Đánh giá hóa lỏng nền cho đê chắn sóng mái nghiêng trong điều kiện có động đất

Lí THUYấT HểA LỎNG CỦA NỀN DO ĐỘNG ĐẤT

Một định nghĩa chính xác về hóa lỏng là chủ đề gây tranh cãi đối với các chuyên gia địa chất công trình trên thế giới và đã có rất nhiều định nghĩa nhằm mô tả hiện tượng đất bão hoà nước bị phá hoại khi động đất, tuy nhiên hiện nay định nghĩa đang được sử dụng rộng rãi nhất là do Ban Nghiên cứu Quốc gia về Động đất của Mỹ đưa ra (1985): “Hóa lỏng đất là các hiện tượng đất dạng rời bão hoà nước bị mất sức kháng cắt hoặc bị biến dạng quá mức do sự xáo trộn đất tức thời hoặc lặp lại”. Lực này làm cho các hạt tương tác với nhau ở một vị trí mà không bị dịch chuyển và tạo cho đất nền một khả năng chịu lực, đối với đất bão hoà nước thì lực tương tác tác dụng lên đất một phần được chuyền lên các hạt và phần còn lại lên nước lỗ rỗng (Hình 2.1a). Khi động đất thời gian tải trọng động đất ngắn và nhanh làm cho nước không kịp thoát ra xung quanh được, như vậy áp lực lên nước lỗ rỗng sẽ tăng lên đồng thời làm giảm lực tương tác giữa các hạt đất (Hình 2.1c). Khi áp lực nước lỗ rỗng tăng đến một giá trị nào đó thì lực tương tác giữa các hạt đất là không còn nữa và lúc đó đất làm việc như một chất lỏng; người ta gọi đó là hóa lỏng. a – Lực tương tác các hạt ở trạng thái cân bằng tĩnh; b – Lực tương tác các hạt tăng, áp lực nước lỗ rỗng nhỏ; c – Lực tương tác các hạt giảm, áp lực nước lỗ. Như vậy bản chất hiện tượng hóa lỏng do động đất là chỉ các hạt rời bão hoà nước bị giảm độ bền và độ cứng đột ngột, dẫn tới mất khả năng chịu tải và tăng biến dạng. )2 Các yếu tố ảnh hưởng tới hoá lỏng.

• Sự cố kết: Đất quá cố kết thì hệ số áp lực ngang (Ko) của đất tăng, làm tăng ứng suất hữu hiệu trung bình và sức kháng hóa lỏng của đất tăng. • Kết cấu đất: Trong kết cấu đất tỉ lệ thành phần hạt sét càng cao, khi động đất quá trình thoát nước lỗ rỗng diễn ra chậm hơn và như vậy khả năng chống hóa lỏng càng cao. • Đặc điểm thoát nước: Đất có khả năng tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn tới khả năng hóa lỏng của đất. Các lớp đất dày và rộng thì khả năng thoát nước là kém do đó tăng áp lực nước lỗ rỗng và khả năng hóa lỏng đất nền cao. Đặc tính của động đất. Đặc tính động đất được đặc trưng bởi gia tốc động đất a và cường độ động đất M. Gia tốc và cường độ động đất càng lớn thì khả năng hóa lỏng của nền càng cao. Mực nước ngầm. Khi mực nước ngầm tăng thì áp lực nước lỗ rỗng tăng và làm giảm ứng suất có hiệu dẫn đến ứng suất kháng cắt của đất nền giảm và khả năng kháng hóa lỏng giảm. Trong các yếu tố trên thì đặc trưng của đất nền đại diện cho sức chống khả năng hóa lỏng của nền. Yếu tố đặc tính động đất đóng vai trò là tác nhân gây ra hóa lỏng nền và mực nước ngầm chỉ là yếu tố gián tiếp làm giảm sức kháng hóa lỏng của nền. Khi tính toán thiết kế đánh giá hóa lỏng, đặc trưng đất nền và đặc tính động đất là các yếu tố chính, mực nước ngầm chỉ được xem xét đến khi vị trí tính toán nằm tại khu vực có nước ngầm. Đặc biệt đối với các công trình ĐCSMN thì yếu tố mực nước ngầm không thể không xét đến khi tính toán thiết kế đánh giá khả năng hóa lỏng nền công trình. )3 Các loại đất có khả năng hoá lỏng. Tuổi của trầm tích Chiều sâu tính từ mực nước ngầm (m). Kỷ Holocence Cuối Rất cao tới. bình Thấp Rất. Đầu Cao Trung. bình Thấp Rất. Cuối Thấp Thấp Rất. thấp Rất thấp Giữa và. đầu Rất thấp Rất thấp Rấtthấp Rất thấp Kỷ thứ ba và trước nữa Rất thấp Rất thấp Rấtthấp Rất. thấp Bảng 2.3 - Khả năng hoá lỏng của đất theo chiều sâu. )4 Ảnh hưởng của hóa lỏng đối với công trình. Phương pháp mô hình dựa trên các kết quả thí nghiệm trong phòng để xác định sức kháng hóa lỏng, do lấy mẫu nguyên dạng đối với các hạt rời để thí nghiệm khá khó khăn và phức tạp vì vậy xác định các điều kiện biên của bài toán là khó.

