(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn dẫn
của TS. Nguyễn Thế Anh. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong các cơng trình nào khác. Các tài liệu tham
khảo trong luận văn đều có cơ sở khoa học và có nguồn gốc hợp pháp.

Học viên thực hiện luận văn

Trần Ngọc Liễm


LỜI CẢM TẠ
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại khoa Sau Đại học, trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật, dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các bạn
cùng lớp tôi đã tích lũy cho mình một số kiến thức nhất định về chun mơn Xây
dựng Cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp và đã được giao đề tài luận văn Thạc sỹ
“Nghiên cứu ứng xử lún của cơng trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lắp trên nền đất
sét yếu bảo hòa nước trên địa bàn tỉnh An Giang”. Đề tài của tơi đã được hồn thành với nội
dung như đề ra cương trong đề cương nghiên cứu với sự nổ lực cố gắng của bản than và sự
hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Thế Anh. Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên
luận văn vẫn cịn tồn tại một số thiếu sót nhất định cần được các thày cơ đóng góp ý kiến
nhằm tiếp tục hồn thiện luận văn để có thể đóng góp ý kiến nhằm tiếp tục hồn thiện luận
văn để có thể đóng góp một phần nào đó cho các cơng việc có liên quan, phục vụ cho cơng
cuộc xây dựng đất nước và nghiên cứu khoa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Xây Dựng Công trình, phịng đào
tạo Sau đại học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, cảm ơn cơ quan đã tạo điều kiện để tơi có
thể hồn thành tốt cơng việc của mình. Đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS.
Nguyễn Thế Anh, đã trực tiếp hướng dẫn luận văn. Tơi cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn
bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tơi hồn thành luận văn thạc sỹ.
Xin chân thành cảm ơn

Học viên thực hiện luận văn

Trần Ngọc Liễm


TÓM TẮT
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis 8.5 phân tích ứng
xử lún của cơng trình sử dụng nền đất cát san lấp trên nền đất sét yếu tỉnh An Giang. Kết quả
mô phỏng phù hợp với ứng xử lún tại hiện trường cơng trình. Nghiên cứu tương quan cho
thấy độ lún tổng cộng của cơng trình tăng lên theo bề dày lớp cát san lấp và tải trọng của cơng
trình. Tùy theo độ cố kết của đất nền trong thời gian thi cơng, ảnh hưởng của đất đắp và tải
trọng cơng trình là khác nhau đối với độ lún. Với loại đất khảo sát, đất nền đã cố kết 90% sau
2 năm thi cơng, đất đắp khơng cịn ảnh hưởng nhiều đến độ lún cơng trình trong thời gian sử
dụng. Độ lún này tăng lên khoảng 1cm khi tăng bề dày đất đắp từ 2-4.5m. Tuy nhiên, khi tăng
tải trọng từ 8-24 kPa, độ lún của cơng trình từ lên khoảng 5.5cm. Tương quan ứng xử lún với
tính chất đất đắp cho thấy gia tăng độ chặt làm tăng cường độ đất đắp nhưng làm tăng tải
trọng đất đắp và làm tăng độ lún cơng trình. Độ lún tổng cộng tăng lên từ 3-5cm khi sử dụng
cát có độ chặt từ 0.76-0.98. Tuy nhiên, độ lún trong q trình sử dụng khơng nhiều (nhỏ hơn
0.5cm) khi thay đổi độ chặt của lớp đất cát san lấp.
Từ khóa: lún cố kết, đất đắp, đất yếu, cơng trình tuyến dân cư


ABTRACT
The research investigated the settlement behavior of shallow foundation of the backfill sand
above soft clay in An Giang Province. Using Finite Element Method (with software Plaxis
8.5), the research results showed to be fit with the in-situ observation settlement. From the
parametric analysis, the total settlement increased with the increment of building load and the
thickness of backfill soil. Depending on the degree of consolidation of soft clay when
completing construction, the load and backfil influenced differently on the settlement
behavior of shallow foundation. In case of the invested geological condition, soft clay was

reached about 90% degree of consolidation after 2 year construction. As a result, the
consolidation of soft clay did not control the settlement of foundation during usage time. The
settlement increased about 5.5cm when rasing building load from 8kPa to 24 kPa, but only 1
cm increment was found when increasing from 2 to 4.5m. The relative density increased the
settlement of shallow foundation due to the increment of soil unit weight. The total settlement
rose about 3-5cm when changing the density of backfill sand from 0.76 to 0.98. However, the
settelement during usage time did not changed dramatically (less than 0.5cm) with those
changes of backfill soil.
Keywords: consolidation, backfill sand, soft clay, settlement of shallow foundation


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. MỞĐẦU ........................................................................................ 1
1.1.

