Nghiên cứu phương pháp tính toán, phân tích mô phỏng cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện hút chân không

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------

VÕ THÀNH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH,
MƠ PHỎNG CHO MỘT LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG
TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN HÚT CHÂN KHÔNG

CHU
MÃ SỐ

N NG NH ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC S

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------

VÕ THÀNH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH,
MƠ PHỎNG CHO MỘT LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG
TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN HÚT CHÂN KHÔNG

CHU
MÃ SỐ

N NG NH ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC S

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HO N TH NH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. TRẦN TUẤN ANH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG
TP H Ch Minh ng y

tháng

năm

Th nh phần Hội đ ng đánh giá luận văn thạc sĩ:
1
2
3

4
5
Xác nhận của Chủ tịch hội đ ng đánh giá LV v Trƣởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA


TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGH A VIỆT NAM

PHÕNG Đ O TẠO SĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC S
Họ v tên học viên

Phái

: Nam

Ng y tháng năm sinh : 13/10/1988

Nơi sinh

: TP.HCM

Chuyên ng nh

Mã số ng nh

: 60.58.60

I.

: VÕ THÀNH

: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

T N ĐỀ T I
Nghiên cứu phương pháp tính tốn, phân tích, mơ phỏng cho một lăng trụ cố kết đối

xứng trục trong điều kiện hút chân không.
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Phân t ch ứng xử của một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện thi công xử lý
nền đất yếu bằng phƣơng pháp bơm hút chân không kết hợp với gia tải Sử dụng phƣơng
pháp phần tử hữu hạn v phƣơng pháp giải tích có xét đến sự thay đổi áp lực nƣớc lỗ rỗng
theo thời gian. Đối chiếu với kết đo đạc về giá trị áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ, độ lún bề
mặt v độ lún theo độ sâu trong suốt q trình thi cơng. Từ đó, đánh giá các kết quả đạt
đƣợc
II.

NG

III. NG

GIAO NHIỆM VỤ 21/01/2013

HO N TH NH NHIỆM VỤ: 21/06/2013

IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS TRẦN TUẤN ANH
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN Đ O TẠO

TS. TRẦN TUẤN ANH

PGS.TS VÕ PHÁN
TRƢỞNG KHOA


[i]

LỜI CẢM ƠN
Thấm thoát đã gần 2 năm khi tác giả học tập cao học và gần 7 năm học tại
ngôi trƣờng này. Bằng tất cả sự tôn trọng và biết ơn, tác giả xin đƣợc gửi lời biết ơn
đến những ngƣời đã trao cho mình h nh trang để bƣớc v o con đƣờng ph a trƣớc.
Đầu tiên, tác giả xin cảm ơn ba mẹ đã nuôi dạy con khơn lớn, ln động
viên, khuyến khích con cố gắng học tập Ch nh điều đó, đã giúp ch con rất nhiều.
Tiếp đến, tác giả xin gửi lời cám ơn đến Thầy Trần Tuấn Anh. Bằng tất cả
tâm huyết của Thầy vào từng bài giảng, vào từng bài báo thuộc chuyên ng nh cơ
học đất – nền móng, đã giúp cho tác giả và nhiều học viên khác học hỏi đƣợc nhiều
tri thức của các giáo sƣ, tiến sĩ đầu ngành thông qua các kết quả nghiên cứu khoa
học đƣợc công bố. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc bởi sự định hƣớng, nhiệt tình
và tận tụy của Thầy đã giúp đỡ tác giả rất nhiều trong quá trình thực hiện Luận văn
Tác giả xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy Cô trong bộ môn Địa cơ – Nền
móng: Thầy Châu Ngọc Ẩn, Thầy Võ Phán, Thầy Lê Bá Vinh, Thầy Bùi Trƣờng

Sơn, Thầy Nguyễn Minh Tâm, Thầy Đỗ Thanh Hải, Thầy Trần Xuân Thọ và Thầy
Lê Trọng Nghĩa đã truyền đạt kiến thức của mình giúp cho tác giả có đƣợc một nền
tảng kiến thức cơ sở về lĩnh vực ngành nghề.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cám ơn đến các bạn trong lớp Địa kỹ thuật Xây
dựng khóa 2011 đã hỗ trợ tác giả rất nhiều trong quá trình học tập.
Xin chân th nh cám ơn !
TP.HCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013
Học viên thực hiện
VÕ THÀNH


[ii]

