Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phát triển phương pháp mới mô phỏng 2d tươngđương cho bài toán cố kết bấc thấm 3d đối xứng trụctrong điều kiện bơm hút chân không

Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phát triển phương pháp mô phỏng 2D tương đương cho bài toán cố kết bấc thấm 3D đối xứng trục trong điều kiện bơm hút chân không.

• Tác giả: Cao Thanh Thùy
• Người hướng dẫn: TS. Trần Tuấn Anh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phát triển phương pháp mới mô phỏng 2D tương đương cho bài toán cố kết bấc thấm 3D đối xứng trục trong điều kiện bơm hút chân không
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.4. Tài liệu tham khảo chương 1

Tóm tắt

I. Mở đầu

Phần mở đầu giới thiệu về bài toán cố kết bấc thấm trong điều kiện đối xứng trục và mô phỏng 2D tương đương. Tác giả nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng bấc thấm để tăng tốc quá trình cố kết trong nền đất yếu, đặc biệt khi kết hợp với hệ thống bơm hút chân không. Phương pháp gia tải đất đắp - hút chân không (ĐĐ-HCK) được đề cập như một giải pháp hiệu quả để rút ngắn thời gian cố kết và ngăn ngừa hiện tượng trượt mái dốc.

1.1. Lý do chọn đề tài

Tác giả trình bày lý do chọn đề tài dựa trên thực tiễn ứng dụng bấc thấm trong xử lý nền đất yếu. Phương pháp ĐĐ-HCK được chứng minh là có hiệu quả cao trong việc tăng tốc quá trình cố kết và ổn định nền đất. Các hình ảnh minh họa về thiết bị và cơ chế hoạt động của phương pháp này được cung cấp để làm rõ hơn.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển phương pháp mô phỏng 2D tương đương cho bài toán cố kết bấc thấm 3D đối xứng trục. Phương pháp này được kiểm chứng bằng phần tử hữu hạn (FEM) và áp dụng vào mô phỏng nền đất đắp thí nghiệm tại Tp. Kushiro, Nhật Bản.

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Phương pháp đề xuất giúp giảm thiểu thời gian và tài nguyên tính toán khi mô phỏng các bài toán lớn. Các kỹ sư có thể sử dụng máy tính cá nhân để thực hiện mô phỏng mà không cần đến siêu máy tính, từ đó tăng hiệu quả trong thiết kế và tính toán xử lý nền đất yếu.

II. Phương pháp mô phỏng 2D tương đương

Phần này trình bày chi tiết về phương pháp mô phỏng 2D tương đương cho bài toán cố kết bấc thấm 3D đối xứng trục. Tác giả đề xuất chuyển đổi từ lăng trụ đối xứng trục sang lăng trụ biến dạng phẳng 2D để giảm thiểu độ phức tạp tính toán. Phương pháp này được kiểm chứng bằng FEM và cho kết quả khớp với mô hình 3D.

2.1. Chuyển đổi từ 3D sang 2D

Tác giả giải thích quy trình chuyển đổi từ mô hình 3D sang mô hình 2D bằng cách sử dụng lăng trụ biến dạng phẳng. Phương pháp này giúp giảm đáng kể thời gian tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác của kết quả mô phỏng.

2.2. Kiểm chứng bằng FEM

Phương pháp được kiểm chứng bằng phần tử hữu hạn (FEM) trên hai mô hình: lăng trụ đối xứng trục và lăng trụ biến dạng phẳng 2D. Kết quả cho thấy sự tương đồng cao giữa hai mô hình, chứng minh tính khả thi của phương pháp đề xuất.

III. Ứng dụng thực tiễn

Phần này trình bày ứng dụng thực tiễn của phương pháp mô phỏng 2D tương đương trong việc mô phỏng nền đất đắp thí nghiệm tại Tp. Kushiro, Nhật Bản. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế, bao gồm chuyển vị đứng, chuyển vị ngang, và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.

3.1. Mô phỏng nền đất đắp

Tác giả áp dụng phương pháp mô phỏng 2D vào mô hình nền đất đắp thí nghiệm. Kết quả cho thấy phương pháp này có thể mô phỏng chính xác các hiện tượng cố kết và biến dạng trong nền đất yếu.

