Nghiên cứu tính chất cơ học của trầm tích đệ tứ phân bố ở khu vực hà nội dưới tác dụng của tải trọng động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Nguyễn Văn Phóng

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ
PHÂN BỐ Ở KHU VỰC HÀ NỘI DƯỚI TÁC DỤNG
CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG

Ngành: Kỹ thuật Địa chất
Mã số: 62.52.05.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Hà Nội - 2016


Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình
khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Lê Trọng Thắng
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội

Phản biện 1: TS. Nguyễn Viết Tình
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
Phản biện 2: PGS. TS. Đoàn Thế Tường
Viện Khoa học Công nghệ xây dựng
Phản biện 3: PGS. TS. Đỗ Minh Đức
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp trường,

họp tại trường Đại học Mỏ - Địa chất, phường Đức Thắng, quận Bắc Từ
Liêm, thành phố Hà Nội vào hồi ….. ngày…. tháng .... năm 2016.

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc
Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội.


1

Më ®Çu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tải trọng động thuộc loại tải trọng tạm thời và phát sinh bởi hai nguồn:
nguồn tự nhiên (động đất, sập hang động, trượt lở, . . ) và nguồn nhân tạo
(móng máy, búa máy, tầu xe, . . .). Nghiên cứu tính chất cơ học của đất dưới tác
dụng của tải trọng động (gọi tắt là “tính chất cơ học động”) rất quan trọng trong
tính toán, thiết kế nền móng công trình có tải trọng động.
Hà Nội là Thủ đô của nước ta với dân số tập trung ngày càng lớn, cùng
với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, hoạt động xây dựng công trình rất phát
triển và làm phát sinh đa dạng các loại tải trọng động. Mặt khác, Hà Nội nằm
trong vùng động đất cấp 7 – 8, một số nơi là cấp 9. Quy mô công trình càng lớn
thì ảnh hưởng của tải trọng động do động đất và các lực địa chấn khác cũng
tăng theo. Bởi vậy, có thể nói ảnh hưởng của tải trọng động đến công trình sẽ
ngày một gia tăng. Mặt khác, tính chất của tải trọng (tĩnh và động) giảm dần
theo chiều sâu. Trong khi đó, phủ trên bề mặt khu vực Hà Nội chủ yếu là các
loại trầm tích tuổi Holocen, Pleistocen của hệ tầng Hải Hưng, Thái Bình và
Vĩnh Phúc, là những loại đất khá nhạy cảm với tác dụng của tải trọng động. Tuy
nhiên, thông tin về tính chất cơ học động của các loại đất này hiện nay chưa đủ
đáp ứng cho công tác nghiên cứu, quy hoạch, thiết kế và thi công nền móng
công trình có tải trọng động. Do đó, đề tài “Nghiên cứu tính chất cơ học của
trầm tích Đệ tứ phân bố ở khu vực Hà Nội dưới tác dụng của tải trọng động” là

cấp thiết và có tính thời sự.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định tính chất cơ học động, gồm biến dạng động và độ bền động của
các loại đất đặc trưng trong phạm vi nghiên cứu cũng như quy luật biến đổi của
chúng, phục vụ công tác nghiên cứu, quy hoạch, thiết kế và thi công nền móng
công trình trong điều kiện chịu tác động của tải trọng động.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là tính chất cơ học động của các loại đất mềm dính
và mềm rời thuộc các hệ tầng Thái Bình, Hải Hưng, Vĩnh Phúc. Phạm vi nghiên
cứu là khu vực các quận nội thành và huyện Thanh Trì thuộc thành phố Hà Nội.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về động học đất nền;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính chất cơ học động của đất;
- Đặc điểm địa chất công trình của trầm tích Đệ tứ khu vực Hà Nội và
phương pháp nghiên cứu tính chất cơ học động của chúng;
- Nghiên cứu tính chất cơ học động của trầm tích Đệ tứ khu vực Hà Nội.
5. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
+ Cách tiếp cận:
- Tiếp cận hệ thống: từ thực tiễn phát hiện vấn đề; nghiên cứu tổng hợp các
mô hình lý thuyết và phương pháp nghiên cứu có thể sử dụng để giải quyết vấn


2

đề; xác định mô hình và phương pháp nghiên cứu phù hợp; tiến hành thực
nghiệm và tổng hợp kết quả, rút ra quy luật.
- Tiếp cận kế thừa tri thức, kinh nghiệm trong vấn đề nghiên cứu động học
một cách chọn lọc;
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp chặt chẽ với thực nghiệm.
+ Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp tổng hợp và hệ thống hóa tài liệu: nghiên cứu động học đất
nền trong nước và ngoài nước nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu; các tài liệu
nghiên cứu địa chất, ĐCCT đã có trong khu vực để làm sáng tỏ đối tượng và
phạm vi nghiên cứu;
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu quy luật và các yếu tố ảnh
hưởng đến tính chất cơ học động;
- Phương pháp địa chất: nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình khu vực;
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm xác định các đặc trưng
cơ lý và đặc điểm tính chất cơ học động của đất trong phạm vi nghiên cứu;
- Phương pháp toán – tin: phục vụ công tác xử lý số liệu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Về mặt khoa học, kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ tính chất động
học của các thành tạo đất đá nghiên cứu; tìm hiểu quy luật ứng xử của đất nền
khi chịu tác động của các lực động, nhằm phục vụ công tác quy hoạch và thiết
kế xây dựng công trình; góp phần hoàn thiện và hệ thống hóa cơ sở lý thuyết
tính chất cơ học động, bổ sung thông tin cần thiết cho nghiên cứu động học nền
đất tiếp theo trong phạm vi nghiên cứu.
Đóng góp cho thực tiễn sản xuất và nghiên cứu: làm cơ sở xây dựng quy
trình, lựa chọn sơ đồ cũng như các thông số đầu vào cho thí nghiệm ba trục
động; làm cơ sở số liệu cho bài toán mô hình ứng xử nền đất với tải trọng động;
cung cấp thông tin cho công tác dự báo nguy cơ mất ổn định nền móng công
trình chịu động đất và nghiên cứu ảnh hưởng của các hoạt động gây chấn động
đến môi trường địa chất và công trình.
7. Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: quá trình biến dạng động của các loại đất trong phạm vi
nghiên cứu được chia thành bốn giai đoạn. Mỗi giai đoạn biến dạng tương ứng
với dạng vòng lặp ứng suất và biến dạng nhất định và được đặc trưng bởi thông
số biến dạng động phụ thuộc loại đất, đặc điểm tải trọng động và điều kiện ứng
suất. Trong đó, giới hạn biến dạng tuyến tính tương đương với giới hạn biến
dạng thể tích.

- Luận điểm 2: đất loại sét trong phạm vi nghiên cứu bị phá hủy động
theo hình thức trượt dẻo. Đất cát bão hòa nước của hệ tầng Thái Bình và Vĩnh
Phúc có thể bị phá hủy động theo hình thức hóa lỏng hoặc không theo hình thức
hóa lỏng tùy thuộc tương quan giữa thành phần hạt, độ chặt của đất và các
thông số của lực động. Đường bao tỷ sức kháng động (hoặc hóa lỏng) của


3

chúng được mô tả bằng biểu thức dựa trên lý thuyết Geniev cùng với các hệ số
thực nghiệm đặc trưng cho mỗi loại đất.
8. Điểm mới của luận án
- Luận án đã xác định được các chỉ tiêu đặc trưng cho biến dạng động của
các loại đất trong phạm vi nghiên cứu dựa trên thí nghiệm trực tiếp bằng thiết bị
ba trục động, đồng thời chia biến dạng động thành bốn giai đoạn dựa theo
phương pháp đánh giá các dạng biểu đồ ứng suất, biến dạng và vòng lặp; làm
sáng tỏ sự khác biệt giữa biến dạng tĩnh và biến dạng động.
- Bằng các số liệu thực nghiệm, luận án xây dựng được biểu thức mô tả
quy luật biến đổi các đặc trưng biến dạng động của đất trong phạm vi nghiên
cứu theo mức độ biến dạng. Luận án đã chỉ ra sự tương đồng giữa giới hạn biến
dạng tuyến tính với giới hạn biến dạng thể tích, giúp định hướng cho những
nghiên cứu tiếp theo.
- Độ bền động của đất loại sét và hóa lỏng của cát mịn trong phạm vi
nghiên cứu được xác định trực tiếp bằng thiết bị ba trục động. Khái niệm hóa
lỏng được làm rõ trên cơ sở định lượng hóa các chỉ tiêu đặc trưng, từ đó đánh
giá được khả năng hóa lỏng của cát mịn theo độ chặt.
- Sử dụng cơ sở lý thuyết Geniev, luận án đã xây dựng được biểu thức kết
hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm để mô tả quy luật độ bền động, đồng thời
xác định được các hệ số thực nghiệm cho mỗi loại đất. Nhờ vậy, quy luật độ
bền động của các loại đất trong phạm vi nghiên cứu đều được mô tả một cách

đơn giản và rõ ràng bằng biểu thức toán học, giúp việc vận dụng kết quả nghiên
cứu có nhiều thuận lợi.
- Luận án đã dự báo định lượng khả năng mất ổn định của các loại đất
khu vực nghiên cứu khi chịu động đất trong điều kiện bất lợi nhất dựa trên hệ số
thực nghiệm độ bền động của mỗi loại đất.
9. Cấu trúc luận án
Nội dung luận án gồm 5 chương, 56 bảng số liệu, 99 hình vẽ và đồ thị, 9
phụ lục cùng với 14 công trình nghiên cứu đã công bố và danh mục 76 tài liệu
tham khảo.
10. Cơ sở tài liệu của luận án
Luận án được hoàn thành trên cơ sở số liệu thí nghiệm mà tác giả trực
tiếp thực hiện, cũng như các kết quả nghiên cứu của tác giả đã được công bố
trên tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất (3 bài), tuyển tập Báo cáo hội nghị
khoa học trường đại học Mỏ-Địa chất (3 bài). Nội dung luận án còn được kế
thừa từ các đề tài do tác giả làm chủ trì, bao gồm đề tài cấp cơ sở mã số T12-32
(phần nội dung xác định chỉ tiêu động học bằng thí nghiệm CPTu), đề tài cấp
bộ mã số CTB 2012-02-03 (phần nội dung xác định chỉ tiêu động học và hóa
lỏng bằng thí nghiệm ba trục động) và đề tài cấp bộ mã số B12-02-07 do PGS.
TS. Lê Trọng Thắng làm chủ trì, tác giả tham gia chính phần thí nghiệm và viết
chuyên đề. Luận án cũng là kết quả của “Dự án tăng cường năng lực cho phòng
thí nghiệm Địa kỹ thuật công trình”.


