Đánh giá một số đặc trưng động học đất nền đô thị trung tâm Hà Nội

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 28 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ ĐẶC TR NG ĐỘNG HỌC ĐẤT NỀN ĐÔ THỊ TRUNG TÂM HÀ NỘI TRẦN MẠNH LIỂU, TĂNG TỰ CHIẾN*, NGUYỄN VĂN THƢƠNG* Some dynamic characteristic of ground in Hanoi central urban area Abstract: Dynamic parameter of ground is essential for calculating the shock ressitance and assessing geological risk for urban area due to the impact of dynamic loads. However the dynamic properties of ground are not interested in Hanoi study properly. The paper presents a calulation method to evaluate some dynamic parameter of soil (wave propagation velocity Vs, dynamic shear modular), mapping of variation field of dynamic parameter and zonning mapping of sensitivity to dynamic loads for soils in Hanoi central urban area 1. TỔNG QU N KHU VỰC NGHI N C U* 1.1. Vị trí địa lý Đô thị Trung t m thành ph Hà N i đƣợc công trong ản đồ quy hoạch chung thành ph Hà N i năm 2030 tầm nhìn năm 2050 di n tích khoảng 754 km2. Gồm 12 quận và m t phần các huy n Mê Linh, Đan Phƣợng, Hoài Đức, Quận Hà Đông, huy n Thƣờng Tín, huy n Thanh Oai, huy n Gia L m. Phạm vi Đô thị trung t m Hà N i đƣợc gi i hạn ởi: - Phía Bắc giáp huy n Sóc Sơn - Phía Đông là các huy n Mê Linh, Đan Phƣợng, Hoài Đức - Phía Nam là các huy n Thanh Oai, Thƣờng Tín - Phía Đông là huy n Gia L m, Đông Anh * Đại học Khoa học tự nhi n 093008946 Email:lieutm.cus.vnu@gmail.com Hình 1. Bản đồ hành chính đô thị trung tâm thành phố Hà Nội 1.2 Cấu trúc địa chất và tính chất cơ lý của đất nền khu Đô thị trung tâm Tp. Hà Nội Các trầm tích Đ tứ ở khu đô thị trung t m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 29 thành ph Hà N i đƣợc hình thành từ Pleistocen s m đến Holocen mu n. Theo các công trình nghiên cứu đã đƣợc công , trầm tích Đ tứ khu vực Hà N i đƣợc ph n chia nhƣ sau: H tầng L Chi (aQ1 1 lc) H tầng Hà N i (ap, am Q1 2-3 hn) H tầng Vĩnh Phúc (Q1 3 vp) H tầng Hải Hƣng (Q2 1-2 hh) H tầng Thái Bình (Q2 3 tb) Đất nền Hà N i theo các tài li u thu thập đƣợc chia làm 26 l p [5], ao gồm: TrÇm tÝch nh©n sinh (anQ2) Líp 1: §Êt lÊp thµnh phÇn hçn t¹p, tr¹ng th¸i kh«ng ®Òu. Phô hÖ tÇng Th¸i B×nh trªn (aQ2 3tb2) Líp 2: Bïn ®¸y ao hå - A1. Líp 3: SÐt pha xen kÑp c¸t pha mµu n©u, n©u hång, tr¹ng th¸i dÎo mÒm - B1. Líp 4: C¸t h¹t nhá mµu x¸m n©u, tr¹ng th¸i xèp - B1. Phô hÖ tÇng Th¸i B×nh díi (a,l Q2 3tb1) Líp 5: SÐt mµu n©u vµng, tr¹ng th¸i dÎo cøng - dÎo mÒm - B2. Líp 6: SÐt pha mµu n©u, n©u vµng, tr¹ng th¸i dÎo cøng - dÎo mÒm - B2. Líp 7: SÐt pha mµu n©u x¸m, tr¹ng th¸i dÎo ch¶y, ch¶y lÉn Ýt h÷u c¬ - A2. Líp 8: SÐt pha xen kÑp c¸t pha, c¸t mµu n©u x¸m, tr¹ng th¸i dÎo mÒm - B1. Líp 9: C¸t h¹t nhá mµu x¸m xanh, tr¹ng th¸i chÆt võa - B2. Líp 10: SÐt pha mµu n©u x¸m, dÎo mÒm, cã chç xen kÑp c¸t pha, c¸t - B1. Phô hÖ tÇng H¶i Hƣng trªn (bQ2 1-2hh3) Líp 11: SÐt pha mµu x¸m ®en lÉn h÷u c¬, tr¹ng th¸i dÎo ch¶y, ch¶y - A1. Phô hÖ tÇng H¶i Hƣng gi÷a (mQ2 1-2hh2) Líp 12: SÐt mµu x¸m xanh, tr¹ng th¸i dÎo mÒm - dÎo cøng - B1. Phô hÖ tÇng H¶i Hƣng díi (lbQ2 