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC S
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH, MƠ PHỎNG
CHO MỘT LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN
HÚT CHÂN KHƠNG
TĨM TẮT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu ứng xử của một lăng trụ cố
kết đối xứng trục có tâm là một bấc thấm trong điều kiện hút chân không kết hợp
với gia tải. Lăng trụ này nằm ở đƣờng đối xứng trục bên dƣới nền đất đắp. Dựa trên
phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) v phƣơng pháp giải tích có xét đến sự thay
đổi tải trọng theo thời gian, tác giả tiến hành so sánh kết quả áp lực nƣớc lỗ rỗng
thặng dƣ, độ lún bề mặt, độ lún theo độ sâu của các điểm trong nền cho hai cơng
trình Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 và Kho dự trữ Cảng
Thiên Tân (Trung Quốc).
Mặc dù luận văn cịn một số hạn chế, nhìn chung kết quả từ hai phƣơng pháp
trên khá tốt với kết quả quan trắc thực tế, do đó cho thấy tính khả thi Phƣơng pháp
có thể đƣợc áp dụng để thiết kế và dự đốn cho các cơng trình xử lý đất yếu bằng
phƣơng pháp bơm hút chân không
STUDY ON COMPUTATION, ANALYSIS, MODELING OF AN

AXISYMMETRIC UNIT CELL UNDER VACUUM CONDITION
ABSTRACT: The thesis concentrates on researching of an axisymmetric unit
cell under vacuum-preloading condition. An axisymmetric unit cell is under the
embankment at the centerline. Based on the finite element method (FEM) and the
calculation method by considering change of increasing load in many stages during
time construction, the author compared those with the results of excess pore water
pressure, surface settlement, depth settlement of Nhon Trach 2 Combined Cycle
Power Plant project and Tianjin port (China).


[iii]

Although the thesis had some disadvantages, the results of two methods
showed a good applicability with the field data. The methods can be applied to
design and predict for soft soil improvement by vacuum – preloading method.


[iv]

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu
thực sự của cá nhân tôi, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức,
số liệu đo đạc thực tiễn v dƣới sự hƣớng dẫn của:
TS. Trần Tuấn Anh
Các số liệu, mơ hình tính tốn và những kết quả trong Luận văn l ho n to n
trung thực. Nội dung của bản Luận văn n y ho n to n tuân theo nội dung của đề
cƣơng Luận văn đã đƣợc Hội đ ng đánh giá đề cƣơng Luận văn Cao học ng nh Địa
Kỹ Thuật Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng thông qua.
Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam đoan trên.

[v]

MỤC LỤC
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO........................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN ..................................................... iv
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ..................................................................................... ix
DANH SÁCH HÌNH ẢNH .........................................................................................x
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................1
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................2
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC – Ý NGHĨA THỰC TIỄN ............................................3
4. BỐ CỤC LUẬN VĂN .........................................................................................3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI ......................................................................4
1.1

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BẤC THẤM ................4

1.2

THI CÔNG VÀ QUAN TRẮC .......................................................................5

1.2.1

Quan trắc chuyển vị ngang..............................................................................6

1.2.2

Quan trắc lún mặt v lún theo độ sâu ..............................................................6

1.2.3

Quan trắc áp lực nƣớc lỗ rỗng .........................................................................6

1.3

ĐẶC TÍNH CỦA BẤC THẤM ......................................................................6

1.3.1

Đƣờng k nh tƣơng đƣơng của bấc thấm..........................................................6

1.3.2

Khả năng thoát nƣớc của bấc thấm .................................................................7

1.2.3

Đƣờng kính vùng ảnh hƣởng ..........................................................................9

1.2.4

Sự cản thấm ...................................................................................................10

1.2.5

Vùng xáo trộn ................................................................................................10

1.3

PHÁT TRIỂN LÝ THUYẾT BẤC THẤM ..................................................12

2.3.1

Lời giải của Kjellman (1948) ........................................................................14

2.3.2

Lời giải của Hansbo (1981) ...........................................................................16

1.4

ỨNG DỤNG CỦA CHẤT TẢI BẰNG CHÂN KHÔNG ............................19

1.4.1

Nguyên tắc hoạt động của bơm hút chân không ...........................................20


[vi]

1.4.2 Phân t ch ƣu khuyết điểm của phƣơng pháp gia tải trƣớc bơm hút chân
không so với phƣơng pháp giả tải trƣớc thông thƣờng .............................................21
1.4.3

Kết hợp gia tải trƣớc bằng đất đắp v bơm hút chân không .........................22

1.4.4 Một số cơng trình thực tế áp dụng phƣơng pháp thi cơng gia tải kết hợp bơm
hút chân khơng ..........................................................................................................22
1.5

TĨM TẮT CHƢƠNG 1 ................................................................................25

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................26
2.1

TỔNG QUAN ...............................................................................................26

2.2
LỜI GIẢI CHO LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU
KIỆN BƠM HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP GIA TẢI ĐẤT ĐẮP ......................26
2.2.1

Lời giải của Tuan Anh Tran & Mitachi (2008).............................................27

2.2.2

Lời giải của Mẫn và Tuấn Anh (2010)..........................................................29

2.2.2.1 Xây dựng hàm áp lực nƣớc lỗ rỗng theo thời gian .......................................29
2.2.2.2 Xây dựng hàm áp lực nƣớc lỗ rỗng và hàm cố kết trung bình cho tồn nền 32
a)

Trƣờng hợp tải trọng đất đắp xem nhƣ l tức thời ........................................32

b)

Trƣờng hợp tải trọng đất đắp phụ thuộc vào thời gian .................................33

