Phân tích ổn định của nền đường đắp cao bằng đất cấp phối thiên nhiên gia cố tro xỉ than

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN TRUNG KIÊN

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH
CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO BẰNG ĐẤT CẤP PHỐI
THIÊN NHIÊN GIA CỐ TRO XỈ THAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 60.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Bạch Quốc Tiến

Phản biện 1: TS. Trần Trung Việt
Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Châu

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
Thạc sĩ ngành Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp tại
Trường Đại học Bách khoa vào ngày ... tháng ... năm 20...

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
- Thư viện Khoa xây dựng cầu đường, Trường Đại học Bách khoa
ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
Trong công tác xây dựng công trình giao thông, nền đường đắp cao thường được
áp dụng trong thiết kế đối với công trình đi qua vùng đồng bằng trũng thấp, hoặc tại
các đoạn tuyến đường khi cần thiết phải gia tăng cao độ mặt đường. Các vấn đề
thường phải giải quyết khi thiết kế, thi công và khai thác đối với nền đắp cao là :
- Góc dốc của mái đối với khối đắp.
- Sự thay đổi các đặc điểm cơ - lý của vật liệu đắp do tương tác với nước trong
thời gian dài.
Trong tình hình hiện nay, việc nghiên cứu áp dụng các giải pháp công nghệ nhằm
tận dụng nguồn tro xỉ than như là một nhiệm vụ cấp thiết trong thực tế cuộc sống do:
quá trình công nghiệp hóa đất nước cần có nhiều nhà máy - xí nghiệp sử dụng than dẫn
đến nguồn tro xỉ than thải loại ngày càng lớn. Trong khi đó, tro xỉ than có thể tận dụng
làm vật liệu cho nhiều ngành khác nhau, như: thay đất sét trong ngành công nghiệp xi
măng, sử dụng làm thành phần cấp phối trong công tác cải tạo đất đắp ...
Đối tượng nghiên cứu được thực hiện trong luận văn này là tất cả các tro xỉ than
trên mọi miền, đều có thể sử dụng để cải tạo đất, nhất là đối với đất yếu, hướng đến có
thể sử dụng làm vật liệu đắp đối với nền đường giao thông, đặc biệt là nền đường đắp
cao (trên 6-12 m).
Nghiên cứu sự ảnh hưởng tro xỉ than đến sự ổn định của nền đường đắp cao,
thông qua xác định giá trị của hệ số Fs (hệ số an toàn của mái dốc) khi có mặt của tro
xỉ than trong hỗn hợp phối trộn là mục tiêu nghiên cứu cốt lõi của luận văn này.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là chỉ đối với sự ổn định mái dốc (hệ số Fs) của

nền đường đắp cao khi có mặt của tro xỉ, hay nói cụ thể hơn là mối tương quan giữa
hàm lượng tro xỉ với hệ số ổn định Fs.
Phương pháp được sử dụng trong luận văn là: thống kê các kết quả nghiên cứu
thực nghiệm có trước đã công bố nhằm xác định các yếu tố có ảnh hưởng đến sức
chống cắt của đất khi có sự phối trộn tro xỉ than, tức là: xác định các tham số tính chất
của vật liệu mà có ảnh hưởng đến sự thay đổi sức chống cắt của đất. Đó chính là các
tham số đầu vào của phương pháp thống kê, từ đó, mô phỏng mối quan hệ đó theo
phương pháp thống kê, rút ra quy luật để dự đoán sức chống cắt của đất sau khi đã
phối trộn (C, , : đó chính là các tham số đầu ra), sau khi có quy luật dự đoán, luận
văn có áp dụng tính toán cụ thể đối sự thay đổi Fs của mái dốc giả định (với sự hỗ trợ
của phần mềm thương mại GeoSlope) khi sử dụng số liệu cụ thể của đất nạo vét tại hồ
Bình Yên, Quảng Ngãi khi phối trộn với tro bay Phả Lại, Việt Nam.


2

Chương 1 - TỔNG QUAN
Trong chương này có đề cập đến :
+ Các phương pháp và tiêu chuẩn hiện hành để xác định các các chỉ tiêu cơ-lý
của đất có liên quan đến sức chống cắt của đất.
+ Sự tính toán ổn định của khối đắp : phương pháp Bishop, giới thiệu phần mềm
hỗ trợ : phần mềm Geoslope.
+ Sức chống cắt của đất : các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị của các tính chất đó.
+ Vật liệu tro xỉ than: khái quát về thành phần hạt, thành phần hóa học, hoạt
tính, xu hướng xử dụng trong công việc cải tạo đất.
1.1. Mở đầu
1.2. Vấn đề chính về ổn định đối với khối đắp cao
Nền đường đắp cao được hiểu theo nghĩa thông thường là khi có chiều cao đắp
quá 6 m, khi đó sẽ xuất hiện 2 vấn đề chính: sự ổn của nền công trình đối với trọng
lượng của khối đắp (luận văn này không đề cập) và sự ổn định của khối đắp (ổn định