1-2hh1) Líp 13: Bïn sÐt mµu x¸m ®en lÉn h÷u c¬ - A1. HÖ tÇng VÜnh Phóc (a,l,lbQ1 3vp) Líp 14: SÐt mµu x¸m vµng, x¸m tr¾ng, tr¹ng th¸i dÎo cøng - dÎo mÒm - B2. Líp 15: SÐt pha mµu n©u, vµng, ®á loang læ, tr¹ng th¸i dÎo cøng - nöa cøng - C. Líp 16: SÐt pha mµu x¸m ®en lÉn h÷u c¬, tr¹ng th¸i dÎo ch¶y, ch¶y - A2. Líp 17: C¸t pha xen kÑp sÐt pha, c¸t mµu x¸m vµng, tr¹ng th¸i dÎo - B2. Líp 18: C¸t h¹t nhá mµu n©u, n©u vµng - C. Líp 19: C¸t h¹t trung lÉn s¹n, sái mµu x¸m vµng, x¸m tr¾ng - D. HÖ tÇng Hµ Néi (ap, amQ1 2-3hn) Líp 20: SÐt pha mµu n©u x¸m, tr¹ng th¸i dÎo mÒm, cã chç lÉn h÷u c¬ - B1. Líp 21: C¸t pha mµu x¸m ghi, tr¹ng th¸i dÎo, cã chç lÉn s¹n, sái - B2. Líp 22: Cuéi sái lÉn c¸t mµu x¸m, x¸m vµng - E. HÖ tÇng LÖ Chi (aQ1 1lc) Líp 23: C¸t pha mµu x¸m ghi, n©u, tr¹ng th¸i dÎo, cã chç lÉn s¹n, sái - C. Líp 24: Cuéi sái lÉn c¸t, sÐt mµu x¸m n©u, x¸m vµng - E. HÖ §Ö Tø kh«ng ph©n chia (Q) Líp 25: SÐt pha mµu n©u, n©u ®á loang læ, tr¹ng th¸i dÎo cøng - nöa cøng - C. Líp 26: SÐt, bét, c¸t kÕt phong hãa m¹nh - E. Tính chất cơ lý c a các l p đất nhƣ sau: Bảng 1. Tính chất cơ lý của đất đá trong khu vực nghiên cứu Lớp Độ ẩm tự nhiên (%) Khối lƣ ng riêng (g/cm 3) Hệ số rỗng (-) Độ ẩm giới hạn chảy (%) Độ ẩm giới hạn dẻo (%) Độ sệt (-) Góc ma sát trong (đ ) Lực dính (kg/c m 2) SPT (búa) 2 52,5 2,62 1,38 50,5 34,8 1,13 5 o44’ 0,08 2 3 29 2,7 0,929 35 20 0,6 9 o03’ 0,21 5 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 30 Lớp Độ ẩm tự nhiên (%) Khối lƣ ng riêng (g/cm 3) Hệ số rỗng (-) Độ ẩm giới hạn chảy (%) Độ ẩm giới hạn dẻo (%) Độ sệt (-) Góc ma sát trong (đ ) Lực dính (kg/c m 2) SPT (búa) 4 2,66 6 5 31,5 2,71 0,915 44,5 25,9 0,3 10 o38’ 0,309 9,5 6 28,9 2,7 0,847 37,6 23,6 0,38 12 o46’ 0,265 9 7 4,21 2,66 1,181 43,8 43,8 0,88 7 o34’ 0,121 3 8 31,6 2,67 0,931 33,8 24,1 0,77 13 o38’ 0,135 8 9 2,69 12 10 33,7 2,66 1,051 37,2 25,1 0,71 11 o10’ 0,162 8 11 2,68 4 12 35,6 2,7 1,029 45,2 26,7 0,48 10 o30’ 0,266 5 13 54,7 2,59 1,483 49,6 33,5 1,32 5 o30’ 0,087 4 14 30,2 2,72 0,877 44,5 25,9 0,23 12 o32’ 0,323 12 15 26,9 2,71 0,801 37 22,9 0,29 14 o11’ 0,29 12 16 34,6 2,68 1,037 36,7 24,5 0,83 11 o16’ 0,124 7 17 25,8 2,68 0,823 28,6 20,1 0,67 15 o27’ 0,157 14 18 2,69 29 19 2,72 27 20 29,5 2,68 0,954 33,8 22,8 0,61 9 o13’ 0,155 9 21 2,71 22 22 >50 23 30 24 >50 25 12 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ TÀI LIỆU 2.1. Cơ sở phƣơng pháp Tải trọng đ ng là tải trọng mà khi tác d ng vào ề mặt đất g y ra những hi n tƣợng rung đ ng ề mặt đất nền. Đất nền là m t tập hợp các phần tử có kích thƣ c, hình dạng khác nhau, đƣợc hình thành ởi các cấu tử có mức đ liên kết khác nhau. Khi các phần tử đất dao đ ng có thể g y ra sự iến đổi hình dạng, kích thƣ c và trạng thái c a các phần tử, điều này có thể dẫn đến sự thay đổi tính chất cơ lý c a đất nền. Vậy nên khi chịu tác d ng c a tải trọng đ ng sẽ xảy ra các phản ứng sau: - Đất nền khi bị biến dạng bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dƣ, trong đó iến dạng dƣ có tác d ng hấp thu năng lƣợng tại chỗ và làm tri t tiêu dao đ ng. Còn biến dạng đàn hổi giải phóng năng lƣợng ra xung quanh