Nghiên cứu ổn định và biến dạng của đất nền với vỏ công trình ngầm chịu tác dụng bom đạn có cường độ lớn ở khu vực thành phố hồ chí minh và các vùng lân cận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
……………………………..

TRẦN HỒNG MINH

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN VỚI
VỎ CÔNG TRÌNH NGẦM CHỊU TÁC DỤNG BOM ĐẠN CÓ
CƯỜNG ĐỘ LỚN Ở KHU VỰCTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ
CÁC VÙNG LÂN CẬN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TpHCM 2007


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
……………………………..

TRẦN HỒNG MINH
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN VỚI
VỎ CÔNG TRÌNH NGẦM CHỊU TÁC DỤNG BOM ĐẠN CÓ
CƯỜNG ĐỘ LỚN Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ
CÁC VÙNG LÂN CẬN

CHUYÊN NGÀNH
CƠ HỌC ĐẤT - CƠ HỌC NỀN MÓNG VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM
MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ BÁ KHÁNH
PGS.TS. LÊ VĂN NAM

TpHCM 2007


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận án

Trần Hồng Minh


MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan
Mục lục luận án
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt
Danh mục bảng biểu
Danh mục hình vẽ
MỞ ĐẦU

01

1.Tính cấp thiết của đề tài

01

2. Mục đích của luận án

02

3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

03

4. Phương pháp nghiên cứu

04

5. Ý nghóa khoa học và thực tiễn của đề tài

05

Chương1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ

06

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN
ĐẤT KHI CHỊU TÁC DỤNG TẢI TRỌNG ĐỘNG
1.1 Sự phát triển CTN trong lónh vực kinh tế kết hợp Quốc phòng

06

1.2 Một số công trình ngầm đã xây dựng

07

1.2.1 Giới thiệu một số CTN

07

1.2.2 Một số sự cố và các nguyên nhân dẫn đến sự cố trong thi

09

công CTN
1.3 Nghiên cứu khái quát điều kiện đòa chất và đòa chất thuỷ văn CTN

11

đi qua
1.4 Nghiên cứu các lý thuyết, thực nghiệm tính toán ổn đònh, biến dạng của

13

nền đất khi chòu tác dụng tải trọng động
1.4.1 Các nghiên cứu về lí thuyết và thực nghiệm về tính toán ổn đònh của
nền đất chòu tác dụng tải trọng động

13


1.4.2 Các nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm tính toán biến dạng của

21

nền đất chòu tác dụng tải trọng động
1.4.3 Các nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm tính toán ổn đònh, biến

25

dạng của nền đất chòu tác dụng tải trọng động do tải trọng nổ gây ra
1.5 Nghiên cứu tổng quan về các mô hình, quan hệ giữa ứng suất , biến

27

dạng của môi trường và phương pháp xác đònh các tham số của sóng khi chòu
tác dụng tải trọng nổ
1.5.1 Nghiên cứu mối quan hệ giữa tải trọng nổ của bom đạn với môi

27

trường và công trình đặt trong môi trường
1.5.2 Nghiên cứu tổng quan về các mô hình môi trường

28

1.5.3 Nghiên cứu sóng nổ trong môi trường đất

30

1.6 Nhận xét và nhiệm vụ của luận án

34

Chương 2 - NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG BOM

36

ĐẠN VỚI ĐẤT NỀN XUNG QUANH CÔNG TRÌNH NGẦM ĐẶT
NÔNG Ở KHU VỰC TPHCM VÀ VÙNG LÂN CẬN
2.1 Sóng nổ trong đất sét yếu bão hoà nước

36

2.1.1 Cấu tạo của đất sét yếu bão hoà nước chòu tác dụng tải trọng nổ

36

2.2.2 Phương trình trạng thái

38

2.2.3 Mối tương quan đàn hồi dẻo của khung đất

42

2.2 Một số kết quả khảo sát về sự thay đổi đặc tính và biến dạng của đất

44

chòu tác động tải trọng bom đạn dựa trên nền tảng lý thuyết của Lyakhov
2.2.1 Các thông số cơ bản và mô hình tính

44

2.2.2 Kết quả khảo sát

45

2.3 Khảo sát sự lan truyền sóng nổ trong đất khi tải trọng giảm dần theo quy

50

luật tuyến tính trong điều kiện đất yếu ở khu vực TpHCM
2.3.1 Mô hình tính toán

50


2.3.2 Khảo sát cho tải trọng giảm dần theo quy luật tuyến tính

53

2.3.3 Các kết quả khảo sát số

57

2.4 Kết luận chương 2

60

Chương 3 - THIẾT LẬP BIỂU THỨC TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH - BIẾN