4

Chương 1. Tæng quan c¸c vÊn ®Ò nghiªn cøu
®éng häc ®Êt nÒn
1.1. Khái niệm và nội dung nghiên cứu động học đất nền
Vấn đề động học đất nền (Soil dynamics) là một phần của cơ học đất
(Soil mechanics), nghiên cứu ứng xử của đất với tải trọng động. Nội dung

nghiên cứu động học đất nền có thể được chia thành 3 nhóm: 1) Nghiên cứu
ảnh hưởng của tải trọng động đến biến đổi các tính chất cơ lý của đất; 2)
Nghiên cứu độ bền và biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng động; 3)
Nghiên cứu mô hình ứng xử nền đất với tải trọng động.
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Các nghiên cứu về biến đổi tính chất cơ lý của đất khi chịu tải trọng
động bao gồm: nghiên cứu sự biến đổi của lực dính kết, góc ma sát trong
(Porovski, 1934); biến đổi hệ số rỗng và hệ số thấm (Barkan, 1962); biến đổi vi
cấu trúc và hiện tượng xúc biến (Sukina, 1985); biến đổi của độ bền không
thoát nước theo đặc điểm tải trọng động (Cadagrander, Seed, Onxon, . . .).
Các nghiên cứu về hóa lỏng của cát bao gồm: nghiên cứu quan hệ giữa
độ lệch ứng suất động gây hóa lỏng với thời gian tác dụng (Seed và Lee, 1965);
nghiên cứu quy luật hóa lỏng của cát bằng thực nghiệm và các yếu tố ảnh
hưởng (Seed và Idriss, 1971; Noorany và Uzdavines, 1989; Shamsher Prakash
và Vijay K.puri, 2003; Sitharam, Ravishankar, Jayan Vinod, 2008); nghiên cứu
về hình thức hóa lỏng của cát ở độ chặt khác nhau và đưa ra các sơ đồ tải trọng
động để xác định điểm hóa lỏng (Ishihara, 1985); nghiên cứu hóa lỏng bằng
phương pháp điều khiển biến dạng (Sitharam, Ravishankar, Jayan Vinod,
2008); nghiên cứu xây dựng các quan hệ tương quan giữa khả năng hóa lỏng
của cát với kết quả thí nghiệm hiện trường (Seed và Alba, 1986; Ronald và
Kenneth, 1999; Idriss và Bowlanger, 2004).
Các nghiên cứu về độ bền động của đất dính bao gồm: xác định điểm phá
hủy động ở mức biến dạng bằng phá hủy tĩnh (Kokusho và những người khác,
1971); nghiên cứu độ bền động của đất dính ở độ lệch ứng suất gần với độ lệch
ứng suất gây phá hủy tĩnh (Ishihara, Nagao, và Mano, 1983; Ishihara và
Kasuda, 1984); nghiên cứu quy luật độ bền động bằng mô hình Kenvin – Voit
điều chỉnh (Geniev, 1997).
Nội dung nghiên cứu biến dạng động bao gồm: nghiên cứu cơ sở lý
thuyết dựa trên mô hình Kelvin – Voit (Barkan; Arnold Verruijt; Kenji Ishihara;
Shamsher Prakash, . . .); nghiên cứu các đặc trưng biến dạng động ở giai đoạn

đàn hồi (Hardin, Richart,1963; Stokoe, 1978; Grant và Brown, 1981; Hardin và
Black, 1968; . . .); giai đoạn tuyến tính và phi tuyến (Ishihara, 1984; Vucetic,
1994; . . .); nghiên cứu quy luật biến đổi các đặc trưng biến dạng động
(Ishihara, 1984; Vucetic, 1994; Bratosin, 2002, . . .); nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng đến đặc trưng biến dạng động (Alarcon, Guzman (1989); Darendeli,
2001; . . .); nghiên cứu ảnh hưởng của mẫu (Kumar và Clayton, 2007); xây


5

dựng quan hệ thực nghiệm để xác định Gmax theo kết quả thí nghiệm SPT, CPTu
(Seed, Lee, Imai, . . .).
Nghiên cứu mô hình ứng xử nền đất với tải trọng động: nghiên cứu xây
dựng mô hình và ma trận thông số (Miura, Masuda -1995; Naggar và Novak 1996; . . .); Nghiên cứu phương pháp giải mô hình cho hệ nền - móng dựa trên
các giả thiết nền đàn hồi, nền tuyến tính tương đương (Tamori, Kitagawa 2001) và nền phi tuyến (Kusakabe, Yasuda -1994; Miura, Masuda -1995).
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứu trong nước cũng bao gồm ba hướng chính: 1) Nghiên cứu
ảnh hưởng của tải trọng động đến biến đổi các tính chất cơ lý của đất (Nguyễn
Huy Phương và Trần Thương Bình - 2006); 2) Nghiên cứu đánh giá về hoá lỏng
của cát trầm tích hệ tầng Thái Bình dựa trên các kết quả thí nghiệm SPT (Phạm
Văn Tỵ và nnk – 1990); Nghiên cứu về vấn đề cố kết động, độ bền động, hoá
lỏng của cát và đánh giá mức độ nhạy cảm với động đất của các loại nền đất ở
Hà Nội (Nguyễn Huy Phương và nnk - 2011); 3) Nghiên cứu mô hình ứng xử
nền đất với tải trọng động: Nghiên cứu phân vùng nhỏ động đất Hà Nội của
Viện Vật lý địa cầu (1990); nghiên cứu mô hình hóa hệ nền – cọc để tính toán
sự lan truyền chấn động khi hạ cọc (Phạm Huy Tú – 2003); mô hình nền – cọc
chịu tải trọng động nằm ngang (Ngô Quốc Trinh - 2014).
1.4. Nhận xét và kiến nghị
1.4.1. Nhận xét kết quả nghiên cứu trên Thế Giới
Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy mức độ ảnh hưởng của tải trọng động

đến sự biến đổi tính chất của đất. Các nghiên cứu về hóa lỏng của cát cho thấy:
hóa lỏng thường xảy ra trong đất cát bão hòa có hàm lượng hạt bụi cao; quy luật
của hóa lỏng được biểu diễn thông đường bao tỷ sức kháng hóa lỏng. Có hai
phương pháp thường được sử dụng để nghiên cứu độ bền động của đất dính:
khảo sát quan hệ ứng suất động với biến dạng động ở ngưỡng biến dạng gần với
biến dạng phá hủy tĩnh; thí nghiệm gia tải động ở độ lệch ứng suất gần với độ
lệch ứng suất gây phá hủy tĩnh; quy luật biến đổi độ bền động có thể được biểu
diễn theo lý thuyết của Geniev. Các đặc trưng biến dạng động biến đổi theo
mức độ biến dạng và có thể được xác định bằng nhiều phương pháp thí nghiệm
khác nhau. Các nghiên cứu mô hình ứng xử nền đất với tải trọng động được sử
dụng để nghiên cứu sự lan truyền ứng suất động trong nền đất và ứng xử của hệ
nền - móng khi chịu tải trọng động.
1.4.2. Các nghiên cứu trong nước
1) Kết quả đạt được: Các nghiên cứu trong nước đã đề cập đầy đủ các vấn
đề đáng được quan tâm khi nghiên cứu động học đất nền.
2) Một số hạn chế: Chưa có tài liệu hệ thống đầy đủ về cơ sở lý thuyết
nghiên cứu tính chất cơ học động của đất nền; chưa có kết quả nghiên cứu trực
tiếp các chỉ tiêu động học của đất nền và độ bền động cũng như hóa lỏng; chưa
có nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ học động; Các nghiên


6

cu v mụ hỡnh ng x nn t cha s dng cỏc ch tiờu ng hc trc tip ca
t nn;
3) Nhng vn cn quan tõm nghiờn cu trong nc: cn h thng
y v c s lý thuyt nghiờn cu tớnh cht c hc ng ca t nn; nghiờn
cu cỏc c trng bin dng ng bng thớ nghim trc tip v xỏc nh cỏc quy
lut bin i cỏc ch tiờu ng hc phc v cho thit k cỏc loi cụng trỡnh cú
ti trng ng; nghiờn cu c trng bn hay húa lng bng thớ nghim trc

tip v xỏc nh quy lut bin i bn ng (xõy dng ng bao t sc
khỏng ng) phc v cho ỏnh giỏ n nh cụng trỡnh cú ti trng ng v cụng
trỡnh chu ng t; nghiờn cu xõy dng cỏc mụ hỡnh ng x h nn múng
cụng trỡnh cú ti trng ng, cụng trỡnh chu ng t trờn cỏc kiu cu trỳc nn
( mt khu vc), trong ú s dng cỏc ch tiờu ng hc c trng cho t nn,
phự hp vi cng ca ti trng ng. Cn c mc tiờu nghiờn cu v iu
kin thit b hin cú trong nc, lun ỏn tp trung nghiờn cu ba vn u da
ch yu trờn kt qu thc nghim bng thit b ba trc ng.
Chng 2. Cơ sở lý thuyết tính chất cơ học động
của đất
2.1. Khỏi nim, phõn loi v tớnh toỏn ti trng ng
Ti trng m cỏc giỏ tr c trng ca nú bin i theo thi gian F = F(t)
c gi l ti trng ng. Ti trng ng cú tớnh tm thi v c chia thnh
cỏc loi: ti trng tun hon, khụng tun hon, iu ho hay iu ho tt dn.
Ti trng iu hũa c mụ t theo quy lut hỡnh sin cũn ti trng tun hon
c mụ t thnh chui dao ng iu hũa.
Ti trng ng hay ng sut ng c tớnh toỏn theo gia tc nn gõy ra
bi ng t hay cỏc lc a chn khỏc. i vi múng mỏy, ti trng ng c
xỏc nh theo lch tõm v tn s gúc ca mỏy.
2.2. Tớnh cht c hc ng v mụ hỡnh nghiờn cu
Tớnh cht c hc ng ca t l cỏc tớnh cht th hin kh nng ng x
c hc ca t khi chu tỏc dng ca ti trng ng, bao gm: bin dng ng l
kh nng thay i hỡnh dng, th tớch ca t khi chu ti trng ng; bn
ng l kh nng ca t chu (phỏt huy) ng sut ng ti a trong khong thi
gian no ú m t khụng b phỏ hu.
Khi nghiờn cu bin dng ng, ngi ta dựng mụ hỡnh Kelvin Voigt v
lý thuyt dao ng ca h mt bc t do cú cn. Nghiờn cu bn ng, cú
th s dng mụ hỡnh Kelvin Voigt iu chnh (phn t n hi c thay
bng phn t do) v lý thuyt Geniev.
2.3. C s lý thuyt nghiờn cu bin dng ng ca t