2.2.2.3 Xây dựng hàm áp lực nƣớc lỗ rỗng và hàm cố kết trong điều kiện hút chân
không nhiều giai đoạn ...............................................................................................34
a)

Xây dựng hàm áp lực nƣớc lỗ rỗng

theo sơ đ gia tải nhiều giai đoạn ...35

b)

Xây dựng hàm cố kết U theo sơ đ gia tải nhiều giai đoạn ..........................38

2.3

PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) ................41

2.3.1

Mơ hình đất ...................................................................................................42

2.3.1.1 Mơ hình Cam-clay.........................................................................................42
2.3.1.2 Mơ hình Modified Cam-clay.........................................................................44
2.3.1.3 Mơ hình Mohr – Coulomb ............................................................................45
2.3.2

XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ ĐẤT CHO PHÂN TÍCH PTHH ...............48

2.3.2.1 Mối quan hệ giữa M và Su.............................................................................48

2.3.2.2 Sức chống cắt khơng thốt nƣớc của đất Su ..................................................48
2.3.2.3 Hệ số áp lực ngang Ko ...................................................................................49
2 3 2 4 K ch thƣớc mặt dẻo p c' .................................................................................49
2.3.2.5 Hệ số rỗng tới hạn ecs ....................................................................................50


[vii]

2.3.2.6 Hệ số poisson ................................................................................................51
2.3.2.7 Chỉ số nén  và chỉ số nở  ........................................................................51
2.4

TÓM TẮT CHƢƠNG 2 ................................................................................51

CHƢƠNG 3 KIỂM CHỨNG LỜI GIẢI CỦA PHƢƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ
PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ..................52
3.1.
CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHU TRÌNH HỖN HỢN NHƠN
TRẠCH 2 ..................................................................................................................52
3.1.1

Giới thiệu về cơng trình ................................................................................52

3.1.2

Điều kiện địa chất cơng trình ........................................................................54

3.1.3

Trình tự thi cơng ............................................................................................54

3.1.4

Kiểm chứng lời giải phƣơng pháp giải tích và phân tích PTHH ..................59

3.1.4.1 Kết quả quan trắc hiện trƣờng .......................................................................59
a)

Quan trắc áp lực nƣớc lỗ rỗng .......................................................................59

b)

Quan trắc lún mặt v lún theo độ sâu ............................................................61

3 1 4 2 Phƣơng pháp phân t ch PTHH ......................................................................64
a)

Kết quả mô phỏng áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ..........................................68

b)

Kết quả mô phỏng lún bề mặt v lún theo độ sâu .........................................71

3 1 4 3 Phƣơng pháp t nh tốn giải tích ....................................................................75
a)

Kết quả tính tốn giải tích áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ..............................76

b)

Kết quả tính tốn giải tích lún bề mặt v lún theo độ sâu .............................79

3.1.1.4 So sánh lời giải phƣơng pháp giải tích và phân tích PTHH với kết quả quan
trắc hiện trƣờng .........................................................................................................83
a)

Áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ .......................................................................83

b)

Lún bề mặt v lún theo độ sâu ......................................................................85

3.2
CƠNG TRÌNH KHO DỰ TRỮ CẢNG THIÊN TÂN, TRUNG QUỐC
(TIANJIN PORT, CHINA) .......................................................................................86
3.2.1

Giới thiệu về cơng trình ................................................................................86

3.2.2

Điều kiện địa chất..........................................................................................87

3.2.3

Trình tự thi cơng ............................................................................................88

3.2.4

Kiểm chứng lời giải phƣơng pháp giải tích và phân tích PTHH ..................88

3.2.4.1 Kết quả quan trắc hiện trƣờng .......................................................................88


[viii]

a)

Quan trắc áp lực nƣớc lỗ rỗng .......................................................................90

b)

Quan trắc lún mặt v lún theo độ sâu ............................................................93

3 2 4 2 Phƣơng pháp phân t ch PTHH ......................................................................95
a)

Kết quả mô phỏng áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ..........................................99

b)

Kết quả mô phỏng lún bề mặt v lún theo độ sâu .......................................102

3 2 4 3 Phƣơng pháp t nh tốn giải tích ..................................................................106
a) Kết quả tính tốn áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ .............................................106
a)

Kết quả tính tốn giải tích lún bề mặt v lún theo độ sâu ...........................113

3.2.4.4 So sánh lời giải phƣơng pháp giải tích và phân tích PTHH với kết quả quan

trắc hiện trƣờng .......................................................................................................118
a)

Áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ .....................................................................118

b)

Lún bề mặt v lún theo độ sâu ....................................................................120

3.3

KẾT LUẬN CHƢƠNG 3............................................................................121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................122
1. KẾT LUẬN ......................................................................................................122
2. KIẾN NGHỊ .....................................................................................................123
3. ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..........................................123
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ..................................................125
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................126
TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................128
PHỤ LỤC ................................................................................................................129


[ix]