61

DẠNG ĐẤT NỀN XUNG QUANH CÔNG TRÌNH NGẦM ĐẶT NÔNG
CHỊU TÁC DỤNG CỦA BOM ĐẠN CÓ CƯỜNG ĐỘ LỚN Ở KHU VỰC
TPHCM
3.1 Mô hình bài toán

61

3.2 Thiết lập biểu thức tính ổn đònh và biến dạng của đất sét yếu bão hoà

62

nước xung quanh CTN đặt nông chòu tác dụng của bom đạn có cường độ lớn
3.3 Thiết lập hệ số ổn đònh của đất xung quanh công trình ngầm chòu tác

71

dụng tải trọng bom đạn theo thuyết bền Mohr- Coulomb
3.4 Xây dựng chương trình tính, các kết quả tính toán cho các trường hợp
3.4.1 Xây dựng chương trình tính toán ứng suất –biến dạng, hệ số ổn

77
77

đònh, độ bền kéo, nén theo lời giải bài toán
3.4.1.1 Thuật toán tính ứng suất theo thời gian

80

3.4.1.2 Thuật toán tính biến dạng theo thời gian

85

3.4.1.3 Thuật toán tính hệ số ổn đònh

90

3.4.1.4 Thuật toán tính độ bền kéo, nén

91

3.4.2 Các kết quả tính toán theo lý thuyết

92

3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu bố trí hầm, các thông số môi

97

trường đến trạng thái ứng suất - biến dạng, hệ số ổn đònh, độ bền kéo, nén
của đất xung quanh CTN
3.5 Kết luận chương 3

101

Chương 4 – NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG ĐẤT NỀN XUNG

102

QUANH CÔNG TRÌNH NGẦM CHỊU TÁC DỤNG SÓNG NỔ BẰNG


THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
4.1 Mục đích, yêu cầu và nội dung thực nghiệm

102

4.1.1 Mục đích, yêu cầu thực nghiệm

102

4.1.2 Nội dung thực nghiệm

102

4.2 Khảo sát đòa chất công trình, xác đònh các chỉ tiêu cơ lý của đất

102

4.3 Thực nghiệm hiện trường xác đònh các thành phần ứng suất biến dạng

103

trong đất nền xung quanh vỏ CTN dưới tác dụng lực nổ
4.3.1 Mục đích, yêu cầu của thí nghiệm nổ

103

4.3.2 Mô hình thí nghiệm và thiết bò thí nghiệm

106

4.3.3 Trình tự thí nghiệm

108

4.4 Báo cáo xử lý số liệu thí nghiệm hiện trường

110

4.4.1 Phân tích, xử lý sơ bộ số liệu thí nghiệm

110

4.4.2 Xác đònh tốc độ lan truyền sóng

115

4.4.3 Xác đònh biến dạng và ứng suất trong nền đất gần kết cấu

117

4.5 So sánh kết quả dự đoán theo lý thuyết và đo đạc thực nghiệm

125

4.6 Vận dụng lời giải lý thuyết đã thiết lập tính toán và ứng dụng cho công

128

trình cụ thể
4.6.1 Biểu đồ giá trò các thành phần ứng suất theo biên độ góc(  )

130

4.6.2 Biểu đồ giá trò các thành phần biến dạng theo biên độ góc(  )

133

4.7 Kết luận chương 4

136

KẾT LUẬN

137

NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU

138

TÀI LIỆU THAM KHẢO

139

CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ

146

GIẢI THÍCH CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ TẮT TRONG LUẬN ÁN
1.Các kí hiệu
Công thức

Kí hiệu

Giải thích ý nghóa

a

Gia tốc chấn động

g

Gia tốc trọng trường
Áp lực tác dụng trên hạt đất

A

Biến độ chấn độ
Tần số chấn động

(1.1)-(1.3)
kv và kh
K

Các hệ số gia tốc phương đứng và ngang
Hệ số áp lực ngang của đất và
Dung trọng của đất

D

Độ chặt ban đầu
Số hạng luỹ thừa phụ thuộc độ lớn

(1.4a,b)

q

Tải trọng tónh

a

Là hệ số tỷ lệ xác đònh bằng thực nghiệm
Hệ số nhớt động
Gia tốc chấn động

tan
(1.5)

tan

st

Hệ số ma sát trong không có rung
Giá trò giới hạn của hệ số ma sát trong
Tỷ số của gia tốc sự rung theo gia tốc trọng trường
Hệ số xác đònh hiệu quả của sự rung

(1.6)

hi

Chiều dày phân lớp

Ip

Chỉ số dẻo

Cc

Chỉ số nén

e0

Hệ số rỗng


(1.7)

P

Tải trọng tónh trên mặt đất

F

Diện tích móng

A

Gia tốc chấn động

v

Tốc độ lún
ng suất

(1.8)-(1.9)

E

Mô đun đàn hồi của đất

x,y,z

Biến dạng tỷ đối theo các phương
Hệ số poát sông của đất

Pmax

Áp lực sóng nén
Thời gian duy trì tác dụng của sóng nén

(1.10)-(1.13)

R

Khoảng cách từ tâm nổ đến điểm xét

C

Trọng lượng thuốc nổ

a0

Tốc độ lan truyền sóng đàn hồi

a1

Tốc độ lan truyền sóng đàn dẻo

n

Chỉ số nhò thức biểu thò qui luật biến đổi của siêu áp
mặt sóng
Độ sâu đến điểm cần xét

h

Tốc độ lan truyền biến dạng
k1 và
max

1

Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại đất
Ứng suất tại một độ sâu bất kỳ trong đất

б

ng suất

E

Mô đun biến dạng của lò so
Biến dạng của lò so

(1.14)

K

Hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất nổ

A

Hệ số phụ thuộc vào tính chất phá hoại do nổ của đất


Thời gian tăng áp lực từ không đến cực đại

1

Áp lực sóng nén

Pt

Thời gian duy trì tác dụng của sóng nén
Thời gian tăng áp lực từ không đến cực đại

1

R

Khoảng cách từ tâm nổ đến điểm xét

C

Trọng lượng thuốc nổ
Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại đất

A, m

(1.15)-(1.21)

a0

Tốc độ lan truyền sóng đàn hồi

a1

Tốc độ lan truyền sóng đàn dẻo

n

Chỉ số nhò thức biểu thò qui luật biến đổi của siêu áp
mặt sóng
Độ sâu đến điểm cần xét

h

Tốc độ lan truyền biến dạng
K1 và

1

Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại đất

K2

Hệ số phụ thuộc chiều sâu nổ trong đất

β

Góc hợp bởi pháp tuyến của điểm tính với tâm lượng
nổ

(2.1)

i

Trò số xung riêng

1,

Hàm lượng thành phần hạt rắn

2,

Hàm lượng thành phần chất lỏng

3

Hàm lượng thành phần chất lỏng

1

Mật độ chất khí

2

Mật độ chất lỏng

3

Mật độ chất rắn


(2.2)- (2.58)

n

Độ rỗng

Sr

Độ bão hoà

V0

Thể tích ban đầu của đất

Vw

Thể tích của thành phần nước

Vg

Thể tích của thành phần không khí

Vs

Thể tích của thành phần đất

Vp

thể tích của lỗ rỗng

P

p lực thuỷ tónh

ps

Áp lực tác dụng lên thành phần pha rắn

pa

Áp lực sinh ra do ma sát giữa các hạt pha rắn

pb

Áp lực sinh ra do nước và khí

pc

Áp lực sinh ra do liên kết giữa các hạt pha rắn

pe

p lực chống đỡ khung tạo đất

pw và pw0
cw0

p lực hiện tại và áp lực ban đầu của nước
Tốc độ truyền âm ban đầu của nước

w0

Mật độ ban đầu của nước

w

Mật độ hiện tại của nước

kw
ps và ps0

Là hằng số

p lực hiện tại và áp lực ban đầu tác dụng lên pha
rắn

cs0

Tốc độ truyền âm ban đầu của đất

s0

Mật độ ban đầu của hạt rắn

s

Mật độ hiện tại của đất

kw

Là hằng số

pg0

p suất ban đầu của khí

g

Mật độ không khí tại áp suất pg


kg

Số mũ entropi

cf

Hệ số ma sát của các hạt rắn

Kp

Hệ số tỉ lệ đối với mỗi loại đất và độ ẩm cho trước

Vp0

Thể tích lỗ rỗng ban đầu

Vp

Độ tăng thể tích lỗ rỗng trong đất

E

Mô đun biến dạng

E0

Mô đun liên kết ban đầu

D

Là miền phá hủy

B và

Các hằng số liên quan đến tính chất của đất
Biến dạng của các sợi liên kết song song

