Luận án – Nghiên cứu ảnh hưởng của nước đến đặc trưng cơ học của đất không bão hòa áp dụng cho nền đường đắp tại khu vực duyên hải miền Trung

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC ĐẾN ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT KHÔNG BÃO HOÀ ÁP DỤNG CHO NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TẠI KHU VỰC DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG

Ngành:

Kỹ thuật Xây dựng Công trình đặc biệt

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nước đến đặc trưng cơ học của đất không bão hòa, áp dụng cho nền đường đắp tại khu vực duyên hải miền Trung, Việt Nam. Vùng Miền Trung có lượng mưa trung bình hàng năm lớn (>2800mm), tạo ra nguy cơ sụt trượt và mất ổn định cho các tuyến đường ven sông và cao tốc qua địa hình đắp cao. Đề tài nhằm giải quyết bài toán an toàn nền đường đắp trước ảnh hưởng của nước và biến đổi khí hậu.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định bộ thông số đặc trưng cơ học của đất không bão hòa thuộc khu vực duyên hải miền Trung thông qua nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Các đặc trưng này bao gồm đường cong đặc trưng đất – nước, quan hệ giữa hệ số thấm và cường độ chống cắt với lực hút dính. Luận án sử dụng kết hợp mô hình số phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích ổn định tổng thể và mô hình phần tử rời rạc kết hợp thể tích lỗ rỗng hữu hạn (DEM-PFV) để mô phỏng tương tác cơ học ở tỷ lệ vi mô, nhằm giải quyết các vấn đề tồn tại trong nghiên cứu ổn định nền đường.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm từ thí nghiệm cắt trực tiếp và nén ba trục trên các mẫu đất tại khu vực Dương Cẩm và Cồn Lê đã xác định các đặc tính cường độ chống cắt, cho thấy quá trình thay đổi của lượng nước với sức hút dính có tính phi tuyến và ảnh hưởng trực tiếp đến ứng xử cơ học của đất không bão hòa. Phân tích mô phỏng số cho thấy hệ số ổn định tổng thể của nền đường đắp có xu hướng giảm dần theo thời gian mưa, đặc biệt nhanh trong 20 giờ đầu. Mô hình DEM-PFV đã phản ánh được cấu trúc nội tại cơ học vi mô của quan hệ hạt đất, nước và không khí trong vùng đất không bão hòa, góp phần hiệu quả trong việc đánh giá ứng xử vi mô mà các nghiên cứu vĩ mô còn bỏ ngỏ. Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc xây dựng các đường cong quan hệ đặc trưng của đất không bão hòa cho 2 mỏ đất điển hình tại khu vực duyên hải miền Trung và ứng dụng thành công các mô hình số phức hợp trong phân tích ổn định.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  1. Tính cấp thiết của đề tài
  2. Mục tiêu nghiên cứu
  3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
     1. Đối tượng nghiên cứu
     2. Phạm vi nghiên cứu
  4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
     1. Ý nghĩa khoa học
     2. Ý nghĩa thực tiễn
  5. Bố cục luận án
• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG BÃO HÒA
  1. Tổng quan về môi trường đất bão hòa và không bão hòa
  2. Tổng quan vấn đề về đặc trưng cơ học của đất không bão hòa
  3. Ảnh hưởng của nước đến đặc trưng cơ học của nền đường đắp ở Việt Nam và ở khu vực duyên hải miền Trung
  4. Tổng quan tình hình nghiên cứu các đặc trưng cơ học của đất không bão hòa trên thế giới và ở Việt Nam
     1. Nghiên cứu các đặc trưng cơ học của đất không bão hòa trên thế giới