thông qua va chạm làm cho đất nền bị rung đ ng và biến đổi tính chất cơ lý. - Dao đ ng đất nền và thay đổi tính chất cơ lý là hai cách thức phá h y công trình khác nhau c a tải trọng đ ng. - Ở cùng m t mức năng lƣợng, nếu trạng thái tĩnh có chiều s u vùng ảnh hƣởng l n hơn tải trọng đ ng, thì ngƣợc lại tải trọng đ ng có vùng ảnh hƣởng l n hơn tải trọng tĩnh. Đặ đ ểm độ đ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 31 - Dao động của hệ vô số bậc tự do của đất n n Quá trình chuyển đ ng tự do c a mỗi phần tử đƣợc xem là tổng hợp c a các dao đ ng điều h a cùng tần s và cùng pha cho mọi phần tử trong h , c n iên đ thay đổi liên t c từ phần tử này đến phần tử khác sao cho tính liên t c không ị phá h y. Các dao đ ng thành phần đó là dao đ ng chu n hay dao đ ng có tần s riêng. Nhƣ vậy, dao đ ng c a vật thể đàn hồi ất k là tổng hợp các dao d ng chu n. Khi coi đất nền đồng nhất, iến dạng đ é thì dao đ ng c a đất nền là dao đ ng h vô hạn ậc tự do, mỗi m t ậc tự do xem nhƣ m t dao đ ng chu n. - S ng đàn hồi Dao đ ng c a m t phần tử trong đất nền là sự chuyển đ ng có tính thuận nghịch c a phần tử đó xung quanh vị trí c n ằng. Nhờ sự chuyển đ ng c a các phần tử đã tạo ra sự va chạm v i các phần tử l n cận mà các dao đ ng đƣợc lan ra từ phần tử này đến phần tử khác. Quá trình dao đ ng đó gọi là sóng và sóng đó gọi là sóng đàn hồi. Yếu t không gian và tình chất đàn hồi c a môi trƣờng sẽ quyết định đến sự lan truyền dao đ ng c a sóng. Tính chất này đƣợc đặc trƣng ởi t c đ truyền sóng. C ỉ ê ơ ả đặ độ đ Tốc độ tru n s ng Tổ hợp nhiều lần c a tải trọng lên nền đất thực chất là sự tác đ ng c a tải trọng đ ng iến thiên theo chu k lên nền đất. Vi c tác đ ng theo chu k này làm cho các phần tử đất dao đ ng the chu k và lan truyền trong đất. Nhƣ ở trên đã nói, quá trình dao đ ng này chính là sóng đàn hổi và đặc trƣng c a nó là t c đ truyền sóng Vs. Mô đun đàn hồi E Khi đất nền chịu tác d ng c a tải trọng đ ng, thì ngoài vi c các phần tử đất dao đ ng theo tần s c a tải trọng nó c n ị iến dạng. Cho nên thông s đặc trƣng cho iến dạng này là mô đun đàn hồi E và mô đun iến dạng trƣợt đ ng G. Mô đun đàn hồi là quan h giữa ứng suất tác d ng vào đất nền v i iến dạng c a đất nền đƣợc thể hi n ởi công thức dƣ i đ y. Đặc trƣng c a mô đun iến dạng là khả năng ch ng lại iến dạng thẳng đứng nếu tải trọng thẳng đứng là không đổi. E= Trong đó: là ứng suất tác d ng là iến dạng Mô đun cắt trượt G Nhƣ ở trên đã viết, mô đun cắt trƣợt G cũng là m t trong những thông s đặc trƣng cho iến dạng c a đất, nó là m i quan h giữa ứng suất cắt và góc trƣợt. Mô đun cắt trƣợt G v i đặc trƣng là khả năng ch ng lại iến dạng g y trƣợt c a vật li u và đƣợc thể hi n ởi công thức: G= Trong đó: là ứng suất cắt (hay ứng suất tiếp) và là góc trƣợt 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu xác định các thông số đặc trƣng biến dạng động. C ơ í đú ố ế độ đ Biến dạng c a đất nền theo m t góc đ có thể chia ra làm 2 loại iến dạng thể tích và iến dạng hình dạng. Biến dạng thể tích luôn luôn song hành v i ứng suất nén khi lan truyền tạo ra sóng nén, hay sóng dọc theo phƣơng nén chính. Dao đ ng ề mặt nền, dịch chuyển c a các l p đất khi có lan truyền chấn đ ng là kiểu iến dạng hình dạng, iến dạng trƣợt có thông s đặc trƣng là mođun iến dạng trƣợt G. Mođun iến dạng trƣợt G có thể xác định qua mođun nén E và h s viến dạng ngang ν. Mođun iến dạng trƣợt G đƣợc tính toán gần đúng là m t trong các giải pháp xác định các thông s đ ng học. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 32 - H. Senapathy và J.R Davie đã đƣa ra công thức chuyển đổi giữa mođun trƣợt G0,0001% và mođun trƣợt G0,375% dựa và chỉ s dẻo xác định ằng thí nghi m lăn và Cazagrande theo công thức [8]. = Trong đó: PI là chỉ s dẻo xác định ằng thí nghi m lăn và thí nghi m Cazagrande G0.375% là mô đun trƣợt ứng v i iến dạng trƣợt 0,375 và đƣợc xác định theo m i quan h đã đƣợc Davie và Lewis đƣa ra G0.375% =200Su V i Su là cƣờng đ kháng cắt c a đất theo sơ đồ cắt nhanh không thoát nƣ c. - Hardin đã xuất phát từ các mô hình đàn hổi và tính dẻo c a môi trƣờng đã thiết lập quan h mođun trƣợt Gmax, hay mođun trƣợt biến dạng nhỏ v i ứng suất hi u quả , h s c kết OCR và h s r ng e nhƣ sau: Richart đƣa ra công thức xác định môđun trƣợt Gmax Đ i v i cát sạch Đ i v i cát thô Trong đó OCR = , k là đại lƣợng ph thu c vào chỉ s dẻo. Khi đề cập đến các mođun tƣơng ứng v i iến dạng l n hơn 0,0001 khác giá trị mođun cực đại, m t s tác giả đã đƣa ra các kết luận khác nhau. Sun và nhiều ngƣời khác, Seed và nhiều ngƣời khác, ằng các thông tin về mođun trƣợt ứng v i iên đ iến dạng trƣợt, đã kết l n tỉ s G/Gmax iến đổi từ 1,7 - 11,3 ph thu c vào chỉ s dẻo. P ơ í ố độ y ó ắ [9]. Dựa vào các thông s tĩnh học c a đất nền. Khi đánh giá về ảnh hƣởng c a đ ng đất cho m t lãnh thổ, thông thƣờng sử d ng thông s đặc trừng là t c đ truyền sóng Vs, ởi mỗi loại đất đƣợc đặc trƣng ởi m t t c đ truyền sóng. Trên cơ sở đó, vi c tính toán và so sánh t c đ truyền sóng v i v n t c gi i hạn sẽ cho phép đánh giá mức đ r i ro c a đ ng đất t i lãnh thổ đó. P ơ ơ ự Cơ sở c a phƣơng pháp là các tài li u đo địa chấn chi tiết c a các trận đ ng đất, điều ki n địa chất công trình trƣ c và sau đ ng đất, cùng v i những nghiên cứu về quy mô tính chất phá h y nền đất do các đ ng đất g y ra. Điều ki n cần và đ để xảy ra hóa lỏng c a nền đất có cấu trúc nền 2 l p, trong đó l p có khả năng hóa lỏng nằm dƣ i l p không hóa lỏng, ở các cấp đ ng đất khác nhau. Dựa vào m i quan h c a chiều dày l p có khả năng hóa lỏng nằm dƣ i và l p không có khả năng hóa lỏng nằm trên tiến hành ph n chia cấu trúc nền theo xác suất xảy ra hóa lỏng cho các cấp đ ng đất khác nhau. Từ đó ph n chia các khu vực nghiên cứu theo mức đ nguy hiểm. C ơ í m Nguyên tắc cơ ản c a các phƣơng pháp thí nghi m xác định các đặc trung đ ng học là: tạo ra chấn đ ng cho mẫu đất theo các kịch ản khác nhau về iên đ , tần s và các điều ki n an đầu. Đồng thời thu nhận các thông tin iến dạng, ứng suất c a đất trong su t quá trình ứng xử v i chấn đ ng đó. Tùy thu c vào mức đ mô phỏng các kịch ản và cách thức thu nhận các thông tin, sẽ có các phƣơng pháp thí nghi m khác nhau. Thí nghiệm trong phòng Thí nghi m trong ph ng cho phép tạo ra nhiều