Đang tải... (xem toàn văn)
Sức chống cắt không thoát nước (Su) là thông số quan trọng được sử dụng để đánh giá ổn định công trình đắp trên đất yếu. Dưới tác dụng của khối đắp, hiện tượng cố kết xảy ra và kéo dài theo thời gian.
ĐÁNH GIÁ SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP THUỘC KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG LÊ HỒNG VIỆT*, VÕ PHÁN** Estimating the undrained shear strength of soft soil under embankment in mekong delta area Abstract: This article presents the results of author evaluation study changed the undrained shear strength Su, base on the problem one dimensional consolidation theoryconsidered compressibility basis on correlations undrained shear strength according degree of compaction and time Evaluating results changed undrained shear strength was appropriate to the result of in-siu field van shear test The results can be used to estimate long-term stability of soft soil under embankment in Mekong Delta area Keywords: Undrained shear strength; Soft soil; Stability; Displacements TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU * Sức chống cắt khơng nƣớc (Su) thơng số quan trọng đƣợc sử dụng để đánh giá ổn định cơng trình đắp đất yếu Dƣới tác dụng khối đắp, tƣợng cố kết xảy kéo dài theo thời gian Theo 22TCN 262-2000 [1], Su tăng đồng theo độ sâu theo thời gian dƣới tác dụng tải trọng việc dự báo thay đổi Su vào mức độ cố kết tổng thể Ut(t) Tuy nhiên, khu vực có lớp đất yếu có bề dày tƣơng đối lớn, tƣợng cố kết kéo dài đến hàng chục năm, chí trăm năm q trình cố kết tiếp diễn trình sử dụng Trong trình cố kết, tiêu tán áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ xảy không đồng phạm vi ảnh hƣởng Tại vị trí gần biên thoát nƣớc, tiêu tán áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ xảy nhanh Khi áp lực *,** Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM 268 Lý Thường Kiệt, quận 10, TP HCM, ĐT: 083 8636822 * ĐT: 0979 853 988, Email: lehoangviet2008@gmail.com, ** ĐT: 0913 867008, Email: vophan54@yahoo.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ tiêu tán phần, ứng suất hữu hiệu gia tăng tƣơng ứng với tƣợng nén chặt đất Nhƣ gia tăng Su xảy không đồng Một số kết thí nghiệm phòng loại đất bão hòa Su phụ thuộc vào độ ẩm tuân theo quy luật phi tuyến [2] Nhƣ vậy, Su có liên hệ chặt chẽ với độ chặt hay trạng thái ứng suất ban đầu thể thơng qua tỷ số Su/’v, [3] Theo Skempton (1948): (1) Su / vo 0,11 0,0037 I p Các tƣơng quan Su số dẻo Ip Bjerrum (1972), Terzaghi, Peck Mersi (1996) nghiên cứu Theo quan điểm thiết kế SHANSEP (Stress History And Normalized Soil Engineering Properties) [4], [5]: (2) Su / vo S( OCR )m Trong đó: S - hệ số chuẩn hóa sức chống cắt khơng nƣớc cho trạng thái cố kết thƣờng (OCR=1), (3) S Su / vo OCR1 m - hệ số xác định từ độ dốc đƣờng quan hệ log(OCR) log Su / vo 59 Su sét cố kết đƣợc xác đinh: (4) Su Su / vo OCR1 ( OCR )m v Điều tác giả Jamiolkowski (1985), Mersi (1989), Ladd (1991) nghiên cứu bổ sung Ladd (1991) đề nghị giá trị hệ số: S= 0,22 ± 0,03 m = 0,8 ± 0,1 Sức chống cắt khơng nƣớc đƣợc xác định cách phân tích theo ứng suất hữu hiệu với việc sử dụng hệ số áp lực lỗ rỗng Skempton Af (khi phá hoại) [6] nhƣ sau: c' cos'+ 'vo sin' Ko Af ( K0 ) (5) Su ( 2Af 1)sin' Su 'vo