Nghiên cứu đặc tính cơ học của đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng. (LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỒNG TRƯỜNG

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỒNG TRƯỜNG

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

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 62-58-60-01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS NGUYỄN HỮU THÁI

2. TS NGUYỄN TIẾP TÂN

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ
bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn
tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy
định.
Tác giả luận án

Nguyễn Hồng Trường

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình
của các Thầy và các bạn bè đồng nghiệp, Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu đặc tính
cơ học của đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng”
đã được hoàn thành.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng đào tạo Đại học và
Sau đại học, Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Trường Đại học Thuỷ Lợi
đã giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong thời gian thực hiện Luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Nguyễn Hữu Thái và TS Nguyễn
Tiếp Tân là hai Thầy hướng dẫn trực tiếp, hai Thầy đã dành nhiều công sức, trí
tuệ đóng góp cho luận án này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS Trịnh Minh Thụ, PGS.TS Hoàng Việt

Hùng, GS. Nguyễn Công Mẫn, PGS.TS Đoàn Thế Tường, PGS.TS Vương Văn
Thành, PGS.TS Bùi Văn Trường, TS. Nguyễn Quang Tuấn. Xin cảm ơn các
Thầy đã có những đóng góp quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện luận
án.
Tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ tác
giả trong quá trình học tập và thực hiện luận án.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, chắc chắn luận án không tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả kính mong các Thầy Cô chỉ bảo, các đồng nghiệp đóng
góp ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................................. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................................... xi
DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ.................................................... xiv
CÁC KÝ HIỆU ............................................................................................................................ xiv
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu......................................................................................................................... 3
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu....................................................................................................... 3
4. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................................................... 3
5. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................................. 4
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ......................................................................................................... 5
7. Bố cục của luận án ............................................................................................................................. 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG XỬ LÝ

NỀN ĐẤT YẾU .............................................................................................................................. 8
1.1 Đặc điểm chung về đất yếu của Việt Nam.................................................................................. 8
1.1.1 Khái niệm về đất yếu..................................................................................................... 8
1.1.2 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Bắc Bộ ............................................................. 9
1.1.3 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Nam Bộ.......................................................... 11
1.1.4 Những vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu ................................ 12
1.2 Xử lý nền đất yếu bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng ...................................................... 15
1.2.1 Các loại phương tiện thoát nước thẳng đứng.............................................................. 15
1.2.2 Bấc thấm và các thông số dùng trong tính toán bấc thấm.......................................... 17
1.3 Lý thuyết cố kết không gian đối xứng trục................................................................................ 18
1.3.1 Lý thuyết cố kết theo Carrilo (1942)........................................................................... 19
1.3.2 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng (Barron, 1948)..................................................... 19
1.3.3 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981)................................... 20
1.4 Phương pháp gia tải trước xử lý nền đất yếu ............................................................................ 22
iii


1.4.1 Đặc điểm nén lún của đất yếu ..................................................................................... 22
1.4.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng phương pháp gia tải trước ......................................... 23
1.4.3 Nguyên lý tổng quát gia tải trước................................................................................ 23
1.4.4 Lún cố kết sơ cấp dưới tác dụng của tải trọng gia tải trước........................................ 24
1.4.5 Xác định tải trọng gia tải và thời gian gia tải .............................................................. 25
1.5 Các phương pháp giải bài toán cố kết ........................................................................................ 26
1.5.1 Phương pháp đồ giải.................................................................................................... 26
1.5.2 Phương pháp giải tích.................................................................................................. 27
1.5.3 Phương pháp số ........................................................................................................... 27
1.6 Nghiên cứu và ứng dụng giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu ................... 28
1.6.1 Nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới ........................................................................ 28
1.6.2 Nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam....................................................................... 29
1.6.3 Các nghiên cứu về đặc tính cơ học của đất................................................................. 31

1.7 Các thành tựu đã đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu ............................................................ 35
1.8 Những vấn đề còn tồn tại.............................................................................................................. 36
1.8.1 Những tồn tại trong đánh giá hiệu quả xử lý nền ....................................................... 36
1.8.2 Những tồn tại trong đánh giá các đặc trưng cơ học của đất ....................................... 36
1.8.3 Những tồn tại trong áp dụng mô hình số tính toán..................................................... 37
1.9 Hướng nghiên cứu của luận án.................................................................................................... 38
1.10 Kết luận Chương 1 ...................................................................................................................... 38
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NỀN SÉT YẾU ĐƯỢC GIA TẢI
TRƯỚC KẾT HỢP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG............................................................. 40
2.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................................................... 40
2.3 Các trường hợp thí nghiệm mô hình .......................................................................................... 41
2.4 Thiết kế mô hình vật lý ................................................................................................................. 42
2.4.1 Cấu tạo mô hình........................................................................................................... 42
2.4.2 Chuẩn bị nền đất trong mô hình vật lý........................................................................ 43
2.4.3 Vật liệu dùng trong MHVL (bấc thấm, vải địa kỹ thuật,...)....................................... 44
2.4.4 Bố trí thiết bị quan trắc trong mô hình vật lý .............................................................. 46
2.4.5 Xác định tải trọng gia tải cho MHVL ......................................................................... 49
2.4.6 Tính toán giá trị đo ALNLR ....................................................................................... 52
2.5 Kết quả quan trắc mô hình vật lý ................................................................................................ 52
iv


2.5.1 Kết quả quan trắc lún tại MHVL ................................................................................ 53
2.5.2 Kết quả quan trắc ALNLR tại MHVL ....................................................................... 53
2.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nền đất yếu thông qua độ cố kết...................................................... 56
2.6.1 Quá trình cố kết của đất dính bão hòa nước ............................................................... 56
2.6.2 Phương pháp xác định độ cố kết theo áp lực nước lỗ rỗng........................................ 57
2.6.3 Phương pháp xác định độ cố kết theo số liệu quan trắc lún ....................................... 58
2.7 Đánh giá độ cố kết của nền đất mô hình vật lý......................................................................... 61
2.7.1 Độ cố kết theo phương pháp ALNLR ........................................................................ 61

