NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ THÔNG SỐ TRONG THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Tác giả cũng đề xuất một số mối tương quan đối với đất sét yếu ở các vùng nghiên cứu như: Tương quan giữa chỉ số nén với độ ẩm tự nhiên, chỉ số dẻo và giới hạn chảy của đất yếu; Tương qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

-

NGUYỄN CÔNG OANH

KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

-

NGUYỄN CÔNG OANH

KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN

VIỆT NAM

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số : 9.58.02.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS TRẦN THỊ THANH

-

TP HỒ CHÍ MINH, năm 2019

Công trình được hoàn thành tại

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

Người hướng dẫn khoa học

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất

kỳ công trình khoa học nào khác Một số phần của nghiên cứu này đã được công bố

ở các hội nghị quốc tế chuyên ngành, tuyển tập hội nghị quôc tế chuyên ngành có chỉ

số ISBN và tạp chí chuyên ngành địa kỹ thuật có chỉ số ISSN

Tác giả luận án

NGUYỄN CÔNG OANH

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn GS TS Trần Thị Thanh đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận án này Tác giả gửi lời cảm ơn đến GS TSKH Nguyễn Văn Thơ, PGS TS Võ Phán, TS Nguyễn Ngọc Phúc đã đóng góp những ý kiến quí báu trong quá trình phát triển nghiên cứu

Trân trọng cảm ơn quí lãnh đạo, các thầy cô, Ban đào tạo viện khoa học thủy lợi Miền Nam và viện khoa học thủy lợi Việt Nam đã giúp đỡ trong quá trình tác giả học tập và thực hiện nghiên cứu tại đây

Sự biết ơn sâu sắc đối với Ban quản lý dự án 85 (PM85), Ban quản lý dự án Hàng Hải 2 (MPMU2), công ty TOA Corporation đã cho phép và giúp đỡ trong quá trình làm việc và thu thập dữ liệu nghiên cứu và đồng nghiệp, TS Suzuki Koji, đã luôn khích lệ trong quá trình tác giả thực hiện nghiên cứu này

Tác giả tri ân sự ủng hộ của gia đình đã hỗ trợ trong suốt thời gian nhiều năm học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án này

Tác giả cũng đề xuất một số mối tương quan đối với đất sét yếu ở các vùng nghiên cứu như: Tương quan giữa chỉ số nén với độ ẩm tự nhiên, chỉ số dẻo và giới hạn chảy của đất yếu; Tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước so với hệ số

cố kết trước OCR; Tương quan giữa áp lực tiền cố kết từ thí nghiệm CRS và thí nghiệm IL; Tương quan giữa áp lực tiền cố kết với tốc độ biến dạng trong thí nghiệm CRS; Tương quan giữa áp lực tiến cố kết so với sức kháng xuyên hiệu dụng… Nghiên cứu này đã cải tiến lời giải có sẵn và lập trình tính toán theo phương pháp sai phân hữu hạn với phần mềm CONSOPRO đã được đăng ký bản quyền Phần mềm được sử dụng để phân tích cố kết cho bài toán xử lý nền đất yếu có hoặc không

có gia tải bằng bơm hút chân không ở các vùng nghiên cứu ở Việt Nam cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài bấc thấm lên mức độ cố kết của nền đất yếu theo thời gian

Và cuối cùng là nghiên cứu cũng thể hiện rõ ràng tính ứng dụng của thí nghiệm tốc độ biến dạng không đổi CRS vào thực tế xây dựng để có thể rút ngắn thời gian thí nghiệm và đảm bảo chất lượng thông số đầu vào cho bài toán

CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

MỞ ĐẦU

Nêu cách đặt vấn đề, tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, giới hạn phạm vi nghiên cứu, các đóng góp mới của nghiên cứu và ý nghĩa khoa học và thực tiễn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT

Tổng hợp tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi Đồng thời nêu sơ bộ các công trình có sử dụng thí nghiệm CRS trong luận án và đồng thời thể hiện biểu đồ Atteberg tương ứng với đất yếu ở các vùng này Đề xuất mối tương quan của chỉ số nén theo độ ẩm tự nhiên, giới hạn chảy và giới hạn dẻo của các vùng đất đang nghiên cứu

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU

Mô tả một số thông số của đất yếu được xác định theo các thí nghiệm khác nhau như áp lực tiền cố kết, các chỉ số nén, sức kháng cắt không thoát nước tương ứng với các thí nghiệm xuyên tĩnh, cắt cánh và thí nghiệm nén nở hông trong phòng NCS cũng đề xuất một số tương quan giữa sức kháng cắt với OCR; mối tương quan giữa áp suất tiền cố kết theo CRS và theo IL; ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên áp suất tiền cố kết trong thí nghiệm CRS đối với các khu vực đang nghiên cứu; mối tương quan giữa hệ số cố kết ngang từ thí nghiệm CPTU với hệ số cố kết đứng từ thí nghiệm CRS

CHƯƠNG 3: CÁC LỜI GIẢI CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT BẰNG LÕI THẤM ĐỨNG

Mô tả một số lời giải trước đó liên quan đến bài toán cố kết thấm bằng lõi thấm đứng Ngoài ra tác giả cũng đề xuất mô hình dựa trên nghiên cứu trước đó của Suzuki nằm 2004 và lập trình phần mềm CONSOPRO

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CRS Ở VIỆT NAM

Thực hiện các bài tính toán tương ứng với các công trình bằng phần mềm CONSOPRO sau đó so sánh kết quả tính toán với kết quả quan trắc đối với độ lún theo bàn đo lún mặt, thiết bị đo lún sâu, thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng Và cũng xét đến sức kháng cắt không thoát nước trước và sau khi xử lý có so sánh với kết quả tính toán sức kháng cắt từ phần mềm CONSOPRO Ngoải ra cũng phân tích ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm lên quá trình cố kết thấm đối với các khu vực nghiên cứu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nêu các kết luận và kiến nghị chính dựa trên kết quả nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH BẰNG CÁC

4.3.1 GIỚI THIỆU 90

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình A- 1 Kết quả thí nghiệm tiêu biểu của đất sét yếu cho một số vùng ở Việt Nam 1

Hình 1-1 Bản đồ phân vùng đất yếu Holocene của khu vực châu Đông Nam Châu Á theo Cox, 1970 [9] 6

Hình 1-2 Bản đồ phân vùng trầm tích Holocene đệ tứ ở Việt Nam theo [54] 7

Hình 1-3 Phân bố chiều dày trầm tích Holocene đệ tứ ở Việt Nam theo [54] 7

Hình 1-4 Sơ đồ hộp nén cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS (ASTM D4186-12) 11

Hình 1-5 Bản đồ Việt Nam và vị trí các vùng đất yếu nghiên cứu 17

Hình 1-6 Hàm lượng hạt bụi và hạt sét cho đất sét yếu cho một số khu vực ở Việt Nam 18

Hình 1-7 Biểu đồ Atteberg cho đất yếu của một số vùng ở Việt Nam 19

Hình 1-8 Tương quan hệ giữa chỉ số nén với độ ẩm, giới hạn chảy và chỉ số dẻo 20

Hình 2-1 Sức kháng cắt không thoát nước của một số vùng ở Việt Nam 24

Hình 2-2 Áp lực tiền cố kết của đất yếu của một số vùng ở Việt Nam 25

Hình 2-3 Tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước và OCR 27

Hình 2-4 Tương quan áp lực tiền cố kết từ thí nghiệm CRS và IL 27

Hình 2-5 Biến thiên hệ số rỗng và hệ số cố kết theo cấp áp lực từ thí nghiệm CRS 29

Hình 2-6 Biến thiên áp lực nén  v , áp lực nước lỗ rỗng u b và tỷ số u b / v theo thời gian 30

Hình 2-7 Biến thiên chỉ số nén theo cấp áp lực 31

Hình 2-8 Ảnh hưởng tốc độ biến dạng lên áp lực tiền cố kết 32

Hình 2-9 Kết quả xuyên tĩnh tại một số công trình ở Việt Nam 33

Hình 2-10 Tương quan hệ giữa sức kháng xuyên NET và áp lực tiền cố kết 34

Hình 2-11 Tương quan giữa hệ số cố kết CRS c v(CRS) và theo CPTU c h(CPTU) 35

Hình 3-1 Mô hình do tác giả đề xuất cho bài toán cố kết có lõi thấm đứng 52

Hình 3-2 Sơ đồ khối của phần mềm CONSOPRO 54

Hình 3-3 Sơ đồ khối cho chương trình con STRAIN01 55

Hình 3-4 Sơ đồ khối cho chương trình con STRAIN01A và STRAIN01B 55

Hình 3-5 Sơ đồ khối cho chương trình con STRAIN02 56

Hình 3-6 Sơ đồ khối cho chương trình con UNGSUATTRUNGBINH và HESORONG 57

Hình 3-7 Kết quả so sánh giữa lời giải của Hansbo, 1981 [18] và phần mềm CONSOPRO [32] 65

Hình 4-1 Mặt bằng vị trí khảo sát địa kỹ thuật và bố trí bàn quan trắc lún 69

Hình 4-2 Kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS ở 0.02%/phút 70

Hình 4-3 Chỉ tiêu vật lý và nén lún của đất yếu ở cảng Hải Phòng giai đoạn 2 71

Hình 4-4 Mặt cắt gia tải và bố trí thiết bị quan trắc ở cảng Hải Phòng giai đoạn 2 73

Hình 4-5 Số liệu quan trắc lún ở các bàn đo lún 73

Hình 4-6 Kết quả quan trắc và phân tích bằng CONSOPRO với bàn đo lún mặt ở cảng Hải Phòng 75

Hình 4-7 Mặt bằng bố trí hố khoan khảo sát, xuyên tĩnh, và thiết bị quan trắc ở cảng Cái Mép 77

Hình 4-8 Chi tiết kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi ở cảng Cái Mep - ODA 79

Hình 4-9 Thông số vật lý và cố kết của nền đất yếu ở cảng Cái Mép – ODA 80

Hình 4-10 Mặt cắt điển hình gia tải, phân lớp đất yếu và thiết bị quan trắc ở cảng Cái Mép – ODA 81

Hình 4-11 Dữ liệu quan trắc gia tải và lún của các phân khu ở cảng Cái Mép – ODA 83

Hình 4-12 Kết quả quan trắc và phân tích bằng CONSOPRO với bàn đo lún mặt ở cảng Cái Mép 84 Hình 4-13 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở cảng Cái Mép 85 Hình 4-14 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Piezometer ở cảng Cái Mép 87

Hình 4-15 Dữ liệu quan trắc và tính toán bàn đo áp lực EPC ở cảng Cái Mép 88

Hình 4-16 Gia tăng sức kháng cắt sau khi xử lý nền ở cảng Cái Mép 89

Hình 4-17 Mặt bằng phân khu, vị trí điểm khảo sát, thí nghiệm và thiết bị quan trắc ở cảng SPCT 91 Hình 4-18 Chi tiết kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi ở cảng SPCT, Hiệp Phước 92

Hình 4-19 Thông số vật lý và cố kết của nền đất yếu ở cảng SPCT-Hiệp Phước 93

Hình 4-20 Sức kháng xuyên hiệu dụng ở các phân khu Phase 1-1, Phase 1-4, Phase 1-5 và Phase 2-2 95

Hình 4-21 Dữ liệu quan trắc gia tải và lún của các phân khu ở cảng SPCT-Hiệp Phước 100

Hình 4-22 Mặt cắt điển hình gia tải, phân lớp đất yếu và thiết bị quan trắc ở cảng SPCT Hiệp Phước 100

Hình 4-23 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc bàn đo lún mặt 101

Hình 4-24 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 1-1 103

Hình 4-25 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 1-2 104

Hình 4-26 Kết quả theo CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 1-3, 1-4 và 1-5 105

Hình 4-27 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Extensometers ở Phase 2-2 106

Hình 4-28 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Piezometer ở Phase 1-1, 1-2 107

Hình 4-29 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc cho Piezometer ở Phase 1-3,1-4,1-5 và 2-2 108

Hình 4-30 Gia tăng sức kháng cắt ở các khu nghiên cứu 109

Hình 4-31 Mặt bằng bố trí khảo sát và thiết bị quan trắc ở công trình khí Cà Mau 111

Hình 4-32 Chi tiết kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi ở công trình Khí Cà Mau 113

Hình 4-33 Thông số vật lý và cố kết của nền đất yếu ở công trình khí Cà Mau 114

Hình 4-34 Dữ liệu quan trắc gia tải và lún của các khu vực đang xét ở công trình khí Cà Mau 116

Hình 4-35 Quan trắc áp lực chân không bằng đồng hồ đo 117

Hình 4-36 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc bàn đo lún mặt ở Cà Mau 117

Hình 4-37 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc Extensometer ở Cà Mau 119

Hình 4-38 Kết quả tính toán bằng CONSOPRO và quan trắc Piezometer ở Cà Mau 120

Hình 4-39 Gia tăng sức kháng cắt ở công trình khí Cà Mau sau khi xử lý nền 120

Hình 4-40 Kết quả phân tích bài toán bấc thấm có chiều dài thay đổi so với chiều dày vùng nén lún 124

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Qui trình chuẩn bị mẫu và thí nghiệm CRS 12

Bảng 1-2 Tổng hợp các thí nghiệm thực hiện trong công trình nghiên cứu 15

Bảng 1-3 Qui trình thí nghiệm của từng phương pháp thí nghiệm ở các công trình nghiên cứu 15

Bảng 1-4 So sánh các công thức kinh nghiệm 20

Bảng 3-1 Định nghĩa giao diện phần mềm CONSOPRO 58

Bảng 3-2 Phần mềm COSOPRO 60

Bảng 3-3 Khác biệt giữa độ lún tính toán từ thông số theo CRS và IL 67

Bảng 4-1 Bảng thông số đầu vào cho bài toán cố kết ở cảng Hải Phòng giai đoạn 2 74

Bảng 4-2 Lịch sử quá trình gia tải và thi công bấc thấm PVD tại cảng Hải Phòng giai đoạn 2 74

Bảng 4-3 Thông số đất yếu ở cảng Cái Mép – ODA cho bài toán 80

Bảng 4-4 Lịch sử thi công đắp nền và gia tải tiêu biểu ở cảng Cái Mép - ODA 82

Bảng 4-5 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-1; 1-2; 1-3 và 2-2 cảng SPCT Hiệp Phước 96

Bảng 4-6 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-4 cảng SPCT Hiệp Phước 96

Bảng 4-7 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-5 (1) cảng SPCT Hiệp Phước 97

Bảng 4-8 Bảng thông số đầu vào cho Phase 1-5 (2) cảng SPCT Hiệp Phước 97

Bảng 4-9 Lịch sử thi công và gia tải ở khu vực cảng SPCT-Hiệp Phước 99

Bảng 4-10 Cao độ lắp đặt các vòng từ đo lún sâu và đầu đo áp lực nước lỗ rỗng 112

Bảng 4-11 Thông số đầu vào sử dụng trong bài toán phân tích cố kết ở công trình khí Cà Mau 114

Bảng 4-12 Tổng hợp thông số đầu vào cho bài toán bấc thấm có chiều dài thay đổi 122

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

consolidation test

Thí nghiệm cố kết theo sơ đồ tốc

độ biến dạng không đổi

water pressure measurement

Xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng

thoát nước ở trạng thái hiện trường DST2 Direct Shear Box Test 2 Thí nghiệm cố kết, cắt đơn không thoát nước ở trạng thái cô kết

thường

tải từng cấp

consolidation

Hệ số cố kết theo phương ngang

c h(OC) (cm 2 /ngày đêm) Coefficient of horizontal

c v(CRS) (cm 2 /ngày đêm) Coefficient of vertical

consolidation from CRS test

Hệ số cố kết theo phương đứng từ thí nghiệm CRS

c v(IL) (cm 2 /ngày đêm) Coefficient of vertical

consolidation from IL test

Hệ số cố kết theo phương đứng từ thí nghiệm IL

c v(OC) (cm 2 /ngày đêm) Coefficient consolidation of at vertical

over-consolidated state

Hệ số cố kết theo phương đứng trạng thái cố kết trước

c v(NC) (cm 2 /ngày đêm) Coefficient consolidation of at vertical

over-consolidated state

Hệ số cố kết theo phương đứng trạng thái cố kết thường

đất xung quanh bấc thấm

d w (cm) Diameter of PVD Đường kính lõi thấm đứng

smear zone

Hệ số thấm theo phương ngang trong vùng xáo động

trường

normally consolidated state

Sức kháng cắt trong điều kiện cố kết thường

’ c (p’ c , ’ y ,’ vc ) (kPa) Pre-consolidation pressure Áp lực tiền cố kết

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Phương pháp thí nghiệm cố kết theo sơ đồ tốc độ biến dạng không đổi (CRS),

có một số ưu điểm nhất định so với phương pháp gia tải từng cấp IL (truyền thống) Các ưu điểm có thể kế đến là: thí nghiệm nhanh hơn (từ 1-2 ngày cho một thí nghiệm bao gồm cả công tác chuẩn bị) so với phương pháp truyền thống (mỗi cấp tải là 24h)

và vì thế thời gian để thử nghiệm một mẫu đất sét yếu có thể lên đến hơn 7 ngày đối với phương pháp gia tải từng cấp truyền thống; dữ liệu được thu thập từ kết quả thí nghiệm CRS một cách liên tục do đó đường quan hệ e-logp’ sẽ là đường liên tục so với sơ đồ thí nghiệm truyền thống có các điểm rời rạc theo cấp gia tải

Hình A- 1 Kết quả thí nghiệm tiêu biểu của đất sét yếu cho một số vùng ở Việt Nam

Dễ dàng nhận thấy rằng với các điểm rời rạc như trên Hình A- 1 từ thí nghiệm nén cố kết bằng hộp nén một chiều Oedometer với sơ đồ gia tải từng cấp IL (truyền thống), rất khó xác định được chính xác áp lực tiền cố kết, đây là một thông số rất quan trọng được sử dụng trong bài toán xác định độ lún của nền đất yếu Tuy vậy, với độ dốc của đường cong e-logp’ ở giai đoạn cố kết trước (OC) và giai đoạn cố kết thường (NC) tương ứng với hai loại thí nghiệm này có giá trị gần xấp xỉ nhau nên có thể xem như không thay đổi theo phương pháp thí nghiệm Hơn nữa với các giá trị

hệ số cố kết cv cũng tương ứng xấp xỉ nhau và cũng không phụ thuộc phương pháp thí nghiệm giữa tốc độ nhanh theo sơ đồ CRS và tốc độ chậm theo sơ đồ IL

Mặt khác việc so sánh áp lực tiền cố kết theo kết quả thí nghiệm CRS lớn hơn

từ kết quả thí nghiệm IL do đó nhiều tác giả nghiên cứu không công nhận tính khả thi của thí nghiệm CRS vào bài toán cố kết thực tế Điều này dẫn đến việc có khá ít nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm CRS vào tính toán thiết kế thực hành trong xử lý nền đất yếu, đặc biệt là việc xử lý đất yếu có dùng bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải trước (Surcharge) kết hợp bơm hút chân không (Vacuum)

Mặc dù ưu điểm của thí nghiệm CRS khá rõ ràng như trình bày ở Hình A- 1 trên kết quả thí nghiệm CRS so sánh với kết quả thí nghiệm IL do tác giả tổng hợp từ chính nghiên cứu này cho các mẫu nguyên dạng ở cùng độ sâu lấy mẫu tiêu biểu cho đất sét yếu Việt Nam, nhưng đến nay vẫn chưa có nghiên cứu ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS vào các công trình ở Việt Nam

Vì vậy tác giả nghiên cứu khả năng ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS trên mẫu nguyên dạng để xác định thông số đầu vào cho bài toán phân tích cố kết thông qua số liệu quan trắc hiện trường tại các công trình xử lý nền đất yếu ở Việt Nam và các vấn đề chưa được xét đến trong tiêu chuẩn Việt Nam kết hợp đề xuất mô hình cải tiến cho bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong giai đoạn phát triển hiện nay, rất nhiều dự án xử lý nền đất yếu ở Việt Nam có sử dụng lõi thấm đứng như giếng cát (Sand Drain) hoặc bấc thấm (Prefabricated Vertical Drain) kết hợp gia tải trước (Surcharge) và có hoặc không có kết hợp với hút chân không (Vacuum), hơn nữa đất yếu của Việt Nam (độ ẩm tự nhiên xấp xỉ giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, và sức chống cắt bé) thuộc trầm tích đệ tứ (Holocene và Pleitocene) phân bố dọc theo các đồng bằng ven biển của Việt Nam và trải dài từ đồng bằng Bắc Bộ đến đồng bằng sông Cửu Long Với điều kiện địa chất như thế thì nền đất thường đòi hỏi cần được xử lý để chịu tải công trình

o Tuy nhiên rất nhiều dự án ở nước ta hiện nay sau khi xử lý vẫn thể hiện độ lún dư kéo dài làm cho việc vận hành bình thường công trình rất khó khăn

và tốn kém

o Độ lún theo thời gian của nền được tính toán theo các tiêu chuẩn hiện hành

là qui đổi tương đương về một lớp có hệ số cố kết trung bình, dẫn đến sự kém chính xác của bài toán

o Các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam cũng không nêu các cách xác định

độ lún cuối cùng ngoài phương pháp được Asaoka, 1978 đề xuất [1], phương pháp hồi qui từ kết quả quan trắc theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như TCVN 9842-2013 [50], TCVN 9355-2012 [49] và 22 TCN262-2000 [48] Mặc dù các công trình cũng đã dùng đến các phương pháp này tuy nhiên vẫn chỉ có thể xác định được độ lún cuối cùng không

đủ độ chính xác cần thiết Các lời giải nêu trong tiêu chuẩn hiện hành dưới dạng nền qui về một lớp tương đương với các đặc trưng cố kết tương đương

o Tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam TCVN 4200-2012 [51] chỉ có qui định

về phương pháp thí nghiệm cố kết gia tải từng cấp để xác định các đặc trưng nén lún của đất trong phòng thí nghiệm

o Chưa có tiêu chuẩn được ban hành về việc áp dụng sơ đồ thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS) trong các qui trình chính thức đã được cập nhật của Việt Nam Cho đến hiện nay có một số nghiên cứu của Umehara, 1983 [55], Suzuki, 2004 [46], Suzuki, 2008 [45], Đào Thị Vân Trâm, 2013 [11] và Suzuki & Nguyễn Công Oanh, 2013 [44] về việc áp dụng trực tiếp kết quả thí nghiệm CRS vào thực tế xây dựng, tuy nhiên nghiên cứu này chỉ giới hạn ở một số công trình thực tế được tính toán nằm

ở Nhật Bản và áp dụng vào hố đào sâu ở khu vực Thị Vải, Việt Nam

Do đó, hiện nay cần thiết nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm CRS vào thực tiễn đối với bài toán xử lý nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam, cũng như đưa ra cách xác định độ lún cuối cùng một cách tương đối chính xác để có thể sử dụng trong thực

tế xử lý nền đất yếu tại Việt Nam

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

o Sử dụng kết quả thí nghiệm CRS để xác định thông số đầu vào (Cc1, Cc2,

bấc thấm (PVD) trong điều kiện đất sét yếu ở Việt Nam Phân tích bài toán bấc thấm có chiều dài thay đổi nhỏ hơn chiều dày lớp đất yếu bằng chương trình theo phương pháp sai phân hữu hạn FDM

o Thiết lập được một số tương quan cho đất sét yếu ở Việt Nam

o Lập chương trình bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) cho nền nhiều lớp để phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm (PVD)

4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

o Đất sét trầm tích Holocene yếu ở một số công trình cảng và nhà máy trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng

o Thí nghiệm CRS, IL và các thí nghiệm hiện trường thông dụng có sử dụng trong công tác khảo sát địa kỹ thuật phục vụ xử lý nền đất yếu

o Các công trình có sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước bằng tải trọng đắp hoặc bơm chân không

5 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

o Không nghiên cứu về mặt chế tạo hay hiệu chỉnh thiết bị thí nghiệm, không đưa ra sơ đồ thí nghiệm mới Mà chỉ tập trung vào nghiên cứu để ứng dụng phương pháp thí nghiệm có sẵn vào các công trình trong điều kiện Việt Nam

o Không nghiên cứu phần từ biến trong phạm vi luận án này

o Không sử dụng phần mềm thương mại trong luận án để so sánh

6 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

o Lập các mối tương quan cho đất sét yếu ở một số khu vực nghiên cứu

 Hệ số cố kết cv(CRS) có so sánh với giá trị ch(CPTu) từ thí nghiệm CPTu tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

 Áp lực tiền cố kết theo kết quả thí nghiệm CRS và IL

 Áp lực tiền cố kết theo thí nghiệm CRS ở các tốc độ khác nhau

 Áp lực tiền cố kết với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu

 Tỷ số sức kháng cắt không thoát nước (su/’v) với OCR

o Xác định thông số đầu vào (Cc1, Cc2, Cr, ’c, cv(NC), ch(NC), cv(OC), ch(OC), e0) cho bài toán từ kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS

o Cải tiến lời giải hiện có và đề xuất mô hình cải tiến nhiều lớp cho bài toán

cố kết có sử dụng lõi thấm đứng và phát triển phần mềm CONSOPRO

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Ý NGHĨA KHOA HỌC

o Xác lập phương trình cố kết thấm đối với lõi thấm đứng (VD) cho nền nhiều lớp có sự biến thiên các thông số như chỉ số nén, nở, hệ số cố kết theo trạng thái OC và NC trong quá trình xử lý

Ý NGHĨA THỰC TIỄN

o Ứng dụng thí nghiệm CRS vào thực tế sản xuất và sử dụng mô hình nền nhiều lớp để giảm thiểu sai số về độ lún sau thi công

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT

1.1 PHÂN BỐ ĐẤT YẾU TRONG KHU VỰC VÀ VIỆT NAM

Hình 1-1 thể hiện phân bố các vùng đất yếu của khu vực Đông Nam Châu Á, trong đó có đồng bằng Bắc Bộ và sông Cửu Long bao phủ toàn bộ vùng đất yếu của miền Nam Việt Nam Nhận thấy rằng các khu vực đất yếu này hầu hết là các khu vực trầm tích bờ biển với đất sét yếu Holocence

Hình 1-1 Bản đồ phân vùng đất yếu Holocene của khu vực châu Đông Nam Châu Á theo Cox, 1970 [9]

Theo nghiên cứu của các tác giả trước đây đã được công bố như Ngô Quang Toàn, 2000 [54], Nguyễn Văn Thơ & Trần Thị Thanh, 2002 [53], trầm tích Holocene được phân bố trải dài theo các đồng bằng ven biển nước ta đặc biệt khu vực đồng bằng Bắc Bộ (Vùng I) và đồng bằng sông Cửu Long (Vùng IV) như thể hiện ở Hình

1-2 Tuổi của trầm tích Holocene theo các nghiên cứu này cũng dao động từ 4,500 năm đối với Holocene giữa-muộn ( 2 , 3

Holocene đệ tứ ở Việt Nam theo [54]

Hình 1-3 Phân bố chiều dày trầm tích Holocene đệ tứ ở Việt Nam theo [54]

1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM CRS

1.2.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

Umehara, 1983 [55] đã sử dụng kết quả thí nghiệm CRS vào bài toán thực tế Suzuki, 2004 [46] trong một bài báo đã trình bày tính ứng dụng của thí nghiệm CRS vào tính toán độ lún của công trình san lấp mặt bằng và xử lý nền tại Nhật Bản Trước

đó có các nghiên cứu của Crawford, 1964 [10] về phương pháp thí nghiệm mới để tiết kiệm thời gian so với thí nghiệm gia tải từng cấp truyền thống, tiếp đó là các nghiên cứu của Byrne, 1969 [6], Smith, 1969 [42] và sau đó là Wissa, 1971 [58] đã đưa ra cơ sở lý thuyết cho thí nghiệm CRS Hiện nay thí nghiệm này đã được đề cập trong tiêu chuẩn về phương pháp thí nghiệm theo ASTM D4186-2012 [2] và JIS A1227-2009 [22]

Sau đó thì có khá nhiều nghiên cứu về thí nghiệm CRS được xuất bản trong

đó phải kể đến các nghiên cứu của Umehara, 1975 [57], Umehara,1979 [56] để xác định các thông số cố kết cho đất sét yếu có kể đến ảnh hưởng của trọng lượng bản thân mẫu; Leroueil, 1983 [27], [28] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên áp lực tiền cố kết ’c (’y) trên nhiều loại thí nghiệm khác nhau trong đó có thí nghiệm CRS; Leroueil, 1985 [26] dựa trên các kết quả thí nghiệm hộp nén một chiều theo các sơ đồ khác nhau và đã kết luận rằng ứng xử trong điều kiện nén một chiều của đất sét chịu sự chi phối của mối quan hệ duy nhất của ứng suất-biến dạng và tốc

độ biến dạng

Mặc dù, có các ưu điểm nhưng nhiều nhà nghiên cứu tin rằng đường cong ứng suất biến dạng có được từ thí nghiệm CRS không thể áp dụng vào thực tế tính toán cho bài toán cố kết Leroueil, 1983 [27], [28] đã báo cáo rằng áp lực tiền cố kết theo phương pháp truyền thống IL gần với giá trị thực tại hiện trường hơn là từ thí nghiệm CRS và Korhonen, 1997 [24] cũng có kết luận tương tự

Umehara, 1983 [55] sử dụng kết quả thí nghiệm CRS trong bài toán tính toán

độ lún cho đê chắn sóng ở Nhật Bản xây dựng trên đất sét yếu có thành phần bụi chiếm đa số đã kết luận rằng thí nghiệm CRS phù hợp trong việc xác định các thông

số tính toán cho bài toán cố kết với đất có tính thấm tương đối lớn Suzuki, 2004 [46], Suzuki, 2008 [45], đã báo cáo các ứng dụng thành công thí nghiệm CRS vào phân tích độ lún mặt cho các công trình có sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước là sân bay Kansai ở vịnh Osaka, dự án san lấp mặt bằng tại quận Isogo, Yokohama, Nhật Bản, đê biển ở cửa sông Banjarmasin, đảo Kalimantan, Indonesia

Gorman, C T 1976 và 1981 [13], [14] đề xuất tốc độ biến dạng đảm bảo tỷ

số áp lực nước lỗ rỗng đối với ứng suất tổng ub/v biến thiên từ 3 % đến 30 % ở giai đoạn ứng suất lớn hơn áp lực tiền cố kết trong quá trình thí nghiệm Jia et al 2010 [21]

sử dụng tốc độ biến dạng 0.02 %/phút và 0.20 %/phút cho 114 mẫu thí nghiệm CRS trên đất sét Ariake, Nhật Bản và báo cáo rằng với tốc độ biến dạng 0.02 %/phút thì kết quả thí nghiệm CRS cho các giá trị áp lực tiền cố kết và hệ số cố kết cv tương thích với các giá trị có được từ thí nghiệm IL Chai, J C et al 2012 [8] nghiên cứu tính dị hướng trong ứng xử cố kết của mẫu đất sét yếu Ariake, Nhật Bản và kết quả cho thấy rằng tỷ số hệ số thấm ngang đối với hệ số thấm đứng dao động từ 1.54 đến 1.65 trên mẫu đất nguyên dạng dưới tốc độ biến dạng 0.02 %/phút và 0.20 %/phút Ozer, A.T., 2012 [40] đề xuất phương pháp bán thực nghiệm để xác định tốc

độ biến dạng thích hợp cho CRS dựa trên thí nghiệm IL Kassim et al., 2016 [23] đã

đề xuất một số tiêu chuẩn để lựa chọn tốc độ biến dạng cho thí nghiệm CRS dựa vào thành phần hạt sét trong đó có kết luận rằng với giá trị tốc độ biến dạng thấp dẫn đến giá trị hệ số cố kết cv(CRS) cao một cách bất hợp lý Tốc độ biến dạng chuẩn hóa hợp

lý được đề nằm trong khoảng 35 % đến 68 % tỷ lệ phần trăm hàm lượng hạt sét, tức tốc độ biến dạng rơi vào khoảng 0.0125 mm/phút đến 0.1000 mm/ phút (tương đương 0.049 %/phút đến 0.390 %/phút) Mesri, G 2018 [30] đề xuất tốc độ biến dạng có giá trị dao động từ 1 đến 10 lần tốc độ biến dạng ở thời điểm kết thúc cố kết sơ cấp để đảm bảo rằng tỷ số áp lực nước lỗ rỗng đối với ứng suất tổng ub/v nhỏ hơn 15 % Các nghiên cứu chỉ thực hiện trên mẫu nguyên dạng trong phòng thí nghiệm

và không có sự kiểm chứng với kết quả quan trắc hiện trường trên công trình thực để xác định tính đúng đắn của tốc độ biến dạng lựa chọn

1.2.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Suzuki & Nguyễn Công Oanh, 2011 [43], và Suzuki & Nguyễn Công Oanh,

2013 [44] đã báo cáo một số kết quả có được từ thí nghiệm CRS cho đất sét yếu, tuy nhiên không có phân tích tính toán sử dụng trực tiếp số liệu CRS này cho bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm PVD kết hợp gia tải trước/chân không Đào Thị Vân Trâm

và cộng sự, 2013 [11] đã sử dụng kết quả thí nghiệm CRS cho bài toán phân tích hố đào sâu trong đất yếu ở Thị Vải, kết quả cho thấy rằng dùng thí nghiệm CRS là phù hợp

Hiện nay, chưa có một nghiên cứu để ứng dụng trực tiếp kết quả CRS vào các bài toán cố kết trong điều kiện sử dụng lõi thấm đứng PVD ở Việt Nam Trong nghiên cứu này tác giả cũng đã công bố một số dữ liệu liên quan đến ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS vào bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng đối với các công trình ở Việt Nam

1.3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ THÍ NGHIỆM CRS

Theo đó, có thể thấy rằng các đóng góp đáng kể đối với phương pháp thí nghiệm nén cố kết theo tốc độ biến dạng không đổi đã được thực hiện từ năm 1964 qua các công trình của Crawford, 1964 [10], Byrne, 1969 [6], Smith, 1969 [42] và Wissa, 1971 [58] đặt nền tảng cho lý thuyết cố kết tốc độ biến dạng không đổi 1.4 CÔNG TRÌNH THỰC TẾ CÓ THÍ NGHIỆM CRS TRÊN ĐẤT YẾU 1.4.1 THÍ NGHIỆM CRS

Sơ đồ thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D4186-2012 [2] hoặc JIS A1227-2009 [22], với sơ đồ nguyên lý của thiết bị thí nghiệm như thể hiện ở Hình 1-4 Mẫu đất (giới hạn cho trầm tích Holocene ở Việt Nam) được đưa vào hộp nén

và thực hiện nén cố kết một chiều với tốc độ biến dạng không đổi được điều khiển tự động thông qua sensor đo chuyển vị LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) Trong quá trình nén với tốc độ biến dạng không đổi, áp lực nước lỗ rỗng

ở đáy mẫu cũng được đo một cách tự động

Mẫu đất được chuẩn bị từ khâu lấy mẫu bằng ống mẫu Piston để đảm bảo độ nguyên dạng của mẫu đất phục vụ công tác thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi trong phòng thí nghiệm Bảng 1-1 thể hiện bằng hình ảnh toàn bộ các bước từ chuẩn bị mẫu vào dao vòng, lắp giấy thấm, đá thấm và đưa mẫu vào hộp nén cũng như lắp đặt mẫu vào hệ thống máy nén được điều khiển tự động bằng cách đặt tốc độ biến dạng Mẫu đất được thực hiện thí nghiệm với tốc độ biến dạng không đối 0.02

%/phút và ảnh hưởng của tốc độ biến dạng cũng được nghiên cứu trên các mẫu đất nguyên dạng, kết quả thí nghiệm trên mẫu nguyên dạng ở các công trình nghiên cứu được thể hiện ở các phần sau một cách chi tiết

Hình 1-4 Sơ đồ hộp nén cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS (ASTM D4186-12)

Bảng 1-1 Qui trình chuẩn bị mẫu và thí nghiệm CRS

Lắp xong giấy thấm ở đáy mẫu Lắp giấy thấm ở đỉnh mẫu

Đóng mẫu vào hộp nén Đóng xong mẫu vào hộp nén

Bão hòa mẫu bằng áp lực ngược

Tiến hành thí nghiệm với tốc độ 0.02 %/phút

1.4.2 CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THÍ NGHIỆM CRS

Dữ liệu công trình phục vụ trong nghiên cứu được thu thập từ chính các công trình đang nghiên cứu và thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm hiện trường Hình 1-5 thể hiện vị trí các công trình tác giả có sử dụng dữ liệu thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS), một số công trình còn có các thí nghiệm hiện trường khác như xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng, cắt cánh hiện trường Ngoài ra còn

có một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng khác Bảng 1-2 bên dưới tổng hợp các loại thí nghiệm trong phòng và hiện trường đối với các công trình có số liệu được sử dụng trong nghiên cứu này

Bảng 1-2 Tổng hợp các thí nghiệm thực hiện trong công trình nghiên cứu

cố kết gia tải từng cấp IL (truyền thống), xuyên tĩnh đo áp lực nước lỗ rỗng, cắt cánh hiện trường, nén nở hông tự do và torvane Bảng 1-3 mô tả chi tiết về kích thước mẫu

sử dụng, qui trình và tốc độ biến dạng áp dụng cho các loại thí nghiệm trong các công trình nghiên cứu

Bảng 1-3 Qui trình thí nghiệm của từng phương pháp thí nghiệm ở các công trình nghiên cứu

nghiệm

số xác định

Mô tả loại thí nghiệm

Cắt đơn trực

tiếp (1) theo

JIS

Kích thước mẫu thí nghiệm 60mm x H25.4mm Tốc

độ biến dạng 0.25mm/phút Điều kiện thể tích không đổi khi cắt (không thoát nước) Đo sức kháng cắt không thoát nước hiện trường bằng phương pháp nén lại mẫu đến cấp ứng suất hiện trường

trực tiếp (2)

theo JIS

Kích thước mẫu thí nghiệm 60mm x H25.4mm Tốc

độ biến dạng 0.25mm/phút Điều kiện thể tích không đổi khi cắt (không thoát nước) Đo sức kháng cắt không thoát nước trong điều kiện cố kết thường Nén đơn nở

50mm x H100mm Tốc độ biến dạng là 1 %/phút

Tốc độ xoay 6 độ/phút D40mm x H80mm Loại cắt cánh điện hoặc tự khoan lỗ

đo áp lực nước lỗ rỗng ở đáy mẫu

’ v /’ v = 1 Thoát nước theo cả đỉnh và đáy mẫu

Hình 1-5 thể hiện vị trí 4 công trình nghiên cứu trong luận án, các công trình thể hiện trên bản đồ có đầy đủ dữ liệu quan trắc hiện trường như độ lún mặt đo bằng bàn đo lún, độ lún sâu từng lớp đo bằng nhện từ, áp lực nước lỗ rỗng đo loại đầu đo

áp lực nước lỗ rỗng kiểu dây rung, và áp lực đất bằng bàn đo áp lực đất bằng dây rung Các công trình phân bố tập trung ở đồng bằng Sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng Đây là các vùng có trầm tích yếu Holocene tập trung nhiều ở Việt Nam với chiều dày lớp đất trầm tích Holocene thay đổi từ 8-40 m tùy theo vùng và vị trí Các công trình khác trong đề tài nghiên cứu được lập danh sách ở Bảng 1-2 với các loại thí nghiệm được sử dụng cho từng công trình, phụ thuộc vào điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật của từng công trình cụ thể Tuy nhiên, các công trình hầu hết là cảng

và nằm ở khu vực sát luồng hướng ra biển

Hình 1-6 thể hiện kết quả thí nghiệm phân tích thành phần hạt để xác định hàm lượng hạt sét và hàm lượng hạt bụi đối với các công trình đang nghiên cứu vì hàm lượng hạt sét và hàm lượng hạt bụi là các thành phần chính ảnh hưởng đến các đặc trưng cơ học và vật lý của đất trầm tích Holocene ở Việt Nam Hàm lượng hạt sét ở công trình Cái Mép có giá trị lớn hơn 60 % và ở một số độ sâu còn đạt giá trị 80 % Thông thường hàm lượng hạt sét biến động từ 35 % đến 50 % đối với các công trình

cũn lại Hàm lượng hạt sột thấp nhất được tỡm thấy đối với đất yếu ở khu vực Hải Phũng như thể hiện trờn Hỡnh 1-6.

Hỡnh 1-5 Bản đồ Việt Nam và vị trớ cỏc vựng đất yếu nghiờn cứu

Hải Phòng

Hoàng

Sa (Việt Nam)

Nam)

Hiệp Phước

Cà Mau

Cái Mép

Hình 1-6 Hàm lượng hạt bụi và hạt sét cho đất sét yếu cho một số khu vực ở Việt Nam

Tuy nhiên, tổng của hàm lượng hạt sét và hạt bụi cho toàn bộ các công trình đang xét, theo kết quả thí nghiệm, hầu hết dao động từ 90 % đến 100 % đối với lớp đất trầm tích yếu Holocene và đây cũng là đối tượng nghiên cứu của tác giả Hàm

lượng sột trong lớp trầm tớch Holocene ở cỏc cụng trỡnh đang xột phõn bố tương đối đồng đều theo chiều sõu

Hỡnh 1-7 Biểu đồ Atteberg cho đất yếu của một số vựng ở Việt Nam

Hỡnh 1-7 thể hiện biểu đồ tổng hợp mối quan hệ giữa chỉ số dẻo (PI) và giới hạn chảy (LL) Theo đú đất yếu của cỏc vựng Cỏi Mộp (Bà Rịa, Vũng Tàu), Hiệp Phước (TP HCM), Hải Phũng, Cà Mau, Long An, Thị Vải (Bà Rịa, Vũng Tàu) và Bỡnh Chỏnh (TP HCM) cú quan hệ PI so với LL bỏm theo đường A-line, cú nghĩa là cỏc vựng này cú thể được xem là đất sột yếu Một số đặc trưng cơ học tiờu biểu của đất sột yếu ở cỏc vựng này sẽ được nghiờn cứu chi tiết ở CHƯƠNG 2

Ngoài ra chỉ số nộn Cc1 ngay sau khi ỏp lực nằm trong khoảng (3-5) ’c biến thiờn khỏ rộng theo kết quả mối quan hệ giữa chỉ số nộn Cc1 tương ứng với độ ẩm tự nhiờn wn, độ ẩm giới hạn chảy wL và chỉ số dẻo PI theo Hỡnh 1-8 Theo đú, cú thể thấy rằng trong cựng lớp đất thỡ chỉ số nộn Cc1 cũng biến thiờn theo độ sõu của mẫu đất, độ ẩm Do đú, việc sử dụng mụ hỡnh một lớp để tớnh toỏn mức độ cố kết, độ lỳn

và ứng xử cố thấm của nền đất yếu là chưa phự hợp Với trường hợp ỏp lực vượt quỏ giỏ trị ỏp lực tiền cố kết từ (3-5) lần thỡ độ dốc của đường nộn lỳn Cc2 tiến về giỏ trị

là hằng số theo kết quả thớ nghiệm mụ tả trờn Hỡnh 1-8 Mối quan hệ của chỉ số nộn

Hiệp Phước Hải Phòng

Cà Mau Long An Thị Vải Bình Chánh U-line: PI=0.9(LL-8)

MH hay OH

ML hay OL

CL CH

CL-ML

0 10

tương ứng với đất sét yếu Việt Nam được so sách với các vùng khác trên thế giới và theo các công bố trên thế giới theo Bảng 1-4.

Hình 1-8 Tương quan hệ giữa chỉ số nén với độ ẩm, giới hạn chảy và chỉ số dẻo

Bảng 1-4 So sánh các công thức kinh nghiệm

1.5 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC LỜI GIẢI CỐ KẾT

Rendulic, 1936 [41] đã thiết lập và giải phương trình vi phân thấm một chiều cho bài toán nén lún theo phương thẳng đứng và dòng thấm hướng tâm Ngoài ra, ông cũng phát triển lời giải cố kết đa chiều

Biot, M A., 1941 [4] đã thiết lập phương trình cố kết nhiều hướng

Barron, 1948 [3] đã đề xuất sử dụng các đặc trưng mức độ xáo động của đất xung quanh lõi thấm đứng và sức cản lõi thấm của nó có thể làm giảm hiệu quả làm việc của lõi thấm đứng

Yoshikuni & Nakanode, 1974 [59] đã phát triển lời giải gần đúng cho phương trình cố kết của lõi thấm đứng dựa trên giả thiết “biến dạng tự do”

Hansbo, 1979 [16], Hansbo, 1997 [15] và Hansbo, 2011 [19] đã đề xuất phương trình cố kết dựa trên quan hệ hàm số mũ của vận tốc dòng thấm và hệ số thấm Hansbo, 1981 [18] trình bày lời giải xấp xỉ đối với bài toán cố kết cho lõi thấm đứng có kể đến sức cản lõi thấm và mức độ xáo động dựa trên giả thiết “biến dạng bằng nhau”

Các mô hình được đề xuất được giả thiết sử dụng cho nền một lớp đồng nhất,

có một trường hợp tải trọng (hoặc tải trọng tăng theo qui luật tuyến tính), điều này chưa mô tả được điều kiện thực tế của nền đất yếu có các chỉ tiêu nén lún, hệ số cố kết thay đổi theo chiều sâu đối với từng phân lớp đất cũng như thay đổi theo quá trình

cố kết của nền đất, dẫn đến kết quả tính toán có thể khác biệt với thực tế ứng xử của nền đất

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

 Mặc dù nhiều tác giả đã công bố kết quả thí nghiệm CRS ở nhiều khu vực khác nhau, nhưng việc áp dụng trực tiếp kết quả CRS vào các tính toán phân tích trong thực hành thì rất ít Các ứng dụng CRS vào tính toán thực hành thường không được đề xuất do có các ý kiến cho rằng không thể ứng dụng trực

tiếp kết quả thí nghiệm CRS vào tính toán thực hành Tuy nhiên, gần đây đã

có một số nghiên cứu ở nước ngoài ứng dụng trực tiếp thí nghiệm CRS vào công trình thực tế đã cho kết quả khả quan Trong đó cần kể đến là nghiên cứu của Umehara, 1983 [55]; Suzuki, 2004 [46]; Suzuki & Nguyễn Công Oanh,

2013 [44]; Suzuki & Nguyễn Công Oanh, 2011 [43] cũng trình bày số kết quả thí nghiệm CRS cho đất yếu ở Việt Nam; Đào Thị Vân Trâm & Nguyễn Công Oanh, 2013 [11] và Nguyễn Công Oanh, 2016 [33] đã sử dụng trực tiếp kết quả thí nghiệm CRS vào hố đào sâu trong nền đất yếu ở Thị Vải

 Hơn nữa, trong điều kiện Việt Nam hiện nay chưa có nghiên cứu toàn diện, để

có thể ứng dụng loại thí nghiệm này vào việc xác định các thông số cần thiết trong công tác thiết kế, thực hành xử lý nền bằng lõi thấm đứng Do đó, cần nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thực tiễn tại Việt Nam

 Bảng 1-4 Các phương trình hồi qui từ số liệu công trình đang xét được lập ở bảng bên dưới đây

 Các lời giải hiện tại chưa mô tả được thực tế nền đất yếu phân lớp với các chỉ tiêu nén lún và thấm khác nhau đối với từng phần lớp và hệ số cố kết thay đổi trong quá trình cố kết

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU

2.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐẤT YẾU

2.1.1 SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC

Sức kháng cắt không thoát nước là một trong số các chỉ tiêu quan trọng của đất sét yếu, do đó việc xác định chính xác giá trị sức kháng cắt hiện trường rất quan trọng để phục vụ công tác tính toán ổn định nền đất đắp, cũng như sức chịu tải của nền Ngoài ra, tỷ số sức kháng cắt không thoát nước trong giai đoạn cố kết thường (NC), sun/’v0, cũng là thông số thường dùng trong tính toán sự gia tăng sức kháng cắt không thoát nước trong quá trình thi công xử lý nền đất yếu theo giai đoạn Sức kháng cắt không thoát nước có thể được xác định bằng thí nghiệm hộp cắt đơn theo

sơ đồ cố kết không thoát nước, cắt cánh hiện trường, nén nở hông tự do và xuyên tĩnh…

Hình 2-1 thể hiện sức kháng cắt không thoát nước của đất sét yếu theo các loại thí nghiệm khác nhau Nhận thấy rằng sức kháng cắt không thoát nước theo phương pháp thí nghiệm nén đơn chịu nở hông tự do cho giá trị thấp nhất và thường bé hơn giá trị sức kháng cắt theo trạng thái cố kết thường tính toán từ tỷ số sun/’v0 Điều này

có thể được giải thích rằng sức kháng cắt của mẫu đất chịu ảnh hưởng bởi áp lực hông

’3 trong điều kiện hiện trường Sức kháng cắt không thoát nước theo kết quả cắt cánh hiện trường luôn lớn hơn giá trị sức kháng cắt tính theo tỷ số ở trạng thái cố kết thường, điều này khẳng định một điều nữa là đất sét yếu trong điều kiện tự nhiên của Việt Nam ở trạng thái cố kết trước gây ra bởi từ biến, hoặc do hình thành lực dính trong thời gian dài theo tuổi của trầm tích Sức kháng cắt xác định theo phương pháp cắt đơn trực tiếp không thoát nước cũng xấp xỉ với giá trị có được từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường Các giá trị hệ số mũi xuyên Nkt được xác định bằng cách chuẩn hóa sức kháng mũi xuyên hiệu chuẩn với sức kháng cắt theo kết quả cắt cánh hiện trường, giá trị này dao động từ Nkt=10 -:- 20 Với việc sử dụng thí nghiệm xuyên tĩnh có đo

áp lực nước lỗ rỗng, mối quan hệ giữa sức kháng cắt không thoát nước theo chiều sâu