Đặt vấn đề................................................................................................ 1

1.1.1.

Địa tầng đại diện tỉnh An Giang ....................................................... 1

1.1.2.

Yêu cầu về san lấp mặt bằng tại địa bàn tỉnh An Giang ................... 2

1.1.3.

Một số sự cố cơng trình xây dựng trên cát san lấp ........................... 3

1.2.

Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................... 6

1.2.1.

Nghiên cứu trong nước ..................................................................... 7

1.2.2.

Nghiên cứu nước ngồi ..................................................................... 7

1.3.

Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 8

1.4.

Mục tiêu của đề tài: ................................................................................. 9

1.5.

Nội dung nghiên cứu: .............................................................................. 9

CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS) ...... 10
2.1.

Cơ sở tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn trong Plaxis ................. 10

2.1.1.

Mơ hình Mohr Coulomb (Plaxis manual, 2016)............................. 11

2.1.2.

Ứng xử Drained và Undrained của đất trong phần mềm Plaxis (Plaxis

manual, 2016) ................................................................................................ 13
2.1.3.

Ứng xử thoát nước drained và undrained (Plaxis manual, 2016) ... 14

2.1.4.

Một số thông số khác ...................................................................... 14

2.2.

Thiết lập mơ hình .................................................................................. 18

2.2.1.
2.3.

Mơ tả cơng trình .............................................................................. 18

Điều kiện kiện địa chất .......................................................................... 20


2.3.1.

Tính tốn số liệu địa chất cho đầu vào mơ hình ............................. 21

2.3.2.

Mơ hình PTHH Plaxis tính tốn độ lún móng ................................ 24

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH .............................................................. 26
3.1.

Độ lún cơng trình trong giai đoạn xây dựng và sau 2 năm sử dụng, tính tốn

& kiểm nghiệm kết quả ..................................................................................... 26
3.2.

Tương quan ứng xử lún của cơng trình theo bề dày đất cát đắp ........... 29

3.2.1.

Tương quan độ lún tổng cộng theo bề dày đất cát đắp ................... 29

3.2.2.

Tương quan độ lún trong q trình thi cơng cơng trình ................. 30

3.2.3.

Tương quan độ lún trong quá trình 2 năm sử dụng cơng trình ....... 33

3.2.4.

Đánh giá độ lún cơng trình trong giai đoạn thi cơng và sử dụng cơng

trình theo bề dày lớp đất đắp ........................................................................ 35
3.3.

Tương quan ứng xử lún với độ chặt đất đắp ........................................ 36

3.3.1.

Tương quan độ lún tổng cộng theo độ chặt đất đắp ...................... 38

3.3.2.

Tương quan độ lún trong quá trình sử dụng theo độ chặt đất đắp 39

3.3.3.

Đánh giá độ lún trong giai đoạn thi cơng và sử dụng cơng trình theo độ

chặt lớp đất đắp ............................................................................................. 40
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .......................................................... 42
4.1.

Kết luận ................................................................................................. 42

4.2.

Kiến nghị ............................................................................................... 43

TÀI LIÊU THAM KHẢO .................................................................................... 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. Cơng trình Tuyến dân cư vượt lũ ............................................................... 1
Hình 2: Sự cố lún tại trạm cấp nước nơng thơn của tỉnh An Giang ....................... 4
Hình 3: Sự cố lún trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang ..... 5
Hình 4: Sự cố lún tại trường tiểu học của tỉnh An Giang ....................................... 6
Hình 5: Hệ trục tổng quát và quy ước chiều và dấu của ứng suất trong Plaxis (Plaxis
manual, 2016)........................................................................................................ 10
Hình 6: Quan hệ ứng suất – biến dạn mơ hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC(Plaxis
manual, 2016)........................................................................................................ 11
Hình 7: Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính .......................... 12
Hình 8:Xác định E50 từ thí nghiệm nén 3 trục (Plaxis manual, 2016) .................. 15
Hình 9.Tính tốn hệ số hệ số Rf (Plaxis manual, 2016)........................................ 18
Hình 10.Mặt bằng tổng thể cơng trình .................................................................. 20
Hình 12. Độ lún tại tâm cơng trình theo 2 phương pháp mơ phỏng chất tải trọng PP.1
& PP2 .................................................................................................................... 28
Hình 13. Tương quan độ lún tổng cộng của cơng trình sau 2 năm sử dụng theo bề dày
đất đắp và tải trọng cơng trình .............................................................................. 30
Hình 14. Phần trăm cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp sau khi kết thúc xây dựng
cơng trình .............................................................................................................. 31
Hình 15. Tương quan độ lún cơng trình trong thời gian thi cơng, S construct theo bề dày
đất đắp và tải trọng cơng trình. ............................................................................. 33
Hình 16. Độ lún cơng trình trong 2 năm sử dụng cơng trình................................ 34


