Phân tích ổn định của nền đường đắp cao bằng đất cấp phối thiên nhiên gia cố tro xỉ than

TRẦN TRUNG KIÊN ĐẠIHỌC HỌC ĐÀ ĐẠI ĐÀNẴNG NẴNG TRƢỜNG ĐẠI ĐẠI HỌC TRƢỜNG HỌC BÁCH BÁCHKHOA KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Tel (84-511) 736 949, Fax (84-511) 842 771 Website: itf.dut.edu.vn, E-mail: cntt@dut.udn.vn TRẦN TRUNG KIÊN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƢ KỸ THUẬT XẬY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG NGÀNH CƠNG NGHỆ THƠNG TIN MÃ NGÀNH : 05115; C C PHÂN TÍCH ĐỀ TÀIỔN : ĐỊNH R L T XÂYNỀN DỰNG ỨNG DỤNG NHÂN SỰ CẤP ĐẠI HỌC CỦA ĐƢỜNG ĐẮPQUẢN CAO LÝ BẰNG ĐẤT PHỐI ĐÀ NẴNG TRÊN NỀN TẢNG iOS U D THIÊN NHIÊN GIA CỐ TRO XỈ THAN Mã số : 08T2-041 Ngày bảo vệ : 15-16/06/2013 LUẬN SĨ KỸ THUẬT SINHVĂN VIÊNTHẠC : DƢƠNG VĂN THẠCH LỚPXây dựng:Cơng 08T2 Kỹ thuật trình Giao thơng CBHD : Th.S VÕ ĐỨC HỒNG K33 Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TRUNG KIÊN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƢỜNG ĐẮP CAO BẰNG ĐẤT CẤP PHỐI C C THIÊN NHIÊN GIA CỐ TRO XỈ THAN R L T DU Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thông Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BẠCH QUỐC TIẾN Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Trung Kiên C C DU R L T MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng - TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu 1.2 Vấn đề ổn định khối đắp cao 1.2.1 Vai trò sức chống cắt đất tính tốn ổn định khối đắp 1.2.2 Vai trò đặc điểm vật lý đất tính tốn ổn định khối đắp 1.2.3 Phƣơng pháp xác định hệ số ổn định mái dốc 1.3 Tổng quan biện pháp gia cố đất đắp cách thêm vào tro xỉ than 11 C C R L T 1.3.1 Tổng quan tro xỉ than 11 1.3.2 Tổng quan đất laterite công tác xây dựng 15 1.4 Kết luận 17 DU Chƣơng - ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA TRO XỈ THAN ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐỒI 19 2.1 Mở đầu 19 2.2 Ảnh hƣởng tro xỉ than đến tính chất địa kỹ thuật hỗn hợp đất sau phối trộn 20 2.2.1 Thành phần cỡ hạt 20 2.2.2 Khả đầm chặt (thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn) 22 2.2.3 Tính dẻo 32 2.2.4 Sức chống cắt 38 2.3 Thiết lập mối quan hệ sức chống cắt hỗn hợp đất với yếu tố liên quan 48 2.3.1 Các tham số ảnh hƣởng 48 2.3.2 Sơ đồ tính tốn 49 2.3.3 Số liệu sử dụng 53 2.3.4 Kết 58 2.4 Kết luận 63 Chƣơng - PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 65 3.1 Dẫn nhập 65 3.2 Đặc điểm mái dốc nghiên cứu 65 3.2.1 Kích thƣớc hình học 65 3.2.2 Vật liệu sử dụng 67 3.2.3 Phân tích ổn định mái dốc 68 3.3 Kết luận 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 Kết luận 73 Kiến nghị 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 C C DU R L T DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ trình tự nghiên cứu luận văn Hình Biểu đồ tam giác thể thành phần cấp phối, nguồn rockingthehomesteadblog.com Hình Đƣờng cong thể kết thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn, Hình Phƣơng pháp tính hệ số Fs cách phân mảnh, mặt trƣợt hình trụ trịn Hình Sơ đồ thu hồi tro bay tro đáy nhà máy nhiệt điện than, nguồn: https://www.fhwa.dot.gov/ 11 Hình Một bãi chứa tro xỉ than nhà máy nhiệt điên, nguồn: báo Nhân dân C C online 12 Hình Biểu đồ tam giác thể thành phần hóa học tro xỉ loại [17] 14 R L T Hình Giới hạn đƣờng cong cấp phối hạt thuộc tro bay tro đáy, nguồn DU [18] 15 Hình 9: Quá trình hình thành vón kết sắt q trình laterite hóa đất, theo [19] 16 Hình 10 Ảnh hƣởng fa đến dung trọng khô đất 26 Hình 11 Ảnh hƣởng tham số fa đến tốc độ thay đổi kmax đất 26 Hình 12 Ảnh hƣởng fa đến giá trị Wtn 31 Hình 13 Ảnh hƣởng fa đến tốc độ thay đổi Wtn hỗn hợp 31 Hình 14 Ảnh hƣởng fa đến Wch 34 Hình 15 Ảnh hƣởng fa đến tốcđộ thay đổi Wch 35 Hình 16 Sự ảnh hƣởng fa đến giá trị Ip 37 Hình 17 Quan hệ fa dIp 38 