Phân tích xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không kết hợp bấc thấm - Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài nghiên cứu này trình bày mô phỏng phương pháp gia tải chân không kết hợp cống dọc để cải tạo nền đất sét yếu. Phần mềm được sử dụng trong bài báo này là Plaxis 3D, với nhiều cải tiến đáng kể cho kết quả rất khả quan. Hơn nữa, vùng cố kết nằm dưới cống dọc đã được phân tích để thiết lập phạm vi cố kết và xác định độ sâu của vùng cố kết do chân không gây ra. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không kết hợp bấc thấm - Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D

PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D LÊ BÁ VINH* NGÔ NỮ QUỲN TRÂM** Analysis the soft ground improvement by using vacuum preloading method in combination with PVDs – the application of “PLAXIS 3D” software Abstract: In this paper, authors present the simulation of vacuum preloading method combined with vertical drains to improve the soft clay ground. The software used in this paper is Plaxis 3D, with many significant improvements giving very positive results. Morever, the consolidation zone lying under the vertical drains was analyzed to establish the consolidation scope and determination of the depth of vacuum-induced consolidation zone. 1. ẶT VẤN Ề * 2. N G TÍN K Ả THI CỦA Để tăng tốc độ và hiệu quả xử lý nền đất yếu, PHẦN MỀM PLAXIS 3D TRONG PHÂN ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp cố kết chân TÍCH XỬ LÝ NỀN BẰNG HÚT CHÂN không hoặc gia tải trƣớc kết hợp bấc thấm. Tuy KHÔNG K T HỢP BẤC THẤM nhiên hiện nay việc sử dụng phần mềm ứng dụng trong tính toán quá trình cố kết lại khá hạn 2.1. Giới thiệu công trình chế [1], [2]. Vì vậy nghiên cứu này tiến hành Hai vùng thử nghiệm hiện trƣờng (A và B) đánh giá tính khả thi của phần mềm Plaxis 3D đã đƣợc xây dựng, và tiến hành gia tải hút trong mô phỏng bài toán cố kết chân không kết chân không ở vịnh Tokyo, Nhật Bản để cố kết hợp bấc thấm. Khảo sát tính ứng dụng thông nền đất sét yếu nằm ở đáy biển cũng nhƣ các qua công trình thực tế ở vịnh Tokyo (Japan), so lớp bùn sét nạo vét [5]. Phần A có diện tích sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc. 60m x 60m và Phần B có diện tích 61,2m x Ngoài ra, bài báo còn đánh giá thêm vùng lún bên dƣới mũi bấc thấm, vì quá trình cố kết 61,2m, và hai phần gần nhƣ liền kề nhƣ hình không chỉ diễn ra ở vùng cắm bấc thấm. Nhờ 1. Nền đất tại địa điểm này nhƣ hình 2 bao vào việc ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu gồm một lớp đất sét đƣợc khai hoang có độ hạn bằng phần mềm Plaxis 3D từ đó thiết lập dày khoảng 12 m. Bên dƣới nó là một lớp đất công thức tƣơng quan về vùng nền dƣới mũi sét tự nhiên dày khoảng 29 m, dƣới đó là một bấc thấm. lớp cát. Phần lớn việc khai hoang đƣợc thực * hiện từ năm 2003 đến năm 2005 với tốc độ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, Tp. HCM san lấp khoảng 3,5 m / năm. Có thể thấy rằng Email: lebavinh@hcmut.edu.vn lớp bùn khai hoang là cố kết thƣờng, nhƣng ** Công ty TNHH Thương Mại Xây Dựng Đoàn Lực 80 Đường D2, Thủ Dầu Một, T. B nh Dương lớp đất sét vẫn đang ở trong quá trình cố kết. DĐ: 096.557.3447 Email: ksngotram@gmail.com Chọn khu vực xử lý là phần A. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 59
