- Trang Chủ
- Địa Lý
- Nghiên cứu hóa lỏng cát nền đê Hữu Hồng, đoạn KM73+500 - KM74+100, chịu tải trọng chu kỳ, không thoát nước
Xem mẫu
- NGHI N C U H ỎNG CÁT NỀN Đ H U H NG
ĐO N K –K CH U T I TR NG CHU K
KHÔNG THOÁT NƯỚC
NGUYỄN HỒNG NAM*, NG THỊ NGỌC V N**
Study on liquefaction of right red river dyke sand, K73+500 – K74+100
subjected to undrained cyclic loading
Abstract: Study on earthquake liquefaction of sand specimens which had
been sampled from layer 3a of the boreholes in the foundation of the right
Red river dyke segment K73+500-K74+100 was implemented. A series of
sand cylindrical specimens with diameter of 50mm, height of 100mm were
subjected to sinusidal wave loading with the frequency of 0.1Hz, under
constant confining stress of 100 kPa and void ratio with controlled stress
ratios between 0.1 and 0.3. The test results revealed that it can be
determined exactly the liquefaction characteristics of Red river sand such
as the vartion of excess porewater pressure, axial strain and cyclic stress
ratio with the number of loading cycles causing the specmien liquefied.
The test results would be useful for liquefaction prediction for Red river
sand subjected to earthquake loading.
Keywords: eathquake, liquefaction, sand, river dyke, cyclic loading..
I. ĐẶT VẤN ĐỀ * đất mạnh 5,4 độ Richter ở Hà Nội là 1.100 năm
Hóa lỏng do động đất có thể gây ra những và trận động đất mạnh cuối cùng xảy ra cách
hậu quả nghiêm trọng đối với công trình, gây đây đã hơn 700 năm (1285). Hiện Hà Nội đang
sụt lún mặt đất, lún nền công trình, làm mất trong thời kỳ yên tĩnh nhƣng trong tƣơng lai
khả năng chịu tải của nền, gây phá hủy hoạt động động đất có thể tăng lên và động đất
nghiêm trọng công trình. Nhiều sự cố đê sông mạnh có thể xảy ra. Ngoài ra, Hà Nội còn phải
do hóa lỏng nền đƣợc quan sát trong hầu hết chịu tác động của động đất mạnh xảy ra ở
các trận động đất lớn tại Nhật Bản (Adalier và những vùng đứt gãy lân cận nhƣ đứt gãy sông
Sharp, 2004). Lô, Đông Triều, Sơn La (Nguyễn Đình Xuyên,
Hà Nội nằm trong vùng đứt gãy sông Hồng- 2004). Hà Nội hiện có 20 tuyến đê chính với
sông Chảy, nơi đã xảy ra các trận động đất tổng chiều dài 469,913 km, trong đó: tuyến đê
mạnh 5,1-5,5 độ Richter. Chu kỳ lặp lại động hữu Hồng đoạn qua thành phố Hà Nội dài tổng
cộng 128,6km là đê cấp đặc biệt, bảo vệ cho
*
Trường Đại học Thủy lợi,
trên 160.000ha diện tích lƣu vực của thủ đô Hà
175 Tây Sơn, Đ ng Đa, Hà Nội,
Nội. Tuyến đê hữu Hồng có nhiệm vụ cực kỳ
Điện thoại liên hệ: 0904359460
quan trọng là phòng chống lụt bão, đảm bảo an
Email: hongnam@wru.vn;
toàn tuyệt đối cho thủ đô Hà Nội. Tuy nhiên
**
Trường Đại học Thủy lợi,
trong thân, nền đê tiềm ẩn nhiều ẩn họa khó
175 Tây Sơn, Đ ng Đa, Hà Nội,
lƣờng nhất là những đoạn đê đắp trực tiếp trên
Điện thoại liên hệ: 0989051551
nền đất yếu, đất cát phân bố nông, bão hòa nƣớc
Email: vanntn@tlu.edu.vn; dễ xảy ra khả năng hóa lỏng khi chịu tác động
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 9
- của động đất mạnh. Hóa lỏng do động đất chƣa đƣợc kết nối với một máy vi tính thông qua các
đƣợc xem xét khi thiết kế các công trình đê đập giao diện cảm biến Kyowa PCD-300B-F. Biến
vật liệu địa phƣơng tại Việt Nam. dạng dọc trục đƣợc đo bằng một cảm biến
Để đánh giá định lƣợng khả năng kích hoạt không tiếp xúc có độ chính xác bằng 0.1mm lắp
hóa lỏng, bƣớc quan trọng đầu tiên cần cho bên trong buồng 3 trục và 1 cảm biến LVDT có
hầu hết các dự án chính là liên quan đến khả độ chính xác bằng 0,05 mm lắp bên ngoài
năng hóa lỏng do động đất. Có hai xu hƣớng buồng 3 trục. Sự thay đổi thể tích của mẫu đƣợc
tổng hợp cho việc này (Seed et al., 2003): (1) đo bằng đầu đo thể tích tự động có dung tích
sử dụng thí nghiệm trong phòng trên các mẫu 25ml. Đầu đo tải trọng buồng tải trọng có công
―nguyên dạng‖ và (2) sử dụng các quan hệ suất 2kN đƣợc lắp trực tiếp trên nắp mẫu, phía
kinh nghiệm dựa trên tƣơng quan ứng xử quan trong buồng 3 trục, nhằm giảm thiểu lực ma sát
sát hiện trƣờng với các thí nghiệm hiện giữa piston và ống trục.
trƣờng. Nhiều thí nghiệm trong phòng đã đƣợc
thực hiện trong những điều kiện khác nhau
cho thấy biến dạng nền lớn thƣờng xuất hiện
sau hóa lỏng đất cát. Việc sử dụng các thí
nghiệm hiện trƣờng là xu hƣớng phổ biến
trong thực tiễn kỹ thuật do tính đơn giản,
thuận tiện trong việc ƣớc tính sức kháng hóa
lỏng tại thực địa. Mặt khác, việc sử dụng thí
nghiệm trong phòng là phức tạp bởi những
khó khăn liên quan đến sự xáo trộn mẫu khi
lấy mẫu và cố kết lại nhƣng có nhiều mặt tích
cực (Seed et al., 2003).
Nghiên cứu khả năng hóa lỏng của cát nền đê
Hữu Hồng đƣợc thực hiện đối với đoạn đê Hữu Hình 1 Hệ th ng thiết bị thí nghiệm 3 trục
Hồng từ K73+500 đến K74+100 thuộc địa phận động, DTC 367-D
quận Hoàng Mai, Thành phố Hà Nội. Một loạt
các thí nghiệm trong phòng trên máy ba trục 2.2. Vật liệu thí nghiệm n
động đƣợc tiến hành đối với đất cát đƣợc lấy n ệm
mẫu từ các hố khoan tại thực địa. Vật liệu thí nghiệm là loại cát nền đê, lớp
II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3a đƣợc lấy mẫu tại hố khoan HK3 tại độ
2.1 Thiết bị thí nghiệm sâu từ 6,8 đến 7,05m, trong phạm vi
Nghiên cứu hóa lỏng của đất cát nền đê hữu K73+500-K74+100 đê hữu sông Hồng, Hà
sông Hồng đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm Nội (Đại học Thủy lợi, 2015). Các chỉ tiêu
địa kỹ thuật động đất, Trƣờng Đại học Thủy lợi. cơ lý của mẫu đất thí nghiệm nhƣ sau: hàm
Hệ thống thiết bị thí nghiệm 3 trục động, model lƣợng hạt mịn f c =4,46 ; t trọng hạt
DTC – 367D do hãng Seiken, Nhật Bản (Hình G s=2,65; hệ số rỗng lớn nhất e max = 0.993;
1) chế tạo bao gồm: Máy nén khí tạo áp lực hệ số rỗng nhỏ nhất e min =0,554. Thí nghiệm
buồng và áp lực ngƣợc lên tới 1000 kPa; máy phân tích thành phần hạt của đất đƣợc thực
hút chân không tạo áp suất lớn nhất -95kPa; hiện theo theo tiêu chuẩn ASTM D422-63
thiết bị gia tải động cho các tần số tải từ 0.001 cho giá trị đƣờng kính D 60 = 0,299 mm,
đến 1Hz. Tất cả các đầu đo lực và chuyển vị D 10 =0,118mm (Hình 2).
10 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016
- làm bão hòa mẫu bằng cách sử dụng khí CO 2
đảm bảo hệ số áp lực nƣớc lỗ rỗng, B 95 . Sau
đó, các mẫu chịu quá trình cố kết đẳng hƣởng
với áp lực cố kết hiệu quả tăng từ 30 kPa đến
100 kPa. Sau thời gian cố kết tại cấp áp lực
100kPa, mẫu chịu tác dụng của các tải trọng chu
kỳ hình sin có tần số 0,1Hz với các biên độ tải
trọng khác nhau, sao cho t số ứng suất chu kỳ
thay đổi trong khoảng từ 0,1 đến 0,3 trong điều
kiện không thoát nƣớc. T số ứng suất chu kỳ
Hình 2: Biểu đồ cấp ph i hạt của đất CSR = d/2o , trong đó o là ứng suất hiệu
thí nghiệm (ASTM D422-63) quả ban đầu; d là độ lệch ứng suất, d = v-h,
v là ứng suất theo phƣơng đứng, h là ứng suất
Các mẫu cát hình trụ có đƣờng kính Di = theo phƣơng ngang. Thí nghiệm kết thúc khi
50mm, chiều cao Hi = 100mm, đƣợc chế bị theo mẫu bị hóa lỏng sau một số chu kỳ tải trọng
phƣơng pháp mƣa cát trong không khí để đảm (JGS 0541-2000). Thông số của các mẫu thí
bảo có cùng một độ chặt tƣơng đối, Dr, (Hình nghiệm đƣợc thể hiện trong bảng 1.
3). Sau khi thiết lập mẫu trong buồng 3 trục,
Hình 3 Mẫu đất thí nghiệm lấy từ h khoan được thiết lập trong buồng 3 trục
Bảng 1: Các thông số mẫu thí nghiệm
Tên mẫu Di (mm) Hi (mm) B (%) dc (g/cm3) ec Dr (%)
SH-HL10 50.06 98.80 96 1.425 0.860 30.3
SH-HL11 49.80 98.50 96 1.425 0.860 30.3
SH-HL12 49.90 98.40 97 1.428 0.856 31.2
SH-HL13 50.04 98.80 96 1.427 0.857 30.9
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 11
- V và số các vòng lăp N gây hóa lỏng mẫu đất ứng
Hình 4, 5 thể hiện kết quả thí nghiệm đại với cùng điều kiện về độ chặt tƣơng đối và ứng
diện đối với mẫu SH-HL12, SH-HL13. Có thể suất khống chế hiệu quả. Đƣờng cong hóa lỏng
thấy rằng khi số chu kỳ tải trọng gia tăng thì hệ cát 3a đƣợc thể hiện trên Hình 6 ứng với các
số áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣ Ru và biến dạng dọc đƣờng đẳng giá trị biến dạng dọc trục biên độ
trục biên độ kép a tăng cho đến khi mẫu bị hóa kép a= 1 , 2 , 5 và hệ số áp lực nƣớc lỗ
lỏng. Điều kiện xuất hiện hóa lỏng mẫu đất rỗng dƣ, Ru= 95%.
đƣợc tính dựa trên các tiêu chí về áp lực nƣớc lỗ Có thể thấy rằng khi biên độ ứng suất tăng
rỗng dƣ Ru 0.95 hoặc biến dạng dọc trục biên thì số vòng lặp gây hóa lỏng giảm, đất sớm xuất
độ kép a 5 (JGS 0541-2000). hiện biến dạng lớn. Hệ số áp lực nƣớc lỗ rỗng
Từ kết quả hóa lỏng đối với các mẫu khác dƣ, Ru tăng theo số chu kỳ tải trọng tác dụng và
nhau, đƣờng cong hóa lỏng (Hình 6) đƣợc xây khi biên độ ứng suất tăng thì hệ số áp lực nƣớc
dựng, biểu thị quan hệ giữa t số ứng suất CSR lỗ rỗng dƣ tăng nhanh.
Hình 4 Các kết quả thí nghiệm đ i v i mẫu SH-H 12 chịu tải trọng động
12 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016
- Hình 5 Các kết quả thí nghiệm đ i v i mẫu SH-HL13 chịu tải trọng động
─o─DA= 1%
──DA= 2%
──DA= 5%
─*─ Nu95
Hình 6 Đường cong hóa lỏng của các mẫu đất cát 3a
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 13
- Có thể thấy rằng đƣờng cong hóa lỏng của TÀI LIỆU THAM KHẢO
cát 3a có dạng phù hợp với các kết quả đã công
bố đối với các loại cát khác nhau (Towhata Đại học Thủy lợi. Báo cáo kết quả khảo
2008). Kết quả nghiên cứu thực nghiệm này là sát địa chất đê hữu Hồng Km73+500-
cơ sở hữu ích cho việc đánh giá mô phỏng bài Km74+100, 2015.
toán hóa lỏng, ổn định của đê tại hiện trƣờng Nguyễn Đình Xuyên (2004). Nghiên cứu dự
theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn. báo động đất và dao động nền ở Việt Nam. Báo
IV. KẾT LUẬN cáo tổng kết đề tài độc lập cấp nhà nƣớc.
Nghiên cứu hóa lỏng cát đƣợc lấy mẫu từ lớp Adalier K. and Sharp M. Embankment Dam on
3a, tại hố khoan HK3 thuộc nền đê hữu sông Liquefiable Foundation—Dynamic Behavior and
Hồng, đoạn K73+500 đến K74+100, Hà Nội đã Densification Remediation,Journal of
đƣợc thực hiện thông qua một loạt các thí Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
nghiệm 3 trục động. Kết quả thí nghiệm cho 2004, Vol. 130, No. 11, pp. 1214-1224.
thấy có thể xác định chính xác các đặc tính hóa ASTM D422-63 (2007). Standard Test
lỏng của cát nền đê Hữu Hồng nhƣ sự gia tăng Method for Particle-Size Analysis of Soils,
áp lực nƣớc lỗ rỗng, biến dạng dọc trục, t số ASTM International, West Conshohocken, PA.
ứng suất chu kỳ theo số chu kỳ gây hóa lỏng. JGS 0541-2000 Method for Cyclic
Kết quả thí nghiệm hữu ích cho việc dự báo hóa Undrained Triaxial Test on Soils.
lỏng, ổn định đê Hữu Hồng trong điều kiện chịu Seed R.B et al. Recent advances in soil
tải trọng động đất mạnh. liquefaction engineering: a unified and
LỜI CẢM ƠN consistent framework, Keynote Presentation,
Nghiên cứu đƣợc thực hiện tại Phòng thí 26th Annual ASCE Los Angeles Geotechnical
nghiệm Địa kỹ thuật động đất, Trƣờng Đại học Spring Seminar, Long Beach, 2003, Report No.
Thủy lợi trong khuôn khổ của đề tài khoa học EERC 2003-06.
cấp nhà nƣớc, mã số KC08.23/11-15. Các tác Towhata I. Geotechnical earthquake
giả chân thành cảm ơn Bộ Khoa học và Công engineering, Springer-Verlag Berlin
nghệ đã cấp kinh phí thực hiện nghiên cứu này. Heidelberg, 2008.
Người phản biện: GS. NGUYỄN CÔNG MẪN
14 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016
nguon tai.lieu . vn