Hình 17. Tỷ lệ phần trăm độ lún cơng trình trong giai đoạn (1) thi cơng xây dựng
cơng trình và (2) sử dụng cơng trình so với tổng độ lún của cơng trình sau 2 năm sử
dụng theo bề dày đất đắp và tải trọng cơng trình ................................................ 35

Hình 18. Tương quan góc ma sát trong,  và độ chặt tương đối, Dr (Đề xuất bởi Bolton,
1986, Schemertman, 1978 và U.S. Navy, 1983) .................................................. 36
Hình 19. Tương quan độ lún tổng cộng của cơng trình sau 2 năm sử dụng với tải trọng
cơng trình, q = 24kPa theo các bề dày và độ chặt lớp đất đắp khác nhau. ......... 39
Hình 20. Tương quan độ lún cơng trình trong 2 năm sử dụng theo độ chặt, Rc và bề
dày đất đắp với tải trọng cơng trình, q = 24 kPa ................................................. 40
Hình 21. Tỷ lệ phần trăm độ lún cơng trình trong giai đoạn (1) thi cơng xây dựng
cơng trình và (2) sử dụng cơng trình so với tổng độ lún của cơng trình sau 2 năm sử
dụng theo độ chặt, Rc và bề dày đất đắp với q = 24 kPa .................................... 41


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. Hệ số poisson của các loại đất (Das, 2006) ............................................. 14
Bảng 2. Hệ số thấm K của một số loại đất (Das, 2006)........................................ 17
Bảng 3. Số liệu địa chất đầu vào mô phỏng Plaxis ............................................... 21
Bảng 5 Mô phỏng phase theo phương pháp chất tải trung bình tháng (30 ngày) thi cơng
(PP.1)..................................................................................................................... 26
Bảng 6 Mơ phỏng phase theo phương pháp mô phỏng chất tải 50% tải trọng cơng trình
trong thời gian thi cơng (PP.2). ............................................................................ 27
Bảng 7. So sánh kết quả độ lún cơng trình theo 2 phương pháp mô phỏng chất tải.29
Bảng 8. Kết quả độ lún tức thời, độ lún cố kết trong q trình thi cơng và độ lún cố kết
tổng cộng do tải trọng đất đắp............................................................................... 32
Bảng 9. Tính tốn góc ma sát trong của cát theo độ chặt tương đối, Dr. .............. 37


MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Thời gian qua trên địa bàn tỉnh An Giang cónhiều sự cố lún xảy ra liên quan đến
ngun nhân xây dựng các cơng trình trên nền cụm tuyến dân cư san lấp cát trên nền đất

yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ
lún lớn và độ ổn định của cơng trình thấp.

Hình 1. Cơng trình Tuyến dân cư vượt lũ
( />
1.1.1. Địa tầng đại diện tỉnh An Giang
Dựa trên kết quả khảo sát hiện trường và các số liệu phịng thí nghiệm, nhận thấy
địa tầng đại diện của An Giang với chiều sâu khảo sát từ 50-60m có thể chia làm 08 lớp
và 01 lớp đất đắp. Các lớp này phân bố không đều. Đặc điểm của mỗi lớp từ trên xuống:
- Lớp đất đắp: Cát mịn lẫn bụi sét màu xám vàng – xám đen, kém chặt.
- Lớp 1: Sét, nâu xám – xám tro, trạng thái dẻo mềm
- Lớp 2: Bùn sét, xám đen, xám nâu đen, trạng thái chảy

1


- Lớp 3: Sét, xám đen, trạng thái dẻo chảy
- Lớp 4: Sét pha, nâu xám – xám tro, trạng thái dẻo mềm
- Lớp 5: Sét nâu, xám đen, trạng thái nửa cứng.
- Lớp 6: Sét pha, nâu vàng, nâu, trạng thái dẻo cứng.
- Lớp 7: Cát pha, nâu, trạng thái dẻo
- Lớp 8: Cát nhỏ, vàng, chặt vừa.
Nhìn chung, địa tầng trong phạm vi khảo sát của tỉnh An Giang từ trên xuống độ
sâu trung bình 45m (SPT nhỏ hơn 5) chủ yếu là những lớp đất yếu, có khả năng chịu lực
thấp đến rất thấp, khơng thích hợp cho việc đặt các cơng trình có trọng tải vừa và lớn.
1.1.2. Yêu cầu về san lấp mặt bằng tại địa bàn tỉnh An Giang
Với sông Tiền và sông Hậu ở phía Đơng và chuỗi đồi núi thấp ở phía Tây đã hình
thành 2 dạng địa hình chính:
- Địa hình đồng bằng:
Có cao độ thấp dần từ Đơng Bắc xuống Tây Nam. Cao trình của tồn đồng bằng biến

