Xây dựng mô hình nghiên cứu đặc tính lún của nền đất yếu sử dụng bấc thấm có xét đến thay đổi một số tính chất của đất

Để nghiên cứu đặc tính lún của nền đất yếu sử dụng bấc thấm có xét đến thay đổi một số tính chất của đất đề tài xây dựng mô hình vật lư 0 5x0 5x1 2m 2 đầu đo piezometer để quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 4 đồng hồ đo lún gia tải cấp áp lực 5 10 15 20kPa xác định các chỉ tiêu cơ lư của đất trước và sau khi gia tải Kết quả nghiên cứu cho thấy trường hợp có bấc thấm thì sau gia tải các thông số trị φ c a có tăng rơ rệt trong khi đó Cv Ch Kv Kh Ch Cv Kh Kv có xu hướng giảm trước gia tải Ch Cv trong khoảng từ 1 179 đến 2 416 sau gia tải Ch Cv trong khoảng từ 0 935 đến 1 965 Khi không có bấc thấm thì tính toán và mô phỏng số với số liệu cơ lý trước gia tải lệch so với độ lún quan trắc bằng đồng hồ đo lún lần lượt là 3 86mm 10 45 0 41mm 1 11 với số liệu cơ lư sau gia tải lệch lần lượt là 2 29mm 6 20 0 21mm 0 56 Trường hợp có bấc thấm thì sự sai khác khi tính toán quan trắc lún mô phỏng số giữa các chỉ tiêu cơ lư trước gia tải và sau gia tải là đáng kể sử dụng số liệu cơ lư sau gia tải cho kết quả khá gần với độ lún quan trắc và mô phỏng hơn trước khi gia tải Cụ thể tính toán và mô phỏng số với số liệu cơ lý trước gia tải lệch so với độ lún quan trắc bằng đồng hồ đo lún lần lượt là 2 91mm 7 88 44 42mm 120 28 sau gia tải lệch lần lượt là 0 80mm 2 17 1 26mm 3 41

ĐạI HọC Đà NẵNG Trường đại học bách khoa NGUYễN THị PHƯƠNG KHUÊ XY DNG Mễ HèNH NGHIấN CU ĐẶC TÍNH LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG BẤC THẤM CĨ XÉT ĐẾN THAY ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CễNG TRèNH GIAO THễNG Đà Nẵng - 2018 đại học đà nẵng Trường đại học bách khoa NGUYễN THị PHƯƠNG KHU£ XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG BẤC THẤM CÓ XÉT ĐẾN THAY ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 8580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa hc: TS Đỗ HữU ĐạO Đà Nẵng - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phương Khuê ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i Mục lục ii Tóm tắt luận văn vi Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 1.1 Giới thiệu công nghệ xây dựng đắp đất yếu lịch sử phát triển bấc thấm 1.1.1 Giới thiệu công nghệ xây dựng đắp đất yếu 1.1.2 Lịch sử phát triển bấc thấm 1.2 Các giải pháp sử dụng kết hợp bấc thấm 1.2.1 Kết hợp gia tải trước khối đắp 1.2.2 Kết hợp bơm hút chân không 1.2.3 Kết hợp hạ mực nước ngầm 1.3 Nguyên lý làm việc cấu tạo xử lý đất yếu bấc thấm 1.3.1 Nguyên lý làm việc bấc thấm 1.3.2 Cấu tạo xử lý đất yếu bấc thấm 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng xử lý đất yếu bấc thấm 1.4.1 Trên giới 1.4.2 Tại Việt Nam 10 1.5 Mơ hình vật lý mơ hình tốn học xử lý đất yếu bấc thấm 12 1.5.1 Giới thiệu mơ hình 12 1.5.2 Một số mơ hình vật lý xử lý đất yếu bấc thấm 14 iii 1.5.3 Mơ hình tốn học mô xử lý đất yếu bấc thấm 17 1.6 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH VẬT LÝ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG BẤC THẤM 20 2.1 Xây dựng mơ hình thí nghiệm 20 2.1.1 Giới thiệu mơ hình 20 2.1.2 Công tác chuẩn bị mẫu đất 21 2.1.3 Thiết bị thí nghiệm 21 a) Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng (piezometer) 22 b) Đầu đọc số liệu (datalogger) 23 c) Đồng hồ đo chuyển vị 23 d) Vải địa kỹ thuật 23 e) Bấc thấm 24 2.2 Tính tốn độ lún đất yếu xử lý bấc thấm kết hợp gia tải trước theo TCVN 9355:2012 24 2.3 Tính tốn đánh giá độ cố kết theo kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 26 2.3.1 Tính tốn áp lực nước lỗ rỗng từ số liệu quan trắc thiết bị piezometer 26 2.3.2 Đánh giá độ cố kết theo kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 26 a) Cơ sở liệu phục vụ đánh giá 26 b) Độ cố kết theo kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 26 2.4 Trình tự thí nghiệm 27 2.4.1 Chế bị thùng mẫu 27 2.4.2 Xác định tiêu lý đất trước gia tải 27 a) Lấy mẫu đất nguyên dạng 27 b) Thí nghiệm tiêu lý đất 28 2.4.3 Lắp đặt thiết bị quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 33 2.4.4 Cắm bấc thấm 34 2.4.5 Tạo lớp mặt thoát nước 34 2.4.6 Lắp đặt đồng hồ đo lún 35 2.4.7 Kết nối kích hoạt đầu đo áp lực nước lỗ rỗng 35 2.4.8 Gia tải ghi chép số liệu 35 2.4.9 Xác định tiêu lý đất sau gia tải 36 2.5 Phân tích kết thí nghiệm từ mơ hình vật lý 37 2.5.1 Kết tiêu lý đất trước sau gia tải 37 a) Kết tiêu lý đất trước sau gia tải 37 b) Nhận xét kết thí nghiệm 42 2.5.2 Diễn biến độ lún theo thời gian 48 iv a) Kết quan trắc độ lún theo thời gian đồng hồ đo độ lún 48 b) Kết tính toán độ lún theo thời gian 49 2.5.3 Diễn biến áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 50 a) Số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 50 b) Độ cố kết theo kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 51 2.6 Kết luận chương 52 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG SỐ CHO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG 53 3.1 Cơ sở phương pháp mô số 53 3.2 Đặc trưng vật liệu Plaxis 8.2 53 3.2.1 Mơ hình Mohr-Coulomb 53 a) Các thơng số mơ hình Mohr-Coulomb 53 b) Tham số đàn hồi 53 c) Các tham số đàn hồi thay 54 d) Tham số dẻo 54 e) Những thông số nâng cao 54 3.2.2 Mơ hình soft soil model 55 a) Các tham số mô hình đất yếu 55 b) Các thông số 55 c) Những tham số phát triển 55 3.3 Kết mô số 56 3.3.1 Các bước mơ số tốn phần mềm Plaxis v8.2 56 3.3.2 Dữ liệu đầu vào 56 3.3.3 Giao diện bước mô 58 3.3.4 Kết mô số 59 a) Trường hợp khơng có bấc thấm 59 b) Trường hợp có bấc thấm 60 3.4 Tính tốn ứng dụng 62 3.4.1 Mục đích 62 3.4.2 Kết tính tốn 63 3.4.3 Kết mô số 64 3.5 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 KẾT LUẬN 67 KIẾN NGHỊ 67 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ v TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (bản sao) MINH CHỨNG CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐỀ TÀI vi XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG BẤC THẤM CĨ XÉT ĐẾN THAY ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT Học viên: Nguyễn Thị Phương Khuê Mã số: 60.58.02.25 Khóa: 33 Chun ngành: Kỹ thuật XD cơng trình GT Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Để nghiên cứu đặc tính lún đất yếu sử dụng bấc thấm có xét đến thay đổi số tính chất đất, đề tài xây dựng mơ hình vật lý 0.5x0.5x1.2m, đầu đo piezometer để quan trắc áp lực nước lỗ rỗng, đồng hồ đo lún, gia tải cấp áp lực 5, 10, 15, 20kPa, xác định tiêu lý đất trước sau gia tải Kết nghiên cứu cho thấy trường hợp có bấc thấm sau gia tải thông số trị , c, a có tăng rõ rệt, Cv, Ch, Kv, Kh, Ch/Cv, Kh/Kv có xu hướng giảm, trước gia tải Ch/Cv khoảng từ 1.179 đến 2.416, sau gia tải Ch/Cv khoảng từ 0.935 đến 1.965 Khi khơng có bấc thấm tính tốn mơ số với số liệu lý trước gia tải lệch so với độ lún quan trắc đồng hồ đo lún 3.86mm (10.45%), 0.41mm (1.11%), với số liệu lý sau gia tải lệch 2.29mm (6.20%), 0.21mm (0.56%) Trường hợp có bấc thấm sai khác tính tốn, quan trắc lún, mơ số tiêu lý trước gia tải sau gia tải đáng kể, sử dụng số liệu lý sau gia tải cho kết gần với độ lún quan trắc mô trước gia tải Cụ thể, tính tốn mơ số với số liệu lý trước gia tải lệch so với độ lún quan trắc đồng hồ đo lún 2.91mm (7.88%), 44.42mm (120.28%), sau gia tải lệch 0.80mm (2.17%), 1.26mm (3.41%) Từ khóa: Mơ hình nghiên cứu; độ lún; đất yếu; bấc thấm; mô Plaxis BUILDING RESEARCH MODELS SETTLEMENT CHARACTERISTIC OF SOFT SOIL GROUND AS USING PREFABRICATED VERTICAL DRAINS CONSIDERED TO CHANGE SOME PROPERTIES OF SOIL Abstract: To study the settlement characteristics of