2.7.2 Độ cố kết theo phương pháp dự báo lún..................................................................... 61
2.8 Đánh giá độ cố kết dựa trên số liệu quan trắc của một số công trình thực tế ...................... 62
2.8.1 Dự án nhà máy nhiệt điện Long Phú 1 ....................................................................... 62
2.8.2 Dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai ..................................................................... 63
2.8.3 Dự án đường Tân Vũ - Lạch Huyện, Hải Phòng ....................................................... 64
2.9 Phân tích nguyên nhân dẫn đến sai khác giữa các phương pháp đánh ĐCK ..................... 66
2.9.1 Đối với phương pháp dự báo lún ................................................................................ 66
2.9.2 Đối với phương pháp xác định theo áp lực nước lỗ rỗng........................................... 67
2.10 Đề nghị đánh giá ĐCK tại điểm có ALNLR, độ lún lớn nhất trung bình........................ 68
2.11 Kết luận Chương 2 ...................................................................................................................... 70
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT SÉT YẾU................. 71
3.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................................................... 71
3.2 Các đặc trưng vật lý của đất ......................................................................................................... 72
3.3 Đặc trưng cho khả năng thấm của đất (hệ số thấm) ................................................................ 73
3.3.1 Hệ số thấm theo phương đứng kv ............................................................................... 73
3.3.2 Hệ số thấm theo phương ngang kh .............................................................................. 74
3.4 Đặc trưng biến dạng và các thông số độ bền của đất............................................................... 74
3.4.1 Thí nghiệm nén ba trục (CU) ...................................................................................... 75
3.4.2 Kết quả thí nghiệm ...................................................................................................... 77
3.5 Đặc trưng khả năng cố kết của đất (hệ số cố kết)..................................................................... 77
3.5.1 Hệ số cố kết theo phương đứng Cv ............................................................................ 77
3.5.2 Hệ số cố kết theo phương ngang Ch............................................................................ 80
3.6 Đặc trưng cố kết trước của đất (áp lực tiền cố kết p) ............................................................. 80
v


3.7 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nén Cc ........................................................................... 82
3.7.1 Xác định chỉ số nén Cc từ thí nghiệm nén cố kết........................................................ 82
3.7.2 Các hàm dự báo chỉ số nén Cc.................................................................................... 82
3.7.3 Lựa chọn hàm dự báo phù hợp cho các vùng đồng bằng của Việt Nam .................. 83

3.8 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nở Cs ............................................................................. 86
3.8.1 Xác định chỉ số nở Cs từ thí nghiệm nén cố kết.......................................................... 86
3.8.2 Chỉ số nở Cs ước lượng theo kinh nghiệm.................................................................. 86
3.9 Đặc trưng sức kháng cắt không thoát nước của đất Su............................................................ 87
3.9.1 Dạng biểu đồ Su theo chiều sâu................................................................................... 87
3.9.2 Xác định trực tiếp Su bằng thí nghiệm hiện trường và trong phòng .......................... 87
3.9.3 Các hàm dự tính sức chống cắt không thoát nước của đất được gia tải trước........... 89
3.9.4 Đánh giá mức độ chính xác của một số hàm dự báo Su............................................. 92
3.9.5 Đề xuất công thức tính sức chống cắt không thoát nước của đất được gia tải trước. 99
3.9.6 Áp dụng tính toán kiểm nghiệm công thức đề xuất ................................................. 105
3.10 Kết luận Chương 3 ....................................................................................................................108
CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐẤT PHÙ HỢP CHO PHÂN TÍCH CỐ KẾT
THOÁT NƯỚC NỀN SÉT YẾU .............................................................................................. 110
4.1 Đặt vấn đề .....................................................................................................................................110
4.2 Các mô hình đất ...........................................................................................................................111
4.2.1 Mô hình đàn hồi (Linear Elastic) .............................................................................. 111
4.2.2 Mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng (Mô hình Mohr-Coulomb) ................................... 113
4.2.3 Mô hình đàn - dẻo tăng bền (Mô hình Hardening Soil).......................................... 115
4.2.4 Mô hình đàn - dẻo biến cứng (MH Cam-Clay và Cam - Clay cải tiến) ................. 116
4.2.5 Mô hình đàn - dẻo giảm bền (Mô hình Soft Soil) .................................................... 120
4.3 Nghiên cứu bài toán phẳng cố kết thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm.......................121
4.4 Lựa chọn mô hình đất phù hợp cho phân tích cố kết thoát nước nền sét yếu ...................123
4.4.1 Các loại đất yếu được nghiên cứu............................................................................. 123
4.4.2 Đặc điểm quan hệ ứng suất - biến dạng của đất sét yếu........................................... 123
4.4.3 Nhận định các mô hình đất có thể phù hợp .............................................................. 127
4.4.4 Mô phỏng MHVL bằng phần mềm Plaxis với các mô hình đất ............................. 127
4.4.5 Kết quả phân tích cố kết và đề xuất mô hình đất phù hợp ....................................... 130
4.5 Kiểm nghiệm tính toán mô hình đất Cam clay cải tiến với các công trình thực tế ..........133
vi