sin' Ko Af ( K0 ) ( 2Af 1)sin' (6) Trên sở cân giới hạn, bỏ qua thông số hệ số áp lực nƣớc lỗ rỗng, Verruijt đƣa công thức gần tƣơng tự để đánh giá giá trị Su theo trạng thái ứng suất [7] Ngoài ra, thơng qua tính tốn sở lý thuyết cố kết thấm, tác giả tính tốn dự báo Su thay đổi theo thời gian biểu thức (5) (6) cho kết khác đáng kể so với kết thí nghiệm cắt cánh trƣờng GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH Đối với sét cố kết thƣờng: Hình Vị trí tuyến đường mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Mỹ Thuận - Cần Thơ Chiều dài tuyến thuộc khu vực nghiên cứu từ Km 2042 đến Km 2061 dự án nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1- Mỹ Thuận – Cần Thơ thuộc địa bàn tỉnh Vĩnh Long Theo kết khảo sát trƣờng & kết thí nghiệm phòng, địa tầng khu vực nghiên cứu đƣợc chia làm lớp đất nhƣ sau: Lớp K: Đất đắp, lớp đất không đồng nhất, tuỳ khu vực mà lớp có đặc điểm khác Bề dày lớp biến thiên từ 0,5m đến 2,8m Lớp 1a: Sét, màu xám nâu, xám đen, xám xanh, trạng thái dẻo mềm Cao độ đáy lớp biến thiên từ -1,67m đến 2,75m Bề dày lớp biến 60 thiên từ 0,4m đến 3,4m Lớp 1b: Bùn sét cát / bùn sét kẹp cát, màu xám xanh, xám nâu, xám đen Tại số lỗ khoan (Km 2056- Km 2061) chƣa phát lớp Cao độ đáy lớp đƣợc từ -29,8m đến 29,0m Bề dày lớp thay đổi từ 14,0m đến 15,2m Lớp 1: Bùn sét/bùn sét kẹp cát, màu xám xanh, xám đen Lớp gặp tất lỗ khoan Hầu hết lỗ khoan phần tuyến chƣa đƣợc khoan qua hết bề dày lớp Cao độ đáy lớp biến thiên từ -29,80m đến -9,58m Bề dày lớp khoan đƣợc biến thiên từ 10,0m đến 30,0m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 Lớp 2: Sét, màu xám nâu, xám đen, trạng thái dẻo chảy Lớp gặp mộ vài vị trí Bề dày lớp khoan đƣợc 1,8 đến 15,0m Bề dày lớp chƣa đƣợc xác định qua hết Thấu kính TK1: Cát, hạt nhỏ, màu xám đen, đôi chỗ lẫn ổ bùn sét, kết cấu rời rạc Thấu kính gặp vài vị trí (Km 2042- Km 2047), cao độ đáy thấu kính biến thiên từ -10,90m đến 3,6m bề dày thấu kính biến thiên từ 2,0m đến 9,2m Thấu kính gặp vài vị trí (Km 2056- Km 2061), cao độ đáy thấu kính biến thiên từ -21m đến -24,2m bề dày thấu kính biến thiên từ 4,1m đến 4,7m Thấu kính TK2: Cát hạt mịn Thấu kính gặp lớp 1, vài vị trí (Km 2042-Km 2047) Cao độ đáy thấu kính 10,2m Bề dày thấu kính 2,0m Đã có nhiều tác giả kết nghiên cứu S u theo số dẻo IP, theo trạng thái ứng suất hệ số cố kết OCR, theo kết thí nghiệm cắt cánh trƣờng ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI SỨC CHỐNG CẮT THEO THOÁT NƢỚC THEO BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 3.1 Xây dựng tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc theo độ sâu, mức độ nén chặt Để đánh giá Su đất yếu cần xác định tƣơng quan độ chặt (e) trạng thái ứng Hình Tương quan Su theo độ sâu khu vực dự kiến mở rộng mặt đường ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 suất đất Từ kết thí nghiệm nén cố kết cho ta kết hình 2: e(*) = 1,6073exp(-0,0015σ'v) (7) Với: e(*)- hệ số rỗng, σ'v- ứng suất nén Hình Tương quan mức độ nén chặt theo trạng thái ứng suất Để dự báo gia tăng Su đất yết theo thời gian, độ chặt, cần phải đánh giá trạng thái ứng suất trình cố kết Từ rút xây dựng tƣơng quan ứng suất (σ'v) – độ chặt (e) sức chống chắt khơng nƣớc (Su) Từ tƣơng quan cho phép dự báo gia tăng Su dƣới tác