Chương 4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG TRƯỚC VÀ SAU KHI GIA CƯỜNG BẰNG XI MĂNG – SỢI XƠ DỪA
4.4 Tính toán ổn định cho công trình đắp bằng đất tự nhiên
4.4.2 Phân tích bằng phần mềm Plaxis 8.5
Nhằm tìm ra chiều cao đắp tối đa, chịu được tải trọng xe 19kN/m2 mà không bị trượt nếu sử dụng đất tự nhiên để đắp.
Sử dụng phương pháp phân tích Plastic Analysic và Phi/c reduction. [FS] = 1.4
Hình 4.7 : Mô hình Plaxis khi đắp bằng đất tự nhiên.
Chi tiết tính toán xem tại phần phụ lục.
Kết quả phân tích :
Với đất tự nhiên, chiều cao đắp 0.5m, hệ số ổn định trượt là : 1.378.
Với đất tự nhiên, chiều cao đắp 1m, hệ số ổn định trượt là : 1.172.
Với đất tự nhiên, chiều cao đắp 1.5m, hệ số ổn định trượt là : 1.038.
Hình 4.8 : Quan hệ giữa chiều cao đắp và hệ số ổn định trượt khi đắp bằng đất tự nhiên.
Nhận xét :
1. Chiều cao đắp càng tăng thì hệ số ổn định trượt càng giảm.
2. Chiều cao đắp tối đa là 0.5 m theo phương pháp phân tích Bishop và Morgenstern – Price.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0.5 1 1.5
Hệ số an toàn
Chiều cao đắp (m)
Fellinius Bishop Janbu Morgenstern - Price Plaxis
4.5 Tính toán ổn định cho công trình đắp bằng đất được gia cường 4.5.1 Phân tích bằng phần mềm SLOPE/W
Phần mềm sử dụng để tính toán là Geo Studio 2007 - Slope/W. Các phương pháp phân tích bao gồm : Fellenius, Janbu, Bishop, Morgenstern - Price. Hệ số ổn định cho phép [FS] = 1.4.
Hình 4.9 : Mô hình bài toán đắp bằng đất được gia cường trong Geo Slope.
Bảng 4.4 : Bảng tổng hợp hệ số ổn định trượt từ Geo Slope/W khi đắp đất đã gia cường xi măng và sợi xơ dừa.
4.5.2 Phân tích bằng phần mềm Plaxis 8.5
Nhằm tìm ra chiều cao đắp tối đa, chịu được tải trọng xe 19kN/m2 mà không bị trượt nếu sử dụng đất gia cường xi măng 12 % và xơ dừa 0.8 %, để đắp.
Sử dụng phương pháp phân tích Plastic Analysic và Phi/c reduction. [FS] = 1.4 Bảng 4.5 : Hệ số ổn định trượt của mái dốc đắp bằng đất gia cường theo Plaxis.
Chiều cao đắp (m) 2 3 4 5 5.5 6
Hệ số ổn định trượt 1.828 1.665 1.569 1.429 1.421 1.385
Hình 4.10 : Mô hình Plaxis khi đắp bằng đất gia cường xi măng và sợi xơ dừa.
Chi tiết được trình bày trong phần phụ lục.
Hình 4.11 : Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao đắp và hệ số ổn định trượt khi đất được gia cường bằng xi măng và sợi xơ dừa.
Nhận xét :
1. Chiều cao đắp càng tăng thì hệ số ổn định trượt càng giảm.
2. Khi đắp đến chiều cao 6m thì hệ số ổn định theo Plaxis là 1.385 bé hơn [FS] = 1.4.
3. Phương pháp phân tích theo Fellenius cho sệ số ổn định cao nhất và phương pháp phân tích theo Plaxis cho hệ số ổn định nhỏ nhất.
KẾT LUẬN CHƯƠNG
1. Khi đắp bằng đất tự nhiên, chiều cao đắp tối đa là 0.5 m với hệ số ổn định trượt là 1.304. Do đó, đất tự nhiên hầu như không có khả năng sử dụng để đắp.
2. Khi đắp bằng đất đã gia cường bằng 12 % xi măng và 8% sợi xơ dừa, chiềucao đắp tối đa là 5.5 m (ứng với áp lực lên nền là 88 kN/m2) với hệ số ổn định trượt là 1.421.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
2 (m) 3 (m) 4 (m) 5 (m) 5.5 (m) 6 (m)
Hệ số an toàn
Chiều cao đắp (m)
Fellinius Bishop Janbu Morgenstern - Price Plaxis
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A. Kết luận
Như vậy, bằng các thí nghiệm trong phòng và thử nghiệm trên mô hình, có thể rút ra một số kết luận về đất yếu khu vực huyện Châu Thành – tỉnh Bến Tre khi gia cường với xi măng và sợi xơ dừa, như sau :
1. Hàm lượng xơ dừa 0.8 % và xi măng 12% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng sức kháng cắt cao nhất : C tăng 21.74 lần ( từ 6.6 kPa lên 143.472 kPa), φ tăng 10.13 lần (từ 412’ lên 4030’).
