ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----[\-----

NGUYỄN DUY QUANG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT
Cv VÀ Ch CỦA ĐẤT YẾU KHU VỰC
HIỆP PHƯỚC - NHÀ BÈ
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số học viên : 00906218

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2009


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: ..........................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
TS. LÊ BÁ VINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: ..........................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1 :...................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 :...................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2009


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC


Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN DUY QUANG
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 22/02/1982
Nơi sinh: Tp. HCM
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MSHV: 00906218
I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT Cv VÀ Ch CỦA ĐẤT YẾU KHU VỰC
HIỆP PHƯỚC - NHÀ BÈ
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ : Nghiên cứu xác định hệ số cố kết Cv và Ch của đất yếu khu vực Hiệp
Phước – Nhà Bè.
2. Nội dung:
Chương 1 : Tổng quan.
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu.
Chương 3 : Phân tích hệ số cố kết Cv và Ch khu vực Hiệp Phước từ thí nghiệm trong
phịng và hiện trường.
Chương 4 : Phân tích ngược hệ số cố kết Cv và Ch từ kết quả quan trắc hiện trường và
ứng dụng trong xử lý nền đất yếu
Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo..
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
03/01/2009
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
03/07/2009
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2


TS. LÊ BÁ VINH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. VÕ PHÁN

Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH

Ngày
tháng
năm 2009
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn hai thầy TS. Lê Bá Vinh và ThS. Trần Quang Hộ đã
truyền ý tưởng cũng như đã nhiệt tình giúp đỡ, dìu dắt tơi trong suốt q trình học
tập và làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Hữu Uy Vũ, Giám đốc Công ty Địa Kỹ
thuật và Giao Thông Anh Vũ trực thuộc Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng –
Kỹ thuật Biển (PortCoast Consultant Corporation) đã hỗ trợ rất nhiều trong việc
hướng dẫn và đóng góp kinh nghiệm thực tế công tác khảo sát Địa chất và Quan
trắc cơng trình Cảng tổng hợp Trung tâm Sài Gịn (P&O) để hồn thành tốt luận văn
này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đặt biệt là bạn Ngơ Quốc Huy Vũ
đã có nhiều đóng góp và cung cấp các nguồn số liệu quan trắc thực tế rất q giá

giúp phục vụ cơng tác tính tốn.
Sau cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đây là nguồn động viên giúp đỡ
về tinh thần cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn.

Tác giả


TĨM TẮT
Cụm cảng khu vực TP. Hồ Chí Minh bao gồm khu cảng Sài Gịn (sơng Sài
Gịn), khu cảng Nhà Bè (sông Nhà Bè), khu cảng Cát Lái (sông Đồng Nai), khu
cảng Hiệp Phước (sơng Sồi Rạp) là cụm cảng phục vụ trực tiếp việc xuất nhập
khẩu hàng hoá bằng đường biển của Tp Hồ Chí Minh và vùng kinh tế trọng điểm
phía Nam. Với việc quy hoạch và phát triển như thế thì việc xây dựng các cơng
trình cơng nghiệp, giao thơng, thủy lợi gặp phải khó khăn rất lớn do khu vực này có
bề dày lớp đất yếu lớn.
Hệ số cố kết theo phương ngang (Ch) là một thơng số rất quan trọng giúp dự
đốn tốc độ lún của nền đất yếu trước và sau khi xử lý bằng biện pháp bấc thấm kết
hợp gia tải trước. Mục tiêu của luận văn “Nghiên cứu xác định hệ số cố kết Cv và
Ch của đất yếu khu vực Hiệp Phước – Nhà Bè” tại khu vực Hiệp Phước – Tp. Hồ
Chí Minh.
Thí nghiệm trong phịng xác định hệ số cố kết đứng Cv từ thí nghiệm nén cố kết
và thí nghiệm CRS (thí nghiệm nén cố kết tốc độ biến dạng khơng đổi). Đặc biệt thí
nghiệm CRS mơ phỏng khá chính xác q trình cố kết của nền đất ở hiện trường
(gia tải từng cấp áp lực đủ nhỏ do đó đường cong nén lún trơn mịn hơn so với nén
cố kết truyền thống). Điểm nổi bật của phương pháp này so với nén cố kết truyền
thống là có thể xác định được áp lực nước lỗ rỗng và thời gian thí nghiệm được rút
ngắn.
Thí nghiệm trong phịng xác định hệ số cố kết đứng Ch từ thí nghiệm thấm
Rowe Cell nhưng do hạn chế về thiết bị nên tác giả đề xuất giải pháp thay thế bằng
hộp cố kết truyền thống nhưng có trụ cát giữa để mơ phỏng thấm ngang và phân

tích gián tiếp Ch từ độ lún đo được. Kết quả thu được cũng hợp lý và tạm chấp nhận.
Thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng của thiết bị xuyên tĩnh điện CPTu được
thực hiện tại hiện trường dùng để xác định hệ số cố kết theo phương ngang Ch trước
khi cải tạo nền đất theo các phương pháp khác nhau như: phương pháp tính gián
tiếp, phương pháp CE-CSSM, phương pháp đường biến dạng (Strain path). Dựa
trên việc so sánh các phương pháp khác nhau, tác giả đề xuất lựa chọn phương pháp
ứng dụng trong thực tế.
Trong nội dung luận văn, các kết quả quan trắc lún được dùng để phân tích
ngược để tìm hệ số cố kết ngang Ch đất trong quá trình xử lý nền bằng biện pháp
bấc thấm kết hợp gia tải trước theo các phương pháp khác nhau như: phương pháp
Asaoka, phương pháp Hyperbolic và đo áp lực nước lỗ rỗng.
Các kết quả được phân tích, đánh giá trên cơ sở so sánh các phương pháp với
nhau.
Hy vọng rằng luận văn này có thể giúp ích phần nào việc hiểu rõ hơn về đặc
điểm hệ số cố kết của đất yếu ở khu vực Hiệp Phước – Tp. Hồ Chí Minh.


ABSTRACT
The port complex in Ho Chi Minh city, which includes ports named Sai Gon
(Sai Gon River), Nha Be (Nha Be River), Cat Lai (Dong Nai River), and Hiep
Phuoc (Soai Rap River), is to serve directly import-export goods by seaways of Ho
Chi Minh city and key economic zones in Southern Vietnam. The development of
the port complex would encounter many difficulties in geotechnical works because
soil profile of the area includes thick and soft clay layer.
The coefficient of consolidation in the horizontal direction (Ch) is very
important parameter for predicting the rate of settlement of soft soil before and after
applying prefabricated vertical drains treatment in combination with pre-loading.
The main objective of this research is “Study of determining vertical and
horizontal consolidation coefficient of Hiep Phuoc – Nha Be soft clay” at Hiep
Phuoc-Ho Chi Minh city area.

