Nghiên cứu ứng xử đất sau tường cọc bản áp dụng tính toán các công trình ven sông trong vùng đất yếu bằng phương pháp PTHH 01

Nghiên cứu ứng xử đất sau tường cọc bản áp dụng tính toán các công trình ven sông trong vùng đất yếu bằng phương pháp PTHH

MỞ ĐẦU

1/ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng châu thổ nằm cuối lưu vực sông Mêkông , được giới hạn bởi phía Bắc là biên giới Việt Nam– Campuchia, Tây Ninh và Thành phố Hồ Chí Minh, phía Nam và Đông là biển Đông, phía Tây là vịnh Thái Lan Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích tự nhiên 3.900.000 ha, bao gồm 12 tỉnh là Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiêng Giang, An Giang.

ĐBSCL là vựa lúa lớn nhất và là trọng điểm kinh tế về nông nghiệp của cả nước Tuy nhiên trong những năm gần đây, lũ lụt gây ra những thiệt hại nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sản xuất và cuộc sống đồng bào ở khu vực ĐBSCL vốn đã gặp nhiều khó khăn Cùng với hiện tượng sạt lở bờ sông liên tiếp xảy ra khi lũ về, khiến cho người dân ở vùng ven sông luôn luôn lo sợ mối nguy hiểm đến tính mạng và thiệt hại về tài sản và phải di dời đi nơi khác Những tổn thất về hiện tượng sạt lỡ bờ sông đã xảy ra trong những thập niên quả là nặng nề và thực sự là lực cản lớn nhất đến quá trình công nghịệp hóa hiện đại hóa vùng ĐBSCL

Để chống xói lở bờ sông và bảo vệ công trình ven sông tại ĐBSCL, tuỳ theo địa chất, địa hình , đặt điểm dòng chảy và tải trọng tác dụng mà sử dụng các công trình ven sông như: tường cọc bản, tường chắn đất trọng lực thấp, tường bán trọng lực, tường bản góc BTCT … bảo vệ các công trình ven sông như : đường, đê đập, tuyến dân cư , nhà cửa……

Tường cọc bản, là một dạng đặt biệt của tường chắn đất với mục đích chung là chịu tải trọng ngang gây ra bởi mặt đất tự nhiên, đất đắp, tải trọng bên trên Hệ thống kết cấu bao gồm tường và hệ kết cấu chống đở tường (thanh neo, thanh chống, sàn đỡ …), ngoài ra tường còn ngàm vào trong đất bên dưới Trong hầu hết các trường hợp, đất vừa gây ra lực tác động lên tường đồng thời vừa là kết cấu chống đỡ hay giữ tường, tạo ra sự dịch chuyển cơ học của hệ kết cấu trong đất.

Người thiết kế phải biết xác định nội lực và mức độ chuyển dịch của kết cấu Thông thường, chúng được xác định trong điều kiện làm việc cực hạn Bên cạnh đó, cũng cần xác định mức độ chuyển dịch tiềm tàng của đất có thể xảy ra trong quá trình thi công kết cấu theo thời gian vì sự thoát nước bên trong xuất hiện Do đó, ảnh hưởng của ứng xử đất trong quá trình thi công đến sự làm việc của cọc bản là rất lớn do đó cần phải xem xét.

Cho đến nay việc thiết kế tường chắn thường được tiến hành theo phương pháp truyền thống đơn giản (cân bằng giới hạn) hay theo phương pháp kinh nghiệm Phương pháp đơn giản thường được áp dụng cho tường trọng lực, tường cosol ngàm, tường ngàm với một thanh chống hay neo.

Thông thường thì những phương pháp đó cho ta những kết quả hạn chế về sự chuyển dịch và không có kết quả về sự tương tác giữa tường và đất Nên việc nghiên cứu ứng dụng máy tính với một số phần mềm đã mang lại một số kết quả đáng kể trong việc phân tích và thiết kế kết cấu tường chắn trong chục năm qua.

2/ TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Chúng ta đã đạt được những thành tựu đáng kể trong cơ học vật rắn biến dạng và trong phương pháp PTHH Dó đó việc nghiên cứu tính toán sự làm việc đồng thời của tường và đất là một trong những ứng dụng đó, cho ta cái nhìn khoa học về quá trình hình thành và làm việc của kết cấu (Tường –Đất) từ lúc xây tường, đến lúc hoạt động của hệ và đến lúc phá hoại.

Với việc mô phỏng gần sát với điều kiện làm việc của cọc ngoài thực tế sẽ cho ta có thể kiểm soát được trạng thái ứng xử của đất và các nguyên nhân tác động lên chúng, bằng cách đưa vào các thông số phù hợp

3/ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Thực tế các công trình tường cọc bản đã được thi công khá nhiều ở Việt Nam như : công trình cảng, công trình kè ven sông, ven biển, công trình tầng hầm nhà cao tầng…

Việc tính toán sự làm việc đồng thời của hệ tường và đất theo trình tự quá trình thi côâng theo phương pháp truyền thống là hết sức khó khăn

Cho nên với phần mềm ứng dụng tính toán tường cọc bản bằng phương pháp phần tử hữu hạn sẽ là một công cụ đắc lực giúp cho các kỹ sư thiết kế có thể tìm ra lời giải chính xác hơn, tối ưu hơn … và có thể dự đoán các yếu tố phức tạp ảnh hưởng trong quá trình thi công nhằm giảm nguy cơ gây hại đến công trình.

PHAÀN I

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN CHO CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU.

1-1 MỘT SỐ SỰ CỐ ĐIỂN HÌNH CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG

-Đất ven sông bị sạt lở là do dòng chảy

Qua tài liệu nghiên cứu cho thấy điều kiện tự nhiên hình thành nên dòng sông, nguyên nhân dòng chảy ở các sông của ĐBSCL về mùa lũ thường có vận tốc lớn hơn 0.5m/s nên có khả năng gây ra xói lở bờ là rất lớn.

Hình 1.2

Hình 1.3Hình 1.2

Hình 1.3

Công Tình cầu kênh ngang số 2- bến Bình Dông

1-2 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ SỬ DỤNG HỆ TƯỜNG CỌC BẢN

1-2-1 Giới thiệu chung :

Hình 1.5Hình 1.4

Tường cọc bản nói chung là dùng để chống lại áp lực ngang do đất, nước và các tải trọng phía trên gây ra và đạt trạng thái ổn định nhờ sức chống ngang của đất phía trước của đất phía trước tường khi tường cọc bản hạ sâu xuống đất và nhờ các hệ thống neo phía sau tường.