soft soil ground using prefabricated vertical drains considered to change some properties of soil, the topic of physical modeling 0.5x0.5x1.2m, piezometers for monitoring pore water pressure, displacement meters; loading 5, 10, 15, 20kPa; determine the phy-mechanical properties of the soil before and after loading Research results show that case of prefabricated vertical drain, the values of , c, and a increase significantly, while Cv, Ch, Kv, Kh, Ch/Cv, Kh/Kv tend to decrease, before loading Ch/Cv ranged from 1,179 to 2,416, after loading Ch/Cv from 0.935 to 1.965 In case of no PVD, the calculation and numerical simulation with the testing result of before loading deviation from the settlement monitoring by displacement meter is 3.86mm (10.45%), 0.41mm (1.11%), with the testing result of after loading deviation is 2.29mm (6.20%), 0.21mm (0.56%) In the case of having prefabricated vertical drain, the difference in calculation, subsidence observation, numerical simulation between the mechanical properties before and after loading is significant, when use the mechanical data after loading then the results are quite close to the subsidence of observation and simulation rather than before loading Such as, the calculation and numerical simulation with the testing result of before loading deviation from the settlement monitoring by subsidence meter is 2.91mm (7.88%), 44.42mm (120.28%), with the testing result of after loading deviation is 0.80mm (2.17%), 1.26mm (3.41%) Key words: Research model; settlement; soft soil ground; prefabricated vertical drain; plaxis software vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ALNLR Áp lực nước lỗ rỗng MHVL Mơ hình vật lý TCN Tiêu chuẩn ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam nnk người khác TP Thành phố viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Các tiêu lý đất trước sau gia tải 38 2.2 Kết thí nghiệm nén cố kết theo phương đứng ngang mẫu 40 2.3 Độ lún cuối cấp áp lực quan trắc đồng hồ đo độ lún 48 2.4 Tổng hợp kết tính toán độ lún theo thời gian 49 2.5 Độ cố kết theo kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 51 3.1 Thống kê kết nghiên cứu số nén điều chỉnh số trương nở điều chỉnh 56 3.2 Kết tiêu lý để mô số cho trường hợp 57 3.3 Độ lún theo thời gian mô số trước sau gia tải khơng có bấc thấm 61 3.4 So sánh độ lún tính tốn, mơ số trước sau gia tải với độ lún quan trắc thực tế 61 3.5 Kết tính tốn độ cố kết mơ hình ứng dụng 63 3.6 Số liệu đầu vào để mô số 64 Bảng Giai đoạn Số liệu tính chất lý mẫu đất Độ sâu W  k (m) (%) (g/cm3) (g/cm3) Số TN  e0 n (%) G (%) WL (%) WP (%) IP (%) B C  a1-2 (cm2/kG) TRƯỜNG HỢP KHƠNG CĨ BẤC THẤM Trước gia tải 0-0.15 1236 51.5 1.699 1.121 2.71 1.417 58.6 98.5 46.3 28.7 17.6 1.295 0.079 3o35’ 0.085 0.35-0.5 1237 52.5 1.693 1.110 2.71 1.441 59.0 98.7 47.2 29.6 17.6 1.301 0.105 3o20’ 0.098 0.7-0.85 1238 51.4 1.700 1.123 2.71 1.413 58.6 98.6 46.0 28.3 17.7 1.305 0.087 4o17’ 0.072 51.8 1.697 1.118 2.71 1.424 58.7 98.6 46.5 28.9 17.6 1.300 0.090 3o44’ 0.085 0-0.15 1240 49.0 1.720 1.154 2.71 1.348 57.4 98.5 47.2 29.6 17.6 1.102 0.118 5o09’ 0.065 0.25-0.4 1241 49.2 1.718 1.151 2.71 1.354 57.5 98.5 48.0 30.1 17.9 1.067 0.143 6o34’ 0.069 0.65-0.8 1242 50.3 1.706 1.135 2.71 1.388 58.1 98.2 45.6 28.3 17.3 1.272 0.129 6o22’ 0.061 49.5 1.715 1.147 2.71 1.363 57.7 98.4 46.9 29.3 17.6 1.147 0.130 6o02’ 0.065 TB Sau gia tải TB TRƯỜNG HỢP CÓ BẤC THẤM Trước gia tải 0-0.15 1259 51.3 1.696 1.121 2.71 1.417 58.6 98.1 48.7 30.2 18.5 1.141 0.088 4o11’ 0.091 0.4-0.55 1260 51.2 1.716 1.135 2.71 1.388 58.1 100.0 49.2 31.8 17.4 1.115 0.092 3o54’ 0.084 0.8-0.95 1261 51.3 1.713 1.132 2.71 1.394 58.2 99.7 49.1 30.6 18.5 1.119 0.117 4o26’ 0.088 51.3 1.708 1.129 2.71 1.400 58.3 99.3 49.0 30.9 18.1 1.125 0.099 4o10’ 0.088 0-0.15 1408 40.0 1.792 1.280 2.71 1.117 52.8 97.0 43.3 25.6 17.7 0.814 0.132 9o16’ 0.046 0.6-0.75 1410 44.2 1.761 1.221 2.71 1.219 54.9 98.3 45.3 26.8 18.5 0.941 0.129 8o45’ 0.051 0.8-0.95 1412 46.3 1.754 1.199 2.71 1.260 55.8 99.6 46.7 29.5 17.2 0.977 0.121 8o17’ 0.054 43.5 1.769 1.233 2.71 1.199 54.5 98.3 45.1 27.3 17.8 0.911 0.127 8o46’ 0.050 TB Sau gia tải TB Ghi chú: Khối lượng thể tích tự nhiên; k – Khối lượng thể tích khơ, Tỷ trọng, e0 – hệ số rỗng ban đầu, n – độ rỗng, G – độ bão hòa, WL – giới hạn chảy, WP – giới hạn dẻo, IP – số dẻo, B – độ sệt, C – Lực dính kết;  - Góc nội ma sát, a1-2 – hệ số nén lún từ 1-2kG/cm2 05.2018 71 4.1.1 Đánh giá thay đổi độ ẩm đất Kết thí nghiệm độ ẩm đất trường hợp khơng có bấc thấm, trước sau gia tải thể hình 13 có thay đổi Trường hợp khơng có bấc thấm sau gia tải, độ ẩm đất giảm gần 4.44% từ 51.8% xuống 49.5% Trường hợp có bấc thấm sau gia tải, độ ẩm đất giảm nhanh từ 51.3% xuống 43.5%, lượng giảm tăng xấp xỉ 1.53 lần so với trường hợp khơng có bấc thấm Điều phù hợp với thực tế, gia tải cho trường hợp có bấc thấm làm lượng nước nhiều làm độ ẩm thấp trường hợp bấc thấm Quan sát thực tế mơ hình vật lý thí nghiệm cho thấy trường hợp khơng có bấc thấm xuất lượng nước thoát cấp gia tải 20kPa 485ml nước, trường hợp có bấc thấm bắt đầu xuất cấp gia tải 15kPa 567ml nước cấp gia tải 20kPa 1661ml nước 4.1.2 Đánh giá thay đổi khối lượng thể tích đất Hình 14 thể thay đổi khối lượng thể tích đất trường hợp khơng có bấc thấm, giai đoạn trước sau gia tải Qua nhận thấy có thay đổi rõ rệt khối lượng thể tích đất mơ hình Cụ thể, trường hợp khơng có bấc thấm sau gia tải, khối lượng thể tích đất tăng từ 1.697g/cm3 lên 1.715g/cm3 nghĩa tăng 0.018g/cm3 tương đương độ lệch 1.06% Trường hợp có bấc thấm sau gia tải, khối lượng thể tích đất tăng từ 1.708g/cm3 lên 1.769g/cm3 nghĩa tăng 0.061g/cm3 tương đương độ lệch 3.57% Kết thí nghiệm cho thấy, gia tải trường hợp có bấc thấm nước nhiều trường hợp khơng có bấc thấm, độ chặt đất tăng lên làm khối lượng thể tích đất cao Điều phản ánh phù hợp với thực tế Hình 14 Biểu đồ thay đổi khối lượng thể tích đất trước sau gia tải bấc thấm 4.1.3 Đánh giá thay đổi tính nén lún đất Kết thí nghiệm nén lún trục không nở hông đất trường hợp khơng có bấc thấm, trước sau gia tải phản ánh hệ số nén lún thể hình 15 thay đổi rõ rệt Trường hợp khơng có bấc thấm sau gia tải, hệ số nén lún giảm từ 0.127cm2/kG xuống 0.092cm2/kG nghĩa giảm 0.035cm2/kG tương đương độ lệch 27.56% Trường hợp có bấc thấm sau gia tải, hệ số nén lún giảm nhiều từ 0.127cm2/kG xuống 0.068cm2/kG nghĩa giảm 0.059cm2/kG tương đương độ lệch 46.46% Khi gia tải trường hợp có bấc thấm nước nhiều trường hợp khơng có bấc thấm, độ chặt đất tăng lên làm hệ số nén lún giảm nhiều 4.1.4 Đánh giá thay đổi sức kháng cắt đất Kết thí nghiệm cắt phẳng đất trường hợp bấc thấm, trước sau gia tải cho kết lực dính kết góc ma sát thể hình 16 thay đổi theo diễn biến gia tải Trường hợp khơng có bấc thấm sau gia tải, lực dính tăng từ 0.090kG/cm2 lên 0.130kG/cm2 nghĩa tăng 0.040kG/cm2 tương đương độ lệch 44.44%, góc ma sát tăng nhẹ từ 3o44’ lên 6º02’ nghĩa tăng 2º18’ Trường hợp có bấc thấm sau gia tải, lực dính tăng từ 0.099kG/cm2 lên 0.127kG/cm2 nghĩa tăng 0.028kG/cm2 tương đương độ lệch 28.28%, góc ma sát tăng nhiều từ 4o10’ lên 8º46’ nghĩa tăng 4º36’ Khi 72 05.2018 gia tải trường hợp có bấc thấm nước nhiều trường hợp khơng có bấc thấm, độ chặt đất tăng lên làm sức kháng cắt đất tăng rõ rệt Như vậy, sức kháng cắt đất tăng nhiều trường hợp có bấc thấm trường hợp khơng bấc thấm Hình 15 Biểu đồ thay đổi hệ số nén lún đất trước sau gia tải bấc thấm Hình 16 Biểu đồ thay đổi sức kháng cắt đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm 4.2 Thí nghiệm nén cố kết Tương