Tài liệu Phân tích ảnh hưởng của kích thước mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trưng biến dạng của đất và ứng dụng tính toán độ lún của nền đất khi gia tải trước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------------ PHÙ NHẬT TRUYỀN PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA KÍCH THƢỚC MẪU NÉN TRONG THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT ĐẾN CÁC ĐẶC TRƢNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ LÖN CỦA NỀN ĐẤT KHI GIA TẢI TRƢỚC Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã Số Ngành : 60580204 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ BÁ VINH Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS. TS. TRẦN THỊ THANH Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TRƢƠNG QUANG HÙNG Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 14 tháng 6 năm 2015 . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. PGS.TS. VÕ PHÁN 2. GS.TS. TRẦN THỊ THANH 3. TS. TRƢƠNG QUANG HÙNG 4. TS. NGÔ TẤN DƢỢC 5. TS. LÊ BÁ KHÁNH Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). ............................................................................................................................... CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS. VÕ PHÁN TS. NGUYỄN MINH TÂM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -----------------NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHÙ NHẬT TRUYỀN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18-07-1989. Nơi sinh: Bình Thuận Địa chỉ mail: [email protected] Điện thoại: 0903321162 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm MSHV: 13090108 Khóa( năm trúng tuyển) : 2013 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA KÍCH THƢỚC MẪU NÉN TRONG THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT ĐẾN CÁC ĐẶC TRƢNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT KHI GIA TẢI TRƢỚC II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1- NHIỆM VỤ: - Thí nghiệm nén cố kết với các kích thƣớc mẫu nén khác nhau. - So sánh sự khác nhau của các đặc trƣng nén lún thí nghiệm với các mẫu nén có kích thƣớc khác nhau. - Tính toán tốc độ lún khi gia tải trƣớc từ các kết quả thí nghiệm với các mẫu nén có kích thƣớc khác nhau - Mô phỏng bài toán trên phần mềm PLAXIS 2D từ các kết quả thí nghiệm với các mẫu nén có kích thƣớc khác nhau - So sánh các kết quả tính toán, các kết quả mô phỏng với kết quả quan trắc lún tại công trình cụ thể. 2- NỘI DUNG: - Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu - Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 3: Phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén đến các đặc trƣng biến dạng của đất bằng thí nghiệm nén cố kết - Chƣơng 4: Ứng dụng tính toán xử lý nền bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc - Kết luận và kiến nghị. - Tài liệu tham khảo. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ VINH Ngày………tháng………năm 201… CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. LÊ BÁ VINH TS. LÊ BÁ VINH TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TS. NGUYỄN MINH TÂM LỜI CẢM ƠN Để có đƣợc nhƣ ngày hôm nay không thể quên đến công ơn to lớn của cha mẹ, luôn là nền tảng vững chắc và động viên tôi lúc khó khăn. Tôi xin cảm ơn các thầy bộ môn ĐỊA CƠ NỀN MÓNG khoa Kỹ Thuật XÂY DỰNG đã dạy dỗ truyền đạt những kiến thức chuyên ngành và nhiều kinh nghiệm quý báu. Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy TS. LÊ BÁ VINH đã tận tình hƣớng dẫn em trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn thầy TS.ĐỖ THANH HẢI và cô ĐẶNG THỊ NGỌC đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm ĐỊA CƠ NỀN MÓNG khoa Kỹ Thuật XÂY DỰNG. Tôi xin cảm ơn Th.S VÕ THANH LONG đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm ĐỊA KỸ THUẬT khoa Kỹ Thuật ĐỊA CHẤT và DẦU KHÍ. Tôi xin cảm ơn các anh chị lớp cao học KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM khóa 2013 đã cùng tôi học tập và trao dồi kiến thức trong suốt thời gian học tại trƣờng. Tôi đã cố gắng hoàn thành Luận Văn một cách tốt nhất, nhƣng không thể tránh khỏi những sai sót. Những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô sẽ giúp em khắc phục những sai sót của mình. Học viên Phù Nhật Truyền TÓM TẮT LUẬN VĂN Kết quả thí nghiệm nén cố kết ảnh hƣởng rất quan trọng cho việc tính toán thiết kế nền móng đặc biệt là thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc. Trong luận này tác giả tập trung thí nghiệm nén cố kết với các loại đƣờng kính mẫu nén: 5.08cm, 6.18cm, 7.98cm và các loại chiều cao: 2cm, 