Vật liệu chế tạo tường cọc bản thường là thép hay bê tông dự ứng lực trước.Các tiết diện ngang của tường rất đa dạng nhằm cho tường có khả năng chịu uốn cao vơi diện tích tiết diện ngang nhỏ.Tường cọc bản được ứng dụng khá phổ biến trong các công trình cảng, bến tàu, tường chắn, đê chắn sóng, tầng hầm các nhà cao tầng …

1-2-2 Một số công trình sử dụng hệ tường cọc bản

-Công trình bến cảng cập tàu :

Xây dựng ở những bến cảng sâu, quy mô xây dựng lớn, sử dụng hệ tường cọc bản thép (Iarsen) có hệ thống neo

-Công trình bảo vệ bờ sông kè Khai Lông– Cần thơ có chiều dài tuyến kè L=1.050 m.

Hình 1.6

+ Có vải địa kỹ thuật cách lưng tường bêtông cốt thép với khối đất đắp phía sau

+ Có bản giằng bêtông cốt thép tiết diện T.

+ Có dầm giằng bêtông cốt thép và cọc neo bêtông cốt thép

+ Bên dưới tường chắn bêtông cốt thép có cọc bêtông cốt thép đóng bên dưới 2-3m- Công trình xây dựng tường kè chống sạt lở bờ sông tại đường Nguyễn Công Trứ– Thị xã Rạch Giá - Tỉnh Kiên Giang (2001).

Hình 1.8Hình 1.7

Hình 1.9

-Công trình Nhà Máy Nhiệt Điện Phú Mỹ I huyện Tân Thành Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu (1999) với hạng mục kênh dẫn nước của nhà máy chiều dài trên 1.000 m, chiều rộng 45m chiều sâu 8.7m

-Công trình Phú Mỹ II (2000)

Hình 1.10

1-3 TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG CỌC BẢN

1-3-1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 207-92

Theo tiêu chuẩn này, đối với các công trình tường cọc bản có neo, người ta chia thành hai loại tường cọc bản :

Với: J - mômen quán tính của cấu kiện tường BTCT.b - kích thước cấu kiện tính theo mép tuyến bến hoặc kè.

∆ - khoảng hở thiết kế giữa các cấu kiện BTCT trong tường mặt.

nE - hệ số lấy bằng tỉ số giữa mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông cấu kiện Đối với loại này, khi tính toán người ta xem như tường ngàm hoàn toàn hoặc là ngàm một phần( xem hình)

Hình 11

Việc tính toán tĩnh học theo nhóm trạng thái giới hạn I và II, thực hiện theo phương pháp đồ giải, ứng với tải trọng trên 1m bề rộng tường thông qua việc dựng đa giác lực và đa giác dây Bằng tính toán này sẽ xác định được độ sâu hạ cừ và các nội lực tác động trên 1m dài tường (gồm mô men uốn M, lực cắt Q và phản lực thanh neo Ra ).

1-3-1-2 Tường cừ có độ cứng lớn

Bao gồm các cọc bản BTCT có tỷ số δc/t > 0,06

Khi tính toán người ta sẽ tính toán theo sơ đồ chân tường dịch chuyển tự do

Hình 1.13 Tường cọc bản tựa tự do

Việc tính toán có thể sử dụng phương pháp giải tích (cho trường hợp đất đồng nhất), hoặc phương pháp đồ giải (cho mọi loại đất nền).

a/ Tính toán tĩnh học cho tường cừ mềm ngàm hoàn toàn

Phương pháp đồ giải: các nội dung cần thực hiện gồâm: 1) Giả thiết độ sâu chôn cừ t.

2) Dựng biểu đồ áp lực tổng của áp lực chủ động và bị động của đất có xét đến hoạt tải.

Chú ý: Tiêu chuẩn quy định khi tính toán áp lực đất theo lý thuyết cổ điển,

góc ma sát của vật liệu đất đắp δ lấy như sau:

- Áp lực chủ động: δ = 0,5ϕ ( đối với tường mặt, tường neo và bản neo ).- Áp lực bị động:

3) Dựng biểu đồ đa giác lực và đa giác dây từ các nội lực Pi nói trên.

Đường khép kín của đa giác dây được vẽ qua giao điểm của trục thanh neo với tia thứ nhất theo điều kiện đảm bảo giá trị bằng nhau của mômen uốn ở nhịp và ở ngàm

3) Tìm mômen lớn nhất trong cọc bản bằng cách tính mômen tại vị trí bất kì trên tường: M(x) = f(x)

Giải phương trình: ( ) =0

sẽ tìm được giá trị xmax ứng với vị trí đạt mômen lớn nhất.Mmax= f(xmax)

4) Tìm lực căng dây neo Ra bằng cách cân bằng lực theo phương ngang.

1-3-2 Theo tiêu chuẩn chuẩn Anh (BS 8002 và BS 6349)

1-3-2-1 Tính toán tường cọc bản một neo

Tiêu chuẩn Anh đăïc biệt quan tâm đến ảnh hưởng của kết cấu tường cọc bản có nạng chống hoặc có neo đơn đến áp lực và sức kháng đất

⇒ Phân bố áp lực cho trong hình 1.14a thể hiện trường hợp chân tường tựa

tự do trong đất ( tường cứng có neo, biến dạng tịnh tiến về phía trước).⇒Hình 1.14b thể hiện ảnh hưởng của độ mềm trong việc tạo hiệu ứng vòm

của đất.

⇒Hình 1.14c diễn tả trường hợp khi các cọc thép được đóng sâu, ngàm sẽ xảy ra ở

phần thấp hơn của cọc gây ra đổi chiều cong trong tường cọc.

Hình 1.14 Ảnh hưởng của độ mềm kết cấu tường cọc bản có neo đơn đến áp

lực và sức kháng của đất

Nói chung, điều kiện ngàm trong đất sẽ đưa đến một thiết kế kinh tế hơn cho tường mềm so với điều kiện chân tường tựa tự do, do mômen uốn trong tường và các lực neo sẽ có xu hướng thấp hơn

Tường sâu hơn được yêu cầu để đạt độ ngàm chặt ở điều kiện ngàm trong đất, nhưng ở điều kiện chân tường tựa tự do độ chôn sâu nông hơn vì chỉ cần tăng độ ổn định để tạo đủ sức chống đỡ đối với sự dịch chuyển về phía trước Đối với kết cấu vĩnh cửu thường không khuyến nghị giả thiết điều kiện ngàm trong đất cho tường trong đất dính, do đất có các thay đổi lâu dài về các đặc trưng.