mái dốc).
1.2.1. Vai trò của sức chống cắt trong đất trong tính toán ổn định của khối đắp
Sức chống cắt của đất được thể hiện qua 2 chỉ tiêu chính, đó là lực dính kết đơn
vị ( C ) và góc ma sát trong của đất (  ).
a. Lực dính kết
Lực dính kết của đất phụ thuộc rất nhiểu vào các đặc điểm hóa lý của đất: thành
phần cỡ hạt, hình dạng hạt, thành phần khoáng, độ ẩm (W), hệ số rỗng (e), ...v.v, và
phản ánh sự liên kết giữa các hạt trong vật liệu đất.
Trong tính toán ổn định của khối đắp, việc xác định khả năng chịu tải giới hạn
hay độ ổn định của mái dốc, đều có xét đến yếu tố lực dính kết đơn vị của vật liệu đất
đắp. Về nguyên tắc chung, khi đất đắp có lực dính kết càng lớn thì sức chịu tải giới
hạn của đất đắp và độ ổn định của mái dốc càng lớn.
b. Góc ma sát trong (Soil friction angle)
Giá trị góc ma sát của đất trong phụ thuộc nhiều vào thành phần cỡ hạt, hàm
lượng hạt sét, vật chất hữu cơ ... đây là tham số rất quan trọng trong việc xác định sức
chống cắt của đất khi có tác dụng của tải trọng bên ngoài.
Nhìn chung, đối với đất có thành phần hạt càng thô, hàm lượng sét và hữu cơ
càng bé, độ ẩm và độ chặt càng bé thì góc nội ma sát của đất càng lớn và ngược lại.


3

Giá trị của góc nội ma sát của đất phản ánh khả năng tăng nhanh của sức chống cắt khi
có tác dụng của tải trọng bên ngoài.
c. Sự thay đổi sức chống cắt của đất theo thời gian
Sức chống cắt của đất trong khối đắp có thể thay đổi bởi sự ảnh hưởng các yếu tố
bên ngoài đến các sức chống cắt của đất, như: mưa/khô hạn dài ngày, sự ngập nước dài
ngày ... dẫn đến sự thay đổi về độ ẩm, dung trọng của đất, chiều sâu của mực nước
ngầm...
1.2.2. Vai trò của các đặc điểm vật lý của đất trong tính toán ổn định của khối

đắp
a. Thành phần cỡ hạt
Thành phần cỡ hạt của đất đắp có ảnh hưởng đến hầu hết các chỉ tiêu cơ-lý của
vật liệu.
b. Khả năng đầm chặt
Tương ứng với một công đầm nhất định, khả năng đạt độ chặt cử mỗi loại đất là
hoàn toàn tùy thuộc vào thành phần cỡ hạt, hàm lượng hạt sét, hình dạng hạt và thành
phần khoáng hóa của đất.
1.2.3. Phương pháp xác định hệ số ổn định của mái dốc
Hệ số ổn định của mái đất dính thường được tính toán theo phương pháp mặt
trượt hình trụ tròn, xem khối đất là một cơ thể và trạng thái ứng suất giới hạn chỉ xảy
ra trên mặt trượt, mái đất đồng nhất.
1.3. Tổng quan về biện pháp gia cố đất đắp bằng cách thêm vào tro xỉ than
1.3.1. Tổng quan về tro xỉ than
a. Tổng quan tro xỉ tại Việt Nam
b. Thành phần hóa học của tro xỉ than
c. Đặc điểm thành phần cỡ hạt của tro xỉ than
1.3.2. Tổng quan về đất laterite trong công tác xây dựng
a. Sự hình thành đất laterite (quá trình laterite hóa)
b. Thành phần hóa học của đất đồi laterite


4

Chương 2 - ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TRO XỈ THAN ĐẾN TÍNH
CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐỒI
Trong chương này trình bày các nội dung chính sau:
+ Sự ảnh hưởng của các tham số của vật liệu (tro, đất) đến sức chống cắt của
đất sau khi phối trộn.
+ Phương pháp thống kê : mạng nơ tron ANN

+ Kết quả thiết lập quan hệ giữa các tham biến đầu vào với giá trị của đầu ra
bằng ma trân trọng số W. Phần thiết lập có sử dụng phầm mềm soạn thảo code
MATLAB.
2.1. Mở đầu
2.2. Ảnh hưởng của tro xỉ than đến các tính chất địa kỹ thuật của hỗn hợp đất sau
khi phối trộn
2.2.1. Thành phần cỡ hạt
Sự thay đổi thành phần cỡ hạt của hỗn hợp đất sau khi phối trộn tùy thuộc rất
nhiều vào thành phần cỡ hạt của vật liệu: đất laterire và tro xỉ than. Nếu không xét sự
ảnh hưởng “kết vón” do các phản ứng hóa lý xảy ra trong hỗn hợp đất đã phối trộn,
thành phần cỡ hạt có thể được tính theo công thức “tuyến tính” như sau đối với hỗn
hợp sau khi phối trộn, (Athanassios Nikolaides, 2015):
a × PAi + b × PBi + c × PCi + … = PX

