BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỒNG TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU ĐƯỢC
XỬ LÝ BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP THOÁT NƯỚC
THẲNG ĐỨNG

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số chuyên ngành: 62-58-60-01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Thái
Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Tiếp Tân

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại
Trường Đại học Thủy lợi - số 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội
vào lúc
giờ

do gia tải trước không thích đáng, hay đắp tăng tải nhanh vượt quá tốc độ cố kết
cần thiết, và đặc biệt phải có giải pháp bố trí thiết bị quan trắc sao cho vẫn đảm
bảo được yêu cầu kỹ thuật trong điều kiện hạn chế về số lượng thiết bị quan trắc.
Thứ hai, trong quá trình thi công đắp đất cần đánh giá được đầy đủ các đặc
trưng cơ học của đất. Biết được chính xác sự gia tăng các đặc trưng về cường
độ, sức kháng cắt không thoát nước,…tại mọi thời điểm cố kết là yếu tố quan
trọng để đưa ra những ứng xử phù hợp với thực tế về gia tải trước.
Thứ ba, về phương pháp tính toán cố kết. Phương pháp số được sử dụng phổ
biến, tuy nhiên mức độ chính xác của các phần mềm phụ thuộc nhiều vào người
dùng, phải lựa chọn phù hợp các mô hình đất và xác định đúng đắn các đặc
trưng tính toán của đất dùng cho mô hình.
2. Mục đích nghiên cứu
- Khuyến nghị về áp dụng phương pháp xác định ĐCK phù hợp cho các giai
đoạn cố kết và đề nghị bố trí quan trắc hợp lý để nâng cao hiệu quả quan trắc.
- Lựa chọn các hàm dự báo các chỉ tiêu cơ học của đất (chỉ số nén C c, chỉ số nở
Cs) áp dụng phù hợp cho địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam trong
trường hợp không có điều kiện thí nghiệm xác định trực tiếp.
- Làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự
1


tính sức chống cắt không thoát nước của đất (Su) được gia tải trước và đề nghị
công thức dự tính Su có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ.
- Lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu trong tính toán
bằng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis)
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Lún cố kết, Độ cố kết, các đặc tính cơ học của đất và các mô hình đất.
- Đất sét yếu điển hình vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu mô hình vật lý (MHVL) nền đất yếu được xử lý bằng gia tải trước



của đất sét yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, qua đó đã lựa chọn được
các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs có độ tin cậy cao.
- Đã làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự
tính sức chống cắt không thoát nước của nền đất được gia tải trước và phát triển
công thức có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ.
- Kết hợp phương pháp số, phương pháp thực nghiệm, luận án đã lựa chọn được
mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu.
6.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu tham khảo thiết thực cho các công
trình sư trong thi công xử lý nền đất yếu bằng biện pháp gia tải trước. Có cơ sở
để tính toán, đánh giá chính xác về ĐCK và cường độ chống cắt không thoát
nước của nền; Đề nghị điểm bố trí quan trắc có thể phản ánh được ĐCK trung
bình của nền, tăng cao độ tin cậy của số liệu quan trắc và từ đó có thể đưa ra
các biện pháp ứng xử thích đáng.
- Nâng cao độ chính xác trong tính toán thiết kế khi lựa chọn được các hàm dự
báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs làm thông số đầu vào cho mô hình Cam - Clay
cải tiến để mô phỏng bài toán cố kết nền đất yếu ở Việt Nam.
7. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu
Chương 2. Nghiên cứu thí nghiệm mô hình nền sét yếu được gia tải trước kết
hợp thoát nước thẳng đứng.
Chương 3. Nghiên cứu các đặc tính cơ học của đất sét yếu
Chương 4. Phân tích lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết thoát
nước nền sét yếu.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC THẲNG
ĐỨNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Đặc điểm chung về đất yếu của Việt Nam

bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng sẽ cố kết theo sơ đồ đối xứng trục.
1.3.1 Lý thuyết cố kết theo Carrilo (1942)
1.3.2 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng (Barron, 1948)
1.3.3 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981)
1.4 Phương pháp gia tải trước xử lý nền đất yếu
1.4.1 Đặc điểm nén lún của đất yếu
Độ lún của nền gồm ba phần: lún tức thời, lún cố kết thấm và lún từ biến. Với
đất sét, ba độ lún trên là rõ ràng và có thể tách biệt được. Độ lún tức thời nhỏ,
tuy nhiên trong một số trường hợp chúng có thể chiếm 10% tổng độ lún. Độ lún
cố kết là phần chủ yếu, thường chiếm trên 90% tổng độ lún, trong một số ít
trường hợp nó chỉ chiếm khoảng 50% tổng độ lún. Độ lún từ biến không nhỏ,
nhất là đối với sét yếu/rất yếu. Luận án giới hạn nghiên cứu lún cố kết thấm.
1.4.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng phương pháp gia tải trước
Nén trước bằng tải trọng tĩnh là một trong những phương pháp xử lý có hiệu
quả đối với nền đất yếu. Tuy nhiên, trường hợp đất có hàm lượng sét lớn, độ
dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn đáng kể thì hiệu quả áp dụng
phương pháp trên có những hạn chế nhất định.
1.4.3 Nguyên lý tổng quát gia tải trước
Kỹ thuật gia tải trước có hai dạng:
- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình (Hình 1-7a)
- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng (Hình 1-7b)
Trong trường hợp chất tải trước với gia tải lớn hơn tải trọng công trình thì gia
tải sẽ được dỡ đi khi độ lún còn lại của nền dưới tải trọng của công trình bằng
4


không hoặc không đáng kể.
Trường hợp chất tải nhiều đợt (Hình
1-7b) thì theo thời gian nền sẽ cố kết
và sức chống cắt gia tăng để chịu được

chưa được đề cập đến trong bất cứ tiêu chuẩn hay tài liệu hướng dẫn nào.
1.9 Hướng nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định ĐCK phù hợp cho các giai đoạn
cố kết và đề bố trí quan trắc hợp lý để nâng cao hiệu quả quan trắc hiện trường.
- Nghiên cứu lựa chọn các hàm dự báo chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs phù hợp cho
địa chất các vùng đồng bằng của Việt Nam.
- Làm rõ phạm vi áp dụng của công thức (V.6) trong 22TCN 262-2000 về dự
tính sức chống cắt không thoát nước của đất (Su) và đề nghị công thức dự tính
5


Su có thể áp dụng tại thời điểm cố kết bất kỳ.
- Nghiên cứu các mô hình đất được dùng phổ biến trong phân tích địa kỹ thuật.
Phân tích, lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết nền sét yếu.
1.10 Kết luận Chương 1
Qua phân tích đánh giá các sự cố công trình trên nền đất yếu thấy được các
nguyên nhân chủ yếu sau:
- Đánh giá sai độ cố kết, các đặc trưng cơ học, đặc trưng cường độ của đất dẫn
đến đưa ra các ứng xử không thích đáng khi gia tải, tăng tải hay dỡ tải.
- Tính toán lý thuyết về trị số độ lún, thời gian lún ổn định,… khác nhiều so với
thực tế xây dựng công trình do trong tính toán đã lựa chọn các thông số tính
toán không phù hợp, không sát với địa chất đất nền, việc này dẫn đến đưa ra các
quyết định sai trong kế hoạch thi công xây dựng, kế hoạch khai thác và những
vấn đề phát sinh phải xử lý trong quá trình sử dụng công trình.
Để nghiên cứu các giải pháp nhằm hạn chế các tồn tại này, các nội dung nghiên
cứu của luận án đã được đặt ra và sẽ được trình bày trong các chương tới đây.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NỀN SÉT YẾU
ĐƯỢC GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG
2.1 Đặt vấn đề
MHVL là một loại công cụ được sử dụng rộng rãi trong khoa học. Ưu điểm của

ALNLR

Hình 2-6. Datalogger đọc
dữ liệu

Hình 2-2. Sơ đồ cấu tạo MHVL

2.4.2 Chuẩn bị nền đất trong mô hình vật lý
Đất trong mô hình là đất sét được lấy từ khu vực Yên Nghĩa, phía Tây thành
phố Hà Nội. Đất lấy về được chế bị tương đồng với đất sét yếu bão hòa nước.
2.4.3 Vật liệu dùng trong MHVL (bấc thấm, vải địa kỹ thuật, cát vàng thô,...)
2.4.4 Bố trí thiết bị quan trắc trong mô hình vật lý (ALNLR, lún)
2.4.5 Xác định tải trọng gia tải cho MHVL
Tải trọng xác định dựa trên nguyên tắc: i) Tải trọng gia tải < tải trọng phá hoại
đất nền; ii) Tổng tải trọng gia tải nén trước ≥ 1,2 lần tổng tải trọng khai thác của
công trình; và iii) Theo điều
kiện cố kết trước của nền, tải
trọng gia tải yêu cầu phải đủ
lớn để nền có thể phát huy
được hiệu quả thoát nước.
Quá trình gia tải và quan trắc
2
2
lún, ALNLR đã thực hiện như Gia tải p1 = 15 kN/m Chất đủ tải p= 25 kN/m
Hình 2-10 Gia tải MHVL
trong Hình 2-10.
2.5 Kết quả quan trắc mô hình vật lý
2.5.1 Kết quả quan trắc lún tại MHVL
Bảng 2-5. Độ lún các vị trí quan trắc ở thời
điểm dừng quan trắc (t = 165 ngày)


