Nghiên cứu khả năng hóa lỏng nền đê hữu Hồng khu vực Hà Nội khi chịu tác dụng

LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Văn Minh Học viên lớp cao học CH23C11 Chuyên ngành xây dựng công trình thủy khóa 2015- 2017 Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu khả hóa lỏng đê hữu Hồng khu vực Hà Nội chịu tác dụng tải trọng động đất” cơng trình nghiên cứu riêng Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa người cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả Nguyễn Văn Minh LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Nguyễn Hồng Nam, người dành nhiều thời gian hướng dẫn, vạch định hướng khoa học cho luận văn cung cấp tài liệu cần thiết cho luận văn Tác giả xin cảm ơn thầy, giáo khoa Cơng trình, thầy giáo khoa Sau đại học tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức suốt thời gian tác giả học tập trình thực luận văn Tác giả chân thành cảm ơn lãnh đạo đồng nghiệp công ty Cổ phần Long Mã người bạn thành viên lớp cao học CH23C11 động viên, tạo điều kiện, giúp đỡ, bảo, khích lệ, ủng hộ nhiệt tình suốt thời gian học hồn thành luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình người thân, ln ủng hộ động viên tác giả hồn thành luận văn Tuy có cố gắng định, hạn chế kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả cịn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi vấn đề cịn tồn tác giả nghiên cứu sâu để góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Văn Minh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Các kết dự kiến đạt CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HÓA LỎNG ĐÊ SÔNG 1.1 Khái qt hóa lỏng đê sơng động đất giới 1.1.1 Định nghĩa động đất 1.1.2 Các đặc trưng động đất 1.1.3 Hiện tượng hóa lỏng đê sông giới 16 1.2 Khái quát hệ thống đê sông Hồng lịch sử động đất khu vực Hà Nội 18 1.2.1 Đặc điểm sông Hồng 18 1.2.2 Đặc điểm địa hình, địa chất đê sơng Hồng khu vực Hà Nội .19 1.2.3 Động đất Việt Nam 21 1.2.4 Lịch sử động đất khu vực Hà Nội 22 1.3 Một số vấn đề cần nghiên cứu 23 1.4 Tóm tắt chương 23 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA LỎNG .24 2.1 Cơ sở lý thuyết hóa lỏng động đất 24 2.1.1 Khái quát tượng hóa lỏng .24 2.1.2 Cơ chế hình thành hóa lỏng 25 2.2 Các tiêu chí đánh giá tính nhạy hóa lỏng đất 26 2.3 Các phương pháp đánh giá hóa lỏng .27 2.4 Quy trình đơn giản Seed Idriss (1971) 29 2.4.1 Tỉ số kháng chu kỳ CRR (Cyclic Resistance Ratio) 29 2.4.2 Tính CRR theo sức kháng xun CPT 33 2.4.3 Tỉ số ứng suất chu kỳ CSR (Cyclic Stress Ratio) 34 2.4.4 Hệ số an toàn chống hóa lỏng FS (Factor of Safety) 36 2.5 Phương pháp số tính tốn khả hóa lỏng 37 2.5.1 Giới thiệu phần mềm Geo - Slope 37 2.5.2 Cơ sở lý thuyết phần mềm Seep/w .38 2.5.3 Cơ sở lý thuyết Quake/w .39 2.5.4 Trình tự tính tốn 44 2.6 Tóm tắt chương 46 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TỐN HĨA LỎNG CHO CƠNG TRÌNH ĐÊ HÀ NỘI 47 3.1 Giới thiệu cơng trình đê hà Nội 47 3.2 Đánh giá tính nhạy hóa lỏng đê hữu Hồng đoạn Tiên Tân- Thanh Trì 47 3.2.1 Khái quát đê hữu Hồng đoạn Tiên Tân- Thanh Trì .47 3.2.2 Đánh giá tính nhạy hóa lỏng đất rời 