Luận án Nghiên cứu ứng dụng một số thông số trong thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS) vào phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm trong điều kiện Việt Nam

Nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu ứng dụng một số thông số trong thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS) vào phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm trong điều kiện Việt Nam

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM -------------------- NGUYỄN CÔNG OANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ THÔNG SỐ TRONG THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số : 9.58.02.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2019
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM -------------------- NGUYỄN CÔNG OANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ THÔNG SỐ TRONG THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS) VÀO PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số : 9.58.02.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. TRẦN THỊ THANH ----------------------------------- TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2019
3. Công trình được hoàn thành tại VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Người hướng dẫn khoa học GS. TS. TRẦN THỊ THANH: .. Chủ tịch hội đồng cấp viện GS. TS. NGUYỄN QUỐC DŨNG: .. Người phản biện 1. PGS. TS. NGUYỄN HỒNG NAM: 2. PGS. TS. TRẦN TUẤN ANH : 3. PGS. TS. HUỲNH NGỌC SANG : TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2019
4. -i- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Một số phần của nghiên cứu này đã được công bố ở các hội nghị quốc tế chuyên ngành, tuyển tập hội nghị quôc tế chuyên ngành có chỉ số ISBN và tạp chí chuyên ngành địa kỹ thuật có chỉ số ISSN. Tác giả luận án NGUYỄN CÔNG OANH
5. -ii- LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn GS. TS. Trần Thị Thanh đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả gửi lời cảm ơn đến GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ, PGS. TS. Võ Phán, TS. Nguyễn Ngọc Phúc đã đóng góp những ý kiến quí báu trong quá trình phát triển nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn quí lãnh đạo, các thầy cô, Ban đào tạo viện khoa học thủy lợi Miền Nam và viện khoa học thủy lợi Việt Nam đã giúp đỡ trong quá trình tác giả học tập và thực hiện nghiên cứu tại đây. Sự biết ơn sâu sắc đối với Ban quản lý dự án 85 (PM85), Ban quản lý dự án Hàng Hải 2 (MPMU2), công ty TOA Corporation đã cho phép và giúp đỡ trong quá trình làm việc và thu thập dữ liệu nghiên cứu và đồng nghiệp, TS. Suzuki Koji, đã luôn khích lệ trong quá trình tác giả thực hiện nghiên cứu này. Tác giả tri ân sự ủng hộ của gia đình đã hỗ trợ trong suốt thời gian nhiều năm học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án này.
6. -iii- TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án nghiên cứu trên các kết quả thí nghiệm CRS trên mẫu đất nguyên dạng ở một số vùng đất sét yếu ở Việt Nam để xác định thông số đầu vào cho bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng trong việc xử lý nền đất yếu. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng trong thí nghiệm CRS cũng được nghiên cứu để sử dụng tốc độ biến dạng hợp lý khi so sánh kết quả tính toán bằng phần mềm CONSOPRO do tác giả thiết lập trên phương trình cải tiến với kết quả quan trắc hiện trường. Nghiên cứu được thực hiện trên các công trình cụ thể ở đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng. Các công trình này hầu hết đều có thí nghiệm CRS trên mẫu nguyên dạng, cũng như thí nghiệm IL tương ứng để có thể so sánh. Ngoài ra các thí nghiệm hiện trường như xuyên tĩnh, cắt cánh cũng được thực hiện ở các công trình này để bổ sung cho việc xác định các thông số đầu vào cho bài toán sai phân hữu hạn. Tác giả cũng đề xuất một số mối tương quan đối với đất sét yếu ở các vùng nghiên cứu như: Tương quan giữa chỉ số nén với độ ẩm tự nhiên, chỉ số dẻo và giới hạn chảy của đất yếu; Tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước so với hệ số cố kết trước OCR; Tương quan giữa áp lực tiền cố kết từ thí nghiệm CRS và thí nghiệm IL; Tương quan giữa áp lực tiền cố kết với tốc độ biến dạng trong thí nghiệm CRS; Tương quan giữa áp lực tiến cố kết so với sức kháng xuyên hiệu dụng . Nghiên cứu này đã cải tiến lời giải có sẵn và lập trình tính toán theo phương pháp sai phân hữu hạn với phần mềm CONSOPRO đã được đăng ký bản quyền. Phần mềm được sử dụng để phân tích cố kết cho bài toán xử lý nền đất yếu có hoặc không có gia tải bằng bơm hút chân không ở các vùng nghiên cứu ở Việt Nam cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài bấc thấm lên mức độ cố kết của nền đất yếu theo thời gian. Và cuối cùng là nghiên cứu cũng thể hiện rõ ràng tính ứng dụng của thí nghiệm tốc độ biến dạng không đổi CRS vào thực tế xây dựng để có thể rút ngắn thời gian thí nghiệm và đảm bảo chất lượng thông số đầu vào cho bài toán.
