bÁo cÁo tỔng kẾt ĐỀ tÀi khoa hỌc cÔng nghỆ hỘi thẢo … · 2020. 5. 21. · bÁo...
TRANSCRIPT
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP TRƯỜNG NĂM 2017
TS. NGUYỄN ĐỨC MẠNH
PHỐI HỢP GIỮA CÔNG TY CPTV CẢNG – KỸ THUẬT BIỂN
& BỘ MÔN XD CẢNG - ĐƯỜNG THỦY, ĐHXD
HỘI THẢO KHOA HỌC
ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VÀ TIÊU CHUẨN MỚI TRONG
KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC CÔNG TRÌNH CẢNG
CHUYÊN ĐỀ
HÓA LỎNG NỀN ĐẤT DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
TP. HỒ CHÍ MINH, 25/12/2017
NỘI DUNG BÁO CÁO
2
1. TỔNG QUAN VỀ HÓA LỎNG CỦA ĐẤT
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
1. TỔNG QUAN VỀ HÓA LỎNG
31.1. ĐỊNH NGHĨA VỀ HÓA LỎNG
Hóa lỏng là hiện tượng mà khi đất bão hòa hoặc bão hòa mộtphần mất khả năng chịu lực, và ứng xử như một chất lỏng
1. TỔNG QUAN VỀ HÓA LỎNG
4
Sand boils – cát chảyMa sát âm – cọc bị phá hoại
Sụt lún bến cảng Sự cố đập đất do hóa lỏng
1.2. HẬU QUẢ CỦA HÓA LỎNG NỀN ĐẤT
1. TỔNG QUAN VỀ HÓA LỎNG
5
Hóa lỏng xuất hiện khi mà ứng suất hữu hiệu trong đấtbiến mất:
1.3. NGUYÊN NHÂN GÂY RA HÓA LỎNG
ഥ𝒑=0
- Với tải đơn: thay đổi ứng suất đột ngột – sự tăng lên củatải hoặc mất khối gia cố ở chân của một đê kiểu đất đắp
- Tải trọng lặp: lặp lại của các điều kiện ứng suất – do tảitrọng sóng hoặc động đất
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
6
▪ Hóa lỏng dư hoặc hóa lỏng tích lũy (residual liquefaction)▪ Hóa lỏng tức thời (momentary liquefaction)
Đê chắn sóng thùng chìm Đường ống dẫn dưới biển
2.1. TỔNG QUAN HÓA LỎNG DO SÓNG
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
72.1. TỔNG QUAN HÓA LỎNG DO SÓNG
- Chỉ số lặp của ứng suất cắt (chỉ số giữa ứngsuất cắt và ứng suất hữu hiệu trung bình)
- Chu kỳ sóng- Số lượng sóng
Loại đất có khả năng hóa lỏng
Khả năng hóa lỏng của đất phụ thuộc vào:
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
8
▪ Điều kiện xuất hiện hóa lỏng:
ത𝑃 : áp lực nước lỗ rỗng trong đất
𝝈𝟎′ : ứng sất hữu hiệu ban đầu trong đất
2.2. HÓA LỎNG DƯ
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
92.2. HÓA LỎNG DƯ
Quá trình phát triển của hóa lỏng dư
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
102.2. HÓA LỎNG DƯ
Sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng (Summer et al, 2006)
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
112.2. HÓA LỎNG DƯ
Sự nén lại của đất sau khi hóa lỏng
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
122.1. HÓA LỎNG DƯ
Sự biến mất của áp lực nước lỗ rỗng gia tăng –khi có hóa lỏng xảy ra - (Summer et al, 2006)
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
132.2. HÓA LỎNG DƯ
Sự biến mất của áp lực nước lỗ rỗng gia tăngkhi không có hóa lỏng - Summer et al (2006)
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
142.2. HÓA LỎNG DƯ
Mô hình toán – quá trình hóa lỏng dư
Mô hình Giải thích mô hình
Đất là cứng, nước lỗ rỗng là không nén
được (lý thuyết lọc)
Phương trình Laplace của vận tốc u,
Không kể đến lỗ rỗng và hệ số thấm của đất
Đất là cứng, nước lỗ rỗng là nén được Phương trình khuyếch tán của u
Nước không nén
Đất ứng xử như vật liệu đàn hồi (elastic
soil skeleton), trong điều kiện không thoát
nước
Áp lực nước lỗ rỗng là thông số quan trọng
Không kể đến ứng xử đàn hồi – dẻo của đất
Đất là vật liệu đàn hồi, nước là nén được
(kiểu gần đúng Biot)
Ứng suất hữu hiệu trọng đất là không phù
hợp
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
15
ẢNH HƯỞNG MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA ĐẤT
E = 4500 kPa
Thí nghiệm Summer (2006)Mô hình toán
1.2. HÓA LỎNG DƯ
16
Thí nghiệm Summer (2006)
Mô hình toán
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
2.2. HÓA LỎNG DƯ
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
17
▪ Điều kiện xuất hiện hóa lỏng:
2.3. HÓA LỎNG TỨC THỜI
2. HÓA LỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG
18
▪ Hóa lỏng tức thời không xuất hiện đối với đất bão hòa hoàn
toàn (Summer, 2004);
