Thu Thập Dữ Liệu Bản Đồ Số, Các Bản Đồ Nền Trong Khu Vực Nghiên Cứu

Dữ liệu hố khoan thu thập được mô tả dưới bảng sau, với các thông số cơ bản: Bảng 2.2: Dữ liệu hố khoan HK04

STT

92
Kí_Hieu	HK04
X	597,704.1
Y	1,183,740.4
Z	+ 0.00
Chiều sâu lớp đất đắp	0.4
MNT	- 0.4

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 113 trang tài liệu này.

Đối với các hố khoan không thể hiện tọa độ X, Y thì tác giả dựa vào sơ đồ bố trí hố khoan và sau đó dùng định vị GPS Garmin 78 để đến vị trí khoan và bấm lấy tọa độ. Làm tương tự với các hố khoan khác, tổng hợp các dữ liệu từ 100 hố khoan, sau xử lý thành file Excel được thể hiện như bảng sau, bảng 2.3.

Bảng 2.3: Bảng tổng hợp số liệu 100 hố khoan trong khu vực nghiên cứu

STT

Kí hiệu	Chiều sâu đất đắp	Mực nước tĩnh	X	Y	Z
1	B892	2.3	-	608644.98	1191175.09	0.70
2	B894	2.2	0.70	608547.71	1191351.18	0.70
3	B895	1.6	0.30	608423.64	1191388.97	0.70
4	CIS1	1.5	1.50	608490.15	1190924.94	0.90
5	CIS2	1.5	1.50	608377.33	1190824.88	0.90
6	CIS3	1.5	1.50	608293.41	1190710.12	0.90
7	CIS4	1.5	1.50	608535.40	1190794.58	0.90
8	CIS5	1.5	1.50	608423.58	1190636.76	0.90
9	CT274	0.0	0.50	608662.29	1190221.19	0.90
10	CT275	4.8	0.40	607892.03	1190113.08	0.90
11	CT276	1.5	1.50	607892.03	1190113.08	0.90
12	CT277	0.0	0.30	608091.74	1189992.59	0.80
13	CT278	2.0	1.40	607931.29	1189812.98	1.00
14	CT279	1.4	0.50	608131.59	1189932.49	0.80
15	CT288	0.0	1.50	607892.03	1190113.08	0.90
16	CT821	1.5	1.50	608446.92	1191478.27	0.70
17	CT822	2.0	1.50	608630.68	1191378.82	0.70
18	H1159	1.8	1.00	606938.66	1188746.90	0.80

H6249	1.0	1.10	607684.54	1189134.17	0.80
20	H829	2.8	0.60	608551.66	1191340.87	0.70
21	TaTh1	1.0	-	608632.57	1191199.27	0.70
22	LK3Q7	1.8	0.20	609027.18	1190698.22	1.00
23	LK4Q7	0.0	0.05	609051.64	1190698.22	1.00
24	LK5Q7	0.0	0.50	609044.66	1190680.74	1.00
...	...	...	...	...	...	...
98	HK7			685866.00	1180964.00
99	QT1	1.7	1.0	597704.10	1183740.40	1.0
100	QT2			601401.60	1184549.60

Từ bộ số liệu 100 hố khoan thu thập được, kết hợp với bảng mô tả hố khoan công trình. Tác giả đã tập hợp, xử lý và xây dựng nên kết quả nghiên cứu đã được công bố tại Hội nghị kỹ thuật địa chất khu vực ASEAN lần thứ 10 vào ngày 02 - 03/08/2017 tại Cambodia, qua đó cho thấy: Bề dày lớp bùn sét xám xanh đen, trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm tương đối đồng nhất và có bề dày lớn. Bề dày từ 6.0 – 35.0m và trung bình từ: 20.5m; với chỉ số SPT < 5. Theo kết quả nghiên cứu của đề tài:“Hiện tượng lún khu vực Nam Sài Gòn và mối quan hệ với tầng đất yếu tuổi Holocene” của nhóm tác giả: Vò Minh Quân, Trần Anh Tú, Nguyễn Giang Nam, Lê Thanh Phong, Vò Thanh Long, Nguyễn Huỳnh Thông, Nguyễn Thế Được năm 2017. [4]

2.1.2. Thu thập dữ liệu bản đồ số, các bản đồ nền trong khu vực nghiên cứu

Luận văn sử dụng các hình ảnh vệ tinh được tải về dưới dạng file ảnh *PNG,

*TIFF, ... từ các phần mềm như Google Earth, Google Map để làm cơ sở dữ liệu nền trong việc số hóa, thành lập bản đồ vị trí, bản đồ khu vực nghiên cứu cũng như các bản đồ số khác để phục vụ cho công việc nghiên cứu của.

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng các bản đồ hiện trạng, bản đồ quy hoạch vùng của khu vực TP.HCM để làm cơ sở số hóa, phân tích, đánh giá các dữ liệu đã được thu thập trong bản đồ.

2.2. Phương pháp tính lún lý thuyết

2.2.1. Tổng quan về cơ sở tính toán lún lý thuyết

Có thể thấy rằng, khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, với tải trọng của công trình, nền đất sẽ có những biến đổi để đạt đến một trạng thái cân bằng mới. Sự

biến đổi này còn được gọi là biến dạng của nền đất. Nền đất có thể bị biến dạng theo nhiều phương, nhưng lớn nhất và ảnh hưởng nhất tới sự ổn định của công trình chính là phương thẳng đứng hay lún của nền đất. Vậy độ lún của nền đất chính là biến dạng theo phương thẳng đứng của nền đất dưới tác dụng của tải trọng công trình.

Tuỳ theo tải trọng và chiều dày của lớp đất yếu, mà độ lún có thể thay đổi và có thể lên tới vài mét. Hiện tượng lún có thể dẫn đến phá hủy công trình, kết cấu xây dựng, hoặc làm lún lệch, biến dạng công trình, nền đường,... gây phá hủy kết cấu hoặc mất an toàn cho công trình và mỹ quan. Do đó, nghiên cứu chính xác độ lún và ảnh hưởng của nó là việc cần phải làm. [7,8]

Độ lún của nền đất thì xảy ra ngay khi nền đất mang tải, độ lún được chia thành 2 thành phần là lún sơ cấp ( 𝑆𝑝) và lún thứ cấp ( 𝑆𝑠), trong đó, lún sơ cấp bao gồm lún tức thời ( 𝑆𝑖) và lún cố kết ( 𝑆𝑐); còn lún thứ cấp còn được gọi lún từ biến ( 𝑆𝑠). Vậy độ lún tổng của nền đất được tính như sau: [7]

𝑆𝑡 = 𝑆𝑝 + 𝑆𝑠 = 𝑆𝑖 + 𝑆𝑐 + 𝑆𝑠 [1.1]

a. Lún tức thời (St)

Theo lý thuyết, lún tức thời là biến dạng thẳng đứng của nền đất xảy ra trước khi nước chưa kịp thoát đi và đất biến dạng như một vật thể đàn hồi. [7] Lún tức thời thường xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình lún sơ cấp và được tính bằng công thức:

Trong đó:

𝑆𝑖

= 𝑃𝐻

𝐸

[1.2]

 P là tải trọng tác dụng lên nền đất

 H là bề dày tầng đất yếu

 E là Module đàn hồi của nền đất

b. Lún cố kết (Sc)

Độ lún cố kết thường được tính toán từ kết quả nén lún một chiều như sau: Đối với đất cố kết thường: [7]

𝑆𝑐

= 𝐻 1+𝑒0

𝐶𝑐

𝜎, 𝑜+∆𝜎,

𝑣𝑣𝑓

. log( ) [1.3]

𝜎𝑝

Đối với đất quá cố kết:

𝜎, + ∆𝜎, < 𝜎𝑝

𝑣𝑜

𝑆

= 𝐻

𝑣𝑓

𝐶

. log(𝑂𝐶𝑅) [1.4]

𝑐 1+𝑒0 𝑟

𝜎, + ∆𝜎, > 𝜎𝑝

𝑣𝑜

𝑣𝑓

𝐻

𝜎, +∆𝜎,

𝑆𝑐

Trong đó:

1+𝑒0

[𝐶𝑟

. log(𝑂𝐶𝑅) + 𝐶𝑐. log(

𝑣𝑜

𝜎𝑝

𝑣𝑓)] [1.5]

H là chiều dày của lớp đất tính lún

𝑒0 là hệ số rỗng ban đầu

OCR là hệ số quá cố kết. Đất có giá trị OCR > 1 được gọi là đất quá cố kết (OC). Đất có giá trị OCR < 1, gọi là đất cố kết thường (NC).

𝑣𝑜

𝜎, là áp lực có hiệu hiện tại.