3cm, 4cm nhằm phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất. Bên cạnh đó tác giả còn tính toán giải tích và mô phỏng PLAXIS bài toán xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc. Sau đó so sánh độ lún từ tính toán và mô phỏng với độ lún quan trắc ngoài hiện trƣờng. Nhằm đề xuất kích thƣớc mẫu nén thích hợp cho thí nghiệm nén cố kết để có độ lún từ tính toán và mô phỏng phù hợp với kết quả quan trắc lún ngoài hiện trƣờng. Từ kết quả tính toán lún từ các kết quả thí nghiệm tác giả nhận thấy mẫu nén có kích thƣớc d x h = 7.98 cm x 4 cm cho kết quả độ lún ổn định ít sai số nhất với kết quả quan trắc. -ii- SUMMARY OF THESIS Consolidation Test’s result has a important effect on calculation and design section, especially in the constructions that soft grounds are treated by preloading menthol. In this thesis, the author did focus on Consolidation Test with samples diameter of 5.08cm, 6.18cm, 7.98cm and samples height of 2cm, 3cm, 4cm in order to analyze the effect of sample sizes on soil’s deformation feature. Besides, the author also calculated and simulated an example of soft grounds treatment by preloading menthol. Then, the author compared the settlement among calculated and simulated and field monitoring result in order to propose the suitable sample size for Consolidation Test to match the result from the calculation with settlement monitoring. With the settlement calculated result from test result, the author realized that the samples with 7.98cm × 4cm give the calculation result with the less deviation from monitoring result. -iii- LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tác giả, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tiến hành thí nghiệm thực tiễn dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. LÊ BÁ VINH. Các số liệu về địa chất, các kết quả thí nghiệm, mô hình tính toán và những kết quả trong luận văn là trung thực, đƣợc xuất phát từ kinh nghiệm và thực tiễn, các số liệu thực tế đƣợc chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo. Một lần nữa tác giả xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015 Học viên Phù Nhật Truyền -iv- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................ ii LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... iv MỤC LỤC .................................................................................................................v DANH SÁCH HÌNH ẢNH .......................................................................................... vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................1 1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...............................1 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .................................................................................................2 3. PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................2 4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ....................................................................................................3 5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................................................3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ...............................................................4 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ....................................................................................4 1.2. NHỮNG NHIỆM VỤ CẦN NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN ..........................7 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................8 2.1. LÝ THUYẾT CỐ KẾT CỦA ĐẤT. .........................................................................8 2.2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT ĐẮP ........................................................10 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA KÍCH THƢỚC MẪU NÉN ĐẾN CÁC ĐẶC TRƢNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT BẰNG THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT. . ...............................................................................................................17 3.1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .....................................................17 3.2. QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ..................................................................................21 3.3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH VỚI NHỮNG NGHIÊN CỨU TRƢỚC ĐÂY NHẰM ĐÁNH GIÁ SỰ TƢƠNG ĐỒNG VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU........................................................................................................28 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIA TẢI TRƢỚC ..........................................................................................................47 4.