umax (kN/m2),
cách bấc
15cm
16,34
15,27
13,61

umax (kN/m2),
cách bấc
50cm
18,89
18,97
17,87

Hình 2-12. ALNLR theo thời gian
MHVL nghiên cứu với chiều sâu đất yếu 1,0 m, khá nhỏ, vì vậy khi tác dụng tải
trọng gia tải mọi điểm trong nền đều chịu tác động gần như tức thì. ALNLR tại
các điểm gần bấc thấm nhỏ hơn các điểm nằm xa bấc thấm và nhanh chóng suy
giảm khi nước được thoát ra tốt theo các đường thấm. ALNLR tiêu tán nhanh
và làm tăng nhanh ứng suất hiệu quả gây ra lún nhiều hơn các điểm nằm xa bấc
thấm. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu lý thuyết.
2.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nền đất yếu thông qua độ cố kết
2.6.1 Quá trình cố kết của đất dính bão hòa nước
Quá trình cố kết thấm của nền đất trong phương pháp gia tải tĩnh, ALNLR dư
đầu tiên sẽ được hình thành từ trạng thái ban đầu có cùng độ lớn của siêu tải rồi
tiêu tan dần. Hiệu quả suy giảm ALNLR và lún này được đánh giá qua ĐCK.
2.6.2 Phương pháp xác định độ cố kết theo áp lực nước lỗ rỗng
ALNLR thặng dư tăng lên do quá trình gia tải và tiêu tán dần về giá trị “0” khi
cố kết đạt 100%. ĐCK theo ALNLR: U %  u max  ut .100%

trắc

Cách bấc
thấm 15cm
Cách bấc
thấm 50cm

Độ
sâu

umax
(kN/m2)

25 cm
50 cm
75 cm
25 cm
50 cm
75 cm

16,34
15,27
13,61
18,89
18,97
17,87

Trung bình

ĐCK giai đoạn đầu

(%)
(ngày)
1,58
62
90,3
1,33
65
91,3
1,24
56
90,9
1,76
135
90,7
1,34
140
93,0
1,59
125
91,1
97

2.7.2 Độ cố kết theo phương pháp dự báo lún
Nếu tính theo phương pháp ALNLR ĐCK đạt ~50% (90%) thì ở thời điểm đó tính
theo phương pháp dự báo lún ĐCK đạt ở mức nào. Kết quả tính như ở Bảng 2-9
Bảng 2-9. Độ cố kết tính theo phương pháp dự báo lún
Vị trí
quan
trắc


so với pp
(ngày) (cm) (%)
ALNLR
(4)
(5)
(6)
(7)
41
5,07 76,0
31,2%
38
3,22 77,4
34,0%
32
1,63 81,1
37,0%
77
5,60 84,2
38,1%
80
3,21 87,9
41,9%
56
1,54 88,5
40,2%
37,1%

ĐCK giai đoạn cuối
t
St

2.9.1 Đối với phương pháp dự báo lún
- Các số đo lún có thể chịu ảnh hưởng của cố kết thứ cấp, biến dạng đo được có
9


thể bao gồm cả độ lún tức thời.
- Hạn chế thiết bị đo lún. Hộp đo lún thường chỉ được đặt tại các vị trí tâm ở đó
độ lún lớn nhất có thể xảy ra. Do vậy, độ lún đo được sẽ lớn hơn độ lún trung
bình của cả nền, và kết qủa dự báo ĐCK sẽ thiên lớn.
2.9.2 Đối với phương pháp xác định theo áp lực nước lỗ rỗng
- Hạn chế về số lượng thiết bị đo. Quan trắc ALNLR chỉ được bố trí ở những vị
trí có nguy cơ mất an toàn. Các Piezometer đo ALNLR chỉ bố trí được tại nơi
có ALNLR lớn nhất xảy ra. Do vậy, ĐCK dự tính sẽ thiên nhỏ.
2.10 Đề nghị đánh giá ĐCK tại điểm có ALNLR, độ lún trung bình
Trong thực tế, ĐCK của nền được tính là giá trị trung bình ĐCK tại một số
điểm phân bố theo chiều sâu tại các vị trí trọng yếu. Tuy nhiên, nếu chọn các
điểm quan trắc có giá trị ALNLR hay giá trị lún đột biến thì sẽ không phản ánh
được ĐCK chung của nền đất. Vì vậy, bằng phương pháp PTHH có thể phân
tích được ALNLR và lún của điểm bất kỳ trong nền, từ đó tìm được điểm có giá
trị ALNLR và giá trị lún gần với giá trị trung bình của nền. Bổ sung bố trí quan
trắc tại các điểm này sẽ đánh giá chính xác hơn ĐCK chung của nền.
Áp dụng tính toán cho MHVL. Kết quả đánh giá ĐCK theo hai phương pháp tại
các điểm đề xuất và so với quan trắc cho thấy sai số khá nhỏ (7,05% và 1,29%).
Việc lập mạng lưới các điểm để phân tích càng dày thì sẽ tìm ra càng chính xác
các điểm có giá trị trung bình về lún và ALNLR.
Bảng 2-20. Kết quả tính toán ĐCK tại các điểm đề xuất
ĐCK tại điểm A (theo pp lún)
(cách bấc 30cm, độ sâu 50 cm)
S t=95 ngày (cm)
U (%)