𝜎𝑝 là áp lực tiền cố kết.

𝐶𝑟 độ dốc đường cong nén lún tương ứng với quá trình nén lại.

𝐶𝑐 độ dốc đường cong nén lún tương ứng với quá trình chất tải.

𝑣𝑓

∆𝜎, ứng suất có hiệu gia tăng.

Lún sơ cấp bao gồm 2 thành phần là lún tức thời và lún cố kết. Trong thực tế có thể tính toán đơn giản như sau.

Theo lý thuyết, lún tức thời là biến dạng thẳng đứng của nền đất xảy ra trước khi nước chưa kịp thoát đi và đất biến dạng như một vật thể đàn hồi. Lún tức thời thường xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình lún sơ cấp và được tính bằng công thức:

𝑆𝑡 = 0.1 ∗ 𝑆𝑝

Lún cố kết thì được tính như sau: 𝑆𝐶 = 0.9 ∗ 𝑆𝑝

c. Lún thứ cấp (Ss)

Lún thứ cấp còn gọi là lún từ biến, là độ lún kéo dài theo thời gian sau khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư đã triệt tiêu hết và ứng suất hữu hiệu không thay đổi. [7] Từ kết quả thí nghiệm nén cố kết, lún thứ cấp (Ss) ở thời điểm t có thể được viết như sau:

𝛼

Trong đó:

𝑆𝑠 = 𝐶′ . 𝐻. log (

𝑡

𝑡𝑝

) [1.6]

Ss là độ lún thứ cấp ở thời điểm t

𝑡𝑝 là thời điểm kết thúc lún sơ cấp

𝛼

𝐶′ tỷ số nén thứ cấp, được xác định từ thí nghiệm nén lún tiêu chuẩn.

𝛼

Với nền nền đất yếu không có xử lý thoát nước nhanh, lún thứ cấp có thể bỏ qua do thời gian hoàn tất lún cố kết sơ cấp có thể kéo dài trong nhiều chục năm tùy thuộc vào chiều dày nền đất yếu. Vì vậy, cố kết thứ cấp cần được xác định để xác định độ lún dư của công trình trong thời gian vận hành. Cần lưu ý rằng, giá trị 𝐶′ trong công

thức phải lấy ở trạng thái cố kết bình thường 𝐶′ (NC) hoặc ở trạng thái tiền cố kết 𝐶′

𝛼 𝛼

𝛼

(OC) tùy thuộc vào trạng thái ứng suất của đất nền trong thời kỳ vận hành. Giá trị 𝐶′

𝛼

(NC) thường lớn hơn giá trị 𝐶′ (OC) từ 5 đến 10 lần.

2.2.2. Lý thuyết cố kết thấm K.Terzaghi và phương trình vi phân cố kết thấm

Để hình thành nên bài toán cố kết thấm, tác giả K.Terzaghi, N.M.Gerxovanov và V.A. Florin đã dựa vào giả thiết cơ bản là: Lượng tăng lưu lượng nước bằng lượng giảm độ rỗng của đất. Nếu xét lớp đất có phân tố chiều dày dz và diện tích tiết diện ngang bằng 1 đơn vị, nằm trong khối đất ở độ sâu z, theo giả thiết trên có thể viết:

q n

z t

[1.7]

(Phương trình trên là trường hợp đặc biệt của phương trình vi phân liên tục trong không gian về chuyển động nước ngầm do viện sĩ N.N.Pavlovski đưa ra năm 1922).

Trong đó: q và n: là lưu lượng nước và độ lỗ rỗng của đất.

Theo định luật thấm của Darcy thì lưu lượng thấm nước q tỷ lệ thuận với tốc độ thấm V và tiết diện F mà dòng thấm đi qua, tức là:

Q = V.F = Kz . H

z

(với F = 1 x 1) [1.8]

Trong đó: + Kz : là hệ số thấm theo trục z;

+ H : là cột nước áp lực tác dụng ở mặt cắt đang xét, chính bằng chiều cao của cột nước trên mặt cắt ấy.

H 1 .pw

H = Hay







γ0 z z

[1.9]



Trong đó:

là trọng lượng riêng của nước.

Công thức trên có thể viết lại sau khi lấy vi phân q theo z:

qK z

2 p

[1.10]



z  .

z2

Mặc khác, theo định nghĩa của độ rỗng là:

n V re

V 0 1e

Từ định luật nén lún của đất có thể viết:

[1.11]

ea. h

t t

[1.12]

Từ các phép thay thế các biểu thức ở trên vào phương trình cơ bản thấm, ta có:



Kz

2 p



.w

a p

[1.13]

0 z

1etbt

p Kz.(1e) 2p



Hay:

wtb.w

[1.14]

t .a

z2

Nếu ký hiệu: C

=Kz.(1etb)

là hệ số cố kết thì công thức trên được viết lại như sau:



p 2p

wC .w

[1.15]

t v

z2

Phương trình [1.15] là phương trình vi phân cố kết thấm đối với đất sét bão hòa nước trong điều kiện bài toán một chiều, phương trình cho phép xác định áp lực trung tính Pw (hay áp lực hiện hữu Ph) của những điểm ở độ sâu z bất kỳ t, khi nền đất chịu tác dụng tải trọng không đổi. [9,10]

2.2.3. Tính toán độ lún cuối cùng theo phương pháp tổng lớp phân tố

Phương pháp tính lún lý thuyết dựa trên lý thuyết về tính toán lún cho nền đất trong khu vực nghiên cứu, với tải trọng là lớp đất đắp nâng nền trong khu vực. Phương pháp tập trung vào tính lún cố kết của nền đất khi chịu tải trọng trên diện rộng (theo phương pháp tổng lún phân tố), với việc xây dựng mặt cắt địa chất đặc trưng và kết quả khoan khảo sát, thu thập số liệu để tính toán lún và dự báo độ lún theo thời gian.

a. Tính toán độ lún tổng cộng

Khu vực nghiên cứu có lớp bùn sét tương đối dày và đồng nhất. Vì thế, để xác định độ lún một cách chính xác, tác giả chọn phương pháp tổng lún phân tố. Nguyên tắc chung của phương pháp này là chia nhỏ các lớp đất có đặc tính giống nhau thành nhiều lớp theo mặt cắt ngang sao cho biểu đồ phân bố ứng suất nén do tải trọng gây nên trong từng lớp thay đổi không đáng kể. Và khi đó, độ lún sau cùng sẽ bằng tổng độ lún của từng lớp nhỏ được chia, công thức chung như sau: [7]

S =

Trong đó: + S là độ lún tổng;

Si

i 1

[2.1]

+ Si là độ lún của lớp phân tố thứ i.

Trong luận văn này, bài toán tính lún sử dụng ở dạng một chiều không tính yếu tố không gian và không xét đến hiện tượng nở hông của đất, nên trị số Si được tính toán bằng công thức như sau:

𝑆𝑖

= 𝑒1𝑖− 𝑒2𝑖

1+𝑒1𝑖

. ℎ𝑖

[2.2]

Hoặc có thể sử dụng công thức trên dưới dạng:

𝑆 = 𝛽𝑖

. 𝑝 . ℎ

[2.3]

𝑖 𝐸0𝑖

𝑖 𝑖

Trong đó:

𝑆𝑖 = 𝑎0𝑖 . 𝑝𝑖 . ℎ𝑖

𝜎𝑧𝑖−1 + 𝜎𝑧𝑖

𝑝𝑖 = 2

𝜎𝑧𝑖−1 ; 𝜎𝑧𝑖 : Lần lượt là ứng suất nén trên mặt và mặt dưới lớp đất thứ i

Dựa vào kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của đất, có thể xác định các trị số 𝑒1𝑖 và

𝑒2𝑖. Trị số 𝑒1𝑖 tương ứng với trị số áp lực đất ban đầu 𝑝1𝑖 được lấy bằng áp lực trung bình của mỗi lớp đất do trọng lượng bản thân của đất, ứng với trạng thái đất nền khi chưa có tải. Còn 𝑒2𝑖 ứng với trị số 𝑝2𝑖, được lấy bằng tổng áp lực trung bình của mỗi lớp đất do trọng lượng bản thân của đất khi có tải trọng ngoài gây nên.

Trị số áp lực 𝑝1𝑖 được xác định theo công thức:

𝑝1𝑖 = σzibt [2.4]

Trong đó: σzibt = 𝜎𝑧𝑖−1+ 𝜎𝑧𝑖 2

+ 𝜎𝑧𝑖 =

i.hi

i1

+ i : dung trọng của lớp đất thứ i.

Hình ảnh sơ đồ tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố và biểu đồ thí nghiệm nén lún của nền đất được thể hiện như sau, hình 2.2.