tự thí nghiệm tiêu lý đất, tiến hành thí nghiệm nén cố kết theo phương đứng phương ngang mẫu đất cho trường hợp khơng có bấc thấm, trước gia tải sau gia tải từ 2-3 mẫu Mục đích thí nghiệm xác định hệ số cố kết theo phương đứng Cv phương ngang Ch, hệ số thấm theo phương đứng Kv phương ngang Kh Theo [10] kiến nghị hệ số cố kết theo phương ngang đất Ch xác định tương tự thí nghiệm nén cố kết tiêu chuẩn xác định Cv (ASTM2435:1996, TCVN4200:2012), mẫu gia cơng theo phương nằm ngang cách lấy mẫu theo phương đứng, ngang đất hình 17 Kết thí nghiệm xác định hệ số cố kết theo phương ngang đất Ch Hình 17 Cách lấy mẫu theo phương ngang, đứng thí nghiệm nén cố kết trục đất 4.2.1 Hệ số cố kết đứng ngang Hình 18 cho thấy trường hợp khơng có bấc thấm, hệ số cố kết đứng Cv có xu hướng giảm sau gia tải cấp 0.25, 0.5kG/cm2 giảm từ 1.267*10-3, 0.733*10-3 cm2/s xuống 1.003*10-3, 0.730*10-3 cm2/s tương ứng 20.8%, 0.4%, nhiên có xu hướng tăng lên cấp gia tải 1, 2, 4kG/cm2 tăng từ 0.729*10-3, 0.849*10-3, 0.661*10-3 (cm2/s) lên 1.965*10-3, 1.274*10-3, 0.901*10-3 (cm2/s) tương ứng tăng 169.4%, 50.0%, 36.4% Trong trường hợp có bấc thấm, hệ số cố kết đứng Cv có xu hướng giảm cấp 0.25, 0.5, 1, 4kG/cm2 giảm từ 0.829*10-3, 0.937*10-3, 0.966*10-3, 1.228*10-3 (cm2/s) xuống 0.681*10-3, 0.498*10-3, 0.898*10-3, 0.893*10-3 (cm2/s) tương ứng 17.9%, 46.8%, 7.0%, 27.3% Riêng cấp 2kG/cm2 tăng nhẹ từ 0.952*10-3 lên 0.962*10-3 (cm2/s) tương ứng 1.0% Thơng thường sau gia tải hệ số cố kết có xu hướng giảm nước thoát làm đất trở nên chặt trường hợp khơng có bấc thấm tượng khơng rõ rệt, nước khơng nhiều nên kết thí nghiệm có thay đổi khơng theo quy luật Ngược lại trường hợp có bấc thấm hệ số cố kết giảm sau gia tải, mức độ giảm thay đổi không tuân theo cấp áp lực Hình 19 cho thấy trường hợp khơng có bấc thấm, Ch tăng giảm không theo quy luật trước sau gia tải Trước gia tải, Ch thay đổi khoảng từ 1.441*10-3 cm2/s đến 2.495*10-3 cm2/s Sau gia tải, Ch thay đổi khoảng từ 0.977*10-3 cm2/s đến 2.340*10-3 cm2/s Tuy nhiên trường hợp có bấc thấm Ch có xu hướng giảm mạnh sau gia tải, giảm cấp 0.25, 0.5, 1, 2, 4kG/cm2 từ 1.128*10-3, 1.114*10-3, 2.208*10-3, 1.576*10-3, 1.450*10-3 (cm2/s) xuống 0.628*10-3, 0.984*10-3, 0.985*10-3, 0.850*10-3, 1.064*10-3 (cm2/s) Qua kết thực nghiệm cho thấy rõ hệ số cố kết đứng Cv hệ số cố kết ngang Ch số, mà thay đổi trình cố kết thể hình 18, 19 Hai thơng số Cv Ch tăng giảm khơng theo quy luật Tuy nhiên, khẳng định với trường hợp có bấc thấm sau gia tải hệ số cố kết Cv, Ch có xu hướng giảm so với trước gia tải, tượng lượng nước rõ rệt có bấc thấm, thay đổi mức độ giảm không tuân theo quy luật 4.2.2 Hệ số cố kết thấm theo phương đứng phương ngang Hình 20 cho thấy trường hợp khơng có bấc thấm, hệ số thấm đứng Kv có xu hướng giảm sau gia tải cấp nhỏ 0.5kG/cm2, cụ thể cấp 0.25kG/cm2 giảm từ 2.539*10-7cm/s xuống 2.004*10-7 cm/s tương ứng 21.1%, nhiên có xu hướng tăng lên cấp gia tải từ 0.5kG/cm2, cấp 0.5, 1, 2, 4kG/cm2 tăng từ 0.809*10-7, 0.632*107 , 0.463*10-7, 0.196*10-7 (cm/s) lên 0.841*10-7, 1.548*10-7, 0.524*10-7, 0.235*10-7 (cm/s) tương ứng tăng 3.9%, 144.9%, 13.2%, 19.7% Trong trường hợp có bấc thấm, hệ số thấm đứng Kv có xu hướng giảm cấp thí nghiệm, cụ thể cấp 0.25, 0.5, 1, 4kG/cm2 giảm từ 2.112*10-7, 1.362*10-7, 0.830*10-7, 0.433*10-7 (cm/s) xuống 0.603*10-7, 0.354*10-7, 0.619*10-7, 0.273*10-7 (cm/s) tương ứng 71.4%, 74.0%, 25.4%, 37.0% Riêng cấp 2kG/cm2 tăng nhẹ từ 0.440*10-7 lên 0.453*10-7 tương ứng 2.8% Hình 21 cho thấy trường hợp khơng có bấc thấm, hệ số thấm ngang Kh có xu hướng giảm sau gia tải cấp áp lực 0.25, 0.5 4kG/cm2 3.104*10-7, 1.488*10-7, 0.384*10-7 (cm/s) xuống 2.761*10-7, 1.124*10-7, 0.370*10-7 (cm/s) tương ứng giảm 11.0%, 24.5%, 3.6% Tuy nhiên có xu hướng tăng cấp áp lực 1, 2kG/cm2 0.966*10-7, 0.928*10-7 (cm/s) lên 2.222*10-7, 0.937*107 (cm/s) tương ứng tăng 130.1%, 1.0% Trong trường hợp có bấc thấm, hệ số thấm đứng Kh có xu hướng đa số giảm cấp thí nghiệm, cụ thể cấp 0.25, 1, 2, 4kG/cm2 giảm từ 2.472*10-7, 1.760*10-7, 0.866*10-7, 0.627*10-7 (cm/s) xuống 1.466*10-7, 1.707*10-7, 0.377*10-7, 0.293*10-7 (cm/s) tương ứng 40.7%, 59.8%, 56.5%, 53.3% Riêng cấp 0.5kG/cm2 tăng nhẹ từ 1.363*10-7 lên 1.399*10-7 tương ứng 2.6% Hình 20 Biểu đồ quan hệ Kv-P đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm Hình 18 Biểu đồ quan hệ Cv-P đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm Hình 19 Biểu đồ quan hệ Ch-P đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm Hình 21 Biểu đồ quan hệ Kh-P đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm Tương tự hệ số cố kết kết thí nghiệm cho thấy hệ số thấm đứng Kv hệ số thấm ngang Kh số mà hai thông số thay đổi tăng giảm không tuân theo qui luật Đặc biệt có mối quan hệ với Ch, Cv theo công thức sau: Kh/Kv=Ch/Cv [1] Kv=Cv*av/(1+e) [7] Kh, Kv tiêu cần thiết đưa vào tính tốn độ lún đất yếu sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải Kh, Kv có xu hướng thay đổi tương tự Ch, Cv Khi có bấc thấm sau gia tải Kh, Kv có xu 05.2018 73 hướng giảm, cịn khơng có bấc thấm sau gia tải trước gia tải Kh, Kv thay đổi khơng có quy luật rõ rệt 4.2.3 Đánh giá tỷ số Tỷ số Ch/Cv thay đổi không tuân theo quy luật thể hình 22 Tuy nhiên cấp gia tải lớn 1kG/cm2 xu hướng sau gia tải thường giảm so với trước gia tải hai trường hợp khơng có bấc thấm Việc xác định tỷ số cấp gia tải phục vụ tính tốn cần thiết có ý nghĩa quan trọng Tương tự hình 23 cho thấy tỷ số Kh/Kv tăng giảm không tuân theo quy luật Khi bấc thấm tỷ số Kh/Kv có xu hướng giảm sau gia tải so với trước gia tải, trước gia tải Kh/Kv nằm khoảng 1.216 đến 2.122 sau gia tải tỷ số nằm khoảng 1.337 đến 1.859 Khi có bấc thấm, cấp gia tải lớn 1kG/cm2 sau gia tải Kh/Kv có xu hướng giảm mạnh so với trước gia tải, cấp gia tải 1, 2, 4kG/cm2 trước gia tải giảm so với sau gia tải từ 2.147, 2.049, 1.417 xuống 1.306, 0.841, 1.097 Trước gia tải Kh/Kv nằm khoảng 1.172 đến 2.147 sau gia tải tỷ số nằm khoảng 0.841 đến 3.869 Khi tính tốn thường cho phép áp dụng tỷ số Kh/Kv=Ch/Cv=2÷5 [1], nghiên cứu khác cho thấy tỷ số có nhỏ tác giả Nguyễn Viết Tình, Ch/Cv=1.06÷4.01 (Hà Nội); Nguyễn Mạnh Thủy, Ch/Cv=4÷12 (Hồ Chí Minh); Nguyễn Thị Nụ, Ch/Cv=1.35÷5.61 (Đồng sơng Cửu Long); Tan,Chew 1996, Ch/Cv=1 (Nhật Bản), Ch/Cv=1.5÷3 (Singapore, Thụy Điển) [10] Hình 22 Biểu đồ quan hệ Ch/Cv-P đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm Hình 23 Biểu đồ quan hệ Kh/Kv-P đất trước sau gia tải khơng có bấc thấm Kết luận - Từ kết thí nghiệm tính chất lý đất trước sau gia tải trường hợp khơng có bấc thấm thấy có thay đổi rõ rệt đáng kể kết tiêu lý đất độ ẩm giảm, khối lượng thể tích tăng, hệ số nén lún giảm, sức chống cắt tăng - Các thông số Cv, Ch, Kv, Kh,Ch/Cv, Kh/Kv c có ảnh hưởng đến kết đánh giá độ lún, độ cố kết đất yếu Trong trường hợp 74 05.2018 khơng có bấc thấm sau gia tải giá trị  tăng khoảng 1.06%, hệ số nén lún a giảm khoảng 27.56%, góc ma sát  tăng từ 3o44’ lên 6o02’ xấp xỉ 61.61%, hệ số cố kết đứng Cv Ch có xu hướng giảm cấp nhỏ 1kG/cm2, nhiên với cấp áp lực lớn 1kG/cm2 tăng lên Trường hợp có bấc thấm sau gia tải thông số  tăng nhiều khoảng 3.57%, hệ số nén lún a giảm khoảng 46.46%, góc ma sát  tăng từ 4o10’ lên 8o46’ xấp xỉ tăng 110.4%, Cv, Ch, Kv, Kh,Ch/Cv, Kh/Kv có xu hướng giảm số cấp gia tải có tăng nhẹ khoảng từ 1.0% đến 2.8% - Theo tiêu chuẩn TCVN9355:2012 lựa chọn Ch/Cv=2÷5, kết tính tốn khoảng dao động lớn Với kết thực nghiệm cho thấy xử lý đất yếu bấc thấm mơ hình vật lý nghiên cứu trước gia tải Ch/Cv khoảng từ 1.179 đến 2.416, sau gia tải Ch/Cv khoảng từ 0.977 đến 