▪ Hóa lỏng có thể xảy ra đối với một đất bão hòa không hoàn
toàn (trong đất có bao gồm cả không khí/gas)
2.3. HÓA LỎNG TỨC THỜI
19
LỰC TÁC DỤNG CỦA SÓNG LÊN THÙNG CHÌM
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.1. KIỂU HÓA LỎNG DƯ
20
Pb =2.9 kN/m2
Chiềudày
Dung trọng đẩy
nổi
Mô đun kháng cắt Hệ số thấm Hệ số rỗng
(m) (kN/m3) (kN/m2) (m/s) -
30 8.5 6600 4.5E-05 0.3
- Cao độ mặt đáy biển CDd 0.00 [m]
- Chiều cao sóng đến Hi 3.00 [m]
- Chu kỳ sóng T 3.00 [s]
- Độ sâu mực nước d 11.00 [m]
- Chiều cao thùng chìm Hkc 15.00 [m]
- Chiều rộng thùng chìm Bkc 12.50 [m]
- Chiều dài 1 thùng Lkc 33.00 [m]
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.1. KIỂU HÓA LỎNG DƯ
21
SỰ THAY ĐỔI ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG THEO CHIỀU SÂU
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.1. KIỂU HÓA LỎNG DƯ
22
Ngưỡng hóa lỏng
ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU CAO SÓNG
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.1. KIỂU HÓA LỎNG DƯ
23
Ngưỡng hóa lỏng
ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU CAO SÓNG
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.1. KIỂU HÓA LỎNG DƯ
24
PHÂN LOẠI KIỂU PHÁ HOẠI DO HÓA LỎNG DƯ(GROOT ET AL. 2006)
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.1. KIỂU HÓA LỎNG DƯ
d: chiều dày lớp trênđáy biển;G: mô đun kháng cắtcủa đất;k: hệ số thấm của đất;: dung trọng riêng củanước biển
25
HÓA LỎNG TỨC THỜI ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG (JENG ET AL. 2012)
3. HÓA LỎNG DO SÓNG ĐỐI VỚI ĐÊ CHẮN SÓNG
3.2. KIỂU HÓA LỎNG TỨC THỜI
26
THEO TÀI LIỆU CỦA PUZRIN ET AL (2010)
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.1. THÔNG TIN CÔNG TRÌNH
ĐÊ CHẮN SÓNG, CẢNG BARCELONA, TÂY BAN NHA
27
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.2. QUÁ TRÌNH XẢY RA SỰ CỐ
Hoàn thànhnạo vét
11/2000 10/5/2001
Xong lớpđệm đá
10/2001
Thi công xongthùng 1,2,3,4
10/11/2001
Bão xảy ra
11/11/2001
Sự cố
Tmax = 9sHmax = 4m (trong 1h)N=250-250 sóng
28
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.2. QUÁ TRÌNH XẢY RA SỰ CỐ
Thể tích thùng nằm trong đất: 240 m3/m
Thể tích đất thay đổi trước và sau bão: 220 m3/m
29
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.3. ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT
30
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.4. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN
PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT NỀN
HỆ SỐ AN TOÀN CHỐNG PHÁ HOẠI NỀNXÉT KHI CÓ BÃO
FS = 1.1
31
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.4. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN
PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG HÓA LỎNG
ỨNG SUẤT ’v ỨNG SUẤT xz
32
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.4. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN
PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG HÓA LỎNG
TỈ SỐ xz /’v VÙNG HÓA LỎNG CỦA ĐẤT
Vùng hóa lỏng
33
4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG
4.4. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN
PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG HÓA LỎNG
FS = 1.36FS = 1.82
FS = 1.22
FS = 1.1 (khi bão – phân tích tĩnh)FS = 1.11
FS = 0.63 (khi bão – phân tích hóa lỏng)
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
34
1. Nền đất có thể bị hóa lỏng do tác động của sóng: hóa lỏng dư và hóa lỏng
tạm thời;
2. Hóa lỏng dư xảy ra khi áp lực nước lỗ rỗng gia tăng đến giá trị lớn hơn
ứng suất hữu hiệu ban đầu của đất. Quá trình hóa lỏng bao gồm: gia tăng
áp lực nước, hóa lỏng đất, đất bị nén lại, áp lực nước lỗ rỗng gia tăng
biến mất.
3. Hóa lỏng tạm thời: khi đất chịu tác động của vùng bụng sóng đi qua.
Kiểu hóa lỏng này chỉ xảy ra trong thời gian ngắn
4. Hóa lỏng là nguyên nhân gây ra sự cố thùng chìm khi chịu tác động của
một tải trọng sóng có chiều cao đủ lớn và thời gian tác động đủ dài;
5. Nên xem xét hóa lỏng trong công tác thiết kế công trình.