Lý thuyt nghiờn cu bin dng ng da trờn c s phõn tớch dao ng
ca h mt bc t do cú cn chu kớch ng iu ho. Theo ú, bin dng ng
ca t hon ton c xỏc nh khi bit cỏc ch tiờu c trng l: mụ un ng


7

(Gd – mô đun trượt động hay Ed – mô đun biến dạng động) và hệ số giảm chấn
(D).
Các giai đoạn biến dạng động
Theo mối quan hệ ứng suất - biến dạng, N. M. Ghexevanov chia thành ba
giai đoạn [9]: giai đoạn nén chặt; giai đoạn biến dạng dẻo; giai đoạn trượt. Khi
nghiên cứu biến dạng động, người ta chia biến dạng của đất theo mức độ biến
dạng [75]: biến dạng rất nhỏ, khi biến dạng tương đối ( nhỏ hơn giới hạn biến
dạng đàn hồi (tl); biến dạng nhỏ, khi  lớn hơn tl và nhỏ hơn giới hạn biến
dạng thể tích (tv); biến dạng trung bình đến lớn: biến dạng tương đối  lớn hơn
10-2% đến vài phần trăm.
Theo đặc điểm từng giai đoạn biến dạng và mô hình cơ học có thể sử
dụng, tác giả chia biến dạng của đất thành bốn giai đoạn là biến dạng đàn hồi,
giả đàn hồi (tuyến tính), đàn hồi – dẻo (phi tuyến) và trượt (tổng hợp trong bảng
2.2).
Bảng 2.2. Các giai đoạn biến dạng động
Giai đoạn

Pha biến
dạng

Đàn hồi
(≤ tl)

-

Giả đàn hồi
tl ≤ ≤ tv

Tuyến tính
(nén chặt)

Đàn hồi-dẻo Phi tuyến
tv<< 0,5÷2%
Dẻo

Trượt

Mức độ
Thay đổi đặc
Thay đổi
biến
trưng biến
thể tích
dạng
dạng
Rất nhỏ Không

Loại tải trọng

Không
Sóng địa chấn; Phương
(Gmax, Dmin = 0) tiện giao thông, . .

Nhỏ

Có

Có

Phương tiện giao thông,
móng máy, động đất nhỏ

Trung
bình

Có

Có

Động đất mạnh

Lớn

Không

Không
(Gmin, Dmax)

Động đất mạnh

Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng động
Hardlin và Drnevich [35] đã chia các yếu tố ảnh hưởng thành 3 nhóm:
ảnh hưởng rất quan trọng: áp lực địa tầng hiệu quả, hệ số rỗng, mức độ biến

dạng và độ bão hòa; ảnh hưởng ít quan trọng: áp lực tiền cố kết; và ảnh hưởng
không quan trọng: kết cấu đất, tần số, ...
2.4. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu độ bền động
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu độ bền động
Phương pháp nghiên cứu độ bền động bằng thực nghiệm: theo phương
pháp này, quy luật độ bền động được mô tải bởi đường cong quan hệ giữa tỷ số
sức kháng động giới hạn với thời gian chịu tải trọng động để đạt tới trạng thái
phá hủy (td), được gọi là đường bao tỷ sức kháng động. Đường bao này được
xác định bằng thực nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu độ bền động bằng lý thuyết Geniev: Geniev sử
dụng mô hình Kelvin - Voigt điều chỉnh (khi ứng suất vượt quá giới hạn đàn


8

hồi, biến dạng của đất chuyển sang biến dạng dẻo) để mô phỏng ứng xử của đất
khi chịu tải trọng động trong khoảng thời gian ngắn. Từ đó, ông xây dựng được
biểu thức mô tả quy luật độ bền động:
otd 

2arc cot d  1

d  1

f(d





Trong đó, o là hệ số phụ thuộc vào loại đất;  là hệ số phụ thuộc vào
điều kiện ứng suất; d là tỷ số giữa sức kháng cắt động với sức kháng tĩnh.
Biểu thức (2.39) là cơ sở lý thuyết nghiên cứu độ bền động của đất, cho
phép giải thích và định hướng các nghiên cứu thực nghiệm. Tuy nhiên, việc áp
dụng lý thuyết này trong thực tế vẫn còn hạn chế do tính chất phức tạp của nó.
Phương pháp nghiên cứu quy luật độ bền động kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm: để tận dụng các ưu điểm và khắc phục hạn chế của hai phương pháp
trên, tác giả đưa ra phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết Geniev kết hợp với
nghiên cứu thực nghiệm: biểu thức (2.39) được biến đổi theo hướng đơn giản
và sử dụng các khái niệm được dùng phổ biến hiện nay bằng cách đưa vào các
hệ số a và b, khi đó biểu thức (2.39) trở thành:
td = b.

arc cot

CSRgh
a

CSRgh
a

1

= f(CSRgh)

(2.43)

1

Trong đó: a = tan(gh), với gh là góc cắt và a được gọi là hệ số góc cắt;

b = 2.

1 -  
o

(s), được gọi là hệ số thời gian phá hủy động.

Biểu thức (2.43) là phương trình đặc trưng mô tả đường bao tỷ sức kháng
động của đất. Phương trình này hoàn toàn được xác định khi biết các hệ số a, b.
Các hệ số này được xác định bằng thực nghiệm.
2.4.2. Đặc điểm phá hủy động
Điểm phá hủy động là một điểm trên đường bao tỷ sức kháng động, đó là
điểm có trị số ứng suất động tối đa (d) và thời gian duy trì được trị số ứng suất
đó (td) trong điều kiện ứng suất nhất định. Khi thí nghiệm độ bền động, điểm
phá hủy động được xác định dựa vào việc phân tích sự biến đổi tỷ số áp lực
nước lỗ rỗng (Ru) với đất cát bão hòa và quan hệ ứng suất – biến dạng theo thời
gian (chu kỳ gia tải) đối với đất loại sét.
2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền động
Độ bền động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: ứng suất nén có hiệu; độ
bền liên kết kiến trúc; điều kiện thoát nước; đặc điểm thành phần hạt, thành
phần khoáng vật; điều kiện ứng suất và phương pháp cắt; biên độ ứng suất cắt;
tần số và thời gian tác dụng của tải trọng động.
2.5. Các phương pháp xác định tính chất cơ học động của đất
Các phương pháp thí nghiệm trong phòng bao gồm: thí nghiệm cắt đơn
tuần hoàn, thí nghiệm ba trục động; thí nghiệm cắt xoắn, thí nghiệm cột cộng


9

hng. Cỏc phng phỏp thớ nghim hin trng bao gm: phng phỏp a

chn khỳc x, phng phỏp a chn h khoan, phng phỏp súng mt n nh,
phng phỏp xuyờn o a chn. Ngoi ra, ngi ta cũn s dng cỏc phng
phỏp xỏc nh giỏn tip bng cỏc liờn h thc nghim.
Chng 3. Đặc điểm địa chất công trình trầm tích Đệ tứ
Khu vực Hà Nội và phơng pháp nghiên cứu
tính chất cơ học động của chúng
3.1. c im a tng v nc di t khu vc H Ni
3.1.1. S lc a tng trm tớch t khu vc nghiờn cu
Cu trỳc a cht t trong phm vi nghiờn cu cú mt cỏc h tng theo
th t t di lờn l L Chi, H Ni, Vnh Phỳc, Hi Hng v Thỏi Bỡnh:
- H tng L Chi gm cỏc trm tớch sụng khụng l ra trờn b mt m ch
bt gp sõu t 45,0 69,5m vi thnh phn gm cui si, chuyn dn lờn
trờn l cỏt, bt, trờn cựng l bt, sột;
- H tng H Ni trong phm vi nghiờn cu phõn b t 35,5m n 69,5m
vi thnh phn ch yu l cui, si, sn v rt ớt cỏt bt;
- H tng Vnh Phỳc l ra vi din nh C Nhu, Xuõn nh, cú thnh
phn l si, cỏt di chuyn dn lờn l bt, sột. Chiu dy bin i mnh.
- H tng Hi Hng bao gm: trm tớch h- m ly (lbQ 21-2hh1) cú thnh
phn l bt sột, cha tn tớch thc vt; trm tớch bin (mQ21-2hh2) cú thnh phn
bao gm sột, sột bt mu xỏm xanh, xanh l.
- H tng Thỏi Bỡnh cú cỏc thnh to trong ờ (Q23tb1) v ngoi ờ
(Q23tb2). Ph h tng di bao gm: cỏt, bt sột mu xỏm nõu, xỏm vng, ụi
ch xen ln sột mu xỏm en. Ph h tng trờn gm: cỏt ln ớt bt sột mu nõu
vng, xỏm vng.
3.1.2. c im a cht cụng trỡnh trm tớch t trong phm vi nghiờn cu
Trờn c s phõn tớch cỏc ti liu v a cht t v a cht cụng trỡnh,
cỏc loi t thuc h tng L Chi v H Ni cú thnh phn ch yu l cui si,
li phõn b sõu ln nờn ớt cú ý ngha khi nghiờn cu tớnh cht ng hc ca
chỳng. Trong khi ú, trm tớch thuc cỏc h tng Vnh Phỳc, Hi Hng v Thỏi
Bỡnh phõn b sõu khụng ln, cú thnh phn v tớnh cht nhy cm vi tỏc