Nên kể đến điều kiện vòm trong quan hệ đối với trình tự thi công của tường tường đã được nạo vét đi, chuyển dịch của tường do áp lực của chiều cao đất bị chắn nhỏ có thể đủ để phát triển các điều kiện áp lực chủ động Khi nạo vét xong, tường sẽ biến dạng và phân bố áp lực sẽ thay đổi từ điều kiện vòm tại cao trình phía trên đến điều kiện chủ động được giả thiết

tuyến tính sau cùng Các điều kiện đầu tiên và sau cùng cho trong hình 1.15

chắn cọc cừ có neo Khi đất đắp sau đã hoàn thành trước khi đất phía trước

Hình 1.15 – Phân bố áp lực chủ động trên kết cấu tường có neo đơn

khi đất được đắp trước khi nạo véta) Phân bố áp lực ban đầu trước khi nạo vét

b) Phân bố áp lực sau cùng sau khi hoàn thành nạo vét

Tuy nhiên, nếu đất được nạo vét xong trước khi đắp, sau tường phân bố áp lực chủ động tuyến tính sẽ phát triển trên cả độ sâu trong phạm vi đất hiện có sau khi hoàn thành nạo vét Khi đổ đất đắp phía sau và phần bên trên mực nước được đầm chặt, biến dạng bổ sung của tường và kết cấu neo có thể không đủ để phát triển áp lực chủ động từ đất đắp phía trên Trong trường hợp đó nên quy định cho áp lực ngang phần trên của đất đắp tại trạng thái trung gian giữa điều kiện chủ động và điều kiện nghỉ, tùy theo

chuyển dịch về phía trước dự kiến của tường khi đổ đất đắp (hình 16).

Hình 1.16 – Phân bố áp lực chủ động trên kết cấu tường có neo đơn

trường hợp đất được đắp sau khi nạo vét

Nhằm mục đích tính toán áp lực đất tổng cộng trên chiều dài tường đơn vị, PA nên giả thiết sự phân bố tuyến tính của áp lực đất chủ động theo ứng

suất có hiệu như hình 1.14a

Tuy nhiên, nhằm mục đích xác định ổn định của tường chống lật, để tính toán lực neo và các mô men uốn trong cừ, nên kể đến ảnh hưởng của độ mềm kết cấu Với tường mềm, lực neo cao hơn, mômen uốn giữa kết cấu neo và đáy biển là thấp hơn so với tính toán khi giả thiết phân bố ứng suất tuyến tính Độ mềm tường giảm khi tường được xây trong một dầm mũ bê tông cứng Ảnh hưởng của độ mềm, mà sẽ làm tăng các lực neo và tăng cao độ của hợp lực sức kháng bị động, nên được xét đến như cho trong các

hình 1.14b và 1.14c Các phương pháp tính toán lực neo, mômen uốn, lực

cắt và chuyển vị trong kết cấu, có kể đến độ mềm trong BS 8002 cho cả hai phương pháp chân tường dịch chuyển tự do và ngàm trong đất.

+ Phương pháp giảm mômen của Rowe chỉ dùng cho tường cọc ván thép mềm Phương pháp này bao gồm việc phân tích tường khi giả thiết chân tường dịch chuyển tự do, áp dụng các hệ số giảm mômen uốn để kể đến độ mềm của tường liên quan đến độ chôn sâu trong đất Phương pháp này cho thiết kế kinh tế hơn phương pháp dầm tương đương điều chỉnh của Blum và thích hợp sử dụng cho hầu hết các loại đất trừ đất sét quá cố kết và tường có đắp sau, khi áp lực đất đã có hệ số không nên sử dụng vì xảy ra ứng suất theo phương ngang cao Tuy nhiên, nên kiểm tra cẩn thận để độ võng nhận được theo phương pháp này nằm trong giới hạn cho phép.

+ Phương pháp tải trọng giới hạn thực nghiệm của Brinch Hansen

Đây là phương pháp tải trọng giới hạn thực nghiệm, nó giả thiết sự hình thành các khớp dẻo khi phá hoại.

1-4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA HỆ TƯỜNG CỌC BẢN

Hiện nay, có nhiều phương pháp để kiểm tra ổn định của hệ tường cọc bản Trong đó phương pháp thường dùng nhất là kiểm tra sự ổn định dựa trên

điều kiện cân bằng dẻo giới hạn Điều kiện cân bằng dẻo giới hạn tồn tại

từ thời điểm mà dịch chuyển cắt bắt đầu và biến dạng trượt cứ tiếp diễn mà ứng suất không đổi Khối đất mất ổn định và trượt theo mặt trượt nhất định như là vật thể tự do ở điều kiện cân bằng Cần đánh giá các lực hay moment tác dụng lên vật thể tự do này và tiến hành so sánh các lực cắt tác dụng dọc theo mặt trượt với sức chống cắt có khả năng tạo ra Tuỳ theo giả

thiết hình dáng mặt trượt (phẳng, hỗn hợp hay cung tròn.v.v ) và các lực tác dụng mà các tác giả phát triển thành các phương pháp khác nhau.

Đối với bài toán kiểm tra ổn định tổng thể của tường cọc bản, phần mái dốc của đất được tường cọc bản bảo vệ và do cọc đóng sâu vào trong đất nền nên khả năng ổn định tổng thể của cả hệ thường đảm bảo Do tường cọc bản được thiết kế đảm bảo khả năng chịu lực uốn và cắt do tác dụng của áp lực đất tác dụng lên tường nên khả năng mặt trượt cắt qua thân cọc xem như ít khi xảy ra Vì vậy, thường xem xét khả năng xảy ra trượt sâu và mặt trượt xem như đi qua chân cọc bản.

Ở luận văn này chỉ trình bày phương pháp kiểm tra ổn định trượt trụ tròn Phương pháp này được sử dụng rất phổ biến vì hình dáng mặt trượt khá phù hợp với thực tế, và cho kết quả thỏa mãn độ chính xác cần thiết, hơn nữa việc tính toán lại khá đơn giản

1-4-1 Phương pháp phân mảnh

Giả sử mặt trượt trụ tròn xảy ra với tâm trượt O, bán kính r ( hình 1.16 )

Chia cung trượt AB thành n mảnh có bề rộng mỗi mảnh là bi ( thường chọn bề rộng các mảnh thường là bằng nhau để thuận lợi cho tính toán).

a) phân mảnh khối trượt b) các lực tác dụng lên một phân tố

Xét phân tố thứ i, các lực tác dụng như sau :

− Trọng lượng của phân tố Wi : Wi = γ*bi*hi

− Phản lực pháp tuyến hiệu quả tác dụng lên đáy phân tố :Ni

Hình 1.17 Phương pháp phân mảnh

− Lực cắt tạo ra dọc theo đáy phân tố : Ti

− Lực pháp tuyến giữa các phân tố : Ei và Ei+1.