1.965 - Mặc dù mơ hình vật lý nghiên cứu cho lớp đất phạm vi nhỏ nên chưa đưa hệ số hiệu chỉnh việc tính tốn thiết kế xử lý đất yếu bấc thấm Bài báo rõ tiêu lý đất sau gia tải thay đổi rõ rệt sử dụng bấc thấm xử lý đất yếu, cần quan tâm vấn đề khảo sát đánh giá tiêu để đưa vào tính tốn phù hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 22TCN262:2000, Qui trình khảo sát, thiết kế đường tô đắp đất yếu, Hà Nội 2000 [2] Buddhima Indraratna, Rui Zhong, Cholachat Rujikiatkamajorn, An analytical model of PVD-assisted soft ground consolidation, Procedia Engineering, Volume 143 (2016), 1376-1383 [3] Dương Ngọc Hải, Xây dựng đường ô tô đắp đất yếu, NXB Xây dựng, Hà Nội 2011 [4] Hồ Thị Lan Hương Trần Nguyễn Hoàng Hùng, Đánh giá trạng sử dụng bấc thấm xử lý đất yếu miền Nam Việt Nam [5] Lê Bá Vinh, Nguyễn Văn Thành, “Nghiên cứu đánh giá ổn định cơng trình đắp đất yếu có xử lý bấc thấm dựa vào số liệu chuyển vị nền”, Tạp chí Xây dựng, Số 2/2014, trang 90 - 92 [6] Lưu Trường Văn, Dương Hồng Thẩm Đinh Mạnh Cường, Xác định phương án kỹ thuật hợp lý giải pháp gia cố bấc thấm kết hợp gia tải trước cho dự án cảng [7] Lê Xuân Mai, Đỗ Hữu Đạo, Cơ học đất, Nhà xuất Hà Nội, 2011 [8] Nguyễn Đình Thứ nnk, Phân tích đánh giá kết quan trắc thi công xử lý đắp đất yếu từ thực tế gói thầu EX-9, km91+300-km96+300 dự án xây dựng đường tơ cao tốc Hà Nội - Hải Phịng, Hội thảo Viện KHCNXD Hà Nội, 2013, trang 417 – 426 [9] Nguyễn Thị Nụ, Nghiên cứu đặc tính địa chất cơng trình đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố tỉnh ven biển đồng sông Cửu Long phục vụ xử lý đường, Luận án tiến sĩ địa chất, Hà Nội, 2014 [10] Nguyễn Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Phương Khuê, Xác định đặc trưng cố kết thấm hệ số tỷ lệ m=Ch/Cv thành tạo đất yếu phổ biến đồng Quảng Nam – Đà Nẵng, Tạp chí khoa học Đại học Huế, Khoa học trái đất môi trường, ISSN1859-1388, tập 126, số 4A, 2017, trang 15-26 [11] Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Nghiên cứu tính chất lý thành tạo trầm tích Holocen – giữa, nguồn gốc sông - biển – đầm lầy cải tạo chúng cọc cát phục vụ xây dựng cơng trình dân dụng vùng đồng Thừa Thiên Huế, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2004 [12] Miura N, Chai J-C, Toyota K, Investigation on some factors affecting discharge capacity of prefabricated vertical drain, Proceedings of 6th International Conference on Geosynthetics, Atlanta, 1998, p845–850 [13] Phạm Quang Đông, Nghiên cứu phương pháp cố kết chân không xử lý đất yếu để xây dựng cơng trình, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Thủy Lợi, Hà Nội 2015 [14] TCVN 9355:2012, Gia cố đất yếu bấc thấm thoát nước, Hà Nội 2012 [15] Trần Nguyễn Hoàng Hùng, Thiết kế xử lý đường đất yếu bấc thấm (PVD), NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2015 [16] J Saowapakpiboon, D.T Bergado, P.Voottipruex, L.G Lam, K.Nakakuma, PVD improvement combined with surcharge and vacuum preloading including simulations, Geotexiles and Geomembranes 29 (2011), 74-82 [17] Miura N, Chai J-C, Toyota K, Investigation on some factors affecting discharge capacity of prefabricated vertical drain, Proceedings of 6th International Conference on Geosynthetics, Atlanta, 1998, p845–850 Civil Engineering Journal (ISSN: 2476-3055) www.CivileJournal.org LETTER OF ACCEPTANCE (Paper ID: 942-2018) Editor-in-Chief Professor M.R Kavianpour K.N.Toosi University of Technology, Tehran, Iran Tel: +98-21-88779623 Fax: +98-21-88779674 E-mail: kavianpour@civilejournal.org To Dr/Ms/Mr/ Nguyen Thi Phuong Khue, Do Huu Dao, Phan Khac Hai; Greetings, it is my pleasure to inform you that your article entitled “Physical Model Test for Soft Soil With or Without Prefabricated Vertical Drain with Loading” has been accepted for publication in Civil Engineering Journal (C.E.J) for the upcoming Issue of Volume 4, August 2018 Thank you for your contribution to Civil Engineering Journal (C.E.J) and we look forward to receiving further submissions from you Yours sincerely, M.R Kavianpour Editor-in-Chief Dr Kavianpour office, 3rd Floor of Civil Engineering Faculty, K.N.Toosi University of Technology, No 1346, Vali Asr Street, Mirdamad Intersection, Tehran, Iran Available online at www.CivileJournal.org Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx Physical Model Test for Soft Soil With or Without Prefabricated Vertical Drain with Loading Nguyen Thi Phuong Khue a*, Do Huu Dao a, Phan Khac Hai b a University of Science and Technology, University of Da Nang, Da Nang City, Vietnam b Department of Civil Engineering, National Kaohsiung University of Science and Technology, Kaohsiung City, Taiwan Abstract The paper builds a physical model of testing in the laboratory with the parametric tempered glass box 0.5x0.5.x1.2m (length x width x depth) containing saturated clay to study the settlement and consolidation when loading increased gradually over time The research covers herein to present the monitoring of settlement and pore water pressure, settlement calculation, numerical simulation using PLAXIS software V8.2 based on the results of soil physical and mechanical tests before and after loading in case of having or not prefabricated vertical drain (PVD) In case of no PVD, the calculation and numerical simulation using the soil parameters before loading have the differential settlement from the monitoring data, approximately 3.86mm (10.45%), 0.41mm (1.11%) respectively Meanwhile, the deviation in the case using data after loading is about 2.29mm (6.20%), 0.21mm (0.56%) respectively In case of PVD, the calculation and numerical simulation with the testing result of before loading deviation from the settlement monitoring by subsidence meter is 2.91mm (7.88%), 44.42mm (120.28%), calculation and simulation with the testing result of after loading deviation is 0.80mm (2.17%), 1.26mm (3.41%) In the case of having PVD, the difference in calculation, subsidence observation, and numerical simulation between the mechanical properties before and after loading is significant, when using the mechanical data after loading then the results are quite close to the subsidence of observation and simulation rather than before loading Keywords: Physical model; settlement; soft soil; prefabricated vertical drain; numerical model Introduction The method of soft soil treatment by PVD with loading is widely used around the world and Vietnam because of its advantages such as stable material supply sources, cost-saving, effectiveness and low environment impact, etc Many scientists have concentrated on studying PVD with the laboratory models, field observations and numerical simulation Hansbo (1979) [1], Atkinson and Eldred (1981), Rixner et al., (1986), Long and Covo (1994) [2] gave the equation of converting the equivalent diameter of PVD The deformation impact and limited water drainage capability of PVD were published by Chai and Miura (1999, 2000), Chai et al., (2004) [3] The most recent results, for example, belonged to Bo (2004) [4], (2010) [5] indicated the effect of laboratory test results on water drainage capability of PVD Since the material filter might get some working faults during and after construction, the finer or clayey soils are able to get into the filter Furthermore, the vast majority settlement of soil foundation causes PVD does not work well because of large deformation These reasons have said much effect on PVD performance either in short-term or longterm uses such a reduction of drainage ability Kremer (1983), Rixner