Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa các thông số của bài toán cố kết chân không

Để giải các bài toán cố kết, ngoài phương pháp tính toán bằng lý thuyết truyền thống thì việc ứng dụng các phần mềm địa kỹ thuật để tính toán cho từng bài toán cố kết được các hãng phần mềm quan tâm phát triển. Tuy nhiên, đến nay chưa có phần mềm chuyên dụng nào ứng dụng cho bài toán cố kết chân không. Vì vậy việc lựa chọn được mô hình số phù hợp có ý nghĩa khoa học.

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TỐN CỐ KẾT CHÂN KHƠNG PHẠM QUANG ĐÔNG* Study on developing relationship between parameters of vacuum consolidation Abstract: The paper presents results of developing the correlation between the consolidation time and some other parameters (plastic index, consolidation degree, ) in the process of vacuum consolidation The study is carried out for the soils of regions (Đình Vũ, Hải Phòng-Dun Hải, Trà vinh, Thái Bình, Nhơn Trạch, Đồng Nai) and the modul Seep and Sigma of software Geostudio is used calculating enter-data for developing the correlations This is first step in the automatization of designing the vacuum consolidation method for soft soil improvement GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SỐ TÍNH TỐN * Để giải tốn cố kết, ngồi phƣơng pháp tính tốn lý thuyết truyền thống việc ứng dụng phần mềm địa kỹ thuật để tính tốn cho tốn cố kết đƣợc hãng phần mềm quan tâm phát triển Tuy nhiên, đến chƣa có phần mềm chuyên dụng ứng dụng cho tốn cố kết chân khơng Vì việc lựa chọn đƣợc mơ hình số phù hợp có ý nghĩa khoa học Một số phần mềm địa kỹ thuật cho phép mơ trực tiếp quy đổi áp lực chân không, nhƣng để đảm bảo độ tin cậy mơ hình số đƣợc lựa chọn tính tốn cần có kiểm chứng cho phù hợp * Trường Cao đẳng Công nghệ, Kinh tế Thủy lợi miền Trung 14 Nguyễn Tất Thành, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam ĐT: 0905381521 Trong này, tác giả sử dụng chức tích hợp mơ đun Seep Sigma phần mềm Geostudio để tính tốn ứng dụng xây dựng mối quan hệ thông số q trình cố kết chân khơng cho loại đất yếu nghiên cứu Sự phù hợp mơ hình số đƣợc kiểm chứng với kết thực nghiệm mơ hình vật lý kết xử lý trƣờng, kết nghiên cứu đƣợc tác giả công bố kỷ yếu hội thảo quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát triển bền vững” [1,2,3,12] KẾT QUẢ TÍNH TỐN CÁC LOẠI ĐẤT YẾU 2.1 Giới thiệu đất yếu tính tốn Trong nội dung giới thiệu loại đất yếu tính tốn thuộc loại bùn sét, sét pha khu vực Đình Vũ – Hải phòng; Nhiệt điện Thái Bình; Dun Hải – Trà Vinh; Nhơn Trạch – Đồng Nai, tiêu lý lớp đất tính tốn thể bảng 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 [2,4,5,6,7,8,9,10,11] Email: dongckt@gmail.com 44 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 Bảng 2.1 Chỉ tiêu lý lớp đất tính tốn loại đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng Các tiêu đất Ký hiệu Trọng lƣợng thể tích tự nhiên Cƣờng độ lực dính Góc ma sát Hệ số thấm Hệ số nở hông Mô đun biến dạng Chỉ số dẻo Đơn vị Giá trị lớp đất γ kN/m 16 17,90 19,60 C  k  E PI kPa độ m/s kPa % 30 5,4.10-5 0,175 13750 - 11,10 10,11 2,9.10-8 0,31 5978 24,64 24,10 15,50 3,8.10-8 0,260 11070 18,10 Bảng 2.2 Chỉ tiêu lý lớp đất tính tốn loại đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh Các tiêu đất Giá trị lớp đất Ký hiệu Đơn vị Trọng lƣợng thể tích tự nhiên γ kN/m3 16,0 16,4 19,8 19,3 Cƣờng độ lực dính C kPa 6,3 - 56,6 Góc ma sát  độ 30 1,6 37 24 Hệ số thấm k m/s 5,39.10-5 2,90.10-8 1,43.10-6 5,62.10-9 Hệ số nở