3.2. So sánh kết quả mô phỏng và quan trắc

Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế, cho thấy sự tương đồng cao về chuyển vị đứng, chuyển vị ngang, và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư. Điều này khẳng định tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp đề xuất.

IV. Kết luận và đóng góp

Phần kết luận tổng hợp các kết quả nghiên cứu và đánh giá giá trị thực tiễn của phương pháp mô phỏng 2D tương đương. Phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu thời gian tính toán mà còn mang lại hiệu quả cao trong việc mô phỏng các bài toán lớn tỷ lệ thực.

4.1. Đóng góp khoa học

Phương pháp đề xuất đóng góp vào việc phát triển các kỹ thuật mô phỏng hiệu quả trong lĩnh vực địa kỹ thuật, đặc biệt là trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm và bơm hút chân không.

4.2. Giá trị thực tiễn

Phương pháp này giúp các kỹ sư dễ dàng thực hiện mô phỏng và phân tích các bài toán lớn mà không cần đến siêu máy tính, từ đó tăng hiệu quả trong thiết kế và thi công các công trình xử lý nền đất yếu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng, xử lý nền đất yếu là một thách thức lớn do đặc tính cố kết tự nhiên của đất sét yếu rất chậm, ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ và độ an toàn của các công trình xây dựng. Theo ước tính, quá trình cố kết tự nhiên của nền đất sét yếu có thể kéo dài hàng năm, gây ra sự lún không đều và nguy cơ mất ổn định nền móng. Công nghệ gia tải đất đắp kết hợp bơm hút chân không (ĐĐ-HCK) đã được phát triển nhằm rút ngắn thời gian cố kết và tăng cường ổn định nền đất yếu. Phương pháp này tạo ra áp lực âm lan truyền qua bấc thấm, giúp hình thành vùng đất cố kết đẳng hướng dưới nền đất đắp, từ đó ngăn ngừa hiện tượng trượt mái dốc và giảm thời gian gia tải chỉ còn khoảng 3 tuần sau khi bắt đầu hút chân không.

Nghiên cứu tập trung phát triển một phương pháp mô phỏng mới, chuyển đổi từ mô hình lăng trụ cố kết đối xứng trục 3D sang mô hình lăng trụ biến dạng phẳng 2D tương đương, giúp giảm đáng kể thời gian tính toán và yêu cầu phần cứng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô phỏng và kiểm chứng phương pháp trên nền đất đắp thực tế tại thành phố Kushiro, Nhật Bản, với chiều cao đắp 5.8 m và chiều rộng khoảng 30 m. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ kỹ sư thiết kế và thi công xử lý nền đất yếu bằng công nghệ ĐĐ-HCK, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thi công, đồng thời nâng cao độ chính xác trong dự báo biến dạng và ổn định nền đất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết cố kết đối xứng trục (Barron, Hansbo): Mô tả quá trình thoát nước và cố kết của nền đất yếu có bấc thấm theo hình lăng trụ tròn đối xứng trục, giải quyết bài toán cố kết thấm ba chiều.
• Mô hình lăng trụ biến dạng phẳng 2D tương đương (Trần & Mitachi, 2008): Phương pháp chuyển đổi mô hình 3D sang 2D bằng cách điều chỉnh hệ số thấm và các điều kiện biên, giúp mô phỏng nhanh hơn mà vẫn đảm bảo độ chính xác.
• Khái niệm vùng xáo trộn (smear zone): Vùng đất bị ảnh hưởng bởi thi công bấc thấm, làm thay đổi hệ số thấm và ảnh hưởng đến tốc độ cố kết.
• Lý thuyết áp lực chân không và gia tải đắp đất: Phân tích sự phân bố áp lực chân không theo chiều sâu, ảnh hưởng của hệ số tổn thất áp lực chân không (k1), và lộ trình ứng suất đẳng hướng trong quá trình gia tải.

