Nghiên cứu phương pháp ổn định mái dốc bằng đất trộn xi măng kết hợp sợi xơ dừa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM THÀNH LONG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI DỐC BẰNG
ĐẤT TRỘN XI MĂNG KẾT HỢP SỢI XƠ DỪA

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình ngầm
Mã số: 60.58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :.....................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn
thạc sĩ)

1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA…………


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
-----------------Tp.HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Phạm Thành Long
Ngày, tháng, năm sinh: 29 – 06 - 1990
Địa chỉ mail:
Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM

MSHV: 13090085
Nơi sinh: Long Thành

Điện thoại: 0987.123.156
MS: 60 58 02 04

I. TÊN ĐỀ TÀI
“Nghiên cứu phương pháp ổn định mái dốc bằng đất trộn xi măng kết hợp sợi xơ dừa”
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
2.1 Nhiệm vụ
Qua các thí nghiệm trong phịng, đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của hỗn
hợp đất-xi măng-xơ dừa và xác định được các đặc trưng cơ học của hỗn hợp này.
Xác định hàm lượng thích hợp của cốt sợi xơ dừa trong hỗn hợp trộn dùng cho việc gia cố
mái đất.
2.2 Nội dung
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu gia cố đất mái dốc bằng cọc xi măng đất trộn xơ dừa.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ổn định mái dốc.
Chương 3: Thí nghiệm xác định cường độ sức chống cắt khơng thốt nước của hỗn hợp
đất trộn xi măng và sợi xơ dừa.
Chương 4: Ứng dụng tính tốn
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

Ngày 18 tháng 12 năm 2015
Ngày 17 tháng 06 năm 2016
TS. Đỗ Thanh Hải
Tp.HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Đỗ Thanh Hải

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS.Nguyễn Minh Tâm


LỜI CẢM ƠN
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè đã quan tâm,
giúp đỡ và cổ vũ học viên trong thời gian vừa qua.
Học viên xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Bộ mơn Địa cơ - Nền móng Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức cho học viên
trong suốt quá trình học tập, đồng thời đã tạo điều kiện cho học viên thực hiện các thí
nghiệm phục vụ cho hướng nghiên cứu của đề tài.
Sau cùng, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đền thầy TS. Đỗ Thanh
Hải đã ân cần hướng dẫn và giúp học viên có những định hướng tốt cho luận văn.
Thầy đã tạo cho em ý tưởng thực hiện đề tài này và luôn đồng hành, tận tình hướng
dẫn, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt q trình hồn hiện luận văn.
Xin kính chúc sức khỏe các Thầy Cơ.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016
Học viên

Phạm Thành Long


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn nghiên cứu khả năng gia tăng cường độ mái dốc khu vực tỉnh Đồng

Nai bằng cọc xi măng đất trộn với sợi xơ dừa khi sét đến ảnh hưởng của yếu tố mưa
kéo dài khiến mái dốc bị giảm sức chống cắt đột ngột gây xạc lỡ nguy hiểm cho khu
dân cư bên dưới. Mục tiêu là làm tăng sức chống cắt khơng thốt nước của đất cát pha
sét ở các mái dốc thuộc khu vực này. Sử dụng thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định hàm
lượng xơ dừa thích hợp, các hàm lượng xơ dừa được xét đến : 0%; 0.3%; 0.6%; 0.9%;
1.2%, xơ dừa cắt nhỏ thành từng đoạn 2 cm. Đồng thời tác giả cũng ứng dụng hỗn hợp
vật liệu này vào mái dốc tại khu dân cư xã Hố Nai 3, Huyện Trảng Bom, Tỉnh Đồng
Nai. Về ảnh hưởng của cọc xi măng đất trộn với sợi xơ dừa đối với ổn định mái dốc,
kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ số ổn định của mái dốc tăng 56.5% từ 0.9 ( ứng
với độ bảo hòa Sr=80%) lên 1.409 khi mái dốc được gia cố bằng hệ thống cọc xi măng
đất trộn xơ dừa.


