Tiến Sĩ Nghiên cứu điều kiện địa kỹ thuật phục vụ thiết kế và thi công hố đào sâu

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
1. Tính cấp thiết của đề tài . 1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 2
3. Mục tiêu . 3
4. Nội dung nghiên cứu của luận án 3
5. Cách tiếp cận và các phương pháp nghiên cứu 3
6. Những luận điểm bảo vệ . 4
7. Những điểm mới khoa học . 4
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn . 4
9. Cơ sở tài liệu 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐIỀU
KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT HỐ ĐÀO SÂU 6
1.1. THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỊA KỸ THUẬT
PHỤC VỤ THIẾT KẾ HỐ ĐÀO SÂU: 6
1.1.1. Đặc điểm và phạm vi nghiên cứu về hố đào sâu . 6
1.1.2. Các hiện tượng địa kỹ thuật xảy ra khi thi công hố đào sâu . 11
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến dịch chuyển của đất nền xung quanh hố đào sâu . 12
1.1.4. Trạng thái ứng suất của đất nền [38] . 13
1.1.5. Tính toán, thiết kế thi công hố đào sâu . 15
1.1.6. Đánh giá ưu điểm, nhược điểm của một số mô hình đất nền 17
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN KHẢO SÁT CUNG CẤP SỐ LIỆU
ĐỊA KỸ THUẬT PHỤC VỤ THIẾT KẾ THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 22
1.2.1. Các phương pháp thí nghiệm địa kỹ thuật 27
1.2.2. Các thông số đặc trưng đất nền trong bài toán hố đào sâu 30
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: . 35

CHƯƠNG 2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA ĐẤT NỀN
TRÊN MÁY BA TRỤC GIẢM ỨNG SUẤT NGANG 36
2.1. MỞ ĐẦU . 36
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN NAY XÁC ĐỊNH THÔNG
SỐ ĐẦU VÀO ĐỂ THIẾT KẾ THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU. 37
2.2.1. Thông số địa kỹ thuật để thiết kế thi công hố đào sâu 37
2.2.2. Thí nghiệm nén ba trục: 38
2.3. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BA TRỤC GIẢM ỨNG SUẤT NGANG . 39
2.3.1. Nội dung phương pháp thí nghiệm . 40
2.3.2. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm . 41
2.3.3. Quy trình thí nghiệm . 42
2.3.4. Dỡ tải . 44
2.3.5. Tính toán, báo cáo kết quả thí nghiệm 45
2.3.7. Xử lý số liệu thí nghiệm 46
2.3.8. Kết quả thí nghiệm 47
2.4. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 55

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH LADE CẢI TIẾN CHO BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU 58
3.1. ỨNG XỬ CỦA ĐẤT NỀN . 58
3.2. MÔ HÌNH ĐẤT NỀN LADE 58
3.2.1. Giới thiệu mô hình Lade . 58
3.2.2. Lý do lựa chọn mô hình Lade . 58
3.2.3. Mô hình Lade 59
3.3. MÔ HÌNH ĐẤT NỀN LADE CẢI TIẾN . 65
3.3.1. Cơ sở để xây dựng mô hình Lade cải tiến . 65
3.3.2. Đặc trưng đàn hồi 66
3.3.3. Mặt phá hoại 68
3.3.4. Mặt thế năng biến dạng dẻo 70
3.3.5. Mặt chảy dẻo . 74
3.3.6. Xác định các đặc trưng của mô hình Lade cải tiến . 79
3.3.7. Đánh giá độ tin cậy của mô hình Lade cải tiến . 80
3.4. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN THEO MÔ HÌNH ĐẤT NỀN LỰA CHỌN . 84

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU THEO MÔ HÌNH LADE
CẢI TIẾN . 89
4.1. NỘI DUNG TÍNH TOÁN . 89
4.2. MÔ HÌNH HÓA HỐ ĐÀO SÂU . 90
4.2.1. Công trình Bệnh viện 108 . 91
4.2.2. Công trình Hoabinh Green City Minh Khai 98
4.2.3. Công trình đập thủy điện số 2 . 104
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 112
1. KẾT LUẬN 112
2. KIẾN NGHỊ . 113
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ . 114
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO . 115
PHỤ LỤC . 120
PHỤ LỤC A. CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM . 120
PHỤ LỤC C: MÃ NGUỒN PHẦN MỀM LADEDEEP . 167