và phòng ngừa các sự cố có thể xảy ra.
10


CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA ĐẤT SÉT YẾU
3.1 Đặt vấn đề
Nghiên cứu xử lý các vấn đề về địa kỹ thuật đòi hỏi sự hiểu biết các đặc tính cơ
học, biến dạng cũng như các ứng xử khác của đất. Đất có tính chất khác rõ rệt
với các loại vật liệu khác do tính phân tán và tính rỗng của chúng. Do sự thay
đổi tải trọng bên ngoài và sự thoát nước, nền đất có sự thay đổi về độ ẩm và thể
tích. Độ chặt, cường độ và các đặc trưng biến dạng tất cả đều bị thay đổi.
Như đã thấy, phần lớn công trình hư hỏng là do nền móng công trình, lún
không đều, lún cục bộ…Nguyên nhân là do trong tính toán thiết kế đã không dự
kiến chính xác các trạng thái của đất, thiếu hiểu biết về các đặc trưng của đất.
Nghiên cứu thực nghiệm MHVL và các thí nghiệm trong phòng sẽ định lượng
sự thay đổi của các đặc tính cơ học theo trạng thái cố kết của nền; nghiên cứu
về các hàm dự báo chỉ số nén C c và lựa chọn hàm áp dụng phù hợp cho đất yếu
vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ. Ngoài ra, từ vấn đề trong thực tế, hiệu quả
xử lý nền thường được đánh giá bằng sự gia tăng sức chống cắt không thoát
nước Su, trong khi việc xác định Su bằng thí nghiệm hiện trường không phải lúc
nào cũng thực hiện được. Vì vậy sẽ rất hợp lý khi xây dựng các hàm dự báo có
thể đánh giá sự gia tăng Su thông qua các chỉ tiêu cơ lý ban đầu của đất.
3.2 Các đặc trưng vật lý của đất
Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu vật lý của đất với số lượng 13
mẫu tương ứng với đất nền ở các trạng thái: Ban đầu (01 mẫu), cố kết 50%
(MHVL1: 6 mẫu) và cố kết 90% (MHVL2: 6 mẫu). Mẫu được lấy tại các độ
sâu 25 cm, 50 cm và 75 cm ở vị trí cách bấc thấm 15 cm và 50 cm.
Kết quả thí nghiệm: độ ẩm trung bình của nền giảm 30,6% khi cố kết 50%,
giảm 52,4% khi cố kết 90%; Độ rỗng lần lượt giảm 26,8% và 42,0%; Khối
lượng riêng của đất tăng 5,8% đến 5,9%. Nghiên cứu cũng cho thấy, tác dụng

cánh (lần)
5
5
5

3.3 Đặc trưng cho khả năng thấm của đất (hệ số thấm)
3.3.1 Hệ số thấm theo phương đứng kv
Theo quá trình cố kết hệ số thấm của nền giảm dần. Kết quả thí nghiệm các
mẫu đất cho thấy: Khi đất cố kết 50%, hệ số thấm giảm 34,5%, và khi cố kết
11


90% hệ số thấm giảm 43,1% so với ban đầu chưa xử lý.
3.3.2 Hệ số thấm theo phương ngang kh
Do hạn chế về thiết bị thí nghiệm, hệ số thấm theo phương ngang không được
xác định từ thí nghiệm mà lấy theo kinh nghiệm.
3.4 Đặc trưng biến dạng và các thông số độ bền của đất
Thí nghiệm nén ba trục (CU) xác định các thông số độ bền (cu, ccu, ’cu, c’cu) và
xây dựng các quan hệ ứng suất – biến dạng
3.5 Đặc trưng khả năng cố kết của đất (hệ số cố kết)
3.5.1 Hệ số cố kết theo phương đứng Cv
Nghiên cứu xác định hệ số cố kết với thí nghiệm nén cố kết một trục
3.5.2 Hệ số cố kết theo phương ngang Ch
Thí nghiệm xác định trực tiếp hệ số cố kết theo phương ngang thường khó khăn
về thiết bị thí nghiệm, phương thức lấy mẫu cũng như cách tiến hành thí
nghiệm. Trong tính toán của luận án, Ch đã được xác định ngược từ số liệu quan
2
trắc lún Asaoka như đã nêu tại công thức (2-12): C h   d e F ln( 1 )

8

nghiệm trong phòng. Vì vậy trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm
trực tiếp để xác định chỉ số nén Cc, khuyến nghị nên sử dụng các hàm này.
3.8 Đặc trưng tính nén lún của đất, chỉ số nở Cs
3.8.1 Xác định chỉ số nở Cs từ thí nghiệm nén cố kết
3.8.2 Chỉ số nở Cs ước lượng theo kinh nghiệm
Từ kết quả thí nghiệm nén không nở hông (oedometer), các nhà nghiên cứu đã
thừa nhận ước lượng: 4Cs < Cc
- Giai đoạn đầu cố kết (U= 50% sau 55
ngày), Su tăng nhanh, tăng 49,2% so với
ban đầu chưa xử lý
- Giai đoạn sau (U = 90% sau 130 ngày),
Su tăng 67,3% só với ban đầu và tăng
18,1% so với Su của nền cố kết 50%. Mức
độ gia tăng chậm hơn và cần thời gian
nhiều hơn.
Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên
cứu của Nguyễn Viết Tình (2001).
Hình 3-10. Biểu đồ Su theo độ sâu
3.9.3 Các hàm dự tính Su của đất được gia tải trước
3.9.3.1 Sức kháng cắt không thoát nước theo C.C.Ladd
Su = .v’(OCR)m hay Su = .v’(’pz/’vz)m
(3-12)
3.9.3.2 Công thức theo kinh nghiệm của Nhật Bản và các nước phương Tây
Cu = C0 + Cu = C0 + U.z.m
(3-13)
13


3.9.3.3 Sức kháng cắt không thoát nước theo hệ số áp lực lỗ rỗng (Skempton)
c cos   vo sin {K o  A f (1  K o )]
(3-14)
S 
u

1  (2A f  1)sin 

3.9.3.4 Sức chống cắt không thoát nước theo 22TCN262-2000


Độ
sâu
(m)
-0,15
-0,25
-0,50
-0,75
-0,90

Công thức (V.6)
22TCN 262
Sai số
Su
so với
2
(kN/m )
VST
11,10
46,9%
11,13
46,3%
10,70
46,9%
10,87
47,2%
11,06
45,5%

Sai số

so với
2
(kN/m )
VST
17,56 16,0%
18,34 11,6%
19,23
4,5%
20,75
0,7%
21,64
6,6%
21,22
21,57
21,76
22,55
23,05

14

7,9%
15,9%
9,7%
2,0%
2,1%
8,6%
7,7%

Công thức
Skempton

Cắt cánh
VST
Su

(kN/m2)

20,91
20,75
20,15
20,60
20,30
25,24
23,89
22,20
22,09
21,22


Như vậy công thức (V.6) 22TCN 262-2000 áp dụng phù hợp khi độ cố kết đã
đủ lớn, trên 90%. Nghiên cứu sẽ kiểm chứng thêm với các công trình thực tế.
3.9.4.3 Áp dụng tính toán cho dự án đường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện
- Tại thời điểm cố kết 50%, sử dụng các hàm dự báo Su để tính toán và so sánh
với nhau. Kết quả tính theo công thức (V.6) 22TCN 262-2000 có giá trị cách
biệt so với hai hàm còn lại, sai khác 37,26% so với công thức Nhật Bản, sai
khác 38,05% so với công thức Skempton.
- Tại thời điểm nền
cố kết ~90%, sử dụng
công thức dự báo
theo (V.6) 22TCN
262-2000 và công

Theo C.C. Ladd thì sức kháng cắt không thoát nước của đất sét phụ thuộc vào
15


ứng suất hiệu quả theo phương đứng σ’v và mức độ cố kết trước của đất. Đối
với đất sét trầm tích tự nhiên, thì trước khi chịu ứng suất tăng thêm do tải trọng
gây ra, phân tố đất đã ổn định dưới áp lực của lớp đất phủ phía trên nó và do đó
nó tồn tại sức chống cắt nguyên trạng không thoát nước. Giá trị sức chống cắt
nguyên trạng này phụ thuộc vào mức độ cố kết trước của đất (OCR). Chính vì
thế, hợp lý hơn nên tách Su thành hai đại lượng: một đại lượng phụ thuộc vào
ứng suất tăng thêm hiệu quả σ’z , và đại lượng kia phụ thuộc vào đặc điểm cố
hữu của đất thông qua mức độ cố kết trước OCR. Đến đây ta có thể viết lại (312) thành như sau: Su   z  Ss (OCR)m =  z'  S s ( ' pz /  'vz ) m
(3-17)
Biến đổi (3-17), đưa thông số độ cố kết U vào công thức dự tính cường độ
chống cắt không thoát nước.
Như đã biết, độ lún ổn định với bài toán cố kết một hướng, tải trọng phân bố
đều, gia tải tức thời:
H

St 

a
 ' z ,t dz
1  e1 0
H

S

a
 z dz

(3-21)
Thay vào (3-17) được: Su  U z  Ss ( ' pz /  'vz ) m
(3-22)
Các hệ số α, m phụ thuộc vào tính chất của đất yếu, được xác định dựa thí
nghiệm cắt cánh các mẫu đất MHVL (cố kết 50% và 90%) và số liệu cắt cánh
thu thập từ các công trình thực tế.
Trong (3-22), đặt A = ( ' pz /  'vz ) và B = U z và viết đảo lại thứ tự ta có:
0

(3-23)
S ui  S si ( Ai ) m  Bi
Trong đó, các giá trị Sui, Ssi, Ai, Bi đã được xác định từ thí nghiệm các mẫu đất
Hai hệ số α và m trong công thức (3-23) được xác định chính xác theo hai
phương trình. Tuy nhiên đây là hai hệ số bán thực nghiệm (không phải hệ số
được xác định theo công thức toán học chính xác) nên với từng cặp số liệu thí
nghiệm sẽ có một cặp giá trị của α và m. Vì vậy thống kê xác suất và tương
quan để chọn được cặp giá trị α và m đặc trưng cho các loại đất yếu.
Kết quả tính toán này có được m = 0,2; α = 0,22. Thay vào (3-23) sẽ nhận
được:
(3-24)
Su  Ss ( ' pz /  'vz )0, 2  0,22U z
3.9.6 Áp dụng tính toán kiểm nghiệm công thức đề xuất
16


3.9.6.1 Áp dụng tính cho MHVL
Bảng 3-22. Áp dụng công thức đề xuất tính Su cho nền MHVL
Độ
sâu
(m)

19,51
20,75
5,9%
18,64
20,15
7,5%
18,99
20,60
7,8%
19,37
20,30
4,5%
6,6%

Nền cố kết 90%, Su(kN/m2)
Công
TN cắt Sai số
thức đề
cánh
so với
xuất
(VST) VST
24,12
25,24
4,5%
23,78
23,89
0,4%
22,36
22,20

- Trên cơ sở phân tích sức kháng cắt theo lý thuyết biến đổi của độ bền không
thoát nước, luận án đã xây dựng được công thức dự báo sức kháng cắt không
thoát nước: Su  S s ( ' pz /  'vz ) 0,2  0,22U z
CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐẤT PHÙ HỢP CHO PHÂN TÍCH
CỐ KẾT THOÁT NƯỚC NỀN SÉT YẾU
4.1 Đặt vấn đề
17


Phát triển cơ học đất hiện nay và trong tương lai, vấn đề nảy sinh không phải là
giải các bài toán phức tạp về mặt toán học, cũng không phải là việc khởi tạo các
mô hình đất mới mà là trong việc lựa chọn các mô hình này và xác định đúng
đắn các đặc trưng tính toán của đất dùng cho mô hình. Thông thường mỗi mô
hình sẽ phù hợp với một số loại đất nền nhất định. Hiện nay các phần mềm phổ
biến trong tính toán địa kỹ thuật như: Plaxis, Geo-Slope, Sage crisp. Các phần
mềm này đòi hỏi người dùng phải lựa chọn mô hình đất và các thông số mô
hình để áp dụng. Đây là vấn đề chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam.
Trong nghiên cứu này, để lựa chọn được mô hình đất phù hợp trong phân tích
lún cố kết, sẽ tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Plaxis MHVL với nhiều loại
mô hình đất. Mô hình đất được cho là phù hợp dựa trên cơ sở có kết quả tính
toán (lún và ALNLR) trùng xít tương đối với kết quả quan trắc từ MHVL.
4.2 Các mô hình đất
4.2.1 Mô hình đàn hồi (Linear Elastic)
4.2.1.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính
Mô hình đàn hồi tuyến tính là mô hình đơn giản nhất mô tả quan hệ giữa ứng
suất và biến dạng. Mô hình này chỉ nên sử dụng cho trường hợp tải trọng nhỏ.
4.2.1.2 Mô hình đàn hồi phi tuyến
Mô hình đàn hồi phi tuyến dựa trên các quan hệ phi tuyến giữa ứng suất và biến
dạng được tiếp nhận là duy nhất ở mọi điểm của khối đất, cả khi tăng tải cũng
như khi dỡ tải. Mô hình này mô tả gần với thực tế đất nền hơn. Tuy nhiên, vẫn

Trong thực tế quá trình cố kết của bấc thấm là một bài toán đối xứng hình trụ
(3D), để giảm khối lượng tính toán, bài toán mô phỏng được chuyển về dạng
phẳng (2D). Hệ số thấm của đất được tính toán lại bằng hệ số thấm tương
đương theo công thức của Chai et al (2001), theo đó sẽ đề xuất một giá trị hệ số
thấm theo phương đứng mà nó có thể xấp xỉ cho cả hai ảnh hưởng thoát nước
theo phương đứng và thoát nước theo phương ngang của đất nền về phía bấc
thấm. Trong phạm vi cắm bấc thấm hệ số thấm theo phương đứng được tính
chuyển đổi theo công thức (4-46), hệ số thấm theo phương ngang giả thiết
2
không đổi. k  (1  2,5l . k h ).k (4-46) với   ln( d e )  ( k h  1). ln( d s )  3  2 l 2 k h
ve

d e2 k v

v

dw

ks

dw

4

3

qw

Trong đó, kv, kh và ks lần lượt là hệ số thấm của đất nền theo phương đứng,
phương ngang và trong vùng bị xáo trộn; qw là lưu lượng đơn vị của bấc thấm

2. Thí nghiệm CU mẫu PL1-2 (19-19,5), LP1

3. TN CU mẫu HKT 2-2(5,5-6,0m), Sài Gòn

4.TN UU mẫu TTH2-R/UD4(7,6-8,0), Đồng Tháp

4.4.3 Nhận định các mô hình đất có thể phù hợp
Nghiên cứu quan hệ ứng suất - biến dạng các mẫu đất sét cho thấy các quan hệ
này đều có dạng phi tuyến. Theo phân tích ứng dụng các mô hình đất ở trên thì
các mô hình đất Soft Soil và Cam Clay cải tiến đều có thể mô phỏng phù hợp
mô hình kết cấu của đất sét yếu. Để lựa chọn được mô hình đất phù hợp trong
phân tích lún cố kết sẽ tiến hành mô phỏng MHVL bằng phần mềm Plaxis với
cả hai mô hình đất. Mô hình đất được lựa chọn phù hợp dựa trên cơ sở có kết
quả tính lún và ALNLR trùng khít tương đối với kết quả quan trắc MHVL.
4.4.4 Mô phỏng MHVL bằng phần mềm Plaxis với các mô hình đất
Lớp cát được mô phỏng theo mô hình Mohr -Coulomb; Hệ số thấm của nền sét
theo phương ngang kh = 1,03kv theo kết quả thí nghiệm trong phòng và phân tích
ngược từ số liệu quan trắc lún. Hệ số thấm theo phương đứng được tính đổi tương
tương kve. Phân tích cố kết sử dụng phần mềm Plaxis version 8.6. Lưới PTHH
gồm các phần tử tam giác 15 điểm nút. Bấc thấm được mô phỏng bởi các phần tử
“Drain” thoát nước tự do. Mực nước ngầm ngang cao trình mặt nền sét yếu.
Thông số mô hình đất Soft Soil và Cam Clay cải tiến như Bảng 4-5 và Bảng 4-6

20


Bảng 4-5.Thông số mô hình đất Soft Soil
Vật liệu
Lớp sét


0,020

Trong đó: c, , Cc, Cs là các chỉ tiêu cơ lý được xác định từ các thí nghiệm
trong phòng mẫu đất nền MHVL ban đầu. λ* và * là chỉ số nén, chỉ số nở hiểu
Cc
chỉnh: * 
; K *  2 Cs
2,3.(1  e)

2,3 (1  e)

Bảng 4-6. Thông số mô hình đất Cam - Clay cải tiến
Vật
liệu
sét

c
(kN/m2)
5,7


(độ)
5057’


(độ)
0

 'CU
(độ)