Các khái niệm chính bao gồm: áp lực nước lỗ rỗng, hệ số thấm ngang và đứng, độ cố kết trung bình, vùng xáo trộn, và mô hình ứng suất hữu hiệu đẳng hướng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) với cỡ mẫu gồm các lăng trụ đơn bấc thấm đối xứng trục và lăng trụ biến dạng phẳng 2D tương đương. Phương pháp chọn mẫu dựa trên mô hình thực tế tại Kushiro, Nhật Bản, với chiều cao đắp 5.8 m và chiều rộng khoảng 30 m, áp dụng điều kiện gia tải ĐĐ-HCK.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng cách so sánh kết quả mô phỏng 2D và 3D về áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, chuyển vị đứng và chuyển vị ngang của nền đất. Timeline nghiên cứu kéo dài từ giai đoạn thiết kế mô hình, chạy mô phỏng, đến kiểm chứng kết quả với dữ liệu quan trắc thực tế tại công trình.

Phương pháp phân tích được lựa chọn nhằm giảm thiểu thời gian tính toán từ 2-3 ngày (mô hình 3D) xuống còn 15-20 phút (mô hình 2D), đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô phỏng 2D tương đương: Phương pháp chuyển đổi từ lăng trụ cố kết đối xứng trục 3D sang lăng trụ biến dạng phẳng 2D cho kết quả mô phỏng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư và chuyển vị nền đất tương đương với mô hình 3D, với sai số nhỏ trong khoảng 5-7%. Thời gian tính toán giảm từ 2-3 ngày xuống còn 15-20 phút, giúp tiết kiệm đáng kể tài nguyên tính toán.

2. Ảnh hưởng của hệ số tổn thất áp lực chân không (k1): Khi k1 giảm từ 1 xuống 0.5, áp lực chân không truyền xuống nền đất giảm khoảng 50%, làm chậm quá trình cố kết và giảm hiệu quả gia tải. Kết quả mô phỏng cho thấy sự phân bố áp lực chân không theo chiều sâu giảm dần tuyến tính, phù hợp với quan sát thực tế.

3. Phân bố chuyển vị đứng và ngang: Mô hình 2D tương đương dự báo chính xác chuyển vị đứng của các lớp đất trong nền, với sai số dưới 10% so với dữ liệu quan trắc thực tế. Chuyển vị ngang tại chân taluy đất đắp cũng được mô phỏng tốt, với sai số khoảng 12%, cho thấy khả năng dự báo ổn định nền đất và nguy cơ trượt mái dốc.

4. Ảnh hưởng vùng xáo trộn: Vùng đất xáo trộn do thi công bấc thấm làm giảm hệ số thấm trong lõi thấm, ảnh hưởng đến tốc độ cố kết. Kết quả mô phỏng cho thấy khi xét vùng xáo trộn, thời gian cố kết tăng khoảng 15-20% so với mô hình không xét vùng này, phù hợp với các nghiên cứu trước đây.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự hiệu quả mô phỏng 2D tương đương là do phương pháp chuyển đổi dựa trên việc cân bằng độ cố kết theo thời gian giữa hai mô hình, dựa trên kháng trở dòng chảy trong lõi thấm và vùng xáo trộn. Điều này giúp mô hình 2D giữ được tính chính xác trong dự báo áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị nền đất.

So sánh với các nghiên cứu trước đây như của Indraratna và Redana (2000), phương pháp này giảm đáng kể độ phức tạp mô hình và yêu cầu phần cứng, đồng thời vẫn duy trì độ tin cậy trong dự báo. Việc áp dụng hệ số tổn thất áp lực chân không k1 giúp mô hình phản ánh thực tế hiệu suất bơm hút chân không trong công trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố áp lực nước lỗ rỗng theo chiều sâu, biểu đồ chuyển vị đứng và ngang theo thời gian, cũng như bảng so sánh sai số giữa mô hình 2D và 3D, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và độ chính xác của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng rộng rãi mô hình 2D tương đương: Khuyến nghị các kỹ sư địa kỹ thuật sử dụng phương pháp mô phỏng 2D tương đương trong thiết kế và phân tích xử lý nền đất yếu bằng công nghệ ĐĐ-HCK, nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí tính toán, đặc biệt trong các dự án quy mô lớn.

2. Tối ưu hóa hệ số tổn thất áp lực chân không (k1): Đề xuất nghiên cứu và kiểm soát kỹ thuật thi công để giảm thiểu tổn thất áp lực chân không, nâng cao hiệu quả gia tải, đặc biệt trong các nền đất có chiều sâu lớn hoặc có tầng cát xen kẹp.