− Lực tiếp tuyến giữa các phân tố : Xi và Xi+1.

− Lực chống cắt dọc theo đáy phân tố : Si

− Ngoài ra nếu có các tải trọng phụ bất kỳ ở trên mặt đất cũng phải đưa vào tính toán.

Tại điểm cân bằng giới hạn, tổng mômen gây trượt Mgt sẽ cân bằng với tổng mômen của lực chống trượt Mct dọc theo AB.

− Mômen gây trượt là : Mgt = Σ Mi

gt = ΣTi*r (1.2)

− Mômen chống trượt là : Mct = Σ Mi

ct = ΣSi*r (1.3)Hệ số ổn định trượt F được xác định như sau :

= in

và đánh giá sự ổn định như sau :

− Nếu F <1 : hệ mất ổn định

− Nếu F =1 : hệ ở trạng thái cân bằng giới hạn.

− Nếu F > 1 : hệ ở trạng thái ổn định.

Tùy theo giả thiết khác nhau về các thành phần lực bên hông mảnh, các tác giả đề nghị phương pháp tính toán khác nhau :

− Phương pháp Fellenius (kỹ sư người Thụy Điển) : giả thiết bỏ qua lực phân mảnh.

− Phương pháp Bishop : giả thiết lực phân mảnh chỉ có phương ngang.

− Phương pháp Spencer : giả thiết phương lực phân mảnh không đổi.

− Phương pháp Janbu : giả thiết điểm đặt lực phân mảnh có thể thay đổi…Luận văn này sẽ đề cập đến các phương pháp tính toán của hai tác giả Fellenius và Bishop là các phương pháp được sử dụng tương đối phổ biến và khá đơn giản

a/Phương pháp Fellenius

Theo Fellenius, các lực giữa các mảnh bằng nhau và ngược chiều do đó triệt tiêu lẫn nhau, tức là : Ei = Ei+1 và Xi = Xi+1

Khi đó :Trong đó :

∆li : Chiều dài cung đáy mảnh.

u : Áp lực nước lổ rổng ở đáy phân mảnh Hệ số ổn định F được xác định như sau :

Phương pháp này đơn giản nhưng trong trường hợp áp lực đẩy nổi lớn, cung trượt nằm sâu hoặc có bán kính nhỏ sẽ có sai số lớn Theo R.Whitlow trong trường hợp đó giá trị F thường có giá trị thấp hơn đến 50%.

a Phương pháp Bishop

Bishop giả thiết rằng các lực tác động tiếp tuyến với mặt hông của mảnh

bằng nhau Xi = Xi+1 và lực pháp tuyến khác nhau Ei ≠ Ei+1

Khi đó :

Lấy tổng hợp lực theo phương thẳng đứng :

(Ui +Ni)cosαi −Wi+Tisinαi =0

Thay giá trị Ti từ biểu thức trên vào và chia cho cosαi :

Ta có :

Thế giá trị Ui vào biểu thức tính Ni được :

( tgtgF)

Thế giá trị Ni =Wicosαi−Ui vào và rút gọn được hệ số ổn định F :

ϕα

= 

Do hai vế công thức (1.6) đều có giá trị F nên để xác định được giá trị F dùng phương pháp “thử và sai” để tính đúng dần giá trị F.

Việc tính toán hệ số ổn định F trên ứng với từng tâm trượt và cung trượt nhất định Trong thực tế có vô số tâm trượt và cung trượt cần phải tính toán Sau khi tính toán, so sánh sẽø tìm ra cung trượt và tâm trượt nguy hiểm nhất ứng với giá trị hệ số ổn định Fmin

Cách tính toán trên sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức Trước đây để hạn chế khối lượng tính toán và nhanh chóng xác định được tâm trượt và bán kính cung trượt người ta thường làm theo kinh nghiệm Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính người ta đã xây dựng rất nhiều phần mềm khác nhau để tính toán kiểm tra khối lượng rất lớn tâm trượt với bán kính cung trượt khác nhau và nhanh chóng tìm ra tâm trượt và cung trượt nguy hiểm nhất.

1-5 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) TRONG ĐỊA CƠ

1-5-1 Giới thiệu khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn trong địa cơ học

Phương pháp PTHH là sản phẩm đồng thời là công cụ chủ lực mạnh của tiến bộ khoa học kĩ thuật hiện nay Khả năng to lớn của phương pháp PTHH thể hiện đặc biệt trong cơ học đất và đá - là các vật liệu đa dạng về tính chất cơ học và điều kiện gia tải Những ưu điểm bảo đảm tính phổ cập của phương pháp PTHH là:

+ Dễ dàng nhận được lời giải cụ thể theo chương trình sẵn có.

+ Có thể hiện cô đặc mạng lưới các phần tử tại những nơi tùy ý có gradient thông số nghiên cứu cao.

+ Có thể giải các bài toán có điều kiện biên bất kì với độ chính xác cao.v.v

Quan niệm cơ bản của phương pháp PTHH là trị số liên tục cần tìm - dù là cột áp của dòng thấm hay chuyển vị của các điểm trong vật thể biến dạng - được tính gần đúng bởi một bộ phận đoạn các hàm đơn giản nhất, cho trên các miền con (các phần tử) hữu hạn bị chặn Nhờ thủ tục này mà

phép lấy tích phân các phương trình vi phân được quy về giải hệ thống các phương trình tuyến tính Các giá trị định lượng của đại lượng chưa biết sẽ tìm thấy trong số lượng hạn chế các điểm ( các nút) bị chặn của miền; còn trong phạm vi các phần tử các giá trị của hàm chưa biết và giá trị các đạo hàm của nó được xác định bằng các hàm xấp xỉ và các đạo hàm của chúng.

Do những đặc điểm nêu trên, phương pháp PTHH đã được áp dụng vào lĩnh vực địa cơ học Nó đã tỏ rõ ưu thế không chỉ vì đã giải quyết thành công rất nhiều bài toán thực tế của địa cơ học mà còn bởi tính đơn giản và thích dụng đối với việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng của khối đất - thường là môi trường hai hoặc ba hướng Mặt khác, trong địa cơ học các bài toán thường có điều kiện biên phức tạp và do môi trường không đồng nhất nên hầu như không thể có được lời giải giải tích chính xác Ngày nay, với tình hình phát triển mạnh mẽ của các phần mềm máy tính về phần tử hữu hạn trong các lĩnh vực nối chung và trong lĩnh vực địa cơ học nói riêng ( như phần mềm Plaxis; Geo-slope; Sage crisp ) và phần cứng của máy tính có tốc độ cao, người ta dễ dàng thu được các giải pháp khác nhau.