Hình 18 Quan hệ fa sức chông cắt đất 40 Hình 19 Vận tốc thay đổi phi có mặt tro xỉ (fa) 41 Hình 20 Quan hệ fa với tốc độ thay đổi dC 42 Hình 21 Quan hệ C với fa theo thời gian 43 Hình 22 Vai trò Af ảnh hƣởng tro sức chống cắt 44 Hình 23 Xác định sức chống cắt đất từ tham số đầu vào có liên quan (mục tiêu luận văn) 49 Hình 24 Sơ đồ tính ANN 51 Hình 25 Sơ đồ mạng nơ tron 52 Hình 26 sơ đồ mạng ANN áp dụng cho tham số đầu 58 Hình 27 Góc nội ma sát dự kiến hỗn hợp phối trộn 59 Hình 28 Lực dính kết dự kiến hỗn hợp phối trộn 60 Hình 29 Dung trọng khơ lớn (dung trọng đầm nén) dự kiến 61 Hình 30 Độ ẩm tốt dự kiến 62 Hình 31 Kích thƣớc khối đắp đƣợc đánh giá 66 Hình 32 Kết xác định hệ số ổn định mái dốc phần mềm Geoslope 69 C C Hình 33 Quan hệ Fs với fa mái dốc sử dụng tro xỉ 70 R L T Hình 34 Tốc độ gia tăng hệ số Fs có mặt tro xỉ than 71 DU DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Phân loại tro bay theo thành phần hóa học 12 Bảng Thành phần hóa học tro đáy 13 Bảng Bảng tổng hợp kết thực nghiệm công bố 22 Bảng Tổng hợp kết thực nghiệm ảnh hƣởng tham số fa đến giá trị tham số k,max 27 Bảng Tổng hợp kết thực nghiệm ảnh hƣởng fa đến tốc độ thay đổi Wch 32 Bảng Tổng hợp kết thực nghiệm veefsuwj ảnh hƣởng fa đến Ip 35 Bảng Tổng hợpkết thực nghiệm góc nội ma sát với thay đổi fa 39 C C Bảng Ảnh hƣởng hàm lƣơng tro xi đến tốc độ thay đổi sức chống cắt Ac thay đổi 41 R L T Bảng Tổng hợp kết thực nghiệm ảnh hƣởng fa đến sức chống DU cắt đất theo thời gian 42 Bảng 10 Tổng hợp số liệu sử dụng nhƣ tham số đầu vào phƣơng pháp ANN 53 Bảng 11 Tổng hợp số liệu đầu đƣợc sử dụng phƣơng pháp ANN 56 Bảng 12 Ví dụ tính tốn 63 Bảng 13.Tổng hợp giá trị kích thƣớc khối đắp 66 Bảng 14 Tổng hợp số đặc điểm đất sử dụng tính tốn 67 Bảng 15 Giá trị tham số sức chống cắt đầm nén đất sau thêm xỉ than 67 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƢỜNG ĐẮP CAO BẰNG ĐẤT CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN GIA CỐ XỈ THAN Học viên: Trần Trung Kiên Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Khóa: K33 - Trƣờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Sự ổn định thân khối đắp quan trọng đƣờng đắp cao (h > 6m) để giảm thiểu diện tích mặt cơng trình khối đắp phải có góc dốc mái đủ lớn, điều đòi hỏi phải cần thiết tăng cƣờng sức chống cắt vật liệu đắp (C, ) Luận văn đề cập đến giải pháp cải thiện sức chống cắt đất mà đƣợc áp dụng rộng rãi giới, tận dụng tro xỉ than (tro đáy) nhƣ thành phần cấp phối trộn với đất để tạo hỗn hợp vật liệu đắp Sự có mặt tro xỉ than giúp gia tăng sức chống cắt hỗn hợp phối trộn nhờ vào hoạt động phản ứng pouzzoland tro xỉ đất Nhờ vào kết nghiên cứu đƣợc công bố báo khoa học có uy tín (danh mục ISI), luận văn sử dụng phƣơng pháp ANN (Artificial Neural Network) để dự đoán sức chống cắt hỗn hợp phối trộn từ tham số đầu vào đặc điểm hóa lý đất đắp tro xỉ, mặt khác, luận văn sử dụng phần mềm thƣơng mại Geoslope để tối ƣu hóa hàm lƣợng tro xỉ hỗn hợp phối trộn Kết nghiên cứu đƣợc áp dụng trƣờng hợp : đất nạo vét lòng hồ Quảng Ngãi tro bay đƣợc lấy từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại, kết cho thấy hàm lƣợng tối ƣu tro bay phối trộn (15-20)% theo trọng lƣợng Từ khóa : tro bay, tro đáy, đất sét, đất laterit, sức chống cắt, tính chất địa kỹ thuật ,ổn định mái dốc C C R L T DU ANALYSIS OF STABILITY OF HIGH EMBANKMENT WITH NATURAL SOIL REINFORCED WITH COAL ASH Abstract - The stability of the embankment itself is very important for high embankment (h> 6m) because in order to minimize the work surface area, the embankment must have a slope large, that requires a necessary to increase the shear strength of fill materials (C, ).This memoir has mentioned a solution to improve the shear strength of soil, it is applied in the world, which is