Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đặc trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê

40 0,200 0,275 18 530 0,215 0,235 0,250 0,305 0,215 0,240 0,270 0,325 0,215 0,230 0,260 0,345 23 630 0,285 0,270 0,285 0,335 0,285 0,275 0,290 0,350 0,285 0,270 0,300 0,375 26 730 0,305 0,290 0,300 0,355 0,305 0,280 0,300 0,360 0,305 0,290 0,310 0,390 29 830 0,320 0,295 0,310 0,365 0,320 0,285 0,300 0,365 0,320 0,295 0,310 0,405 32 930 0,285 0,270 0,280 0,325 0,285 0,270 0,260 0,335 0,285 0,255 0,265 0,365 33 1.030 0,085 0,085 0,095 0,100 0,085 0,065 0,080 0,105 0,085 0,085 0,095 0,110 36 1.080 0,470 0,480 0,410 0,440 0,470 0,500 0,440 0,460 0,470 0,500 0,440 0,470 35 1.180 0,495 0,575 0,575 0,455 0,495 0,600 0,590 0,430 0,495 0,605 0,585 0,385 HL 1.210 0,967 1,217 1,150 0,850 0,967 1,233 1,167 0,800 0,967 1,267 1,217 0,700 78 0,0 110 220 330 440 550 660 770 880 990 1100 1210 9 10 15 14 13 18 23 26 29 32 33 36 35HLTL C õ T L C õ H L ChiÒu dµi ®­êng dßng gi¶ thiÕt, mm 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 09 10 13 14 15 18 23 26 29 33 35 36 TL HL C õ T L C õ H L 32 KB1.0: Lp/Lth = 0; Lp/hct = 0; Lp/hch = 0 KB1.1: Lp/Lth = 0,06; Lp/hct = 0,5; Lp/hch = 0,833 KB1.2: Lp/Lth = 0,12; Lp/hct = 1,0; Lp/hch = 1,666 KB1.3: Lp/Lth = 0,24; Lp/hct = 2,0; Lp/hch = 3,332 Hình 3.11 Diễn biến gradient thấm trung bình (Jtb) trên đường dòng giả thiết (Mẫu M1 – Cu = 2,54; ΔH = 400mm) 0,0 110 220 330 440 550 660 770 880 990 1100 1210 9 10 15 14 13 18 23 26 29 32 33 36 35HLTL ChiÒu dµi ®­êng dßng gi¶ thiÕt, mm 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 09 10 13 14 15 18 23 26 29 33 35 36 TL HL C õ T L C õ H L 32 KB2.0: Lp/Lth = 0; Lp/hct = 0; Lp/hch = 0 KB2.1: Lp/Lth = 0,06; Lp/hct = 0,5; Lp/hch = 0,833 KB2.2: Lp/Lth = 0,12; Lp/hct = 1,0; Lp/hch = 1,666 KB2.3: Lp/Lth = 0,24; Lp/hct = 2,0; Lp/hch = 3,332 C õ T L C õ H L Hình 3.12 Diễn biến gradient thấm trung bình (Jtb) trên đường dòng giả thiết (Mẫu M2 – Cu = 4,50; ΔH = 400mm) 79 0,0 110 220 330 440 550 660 770 880 990 1100 1210 9 10 15 14 13 18 23 26 29 32 33 36 35HLTL ChiÒu dµi ®­êng dßng gi¶ thiÕt, mm 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 09 10 13 14 15 18 23 26 29 33 35 36 TL HL C õ T L C õ H L 32 KB3.0: Lp/Lth = 0; Lp/hct = 0; Lp/hch = 0 KB3.1: Lp/Lth = 0,06; Lp/hct = 0,5; Lp/hch = 0,833 KB3.2: Lp/Lth = 0,12; Lp/hct = 1,0; Lp/hch = 1,666 KB3.3: Lp/Lth = 0,24; Lp/hct = 2,0; Lp/hch = 3,332 C õ T L C õ H L Hình 3.13 Diễn biến gradient thấm trung bình (Jtb) trên đường dòng giả thiết (Mẫu M1 – Cu = 16,15; ΔH = 400mm) Các kết quả ở Bảng 3.5, Hình 3.11, Hình 3.12, Hình 3.13 cho thấy sự thay đổi gradient thấm trung bình do ảnh hưởng của cọc BTCT. Trong các kịch bản có cọc, gradient thấm giảm tại vùng cửa vào và khu vực mũi cừ thượng lưu, tĕng tại đầu bản đáy cống. Cuối bản đáy, J giảm ở kịch bản KB1.1 (Lp = 62,5mm), KB1.2 (Lp = 125mm) và tĕng ở kịch bản KB1.3 (Lp = 250mm). Gradient thấm ở khu vực cửa ra có diễn biến ngược lại so với cuối bản đáy, giảm ở kịch bản KB1.3 và tĕng ở KB1.1, KB1.2. Trong khi đó, ở mũi cừ hạ lưu, J giảm khi Lp = (125, 250) mm và tĕng với Lp = 62,5mm. 3.4.2 Phân tích kết quả thí nghiệm 3.4.2.1 Cột nước thấm Phương trình (2-50) được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các đại lượng (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến cột nước thấm. Mức độ thay đổi cột nước thấm tại các vùng giữa trường hợp có cọc và không cọc được thể hiện qua chỉ số rht (%): ht 0(%) 1 c t c t h r h  = −   (3-4) trong đó: hct , 0h ct lần lượt là cột nước thấm trường hợp có cọc và không cọc. 80 Khi rht > 0, cột nước thấm của các kịch bản có cọc tĕng so với cột nước thấm của kịch bản không cọc và ngược lại, khi rht < 0, cột nước thấm giảm. Bảng 3.6 trình