4.5.1 Dự án đường Tân Vũ, Lạch Huyện - Hải Phòng ..................................................... 133
4.5.2 Dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai .................................................................. 136
4.6 Kết luận Chương 4 ......................................................................................................................139
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 141
1. Những kết quả đã đạt được của luận án .....................................................................................141
2. Những đóng góp mới của luận án ..............................................................................................142
3. Những tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo...........................................................................143
4. Kiến nghị .........................................................................................................................................143
CÁC TÀI LIỆU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............ 144
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 145
PHỤ LỤC A. KẾT QUẢ QUAN TRẮC MÔ HÌNH VẬT LÝ .............................................. 151
Phụ lục A1. Quan trắc tại các độ sâu 25, 50, 75 cm ở vị trí cách bấc thấm 15 cm .................151
Phụ lục A2. Quan trắc tại các độ sâu 25, 50, 75 cm ở vị trí cách bấc thấm 50 cm .................153
PHỤ LỤC B. CHỈ SỐ NÉN CC THEO CÁC HÀM DỰ BÁO ............................................... 155
Phụ lục B1. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (MHVL) ............................155
Phụ lục B2. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Cầu Giẽ - Ninh Bình) ....156
Phụ lục B3. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Hà Nội - Hải Phòng)......157
Phụ lục B4. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Oriental Landmark) .......157
Phụ lục B5. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Nội Bài - Lào Cai)..........158
Phụ lục B6. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Lạch Huyện- Hải Phòng) ....159
Phụ lục B7. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Tam Hòa- Nam Định) ...164
Phụ lục B8. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Cầu Kim Cương-Sài Gòn)..165
Phụ lục B9. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Long Phú 1, Sóc Trăng) 166
Phụ lục B10. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (LPG lạnh Thị Vải) .......169
Phụ lục B11. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Đồng Tháp)...................170
Phụ lục B12. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Kè Cần Thơ) .................171
Phụ lục B13. Chỉ số nén Cc theo các hàm dự báo và TN trực tiếp (Thốt Nốt, Cần Thơ) .....171
PHỤ LỤC C. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG ..................................... 172
Phụ lục C1. Kết quả thí nghiệm nén cố kết.......................................................................................172

Phụ lục C2. Kết quả thí nghiệm nén ba trục (CU) ...........................................................................185

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Địa chất công trình đồng bằng Bắc Bộ ......................................................... 9
Hình 1-2. Địa chất công trình đồng bằng Nam Bộ...................................................... 11
Hình 1-3. Cấu tạo xử lí nền đất yếu bằng thoát nước thẳng đứng ............................... 17
Hình 1-4. Đường kính tương đương của bấc thấm ..................................................... 18
Hình 1-5. Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm ......................................................... 18
Hình 1-6. Sơ đồ bấc thấm thoát nước đứng xét đến vùng xáo trộn ............................. 21
Hình 1-7. Nguyên tắc chất tải trước ........................................................................... 23
Hình 1-8. Đường cong lún theo thời gian dưới tải trọng gia tải .................................. 24
Hình 1-9. Biểu đồ  'f /  'p theo U với các giá trị khác nhau của  'p /  0' ............... 26
Hình 1-10. Quan hệ độ cố kết và Tv ........................................................................... 26
Hình 1-11. Xử lý nền đất yếu dự án đường cao tốc Hà Nội-Hải Phòng ...................... 29
Hình 1-12. Mặt cắt ngang điển hình đường Thủ Thiêm .............................................. 30
Hình 2-1. Các trường hợp nghiên cứu MHVL và vị trí các điểm quan trắc................. 42
Hình 2-2. Sơ đồ cấu tạo mô hình vật lý ...................................................................... 42
Hình 2-3. Chuẩn bị nền đất MHVL ............................................................................ 43
Hình 2-4. Mặt bằng bố trí bấc thấm ........................................................................... 45
Hình 2-5. Vibrating Wire Piezomete .......................................................................... 47
Hình 2-6. Thiết bị đọc dữ liệu và kết nối với máy tính bằng phần mềm Logview ....... 47
Hình 2-7. Portable Vibrating Wire Readout Box ........................................................ 48
Hình 2-8. Đồng hồ đo lún .......................................................................................... 49
Hình 2-9. Ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt của
đất nền mềm yếu ....................................................................................................... 51
Hình 2-10. Gia tải MHVL theo hai cấp tải trọng ........................................................ 52
Hình 2-11. Kết quả quan trắc lún theo thời gian ......................................................... 53

Hình 2-12. Kết quả quan trắc ALNLR theo thời gian ................................................. 54
Hình 2-13. Mô phỏng bằng PTHH đánh giá ảnh hưởng của giới hạn biên MHVL ..... 55
Hình 2-14. Biến thiên ALNLR dư và ứng suất hiệu quả theo gia tải tĩnh.................... 57
Hình 2-15. Phân tích dự báo lún theo phương pháp Asaoka ....................................... 59
Hình 2-16. Phân tích dự báo lún theo phương pháp Hyperbolic ................................. 60
Hình 2-17. Mặt bằng xử lý nền nhà máy nhiệt điện Long Phú 1, Sóc Trăng ............... 62
viii


Hình 2-18. Bản đồ vị trí đường Tân Vũ, Lạch Huyện................................................. 65
Hình 2-19. Sơ đồ bố trí quan trắc điển hình trong thực tế ........................................... 67
Hình 2-20. Sơ đồ bố trí quan trắc điển hình nền đắp trên đường thấm thẳng đứng ..... 67
Hình 3-1.Thí nghiệm thấm cột nước giảm dần ........................................................... 73
Hình 3-2. Đường ứng suất thí nghiệm nén ba trục CU ............................................... 76
Hình 3-3. Thực hành thí nghiệm trên máy nén ba trục (CU)....................................... 76
Hình 3-4. Xác định Cv theo phương pháp Logarit thời gian ....................................... 78
Hình 3-5. Thiết bị nén cố kết Oedometer ................................................................... 79
Hình 3-6. Xác định áp lực tiền cố kết p từ quan hệ e ~ lgp và lge ~ lgp ................... 81
Hình 3-7. Đường cong e ~ lgp và chỉ số nén .............................................................. 82
Hình 3-8. Dạng biểu đồ OCR và Su theo chiều sâu .................................................... 87
Hình 3-9. Thiết bị cắt cánh cầm tay (Model T0174/B1) ............................................. 88
Hình 3-10. Biểu đồ Su theo độ sâu ở các mức độ cố kết nền MHVL .......................... 89
Hình 3-11. Biểu đồ Su theo độ sâu ở các trạng thái cố kết của nền (MHVL) .............. 94
Hình 3-12. Biểu đồ Su với độ sâu theo kết quả dự tính và cắt cánh (Tân Vũ) ............. 96
Hình 3-13. Mặt bằng xử lý nền .................................................................................. 97
Hình 3-14. Biểu đồ Su với độ sâu theo kết quả dự tính và cắt cánh (Long Phú 1)....... 98
Hình 3-15. Sơ đồ cố kết thấm một hướng................................................................. 100
Hình 3- 16. Phân tích hồi quy kết quả tính toán theo công thức và cắt cánh ............. 101
Hình 3-17. Sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước của đất............................... 102
Hình 3-18. Đường bao thí nghiệm không thoát nước cho đất cố kết bình thương ..... 103