the use of coal ash (bottom ash) as a component when mixed with soil to create a mixture of filler material The presence of coal ash will increase the shear strength of the blend due to the pouzzoland reaction between ash and soil From the research results published in scientific articles on the ISI list, this memoir used ANN (Artificial Neural Network) method to predict the shear strength of the mixture from input parameters that are physical and chemical characteristics of soil and ash, other side, the memoir also uses commercial Geoslope software to optimize the ash content in the blend The research results are applied to the case: the soil dredged lake in Quang Ngai and fly ash is taken from Pha Lai Thermal Power Plant, the result shows that the optimal content of fly ash when mixed is (15-20) % by weight Key words: fly ash, bottom ash, clay, laterite, shear strength, geotechnical properties, slope stability MỞ ĐẦU Trong công tác xây dựng cơng trình giao thơng, đƣờng đắp cao thƣờng đƣợc áp dụng thiết kế cơng trình qua vùng đồng trũng thấp, đoạn tuyến đƣờng cần thiết phải gia tăng cao độ mặt đƣờng (ví dụ: đƣờng dẫn đầu cầu) Các vấn đề thƣờng phải giải thiết kế, thi công khai thác đắp cao : - Góc dốc mái khối đắp : có tỷ lệ nghịch góc dốc mái với diện tích chiếm chổ đắp: góc mái dốc lớn => diện tích chiếm chổ mặt cần thiết cơng trình đắp nhỏ, nhiên, độ ổn định mái dốc bé Nhƣ vây, vấn đề cần giải lựa chọn vật liệu đắp có sức chống cắt cao, cho vừa đảm bảo ổn định mái dốc, vừa có góc dốc mái lớn nhằm đảm bảo tiết kiệm diện tích mặt cần thiết cơng trình Sự có mặt tro xỉ than đất làm thay đổi sức chống cắt theo xu hƣớng tăng lên nên giải pháp C C R L T - Sự thay đổi đặc điểm cơ-lý vật liệu đắp tương tác với nước thời gian dài: trình khai thác sử dụng, vật liệu đất đắp đƣờng bị thay đổi theo chiều hƣớng bất lợi khả chống cắt ảnh hƣởng ngậm nƣớc thời gian dài liên tục, nhƣ: thời gian mƣa kéo dài, ngập nƣớc thƣờng xuyên liên tục Sự thay đổi có khả gây nên ổn đinh đắp, nhƣ vậy, vấn đề cần giải lựa chọn vật liệu đắp có khả ổn định với ngậm nƣớc, hay nói cách khác, sức chống cắt vật liệu đắp bị ảnh hƣởng ngậm nƣớc lƣng chừng hay ngập hồn tồn mái dốc thời gian dài Sự có mặt tro xỉ than đáp ứng yêu cầu phản ứng hóa-lý với đất ln cần có mặt nƣớc, độ ẩm tác nhân thúc đẩy vận tốc phản ứng, đẩy nhanh q trình “kết vón- hóa rắn” hỗn hợp phối trộn DU Trong tình hình nay, việc nghiên cứu áp dụng giải pháp công nghệ nhằm tận dụng nguồn tro xỉ than nhƣ nhiệm vụ cấp thiết thực tế sống do: q trình cơng nghiệp hóa đất nƣớc cần có nhiều nhà máy- xí nghiệp sử dụng than: nhà máy nhiệt điện, luyện thép … dẫn đến nguồn tro xỉ than thải loại ngày lớn Trong đó, tro xỉ than tận dụng làm vật liệu cho nhiều ngành khác nhau, nhƣ: thay đất sét ngành công nghiệp xi măng, thay phần xi măng vật liệu bê tông xi măng, sử dụng làm thành phần cấp phối công tác cải tạo đất đắp Khu vực miền Trung Việt Nam có nguồn tro xỉ nhƣ nói trên: Quảng Nam, với công suất nhà máy nhiệt điện Nông Sơn vào khoảng 30 MW, nhƣ vây, lƣợng tro xỉ than thải từ nhà máy vào khoảng 8297 Tấn/năm Tại Quảng Ngãi, nguồn C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... BÁCH KHOA TRẦN TRUNG KIÊN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƢỜNG ĐẮP CAO BẰNG ĐẤT CẤP PHỐI C C THIÊN NHIÊN GIA CỐ TRO XỈ THAN R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số: 60.58.02.05... tốn ổn định khối đắp 1.2.3 Phƣơng pháp xác định hệ số ổn định mái dốc 1.3 Tổng quan biện pháp gia cố đất đắp cách thêm vào tro xỉ than 11 C C R L T 1.3.1 Tổng quan tro xỉ than. .. lý hỗn hợp phối trộn Đặc điểm hóa lý tro xỉ than Tỷ lệ thành phần phối trộn: đất đắp, tro xỉ than, Đánh giá thay đổi hệ số ổn định đường đắp có sử dụng tro xỉ than làm thành phần phối trộn C