kÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG

T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng
Sè 10/9-2011

83

XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU VÙNG HOẠT ĐỘNG CỐ KẾT
THEO THỜI GIAN TRONG ĐẤT YẾU DƯỚI TÁC DỤNG
CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP VÀ CÁC ỨNG DỤNG

GS.TS Dương Ngọc Hải
1
; ThS Nguyễn Đức Nghiêm
1Tóm tắt: Báo cáo này trình bầy các kết quả nghiên cứu về cách thức xác định chiều
sâu vùng hoạt động cố kết (HĐCK) theo thời gian dưới tải trọng đắp để áp dụng vào
việc tính toán độ lún cố kết và độ ổn định của nền đắp đường ôtô trên đất yếu.
Summary: This paper presents the results of research on the determination of
consolidation active depths with changing follow times under embenkment loads
which are used for settlement and stabilization analyses of highway embenkments
on soft ground.

Nhận ngày 17/8/2011; chỉnh sửa 14/9/2011; chấp nhận đăng 30/9/2011

1. Đặt vấn đề
Khi mới chất tải lên nền đất sét yếu bão hòa nước thì áp lực nước lỗ rỗng u tại một điểm
là lớn nhất, tức là u(z, t = 0) = σ
z

đắp một khoảng thời gian t).
ε=
σ
−=
zat
at
)t,z(u
1)t,z(U
hay
ε−=
σ
1
)t,z(u
zat
at
(2)

1
Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng.
E-mail:

kếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Số 10/9-2011
Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
84
Trong [2] ó c kin ngh chn =0.01 (1%) xỏc nh z
at
v da vo li gii phng
trỡnh c kt thm K.Terzaghi dng nghim kớn di ti trng p phõn b u vụ hn, tỏc gi [2]

i
}). Qua (3) cú th tớnh c thi gian chiu sõu
vựng HCK lan ht vựng h bng cỏch thay h = z
at
vo v trỏi v tớnh ngc ra t v phi.
Vi ý ngha thc tin ca khỏi nim vựng hot ng c kt theo thi gian nh vy, trong
bi bỏo ny s trỡnh by cỏch xỏc nh z
at
trong trng hp ti trng phõn b dng hỡnh thang
(ti trng nn p ng ụtụ) v cỏc ng dng thc tin.
2. Xỏc nh vựng HCK theo thi gian di ti trng nn ng p dng hỡnh thang
2.1 Xỏc nh Z
at
bng phng phỏp sai phõn hu hn
tớnh c giỏ tr z
at
theo biu thc (2), trc tiờn ta cn xỏc nh giỏ tr ca hm u(z, t)
qua vic gii phng trỡnh c kt thm ca K.Terzaghi.
z
u
C
t
u
2
2
v


=


at
theo iu kin (2).
1
:
m
H
B

Hỡnh 1. Kớch thc hỡnh hc nn ng p
kÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG

T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng
Sè 10/9-2011

85
Như vậy, phần mềm có thể xác định được Z
at
ở thời điểm bất kỳ và cho mọi kích thước
nền đắp khác nhau. Kết quả ta thu được là tập số liệu Z
at
= f(T
v
). Trên hình 2 là đồ thị của u(Z, T
v
)
và cách xác định Z
at
trường hợp nền đắp có B = 7.5m, H = 3.5m, dốc taluy 1:1.5.

Hình 2. Phân bố của hàm u và cách xác định Z

6
3.13 3.41 3.63 3.77 3.83
8
3.11 3.39 3.61 3.75 3.80
10
3.09 3.38 3.60 3.73 3.79
Ghi chú:
Z
at
trên hình vẽ tương ứng với t =
0.5 năm (T
v
= 0.004) khi t tăng lên
Z
at
sẽ lan dần xuống dưới.
Vùng 1 là vùng có HĐCK xảy ra
(vùng Z
at
), vùng 2 là vùng có độ cố
kết rất nhỏ (dưới 1%), nên coi như
chưa có HĐCK (tại thời điểm t = 0.5
năm).
Theo thời gian vùng 1 phát triển
dần, vùng 2 thu hẹp dần, khi t = t
gh

thì Z
at
= h vùng 2 bị tiêu biến.