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Giá trị lƣu lƣợng thoát nƣớc tham khảo. ....................................................8
Bảng 1.2: Thông số đề nghị cho vùng xáo trộn ........................................................11
Bảng 1.3: Một số cơng trình xử lý bằng công nghệ gia tải hút chân không tại Việt
Nam ...........................................................................................................................22

Bảng 3.1: Thông số địa chất ......................................................................................54
Bảng 3.2: Lộ trình gia tải cơng trình Nhơn Trạch 2..................................................55
Bảng 3.3: Thơng số cho bấc thấm .............................................................................64
Bảng 3.4: Thông số đất phân tích PTHH ..................................................................66
Bảng 3.5: Thơng số trạng thái ứng suất ban đầu .......................................................67
Bảng 3.6: Thơng số tính tốn theo lời giải giải tích ..................................................75
Bảng 3.7: Sai số áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ so với kết quả quan trắc ..................84
Bảng 3.8: Sai số độ lún so với kết quả quan trắc. .....................................................85
Bảng 3.9: Thông số địa chất ......................................................................................87
Bảng 3.10: Lộ trình gia tải cơng trình Thiên Tân .....................................................89
Bảng 3.11: Thông số cho bấc thấm ...........................................................................96
Bảng 3.12: Thông số đất phân tích PTHH ................................................................96
Bảng 3.13: Thơng số trạng thái ứng suất ban đầu .....................................................97
Bảng 3.14: Thông số đầu vào cho tính tốn lời giải giải tích .................................108
Bảng 3.15: Thơng số đầu vào cho tính tốn lời giải giải tích .................................110
Bảng 3.16: Thơng số dùng để t nh tốn tƣơng đƣơng ............................................113
Bảng 3.17: Sai số áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ với kết quả quan trắc. .................118
Bảng 3.18: Sai số độ lún với kết quả quan trắc. ......................................................120


[x]

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Thi cơng cắm bấc thấm.......................................................................................... 5
Hình 1.2: Các thiết bị quan trắc tiêu biểu cho cơng trình đắp. ............................................. 5
Hình 1.3: Bấc thấm hình chữ nhật và đường kính giếng qui đổi........................................... 7
Hình 1.4: Đường kính tương đương của bấc thấm. ............................................................... 7
Hình 1.5: Sự uốn – gập của bấc thấm. .................................................................................. 8
Hình 1.6: Ảnh hưởng của áp lực ngang lên khả năng thoát nước của bấc thấm. ................. 9
Hình 1.7: Sơ đồ bố trí bấc thấm ............................................................................................ 9

Hình 1.8: Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống Madrel (Bergado, 1996) ......................... 12
Hình 1.9: Mơ hình lăng trụ thấm đối xứng trục .................................................................. 12
Hình 1.10: Lát cắt phân tố chiều dày dz .............................................................................. 14
Hình 2.11: Lát cắt phân tố dz có xét vùng xáo trộn và sự cản giếng .................................. 17
Hình 1.12: Minh họa chuyển vị ngang của nền đất dưới tác dụng của tải đất đắp kết hợp
với áp lực chân khơng .......................................................................................................... 20
Hình 1.13: Sơ đồ hoạt động của phương pháp hút chân khơng .......................................... 20
Hình 1.14: Ứng suất trong phương pháp gia tải chân khơng và đắp đất ............................ 21
Hình 1.15: Nhà máy sản xuất xơ sợi Polyester Đình Vũ ..................................................... 23
Hình 1.16: Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2. ............................................... 24
Hình 1.17: Kho chứa LPG lạnh Thị Vải. ............................................................................. 24
Hình 2.1: Phân bố áp lực chân khơng theo chiều sâu ......................................................... 27
Hình 2.2: Tải trọng phụ thuộc vào thời gian ....................................................................... 30
Hình 2.3: Sơ đồ gia tải đất đắp nhiều cấp ........................................................................... 34
Hình 2.4: Biểu đồ gia tải và áp lực nước lỗ rỗng ................................................................ 35
Hình 2.5: Biểu đồ gia tải và quá trình cố kết ...................................................................... 38
Hình 2.6: Các loại phần tử trong CRISP............................................................................. 41
Hình 2.7: Vị trí của đường trạng thái tới hạn. .................................................................... 43
Hình 2.8: Vị trí của hệ số rỗng ban đầu trên đường trạng thái tới hạn. ............................. 43
Hình 2.9: Mặt dẻo của mơ hình Cam-clay và Modified Cam-clay. ..................................... 45
Hình 2.10: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của mô hình đàn hồi tuyến tính .......... 46
Hình 2.11: Xác định chỉ tiêu cơ học về cường độ của đất nền qua thí nghiệm nén 3 trục. . 47
Hình 2.12: Mặt giới hạn biến dạng dẻo mơ hình Morh-Coulomb khi khơng có lực dính ... 48


[xi]

Hình 3.1: Nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2....................................................................... 52
Hình 3.2: Phân vùng khu vực cần xử lý nền. ....................................................................... 53
Hình 3.3: Mặt bằng bố trí các thiết bị quan trắc ................................................................. 53