thiên từ 0,8 m đến 3 m và được chia thành 2 vùng:
+ Vùng cù lao gồm 4 huyện: An Phú, Tân Châu, Phú Tân và Chợ Mới có cao trình
biến thiên từ 1,3 - 3 m và thấp dần từ ven sông vào nội đồng.
+ Vùng hữu ngạn sông Hậu thuộc tứ giác Long Xuyên gồm thành phố Long Xuyên,
thị xã Châu Đốc, huyện Châu Phú, Châu Thành và Thoại Sơn có cao trình biến thiên từ
0,8 - 3 m và thấp dần về phía Tây.
- Địa hình đồi núi:
Tập trung và chiếm phần lớn diện tích tự nhiên 2 huyện Tri Tơn và Tịnh Biên với nhiều
núi có độ cao từ 300 - 700 m, cao nhất là núi Cấm 710 m. Bao bọc chung quanh núi là
đồng bằng chân núi, dạng địa hình chuyển tiếp giữa núi và đồng bằng, có cao trình từ 4
- 40 m.Với u cầu cao trình chống lũ của tỉnh An Giang, các cơng trình xây dựng trên
địa bàn tỉnh An Giang được xây dựng trên u cầu có cao trình san lấp phải lớn hơn cao

2


trình chống lũ từ 0.3-0.5m. Do vậy, nhiều cơng trình địi hỏi q trình san lấp mặt bằng
với chiều dày san lấp từ 2.5m đến 5m. Vật liệu chủ yếu sử dụng là cát san lấp với ưu
điểm dễ làm chặt, sử dụng trực tiếp vật liệu địa phương. Tuy nhiên, khi lớp cát san lấp
này nằm trên lớp đất sét bùn yếu, sẽ gây ra độ lún cho đất nền, đồng thời ảnh hưởng đến
độ lún tổng thể của tồn cơng trình.
1.1.3. Một số sự cố cơng trình xây dựng trên cát san lấp
Mơ tả các cơng trình xây dựng trên nền cát san lấp trên đất bùn yếu, bao gồm quy
mơ cơng trình, và các vấn đề về lún, phá hoại do lún.
Cơng trình 1: Trạm cấp nước nơng thơn của tỉnh An Giang
Mơ tả cơng trình:(hình 2)
Xây dựng hoàn thành đưa vào sử dung 11/2016
San nền: Diện tích san lấp: 1093m2. Đắp đê bao, chiều cao san lắp 3,8m; Chiều cao
san lấp trung bình từ 2.5m -> 3.0m;
Nhà Quản lý: Diện tích 60m2, kết cấu Móng, cột, đà giằng, đà kiềng BTCT; Móng

gia cố cừ tràm L = 4,7m,
Cụm xử lý (lắng+lọc+chứa)công suất 40m3/h: KT LxBxH=3,1mx3,1mx4,4m Kết
cấu bể bằng BTCT;Móng cọc BTCT, gia cố cọc BTCT đúc sẵn, mác 300, kích thước:
0,3mx0,3mx22m.

3


Hình 2: Sự cố lún tại trạm cấp nước nơng thơn của tỉnh An Giang
Mơ tả sự cố cơng trình: (hình 3)
Khối cơng trình Cụm xử lý thiết kế móng sâu: độ lún 0,2-0,5cm
Khối cơng trình Nhả Quản lý thiết kế móng nơng: độ lún 30-32cm
Cơng trình 2: Trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang
Mơ tả sự cố cơng trình:
Xây dựng hồn thành đưa vào sử dung 2015.
Khối chính: diện tích xây dựng 525m2, sử dụng móng cọc BTCT 250x250 L=25m.
Nhà xe: diện tích 90 m2, móng nơng trên nền cát san lấp đầm chặt.
Cổng hàng rào: chiều dài 495m, móng đơn gia cố cừ đá 120x120x1500.
San lấp mặt bằng: diện tích san lấp 1.500m2, chiều cao san lấp 3,2m. độ chặt yêu
cầu K≥0.95.