dng ca ti trng ng. Vỡ vy, chỳng l i tng nghiờn cu ca lun ỏn v
c chia chi tit n kiu thch hc c trng, gm 7 loi t sau:
1. Trm tớch ngun gc sụng (aQ23tb1): Sột, sột pha mu xỏm nõu, nõu vng
trng thỏi do cng n na cng (ký hiu l lp 1). Chiu sõu phõn b mt lp
trung bỡnh khong 3,0m;
2. Trm tớch ngun gc sụng - h - m ly (albQ23tb1): Sột, sột pha mu
xỏm nõu, xỏm en, trng thỏi do chy, ln ớt hu c (Lp 2). Chiu sõu phõn
b mt lp khong 15m, sõu nht cú th t 28m;
3. Trm tớch ngun gc sụng (aQ23tb1): Cỏt ht mn mu xỏm en, xỏm nõu


10

trạng thái chặt vừa (Lớp 3). Chiều sâu mặt lớp phổ biến từ 10m đến 20m, sâu
nhất là 34m;
4. Trầm tích nguồn gốc biển (mQ21-2hh2): Sét màu xám xanh, trạng thái dẻo
mềm đến dẻo cứng (Lớp 4). Chiều dày của lớp nhỏ và phân bố rải rác.
5. Trầm tích nguồn gốc hồ - đầm lầy (lbQ21-2hh1): Sét, sét pha màu xám đen
lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo chảy đến chảy (Lớp 5). Chiều sâu phân bố từ một vài
mét đến trên 20m.
6. Trầm tích nguồn gốc sông (aQ13vp2): Sét pha màu xám vàng, xám trắng,
nâu đỏ loang lổ trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng (Lớp 6). Chiều sâu và chiều
dầy của lớp biến đổi mạnh từ một vài mét đến hàng chục mét.
7. Trầm tích nguồn gốc sông (aQ13vp1): Cát mịn, cát vừa màu xám vàng
trạng thái chặt vừa đến chặt (Lớp 7).
3.1.3. Đặc điểm nước dưới đất: Khu vực nghiên cứu có ba tầng chứa nước là
qh, qp2 và qp1. Trong đó, mực nước tầng qh trong các vùng không chịu ảnh
hưởng của khai thác thường cách mặt đất một vài mét.
3.2. Phương pháp nghiên cứu, nội dung, khối lượng và quy trình thí
nghiệm

3.2.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Bảng 3.4. Các giai đoạn biến dạng động, mô hình tính toán và phương pháp
xác định phù hợp
Giai đoạn biến
dạng động

Chỉ tiêu
đặc trưng

Đàn hồi

Gmax
(D =0)

Giả đàn hồi
(tuyến tính)

Gd, D

Đàn hồi – dẻo
(phi tuyến)

Gd, D

Dẻo (trượt)

Độ bền
động

Giả thiết và mô hình

tính toán

Phương pháp xác định
phù hợp
Các phương pháp thí nghiệm
Nền biến dạng đàn hồi truyền sóng ở hiện trường, thí
nghiệm cắt xoắn
Nền biến dạng tuyến
tính
Các thí nghiệm: cột cộng
Nền biến dạng phi tuyến; hưởng; cắt xoắn; ba trục
động; cắt phẳng động
nền biến dạng tuyến tính
tương đương
Thí nghiệm ba trục động và
Phá hủy động
cắt phẳng động

Để xác định đầy đủ đặc trưng cơ học động ở các giai đoạn biến dạng động
khác nhau cần sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu (bảng 3.4). Tuy nhiên,
với mục tiêu của luận án và trên cơ sở thiết bị hiện có, luận án đưa ra phương
pháp nghiên cứu đặc trưng cơ học động như sau:
- Ở giai đoạn đàn hồi, mô đun trượt đàn hồi Gmax được xác định theo kết
quả thí nghiệm SPT và hệ số rỗng dựa trên các công thức thực nghiệm (mục
2.5.3);
- Các chỉ tiêu biến dạng đặc trưng cho các giai đoạn giả đàn hồi, đàn hồi –
dẻo được xác định bằng thí nghiệm ba trục động;


11

- Ở giai đoạn dẻo (trượt), đất đã bị phá hủy nên cần xác định các chỉ tiêu
đặc trưng cho độ bền động. Các chỉ tiêu này được xác định bằng thí nghiệm ba
trục động.
3.2.2. Nội dung, khối lượng nghiên cứu
Để đảm bảo mục tiêu nghiên cứu, vị trí lấy mẫu được xác định theo diện
phân bố phổ biến của đối tượng nghiên cứu; độ sâu lấy mấu được xác định theo
độ sâu phân bố đặc trưng của đối tượng nghiên cứu. Khối lượng và nội dung
nghiên cứu cụ thể được tổng hợp trong bảng 3.5 và 3.6.
Bảng 3.5 . Tổng hợp nội dung và khối lượng nghiên cứu biến dạng động của
đất bằng thí nghiệm ba trục động
Mục đích thí nghiệm
1. Xác định các chỉ tiêu biến
dạng động ở các giai đoạn
biến dạng khác nhau cho
mỗi loại đất.

Nội dung thí nghiệm
Mỗi loại đất được thí nghiệm ba
trục động trong cùng tần số và áp
lực buồng với biên độ tải trọng
khác nhau
Tần số và biên độ tải trọng được
2. Nghiên cứu ảnh hưởng
giữ không đổi, chỉ thay đổi áp lực
của áp lực buồng
buồng (3 = 0; 25; 50; 75; . . . kPa)
Biên độ tải trọng và áp lực buồng
3. Nghiên cứu ảnh hưởng
được giữ không đổi, chỉ thay đổi

của tần số
tần số (f = 0,5; 1; 2; 3; 5; . . . Hz)
Tổng khối lượng

Khối lượng
66 thí nghiệm
trong tất cả
các loại đất
đặc trưng
Thí nghiệm 4
mẫu Svp và 6
mẫu Shh
Thí nghiệm 7
mẫu S hh và 5
mẫu Ytb
88

Bảng 3.6. Khối lượng thí nghiệm độ bền động trong các loại đất đặc trưng
Loại đất
Nội dung nghiên cứu
Khối lượng
Sét pha, xám vàng, dẻo cứng
7
(Lớp 1-Stb2)
Sét pha, xám đen, dẻo chảy
4
(Lớp 2-Ytb)
Xác định điểm phá hủy động và
7
Sét, xám xanh, dẻo mềm (Lớp 4-Shh) đường bao tỷ sức kháng động của đất

dính
Sét pha, xám đen, dẻo chảy
7
(Lớp 5-Yhh3)
Sét pha, màu nâu đỏ loang lổ, nửa
7
cứng (Lớp 6-Svp)
9
Cát mịn, xám xanh (Lớp 3-Ctb)
Xác định điểm hóa lỏng và đường
5
Cát mịn, xám vàng (Lớp 7-Cvp1)
bao hóa lỏng của đất rời
1
Cát vừa, xám vàng (Lớp 7 -Cvp2)


12

3.2.3. Quy trình thí nghiệm xác định tính chất cơ học động bằng thiết bị ba
trục động
Thiết bị được sử dụng nghiên cứu là loại máy Tritech 100 của hãng
Controls-Group (Italia). Quy trình thí nghiệm xác định chỉ tiêu động học được
thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM – D3999 và ASTM – D5311.
Điều kiện ứng suất và tải trọng thí nghiệm được xác định phù hợp với
điều kiện thực tế của đất nền và các điều kiện địa phương. Theo đó, tần số thí
nghiệm được chọn trong khoảng f = 0,5 ÷ 10 Hz và tập trung thí nghiệm ở
khoảng tần số 1 ÷ 5Hz; Tỷ số ứng suất CSR = 0,06 ÷ 0,40.
3.3. Kết quả xác định đặc trưng cơ học động bằng liên hệ thực nghiệm
Tổng hợp kết quả tính toán được biểu diễn trong bảng 3.14.

Bảng 3.14. Kết quả xác định mô đun trượt đàn hồi Gmax cho từng loại đất
Loại
đất
Lớp 1
Lớp 2
Lớp 3
Lớp 4
Lớp 5
Lớp 6
Lớp 7

Áp lực
đia tầng
hiệu quả,
(’v)
kPa
70
94
110
94
126
150
230

Theo kết quả thí nghiệm SPT
N30

N1(60)

(Vs)

(Gmax)

6
4
16
6
3
11
27

Búa
7,02
4,04
14,94
6,06
2,62
8,79
17,43

m/s
214,5
192,2
176,1
214,5
177,8
252,8
181,8

kPa

87890
62793
55814
85129
52147
127824
61118

CSRgh
0,16
0,19

Theo thí nghiệm
trong phòng
Hệ số
(Gmax)
rỗng (eo)
kPa
0,758
76845
1,283
39884
0,900
72155
1,512
31347
0,689
124503
-

Chương 4. Nghiªn cøu biÕn d¹ng ®éng b»ng thiÕt bÞ ba
trôc ®éng
4.1. Đặc điểm biến dạng động theo giai đoạn và các biểu đồ đặc trưng
Đặc điểm biến dạng động được phản ánh bởi biểu đồ biến dạng, biểu đồ
vòng lặp, đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng và mức độ gia tăng áp lực
nước lỗ rỗng. Vì vậy, để nghiên cứu biến dạng động ở các giai đoạn khác nhau
cần phải phân tích các dạng biểu đồ này.
- Theo các kết quả thí nghiệm, có ba dạng biểu đồ biến dạng tuỳ theo điều
kiện thí nghiệm: dạng 1, biên độ và trị số biến dạng ổn định; dạng 2, biên độ
biến dạng không đổi nhưng trị số biến dạng tăng dần và vượt quá 0,5%; dạng 3,
cả biên độ biến dạng và độ lớn của biến dạng đều tăng theo thời gian vượt quá
0,5% đến vài %.
- Biểu đồ vòng lặp ứng suất – biến dạng cũng có ba dạng: dạng 1, vòng
lặp cân đối, độ lệch giữa các vòng lặp rất nhỏ; dạng 2, vòng lặp không cân đối,
độ lệch giữa các vòng lặp nhỏ; dạng 3, vòng lặp mất cân đối hoàn toàn, độ lệch
giữa các vòng lặp lớn.