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, không gian ngầm trong những đô thị lớn đã được quy hoạch
khai thác, sử dụng với quy mô ngày càng tăng. Dạng công trình ngầm phổ biến là tầng
hầm cho các nhà cao tầng, các đường vượt ngầm cho người đi bộ. Các tuyến đường sắt
đô thị với nhiều đoạn ngầm, nhà ga ngầm cũng đã được thiết kế và bắt đầu được khởi
động. Có thể kể ra một số công trình điển hình như: công trình Pacific Place 83 Lý
Thường Kiệt, công trình Royal City, Trung tâm thương mại Chợ Mơ, Lotte Center
Hanoi với 5 tầng ngầm, dự án Tân Hoàng Minh D’.Palais de Louis với 4 tầng hầm
Hai tuyến đường sắt đô thị với nhiều đoạn ngầm và nhà ga ngầm đã bắt đầu được thi
công như tuyến Nhổn-Ga Hà Nội và Bến Thành-Suối Tiên tại Tp Hồ Chí Minh. Tất cả
các công trình trên đều liên quan đến công tác thi công các hố đào sâu.
Thực tế thi công cho thấy, đã có nhiều công trình thi công hố đào sâu (HĐS) gặp
sự cố, gây tổn thất vật chất như: thi công tầng hầm Cao ốc Pacific trên đường Nguyễn
Thị Minh Khai năm 2007 đã làm sập đổ tòa nhà Viện Khoa học xã hội miền Nam, thi



công tầng hầm Cao ốc Saigon Residences năm 2007 làm tòa chung cư Cosaco 5
Nguyễn Siêu nghiêng hẳn sang 1 bên, Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố, trong
đó nguyên nhân thuộc về các khiếm khuyết trong công tác khảo sát địa kỹ thuật, trong
mô hình hóa điều kiện làm việc thực tế của đất nền quanh hố đào đã được kể đến như
là các nguyên nhân cơ bản.
Các quan trắc địa kỹ thuật thực hiện trên nhiều HĐS tại Tp Hà Nội, Tp Hồ Chí
Minh và Đà Nẵng cho thấy, kết quả dự báo của thiết kế về ứng xử của đất quanh các
HĐS (chuyển vị của tường cừ, lún bề mặt đất, ) thường sai lệch nhiều so với kết quả
quan trắc và thường lớn hơn (xem chi tiết tại mục 1.2 chương 1của luận án). Đây là
một sai số hệ thống, cho phép nghĩ tới tính đúng đắn của các phương pháp xác định
các thông số đầu vào và của vấn đề mô hình hóa các ứng xử của đất trong bài toán dự
báo địa kỹ thuật thi công các HĐS. Cần thiết các nghiên cứu nâng cao tính đúng đắn của giá trị các thông số địa kỹ
thuật đầu vào phục vụ dự báo ứng xử của đất quanh hố đào theo hướng mô hình hóa
các thí nghiệm càng gần càng tốt với điều kiện làm việc của đất nền dưới tác động của
thi công các HĐS và sử dụng các mô hình đất phù hợp với chúng nhằm cải thiện độ
chính xác, tính hiệu quả của công tác dự báo.
Luận án này đặt các nghiên cứu của mình theo hướng đó. Đầu tiên, nghiên cứu
trạng thái ứng suất - biến dạng của đất nền quanh hố đào trong quá trình đào hố, mô
hình hóa nó và thiết lập một phương pháp thí nghiệm mô hình hóa được điều kiện làm
việc của đất nền để xác định các thông số địa kỹ thuật tương ứng và sau đó tìm kiếm, áp
dụng một mô hình tính toán phù hợp dự báo ứng xử của đất nền khi thi công các HĐS.
Luận án hy vọng với kết quả nghiên cứu của mình sẽ góp thêm một phương pháp
mới trong hệ nhiều các phương pháp thông dụng hiện nay dự báo ứng xử của đất nền
trong các công trình liên quan đến thi công các hố đào sâu.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
ã Đối tượng nghiên cứu là các ứng xử của đất xung quanh hố đào khi thi công
đào hố.
ã Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Môi trường địa chất lân cận thành hố đào trong phạm vi ảnh hưởng của tác
động đào, thường tới khoảng cách bằng 4 lần chiều sâu hố đào;
- Các hố đào thi công trong điều kiện khu vực đông dân cư, mật độ xây dựng cao,
vách thẳng đứng, thời gian thi công tương đối nhanh, mức độ ảnh hưởng đối với áp lực
nước lỗ rỗng và độ ẩm của đất dính là không nhiều;
- Nghiên cứu tập trung vào các loại đất dính, có thể lấy mẫu để thí nghiệm ba
trục xác định một số thông số đầu vào để thiết kế thi công công trình HĐS.
- Nghiên cứu tập trung vào ứng xử chuyển vị ngang của đất từ thành vào trong
lòng hố đào.