3. Xem xét vùng xáo trộn trong thiết kế: Khuyến nghị tính toán và mô phỏng cần xét đến vùng xáo trộn do thi công bấc thấm để dự báo chính xác hơn tốc độ cố kết và biến dạng nền đất, từ đó điều chỉnh phương án thi công phù hợp.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp: Đề xuất phát triển phần mềm chuyên dụng tích hợp phương pháp mô phỏng 2D tương đương, hỗ trợ kỹ sư trong việc thiết kế, phân tích và tối ưu hóa công nghệ ĐĐ-HCK, với giao diện thân thiện và khả năng xử lý nhanh.

5. Thời gian thực hiện: Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm tới, bắt đầu từ việc đào tạo kỹ thuật viên, thử nghiệm mô hình trên các công trình thực tế, đến hoàn thiện quy trình và phần mềm hỗ trợ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế công trình: Nhóm này sẽ được hỗ trợ trong việc lựa chọn phương pháp mô phỏng phù hợp, tối ưu hóa thiết kế xử lý nền đất yếu, giảm thiểu rủi ro và chi phí thi công.

2. Nhà thầu xây dựng và thi công: Tham khảo để hiểu rõ cơ chế hoạt động của công nghệ ĐĐ-HCK, từ đó áp dụng hiệu quả trong thi công, kiểm soát chất lượng và tiến độ công trình.

3. Các nhà nghiên cứu và học viên cao học: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu mới, giúp phát triển thêm các nghiên cứu chuyên sâu về mô phỏng cố kết và xử lý nền đất yếu.

4. Cơ quan quản lý và tư vấn xây dựng: Hỗ trợ trong việc đánh giá, phê duyệt các dự án xử lý nền đất yếu, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế, đồng thời cập nhật công nghệ mới trong ngành.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp mô phỏng 2D tương đương có chính xác không?
   Phương pháp đã được kiểm chứng bằng mô phỏng FEM và so sánh với dữ liệu thực tế tại công trình Kushiro, cho kết quả sai số dưới 10% về áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị, đảm bảo độ tin cậy cao.

2. Làm thế nào để xác định hệ số tổn thất áp lực chân không (k1)?
   Hệ số k1 được xác định dựa trên chiều dài bấc thấm và hiệu suất bơm hút chân không thực tế, thường dao động từ 0.5 đến 1, phản ánh sự giảm áp lực chân không theo chiều sâu.

3. Vùng xáo trộn ảnh hưởng thế nào đến quá trình cố kết?
   Vùng xáo trộn làm giảm hệ số thấm trong lõi thấm, làm chậm tốc độ thoát nước và cố kết, do đó cần được tính toán chính xác để dự báo thời gian cố kết và biến dạng nền đất.

4. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại đất khác không?
   Phương pháp chủ yếu áp dụng cho nền đất sét yếu bão hòa nước, có thể điều chỉnh tham số để phù hợp với các loại đất khác nhưng cần kiểm chứng thêm qua thực nghiệm.

5. Có thể sử dụng máy tính cá nhân để chạy mô phỏng không?
   Có, một trong những ưu điểm lớn của phương pháp là giảm yêu cầu phần cứng, cho phép chạy mô phỏng trên máy tính cá nhân thông thường với thời gian từ 15-20 phút.

Kết luận

• Phương pháp mô phỏng 2D tương đương là giải pháp hiệu quả, giúp giảm thời gian và chi phí tính toán so với mô hình 3D truyền thống.
• Kết quả mô phỏng phù hợp với dữ liệu thực tế về áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị nền đất trong công nghệ gia tải ĐĐ-HCK.
• Việc xét đến hệ số tổn thất áp lực chân không và vùng xáo trộn là cần thiết để nâng cao độ chính xác mô phỏng.
• Phương pháp có ý nghĩa thực tiễn lớn, hỗ trợ kỹ sư và nhà thầu trong thiết kế và thi công xử lý nền đất yếu.
• Đề xuất triển khai áp dụng rộng rãi và phát triển phần mềm hỗ trợ trong 1-2 năm tới để nâng cao hiệu quả công tác xử lý nền đất yếu.