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH..................................................................................47 4.2. TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIA TẢI TRƢỚC ............48 4.3. MÔ PHỎNG BÀI TOÁN TRÊN PHẦN MỀM PLAXIS 2D ................................54 4.4. KẾT LUẬN .............................................................................................................68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................70 A. KẾT LUẬN:............................................................................................................70 -v- B. KIẾN NGHỊ: ...........................................................................................................72 C. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: ..................................................................72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................73 -vi- DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.1 Kết quả thí nghiệm của Brendan C. O’Kelly ..................................................4 1.2 Kết quả thí nghiệm của S. H. Chew & S. K. Bharati ......................................5 1.3 Kết quả thí nghiệm của Mẫn B. T ...................................................................6 2.1 Hình mô phỏng quá trình cố kết của đất .........................................................8 2.2 Sơ đồ mất ổn định của nền đất đắp trên đất yếu do lún trồi. .........................11 2.3 Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải Nc của nền đất yếu. ...............................12 2.4 Sơ đồ mất ổn định của nền đất trên đất yếu do trƣợt sâu. .............................12 2.5 Sơ đồ tính toán ổn định trƣợt sâu theo phƣơng pháp Bishop. .......................13 3.1 Bản đồ vị trí công trình ..................................................................................17 3.2 Phối cảnh dự án Riviera Point .......................................................................17 3.3 Mặt cắt địa chất .............................................................................................19 3.4 Đào bỏ lớp rễ cây bề mặt và ấn ống lấy mẫu vào đất ....................................21 3.5 Bịt nilon hai đầu ống mẫu .............................................................................22 3.6 Thí nghiệm nén ba trục ..................................................................................22 3.7 Cố kết với áp lực 50kPa ................................................................................23 3.8 Cố kết với áp lực 100kPa ..............................................................................23 3.9 Cố kết với áp lực 150kPa ..............................................................................24 3.10 Nén mẫu đã cố kết với áp lực 50kPa ...........................................................24 3.11 Nén mẫu đã cố kết với áp lực 100kPa .........................................................25 3.12 Nén mẫu đã cố kết với áp lực 150kPa .........................................................25 3.13 Đƣờng sức chống cắt ...................................................................................26 3.14 Bão hòa các mẫu 24h trƣớc khi gia tải ........................................................27 3.15 Đọc số thí nghiệm nén cố kết ......................................................................27 3.16 Mẫu đất sau thí nghiệm ...............................................................................27 3.17 Đồ thị e-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất .......................................................28 3.18 Đồ thị e-log(p) thí nghiệm lần thứ hai .........................................................28 3.19 Đồ thị e-log(p) thí nghiệm lần thứ ba ..........................................................29 3.20 Đồ thị mv -log(p) thí nghiệm lần thứ nhất ...................................................29 3.21 Đồ thị mv -log(p) thí nghiệm lần thứ hai .....................................................30 3.22 Đồ thị mv-log(p) thí nghiệm lần thứ ba .......................................................30 3.23 Đồ thị