et al., (1986), Holtz at al., (1991), Chai et al., (2004) [5] studied the effect of horizontal pressure on water drainage capability of soft soil The research groups came into conclusion that the water drainage capability of PVD reduces when horizontal pressure increases Le, et al., [6] analyzed and evaluated the stability of embankment on the soft soil with the provision of PVD based on the displacement data of the embankment according to two methods: Matsuo – Kawamura method and Tominaga - Hashimoto method corresponding to the conditions in Vietnam * Corresponding author: dhdao@dut.udn.vn http://dx.doi.org/10.28991/cej-xxxxxx  This is an open access article under the CC-BY license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) © Authors retain all copyrights Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx Nguyen, et al (2013) [7] evaluated observation results during treatment process of the sub-grade construction on the soft soil belonging to the tendering package of EX-9 at Km91+300-KM96+300, Ha Noi - Hai Phong Expressway Project to recommend construction sequences and the time of waiting for consolidation, which shall contribute to give solutions to different settlements of the transition sections between embankments, bridges, and culverts Ho and Tran (2012) [8] showed that the theoretical and practical operation of PVD is not consistent Therefore, a wide range of works after completion encountered residual settlement, which caused a negative impact on the quality of the works Where the work has loading completion time settlement of S 0.6m, it is recommended to use the method of considering PVD as an elastic material which has vertical permeability factor (FEM-1) because it obtains higher reliability The calculation of settlement and consolidation of the weak ground base much depends on mechanical and physical characteristics especially the coefficient of consolidation in vertical and horizontal direction Cv and Ch Since engineers make calculations based on the data of the geological engineering survey before installing PVD and loading, the obtained calculation results are much different from the actual observation results A quite wide range of research groups around the world and Vietnam built physical models and experimental simulation for soft soil treatment by PVD such as Saowapakpiboon et al., 2011 [9], Rujikiatkmajorn, 2012 [10], Pham 2015 [11] Although there exist some drawback of physical models among their study such as affected by boundary conditions and still have tiny gap between simulation and model, these authors are able to present the general process of soil - structure behaviour In fact, using physical model in laboratory allow to carefully observe the mechanism of soil – structure, authors thus easily predict and correct the results based on the performance of physical model In addition, other researchers of selecting appropriate techniques, measurements, analysis and numeric simulation conducted by Vietnamese and the groups around the world showed that the treatment of soft soil with PVD has been paid much attention and studied widely as Luu, et al., [12], Le, et al., [13], J Saowapakpiboon et al., [14] and S.G Chung et al., [15] However, the results of study present the narrowing subjects among range of physical model and numerical modelling, longer time observation and investigation of research should be paid much attention in order to apply these results in the actual projects In order to develop the study in soft soil treatment using PVD in consideration to soil characteristics testing before and after loading, a laboratory test model containing saturated clay is used to measure settlement and consolidation where loading increases gradually by time The soil samples are taken from various depths to identify mechanical and physical properties before and after loading The calculation of settlement results from mechanical and physical properties is made for two cases before and after loading; at the same time the settlement observation is conducted by displacement meter and pore water pressure observation and numeric simulation are done by PLAXIS V8.2 software As a consequence, the results of the settlement are compared each other based on the soil parameters before and after loading Building of model and calculation theory 2.1 Building of model The physical model has dimension of 0.5x05x1.2m and volume of 0.3m3, which is built of steel frame and the lateral tempered glass surface of 1cm thickness and one layer of soft soil is put inside as shown in figure Model testing equipment includes: piezometers and datalogger determine pore water pressure, displacement gauges, prefabrication vertical drains, geotextile - Case 1: Without PVD, loading with 1.25kN, 2.5kN, 3.75kN, 5kN corresponding to 5kPa, 10kPa, 15kPa, 20kPa respectively - Case 2: With PVD, loading with 1.25kN, 2.5kN, 3.75kN, 5kN corresponding to 5kPa, 10kPa, 15kPa, 20kPa respectively 800 500 1100 1000 1100 1000 1700 100 500 100 80 200 50 10 00 500 17060 100 500 a 3D Model b Cross section Figure 1: Design physical model Figure 2: Model building Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx The construction sequences the physical model as follows: (a) Moisturize soil samples, mix it uniformly, then put it in the Styrofoam box for continuous moisturizing, continue to mix many times, check moisturize at various points of the block to make sure that the soil samples have been mixed uniformly (b) Put the soil in the sample container, use the plastic pipe 60 to take undisturbed sample at various points, test the mechanical and physical characteristics before loading (c) Install two ends of measuring pore water pressure at the depths of 0.5m and 1.0 m (d) Install PVD with dimension of 3mm*100mm*1200mm in the middle of soil sample container (e) Place geotextile and grade coarse sand (f) Place steel plate with dimension of 0.49m*0.49m*0.05m (g) Install settlement gauges (h) Conduct loading and check settlement meter data and Geokon 403 reading data for piezometer The pictures for steps a through h in Figure a) b) c) e) f) g) d) h) Figure 3: Process model 2.2 Calculation theory The design for soft soil treatment with PVD for the works of plan preparation, dam, and transportation with embankment shall comply with the 22TCN 262-2000 [16] Survey and design procedures for motorway sub-grade on soft soil and TCVN 9355-2012 [17] Ground improvement by the prefabricated vertical drain (PVD) 2.2.1 Consolidation - The consolidation U obtained after time t upon the completion of backfill: U = – (1 –Uv)(1 – Uh) (1) - Vertical consolidation Uv depends on time: 𝑇 = (2) 𝑡 - The average vertical coefficient of consolidation of the soft soil layer: 𝐶 (3) = ∑ - Horizontal consolidation (Hansbo, 1981) [17]: 𝑈 = − 𝑒𝑥𝑝 (4) ( ) Where: The definition of legends as per TCVN9355:2012 [17] and Duong Ngoc Hai (2011) [18] Th - Time factor in horizontal; F(n) - Factor considering the effect of PVD distance; Fs - Factor considering the impact of ground disturbance when plug PVD; F - Factor determining the resistance of PVD 2.2.2 Pore water pressure from piezometer data The daily measured and read data is the square number of frequency and temperature Datalogger is used to read and record all data in memory when connecting to pore water pressure probe Datalogger comes from Geokon, USA with model of GK-403 The reader shall receive current data then convert it into frequency Civil Engineering Journal 𝑓 = = = Vol x, No x, xxxxx, 20xx ∆ (5) - Pressure is determined by the following equation: 𝑃 = (𝑅 − 𝑅 ) 𝐺 + (𝑇 − 𝑇 ) 𝐾 (6) Where: R1, T1 – read number at cycle; R0, T0 – initial read number; G, K – regression coefficient; G=0.31487, K=0.00000 (PIE 1) and G=0.31674, K=0.00000 (PIE 2) 2.2.3 Evaluation of consolidation according to the pore water pressure observation results [19] - Initial pore water pressure u0: u0 = u1 – u0 (7) uo = w.g (Hw1 – H0 + S1) + k g.