Mở đầu Đề tài của luận văn được xây dựng dựa trên cơ sở: - Các chuyên đề đánh giá về điều kiện địa chất công trình của khu vực nghiên cứu của Liên đoàn Địa chất Thủy văn – Địa chất Công trình miền Nam. - Các chuyên đề đánh giá về điều kiện địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu của Liên đoàn Địa chất Thủy văn – Địa chất Công trình miền Nam. - Tài liệu về các lỗ khoan khảo sát địa chất công trình của khu vực nghiên cứu của Liên đoàn Địa chất Thủy văn – Địa chất Công trình miền Nam, số lượng 138 lỗ khoan. - Tài liệu về các lỗ khoan khảo sát địa chất thủy văn của khu vực nghiên cứu của Liên đoàn Địa chất Thủy văn – Địa chất Công trình miền Nam, số lượng 14 lỗ khoan.
- Tài liệu về các phương pháp đánh giá, tính toán khả năng hóa lỏng đất nền. - Một số báo cáo đánh giá khả năng hóa lỏng đất nền của PGS. Nguyễn Hồng Phương, PGS. Nguyễn Việt Kỳ.
- Các sách, bài báo liên quan đến động đất, hóa lỏng đất nền do động đất của các tác giả trong và ngoài nước. - Các Tiêu chuẩn Việt Nam về xây dựng công trình dưới tác động của động đất. - Một số tài liệu về các phương pháp xây dựng bản đồ. HVTH: Phạm Minh Tuấn 4 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Hóa lỏng đất nền CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT HÓA LỎNG ĐẤT NỀN 2.
KHÁI NIỆM Hóa lỏng đất nền (liquefaction) là một trong những hiện tượng quan trọng và thú vị liên quan đến tai biến động đất. Vấn đề này hiện nay vẫn còn gây nhiều tranh cãi vì những tính chất và đặc điểm phức tạp của nó. Hoá lỏng nền gây ra hiện tượng sụt chìm đối với đất nền có trạng thái xốp, bão hòa nước. Bản chất của hóa lỏng đất nền là khi nền đất xuất hiện chấn rung, nước lỗ rỗng thoát ra rất nhanh, áp lực thủy động lớn đẩy lên làm tiêu giảm thậm chí mất hoàn toàn trọng lượng các hạt đất và đất ở trạng thái gần như một dung dịch.
Do tác động chấn rung làm các hạt đất xít lại, nước đột ngột bị đẩy lên trên mặt đất tạo thành những lỗ hình côn giống như những miệng núi lửa nhỏ. Nếu nước dưới đất nằm càng nông, độ sụt lớn thì khi đó toàn bộ mặt đất tự nhiên sẽ bị chìm lún xuống và ngập dưới nước. Ngoài ra hóa lỏng còn có thể gây ra hiện tượng sụt trượt, cơ chế hoạt động khác với sự hình thành sụt chìm. Khi một lớp đất nhạy cảm với khả năng hóa lỏng nằm trên bờ dốc của một lớp đất rất cứng, thì hiện tượng hóa lỏng làm cho lớp đất trên bị dịch chuyển ngang tạo thành những hõm sâu.
Một số nghiên cứu khác còn cho rằng, trầm tích hiện tại bị hóa lỏng cả vùng bình nguyên ven biển, đồng bằng ven sông và ở những nơi phân bố dòng sông cổ, cũng như ở những bồn trũng do con người tạo nên đều dễ phát sinh hóa lỏng. Ở Trung Quốc động đất đã làm đất hóa lỏng và gây nhiều tổn thất nghiêm trọng tại các vùng Bachu, Heyuan, Xingtai, Hejian, Bohai, Yangjiang, Tonghai, Haicheng và Tangshan … Thông thường, động đất có cấp độ magnitude trên 5, cường độ cấp VIII đều rất dễ phát sinh tai biến hóa lỏng. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU HÓA LỎNG ĐẤT NỀN 2. Những nghiên cứu trên thế giới Những nghiên cứu đầu tiên về hiện tượng hóa lỏng đất nền được đưa ra bởi GS.
