Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ chống cắt đất không bão hòa đến sự ổn định đập đất

Bộ Giáo dục đào tạo Bộ Nông nghiệp PTNT Trường đại học Thuỷ lợi - Nguyễn Thị Ngọc Hương Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ chống cắt đất không bÃo hòa đến ổn định đập đất Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội, 2013 Bộ Giáo dục đào tạo Bộ Nông nghiệp PTNT Trường đại học Thủ lỵi - Nguyễn Thị Ngọc Hương Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ chống cắt đất không bÃo hòa đến ổn định đập đất Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng M· sè: 62 - 58 - 60 - 01 LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: PGS.TS Trịnh Minh Thụ GS Nguyễn Công Mẫn Hà Nội, 2013 -i- lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học thực Các kết quả, số liệu nêu luận án trung thực cha đợc công bố công trình khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngọc Hơng - ii - lời cảm ơn Luận án Nghiên cứu ảnh hởng cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa đến ổn định đập đất đợc thực từ tháng 11 năm 2008 hoàn thành vào tháng 08 năm 2013 Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Trịnh Minh Thụ thầy giáo GS Nguyễn Công Mẫn đà quan tâm giúp đỡ, tận tình hớng dẫn cung cấp tài liệu tham khảo giúp tác giả có đợc kiến thức phục vụ cho việc hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình, phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, nhà khoa học từ đơn vị trờng, đà có đóng góp, giúp đỡ quý báu cho tác giả trình nghiên cứu Tác giả xin cảm ơn môn Địa kỹ thuật, phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật đà tạo điều kiện bố trí thời gian để tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành tới đồng nghiệp, bạn bè gia đình đà động viên, khuyến khích, giúp đỡ tác giả nhiều trình thực luận án - iii - Mơc lơc Lêi cam ®oan i Lời cảm ơn ii Môc lôc iii Danh môc bảng biểu ix Danh mục hình vẽ, đồ thị x Danh mục ký hiệu chữ viết tắt xvii Mở đầu .1 I Tính cấp thiết đề tài .1 II Môc ®Ých nghiªn cøu III Đối tợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu IV Néi dung nghiªn cøu .4 V Ph−¬ng pháp nghiên cứu VI ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn cđa ln ¸n .5 VII Những đóng góp luận án VIII Bè cơc cđa ln ¸n Ch−¬ng Tỉng quan nghiên cứu đập đất đất không bÃo hòa 1.1 Tổng quan đập ®Êt .8 1.1.1 Khái quát chung đập đất 1.1.2 C¸c vấn đề ổn định mái đất .10 1.2 Tỉng quan vỊ m«i trờng đất bÃo hòa, không bÃo hoà 12 1.3 Tình hình nghiên cứu đặc trng lý đất không bÃo hoà giới ë ViÖt Nam .15 - iv - 1.3.1 Tình hình nghiên cứu đặc trng lý đất không bÃo hòa giới 15 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu cờng độ chống cắt đất 17 1.3.3 Tình hình nghiên cứu đặc trng lý đất không bÃo hòa nói chung cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa nói riêng nớc ta 19 1.4 KÕt luËn ch−¬ng 21 Chơng Cơ sở lý thuyết đất không bÃo hòa 22 2.1 C¸c biến trạng thái ứng suất môi trờng đất .22 2.2 Đờng cong đặc trng đất - n−íc 24 2.3 Cờng độ chống cắt đất không bÃo hoà 31 2.3.1 Phơng trình cờng độ chống cắt đất bÃo hòa 31 2.3.2 Phơng trình cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa 32 2.4 Phơng pháp phân tích thấm môi trờng bÃo hòa, không bÃo hòa .43 2.5 Phơng pháp phân tích ổn định mái dốc 44 2.6 KÕt luËn ch−¬ng 47 Ch−¬ng Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số đặc trng cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa 49 3.1 Tính chất đất dùng thí nghiÖm 49 3.2 ThÝ nghiÖm xác định đờng cong đặc trng đất - nớc 51 3.2.1 Thiết bị thí nghiệm xác định đờng cong đặc trng đất nớc .51 3.2.2 ChuÈn bÞ mÉu 51 3.2.3 B·o hoµ mÉu đĩa gốm .52 3.2.4 Thí nghiệm xác định đờng cong đặc tr−ng ®Êt - n−íc 54 3.2.5 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm 55 -v- 3.2.6 TÝnh to¸n hƯ sè thấm từ đờng cong đặc trng đất - nớc .57 3.2.6.1 Tính toán đờng cong SWCC phơng trình Fredlund Xing (1994) 57 3.2.6.2 Xác định hệ số thấm đất từ SWCC 60 3.3 Xác định cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa thí nghiệm c¾t trùc tiÕp .63 3.3.1 ThiÕt bị thí nghiệm cắt trực tiếp 63 3.3.2 Qui tr×nh thÝ nghiƯm .63 3.3.3 Chơng trình thí nghiệm .64 3.3.4 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm 65 3.3.4.1 Kết thí nghiệm cho mẫu