4


Hình 3: Sự cố lún trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang(Báo cáo
kiểm định chất lượng cơng trình, 2016)
Mơ tả sự cố cơng trình:
Khối chính: Móng cọc BTCT lún bình qn 4cm; Trong khi nền trệt tam cấp và
ram dốc lún khoảng 30cm làm nứt gãy tam cấp cấp và ram dốc.
Nhà xe: lún ≥30cm , làm tách ram dốc.

Cổng hàng rào: lún nghiên hàng rào, răng nứt một số vị trí trụ cột.
Cơng trình 3: trường tiểu học của tỉnh An Giang
Mơ tả cơng trình: (hình 4)
Hạng mục khối 10 phịng học: diện tích sàn sử dụng 655m2, cao 02 tầng, sử dụng
móng cọc BTCT 250x250x25m.
Hạng mục khối hành chính quản trị - phục vụ học tập: diện tích sàn sử dụng 486m2,
cao 02 tầng, sử dụng móng cọc BTCT 250x250x25m.
Hạng mục cổng hàng rào, nhà bảo vệ, bể nước ngầm: sử dụng móng cọc BTCT
120x120x4000.
Hạng mục sân nền, cột cờ: xây dựng trên nền cát san lấp đầm chặt. Chiều cao san
lắp 3.75m

5


Hình 4: Sự cố lún tại trường tiểu học của tỉnh An Giang(Báo cáo kiểm định chất lượng
cơng trình, 2016)
Mơ tả sự cố cơng trình:
Hạng mục khối 10 phịng học: Lún khơng đáng kể 2-3cm.
Hạng mục khối hành chính quản trị - phục vụ học tập: Lún không đáng kể 2-3cm.
Hạng mục cổng hàng rào, nhà bảo vệ, bể nước ngầm: Lún không đáng kể 2530cm.
Hạng mục sân nền, cột cờ: lún nghiên hàng rào, răng nứt một số vị trí trụ cột.
Do thiếu nghiên cứu tính tốn về độ lún, sức chịu tải cho những cơng trình trên nền đất
san lấp, những cơng trình xây dựng trên những nền đất này (trừ những cơng trình lớn sử
dụng móng sâu) đều bị ảnh hưởng bởi lớp đất yếu phía dưới gây nên hiện tượng lún, lún
kéo dài xảy ra, trong và sau q trình thi cơng cơng trình, ảnh hưởng đến cơng năng sử
dụng của cơng trình.

1.2. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về xác định độ lún của nền đất sét yếu.

6


1.2.1. Nghiên cứu trong nước
Bùi Trường Sơn (2006) nghiên cứu biến dạng tức thời và lâu dài của nền sét bảo hòa
nước. Nghiên cứu đánh giá độ lún do đất bị trượt ngang, ước lượng độ lún ban đầu có
tính đến sự thay đổi giá trị module trượt theo thời gian.
Trần Minh Tùng (2010) đề xuất một số kinh nghiệm xử lý nền đất yếu tại một số cơng
trình cụ thể tại Hàn Quốc và giới thiệu kết quả bước đầu áp dụng tại Việt Nam.
Nguyễn Đức Lý (2017) đề ra các biện pháp xử lý về móng hay các biện pháp xử lý nền,
hoặc sử dụng kết hợp tổ hợp nhiều biện pháp, giải pháp phù hợp có liên quan
Đỗ Minh Toàn và cộng sự (2013) nghiên cứu đặc tính địa chất cơng trình của đất loại sét
yếu thuộc trầm tích Halocen trung-thượng phân bổ ở Đồng bằng sơng Cửu long phục vụ
xây dựng đường. Nghiên cứu chỉ ra đất yếu thuộc đối tượng nghiên cứu chủ yếu là bùn
sét và bùn sét pha với bề dày xấp xỉ khoảng 10 , một số nơi có thể đạt đến 20 m, nằm gần
mặt đất, hầu như chưa được nén chặt, mới ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá
trầm tích.Vì vậy, rất khó khăn cho cơng tác xây dựng đường. Đất nghiên cứu là loại đất
yếu, chưa được nén chặt, có chứa muối và chất hữu cơ. Mức độ nén lún mạnh, hệ số nén
lún và chỉ số lún ở tất cả các mẫu đều lớn hơn 0,1; áp lực tiền cố kết nhỏ, dao động trung
bình từ xấp xỉ 0,3 đến 0,5 kg/cm2. Sức kháng cắt khơng thốt nước từ thí nghiệm cắt cánh
hiện trường và thí nghiệm 3 trục trong phịng cho thấy đất nghiên cứu không thuận lợi
cho việc xây dựng đường, các thông số nghiên cứu có thể phục vụ kiểm tốn ổn định nền
đường trong lúc thi công cũng như trong quá trình cải tạo bằng các giải pháp khác nhau.
Ngồi ra, TCVN 9362-2012 quy định phương pháp tính tốn và giới hạn độ lún của nền
móng cơng trình.
1.2.2. Nghiên cứu nước ngồi
Nhiều nghiên cứu nước ngồi về độ lún cơng trình trên nền đất yếu.
Ashraf và cộng sự (2004) nghiên cứu cách tính tốn độ lún khơng thốt nước của móng
nơng trên đất sét yếu. Nghiên cứu chỉ ra độ cứng của đất và thiết kế móng đơn là rất quan