Hình 3-19. Xác định các thông số từ thí nghiệm ...................................................... 104
Hình 3-20. Biểu đồ Su theo kết quả công thức đề xuất và cắt cánh (MHVL) ............ 106
Hình 4-1. Quan hệ ứng suất ~ biến dạng đàn hồi tuyến tính ..................................... 111
Hình 4-2. Quan hệ ứng suất - biến dạng đàn hồi phi tuyến ....................................... 113
Hình 4-3. Quan hệ hyperbol giữa 1 và 3 ................................................................. 113
Hình 4-4. Quan hệ - đàn hồi-dẻo lý tưởng .......................................................... 114
Hình 4-5. Quan hệ - đàn - dẻo tăng bền .............................................................. 115
Hình 4-6. Các quan hệ thể tích, ứng suất và biến dạng trong MH Cam-Clay ............ 116
Hình 4-7. Quan hệ ứng suất-biến dạng trong các hệ tọa độ p’/q’ và lnp’/v ............... 118
Hình 4-8. Chiều dài tính toán bấc thấm theo các điều kiện thoát nước ..................... 122
Hình 4-9. Quan hệ ứng suất - biến dạng mẫu đất sét điển hình đồng bằng Bắc Bộ ... 125
ix


Hình 4-10. Quan hệ ứng suất - biến dạng mẫu đất sét đồng bằng Nam Bộ ............... 127
Hình 4-11. Thiết lập các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và phát sinh lưới PTHH 130
Hình 4-12. Phát sinh áp lực nước ban đầu, ứng suất ban đầu.................................... 130
Hình 4-13. So sánh kết quả lún giữa quan trắc và mô phỏng .................................... 131
Hình 4-14. So sánh áp lực nước lỗ rỗng giữa quan trắc và mô phỏng ....................... 132
Hình 4-15. ALNLR trong nền theo các đợt gia tải (MH đất Cam - Clay cải tiến) ..... 133
Hình 4-16. Thiết lập các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và phát sinh lưới PTHH 135
Hình 4-17. Kết quả quan trắc lún và mô phỏng đường Tân Vũ -Lạch Huyện ........... 136
Hình 4-18. Thiết lập các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và phát sinh lưới PTHH 138
Hình 4-19. Kết quả quan trắc lún và mô phỏng đường Nội Bài - Lào Cai ................ 139

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Các đặc trưng cơ lý của các loại đất yếu ...................................................... 8

Bảng 1-2. Trị số trung bình các chỉ tiêu cơ lý đất yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ .......... 10
Bảng 1-3. Trị số trung bình chỉ tiêu cơ lý đất yếu vùng đồng bằng Nam Bộ ............... 12
Bảng 1-4. Các sự cố công trình trên nền đất yếu ........................................................ 13
Bảng 1-5. So sánh các biện pháp xử lý đất yếu bằng thoát nước thẳng đứng .............. 16
Bảng 2-1 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất nền (ban đầu) .............................................. 44
Bảng 2-2. Giá trị sức chịu tải của đất dính ................................................................. 49
Bảng 2-3. Tải trọng đắp và nén trước của một số công trình ...................................... 50
Bảng 2-4. Các thông số xử lý nền MHVL và quá trình gia tải .................................... 51
Bảng 2-5. Độ lún các vị trí quan trắc tại thời điểm dừng quan trắc (t = 165 ngày) ...... 53
Bảng 2-6. ALNLR lớn nhất các vị trí quan trắc (giá trị đọc được tại t = 22 ngày) ...... 53
Bảng 2-7. Tính toán đánh giá ảnh hưởng của giới hạn biên MHVL ........................... 55
Bảng 2-8. Độ cố kết tính theo phương pháp ALNLR ................................................. 61
Bảng 2-9. Độ cố kết tính theo phương pháp dự báo lún.............................................. 62
Bảng 2-10. Đánh giá độ cố kết theo phương pháp áp lực nước lỗ rỗng....................... 63
Bảng 2-11. Đánh giá độ cố kết theo phương pháp dự báo lún Asaoka ........................ 63
Bảng 2-12. Thiết kế xử lý nền và thời gian thi công ................................................... 64
Bảng 2-13. Đánh giá độ cố kết theo các phương pháp khác nhau ............................... 64
Bảng 2-14. Thiết kế xử lý nền và thời gian thi công ................................................... 65
Bảng 2-15. Bố trí thiết bị quan trắc và tần suất đo ...................................................... 65
Bảng 2-16. Độ lún quan trắc và dự báo độ lún theo các phương pháp khác nhau ....... 66
Bảng 2-17. Đánh giá độ cố kết giai đoạn dỡ tải .......................................................... 66
Bảng 2-18. Phân tích ALNLR và độ lún tại các điểm trong nền bằng Plaxis .............. 68
Bảng 2-19. ĐCK trung bình của nền tại thời điểm t = 95 ngày (theo PP ALNLR) ...... 69
Bảng 2-20. Kết quả tính toán ĐCK tại các điểm đề xuất ............................................ 69
Bảng 3-1. Kết quả phân tích các chỉ tiêu vật lý trước và sau xử lý ............................. 72
Bảng 3-2. Khối lượng thí nghiệm trong phòng xác định các đặc trưng cơ học............ 73
Bảng 3-3. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm .................................................... 74
Bảng 3-4. Phạm vi giá trị tỷ số kh/kv tại hiện trường của đất dính mềm..................... 74
Bảng 3-5. Các sơ đồ thí nghiệm nén ba trục tương ứng với tình trạng thực tế ............ 75
xi

