Luận án tiến sĩ kỹ thuật - Ngô Thị Ngọc Vân: Khả năng hóa lỏng đất nền đê Hữu Hồng chịu tải trọng động đất

BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUY LỢI NGÔ THỊ NGỌC VÂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HÓA LONG CUA DAT NEN DE HỮU HONG DOAN QUA HÀ NỘI (K73+500 - K74+100) CHIU TAI TRONG ĐỘNG DAT LUAN AN TIEN Si KY THUAT HA NỘI, NAM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGO THỊ NGỌC VAN NGHIÊN CUU KHẢ NĂNG HOA LONG CUA DAT NEN DE HUU HONG DOAN QUA HA NOI (K73+500 — K74+100) CHIU TAI TRONG DONG DAT Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNG Mã số: 9580211 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. NGUYÊN HỎNG NAM HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình khoa học do bản thân tác giả thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất ky công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả luận án Ngô Thị Ngọc Vân LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS. TS Nguyễn Hồng Nam là thầy hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận án. Xin cảm ơn Thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ, hướng dẫn tận tình trong thời gian tác giả thực hiện luận án. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.

TS Trịnh Minh Thụ, xin cảm ơn Giáo sư đã có nhiều đóng góp quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn chương trình NCKHCN phục vụ phòng chống thiên tai bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên (KC08) của Bộ KHCN đã đầu tư kinh phí cho tác giả thực hiện các thí nghiệm trong luận án trong khuôn khổ của đề tài “Nghiên cứu khả năng hóa lỏng của đê đập bằng vật liệu địa phương chịu tải trọng động dat và giải pháp ồn định công trình ”, mã số KC. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện về cơ sở vật chât cho các thí nghiệm trong nghiên cứu của tác giả. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Hội đồng Khoa học Đảo tạo Khoa Công trình, Phòng Dao tạo Đại học và Sau Đại học, Bộ môn Dia kỹ thuật, Bộ môn Vật liệu Xây dựng - Trường Đại học Thủy lợi, các nhà khoa học từ các đơn vị đã có những đóng góp, động viên, chia sẻ, giúp đỡ quý bau cho tac giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình.

Cuôi cùng tác giả xin được gửi tới bạn bẻ và những người thân thương trong gia đình của mình lời biệt ơn sâu sắc vì sự động viên, ủng hộ, dành thời gian và điêu kiện tot nhất dé tác giả hoàn thành nghiên cứu. il MỤC LỤC LOI CAM DOAN. ccsecscsscscssesessesucsesucsesucssecsucecsuceesucsesuescassucassusatsussusassucatsucatsucateecaneasene i LOI CAM ON. ccsccscssssessesesscsessesucscsucsesucsesecsucacsucarsucarsassucassneassucassusatsassusarsusansnsareasaneaes ii MỤC LUC Looe ceccecscssscscsescsvscsecececscscscscscevavsveceusecscacacavavavavasusesusscacacavatavavaveveusecececacaees iii DANH MỤC CAC HINH .eeccccsscsssscsssscsesscsesessecsesecsrsussveusscarsucarsusaesassesarsucarsecareacaveess vi DANH MỤC BANG BIEU .ccccssccsssesscssesesscscssssscersucsesussecassecarsusarsussesasseeasssansecareasavenees X DANH MỤC CÁC KY HIỆU.

52t SE SESEE2EEEESEEEESEEEEEEESEEEESEEEEEEEEEEEkrkrrkrkerree xi DANH MỤC CAC TU VIET TẮTT.-- + E+SStSE+E‡EEEE+ESEEEEEESEEEEEESEEEEEErkrrrrkrkrrree xiii 007. Tim cấp thiết của đề taic.cesessesssssssssessessssssessessesssssssscssessnssscsscssessnsssesseese 1 2 Mục tiêu nghiên CỨU. 9069996 2 3 Đối tượng và phạm Vi nghiên cứu. Nội dung nghiên CỨU.