SUMMARY OF THESIS
Abstract : This thesis represents the method of increasing stability of slope in
Dong Nai province by soil-cement column with coir fiber when shear strength of soil
was reduced dramatically by heavy rains. The purpose of this research is to increase
the un-drained shear strength of loamy sand. By using direct shear tests with different
contents of coir fiber : 0%; 0.3%; 0.6%; 0.9%; 1.2% and coir fiber length is 2cm, the
research figure out the optimum content of coir fiber for the composite. In addition,
the author considers to apply this composite to slope at neighborhoods in Ho Nai 3
Commune, Trang Bom District, Dong Nai Province. The effect of soil-cement column
with coir fiber to stability of slope showed that the factor of safety increased 56.5%
from 0.9 (saturation degree Sr = 80%) to 1.409 when the slope was reinforced by
system of soil-cement column with coir fiber.


LỜI CAM ĐOAN
Qua q trình nghiên cứu và thí nghiệm,tơi cam đoan luận văn tốt nghiệp này được
thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tiến hành thí nghiệm thực tiễn dưới sự

hướng dẫn khoa học của TS. Đỗ Thanh Hải. Các số liệu, kết quả thí nghiệm, mơ hình
tính tốn và những kết quả trong luận văn là trung thực.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016
Học viên

Phạm Thành Long


DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1
Hình 1.1: Các loại mái dốc tự nhiên và nhân tạo .......................................................7
Hình 1.2: Mơ hình mái dốc điển hình cho trượt xoay .................................................8
Hình 1.3: Các dạng mặt phá hoại: a) mặt phẳng; b) cung tròn; c) khơng theo quy tắc;
d) hỗn hợp .................................................................................................................10
Hình 1.4 : Góc ma sát φ ' ứng với hàm lượng sợi hữu cơ trong thí nghiệm của
Andersland, O. B, Khattak, A.S .................................................................................11
Hình 1.5: Quan hệ ứng suất và biến dạng của đất sét có và khơng có gia cường sợi
theo Nataraj, M.S, McManis .....................................................................................12
Hình 1.6 : Quan hệ ứng suất, biến dạng tại các độ ẩm khác nhau của mẫu đất cát có
gia cường 0.3% hàm lượng sợi theo Nataraj, M.S, McManis ..................................12
Hình 1.7 : Ứng suất lệch, biến dạng thể tích tương quan với biến dạng dọc trục ứng
với chiều dài sợi khác nhau trong thí nghiệm của Feuerharmel, M.R. ....................13
Hình 1.8 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét trộn với sợi nylon theo Kumar, S
và Tabor, E. ...............................................................................................................14
Hình 1.9 : Sợi polypropylene dùng trong nghiên cứu của Chaosheng Tang , Bin
Shi,wei Gao,Fengjun,Yi cai .....................................................................................14
Hình 1.10 :Áp lực nước lỗ rỗng do biến dạng trượt trong thí nghiệm của Freilich, B.
J., Li, C., Zornberg ....................................................................................................15
Hình 1.11 : Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp với chiều dài sợi 10mm, áp lực 100kPa

trong thí nghiệm của Amin Chegenizadeh, Prof. Hamid Nikraz. .............................16
Hình 1.12 : Hiệu ứng “bắt cầu” của đất sét gia cố xi măng và sợi polypropylene trong
thí nghiệm của Chaosheng Tang, Bin Shi, Wei Gao, Fengjun Chen ........................17
Hình 1.13 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất gia cường bằng xi măng và sợi trong
thí nghiệm của Chaosheng Tang, Bin Shi, Wei Gao, Fengjun Chen ........................18
Hình 1.14 : Hình dạng phá hủy của mẫu (a) mẫu đất có gia cường sợi (b) mẫu đất
khơng có gia cường sợi ............................................................................................18


Hình 1.15 : Biến dạng của mẫu đất trộn xi măng với chiều dài sợi 6mm và 12mm theo
Kim, Woo Sik·Jung, Du Hwoe·Cho, Il Muk ...............................................................19
Hình 1.16 : Quan hệ ứng suất biến dạng của mẫu đất trộn xi măng với chiều dài sợi
6mm và 12mm theo Kim, Woo Sik·Jung, Du Hwoe·Cho, Il Muk ..............................19
Hình 1.17 : Các loại xơ dừa dùng trong thí nghiệm của Rao, G. V., Dutta, R. K.,
Ujwala .......................................................................................................................20
Hình 1.18 : Cường độ nén của hỗn hợp đất sét pha cát trộn với sợi xơ dừa với hàm
lượng khác nhau theo Bryan Gaw and Sofia Zamora...............................................21
Hình 1.19 : Cường độ nén của hỗn hợp đất sét pha cát trộn với sợi xơ dừa với chiều
dài sợi khác nhau theo Bryan Gaw and Sofia Zamora .............................................22
Hình 1.20 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét nhiễm mặn được gia cường với
xơ dừa với các hàm lượng khác nhau theo Bindu Sebastian. ...................................22
Hình 1.21 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét nhiễm mặn được gia cường với
xơ dừa với các chiều dài sợi khác nhau theo Bindu Sebastian. ................................23
Hình 1.22 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của mẫu đất gia cường bằng sợi xơ dừa khơ
...................................................................................................................................23
Hình 1.23 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của mẫu đất gia cường bằng sợi xơ dừa xử lý
bằng NaOH. ..............................................................................................................24
Hình 1.24 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của mẫu đất gia cường bằng sợi xơ dừa xử lý
bằng CCl4. .................................................................................................................24
CHƯƠNG 2