7. -iv- CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Nêu cách đặt vấn đề, tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, giới hạn phạm vi nghiên cứu, các đóng góp mới của nghiên cứu và ý nghĩa khoa học và thực tiễn. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT Tổng hợp tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi. Đồng thời nêu sơ bộ các công trình có sử dụng thí nghiệm CRS trong luận án và đồng thời thể hiện biểu đồ Atteberg tương ứng với đất yếu ở các vùng này. Đề xuất mối tương quan của chỉ số nén theo độ ẩm tự nhiên, giới hạn chảy và giới hạn dẻo của các vùng đất đang nghiên cứu. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU Mô tả một số thông số của đất yếu được xác định theo các thí nghiệm khác nhau như áp lực tiền cố kết, các chỉ số nén, sức kháng cắt không thoát nước tương ứng với các thí nghiệm xuyên tĩnh, cắt cánh và thí nghiệm nén nở hông trong phòng. NCS cũng đề xuất một số tương quan giữa sức kháng cắt với OCR; mối tương quan giữa áp suất tiền cố kết theo CRS và theo IL; ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên áp suất tiền cố kết trong thí nghiệm CRS đối với các khu vực đang nghiên cứu; mối tương quan giữa hệ số cố kết ngang từ thí nghiệm CPTU với hệ số cố kết đứng từ thí nghiệm CRS. CHƯƠNG 3: CÁC LỜI GIẢI CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT BẰNG LÕI THẤM ĐỨNG Mô tả một số lời giải trước đó liên quan đến bài toán cố kết thấm bằng lõi thấm đứng. Ngoài ra tác giả cũng đề xuất mô hình dựa trên nghiên cứu trước đó của Suzuki nằm 2004 và lập trình phần mềm CONSOPRO. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CRS Ở VIỆT NAM
8. -v- Thực hiện các bài tính toán tương ứng với các công trình bằng phần mềm CONSOPRO sau đó so sánh kết quả tính toán với kết quả quan trắc đối với độ lún theo bàn đo lún mặt, thiết bị đo lún sâu, thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng. Và cũng xét đến sức kháng cắt không thoát nước trước và sau khi xử lý có so sánh với kết quả tính toán sức kháng cắt từ phần mềm CONSOPRO. Ngoải ra cũng phân tích ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm lên quá trình cố kết thấm đối với các khu vực nghiên cứu. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nêu các kết luận và kiến nghị chính dựa trên kết quả nghiên cứu.
9. -vi- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN ÁN iii CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xiii MỞ ĐẦU 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2 3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4 4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4 5. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4 6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 5 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT 6 1.1 PHÂN BỐ ĐẤT YẾU TRONG KHU VỰC VÀ VIỆT NAM 6 1.2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM CRS 8 1.2.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC 8 1.2.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 10 1.3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ THÍ NGHIỆM CRS 10 1.4 CÔNG TRÌNH THỰC TẾ CÓ THÍ NGHIỆM CRS TRÊN ĐẤT YẾU 10 1.4.1 THÍ NGHIỆM CRS 10 1.4.2 CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THÍ NGHIỆM CRS 14 1.5 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC LỜI GIẢI CỐ KẾT 21
10. -vii- 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU XÁC ĐỊNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÁC NHAU 23 2.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐẤT YẾU 23 2.1.1 SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC 23 2.1.2 ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT 25 2.1.3 CÁC CHỈ SỐ NÉN Cc1, Cc2 VÀ Cr CỦA ĐẤT YẾU 28 2.2 THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH HIỆN TRƯỜNG 33 2.2.1 ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT THEO SỨC KHÁNG XUYÊN 33 2.2.2 HỆ SỐ CỐ KẾT NGANG TỪ KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH 35 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 36 CHƯƠNG 3 LỜI GIẢI CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT BẰNG LÕI THẤM ĐỨNG 38 3.1 LỜI GIẢI BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ LÕI THẤM ĐỨNG 38 3.1.1 LÝ THUYẾT CỦA RENDULIC VÀ CARILLO 38 3.1.2 LỜI GIẢI CỦA BIOT, M. A. (1941) 39 3.1.3 LỜI GIẢI CỦA RENDULIC (1936) 46 3.1.4 LÝ THUYẾT CỦA BARRON (1948) 47 3.1.5 LỜI GIẢI GẦN ĐÚNG CỦA YOSHIKUNI VÀ NAKANODE (1974) 48 3.1.6 PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN HÓA LAMDA CỦA HANSBO (1979, 1997) 49 3.1.7 LỜI GIẢI CỦA HANSBO (1981, 2011) KỂ ĐẾN ĐỘ XÁO ĐỘNG & SỨC CẢN LÕI THẤM 50 3.2 MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT CHO BÀI TOÁN NỀN NHIỀU LỚP 51 3.3 PHẦN MỀM CONSOPRO 58 3.4 SO SÁNH LỜI GIẢI HANSBO VỚI KẾT QUẢ TỪ CONSOPRO 64 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 67 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÁC BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CRS Ở VIỆT NAM 69 4.1 CÔNG TRÌNH CẢNG HẢI PHÒNG GIAI ĐOẠN 2 69 4.1.1 GIỚI THIỆU 69 4.1.2 THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU 70 4.1.3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN LÚN CỐ KẾT THEO THỜI GIAN 72 4.2 CÔNG TRÌNH CẢNG CONTAINER QUỐC TẾ CÁI MÉP - ODA 76 4.2.1 GIỚI THIỆU 76 4.2.2 THÔNG SỐ CỦA ĐẤT YẾU 78 4.2.3 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN Ở CÁI MÉP – ODA 81 4.3 CÔNG TRÌNH CẢNG SPCT – HIỆP PHƯỚC 90