1-5-2 Một số phần mềm tính toán địa cơ

SAGE CRISP là một gói chương trình được viết để phân tích các bài toán địa kỹ thuật bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng lý thuyết

của cơ học đất ở trạng thái tới hạn và vận hành trong môi trường

WINDOWS Gói phần mềm này bao gồm chương trình tiền xử lý (Pre - processor), hậu xử lý (Post - processor) với giao diện người sử dụng dạng đồ họa (GUIs), chương trình phân tích tính toán PTHH và tiện ích bảng tính dành cho các dữ liệu cần đưa ra máy in.

SAGE CRISP tổng hợp những khả năng phân tích tính toán đầy ấn tượng với giao diện đồ hoạ thuận tiện cho người sử dụng Chương trình tiền xử lý đưa ra một môi trường tương tác trực giác, trong đó việc xử lý sẽ được tiến hành một cách nhanh chóng, dễ dàng Chương trình hậu xử lý cũng vận hành trong môi trường tương tự, tổng hợp các dữ liệu có được và đưa ra bằng công cụ trực quan.

SAGE CRISP đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới ở cả 2 lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất để giải quyết các bài toán địa kỹ thuật bao gồm các kết cấu tường chắn, đê đập, tunnel và nền móng,… Nó cũng được sử dụng trong

việc tính toán móng độc lập, móng cọc, ổn định mái dốc, ổn định thành hố khoan và các nghiên cứu về quá trình thi công.

− Các dạng bài toán :

 Bài toán biến dạng phẳng Bài toán đối xứng trục.

 Bài toán ba chiều (chưa có giao diện đồ họa).

− Các mô hình đất :

Đàn hồi tuyến tính :

 Đồng nhất, không đẳng hướng;

 Không đồng nhất, không đẳng hướng.

Đàn hồi – dẻo thuần túy :

 Morh Coulomb ; Cam Clay;

 Modified Cam Clay ; Mô hình Schofield

− Các dạng phần tử :

 Phần tử kết cấu (bài toán biến dạng phẳng) : thanh, dầm;

 Phần tử 2D (bài toán biến dạng phẳng và đối xứng trục): tam giác, tứ giác;

 Phần tử tiếp xúc (tương tác kết cấu và đất).

− Cấu trúc chương trình : (hình 1.18)

SAGE CRISP

PRE – PROCCESOR(TIỀN XỬ LÝ)

- Tạo lưới PTHH;- Tự sinh lưới phần tử;

- Điều kiện biên về chuyển vị;

- Điều kiện biên về áp lực nước lỗ rỗng;- Các dạng tải trọng;

- Phân tích các thông số đầu vào (vật liệu, tải trọng, điều kiện thoát nước, quá trình thi công, gia số thời gian,…)

- Mô đun đồ họa;- Vẽ các chuyển vị;- Vẽ các đường đồng mức;- Vẽ các mômen uốn;

- Vẽ các trạng thái (ứng suất, biến dạng);- In ấn;

- Tự sinh báo cáo.

POST-PROCCESOR(HẬU XỬ LÝ)

− Giới hạn của chương trình :

CRISP là chương trình PTHH có khả năng thực hiện các bài toán thoát nước, không thoát nước và phân tích theo thời gian các bài toán tĩnh (không phải là các bài toán động) dưới điều kiện chất và dỡ tải đều đặn Nó không phù hợp với các ứng suất có tính chu kỳ và không có khả năng phân tích trong điều kiện bão hòa cục bộ CRISP sử dụng phạm vi chuyển dịch và biến dạng nhỏ nên không phù hợp cho việc phân tích các bài toán biến dạng lớn mặc dù điều này vẫn thực hiện được bằng cách kết hợp các nâng cấp bổ sung.

Việc phân tích bài toán đối xứng trục cũng chỉ giới hạn ở tải trọng đối xứng nên các tải trọng gây xoắn không thể mô hình hóa để sử dụng trong bài toán này.

CRISP sử dụng số gia áp mà không điều chỉnh ứng suất khi mô hình ở trạng thái tới hạn được sử dụng Điều này có nghĩa là số lượng các số gia không đủ để phản ánh quá trình tích tụ các gia số trong lời giải thực.

PLAXIS (Hà Lan – Pháp) gồm những chương trình sau :

- Chương trình nhập dữ liệu (Plaxis input program) :

Chương trình nhập dữ liệu chứa đựng tất cả các phương tiện thuận lợi để tạo hoặc chỉnh sửa một mô hình hình học, để phát sinh lưới phần tử phù hợp điều kiện ban đầu.

- Chương trình tính toán (Plaxis calculations program) :

Chương trình tính toán được thực thi sau khi xây dựng xong mô hình phần tử hữu hạn Khi đó cần định nghĩa loại tính toán nào được dùng và loại tải trọng nào tác động trong suốt quá trình tính toán PLAXIS cho phép tính toán nhiều loại phần tử hữu hạn Một dự án xây dựng trong thực tế, chia làm nhiều pha, do vậy, quá trình tính toán cũng chia làm nhiều pha tính Ví dụ về những pha tính toán như chất tải, mô phỏng một giai đoạn thi công, đưa vào một giai đoạn cố kết nào đó, tính toán hệ số an toàn,… Mỗi pha tính toán chia làm nhiều bước tính toán Điều này là cần thiết, bởi vì ứng xử phi tuyến của đất đòi hỏi tải trọng được đặt lên từng phần nhỏ (bước tải) đủ để tiến đến lời giải cuối cùng

- Chương trình xuất kết quả (Plaxis output program) :

Chương trình xuất kết quả về chuyển vị nút, ứng suất tại các điểm ứng suất của mỗi phần tử đất và kết cấu Chương trình có sự tiện lợi khi xem và liệt kê kết quả của việc tính toán phần tử hữu hạn PLAXIS có thể trình bày tất cả các kết quả phân tích của một phần tử hữu hạn bất kỳ.

PLAXIS INPUT(NHẬP DỮ LIỆU)

PLAXIS CALCULATIONS

(TÍNH TOÁN)

PLAXIS OUTPUT(XUẤT KẾT QUẢ)

Hình 1.19 - Cấu trúc chương trình của Plaxis

PLAXIS CURVES(VẼ BIỂU ĐỒ)

- Chương trình vẽ biểu đồ (Plaxis curves program) :

Chương trình vẽ biểu đồ có thể dùng để vẽ đường tải hay chuyển vị theo thời gian, vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng, vẽ đường ứng suất, đường biến dạng của những điểm được chọn trước Biểu đồ chỉ ra sự phát triển của những thông số nào đó trong suốt quá trình tính toán nhiều pha khác nhau, cho một cái nhìn thấu đáo hơn về ứng xử tổng thể và cục bộ của đất

1-6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1-6-1 Nhận xét về khả năng áp dụng phương pháp cổ điển và phương pháp PTHH để giải quyết bài toán hệ tường cọc bản

- Các phương pháp cổ điển hiện vẫn đang được sử dụng để tính toán hệ tường cọc bản là do tính chất đơn giản của phương pháp, hơn nữa các phương pháp này cũng thường được trình bày trong các tiêu chuẩn của các nước.