Laboratory tests are used to find the coefficient of vertical consolidation (Cv)
from consolidation test and CRS test. Specially, CRS test imitated exactly
consolidation process of soft ground at site (increment load is small enough to get
smooth consolidation curve comparing with conventional consolidation test.
Remarkable feature of this method comparing with conventional consolidation test
can be determined pore water pressure and shorter period time testing.
Laboratory tests are used to find the horizontal consolidation coefficient (Ch)
from Rowe Cell permeability test. But not having Rowe Cell equipment, author
proposed alternative solution by using oedometer cell with center sand cylinder in
order to imitate horizontal permeability and interpret indirectly Ch from settlement.
Result of test is acceptable.
Piezocone (CPTu) dissipation tests are usually carried out in the field to
estimate Ch before performing ground improvement, and there are several
interpretation methods to determine Ch from the test namely: indirect interpretation
method, CE-CSSM method, Strain path method. Base on comparing different
methods, author proposed to select application method in pratice.
In this study, monitored settlement results were used to estimate Ch values of the
ground improvement prefabricated vertical drains in combination with pre-loading
by using back-analysis methods such as Asaoka method, Hyperbolic method, and
method of monitoring excess pore water pressure.
The back-analysis results were then interpreted and estimated based on
comparison between the methods.
It is expected from the study that geotechnical engineers would understand more
clearly about soft clay coefficient parameter’s characteristic of Hiep Phuoc-Ho Chi
Minh city area.


i

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:
1.1
1.2
1.3

TỔNG QUAN.......................................................................................... 1-1

Mở đầu................................................................................................................... 1-1
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.............................................................................. 1-5
Phạm vi nghiên cứu của đề tài............................................................................... 1-6

CHƯƠNG 2:
2.1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 2-7

Lý thuyết cố kết thấm dứng và ngang ................................................................... 2-7

2.1.1
2.1.2

Lý thuyết cố kết thấm đứng...................................................................................... 2-7
Lý thuyết cố kết thấm ngang .................................................................................... 2-9

2.1.2.1
2.1.2.2

2.2
2.2.1


Các phương pháp xác định Cv và Ch từ thí nghiệm trong phịng ........................ 2-14

2.2.1.1
2.2.1.2

2.2.2
2.2.2.1
2.2.2.2
2.2.2.3
2.2.2.4

2.2.3

2.3

Trường hợp thốt nước xuyên tâm hướng vào trong ...................................................................... 2-9
Thoát nước xuyên tâm theo chu vi................................................................................................ 2-12

Các phương pháp xác định Cv từ thí nghiệm nén cố kết ....................................... 2-14
Phương pháp Casagrande ............................................................................................................. 2-14
Phương pháp Taylor ..................................................................................................................... 2-15

Các phương pháp xác định Cv từ thí nghiệm CRS ................................................. 2-16

Phương pháp theo ASTM D 4186 – 98 ........................................................................................ 2-17
Phương pháp Wissa (1971)........................................................................................................... 2-17
Phương pháp Smith & Wahls (1969)............................................................................................ 2-19
Phương pháp Lee (1981) .............................................................................................................. 2-20

Phương pháp xác định Ch từ thí nghiệm hộp thấm Rowe Cell .............................. 2-21


Xác định Ch hiện trường từ thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng của thiết bị
CPTu ................................................................................................................... 2-23

2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4

2.4
2.4.1

Phương pháp tính gián tiếp (Phương pháp Teh & Houlsby) ................................ 2-23
Phương pháp CE-CSSM (Cavity Expansion-Critical State Soil Mechanics) ........ 2-24
Phương pháp đường biến dạng (Strain path)........................................................ 2-26
Hoán chuyển giá trị Ch từ thí nghiệm CPTu sang Ch ở trạng thái cố kết thường 2-27

Các phương pháp xác định Cv và Ch từ kết quả quan trắc hiện trường .............. 2-27
Phân tích các dữ liệu từ các thiết bị quan trắc...................................................... 2-28

2.4.1.1
2.4.1.2

2.4.2

Phân tích ngược từ các dữ liệu quan trắc độ lún .................................................. 2-29

2.4.2.1
2.4.2.2


2.4.3

Quan trắc độ lún ........................................................................................................................... 2-28
Đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometers) .......................................................................................... 2-28
Phương pháp Asaoka .................................................................................................................... 2-29
Phương pháp Hyperbolic .............................................................................................................. 2-30

Phân tích ngược từ các dữ liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (piezometer) ....... 2-33

CHƯƠNG 3:
PHÂN TÍCH HỆ SỐ CỐ KẾT CV & CH KHU VỰC HIỆP PHƯỚC
TỪ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG VÀ THÍ NGHIỆM CPTU............................. 3-35
3.1
3.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3

3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3

3.5
3.5.1
3.5.2

3.6
3.6.1

3.6.2

Giới thiệu cơng trình............................................................................................ 3-35
Cơng tác lấy mẫu nguyên dạng ........................................................................... 3-39
Xác định Cv từ thí nghiệm nén cố kết.................................................................. 3-40
Thiết bị thí nghiệm................................................................................................. 3-40
Kết quả thí nghiệm................................................................................................. 3-40
Nhận xét................................................................................................................. 3-42

Xác định Cv từ thí nghiệm CRS .......................................................................... 3-44
Thiết bị thí nghiệm................................................................................................. 3-44
Kết quả thí nghiệm................................................................................................. 3-45
Nhận xét................................................................................................................. 3-47

Xác định Ch từ thí nghiệm nén cố kết hiệu chỉnh................................................ 3-50
Thiết bị và kết quả thí nghiệm ............................................................................... 3-50
Nhận xét................................................................................................................. 3-51

Xác định hệ số cố kết Ch từ thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng .................. 3-52
Thiết bị thí nghiệm................................................................................................. 3-52
Kết quả thí nghiệm................................................................................................. 3-56


ii
3.6.3

Phương pháp tính gián tiếp (Phương pháp Teh & Houlsby) ................................ 3-57

3.6.3.1
3.6.3.2

3.6.3.3

3.6.4

Tính giá trị Ir từ thí nghiệm ba trục (CU)...................................................................................... 3-57
Tính Ir từ quan hệ (OCR, Ip) ......................................................................................................... 3-59
Nhận xét ....................................................................................................................................... 3-60

Phương pháp CE-CSSM (Cavity Expansion - Critical State Soil Mechanics) ...... 3-61

3.6.4.1

3.6.5

Nhận xét ....................................................................................................................................... 3-65

Phương pháp đường biến dạng (Strain path)........................................................ 3-66

3.6.5.1

3.6.6
3.6.7

Nhận xét ....................................................................................................................................... 3-69

Hoán chuyển giá trị Ch từ thí nghiệm CPTu sang Ch ở trạng thái cố kết thường . 3-69
So sánh các hệ số cố kết từ thí nghiệm trong phịng và hiện trường (CPTu) ........ 3-70

3.6.7.1


Nhận xét ....................................................................................................................................... 3-71

CHƯƠNG 4:
PHÂN TÍCH NGƯỢC HỆ SỐ CỐ KẾT CV & CH KẾT QUẢ
QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU4-72
4.1
4.2
4.3

Mặt bằng quan trắc .............................................................................................. 4-72
Thiết bị quan trắc................................................................................................. 4-76
Chi tiết các thiết bị quan trắc và phương pháp lắp đặt ........................................ 4-77

4.3.1

Bàn đo lún.............................................................................................................. 4-77

4.3.1.1

4.3.2
4.3.3
4.3.3.1
4.3.3.2

4.3.4
4.3.5
4.3.6

Trình tự thi cơng thiết bị quan trắc ....................................................................... 4-82
Số liệu đo lún sâu ......................................................................................................................... 4-83

Số liệu đo ALNLR........................................................................................................................ 4-87

Phân tích ngược giá trị Ch từ kết quả đo lún........................................................ 4-91

4.5.1.1
4.5.1.2

Phương pháp Asaoka .................................................................................................................... 4-91
Phương pháp Hyperbolic .............................................................................................................. 4-94

Phân tích ngược giá trị Ch từ kết quả áp lực nước lỗ rỗng .................................. 4-96
So sánh kết quả giữa các phương pháp Asaoka, Hyperbolic và Piezometer....... 4-98
4.7.1.1
4.7.1.2

4.8

Trình tự lắp đặt ............................................................................................................................. 4-81
Mục đích lắp đặt ........................................................................................................................... 4-82

Các số liệu quan trắc điển hình tại các Phase nghiên cứu ................................... 4-83
4.4.1.1
4.4.1.2

4.6
4.7

Trình tự lắp đặt ............................................................................................................................. 4-80
Mục đích lắp đặt ........................................................................................................................... 4-81


Đo chuyển vị ngang bằng thiết bị đo inclinometer................................................ 4-81

4.3.5.1
4.3.5.2

4.5

Trình tự lắp đặt thiết bị ................................................................................................................. 4-78
Mục đích lắp đặt ........................................................................................................................... 4-79

Đo áp lực nước lỗ rỗng bằng dây rung ................................................................. 4-79

4.3.4.1
4.3.4.2

4.4

Mục đích lắp đặt ........................................................................................................................... 4-77

Mốc quan trắc lún ................................................................................................. 4-77
Đo sâu bằng nhện từ.............................................................................................. 4-78

Nhận xét ..................................................................................................................................... 4-100
Hạn chế phương pháp Hyperbolic .............................................................................................. 4-101

Ứng dụng Cv và Ch trong xử lý nền đất yếu ...................................................... 4-101

4.8.1.1
4.8.1.2
4.8.1.3


Mơ hình FEM ............................................................................................................................. 4-105
Kết quả FEM so sánh với quan trắc hiện trường......................................................................... 4-106
Nhận xét ..................................................................................................................................... 4-109

•
Kết luận chung đề tài......................................................................................... 4-110
•
Hướng nghiên cứu tiếp theo .............................................................................. 4-111
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1: Mặt bằng khảo sát địa chất khu vực P&O và Hiệp Phước
PHỤ LỤC 2: Các mặt cắt địa chất
PHỤ LỤC 3: Tổng hợp kết quả thí nghiệm cơ lý trong phịng
PHỤ LỤC 4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén ba trục CU
PHỤ LỤC 5: Tổng hợp kết quả thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng (CPTu)
PHỤ LỤC 6: Tổng hợp kết quả quan trắc hiện trường
PHỤ LỤC 7: Kết quả FEM


1-1

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1 Đồ thị quan hệ giữa tỉ số Cv(90)/Cv(50) và ứng suất đứng có hiệu σ’vo ............................... 1-1
Hình 1-2 Đồ thị so sánh tỉ số ch(CRS)/cv(cố kết) ............................................................................ 1-1
Hình 1-3 Đồ thị so sánh tỉ số kh(CRS)/kv(cố kết)............................................................................ 1-2
Hình 1-4 Đồ thị so sánh tỉ số ch(quan trắc)/ ch(CRS)...................................................................... 1-2
Hình 1-5 So sánh hệ số cố kết xác định từ CRS và nén cố kết truyền thống .................................. 1-3
Hình 1-6 So sánh giá trị Cv giữa phương pháp Hyperbolic, Asaoka và Cv từ TN cố kết................ 1-4
Hình 1-7 So sánh giá trị Ch giữa phương pháp Hyperbolic, Asaoka và Ch từ quan trắc ................ 1-5
Hình 2-1 Cố kết 1 trục: a) Mơ hình Terzaghi b) Đường cong ứng suất theo thời gian (Nguồn:

Whitlow, 2001) ............................................................................................................................... 2-7
Hình 2-2 Mối quan hệ Tv (logarith) với Uv(%)(Nguồn: Head, 1982)............................................ 2-9
Hình 2-3 Mối quan hệ Tv (căn t) với Uv(%)(Nguồn: Head, 1982).................................................. 2-9
Hình 2-4 Mối quan hệ mức độ cố kết trung bình theo nhân tố thời gian trường hợp điều kiện biên
biến dạng đều và biến dạng tự do khi n=5 (Nguồn: Trautwein,1980).......................................... 2-11
Hình 2-5 Hai dạng bố trí lưới thốt nước và hình trụ tương đương (Nguồn: Holtz et al., 1991).. 2-12
Hình 2-6 Đường cong lý thuyết quan hệ giữa t và Uv trường hợp thoát nước xuyên tâm hướng ra
ngoài theo chu vi với tải biến dạng đều (Nguồn: Head, 1968) ..................................................... 2-12
Hình 2-7 Đường cong lý thuyết quan hệ giữa t và Uv trường hợp thoát nước xuyên tâm hướng ra
ngoài với tải biến dạng tự do (Nguồn: McKinlay, 1961) .............................................................. 2-13
Hình 2-8 Xác định hệ số Cv theo phương pháp Casagrande ........................................................ 2-15
Hình 2-9 Xác định hệ số Cv theo phương pháp Taylor................................................................. 2-15
Hình 2-10 Đặc trưng biến dạng khơng đổi trong thí nghiệm CRS................................................ 2-16
Hình 2-11 Hộp thấm Rowe Cell .................................................................................................... 2-21
Hình 2-12 Mặt cắt ngang hộp thấm Rowe Cell............................................................................. 2-21
Hình 2-13 Mơ hình thí nghiệm thấm đứng và thấm ngang từ hộp thấm Rowe Cell ..................... 2-22
Hình 2-14 Sự phân bố áp lực nước từ thí nghiệm thấm Rowe Cell .............................................. 2-22
Hình 2-15 Các thành phần chuẩn & lực cắt do tác động bên ngồi của ALNLR xung quanh đầu
cone ............................................................................................................................................... 2-24
Hình 2-16 Giá trị ALNLR thặng dư với log(t) theo phương pháp CE-CSSM............................. 2-26
Hình 2-17 Đường cong tiêu táp áp lực nước lỗ rỗng (Teh & Housby, 1991) ............................... 2-27
Hình 2-18 Phương pháp Asaoka dùng để tính ngược lại giá trị Ch ............................................... 2-30
Hình 2-19 Phương pháp Hyperbolic theo lý thuyết Terzaghi ....................................................... 2-31
Hình 2-20 Phương pháp Hyperbolic theo số liệu quan trắc hiện trường....................................... 2-31
Hình 2-21 Biểu đồ xác định hệ số độ dốc (αi) phụ thuộc vào n, tỉ số H/De và ch/cv cho trường hợp
bấc thấm........................................................................................................................................ 2-32
Hình 2-22 Phương pháp Aboshi và Monden (1963) dùng để xác định giá trị Ch ......................... 2-34
Hình 3-1 Sơ đồ vị trí Cảng Container Trung tâm Sài Gịn............................................................ 3-35
Hình 3-2 Mặt bằng khảo sát địa chất khu vực Hiệp Phước........................................................... 3-37



1-2
Hình 3-3 Mặt cắt địa chất điển hình.............................................................................................. 3-38
Hình 3-4 Thiết bị lấy mẫu Piston (Osterberg) đường kính 100mm .............................................. 3-39
Hình 3-5 Đánh giá chất lượng mẫu khu vực Hiệp Phước (Theo Lunne et al 1997) ..................... 3-39
Hình 3-6 Thiết bị thí nghiệm nén cố kết ....................................................................................... 3-40
Hình 3-7 Mối quan hệ hệ số cố kết cv theo độ sâu ........................................................................ 3-41
Hình 3-8 Đồ thị so sánh tỉ số cố kết cv90 và cv50 từ TN cố kết truyền thống.................................. 3-42
Hình 3-9 Hệ số cố kết cv90 từ TN cố kết truyền thống lớp 1a&1b ................................................ 3-43
Hình 3-10 Dạng điển hình của đất sét hạt mịn (silty clay)............................................................ 3-43
Hình 3-11 Hệ thống Load Trac để tăng tải trong quá trình thí nghiệm CRS ................................ 3-44
Hình 3-12 Hộp nén CRS có đo áp lực nước lỗ rỗng ..................................................................... 3-44
Hình 3-13 Mơ hình hộp nén CRS có đo áp lực nước lỗ rỗng ....................................................... 3-45
Hình 3-14 Hệ thống Loadcell cảm biến đo áp lực đứng tự động .................................................. 3-45
Hình 3-15 Mối quan hệ hệ số cố kết cv từ CRS theo độ sâu ......................................................... 3-46
Hình 3-16 Đồ thị so sánh tỉ số cố kết cv90 từ TN nén cố kết và cv từ TN CRS.............................. 3-46
Hình 3-17 Tỉ số ub/σv từ thí nghiệm CRS ..................................................................................... 3-48
Hình 3-18 Hệ số cố kết cv xác định từ CRS lớp 1a&1b ................................................................ 3-49
Hình 3-19 Một số hình ảnh về cơng tác chuẩn bị mẫu.................................................................. 3-50
Hình 3-20 So sánh hệ số cố kết Ch với hệ số cố kết Cv90 và Cv50 .................................................. 3-51
Hình 3-21 Các thiết bị hệ thống xun tĩnh điện khơng dây......................................................... 3-53
Hình 3-22 Một số hình ảnh thực tế tại cơng trường ...................................................................... 3-53
Hình 3-23 Lắp đặt vịng đo áp lực NLR vào mũi xuyên trong phễu glycerin............................... 3-55
Hình 3-24 Dữ liệu xuyên CPT trên màn hình ............................................................................... 3-55
Hình 3-25 Bảng số liệu thí nghiệm tiêu tán áp lực NLR............................................................... 3-56
Hình 3-26 Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng .................................................................... 3-57
Hình 3-27 Đồ thị biểu diễn độ lệch ứng suất theo biến dạng........................................................ 3-57
Hình 3-28 Giá trị E50 theo Su trong thí nghiệm nén 3 trục CU...................................................... 3-58
Hình 3-29 Giá trị Ir được xác định từ đường cong ứng suất – biến dạng trong thí nghiệm nén 3 trục
theo Su ........................................................................................................................................... 3-58

Hình 3-30 Giá trị Ir xác định từ quan hệ (OCR, Ip) ...................................................................... 3-59
Hình 3-31 So sánh giá trị Ch xác định từ quan hệ (OCR, Ip) với thí nghiệm CU ......................... 3-60
Hình 3-32 Quan hệ (OCR, Ip) với chỉ số cứng Ir từ thí nghiệm CU (Nguồn: Interpretation of In-Situ
Tests, P.W. Mayne)....................................................................................................................... 3-61
Hình 3-33 Dạng đường cong xấp xỉ và đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng đều ................. 3-62
Hình 3-34 Dạng đuờng cong xấp xỉ và đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng trễ ................... 3-63
Hình 3-35 Giá trị OCR theo phương pháp CE-CSSM .................................................................. 3-64
Hình 3-36 Giá trị Ch theo phương pháp CE-CSSM ..................................................................... 3-64
Hình 3-37 Dạng đuờng cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng trễ quan hệ với OCR......................... 3-65
Hình 3-38 Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng tại độ sâu 3.0-5.0m..................................... 3-66


1-3
Hình 3-39 Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng tại độ sâu 5.0-10.0m................................... 3-66
Hình 3-40 Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng tại độ sâu 15.0-20.0m................................ 3-67
Hình 3-41 Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng tại độ sâu 20.0-25.0m................................. 3-67
Hình 3-42 Đường cong tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng tại độ sâu 25.0-30.0m................................. 3-68
Hình 3-43 Giá trị Ch theo phương pháp Strain path..................................................................... 3-68
Hình 3-44 Đồ thị các tỉ số nén (theo thí nghiệm trong phòng và hiện trường) theo độ sâu ......... 3-69
Hình 3-45 Tổng hợp hệ số cố kết theo các phương pháp tính khác nhau ..................................... 3-70
Hình 3-46 So sánh giá trị OCR trong phịng và hiện trường......................................................... 3-71
Hình 4-1 Sơ đồ bố trí các thiết bị quan trắc .................................................................................. 4-73
Hình 4-2 Quá trình gia tải cát khu vực xử lý PVD........................................................................ 4-74
Hình 4-3 Đóng bấc thấm phạm vi khu vực xử lý.......................................................................... 4-74
Hình 4-4 Thi cơng trải vải địa kỹ thuật ......................................................................................... 4-75
Hình 4-5 Ghi nhận số liệu đo lún sâu và áp lực nước lỗ rỗng....................................................... 4-75
Hình 4-6 Quan trắc mực nước ngầm và đo lún mặt ...................................................................... 4-76
Hình 4-7 Các thiết bị quan trắc cơ bản.......................................................................................... 4-76
Hình 4-8 Chi tiết bàn đo lún mặt................................................................................................... 4-77
Hình 4-9 Chi tiết mốc quan trắc.................................................................................................... 4-78

Hình 4-10 Bộ đo lún sâu bằng nhện từ.......................................................................................... 4-78
Hình 4-11 Chi tiết lắp đặt thiết bị đo sâu bằng nhện từ ................................................................ 4-79
Hình 4-12 Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng bằng dây rung........................................................... 4-80
Hình 4-13 Chi tiết lắp đặt đầu đo áp lực nước lỗ rỗng.................................................................. 4-81
Hình 4-14 Bộ thiết bị đo chuyển vị ngang .................................................................................... 4-81
Hình 4-15 Kết quả đo lún sâu ở vị trí E01 (Phase 1-1) ................................................................. 4-83
Hình 4-16 Kết quả đo lún sâu ở vị trí E1A (Phase 1-1) ................................................................ 4-84
Hình 4-17 Kết quả đo lún sâu ở vị trí E2D (Phase 1-2) ................................................................ 4-85
Hình 4-18 Kết quả đo lún sâu ở vị trí E03A (Phase 1-3) .............................................................. 4-86
Hình 4-19 Kết quả đo ALNLR ở vị trí P01 (Phase 1-1) .............................................................. 4-87
Hình 4-20 Kết quả đo ALNLR ở vị trí P01A (Phase 1-1) ........................................................... 4-88
Hình 4-21 Kết quả đo ALNLR ở vị trí P02D (Phase 1-2) ........................................................... 4-89
Hình 4-22 Kết quả đo ALNLR ở vị trí P03A (Phase 1-3) ........................................................... 4-90
Hình 4-23 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Asaoka ở vị trí E01........................ 4-91
Hình 4-24 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Asaoka ở vị trí E01A.................... 4-91
Hình 4-25 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Asaoka ở vị trí E02D.................... 4-92
Hình 4-26 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Asaoka ở vị trí E03A.................... 4-92
Hình 4-27 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Hyperbolic ở vị trí E01................. 4-94
Hình 4-28 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Hyperbolic ở vị trí E01A............... 4-94
Hình 4-29 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Hyperbolic ở vị trí E02D.............. 4-95
Hình 4-30 Đồ thị biểu diễn độ lún lớp 1a theo phương pháp Hyperbolic ở vị trí E03A.............. 4-95


1-4
Hình 4-31 So sánh độ lún cuối cùng giữa Asaoka và Hyperbolic ................................................ 4-99
Hình 4-32 So sánh hệ số cố kết ngang ch giữa Asaoka và Piezometer ......................................... 4-99
Hình 4-33 So sánh kết quả U(%) và Ch theo các phương pháp khác nhau................................. 4-100
Hình 4-34 Mơ hình mơ phỏng các lớp nền, lớp gia tải và CDM ................................................ 4-105
Hình 4-35 Chuyển vị đứng Uy sử dụng mơ hình Soft Soil Model ............................................... 4-106
Hình 4-36 So sánh giữa kết quả mơ phỏng bằng FEM và kết quả quan trắc tại SP04............... 4-107

Hình 4-37 So sánh giữa kết quả mơ phỏng bằng FEM và kết quả quan trắc tại E03................. 4-108

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 Tỉ số kh/kv của một số loại đất sét (theo nghiên cứu Jamiokowski,1983)....................... 1-2
Bảng 1-2 Bảng so sánh Cv từ thí nghiệm cố kết và phân tích ngược.............................................. 1-4
Bảng 1-3 Bảng so sánh Ch từ thí nghiệm và phân tích ngược....................................................... 1-4
Bảng 2-1 Tốc độ biến dạng phụ thuộc vào LL trong TN CRS (ASTM D4186-89)........................ 2-16
Bảng 3-1 Bảng tổng hợp khối lượng khảo sát địa chất ................................................................. 3-36
Bảng 3-2 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng mẫu dựa trên hệ số rỗng chuẩn hóa Δe/eo (Lunne et al
1997) ............................................................................................................................................. 3-39
Bảng 3-3 Bảng tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm nén cố kết ..................................................... 3-40
Bảng 3-4 Bảng tổng hợp hệ số cố kết của các lớp đất yếu............................................................ 3-41
Bảng 3-5 Bảng so sánh hệ số cố kết trong giai đoạn đàn hồi và giai đoạn dẻo ............................ 3-41
Bảng 3-6 Bảng tổng hợp hệ số cố kết từ TN CRS của các lớp đất yếu......................................... 3-46
Bảng 3-7 Giá trị đề xuất u/σv của một số nhà nghiên cứu trước đây ............................................ 3-48
Bảng 3-8 Bảng tổng hợp hệ số cố kết Ch từ TN nén cố kết hiệu chỉnh......................................... 3-51
Bảng 3-9 Đặc trưng kỹ thuật đầu xuyên và tiêu chuẩn kỹ thuật Memocone II............................. 3-54
Bảng 3-10 Bảng tổng hợp số lượng hố xuyên CPTu .................................................................... 3-56
Bảng 3-11 Tổng hợp giá trị Ch theo phương pháp tính gián tiếp .................................................. 3-60
Bảng 3-12 Tổng hợp giá trị Ir từ quan hệ (OCR, Ip)...................................................................... 3-60
Bảng 3-13 Tổng hợp giá trị Ch theo phương pháp CE-CSSM ...................................................... 3-65
Bảng 3-14 Tổng hợp giá trị Ch theo phương pháp Strain path...................................................... 3-69
Bảng 3-15 Tổng kết hệ số cố kết theo các phương pháp khác nhau ............................................. 3-70
Bảng 4-1 Khối lượng quan trắc..................................................................................................... 4-72
Bảng 4-2 Tổng hợp kết quả tính theo phương pháp Asaoka......................................................... 4-93
Bảng 4-3 Tổng hợp kết quả tính theo phương pháp Hyperbolic................................................... 4-96
Bảng 4-4 Tổng hợp các kết tính từ quan trắc áp lực nước lỗ rỗng................................................ 4-97
Bảng 4-5 Tổng hợp kết quả tính toán theo phương pháp Asaoka, Hyperbolic và đo áp lực nước lỗ
rỗng ............................................................................................................................................... 4-98
Bảng 4-6 Các thông số nền sử dụng trong mơ hình FEM........................................................... 4-103

Bảng 4-7 Các thơng số cát gia tải và CDM sử dụng trong mơ hình FEM .................................. 4-104
Bảng 4-8 Bảng thống kê và so sánh tỉ số ch/ cv từ TN trong phòng và hiện trường ................... 4-109


1-1

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1 Mở đầu
Hiện nay trên thế giới khó khăn nhất trong xử lý nền đất yếu là xác định hệ số
cố kết ngang Ch. Vì hệ số ngang Ch có vai trị quyết định trong việc dự báo độ lún
theo thời gian dựa trên lý thuyết cố kết xuyên tâm của Barron (1948) và Hansbo
(1981). Do đó các nhà nghiên cứu trước đây tìm cách xác định tỉ số Ch/Cv để tìm ra
qui luật chung cho đất sét yếu của mỗi vùng, mỗi khu vực:
¾ T.H.Seah (Ph.D, MIT) nghiên cứu xác định được tỉ số Cv(90)/Cv(50) = 1.3 và
Ch(CRS)/Cv(cố kết)=1.45 lần cho đất sét yếu Bangkok.

Hình 1-1 Đồ thị quan hệ giữa tỉ số Cv(90)/Cv(50) và ứng suất đứng có hiệu σ’vo

Hình 1-2 Đồ thị so sánh tỉ số ch(CRS)/cv(cố kết)


1-2

Hình 1-3 Đồ thị so sánh tỉ số kh(CRS)/kv(cố kết)

Hình 1-4 Đồ thị so sánh tỉ số ch(quan trắc)/ ch(CRS)


¾ D.T.Bergado nghiên cứu tỉ số Ch(quan trắc)/Cvlab = 4 ÷ 8 lần cho đất sét yếu
Bangkok.
¾ Theo Jamiolkowski (1983) và cộng sự, việc chọn tỉ số kh/kv có thể dựa trên
bảng sau:
Bảng 1-1 Tỉ số kh/kv của một số loại đất sét (theo nghiên cứu Jamiokowski,1983)

Tính chất của sét

Tỷ số kh/kv

Khơng có hoặc ít cấu trúc hạt lớn, chủ yếu nền đồng nhất

1÷1.5

Có cấu trúc hạt lớn, các loại sét trầm tích với các thấu
kính rời rạc và có các lớp hệ số thấm lớn hơn

2÷4

Sét trầm tích ao hồ và các lớp trầm tích có chứa nhiều
lớp thấm nước liên tục

3÷15


1-3

¾ Tỉ số kh/kv = 1.5 đối với đất sét trầm tích biển Singapore (Luận văn Tiến sĩ về
đề tài “Phân tích ngược các đặc trưng địa kỹ thuật đất sét trầm tích biển
Singapore” của Ts. Arulrajah

¾ Theo Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN-2622000, tỷ số m= kh/kv =2 ÷ 5
Khi sự phát triển vũ bão của khoa học kỹ thuật thì các phương pháp xác định hệ số
cố kết đứng Cv và hệ số cố kết ngang Ch trong phịng thí nghiệm ra đời thay cho
việc sử dụng hộp nén cố kết truyền thống. Đó là thí nghiệm CRS (cố kết với tốc độ
biến dạng là hằng số - Constant rate of strain) để xác định Cv và hộp thấm Rowe để
xác định Ch. Các thí nghiệm mới này khắc phục nhược điểm hộp nén cố kết truyền
thống chỉ xác định Cv mà không xác định được Ch, cũng như không đo được áp lực
nước lỗ rỗng nhằm xác định chính xác thời gian cố kết. Ngoài ra những nghiên cứu
trước đây chỉ ra rằng xác định Cv từ CRS cho kết quả thấp hơn nén cố kết truyền
thống trên hộp nén thương mại (hộp nén Trung Quốc) nhưng xấp xỉ nhau trên hộp
nén nghiên cứu (hộp nén Nhật) (nghiên cứu của Man B.T, Takemura J, Watabe Y,
Tanaka M (Hình 1-5)).

Hình 1-5 So sánh hệ số cố kết xác định từ CRS và nén cố kết truyền thống

Ngoài ra, người ta cịn sử dụng rơng rãi thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng
của thiết bị xuyên tĩnh điện CPTu tại hiện trường dùng để xác định hệ số cố kết theo
phương ngang Ch theo các phương pháp khác nhau như:
Phương pháp Teh và Housby
Phương pháp CE-CSSM
Phương pháp đường biến dạng (Strain path).
Cách xác định hệ số Ch từ thí nghiệm này cũng là phương pháp hiệu quả để so
sánh đối chiếu với các phương pháp xác định trong phòng và quan trắc ở hiện
trường.
Và vấn đề quan trọng trong việc dự báo tốc độ cố kết nền đất yếu là việc xác
định hệ số cố kết ngang Ch ở hiện trường để so sánh với tính tốn dự báo bằng


1-4


phương pháp giải tích cũng như so sánh với thí nghiệm xác định Cv, Ch trong
phòng. Siew Ann Tan (1995) đã nghiên cứu hệ số Cv từ quan trắc và từ thí nghiệm
nén cố kết trong phịng trên đất sét Kaolin đưa ra kết luận sau:
Bảng 1-2 Bảng so sánh Cv từ thí nghiệm cố kết và phân tích ngược

Casagrande

Taylor Hyperbolic(t60) Hyperbolic(t90) Asaoka

Cv (nén cố kết-observed) >9%

<7%

<5%

>14%

Hình 1-6 So sánh giá trị Cv giữa phương pháp Hyperbolic, Asaoka và Cv từ TN cố kết

Tương tự như trên, ông đã nghiên cứu hệ số Ch từ quan trắc và từ thí nghiệm
nén cố kết trong phòng trên những mẫu đất sét Kaolin đại diện khu vực trên công
trường, rồi gián tiếp xác định Ch dựa trên lý thuyết Hansbo (1981) cho truờng hợp
cố kết xuyên tâm và đưa ra kết luận sau:
Bảng 1-3 Bảng so sánh Ch từ thí nghiệm và phân tích ngược

Hansbo (1981)

Hyperbolic(t60) Hyperbolic(t90) Asaoka

Ch (quan trắc - observed) <2%


>5%

>9%


1-5

Hình 1-7 So sánh giá trị Ch giữa phương pháp Hyperbolic, Asaoka và Ch từ quan trắc

Do đó các vấn đề trên sẽ được giải quyết trong đề tài này để làm sáng tỏ các
đặc trưng đối với đất yếu khu vực Hiệp Phước – TP HCM.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thông số cố kết Cv và Ch được xác định từ thí nghiệm trong phịng và thí
nghiệm hiện trường theo nhiều phương pháp khác nhau. Từ các số liệu đo lún có
được tại khu vực xử lý nền tiến hành phân tích ngược để xác định thơng số cố kết
Cv và Ch chung cho khu vực Hiệp Phước – Nhà Bè.
Do đó, mục tiêu nghiên cứu của đề tài là “Nghiên cứu xác định hệ số cố kết
Cv và Ch của đất yếu khu vực Hiệp Phước-Nhà Bè”. Hệ số cố kết ngang của đất
sét Ch là một trong những thông số rất quan trọng giúp cho việc tính tốn, dự đốn
tốc độ lún của đất sét yếu trong công tác xử lý bằng phương pháp bấc thấm kết hợp
gia tải trước trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm.
Đối tượng nghiên cứu bao gồm các mục chính sau đây:
¾ Xác định hệ số cố kết Cv và Ch từ thí nghiệm trong phịng
Xác định Cv từ thí nghiệm nén Oedometer và CRS
Xác định Ch từ thí nghiệm hộp thấm Rowe
¾ Xác định hệ số cố kết Cv và Ch từ thí nghiệm hiện trường
Xác định Ch từ thí nghiệm đo áp lực nước lỗ rỗng của thiết bị xuyên
tĩnh điện CPTu theo các phương pháp khác nhau
™ Phương pháp tính gián tiếp

™ Phương pháp CE-CSSM (Cavity Expension – Critical State Soil
Mechanic)
™ Phương pháp đường biến dạng (Strain Path)


1-6

Xác định hệ số cố kết Cv và Ch từ kết quả phân tích ngược tại hiện
trường từ kết quả quan trắc lún và kết quả quan trắc áp lực nước lỗ
rỗng (piezometer) theo 2 phương pháp
™ Phương pháp Asaoka
™ Phương pháp Hyberbol
¾ So sánh, đánh giá kết quả Cv và Ch trong phịng và ngồi hiện trường
1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu hệ số cố kết Cv và Ch trong phịng và ngồi hiện trường”
tại khu vực Hiệp Phước – Nhà Bè dựa trên các hồ sơ báo cáo khảo sát địa chất, hồ
sơ báo cáo quan trắc địa kỹ thuật do Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng - Kỹ
thuật Biển (PortCoast Consultant) lập:
1. Cảng Khu công nghiệp Hiệp Phước - Tp. Hồ Chí Minh (Tháng 11/2005)
2. Cảng Container Trung Tâm Sài Gịn - Khu cơng nghiệp Hiệp Phước, Tp. Hồ
Chí Minh (Tháng 07/2006).
3. Cảng Sài Gòn - Hiệp Phước tại Tp. Hồ Chí Minh (Tháng 11/2008)
4. Số liệu quan trắc lún khu vực Hiệp Phước (Tháng 04/2007 – 06/2008)


2-7

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

Hầu hết các loại trầm tích sét có đặc điểm cố kết theo phương đứng và ngang
khác nhau do sự khác biệt về hệ số thấm cũng như tính nén lún theo hai phương
này. Các đặc điểm cố kết này có thể được xác định từ thí nghiệm trong phịng hoặc
thí nghiệm hiện trường.
2.1 Lý thuyết cố kết thấm dứng và ngang
2.1.1 Lý thuyết cố kết thấm đứng
Cố kết mơ tả q trình phụ thuộc vào thời gian trong đó đất bảo hịa thay đổi thể
tích nước trong lỗ rỗng tương ứng với tải trọng tác động. Quá trình này kết hợp với
sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng. Ban đầu tải trọng do nước gánh đỡ, sau khi áp lực
nước lỗ rỗng tiêu tán hết thì phần tải trọng bên trên sẽ do khung hạt đất gánh đỡ
tương ứng với ứng suất có hiệu.
Năm 1925, Terzaghi đã trình bày lý thuyết dựa trên mơ hình thể hiện Hình 2-1
để đánh giá cố kết sơ cấp. Để phát triển lý thuyết cố kết 1 trục, Terzaghi đã đưa ra
các giả thiết sau:
9 Đất bão hòa nước, đồng nhất và đẳng hướng
9 Hạt đất và nước lỗ rỗng khơng bị nén
9 Tính nén lún và dòng chảy nước trong lỗ rỗng là 1 chiều theo phương đứng
9 Biến dạng là tương đối nhỏ
9 Định luật Darcy mơ tả dịng chảy của nước trong đất. Định luật được tổng
qt hóa trong mơi trường thấm không đẳng hướng
9 Những đặc trưng của đất như: mv, kv, cv vẫn giữ hằng số trong suốt quá trình
cố kết
9 Có mối quan hệ khơng phụ thuộc vào thời gian giữa hệ số rỗng e và ứng suất
có hiệu σ’v

Hình 2-1 Cố kết 1 trục: a) Mơ hình Terzaghi b) Đường cong ứng suất theo thời gian
(Nguồn: Whitlow, 2001)



2-8

Liên quan đến giả thiết trên, có những hạn chế của mơ hình Terzaghi trong thực tế:
9 Định luật Darcy chỉ áp dụng đối với độ dốc thủy lực thấp.
9 Khi đất bị nén, hệ số rỗng giảm vì thế hệ số thấm đứng kv giảm. Hệ số nén
thể tích mv, cũng giảm theo; quan hệ logarith với hệ số rỗng e và ứng suất có
hiệu σ’v. Tuy nhiên, đối với biến dạng nhỏ, giả thiết mv, kv, cv hằng số và
mối quan hệ tuyến tính giữa e và σ’v là hợp lý.
Q trình cố kết có liên quan đến quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng. Vì thế,
phương trình Terzaghi liên quan đến áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại độ sâu z, với
thời gian t.
(2.1)
Trong đó: ue
cv

áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại thời gian t và độ sâu z
hệ số cố kết đứng (m2/năm)

Dựa trên giả thiết Terzaghi, hệ số cố kết đứng cv, có thể được định nghĩa như
sau:
(2.2)
Trong đó: kv

hệ số thấm theo phương đứng

mv

hệ số nén thể tích


γw

dung trọng nước (kN/m3)

Trong trường hợp áp lực nước thủy tĩnh ban đầu là hằng số, Terzaghi (1943) đã
đưa ra mức độ cố kết trung bình dựa trên thốt nước theo phương đứng như sau:
(2.3)
Trong đó: Tv

=cvt/L2

t

thời gian (s)

cv

hệ số cố kết đứng (m2/s)

L

chiều dài đường thoát nước

H

bề dày lớp đất chịu nén

Giá trị Uv là hàm của nhân tố thời gian Tv. Hình 2-2&2-3 thể hiện mức độ cố kết
trung bình Uv vẽ theo nhân tố thời gian Tv dưới dạng logarith và dạng căn bậc 2



2-9

Hình 2-2 Mối quan hệ Tv (logarith) với Uv(%)(Nguồn: Head, 1982)

Hình 2-3 Mối quan hệ Tv (căn t) với Uv(%)(Nguồn: Head, 1982)