Trong đó: c, ,  'CU , einit, Cc, Cs là các chỉ tiêu cơ lý được xác định từ các thí
nghiệm trong phòng mẫu đất nền MHVL ban đầu
 : Độ dốc của đường cố kết thường,  = Cc/ln10 = 0,44/ln10 = 0,191
 : Độ dốc của đường giãn nở:   Cs/ln10 = 0,056/ln10 = 0,024
6 sin  ' , ’ là góc ma sát hiệu quả trong thí nghiệm nén ba trục CU
M 
3  sin  '

4.4.5 Kết quả phân tích cố kết và đề xuất mô hình đất phù hợp
a) Kết quả tính toán lún theo thời gian (lún tại vị trí giữa 2 bấc thấm)

Hình 4-13. So sánh kết quả lún giữa quan trắc và mô phỏng
Hình 4-13 cho thấy đường lún theo thời gian từ kết quả mô phỏng theo mô hình
đất Cam - Clay cải tiến bám sát với đường lún quan trắc hơn đường mô phỏng
theo mô hình Soft Soil. Trị số độ lún tại các vị trí này như trong Bảng 4-7
Bảng 4-7. Độ lún tại các vị trí trong nền
Sai số của kết quả tính lún theo
Độ
sâu
S (cm)
S (cm)
S (cm)
mô hình Cam- Clay cải tiến so với
quan
MH
Soft
MH
Cam
số liệu quan trắc (4,39%) nhỏ hơn
trắc



Hình 4-14. So sánh áp lực nước lỗ rỗng giữa quan trắc và mô phỏng
Sai số của kết quả tính toán ALNLR Bảng 4-8. ALNLR tại các vị trí trong nền
Độ
u (kN/m2) u (kN/m2)
u (kN/m2)
theo mô hình Cam- Clay cải tiến so
sâu
quan trắc MH Soft
MH Cam
với số liệu quan trắc (0,68%) nhỏ
Soil
Clay cải tiến
hơn sai số tính toán theo mô hình
25 cm
18,89
17,81
18,93
Soft Soil (5,40%). Như vậy với kết
50 cm
18,97
18,18
18,99
quả phân tích ALNLR mô hình
75 cm
17,87
16,73
18,19
Cam - Clay cải tiến cũng cho kết


Mô phỏng theo mô hình
Cam Clay cải tiến cho kết
quả chính xác, sát thực tế
hơn

Hình 4-19. Đường quá trình lún (Nội Bài - Lào Cai)
4.6 Kết luận Chương 4
- Mô phỏng MHVL bằng mềm Plaxis theo hai mô hình đất Soft Soil và Cam Clay
cải tiến, kết quả sai số của tính lún theo mô hình Cam- Clay cải tiến so với số liệu
quan trắc (4,39%) nhỏ hơn sai số tính toán theo mô hình Soft Soil (8,01%).
- Tính toán với dự án đường Tân Vũ - Lạch Huyện, mô phỏng theo Cam Clay cải
tiến cho độ lún có sai số với quan trắc là 5,7% nhỏ hơn khi mô phỏng theo Soft
Soil, sai số 16,9%; Với dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai, sai số khi mô
phỏng theo Cam Clay cải tiến và Soft Soil lần lượt là 6,61% và 18,69%. Trong
các trường hợp ví dụ tính toán, đường lún theo thời gian khi mô phỏng theo mô
hình đất Cam Clay cải tiến có cùng xu thế phát triển và gần sát với đường quan
trắc hơn. Từ những kết quả nghiên cứu này có thể kết luận rằng mô hình đất Cam
Clay cải tiến là mô hình đất phù hợp mô phỏng bài toán cố kết nền sét yếu.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Những kết quả đã đạt được của luận án
(1) Khuyến nghị không đánh giá ĐCK theo số liệu đo lún ở giai đoạn đầu cố
kết (U dưới 50%), sai số giữa phương pháp đo lún và ALNLR từ 31,2% đến
41,9%, do trong giai đoạn đầu giá trị đo lún có thể tăng đột biến do bao gồm độ
lún tức thời mà trong tính toán bằng giải tích không xét tới.
(2) Khuyến nghị bố trí thiết bị quan trắc bổ sung tại điểm có độ lún và ALNLR
trung bình đại diện cho nền, đồng thời bố trí xen kẽ các mặt cắt quan trắc tăng
cường với số lượng thiết bị giảm thiểu. Các điểm này được tìm ra bằng cách mô
phỏng mặt cắt tính toán bằng phương pháp số.
(3) Đã lựa chọn được ba hàm dự báo chỉ số nén Cc áp dụng phù hợp cho vùng