Bảng 3-6. Các thông số độ bền thu được từ thí nghiệm nén ba trục (CU) ................... 77
Bảng 3-7. Các giá trị gần đúng của chỉ số nén Cc ...................................................... 82
Bảng 3-8. Một số công thức dự báo chỉ số nén Cc ..................................................... 83
Bảng 3-9. Nghiên cứu địa chất điển hình các vùng đồng bằng của Việt Nam ............ 84
Bảng 3-10. Sai số trung bình của các hàm dự báo so với thí nghiệm trực tiếp (%) ..... 85
Bảng 3-11. Tỉ số Cc/Cs đất yếu các vùng đồng bằng của Việt Nam ........................... 86
Bảng 3-12. Trị số  tùy thuộc vào chỉ số dẻo PI ......................................................... 89
Bảng 3-13. Kết quả cắt cánh MHVL ứng với các trạng thái cố kết của nền ................ 89
Bảng 3-14. Giá trị hệ số áp lực nước lỗ rỗng Af theo loại đất..................................... 92
Bảng 3-15. So sánh Su theo các hàm khác nhau và thí nghiệm cắt cánh MHVL ........ 93
Bảng 3-16. Tải trọng gia tải trước .............................................................................. 95
Bảng 3-17. Kết quả tính Su với các hàm dự báo ở thời điểm U=50% (Tân Vũ)......... 95
Bảng 3-18. Kết quả tính Su ở thời điểm nền cố kết 94,4% (Tân Vũ-Lạch Huyện) ...... 96
Bảng 3-19. Tải trọng gia tải trước .............................................................................. 97
Bảng 3-20. Kết quả tính Su với các hàm dự báo ở thời điểm U=50% (Long Phú 1) .. 97
Bảng 3-21. Kết quả tính Su ở thời điểm nền cố kết 94,5% (Long Phú 1) .................... 98
Bảng 3- 22. Xác định m và α theo số liệu thí nghiệm ............................................... 100
Bảng 3- 23. Xác định m và α dựa trên số liệu cắt cánh MHVL ................................ 101
Bảng 3-25. Áp dụng công thức đề xuất tính Su cho nền MHVL............................... 105
Bảng 3-26. Kiểm nghiệm công thức đề xuất cho dự án Tân Vũ, U=50%.................. 106
Bảng 3-27. Kiểm nghiệm công thức đề xuất cho dự án Tân Vũ, U=94,4% ............... 107
Bảng 3-28. Kiểm nghiệm công thức đề xuất cho dự án Long Phú 1, U=50% ........... 107
Bảng 3-29. Kiểm nghiệm công thức đề xuất cho dự án Long Phú 1, U=94,5% ........ 108
Bảng 4-1. Các trạng thái của đất dính và đặc điểm nhận biết.................................... 123
Bảng 4-2. Các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu thí nghiệm ứng suất - biến dạng ............... 124
Bảng 4-3. Quy đổi hệ số thấm tương đương (kve) ..................................................... 128
Bảng 4-4. Các thông số mô hình lớp cát................................................................... 128
Bảng 4- 5. Thông số mô hình đất Soft Soil .............................................................. 128

Bảng 4-6. Thông số mô hình đất Cam - Clay cải tiến ............................................... 129
Bảng 4-7. Độ lún tại các vị trí độ sâu trong nền (cách bấc thấm 50 cm) ................... 132
Bảng 4-8. Trị số ALNLR tại các vị trí độ sâu nghiên cứu......................................... 133
Bảng 4-9. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền đường Tân Vũ, Lạch Huyện ...................... 134

xii


Bảng 4-10. Các thông số mô hình đất Mohr-Coulomb ............................................. 134
Bảng 4-11. Thông số mô hình đất Cam - Clay cải tiến ............................................. 134
Bảng 4-12 . Thông số mô hình đất Soft Soil............................................................. 135
Bảng 4-13. Thiết kế xử lý và thi công đắp đất đường Tân Vũ, Lạch Huyện ............. 136
Bảng 4-14. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền Nội Bài - Lào Cai .................................... 137
Bảng 4-15. Thông số mô hình đất Cam - Clay cải tiến ............................................. 137
Bảng 4-16. Thông số mô hình đất Soft Soil.............................................................. 137
Bảng 4-17. Thiết kế xử lý và thi công đắp đường Nội Bài - Lào Cai ........................ 138

xiii


DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
ALNLR

Áp lực nước lỗ rỗng

CU

Thí nghiệm nén ba trục cố kết không thoát nước

ĐCK

Độ cố kết

MHVL

Mô hình vật lý

OCR

Hệ số quá cố kết của đất

PTHH

Phần tử hữu hạn

PVD

Thiết bị thoát nước thẳng đứng

UU

Thí nghiệm nén ba trục không cố kết không thoát nước
CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

a

cm2/kG

c

kN/m2, kG/cm2

Ca

-

Chỉ số nén lún thứ cấp

Cc

-

Chỉ số nén lún

Ch

cm2/s, m2/s

Hệ số cố kết theo phương ngang

Cr

cm2/s, m2/s

Hệ số cố kết theo phương bán kính

Cs

-

Cv

cm2/s, m2/s

de

m, cm

Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm

ds

m, cm

Đường kính của vùng bị xáo trộn

dw

m, cm

Đường kính quy đổi của bấc thấm

E

kN/m2, kG/cm2

e0

Tên gọi
Hệ số nén lún của đất

Chỉ số nở
Hệ số cố kết phương thẳng đứng

Mô đun đàn hồi của đất
Hệ số rỗng ban đầu của đất

2

Cường độ lực dính

E0

2

kN/m , kG/cm

Mô đun biến dạng của đất

E50

kN/m2, kG/cm2

Mô đun đàn hồi cát tuyến

Fn

-

Hệ số khoảng cách bấc thấm

Fr

-

Hệ số kháng giếng

Fs

-

Hệ số vùng xáo trộn

g

m/s2

Gia tốc trọng trường
xiv


Ký hiệu

Đơn vị



T/m3, kN/m3

G, S

%

d

T/m3, kN/m3

Gs

-

w

T/m3, kN/m3



Độ

IL

-

Tên gọi
Trọng lượng thể tích tự nhiên
Độ bão hòa của đất
Trọng lượng thể tích khô