F

Lực tác dụng
Biến dạng hiệu quả

eff

d

ij

Ten sơ biến dạng tổng

d

e
ij

Ten sơ biến dạng đàn hồi

d

p
ij

Ten sơ biến dạng dẻo

Cijkl

Hằng số vật liệu

d

Ten sơ ứng suất

kl

I1

Số hạng đầu tiên của ten sơ ứng suất

sij

Độ sai lệch ten sơ ứng suất

ij

Là delta Kronecker

K

Mô đun đàn hồi

G

Mô đun đàn hồi cắt

p

p lực sóng trong môi trường đất đá

u

Vận tốc khối đất dá
Mật độ đất đá.

W

Vận tốc lan truyền mặt gián đoạn


u sm

Vận tốc sóng mạnh

u xk

Vận tốc sóng xung kích

u1

Vận tốc sóng tại thời điểm ban đầu

u2

Vận tốc sóng tại thời điểm bằng vận tốc sóng mạnh

p sm

p lực sóng mạnh

p1

p lực sóng tại thời điểm ban đầu

p2

p lực sóng tại thời điểm đạt mạnh
Biến dạng môi trường

qt

Siêu áp sóng

q0

Siêu áp sóng tại thời điểm đầu

R sm

Khoảng cách từ mặt đất có r=0 đến mặt xung kích
mạnh
Vò trí của mặt tiếp xúc với toạ độ ban đầu r = rT

RT t

Ứùng suất pháp theo phương hướng kính

r

ng suất pháp tuyến hay ứng suất vòng
r

=
R
S
u
v
e

(3.1)-(3.62)

r

ng suất tiếp
Thành phần lực khối theo phương pháp tuyến
Thành phần lực khối theo phương tiếp tuyến
Chuyển vò theo phương pháp tuyến
Chuyển vò theo phương tiếp tuyến
Biến dạng thể tích
Mô đun biến dạng thể tích
Mô đun biến dạng hình học

E

Mô đun đàn hồi của đất
Hệ số Poát xông của đất


r

Thành phần biến dạng theo phương hướng kính
Thành phần biến dạng theo phương pháp tuyến

q

Phản lực của kết cấu chống tỷ lệ với độ dòch
chuyển

K

Là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào loại kết cấu chống

EVC

Mô đun đàn hồi của vật liệu làm vỏ chống

d

Chiều dày vỏ chống

R

Bán kính của công trình ngầm

C

Trọng lượng thuốc nổ
Thời gian duy trì siêu áp sóng xung kích trong pha
nén

P(t)

Thành phần ngoại lực hay là áp lực sóng nén

t

Thời gian từ lúc bắt đầu sóng xung kích trên mặt
đất tới lúc sóng nén đạt trò số max

h

Khoảng cách từ tấm dàn lực đến điểm cần xét (m)

a1

Là vận tốc sóng nén

R1

Khoảng cách từ tâm nổ đến điểm tính toán (m)

1

H1

2

Dung trọng riêng của tấm chắn đạn
Chiều dày của tấm chắn đạn
Dung trọng riêng của khối đất

H2

Chiều dày lớp đất

Nkhđ

Là độ bền nén đơn trục của khối đá

y

Là thành phần ứng suất theo phương thẳng đứng
tính toán được tại các vò trí bất kỳ trong khối đất

Kkhđ
x

Là độ bền kéo đơn trục của khối đấtù
Là thành phần ứng suất theo phương nằm ngang


tính toán được tại các vò trí bất kỳ trong khối đất
Góc ma sát trong của đất
c
U (t )

.

U (t )
..