CT 1

Với:
a, b, c, … là tỷ lệ phối trộn (tính theo đơn vị thập phân) của từng thành phần vật
liệu phối trộn (A, B, C : đất laterite, tro xỉ, vôi) trong hỗn hợp (Chú ý: a + b + c + …=
1)
PAi, PBi, PCi,… là phần trăm lọt sàng tích lũy của thành phần A, B, C, … tại cỡ
sàng i .
PX là phần trăm lọt sàng tích lũy của hỗn hợp tại cỡ sàng i.
2.2.2. Khả năng đầm chặt (thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn)
a. Ảnh hưởng đến dung trọng khô lớn nhất, k,max
Sự có mặt của tro xỉ than trong hỗn hợp đất phối trộn sẽ làm giảm dung trọng
khô lớn nhất (k,max ). Tuy nhiên, mức độ giảm sút dung trọng khô lớn nhất còn tùy
thuộc vào đặc điểm của đất nền, đặc điểm hóa học của tro xỉ, …. Điều này nó được thể

5

hiện qua các kết quả thí nghiệm đã được công bố tại các bài báo khoa học và đã được
tổng hợp tại bảng 3. Bảng tổng hợp các kết quả thực nghiệm đã công bố.
b. Ảnh hưởng đến độ ẩm tối ưu, Wtn .
Sự có mặt của tro xỉ than trong hỗn hợp đất phối trộn sẽ làm tăng độ ẩm tối ưu
(Wtn) trong thí nghiệm đầm nén để xác định dung trọng khô lớn nhất (k,max ). Tuy
nhiên, mức độ tăng độ ẩm tốt nhất của hỗn hợp cũng còn tùy thuộc vào đặc điểm của
đất nền, đặc điểm hóa học của tro xỉ, …. và được tổng hợp từ các kết quả nghiên cứu
được trích dẫn tại bảng 4 . Tổng hợp kết quả thực nghiệm về sự ảnh hưởng của tham
số fa đến giá trị tham số k,max
2.2.3. Tính dẻo
Tính dẻo của đất được thể hiện qua 2 chỉ tiêu được xác định bằng thí nghiệm: độ
ẩm giới hạn chảy (Wch) và độ ẩm giới hạn dẻo (Wd). Chỉ số dẻo của đất (Ip) được xác
định bằng hiệu số giữa 2 kết quả:
Ip = Wch – Wd

(CT 2)

a. Độ ẩm giới hạn chảy
Độ ẩm giới hạn chảy của đất sử dụng nghiên cứu trước và sau khi thêm vào tro xỉ
than đã được tổng hợp tại bảng 5. Tổng hợp kết quả thực nghiệm về sự ảnh hưởng của
fa đến tốc độ thay đổi Wch
b. Chỉ số dẻo Ip
Sự có mặt của tro xỉ than trong hỗn hợp phối trộn sẽ có ảnh hưởng đến chỉ số dẻo
của đất. Kết quả thí nghiệm tại 2 công trình nghiên cứu : (A.Binal, 2016) và (RAJIB
K. G., 2004) đã được tổng hợp tại bảng 1. Tổng hợp kết quả thực nghiệm veefsuwj ảnh
hưởng của fa đến Ip
2.2.4. Sức chống cắt
Khả năng chống lại lực cắt của đất dính (đất lọai sét) có liên quan đến nhiều tham

biến : độ ẩm, dung trọng, thành phần hạt, tính dẻo … Sự có mặt của tro xỉ sẽ làm thay
đổi các tham biến này theo thời gian và hàm lượng của nó trong hỗn hợp phối trộn, sự
thay đổi được biết đến là do phản ứng pouzzoland giữa đất và tro xỉ như là một nguyên
nhân chính.
a. Lực dính kết, C.
Sự có mặt của tro-xỉ than sẽ làm tăng sức chống cắt của đất (giá trị góc nội ma
sát  và lực dính kết của đất C đều tăng), sự thay đổi này cũng đều được giải thích từ
sự “kết vón” trong đất do phản ứng giữa tro xỉ than với thành phần khoáng vật sét có