kịch ản khác nhau. Đặc i t nó kiểm soát và cô lập đƣợc các điều ki n để thu đƣợc các thông tin cần thiết để thỏa mãn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 33 m c đích nghiên cứu, điển hình cho các thí nghi m này là: - Phƣơng pháp c t c ng hƣởng c a Hardin, Drenvich, Richart [9]. Nguyên lý chung c a phƣơng pháp này là dựa trên hi n tƣợng c ng hƣởng dao đ ng xoắn c a m t lăng tr . Tại thời điểm c ng hƣởng có tần s dao đ ng cƣỡng ức ằng tần s riêng c a c t đất. Do vậy, có đƣợc các thông về dao đ ng cƣỡng ức, kích thƣ c cùng kh i lƣợng thể tích sẽ tính toán đƣợc mođun trƣợt G c a đất chính là đ cứng ch ng xoắn c a c t đất. Trong đó: γ, h, F là kh i lƣợng thể tích, chiều cao và di n tích mặt cắt ngang c a c t đất. Ω là tần s dao đ ng cƣỡng ức. Ƣu điểm c a thí nghi m này là đã mô phỏng t t nhất dao đ ng xoắn c a đất nền khi dao đ ng. Trên cơ sở lý thuyết này. Nhìn chung, tồn tại c a các phƣơng pháp c t c ng hƣởng là nhận iết thời điểm c t c ng hƣởng có đ ph n giải thấp. Điều đó ảnh hƣởng đến đ chính xác c a kết quả. - Phƣơng pháp chất tải chu k . Nguyên lý chung c a các phƣơng pháp này là tác d ng vào mẫu đất các lực chu k hình sin, đo sự iến thiên iến dạng mẫu theo thời gian, hoặc cho mẫu iến dạng chi k hình sin, đo ứng suất tác d ng lên mẫu trong quá trình iến dạng. Ƣu điểm c a phƣơng pháp này là tạo ra đƣợc iến dạng tùy ý. Kết quả thi đƣợc thí nghi m là các thông sô đ ng E, G. Thí nghiệm hiện trƣờng. Ƣu điểm là tiến hành trên chính đ i tƣợng nghiên cứu, nhƣng thành phần, tính chất cũng nhƣ không gian tồn tại c a đ i tƣợng khó có thể sáng tỏ đầy đ , do đó các thôn tin thu đƣợc từ thí nghi m ị chi ph i nhiều yếu t mà không thể cô lập đƣợc. Phƣơng pháp điển hình là - Phƣơng pháp tr c ng hƣởng. Nguyên lý c a phƣơng pháp là dựa trên hi n tƣợng c ng hƣởng c a c t đất khi ị dao đ ng thẳng đứng, hay dao đ ng u n tùy thu c vào kịch ản tác d ng. Các thông tin thu thập đƣợc trong thí nghi m là tần s c a lực kích đ ng ở thời điểm c ng hƣởng cùng v i các kích thƣ c c t đất và kh i lƣợng riêng. Từ các thông tin này sẽ tính toán ra mođun E ứng v i kích đ ng thẳng đứng, mođun G v i kích đ ng ngang. 2.3. Quy trình tính toán, đánh giá và xây dựng bản đồ trƣờng biến đổi các đặc trƣng động học của đất nền Lự ọ ỉ ê tính toán Khi nền đất chịu ảnh hƣởng c a tải trọng đ ng, thì ngoài vi c các phần tử đất dao đ ng theo tần s c a tải trọng nó c n ị iến dạng. Cho nên t c đ truyền sóng Vs và mô đun trƣợt đ ng G là các đặc trƣng đ ng học mà có thể phản ánh đƣợc trạng thái c a đất và đánh giá đƣợc mức đ ổn định c a nền đất. Dựa trên cơ sở đó, tác giả lựa chọn hai đặc trƣng cơ ản là t c đ truyền sóng Vs và mô đun cắt trƣợt G để tính toán đánh giá. P ơ í Dựa vào các tính chất đặc trưng của đất n n C thể t c đ truyền sóng đƣợc tính theo công thức dƣ i đ y: Vs = 91 N 0.375 (v i N là giá trị xuyên tiêu chu n) Mô đun cắt đ ng G: G = Vs 2 (v i là kh i lƣợng thể tích tự nhiên) Cùng v i vi c sử d ng các phƣơng pháp tính toán, ta sử d ng thêm phần mềm Arcgis để x y dựng ản đồ trƣờng iến đổi các giá trị Vs và G. Phần mềm Arcgis cho phép ta tính toán các giá trị và khoanh vùng các trƣờng iến đổi Vs và G, dựa trên các kết quả thu đƣợc đánh giá các iến đổi c a 2 đặc trƣng đ ng học Vs và G mà có thể ph n vùng định lƣợng mức đ ổn định c a công trình. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 34 Hình 2. Sơ đồ minh họa quá trình phân vùng định lượng các giá trị động học đất n n í ỉ ê độ ọ đ - Tính giá trị Vstb và giá trị Gtb cho từng l p V i mỗi l p có nhiều giá trị N c a từng h khoan, ta tính Ntb cho từng l p theo công thức: Ntb = 1 Trong đó: N là chỉ s SPT c a 1 l p tính toán n là s lƣợng giá trị xuyên tiêu chu n c a l p tính toán Vstb = 91Ntb 0,375 2 Gtb = Vstb 3 : là kh i lƣợng thể tích tự nhiên - Tính các giá trị Vs, G đặc i t Tính giá trị Vs cho một hố khoan Xét m t h khoan có thành phần các l p đất khác nhau, mỗi l p có giá trị xuyên tiêu chu n N Ta tính Vs c a từng l p tại h khoan đó theo công thức: Vsi = 91 N 0,375 4 Tiếp đó tính Vs c a 1 h khoan theo công thức: Vs = 5 Trong đó: mi: là ề dày l p thứ i tại lỗ khoan đang tính m: là chiều s u c a lỗ khoan đang tính VSi: là t c đ truyền sóng c a l p thứ I tại h khoan đang tính. Tính tƣơng tự cho các h khoan. Tính giá trị G cho 1 hố khoan Xét 1 h khoan, mỗi l p đất trong h khoan đó có giá trị ( kh i lƣợng thế tích) khác nhau Gi = V si 2 6 Tính G cho 1 h khoan theo công thức: G = 7 Trong đó: m i : là bề dày l p thứ i tại lỗ khoan đang tính m : là chiều sâu c a lỗ khoan đang tính Gi: mô đun trƣợt đ ng c a l p thứ I tại h khoan đang tính Sau khi tính toán đƣợc các s li u, cần sử d ng phần mềm Arcgis v i các s li u đã tính toán, các bản đồ đã có để tiến hành n i suy, thành lập các bản đồ trƣờng biến đổi. Từ các bản đồ đó và các tiêu chu n đã iết, tiến hành đánh giá mức ổn định c a đất nền khu vực nghiên cứu. 2.4. Kết quả tính toán đánh giá và xây dựng bản đồ trƣờng biến đổi các đặc trƣng của động học đất nền Kế q ả í s à G ừ ố khoan Dựa trên cơ sở tính toán c a phƣơng pháp truyền sóng cắt và áp d ng các công thức ở phần 2.2.4 ta thu đƣợc ảng giá trị Vs và G cho từng h khoan. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 35 Bảng 2. Giá trị Vs và G tính cho từng hố khoan STT Ký hiệu lỗ khoan Vs (m/s) Gs (MPa) STT Ký hiệu lỗ khoan Vs (m/s) Gs (MPa) 1 BSS7 214,75 861,73 22 TT22 188,07 658,12 2 LKT19 255,12 1205,36 23 GL57 191,98 726,49 3 LK20 326,34 1788,72 24 LK2HN 322,94 1676,14 4 BSS6 284,32 1403,55 25 HM70 304,51 1697,70 5 SS14 226,82 1012,56 26 HM6 140,51 401,88 6 BSS5 248,68 1106,64 27 HM65 221,66 979,54 7 SS9 214,45 934,28 28 TL26 183,62 686,77 8 SS6 178,83 685,82 29 TX24 180,96 720,31 9 SS16 184,47 657,90 30 TX32 148,02 474,84 10 BSS4 291,13 1511,17 31 TX46 202,41 762,07 11 SS23 141,48 340,55 32 TX40 208,26 850,48 12 SS42 299,99 1748,71 33 ĐĐ87 242,52 1130,45 13 LK14HN 315,74 1653,39 34 ĐĐ16 212,56 870,02 14 BSS2 279,70 1477,73 35 ĐĐ79 211,94 879,48 15 LK15HN 269,22 1224,00 36 ĐĐ83 236,06 1092,53 16 BSS4 291,13 1511,17 37 ĐĐ2 135,94 354,39 17 SS22 238,29 1096,22 38 HBT32 178,33 695,27 18 TL13 206,67 804,29 39 HBT82 173,58 593,95 19 TLK11 226,75 960,48 40 HK76 152,23 605,22 20 TL29 281,04 1482,23 41 HK29 183,33 683,43 21 ĐA14 