dụng trình gia tải Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả sử dụng giá trị hệ số hiệu chỉnh Bjerrum Hình Tương quan Su theo độ sâu (với lớp đất bề mặt cố kết trước) 61 Su= µ.Su(VST) (8) với µ=1.7 - 0.54*log(IP) để hiệu chỉnh giá trị Su từ kết thí nghiệm cắt cánh (VST) thành lập tƣơng quan: Su –z; tƣơng quan Su/e– z; tƣơng quan Su/e - ’v khu vực nghiên cứu Kết tính toán đƣợc nhƣ sau: Su = 0,395Z + 13,978 (9) Hình Tương quan Su/e theo độ sâu 3.2 Cơ sở lý thuyết dự báo sức chống cắt không thoát nước theo toán cố kết thấm Để thực tính tốn giá trị áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ thời điểm theo độ sâu sử dụng lý thuyết cố kết thấm chiều K.Terzaghi Lời giải cố kết thấm chiều K.Terzaghi chấp nhận nƣớc lỗ rỗng không chịu nén ép, hệ số cố kết phụ thuộc vào tính nén ép cốt đất tính thấm đất: Cv kz a0w (11) Thực tế, nƣớc lỗ rỗng chứa hàm lƣợng khí định, loại khí chịu nén ép bị hòa tan phần Xét tính nén ép nƣớc lỗ rỗng, hệ số cố kết đƣợc biểu diễn biểu thức sau: 62 S (10) v 201, 2.ln u 442,79 e Từ kết tổng hợp sức chống cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm VST đƣợc hiểu chỉnh theo biểu thức (8) Kết nghiên cứu xây dựng đƣợc tƣơng quan biểu thức (9) (10) chặt chẽ, với hệ số tƣơng quan R2=0,99 đƣợc thể hình 3, hình 4, hình hình Hình Tương quan Su/e ứng suất hữu hiệu Cv kz 1 3n w K a ,w K sk Ku Eo 3( 2 ) K a ,w (12) (13) (14) Sr H 1 p p p Trong đó: Ksk - module biến dạng thể tích khung cốt đất; Ka,w - module biến dạng thể tích hỗn hợp khínƣớc lỗ rỗng; Với: po = patm + w.z - áp lực ban đầu nƣớc lỗ rỗng điều kiện tự nhiên; E0 - Module biến dạng tổng quát; ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 ν - Hệ số Poisson đất ; w - trọng lƣợng riêng nƣớc; n - độ rỗng đất; kz - hệ số thấm theo phuơng đứng Sử dụng lý thuyết cố kết thấm cho phép xác định đƣợc giá trị áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ theo độ sâu thời điểm định Từ đó, ứng suất hữu hiệu: v (v u) xác định đƣợc biết ứng suất tổng tác dụng Áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ toán cố kết thấm chiều đƣợc tính theo biểu thức sau: u C i 2 4q iz sin exp v i 1 i h h t (15) Với điều kiện địa chất khu vực nghiên cứ, xét khối đắp dày 2m, trọng lƣợng riêng vật liệu đắp 19,5kN/m3, hệ số cố kết tính theo biểu thức (12), Cv= 6,704x10-4 m2/ngđ hệ số thấm kz = 3,145x10-5 m/ngđ Kết tính tốn biểu thức (7) (10) cở sở toán cố kết thấm Hình Kết tính tốn Su theo mức độ cố kết độ sâu theo thời gian không xét tính nén ép nước lỗ rỗng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 chiều xét tính nén ép nƣớc lỗ rỗng, giá trị sức chống cắt khơng nƣớc Su gần với giá trị Su từ thí nghiệm VST Kết tính tốn đƣợc thể hình hình Kết dự báo sức chống cắt khơng nƣớc Su theo độ sâu (hình 8) tâm diện gia tải thời điểm khác sở toán cố kết thấm chiều cho thấy có khác biệt khơng đáng kể Kết tính tốn cho thấy gần bề mặt phạm vi 30 năm, độ sâu từ 8-9m trở lại Su tâm diện truyền tải lớn taluy ứng suất nén tâm diện gia tải lớn taluy Ở độ sâu từ 9-14 m, giá trị Su thời điểm khác có giá trị gần phù hợp với giá trị Su từ kết thí nghiệm cắt cánh trƣờng Từ độ sâu 14m trở lên, giá trị Su thời điểm khác có giá trị gần lớn đáng kể với giá trị Su từ kết thí nghiệm cắt cánh trƣờng thuộc