hông  - 0,175 0,27 0,28 0,29 Mô đun biến dạng E kPa 13750 3380 15185 13670 Chỉ số dẻo PI % - 18,4 - 18,7 Bảng 2.3 Chỉ tiêu lý lớp đất tính tốn loại đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai Các tiêu đất Ký hiệu Đơn vị Giá trị lớp đất 3 Trọng lƣợng thể tích tự nhiên γ kN/m 16,0 14,17 19,0 Cƣờng độ lực dính C kPa 4,60 26,0 Góc ma sát  độ 30 2,6 13,6 Hệ số thấm k m/s 5,39.10-5 2,94.10-8 0,31.10-9 Hệ số nở hông  - 0,175 0,27 0,30 Mô đun biến dạng E kPa 13750 230 16000 Chỉ số dẻo PI % - 33,8 20,9 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 45 Bảng 2.4 Chỉ tiêu lý lớp đất tính tốn loại đất yếu Nhiệt điện Thái Bình Các tiêu đất Giá trị lớp đất Ký hiệu Đơn vị γ kN/m3 16,00 17,80 18,70 C  k  E PI kPa độ m/s kPa % 30 5,39.10-5 0,175 10000 - 18,20 14,53 5,20.10-8 0,28 3548 27,63 25,10 16,30 4,30.10-8 0,26 11147 18,60 Trọng lƣợng thể tích tự nhiên Cƣờng độ lực dính Góc ma sát Hệ số thấm Hệ số nở hông Mô đun biến dạng Chỉ số dẻo 2.2 Điều kiện biên tính tốn Để xây dựng đƣợc mối quan hệ thơng số q trình cố kết, tính toán cho loại đất yếu nêu trên, tác giả tính tốn cho điều kiện biên giống nhƣ cơng trình thực tế thực gồm: Loại bấc thấm thơng dụng có kích thƣớc (4x100) mm; khoảng cách bấc thấm hiệu 1,0 m; Tải trọng gia tải gồm hai giai đoạn, giai đoạn gồm lớp cát gia tải trƣớc 0,5 m có trọng lƣợng thể tích 16 kN/m3 áp lực gia tải chân khơng trung bình 55 kPa vòng 10 ngày; giai đoạn sau 10 ngày trở đi, lớp cát gia tải trƣớc tăng thêm 1,0 m áp lực gia tải chân khơng trung bình 89 kPa, chiều dày đất yếu xử lý (10-30) m 2.3 Kết tính tốn Độ cố kết tính tốn loại đất yếu ứng với chiều dày đất yếu xử lý thể bảng 2.1 [2] Bảng 2.1 Độ cố kết tính tốn loại đất yếu Loại đất yếu 46 Chỉ số dẻo PI (%) Duyên Hải Trà Vinh 18,40 Đình Vũ Hải Phòng 24,64 Nhiệt điện Thái Bình 27,63 Chiều dày đất yếu xử lý (m) 10 15 20 25 30 10 15 20 25 30 10 15 20 25 30 Thời gian để đạt % độ cố kết (ngày) 80% 85% 90% 95% 13,78 19,11 26,76 37,07 18,40 25,86 35,52 47,29 20,13 30,12 44,25 60,89 23,33 36,20 52,78 77,72 25,55 39,01 59,62 90,70 18,61 25,99 35,46 46,82 23,69 32,71 44,38 58,46 27,25 40,65 58,29 81,45 28,14 43,75 65,59 93,73 31,82 50,10 75,28 109,17 22,30 30,75 41,42 53,64 29,38 38,93 51,02 65,17 32,56 47,61 66,49 90,46 36,98 54,50 76,10 102,66 40,33 62,47 91,07 126,70 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 Nhơn Trạch Đồng Nai Thời gian để đạt % độ cố kết (ngày) 80% 85% 90% 95% 28,33 39,00 51,01 62,69 36,06 47,35 60,77 77,99 40,16 55,43 78,11 106,27 46,18 65,25 90,39 128,32 48,72 72,10 103,85 151,06 Chiều dày đất yếu xử lý (m) 10 15 20 25 30 33,80 Quan hệ độ cố kết thời gian cố kết ứng với chiều dày đất yếu xử lý loại đất yếu thể hình 2.1, 2.2; 2.3, 2.4 2.5 [2] 140 120 100 §é cè kÕt (%) Chỉ số dẻo PI (%) Loại đất yếu 80 60 §Êt yếu Đình Vũ - Hải Phòng Đất yếu nhiệt điện Thái Bình Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai 40 20 160 §é cè kÕt (%) 140 120 -20 100 -40 80 10 20 30 40 50 60 70 80 Thêi gian (ngày) 90 100 110 120 130 140 60 Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng Đất yếu nhiệt điện Thái Bình Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai 40 20 Hỡnh 2.4 Quan hệ độ cố kết thời gian chiều dày đất yếu xử lý 25 m -20 -40 -60 10 15 20 25 30 35 40 Thêi gian (ngµy) 45 50 55 60 65 70 140 120 100 §é cè kÕt (%) Hình 2.1 Quan hệ độ cố kết thời gian chiều dày đất yếu xử lý 10 m 80 60 Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng Đất yếu nhiệt điện Thái