Tỷ trọng
Trọng lượng riêng của nước
Góc ma sát trong của đất
Độ sệt

kr

m/s, cm/s, m/ngày Hệ số thấm phương bán kính

ks

m/s, cm/s, m/ngày Hệ số thấm ngang vùng xáo trộn

kv

m/s, cm/s, m/ngày Hệ số thấm phương đứng

LL

%

Giới hạn chảy

LI

-

Chỉ số chảy



-

Hệ số nở hông

PL

%

Giới hạn dẻo

PI

%

Chỉ số dẻo
Lưu lượng yêu cầu cho bấc thấm

qw

Độ lún cố kết

Sc, St

m, cm

Su

kPa, kN/m2

Sức chống cắt không thoát nước



kPa, kN/m2

Ứng suất

p, pc

kPa, kN/m2

Áp lực tiền cố kết

t

ngày, giờ, giây

Tr , T v

-

u, umax, umin

kPa, kN/m2

W

%

Thời gian
Nhân tố thời gian
Áp lực nước lỗ rỗng
Độ ẩm

xv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta, nền đất yếu phân bố rộng ở đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu
Long, các vùng ven sông, ven biển. Đặc điểm của loại đất này là bão hòa nước, hệ số
rỗng lớn, khả năng chịu tải nhỏ, biến dạng lớn và kéo dài theo thời gian. Việc nghiên
cứu hiện tượng biến dạng cố kết thấm của nền đất dính mềm yếu có ý nghĩa quan trọng
trong công việc xây dựng các công trình hạ tầng. Trong tương lai nhu cầu phải giải
quyết đa dạng các bài toán xử lý nền đất yếu luôn tăng lên do quỹ đất dành cho xây
dựng hạn hẹp dần, các công trình không có sự lựa chọn nào khác là phải xây dựng trên
các nền đất yếu.
Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu, tùy thuộc vào điều kiện và đặc
điểm của mỗi công trình mà có thể lựa chọn biện pháp xử lý phù hợp. Với nền đất yếu
của các vùng có chiều dày đất yếu lớn, diện xử lý rộng, yêu cầu rút ngắn thời gian cố
kết lún, phương pháp xử lý nền bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng được xem là một
phương pháp xử lý hiệu quả.
Về lý thuyết, dùng bấc thấm là nhằm tăng nhanh độ cố kết của đất dưới tác dụng của
tải trọng nền đắp, do đó tăng nhanh được cường độ chống cắt của nền khiến cho tốc độ
đắp có thể tăng nhanh. Nhưng thực tế các sự cố công trình cho thấy, mặc dù được xử
lý bằng bấc thấm, nếu không khống chế tốc độ đắp hoặc không dự báo đúng tốc độ
tăng cường độ chống cắt của đất yếu thì sự mất cân bằng giữa tải trọng đắp với cường
độ chống cắt trong đất yếu vẫn sẽ xảy ra. Trong trường hợp đó có sử dụng bấc thấm
(và cả vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật trên nền đắp) thì cũng không có tác dụng và

việc lạm dụng các biện pháp đó trở nên lãng phí vô ích.
Quả đúng như vậy, các báo cáo về sự cố công trình, [1] cho thấy các sự cố công trình
vẫn xảy ra nhiều mặc dù nền được xử lý bằng bấc thấm, vì thế cần có nghiên cứu để
hoàn chỉnh phương pháp luận cho các bài toán thực tế về cố kết thoát nước. Các báo
cáo sự cố công trình cũng cho thấy tồn tại nhiều vấn đề trong công tác đánh giá, sai sót
trong thiết kế, quan trắc trong quá trình thi công để kiểm chứng các dự báo của thiết kế
được làm chưa tốt.

1


Từ đó, các vấn đề cấp thiết đặt ra cần nghiên cứu trong đề tài luận án là:
Thứ nhất, độ cố kết (ĐCK) của nền đất yếu cần phải có đánh giá chính xác để tránh
các sự cố do gia tải trước không thích đáng, hay đắp tăng tải nhanh vượt quá tốc độ cố
kết cần thiết, và đặc biệt phải có giải pháp bố trí thiết bị quan trắc sao cho vẫn đảm bảo
được yêu cầu kỹ thuật trong điều kiện hạn chế về số lượng thiết bị quan trắc.
Thứ hai, các sự cố công trình nguyên nhân do thiếu hiểu biết về các đặc trưng cơ học
của đất, đánh giá sai trạng thái của đất, các thông số về cường độ, sức chống cắt không
thoát nước của đất. Biết được chính xác sự gia tăng các đặc trưng về cường độ, sức
kháng cắt không thoát nước,…tại mọi thời điểm cố kết là yếu tố quan trọng để đưa ra
những ứng xử phù hợp với thực tế về gia tải trước, như tăng tải, dỡ tải hay qúa trình
chất tải công trình xây dựng trên nó. Để biết chính xác các thông số này, cách tốt nhất
là thí nghiệm hiện trường kiểm tra. Tuy nhiên việc này không phải lúc nào cũng thực
hiện được, vì vậy cần nghiên cứu về các hàm dự báo các đại lượng này thông qua các
chỉ tiêu cơ lý ban đầu đơn giản khác.
Thứ ba, về phương pháp tính toán cố kết. Phương pháp phần tử hữu hạn được biết đến
như là một phương pháp số được sử dụng để dự báo ổn định và biến dạng của đất nền.
Ưu điểm của phương pháp này là ứng xử của đất có thể mô phỏng tương đối chính xác
và hợp lý trong quá trình thi công đào, đắp đất. Hiện nay các phần mềm phổ biến trong
tính toán địa kỹ thuật trên thế giới và ở nước ta như: Plaxis, Geo-Slope, Sage crisp.