Hình 3.4: Quá trình chất tải của khu vực II ........................................................................ 55
Hình 3.5: Thi cơng cắm bấc thấm........................................................................................ 56
Hình 3.6: Thi cơng ống hút chân khơng .............................................................................. 56
Hình 3.7: Thi cơng màng kín khí ......................................................................................... 57
Hình 3.8: Lắp đặt bơm chân khơng ..................................................................................... 57
Hình 3.9: Vận hành hệ thống chân khơng ........................................................................... 58
Hình 3.10: Thi cơng cát gia tải, bù lún ................................................................................ 58
Hình 3.11: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư quan trắc tại các độ sâu: -4.1; -6.8; -9.5m. ...... 61
Hình 3.12: Độ lún quan trắc bề mặt. ................................................................................... 63
Hình 3.13: Độ lún quan trắc tại các độ sâu: -1.3; -3.7; -6.1m ........................................... 63
Hình 4.: Lưu đồ nội suy thơng số đầu vào phân tích PTHH ............................................... 65
Hình 3.14: Lưu đồ nội suy thơng số đầu vào ....................................................................... 65
Hình 3.15: Lưới PTHH cho một nửa lăng trụ thấm đối xứng trục. ..................................... 68
Hình 3.16: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được mô phỏng tại các độ sâu: -4.1; -6.8; -9.5 m.
............................................................................................................................................. 70
Hình 3.17: Biểu đồ tổng hợp áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được mô phỏng. .................... 71
Hình 3.18: Độ lún bề mặt được mơ phỏng. ......................................................................... 72
Hình 3.19: Độ lún mơ phỏng tại các điểm ở độ sâu: -3.8; -7.0; -10.5; -12.5m. ................. 73
Hình 3.20: Kết quả mơ phỏng độ lún................................................................................... 74
Hình 3.21: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tính tốn bằng giải tích ở các độ sâu ................ 78
Hình 3.22: Độ lún bề mặt tính tốn từ lời giải giải tích. ..................................................... 82
Hình 3.23: Biểu đồ độ lún theo thời gian ở các độ sâu: -3.8; -7.0; -10.5; -12.5 m được tính
tốn từ lời giải giải tích. ...................................................................................................... 83
Hình 3.24: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư – tính tốn, mơ phỏng và quan trắc .................. 84
Hình 3.25: Độ lún bề mặt - quan trắc, mơ phỏng và tính tốn giải tích. ............................ 85
Hình 3.26: Biểu đồ độ lún theo độ sâu - quan trắc, mơ phỏng và tính tốn giải tích. ....... 86
Hình 3.27: Cơng trình Cảng Thiên Tân, Trung Quốc. ........................................................ 86
Hình 3.28: Sơ đồ khu vực xử lý và bố trí thiết bị quan trắc ................................................ 87
Hình 3.29: Qui trình hút chân khơng và gia tải................................................................... 89

[xii]

Hình 3.30: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư quan trắc tại các độ sâu -5; -8; -11; -12.5m..... 92
Hình 3.31: Biểu đồ tổng hợp áp lực nước lỗ rỗng thặng dư quan trắc tại hiện trường ...... 93
Hình 3.32: Độ lún quan trắc bề mặt nền theo thời gian. ..................................................... 94
Hình 3.33: Độ lún quan trắc theo thời gian tại các độ sâu: -3.8; -7.0; -10.5; -12.5m ....... 95
Hình 3.34: Lưới PTHH một nửa lăng trụ thấm đối xứng trục............................................. 98
Hình 3.35: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo các giai đoạn thi công được mô phỏng tại
các độ sâu: -5; -8; -11; -12.5 m. ........................................................................................ 101
Hình 3.36: Biểu đồ tổng hợp áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được mơ phỏng. .................. 102
Hình 3.37: Độ lún bề mặt được mơ phỏng theo thời gian. ................................................ 104
Hình 3.38: Biểu đồ độ lún theo các giai đoạn thi công tại các điểm ở độ sâu: -3.8; -7.0; 10.5; -12.5 m ...................................................................................................................... 104
Hình 3.39: Kết quả mơ phỏng độ lún................................................................................. 105
Hình 3.40: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian tại độ sâu -5 và -8m ................. 110
Hình 3.41: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian tính tốn bằng lời giải giải tích ở
các độ sâu: -5; -8; -11; -12.5 m. ........................................................................................ 112
Hình 3.42: Độ lún bề mặt được tính tốn từ lời giải giải tích theo thời gian. .................. 117
Hình 3.43: Biểu đồ độ lún theo độ sâu được tính tốn từ lời giải giải tích. ...................... 117
Hình 3.44: Biểu đồ so sánh áp lực nước lỗ rỗng thặng dư từ kết quả quan trắc, mơ phỏng
và lời giải giải tích. ............................................................................................................ 119
Hình 3.45: Biểu đồ độ lún bề măt từ kết quả quan trắc, mơ phỏng và lời giải giải tích. .. 121
Hình 3.46: Biểu đồ so sánh độ lún từ kết quả quan trắc, mơ phỏng và lời giải giải tích.. 121


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-1-

MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.