Hình 2.1 : Các lực tác dụng lên điểm M trong nền đất ............................................26
Hình 2.2 : Vòng tròn Mohr và đường bao sức chống cắt ........................................27
Hình 2.3 : Vịng trịn Mohr của đất rời .....................................................................28
Hình 2.4 :Vịng trịn Mohr của đất dính ...................................................................29
Hình 2.5 : Cung trượt phân tích theo ứng suất tổng (φu=0)[19] .............................30
Hình 2.6 : Ảnh hưởng của khe nứt căng trong phân tích ứng suất tổng [19] ..........31
Hình 2.7 : Mái dốc nhiều lớp ....................................................................................32
Hình 2.8 : Cung trượt của mái dốc nhiều lớp[19] ....................................................32
Hình 2.9 : Ảnh hưởng của một lớp đất cứng nằm bên dưới[19] .............................33


Hình 2.10 : Ảnh hưởng của mái dốc ngập nước[19] ................................................33
Hình 2.11 : Phương pháp phân mảnh[19] ................................................................34
Hình 2.12 : Phân tích ổn định theo phương pháp A.W.BISHOP ..............................38
CHƯƠNG 3
Hình 3.1: Vị Trí Lấy Mẫu Đất ...................................................................................40
Hình 3.2: Địa hình khu vực nghiên cứu ....................................................................41
Hình 3.3 : Sợi xơ dừa Bến Tre ..................................................................................46
Hình 3.4 : Sơ đồ hộp cắt trực tiếp .............................................................................48
Hình 3.5 : Thiết bị cắt trực tiếp trong phịng thí nghiệm ..........................................48
Hình 3.6 : Xấy khơ đất trước khi trộn với nước ........................................................49
Hình 3.7 : Chuẩn bị các nguyên vật liệu trộn ...........................................................50
Hình 3.8 : (a) Hỗn hợp đất sau khi trộn xong; (b) Cho đất vào khuôn ....................50
Hình 3.9 : Bão dưỡng mẫu cắt trực tiếp ...................................................................51
Hình 3.10 : Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp .........................................................52
Hình 3.11 : Hình dạng phá hoại mẫu cắt trực tiếp ...................................................53
Hình 3.12 : Biểu đồ quan hệ giữu góc ma sát trong φ và hàm lượng xơ dừa ..........54
Hình 3.13 : Biểu đồ quan hệ giữu lực dính và hàm lượng xơ dừa ...........................55
Hình 3.14 : Biểu đồ quan hệ sức chống cắt theo hàm lượng xơ dừa theo thời gian
7,14,28 ngày tại cấp áp lực 25 kPa ...........................................................................57

Hình 3.15 : Biểu đồ quan hệ sức chống cắt theo hàm lượng xơ dừa theo thời gian
7,14,28 ngày tại cấp áp lực 50 kPa ...........................................................................57
Hình 3.16 : Biểu đồ quan hệ sức chống cắt theo hàm lượng xơ dừa theo thời gian
7,14,28 ngày tại cấp áp lực 100 kPa .........................................................................58
CHƯƠNG 4
Hình 4.1 : Tồn cảnh mái dốc tự nhiên ....................................................................61
Hình 4.2 : Mặt cắt mái dốc ......................................................................................62
Hình 4.3 : Kết quả tính ổn định mái dốc với độ bão hịa 60% .................................63
Hình 4.4 : Kết quả tính ổn định mái dốc với độ bão hịa 70% .................................64
Hình 4.5 : Kết quả tính ổn định mái dốc với độ bão hịa 80% .................................64