U (t )

(4.1)-(4.11)

U 1 (t )
U 2 (t )

L

Lực dính của đất
Giá trò chuyển vò của điểm khảo sát trong nền
Giá trò vận tốc của điểm khảo sát trong nền
Giá trò gia tốc của điểm khảo sát trong nền
Giá trò chuyển vò đo được tại điểm 1
Giá trò chuyển vò đo được tại điểm 2
Là khoảng cách giữa hai điểm 1 và 2 theo phương
tính biến dạng

t

Biến dạng trung bình

бz

ng suất theo phương đứng

бx

ng suất theo phương ngang

2. Chữ tắt trong luận án
nh hưởng động

- AHĐ

Bê tông cốt thép

- BTCT

Công trình ngầm

- CTN

Thành phố Hồ Chí Minh

- Tp.HCM


DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN ÁN
Chương 1
Chương 2
Bảng 2.1 Các thông số được sử dụng để mô hình quá trình truyền sóng ứng suất
trong đất
Bảng 2.2 Giá trò Py
Bảng 2.3 Giá trò qt

Bảng 2.4 Giá trò hệ số Kp
Chương 3
Bảng 3.1 Giá trò ứng suất tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m và cách hông hầm 0,25m
trong môi trường sét yếu bão hòa nước theo lý thuyết
Bảng 3.2 Giá trò ứng suất tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m và cách hông hầm 0,25m
trong môi trường cát bão hòa nước theo lý thuyết
Bảng 3.3 Giá trò biến dạng theo phương đứng trong hai môi trường sét yếu bão hòa
nước và cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m (r=0,5m), và nằm ngay
trên đỉnh hầm (r=0,25m)
Bảng 3.4 Giá trò ứng suất, biến dạng tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m, (r=0,5m) theo
lý thuyết khi tăng chiều sâu bố trí hầm H=1,5m
Bảng 3.5 Giá trò ứng suất, biến dạng tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m (r=0,5m) theo
lý thuyết khi tăng mô đun biến dạng của nền.
Chương 4
Bảng 4.1 Thời điểm đạt peak và độ trễ của tín hiệu đo gia tốc tại mô hình thứ nhất
(nền đất sét yếu bão hòa) – hố 1 – khi thí nghiệm với tải trọng nổ
Bảng 4.2 Thời điểm đạt peak và độ trễ của tín hiệu đo gia tốc tại mô hình thứ hai
(nền đất cát bão hòa) – hố 2 – khi thí nghiệm với tải trọng nổ


Bảng 4.3 So sánh giá trò ứng suất theo phương đứng tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m
trong môi trường sét yếu bão hòa nước theo lý thuyết và thực nghiệm
Bảng 4.4 So sánh giá trò ứng suất theo phương ngang tại vò trí cách hông hầm
0,25m trong môi trường cát bão hòa nước theo lý thuyết và thực nghiệm
Bảng 4.5 So sánh giá trò biến dạng tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m trong môi trường
sét yếu bão hòa nước theo lý thuyết và thực nghiệm
Bảng 4.6 Bảng tổng hợp giá trò các thành phần ứng suất tại các biên độ góc ( )
Bảng 4.7 Bảng tổng hợp giá trò các thành phần biến dạng tại các biên độ góc ( )

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN
Chương 1
Hình 1.1 Hình ảnh về hệ thống đường hầm ở một số nước trên Thế giới và ở Việt
nam
Hình 1.2 Một số sự cố trong thi công CTN
Hình 1.3 Trạng thái ứng suất do ảnh hưởng động lên một phân tố trong nền
Hình 1.4 Sự phụ thuộc giữa hệ số nhớt động và độ ẩm của đất cát [3].
Hình 1.5 Hiện tượng chảy lỏng
Hình 1.6 Đường cong dựa vào số liệu thực nghiệm cho thấy sự giảm đều đặn của
(tan  ) theo sự tăng của gia tốc
Hình 1.7 Sự giảm hệ số ma sát trong đất rời dưới ảnh hưởng của gia tốc rung [33]
Hình 1.8 Biểu đồ quan hệ giữa



và  [3]

Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ giữa độ chặt của đất cát và gia tốc rung
Hình 1.10 Các thành phần ứng suất trong phân tố đất khi chòu tải trọng nổ
Hình 1.11 Mô hình đàn hồi Húc
Hình1.12 Mô hình nhớt Niu tơn
Hình 1.13 Sự hình thành của vùng tác dụng khi nổ trong môi trường đất
Hình 1.14 Biểu đồ biểu thò sự thay đổi của sóng nén
Chương 2
Hình 2.1 Cơ sở mô hình
Hình 2.2 Mô hình cơ học các thành phần của đất
Hình 2.3 Mô hình khảo sát tính toán
Hình 2.4 Sự giảm dần của áp lực cực đại là hàm số của tỉ lệ các thành phần tạ o
nên đất với độ chứa nước khác nhau
Hình 2.5 Sự thay đổi đặc tính của đất dưới tác dụng của tải trọng nổ