6

trong đất (phản ứng pouzzoland). Như vậy, hàm lượng tro xỉ than trong đất sẽ có ảnh
hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng hóa lý giữa chúng và làm thay đổi đáng kể đến sự
gia tăng sức chống cắt của đất, sự gia tăng này đã được thể hiện rõ trong kết của
nghiên cứu của Binal (A.Binal, 2016) và được tổng hợp tại bảng 2. Tổng hợpkết quả
thực nghiệm giữa góc nội ma sát với sự thay đổi fa.
Mặt khác, tại kết quả nghiên cứu của (Prabakar, et al., 2004) và được tổng hợp
bảng 8 cho thấy, hoạt tính sét (Ac) của thành phần hạt sét-keo trong đất cũng có ảnh
hưởng rất lớn đến sự thay đổi của lực dính kết C khi hàm lượng tro-xỉ than trong hỗn
hợp phối trộn tăng lên.
Sự thay đổi lực dính kết của đất còn phụ thuộc vào hàm lượng hạt bột sét (
d<0.074mm, lọt rây số 200) có sẵn trong đất, kết quả nghiên cứu của (Khelifa, et al.,
2011) tại bảng 9. Tổng hợp các kết quả thực nghiệm sự ảnh hưởng của fa đến sức
chống cắt của đất theo thời gian cho thấy: đây là chỉ số quan trọng để đánh giá sự thay
đổi sức chống cắt của đất thay đổi theo thời gian .
Do hoạt tính sét (Ac) và hàm lượng của thành phần hạt sét-keo trong tro xỉ
thường thấp hơn trong đất, vậy nên, với loại đất nhiều sét keo (HC), sự gia tăng phản
ứng “kết vón “ của tro xỉ khi hàm lượng của nó tăng, cũng không bù được sự sút giảm
hoạt tính sét do “pha loãng” hàm lượng cỡ hạt sét-keo và hoạt tính của nó trong hỗn

hợp, điểu này giải thích sự sút giảm lực dính kết khi hàm lượng tro xỉ chiếm 20% như
thể hiện tại hình 21b.
Ngoài ra, qua tổng hợp kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả như (A.Binal, 2016),
(Alper, et al., 2006), (RAJIB K. G., 2004) cho thấy, hoạt tính của tro- xỉ than (Af) cũng
là tham số ảnh hưởng rất nhiều đến sự thay đổi sức chống cắt của đất (C, ) khi phối
trộn với nhau.
Sự thay đổi lực dính kết của đất khi có mặt thành phần tro xỉ than đã được tổng
hợp từ các kết quả nghiên cứu được sử dụng trong luận văn này .
2.3. Thiết lập mối quan hệ giữa các sức chống cắt của hỗn hợp đất với các yếu tố
liên quan
2.3.1. Các tham số ảnh hưởng
Sức chống cắt của hỗn hợp đất sau khi phối trộn chịu sự chi phối bởi nhiều tham
số liên quan :
+ Đặc điểm của đất : thành phần hạt (d 0.074 ), tính dẻo (Wch , Ip, Ac), tính đầm chặt
(k,max , Wtn)
+ Đặc điểm của tro-xỉ (pouzzoland) : hoạt tính (Af)


7

+ Đặc điểm phối trộn : hàm lượng tro xỉ theo trọng lượng (fa), hàm lượng đất
(fs), tính đầm nén của hỗn hợp (k,max , Wtn)
Các tham số ảnh hưởng nói trên được xem như là các yếu tố đầu vào đã biết,
mục tiêu của luận văn này là trình bày cách xác định hàm đích là sức chống cắt của
hỗn hợp ( C,  ) sau khi phối trộn từ các tham số đầu vào nói trên.
2.3.2. Sơ đồ tính toán
Với dữ liệu biểu thị các tham số đầu vào (X : lớp vào) và tham số xuất ra (Y : lớp
ra), mục tiêu của phương pháp ANN mà chúng ta sử dụng là xác định ma trận trọng số
W, thể hiện mối quan hệ giữa chúng theo phương trình sau:

 y1   x1,1
 y  x
 2  =  2,1
 ...   ...
  
 yn   xn ,1

x1,2
x2,2
...
xn ,2

... x1,n   w1   c1 
... x2,n   w 2   c2 
.  +  
... ...   ...   ... 
    
... xn ,n   w n   c3 

Hay
Y = W.X + C
Trong đó :
X, Y là ma trận tham số đầu vào và đầu ra, tương ứng.
C : hằng số (hệ số bias)
W : trọng số, nó thể hiện mối tương quan giữa các tham số và chính là giá trị cần
tìm .
Việc xác định trọng số W đối với phương pháp ANN là bằng cách thử dần cho
đến khi gần đúng khả dĩ, điều này đòi hỏi khối lượng tính toán nhiều và chọn hàm
« truyền » cũng như hàm « học » phù hợp để kết quả nhanh hội tụ và sai số chấp nhận
được.

Nhằm tăng nhanh tốc độ hội tụ đến hàm mục tiêu bằng cách chọn hệ số « học »
phù hợp nhưng đồng thời phải đảm bảo độ chính xác mỗi vòng lặp cao, giải pháp
thường được sử dụng là thêm vào nút trung gian (nút ẩn) .