Cv-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất ....................................................31 3.24 Đồ thị Cv-log(p) thí nghiệm lần thứ hai.......................................................31 3.25 Đồ thị Cv-log(p) thí nghiệm lần thứ ba........................................................32 3.26 Đồ thị Cα-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất ....................................................32 3.27 Đồ thị Cα-log(p) thí nghiệm lần thứ hai ......................................................33 3.28 Đồ thị Cα-log(p) thí nghiệm lần thứ ba........................................................33 3.29 Biểu đồ sự thay đổi Pc ,Cc ,Cs khi tăng đƣờng kính mẫu nén ......................35 3.30 Lõi mẫu đất sau khi thí nghiệm ...................................................................36 3.31 Đồ thị e-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất .......................................................36 3.32 Đồ thị e-log(p) thí nghiệm lần thứ hai .........................................................37 3.33 Đồ thị e-log(p) thí nghiệm lần thứ ba ..........................................................37 -vii- Hình 3.34 Đồ thị mv-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất ....................................................38 Hình 3.35 Đồ thị mv-log(p) thí nghiệm lần thứ hai ......................................................38 Hình 3.36 Đồ thị mv-log(p) thí nghiệm lần thứ ba .......................................................39 Hình 3.37 Đồ thị Cv-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất ....................................................39 Hình 3.38 Đồ thị Cv-log(p) thí nghiệm lần thứ hai.......................................................40 Hình 3.39 Đồ thị Cv-log(p) thí nghiệm lần thứ ba........................................................40 Hình 3.40 Đồ thị Cα-log(p) thí nghiệm lần thứ nhất ....................................................41 Hình 3.41 Đồ thị Cα-log(p) thí nghiệm lần thứ hai ......................................................41 Hình 3.42 Đồ thị Cα-log(p) thí nghiệm lần thứ ............................................................42 Hình 3.43 Bảng so sánh tỉ lệ biến dạng khi tăng chiều cao mẫu nén ...........................42 Hình 3.44 Biểu đồ sự thay đổi Pc, Cc, Cs khi tăng chiều cao mẫu nén .........................44 Hình 3.45 Phân bố lực ma sát giữa đất và thành dao vòng ..........................................44 Hình 3.46 Kết quả đọc số liệu tự động tại cấp áp lực 0.5 kG/cm2 ..............................45 Hình 3.47 Các giai đoạn lún theo Larrson(1977) .........................................................46 Hình 3.48 Đồng hồ đo chuyển vị..................................................................................46 Hình 4.1 Mặt bằng gia tải trƣớc ...................................................................................47 Hình 4.2 Chiều cao đắp đất khu vực số 1 .....................................................................47 Hình 4.3 Chiều cao đắp đất khu vực số 2 .....................................................................48 Hình 4.4 Các thông số địa chất nhập vào mô hình: ......................................................50 Hình 4.5 Kết quả ổn định trƣợt sâu tại mặt cắt nguy hiểm nhất của khu vực số 1 ......51 Hình 4.6 Kết quả ổn định trƣợt sâu tại mặt cắt nguy hiểm nhất của khu vực số 2 ......52 Hình 4.7 Biểu đồ phân bố σbt và σgl theo độ sâu khu vực gia tải số 1 ..........................53 Hình 4.8 Đồ thị p – ε ....................................................................................................55 Hình 4.9 Biểu đồ sự thay đổi Eref theo độ sâu ..............................................................56 Hình 4.10 Mô hình tính toán khu vực gia tải số 1 ........................................................57 Hình 4.11 Biểu đồ độ lún theo thời gian khu vực gia tải số 1 ......................................58 Hình 4.12 Biểu đồ thay đổi áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ theo thời gian khu vực gia tải số 1 ............................................................................................................................59 Hình 4.15 Chi tiết mốc GPS .........................................................................................61 Hình 4.16 Thi công bàn đo lún tại hiện trƣờng ............................................................61 Hình 4.17 Thiết bị và cách đo cao độ bàn lún ..............................................................62 Hình 4.18 Đồ thị độ lún tại khu vực gia tải số 1 ..........................................................63 Hình 4.19 Độ lún trung bình của mỗi chu kì tại khu vực số 1 .....................................63 Hình 4.20 Biểu đồ tính độ lún sơ cấp cuối cùng theo Asaoka .....................................64 Hình 4.21 Phân tích ASAOKA tại vị trí 1A-1 .............................................................65 Hình 4.22 Phân tích ASAOKA tại vị trí 1B-1 ..............................................................66 Hình 4.23 Phân tích ASAOKA tại vị trí 1C-1 ..............................................................66 Hình 4.24 Phân tích ASAOKA tại vị trí 1D-1 .............................................................67 Hình 4.25 Phân tích ASAOKA tại vị trí 1E-1 ..............................................................67 Hình 4.26 Phân tích ASAOKA theo độ lún trung bình khu vực số 1 ..........................68 Hình 4.27 Biểu đồ so sánh các kết quả tính độ lún ổn định .........................................69 -viii- Hình 4.28 Biểu đồ so sánh độ lún ổn định theo quan trắc và PLAXIS (tại gần mái dốc) .......................................................................................................................................69 -ix- DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng 3.1 Bảng tổng hợp địa chất .................................................................................20 3.2 Bảng kết quả thí nghiệm nén ba trục ............................................................25 3.3 Kết quả thí nghiệm nén ba trục .....................................................................26 3.4 Các kích thƣớc mẫu nén ................................................................................26 3.5 Bảng so sánh tỉ lệ biến dạng khi tăng đƣờng kính mẫu nén .........................34 3.6 Bảng so sánh hệ số nén mv khi tăng đƣờng kính mẫu nén ............................34 3.7 Bảng so sánh hệ số cố kết Cv khi tăng đƣờng kính mẫu nén ........................34 3.8 Bảng so sánh hệ số nén thứ cấp Cα khi tăng đƣờng kính mẫu nén ...............35 3.9 Bảng so sánh hệ số nén mv khi tăng chiều cao mẫu nén ...............................43 3.10 Bảng so sánh hệ số cố kết Cv khi tăng chiều cao mẫu nén .........................43 3.11 Bảng so sánh hệ số nén thứ cấp Cα khi tăng chiều cao mẫu nén ................43 4.1 Tổng hợp tính toán độ lún tại khu vực gia tải số 1: ......................................53 4.3 Quan hệ p – ε.................................................................................................55 4.4Bảng tổng kết mô đun Eoed và Eref ..................................................................55 4.5 Bảng tổng hợp các thông số địa chất nhập vào Plaxis ..................................56 4.6 Bảng ghi số liệu quan trắc .............................................................................62 4.7 Bảng tổng hợp kết quả phân tích ASAOKA .................................................68 -x- MỞ ĐẦU 1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm kinh tế lớn của cả nƣớc, đã và đang trên đà phát triển rất nhanh, thu hút nhiều nhà đầu tƣ trong và ngoài nƣớc, tiếp nhận một lực lƣợng lao động lớn đến từ các tỉnh thành trong cả nƣớc. Do quỹ đất trong khu vực nội thành có hạn, nên cần phải mở rộng đầu tƣ xây dựng ra các khu vực ngoại ô nhƣ các quận 4, quận 7, quận 9, huyện Bình Chánh, huyện Nhà Bè… Nhƣng một điều đáng quan tâm là đất nền tại các khu vực chủ yếu là bùn sét, bùn sét hữu cơ, bùn sét pha có trạng thái từ chảy đến dẻo chảy, đƣợc xếp vào loại đất yếu. Vì vậy muốn xây dựng công trình tại các khu vực này cần phải có biện pháp xử lý nền phù hợp. Việc thiết kế các biện pháp xử lý nền đất yếu hiện nay chủ yếu dựa vào các thông số thí nghiệm đất trong phòng. Đặc biệt là các thông số từ thí nghiệm nén cố kết nhƣ : áp lực tiền cố kết P0, chỉ số nén Cc, chỉ số nén lại Cs, hệ số cố kết Cv, hệ số nén lún a, modun tổng biến dạng E, hệ số thấm đứng kv, hệ số biến dạng thể tích mv. Nhƣ vậy, có thể nói kết quả thí nghiệm nén cố kết ảnh hƣởng rất lớn đến việc tính toán xử lý nền đất yếu. Theo TCVN 4200-2012, yêu cầu đối với các thiết bị thí nghiệm là :“Đối với đất không có hạt thô (lớn hơn 2 mm), đường kính trong của dao vòng được phép không nhỏ hơn 50 mm. chiều cao dao vòng không nhỏ hơn 20 mm và bề dày từ 0,05d đến 0,04d. Tỷ số giữa chiều cao và đường kính của dao vòng không nhỏ hơn từ 1/3 đến ¼.”