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: The paper presents the results of evaluating change of undrained shear strength Su based on correlations between undrained shear strength and degree of compaction and timeby on - dimensional consolidation problem The result from prediction calculation is appropriate to in-siu field vane test and can be used to estimate longterm stability of soft soil under embankment in Mekong Delta area Keywords: Undrained shear strength; Soft soil; Stability; Displacements TỔNG QU N KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU* Sức chống cắt khơng nước (S u ) thông số quan trọng sử dụng để đánh giá ổn định cơng trình đắp đất yếu Dưới tác dụng khối đắp, tượng cố kết xảy kéo dài theo thời gian Theo 22TCN 262-2000 [1], S u tăng đồng theo độ sâu theo thời gian tác dụng tải trọng việc dự báo thay đổi S u vào mức độ cố kết tổng thể U t (t) Tuy nhiên, khu vực có lớp đất yếu có bề dày tương đối lớn, tượng cố kết kéo dài đến hàng chục năm, chí trăm năm trình cố kết tiếp diễn trình sử dụng Trong trình cố kết, tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xảy không đồng phạm vi ảnh hưởng Tại vị trí gần biên nước, tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xảy nhanh Khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán *, ** * 30 Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM số 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 phần, ứng suất hữu hiệu gia tăng tương ứng với tượng nén chặt đất Như gia tăng S u xảy không đồng Một số kết thí nghiệm phòng loại đất bão hòa S u phụ thuộc vào độ ẩm tuân theo quy luật phi tuyến [2] Như vậy, Su có liên hệ chặt chẽ với độ chặt hay trạng thái ứng suất ban đầu thể thơng qua tỷ số Su/σ’v, [3] Theo Skempton (1948): Su/ σ′ = 0,11+0,0037Ip (1) Các tương 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] Su = 'vo S ( OCR )m (2) Trong đó: S - hệ số chuẩn hóa sức chống cắt khơng nước cho trạng thái cố kết thường (OCR = 1), S = S u / 'vo OCR (3) m - hệ số xác định từ độ dốc đường quan hệ log (OCR) log (S u/ 'vo ) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 Su sét cố kết xác định: Su = (Su/ 'vo )OCR=1 (OCR)m 'v (4) 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 nước xác định cách phân tích theo ứng suất hữu hiệu với việc sử dụng hệ số áp lực lỗ rỗng Skempton A f (khi phá hoại) [6] sau: c' cos ' 'vo sin K0 Af ( K0 ) Su (5) ( Af ) sin ' Đối với sét cố kết thường: Su ;vo sin ' K0 Af ( K0 ) ( Af ) sin ' (6) Trên sở cân giới hạn, bỏ qua thông số hệ số áp lực nước lỗ rỗng, Verruijt đưa công thức gần tương 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 trường GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH Hình Vị trí tuyến đường mở r ng Quốc l 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 trường & kết thí nghiệm phòng, địa tầng khu vực nghiên cứu chia làm lớp đất 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 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 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 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) chưa phát lớp Cao độ đáy lớp từ -29,8m đến -29,0m Bề dày lớp thay đổi từ 14,0m đến 15,2m 31 Lớp 1: Bùn sét/bùn sét kẹp cát, màu xám xanh, xám đen Lớp gặp tất lỗ khoan Hầu hết lỗ khoan phần tuyến chưa khoan qua hết bề dày lớp Cao độ đáy lớp biến thiên từ -29,80m đến 9,58m Bề dày lớp khoan biến thiên từ 10,0m đến 30,0m Lớp 2: Sét, màu xám nâu, xám đen, trạng thái dẻo chảy Lớp gặp vài vị trí Bề dày lớp khoan 1,8 đến 15,0m Bề dày lớp chưa xác Hình Tương quan mức độ nén chặt theo trạng thái ứng suất định qua hết Thấu kính TK1: Cát, hạt nhỏ, màu xám đen, đơi 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 042-Km 2047) Cao độ đáy thấu kính 10,2m Bề dày thấu kính 2,0m ĐÁNH GIÁ SỰ TH Y ĐỔI SỨC CHỐNG CẮT THOÁT NƢỚC THEO BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 3.1 Xây dựng tương quan sức chống cắt khơng nước theo độ sâu, mức độ nén chặt Để đánh giá Su đất yếu cần xác định tương quan độ chặt (e) trạng thái ứng suất đất Từ kết thí nghiệm nén cố kết, kết hình và: e = 1,6073exp(-0,0015σ'v) Với: e- hệ số rỗng, σ'v- ứng suất nén 32 (7) Để dự báo gia tăng S u đất yết theo thời gian, độ chặt, cần phải đánh giá trạng thái ứng suất trình cố kết Từ xây dựng tương quan ứng suất (σ'v ) - độ chặt (e) sức chống cắt không thoát nước (Su) Từ tương quan cho phép dự báo gia tăng S u tác dụng trình gia tải Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả sử dụng giá trị hệ số hiệu chỉnh Bjerrum 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 tương quan: Su -z; tương quan Su/e- z; tương quan Su/e - σ’v khu vực nghiên cứu Kết tính tốn sau: Su = 0,395z + 13,978 (9) Su ' V 201,2.ln 442,79 (10) e Từ kết tổng hợp sức chống cắt khơng nước thí nghiệm VST hiểu chỉnh theo biểu thức (8), xây dựng tương quan (9) (10) chặt chẽ, với hệ số tương quan R =0,99 thể hình 3, hình 4, hình hình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 Hình Tương quan Su theo độ sâu khu vực dự kiến mở rộng mặt đường Hình Tương quan Su/e theo độ sâu 3.2 Cơ sở lý thuyết dự báo sức chống cắt khơng nước theo tốn cố kết thấm Để thực tính tốn giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 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 nước lỗ rỗng không chịu nén ép, hệ số cố kết phụ thuộc vào tính nén ép cốt đất tính thấm đất: k Cv z (11) a0 w ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 Hình Tương quan Su theo độ sâu (với lớp đất bề mặt cố kết trước) Hình Tương quan Su/e ứng suất Thực tế, nước lỗ rỗng chứa hàm lượng khí định, loại khí chịu nén ép bị hòa tan phần Xét tính nén ép nước lỗ rỗng, hệ số cố kết biểu diễn biểu thức sau: kz (12) Cv ( v ) 3n w K a , w K sk E0 Ku (13) ( 2v ) 33 hữu (14) 1 Sr ( H ) 1 p0 p o p Trong đó: Ksk - module biến dạng thể tích khung cốt đất; Ka,w - module biến dạng thể tích hỗn hợp khí-nước lỗ rỗng; Với: po = patm + γw.z - áp lực ban đầu nước lỗ rỗng điều kiện tự nhiên; E0 - Module biến dạng tổng quát; ν - Hệ số Poisson đất ; γw - trọng lượng riêng nước; n - độ rỗng đất; kz - hệ số thấm theo phuơng đứng Sử dụng lý thuyết cố kết thấm cho phép xác định giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo độ sâu thời điểm định Từ đó, ứng suất hữu hiệu: K a ,w σ′ = (σ − u) xác định biết ứng suất tổng tác dụng Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư toán cố kết thấm chiều tính theo biểu thức sau: C i 2 q iz u sin exp v t (15) i 1 i h h Với điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu, Hình Kết tính tốn Su theo mức độ cố kết độ sâu theo thời gian không xét tínhnén ép nước lỗ rỗng 34 xét khối đắp dày 2m, trọng lượng 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 chiều xét tính nén ép nước lỗ rỗng, giá trị sức chống cắt khơng nước Su gần với giá trị Su từ thí nghiệm VST Kết tính tốn thể hình hình Kết dự báo sức chống cắt khơng nước Su theo độ sâu (hình 8) tâm diện gia tải thời điểm khác sở tốn 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 trường 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 trường 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 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 KẾT LUẬN Kết phân tích tổng hợp số liệu thí nghiệm xác định sức chống cắt khơng nước xây dựng tương quan: (Su-z), (e-Su), (σ’v-Su/e), kết hợp với lý thuyết cố kết thấm chiều có xét tính nén ép nước lỗ rỗng, cho phép dự báo thay đổi Su theo thời gian theo độ sâu Kết nghiên cứu rút kết luận sau: - Khu vực đất cố kết trước (khu vực tồn cơng trình đắp), kết tính tốn Su theo tương quan thí nghiệm đề nghị với tốn cố kết thấm thấm chiều có xét tính nén ép nước lỗ rỗng phù hợp với kết thí nghiệm VST trường Sức chống cắt khu vực gần bề mặt giảm dần đến độ sâu 2m, từ độ sâu trở Su tăng gần tuyến tính theo độ sâu - Dưới 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 hướng gia tăng sức chống cắt nơi tồn cơng trình đắp - Giá trị Su 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 đường tơ đắp đất yếu," Nhà xuất Xây dựng, 2000 [2] Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực, "Cơng trình đất yếu điều kiện Việt Nam," Trường 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 Trường Sơn, "Biến dạng tức thời lâu dài đất sét bão hòa nước," Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, vol 9, pp 17-24, 2006 [9] Lê Hoàng Việt, Bùi Trường Sơn, "Tương quan sức chống cắt khơng nước 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 ĐẶNG HỮU DIỆP ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2015 35 ... tăng sức chống cắt nơi tồn công trình đắp - Giá trị Su 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. .. thấu kính 2,0m ĐÁNH GIÁ SỰ TH Y ĐỔI SỨC CHỐNG CẮT THOÁT NƢỚC THEO BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 3.1 Xây dựng tương quan sức chống cắt khơng nước theo độ sâu, mức độ nén chặt Để đánh giá Su đất yếu cần xác... thấm chiều xét tính nén ép nước lỗ rỗng, giá trị sức chống cắt khơng nước Su gần với giá trị Su từ thí nghiệm VST Kết tính tốn thể hình hình Kết dự báo sức chống cắt khơng nước Su theo độ sâu (hình