Hình 2.6 Sự phân bố áp lực theo các thành phần tạo đất và khoảng cách nổ
Hình 2.7 Mối quan hệ giữa áp lực và thời gian ở các vò trí khác nhau
Hình 2.8 Mối quan hệ giữa áp lực và biến dạng
Hình 2.9 Biểu đồ quy luật tải trọng
Hình 2.10 Biểu đồ giảm áp lực theo chiều sâu. Cột ngang theo tỷ lệ P/Pđh
Hình 2.11 Sự thay đổi của áp lực trong đất Py và siêu áp qt theo thời gian với
các tỷ số

K 

0
 dh

khác nhau

Hình 2.12 Biểu đồ tiềm cận
Hình 2.13 Giá trò Kp (tỷ số giữa áp lực sóng và giá trò siêu áp)
Chương 3
Hình 3.1 Sơ đồ tính toán ổn đònh, biến dạng của đất nền xung quanh vỏ CTN chòu
tác dụng của tải trọng nổ
Hình 3.2 Sơ đồ các thành phần ứng suất tại một điểm trong hệ toạ độ cực
Hình 3.3 Sơ đồ các thành phần biến dạng tại một điểm trong hệ toạ độ cực
Hình 3.4 Sơ đồ các thành phần ứng suất của phân tố trong hệ toạ độ cực đối xứng
Hình 3.5 Sơ đồ tính khoảng cách từ tâm nổ đến điểm cần xét
Hình 3.6 Chuyển thành phần ứng suất sang hệ toạ độ Đề các
Hình 3.7 Sơ đồ tiêu chuẩn bền theo Morh- Coulomb
Hình 3.8 Sơ đồ xác đònh  và c theo đường bao Mohr
Hình 3.9 Giá trò các thành phần ứng suất trong môi trường sét yếu bão hòa nước,

cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m,(r =0,5m) phía trên hầm theo tải
trọng nổ ngắn hạn
Hình 3.10 Giá trò các thành phần ứng suất trong môi trường sét yếu bão hòa
nước, cát bão hòa nước tại vò trí cách hông hầm 0,25m ,(r = 0,5m) phía bên hông
hầm theo tải trọng nổ ngắn hạn


Hình 3.11 Giá trò các thành phần biến dạng trong môi trường sét yếu bão hòa
nước ,cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m,(r = 0,5m) phía trên hầm
theo tải trọng nổ ngắn hạn
Hình 3.12 Giá trò các thành phần biến dạng trong môi trường sét yếu bão hòa
nước ,cát bão hòa nước tại vò trí cách hông hầm 0,25m ,(r = 0,5m) phía bên hông
hầm theo tải trọng nổ ngắn hạn
Hình 3.13 Giá trò các thành phần biến dạng trong môi trường sét yếu bão hòa
nước, cát bão hòa nước tại vò trí phía trên hầm (r = 0,25m) phía trên hầm theo tải
trọng nổ ngắn hạn
Hình 3.14 Giá trò hệ số ổn đònh xung quanh vỏ hầm trong hai môi trường sét yếu
bão hòa nước khi góc ma sát trong thay đổi 
đầm chặt khi góc ma sát trong thay đổi 

1 7
0

 25  32
0

0

0

, r = 0,5m và cát hạt trung

, r = 0,5m

Hình 3.15 Biểu đồ giá trò độ bền kéo và nén trong môi trường sét yếu bão hòa
nước (khi 

1 7
0

0

, r = 0,5m)

Hình 3.15 Biểu đồ giá trò độ bền kéo và nén trong môi trường cát bão hòa nước
(khi 

 25  32
0

0

, r = 0,5m)

Hình 3.17 Giá trò các thành phần ứng suất trong môi trường sét yếu bão hòa
nước,cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m, (r = 0,5m) phía trên hầm
khi tăng chiều sâu bố trí hầm H =1,5m
Hình 3.18 Giá trò các thành phần biến dạng trong môi trường sét yếu bão hòa
nước ,cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m,(r =0,5m) phía trên hầm khi
tăng chiều sâu bố trí hầm H =1,5m

Hình 3.19 Giá trò các thành phần ứng suất trong môi trường sét yếu bão hòa nước
,cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m, (r =0,5m) phía trên hầm khi tăng
mô đun biến dạng (E) của nền