2. Hàm lượng xơ dừa 0.8 % và xi măng 12% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng sức kháng nén đơn qu cao nhất : 46.4 lần (từ 0.266kG/cm2 lên 12.344 kG/cm2).
3. Hàm lượng xơ dừa 0.8 % và xi măng 12% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng module E50 nhiều nhất : 25.06 lần (từ 2256 kPa lên 56541 kPa).
4. Khi đắp bằng đất tự nhiên, chiều cao đắp tối đa là 0.5 m với hệ số ổn định trượt là 1.304. Do đó, đất tự nhiên hầu như không có khả năng sử dụng để đắp.
5. Khi đắp bằng đất đã gia cường bằng 12 % xi măng và 8% sợi xơ dừa, chiềucao đắp tối đa là 5.5 m (ứng với áp lực lên nền là 88 kN/m2) với hệ số ổn định trượt là 1.421.
B. Kiến nghị
Trong quá trình nghiên cứu, có một số vấn đề cần lưu ý khi áp dụng thi công thực tế:
1. Độ ẩm đầm chặt tốt nhất khi thi công đề nghị là 21.05 %.
2. Các điều kiện thí nghiệm trong phòng là lý tưởng, vì thế chỉ nên đắp tối đa là 3m cho công trình áp dụng loại vật liệu này.
3. Các kết quả trong nghiên cứu chỉ nên được sử dụng ở vùng Châu Thành – Bến Tre hoặc các vùng địa chất tương tự.
Hướng nghiên cứu tiếp theo :
1. Nghiên cứu về ứng xử cố kết của vật liệu đất trộn xi măng – xơ dừa.
2. Nghiên cứu về tính thấm của vật liệu đất trộn xi măng – xơ dừa.
3. Xây dựng mô hình thực tế với tỷ lệ nhỏ để kiểm tra kết quả lý thuyết về vật liệu đất trộn xi măng – xơ dừa.
4. Nghiên cứu công nghệ trộn sâu sợi vào đất./.
Ngày, tháng, năm sinh : 26/10/1990 Nơi sinh : huyện Tây Sơn – tỉnh Bình Định Địa chỉ liên lạc : 18 – Đường số 8 – P. Linh chiểu – Q. Thủ Đức – Tp. HCM.
Email : newthanhtran@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
Từ 2008 – 2013 : sinh viên khoa Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp, Đại học Kiến Trúc Tp. HCM.
Từ 2014 – 2016 : học viên cao học ngành Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm, Đại học Bách Khoa Tp. HCM.
[1] Andersland, O. B. and Khattack, A. S., “ Shear Strength of Kaolinite/Fiber Soilmixture ”, Proc. 1st Int. Conf. on Soil Reinforcement, Vol. I, France, 1979, pp. 11-16.
[2] Nataraj, M.S, McManis, “Strength and Deformation Properties of Soils
Reinforced with Fibrillated Fibres ”, Geosynthetic International, Vol. 4, 1997, pp. 65-79.
[3] Kumar, S., Tabor, “Strength Characteristics Of Silty Clay Reinforced With Randomly Oriented Nylon Fibres”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, pp. 8, 2003.
[4] Freilich, B. J., Li, C., Zornberg., “Effective Shear Strength of Fiber-Reinforced Clays”, 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, 2010, pp. 1997- 2000.
[5] Aminchegenizadeh, Prof. Hamid Nikraz, “Numerical Shear Test on Reinforced Clayey Sand”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 17, pp.
577-592, 2012.
[6] R. Craig, J. Schuring, W. Costello, and L. Soong , “ Fiber Reinforced Soil- Cement ”, America Concrete Institute, Vol. 105, 1987, pp. 119-140.
[7] Nilo C. Consoli, Pedro D. M. Prietto, Luciane A. Ulbrich, “ Influence of Fiber and Cement Addition on Behavior of Sandy Soil ”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Volume 124, France, 1998, pp. 1211-1214.
Polyethylene Strips ”, Journal of Materials in Civil Engineering, vol 14, pp.
177-184, 2002.
[9] Chaosheng Tang, Bin Shi , Wei Gao, Fengjun Chen, Yi Cai, “Strength and Mechanical Behavior of Short Polypropylene Fiber Reinforced and Cement Stabilized Clayey Soil”, Geotextiles and Geomembranes , 2007.
[10] Kim, Woo Sik, Jung, Du Hwoe, Cho Il Muk, “Compressive Strength Characteristics of PVA Fiber Reinforced Soil-Cement Mixture”, 한국방재학회논문집, pp. 147-156, 2012.