13

- Đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng được xây dựng dựa trên kết
quả thí nghiệm nhiều thỏi mẫu của cùng loại đất ở các cấp biên độ ứng suất
khác nhau. Dựa vào việc phân tích đường cong này và các biểu đồ thí nghiệm,
nhận thấy: trong giai đoạn tuyến tính, biểu đồ biến dạng và hình dạng vòng lặp
đều thuộc dạng 1; vượt quá giới hạn tuyến tính, biểu đồ biến dạng đều có dạng
2 và 3, còn vòng lặp chuyển dần từ dạng 2 sang dạng 3, đồng thời các chỉ tiêu
Ed và D biến đổi theo chu kỳ thí nghiệm, biểu hiện ở chỗ các đường cong ứng
suất - biến dạng theo chu kỳ tách rời nhau.
Biến đổi áp lực nước lỗ dư trong các giai đoạn biến dạng
Theo các nghiên cứu của Ishihara [44], Vucetic và Dobry [75]: áp lực

nước lỗ rỗng không tăng ở mức độ biến dạng rất nhỏ và tăng không đáng kể ở
mức độ biến dạng nhỏ (giai đoạn giả đàn hồi); khi biến dạng động vượt quá
ngưỡng biến dạng nhỏ, áp lực nước lỗ rỗng bắt đầu tăng và đạt tới giá trị lớn
nhất ở giai đoạn biến dạng trượt. Giới hạn biến dạng mà ở đó bắt đầu có sự gia
tăng áp lực nước lỗ rỗng được gọi là giới hạn biến dạng thể tích (tv): tv = (3
÷7). 10-2% cho đất sét bão hòa và tv = (1 ÷1,2). 10-2% cho cát bão hòa.
4.2. Đặc trưng biến dạng động của các loại đất khu vực nghiên cứu
Từ kết quả phân tích các đường cong ứng suất – biến dạng và các biểu đồ
đặc trưng, xác định được các trị số ứng suất giới hạn và các chỉ tiêu đặc trưng
cho từng giai đoạn của các loại đất khu vực nghiên cứu như bảng tổng hợp sau:
Tổng hợp từ các bảng 4.1; 4.3; 4.5; 4.7; 4.9; 4.11; 4.12 (Các chỉ tiêu đặc trưng
cho từng giai đoạn biến dạng)
Điều kiện
Loại Giai đoạn
thí
đất biến dạng
nghiệm
Lớp 1
(Stb)
Lớp 2
(Ytb)
Lớp 3
(Ctb)
Lớp 4
(Shh)
Lớp 5
(Yhh)
Lớp 6
(Svp)
Lớp 7

(Cvp)

Tuyến tính
Phi tuyến
Tuyến tính
Phi tuyến
Tuyến tính
Phi tuyến
Tuyến tính
Phi tuyến
Tuyến tính
Phi tuyến
Tuyến tính
Phi tuyến
Tuyến tính
Phi tuyến

Bão hoà
Tự nhiên
Bão hoà
Tự nhiên
Bão hoà
Bão hoà
Bão hoà
Bão hoà
Tự nhiên
Tự nhiên
Tự nhiên
Tự nhiên
Tự nhiên

Tự nhiên
Bão hoà
Bão hoà

Ứng suất giới
hạn
gh
CSR
(kPa)
10.0 0.13
13.0 0.19
32.0 0.41
27.0 0.40
9.0
0.18
21.0 0.42
15.0 0.22
15.0 0.14
27.0 0.25
9.0
0.13
23.0 0.46
42.0 0.22
-

Biến dạng
giới hạn

Gd

D

fo

a

amax

kPa

-

Hz

0.018
0.080
0.500
1.000
0.025
0.420
0.030
0.030
0.620
0.036
0.980
0.025
-

0.040
0.130

2.400
6.000
0.030
1.000
0.050
0.035
0.880
0.055
4.070
0.040
-

15233
8222
5195
2257
6799
2769
18325
12545
8816
2429
6943
1787
43736
13177
26415
13701

0.112

0.181
0.194
0.223
0.092
0.182
0.089
0.128
0.112
0.176
0.115
0.200
0.101
0.141
0.114
0.12

165
120
96
63
109
70
169
140
127
66
110
61
265
146

201
145


14

4.3. Đặc điểm biến đổi áp lực nước lỗ rỗng khi chịu tải trọng động của các
loại đất khu vực nghiên cứu
- Trong một thí nghiệm và khi biến dạng là tuyến tính, u tăng không đáng
kể (0,1 – 1 kPa) ngay khi chịu tải động và dao động ổn định theo chu kỳ gia tải
với biên độ rất nhỏ (0,1 – 0,5 kPa). Khi biến dạng vượt quá ngưỡng biến dạng
tuyến tính, mức độ tăng u ở thời điểm ban đầu khoảng 1 – 10 kPa (tùy theo loại
đất và cường độ tải trọng) và dao động với biên độ từ 1 – 5 kPa. Sau đó, u có xu
hướng biến đổi tăng dần.
- Khi thí nghiệm ở cùng điều kiện ứng suất ban đầu trên các mẫu trong
cùng loại đất, nhưng biên độ ứng suất động khác nhau, áp lực nước lỗ rỗng tăng
theo mức độ biến dạng (hay cường độ ứng suất động). Mức độ tăng u được
đánh giá qua tỷ số áp lực nước lỗ rỗng (Ru) và phụ thuộc vào các yếu tố như
giai đoạn biến dạng, trạng thái thí nghiệm và loại đất, có thể nhận thấy: đất loại
sét trong phạm vi nghiên cứu thì Ru thường nhỏ hơn 1% ở giai đoạn tuyến tính
và tăng đến vài phần trăm ở giai đoạn phi tuyến; với đất cát, R u = (1 ÷ 2)% ở
giai đoạn tuyến tính và tăng đến trên 10% ở giai đoạn phi tuyến.
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, giới hạn biến dạng tuyến tính (agh
bằng giới hạn biến dạng thể tích tv.
4.4. Một số quy luật biến đổi đặc trưng biến dạng động và các yếu tố ảnh
hưởng
Quy luật biến đổi đặc trưng biến dạng động theo mức độ biến dạng: kết
quả nghiên cứu được biểu diễn trên các hình 4.19 và 4.20.
D
0.25

0.2

0.15

0.1

Stb1S7
Stb2S8
ShhS10
Y3
Yhh3

0.05

Đường giới hạn

0
0.001

 a (%)
0.010

0.100

1.000

10.000

Hình 4.19. Biến đổi hệ số giảm chấn D theo mức độ biến dạng

15

Ed (kPa)
60000

Stb1S7
Stb2S8
ShhS10
Y3
Yhh3

50000

Đường giới hạn

40000

30000

20000

10000

0
0.001

 a (%)
0.010

0.100

1.000

10.000

Hình 4.20. Biến đổi mô đun biến dạng động Ed theo mức độ biến dạng
Kết quả xây dựng tương quan đã xác định được các quan hệ chặt nhất:
- Quan hệ chặt nhất giữa Ed với a là hàm mũ:
+ Đối với đất sét pha, trạng thái từ dẻo chảy đến dẻo cứng:
Ed = 3,13 a-0,56
(4.1)
+ Đối với đất sét pha, trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng:
Ed = 3,1 a-0,57
(4.2)
+ Đối với đất yếu:
Ed = 2,01 a-0,63
(4.3)
- Quan hệ chặt nhất giữa D (%) với a là hàm mũ cơ số tự nhiên:
+ Đối với đất sét pha, trạng thái từ dẻo chảy đến dẻo cứng:
D = 20 - 11EXP(-12a)
(4.4)
+ Đối với đất sét pha, trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng:
D = 19,5 - 8EXP(-5a)
(4.5)
+ Đối với đất yếu:
D = 21 - 12EXP(-5a)
(4.6)
Các quan hệ này đều rất chặt.

Theo áp lực buồng: Kết quả nghiên cứu đối với hai loại đất Svp và Shh cho
thấy: sự biến đổi của D theo áp lực buồng không rõ ràng, do hệ số D phụ thuộc
chủ yếu vào mức độ biến dạng; mô đun biến dạng động Ed tăng theo áp lực
buồng, mức độ gia tăng Ed theo 3 phụ thuộc vào loại đất và độ bão hoà, đất sét
pha của hệ tầng Vĩnh Phúc (Svp) có mức độ tăng Ed lớn hơn đất sét của hệ tầng
Hải Hưng (Shh).
Theo tần số: Tần số riêng của đất biến đổi trong khoảng 50Hz  250Hz,
nên với tần số tải trọng ≤ 10Hz hàm khuếch đại V(, D) ≈ 1 và ảnh hưởng của tần
số đến các đặc trưng biến dạng động không đáng kể (thí nghiệm ở xa giải cộng
hưởng). Kết quả thí nghiệm hai loại đất (Ytb, Shh) ở các khoảng tần số từ 0,5 
10Hz cũng cho thấy điều đó.