- Phương pháp cổ điển sử dụng số lượng thông số đầu vào ít hơn phương pháp PTHH do đóviệc tính toán khá đơn giản và cho kết quả thường dễ kiểm soát hơn phương pháp PTHH, do đó góp phần hạn chế sai lầm trong tính toán Đồng thời, việc thí nghiệm để tìm các thông số tính toán (ví dụ chỉ tiêu cơ lý của đất nền ) cũng yêu cầu đơn giản và ít tốn kém hơn.- Phương pháp cổ điển mặc dù bỏ qua nhiều vấn đề trong tính toán, không giải quyết được bài toán tường và đất đồng thời làm việc, nhưng nhìn chung các giải pháp đơn giản hoá thường thiên về an toàn và đã được kiểm

nghiệm nhiều trong thực tế Do vậy, các bài toán tường cọc bản mà phương pháp cổ điển đã giải quyết được nói chung là đáng tin cậy vì thiên về an toàn thậm chí có một số trường hợp gây lãng phí.

- Phương pháp PTHH sẽ cho kết quả có độ chính xác cao nếu như các thông số đầu vào đảm bảo chính xác Phương pháp này cũng đòi hỏi số

Hình 1.20

thông số đầu vào nhiều hơn, đòi hỏi nhiều thí nghiệm do vậy tốn kém và phức tạp hơn.

- Việc ứng dụng phương pháp PTHH thường thông qua các phần mềm chuyên dụng, do đó việc kiểm soát kết quả tính toán sẽ khó khăn hơn đặc biệt trong trường hợp khai báo không đúng các thông số đầu vào.

- Phương pháp PTHH có thể giải được các bài toán có điều kiện biên phức tạp, nhiều trường hợp không thể giải quyết bằng các phương pháp cổ điển.

1-6-2 Kiến nghị

Khi sử dụng các phần mềm địa cơ chuyên dụng, cần nghiên cứu cẩn thận các cơ sở lý thuyết được áp dụng trong chương trình Đồng thời, cần sử dụng các phương pháp quy phạm để kiểm tra lại kết quả tính toán đặc biệt đối với các dạng bài toán mới, để tránh sai lầm trong tính toán

PHẦN II

Chiều dày lớp trầm tích Holoxen trên biến đổi từ 9 đến 20 m, trung bình 15m Toàn bộ chiều dày trầm tích Holoxen tới 100m.

Tầng bồi tích cổ hay bồi tích Pleixtoxen.Tại khu vực đồng Bằng Sông Cửu Long, trầm tích này gồm 3-5 tập hạt mịn xen kẹp với 3-5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với một Pleixtoxen trên, giữa và dưới Mỗi tập hạt mịn có chiều dày từ 1-2 m đến 40-50m, các tập hạt thô được đặt trưng bề dày thay đổi từ 4 - 85m

2-1-3 Đặt điểm đất yếu ĐBSCL

(Theo tài liệu nghiên cứu của GS.TSKH.Nguyễn Văn Thơ) Tầng trầm tích

mới ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình Các lớp đất chính thường là loại sét hữu cơ và sét thông hữu cơ trạng thái độ sệt khác nhau Ngoài ra còn gặp những lớp đất cát, sét bùn lẫn vỏ sò sạn laterit Ngay trong sét còn gặp các vệt cát mỏng.

Dựa theo hình trụ các hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m của các công trình thuỷ lợi thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Cửu Long, Hậu Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, Thành phố Hồ Chí Minh … có thể phân chia các lớp đất như sau:

1 Lớp đất trên mặt: Dày khoảng 0.5-1.5 m, gồm những loại sét hạt bụi

đến hạt cát, có màu xám nhạt đến vàng xám Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm có nơi dưới mực nứơc ngầm (vùng sình lầy)

2 Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay

đổi từ 3 -4 m, (Long An ), 9 -10 m (Thạch An , Hậu Giang) đến 18-20 m (vùng Long Phú Hậu Giang ) Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển.Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặt màu vàng nhạt Hàm lượng sét chiếm khoảng 40-70% Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2-8 %, các chất hữu cơ phân giải gần hết Ở lớp gần mặt thường có những khối hữu cơ ở dạng than bùn.

3 Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit là vỏ sò hoặc lớp cát:

Lớp này dày khoảng 3-5m, thường nằm chuyển tiếp giữa sét lớp hữu cơ với lớp sét không hữu cơ Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang ) lớp cát lại năm giữa lớp đất sét Lớp này không liên tục trên toàn vùng ĐBSCL

Một số tài liệu thu được ở Hậu Giang và Sông Sài Gòn cho biết: lớp cát có độ ẩm tự nhiên W= 32 – 35% dung trọng tự nhiên γw =1.69 -1.75 T/m3, góc ma sát trong

ϕ= 29-30

4 Lớp đất sét không lẫn hữu cơ : Lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở các

độ sâu khác nhau.Một số hố khoan Long An cho thấy: lớp đất sét tương đối chặt nằm chặt cách mặt đất 3 -4 m Ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt khảng 9 -10 m (Thạch An , Hậu Giang ), 15-16 m (Vĩnh Qui, Tân Long, Hậu Giang), 25 -26 m ( Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển, lớp đất sét càng nằm sâu cách mặt đất tự nhiên.

2-2 SỰ PHÂN BỐ ĐẤT YẾU ĐBSCL

Chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau:

 KHU VỰC I :

Khu đất sét màu xám nâu, xám vàng (bmQIV) bao gồm các loại đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu nằm gối lên trên trầm tích nén chặt QI-II và chiều dày không quá 5m.

Khu vực này thuộc đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy nội địa, cao độ từ 1 ÷ 3m Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1÷ 5m Nước này có tính ăn mòn acid và ăn mòn sulfat.

• Phân khu II b :

Khu vực này thường gặp các loại đất yếu như: bùn sét, bùn á sét, chúng phân bố không đều hoặc xen kẹp, chiều dày tầng đất yếu có thể đạt đến 80m.