trọng. Nghiên cứu đề xuất phương pháp "Thiết kế dựa theo khả năng huy động sức chịu

7


tải của đất". Phương pháp này dự đoán tương đối chính xác ứng xử nén lún khơng thốt
nước của móng đơn trên nền thiên nhiên, đất sét yếu.
McMahon và cộng sự (2014) nghiên cứu khả năng chịu tải và độ lún của móng trịn trên
nền thiên nhiên bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Nghiên cứu chỉ ra đảm bảo độ lún
là yêu cầu thiết yếu trong thiết kế móng nông. Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định
độ lún và sức chịu tải của móng nơng sử dụng quan hệ phi tuyến. Kết quả nghiên cứu
được kiểm chứng bằng phân tích PTHH sử dụng phần mềm ABAQUS.
Entidhar và cộng sự (2015) nghiên cứu sử dụng phần mềm SAFE xác định độ lún của
móng nơng tại một số vùng Iraq. Nghiên cứu đề xuất các phương án móng phù hợp với
khu vực tại Iraq.
Phương pháp tính tốn độ lún của cơng trình trên đất sét bùn yếu được trình bày và đề
xuất bởi Brand (1981) và Das (2006)

1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Mặc dù tính tốn lún của cơng trình trên nền đất yếu đã được nhiều nghiên cứu tập trung.
Tuy nhiên, ảnh hưởng của bề dày đất đắp đến cơng trình trên nền đất yếu và tương quan
với độ lún cơng trình chưa được khảo sát và nghiên cứu kỹ. Một số vấn đề chưa được
giải quyết trong công tác san lấp mặt bằng gây nên những sự cố về lún cho cơng trình
trên nền đất san lấp bao gồm:
 Chiều dày lớp cát san lấp chỉ phụ thuộc vào cao trình vượt lũ tại An Giang, mà
chưa tính tốn đến khả năng chịu tải, ứng xử lún của đất nền trong quá trình san
lấp và trong quá trình sử dụng cơng trình dưới sự ảnh hưởng thay đổi mực nước
ngầm trong mùa lũ.
 Chưa xác định được sự ảnh hưởng của chiều dày lớp cát san lấp, cường độ lớp cát,
tải trọng cơng trình đến độ lún và thời gian đất nền đạt độ lún ổn định thi công cát

san lấp nhằm phục vụ công tác thiết kế và thi cơng cơng trình trên nền đất cát san
lấp.

8


 Chưa xác định được chiều dày và cường độ (độ chặt) tối ưu của lớp san lấp phục
vụ công tác thiết kế và thi cơng cơng trình trên nền đất san lấp

1.4. Mục tiêu của đề tài:
 Xác định tương quan giữa chiều dày và cường độ lớp cát san lấp, cường độ đất
nền với độ lún tổng cộng và ứng xử lún theo thời gian của cơng trình dân dụng tải
trọng nhỏ trên nền đất cát san lấp vàsét yếu bão hòa.
 Lập tương quan ứng xử lún đối với bề dày, cường độ lớp cát san lấp, cường độ đất
nền, tải trọng cơng trình với độ lún theo thời gian. Từ đó đưa ra thơng số tối ưu về
bề dày và cường độ lớp cát san lấp đảm bảo u cầu kinh tế, kỹ thuật cho cơng
trình.

1.5. Nội dung nghiên cứu:
 Thu thập các điều kiện địa chất và cơng trình cụm dân cư trên nền đất yếu tại An
Giang
 Thu thập các phương pháp tính tốn giải tích tính tốn cường độ đất nền trên nền
đất cát san lấp và đất sét yếu bão hịa
 Mơ phỏng phần tử hữu hạn xác định độ lún của cơng trình trên nền cát san lấp,
kiểm nghiệm mơ hình và xác định tương quan giữa ứng xử lún và các thông số tải
trọng, điều kiện địa chất và các thông số về chiều dày và cường độ lớp cát san lấp.
 Dự báo cường độ đất nền và độ lún cơng trình trên nền đất với lớp cát san lấp. Kết
luận và kiến nghị các thông số tối ưu của lớp cát san lấp theo điều kiện chịu tải và
độ lún của cơng trình.