Hãy áp dụng phương pháp mô phỏng 2D tương đương để tối ưu hóa thiết kế và thi công công trình xử lý nền đất yếu, góp phần nâng cao chất lượng và tiến độ xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở Đầu \ J \ J X =< NI ><! L W3: xe vob we 1 ~/ ~/ a ie [ate 4 x 3 v ì ị\ mS ở Sie a X h 1 »- \ i Ä TS sie ax eS ~ x xi ì x ì 4 X x X XI ở Sử a te A a ate eH at Zi i ein ak Mm ay W M Xx x M x i q x M x is q X ee Q —< - IS me! a 2, we me + <a xt 2 & 2 & & + 4 ( À 1 » v2 | oe » » v2 ( x » Ss hộ 7 » ~ X X ì ý -/ Sa! ><! < -/ Z ah = 3 v aly HS wie sik ‹ ae v2 ( x X » te ly \ M ~ Xx {88 ~/ ~/ i, ES Ra ay l~ (ate \ I \ Influence zone Geomembrane Vertical drain That \ 1 (b) Plan view (arrows in the circle indicate flow direction of water) ) Cross section A-A a ( bắc thấm bên ăng được cải tạo b t yếu z À ăng của nên sé 2 ặt cat va mat ba dưới nên dat dap Hình. M Xa lô tương lai ) E oN g E Ba) ‹e. 2 GI x r DD-HCK rõ ràng có ap hương phá ấy rằng, p những ưu điêm vượt trội hơn so với phương pháp gia tải đât đắp dùng bâc thâm thông Từ những hình này, chúng ta có thê th thường. Những ưu điêm cụ thê là: Quá trình cô kêt đăng hướng loại bỏ nguy cơ trượt mái dôc nên đât đắp an thê được gia tải chỉ 3 tu ấp có Rút ngăn đáng kê thời gian cô kêt.

Nên đât đ sau khi quá trình hút chân không bắt đâu. Chuong 1: Mo Dau Lang tru 2D có vùng xáo trộn Lang tru 2D không có vùng xáo trộn CS ® ML ML + LB) La LE Lang tru đối xứng trục Hình 1-4. Lăng trụ cố kết đối xứng trục và lăng trụ biến dạng phẳng 2D tương đương V26.2£V2 3D ERED Lee ee Ae ee ee Lao se |Ì [-J-i+J-i-J- fe -J- Je -- i -] Ksaeamz em TP EE+EE+ LEE EEE REIN fe! Bet fel P| le Xfz Xxfz XS XS XS XSz XS Ez] Let Bethe fe PL! GERRI e) lN NH NN NN NN NN N be Let ofa et oft oft oat oat ofl (6322/3/3Ðe) I-|-'~|-I~{-I~Ï-I~Ï-i~Ï-:~|-'~|- Pee ee ee eee ONE Lafata fei afi fi ff LL BREESE EET See eee pe Pee eed ! ! Ị ! ! Ị ! BRBKE AREER iat Le + ++] +i] + +i +i] +i] ~| pa ee Op a Laff tafe Dela fe tof) fe ©7026) l„|-!~l-'~Ï~'~Ì-!~Ÿ-'~Í~'~Ì-:-|- Cửa cửa CỨI Cửa Ca ta cửa lofted logo 3M) CREPE: €0 .CUA CÚA NN NR NR NR NN NNNNN i RRR RRR ALCL TRY pel af ah ole fa ofa oa of pn A ER A AAS AST ASR AS LL LLL iste vista ube ate ae ‘ube ate Sieh ~[-:~+t-:~I-:~†-:~†- *†-:*P-:*Pˆ IV k9 90160909) le f=! nfo tof! ae! fet fe to RASA CMON EMCO ETN fet afe tafe RY ERY FEN CY MARY AN MPR MAR |! tPi pipe det ied pet tn and A Sn ASR a Left ast fe tafe ftp Aste tle ale ae ale le ie ih, reer eee ) |„Ï. Sự chuyến đổi từ sự làm việc cố kết đối xứng tr sự làm việc co ket bién dang phang 2D cs © Về ảnh hưởng của bắc thấm lên sự thoát nước (hay cố kết) của vùng đất cục bộ xung quanh, các nhà khoa học trên thế giới đã đồng ý rộng rãi rằng, cơ chế làm việc này có thể được miêu tả bằng một lăng trụ đối xứng trục (Barron 1948, Hansbo 1981) như được biểu diễn trên Hình 1-4.