• Phân khu II c :

Hình 2.1

Trong thực tế xây dựng công trình gặp các loại đất yếu như: bùn sét, bùn á sét, chúng phân bố không đều hoặc xen kẹp gối lên trên nền đất sét chặt chặt QI-III, chiều dày không quá 25m

• Phân khu III a :

Đất nền ở đây thường gặp chủ yếu là các loại á cát, cát bụi, xen kẹp ít bùn sét, bùn á sét, bùn á cát (m, am, abm QIV), chúng nằm trực tiếp trên nền trầm tích nén chặt QI-III Chiều dày tầng trầm tích yếu ở đây không quá 60m Địa hình ở khu vực này là đồng bằng tích tụ và đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với độ cao từ 1÷2m đến 5÷7m Mực nước ngầm xuất hiện cách mặt đất 0,5 ÷ 2,0 m, nước có tính ăn mòn.

• Phân khu IIIb :

Đất nền ở phân khu này cũng có những đặc trưng giống như Phân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng Holoxen không quá 100m.

• Phân khu IIIc :

Nền đất yếu ở đây có các tính chất, đặc trưng giống như IIIa, IIIb, nhưng chiều dày của tầng Holoxen không quá 25m.

Nền đất yếu ở khu vực này thường gặp các loại điển hình là đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi và á cát chúng cũng được chia thành các phân khu như sau:

• Phân khu IVa:

Các loại đất hay gặp là: đất than bùn, sét, bùn á sét (mb QIV) , chúng thuộc tầng đất yếu Holoxen có chiều dày không quá 25m, gối lên nền trầm tích chặt QI-III

Địa hình ở vùng này có dạng đồng bằng tích tụ sinh vật biển có cao độ từ 1,0 đến 1,5m.

Mực nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, nước có tính ăn mòn hóa học đối với kết cấu công trình.

• Phân khu IV b :

Đất yếu ở đây bao gồm than bùn, bùn sét, bùn á sét (abm QIV), thuộc tầng Holoxen, chiều dày của chúng không quá 50 m phủ trên tầng QII-III và N2.

Địa hình ở đây là dạng đồng bằng tích tụ trũng lầy, cửa sông bị luồn lạch chia cắt rất mãnh liệt Mực nước ngầm xuất hiện trên mặt đất, nước có hoạt tính ăn mòn cao Ở đây phổ biến các quá trình địa chất động lực như xâm thực bờ và đáy sông.

KHU VỰC V :

Đất yếu ở khu vực này thường gặp là bùn á sét và bùn á cát ngập nước.Đất yếu gồm bùn, than bùn Holoxen dày từ 5-10m đến 40 –50m, gối lên đất chặt QII-III Phân bổ các lung trũng, vịnh, cửa sông Mực nước ngầm xuất hiện trên mặt đất, nước có hoạt tính ăn mòn cao

Bảng 2.1 Đặc trưng cơ lý cửa đất bùn ở tỉnh Đồng Tháp

(Theo tài liệu của Nguyễn Văn Thơ,1978-1984 và Nguyễn Thanh, 1984)

TTTên các chỉ tiêu

GIÁ TRỊ TRUNG BÌNHBùn sét

ThànhPhần Hạt%

10Dung trọng khô γc (T/m3)1,000,71

11Trọng lượng riêng (T/m3)2,642,62

• Theo giá trị tiêu chuẩn :

Trị tiêu chuẩn của một chỉ tiêu A nào đó (trừ c và ϕ) như sau:Atc = _

A= n

Trong đó:

- Ai : Trị số riêng của chỉ tiêu.

- n : số lượng trị số riêng (số lượng mẫu).

Theo quy phạm TCXD -45-70 qui định chỉ tiêu tính toán được tính như sau:

Nghĩa là chỉ tiêu tính toán thì bằng chỉ tiêu tiêu chuẩn bớt đi một lượng bằng độ lệch quân phương của tập hợp số liệu thống kê.

Theo tiêu chuẩn TCXD-45-78 người ta quy định: mọi tính toán về nền phải được thực hiện với chỉ tiêu tính toán của đất xác định theo biểu thức:

Trong đó:

- kđ : hệ số an toàn đối với đất

- Hệ số kđ được xác định như sau:

Trong đó ρ là chỉ số độ chính xác của trị số trung bình xác định theo những đặc trưng của tập hợp thống kê Chỉ số ρ sẽ nhận dấu nào đảm bảo độ tin cậy lớn hơn của việc tính toán nền móng Biểu thức xác định ρ là:

- tα : hệ số phụ thuộc xác suất tin cậy α đã chọn và phụ thuộc số bậc tự do của tập hợp thống kê (bằng n-1 cho γ và các chỉ tiêu khác, bằng n-2 cho c và ϕ phụ lục 2-1)

- n : Số lượng mẫu (số liệu) đưa vào tập hợp thống kê

Thay các biểu thức của ν, ρ, kđ vào biểu thức II.5 có thể rút ra biểu thức xác định chỉ tiêu tính toán của đất là:

Att = tc ± ασ

Chỉ tiêu này dùng cho γ và các chỉ tiêu độc lập khác và cho các chỉ tiêu c,

ϕ nếu số mẫu n < 6).

Atttc

Đối với γ cũng như các đại lượng ngẫu nhiên độc lập khác độ lệch σA (của tập hợp thống kê của nó) tính theo biểu thức

Như vậy có thể thấy rằng: chỉ tiêu tính toán, có thể là lớn hơn, có thể là nhỏ hơn chỉ tiêu tiêu chuẩn, tùy theo xác suất tin cậy α ta muốn có mỗi trường hợp một khác mà lượng sai khác so với trị số tiêu chuẩn nhiều hay ít Cách lựa chọn xác suất tin cậy α đã được TCXD 45-78 quy định chặt chẽ:

- Khi tính nền theo cường độ (theo trạng thái giới hạn thứ nhất), chọn α = 0,95

- Khi tính nền theo cường độ (theo trạng thái giới hạn thứ nhất), chọn α = 0,85

Trong TCXD 45-78 qui định rõ ràng: Trong tính toán nền móng, mọi chỉ tiêu đều phải dùng chỉ tiêu tính toán Nhưng chỉ có đối với trọng lượng thể tích γ, các thông số cường độ c, ϕ thì hệ số kđ = 1, nghĩa là lấy chỉ tiêu tính toán bằng chỉ tiêu tiêu chuẩn

a-Xác định trị tiêu chuẩn và tính toán của góc ma sát (ϕ ) và lực dính (c).