( H1 – Hw1) Where : u1 –Pore water pressure for the first measurement; u0 –Pore water pressure difference; k – the dry unit weight of sand; w – the unit weight of sand; Hw1 - the underground level at the first measurement; Ho - base elevation before backfilling; H1 - base elevation at the first measurement of pressure; S1 - Base settlement at the first measurement of pressure - Initial effective stress: (8) o’ = s.g.(Ho – Hp) + g.(Hwo – Ho) - u0 Where: s – the saturated unit weight of clay; HP – elevation of the probe; HWO - initial underground level before backfilling - Effective stress at the time of consideration: (9)  t’ = σkt + s.g.(Ho – Hp) + w.g.(Hwt – H0 + St) + k g.( Ht – Hwt) + g.Spt - ut Where: kt – Service load; Ht - Base elevation at the time of consideration; Hwt - water level at the time of consideration; ut - Pore water pressure at the time of consideration; St - Surface settlement at the time of consideration; Spt - Settlement of pore water pressure probe (10) - Consolidation at the time of consideration: Ut = (t’ - o’)/ kt (11) Test result 3.1 Test results of mechanical and physical characteristics of soil The soil samples are taken at various depths before and after loading in two cases with and without PVD The soil samples are determined in the laboratory for some mechanical and physical characteristics as listed in Table In which, Nguyen and Nguyen (2017) [20] showed that the horizontal consolidation coefficient Ch and horizontal permeability coefficient Kh are tested in accordance with horizontal sample method based on the consolidation properties of ASTM2435: 1996 [21] and TCVN4200: 2012 [22] As shown in Table 1, in case of no PVD, mechanical and physical characteristics have changed but not considerably; in case of PVD, mechanical and physical characteristics have changed considerably, in particular, after loading, density and friction angle have increased Table Results of phy-mechanical properties for testing case Without PVD Parameter Symbol Unit Before loading Clay Sand With PVD After loading Clay Sand Before loading Clay Sand After loading Clay Sand Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx Dry density k kN/m3 11.18 16.50 11.47 16.50 11.29 16.50 12.33 16.50 Wet density wet kN/m3 16.97 19.00 17.15 19.00 17.08 19.00 17.69 19.00 Horizontal coefficient of permeability kx m/day 8.346e-5 1.920e-4 1.521e-4 6.109e-5 Vertical coefficient of permeability ky m/day 5.461e-5 1.337e-4 7.171e-5 5.348e-5 Cohesive cref kN/m2 8.826 1.000 12.749 1.000 9.709 1.000 12.454 1.000 Friction angle  degree 3.730 32.000 6.033 32.000 4.167 32.000 8.767 32.000 3.2 Settlement results by time 3.2.1 Settlement calculation results by time Table Calculation data of the settlement by the phy-mechanical properties of soil before and after loading Calculations based on testing results Before loading After loading Parameter ti(day) U (%) St(mm) ti(day) U (%) St(mm) Results 5kPa 10kPa Without PVD 15kPa 20kPa U=90% 30.09 3.92 27.90 3.87 25.25 23.22 23.98 22.71 27.24 26.57 25.59 26.14 22 55.26 40.79 22 49.36 39.22 78 90 50.05 100 90 50.13 U=100% 5kPa 10kPa With PVD 15kPa 20kPa 249 100 52.66 322 100 52.66 68.78 16.42 56.77 15.83 61.29 28.66 48.41 26.07 55.90 29.69 43.83 28.57 23 92.14 48.88 23 80.13 46.77 U=90% U=100% 35 90 48.59 60 100 50.26 65 100 50.18 Without PVD, at the loading level of 20kPa, the settlement is 40.79mm and consolidation reaches 55.26% after 22 days compared with the data before loading In addition, U reaches U=90% after 78 days and 100% after 249 days Compared with the data after loading at the loading level of 20kPa, the settlement is 39.22 and consolidation reaches about 49.36% when U reaches 90%, it shall take up to 100 days and when U reaches 100%, it shall take up to 322 days With PVD, it is clearly seen that the settlement reduction appears sharp The time for consolidation becomes shorter, particularly 60 days before loading and 65 days after loading Therefore, with PVD, water drainage speed shall be faster, so consolidation time is shortened, the number of days for consolidation to reach 90% shall be less than that of the case without PVD 3.2.2 Settlement observation result by time Table Settlement by time of monitoring by displacement meter Loading level Without PVD With PVD S1 (mm) 4.30 S2 (mm) 4.33 S3 (mm) 4.31 S4 (mm) 4.33 Stb (mm) 4.32 S1 (mm) 17.35 S2 (mm) 17.50 S3 (mm) 17.50 S4 (mm) 17.75 Stb (mm) 17.53 10 12.80 13.02 13.15 12.98 12.99 28.18 28.00 27.80 28.00 15 26.32 26.60 26.45 26.45 26.46 35.47 35.45 35.20 35.10 28.00 35.31 20 37.08 36.65 37.12 36.86 36.93 45.80 45.60 45.78 46.70 45.97 Settlement S Loaind level P (mm) (kPa) P (kPa) 30 Without PVD With PVD 10 -10 200 400 600 Time t (hours) 800 1000 1200 -30 With PVD -50 Without PVD Figure 4: Settlement-time monitoring for each loading level by the displacement meter Table and figure indicate that the settlement measured by the meter at the various levels of loadings for two cases with and without PVD In case of PVD, the settlement is higher than that of the case without PVD As visual inspection, without PVD the amount of water drained at the level of 20kPa is 485ml and the settlement at the final loading level of 20kPa is 36.93m With PVD, the amount of water drained at the level of 15kPa, 20kPa is 567 ml, 1661ml respectively; and the observed settlement at the level of 20kPa is 45.97mm With PVD, water is drained earlier and more than that of the case without PVD because horizontal permeability has occurred Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx 20 30 10 PIE 20 10 -10 PIE -20 10 20 30 40 30 Loading level 40 20 30 10 20 PIE 10 -10 PIE 0 10 20 30 -20 40 Loading level(KPa) 40 50 30 Loading level Pore water pressure ( KPa) 50 Loading level(KPa) Pore water pressure ( KPa) 3.3 Observation results of pore water pressure 3.3.1 Observation results The pore water pressure of two piezometers at the depths of 0.5m and 1.0 m for two cases with and without PVD is stipulated in the figures and Then, it is possible to determine the consolidation of the soil based on the progress of pore water pressure as the table 50 Time (day) Time (day) Figure 5: Pore water pressure by time graph when loading (without PVD) Figure 6: Pore water pressure by time graph when loading (with PVD) It is clearly seen that the changes in distribution of pore water pressure in both case with or without PVD have the same tendency to significantly fluctuate at the initial and slightly decrease at the final of time-loading period In terms of the pore water pressure value, there are significant decreases at the end of time-loading period after using PVD For instance, the value of pore water pressure reduce by approximately 42% and 58.3% for the PIE1 located at 50 cm and PIE2 located at 100cm below the ground surface, respectively 3.3.2 Calculation results Table Cohesion based on pore water pressure monitoring data by time Case Symbol Hp* H1 Hp Ho Hwo Hw1 k w s S1 u1 u0 u 'o kt Ht Hwt ut St Spt 't Ut Unit m m m m m m g/cm3 g/cm3 