Trong suốt vài thập niên gần đây, cùng với sự gia tăng dân số và sự phát triển
khoa học kỹ thuật khắp nơi trên thế giới, các hoạt động xây dựng ngày nay chủ yếu
tập trung ở những khu vực có địa hình thấp, khu vực đầm lầy, nơi có h m lƣợng
chất hữu cơ v than bùn với bề dày lớn Đất yếu l đất có hệ số rỗng cao, sức chịu
tải kém, độ lún lớn Do đó, trƣớc khi xây dựng cơng trình chúng ta phải tìm cách
giảm thiểu độ lún.
Phƣơng pháp gia tải trƣớc l phƣơng pháp phổ biến để xử lý nền đất yếu, đƣợc
sử dụng thành công tại những khu vực đầm lầy có địa hình thấp Phƣơng pháp n y
dùng để cải thiện đặc t nh cơ học của đất yếu. Hiện nay, có ba cách phổ biến để gia
tải trƣớc là:
-

Gia tải bằng khối đất đắp

-

Gia tải bằng áp lực chân không

-

Gia tải bằng áp lực chân không kết hợp với đất đắp.
Việc gia tải bằng áp lực chân khơng có nhiều ƣu điểm hơn gia tải đất đắp nhƣ:

không cần vật liệu đất đắp, thời gian thi công ngắn hơn v không cần những thiết bị
máy móc nặng. Về vấn đề chuyển vị ngang, phƣơng pháp hút chân không gây ra
ứng suất đẳng hƣớng trong nền đất, do đó gây ra chuyển vị ngang về phía bên trong

nền Trong khi đó, phƣơng pháp gia tải đất đắp có khuynh hƣớng gây chuyển vị
ngang ra phía ngồi. Trong thực tế thi cơng, để tăng nhanh q trình cố kết mà vẫn
đảm bảo tính ổn định, hai phƣơng pháp n y đã đƣợc kết hợp lại với nhau. Một số
lƣợng lớn ứng dụng phƣơng pháp n y trong việc xử lý nền đất yếu đã đƣợc báo cáo
rộng rải bởi Bergado (1998), Tang và Shang (2000), Chu (2000), Chai (2008),
Saowapakpiboon (2010),
Năm 1948, Kjellman một nhà khoa học ngƣời Thụy Điển đã tiến hành nghiên
cứu v đƣa ra lời giải giải tích cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục Sau đó,

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-2-

Hansbo (1981), Indraratna (1997) đã phát triển lời giải bằng cách xét đến sự cản
giếng, vùng xáo trộn và chuyển bài toán từ đối xứng trục sang biến dạng phẳng.
Indraratna (2005) đã phát triển b i toán trong điều kiện hút chân không.
Tuy nhiên các lý thuyết nêu trên đều xét đến việc tải trọng đặt một cách tức
thời v không xét đến sự thay đổi tải trọng trong q trình thi cơng. Chính vì thế,
Mẫn & Tuấn Anh (2010) đã phát triển b i tốn có xét đến sự thay đổi áp lực nƣớc lỗ
rỗng thặng dƣ, từ đó tìm ra độ cố kết cho nền, giúp cho việc xác định độ lún theo
thời gian khi tải trọng thay đổi.
Luận văn “Nghiên cứu phương pháp tính tốn, phân tích, mơ phỏng cho
một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện hút chân không” sẽ phân tích
bài tốn bằng phƣơng pháp giải tích, và mơ phỏng phần tử hữu hạn (PTHH) để so
sánh với kết quả đo đạc thực tế.
2.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của Luận văn dựa trên:

-

Phƣơng pháp giải tích tính toán sự thay đổi áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ

theo các giai đoạn thi cơng. Từ đó xác định mức độ cố kết của nền v độ lún theo
từng giai đoạn.
-

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng cho một lăng trụ cố kết đối xứng

trục trong điều kiện hút chân không.
-

Dựa trên số liệu quan trắc áp lực nƣớc lỗ rỗng, độ lún bề mặt, độ lún theo độ

sâu tại hiện trƣờng.
Từ ba phƣơng pháp trên, tác giả tiến hành so sánh và phân tích ứng xử của
một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện bơm hút chân khơng cho cơng
trình nh máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 và cơng trình kho dự trữ Cảng
Thiên Tân (Trung Quốc) nhằm kiểm chứng lời giải giải tích và mơ phỏng phần tử
hữu hạn.

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

3.

-3-

Ý NGH A KHOA HỌC – Ý NGH A THỰC TIỄN
Những kết quả đạt đƣợc từ luận văn có thể giúp cho các kỹ sƣ thiết kế, thi

cơng có thể thiết kế và đánh giá t nh hiệu quả của phƣơng pháp xử lý nền đất yếu
không chỉ bằng phƣơng pháp bơm hút chân không kết hợp với đất đắp mà còn cho
phƣơng pháp bấc thấm kết hợp với gia tải một cách nhanh chóng. Từ đó, lựa chọn
biện pháp xử lý và thi công cho phù hợp.
4.