Hình 3.20 Giá trò các thành phần biến dạng trong môi trường sét yếu bão hòa
nước, cát bão hòa nước tại vò trí cách đỉnh hầm 0,25m, (r =0,5m) phía trên hầm
khi tăng mô đun biến dạng (E) của nền
Chương 4
Hình 4.1 Một số hình ảnh thực nghiệm hiện trường và trong phòng xác đònh các
chỉ tiêu cơ lý của đất
Hình 4.2 Sơ đồ bố trí điểm đo và thiết bò đo trong nền đất quanh đường hầm
Hình 4.3 Một số hình ảnh thực nghiệm nổ tại hiện trường và báo cáo kết quả thí
nghiệm
Hình 4.4 Thời gian đo thường lấy dài hơn thời gian dao động thực của kết cấu
Hình 4.5 Tín hiệu vận tốc dao động tích phân từ tín hiệu gia tốc dao động
Hình 4.6 Tín hiệu đo áp lực thẳng đứng trước và sau khi chuẩn hóa bằng cách
khử nhiễu và khử trôi
Hình 4.7 Gia tốc trung bình trong môi trường đất sét yếu bão hòa nước xung
quanh công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 1
Hình 4.8 Vận tốc trung bình trong môi trường đất sét yếu bão hòa nước xung
quanh công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 1
Hình 4.9 Chuyển vò trung bình trong môi trường đất sét yếu bão hòa nước
xung quanh công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 1
Hình 4.10 Biến dạng trung bình trong môi trường đất sét yếu bão hòa nước
Hình 4.11 Ứng suất pháp theo phương thẳng đứng trong môi trường đất sét yếu
bão hòa nước. Vò trí 0,25m phía trên công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 1
Hình 4.12 Ứng suất pháp theo phương ngang trong môi trường đất sét yếu bão
hòa nước. Vò trí 0,25m phía bên cạnh công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 1

Hình 4.13 Gia tốc trung bình trong môi trường đất cát bão hòa nướcxung quanh
công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 2
Hình 4.14 Vận tốc trung bình trong môi trường đất cát bão hòa nướcxung quanh
công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 2
Hình 4.15 Chuyển vò trung bình trong môi trường đất cát bão hòa nước xung
quanh công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 2
Hình 4.16 Biến dạng trung bình trong môi trường đất cát bão hòa nước trong
phạm vi 0,25m phía trên công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 2
Hình 4.17 Ứng suất pháp theo phương thẳng đứng trong môi trường đất cát bão
hòa nước. Vò trí 0,25m phía trên công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 2
Hình 4.18 Ứng suất pháp theo phương ngang trong môi trường đất cát bão hòa
nước. Vò trí 0,25m phía bên cạnh công trình – mô hình thí nghiệm ở hố 2
Hình 4.19 Biểu đồ giá trò các thành phần ứng suất hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

0

0

, r =10m)

Hình 4.20 Biểu đồ giá trò các thành phần ứng suất hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 45

0

, r =10m)

Hình 4.21 Biểu đồ giá trò các thành phần ứng suất hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 90

0

, r =10m)

Hình 4.22 Biểu đồ giá trò các thành phần ứng suất hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 135

0

, r =10m)

Hình 4.23 Biểu đồ giá trò các thành phần ứng suất hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 180

0

, r =10m)

Hình 4.24 Biểu đồ giá trò các thành phần biến dạng hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

0

0

, r =10m)


Hình 4.25 Biểu đồ giá trò các thành phần biến dạng hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 45

0

, r =10m)

Hình 4.26 Biểu đồ giá trò các thành phần biến dạng hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 90

0

, r =10m)

Hình 4.27 Biểu đồ giá trò các thành phần biến dạng hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 135

0

, r =10m)

Hình 4.28 Biểu đồ giá trò các thành phần biến dạng hai môi trường sét yếu bão
hòa nước và cát bão hòa nước theo biên độ góc (khi 

 180

0

, r =10m)