g/cm3 m kPa kPa kPa kPa kPa m m kPa m m kPa % Without PVD Piezo (1.0m) Piezo (0.5m) 1.000 0.500 -0.100 -0.100 -1.000 -0.500 -0.100 -0.100 -0.100 -0.100 -0.100 -0.100 1.700 1.700 1.900 1.900 1.708 1.708 0.000 0.000 8.690 3.710 8.690 3.710 0.000 0.000 6.393 2.994 20.000 20.000 -0.046 -0.046 -0.038 -0.038 18.700 13.300 0.046 0.046 0.000 0.020 16.573 13.809 50.90 54.08 With PVD Piezo (1.0m) Piezo (0.5m) 1.000 0.500 -0.100 -0.100 -1.000 -0.500 -0.100 -0.100 -0.100 -0.100 -0.100 -0.100 1.700 1.700 1.900 1.900 1.708 1.708 0.000 0.000 8.660 3.390 8.660 3.390 0.000 0.000 6.423 3.314 20.000 20.000 -0.046 -0.046 -0.038 -0.038 10.830 5.510 0.046 0.046 0.000 0.020 24.443 21.599 90.10 91.43 In cases with or without PVD, set up piezometer at depth 0.5 and 1.0m, record data and calculate by formula in the section 2.2.2 and 2.2.3 According to the observation results of pore water pressure in table and figures and 6, the evaluation of consolidation after 32 days for the case without PVD is U=50.90%÷54.08% and for the case with PVD is U=90.10%÷91.43% Consolidation is higher at a deeper depth and in case with PVD water drainage faster, so the fast consolidation reached 90% Simulation for test model 4.1 Input data The software PLAXIS 2D is used to analyze and compare settlement for the cases without and with PVD The Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx marginal conditions and dimensions of calculation model are described in figure For the lean sand layer, MohrCoulomb (M-C) is specified for drained behaviour (drained) For clay layer, Soft Soil model is used for simulating saturated clay layer with un-drained behaviour (undrained) The soft soil model is the Modified Cam-Clay type model especially suitable for primary compression of normally consolidated soils According manual PLAXIS 2D version 8.2, some features of this model are as following: (1) stress dependent stiffness, (2) distinction between primary loading and unloading-reloading, (3) memory for preconsolidation stress, and (4) failure behaviour according to the Mohr – Coulomb criterion The model requires the following material constants containing basic and advanced input parameters: * - the modified compression index,   ∗ = ; * modified swelling index, ∗ = ; c’- cohesive; φ - friction angle; ψ - dilatancy angle; M – slope of critical state line; ur – Poisson’s ratio for unloading/reloading; and Konc – coefficient of lateral stress in normal consolidation The data for model are taken from table and table For the case without PVD, the mechanical and physical data of soil before loading is called D1 and after loading is called D2 For the case with PVD, the mechanical and physical data of soil before loading is called D1’ and after loading is called D2’ As for simulating, the calculation stages shall include the steps corresponding to the loading levels of 5, 10, 15 and 20 kPa Figure 7: Boundary conditions and model size Table Input data for numerical Without PVD Parameter Symbol Unit Model calculation Behavior Young’s modulus Poisson ratio Dilatancy angle Modified compression index Modified sweeling index Model Type Eref   λ* κ* [-] [-] kN/m2 [-] Before loading Clay o [-] [-] Soft soil Undrain 0.00 0.112 0.027 With PVD After loading Sand Clay M-C Drain 4e+4 0.30 2.00 - Soft soil Undrain 0.00 0.094 0.028 Sand M-C Drain 4e+4 0.30 2.00 - Before loading Clay Soft soil Undrain 0.00 0.104 0.021 Sand M-C Drain 4e+4 0.30 2.00 - After loading Clay Soft soil Undrain 0.00 0.081 0.017 4.2 Simulation p= 5kPa Smax=43.16m p= 15kPa Smax=72.63m p= 10kPa Smax=59.8mm p= 20kPa Smax=90.39m Figure 8: Numerical settlement results for the case of PVD with testing data before loading Sand M-C Drain 4e+4 0.30 2.00 - Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx p= 5kPa Smax=18.92m p= 10kPa Smax=28.31mm p= 20kPa Smax=47.23mm p= 15kPa Smax=36.29mm Figure 9: Numerical settlement results for the case of PVD with testing data after loading Table Settlement by time when numerical with before and after loading data in case without or with PVD Without PVD Case Before loading 4.09 13.29 26.23 36.52 Settlement at 5kPa Settlement at 10kPa Settlement at 15kPa Settlement at 20kPa With PVD After loading 4.41 11.83 26.38 37.14 Before loading 43.16 59.80 72.63 90.39 After loading 18.92 28.31 36.29 47.23 According to the simulation result in table and figures and 9, it reveals that with PVD, the settlement with chemical and physical characteristics after loading has closer results to the actual observation result than that with chemical and physical characteristics before loading At levels of 5kPa, 10kPa, 15kPa and 20kPa with mechanical and physical characteristics before loading, the simulated settlement much different from the actual observed settlement with 25.63mm, 31.80mm, 37.32mm and 44.42mm corresponding to 146.2%, 113.6%, 105.7% and 96.6%; with the mechanical and physical after loading, the simulated settlement is quite little from the actual observed settlement with 1.39mm, 0.31mm, 0.98mm and 1.26mm corresponding to 7.9%, 1.1%, 2.8% and 2.7% respectively 4.3 Evaluation of results Table Comparison of settlement between calculation, numerical before and after loading with actual monitoring Settlement differences compared with actual monitoring mm % mm % Case Calculation Before loading 3.86 10.45 2.91 7.88 Without PVD With PVD Numerical Before loading 0.41 1.11 60.98 165.12 After loading 2.29 6.20 0.80 2.17 Loading level P (kPa) 10 15 20 0 -10 -10 -20 -20 -30 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 0.21 0.56 0.34 0.92 Loading level P (kPa) S (mm) S (mm) After loading 10 15 20 -40 -50 -60 Without PVD-TC-D1 -70 Without PVD-TC-D2 -80 Without PVD-FM-D1 -90 -100 With PVD-TC-D1' With PVD-TC-D2' With PVD-FM-D1' -100 Figure 10: Settlement by time chart at S-P (Without PVD) Figure 11: Settlement by time chart at S-P (With PVD) Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx Figure 10 shows the results of the case without PVD, the calculation and simulation of settlement based on the mechanical and physical characteristics of soil after loading against the observed settlement give more equivalent results than that with the mechanical and physical characteristics before loading as listed in table The calculation of settlement with the mechanical and physical after loading is only 6.2% different from the observation but up to 10.45% for the mechanical and physical characteristics before loading Similarly, the simulation of settlement with the mechanical and physical characteristics after loading is only 0.56% different from the observation data but up to 1.11% for the mechanical and physical characteristics before loading As for the case having PVD shown in figure 11, the calculation and simulation of settlement based on the mechanical and physical characteristics of soil after loading against the observation that gives more equivalent results than that of using the soil data before loading The calculation of settlement with the mechanical and physical after loading is only 2.17% different from the observed results but up to 7.88 % for the mechanical and physical characteristics before loading Similarly, the simulation of settlement with the mechanical and physical characteristics after loading is only 0.92% different from the observation but up to 165.15% for the mechanical and physical characteristics before loading The simulation of settlement at various levels of loading gives results which are very different from