16

4.5. Diễn giải và bàn luận kết quả nghiên cứu
Đánh giá kết quả xác định mô đun biến dạng động và so sánh với biến
dạng tĩnh: Mô đun biến dạng động của đất ở giai đoạn đàn hồi là Gmax (hay
Emax) và được xác định bằng công thức thực nghiệm (theo kết quả SPT và eo), ở
giai đoạn tuyến tính (Gd-tt và Ed-tt) và phi tuyến (Gd-pt và Ed-pt) được xác định
bằng thí nghiệm ba trục động. Đặc trưng cho biến dạng tĩnh của đất là mô đun
tổng biến dạng Eo (được xác định từ thí nghiệm nén với đất loại sét hoặc thí
nghiệm SPT với đất cát). Trong bảng 4.18 so sánh các mô đun động với nhau
và với mô đun tổng biến dạng Eo
Bảng 4.18. Tương quan giữa mô đun biến dạng động với Gmax và Eo
Loại đất
So sánh với Gmax
So sánh với Eo
Giai đoạn tuyến tính

Giai đoạn phi tuyến

Đất yếu (lớp 2, 5) Gd-tt=(0,17÷0,22)Gmax Gd-pt=(0,06÷0,07)Gmax Ed-tt=(5,6 ÷ 8,1) Eo
Đất sét-dẻo mềm Gd-tt = 0,12Gmax

Gd-pt = 0,03Gmax

Ed-tt = 2,5Eo

Gd-pt = 0,03Gmax

Ed-tt = 2,1Eo

Gd-pt = 0,10Gmax

Ed-tt = 2,2Eo

(lớp 4):
Đất sét pha - dẻo Gd-tt = 0,10 Gmax
cứng (lớp 1)
Đất sét pha - nửa Gd-tt = 0,35Gmax
cứng (lớp 6)
Đất cát (lớp 3, 7): Gd-tt=(0,33÷0,43)Gmax Gd-pt = 0,22Gmax

Ed-tt=(3,9 ÷ 4,6)Eo

Đất có Eo lớn thì Emax cũng lớn và ngược lại. Mô đun đàn hồi Emax của đất
sét pha – nửa cứng hệ tầng Vĩnh Phúc (Svp) có giá trị lớn nhất, tiếp theo lần lượt
là (Cvp) > (Ctb) > (Stb) > (Shh) > (Ytb) > (Yhh). Mô đun biến dạng động ở giai
đoạn tuyến tính (Ed-tt hoặc Gd-tt) của các loại đất theo thứ tự giảm dần là: (Svp) >

(Cvp) > (Ctb) > (Shh) > (Stb) > (Ytb) ≈ (Yhh).
Giải thích kết quả nghiên cứu:
- Tải trọng động là tải trọng tạm thời và có trị số biến đổi theo thời gian
(kéo – nén) dẫn tới nước lỗ rỗng trong đất không đủ thời gian thoát ra, kéo theo
quá trình nén chặt không kịp hoàn tất và biến dạng động nhỏ (mô đun biến dạng
lớn). Trong giai đoạn nén chặt, biến dạng tĩnh càng tăng đất càng được nén
chặt; ngược lại, biến dạng động tăng làm u tăng dẫn tới Ed giảm.
- Đất sét pha – dẻo cứng của hệ tầng Thái Bình (Stb2) ở trạng thái tự nhiên
có độ bão hòa thấp nên khả năng giảm thể tích tức thời (do thoát khí lỗ rỗng)
lớn hơn so với khi đất được bão hòa hoàn toàn (S tb1), nên Ed của đất (Stb2) <
(Stb1). Các loại đất yếu Ytb và Yhh3 có trạng thái và độ bão hòa gần như nhau nên
Ed có giá trị tương đương nhau. Tuy nhiên, Eo của đất (Yhh3) < (Ytb) là do trong
thành phần của đất Yhh3 có hàm lượng hữu cơ và hàm lượng hạt sét lớn hơn đất
Ytb.


17

- Gmax được xác định bằng các công thức thực nghiệm nên kết quả có độ
chính xác không cao; thêm vào đó, kết quả thí nghiệm ba trục chịu ảnh hưởng
của xáo động mẫu và các loại đất không ở trạng thái bão hòa hoàn toàn nên tỷ
số Gd/Gmax thấp hơn so với lý thuyết.
Phân tích đặc điểm biến dạng động của đất theo giai đoạn biến dạng:
Biến dạng động của các loại đất trong khu vực nghiên cứu được đánh giá
theo giai đoạn biến dạng dựa vào các đặc điểm: dạng biểu đồ biến dạng, dạng
vòng lặp, đường cong ứng suất - biến dạng và tỷ số áp lực nước lỗ rỗng. Đặc
điểm biến dạng động trong từng giai đoạn như sau:
Giai đoạn đàn hồi: về mặt lý thuyết, vòng lặp ứng suất – biến dạng là một
đường thẳng, hệ số giảm chấn D bằng không; giới hạn biến dạng đàn hồi
thường được lấy bằng 10-6 hay 10-4%;

Giai đoạn giả đàn hồi (biến dạng tuyến tính): các biểu đồ biến dạng và
vòng lặp đều có dạng 1; biên độ biến dạng giới hạn (a)gh của đất loại sét phổ
biến thay đổi từ 0,018% đến 0,030%, của đất yếu từ 0,025 % đến 0,040%, của
cát là 0,030%, phổ biến (a)gh = (0,020  0,030)%; tỷ số áp lực nước lỗ rỗng rất
nhỏ, Ru < (1  2)%. Ở giai đoạn này, hầu hết các loại đất có biến dạng dư rất
nhỏ.
Giai đoạn biến dạng phi tuyến: các biểu đồ biến dạng và vòng lặp có dạng
2 và 3; biên độ biến dạng giới hạn (a)gh ở giai đoạn này thay đổi từ 0,4% đến
1%, phụ thuộc vào độ bão hoà của đất, trong đó đất có mức độ bão hoà thấp thì
biến dạng lớn hơn đất bão hoà (giá trị (a)gh của đất Stb2 =1% > 0,5% của đất
Stb1); tỷ số áp lực nước lỗ rỗng Ru bắt đầu tăng đến vài phần trăm đối với đất
loại sét và Ru >10% đối với đất cát. Trong giai đoạn này, biến dạng dư lớn, độ
bão hoà càng thấp thì biến dạng dư càng lớn.
Ở mức độ biến dạng lớn: các biểu đồ biến dạng và vòng lặp đều có dạng
3; độ dốc đường cong ứng suất - biến dạng rất lớn; Biến dạng của đất tăng liên
tục đến vài phần trăm và đất bị phá huỷ. Vì vậy, trong giai đoạn này cần nghiên
cứu độ bền động của đất.
Phân tích sự biến đổi hệ số giảm chấn D theo giai đoạn biến dạng:
Theo lý thuyết, D = 0 ở giai đoạn biến dạng đàn hồi và D = 0,637 ở giai
đoạn biến dạng dẻo. Trong các giai đoạn giả đàn hồi và đàn hồi – dẻo, D tăng
theo mức độ biến dạng động. Kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Trong giai đoạn tuyến tính, hệ số giảm chấn D của các loại đất dao động
phổ biến trong khoảng (0,089 ÷ 0,115);
- Giai đoạn phi tuyến: hệ số giảm chấn D của đất loại sét thay đổi trong
khoảng (0,141 ÷ 0,223); D của đất cát ở mức thấp hơn, bằng (0,120 ÷ 0,128).
Nhìn chung, D phụ thuộc chủ yếu vào mức độ biến dạng động, đất có khả năng
nén chặt tức thời (phụ thuộc vào eo, độ bão hòa và thành phần) càng lớn thì D
càng lớn: các loại đất Cvp, Ctb, Svp có eo thấp nên D nhỏ; đất Yhh3 cũng có D khá
lớn (D = 0,200), do đất có hàm lượng hữu cơ lớn hơn các loại đất khác.

18

Ý nghĩa sử dụng của kết quả nghiên cứu quy luật biến đổi Ed và D đặc
trưng cho đất khu vực Hà Nội:
Kết quả xác định các chỉ tiêu biến dạng động đặc trưng cho giai đoạn giả
đàn hồi cho phép giải quyết bài toán mô hình ứng xử nền đất với tải trọng động
theo giả thiết “nền biến dạng tuyến tính tương đương”, sử dụng các chỉ tiêu đầu
vào (Ed, D) là hằng số tương ứng với mức độ biến dạng.
Kết quả xây dựng các quan hệ tương quan giữa Ed và D với biến dạng
động (các công thức từ 4.1 đến 4.6) cho phép giải bài toán mô hình ứng xử với
giả thiết nền biến dạng phi tuyến (chỉ tiêu đầu vào là hàm số). Khi đó, kết quả
nghiên cứu sẽ chính xác hơn.
Chương 5. Nghiªn cøu ®é bÒn ®éng b»ng thiÕt bÞ ba trôc
®éng
5.1. Kết quả nghiên cứu độ bền động của đất dính
Các mẫu đất được thí nghiệm với các cấp biên độ tải trọng động khác
nhau. Từ kết quả thí nghiệm, xây dựng các đồ thị quan hệ ứng suất, biến dạng,
tỷ số áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian. Dựa trên các đồ thị này, xây dựng được
các đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng theo chu kỳ và xác định được
biên độ ứng suất, cũng như tỷ số ứng suất tương ứng với các mức biến dạng
giới hạn bằng 0,5%; 1%; 2% và 5%. Từ đó xây dựng được các đường bao tỷ
sức kháng động và hệ số thực nghiệm (a và b) tương ứng với mức biến dạng
giới hạn khác nhau cho mỗi loại đất. Sau khi phân tích số liệu thí nghiệm, xác
định mức biến dạng phá hủy ban đầu (mẫu sẽ bị phá hủy nếu thời gian duy trì
ứng suất động đủ lâu) là a = 2%, biến dạng phá hủy là a = 5% (đất bị phá hủy
ở trị số ứng suất và thời gian đang xét).
Kết quả xác định hệ số thực nghiệm mô tả đường bao tỷ sức kháng động
cho các loại đất:
* Đất sét pha, xám vàng, dẻo cứng hệ tầng Thái Bình (Stb2)