90590990489968869508% 2 5 Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu.----s°-ssscssessessessesscsee 3 6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. << < se se se se seseeeseesesesese 3 7. _ Bố cục của luận án.---s-sscs©csecsstsstestrsetseEssreserserssrssrssrrssrssrsee 4 CHƯƠNGLI TONG QUAN VE NGHIÊN CUU HÓA LONG DO DONG ĐẤT .1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới va trong nước .1 Khái quát về động đất.2 Tình hình nghiên cứu hóa long do động đất trên thế giới.3 Tình hình nghiên cứu hóa lỏng do động đất tại Việt Nam.4 Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã công bố.2 Những vấn đề sẽ được triển khai trong luận án.3 Kết luận chương 1.- e2 s°sess©Ss£seEssEssEssesseEssessesserserssssse 31 CHƯƠNG2_ ĐÁNH GIÁ TÍNH NHAY HÓA LỎNG VÀ KHẢ NĂNG HÓA LỎNG DAT NEN DE HỮU HÒNG.- 2-22 5222 2EE‡2EEEEEESEE2EEEEEEErkrrrkrrrrees 32 2.2 Khái quát đặc điểm hệ thống đê Hữu Hồng.1 Vị trí địa lý.-c 2c 2k 22 TH TH 2H g2 12111 1 xeerere 32 2.2 Lịch sử phát triển.--- - + 5E+SE+EE+E2E2EEEEEEEEE1E212112112171 2111111, 32 2.cc c2 TT E122 1211 1111211011111 011 re 34 2.5 Địa chất thủy văn.3 Đánh giá tính nhạy hóa long đất nền đê Hữu Hồng .1 Tính nhạy hóa lỏng của đất và các tiêu chí đánh giá. Đánh giá tính nhạy hóa long đất nền đê Hữu Hồng.3 Đoạn đê Hữu Hồng nghiên cứu (K73+500 — K74+100).4 Đánh giá khả năng hóa long của đất nền đê Hữu Hồng (K73+500- K74+100) dựa trên số liệu thí nghiệm địa chất hiện trường .1 Quy trình don gI1ảñ.-- G1119 111 111 11 1 1119 1 1n ng ng ngư 33 2.2 Kết quả đánh giá kha năng hóa long đất nền đê Hữu Hồng (K73+500 + '@ 00000.5 Kết luận chương 2.--s--sss se se sSsEssEssEsSEseEsEESEEsEssesetserserserserse 61 CHƯƠNG3 THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CAC ĐẶC TRƯNG DONG CUA DAT NEN ĐẼ.-:-c2tt nh ng 63 3.2 Vật liệu và thiết bị thí nghiệm.2 Thiết bị thí nghiệm.

Xác định đặc trưng biến dạng của đất nền đê.2 Quy trình thí nghiệm xác định mô đun Young và hệ số giảm chan của 0. Kết quả thí nghiệm. Mô phỏng quan hệ giữa mô đun Young và biến dạng đọc trục của dat cát 1ùih85iì8:/01 177.5 Mô phỏng quan hệ giữa hệ số giảm chan và biến dang doc trục của đất cát nền đê Hữu Hồng. 2-2 2£ 2 SE+SE‡EEEEE2E1EE15711211211717112111111.6 Mô phỏng quan hệ giữa mô đun Young va ứng suất cố kết hiệu quả của đất cát nền đê Hữu Hồng.-- 2-5 ©52+SE£SE£EEEEEEEEEEEEEEE25122171211212 2221.4 Xác định đường cong hóa long đất nền đê.2 Quy trình thí nghiệm xác định đường cong hóa lỏng.

Kết quả thí nghiệm.5 Mô phỏng đường cong hóa lỏng của cát nền đê Hữu Hồng .6 Mô phỏng biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư của đất cát nền đê Hữu Hồng.5 Kết luận chương 3.s--s-s-ssss©s£setssEssEvserseEsetssesserserssrssesse 107 iv CHUOGNG 4 MÔ PHỎNG HOA LỎNG DE HỮU HONG KHI CHIU DONG DAT MANH VA DE XUẤT GIẢI PHÁP ON ĐỊNH .ccscssssssessessesssessessesssssessessessessseeses 111 AL Dat VAI dG ố ẽ .2 Cơ sở lý thuyết mô phỏng hóa lỏng đê chịu tác dụng của tải trọng động i00 .1 Phương pháp phan tử hữu hạn .2 Phần mềm Quake/AW.---2¿ 2 ++2k+EE2EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrkrrkrred 113 4. Đánh giá khả năng hóa lỏng.3 Mô phỏng hóa lỏng đê Hữu Hồng (Hà Nội).1 Các trường hợp tính tOán.2 Các hàm đặc trưng trong phân tích động .3 Trinh tự tính toane. ccc ccc cccsscccessecceesseecessseceesseeceesseecesseeceesseeeesseeeees 126 4.4 Kết quả mô phỏng mặt cắt K73+750 đê Hữu Hong o.4 Đề xuất giải pháp giảm nhẹ, ngăn chặn hóa lỏng .1 Làm chặt cát dé hóa lỏng .--¿- ¿+ 2+ SE+E£SE+EEE£EEEeEErkerxrrrrkrree 133 4.2 Giếng cuội sỏi, cọc cát.-----cs+cke 2212212212121 111 rre.3 Phụt vữa, trộn sâu (cọc xi măng — đất) ¬ 133 4.4 Biện pháp kết cấu. 133 AAS Thay thé đất.5 Kết luận chương 4.- << s< se sSsESsESsEsSEssEseEsExsessessesersersersee 134 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ,.- 2-22 5¿©SS2EE‡EE2SEE2EEE2EEEEEEEEEEEEEErErerkrerkrrred 136 1.

Những kết quả đạt được.-s-s << se se se sessessessessesessersers 136 2 Những đóng góp mới của luận á. Tn tại và hướng phát triển của luận án. 139 TAI LIEU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỒ.crxee 140 TAI LIEU THAM KHẢO.---2- 22 2 SESE2E£+EE£EEEEEEEEEEEEEEEEECEEEEEEEEEEEkrrkrrrkrrkee 141 PHU LUC CHƯƠNG 2: KET QUA TÍNH HE SO AN TOAN HOA LONG. 148 PHU LUC CHƯƠNG 4: KET QUA MO PHONG DE HỮU HỎNG.

Kết quả mô phỏng theo mô hình tuyến tính tương đương. Kết quả mô phỏng theo mô hình đàn hồi tuyến tính. Kết quả mô phỏng ảnh hướng của mực nước lũ (mô hình tuyến tính tương đương, băng gia tốc X3a) .--s-csccscsscsecsevsessessessessrserserserse 178 Phu lục 4. Kết qua tinh gia cố nền bằng cọc xỉ măng đắt .---- 184 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.

Sơ đồ thông số vị trí của một trận động đẤT. Ban đồ địa chan kiến tạo lãnh thổ Việt Nam. Hóa lỏng gây sat đường cao tốc phía tây của hồ Merced. Hóa lỏng đất gây trượt mái thượng lưu đập San Fernando hạ.

Sơ đồ trượt mái đập San Fernando hạ năm 1971. Hóa long gây hư hỏng đê sông Yoshida. Hóa lỏng trong đất trầm tích gần sông Pajaro. Hóa lỏng gây hư hỏng dé sông Shiribeshi-Toshibetsu.9 Sup đồ đê sông Yodo năm 1995 bởi trận động dat Kobe.

Hóa lỏng ở vùng ngoại ô thành phố Christchurch năm 2011. Dat hóa lỏng cuốn nhà cửa tại Indonesia, năm 2018. Sự giảm thé tích của cát xốp trong khi cắt thoát nước theo chu kỳ. Ứng suất hiệu quả giảm do điều kiện không thoát nước.

Khả năng hóa lỏng của cát: cát sạch (a) và cát lẫn bụi (b). Ảnh hưởng của hệ số rỗng đối với trạng thái ứng suất gây hóa long _. Trạng thái ứng suất gây hóa lỏng được định nghĩa theo các cách. Đường cong hóa lỏng của cát xốp Toyoura trong mẫu 3 trục.

Biéu đồ phân vùng thành phan hạt của các loại dat dé hóa lỏng.19a Biểu đồ phân vùng thành phần hạt của các loại đất Dao/D¡o>3.19b Biểu đồ phân vùng thành phan hạt của các loại đất Dø/D¡o<3. Sức kháng hóa lỏng khác nhau nhận được từ cắt đơn giản và 3 trục. Sự tăng sức kháng hóa lỏng của cát do quá c6 kết. Số liệu thí nghiệm 3 trục theo chu kỳ về sức kháng hóa lỏng.23a Quan hệ giữa mô đun kháng cắt chuẩn hóa với biến dạng cắt.23b Quan hệ giữa hệ số giảm chan với biến dạng cắt.

Các biện pháp giảm nhẹ thiệt hại do hóa lỏng trong thực tế. Dé sông Tone tại Ôm1gaWa. che HH Hình 1.26 Mặt cắt ngang đê sông Tone tại Omigawa với biện pháp cải tạo dat. Mặt cắt đê Nazuse tại NakaShimo được cải tạo bang COC cát.

Quy trình nghiên cứu trong kỹ thuật hóa long đất. Dấu vết đổi dong hệ thống sông Hồng. Sơ đồ khối đồng bằng Bắc Bộ. Cột địa tang tong hợp đồng bang Bắc Bộ.

Bản đồ gia tốc nên cực đại đê sông Hồng Hà Nội T=475 năm. Bản đô gia toc nên cực đại đê sông Hong Hà Nội T=2475 năm. Mặt cat địa chất đoạn Tiến Tân - Thanh Trì.ccccce se Hình 2. Biểu đồ phân loại đất nền đê Hữu Hồng.- cà VI Hình 2.

Sơ đồ bồ trí hỗ khoan khảo sát khu vực nghiên cứu. Mặt cắt ngang đê K73+750, K73+900.ccccc se Hi 50 Hình 2. Thanh phan hạt của cát 3a.Thanh phan hạt của cát 3b. Thành phần hat của cát 4c, 4d, 4e.

Tỷ số kháng chu kỳ CRR và sức kháng xuyên tiêu chuẩn. Điều kiện giả định xây dựng phương trình động đất. Lịch sử thời gian ứng suất cắt trong một trận động đất. a, Sức kháng xuyên tiêu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn hóa lỏng theo chiều sâu tại hố khoan HKI.---cccccc ves 58 Hình 2.

a, Suc khang xuyén tiéu chuẩn theo chiều sâu và b, Hệ số an toàn hóa lỏng theo chiều sâu tại hồ khoan HK2.---ccccc cases 58 Hình 2.