50 3.2.3 Đánh giá tính nhạy hóa lỏng đất dính 52 3.3 Đánh giá tính nhạy hóa lỏng đê hữu Hồng đoạn K73+500-K74+100 theo quy trình đơn giản Seed Idriss (1971) 56 3.3.1 Các tài liệu tính tốn 56 3.3.2 Vị trí tính toán .58 3.3.3 Kết tính tốn hóa lỏng đánh giá tính nhạy hóa lỏng đê hữu Hồng đoạn K73+500-K74+100 theo quy trình đơn giản Seed Idriss (1971) 59 3.3.4 Đánh giá khả hóa lỏng theo quy trình đơn giản Seed Idriss (1971) 60 3.4 Kết tính tốn khả hóa lỏng đê hữu Hồng đoạn K73+500-K74+100 theo phương pháp phần tử hữu hạn Quake/w 2007 .61 3.4.1 Kết tính tốn hóa lỏng mặt cắt 1-1 KM73+750 .61 3.4.2 Kết tính khả hóa lỏng mặt cắt phần mềm Quake/w .62 3.4.3 Đánh giá khả hóa lỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Quake/w 2007 65 3.5 Giải pháp thiết kế kháng hóa lỏng tăng cường ổn định đê có động đất 65 3.5.1 Mục đích giải pháp 65 3.5.2 Cọc đất xi măng 66 3.5.3 Cọc cát 67 3.6 Tóm tắt chương 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .70 KẾT LUẬN .70 KIẾN NGHỊ 71 HẠN CHẾ .71 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .73 PHỤ LỤC TÍNH TỐN .76 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ thơng số vị trí trận động đất Hình 1.2: Sơ đồ truyền sóng động đất Hình 1.3: Biến dạng gây sóng khối (a) Sóng P (b) Sóng S (Bolt, 1993) _8 Hình 1.4: Biến dạng gây sóng mặt (a) Sóng Rayleigh (b) Sóng Love (Bolt, 1993) Hình 1.5: Sơ đồ định nghĩa magnitud địa phương theo Richter _10 Hình 1.6: Trận động đất năm 1993 Kushiro-oki (Internet) _17 Hình 1.7: Đê sông Tokachi sau động đất (Internet) _17 Hình 1.8: Đê sơng Tone sau động đất (Internet) 17 Hình 1.9: Đê sơng Hinuma sau động đất (Internet) _17 Hình 1.10: Mơ hình đê sồng Hồng Hà Nội (Đồn địa chất Hà Nội, 1999) _21 Hình 2.1: Kết cấu hạt đất xảy tượng hóa lỏng 24 Hình 2.2: Mối tương quan N60 thử nghiệm tiêu chuẩn thâm nhập kinh nghiệm, ứng suất theo chiều dọc góc ma sát cát thạch anh (Mello 1971, Coduto 1994) _31 Hình 2.3: Các hệ hiệu chỉnh yếu tố độ lớn theo hệ số MSF (Seed et al 1985) 32 Hình 2.4:Tỷ lệ kháng chu kỳ CRR 33 Hình 2.5: Hình dạng mũi 33 Hình 2.6: Biểu đồ tỷ lệ kháng chu kỳ CRR 34 Hình 2.7: Các điều kiện giả thiết cho nguồn gốc phương trình động đất CSR _35 Hình 3.1: Hai mơ hình đê có nguy hóa lỏng/hóa mềm theo chu kỳ _48 Hình 3.2: Mặt cắt dọc địa chất đoạn Tiên Tân – Thanh Trì (HEC-1, 1994) 49 Hình 3.3: Mặt cắt ngang địa chất đoạn Tiên Tân – Thanh Trì (HEC-1, 1994) 49 Hình 3.4: Phạm vi giới hạn đường cong phân tích hạt loại đất dễ hóa lỏng khơng hóa lỏng (Tsuchida 1970, USNRC 1985) _50 Hình 3.5: Kết phân tích hạt đoạn Tiên Tân -Thanh Trì 51 Hình 3.6: Đồ thị giới hạn Atterberg dùng để đánh giá khả hóa lỏng đất dính (Boulanger & Idriss - 2004) _54 Hình 3.7: Kết đánh giá khả hóa lỏng đất dính đê hữu Hồng đoạn Tiên Tân- Thanh Trì _56 Hình 3.8: Băng gia tốc vị trí K73+750 với chu kỳ 475 năm 57 Hình 3.9: Băng gia tốc vị trí K73+750 với chu kỳ 2475 năm _57 Hình 3.10: Băng gia tốc vị trí K73+900 với chu kỳ 475 năm _57 Hình 3.11: Băng gia tốc vị trí K73+900 với chu kỳ 2475 năm 57 Hình 3.12: Băng gia tốc vị trí K74+100 với chu kỳ 475 năm _58 Hình 3.13: Băng