[11] Rao, G.V., Dutta, R.K., Ujwala, “Strength Characteristics of Sand Reinforced with Coir Fibres and Coir Geotextiles”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering G, pp. 10, 2005.
[12] Babu, G. L. S, Vasudevan , “Strength and Stiffness Response of Coir Fibre – Reinforced Tropical Soil”, Electronic Journal of Materials in Civil
Engineering, Vol 20, pp. 571-577, 2008.
[13] Ramesh, H.N., Manoj Krishna, Mamatha , “Strength and Mechanical Behavior of Short Polypropylene Fiber Reinforced and Cement Stabilized Clayey Soil”, Proceedings of Indian Geotechnical Conference, Indian, 2008, pp. 523-525.
[14] Bryan Gaw and Sofia Zamora, “Soil Reinforcement with Natural Fibers for Low – Income Housing Communities”, Thesis of Bachelor of Science, Department Civil and Environmental Engineering, Worcester Polytechnic Institute, 2010.
2011.
[16] Bindu Sebastian et al., “Effect of Inclusion of Coir Fiber on The Shear Strength of Marine Clay ”, In Proc. Proceedings of Indian Geotechnical Conference, Indian, 2011, pp. 379-382.
[17] Rakesh Kumar Dutta, Vishwas Nandkishor Khatri and V. Gayathri, “Effect of Addition of Treated Coir Fibers on the Compression Behaviour of Clay”, Jordan Journal of civil Engineering, Vol6, No. 4, 2012.
[18] Arnon Bentur and Sidney Mindess, “Fibre Reinforced Cementitious Composites
“ NXB Simultaneously, 2007.
[19] A.K. Bledki, J. Gassan, “Composites reinforced with cellulose based fibers”, Prog. Polym. Sci No. 4, 1999, pp. 221 – 274.
[20] M. Sudhakaran, Rillai, R. Vasudev, “Applications of coir in agricutural textiles”, International seminar on technical textiles, India, 2001.
[21] Lê Anh Phương, “ Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tính của vật liệu
composite được gia cường bằng sợi xơ dừa”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Cần Thơ, 2007.
[22] 22 TCN – 211 - 06, “ Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế.”, Bộ Giao Thông Vận Tải, Quyết định số : 52/2006/QĐ – BGTVT, tháng 12 năm 2006.
PHỤ LỤC
Địa điểm: XÃ AN HÓA - HUYỆN CHÂU THÀNH - TỈNH BẾN TRE
Mẫu: HK1-1 1 Độ sâu: 2.0 - 2.2 m Hố khoan: HK1
Mô tả: Bùn sét, xám nâu đen, trạng thái chảy
5 2
BT W γ γd Sr n eo Gs WL WP IP IL
55.06 16.0 10.3 92.1 61.6 1.602 2.68 50.6 22.5 28.1 1.16
1
KL đất khô: 29.09g D60(mm) D30(mm) D10(mm) Cc Cu
Nhiệt độ TN: 30.0°C 0.041 0.005 * * *
Caáp Di1-i2 Pi P
hạt (mm) % %
>10 100.0
D mi 10-5 100.0
(mm) (g) 5-2 100.0
20.0 2-1 100.0
10.0 1-0.5 100.0
5.0 0.5-0.25 100.0
2.0 0.25-0.1 5.4 100.0
1.0 0.1-0.05 28.8 94.6
0.5 0.05-0.01 30.2 65.8
0.25 0.01-0.005 6.2 35.6
0.1 1.6 Seùt <0.005 29.4 29.4
1.00 Hộp nén số: 1 eo: 1.602
1.00 Số đọc sau 24h: 293.0 ho: 20mm
kPa Vạch kPa/0.01mm kPa
25 4.8 1.686 8.1
0 1.602 50 6.3 1.678 10.6
25 70.0 3.9 1.512 0.360 722.8 722.8 75 6.9 1.736 12.0
50 120.0 6.0 1.446 0.264 951.5 951.5 100 8.0 1.739 13.9
100 185.0 8.4 1.361 0.170 1438.8 1438.8
200 280.0 11.9 1.236 0.125 1888.8 1888.8