Các phần mềm này đòi hỏi người dùng phải lựa chọn phù hợp các mô hình đất và xác
định đúng đắn các đặc trưng tính toán của đất dùng cho mô hình.
Trên thế giới và ở Việt Nam đã có những nghiên cứu về lựa chọn mô hình đất nền cho
hố đào sâu, như Chang and Ducan, [2]; Hans-Georg Kempfert and Berhane
Gebreselassie, [3]; Chu Tuấn Hạ, [4]; Nguyễn Trường Huy, [5],…Các nghiên cứu này
tập trung vào điều kiện địa chất của từng khu vực, nghiên cứu các thông số mô hình
đất cho phân tích hố đào sâu. Nghiên cứu về mô hình đất trong phân tích cố kết thấm
chưa có nhiều nghiên cứu.
Từ thực tế này, đề tài luận án “Nghiên cứu đặc tính cơ học của đất yếu được xử lý
bằng gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng” nhằm đưa ra các khuyến nghị, đề
xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy trong kết quả tính toán xử lý nền đất yếu, chuẩn xác

2


kết quả trong quan trắc hiện trường, tính toán cố kết và đánh giá hiệu quả xử lý nền để
từ đó có những ứng xử thích đáng trong thi công đắp đất: gia tải, dỡ tải và chất tải của
công trình xây dựng phía trên.
2. Mục đích nghiên cứu
- Khuyến nghị về áp dụng phương pháp xác định ĐCK phù hợp cho các giai đoạn cố
kết và đề nghị bố trí quan trắc hợp lý để nâng cao hiệu quả quan trắc hiện trường.
- Lựa chọn các hàm dự báo các chỉ tiêu cơ học của đất (chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs) áp
dụng phù hợp cho địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam trong trường hợp không
có điều kiện thí nghiệm xác định trực tiếp.
- Làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự tính sức
chống cắt không thoát nước của đất (Su) được gia tải trước và đề nghị công thức dự
tính Su có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ.
- Lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu trong tính toán bằng
phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis)
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Lún cố kết, Độ cố kết, các đặc tính cơ học của đất và các mô hình đất.
- Đất sét yếu điển hình vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ.
4. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện được các mục tiêu, nhiệm vụ đặt ra, luận án tập trung nghiên cứu những
nội dung chính sau:
- Nghiên cứu mô hình vật lý nền đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp thoát
nước thẳng đứng.
- Nghiên cứu đánh giá các phương pháp xác định ĐCK của nền sét yếu, áp dụng tính
toán cho MHVL và một số công trình thực tế; Phân tích, lựa chọn phương pháp xác
định ĐCK phù hợp cho các giai đoạn cố kết và đề nghị điểm bố trí quan trắc có thể
phản ánh được ĐCK trung bình của nền, nâng cao hiệu quả quan trắc.
- Nghiên cứu các thí nghiệm trong phòng xác định các đặc trưng cơ học của đất, tập
trung vào các chỉ tiêu cơ học trong tính toán cố kết; nghiên cứu địa chất nền đất yếu

3


của các khu vực trọng điểm vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, từ đó phân tích lựa
chọn các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs phù hợp cho địa chất các vùng đồng
bằng của Việt Nam trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm.
- Nghiên cứu các hàm dự tính sức chống cắt không thoát nước của đất được gia tải
trước; Trên cơ sở dữ liệu thí nghiệm cắt cánh MHVL và cắt cánh hiện trường các công
trình thực tế sẽ làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về
dự tính sức chống cắt không thoát nước của đất được gia tải trước và đề nghị công
thức có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ.
- Nghiên cứu các mô hình đất được dùng phổ biến trong phân tích địa kỹ thuật. Mô
phỏng cố kết MHVL bằng phương pháp PTHH với nhiều mô hình đất khác nhau, từ đó
phân tích, đánh giá kết quả thu được và đề nghị lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài
toán cố kết nền sét yếu.
5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu kế thừa: Kế thừa các tài liệu, các công trình nghiên cứu đã
có liên quan mật thiết với luận án, từ đó phát triển những nghiên cứu mới.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm 02 MHVL nền đất
yếu được gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng; Nghiên cứu các thí nghiệm
trong phòng (thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén ba trục, thí nghiệm nén cố kết,…)
xác định các đặc tính cơ học của đất, làm cơ sở dữ liệu để tham chiếu cho các nghiên
cứu lý thuyết của luận án.
- Phương pháp giải tích: Tính toán các kết quả cần nghiên cứu theo các phương trình
giải tích được xây dựng trên cơ sở lý thuyết các ngành khoa học.
- Phương pháp mô hình số: Phương pháp PTHH mô phỏng cố kết của MHVL và các
công trình thực tế, so sánh kết quả có được với kết quả quan trắc, từ đó có những đánh
giá hay kết luận cho nội dung nghiên cứu.
- Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu thí nghiệm, xử lý thống kê để xác lập các
đường quan hệ giữa các yếu tố nghiên cứu.
- Phương pháp chuyên gia: Tổ chức hội thảo, báo cáo khoa học nhằm tổng hợp các ý
kiến đóng góp của các chuyên gia, các nhà khoa học về lĩnh vực nghiên cứu.

4


6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1 Ý nghĩa khoa học
- Luận án có nghiên cứu MHVL với đối tượng là đất sét yếu khu vực Yên Nghĩa, Hà
Nội, thêm vào đó là nghiên cứu số liệu địa chất của nhiều khu vực trọng điểm vùng
đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ, tổng hợp được bộ dữ liệu tương đối đầy đủ
phản ánh các đặc điểm, đặc trưng cơ lý của đất sét yếu, đồng thời làm cơ sở dữ liệu để
đánh giá, lựa chọn được các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs có độ tin cậy cao
trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm xác định trực tiếp.
- Đã làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự tính
sức chống cắt không thoát nước của đất được gia tải trước và phát triển công thức có

thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ.
- Kết hợp phương pháp số, phương pháp thực nghiệm, luận án đã lựa chọn được mô
hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu các vùng đồng bằng của Việt Nam.
6.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là tài liệu thiết thực cho các công trình sư trong thi
công xử lý nền đất yếu bằng biện pháp gia tải trước. Có cơ sở để tính toán, đánh giá
chính xác về ĐCK và cường độ chống cắt không thoát nước của nền; Luận án đã đề
nghị điểm bố trí quan trắc có thể phản ánh được ĐCK trung bình của nền, kế hoạch bố
trí quan trắc các công trình thực tế với hiệu quả cao, phát hiện tốt hơn các rủi ro sự cố
có thể xảy ra.
- Các số liệu thí nghiệm phục vụ tính toán giai đoạn sơ khai của một dự án thường
thiếu, không được thí nghiệm đầy đủ, gây khó khăn trong tính toán và lên phương án
sơ bộ về mặt kỹ thuật. Luận án đã lựa chọn được các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số
nở Cs có thể tham khảo trong tính toán thiết kế, áp dụng phù hợp cho địa chất các vùng
đồng bằng của Việt nam.
- Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn nâng cao độ chính xác trong thiết kế, tính
toán cố kết nền đất yếu, đặc biệt là khi áp dụng phương pháp PTHH vào tính toán.