vựng z
at,
vựng t yu cũn li (z
at
h) hu nh khụng cú HCK xy ra. Ngc li, theo quan
im ca cỏc tiờu chun hin hnh v tớnh toỏn x lý nn t yu thỡ HCK xy ra trong ton
b vựng gõy lỳn bt k thi im no. Do ú, cú th cú nhng sai khỏc nht nh khi gii cỏc
bi toỏn liờn quan n quỏ trỡnh c kt thm khi s dng z
at
so vi cỏch tớnh ca cỏc tiờu chun
hin hnh. Bng vic chng minh c s tn ti ca vựng HCK theo thi gian cú th khng
nh rng khi gii cỏc bi toỏn c kt thm, nu s dng z
at
s mụ t chớnh xỏc hn bn cht
vt lý quỏ trỡnh lm vic ca nn t yu khi chu tỏc dng ca ti trng nn p v kt qu cú
tin cy cao hn.
Sau õy s a ra li gii cho hai bi toỏn c bn trong tớnh toỏn x lý nn t yu ú l: bi
toỏn tớnh lỳn c kt v bi toỏn tớnh s gia tng cng khỏng ct ca t yu theo thi gian.
3.1 Bi toỏn tớnh lỳn c
kt theo thi gian
Biu thc tớnh lỳn c kt theo 22TCN 262-2000
S
t
=
h
tb
h
US

(8)

t
=
zat
tb
zat
US

(9)
Nhn xột:
- Khi t < tgh (tgh thi gian vựng HCK lan ht vựng tớnh lỳn h) thỡ tr s z
at
< h nhng
zat
tb
U li ln, do vy thc t qua tớnh toỏn nhiu trng hp cho thy S
t
tớnh theo (9) s ln hn
tớnh theo (8). Kt qu ny s nh hng n gii phỏp x lý nn, c bit khi s dng bin
kếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
Số 10/9-2011

87
phỏp gia ti trc, vi thi gian ch lỳn khong 6 thỏng n 2 nm thỡ thng z
at
cha lan ht
vựng tớnh lỳn, kt qu S
t
tớnh theo (9) ln hn nờn thi gian ch lỳn s rỳt ngn hn so vi

theo thi gian thỡ biu thc tớnh
c cng tng t nh biu thc (10). Tuy nhiờn, thay vỡ U
tb
h
ta
s dng U
tb
zat
.

0
zat
tbz
tgUc = (11)
Tc l, t yu chia lm hai vựng, vựng z

< z
at
t yu cú cng chng ct tng lờn
mt lng
c , vựng cũn li z
at
< z < h vỡ cha cú hot ng c kt nờn t yu cha cú s gia
tng cng chng ct.
Qua tớnh toỏn nhiu trng hp thc t cho thy
c

tớnh theo biu thc (11) s ln hn
cỏch tớnh hin thnh theo (10) v khi thi gian cng ngn s sai khỏc li cng ln.
Mt khỏc, vi khong thi gian thi cụng 1 2 nm, vi t sột yu bóo hũa nc thỡ z

h
tbz
==
Khi tớnh toỏn vi sc khỏng ct c = c
0
+ c = 20 + 0.9 = 20.9 KN/m
2
c K
min
= 1.354 < 1.4.,
Vỡ vy t vn thit k ó s dng bin phỏp thay 2 m t m bo cho nn n nh.
Tuy nhiờn, nu tớnh theo phng phỏp s dng z
at
theo (11) thỡ sau 360 ngy z
at
= 4m,
ton b vựng z
at
cú cng khỏng ct tng lờn mt lng:
kÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG

Sè 10/9-2011
T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng
88
)m/kN(1.2tgUc
2
0
zat
tbz
=ϕσ=Δ

theo (7) và khi đó phạm vi lớn nhất bố trí các đầu quan trắc chỉ là vùng z
at
. Thời gian
quan trắc thường chỉ là một vài năm khi đó z
at
còn nhỏ. Như vậy, sẽ tiết kiệm được đáng kể số
lượng đầu đo u vì đã thu hẹp phạm vi bố trí, tránh lãng phí các đầu đo bố trí quá sâu mà trong
thời gian quan trắc sẽ không làm việc.
3.4 Áp dụng biểu thức (7) trong việc xác định hệ số cố kết C
V
thông qua kết quả
quan trắc áp lực nước lỗ rỗng
Trong trường hợp có kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng u tại hiện trường, nhờ biểu
thức (7) ta có một cách khác để xác định C
v
như sau:
Từ kết quả phân bố áp lực nước lỗ rỗng theo không gian và thời gian u(z, t) dựa vào (2)
ta xác định được z
at
. Từ biểu thức (7) với z
at
và t đã biết ta tính ngược ra được C
v
.
4. Kết luận
Bằng việc chứng minh được sự tồn tại của vùng HĐCK theo thời gian, có thể khẳng định
rằng khi giải các bài toán liên quan đến quá trình cố kết thấm thì trong tính toán cần kể đến sự
thay đổi của vùng hoạt động cố kết theo thời gian vì như vậy sẽ mô tả chính xác hơn bản chất
làm việc của nền đất yếu dưới tải trọng nề
n đắp và kết quả có được sẽ đáng tin cậy hơn. Đặc