Seed và Idriss (1971) sau những hậu quả thảm khốc của hai trận động 5 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Hóa lỏng đất nền đất tại Alaska, Hoa Kỳ và Niigata, Nhật Bản năm 1964. Lý thuyết mà hai ông đưa ra có tên gọi là “Phương pháp đơn giản” để đánh giá khả năng hóa lỏng đất nền. Hiện nay lý thuyết này đã và đang được sử dụng tại Hoa Kỳ và nhiều nước khác trên thế giới. Sau đó lý thuyết này được hiệu chỉnh nhiều lần bởi các nhà nghiên cứu khác.
Những hiệu chỉnh của Seed (1979), Seed và Idriss (1982), Seed (1985), Whitman (1985), Youd và Idriss (1996) đã hoàn chỉnh hơn phương pháp tính toán. Động đất gây hóa lỏng đất nền tại Niigata (1964) Đến năm 1996, tại hội nghị Quốc gia Hoa Kỳ về nghiên cứu Động đất (NCEER) lý thuyết tính toán trên đã được hiệu chỉnh toàn bộ và thống nhất. Ngoài ra, tại Nhật Bản cũng có một số công trình nghiên cứu, tiêu chuẩn đánh giá khả năng hóa lỏng đất nền: “Standard Specification for Highway Bridge, vol 1, Earthquake Proof Design – 1966”. Những nghiên cứu ở Việt Nam Hiện tại ở Việt Nam, nghiên cứu hiện tượng hóa lỏng đất nền phát sinh do động đất chưa được quan tâm đúng mức, số lượng những nghiên cứu này là chưa nhiều.
6 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Hóa lỏng đất nền Nghiên cứu đánh giá khả năng hóa lỏng nền tại khu nhà máy thép Tycoon, khu công nghiệp Dung Quất, Quảng Ngãi được thực hiện bởi PGS. Đậu Văn Ngọ và PGS. Nguyễn Việt Kỳ. Đề tài đã sử dụng bản đồ địa chất/địa chất công trình của khu vực nghiên cứu kết hợp với thang cấp độ nhạy cảm do Youd và Perkins (1978) đề xuất.
Trên cơ sở khai thác các thông tin chi tiết khác có liên quan đến từng đơn vị địa chất có mặt trong vùng, kết hợp với các tiêu chuẩn của Youd và Perkin, gán các giá trị độ nhạy cảm hóa lỏng cho mỗi đơn vị địa chất. Ngoài ra, nghiên cứu còn đánh giá khả năng hóa lỏng nền theo Tiêu chuẩn Nhật Bản. Với những kết quả thu được, nghiên cứu đã đánh giá được về những tai biến có thể xảy ra khi có động đất tại khu vực nhà máy Tycoon, và khu vực này cần được thiết kế kháng chấn, nền móng công trình cần phải được tính đến khả năng hóa lỏng và dịch chuyển ngang của đất nền. Kết quả được thể hiện trên sơ đồ (Hình 2.
Sơ đồ phân bố khu vực có khả năng hóa lỏng xác định theo SPT tại nhà máy Tycoon, Quảng Ngãi 7 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Hóa lỏng đất nền Ngoài ra, còn một số công trình liên quan tới đánh giá tác động động đất, khả năng hóa lỏng nền tại thành phố Hà Nội và Quận 1 và 3 thành phố Hồ Chí Minh của PGS. Nguyễn Hồng Phương và PGS. Nguyễn Việt Kỳ. Đề tài đã đánh giá chi tiết khả năng phá huỷ nền đất tại các khu vực nghiên cứu nghiên cứu xác suất xảy ra các hiện tượng trượt đất và hoá lỏng nền đất.