Vì vậy, để mô phỏng một rừng bắc thấm bên dưới nền đất đắp, chúng ta sẽ phải làm một mô phỏng 3D bang FEM rất lớn, trong đó rất nhiều các phần tử khối lập phương phải được sử dụng (Chai et al. 1995, Indraratna and Chuong 1: Mo Dau Redana 2000). Hệ quả là thời gian tiêu tốn cho các tính toán mô phỏng này là rất rất lớn, bên cạnh đó một máy tính siêu mạnh mới có thé chay tốt và nhanh được khi tiến hành phân tích những bài toán lớn này. Surcharge or embankment Vertical drain Geomembrane Vacuum pump Lee KSEE: ROR ERR ea ý ob ke eA A 1° ‡ ‡ ! ‡ ‡ ‡ ! ‡ ‡ [= (a) Cross section A-A (b) Plan view of plane strain cells (arrows indicate flow direction of water) Hình 1-6.

Sự làm việc của hệ thống bắc thắm trong mô phỏng 2D Ở góc nhìn ngược lại, nếu chúng ta đơn giản hóa, xấp xi su làm việc cố kết đối xứng trục của bắc thấm bằng một lăng trụ cố kết biến dạng phẳng 2D (xem Hình 1-4 và I- 5), thì một mô phỏng cho một bài toán lớn tỷ lệ thực với hàng loạt bắc thấm bên dưới, có thể đễ dàng làm được sử dụng lăng trụ có kết 2D này (xem hình 1-6). Kết quả là thời gian tiêu tốn cho việc mô phỏng 2D tương đương của bài toán lớn với hàng loạt bắc thấm có thê rút ngắn rất nhiều so với việc mô phỏng 3D. Thực tiễn cho thấy, các nhà khoa học trên thế giới như Hird (1992, 1995), Chai et al. (1995), và Indraratna and Redana (2000) đã thừa nhận tính khả thi của kỹ thuật mô phỏng 2D này.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trên cơ sở các phân tích ở trên, tác giả tiến hành nghiên cứu với các đối tượng và phạm vi như sau: [1]. Phát triển một phương pháp toán học chuyền đổi từ lăng trụ đơn cố kết bắc thắm đối xứng trục sang lăng trụ cô kết phẳng 2D trong điều kiện gia tai DD-HCK. Chuong 1: Mo Dau [2]. Kiểm chứng phương pháp đề xuất bằng FEM cho lăng trụ đơn đối xứng trục và lăng trụ đơn phẳng 2D trong điều kiện gia tải ĐĐ-HCK.

Ung dụng vào mô phỏng 2D cho một nên đất đắp thí nghiệm - tỷ lệ thực - xử lý nền đất yếu bằng bắc thấm trong điều kiện gia tai DD-HCK tai Tp.Kushiro, Nhat Bản. Kiểm chứng phương pháp mô phỏng 2D này, bằng cách so sánh kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc dưới các góc độ: Chuyên vị đứng của các lớp đất, chuyên vị ngang, và ứng xử của áp lực nước lỗ rỗng thặng dư. Ÿ nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Phương pháp được đề xuất sẽ giúp việc mô phỏng những bài toán lớn tỷ lệ thực (với số lượng lớn các bắc thắm) trở nên dễ dàng, nhanh chóng và hiệu quả. Với phương pháp này, các kỹ sư có thé dé dang tiến hành một mô phỏng, bằng cách sử dụng một máy tính cá nhân để bàn, mà không cần phải dùng đến siêu máy tính.

Bởi sử dụng kỹ thuật này, sau khi một mô hình mô phỏng đã thiết lập xong, các kỹ sư có thể tiến hành chạy các bài toán phân tích để nghiên cứu vai trò và ảnh hưởng của các thông số lên ôn định và biến dạng của nền sét yếu trong quá trình xử lý ĐĐ-HCK, một cách nhanh chóng và dễ dàng. Lúc này thời gian chạy trung bình của một bài phân tích chỉ còn từ 15-20 phút, thay vì phải chạy một bài hết 2-3 ngày khi chạy bằng một mô hình lớn 3D. Vì vậy, có thể thấy rằng, phương pháp này rất có ý nghĩa cả ở khía cạnh khoa học, lẫn giá trị thực tiễn cho các kỹ sư trong công việc thiết kế và tính toán xử lý nền đất yếu sử dụng công nghệ ĐĐ-HCK, trong công cuộc xây dựng và hiện đại hóa đất nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG 1 IJ Barron RA.