Hình 4.6 : Mơ hình bài tốn khi có hệ cọc xi măng đất. ...........................................67
Hình 4.7 : Mơ hình bài tốn khi có hệ cọc xi măng đất. ...........................................69
Hình 4.8 : Mơ hình bài tốn khi có hệ cọc xi măng đất ............................................71


DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 2
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1 : Tỷ lệ thành phần hạt ............................................................................................... 41
Bảng 3.2 : Số liệu thí nghiệm Tỷ trọng hạt .............................................................................. 42
Bảng 3.3 : Số liệu Thí nghiệm độ ẩm ....................................................................................... 42
Bảng 3.4 : Số liệu thí nghiệm sức chống cắt ........................................................................... 42
Bảng 3.5 : Tính chất cơ lý của đất thí nghiệm ......................................................................... 43
Bảng 3.6 : Thành phần hóa học của sợi xơ dừa ...................................................................... 47
Bảng 3.7 : Bảng tổng hợp góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất-xi măng-xơ dừa ở 7 ngày .... 53
Bảng 3.8 : Bảng tổng hợp góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất-xi măng-xơ dừa ở 14 ngày .. 53
Bảng 3.9 : Bảng tổng hợp góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất-xi măng-xơ dừa ở 28 ngày .. 53

Bảng 3.10 : Bảng tổng lực dính của hỗn hợp đất-xi măng-xơ dừa ở 7 ngày .......................... 55
Bảng 3.11 : Bảng tổng lực dính của hỗn hợp đất-xi măng-xơ dừa ở 14 ngày ........................ 55
Bảng 3.12 : Bảng tổng lực dính của hỗn hợp đất-xi măng-xơ dừa ở 28 ngày ........................ 55
Bảng 3.13 : Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 25 kPa............................................ 56
Bảng 3.14 : Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 50 kPa............................................ 56
Bảng 3.15 : Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 100 kPa.......................................... 56
CHƯƠNG 4
Bảng 4.1 : Chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1 đưa vào mơ hình tính tốn ......................................... 63
Bảng 4.2 : Bảng tính ctđ và φtđ cho cọc xi măng đất – xơ dừa ................................................. 66
Bảng 4.3 : Kết quả tính tốn ổn định mái dốc theo hàm lượng xơ dừa ................................... 67
Bảng 4.4 : Bảng tính ctđ và φtđ cho cọc xi măng đất – xơ dừa ................................................. 69
Bảng 4.5 : Kết quả tính tốn ổn định mái dốc theo khoảng cách cọc ..................................... 69
Bảng 4.6 : Bảng tính ctđ và φtđ cho cọc xi măng đất – xơ dừa ................................................. 70
Bảng 4.7 : Kết quả tính tốn ổn định mái dốc theo góc bố trí cọc .......................................... 71


CÁC KÝ HIỆU
γđn

KN/m3

Dung trọng đẩy nổi của đất

γbh

KN/m3

Dung trọng bảo hòa của đất

γn

KN/m3

Dung trọng của nước

Gs

Tỷ trọng của đất

e0

Hệ số rỗng tự nhiên

W

%

Độ ẩm

S

%

Độ bảo hòa

τ

kPa

Ứng suất tiếp

s

kPa

Sức chống cắt của đất

c

kPa

lực dính

cu

kPa

Lực dính trong điều kiện khơng cố kết,
thốt nước

φ

(0 )

Góc ma sát trong

φu

(0 )

Góc ma sát trong, điều kiện khơng cố kết,
khơng thốt nước

l

cm

Chiều dài sợi

R

cm

Khoảng cách các sợi

u

kPa

Áp lực nước lỗ rỗng


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-1

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 4
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................................................... 4
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .......................................................................... 4
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 5

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ......................................................... 5
5. GIÁ TRỊ THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI .......................................................... 5
6. PHẠM VI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI............................................................ 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU GIA CỐ ĐẤT MÁI DỐC
BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT TRỘN XƠ DỪA................................................7
1.1. Tổng quan về mái dốc và sự mất ổn định của mái dốc ...............................7
1.2. Tổng quan gia cố đất bằng sợi ....................................................................10
1.3. Tổng quan gia cố đất bằng sợi kết hợp với xi măng .................................16
1.4. Tổng quan gia cố đất bằng sợi xơ dừa .......................................................20
CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ......................26

2.1. Tổng quan sức chống cắt của đất................................................................26
2.2. Cơ sở lý thuyết của ổn định mái dốc ..........................................................29
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.
2.2.4.
2.2.5.