     2. Nghiên cứu các đặc trưng cơ học của đất không bão hòa ở Việt Nam
  5. Vấn đề tồn tại của các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
• CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT KHÔNG BÃO HÒA
  1. Cơ sở lý thuyết xác định các đặc trưng cơ học của đất không bão hòa
     1. Các biến trạng thái ứng suất của đất và đường cong đặc trưng đất nước
     2. Cường độ chống cắt của đất không bão hòa
     3. Dòng thấm không ổn định trong đất không bão hoà
        1. Định luật thấm Darcy cho đất không bão hoà
        2. Cơ sở lý thuyết dòng thấm không bão hoà - mô hình SEEP/W
  2. Mô hình số mô phỏng đất không bão hòa-phương pháp phần tử hữu hạn
  3. Mô hình số mô phỏng đất không bão hòa - phương pháp phần tử rời rạc kết hợp với thể tích lỗ rỗng hữu hạn (DEM – PFV)
  4. Ổn định mái dốc
  5. Kết luận chương 2
• CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT KHÔNG BÃO HÒA
  1. Tính chất cơ bản của đất dùng trong thí nghiệm
  2. Thí nghiệm xác định đường cong đặc trưng đất-nước
     1. Kết quả thí nghiệm đường cong đặc trưng đất-nước
        1. Xác định hệ số thấm của đất từ đường cong SWCC
        2. So sánh kết quả đường cong quan hệ giữa hệ số thấm và sức hút dính của khu vực nghiên cứu với các tác giả khác
  3. Xác định cường độ chống cắt (t) của đất không bão hòa bằng thí nghiệm cắt trực tiếp
     1. Chương trình thí nghiệm
     2. Kết quả thí nghiệm mặt bao phá hoại
        1. Kết quả thí nghiệm cho mẫu đầm nén Dương Cẩm
        2. Kết quả thí nghiệm cho mẫu đầm nén Cồn Lê
  4. Xác định cường độ chống cắt của đất không bão hòa bằng thí nghiệm nén ba trục (CD)
     1. Thiết bị ba trục cải tiến thí nghiệm cho đất không bão hòa
     2. Chương trình thí nghiệm
     3. Kết quả thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước (CD)
        1. Kết quả thí nghiệm cho mẫu đầm nén Dương Cẩm
        2. Kết quả thí nghiệm cho mẫu đầm nén Cồn Lê
  5. Phân tích các kết quả thí nghiệm
     1. So sánh các kết quả thí nghiệm
     2. So sánh giữa kết quả thí nghiệm với kết quả tính từ công thức thực nghiệm được đề xuất bởi Fredlund và Vanapalli, 1996
  6. Kết luận chương 3
• CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC ĐẤT KHÔNG BÃO HOÀ ĐẾN ỔN ĐỊNH KHỐI ĐẮP NỀN ĐƯỜNG
  1. Nghiên cứu ổn định tổng thể của nền đường đắp bằng mô hình phần tử hữu hạn
     1. Giới thiệu chung về công trình
     2. Mô hình phân tích sự ổn định nền đường cao đoạn cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi.
        1. Đặc trưng của đất và kích thước hình học mô hình
        2. Kết quả mô phỏng số kết hợp các mô hình SEEP/W và SLOPE/W cho kịch bản 1
        3. Kết quả mô phỏng số kết hợp các mô hình SEEP/W và SLOPE/W KB2
        4. Kết quả mô phỏng số cho kịch bản 3 – mô hình phân phối mưa đều và mô hình phân phối mưa chuẩn với cường độ mưa 0,144m/h trong 72h
        5. So sánh kết quả của các kịch bản
  2. Nghiên cứu ổn định cục bộ của nền đường đắp bằng mô hình phần tử rời rạc
     1. Mô phỏng lún cố kết cục bộ khu vực bão hòa bằng mô hình số kết hợp DEM-PFV
     2. Mô phỏng dòng thấm cục bộ khu vực bão hòa bằng mô hình số kết hợp DEM-PFV
  3. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
  1. Các kết quả đạt được của Luận án
  2. Những đóng góp mới của Luận án
  3. Kiến nghị
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