the observation This reveals that the selection of input data for simulation is quite important This huge difference is the result of a sharp change of soil properties During treating the weak ground base with PVD, the speed of consolidation is much faster because of more drainage, consequently, the calculation and simulation based on the mechanical and physical characteristics after loading shall be sharply different from the ones before loading Conclusion - The mechanical and physical characteristics of soil have been changed after loading Through the test and calculation, the settlement of soft soil is sharply different with the input data of mechanical and physical characteristics of soils before and after loading Especially with the case of PVD, the mechanical and physical characteristics of soils encounter more critical change and the results of settlement calculation vary accordingly - The results of calculation settlement with the mechanical and physical characteristics after loading are a minor difference from the observation than that with the mechanical and physical characteristics before loading - Without PVD, the calculation and simulation with the mechanical and physical characteristics before loading are 3.86mm (10.45%) and 0.41mm (1.11%) different from the observation data respectively; the calculation and simulation with the mechanical and physical characteristics after loading are 2.29mm (6.20%) and 0.21mm (0.56%) different from the observation data respectively - With PVD, the calculation and simulation with the mechanical and physical characteristics before loading are 2.91mm (7.88%) and 44.42mm (120.28%) different from the observation data respectively; the calculation and simulation with the mechanical and physical characteristics after loading are 0.80 mm (2.17%) and 1.26 mm (3.41%) different from the observation data respectively - Via the observation of pore water pressure by time for evaluating if the consolidation is similar to the ones at various stages; it reveals that physical model has a progress in accordance with working environment behavior - The study may be oriented for bigger levels of loading with 50kPa, 100kPa, 200kPa and 400kPa in naturally saturated clay; this shall give more apparent results Acknowledgments This work was supported and funding by Danang University of Science and Technology, The University of Danang, Vietnam, code number of project: T2018-02-22 References [1] Hansbo S “Foundation engineering” Elsevier (1999), London, pp519 [2] Barron R A “Consolidation of Fine-Grained Soils By Drain Wells” Trans ASCE (1948), 113, pp718-742 [3] Miura N, Chai J-C, Toyota K “Investigation on some factors affecting discharge capacity of prefabricated vertical drain” Proceedings of 6th International Conference on Geosynthetics (1998), Atlanta, pp845–850 [4] Myint Win Bo, Arul Arulrajah, Suksun Horpibulsuk, Avirut Chinkulkijniwat, Melvyn Leong “Laboratory measurements of fac tors affecting discharge capacity of prefabricated vertical drain materials” Soil and Foundation (2016) 56(1), The Japanese Geotech nical Society, pp129-137 doi: 10.1016/j.sandf.2016.01.010 [5] Tran Nguyen Hoang Hung “Design of treatment on soft soil ground by PVD” National University Publishing (2015), Ho Chi Minh City, Vietnam (in Vietnamese) [6] Le Ba Vinh, Nguyen Van Thanh “Study on stabilization of embankment works on soft soil treated with prefabricated vertical drain based on displacement data of foundation” Construction magazine (Feb 2014), pp90 - 92 (in Vietnamese) [7] Nguyen Dinh Thu “Analyze and evaluate the monitoring results in the construction of embankment on soft soil from the reality of package EX-9” Km91+300 - Km96+300 project of constructing highway Hanoi - Hai Phong, Hanoi Institute of Science and Technology Conference (2013), pp417-426 (in Vietnamese) Civil Engineering Journal Vol x, No x, xxxxx, 20xx [8] Ho Thi Lan Huong and Tran Nguyen Hoang Hung “Evaluating the current status of using prefabricated vertical drain in treatment soft soil in southern Vietnam (2012) (in Vietnamese) [9] J Saowapakpiboon, D.T Bergado, P.Voottipruex, L.G Lam, K.Nakakuma “PVD improvement combined with surcharge and vacuum preloading including simulations” Geotexiles and Geomembranes 29 (2011), pp74-82 doi:10.1016/j.geotexmem.2010.06.008 [10] Buddhima Indraratna, Rui Zhong, Cholachat Rujikiatkamajorn “An analytical model of PVD-assisted soft ground consolidati on, Procedia Engineering” Volume 143(2016), pp1376-1383 doi: 10.1016/j.proeng.2016.06.162 [11] Pham Quang Dong “Study on methods of consolidation of vacuum soil for construction works” PhD thesis, University of Water Resources (2015), Hanoi city, Vietnam (in Vietnamese) [12] Luu Van Truong, Duong Hong Tham and Dinh Manh Cuong, Determine the reasonable technical option of the reinforced foundation by using prefabricated vertical drain mixed loading for the port project (in Vietnamese) [13] Le Gia Lam, Dennes T.Bergado, Takenori Hino “PVD improvement of soft Bangkok clay with and without vacuum preloadi ng using analytical and numerical analyses” Geotextiles and Geomembranes 43 (2015), Contents lists available at ScienceDirect, p p547-557 doi: 10.1016/j.geotexmem.2015.07.013 [14] J Saowapakpiboon, D.T Bergado, S.Youwai, J.C Chai, P.Wanthong, P.Voottipruex “Measured and predicted performance of prefabricated vertical drains (PVDs) with and without vacuum preloading” Geotextiles and Geomembranes 28 (2010), Contents lists available at ScienceDirect, pp1-11 doi: 10.1016/j.geotexmem.2009.08.002 [15] S.G Chung, H.J Kweon, W.Y Jang “Observational method for field performance of prefrabricated vertical drains” Geotexil es and Geomembranes 42 (2014), pp405-416 doi: 10.1016/j.geotexmem.2014.06.005 [16] 22TCN262:2000, Survey and design procedures for motorway sub-grade on soft, Ha Noi 2000 (in Vietnamese) [17] TCVN 9355:2012, Ground improvement by the prefabricated vertical drain (PVD), Ha Noi 2012 (in Vietnamese) [18] Duong Ngoc Hai “Construction road embankment on soft soil” Construction Publishing (2011), Ha Noi city, Vietnam (in Vietnamese) [19] Nguyen Lan, Dang Viet Dung, Hoang Phuong Hoa, Nguyen Vinh “Methods of analyzing and evaluating the results of geotechnics monitoring of high embankment on soft soil Applied for the southern belt road of Da Nang city” package C57 (in Vietnamese) [20] Nguyen Thi Ngoc Yen, Nguyen Thi Phuong Khue “Determination of the cohesive characteristics and coefficient ratio m=Ch/Cv of creating soft soil in Quang Nam - Da Nang coastal” Hue University Science Journal Earth Science and Environment (2017), ISSN1859-1388, volume 126, No 4A, pp15-26 (in Vietnamese) [21] ASTM2435:1996 “Standard test method for One-dimensional consolidation properties of soils” [22] TCVN4200:2012 “Construction soil - Determination of compressive strength in the laboratory” (in Vietnamese) 10 ... phần nhỏ nghiên cứu xử lý đất yếu bấc thấm, tác giả chọn đề tài: ? ?Xây dựng mô hình nghiên cứu đặc tính lún đất yếu sử dụng bấc thấm có xét đến thay đổi số tính chất đất? ?? Tác giả xây dựng mơ hình. .. LIÊN QUAN ĐỀ TÀI vi XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG BẤC THẤM CÓ XÉT ĐẾN THAY ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT Học viên: Nguyễn Thị Phương Khuê Mã số: 60.58.02.25 Khóa:... đề xuất sử dụng mơ hình vật lý phịng (0.5x0.5x1.2m) để nghiên cứu đặc tính lún đất yếu sử dụng bấc thấm có xét đến thay đổi số tính chất đất Xét hai trường hợp khơng bấc thấm có bấc thấm, thí