Ổn định khơng thốt nước của mái dốc..........................................29
Mái dốc khơng đồng nhất khơng thốt nước .................................31
Mái dốc ngập nước...........................................................................33
Phương pháp mặt trượt trụ tròn W.FELLENIUS..........................34
Phương pháp mặt trượt trụ tròn A.W.BISHOP .............................38

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ SỨC CHỐNG CẮT
KHƠNG THỐT NƯỚC CỦA HỖN HỢP ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ SỢI
XƠ DỪA

.......................................................................................................40
3.1. Tính chất cơ bản của đất dùng trong thí nghiệm ......................................40
3.1.1.
Vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................40
3.1.2.
Tính chất cơ lý của đất .....................................................................41
3.2. Phương Pháp Nghiên cứu ............................................................................44
3.2.1.
Tính Chất các loại vật liệu ...............................................................44
3.2.2.
Lựa chọn cấp phối thí nghiệm.........................................................45
3.2.3.
Bảng lựa chọn cấp phối thí nghiệm ................................................45
3.3. Các thí nghiệm thực hiện .............................................................................46
HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-2

3.3.1.
Chuẩn bị sợi xơ dừa cho thí nghiệm ...............................................46
3.3.2.
Thí nghiệm cắt trực tiếp ...................................................................47
3.3.2.1. Thiết bị thí nghiệm Cắt trực tiếp .................................................47
3.3.2.2. Chế Bị mẫu :.................................................................................48
3.3.2.3. Qui Trính Thí Nghiệm : ...............................................................51

3.4. Kết quả thí nghiệm .......................................................................................52
3.4.1.1. Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp ..................................................52
3.4.1.2. Góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất- xi măng- xơ dừa .............53
3.4.1.3. Lực dính của hỗn hợp đất- xi măng- xơ dừa ..............................55
3.4.1.4. Sức chống cắt của hỗn hợp đất trộn xi măng và sợi xơ dừa......56
KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................... 59
CHƯƠNG 4:

ỨNG DỤNG TÍNH TỐN .........................................................60

4.1. Giới thiệu về phần mềm tính tốn GEO SLOPE ......................................60
4.2. Ứng dụng tính tốn ổn định mái dốc ..........................................................61
4.2.1.
Đặc điểm tính tốn của mái dốc ......................................................61
4.2.2.
Kết quả bài toán từ nghiên cứu trước .............................................63
4.2.2.1. Thơng số bài tốn ban đầu ..........................................................63
4.2.2.2. Kết quả bài tốn ban đầu : ...........................................................63
4.2.3.
Kiểm tra ổn định cơng trình bằng phần mềm Geo Slope khi sét đến
ảnh hưởng của cọc xi măng đất trộn xơ dừa ..................................................65
4.2.3.1. Các trường hợp bài tốn ..............................................................65
4.2.3.2. Thơng số đưa vào mơ hình ..........................................................65
4.2.3.3. Khảo sát sự thay đổi hệ số ổn định mái dốc khi thay đổi hàm
lượng xơ dừa trong hỗn hợp cọc xi măng đất trộn xơ dừa :......................66
4.2.3.4. Khảo sát sự thay đổi hệ số ổn định mái dốc khi thay đổi khoảng
cách cọc .......................................................................................................68
4.2.3.5. Khảo sát sự thay đổi hệ số ổn định mái dốc khi thay đổi góc bố
trí cọc
.......................................................................................................70

KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................... 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 73
I. KẾT LUẬN .......................................................................................................... 73
II. KIẾN NGHỊ ........................................................................................................ 74
Hướng nghiên cứu tiếp theo ................................................................................... 74