8

 x1,1
x
 2,1
 ...

 x40,1

x1,2 ... x10,1 
W(1)... x 
x2,2
10,2 
... ... ... 

x40,2 ... x40,10 

W(2)

 h1 
h 
 2
 ... 
 
 hm 

 y1 
y 
 2
 ... 
 
 y40 

Với ma trận H được gọi là lớp ẩn, số lượng nút ẩn tham gia vào quá trình tính
toán càng nhiều thì sẽ dẫn đến kết quả càng chính xác, trong báo cáo luận văn này, nút
ẩn tham gia vào sơ đồ tính nói trên là 10 và số liệu xuất ra đạt đến độ tin cậy có thể
chấp nhận được (với hệ số tương quan tuyến tính, R > 0.8).
Sơ đồ tính toán đối với mạng ANN được thể hiện ở hình sau

° Nhập tham số đầu vào.
° Xác định sai số lớn nhất, Emax
° Chọn trọng số W ban đầu

° Xác định sai số của
kết quả, E
(hàm truyền)

° Cập nhật trọng số
(hàm học)

Sai
E < Emax
Đúng

Xuất kết quả

Hình 1. Sơ đồ tính ANN


9

Wch,s (%)

Ip,s (%)

Ac, (-)

x1
x2

W12(1) W (1)
11
W22(1)

W21

x3
W32(1)

< d0.074,s (%)

Aa, (-)

h,a (kN/m3)

W1(1)

(1)

x4

W31(1)

Y(1)1
W2(1)

W1(2)
W11(2)

x5

Y1(2)

x6

Z1(2)

W2(1)
fa, (%)

x7

W21(2)
W81(1)

fs, (%)

x8

Y(1)2

Kmax,b (kN/m3)

x9
Wtn,b (%)

W1(1), W2(1), W1(2) : Trọng số bias

Z1(2): dữ liệu xuất ra

x10

Hình 2. Sơ đồ mạng nơ tron

Hàm truyền trong sơ đồ trên được sử dụng bằng hàm GDM được tích hợp sẵn
trong MATLAB và sử dụng cho các lớp nút ẩn (Y1) và các lớp đầu ra (Y2)
Hàm học được sử dụng cũng là hàm GDM
Sai số của kết quả tính tại các bước được xác định bằng hàm sai số toàn phương
trung bình MSE (Mean squared error).
2.3.3. Số liệu sử dụng
Số liệu được sử dụng cho mạng ANN là được sử dụng từ các kết quả nghiên cứu
thực nghiệm từ các tác giả và đã được tập hợp tại bảng 3. Tổng hợp số liệu sử dụng
như tham số đầu vào của phương pháp ANN

10

Tham số đầu ra được sử dụng đối với ANN đã được tổng hợp ở bảng 4. Tổng hợp số
liệu đầu ra được sử dụng đối với phương pháp ANN
2.3.4. Kết quả
Với 40 cặp số liệu đã được tổng hợp và thể hiện tại bảng 4 và bảng 5, các số liệu
này được chia làm 3 phần : 28 cặp số liệu được dùng để thiết lập trọng số quan hệ
(training set), 6 cặp để kiểm tra kết quả (testing set) và 6 cặp còn lại là để xác nhận
(validation set). Các cặp số liệu thuộc các nhóm này đều được chọn ngẫu nhiên trong
hệ thống cơ sở dữ liệu đã sử dụng.
Với 10 nút ẩn trong mạng lưới ANN, việc tính toán các trọng số liên quan chỉ
được áp dụng cho một tham biến đầu ra cho mỗi lần áp dụng phương pháp này
(hình26)

Hình 3. sơ đồ mạng ANN áp dụng cho mỗi tham số đầu ra.
Các tham biến đầu ra này chính là các đặc tính cơ lý của hỗn hợp phối trộn giữa
đất với tro xỉ, đó chính là : góc nội ma sát dự kiến , lực dính kết dự kiến C, dung
trong khô lớn nhất dự kiến kmax và độ ẩm tốt nhất dự kiến Wtn.
a. Góc nội ma sát của hỗn hợp sau khi phối trộn
Kết quả ANN được áp dụng với các cặp số liệu vào/ra , cho thấy : giá trị góc nội
ma sát của hỗn hợp phối trộn được dự kiến có mối quan hệ với giá trị thực nghiệm như
thể hiện ở hình 27


11

Hình 4. Góc nội ma sát dự kiến của hỗn hợp phối trộn

b. Dự kiến lực dính kết
Cũng tương tự như trên, kết quả tính toán của phương pháp ANN cho thấy, giá

trị lực dính kết dự kiến được thể hiện tại hình 28


12

Hình 5. Lực dính kết dự kiến của hỗn hợp phối trộn

c. Dung trọng khô lớn nhất dự kiến
Giá trị dung trọng khô lớn nhất dự kiến của hỗn hợp so với các giá trị thực
nghiệm cũng được thể hiện ở hình 29