. Hiện nay các thiết bị thí nghiệm nén cố kết trong nƣớc có nhiều kích thƣớc khác nhau. Ví dụ nhƣ thiết bị của Trung Quốc dao vòng có kích thƣớc 61.8mmx20mm và 79.8mmx20mm, thiết bị của hãng Controls dao vòng có kích thƣớc 50.8mmx20mm. Nhƣ vậy kết quả thí nghiệm từ các thiết bị này có giống nhau hay không? Việc tính toán xử lý nền đất yếu khi sử dụng các kết quả thí nghiệm này có đúng đắn hay không? Đề tài “Phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất và ứng dụng tính toán độ lún của nền đất khi gia tải trƣớc” đƣợc lựa chọn với mong muốn phân tích triệt để các yếu tố nhƣ ma sát giữa đất với thành dao vòng, sự đồng nhất của mẫu đất, sự chính xác của việc đọc số liệu… đến sự thay đổi các đặc trƣng biến dạng của đất. Đồng thời so sánh tốc độ lún theo thời gian từ kết quả tính toán giải tích, kết quả mô phỏng bằng phần mềm -1- Plaxis 2D và kết quả quan trắc lún tại hiện trƣờng để đề xuất kích thƣớc mẫu nén phù hợp cho thí nghiệm nén cố kết để thu đƣợc các đặc trƣng nén lún phù hợp với thực tế. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đề tài này có các mục tiêu chính nhƣ sau: i. Phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất. ii. Tính toán xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc cho khu vực quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. iii. Mô phỏng bài toán ổn định mái dốc bằng phần mềm Geostudio - Slope iv. Mô phỏng bài toán gia tải trƣớc bằng phần mềm Plaxis 2D. v. So sánh tốc độ lún từ kết quả tính toán, kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc lún ngoài hiện trƣờng. 3. PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU A. PHƢƠNG PHÁP LUẬN Quá trình nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên các cơ sở sau: i. Cơ sở pháp lý: các quy chuẩn, tiêu chuẩn về thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất. ii. Cơ sở khoa học: lý thuyết toán học, lý thuyết cơ học đất, ... iii. Cơ sở thực tiễn: các công trình nghiên cứu tƣơng tự đã đƣợc thực hiện và thu đƣợc kết quả trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam. B. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU i. Tổng hợp các tài liệu, báo cáo nghiên cứu khoa học trong và ngoài nƣớc về đề tài ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất. ii. Khoan lấy mẫu tại khu vực quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh. iii. Thí nghiệm trong phòng các chỉ tiêu cơ lý của đất. iv. Thí nghiệm nén cố kết với các kích thƣớc mẫu nén khác nhau. v. Sử dụng lời giải giải tích tính toán xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc. vi. Sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn – phần mềm Plaxis 2D. vii. Sử dụng kết quả quan trắc lún ngoài hiện trƣờng. -2- 4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI A. Ý nghĩa khoa học: Đề tài “Phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất và ứng dụng tính toán độ lún của nền đất khi gia tải trƣớc” nhằm phân tích triệt để các yếu tố nhƣ ma sát giữa đất với thành dao vòng, sự đồng nhất của mẫu đất, sự chính xác của việc đọc số liệu… đến sự thay đổi các đặc trƣng biến dạng của đất. Đồng thời so sánh tốc độ lún theo thời gian từ kết quả tính toán giải tích, kết quả mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D và kết quả quan trắc lún tại hiện trƣờng để đề xuất kích thƣớc mẫu nén phù hợp cho thí nghiệm nén cố kết. B. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu sẽ đƣa ra đƣợc kích thƣớc mẫu nén phù hợp hơn cho thí nghiệm nén cố kết nhằm xác định chính xác các các đặc trƣng biến dạng của đất. Từ đó giúp cho việc tính toán xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc đƣợc chính xác hơn. C. Tính mới: Hiện nay, trên thế giới các quốc gia tiên tiến nhƣ Singapore cũng mới bắt đầu tiến hành các thí nghiệm đất với đƣờng kính lớn – đặc biệt là thí nghiệm nén cố kết. Trong nƣớc mới chỉ có nghiên cứu về ảnh hƣởng của thiết bị nén cố kết Trung Quốc và của Nhật Bản – nhƣng cả hai thiết bị này đều có kích thƣớc mẫu nén xấp xĩ bằng 30 cm2 nhƣng chƣa có nghiên cứu nào về “Phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất và ứng dụng tính toán độ lún của nền đất khi gia tải trƣớc”. Đề tài này đƣợc thực hiện nhằm giải quyết nội dung đó. 5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Thời gian: 6 tháng kể từ ngày có quyết định làm đề cƣơng luận văn  Do tính chất phức tạp của đất nền nên mỗi phân tích chỉ phù hợp cho một khu vực tham chiếu mà ở đó dữ liệu đƣợc thu thập, vì vậy, đề tài này chỉ giới hạn trong khu vực quận 7 thành phố Hồ Chí Minh .  