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-3

PHẦN MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Các sự cố sụt trượt đất mái dốc nền đồi cao, đặc biệt vào mùa mưa lũ kéo dài ở
miền Trung đang diễn ra ngày càng nhiều do tác động của biến đổi khí hậu, làm tốn
nhiều tiền của và nguy hại đến tính mạng con người.
Độ ẩm thay đổi là yếu tố quan trọng gây biến đổi ổn định mái dốc.Các điểm trượt lở
có quy mơ lớn đều có liên quan đến sự thay đổi độ ẩm nước dưới đất mà trong đó
chế độ mưa đóng vai trị quan trọng. Trượt đất thường xảy ra trong phạm vi các khu
vực có lượng mưa lớn và gia tăng vào mùa mưa. Quá trình xâm nhập của nước mưa
vào đất sẽ dẫn đến:
- Mực nước ngầm dâng cao, đới bão hoà bị thu hẹp
- Suy giảm cường độ kháng cắt của đất
- Hệ số ổn định mái dốc giảm
Cơ chế phá hoại này có thể xảy ra theo dạng trượt nơng và trượt sâu, tuỳ thuộc vào
chiều dày của các lớp đất, thành phần độ chặt của đất cũng như các đặc tính của

mưa.
Việc khắc phục hậu quả từ những lần sạt lở này thường khó khăn, tốn kém gấp
nhiều lần so với các sự cố trên mặt đất. Do đó, cần có sự chuẩn bị kỹ lưỡng về mặt
kỹ thuật, nhằm hạn chế khả năng xảy ra sự cố đến mức thấp nhất có thể.
Đề tài “Nghiên cứu phương pháp ổn định mái dốc bằng đất trộn xi măng kết hợp
sợi xơ dừa” được thực hiện cũng nhằm mục đích như vậy.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-

Xác định hàm lượng sợi xơ dừa trong hỗn hợp đất trộn xi măng- xơ dừa để
gia cố đất mái dốc.

-

Từ đó đưa ra được biểu đồ so sánh cường độ đất nền trước và sau khi gia cố
với các tỉ lệ trộn giữa đất, xi măng và xơ dừa khác nhau

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-

-4

Đề xuất phương án bố trí cọc trên mái dốc với tỷ lệ trộn tốt nhất vào cơng
trình thực tế ở Khu dân cư tại xã Hố Nai 3, Huyện Trảng Bom, Tỉnh Đồng

Nai.

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cơ sở lý thuyết :
-

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sức chống cắt khơng thốt nước và ổn định mái
dốc

-

Nghiên cứa vai trò của xơ dừa khi ứng dụng làm gia cố đất mái dốc.
Thí nghiệm trong phịng :

-

Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp với các hàm lượng sợi xơ dừa khác nhau.
Tính tốn và mơ phỏng :

-

Sử dụng phần mềm Geo Slope/W để tính tốn ổn định trượt cho mái dốc
được gia cố bằng cọc đất trộn xi măng- xơ dừa.

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
-

Đề tài khảo sát được đặc trưng cơ lý của hỗn hợp vật liệu mới dùng để gia cố
mái dốc

-

Thông qua các kết quả thí nghiệm đánh giá được sự gia tăng cường độ của
hỗn hợp vật liệu mới ứng với loại đất cụ thể.

-

Đánh giá được phần nào ứng xử của sợi trong đất

5. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
-

Đưa ra một giải pháp xử lý gia cố mái dốc trên nền cát pha sét mang lại hiệu
quả và giá trị kinh tế, tiết kiệm chi phí cho nhà đầu tư.

-

Từ kết quả tính tốn đánh giá được khả năng ứng dụng của vật liệu mới ở
khu dân cư tại xã Hố Nai 3, Huyện Trảng Bom, Tỉnh Đồng Nai và các khu
vực có điều kiện địa chất tương tự.

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-5

6. PHẠM VI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI :
-

Như ta đã biết, đất là một loại vật chất khơng đồng nhất và có tính chất phức
tạp, ứng xử khó lường, vì thế với mỗi loại đất khác nhau thì đất thể hiện
những tính chất khác nhau. Đề tài chỉ nghiên cứu cụ thể cho một loại đất.

-

Đề tài chỉ nghiên cứu được phần cường độ còn phần ứng xử của vật liệu này
trong nền hỗn hợp (cố kết, tính thấm) thì chưa được đề cập.

-

Các biến số trong bài tốn thực nghiệm này cịn hạn chế, ví dụ như : chiều
dài sợi, cách sử lý sợi, các loại sợi xơ dừa khác nhau, công nghệ trộn.