5


7. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án được trình bày trong 4
chương, bao gồm:
Chương 1. Tổng quan về giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu:
Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu
bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng. Cơ sở lý thuyết của bài toán cố kết nền đất yếu
được gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng.
Chương 2. Nghiên cứu thí nghiệm mô hình nền sét yếu được gia tải trước kết hợp
thoát nước thẳng đứng.

Chương này nghiên cứu MHVL nền sét yếu được gia tải trước kết hợp thoát nước
thẳng đứng. Lần lượt thí nghiệm hai mô hình: MHVL 1 độ cố kết đạt 50%, MHVL 2
độ cố kết đạt 90%. Quan trắc theo dõi diễn biến ALNLR và biến dạng lún trong nền.
Trên cơ sở dữ liệu quan trắc sẽ đánh giá độ cố kết của đất theo các phương pháp khác
nhau (phương pháp dự báo lún, phương pháp ALNLR). Bên cạnh đó, sẽ nghiên cứu số
liệu quan trắc và đánh giá độ cố kết của các công trình thực tế. Phân tích các kết quả
thu được và từ đó đưa ra các khuyến nghị về áp dụng phương pháp đánh giá độ cố kết
ở các thời điểm cố kết và bố trí hợp lý thiết bị quan trắc hiện trường.
Chương 3. Nghiên cứu các đặc tính cơ học của đất sét yếu
Chương này tiếp tục sử dụng kết quả của hai MHVL đã nghiên cứu. Đất nền ở trạng
thái ban đầu và sau khi xử lý đạt cố kết 50%, 90% sẽ được tiến hành phân tích bằng
một loạt các thí nghiệm trong phòng (thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén cố kết một
trục, thí nghiệm nén ba trục,...). Đồng thời nghiên cứu số liệu địa chất nền đất yếu của
nhiều dự án trọng điểm khu vực đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, từ đó phân tích, đánh
giá và lựa chọn các hàm dự báo chỉ số nén Cc phù hợp. Chương này cũng sẽ nghiên
cứu sâu về sức chống cắt không thoát nước (Su) của đất, là một chỉ tiêu quan trọng
trong xử lý nền đất yếu bằng biện pháp gia tải trước. Nghiên cứu về các hàm dự báo Su
thông qua các chỉ tiêu cơ lý ban đầu của đất. Kết quả nghiên cứu lý thuyết về Su được
làm rõ thông qua số liệu thí nghiệm trong phòng, cũng như số liệu thí nghiệm hiện
trường của các dự án.

6


Chương 4. Phân tích lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết thoát
nước nền sét yếu.
Chương này sẽ giới thiệu về các mô hình đất phổ biến được dùng trong phương pháp
PTHH. Thông qua nghiên cứu đặc trưng các mô hình đất và đặc trưng quan hệ ứng
suất - biến dạng của đất sét yếu sẽ nhận diện mô hình đất phù hợp với ứng xử cố kết
thoát nước của đất sét yếu. Mô phỏng các bài toán cố kết bằng phương pháp PTHH với

các loại mô hình đất khác nhau và từ đo lựa chọn được mô hình phù hợp.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:
Kết luận chung được rút ra từ kết quả nghiên cứu được thực hiện ở chương trong luận
án: Kết quả nghiên cứu mô hình vật lý; Kết quả nghiên cứu các đặc tính cơ học của
đất; Kết quả nghiên cứu về các mô hình đất.
Phát hiện các hạn chế, tồn tại và kiến nghị các biện pháp, hướng phát triển tiếp theo.

7


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Đặc điểm chung về đất yếu của Việt Nam
1.1.1 Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là đất phải xử lí, gia cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình. Các
loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão.
Những loại đất này thường có độ sệt lớn (IL > 1), tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >
1), có góc ma sát trong nhỏ ( < 10°), có lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát
nước c < 15 kPa, có lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường cu < 35 kPa, có sức
chống mũi xuyên tĩnh qc < 0,1 MPa, có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5, [6], [7].
Chiều dày lớp đất yếu thay đổi có thể từ một vài mét đến 3540m và có thể đến hàng
trăm mét.
Các đặc trưng địa kỹ thuật của đất yếu được quyết định bởi chính các thành phần
khoáng vật sét cấu tạo đất và cấu trúc nguyên tử của đất. Các đặc trưng cơ lý nền đất
yếu tham khảo Bảng 1-1
Bảng 1-1. Các đặc trưng cơ lý của các loại đất yếu, [8]
Các đặc trưng

Than bùn

Đất hữu cơ

Bùn

Đất sét mềm

Độ ẩm W (%)

200 1000

100  200

60 150

30 100

Hệ số rỗng e

3.0 10.0

2.0 3.0

1.5 3.0

1.2 2.0

Độ rỗng n

0.75 0.9

0.7 0.8

0.6 0.75

0.55 0.7

Độ nén lún Cc/(1+e)

0.4 0.8

0.20.35

0.25 0.4

0.15 0.3

Hệ số thấm k (m/s)

10-4 10-9

10-6 10-9

10-7 10-9

10-9 10-11

Hệ số cố kết Cv (m2/s)

10-6 10-7

10-6 10-8

10-7 10-8

10-7 10-9

Lực dính không thoát nước
cu (kPa)

10 50

10 50

10 50

10 50

Khối lượng thể tích khô
(T/m3)

0.1 0.5

0.5 1.0

0.7 1.5

1.0 1.6

Khối lượng thể tích các hạt
(T/m3)

1.4 2.0

2.0 2.6

2.4 2.7

2.6 2.7

Cũng như khu vực Đông Nam Á, các vùng đất mềm yếu ở Việt nam chủ yếu là những
trầm tích mới được thành tạo trong kỷ thứ tư.

8