BỐ CỤC LUẬN VĂN

Phần: Mở đầu. Trình bày mục tiêu nghiên cứu, đặt vấn đề, nội dung nghiên cứu, ý
nghĩa khoa học v ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Chƣơng 1: Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp
với gia tải. Trình bày lịch sử hình thành và phát triển của giếng thấm, thi cơng và
quan trắc, đặc tính của bấc thấm, lời giải của Kjellman và Hansbo cho một lăng trụ
cố kết đối xứng trục, cũng nhƣ giới thiệu ứng dụng của việc chất tải bằng chân
không.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày lời giải của Indraratna&Redana và
Mẫn&Tuấn Anh cho lăng trụ cố kết đối xứng trục, phƣơng pháp phân t ch phần tử
hữu hạn thông qua phần mềm Sage Crisp, các mơ hình đất v cách xác định các
thơng số cho mơ hình.
Chƣơng 3: Kiểm chứng lời giải của phương pháp giải tích và phân tích phần tử
hữu hạn cho cơng trình thực tế Trình b y các điều kiện địa chất cơng trình, kết
quả đo đặc thực tế, tính tốn bằng phƣơng pháp giải tích và mơ phỏng phần tử hữu
hạn cho cơng trình nh máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 & cơng trình kho

dự trữ Cảng Thiên Tân (Trung Quốc). Từ đó, đánh giá t nh hiệu quả của hai phƣơng
pháp nêu trên.
Phần: Kết luận và kiến nghị. Trình bày các kết luận rút ra đƣợc từ luận văn, từ đó
đƣa ra kiến nghị v đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-4-

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT ẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI
1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BẤC THẤM
Daniel D. Moran l ngƣời đầu tiên đề nghị sử dụng giếng cát v o năm 1925 v
đƣợc thi cơng thử nghiệm một v i năm sau đó tại California, Mỹ Cát đƣợc sử dụng
trong giếng cát phải đƣợc chọn lựa kỹ lƣỡng để có hệ số thấm tốt nhất cho nên phải
vận chuyển cát từ những ngu n th ch hợp xa vị tr công trƣờng Ngo i ra, trong khi
thi cơng rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn khơng bảo đảm đƣợc vai trị thốt
nƣớc do lỗi trong thi công hoặc do chuyển vị ngang của nền lớn Ngƣời ta đã bắt
đầu nghĩ ra cách thay thế vật liệu thuận lợi hơn để thi công.
Nửa sau thập niên 1930, Kjellman đã tiến h nh thử nghiệm PVD hồn tồn
bằng các tơng Tuy nhiên với vật liệu n y, vấn đề nảy sinh l sự phá hoại nhanh
chóng khi thi cơng v o nền đất
Năm 1971, Wager sử dụng PVD có lõi l m bằng chất dẻo (polyethylene)
nhằm thay thế lõi bằng các tông Một thời kì mới mở ra đối với PVD, khi một số
lƣợng lớn đƣợc chế tạo sẵn đã xuất hiện Thi công cắm PVD đƣợc cải thiện về tốc
độ v chiều sâu cắm (Holtz, 1991). Ngày nay, thoát nƣớc với PVD đƣợc xem l
phƣơng pháp ch nh phổ biến dùng để xử lý nền đất có độ sâu lớn v đƣợc áp dụng

rộng rãi.
Thơng thƣờng, PVD có bề rộng 100mm, dày 4mm. Lõi thấm l một loại chất
dẻo, có nhiều rãnh nhỏ để l m khe thoát nƣớc hoặc để đỡ lớp vỏ bọc khi có áp lực
ngang ép vào Bao quanh lõi l lớp vải địa kỹ thuật bằng nhựa tổng hợp hoặc đƣợc
dệt từ sợi nhựa tổng hợp Vỏ có tác dụng l m bộ lọc nƣớc, hạn chế các hạt đất đi
qua l m tắc nghẽn khe thoát nƣớc Với kỹ thuật hiện nay, lƣu lƣợng tháo nƣớc của
PVD có thể đạt 80m3  140m3/năm cao hơn rất nhiều so với độ thấm của đất yếu

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-5-

1.2 THI CÔNG VÀ QUAN TRẮC
Trƣớc khi thi công cắm bấc thấm cần chuẩn bị mặt bằng, bấc thấm sẽ đƣợc
cắm xuống nền đất thông qua ống cắm đến độ sâu thiết kế. Bấc thấm đƣợc giữ lại
trong nền nhờ neo với tấm thép.

Hình 1.1: Thi cơng cắm bấc thấm.