khu vực nghiên cứu Hình Kết tính tốn Su theo mức độ cố kết độ sâu theo thời gian có xét tính nén ép nước lỗ rỗng 63 KẾT LUẬN Kết phân tích tổng hợp số liệu thí nghiệm xác định sức chống cắt khơng nƣớc xây dựng tƣơng quan: (Su-z), (eSu), (’v-Su/e), kết hợp với lý thuyết cố kết thấm chiều có xét tính nén ép nƣớc lỗ rỗng, cho phép dự báo đƣợc thay đổi Su theo thời gian theo độ sâu Kết nghiên cứu rút kết luận nhƣ sau: - Khu vực đất cố kết trƣớc (khu vực tồn cơng trình đắp), kết tính tốn Su theo tƣơng quan thí nghiệm đề nghị với tốn cố kết thấm thấm chiều có xét tính nén ép nƣớc lỗ rỗng phù hợp với kết thí nghiệm VST trƣờng Sức chống cắt khu vực gần bề mặt giảm dần đến độ sâu 2m, từ độ sâu trở Su tăng gần nhƣ tuyến tính theo độ sâu - Dƣới tác dụng tải trọng ngoài, kết dự báo Su theo thời gian tâm diện gia tải với toán cố kết thấm chiều phù hợp với xu hƣớng gia tăng sức chống cắt nơi tồn cơng trình đắp - Giá trị Su dƣới mái taluy tăng so với tâm khu vực bề mặt Kết nghiên cứu cho phép đánh giá khả ổn định đất yếu theo thời gian gia tăng khả chịu tải đất khu vực bề mặt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN: 262-200, "Qui trình khảo sát thiết kế đƣờng ô tô đắp đất yếu," Nhà xuất xây dựng, 2000 [2] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lƣơng, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực, "Cơng trình đất yếu điều kiện Việt Nam," Trƣờng Đại học Bách Khoa TP HCM – Tổ Giáo trình, 1989 [3] Kenya Sagae, Motohiro Sugiyama, Akira Tonosaki and Masaru Akaishi, "Ratio of undrained shear strength to vertical effective stress," Proc.Schl.Eng.Tokai University, vol 31, pp 21-25, 2006 [4] F.H Kulhavy, P.W Mayne, Manual on estimating soil properties for foundation design, Cornell University Ithaca ed., 1990 [5] Charles C Ladd, Hon M., "Recommended practice for soft ground site characterization," in 12th Panamerican conference on soil mechanics and geotechnical engineering, 2003 [6] Braja M Das, Advanced Soil Mechanics, T edition, Ed., Taylor & Francis Group, 2008 [7] Arnold Verruijt, Soil Mechanics, D U o Technology, Ed., 2001 [8] Bùi Trƣờng Sơn, "Biến dạng tức thời lâu dài đất sét bão hòa nƣớc," Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, vol 9, pp 1724, 2006 [9] Lê Hoàng Việt, Bùi Trƣờng Sơn, "Tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc sét mềm theo độ sâu mức độ nén chặt," Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi & Môi trường, Đại học Thủy Lợi, vol 39, pp 120125, 2012 Người phản biện: PGS.TS ĐỖ MINH TOÀN 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 ... sức chống cắt nơi tồn công trình đắp - Giá trị Su dƣới mái taluy tăng so với tâm khu vực bề mặt Kết nghiên cứu cho phép đánh giá khả ổn định đất yếu theo thời gian gia tăng khả chịu tải đất khu. .. cắt cánh trƣờng ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI SỨC CHỐNG CẮT THEO THOÁT NƢỚC THEO BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 3.1 Xây dựng tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc theo độ sâu, mức độ nén chặt Để đánh giá Su đất yếu. .. Thơ thuộc địa bàn tỉnh Vĩnh Long Theo kết khảo sát trƣờng & kết thí nghiệm phòng, địa tầng khu vực nghiên cứu đƣợc chia làm lớp đất nhƣ sau: Lớp K: Đất đắp, lớp đất không đồng nhất, tuỳ khu vực