Bình Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai 40 20 160 140 -20 120 -40 §é cè kÕt (%) 100 80 60 Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng Đất yếu nhiệt điện Thái Bình Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai 40 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thêi gian (ngµy) 100 110 120 130 140 150 160 Hình 2.5 Quan hệ độ cố kết thời gian chiều dày đất yếu xử lý 30 m -20 -40 -60 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Thêi gian (ngµy) 60 65 70 75 80 85 90 Hình 2.2 Quan hệ độ cố kết thời gian chiều dày đất yếu xử lý 15 m 140 120 §é cè kÕt (%) 100 80 60 §Êt yếu Đình Vũ - Hải Phòng Đất yếu nhiệt điện Thái Bình Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai 40 20 -20 -40 -60 10 20 30 40 50 60 70 Thêi gian (ngµy) 80 90 100 110 120 Hình 2.3 Quan hệ độ cố kết thời gian chiều dày đất yếu xử lý 20 m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THƠNG SỐ CỦA BÀI TỐN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG Để thuận lợi việc đƣa đƣợc dự đốn q trình biến đổi thơng số trình cố kết xử lý phƣơng pháp cố kết chân không, thông qua kết tính tốn cho loại đất yếu nêu trên, tác giả tiến hành xây dựng mối quan hệ thời gian cố kết (t), với số dẻo (PI), độ cố kết (U) chiều dày đất yếu xử lý (H) cho trƣờng hợp [2]: Trƣờng hợp 1: Xây dựng mối quan hệ chiều dày đất yếu xử lý đƣợc xác định: H = (10-30) m 47 Có thể coi thời gian cố kết (t) hàm số dẻo (PI), độ cố kết (U%) với chiều dày đất yếu xử lý (H) số Trƣờng hợp 2: Xây dựng mối quan hệ độ cố kết xác định Có thể coi thời gian cố kết (t) hàm số dẻo (PI), chiều dày đất yếu xử lý (H) với độ cố kết (U%) số Kết xây dựng mối quan hệ thông số trình cố kết ứng chiều dày đất yếu xử lý H = (10-30) m đƣợc thể hình 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 2.10 [2] Hình 2.6 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý 10 m Hình 2.8 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý 20 m Hình 2.9 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý 25 m Hình 2.10 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý 30 Hình 2.7 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý 15 m 48 Kết xây dựng mối quan hệ thơng số q trình cố kết ứng độ cố kết U = 80%, 85%, 90%, 95% đƣợc thể hình 2.11, 2.12, 2.13, 2.14 [2] ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 Hình 2.11 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo chiều dày đất yếu độ cố kết 80% Hình 2.12 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo chiều dày đất yếu độ cố kết 85% Hình 2.13 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo chiều dày đất yếu độ cố kết 90% ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 Hình 2.14 Quan hệ thời gian cố kết với số dẻo chiều dày đất yếu độ cố kết 95% Kết từ hình 2.6 đến 2.14 cho mối quan hệ thời gian cố kết với số dẻo, chiều dày đất yếu độ cố kết loại đất yếu xử lý phƣơng pháp cố kết chân không Mối quan hệ đƣợc biểu diễn thơng qua phƣơng trình t 80 đến t95 t10 đến t30 ứng với chiều dày đất yếu xử lý từ 10 m đến 30 m độ cố kết từ 80% đến 95% Ghi chú: - t80, t85, t90, t95 thời gian (t) để đạt đƣợc độ cố kết tƣơng ứng 80%, 85%, 90%, 95% - t10, t15, t20, t25, t30 thời gian cố kết (t) chiều dày đất yếu xử lý 10 m, 15 m, 20 m, 25 m, 30m KẾT LUẬN Từ kết tính tốn, xây dựng mối quan hệ thơng số q trình cố kết cho loại đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh, Đình Vũ - Hải Phòng, Nhiệt điện Thái Bình, Nhơn Trạch - Đồng Nai từ mơ hình số phù hợp đƣợc kiểm nghiệm, tác