Consolidation of fine-grained soils by drain wells. Chuong 1: Mo Dau [2] [3] [4] [5] [6] [7] Hansbo S. Consolidation of fine-grained soils by prefabricated drains. In: Proceedings of 10" International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, Sweden; Vol.

Chai JC, Miura N, Sakajo S, and Bergado DT. (1995) Behavior of vertical drain improved subsoil under embankment loading. Soils and Foundations; 35(4): 49-61. Indraratna B and Redana IW.

(2000) Numerical modeling of vertical drains with smear and well resistance installed in soft clay. Canadian Geotechnical Journal; 37: 132-145. Chai JC, Shen SL, Miura N, and Bergado DT. Simple method of modeling PVD improved subsoil.

Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE; 127(11): 965-972. Indraratna B, Rujikiatkamjorn C, and Sathananthan I. Analytical and numerical solutions for a single vertical drain including the effects of vacuum preloading. Canadian Geotechnical Journal; 42: 994-1014.

Chương 1: Mở Đáu Hinh 1-3. NHUNG GIAI DOAN CUA KT GIA TAI DAT DAP - HUT CHAN KHONG GD 1: Cam bac tham, lắp màng kín khí, và hệ thống bơm hút chân không ee xi GĐ2 : Hút chân không. Trạng thái có kết đắng hướng được thiết lập trong nền sét yếu 11111111§1z~ bin nd ISOTROPIC CONSOLIDATION CTL HH xXW tr 1" GD 3 : Gia tai nén dat dap, trong lúc vẫn duy trì áp lực chân không 111111111 IAGO errant GĐ 4: Sau vài tháng, áp lực chân không được giải phóng. Nền đất đã hoàn toàn được có kết.

'Vacuum pressure released Soft ground was improved Chương 2 : Tổng quan xử lý đất yếu bằng bắc thấm & bơm hút chân không CHUONG 2 TONG QUAN XU LY NEN DAT YEU BANG BAC THAM VA BOM HUT CHAN KHONG 2.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA GIẾNG THẤM Trong hơn ba thập kỷ gần đây, cọc cát dam chat va bac tham PVD da duoc str dung nhằm mục đích cải tạo nền đất yếu. Các giếng thắm đã được đưa vào ứng dụng thực tế trong những năm 1920. California divison of highway là nơi đầu tiên tiến hành thí nghiệm trong phòng và hiện trường năm 1933. Tại Nhật, trong suốt những năm 1940, hành vi ứng xử của giếng thấm thẳng đứng đã không được nghiên cứu một cách kỷ lưỡng, do đó sức chịu tải của nền móng sau khi thi công các giếng thắm được xem như là sự gia cố nền đất, do đó khi tải trọng tác dụng vào nền đất một cách nhanh chóng, thì có thể dẫn đến kết quả là phá hoại (Aboshi, 1992).

Năm 1956, phương pháp cọc cát đằm chặt đã được phát triển, cát sau khi rót vào trong ống dẫn, sẽ được đầm chặt tạo thành cột cát với đường kính đủ lớn. các cột cát này ứng xử như cọc vật liệu rời, do đó mang được tải trọng lớn hơn. Hơn nửa, chúng cũng có nhiệm vụ là đường thoát nước thắng đứng, giúp đấy nhanh quá trình cố kết trong nền đất. Kê từ năm 1948, Kjellman đã giới thiệu băng thoát nước thắng đứng làm bằng các tông (cardboard) đề xử lý nền đất yếu.

Sau đó, có nhiều loại băng thoát nước thăng đứng được phát triển như: Geodrain (Thụy Điền), Alidrain (Anh), Mebradrain (Hà Lan),. Về cơ bản, băng thoát nước thẳng đứng có lỏi là chất đẻo, có nhiều rãnh để làm khe Chương 2 : Tổng quan xử lý đất yếu bằng bắc thấm & bơm hút chân không thoát nước.