Luận án Nghiên cứu đặc tính cơ học của đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG

Ngành:

Địa kỹ thuật xây dựng (Mã số chuyên ngành: 62-58-60-01)

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu đặc tính cơ học của đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng" giải quyết các thách thức trong xử lý nền đất yếu tại Việt Nam, đặc biệt ở các đồng bằng Bắc Bộ và sông Cửu Long. Đất yếu ở đây có đặc điểm bão hòa nước, hệ số rỗng lớn, khả năng chịu tải nhỏ và biến dạng kéo dài, đòi hỏi các giải pháp xử lý hiệu quả như gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng (bấc thấm).

Nghiên cứu chỉ ra những tồn tại trong thực tiễn: đánh giá độ cố kết (ĐCK) chưa chính xác ở giai đoạn đầu, khó khăn trong việc xác định các đặc trưng cơ học của đất (hệ số nén Cc, hệ số nở Cs, sức kháng cắt không thoát nước Su) khi thiếu dữ liệu thí nghiệm, và sự phụ thuộc của phương pháp số vào lựa chọn mô hình đất cùng thông số.

Mục tiêu chính của luận án là: 1) Đề xuất phương pháp đánh giá ĐCK hiệu quả và bố trí quan trắc hợp lý; 2) Lựa chọn các hàm dự báo Cc và Cs phù hợp cho địa chất Việt Nam; 3) Làm rõ phạm vi áp dụng công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 để dự tính Su và phát triển công thức mới áp dụng tại mọi thời điểm cố kết; 4) Lựa chọn mô hình đất phù hợp (Cam-Clay cải tiến) cho tính toán cố kết nền sét yếu.

Luận án đã đạt được nhiều kết quả quan trọng: khuyến nghị không đánh giá ĐCK theo đo lún ở giai đoạn đầu cố kết (U dưới 50%) do sai số lớn, đồng thời đề xuất bố trí thiết bị quan trắc bổ sung tại các điểm có độ lún và ALNLR trung bình. Nghiên cứu đã lựa chọn được 3 hàm dự báo Cc và xác định tỉ số Cc/Cs phù hợp cho các vùng đồng bằng Việt Nam. Đặc biệt, luận án xác định công thức (V.6) của 22TCN 262-2000 chỉ phù hợp khi nền đạt độ cố kết trên 90%, và đã phát triển công thức dự báo Su mới (Sᵤ = Sₛᵢ(σ'ₚz / σ'ᵥz)⁰·² + 0,22Uσz) có thể áp dụng tại mọi thời điểm cố kết, được kiểm chứng qua mô hình vật lý và các công trình thực tế. Cuối cùng, nghiên cứu khẳng định mô hình Cam-Clay cải tiến là phù hợp nhất để mô phỏng bài toán cố kết nền sét yếu, với sai số thấp so với dữ liệu quan trắc.

Những đóng góp này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp tài liệu tham khảo giá trị cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng tại Việt Nam.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài
  • 2. Mục đích nghiên cứu
  • 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
  • 4. Nội dung nghiên cứu
  • 5. Phương pháp nghiên cứu
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
  • 6.1 Ý nghĩa khoa học
  • 6.2 Ý nghĩa thực tiễn
  • 7. Bố cục của luận án

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

  • 1.1 Đặc điểm chung về đất yếu của Việt Nam
  • 1.1.1 Khái niệm về đất yếu
  • 1.1.2 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Bắc Bộ
  • 1.1.3 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Nam Bộ
  • 1.1.4 Những vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu
  • 1.2 Xử lý nền đất yếu bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng
  • 1.2.1 Các loại phương tiện thoát nước thẳng đứng
  • 1.2.2 Bấc thấm và các thông số tính toán của bấc thấm
  • 1.3 Lý thuyết cố kết không gian đối xứng trục
  • 1.3.1 Lý thuyết cố kết theo Carrilo (1942)
  • 1.3.2 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng (Barron, 1948)
  • 1.3.3 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981)
  • 1.4 Phương pháp gia tải trước xử lý nền đất yếu
  • 1.4.1 Đặc điểm nén lún của đất yếu
  • 1.4.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng phương pháp gia tải trước
  • 1.4.3 Nguyên lý tổng quát gia tải trước
  • 1.5 Các phương pháp giải bài toán cố kết
  • 1.6 Nghiên cứu và ứng dụng giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu
  • 1.7 Các thành tựu đã đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu
  • 1.8 Những vấn đề còn tồn tại
  • 1.8.1 Những tồn tại trong đánh giá hiệu quả xử lý nền (độ cố kết)
  • 1.8.2 Những tồn tại trong đánh giá các đặc trưng cơ học của đất
  • 1.8.3 Những tồn tại trong áp dụng mô hình số tính toán
  • 1.9 Hướng nghiên cứu của luận án
  • 1.10 Kết luận Chương 1

• CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NỀN SÉT YẾU ĐƯỢC GIA TẢI TRƯỚC KẾP HỢP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG

  • 2.1 Đặt vấn đề
  • 2.2 Mục đích nghiên cứu mô hình vật lý
  • 2.3 Các trường hợp thí nghiệm mô hình
  • 2.4 Thiết kế mô hình vật lý
  • 2.4.1 Cấu tạo mô hình
  • 2.4.2 Chuẩn bị nền đất trong mô hình vật lý
  • 2.4.3 Vật liệu dùng trong MHVL (bấc thấm, vải địa kỹ thuật, cát vàng thô,...)
  • 2.4.4 Bố trí thiết bị quan trắc trong mô hình vật lý (ALNLR, lún)
  • 2.4.5 Xác định tải trọng gia tải cho MHVL
  • 2.5 Kết quả quan trắc mô hình vật lý
  • 2.5.1 Kết quả quan trắc lún tại MHVL
  • 2.5.2 Kết quả quan trắc ALNLR tại MHVL
  • 2.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nền đất yếu thông qua độ cố kết
  • 2.6.1 Quá trình cố kết của đất dính bão hòa nước
  • 2.6.2 Phương pháp xác định độ cố kết theo áp lực nước lỗ rỗng
  • 2.6.3 Xác định độ cố kết theo số liệu quan trắc lún Asaoka (1978)
  • 2.7 Đánh giá độ cố kết của nền đất mô hình vật lý
  • 2.7.1 Độ cố kết theo phương pháp ALNLR
  • 2.7.2 Độ cố kết theo phương pháp dự báo lún
  • 2.8 Đánh giá ĐCK dựa trên số liệu quan trắc của một số công trình thực tế
  • 2.8.1 Dự án nhà máy nhiệt điện Long Phú 1
  • 2.8.2 Dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai
  • 2.9 Nguyên nhân dẫn đến sai khác giữa các phương pháp đánh ĐCK
  • 2.9.1 Đối với phương pháp dự báo lún
  • 2.9.2 Đối với phương pháp xác định theo áp lực nước lỗ rỗng
  • 2.10 Đề nghị đánh giá ĐCK tại điểm có ALNLR, độ lún trung bình
  • 2.11 Kết luận Chương 2

• CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT SÉT YẾU

  • 3.1 Đặt vấn đề
  • 3.2 Các đặc trưng vật lý của đất
  • 3.3 Đặc trưng cho khả năng thấm của đất (hệ số thấm)
  • 3.3.1 Hệ số thấm theo phương đứng kᵥ
  • 3.3.2 Hệ số thấm theo phương ngang kₕ
  • 3.4 Đặc trưng biến dạng và các thông số độ bền của đất
  • 3.5 Đặc trưng khả năng cố kết của đất (hệ số cố kết)
  • 3.5.1 Hệ số cố kết theo phương đứng Cᵥ
  • 3.5.2 Hệ số cố kết theo phương ngang Cₕ
  • 3.6 Đặc trưng cố kết trước của đất (áp lực tiền cố kết σ'ₚ)
  • 3.7 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nén C𝒸
  • 3.7.1 Xác định chỉ số nén C𝒸 từ thí nghiệm nén cố kết
  • 3.7.2 Các hàm dự báo chỉ số nén C𝒸
  • 3.7.3 Lựa chọn hàm dự báo phù hợp cho các vùng đồng bằng của Việt Nam
  • 3.8 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nở Cₛ
  • 3.8.1 Xác định chỉ số nở Cₛ từ thí nghiệm nén cố kết
  • 3.8.2 Chỉ số nở Cₛ, ước lượng theo kinh nghiệm
  • 3.9 Đặc trưng sức kháng cắt không thoát nước của đất Sᵤ
  • 3.9.1 Dạng biểu đồ Sᵤ theo chiều sâu
  • 3.9.2 Xác định trực tiếp Sᵤ bằng thí nghiệm hiện trường và trong phòng
  • 3.9.3 Các hàm dự tính Sᵤ của đất được gia tải trước
  • 3.9.3.1 Sức kháng cắt không thoát nước theo C.C.Ladd
  • 3.9.3.2 Công thức theo kinh nghiệm của Nhật Bản và các nước phương Tây
  • 3.9.3.3 Sức kháng cắt không thoát nước theo hệ số áp lực lỗ rỗng (Skempton)
  • 3.9.3.4 Sức chống cắt không thoát nước theo 22TCN262-2000
  • 3.9.4 Đánh giá mức độ chính xác của một số hàm dự báo Sᵤ
  • 3.9.4.1 Phân tích lựa chọn các hàm để đánh giá
  • 3.9.4.2 Áp dụng tính toán trên mô hình vật lý
  • 3.9.4.3 Áp dụng tính toán cho dự án đường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện
  • 3.9.4.4 Áp dụng tính toán cho dự án nhà máy nhiệt điện Long Phú 1
  • 3.9.5 Đề xuất công thức tính Sᵤ của đất được gia tải trước
  • 3.9.5.1 Cơ sở để xây dựng công thức
  • 3.9.6 Áp dụng tính toán kiểm nghiệm công thức đề xuất
  • 3.9.6.1 Áp dụng tính cho MHVL
  • 3.9.6.2 Áp dụng tính cho dự án đường Tân Vũ - Lạch Huyện
  • 3.9.6.3 Áp dụng tính cho dự án đường nhiệt điện Long Phú 1
  • 3.10 Kết luận Chương 3

• CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐẤT PHÙ HỢP CHO PHÂN TÍCH CỐ KẾT THOÁT NƯỚC NỀN SÉT YẾU

  • 4.1 Đặt vấn đề
  • 4.2 Các mô hình đất
  • 4.2.1 Mô hình đàn hồi (Linear Elastic)
  • 4.2.1.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính
  • 4.2.1.2 Mô hình đàn hồi phi tuyến
  • 4.2.2 Mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng (Mô hình Mohr-Coulomb)
  • 4.2.3 Mô hình đàn - dẻo tăng bền (Mô hình Hardening Soil)
  • 4.2.4 Mô hình đàn - dẻo biến cứng (Cam-Clay và Cam - Clay cải tiến)
  • 4.2.5 Mô hình đàn - dẻo giảm bền (Mô hình Soft Soil)
  • 4.3 Nghiên cứu bài toán phẳng cố kết thoát nước thẳng đứng bấc thấm
  • 4.4 Lựa chọn MH đất phù hợp cho phân tích cố kết thoát nước nền sét yếu
  • 4.4.1 Các loại đất yếu được nghiên cứu
  • 4.4.2 Đặc điểm quan hệ ứng suất - biến dạng của đất sét yếu
  • 4.4.3 Nhận định các mô hình đất có thể phù hợp
  • 4.4.4 Mô phỏng MHVL bằng phần mềm Plaxis với các mô hình đất
  • 4.4.5 Kết quả phân tích cố kết và đề xuất mô hình đất phù hợp
  • a) Kết quả tính toán lún theo thời gian (lún tại vị trí giữa 2 bấc thấm)
  • b) Kết quả tính toán ALNLR theo thời gian
  • 4.5 Kiểm nghiệm tính toán với các công trình thực tế
  • 4.5.1 Dự án đường Tân Vũ, Lạch Huyện - Hải Phòng
  • 4.5.2 Dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai
  • 4.6 Kết luận Chương 4

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • 1. Những kết quả đã đạt được của luận án
  • 2. Những đóng góp mới của luận án
  • 3. Những tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo
  • 4. Kiến nghị