Khi thi cơng các cơng trình lớn, việc lắp đặt các thiết bị quan trắc là rất quan
trọng, chúng cho biết ứng xử của đất khi chịu tải trọng tác dụng, từ đó giúp cho
ngƣời thiết kế dự đốn đƣợc tính hiệu quả v điều chỉnh lại thiết kế. Thông thƣờng,
các thiết bị quan trắc đƣợc dùng là quan trắc chuyển bị ngang, độ lún, và áp lực
nƣớc lỗ rỗng.

Hình 1.2: Các thiết bị quan trắc tiêu biểu cho cơng trình đắp.
HVTH: VÕ THÀNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

-6-

1.2.1 Quan trắc chuyển vị ngang
Thiết bị dùng để đo chuyển vị ngang có tên l Inclinometer dùng để đo chuyển
vị ngang của mặt trƣợt tự nhiên hay cơng trình đắp đất Ống vách đƣợc l m từ kim
loại hay bằng nhựa đƣợc thi công v o trong nền đất nhờ lỗ khoan. Để quan trắc
chuyển vị ngang, thông thƣờng thiết bị đo đƣợc lắp đặt tại chân khối đất đắp.
1.2.2 Quan trắc lún mặt và lún theo độ sâu
Thiết bị đo lún mặt v lún theo độ sâu đƣợc lắp đặt tại vị tr cần xem xét tốc
độ lún dƣới tác dụng của tải trọng, do đó chúng cần đƣợc lắp đặt sau khi thi cơng
bấc thấm.
1.2.3 Quan trắc áp lực nƣớc lỗ rỗng
Thiết bị đo mực nƣớc ngầm hay áp lực nƣớc lỗ rỗng đƣợc gọi l piezometer
Các thiết bị đo áp lực nƣớc lỗ rỗng đƣợc lắp đặt bên dƣới nền đất, tại nhiều độ sâu
khác nhau.
1.3 ĐẶC TÍNH CỦA BẤC THẤM
1.3.1 Đƣờng kính tƣơng đƣơng của bấc thấm
Trong lý thuyết cố kết thấm theo phƣơng ngang giếng thấm có hình trụ trịn,
trong khi đó bấc thấm có tiết diện hình chữ nhật, do đó chúng ta cần phải quy đổi
th nh tiết diện tròn với đƣờng k nh tƣơng đƣơng sao cho khả năng thoát nƣớc bằng
nhau.
Hansbo (1981) đề nghị đƣờng k nh tƣơng đƣơng bấc thấm có thể xác định
theo cơng thức sau: d w 

2(a  b)



(1.1)

Rixer cùng cộng sự (1986) đã đề nghị rằng đƣờng k nh tƣơng dw dùng trong
phân t ch phần tử hữu hạn đƣợc xác định nhƣ sau: d w 

( a  b)
2

(1.2)

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-7-

Hình 1.3: Bấc thấm hình chữ nhật và đường kính giếng qui đổi

Một nghiên cứu khác của Long v Covo (1994) tìm ra cách xác định dw có thể
đƣợc t nh tốn bằng cơng thức: d w  0,5a  0,7b

(1.3)

Với a l bề rộng của bấc thấm; b l bề d y của bấc thấm

Hình 1.4: Đường kính tương đương của bấc thấm.

1.3.2 Khả năng thốt nƣớc của bấc thấm
Mục đ ch của việc sử dụng bấc thấm l l m tiêu tán nhanh áp lực nƣớc lỗ rỗng
v tháo nƣớc lỗ rỗng trong nền đất yếu ra ngo i. Vì vậy khả năng thốt nƣớc của
bấc thấm c ng cao thì hiệu quả của bấc thấm c ng lớn Khả năng thoát nƣớc phụ

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-8-

thuộc v o nhiều lý do: áp lực ngang của đất, sự uốn cong – gập ch ng bấc thấm, sự
tắt đƣờng thốt nƣớc, thời gian,

Hình 1.5: Sự uốn – gập của bấc thấm.
Bảng 1.1: Giá trị lưu lượng thoát nước tham khảo.
Nguồn

Giá trị

Áp lực ngang (kPa)

Kremer et al (1982)

256

100

Kremer (1983)

790

15

Jamiolkowski et al (1983)

10-15

300-500

Rixner et al (1986)

100

Không đề cập

Hansbo (1987)

50-100

Không đề cập

Holtz et al (1989)

100-150

300-500

De Jager and Oostveen (1990)

315-1580

150-300

HVTH: VÕ THÀNH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-9-

Hình 1.6: Ảnh hưởng của áp lực ngang lên khả năng thoát nước của bấc thấm.

1.2.3 Đƣờng kính vùng ảnh hƣởng
Thời gian để đạt đƣợc độ cố kết l h m số phụ thuộc v o bình phƣơng đƣờng
k nh có hiệu de của giếng thấm Thơng số n y có thể đƣợc khống chế theo ý muốn
vì nó phụ thuộc v o khoảng cách giữa các giếng thấm v sơ đ bố tr giếng thấm
Giếng thấm thƣờng đƣợc bố tr theo sơ đ lƣới ô vuông hoặc lƣới tam giác đều.

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí bấc thấm

HVTH: VÕ THÀNH