gia tốc vị trí K74+100 với chu kỳ 2475 năm 58 Hình 3.14: Mặt đoạn đê tính tốn vị trí K73+500 đến K74+100 đê Hữu Hồng _59 Hình 3.15: Biểu đồ kết tính tốn hệ số an tồn hóa lỏng theo độ sâu KM73+750 59 Hình 3.16: Biểu đồ kết tính tốn hệ số an tồn hóa lỏng theo độ sâu KM73+900 60 Hình 3.17: Biểu đồ kết tính tốn hệ số an tồn hóa lỏng theo độ sâu KM74+100 60 Hình 3.18: Kết tính tốn hóa lỏng trường hợp mực nước trạng 61 Hình 3.19: Kết tính tốn hóa lỏng trường hợp mực nước báo động _61 Hình 3.20: Kết tính tốn hóa lỏng trường hợp mực nước báo động _61 Hình 3.21: Kết tính tốn hóa lỏng trường hợp mực nước báo động _62 Hình 3.22: Kết tính tốn hóa lỏng trường hợp mực nước lũ lịch sử năm 1971 62 Hình 3.23: Chi tiết vị trí hóa lỏng 63 Hình 3.24: Kết tính ổn định mái phía sơng trường hợp mực nước báo động chu kỳ động đất T=2475 năm, K minmin =4,899 _64 Hình 3.25: Kết tính ổn định mái phía sơng trường hợp mực nước lũ lịch sử năm 1971 chu kỳ động đất T=2475 năm, K minmin =4,386 64 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Tương quan xấp xỉ M L gia tốc cực đại a max , độ dài rung động thang cấp MMI vùng lân cận phá hoại đứt gẫy _12 Bảng 1-2: Tương quan gia tốc đỉnh a max cấp động đất I thang đo _14 Bảng 1-3: Số trận động đất xảy theo năm 15 Bảng 3-1: Bảng tính tốn giá trị giới hạn chảy mặt cắt đê Hữu Hồng đoạn Tiên Tân- Thanh Trì (K40+350- K85+600) theo phương pháp Casagrande _54 Bảng 3-2: Mực nước trường hợp tính tốn 57 Bảng 3-3: Bảng tổng hợp tiêu lý (ĐHTL, 2015) 58 Bảng 3-4: Bảng tổng hợp kết tính tốn mặt Quake/w 2007 _62 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi PPPTHH Phương pháp phần tử hữu hạn Cb Giá trị sửa chữa đường kính lỗ khoan N Số nhát búa SPT đo cho 30cm cuối CN Hệ số hiệu chỉnh chiếm áp lực tải N 60 Giá trị hiệu chỉnh giá trị N Cr Giá trị chỉnh sửa chiều dài hố khoan FS Hệ số an tồn chống hóa lỏng (N ) 60 Giá trị sửa chữa cho thủ tục thử nghiệm áp lực tải σ v0 Ứng suất tổng theo phương thẳng đứng, kPa σ' v0 Ứng suất hiệu theo phương thẳng đứng, kPa E Mô đun Young CRR Tỉ số kháng chu kỳ λ, G Hằng số Lamé CSR Tỉ số ứng suất chu kỳ ν Hệ số Poisson CPT Thí nghiệm xun a max Gia tốc lớn q c1 Giá trị hiệu chỉnh sức kháng mũi côn CPT Em Hệ số búa hiệu Mw Độ lớn mô men động đất g gia tốc trọng trường LL Giới hạn chảy CSL Đường trạng thái tới hạn PI Chỉ số dẻo FSL Hóa lỏng dạng dịng IL Đường khơng ổn định ... nhạy hóa lỏng số đoạn đê hữu Hồng, khu vực thành phố Hà Nội + Dự báo khả xảy hóa lỏng đê hữu sơng Hồng có động đất mạnh xảy khu vực Hà Nội CHƯƠNG 1: KHÁI QT VỀ HĨA LỎNG ĐÊ SƠNG 1.1 Khái qt hóa lỏng. .. nước xây dựng Vì đề tài ? ?Nghiên cứu khả hóa lỏng đê hữu Hồng khu vực Hà Nội chịu tác dụng tải trọng động đất” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao Mục đích nghiên cứu + Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố... mạnh Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu tính nhạy hóa lỏng đất đê hữu Hồng + Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố động đất, loại đất, mực nước ngầm đến hóa lỏng đê + Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng khác đến hóa