2.2. Thông số nhập mô hình Thông số đất nền nhập vào mô hình đƣợc lấy chọn lọc nhƣ hình 3 bên dƣới: dHình 1. Định vị khu đất x lý Hình 3. Mặt cắt các lớp đất, bấc thấm và các thông số cơ bản của mô h nh tính toán Để tiện cho việc tính toán mô phỏng, thông Hình 2. Một số thông số của đất nền vùng số đƣợc thống kê nhƣ bảng 1: cần x lý [3] ảng 1. Thông số đất nền nhập mô hình [4] ề dày unsat sat eo Cc Cs kx = ky kz Lớp đất m kN/m3 kN/m3 m/day m/day Reclaimed 12,0 14,7 14,7 2,41 0,88 0,117 9,04E-04 4,52E-04 layer Clay 1 9,0 13,7 13,7 3,28 1,10 0,147 2,48E-04 1,24E-04 Clay 2 9,0 13,7 13,7 3,28 1,50 0,200 2,56E-04 1,28E-04 Clay 3 11,0 13,7 13,7 3,28 1,50 0,200 2,02E-04 1,01E-04 Sand 1,0 16,3 16,3 1,50 - - 1.0 1.0 Bấc thấm có chiều dài 30m đƣợc cắm trong ảng 2. Thông số bấc thấm vùng xử lý có diện tích 60m x 60m. Khoảng cách cắm bấc thấm thực tế 2m. Lƣới bấc thấm bố trí hình vuông. Đƣờng kính tƣơng đƣơng của bấc thấm 0.075m. Lực hút chân không đƣợc mô phỏng dựa trên sự hạ mức nƣớc ngầm bên trong ống thoát nƣớc đứng (phần tử Drain). 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
2.3. Các phase tính toán: Theo thông tin của công trình thì lớp đất sét tự nhiên vẫn đang trong quá trình cố kết, nhƣ vậy sau khi thi công cắm bấc thấm, cho đất cố kết 165 ngày. Sau đó mới tiến hành hút chân không trong 204 ngày. Tổng thời gian xử lý là 369 ngày. Các giai đoạn tính toán đƣợc trình bày nhƣ bảng 3. ảng 3. Các phase tính toán Hình 5. Độ lún của mặt nền theo thời gian Tính toán Plaxis 3D H nh 6. Chuy n vị ngang của nền theo chiều sâu Hình 4. Mô hình trong Plaxis 3D H nh 7. Sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong nền 2.4. Kết quả tính toán Từ mô hình tính toán theo phần mềm Plaxis  Nhận xét: 3D [6] và các thông số bên trên, thu đƣợc kết - Đƣờng đồ thị độ lún có hình dạng gần giống quả tính toán mô phỏng, từ đó so sánh với số với quan trắc, chỉ có ở 235 ngày là chuyển vị đứng liệu quan trắc nhƣ các hình 4, 5, và 6: lớn hơn 34% so với giá trị quan trắc. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 61
- Kết quả sự tiêu tán áp lực nƣớc lỗ rỗng bảng 4. Vùng nền đƣợc mô phỏng có kích thặng dƣ trong nền nhƣ thể hiện ở hình 7 cho ra thƣớc 20m x 20m x 40m, vùng xử lý hút chân kết quả khá giống với ứng xử thực tế của đất khi không có kích thƣớc 10m x 10m x 10m nhƣ xử lý hút chân không, áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng thể hiện ở hình 8. dƣ sau thời gian xử lý giảm xuống gần bằng 0 ở trong vùng có bấc thấm. ảng 4. Thông số của nền đất ph n t ch - Lớp đất khai hoang bên trên cũng bị ảnh hƣởng do quá trình cố kết trong 165 ngày đầu tiên sau khi cắm bấc thấm và gia tải bề mặt lớp đất sét. - Lớp đất sét bên dƣới cũng có bị ảnh hƣởng bởi việc hút chân không rõ rệt. - Kết quả chuyển vị ngang có chênh lệch nhiều so với kết quả quan trắc, sau khi hiệu chỉnh số liệu lớp đất sét số 1 thì sự chênh lệch số liệu đã giảm đi. Đây cũng là kinh nghiệm để với số liệu quan trắc ta có thể đánh giá đƣợc thông số đất nền có thực sự sát thực tế hay không, và có hƣớng đề xuất hiệu chỉnh cho phù hợp, sao cho sai số tính toán so với thực tế là ít nhất. 3. PHÂN TÍCH PHẠM VI VÙNG LÚN CỐ K T ÊN DƢỚ MŨ ẤC THẤM Khi áp lực chân không tác dụng trực tiếp lên nền đất yếu thì áp lực nƣớc lỗ rỗng giảm đi, quá trình cố kết không chỉ diễn ra ở khu vực xử lý mà các vùng lân cận và bên dƣới mũi bấc thấm cũng xảy ra quá trình này. Thông qua việc đánh giá vùng nén lún xảy ra bên dƣới mũi bấc thấm ta có thể giảm đƣợc chiều sâu cắm bấc thấm mà vẫn mang lại hiệu quả xử lý, và tiết kiệm chi phí. Vì vậy xác định H nh 8. Mô h nh nền trong Plaxis 3D phạm vi vùng nén lún bên dƣới mũi bấc thấm là cần thiết. Kết quả tính toán vùng nén lún bên dƣới mũi Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến vùng nén lún bấc thấm sau 365 ngày xử lý ở tất cả các mô này nhƣ: hệ số thấm của đất, khoảng cách giữa hình đƣợc xác định từ mô hình tính toán. các bấc thấm, áp lực hút chân không… Trong 3.1. Phân tích sự ảnh hƣởng của hệ số bài này phân tích các yếu tố chính cho điều kiện thấm đứng đến phạm vi vùng lún bên dƣới nền đồng nhất 1 lớp sét, qua đó đƣa ra công mũi bấc thấm thức tƣơng quan để có thể xác định nhanh vùng Với lực hút chân không 90kPa, khoảng cách nén lún bên dƣới mũi bấc thấm. bấc thấm 2m, chiều sâu vùng xử lý 10m, phạm Nền đất đƣợc chọn lấy thông số của nền đất vi vùng lún tƣơng ứng với các hệ số thấm đứng sét tƣơng tự nhƣ ở mục 2 và nêu tóm tắt ở khác nhau nhƣ trình bày ở bảng 5. 62 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
ảng 5. ảng thông số hệ số thấm đứng và Với s là khoảng cách bấc thấm, phƣơng trình phạm vi vùng lún dƣới mũi bấc thấm hiệu chỉnh lúc này (hệ số thấm có đơn vị 10-4 m/day): y = (5.1311-1.5065s).(ln kz) + 2.2381 Phƣơng trình hiệu chỉnh lúc này (hệ số thấm có đơn vị cm/s): y = (5.1311-1.5065s).(lnkz + 15.97) + 2.2381 3.3. Phân tích sự ảnh hƣởng của lực hút ch n không đến phạm vi vùng lún bên dƣới mũi bấc thấm Với lực hút chân không dao động từ (60-70- Có thể nhận thấy khi tăng hệ số thấm thì 80-90) kPa, khoảng cách bấc thấm 2.0m, chiều phạm vi vùng lún bên dƣới mũi bấc thấm sâu vùng xử lý 10m, phạm vi vùng lún tƣơng càng mở rộng. Từ kết quả tính toán, ta đƣợc ứng với các lực hút chân không khác nhau nhƣ phƣơng trình thiết lập mối quan hệ giữa trình bày ở bảng 7. phạm vi lún bên dƣới mũi bấc thấm và hệ số thấm đứng: ảng 7. ảng thống kê sự thay đổi lực Phƣơng trình hiệu chỉnh lúc này (hệ số thấm hút ch n không và phạm vi vùng lún có đơn vị 10-4 m/day): dƣới mũi bấc thấm y = 1.9428*(ln kz) + 2.1256 Phƣơng trình hiệu chỉnh lúc này (hệ số thấm có đơn vị cm/s): y = 1.9428*(ln kz) + 33.1521 3.2. Phân tích sự ảnh hƣởng của khoảng cách bấc thấm đến phạm vi vùng lún bên dƣới mũi bấc thấm Với lực hút chân không 90kPa, khoảng cách bấc thấm thay đổi: 1.75m, 2.0m, 2.5m, chiều sâu vùng xử lý 10m, phạm vi vùng lún tƣơng Với s là khoảng cách bấc thấm, P là lực hút ứng với các khoảng cách bấc thấm khác nhau chân không, phƣơng trình hiệu chỉnh lúc này (hệ nhƣ trình bày ở bảng 6. số thấm có đơn vị 10 -4 m/day): y=(5.1311-1.5065s).(lnkz)+(0.0355P-1.0371) ảng 6. ảng thống kê sự thay đổi Phƣơng trình hiệu chỉnh lúc này (hệ số thấm khoảng cách bấc thấm và phạm vi vùng lún có đơn vị cm/s) : dƣới mũi bấc thấm y = (5.1311-1.5065s).(lnkz+15.97) + (0.0355P-1.0371) 4. K T LUẬN Kết quả bài toán mô phỏng và số liệu thực tế quan trắc là gần tƣơng đồng nhau. Điều này có thể kết luận đƣợc việc mô phỏng cố kết chân không kết hợp bấc thấm là phù hợp. Việc mô phỏng cố kết chân không kết hợp bấc thấm bằng phần mềm Plaxis là khả thi. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 63
Độ lún theo kết quả mô phỏng và kết quả Thông qua việc đánh giá vùng nén lún bên quan trắc ở các thời điểm cuối chênh lệch nhau dƣới mũi bấc thấm ta có thể giảm đƣợc chiều khoảng 6%. Việc lựa chọn thông sô mô hình sâu cắm bấc thấm mà vẫn mang lại hiệu quả xử tính toán rất quan trọng, nó ảnh hƣởng lớn đến lý, và tiết kiệm chi phí. kết quả nên phần nhiều khi mô phỏng vẫn phải Lời cảm ơn: hiệu chỉnh và dùng vòng lặp để có kết quả gần Chúng tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học quan trắc nhất. Bách Khoa, ĐHQG-TPHCM đã hỗ trợ thời Trong Plaxis 3D áp dụng phần tử Drain để gian, phƣơng tiện và cơ sở vật chất cho nghiên mô phỏng bấc thấm thì kết quả tính toán và ứng cứu này. xử của nền tƣơng đồng quan trắc. Nhiều ý kiến cho rằng vùng xử lý của hút TÀ L ỆU T AM K ẢO chân không chỉ giới hạn ở chiều sâu 20m, tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật [1] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất thi công đã cải tiến chất lƣợng cũng nhƣ khả bản Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí năng xử lý nền đất yếu; theo thực tế công trình ở Minh, 2016. vịnh Tokyo đã xử lý nền với bấc thấm dài 30m [2] Lê Bá Vinh - Nguyễn Công Trí, Phân tích cho kết quả khả quan. xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp hút chân Trong trƣờng hợp hút chân không thì chuyển không kết hợp bấc thấm bằng phần mềm vị của đất nền ở ngoài vùng xử lý là lún xuống, Geostudio, Tạp chí Địa kỹ thuật, 2013. còn đối với gia tải bằng đất đắp thì trồi lên, vì [3] Jinchun Chai - John P. Carter – Martin quá trình thay đổi áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ D. Liu, Vacuum Consolidation and dẫn đến cố kết trong 2 phƣơng pháp này hoàn Deformation Analyses – Case Studies in toàn khác nhau. Japan, Proc. of International Conference on Khi áp lực chân không tác dụng trực tiếp lên Ground Improvement and Ground Control nền đất yếu thì quá trình cố kết không chỉ diễn (ICGI 2012) , 2012. ra ở khu vực có xử lý bấc thấm mà các vùng lân [4] Márcio Almeida, New Techniques cận và bên dƣới mũi bấc thấm cũng xảy ra quá on Soft Soils, Nhà xuất bản Oficina d e trình này. Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến vùng Textos, 2010. nén lún này nhƣ: hệ số thấm của đất, khoảng [5] Miyakoshi, K., Takeya, K., Otsuki, Y., cách giữa các bấc thấm, áp lực hút chân không, Nozue, Y., Kosaka, H., Kumagai, M., thời gian xử lý, độ sâu xử lý… Trong bài báo đề Oowada, T. and Yamashita, T. The cập đến ba yếu tố quan trọng ảnh hƣởng nhiều application of the vacuum compaction drain đến vùng nền dƣới mũi bấc thấm. method to prolong the life of an offshore Qua các phân tích tính toán có thể xác định disposal field. Nippon Koei Technical Forum, chiều sâu vùng lún dƣới mũi bấc thấm theo biểu 16: 9-19 (in Japanese), 2007. thức sau: h = (5.1311-1.5065s).(ln kz+15.97) + [6] PLAXIS 3D Reference Manual 2019 (0.0355P-1.0371) Người phản biện: PGS, TS ĐÀO VĂN TOẠI 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021