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) là một trung tâm kinh tế lớn nhất nước,
chiếm tỷ trọng trên 30% tổng giá trò sản phẩm công nghiệp của Quốc gia, là một
đô thò có nhiều cảng lớn, là đầu mối giao thông quan trọng của cả nước và của
khu vực. Thành phố còn là trung tâm khoa học kỹ thuật, chuyển giao công nghệ
hiện đại và là một trong những trung tâm giao dòch thương mại, dòch vụ, tài chính,
ngân hàng của khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Tp.HCM hiện nay là thành
phố có số lượng dân cư lớn nhất cả nước, hệ thống giao thông chưa đảm bảo, còn
chưa xứng tầm với một thành phố lớn. Chính vì vậy vấn đề xây dựng và phát
triển hệ thống giao thông nói chung và việc xây dựng hệ thống đường hầm trong
nội ô thành phố và phát triển ra các vùng lân cận là một vấn đề cấp thiết đòi hỏi
các cấp lãnh đạo phải đònh hướng rõ ràng và đúng đắn, góp phần cho việc phát

triển giao thông thành phố ngày càng lớn mạnh.
Khi nghiên cứu về đặc điểm đòa chất của khu vực Tp.HCM và các vùng
lân cận nhận thấy đất yếu có bề dày khá lớn từ 22-25m, khả năng chòu tải của
đất nền rất thấp và có tính biến dạng rất lớn. Trên thực tế thì ứng xử của đất nền
xung quanh công trình ngầm (CTN) là rất đa dạng và phức tạp đặc biệt trong điều
kiện đất yếu bão hoà nước của khu vực.
các nước phát triển việc xây dựng hệ thống đường hầm luôn được đặt ra
hai mặt phục vụ việc phát triển Kinh tế và Quốc phòng. Những năm qua việc xây
dựng các CTN ở nước ta trên thực tế kinh nghiệm về thiết kế và thi công còn
nhiều hạn chế. Kể cả trong lónh vực phát triển kinh tế cũng như quốc phòng, các
CTN chủ yếu xây dựng ở các vùng đất đá cứng và dựa vào chiều sâu bố trí công
trình trong lòng đất để chống lại sức phá hủy của bom đạn.
Tải trọng nổ của bom đạn gây ra là loại tải trọng động ngắn hạn không có


2

chu kỳ, tác dụng tới môi trường, công trình với thời gian rất ngắn (vài phần nghìn
giây), theo phương bất kỳ và có trò số áp lực lớn. Đặc trưng cơ bản của tải trọng
nổ là quy luật thay đổi giá trò các tham số cơ bản theo thời gian. Các tham số cơ
bản của tải trọng nổ là các giá trò cực đại, thời gian tăng tải và thời gian duy trì
tải trọng. Sản phẩm nổ hoặc dưới dạng sóng nổ như sóng xung kích, sóng nén,
sóng chấn động hay các loại sóng khác tuỳ thuộc vào khối lượng nổ, vò trí tương
đối giữa lượng nổ với công trình và môi trường, có thể là môi trường không khí,
nước hay môi trường đất. Tải trọng nổ có thể gây cho đất nền xung quanh CTN
chuyển động với vận tốc, gia tốc chấn động nhất đònh nào đó.
Song song với nhiệm vụ xây dựng và phát triển kinh tế thì nhiệm vụ bảo
vệ Tổ quốc là không thể thiếu được. Việc phát triển CTN cho lónh vực giao thông
khi đất nước hoà bình là rất cần thiết, song việc giữ được ổn đònh công trình khi bò
bom đạn đòch đánh phá khi có chiến tranh xảy ra cũng là mối quan tâm của nhiều

nhà khoa học. Nhằm tìm ra các giải pháp kỹ thuật hợp lý trong điều kiện đòa chất
yếu như ở Tp.HCM và các vùng lân cận mà khi xây dựng CTN vẫn đạt được cả
hai yếu tố quan trọng hàng đầu: Về kinh tế khi đất nước hoà bình đảm bảo giao
thông, phục vụ dân sinh cũng như giữ được an toàn khi có chiến tranh xảy ra là
vấn đề đang được Đảng và Nhà nước quan tâm. Vì vậy đề tài nghiên cứu được
đặt ra là: “Nghiên cứu ổn đònh và biến dạng của đất nền với vỏ CTN chòu tác
dụng bom đạn có cường độ lớn ở khu vực Tp.HCM và vùng lân cận”.
2. Mục đích của luận án
- Nghiên cứu tổng quan về sự phát triển hệ thống CTN trong lónh vực kinh
tế và quốc phòng, những vấn đề liên quan đến cấu tạo đòa tầng, tính chất cơ lý
của đất sét yếu, khả năng chòu tải của đất nền, tổng quan về các mô hình, quan
hệ giữa ứng suất, biến dạng của môi trường và phương pháp xác đònh các tham số
của sóng khi chòu tác dụng tải trọng nổ, mối quan hệ giữa tải trọng nổ của bom