giả đƣa đƣợc kết luận sau: - Xây dựng đƣợc phƣơng trình t 80, t85, t90, t95 t10, t15, t20, t25, t30 mối quan hệ thời gian cố kết với số dẻo, độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý loại đất yếu độ cố kết chiều dày đất yếu xử lý đƣợc xác định - Dựa vào phƣơng trình t 80 , t 85 , t 90, t 95 t 10, t15, t20, t25, t30, đƣa đƣợc dự đoán 49 thời gian cố kết, độ cố kết cho loại đất sét yếu có số dẻo từ 18,4% đến 33,8% xử lý phƣơng pháp cố kết chân không, với chiều dày đất yếu xử lý khác từ 10 m đến 30 m, ứng với loại bấc thấm, khoảng cách bấc thấm cấp tải trọng gia tải xác định trƣớc KIẾN NGHỊ Kết báo tác giả xây dựng mối quan hệ thông số nêu ứng chiều dày đất yếu xử lý H = (10-30) m với độ cố kết U = (80-95)% với khoảng cách bấc thấm hiệu 1,0 m loại bấc thấm thơng dụng có kích thƣớc (4x100) mm cấp tải trọng xác định đƣợc ứng dụng rộng rãi xử lý cho trƣờng nghiên cứu, cần xây dựng mối quan hệ cho cấp gia tải khác để đƣa đƣợc dự đốn q trình cố kết cho trƣờng hợp gia tải khác Cần tổng quát mối quan hệ thành phƣơng trình chung để thuận lợi cho trình đƣa dự đốn ban đầu q trình cố kết xử lý phƣơng pháp cố kết chân không TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Quang Đông, Bùi Văn Trƣờng, Trịnh Minh Thụ (2013), "Nghiên cứu trình biến đổi ALNLR biến dạng đất yếu cố kết chân khơng MHVL", Tạp chí Địa kỹ thuật, (2), 12-21 Phạm Quang Đông (2015), Nghiên cứu phương pháp cố kết chân không xử lý đất yếu để xây dựng cơng trình, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, ĐHTL, Hà Nội Bùi Văn Trƣờng, Phạm Quang Đông nnk (2013), ”Nghiên cứu thực nghiệm phòng phƣơng pháp cố kết bấc thấm xử lý đất yếu”, đề tài NCKH đặc thù năm 2012, ĐHTL, Hà Nội Fecon - Shanghai Harbour (2009), Technical design for soil improvement of Dinh Vu Polyester Plant Project Fecon - Shanghai Harbour (2009), Technical design for soil improvement of Nhon Trach Combined Cycle Power Project Fecon - Shanghai Harbour (2010), Monitoring data of Dinh Vu Polyester Plant Project Fecon - Shanghai Harbour (2010), Monitoring data of Nhon Trach Combined Cycle Power Project Fecon (2012), Report on additional geotechnical investigation of Thai Binh thermal power plant Fecon - Shanghai Harbour (2013), Unloading report of zone A-3 of Duyen Hai Thermal Power Plant Project 10 Power Engineering Coonsulting Joint Stock Company (2013), Design report of soil improvement of Duyen Hai Thermal Power Plant Project 11 Power Engineering Coonsulting Joint Stock Company (2013), Geotechnical engineering investigation report of Duyen Hai Thermal Power Plant Project 12 Phạm Quang Đông (2016), “Ứng dụng mô đun Seep Sigma phần mềm Geostudio để giải toán cố kết chân không”, Kỷ yếu hội thảo quốc gia Hạ tầng giao thông với phát triển bền vững, 523-533 Người phản biện: PGS,TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG 50 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 ... 2: Xây dựng mối quan hệ độ cố kết xác định Có thể coi thời gian cố kết (t) hàm số dẻo (PI), chiều dày đất yếu xử lý (H) với độ cố kết (U%) số Kết xây dựng mối quan hệ thơng số q trình cố kết ứng... 80 90 100 110 120 Hình 2.3 Quan hệ độ cố kết thời gian chiều dày đất yếu xử lý 20 m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TỐN CỐ KẾT CHÂN KHƠNG Để thuận lợi việc... thơng số q trình cố kết xử lý phƣơng pháp cố kết chân không, thơng qua kết tính tốn cho loại đất yếu nêu trên, tác giả tiến hành xây dựng mối quan hệ thời gian cố kết (t), với số dẻo (PI), độ cố kết