Đánh giá khả năng hóa lỏng của nền theo mô hình vật lý, mô hình phân tích hiện nay rất khó khăn và khó mô tả được đầy đủ các điều kiện của địa chất do vậy phương pháp kinh nghiệm hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi. Với nền là đất sét yếu nằm xen kẹp với lớp cát bị hóa lỏng thì phương pháp cọc cát đầm chặt vẫn thường được sử dụng để gia cố, trong trường hợp nền là cát thì phương pháp rung đầm chặt được sử dụng và cho hiệu quả cao hơn.

ĐÁNH GIÁ HểA LỎNG CỦA NỀN CHO Đấ CHẮN SểNG MÁI NGHIấNG, GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PLAXIS

Đối với công trình có kết cấu dạng mái nghiêng và sử dụng vật liệu rời (Kè bờ, đê chắn sóng mái nghiêng..), khi nền móng bị hóa lỏng thì lún và dịch chuyển ngang của nền sẽ xảy ra và gây hư hại cho kết cấu bên trên. Để xác định hệ số ứng suất tới hạn do động đất theo thiết kế, năm 1971 Seed và Idriss đã đưa ra phương pháp đơn giản hoá và coi cột đất như một khối cứng tải trọng động đất tác động ở đáy cột và sóng cắt truyền trong đất nền gây ra ứng suất cắt trong cột đất và được xác định theo phương trình. Để xác định được hệ số ứng suất tới hạn chống hóa lỏng và hệ số ứng suất tới hạn do động đất, việc xác định ứng suất tổng cộng (σvo) tại độ sâu tính toán và ứng suất cắt ban đầu (τvo) là điều cốt lừi của bài toỏn ( hỡnh 3.6).

• ∆σembTrị số gia tăng ứng suất nền do trọng lượng của đê gây ra Trị số gia tăng ứng suất nền do trọng lượng của đê gây ra và ứng suất cắt ban đầu được xác định theo Poulos-Davis (1974) như sau. Dưới đây lần xác định hệ số ứng suất tới hạn chống hóa lỏng của đất nền theo phương pháp SPT, CPT và vận tốc sóng cắt (Vs) ứng với động đất có M = 7,5Richter. Cũng giống như phương pháp SPT thì phương pháp CPT sử dụng trong đánh giá hoá lỏng đất nền, các sốliệu phục vụ tính toán đều được hiểu chỉnh và chuẩn hoá cho phù hợp.

Trong đánh giá hóa lỏng để kiểm tra sự ổn định nền móng công trình nói chung và nền ĐCSMN nói riêng khi chịu tải trọng động đất theo thời gian thi kết quả tính toán ứng suất của nền có ý nghĩa quyết định. Đánh giá hóa lỏng nền đê do chịu tải trọng động đất bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với phần mềm Plaxis sẽ cho kết quả chính xác, tránh được những tác hại do hóa lỏng nền đem lại.

ỨNG DỤNG ĐÁNG GIÁ HểA LỎNG NỀN CHO Đấ CHẮN SểNG NGĂN CÁT DUNG QUẤT

Từ các kết quả tính toán ở trên cho thấy tại vị trí xây dựng đê chắn cắt Dung Quất với động đất cấp 7 thì lớp địa chất số 1 bị hóa lỏng một phần và càng xuống sâu thì hệ số an toàn chống hóa lỏng càng cao, điều này khẳng định khả năng kháng hóa lỏng của nền theo chiều sâu là cao. Bước 1: Xác định hệ số ứng suất tới hạn chống hóa lỏng dựa trên các ứng suất tới hạn tính theo phần mềm Plaxis (σ τvo' , eq) ;CSRL. Tính toán đánh giá hóa lỏng nền theo hai phương pháp đều cho kết quả là đất nền bị hóa lỏng và cần phải được cải tạo.

Hệ số an toàn chống hóa lỏng tính theo phần mềm Plaxis có giá trị nhỏ hơn tính bằng tay cho thấy khi tính toán giá trị hệ số ứng suấttới hạn do động đất theo phương pháp của Seed và Idiss đã sử dụng ứng suất cắt tương đương (65% τmax) trong suốt quá trình tính toán. Qua phân tích đánh giá hóa lỏng cho nền đê chắn sóng ngăn cát Dung Quất, với động đất cấp 7 (amax= 0,19g) thì tại vị trí xây dựng đê nền bị hóa lỏng. Tính toán theo Plaxis trạng thái ứng suất của đất được tính trong suốt quá trình xây dựng và sau khi xây dựng vì vậy kết quả thu được là chính xác và tin cậy cao hơn khi tính bằng phương pháp đơn giản.