232,69 1028,30 42 HK95 162,67 649,50 Kết quả tính toán giá trị trung bình Vs và G cho từng l p Sử d ng các công thức ở phần 2.2.4 và cơ sở lý thuyết về đặc trƣng đ ng học ta thu đƣợc ảng giá trị trung ình c a Vs và G cho từng l p nhƣ sau: Bảng 3. Giá trị Vs và G cho từng lớp đất Lớp đất Vs (m/s) Gs (MPa) Lớp đất Vs (m/s) Gs (MPa) 1 - - 14 231,0651 989,6160 2 118,0124 228,0909 15 238,1059 1061,9641 3 166,4007 491,5017 16 188,7788 618,6083 4 178,1756 560,4087 17 244,8158 1093,2713 5 211,6839 817,3811 18 321,6923 1928,2843 6 207,4351 797,5587 19 352,4658 2193,0208 7 137,3921 320,2624 20 207,4351 746,9200 8 198,4724 703,0850 21 290,0347 1484,9385 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 36 Lớp đất Vs (m/s) Gs (MPa) Lớp đất Vs (m/s) Gs (MPa) 9 231,0651 968,6717 22 394,5982 2290,5392 10 198,4724 672,1802 23 325,8081 1457,4308 11 153,0431 379,0076 24 394,5982 2137,8366 12 166,4007 491,5017 25 231,0651 994,8520 13 153,0431 372,1165 26 394,5982 1985,1339 Xây dựng bản đồ trƣờng biến đổi các thông số đặc trƣng động học. Sau khi tính toán xong các giá trị cho các h khoan và cho các l p đất trong khu vực nghiên cứu, ta sử d ng phần mềm Arcgis để thành lập ản đồ trƣờng iến đổi các thông s Vs và Gs. Sau đó, sử d ng các s li u tính toán đƣợc và phầm mềm Arcgis ta n i suy đƣợc các ản đồ trƣờng iến đổi các giá trị Vs và G. Hình 5. Bản đồ trường biến đổi tốc độ tru n s ng cắt Vs Có thể thấy, khu vực phía trung t m gồm các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đ ng Đa, Cầu Giấy, Hai Bà Trƣng, Thanh Xu n là các khu vực có chỉ s t c đ truyền sóng thấp, khu vực phía Bắc trung t m là khu vực có vận t c truyền sóng cao. Khu vực ở trung t m có G khá là thấp, càng ra rìa trung t m giá trị mô đun cắt trƣợt G càng tăng. Khi x y dựng đƣợc 2 ản đồ trên, ta ắt đầu luận giải mô hình trƣờng iến đổi đó dựa vào ản đồ và các giá trị đặc i t mà ta tính đƣợc cho cách khoan trƣ c đó. Cu i cùng, ta dựa trên cơ sở ph n chia nền đất trong tiêu chu n Qu c gia về thiết kế công trình đ ng đất - TCVN 9386:2012 để ph n vùng định lƣợng mức đ nhạy cảm c a đất nền khu vực đô thị trung t m Hà N i, từ đó có thể đánh giá mức đ ổn định c a công trình. Hình 6. Bản đồ trường biến đổi giá trị mô đun cắt trượt G ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 37 Phân vùng đánh giá mức độ nhạy cảm của đất nền đô thị trung tâm Hà Nội với tải trọng động Sau khi thành lập đƣợc ản đồ, dựa vào tiêu chu n TCVN 9386:2012, ph n đất nền Hà N i ra làm các vùng sau: Bảng 4. Phân vùng mức độ ổn định của đất nền Hà Nội Cấp T c đ truyền sóng Vs (m/s) Mô đun trƣợt đ ng G (Mpa) Đặc i t nhạy cảm <100 <170 Rất nhạy cảm 100 – 180 170 – 480 Nhạy cảm 180 – 360 480 – 1.600 Không nhạy cảm 360 – 577 1.600 - 2.654 Sau khi ph n vùng, ta đạt đƣợc kết quả sau: Hình 7. Bản đồ phân vùng m c độ ổn định theo giá trị tốc độ tru n s ng Vs Hình 8. Bản đồ phân vùng m c độ ổn định theo mô đun trượt G Từ hai ản đồ ta có thể dễ dàng nhận ra, khi vực gần trung t m có giá trị Vs và G khá thấp và đ y là các khu vực đặc i t nhạy cảm và nhạy cảm v i tải trọng đ ng nên cần lƣu ý t i sự tác đ ng c a