13

Hình 6. Dung trọng khô lớn nhất (dung trọng đầm nén) dự kiến

d. Độ ẩm tốt nhất của hỗn hợp phối trộn dự kiến
Hình 30 thể hiện kết quả tính toán giá trị độ ẩm tốt nhất của hỗn hợp sau khi phối
trộn so với kết quả đo được từ thực nghiệm


14

Hình 7. Độ ẩm tốt nhất dự kiến

e. Trọng số tương quan giữa các giá trị dự kiến với các tham số đầu vào
Từ các kết quả mô phỏng như ở trên cho thấy các giá trị dự kiến đối với 4 tham
số đầu ra đều có mối tương quan với các giá trị thực nghiệm là trên 80%, qua đó,
chúng ta có thể sử dụng các ma trận trọng số w của các tham số đầu vào để dự đoán
các đặc điểm đầu ra của hỗn hợp sau khi phối trộn.

15

Chương 3 - PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
Chương này đề cập đến sự ảnh hưởng của hàm lượng tro xỉ có mặt trong đất gia
cố lên hệ số ổn định của mái dốc. Qua đó, xác định được hàm lượng tro xỉ tốt nhất
trong việc gia tăng sức chống cắt của đất.
3.1. Dẫn nhập
Luận văn trình bày mối tương quan giữa hệ số ổn định của mái dốc với hàm
lượng tro xỉ có mặt trong cùng một loại đất đắp được sử dụng.
Việc tính toán hệ số ổn định nhờ vào phần mềm thương mại Geoslope, với
modun SLOPE/W .
3.2. Đặc điểm của mái dốc nghiên cứu
3.2.1. Kích thước hình học
Mái dốc nghiên cứu trong luận văn này được đánh giá với kích thước hình học
như sau (hình 31) :
b

(*): Đất đắp lấy tại vùng: hồ Bình
Yên, Bình Khương, Quảng Ngãi
(V. T. Tuấn, 2018)

Bm
hm
H
ĐẤT ĐẮP(*)
Wch,s = 46.7
Ip,s = 27.6
< d0.074,s = 41.6

h

B


16

Hình 8. Kích thước khối đắp được đánh giá

Các giá trị về kích thước khối đắp được thể hiện ở bảng sau :
Bảng 5.Tổng hợp các giá trị về kích thước của khối đắp
Kích thước (m)

Tỷ lệ mái
dốc

Ký hiệu

B

b

Bm

H

h

hm

M1

40

12

24

16

4

12

1:2

M2

40

12

18

20

8

12

1 :1.5

3.2.2. Vật liệu sử dụng
Vật liệu sử dụng trong khối đắp được giả định sử dụng lại các nguồn cung cấp
sau :
+ Đất nạo vét từ hồ Bình Yên, Bình Khương, Tỉnh Quảng Ngãi.
+ Tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại.
Các tham số đầu vào về đặc điểm sức chống cắt và khả năng đầm nén theo tỷ lệ
phối trộn giữa tro xỉ và đất, được tính từ phương pháp ANN như trình bày tại chương
2. Kết quả được tổng hợp trong bảng dưới đây :
Bảng 6. Tổng hợp các chỉ số về đặc điểm của đất sử dụng tính toán
Đất

Vật
liệu
Wch,s

Ip,s

47.6

27.6

Ac
1.1

Tro xỉ

41.6

Aa
2.31

Hỗn hợp

 h,a


fa
0

fs

 kmax

Wtn

100



20.81

(*)

Với kết quả ở trên, ta có thể dự kiến các tính chất về sức chống cắt và tính đầm
nén của hỗn hợp phối trộn : đất và tro xỉ theo phương pháp ANN mà đã trình bày ở
chương 2.

Kết quả được thể hiện ở bảng sau :


17

Bảng 7. Giá trị các tham số về sức chống cắt và đầm nén của đất sau khi thêm xỉ
than .
Hàm lượng
tro xỉ
Lực dính kết

Góc nội ma
sát

Dung trọng
khô

Độ ẩm

Dung trọng
tự nhiên

C, kN/m2

, độ

kmax , kN/m3

Wtn , %

, kN/m3

0

33.08

30.45

7.23

20.81

8.73

5

36.92

32.41

7.33

20.49

8.83

10

54.51

33.50

7.54

20.13

9.06

15

78.47

33.82

7.84

19.74

9.39

20

104.14

33.40

8.18

19.32

9.76

25

114.78

32.19

8.52

18.87

10.13

30

109.37

30.11

8.85

18.45

10.48

35

110.12

27.23

9.18

18.04

10.84

40

118.74

23.94

9.52

17.72

11.21

45

129.89

20.79

9.86

17.55

11.59

50

140.46

18.24

10.19

17.64

11.99

f a, %

3.2.3. Phân tích ổn định mái dốc
a. Mục tiêu phân tích :
+ Xác định sự thay đổi hệ số ổn định (Fs) của mái dốc trong điều kiện làm việc
thông thường khi thay đổi vật liệu đất đắp với các tỷ lệ phối trộn khác nhau (fa).
+ Từ sự thay đổi (Fs , fa) đó, tính khả năng thay đổi góc mái dốc khi sử dụng vật
liệu đắp có tỷ lệ phối trộn khác nhau.
b. Công cụ hỗ trợ :