đầm nén Khe Cát .65 3.3.4.2 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm cho mẫu đầm nén Sông Sắt 68 3.3.4.3 Kết thí nghiệm cho mẫu đầm nén Sông Sắt 70 3.4 Xác định cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa thí nghiƯm nÐn ba trơc 72 3.4.1 Thiết bị ba trục cải tiến để thí nghiệm đất không bÃo hòa .73 3.4.2 Qui trình thÝ nghiÖm .77 3.4.3 Chơng trình thí nghiệm .82 3.4.4 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm nÐn ba trơc cè kÕt tho¸t n−íc (CD) 83 3.4.4.1 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm cho mÉu đầm nén Khe Cát .83 3.4.4.1.1 Các đặc tính cờng độ chống cắt mẫu đất thí nghiệm 83 3.4.4.1.2 Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb mở rộng .86 3.4.4.1.3 Các đờng ứng suất thÝ nghiƯm CD mÉu Khe C¸t 90 3.4.4.2 Kết thí nghiệm cho mẫu đầm nén Sông Sắt 92 - vi - 3.4.4.2.1 C¸c đặc tính cờng độ chống cắt mẫu đất thí nghiệm 92 3.4.4.2.2 Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb mở rộng .94 3.4.4.2.3 Các đờng ứng suất thí nghiệm CD mẫu Sông Sắt 98 3.4.5 Kết thí nghiệm nén ba trục với độ ẩm không đổi (CW) 100 3.4.5.1 Các đặc tính cờng độ chống cắt mẫu đất thí nghiệm 100 3.4.5.2 áp lực nớc lỗ rỗng d 102 3.4.5.3 MỈt bao phá hoại Mohr-Coulomb mở rộng 104 3.4.5.4 Các đờng ứng suất thí nghiệm CW mẫu Sông Sắt .109 3.5 Phân tích kết thí nghiÖm 110 3.5.1 So sánh kết thí nghiệm 110 3.5.2 So sánh kết thí nghiệm với kết tính từ công thức thực nghiệm đợc đề xuất Fredlund Vanapalli, 1996 113 3.6 KÕt luËn ch−¬ng 118 Chơng ứng dụng kết nghiên cøu tÝnh to¸n cho mét sè m¸i dèc ë ViƯt Nam 121 4.1 Giíi thiệu chung công trình 121 4.1.1 Công trình hồ chứa nớc Sông Sắt 121 4.1.2 Công trình hồ chứa nớc Khe Cát .122 4.1.3 Mái dốc tự nhiên Yên Bái 122 4.2 Giíi thiƯu phÇn mỊm øng dơng 123 4.3 Ph©n tÝch ổn định mái đập đất công trình Sông Sắt 124 4.3.1 TÝnh to¸n thÊm 125 4.3.2 Phân tích ổn định mái dốc 126 4.3.2.1 Phân tích ổn định theo phơng pháp giả thiết không xét đến b 126 - vii - 4.3.2.2 Phân tích ổn định theo phơng pháp giả thiết b = 1/2 .127 4.3.2.3 Phân tích ổn định theo phơng pháp lực dính toàn phần .127 4.4 Phân tích ổn định mái đập đất công trình Khe Cát 128 4.4.1 TÝnh to¸n thÊm 130 4.4.2 Phân tích ổn định m¸i dèc 130 4.4.2.1 Phân tích ổn định theo phơng pháp giả thiết không xét đến b 131 4.4.2.2 Phân tích ổn định theo phơng pháp giả thiết b = 1/2 .131 4.4.2.3 Phân tích ổn định theo phơng pháp lực dính toàn phần .131 4.5 Phân tích ổn định mái dốc tự nhiên Yên Bái 132 4.5.1 TÝnh to¸n thÊm 133 4.5.2 Phân tích ổn định mái dốc 134 4.5.2.1 Phân tích ổn định theo phơng pháp giả thiết không xét đến b 134 4.5.2.2 Phân tích ổn định theo phơng pháp giả thiết b = 1/2 ’ .134 4.5.2.3 Ph©n tÝch ỉn định theo phơng pháp lực dính toàn phần .135 4.6 Phân tích kết tính toán ổn định mái đất công trình thực tế 135 4.6.1 Phân tích kết tính toán công trình Sông Sắt 135 4.6.2 Phân tích kết tính toán công trình Khe Cát 137 4.6.3 Phân tích kết tính toán mái dốc tự nhiên Yên Bái .138 4.7 Kết luận ch−¬ng 140 Kết luận kiến nghị 141 I KÕt luËn 141 II Tån kiến nghị 143 Danh mục công trình khoa học đà công bố 144 - viii - Tài liệu tham khảo 145 Phô lôc 152 Phô lục I Hiệu chuẩn thiết bị đo lực đo áp lực nớc lỗ rỗng luận án 153 Phơ lơc II KÕt qu¶ thí nghiệm xác định đờng cong đặc trng đất - nớc cho mẫu đất thí nghiệm 157 Phô lục III Kết phân tích hệ số thấm cờng độ chống cắt mẫu đất thí nghiệm gián tiếp từ đờng cong đặc trng đất - nớc 163 Phơ lơc IV MỈt bao phá hoại Mohr-Coulomb mở rộng lập từ kết thí nghiệm theo phơng pháp thí nghiệm khác 191 Phô lôc V KÕt phân tích ổn định mái dốc phần mÒm GeoStudio 2004 197 ... tính lý đất không bÃo hòa, đặc biệt nghiên cứu ảnh hởng cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa tới ổn định công trình đất Vì vậy, cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa ảnh hởng đến ổn định mái đất vấn... bị thí nghiệm để xác định đặc tính đất không bÃo hòa mét vÊn ®Ị quan träng ë n−íc ta Do vËy đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ chống cắt đất không bÃo hòa đến ổn định đập đất có tính cấp bách,... loại đất Việt Nam Từ -6- kết rút nghiên cứu thực nghiệm, đề tài ứng dụng nghiên cứu trạng thái ổn định đập đất để đợc mức độ ảnh hởng cờng độ chống cắt đất không bÃo hòa đến hệ số ổn định mái đất