Luận án tiến sĩ kỹ thuật địa chất nghiên cứu ứng dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT Mã số chuyên ngành: 62.01 Phản biện độc lập: PGS.

Phạm Trung Hiếu Phản biện độc lập: TS. Đỗ Văn Lĩnh Phản biện: PGS. Nguyễn Bá Hoàng Phản biện: PGS. Lê Bá Vinh Phản biện: PGS.

Tô Văn Lận nb NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: TS. VÕ ĐẠI NHẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS. NGUYỄN VIỆT KỲ LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Nghiên cứu sinh Lê Quân TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án trình bày kết quả “Nghiên cứu ứng dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật trong cải tạo nền đất yếu”. Cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT là một phương pháp mới có nhiều ưu điểm. Để có thể áp dụng phương pháp này vào điều kiện Việt Nam thì cần phải nghiên cứu một cách có hệ thống về lý thuyết, mô hình tính toán và thực nghiệm là vô cùng cần thiết.

Chính vì vậy, nội dung và kết quả nghiên cứu của luận án tập trung vào các vấn đề chính sau: i) Nghiên cứu tổng quan về cọc hạt rời bọc vải ĐKT bao gồm tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và Việt nam, cơ sở lý thuyết. Kết quả nghiên cứu cho thấy Việt nam chưa có bất kỳ một nghiên cứu có hệ thống về lý thuyết, mô hình tính toán và thực nghiệm cũng như công trình được áp dụng trong thực tế. ii) Nghiên cứu phân tích và so sánh kết quả mô hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính toán theo phương pháp số bằng phần mềm PLAXIS bản quyền v2018 với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc ngoài hiện trường và kết quả quan trắc lún khi gia tải. Nghiên cứu phân tích và so sánh ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính toán bằng phương pháp giải tích và phương pháp số.

Thông qua các nội dung nghiên cứu kể trên, kết quả cho thấy mô hình “Soft Soil” áp dụng đối với đất yếu phù hợp với thực tế do kết quả mô phỏng gần với kết quả thí nghiệm hiện trường hơn so với khi áp dụng mô hình “Mohr-Coulomb”. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cho thấy độ lún của nền đất và biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính theo phương pháp số luôn thấp hơn so với phương pháp giải tích. iii) Nghiên cứu phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế, các chi tiêu cơ lý của vật liệu cọc đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT. NCS đã thực hiện mô phỏng mô hình lăng trụ bằng phần mềm Plaxis để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT như: đường kính cọc, khoảng cách cọc, bề dày lớp đất yếu, thông số vật liệu cọc.

Các thông số đầu vào dựa trên đặc điểm và điều kiện địa chất của công trình nhà máy VIFON II tại tỉnh Long An. Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm rõ các ưu điểm vượt trội của cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong cải tạo nền đất yếu so với cọc hạt rời thông thường. Phương pháp này cũng chỉ ra tác dụng quan trọng của vải ĐKT trong việc cải thiện đáng kể sức chịu tải, độ lún của cọc và nền đất được cải tạo. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phục vụ công tác giảng dạy trong trường Đại học, cũng như áp dụng vào thực hành cải tạo nền đất yếu tại Việt nam.

-i- ABSTRACT This thesis presents the results of "Study on deformation behaviour of geosynthetic encased granular column used in soft soil improvement". The improvement of soft ground by geosynthetic encased granular column is a new method with many advantages. In order to apply this method in Vietnam conditions. Therefore, it is necessary to systematically study theory, computational models, and experiments.

The content and results of the study in the thesis focus on the following main issues: i) To study the general overview of geosynthetic encased granular column including research on theoretical basis, studies in the world and Vietnam. The results show that Vietnam has not had any theoretical studies as well as works applied in practice. ii) To study, analyse and compare the results of geosynthetic encased granular column modelling calculated by numerical method using copyright PLAXIS v2018 with results obtained from measurement monitoring and experimental on site. As well as study, analyse and compare the deformation behaviour of geosynthetic encased granular column by Analytical and Numerical method.

Through the research contents as mentioned above, the results show that the “Soft Soil” model applied to soft ground is consistent with reality practice because the simulation results closer to the field test results than applying the “Morh-Coulomb” model. In addition, the study results show that the settlement and deformation of soft ground reinforced by geosynthetic encased granular columns and as calculated by numerical method is lower than calculated by analytical method. iii) To study, analyse and evaluate the influence of design parameters and column material properties on deformation behaviour of geosynthetic encased granular column. In this study, the Researcher simulated the unit cell model using PLAXIS software to investigate the influence of design parameters on deformation behaviour of geosynthetic encased granular columns such as: column diameter, spacing, thickness of soft soil layer, modulus of column material.

The input parameters are based on the characteristics and geological conditions of the Vifon II factory in Long An province. The study results in the thesis have clarified outstanding advantages of geosynthetic encased granular column compared to conventional granular column in soft soil improvement. This method also shows the important role effect of geosynthetic in improving the stiffness of the column, thereby significantly improving the load capacity, and reducing settlement deformation. The research results can be used for teaching in the university, as well as in the practice of improving soft soil in Vietnam.

-ii- LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Võ Đại Nhật, PGS. Nguyễn Việt Kỳ đã luôn tận tình hướng dẫn cũng như giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành luận án tiến sĩ. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí, Bộ môn Địa kỹ thuật, đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS hoàn thành luận án tiến sĩ.

Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn TS. Trần Thanh Danh – Trường Đại học Mở Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn sử dụng phần mềm Plaxis. Cuối cùng, luận án này như một món quà đặc biệt mà nghiên cứu sinh dành tặng cho những người thân trong gia đình của mình. -iii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii LỜI CẢM ƠN.iii MỤC LỤC. iv DANH MỤC HÌNH ẢNH. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU .xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. xv MỞ ĐẦU.

Tính cấp thiết của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu: .2 Phạm vi nghiên cứu. Mục đích của luận án. Những luận điểm bảo vệ.

Nội dung nghiên cứu của luận án. Phương pháp nghiên cứu của luận án. Những điểm mới về mặt khoa học của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn.

Cơ sở tài liệu của luận án. Cấu trúc của luận án. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT .1 Tổng quan về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật .1 Phương pháp cải tạo đất yếu sử dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật.2 Phương pháp thi công cọc hạt rời bọc vải ĐKT .3 Các dạng bố trí cọc hạt rời bọc vải ĐKT .4 Đường kính cọc hạt rời bọc vải ĐKT .2 Các thông số đất và vật liệu cọc .2 Vật liệu cọc .3 Vải Địa Kỹ thuật .3 Tổng quan về các nghiên cứu trên thế giới và Việt nam .1 Trên thế giới.2 Tại Việt Nam. 21 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT .1 Lý thuyết về cọc hạt rời vải địa kỹ thuật .1 Khái niệm về mô hình lăng trụ .2 Cơ chế truyền lực .3 Dạng phá hủy .2 Phương pháp giải tích .1 Mô hình áp dụng .3 Các bước tính toán ứng xử biến dạng .4 Các bước tính toán sức chịu tải .3 Phương pháp số – phần mềm PLAXIS .1 Các Mô hình đất trong Plaxis .2 Mô hình hóa bài toán trong Plaxis.

36 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ BIẾN DẠNG CỦA CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN .1 So sánh kết quả tính toán theo phương pháp số với kết quả thực nghiệm ngoài hiện trường .1 Nội dung nghiên cứu .2 So sánh kết quả tính toán độ lún bằng phương pháp số và phương pháp Asaoka.3 So sánh kết quả thử tĩnh cọc bằng thí nghiệm bàn nén tại hiện trường và kết quả mô phỏng thí nghiệm bằng phương pháp số .2 So sánh kết quả ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật bằng phương pháp giải tích và phương pháp số .1 Nội dung nghiên cứu .2 Các thông số mô phỏng .3 Kết quả nghiên cứu. 74 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ ĐẾN ỨNG XỬ BIẾN DẠNG CỦA CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT.1 Nội dung nghiên cứu.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu .3 Điều kiện địa chất .4 Mô phỏng mô hình.5 Kết quả nghiên cứu .1 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai cọc .2 Ảnh hưởng của đường kính cọc.3 Ảnh hưởng của bề dày lớp đất yếu .4 Ảnh hưởng của vật liệu cọc .5 Ảnh hưởng của tải trọng dọc trục. 114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 116 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

117 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 118 PHỤ LỤC 1 HỒ SƠ THIẾT KẾ. 122 PHỤ LỤC 2 HỒ SƠ QUAN TRẮC LÚN. 150 PHỤ LỤC 3 HỒ SƠ NÉN TĨNH CỌC.

180 -vi- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đồ thị lựa chọn phương pháp cải tạo đất dựa trên cấp phối của đất yếu [2] .2 Minh họa ý tưởng gia cố nền đường bằng cọc bọc vải ĐKT [3] .