18

+ Phần mềm ứng dụng được sử dụng để phân tích : GEOSLOPE (modul
SLOPE/W) trong đó :
* Phương pháp đánh giá hệ số ổn định : Bishop (phân mảnh) để xác định Fs, min

khi qua 2 điểm định trước với bài toán phẳng (2D).
* Các yếu tố ảnh hưởng như ; động đất, nước dưới đất : bỏ qua.
c. Kết quả phân tích
Bảng thể hiện các kết quả của hệ số an toàn mái dốc nhỏ nhất trong tất cả các
trường hợp : vật liệu đất gia cố với hàm lượng tro xỉ từ 0% đến 50% và góc dốc mái từ
1 : 1 (45°) đến 1 :2 (26.57°).

Mái dốc

1 :2 (26.57°)

1 :1 (45°)

fa = 0 %

3.521

3.066

fa = 5 %

3.852

3.356

fa = 10 %

4.856

4.338

fa = 15 %

6.027

5.543

fa = 20 %

7.083

6.703

fa = 25 %

7.294

6.984

fa = 30 %

6.752

6.433

fa = 35 %

6.154

6.012

fa = 40 %

6.357

6.224

fa = 45 %

6.438

6.374

fa = 50 %

6.507

6.506

Từ bảng kết quả trên, hình vẽ 33 thể hiện mội quan hệ giữa hệ số an toàn mái dốc
Fs với hàm lượng tro xỉ có mặt trong thành phần đất gia cố.


19

Mái dốc 1 : 1

Mái dốc 1 : 2

8

7
6

Fs

5
4
3

2
1
0
0

10

20

30

Hàm lượng tro xỉ, fa (%)

Hình 9. Quan hệ giữa Fs với fa đối với các mái dốc sử dụng tro xỉ

Qua đó, ta có thể nhận thấy ngay rằng, có sự tồn tại một giá trị của hàm lượng tro
xỉ trong thành phần đất phù hợp, khi đó hệ số ổn định mái dốc được nâng cao đáng k ể,
trong trường hợp này là fa có giá xung quanh 25% là tối ưu.
Mặt khác, cũng có thể nói là sự có mặt của tro xỉ trong đất gia cố sẽ góp phần
làm tăng hệ số an toàn của mái dốc. Hình 34 thể hiện sự vận tốc của sự gia tăng Fs
của mái dốc khi hàm lượng tro xỉ thay đổi trong đất.

20

Mái dốc 1 : 1

Mái dốc 1 : 2

0
0

0

Fs, [- ]

0

0
0
0
0
0

0
0

0

10

20

30

Hàm lượng tro xỉ, fa (%)

Hình 10. Tốc độ gia tăng hệ số Fs khi có mặt của tro xỉ than
3.3. Kết luận
Với đánh kết quả nghiên cứu trong khuôn khổ luận văn này, chúng ta có thể rút
ra một số nhận xét sau :
+ Sự có mặt của tro xỉ than trong thành phần đất sẽ dẫn đến làm thay đổi sức
chống cắt của nó theo xu hướng tăng lên, điều này rất có ý nghĩa trong cải thiện tính
chất chống cắt của đất yếu (đất hữu cơ, đất có tính dẻo cao …)
+ Hàm lượng có mặt của tro xỉ trong thành phần hỗn hợp phối trộn đất-tro cũng
cần có giá trị hợp lý, điều này cần phải tiến hành thí nghiệm để xác định nhằm đạt đến
mục tiêu tối ưu trong giải quyết bài toán ổn định của mái dốc.
+ Hệ số ổn định mái dốc Fs sau khi tính toán cho thấy nó có giá trị rất cao, điều
này được giải thích là do bài toán ổn định chưa xét đến các yếu tố bất lợi như : áp lực
nước dưới đất, động đất, lượng mưa …
+ Các hệ số áp dụng đầu vào cho bài toán ổn định mái dốc (C, , , W) là hoàn
toàn dựa vào phương pháp thống kê với dữ liệu lớn (big data), tuy nhiên, trong khuôn
khổ luận văn, với 40 cặp số liệu đầu vào được trích xuất từ các công bố khoa học của


21

các tác giả/tạp chí có uy tín (có sự công nhận của ISI, SCOPUS), như vậy, kết quả rút
ra từ chương này cũng có thể sử dụng tham khảo trong bước đầu đánh giá tác dụng
của tro xỉ trong đánh giá sự cải thiên của nó đối với nền đường đắp cao.