9


CHƯƠNG 2.

MƠ HÌNH PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS)

2.1. Cơ sở tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn trong Plaxis
Plaxis là phần mềm mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn, được sử dụng phổ
biến cho các bài tốn Địa kỹ thuật. Trình tự tính tốn trong phần mềm Plaxis thường
được thực hiện theo các bước:
- Mô phỏng cấu tạo hình học của cơng trình cần tính tốn.
- Lựa chọn mơ hình đất với các thơng số chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất.
- Mô tả điều kiện biên thấm, biên cổ kết,v..v..
- Mô tả điều kiện ứng suất ban đầu bao gồm vị trí mực nước ngầm, áp lực nước lồ rỗng,
ứng suất do trọng lượng bản thân đẩt.
- Tiến hành mô tả các bước tính tốn trên mơ hình mơ phỏng với trình tự phù hợp như
điều kiện thi công thực tế.
- Xuất kết quả tính tốn dưới dạng biểu đồ hoặc bảng biểu theo từng giai đoạn tính tốn.

Hình 5: Hệ trục tổng quát và quy ước chiều và dấu của ứng suất trong Plaxis
(Plaxis manual, 2016)

10


2.1.1. Mơ hình Mohr Coulomb
Mơ hình Mohr Coulomb (MC) là mơ hình vật liệu đàn hồi dẻo lý tưởng. Mơ hình
này được xây dựng trên giả thuyết đất và vật liệu đàn hồi - dẻo, ứng xử dẻo của đẩt được
quy định theo chuẩn phá hoại của Mohr-Coulomb. Plaxis manual, 2016

Hình 6: Quan hệ ứng suất – biến dạn mơ hình đàn hồi - dẻo lý tưởng
MC(Plaxis manual, 2016)

Mơ hình đất này khá cơ bản và đơn giàn với yêu câu thơng số đầu vào gồm 5
thơng số chính sau:
Bằng các lập luận toán học ta thiết lập được mặt dẽo của mơ hình Mohr- Coulomb
là một hình lục diện trong khơng gian ứng suất chính như sau:
Hàm dẻo Mohr-Coulomb:

Ngồi ra, để tính tốn sự suy giảm thể tích do biến dạng dẻo của loại đất cát chặt
hoặc sét cứng, khi chịu ứng suất cắt thì hàm thế năng dẻo của đất cũng được thêm vào:

11


Hình 7: Mặt ngưỡng dẻo MC trong khơng gian ứng suất chính
Mơ hình MC gồm có 5 thơng số tính tốn như sau:
 Thơng số đàn hồi:
E: Mơ đun đàn hồi Young (kN/m2)
ν : Hệ số poison
 Thông số phá hoại (dẻo):
c' : Lực dính hữu hiệu (kN/m2)
φ' : Góc ma sát trong hữu hiệu (độ)
ψ : Góc giãn nở (độ)
Ưu điểm của mơ hình Mohr- Coulomb:

12

- Làmơ hình đơn giản, dễ tiếp cận vì được xây dựng trên các lý thuyết cơ học cổ
điển.
- Số lượng thơng số của mơ hình ít, các thơng số có thể xác định trực tiếp từ các
thí nghiệm trong phịng.
- Rất phù hợp cho ứng xử thốt nước của các vật liệu như cát chặt.
- Có kể đến ảnh hưởng của góc giãn nở.
Nhược điểm:
- Xem đất là vật liệu đồng nhất đẳng hướng.
- Ứng xử của đẩt trước khi đạt mặt ngưỡng là ứng xử của vật liệu đàn hồi, điều
này không phù hợp với đất yếu như cát rời, sét yếu.
- Không phân biệt được ứng suất của đất khi gia tài và dỡ tải.
- Không kể đến ứng suất theo thời gian (từ biên) của vật liệu.
2.1.2. Ứng xử Drained vàUndrained của đất trong phần mềm Plaxis
a) Drained:
- Đât và nước xem như một vật liệu duy nhất (đất) đang chịu tải.
- Excess pore water: u=0 (phù hợp khi tính tải lâu dài).
- Phù hợp khi tính loại đất cát (thốt nước nhanh).
b) Undrained:
- Hai vật liệu đang chịu tải.
- Excess pore water u
- Có phase cố kết (sức chịu tải của đẩt sẽ tăng lên sau cố kết).
- Kiểm soát được bao nhiêu % lực truyền lên nước, bao nhiêu % lực truyền lên hạt
(dựa vào hệ sô Skempton B).