- Giới hạn phá hủy ban đầu (2%): a = 0,231; b= 3,8 (s)
- Giới hạn phá hủy (5%): a = 0,258; b= 10,5 (s)
* Đất sét pha, xám đen, dẻo chảy hệ tầng Thái Bình (Ytb)
- Giới hạn phá hủy ban đầu (2%): a = 0,194; b= 1,4 (s)
- Giới hạn phá hủy (5%): a = 0,249; b= 1,9 (s)
* Đất sét hệ tầng Hải Hưng (Shh)
- Giới hạn phá hủy ban đầu (2%): a = 0,243; b= 1,6 (s)
* Đất sét pha, xám đen, dẻo chảy hệ tầng Hải Hưng (Yhh)
- Giới hạn phá hủy ban đầu (2%): a = 0,167; b= 1,5 (s)
- Giới hạn phá hủy (5%): a = 0,212; b= 2,0 (s)
* Đất sét pha, màu nâu đỏ loang lổ, nửa cứng – hệ tầng Vĩnh Phúc (Svp)
- Giới hạn biến dạng 0,5%: a = 0,636; b= 5 (s); (đã thí nghiệm với cấp
biên độ ứng suất lớn hơn 1,5 lần so với tải trọng động do động đất lớn nhất có


19

thể xảy ra trong khu vực, đất vẫn không bị phá hủy và biến dạng động lớn nhất
đạt được là 0,704%).
Ý nghĩa các hệ số thực nghiệm a, b: hệ số góc cắt a bằng với CSR tối
thiểu có thể gây ra phá hủy động (đạt đến giới hạn biến dạng phá hủy đã cho
khi thời gian tiến đến vô cùng); hệ số thời gian phá hủy động b tỷ lệ nghịch với
áp lực buồng (hệ số ) và tỷ lệ thuận với độ cản nhớt của đất (tỷ lệ nghịch với
o). Khi td = b, thì CSR = 1,74a. Như vậy, b được xem là khoảng thời gian để
biến dạng động của đất đạt tới biến dạng phá hủy ở tỷ số ứng suất CSR = 1,74a. 
5.2. Kết quả nghiên cứu khả năng hóa lỏng của đất rời
Khu vực nghiên cứu có nhiều loại đất rời có tuổi, nguồn gốc khác nhau.
Trong đó, đất cát hạt mịn thuộc hệ tầng Thái Bình (Ctb) và Vĩnh Phúc (Cvp1) có
diện phân bố rộng và nhạy cảm với tác dụng của tải trọng động. Đây là loại đất
có khả năng bị hóa lỏng khi chịu tải trọng động. Vì vậy, nội dung phần này tập

trung nghiên cứu khả năng hóa lỏng của hai loại cát này.
Cát bị hóa lỏng khi Ru = 100% và xuất hiện biến đổi đột ngột của ứng
suất và biến dạng.
Các mấu cát được chế bị bằng phương pháp rót cát và đầm trong bộ dụng
cụ chế bị mẫu. Sau đó, mẫu được bão hòa bằng áp lực ngược và cố kết với cùng
áp lực buồng. Các mẫu được thí nghiệm với các cấp biên độ tải trọng động khác
nhau. Từ kết quả thí nghiệm, tiến hành xử lý kết quả thí nghiệm, xây dựng các
đồ thị quan hệ ứng suất, biến dạng, tỷ số áp lực nước lỗ rỗng theo chu kỳ gia
tải. Điểm hóa lỏng được xác định dựa trên phân tích các độ thị này.
5.2.1. Kết quả nghiên cứu hóa lỏng của đất cát mịn hệ tầng Thái Bình (Ctb)
Mẫu được thí nghiệm ở độ chặt Dr = 0,53 ± 0,2 (trạng thái chặt vừa). Kết
quả thí nghiệm cho thấy các mẫu bị hóa lỏng ở mức biến dạng tương đối bằng
(5 ÷ 8)% và biên độ biến dạng biến đổi từ (1,5÷3)%. Các hệ số thực nghiệm đặc
trưng đường bao hóa lỏng của cát Ctb là; a = 0,315; b = 10s.
5.2.2. Kết quả nghiên cứu hóa lỏng của đất cát hệ tầng Vĩnh Phúc
Cát mịn (Cvp1): Độ chặt của các mẫu được chế bị thành hai loại: 3 mẫu
Cvp1-1, Cvp1-3, Cvp1-5 ở trạng thái xốp (Dr = 0,26 ± 0,1) và 2 mẫu Cvp1-2, Cvp1-4
ở trạng thái chặt vừa (Dr = 0,35). Kết quả cho thấy: ở thời điểm hóa lỏng, biến
dạng tương đối bằng từ (4 ÷ 6)% và biên độ biến dạng biến đổi từ (3 ÷ 4)%; các
hệ số thực nghiệm đặc trưng đường bao hóa lỏng của cát Cvp1 (ở trạng thái xốp)
là a = 0,185, b= 3,5s; với đất ở trạng thái chặt vừa (Dr = 0,35), a = 0,221; b = 5s.
Cát vừa (Cvp2): được thí nghiệm với điều kiện ứng suất mô phỏng điều
kiện thực tế; độ chặt đạt được của mẫu Cvp2 là Dr = 0,802. Kết quả thí nghiệm
cho thấy: tỷ số áp lực nước lỗ rỗng lớn nhất (Rumax) đạt được là 95% ở chu kỳ
340; biến dạng của mẫu là biến dạng kéo (a <0) do áp lực nước lỗ rỗng làm cát
chặt bị nở ra; ở thời điểm Rumax thì a = -5%. Như vậy, cát vừa ở trạng thái chặt
(Dr = 0,802) của hệ tầng Vĩnh Phúc không bị phá hủy động theo hình thức hóa
lỏng

20

5.3. Diễn giải và bàn luận kết quả nghiên cứu
5.3.1. Một số quy luật biến đổi các hệ số thực nghiệm độ bền động của đất
dính
Kết quả xác định các hệ số thực nghiệm độ bền động cho thấy: a tăng
theo ngưỡng biến dạng phá hủy nhưng mức độ tăng không đáng kể từ ngưỡng
biến dạng phá hủy ban đầu đến ngưỡng biến dạng phá hủy cực hạn. Ở cùng
ngưỡng biến dạng, đất có cường độ lớn hơn có a lớn hơn và ngược lại: a (S vp) >
a (Stb) > a (Shh) > a (Y); vì hệ số a, về bản chất là hàm số tan của góc cắt giới
hạn, nên a phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong của đất:  (Svp) = 21o > 
(Stb) = 14o20’ >  (Shh)= 10o02’ >  (Y) = (8 ÷ 9)o. Hệ số a không phụ thuộc
trực tiếp vào điều kiện ứng suất ban đầu. Hệ số b phản ánh khả năng kháng nhớt
của đất và biểu hiện ở độ trễ của biến dạng, nên b tăng theo ngưỡng biến dạng.
Ở cùng một ngưỡng biến dạng, đất có cường độ lớn hơn có b lớn hơn và ngược
lại (đất tốt có khả năng chống rão lâu hơn): b (Svp) > b (Stb) > b (Shh) > b (Y).
Quy luật này được giải thích như sau:
+ Đất có lực dính kết lớn, đồng nghĩa với sức cản nhớt lớn dẫn tới hệ số b
lớn;
+ Hệ số rỗng của các loại đất: eo (Svp) = 0,661< eo (Stb) = 0,776 < eo (Shh) =
0,945 < eo (Y) = (1,270 ÷ 1,456). Hệ số rỗng của đất càng lớn thì biến dạng tức
thời của đất càng tăng, dẫn tới biến dạng động nhanh đạt tới ngưỡng biến dạng
giới hạn (b càng nhỏ);
Hệ số b tỷ lệ nghịch (bậc nhất) với áp lực buồng (hay áp lực địa tầng).
5.3.2. Quy luật biến đổi các hệ số thực nghiệm hóa lỏng của đất rời theo độ
chặt
Ý nghĩa và quy luật biến đổi của các hệ số a, b cũng tương tư như đất
dính. Nếu xem hai loại cát Ctb và Cvp tương đồng về thành phần hạt (đều là cát
mịn) và bỏ qua yếu tố tuổi, có thể xác định được quy luật biến đổi các hệ số a, b
theo độ chặt Dr như hình 5.29. Theo đó, đất càng chặt thì a, b đều lớn. Quan hệ

tỷ lệ thuận giữa a, b với Dr gần như đường thẳng. Dựa vào biểu đồ trên hình
5.29, có thể dễ dàng xác định được các hệ số a, b cho đất cát mịn ở các độ chặt
khác nhau (trong khoảng Dr = 0,26 ÷ 0,53).
12

b (s)

a 0.35

Hệ số b
Hệ số a

10

0.30
0.25

8

0.20

6

0.15

4

0.10

2

0.05

0
0.2

0.25

0.3

0.35
0.4
Độ chặt Dr

0.45

0.5

Hình 5.29. Biến đổi các hệ số a, b theo Dr

0.00
0.55


21

5.3.3. Đặc điểm phá hủy của cát ở các độ chặt khác nhau
Theo kết quả thí nghiệm cát mịn (Ctb, Cvp1) và cát vừa (Cvp2) ở các độ chặt
khác nhau (chặt, chặt vừa và xốp), có thể thấy đặc điểm phá hủy động của cát ở
các độ chặt khác nhau như sau:

- Đất cát mịn ở trạng thái xốp (Dr = 0,26): ban đầu, sự gia tăng Ru có
diễn biến chậm, biên độ ứng suất và biên độ biến dạng không có sự thay đổi
đáng kể; khi Ru bằng khoảng 60%, biên độ ứng suất bắt đầu sụt giảm và biên độ
biến dạng tăng nhanh; khi Ru bằng 100%, biên độ biến dạng đạt tới giá trị lớn
nhất bằng từ (3 ÷ 4)%. Có sự gia tăng Ed trong vài chu kỳ đầu do cát được nén
chặt lại, sau đó áp lực nước lỗ rỗng tăng làm Ed bị sụt giảm nhanh chóng đến
bằng không khi Ru = 100%. Như vậy, đất cát mịn ở trạng thái xốp bị hóa lỏng
hoàn toàn khi Ru =100%;
- Đất cát mịn ở trạng thái chặt vừa (Dr = 0,53 ± 0,2): kết quả thí nghiệm
cho thấy sự gia tăng Ru và biên độ biến dạng, đồng thời là sự suy giảm biên độ
ứng suất xảy ra ngay khi gia tải; khi Ru bằng 100%, biên độ biến dạng đạt tới
giá trị lớn nhất bằng từ (1,5÷3)%. Ở độ chặt này, Ed của đất giảm nhanh ngay
khi gia tải động và xuống tới trị số thấp nhất bằng khoảng 100kPa khi R u =
100%. Như vậy, có thể xem đất bị hóa lỏng khi Ru = 100% (lúc này, trạng thái
của đất chỉ tương đương như đất bùn). Trạng thái hóa lỏng của mẫu còn giữ
được sau khi kết thúc thí nghiệm;
- Ở trạng thái chặt, đất cát mịn (Ctb-4, Dr =0,70) và cát vừa (Cvp2, Dr
=0,802) bị phá hủy động không theo hình thức hóa lỏng. Trong đó, biến dạng
động của cát vừa ở trạng thái chặt là biến dạng kéo (nở ra).
5.3.4. Ý nghĩa thực tế của kết quả nghiên cứu độ bền động trong tính toán ổn
định nền đất chịu tải trọng động khu vực nghiên cứu
Đường bao tỷ sức kháng động (hay hóa lỏng) có ý nghĩa đặc biệt quan
trọng trong đánh giá ổn định nền đất dưới móng công trình có tải trọng động.
Điều kiện ổn định của một điểm trong nền đất dưới tác dụng của ứng suất động
được đánh giá dựa vào đường cong này. Theo đó, điểm đang xét mất ổn định
(hay bị hóa lỏng) nếu CSR > CSRgh, nghĩa là điểm trạng thái ứng suất nằm phía
trên đường cong tỷ sức kháng động. Sử dụng kết quả nghiên cứu độ bền động
và hóa lỏng của các loại đất khu vực nghiên cứu, tác giả đã dự báo nguy cơ mất
ổn định của các loại đất nền đặc trưng trong cấu trúc nền đất khu vực Hà Nội
khi công trình chịu động đất dựa trên điều kiện bất lợi nhất như bảng 5.18.

Kết quả tính toán trong bảng 5.18 cho thấy:
- Ở những điểm trong nền đất chỉ có ứng suất bản thân, động đất chỉ gây
ra CSR = (0,06 ÷ 0,07). Trong khoảng CSR này và nhỏ hơn, biến dạng động
của tất cả các loại đất trong vùng nghiên cứu là biến dạng đàn hồi và biến dạng
tuyến tính (thuộc mức độ biến dạng nhỏ);
- Trong các điều kiện đã cho (có tải trọng công trình), các lớp cát mịn ở
độ chặt Dr ≤0,35 (lớp 3 - hệ tầng Thái Bình và lớp 7 – hệ tầng Vĩnh Phúc) đều
bị hóa lỏng, trong khi các lớp đất loại sét và cát mịn có Dr = 0,53 vẫn ổn định;


22

Bảng 5.18. Kết quả tính toán và đánh giá ổn định của các loại đất xung quanh thân
cọc khi công trình chịu động đất có agr = 0,1097
Ứng suất cắt
Tỷ số CSR
Tỷ sức kháng động
(kPa)
Độ
Lớp
sâu
Giới hạn Giới hạn phá Đánh giá
Tĩnh Động
đất
(m)
Động Tổng ban đầu
hủy
d

CSRgh1

CSRgh2
1
3
4
4
0.07 0.14
0,28
0,46
Ổn định
2
10
8
7
0.06 0.13
0,21
0,27
Ổn định
0,56 (Dr=0,53) Ổn định
3
10 34
7
0.06 0.36
0,28 (Dr=0,35) Hóa lỏng
0,22 (Dr=0,26) Hóa lỏng
4
5
10
5
0.07 0.20
0,25

Ổn định
5
5
6
5
0.07 0.15
0,17
0,23
Ổn định
6
3
35
4
0.07 0.70
0,8
Ổn định
0,56 (Dr=0,53) Ổn định
7
12 34
8
0.06 0.32
0,28 (Dr=0,35) Hóa lỏng
0,22 (Dr=0,26) Hóa lỏng

- Kết quả đánh giá ổn định trong bảng 5.18 là đánh giá ổn định cho điểm
ở một độ sâu và trong điều kiện đã cho. Khi các điều kiện đầu vào thay đổi thì
kết quả đánh giá ổn định sẽ khác, chẳng hạn: lớp cát mịn có D r = 0,53 sẽ bị hóa
lỏng khi phân bố ở độ sâu 5m (CSR = 0,56 = CSRgh); ngược lại ở độ sâu 15m,
cát mịn có Dr = 0,35 không bị hóa lỏng (CSR = 0,27 < CSRgh); ở cùng độ sâu
10m, đất cát mịn có Dr >0,42 sẽ có CSRgh > CSR = 0,36 nên không bị hóa lỏng.

Trong thực tế, cọc thường được thiết kế xuyên qua nhiều lớp đất khác nhau và ở
các độ sâu khác nhau, nên việc đánh giá ổn định tổng thể của móng cọc chỉ
được thực hiện khi giải bài toán mô hình ứng xử hệ nền – cọc.


23

KÕt luËn vµ KiÕn nghÞ
Kết luận
1) Biến dạng động của các loại đất trong phạm vi nghiên cứu được chia thành
bốn giai đoạn là đàn hồi, giả đàn hồi (tuyến tính), đàn hồi – dẻo (phi tuyến)
và dẻo (trượt). Trong đó, ba giai đoạn đầu được nghiên cứu theo bài toán biến
dạng. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy:
- Giai đoạn đàn hồi: biến dạng động nhỏ hơn 10-4%; mô đun trượt động ở trị
số lớn nhất (Gmax); vòng lặp ứng suất - biến dạng có diện tích bằng không (là
một đoạn thẳng), hệ số giảm chấn D bằng không;
- Giai đoạn giả đàn hồi: các biểu đồ biến dạng và vòng lặp thuộc dạng 1; biên
độ biến dạng giới hạn tuyến tính (a)gh của đất loại sét phổ biến thay đổi từ
0,018% đến 0,030%, của đất yếu từ 0,025 % đến 0,040%, của cát là 0,030%,
phổ biến (a)gh 0,020  0,030%; hệ số giảm chấn D của các loại đất dao động
phổ biến trong khoảng 0,089 ÷ 0,115;
- Giai đoạn đàn hồi – dẻo: các biểu đồ biến dạng và vòng lặp có dạng 2 và 3;
biên độ biến dạng giới hạn (a)gh ở giai đoạn này thay đổi từ 0,4% đến 1%; hệ
số giảm chấn D của đất loại sét thay đổi trong khoảng 0,141 ÷ 0,223 và D của
đất cát ở mức thấp hơn, bằng 0,120 ÷ 0,128
2) Tương quan giữa các mô đun đặc trưng cho biến dạng của các loại đất như
sau: đất yếu (hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng) có Gd-tt = (0,17 ÷ 0,22)Gmax, Gdpt = (0,06 ÷ 0,07)Gmax, và Ed-tt = 5,6 ÷ 8,1 Eo; đất sét pha - dẻo cứng hệ tầng
Thái Bình có Gd-tt = 0,10 Gmax; Gd-pt = 0,03Gmax; và Ed-tt = 2,1Eo; đất sét-dẻo
mềm hệ tầng Hải Hưng có Gd-tt = 0,12Gmax, Gd-pt = 0,03Gmax, và Ed-tt = 2,5Eo;
đất sét pha - nửa cứng hệ tầng Vĩnh Phúc có Gd-tt = 0,35Gmax, Gd-pt =

0,10Gmax, và Ed-tt = 2,2Eo; đất cát mịn của hệ tầng Thái Bình và Vĩnh Phúc có
Gd-tt = (0,33 ÷ 0,43)Gmax; Gd-pt = 0,22Gmax; và Ed-tt = (3,9 ÷ 4,6)Eo. Ở cùng
mức biến dạng, mô đun biến dạng động nói chung của đất Svp > Stb > Shh >
Ytb > Yhh;
3) Đặc trưng biến dạng động của đất trong phạm vi nghiên cứu biến đổi theo
mức độ biến dạng với quy luật khá rõ: ở ngưỡng biên độ biến dạng 0,01%,
đất sét - sét pha có Ed-tt(0,01) = 40±10 Mpa (cận dưới tương ứng trạng thái dẻo
chảy, cận trên là dẻo cứng), D(0,01) = 0,1 ± 0,02; ở khoảng giới hạn biến dạng
tuyến tính (a ≈ 0,03%) thì Ed-tt(0,03) = 0,62Ed-tt(0,01); D(0,03) = 1,45D(0,01); khi đất
chuyển sang giai đoạn biến dạng trượt, Ed-tr = 0,06Ed-tt(0,01); Dtr = 2D(0,01). Kết
quả nghiên cứu này cho phép giải quyết bài toán mô hình ứng xử nền đất với
tải trọng động theo giả thiết nền biến dạng tuyến tính tương đương (chỉ tiêu
động học đầu vào là hằng số). Quy luật biến đổi đặc trưng biến dạng động
theo thành phần và trạng thái của đất được mô tả bởi các hàm tương quan
(các công thức từ 3.3 đến 3.8), cho phép giải bài toán mô hình ứng xử với giả
thiết nền biến dạng phi tuyến (chỉ tiêu đầu vào là hàm số).
4) Tỷ số áp lực nước lỗ rỗng Ru của đất loại sét nhỏ hơn 1% ở giai đoạn giả đàn
hồi và tăng đến vài phần trăm ở giai đoạn đàn hồi - dẻo; với đất cát, Ru = (1 –