tải trọng đ ng nhiều. Càng ra phía ngoài, các giá trị vận t c truyền sóng và mô đun trƣợt càng tăng. KẾT LUẬN - Các chỉ tiêu đ ng học đất nền rất cần thiết để tính toán đ ổn định cũng nhƣ thiết kế kháng chấn cho các công trình trong khu vực đô thị trung tâm thành ph Hà N i dƣ i tác đ ng c a tải trọng đ ng, đặc bi t là cho các công trình cao tầng, các công trình quan trọng, công trình ngầm. - Qua các kết quả đã tính toán đƣợc và theo tiêu chu n Vi t Nam về thiết kế công trình chịu đ ng đất - TCVN 9386:2012, có thể ph n chia ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 38 nền đất khu đô thị trung t m thành ph Hà N i thành 4 vùng có mức đ nhạy cảm v i tải trọng đ ng khác nhau, làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về thiết kế kháng chấn công trình trong khu vực đô thị trung t m Hà N i.: . TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Mạnh Liểu, “Báo cáo tổng hợp đ tài: Nghiên c u định hướng quy hoạch khai thác và sử d ng không gian ngầm đô thị Hà Nội”. Vi n Khoa học công ngh xây dựng, s TC – ĐT/05-06-2. 2. Trần Mạnh Liểu và nnk, “Đánh giá, dự báo trạng thái địa kỹ thuật môi trường đô thị và kiến nghị các giải pháp phòng ng a tai biến ô nhiễm môi trường địa chất một số khu đô thị Hà Nội”. Vi n KHCN X y dựng, Hà N i, 2005. 3. Nguyễn Văn Phóng, Lê Trọng Thắng. “Nghi n c u đặc trưng biến dạng động của đất loại sét hệ tầng Thái Bình phân bố ở khu vực Hà Nội bằng thiết bị ba tr c động”. Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, s 44, 10-2013. 4. Nguyễn Văn Phóng, “Xác định một số ch ti u vật lý và động học của đất loại sét phân bố ở Đồng bằng Bắc Bộ bằng thí nghiệm u n tĩnh c đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu ”. Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, s 40 – 10/2012. 5. Nguyễn Huy Phƣơng, Trần Thƣơng Bình và nnk, “Nghi n c u cơ sở khoa học đánh giá và dự báo các quá trình địa chất động lực các n họa và sự cố ti m n tr n những vùng ung ếu trọng điểm của Hà Nội và định hướng phòng ng a, đối ph và ử lý chúng”, Đề tài khoa học công ngh Thành ph Hà N i, mã s Bs-DL/05-2004-2, 2005. 6. Nguyễn Huy Phƣơng, Trần Thƣơng Bình và nnk, “Nghi n c u hiện tượng cố kết động và biến đổi độ b n của đất n n Hà Nội dưới tác động của tải trọng động nhằm hoàn thiện hệ thống thông tin Địa kỹ thuật ph c v cho phát triển b n vững và đ phòng tai biến”, Đề tài KHCN thành ph Hà N i mã s 01C-04/08- 2007, tr249-258. 7. Nguyễn Văn Phóng “Nghi n c u tính chất cơ học của trầm tích đệ t khu vực Hà Nội dưới tác động của tải trọng động”, luận án tiến sĩ trƣờng đại học Mỏ Địa chất, 2016. 8. Lê Trọng Thắng, Nguyễn Văn Phóng, “Bước đầu nghi n c u thông số động học của đất bằng thí nghiệm ba tr c động”. Tuyển tập áo cáo H i nghị khoa học kỷ ni m 50 năm ngày thành lập Vi n khoa học Công ngh X y dựng, Nhà xuất ản X y dựng, Hà N i, 2013. 9. Lê Trọng Thắng , “Nghi n c u tính chất cơ học động của một số loại đất n n khu vực Hà Nội.”, Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất, mã s B2012-02-07, 2014. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 39 Người phản biện: PGS.TS TRẦN THƢƠNG BÌNH