịu tải phân bố đều [3], [4], [5]

Theo lí thuyết biến dạng tuyến tính và theo Sokolovski, N.P.Puzưrevski, Prandtl cho tải trọng hình băng phân bố đều, nền không trọng lượng γ=0

Tải trọng giới hạn đàn hồi: =

Tải trọng giới hạn: = ( + 2)

= =( + 2)= 1,64 với K - hệ số an toàn (1-2)

b) Nền đường, đập đất, tải trọng hình băng phân bố tam giác: γ=0, φ=0, c≠0

Ở điểm M (x = 0, z = 0,5.b); Theo N.N Maslov: p0 = 4.c

Nếu vùng dẻo phát triển theo chiều rộng đạt 2b, pgh = 6,25c

n = c.cotgφ với q - tải trọng bên (phụ tải)

Theo Berezantsev, tải trọng giới hạn: = + + (1-5)

A, B, D - các thông số được xác định theo φ

Ở đây có thể thấy rằng khi hệ số an toàn tải trọng lớn hơn 1,56 ÷ 1,64 thì nền còn làm việc ở giai đoạn đàn hồi, vùng dẻo chỉ mới xuất hiện một điểm ở nhân hoặc hai mép tải trọng

1.2.1.2 Các phương pháp xác định sức chịu tải của nền đất yếu [6], [7], [8]

a) Đánh giá khả năng chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng an toàn [9]

 Trường hợp tải trọng nền đường phân bố gần với dạng tam giác cân

b - nửa chiều rộng của đáy nền đường

, c,  - góc ma sát trong, lực dính, dung trọng của nền đất yếu dưới nền đường

0 - Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong , được xác định theo bảng 1-3

Khi  = 0, từ (1-6) và bảng (1-3), ta có:

 Trường hợp tải trọng nền đường phân bố theo dạng hình thang cân, khi bỏ

qua dung trọng của đất nền có thể sử dụng công thức theo [7]:

Trong đó: 0 - hệ số phụ thuộc vào a/b và  , tra theo bảng 1.4:

Bảng 1.3 Bảng tra hệ số tải trọng an toàn 0 theo góc ma sát trong

Hình 1.2 Tải trọng phân bố hình thang cân

 Trường hợp tải trọng nền đường phân bố gần với dạng chữ nhật, có thể sử

dụng công thức của N.P Puzưrevski - N.M Gerxevanov - O.K Frôlich [8], [9]

(vùng phá hoại xuất hiện chỉ tại hai mép của diện chịu tải)

= .

Khi  = 0, từ (1-9), ta có: qat = .c (1-10)

b) Đánh giá khả năng chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng giới hạn [10], [11]

Tính toán gần đúng ổn định của nền đất yếu khi coi tải trọng nền đường đắp phân

bố gần như hình chữ nhật trong bài toán phẳng có thể sử dụng công thức Prandtl [12],

khi coi đất dính lý tưởng ( = 0, c ≠ 0):

c) Chiều cao đắp giới hạn theo khả năng chịu tải của nền đất yếu [13], [14]

Nền đường đắp có chiều cao Hđ có tính đến tải trọng xe bằng lớp đất đắp có chiều dày 0,5 ÷ 0,9 m, tùy theo cấp đường - tải trọng xe, nhỏ hơn chiều cao giới hạn cho phép [hgh] chịu tải của nền đất yếu bên dưới:

−

Hệ số nén lún tương đối còn được tính theo

=

= 1 − 2.

1 −Với - hệ số Poisson

 Vùng hoạt động được xác định theo ứng suất pháp z:

1.2.3 Tính lún cố kết của đất yếu dưới nền đường theo thời gian

1.2.3.1 Xác định độ lún theo thời gian theo lý thuyết cổ điển của Terzaghi –

Cv- hệ số cố kết

K- hệ số thấm

a0 - hệ số nén lún tương đối

e0- hệ số rỗng ban đầu

γw - trọng lượng thể tích của nước

1.2.3.2 Tính độ lún theo thời gian cố kết thấm

a) Trường hợp biểu đồ ứng suất gây lún σ z phân bố đều theo hướng thấm:

σ′ - ứng suất gây lún ở mặt thoát nước

′′ - ứng suất gây lún ở mặt không thoát nước

Như vậy ở trường hợp này có:

Tại z = 0 (mặt thoát nước), ′ =

Tại z = H (mặt không thoát nước), ′′ =

Giải phương trình vi phân cố kết thấm một hướng, ta có hàm của áp lực nước lỗ

Tại z = H, 

 = 0 (mặt không thấm), = Giải phương trình vi phân cố kết thấm một hướng, ta có:

Hình 1.3 Biểu đồ chỉ số cố kết n theo chỉ số dẻo Ip ứng với các độ sệt IL

1.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU TỪ BIẾN THEO N.N MASLOV [9], [20]

Từ phương trình sức chống cắt của đất:

đ =  tgφw + cc + w (1-41)

Biến dạng từ biến tắt dần và từ biến không tắt dần:

Căn cứ vào điều kiện phá vỡ độ bền liên kết cứng của đất: lim = tgφw + cc

Khi  < τlim = tgφw + cc: biến dạng từ biến không xảy ra

Khi  > đ = tgφw + cc +Σw: sự phá hoại của đất xảy ra

Khi lim = tgφw + cc<  < đ = tgφw + cc +Σw: quá trình từ biến xảy ra

Có hai trường hợp xảy ra:

 lim∞ = tgφw < limo = tgφw + cc < : từ biến không tắt dần và phát triển dần

gây trượt, lực dính cứng cc giảm dần đến 0

Hình 1.4 Sơ đồ mô hình từ biến theo N.N Maslov

 Khi điều kiện cân bằng mới tái lập, hệ số an toàn tăng lên, biến dạng từ biến tắt dần

1.4 VÙNG HOẠT ĐỘNG TỪ BIẾN D ησ DO ỨNG SUẤT PHÁP

Theo V.V Florin, trị độ bền kết cấu của đất được xác định theo:

1.5 VÙNG HOẠT ĐỘNG TỪ BIẾN D ητ DO ỨNG SUẤT TIẾP

Xác định chiều dày vùng hoạt động từ biến Dητ do ứng suất tiếp từ điều kiện

 = lim là giới hạn bắt đầu xuất hiện từ biến

Điều kiện xuất hiện từ biến trên mặt bất lợi nhất, tại một điểm bất kỳ trong đất nền:

Khi = là giới hạn bắt đầu xuất hiện từ biến Góc lệch lớn nhất khi có từ biến: =

- xác định theo kết quả thí nghiệm

- được xác định theo biểu thức sau:

Thay sin = sin

Ta có:

( − ) − ( + ) sin = 2 sin + 2 (1-46) Trong đó: =

b - chiều rộng nửa diện chịu tải

z - chiều sâu điểm tính toán

Tải trọng ngoài phân bố theo hình thang cân:

Phương trình xác định vùng biến dạng từ biến do ứng suất tiếp khi tải trọng ngoài tác dụng có hình thang cân có dạng:

ngoài phân bố theo dạng hình thang cân

Các kết quả đã nghiên cứu cho thấy vùng biến dạng dẻo tối đa chỉ cho phép phát triển ứng với bề rộng d = 0,5÷0,6 và vùng biến dạng từ biến đã phát triển tới bề rộng ứng với d = 1÷1,2, chiều sâu lớn nhất ứng = = 1 ÷ 2 Ở trạng thái này, biến dạng

từ biến đã có nguy cơ từ biến dạng từ biến tắt dần chuyển sang biến dạng từ biến phát triển, gây phá hoại công trình

1.6 TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG THEO LÚN CỐ KẾT VÀ LÚN TỪ BIẾN

1.6.1 Theo lý thuyết cố kết theo độ ẩm độ chặt của N.N Maslov [9], [19]

 Xác định độ lún do biến dạng từ biến trong giai đoạn cố kết thứ II:

Giai đoạn cố kết thứ cấp hay còn gọi là cố kết từ biến, được xác định theo:

( ) =

(1-48)

T - thời gian biến dạng từ biến; Htb - chiều dày vùng hoạt động do từ biến

z - ứng suất nén chặt do tải trọng ngoài gây ra ở độ sâu z

ηđ, ηc - hệ số nhớt đầu và cuối của đất được xác định theo module lún bằng thí nghiệm nén ép trong phòng:

đ =

(đ)

o Hệ số nhớt cuối cùng c được xác định theo :

= .

Trong đó: R, rII là các thông số của đường cong từ biến theo module lún theo thời

gian được xác định trong phòng thí nghiệm [8], [9], [19], [20]

 - thông số từ biến được xác định theo công thức :

−Trong trường hợp bài toán nén ép một chiều, bài toán phẳng, lời giải của phương trình cố kết từ biến như sau :

St (t) - Độ lún theo thời gian có xét đến cố kết và từ biến

Ha, D - Chiều sâu đất nền và vùng hoạt động nén lún thứ nhất

Hình 1.8 Biểu đồ biến dạng từ biến tỷ đối en=R(tη) Mẫu sét N01; Wp= 33,8%; IL= 0,47; pa= 20 kN/cm2

z, TN - ứng suất nén ở độ sâu z, ứng suất trong phòng thí nghiệm

t, r1 - các thông số cố kết giai đoạn thứ nhất

tW, t- thời gian cố kết và từ biến của đất nền

đ, c - hệ số nhớt ban đầu và cuối cùng của quá trình từ biến

1.6.2 Xác định độ lún của đất bão hòa nước đồng thời cố kết thấm và từ biến tắt

dần theo Iu.K Zareski [18], [19], [20]

Các điều kiện khống chế của bài toán:

Dựa trên mô hình lực thể tích của Florin có xét đến tác dụng tương hỗ giữa các thành phần của đất như trong mô hình của Terzaghi – Gerxevanov với điều kiện ràng

buộc của bài toán như sau:

Có xét sự biến đổi theo thời gian trạng thái ứng suất tổng quát tại một điểm bất kỳ:

= ( ) - hệ số áp lực hông biến đổi theo thời gian

Biến dạng của kết cấu các hạt rắn và nước không nén trong đất theo lý thuyết đàn hồi tuyến tính

Biến dạng từ biến theo lý thuyết từ biến lưu truyền của Maslov - Ariutinhian Biến dạng cố kết thấm theo lý thuyết của Terzaghi - Gerxevanov

Lời giải của Iu.K Zareski cho bài toán một chiều có dạng sau: