Tiến Sĩ Một phương pháp tính toán trạng thái ứng suất biến dạng của nền đất yếu gia cố bằng cọc đất xi măng

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . 1
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu . 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 2
4. Phương pháp nghiên cứu . 3
5. Nội dung và bố cục của luận án . 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT XI
MĂNG 5
1.1. Đất yếu và giải pháp xử lý nền đất yếu 5
1.1.1. Đất yếu Việt Nam 5
1.1.1.1. Đặc điểm của đất yếu 5
1.1.1.2. Phân bố đất yếu . 7
1.1.2. Giải pháp xử lý đất yếu nền đường . 8
1.1.2.1. Yêu cầu chung của nền đường ô tô - sân bay . 8
1.1.2.2. Giải pháp xử lý nền đất yếu . 9
1.2. Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng 10
1.2.1. Công nghệ và tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ 10
1.2.1.1. Công nghệ thi công . 10
1.2.1.2. Tình hình nghiên cứu và áp dụng công nghệ . 12
1.2.2. Ảnh hưởng của các nhân tố khác nhau đến tính chất cơ học và cường độ của cọc
đất xi măng 15 iv

1.2.3. Tính toán gia cố nền đất yếu bằng cọc đất xi măng hiện nay 19
1.2.3.1. Phương pháp tính như “cọc cứng” . 19
1.2.3.2. Phương pháp tính như nền đồng nhất 22
1.2.3.3. Phương pháp tính kết hợp “nền cọc” . 25
1.3. Một số vấn đề rút ra từ nghiên cứu tổng quan và hướng nghiên cứu tiếp theo 31
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA NỀN ĐẤT GIA
CỐ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG . 33
2.1. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu ứng suất của nền đất gia cố bằng cọc đất xi măng 33
2.2. Xây dựng mô hình bài toán xác định trạng thái ứng suất của nền đất gia cố
bằng cọc đất xi măng theo cực tiểu của ứng suất tiếp lớn nhất . 41
2.3. Giải bài toán bằng phương pháp sai phân hữu hạn 43
2.4. Khảo sát kiểm nghiệm bài toán 46
2.5. Gia cố nền đất yếu bằng cọc đơn đất xi măng . 48
2.5.1. Ứng suất và độ bền của nền đất gia cố bằng cọc đất xi măng 48
2.5.2. Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất xi măng có chỉ tiêu cơ lý khác nhau . 51
2.5.3. Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất xi măng có kích thước hình học khác nhau 53
2.5.4. Một số vấn đề khi lựa chọn chiều dài cọc đất xi măng đảm bảo độ bền 55
2.6. Gia cố nền đất yếu bằng nhóm cọc đất xi măng 56
2.6.1. Trường ứng suất và độ bền của hệ nền - nhóm cọc . 57
2.6.2. Lựa chọn khoảng cách giữa các cọc đất xi măng đảm bảo độ bền 59
2.6.3. Ứng suất và độ bền của hệ nền - nhóm cọc khi mũi cọc đặt trên lớp đất bền hơn 61
2.7. Kết quả và bàn luận 62
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ
BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 64
3.1. Xây dựng và giải bài toán xác định cường độ giới hạn của nền đất gia cố bằng
cọc đất xi măng theo cực tiểu của ứng suất tiếp lớn nhất 64
3.1.1. Cơ sở xây dựng bài toán . 64
3.1.2. Xây dựng bài toán xác định cường độ giới hạn của nền đất gia cố bằng cọc đất
xi măng 69
3.2. Kiểm chứng kết quả lý thuyết - thực nghiệm của bài toán . 71 v

3.2.1. Khảo sát, đánh giá, lựa chọn kích thước ô lưới sai phân của bài toán xác định
cường độ giới hạn của nền đất tự nhiên 72
3.2.1.1. Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của số điểm nút lưới sai phân . 72
3.2.1.2. Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới sai phân 72
3.2.2. Khảo sát và so sánh với lời giải giải tích của Prandtl xác định tải trọng giới hạn
của nền đất tự nhiên không trọng lượng . 75
3.2.3. Khảo sát và so sánh với bài toán xác định tải trọng giới hạn đàn dẻo của nền đất 76
3.2.4. Khảo sát, đánh giá bài toán xác định tải trọng giới hạn của nền đất gia cố bằng
cọc đơn đất xi măng với một số kết quả thực nghiệm . 78
3.3. Nghiên cứu đánh giá cường độ giới hạn của nền đất trước và sau khi gia cố
bằng cọc đất xi măng . 83
3.3.1. Cường độ giới hạn của nền đất tự nhiên . 83
3.3.2. Ứng suất, độ bền của nền đất gia cố bằng cọc đất xi măng khi đạt trạng thái giới
hạn . 84
3.3.3. Tải trọng giới hạn của nền đất gia cố bằng cọc đất xi măng theo các chỉ tiêu cơ
lý và theo kích thước hình học của cọc đất xi măng . 86
3.3.3.1. Trường hợp sử dụng cọc đất xi măng có lực dính đơn vị khác nhau 86
3.3.3.2. Trường hợp sử dụng cọc đất xi măng có góc ma sát trong khác nhau 87
3.3.3.3. Trường hợp sử dụng cọc đất xi măng có kích thước hình học khác nhau . 88
3.4. Kết quả và bàn luận 90
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ BẰNG
CỌC ĐẤT XI MĂNG 91
4.1. Cơ sở xây dựng bài toán xác định chuyển vị của nền đất gia cố bằng cọc đất
xi măng . 91
4.2. Xây dựng bài toán xác định chuyển vị của nền đất gia cố bằng cọc đất xi
măng . 93
4.2.1. Nguyên lý cực trị Gauss và xây dựng phương trình xác định chuyển vị của nền
đất theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss . 94
4.2.1.1. Nguyên lý cực trị Gauss 94 4.2.1.2. Xây dựng phương trình xác định chuyển vị của nền đất theo phương pháp
nguyên lý cực trị Gauss 94
4.2.2. Xây dựng bài toán xác định chuyển vị của hệ nền - cọc trong nửa mặt phẳng đàn
hồi dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng 97
4.3. Giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn . 99
4.4. Kiểm chứng và đánh giá lý thuyết - thực nghiệm 104
4.4.1. Kiểm chứng kết quả xác định chuyển vị của bài toán với một số lời giải giải tích104
4.4.2. Kiểm chứng kết quả xác định chuyển vị (độ lún) của bài toán so với một số kết
quả thí nghiệm hiện trường 106
4.4.3. Nhận xét chung 110
4.5. Chuyển vị của nền đất trước và sau khi gia cố bằng cọc đất xi măng 110
4.5.1. Chuyển vị của nền đất tự nhiên theo các đặc trưng đàn hồi 110
4.5.2. Chuyển vị của nền đất gia cố bằng cọc đơn đất xi măng . 112
4.5.3. Chuyển vị của nền đất gia cố bằng nhóm cọc đất xi măng 116
4.5.3.1. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cọc đến chuyển vị (độ lún tức thời) của
bề mặt nền đất gia cố bằng nhóm cọc đất xi măng . 117
4.5.3.2. Xác định mô đun đàn hồi của nền đất gia cố bằng nhóm cọc đất xi măng 118
4.6. Kết quả và bàn luận 121
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 122
1. Kết luận 122
2. Hạn chế của luận án . 123
3. Hướng tiếp tục nghiên cứu 124
4. Kiến nghị 124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ . 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 126