2.1.2 Lý thuyết cố kết thấm ngang
Việc phân loại thí nghiệm cố kết ngang được dựa trên 02 điều kiện thoát
nước ngang, lần lượt là thoát nước xuyên tâm hướng ra ngồi và hướng vào trong.
Trong thí nghiệm cố kết ngang xuyên tâm hướng vào trong, áp lực nước lỗ rỗng tiêu
tán xuyên tâm từ mẫu thử hướng vào tâm thốt nước. Đối với thí nghiệm cố kết
ngang xun tâm hướng ra ngoài, áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán xuyên tâm hướng ra
ngoài mẫu thử khi chịu nén hướng về phía chu vi đường thốt nước.
2.1.2.1 Trường hợp thoát nước xuyên tâm hướng vào trong
Barron (1948) đã tiến hành nghiên cứu 1 cách toàn diện cố kết xuyên tâm
hướng vào trong bằng việc giả thiết tương tự như lý thuyết cố kết 1 trục của
Terzaghi. Ngoại trừ dòng chảy chảy theo phương ngang. Việc phân tích cố kết
ngang dựa trên các giả thiết sau:


2-10

9 Đất bão hòa nước, đồng nhất và đẳng hướng
9 Đất biến dạng chỉ theo phương đứng
9 Hạt đất và nước lỗ rỗng không bị nén
9 Tuân theo định luật Darcy
9 Nước lỗ rỗng chỉ tiêu tán theo phương ngang, thốt nước xun tâm hướng
vào trong hoặc hướng ra ngồi và theo phương đứng không xảy ra.
Barron đưa ra 02 điều kiện biên thoát nước: biến dạng đứng tự do và biến dạng

đứng đồng đều.
Biến dạng đứng tự do là kết quả từ sự phân phối đều của tải trọng lên bề mặt.
Giả thiết rằng ứng suất đứng trên bề mặt là hằng số trong suốt q trình thí nghiệm.
Vì thế kết quả chuyển vị đứng bề mặt là không giống nhau.
Biến dạng đứng đồng đều tức là biến dạng theo phương đứng giống nhau tại
mọi điểm trên bề mặt. Giả thiết rằng chuyển vị đứng bề mặt là hằng số và ứng suất
theo phương đứng trên bề mặt là không giống nhau.
Đối với cố kết xuyên tâm, điều kiện biến dạng đứng tự do, phương trình cơ bản
trong hệ tọa độ trụ như sau:
(2.4)

Trong đó: u

áp lực nước lỗ rỗng thặng dự

ch

hệ số cố kết theo phương ngang, ch= kh mv/γw

kh

hệ số thấm theo phương ngang

mv

hệ số nén thể tích

γw

dung trọng nước (kN/m3)


Kết quả so sánh của Barron giữa trường hợp biến dạng tự do và biến dạng đồng
đều cho thấy rằng mức độ cố kết trung bình giống nhau khi giá trị tỉ số khoảng
cách thoát nước n=de/dw > 5 và nhân tố thời gian Th>0.1 (Hình 2-4)


2-11

Hình 2-4 Mối quan hệ mức độ cố kết trung bình theo nhân tố thời gian trường hợp
điều kiện biên biến dạng đều và biến dạng tự do khi n=5 (Nguồn: Trautwein,1980)

Việc hiệu chỉnh trong trường hợp biến dạng đều nhận được phương trình sau:
(2.5)
Trong đó: u

áp lực nước lỗ rỗng thặng dư

uo

áp lực nước lỗ rỗng ban đầu

re

bán kính tương đương khối trụ (de/2)

rw

bán kính thốt nước (dw/2)

λ


=-8Th/F(n)

Th

=Cht/de2

n

=de/dw

de

đường kính tương đương khối trụ

dw

đường kính thốt nước
(2.6)

Do đó, mức độ cố kết trung bình trường hợp thốt nước xun tâm trở thành:
(2.7)
Đường kính hình trụ tương tương, de được xác định dựa trên việc bố trí theo lưới
ơ vng hay lưới tam giác. Trong tế, việc bố trí theo lưới tam giác kinh tế hơn
theo lưới ô vuông (Barron, 1948). Trong cả 02 trường hợp, vấn đề điều kiện biên
được phân tích dựa trên đường kính hình trụ tương đương de, có bề mặt đứng
bên ngồi khơng thấm và thốt nước theo hình trụ bên trong.


2-12


Hình 2-5 Hai dạng bố trí lưới thốt nước và hình trụ tương đương (Nguồn: Holtz et
al., 1991)

2.1.2.2 Thốt nước xuyên tâm theo chu vi
Đối với cố kết ngang thoát nước xuyên tâm theo chu vi do tải tác dụng với
và mức độ cố kết trung
biến dạng đều thì mối quan hệ giữa nhân tố thời gian
bình được thể hiện Hình 2-6. Vị trí của điểm T90 tương quan với đoạn tuyến tính
của đường cong với hệ số độ dốc là 1.17 trên đồ thị độ lún theo t . Điểm t50 tìm
được bằng cách nội suy.

Hình 2-6 Đường cong lý thuyết quan hệ giữa t và Uv trường hợp thốt nước
xun tâm hướng ra ngồi theo chu vi với tải biến dạng đều (Nguồn: Head, 1968)


2-13

Từ Hình 2-6, ta nhận được giá trị nhân tố thời gian Tv như sau:

Hệ số cố kết ngang, ch, được tính tốn dựa trên cơng thức sau:
Tương ứng mức độ cố kết 50%:
(2.8)
(2.8)
Tương ứng mức độ cố kết 90%:
(2.9)
Trong đó D là chiều cao mẫu (chiều dài đường thốt nước bằng D/2 do mẫu thoát
nước 2 chiều)
Nhân tố thời gian ứng với số đọc tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng đo được tại tâm của
đáy mẫu thử là:


Đối với cố kết ngang, trường hợp thoát nước xuyên tâm theo chu vi với tải có
biến dạng tự do, đồ thị độ lún theo t , t0.5 không xác định mối quan hệ tuyến tính
ban đầu 1 cách thích hợp. Tuy nhiên, theo McKinlay (1961), đồ thị độ lún theo thời
gian gia tăng theo hàm mũ 0.465 (t0.465) cho giá trị xấp xỉ gần tuyến tính. Mối quan
hệ nhân tố thời gian theo lý thuyết với mức độ cố kết Uv được thể hiện Hình 2-7

Hình 2-7 Đường cong lý thuyết quan hệ giữa t và Uv trường hợp thoát nước
xuyên tâm hướng ra ngoài với tải biến dạng tự do (Nguồn: McKinlay, 1961)

Vị trí của điểm cố kết 90% tương quan với đoạn tuyến tính của đường cong với
hệ số độ dốc là 1.22. Trong thí nghiệm, đồ thị vẽ độ lún theo t0.465 sẽ xác định được
t90