Đề tài chỉ phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén đến đặc trƣng biến dạng của đất. -3- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1. Trên thế giới a. Brendan C. O’Kelly; Development of a large consolidometer apparatus for testing peat and other highly organic soils; 2009. Năm 2009, Brendan C. O’Kelly đã thiết kế một thiết bị nén cố kết mới có đƣờng kính mẫu: 152mm và chiều dài mẫu: 300mm. Ông đã tiến hành thí nghiệm mẫu đất than bùn lấy từ vùng đầm lầy ở Ireland. Với thiết bị nén cố kết mới, ông tiến hành thí nghiệm theo 2 cơ chế : vòng mẫu tự do (Floating ring) và vòng mẫu cố định (Fixed ring). Đồng thời ông cũng thí nghiệm với thiết bị nén cố kết tiêu chuẩn có đƣờng kính 72.6mm và chiều cao mẫu là 19mm. Ông thu đƣợc kết quả nhƣ sau: Biến dạng (%) Thời gian (phút) Biến dạng (%) Thời gian (phút) Hình 1.1 Kết quả thí nghiệm của Brendan C. O’Kelly Các kết luận từ bài báo: -4- Hình 1.1(A) biểu diển đƣờng cong biến dạng của thiết bị cố kết cải tiến. Ta thấy cùng một áp lực thẳng đứng 40kPa nhƣng mẫu floating ring bị biến dạng 18% trong khi mẫu fixed ring chỉ biến dạng 15.5%. Hình 1.1 (B) biểu diển đƣờng cong biến dạng của thiết bị cố kết cổ điển. Ta thấy cần một áp lực thẳng đứng lớn hơn để đạt đƣợc biến dạng (18%) bằng biến dạng của mẫu thí nghiệm floating ring Hai điều này cho thấy ảnh hƣởng của ma sát giữa mẫu đất và thành mẫu nén ảnh hƣởng rất lớn đến đặc trƣng biến dạng của đất. b. S. H. Chew & S. K. Bharati; Effect of large diameter sample testing for offshore site investigation, 2011. Năm 2011 S. H. Chew và S. K. Bharati tiến hành thí nghiệm ba trục và nén cố kết với các loại đƣờng kính mẫu nén: 150mm và 70mm. Hệ số rỗng e Chỉ số nén của mẫu lớn Kết quả thí nghiệm nén cố kết nhƣ sau: Chỉ số nén của mẫu nhỏ ứng suất P (kPa) Hình 1.2 Kết quả thí nghiệm của S. H. Chew & S. K. Bharati Kết luận từ bài báo: áp lực tiền cố kết xác định từ hai thí nghiệm đều bằng 100 kPa. Nhƣng chỉ số nén Cc của mẫu có đƣờng kính lớn (LL) cao hơn mẫu có đƣờng kính nhỏ (SL). Kết quả này cho thấy mẫu SL không bảo toàn đƣợc các điều kiện đặc trƣng nén lún của đất gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến việc thiết kế nền móng. Nguyên nhân có sự sai lệch này là do sự có mặt của các vật liệu không đồng nhất của ở hiện trƣờng đƣợc phát hiện trong mẫu có đƣờng kính lớn. -5- 1.1.2. Trong nƣớc a. Mẫn B. T, nnk; Sai số của kết quả thí nghiệm cố kết ảnh hƣởng bởi độ kém Hệ số rỗng e chính xác của hộp nén kiểu thƣơng mại. Hình 1.3 Kết quả thí nghiệm của Mẫn B. T Hộp cố kết kiểu thƣơng mại có nhiều khuyết điểm, đƣợc thiết kế đơn giản, độ chính xác thấp, không phù hợp sử dụng trong việc dự đoán cố kết cho các công trình xây dựng trên đất yếu, đặc biệt là các công trình có tầm quan trọng. Những sai số trong kết quả thí nghiệm cố kết với hộp cố kết kiểu thƣơng mại là (1) Biến dạng thể tích do nén lại nhiều hơn, (2) áp lực chảy dẻo thấp hơn, (3) hệ số dốc của đƣờng chảy dẻo Cc nhỏ hơn, và (4) Chỉ số cố kết Cv lớn hơn trong giai đoạn dẻo. Các sai số trên sẽ làm sai lệch kết quả thiết kế dự báo cố kết. Nguyên nhân của các sai sót trong kết quả thí nghiệm cố kết nêu bên trên có thể lý giải do đƣờng kính của đá thấm của hộp cố kết kiểu thƣơng mại nhỏ hơn nhiều đƣờng kính trong của vòng cố kết. Trong quá trình gia tải, ở giai đoạn đầu, áp lực gia tải sẽ lớn hơn giá trị tính toán do diện tích chịu áp lực nhỏ hơn diện tích mẫu. Điều này giải thích tại sao trong giai đoạn nén lại (giai đoạn đàn hồi), biến dạng thể tích của hộp cố kết kiểu thƣơng mại lớn hơn của hộp cố kết Nhật Bản. Nhƣng sau đó, khi áp lực dần dần tăng lên, đất sẽ trồi lên trên khe hở giữa vòng cố kết và đá thấm. Điều này sẽ làm gia tăng đáng kể ma sát giữa đá thấm và thành trong của vòng cố kết trong các bƣớc gia tải sau. Hệ quả là áp lực thực tế trong mẫu đất nhỏ hơn áp lực tính toán. Điều này dẫn đến hệ số nén Cc nhỏ hơn so với hộp nén Nhật Bản. -6- 1.2. NHỮNG NHIỆM VỤ CẦN NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN - Thu thập mẫu đất tại khu vực cần nghiên cứu - Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đất - Thí nghiệm nén cố kết với các kích thƣớc dao vòng nén khác nhau. - Phân tích ảnh hƣởng của kích thƣớc mẫu nén trong thí nghiệm nén cố kết đến các đặc trƣng biến dạng của đất. - Tính toán xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp gia tải trƣớc cho khu vực quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. - Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D. - So sánh tốc độ lún từ kết quả tính toán, kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc lún ngoài hiện trƣờng. -7-