TN: Ha, Hien, Hieu, Long, Van Xử lý: Eng. Vo Thanh Long Kiểm tra: Dr. Dau Van Ngo
kPa
Eo= E*mk*β
E a
ei
kPa kPa
ϕ =
PP: Cắt nhanh không thoát nước Buùi
Vạch
τmax kPa-1x10-2
-
kPa Vạch
σi
Thớ nghieọm caột phaỳng
6.5 Hệ số vòng lực: Cr
Cr R
tan ϕ = KQTN HẠT
Soûi sạnCaùt
0.075 04°18'
ND
Khối lượng đất
∆hm
∆hn σi
>0.1mm
Thớ nghieọm neựn luựn
1.163 1.236 1.309 1.382 1.456 1.529 1.602 1.675
0 25 50 75 100 125 150 175 200
σ (kPa) ei
0.0 12.5 25.0 37.5 50.0 62.5 75.0 87.5 100.0
0.0 12.5 25.0 37.5 50.0 62.5 75.0 87.5 100.0
σ (kPa) τmax(kPa)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.001 0.01
0.1
1 D (mm)
P (%)
C = β =
mk=
Tyỷ leọ(Scale) (m) Teõn lơựp(Stratum No) Cao độ(Elevation) Độ saõu lơựp (m) (Depth) (m) B-dày lơựp(Thickness) TRỤ CAÉT
(GRAPHIC LOG)
Soỏ hieọu và độ sâu
maãu (Sample No- Samp. depth)
MÔ TẢ
(DESCRIPTION OF SOIL)
THÍ NGHIEÄM XUYEÂN TIEÂU CHUAÅN (STANDARD PENETRATION TEST) Số búa ứng
với 15cm (Blows pereach
15cm)
15cm 15cm 15cm
N
Biểu đồ SPT (CHART SPT) Soá h
ieọu vaứ ủoọ saõu SPT (Sampling and depth SPT) Địa điểm (Location) : XÃ AN HÓA - HUYỆN CHÂU THÀNH - TỈNH BẾN TRE
Hoá khoan (Bore hole) : HK1
Cao độ giả định (Dummy elevation) : +0.0m Mực nước tĩnh (Ground water level) : -1.3m
Phương pháp khoan xoay sử dụng bentonite (Rotary drilling method)
Tyỷ leọ (Scale) : 1/150
Tổ trưởng (Team leader) : NGUYỄN VĂN KHÁNH Giám sát bên A(Supervisor) : NGUYỄN VĂN TƯỞNG Máy khoan(Driller) : XY-1
10 20 30 40 50 0.00 0.00
1 0.6 Sét lẫn mùn thực vật, xám đen, TT dẻo mềm
-0.60 0.60
2 2.7 Bùn sét, xám nâu đen, trạng thái chảy
-3.30 3.30
3 4.1 Cát pha, xám nâu đen, trạng thái dẻo
-7.40 7.40
4 5.5 Sét, xám nâu đen, trạng thái dẻo chảy
-12.90 12.90
5 8.1 Sét, xám trắng - vàng, trạng thái nửa cứng
-21.00 21.00
6 4.0 Cát pha, nâu, trạng thái dẻo
-25.00 25.00
7 5.0 Sét, xám trắng-xám vàng,trạng thái nửa cứng
-30.00 30.00 Kết thúc tại độ sâu (Total depth of hole): 30.0m Độ sâu hố khoan (Total depth of hole) : 30.0m
0.0 ÷ 0.2HK1-0
0.2 ÷ 0.65
1 1 2 3 3 SPT1-0
2.0 ÷ 2.2HK1-1
2.2 ÷ 2.65
0 0 1 1 1 SPT1-1
4.0 ÷ 4.2HK1-2
4.2 ÷ 4.65
2 3 4 7 7 SPT1-2
6.0 ÷ 6.2HK1-3
6.2 ÷ 6.65
3 3 5 8 8 SPT1-3
8.0 ÷ 8.2HK1-4
8.2 ÷ 8.65
0 1 1 2 2 SPT1-4
10.0 ÷ 10.2HK1-5
10.2 ÷ 10.65
1 1 1 2 2 SPT1-5
12.0 ÷ 12.2HK1-6
12.2 ÷ 12.65
1 1 2 3 3 SPT1-6
14.0 ÷ 14.2HK1-7
14.2 ÷ 14.65
7 10 18 28 28 SPT1-7
16.0 ÷ 16.2HK1-8
16.2 ÷ 16.65
9 12 19 31 31 SPT1-8
18.0 ÷ 18.2HK1-9
18.2 ÷ 18.65
6 8 11 19 19 SPT1-9
20.0 ÷ 20.2HK1-10
20.2 ÷ 20.65
8 12 17 29 29 SPT1-10
22.0 ÷ 22.2HK1-11
22.2 ÷ 22.65
7 11 16 27 27 SPT1-11
24.0 ÷ 24.2HK1-12
24.2 ÷ 24.65
9 14 20 34 34 SPT1-12
26.0 ÷ 26.2HK1-13
26.2 ÷ 26.65
6 9 14 23 23 SPT1-13
28.0 ÷ 28.2HK1-14
28.2 ÷ 28.65
7 10 16 26 26 SPT1-14
30.0 ÷ 30.2HK1-15
30.2 ÷ 30.65
8 11 17 28 28 SPT1-15
0.0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 12.0 13.5 15.0 16.5 18.0 19.5 21.0 22.5 24.0 25.5 27.0 28.5 30.0
.
Kết quả Plaxis 8.5