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-7-

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU GIA CỐ ĐẤT MÁI
DỐC BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT TRỘN XƠ DỪA
1.1. Tổng quan về mái dốc và sự mất ổn định của mái dốc
Mái dốc của khối đất đá có thể được hình thành do tác nhân tự nhiên hay nhân

tạo. Tất cả các mái dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một dạng ổn định hơn,
cuối cùng chuyển sang nằm ngang và trong bối cảnh này, mất ổn định được quan
niệm là khi có xu hướng di chuyển và phá hoại. Các lực gây mất ổn định liên quan
chủ yếu với trọng lực và thấm trong khi sức chống phá hoại cơ bản là do hình dạng
mái dốc kết hợp với bản thân độ bền kháng cắt của đất và đá tạo nên, do đó khi tính
tốn ổn định của mái dốc cần phải xét đến đầy đủ các nội lực và ngoại lực[1].

Hình1.1:Các loại mái dốc tự nhiên và nhân tạo
Sự di chuyển của khối đất đá có thể xảy ra do phá hoại cắt dọc theo một mặt ở
bên trong khối hay do ứng suất hiệu quả giữa các hạt giảm tạo nên sự hóa hỏng một
phần hay toàn bộ. Người ta đã quan sát được nhiều dạng di chuyển ( phá hoại) khác
nhau, có 3 dạng di chuyển thường xảy ra nhiều hơn [1]:
a) Sụt lở: đất đá di chuyển rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn: các thớ nứt, khe nứt,
HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-8-

mặt phẳng phân lớp dốc, mặt đứt gãy, … và điều kiện phá hoại có thể được
hỗ trợ hay thúc đẩy do tác động của áp lực nước ở trong các gián đoạn đó.
b) Trượt : khối đất đá cơ bản không bị xáo động trong khi trượt theo một mặt
xác định. Xét về kết cấu, có 2 dạng trượt sau:
+ Trượt tịnh tiến: sự di chuyển tuyến tính của khối đá dọc theo mặt
phẳng phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất nằm gần mặt đất dốc. Sự
di chuyển như thế thường khá nông và song song với mặt đất
+ Trượt xoay: sự di chuyển dọc theo mặt cắt cong bằng cách là khối

trượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc và đẩy trồi ở gần chân dốc (Hình
1.2).

Hình 1.2: Mơ hình mái dốc điển hình cho trượt xoay
c) Trượt dịng : bản thân khối trượt cũng bị sáo động và di chuyển một phần
hay tồn bộ như một chất lỏng. Trượt dịng thường xảy ra trong đất yếu bão
hòa nước khi áp lực nước lỗ rỗng tăng đủ để làm mất toàn bộ độ bền chống
cắt. Mặt trượt thực hầu như khơng có hay chỉ biểu hiện từng lúc.
Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là mái dốc tự nhiên do xói mịn hoặc
chia cắt, tại sười đồi hoặc thung lũng. Dạng mái dốc này có thể tồn tại hàng năm ở
trạng thái bắt đầu phá hoại, ở trạng thái tới hạn, nhưng khi có sự thay đổi các điều
kiện tự nhiên (như mưa, thốt nước, …) hay có sự can thiệp của con người ( chất
tải, bóc lớp phủ bề mặt, đào chân mái dốc,…) sẽ thúc đẩy sự phá hoại mái dốc theo
mặt trượt đã tồn tại trước hay tạo ra mặt trượt mới.
Những sự cố trượt lở lớn mái dốc trên thế giới và ở Việt Nam phần lớn có liên
HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-9-

quan đến trạng thái khơng bão hịa của đất.Các đất có vấn đề về trượt lở này thường
có nguồn gốc tàn tích và mực nước ngầm ở sâu.Các lớp đất trên mặt có áp lực nước
lỗ rỗng âm, đóng vai trị quan trọng trong sự ổn định của mái dốc. Tuy nhiên, lượng
mưa nhiều, liên tục có thể làm giảm áp lực lỗ rỗng âm của khối đất phía trên đường
bão hịa, do đó cường độ chống cắt giảm dẫn đến mái dốc mất ổn định.
Phương pháp thường dùng nhất để phân tích sự ổn định của mái dốc trong đất