13


- Plaxis tính sự thay đổi trạng thái của đất theo thời gian ờ mọi diểm. Plaxis
manual, 2016.
2.1.3. Ứng xử thốt nước drained và undrained

a) Drained:
- Khơng tạo ra áp lực nước lồ rỗng thặng dư.
- Dùng phù hợp cho đất khơ, thốt nước hồn tồn do hệ sổ thẩm cao (đất cát) hay
tốc độ gia tải chậm.
- Mô phỏng ứng xử lâu dài của vật liệu mà không cần quan tâm đến việc cố kết.
b) Undrained:
- Có cả áp lực nước lỗ rỗng ban đầu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.
- Nhập E’ η’ (mô phỏng đẩt) chứ không nhập Eu , νu
- Plaxis sẽ tự động phân phối độ cứng khung hạt nước và phân biệt giữa ứng suất
hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.
- Ứng suẩt hữu hiệu Ap' = (1 -B) p = K'ℇν
- Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư pw = Bp
- Plaxis khuyến cáo với vật liệu undrained: v’<0.35 vì nếu v’>0.35, nước khơng
đủ độ cứng đổi với khung hạt đẩt. Plaxis manual, 2016.
2.1.4. Một số thông số khác
a) Hệ số Poisson ν
Đây là thông số ảnh hưởng đến biến dạng của đất nền.
Nếu trong hồ sơ khảo sát khơng có hệ số này thì tra bảng dưới.
Bảng 1. Hệ số poisson của các loại đất (Das, 2006)
Loại đất



Cát rời

0.20-0.40

14

Cát có độ chặt trung bình

0.25-0.40

Cát chặt

0.40-0.45

Sét mềm

0.15-0.25

Sét có độ cứng trung bình

0.20-0.50

b) Module đàn hồi E50
Module đàn hồi E50 nhập vào phần mềm để tính biến dạng đàn hồi khi đất ứng xử
đàn hồi.Trong mơ hình Mohr - Coulomb chỉ sử dụng 1 giá trị module đàn hồi E đại diện
cho cả lớp đất. Giá trị E này có thể xác định từ thí nghiệm nén 3 trục hoặc có thể sử dụng
thí nghiệm nén cố kết. Ngồi ra ta cũng có thể dựa trên 1 số cơng thức kinh nghiệm và
tương quan để chọn ra giá trị E phù hợp.

Hình 8:Xác định E50 từ thí nghiệm nén 3 trục (Plaxis manual, 2016)
Quan hệ module đàn hồi thoát nước và khơng thốt nước

15


Ta có:

G

Eu
E'
2
 G' 
 E '  Eu (1  ' )
'
2(1  u )
2(1  )
3

c) Góc giãn nở 
Chức năng của giá trị góc giản nở  nhập vào phần mền để xác định mặt thế năng
dẻo. Có mặt thế năng dẻo phần mền sẽ tính được các thành phần biến dạng dẻo (biến
dạng dẻo khi f  0 ).
Theo mặc định của Plaxis :
=00 với đất có < 300
=  - 300 với đất có > 300
 Ưu điểm:
- Mơ hình đơn giản, rõ ràng (đàn dẻo lý tưởng)
- Nhìn chung là bước tiếp cận đầu tiên về ứng xử đất nền
- Được ứng dụng rộng rãi
- Thông số rõ ràng, đơn giản dễ dàng xác định trong hồ sơ địa chất
 Nhược điểm:
-

Ứng xử đồng nhất và đẳng hướng
Ứng xử đàn hồi tuyến tính cho tới khi bị phá hoại

Độ cứng không phụ thuộc vào ứng suất
Khơng có sự phân biệt giữa tải ban đầu và khi dỡ tải hay gia tải
Góc nở phát triển liên tục
Ứng xử thốt nước thì khơng đáng tin cậy
Khơng có tính đẳng hướng, khơng phụ thuộc vào thời gian (từ biến)

d) Xác định E50
Module E50ref để nhập vào plaxis là module hữu hiệu E50' ref được xác định từ thí nghiệm
nén 3 trục CD. Nếu hồ sơ khảo sát địa chất khơng có thí nghiệm CD. Ta có thể xác định
được module E50u từ thí nghiệm CU hoặc UU, sử mối tương quan giữa E50u và E50' ref thông
qua hệ số poisson  ' để xác định E50' ref .
'50
Module cát tuyến Eref
xác định theo công thức chuyển đổi sau.

Ta có:

Eu
E'
2
'
G
G 
 E '  Eu (1  ' )
'
2(1  u )
2(1  )
3

16