Xây dựng các bản đồ phân bố nền đất và hệ số khuếch đại chấn động nền cho khu vực nghiên cứu. Khả năng phá huỷ nền đất được biểu hiện qua các dạng tai biến được coi là hệ quả trực tiếp của động đất mạnh tại khu vực nghiên cứu như trượt lở nền và hoá lỏng nền. Trong khuôn khổ đề tài, các phương pháp chuyên môn kết hợp với công nghệ viễn thám và GIS được áp dụng nhằm đánh giá một cách tổng quan xác suất xảy ra các hiện tượng trượt lở và hoá lỏng nền đất tại khu vực nghiên cứu nếu có động đất. Các kết quả cuối cùng sẽ được trình bày dưới dạng một tập bản đồ biểu thị các thông số như: độ nhạy cảm và xác suất xảy ra trượt lở nền, độ nhạy cảm và xác suất xảy ra hoá lỏng nền, dịch chuyển ngang và lún do hoá lỏng nền, dịch chuyển ngang và lún do trượt lở nền tại khu vực nghiên cứu khi có động đất mạnh xảy ra.
Tất cả các bản đồ chuyên đề trong mục này đều được xây dựng cho ba quận nghiên cứu ở tỷ lệ 1 : 10 000, nghĩa là có độ chi tiết cao hơn các bản đồ thành lập trước đây trong khuôn khổ của đề tài phân vùng nhỏ động đất thành phố Hồ Chí Minh. Ngoài ra, hiệu ứng địa phương của phản ứng nền đất đối với tác động của động đất cũng được nghiên cứu bằng phương pháp xác định các thông số khuếch đại rung động nền. TÁC HẠI CỦA HIỆN TƯỢNG HÓA LỎNG TỚI CÔNG TRÌNH 2. Biến đổi rung động đất nền Trong các công trình nghiên cứu về hóa lỏng, người ta đã xây dựng mối liên hệ giữa mô đun cắt và đặc trưng suy giảm của đất nền.
Việc gia tăng áp lực lỗ rỗng làm cho độ chặt của đất bị suy giảm trong quá trình rung động (khi động đất xảy ra). Đối với một đới trầm tích, trước khi xảy ra động đất có thể vẫn chặt cứng, nhưng sau đó trở nên hoàn toàn mềm yếu do bị ảnh hưởng bởi động đất. 8 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Hóa lỏng đất nền 2. Hiện tượng cát sủi Hiện tượng cát sủi thường được phát sinh do đất nền bị hóa lỏng.
Trong quá trình rung động, động đất làm áp lực lỗ rỗng tăng cao bất thường và nước lỗ rỗng bị đẩy lên phía mặt đất giảm áp lực về trạng thái cân bằng. Dòng chảy nước lỗ rỗng này tạo ra áp lực tác động đẩy hạt đất lên phía trên. Lực nước lỗ rỗng đó còn làm xáo trộn và yếu đi lớp phủ phía trên lớp bị hóa lỏng và có thể làm cho lớp trên cũng bị hóa lỏng khi có rung động xảy ra sau đó. Nếu độ chênh áp lực cột nước lỗ rỗng đạt đến giá trị tới hạn thì ứng suất có hiệu của cột đất đạt đến giá trị bằng không và khi đó đất phía trên sẽ ở điều kiện nhạy nhão.
Trong trường hợp này, vận tốc nước đạt đến mức có thể đẩy các hạt đất trồi lên mặt. Trong thực tế, đất nền thường không đồng nhất nên sự giải phóng áp lực nước lỗ rỗng tạo dòng chảy tốc độ cao xảy ra ở những nơi bị nứt nẻ, nơi có đất yếu hoặc có kênh rãnh ngầm. Các hạt đất bị đẩy theo khe nứt, kênh rãnh ngầm này lên phía mặt đất tạo thành bãi cát sủi. Miệng núi lửa hình côn Hiện tượng cát sủi là rất phức tạp, thường xảy ra một cách ngẫu nhiên, nó phụ thuộc vào độ lớn của áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh, bề dày, hệ số thấm và trạng thái nguyên trạng của bất kỳ lớp đất nào nằm trên lớp đất sẽ có 9 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Hóa lỏng đất nền hiện tượng áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh đó.
Như vậy, hiện tượng cát sủi có liên quan chặt chẽ với hiện tượng hóa lỏng. Cát sủi không có ý nghĩa lớn trong việc tính toán ổn định cho công trình, nhưng nó là dấu hiệu hữu ích chứng tỏ áp lực hiện tượng áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh đã xảy ra. Ảnh hưởng đến độ lún nền móng Cát thường được làm chặt khi bị rung động động đất.