Các thông số cường độ c và ϕ là hai thông số của đường biểu diễn sức chống cắt giới hạn của đất, đó là hai đại lượng có liên hệ với nhau và để xác định trị số trung bình của chúng phải dùng phương pháp bình phương nhỏ nhất Cụ thể như sau trong mỗi thí nghiệm, ở từng cấp áp lực nén pi ta xác định trị số sức chống cắt của đất là ιi Ta xây dựng đường biểu diễn sức chống cắt giới hạn đại diện cho chung cả tập hợp, các thông số của nó là ctc, ϕtc, tại áp lực nén pi sức chống cắt của đất theo đường đại diện này là pi.tgϕtc + ctc Tổng các chênh lệch giữa đường sức chống cắt giới hạn đại diện mà ta xây dựng với các số liệu thí nghiệm là:

Dấu Σ lấy cho mọi cấp áp lực nén pi và cho tất cả các mẫu thí nghiệm Vì các chênh lệch nằm về hai phía, để tránh cho tổng chênh lệch khỏi bằng không, ta bình phương nó lên (khử dấu -) và xét lượng

∂Z/ tg tc 2 i (pitg tc ctc) pi 0 (2.13)

∂Z/ ctc 2 i (pitg tc ctc) 1 0 (2.14)Từ hai phương trình trên ta có:

Giải phương trình trên ta được biểu thức để xác định trị số tiêu chuẩn của c và ϕ:

1i in

1i in

1i i i

Trong đó:

1i in

22

Trên cơ sở cấu trúc địa chất của khu vực đã nêu, địa chất của khu vực Tp.HCM hình thành nên hai kiểu cấu trúc địa mạo cơ bản là: Địa mạo bào mòn - tích tụ và Địa mạo tích tụ - xâm thực Thêm vào điều kiện khí tượng mưa rào với cường độ lớn trong từng trận và chế độ thuỷ văn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ và rộng khắp của thuỷ triều đã khống chế quy luật phát sinh và phát triển các quá trình địa chất công trình động lực làm cho cảnh quan địa chất công trình khu vực Tp.HCM thể hiện rõ nét tính phân chia khu vực.

a) Vùng A: Một phần ở quận Thủ Đức

Vùng này được cấu tạo bởi các loại đá cứng, địa mạo xâm thực bào trụi, có điều kiện địa chất công trình không thuận lợi vì diện tích phân bố rất hẹp, địa hình núi thấp; phổ biến các hiện tượng phong hoá có thể làm dịch chuyển cả khối đá.

b) Vùng B: Phân bố rộng và liên tục ở Thủ Đức, Củ Chi, Hóc Môn

Vùng này địa mạo bào mòn, tích tụ với các trầm tích Pleixtoxen tạo nên bề mặt địa hình được chia ra hai tiểu vùng (Tiểu vùng 1 và Tiểu vùng 2)

+ Tiểu vùng 1: Thuộc khối nâng Thủ Đức và Củ Chi gồm cát pha, sét pha

phủ trên lớp đất laterite ở các dạng khác nhau, đều là trầm tích tuổi Pleixtoxen, địa mạo bào mòn tích tụ, địa hình từ 10m đến 30m trở lên

+ Tiểu vùng 2: Địa mạo bào mòn tích tụ, cao độ địa hình từ 3m-10m, địa

hình bằng phẳng Thành phần cát pha, sét pha phủ trên lớp đất laterite dạng kết ion hoặc loang lổ Có thể gặp hiện tượng lún ướt và cát chảy

c) Vùng C: Các quận huyện Nhà Bè, Bình Chánh, Bình Thạnh.v.v…

Vùng này địa mạo tích tụ với các trầm tích tuổi Holoxen, gồm 6 tiểu vùng :

+ Tiểu vùng 1: Địa mạo thềm sông, địa hình thấp, bằng phẳng, có nơi bị

trũng ngập, nhiều sông rạch Thành phần sét hoặc sét pha ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy Bề dày từ 10m đến trên 30m Mực nước ngầm từ 0 đến 1m, chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Có hiện tượng lầy cục bộ

+ Tiểu vùng 2: Địa mạo bãi bồi sông, nhiều diện tích trũng ngập nước,

nhiều sông rạch Mực nước ngầm ngang mặt đất, chịu ảnh hưởng của chế độ thuỷ triều Thành phần sét dẻo mềm, dẻo nhão Có hiện tượng lầy lún.

+ Tiểu vùng 3: Địa mạo đồng bằng thấp, địa hình bằng phẳng, nhiều sông

rạch Thành phần sét, sét pha hoặc cát xen kẽ Bề dày khoảng 10m đến hơn 30m Mực nước ngầm từ 1m đến 2m Có hiện tượng lầy hoá

+ Tiểu vùng 4: Địa mạo hồ, đầm lầy, địa hình thấp trũng, rất nhiều sông

rạch Thành phần sét dẻo mềm hoặc dẻo nhão, dày trên 50m Mực nước ngầm cao có thể ngang mặt đất Có hiện tượng lầy hoá Điều kiện địa chất công trình không thuận lợi.

+ Tiểu vùng 5: Địa mạo đồng bằng thấp ven biển, trũng ngập, sông rạch rất

phát triển Thành phần sét dẻo nhão hoặc bùn sét, dày trên 20m

+ Tiểu vùng 6: Địa mạo thềm tích tụ ven biển, phân bố hẹp, tương đối bằng

phẳng Thành phần cát pha sét hoặc sét pha cát, dày khoảng 5m, bên dưới là lớp sét dẻo mềm Mực nước ngầm từ 2-3m Có hiện tượng xói lở bờ sông, biển và lầy hoá.

 NHẬN XÉT VỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC TP.HCM :

Địa chất công trình khu vực Tp HCM được hình thành trên cơ sở những đặc điểm về cấu trúc địa chất và những đặc điểm về địa mạo khu vực Nhìn một cách tổng quan nó thể hiện tính không đồng nhất trên toàn bộ diện tích của khu vực Thành phố Đối với ngành xây dựng thì tuỳ theo từng nơi trong khu vực mà địa chất công trình có nơi thuận lợi, có nơi không thuận lợi và cũng có nơi ít thuận lợi Dựa vào các đặc điểm về cấu trúc địa chất và địa mạo có thể phân chia thành ba vùng lớn như đã trình bày ở trên là Vùng A, Vùng B, Vùng C, có tính chất không đồng nhất về các đặc điểm địa tầng, hình thái về địa mạo, điều kiện địa chất thuỷ văn.v.v… Do đó trong mỗi vùng lớn được chia thành nhiều tiểu vùng có điều kiện địa chất công trình tương đối đồng nhất hơn để thuận tiện cho việc nghiên cứu, xử lý đất nền cho phù hợp tương ứng với cấp công trình xây dựng nhằm đảm bảo về mặt ổn định của công trình cũng như vấn đề hiệu quả kinh tế.

2-5 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT TIÊU BIỂU TẠI KHU VỰC TP.HCM VÀ ĐBSCL: