Xem mẫu

  1. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP THUỘC KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LÊ HOÀNG VIỆT*, VÕ PHÁN** Estimating the undrained shear strength of soft soil under embankment in mekong delta area Abstract: This article presents the results of author evaluation study changed the undrained shear strength Su, base on the problem one - dimensional consolidation theoryconsidered compressibility basis on correlations undrained shear strength according degree of compaction and time. Evaluating results changed undrained shear strength was appropriate to the result of in-siu field van shear test. The results can be used to estimate long-term stability of soft soil under embankment in Mekong Delta area. Keywords: Undrained shear strength; Soft soil; Stability; Displacements. 1. TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU * nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ tiêu tán một phần, ứng Sức chống cắt không thoát nƣớc (Su) là thông suất hữu hiệu gia tăng tƣơng ứng với hiện tƣợng số quan trọng đƣợc sử dụng để đánh giá ổn định nén chặt đất. Nhƣ vậy sự gia tăng Su cũng xảy ra công trình đắp trên đất yếu. Dƣới tác dụng của không đồng đều trong nền. Một số kết quả thí khối đắp, hiện tƣợng cố kết xảy ra và kéo dài nghiệm trong phòng trên cùng một loại đất bão theo thời gian. Theo 22TCN 262-2000 [1], Su hòa chỉ ra rằng Su phụ thuộc vào độ ẩm và tuân tăng đồng đều theo độ sâu và theo thời gian theo quy luật phi tuyến [2]. Nhƣ vậy, Su có liên dƣới tác dụng của tải trọng ngoài do việc dự báo hệ chặt chẽ với độ chặt hay trạng thái ứng suất thay đổi Su chỉ căn cứ vào mức độ cố kết tổng ban đầu và có thể thể hiện thông qua tỷ số thể Ut(t). Tuy nhiên, ở khu vực có lớp đất yếu Su/’v, [3]. có bề dày tƣơng đối lớn, hiện tƣợng cố kết kéo Theo Skempton (1948): dài đến hàng chục năm, thậm chí trăm năm và Su / vo  0,11  0,0037 I p (1) quá trình cố kết vẫn tiếp diễn ra trong quá trình Các tƣơng quan giữa Su và chỉ số dẻo Ip của sử dụng. Trong quá trình cố kết, sự tiêu tán áp Bjerrum (1972), Terzaghi, Peck và Mersi (1996) lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ xảy ra không đồng đã nghiên cứu. Theo quan điểm thiết kế đều trong phạm vi nền ảnh hƣởng. Tại các vị trí SHANSEP (Stress History And Normalized Soil gần biên thoát nƣớc, sự tiêu tán áp lực nƣớc lỗ Engineering Properties) [4], [5]: rỗng thặng dƣ xảy ra nhanh hơn. Khi áp lực Su / vo  S( OCR )m (2) Trong đó: S - hệ số chuẩn hóa sức chống cắt *,** Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM không thoát nƣớc cho trạng thái cố kết thƣờng 268 Lý Thường Kiệt, quận 10, TP. HCM, ĐT: 083 8636822 (OCR=1), * ĐT: 0979 853 988, S   Su / vo OCR1 (3) Email: lehoangviet2008@gmail.com, m - hệ số xác định từ độ dốc của đƣờng quan hệ log(OCR) và log  Su / vo  . ** ĐT: 0913 867008, Email: vophan54@yahoo.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 59
  2. Su của sét quá cố kết đƣợc xác đinh:  'vo sin'  Ko  Af ( 1  K0 ) Su   Su / vo OCR1 .( OCR )m .v (4) Su  (6) 1  ( 2Af  1)sin' Điều này đã các tác giả Jamiolkowski (1985), Trên cơ sở cân bằng giới hạn, bỏ qua các Mersi (1989), Ladd (1991) nghiên cứu bổ sung. thông số hệ số áp lực nƣớc lỗ rỗng, Verruijt Ladd (1991) đề nghị giá trị các hệ số: S= 0,22 ± cũng đƣa ra công thức gần tƣơng tự để đánh giá 0,03 và m = 0,8 ± 0,1. giá trị Su theo trạng thái ứng suất [7]. Ngoài ra, Sức chống cắt không thoát nƣớc cũng đƣợc thông qua tính toán trên cơ sở lý thuyết cố kết xác định bằng cách phân tích theo ứng suất hữu thấm, tác giả đã tính toán dự báo Su thay đổi hiệu với việc sử dụng hệ số áp lực lỗ rỗng theo thời gian bằng các biểu thức (5) và (6) cho Skempton Af (khi phá hoại) [6] nhƣ sau: kết quả khác nhau đáng kể so với kết quả thí c' cos'+ 'vo sin'  Ko  Af ( 1  K0 ) nghiệm cắt cánh tại hiện trƣờng. Su  (5) 1  ( 2Af  1)sin' 2. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH Đối với sét cố kết thƣờng: Hình 1. Vị trí tuyến đường mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Mỹ Thuận - Cần Thơ Chiều dài tuyến thuộc khu vực nghiên cứu từ thiên từ 0,4m đến 3,4m. Km 2042 đến Km 2061 dự án nâng cấp mở rộng Lớp 1b: Bùn sét cát / bùn sét kẹp cát, màu Quốc lộ 1- Mỹ Thuận – Cần Thơ thuộc địa bàn xám xanh, xám nâu, xám đen. Tại một số lỗ tỉnh Vĩnh Long. Theo kết quả khảo sát hiện khoan (Km 2056- Km 2061) chƣa phát hiện lớp trƣờng & kết quả thí nghiệm trong phòng, địa này. Cao độ đáy lớp đƣợc từ -29,8m đến - tầng tại khu vực nghiên cứu đƣợc chia làm các 29,0m. Bề dày lớp thay đổi từ 14,0m đến 15,2m. lớp đất chính nhƣ sau: Lớp 1: Bùn sét/bùn sét kẹp cát, màu xám Lớp K: Đất đắp, là lớp đất không đồng nhất, xanh, xám đen. Lớp này gặp trong tất cả các lỗ tuỳ từng khu vực mà lớp này có đặc điểm khác khoan. Hầu hết các lỗ khoan phần tuyến đều nhau. Bề dày lớp biến thiên từ 0,5m đến 2,8m. chƣa đƣợc khoan qua hết bề dày của lớp. Cao Lớp 1a: Sét, màu xám nâu, xám đen, xám độ đáy lớp biến thiên từ -29,80m đến -9,58m. xanh, trạng thái dẻo mềm. Cao độ đáy lớp biến Bề dày lớp đã khoan đƣợc biến thiên từ 10,0m thiên từ -1,67m đến 2,75m. Bề dày lớp biến đến 30,0m. 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015
  3. Lớp 2: Sét, màu xám nâu, xám đen, trạng thái suất của đất nền. Từ kết quả thí nghiệm nén cố dẻo chảy. Lớp này chỉ gặp trong mộ vài vị trí. kết cho ta kết quả hình 2: Bề dày lớp đã khoan đƣợc là 1,8 đến 15,0m. Bề e(*) = 1,6073exp(-0,0015σ'v) (7) dày lớp chƣa đƣợc xác định qua hết. Với: e(*)- hệ số rỗng, σ'v- ứng suất nén Thấu kính TK1: Cát, hạt nhỏ, màu xám đen, đôi chỗ lẫn ổ bùn sét, kết cấu rời rạc. Thấu kính này gặp trong một vài vị trí (Km 2042- Km 2047), cao độ đáy thấu kính biến thiên từ -10,90m đến - 3,6m và bề dày thấu kính biến thiên từ 2,0m đến 9,2m. Thấu kính này gặp trong một vài vị trí (Km 2056- Km 2061), cao độ đáy thấu kính biến thiên từ -21m đến -24,2m và bề dày thấu kính biến thiên từ 4,1m đến 4,7m. Thấu kính TK2: Cát hạt mịn. Thấu kính này gặp trong lớp 1, tại một vài vị trí (Km 2042-Km 2047). Cao độ đáy thấu kính là 10,2m. Bề dày Hình 2. Tương quan mức độ nén chặt theo thấu kính là 2,0m trạng thái ứng suất Đã có nhiều tác giả kết quả nghiên cứu về S u theo chỉ số dẻo IP, theo trạng thái ứng suất và hệ Để dự báo sự gia tăng Su của đất yết theo thời số cố kết OCR, theo kết quả thí nghiệm cắt cánh gian, ngoài độ chặt, cần phải đánh giá trạng thái tại hiện trƣờng. ứng suất trong quá trình cố kết. Từ đó rút xây 3. ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI SỨC dựng tƣơng quan giữa ứng suất (σ'v) – độ chặt CHỐNG CẮT THEO THOÁT NƢỚC (e) và sức chống chắt không thoát nƣớc (Su). Từ THEO BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM tƣơng quan này cho phép dự báo sự gia tăng Su 3.1. Xây dựng tƣơng quan sức chống cắt dƣới tác dụng của quá trình gia tải. Trong phạm không thoát nƣớc theo độ sâu, mức độ nén chặt vi nghiên cứu này, tác giả sử dụng giá trị hệ số Để đánh giá Su của đất yếu cần xác định hiệu chỉnh của Bjerrum. tƣơng quan giữa độ chặt (e) và trạng thái ứng Hình 3. Tương quan giữa Su theo độ sâu khu Hình 4. Tương quan giữa Su theo độ sâu vực dự kiến mở rộng mặt đường (với lớp đất trên bề mặt cố kết trước) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 61
  4. Su= µ.Su(VST) (8) S  v  201, 2.ln  u   442,79 (10) với µ=1.7 - 0.54*log(IP) để hiệu chỉnh giá trị  e  Su từ kết quả thí nghiệm cắt cánh (VST) và Từ kết quả tổng hợp sức chống cắt không thoát thành lập các tƣơng quan: Su –z; tƣơng quan nƣớc từ thí nghiệm VST và đƣợc hiểu chỉnh theo Su/e– z; tƣơng quan Su/e - ’v của các khu vực biểu thức (8). Kết quả nghiên cứu xây dựng đƣợc nghiên cứu. Kết quả tính toán đƣợc nhƣ sau: các tƣơng quan biểu thức (9) và (10) là khá chặt Su = 0,395Z + 13,978 (9) chẽ, với hệ số tƣơng quan R2=0,99 và đƣợc thể hiện trên hình 3, hình 4, hình 5 và hình 6. Hình 5. Tương quan giữa Su/e theo độ sâu Hình 6. Tương quan giữa Su/e và ứng suất hữu hiệu 3.2. Cơ sở lý thuyết dự báo sức chống cắt kz Cv  (12) không thoát nước theo bài toán cố kết thấm  2 1   3n  Để thực hiện tính toán giá trị áp lực nƣớc lỗ w    rỗng thặng dƣ ở thời điểm bất kỳ theo độ sâu có  K sk K a ,w  Eo thể sử dụng lý thuyết cố kết thấm 1 chiều của Ku  (13) 3( 1  2 ) K.Terzaghi. Lời giải cố kết thấm một chiều của 3 K.Terzaghi chấp nhận nƣớc lỗ rỗng không chịu K a ,w  (14) 1  Sr  1  H   1 1  nén ép, hệ số cố kết phụ thuộc vào tính nén ép  p  p  p của cốt đất và tính thấm của đất: 2  0 0  kz Trong đó: Cv  (11) Ksk - module biến dạng thể tích khung a0w cốt đất; Thực tế, nƣớc lỗ rỗng luôn chứa một hàm Ka,w - module biến dạng thể tích hỗn hợp khí- lƣợng khí nhất định, các loại khí này khi chịu nƣớc lỗ rỗng; nén ép sẽ bị hòa tan một phần. Xét tính nén ép Với: po = patm + w.z - áp lực ban đầu của của nƣớc lỗ rỗng, hệ số cố kết có thể đƣợc biểu nƣớc lỗ rỗng trong điều kiện tự nhiên; diễn bằng biểu thức sau: E0 - Module biến dạng tổng quát; 62 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015
  5. ν - Hệ số Poisson của đất ; một chiều khi xét tính nén ép của nƣớc lỗ rỗng, w - trọng lƣợng riêng của nƣớc; giá trị sức chống cắt không thoát nƣớc Su gần n - độ rỗng của đất; với giá trị Su từ thí nghiệm VST. Kết quả tính kz - hệ số thấm theo phuơng đứng. toán đƣợc thể hiện hình 7 và hình 8. Sử dụng lý thuyết cố kết thấm cho phép xác Kết quả dự báo sức chống cắt không thoát định đƣợc giá trị áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ nƣớc Su theo độ sâu (hình 8) tại tâm diện gia tải theo độ sâu tại một thời điểm nhất định nào ở các thời điểm khác nhau trên cơ sở bài toán cố đó. Từ đó, ứng suất hữu hiệu: v  (v  u) kết thấm một chiều cho thấy có sự khác biệt xác định đƣợc khi đã biết ứng suất tổng tác không đáng kể. Kết quả tính toán cho thấy ở gần dụng. Áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ của bài bề mặt trong phạm vi 30 năm, ở độ sâu từ 8-9m toán cố kết thấm một chiều đƣợc tính theo trở lại thì Su ở tâm diện truyền tải lớn hơn ở biểu thức sau: taluy vì ứng suất nén trong nền ở tâm diện gia 4q  1 iz  C i 2 2  tải lớn hơn ở taluy. Ở độ sâu từ 9-14 m, giá trị u   i 1 i sin exp   v 2 t  (15) Su ở các thời điểm khác nhau có giá trị gần bằng h  h  nhau và phù hợp với giá trị Su từ kết quả thí Với điều kiện địa chất khu vực nghiên cứ, xét nghiệm cắt cánh tại hiện trƣờng. Từ độ sâu 14m khối đắp dày 2m, trọng lƣợng riêng của vật liệu trở lên, giá trị Su ở các thời điểm khác nhau có đắp là 19,5kN/m3, hệ số cố kết tính theo biểu giá trị gần bằng nhau và lớn hơn đáng kể với giá thức (12), Cv= 6,704x10-4 m2/ngđ và hệ số thấm trị Su từ kết quả thí nghiệm cắt cánh tại hiện kz = 3,145x10-5 m/ngđ. Kết quả tính toán biểu trƣờng thuộc khu vực nghiên cứu. thức (7) và (10) trên cở sở bài toán cố kết thấm Hình 7. Kết quả tính toán Su theo mức độ cố Hình 8. Kết quả tính toán Su theo mức độ cố kết và độ sâu theo thời gian không xét tính kết và độ sâu theo thời gian có xét tính nén ép nén ép của nước lỗ rỗng của nước lỗ rỗng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 63
  6. 4. KẾT LUẬN trên đất yếu," Nhà xuất bản xây dựng, 2000. Kết quả phân tích và tổng hợp số liệu thí [2] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá nghiệm xác định sức chống cắt không thoát Lƣơng, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực, nƣớc và xây dựng các tƣơng quan: (Su-z), (e- "Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Su), (’v-Su/e), và kết hợp với lý thuyết cố kết Nam," Trƣờng Đại học Bách Khoa TP. HCM – thấm một chiều có xét tính nén ép của nƣớc lỗ Tổ Giáo trình, 1989. rỗng, cho phép dự báo đƣợc sự thay đổi Su theo [3] Kenya Sagae, Motohiro Sugiyama, thời gian và theo độ sâu. Kết quả nghiên cứu có Akira Tonosaki and Masaru Akaishi, "Ratio of thể rút ra các kết luận chính nhƣ sau: undrained shear strength to vertical effective - Khu vực nền đất cố kết trƣớc (khu vực đã stress," Proc.Schl.Eng.Tokai University, vol. 31, tồn tại công trình đắp), kết quả tính toán Su pp. 21-25, 2006. theo các tƣơng quan thí nghiệm đề nghị với bài [4] F.H. Kulhavy, P.W. Mayne, Manual on toán cố kết thấm thấm một chiều có xét tính estimating soil properties for foundation design, nén ép của nƣớc lỗ rỗng phù hợp với kết quả Cornell University Ithaca ed., 1990. thí nghiệm [5] Charles C. Ladd, Hon. M., VST tại hiện trƣờng. Sức chống cắt ở khu "Recommended practice for soft ground site vực này gần bề mặt giảm dần đến độ sâu 2m, từ characterization," in 12th Panamerican độ sâu này trở đi thì Su tăng gần nhƣ tuyến tính conference on soil mechanics and geotechnical theo độ sâu. engineering, 2003. - Dƣới tác dụng của tải trọng ngoài, kết quả [6] Braja M. Das, Advanced Soil dự báo Su theo thời gian tại tâm diện gia tải với Mechanics, T. edition, Ed., Taylor & Francis bài toán cố kết thấm một chiều phù hợp với xu Group, 2008. hƣớng gia tăng sức chống cắt nơi tồn tại công [7] Arnold Verruijt, Soil Mechanics, D. U. trình đắp. o. Technology, Ed., 2001. - Giá trị Su dƣới mái taluy tăng ít hơn so [8] Bùi Trƣờng Sơn, "Biến dạng tức thời với tâm ở khu vực bề mặt. và lâu dài của nền đất sét bão hòa nƣớc," Tạp Kết quả nghiên cứu cho phép đánh giá khả chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, Đại năng ổn định của nền đất yếu theo thời gian và học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, vol. 9, pp. 17- sự gia tăng khả năng chịu tải của đất nền ở khu 24, 2006. vực bề mặt. [9] Lê Hoàng Việt, Bùi Trƣờng Sơn, "Tƣơng quan sức chống cắt không thoát nƣớc TÀI LIỆU THAM KHẢO của sét mềm theo độ sâu và mức độ nén chặt," Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi & Môi [1] Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN: 262-200, trường, Đại học Thủy Lợi, vol. 39, pp. 120- "Qui trình khảo sát thiết kế nền đƣờng ô tô đắp 125, 2012. Người phản biện: PGS.TS. ĐỖ MINH TOÀN 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015
nguon tai.lieu . vn