dính là dựa trên việc xem xét cân bằng dẻo giới hạn. Về căn bản, điều kiện cân bằng
dẻo giới hạn tồn tại từ thời điểm mà dịch chuyển trượt cắt bắt đầu và biến dạng cứ
tiếp diễn mà ứng suất không đổi [1].
Trong thực tế, khi mái dốc bị mất ổn định, mặt trượt có thể có nhiều hình dạng
khác nhau.Sự trượt có thể xảy ra cục bộ hoặc phổ biến trên một chiều dài nhất định;
mặt trượt có dạng của mặt cầu (bài tốn khơng gian 3 chiều) hoặc mặt trụ (bài toán
phẳng 2 chiều). Dạng đơn giản nhất, do Cullmann đưa ra vào năm 1866, là một mặt
phẳng dài vô hạn đi qua chân mái dốc. Phương pháp này cho hệ số chảy an toàn nên
đã đánh giá quá cao điều kiện ổn định thực. Khi lựa chọn mặt trượt phức tạp hơn
như mặt cong xoắn logarit hay có dạng khơng theo quy tắc có thể cho kết quả gần
với giá trị thực, nhưng việc phân tích dài dịng và kém hấp dẫn. Việc dùng mặt trụ
tròn xoay với mặt cắt ngang là cung trịn sẽ cho kết quả thỏa mãn độ chính xác mà
khơng cần tính tốn q phức tạp.Hiện nay hầu hết các phương pháp đều giả thiết
mặt trượt có dạng mặt trụ tròn xoay.Trường hợp tồn tại lớp đá cứng dưới nền hoặc
lớp đất mềm yếu trong nền, mặt trượt có dạng phức tạp [1].

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-10-

Hình 1.3: Các dạng mặt phá hoại: a) mặt phẳng; b) cung trịn; c) khơng theo quy
tắc; d) hỗn hợp
Sự ổn định của mái dốc phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi của động thái áp lực
nước lỗ rỗng.Độ bền chống cắt thường quan hệ nghịch với áp lực nước lỗ rỗng.
1.2. Tổng quan gia cố đất bằng sợi

Công nghệ sử dụng vật liệu gia cường để trộn vào đất nhằm tăng cường độ kháng
cắt cũng như khả năng chịu tải của đất nền đã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều
nước trên thế giới
-

Năm 1981 :Andersland, O. B, Khattak, A.S(Michigan State University,
USA) nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu hữu cơ đến sức chống cắt của đất.
Thí nghiệm sử dụng sợi bã củ cải đường (pulp) hàm lượng 20% và đất
kaolinite.[2]

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-11-

Hình 1.4 :Góc ma sát φ ' ứng với hàm lượng sợi hữu cơ trong thí nghiệm của
Andersland, O. B, Khattak, A.S
-

Năm 1990: Maher, M.H., and Gray, D.H đã có nghiên cứu về ổn định của
nền cát được gia cố bằng sợi phân tán một cách ngẫu nhiên.[3]

-

Năm 1997 : Nataraj, M.S, McManis nghiên cứu về các đặc tính cường độ và
biến dạng của đất gia cố sợi trên đất sét và đất cát.[4]

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-12-

Hình 1.5: Quan hệ ứng suất và biến dạng của đất sét có và khơng có gia cường
sợi theo Nataraj, M.S, McManis

Hình 1.6 : Quan hệ ứng suất, biến dạng tại các độ ẩm khác nhau của mẫu đất cát
có gia cường 0.3% hàm lượng sợi theo Nataraj, M.S, McManis
-

Năm 1998: Zeigler, S., Leshchinsky, H. I. L. và Perry đã nghiên cứu về
ảnh hưởng của sợi polyme dạng ngắn đến sự phát triển vết nứt của đất
sét.[5]

-

Năm 1999: Gregory, G.H đã đưa ra lý thuyết về sức kháng cắt của mơ
hình đất trộn với sợi tổng hợp.[6]

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-

-13-

Năm 2000 : Feuerharmel, M.R(Diss. MSc Dissertation, Federal Univ. of Rio
Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil)phân tích ứng xử của sợi polypropylen
trong việc gia cường đất.[7]

Hình 1.7 : Ứng suất lệch, biến dạng thể tích tương quan với biến dạng dọc trục
ứng với chiều dài sợi khác nhau trong thí nghiệm của Feuerharmel, M.R.

-

Năm 2003 : Kumar, S.(Associate Professor, Department of Civil

Engineering Southern Illinois University-Carbondale), Tabor, E., nghiên
cứu các đặc tính cường độ của đất sét bùn trộn ngẫu nhiên với sợi nylon.[8]

HVTH: PHẠM THÀNH LONG - 13090085

GVHD: TS. ĐỖ THANH HẢI