22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận
Trong khuôn khổ nghiên cứu cuối khóa của học viên cao học, từ sự nghiên cứu
của đề tài được giao, học viên đã tiến hành đọc tài liệu, trích xuất kết quả, xử lý dữ
liệu và tiến hành áp dụng vào bài toán thiết kế mái dốc cho nền đường đắp cao cụ thể,
từ đó, có thể rút ra một số nhận xét _ kết luận như sau.
+ Sức chống cắt của đất (giá trị các tham số C, ) có liên quan đến nhiều tính
chất khác của đất, như : thành phần hạt, tính dẻo của đất …
+ Sự có mặt của tro xỉ trong đất sẽ làm ảnh hưởng đến sức chống cắt của đất do
nó có phản ứng hóa học với thành phần khoáng của đất. Tuy nhiên, mức độ ảnh
hưởng cũng chịu ảnh hưởng bởi các tham số liên quan như : hàm lượng tro xỉ, hoạt
tính của tro xỉ …
+ Nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành đánh giá sự ảnh hưởng của tro xỉ trong đất
đến các sức chống cắt của nó, tuy nhiên, các nhà khoa học này không dùng chung v ật
liệu thử, điều này dẫn đến sự tổng hợp kết quả nghiên cứu cần phải tiến hành với
phương pháp phù hợp, hiện nay, phương pháp ANN được nhiều nhà nghiên cứu quan
tâm do sự phát triển của « máy tính » với khối lượng xử lý tính toán lớn.
+ Sự đánh giả ảnh hưởng của các tham số nói trên đến tính chất kháng cắt của
đất khi có sử dụng tro xỉ phối trộn là cần thống kê kết quả với khối lượng lớn. Trong
khuôn khổ luận văn, sự thống kê số liệu từ cácnghiên cứu của tác giả trên các tạp chí
khoa học có uy tín là cơ sở đáng tin cậy về chất lượng số liệu. Với 40 cặp số liệu đầu
vào-đầu ra, tuy chưa phải là số lượng mẫu lớn, nhưng cũng có thể xem là tài liệu tham
khảo ban đầu trong việc đánh giá sự ảnh hưởng của tro xỉ này.
+ Với mục tiêu đánh giá sự ảnh hưởng của tro xỉ trong tính toán thiết kế ổn định
của mái dốc, việc sử dụng phần mềm thương mại Geoslope là phù hợp bởi các chức
năng đã được tích hợp trong phần mềm đủ để đạt đến mục tiêu nghiên cứu.

+ Với sự tham gia của tro xỉ trong hỗn hợp phối trộn để làm vật liệu đắp nền
đường, hàm lượng tro xỉ ( fa ) cũng cần đạt đến một giá trị tối ưu nhằm đạt đến sự ổn
định của mái dốc nền đường tốt nhất (hệ số an toàn Fs đạt cao nhất).
+ Do mục tiêu chính của luận văn là đánh giá sự ảnh hưởng của tro xỉ đến góc
dốc ổn định tự nhiên của mái, nên trong quá trình áp dụng phần mềm hỗ trợ
(Geoslope) chưa xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tố bất lợi như : tải trọng xe, lượng
mưa, ảnh hưởng ngập nước lưng chừng của mái dốc, động đất …


23

2. Kiến nghị
+ Tuy phương pháp ANN là làm việc với khối lượng dữ liệu lớn (BD), tuy nhiên,
số lượng nghiên cứu có liên quan đã công bố mà học viên tiếp cận chưa nhiều, nên với
40 cặp số liệu là đủ để có thể xem như số liệu tham khảo ban đầu trong việc đánh giá
sơ bộ sự ảnh hưởng của tro xỉ đối với đất đắp nền đường.
+ Các cặp số liệu trích dẫn gần như (trên 80%) được tiến hành thực nghiệm theo
xu hướng nghiên cứu : đất yếu (C thấp,  thấp, Wch và Ip cao) kết hợp với pouzzoland
(tro xỉ). Như vậy, xu hướng của nghiên cứu trong luận văn này cũng rất phù hợp với
sự sử dụng đất yếu để tiến hành làm vật liệu đắp nền đường với sự phối trộn của tro xỉ
than. Xu hướng này có 2 lợi thế chính : tận dụng được nguồn vật liệu có giá trị kinh tế
thấp (đất yếu, tro xỉ) và giảm độ dốc của mái dốc nền đường do tăng hệ số ổn định
(tiết kiệm mặt bằng công trình, đặc biệt với nền đường đắp cao).
+ Do như đã trình bày ở trên, số liệu đầu vào còn ít nên kết quả có thể chưa đại
diện cho xu hướng nghiên cứu, nhưng nó vẫn đủ để thể hiện sự ảnh hưởng của các tác
nhân khác đến sức chống cắt của đất trong việc dự đoán sức chống cắt của đất.