bày kết quả tính toán mức độ thay đổi cột nước thấm tại từng vùng theo từng kịch bản có cọc. Bảng 3.6. Mức độ thay đổi cột nước thấm ở vùng I, II, III Kịch bản p th L L p ct L h p ch L h Cu Giá trị rht (%) tại các vùng Cửa vào Đầu bản đáy Cuối bản đáy Cửa ra KB1.0 0,00 0,0 0,000 2,54 0,00 0,00 0,00 0,00 KB1.1 0,06 0,5 0,833 2,54 0,14 4,44 15,74 25,67 KB1.2 0,12 1,0 1,666 2,54 0,50 5,30 11,84 18,73 KB1.3 0,24 2,0 3,332 2,54 1,30 7,95 -5,56 -11,98 KB2.0 0,00 0,0 0,000 4,50 0,00 0,00 0,00 0,00 KB2.1 0,06 0,5 0,833 4,50 0,16 4,80 17,18 27,66 KB2.2 0,12 1,0 1,666 4,50 0,55 5,88 13,10 20,72 KB2.3 0,24 2,0 3,332 4,50 1,43 9,00 -8,43 -16,98 KB3.0 0,00 0,0 0,000 16,15 0,00 0,00 0,00 0,00 KB3.1 0,06 0,5 0,833 16,15 0,21 5,82 19,49 31,06 KB3.2 0,12 1,0 1,666 16,15 0,73 7,74 15,21 25,75 KB3.3 0,24 2,0 3,332 16,15 1,95 12,05 -15,02 -27,66 a) Vùng cửa vào (vùng I) Kết quả ở Bảng 3.6 cho thấy, các kịch bản Lp = 250mm (Lp/hct = 2,0; Lp/hch = 3,332; Lp/Lth = 0,24) có mức độ tĕng lớn nhất là 1,3% (Cu = 2,54); 1,43% (Cu = 4,50) và 1,95% (Cu = 16,15); trường hợp Lp = 62,5mm (Lp/hct = 0,5; Lp/hch = 0,833; Lp/Lth = 0,06) và Lp = 125mm (Lp/hct = 1,0; Lp/hch = 1,666; Lp/Lth = 0,12), cột nước thấm tĕng không nhiều (dưới 0,5%). Hình 3.14 thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên trong phương trình (2-50) với rht ở vùng cửa vào. - Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/Lth): Hình 3.14a cho thấy, khi Cu và Lp không đổi, Lth càng ngắn thì rht càng lớn; khi Cu và Lth không đổi, rht tĕng theo chiều dài cọc Lp. - Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hct): Trong cùng mẫu đất (Cu không đổi) và cùng chiều dài cọc Lp, chiều sâu cừ thượng lưu hct lớn thì mức độ gia tĕng cột nước thấm nhỏ; trường hợp Cu và hct không đổi, khi Lp càng dài thì rht càng tĕng (Hình 3.14b). - Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hch): Diễn biến ở Hình 3.14c chỉ ra rằng, khi (Cu, hch) được giữ nguyên, rht sẽ tĕng theo chiều dài cọc Lp tĕng và khi giữ nguyên (Cu, Lp), chiều sâu cừ hạ lưu càng ngắn thì mức độ gia tĕng cột nước thấm càng lớn. 81 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 r h t( % ) Lp/Lth Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 r h t( % ) Lp/hct Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 a) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/Lth) b) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hct) 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 r h t( % ) Lp/hch Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 0 4 8 12 16 20 r h t( % ) Cu Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 c) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng của hệ số không đều hạt Cu Hình 3.14 Ảnh hưởng của (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến rht trong vùng I - Ảnh hưởng của hệ số Cu (Hình 3.14d): Khi các thông số (Lp, Lth, hct, hch) không đổi, cột nước thấm tĕng khi Cu tĕng. Như vậy, cọc BTCT làm tĕng cột nước thấm ở cửa vào so với trường hợp không cọc; mức độ gia tĕng phụ thuộc vào các tỷ lệ (Lp/hct, Lp/hch, Lp/Lth) và hệ số Cu của đất. b) Vùng II - Vùng bản đáy cống: Đây là vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp của hệ cọc BTCT. Trong vùng này, cột nước thấm có sự thay đổi đáng kể giữa cống được gia cố cọc BTCT và cống không gia cố cọc. Để có thể thấy rõ được điều này, tiến hành phân tích sự thay đổi cột nước thấm tại vị trí ống đo áp số 13 ở đầu bản đáy - sau cừ thượng lưu và ống đo áp số 32 ở cuối bản đáy - trước cừ hạ lưu (Bảng 3.6). - Ở đầu bản đáy, cột nước thấm khi có cọc tĕng so với trường hợp không cọc (Hình 3.15). Mức độ tĕng lớn nhất là 12,05% trong trường hợp Cu = 16,15 và (Lp/hct = 2,0; Lp/hch = 3,332; Lp/Lth = 0,24); nhỏ nhất là 4,4% khi Cu = 2,54 và (Lp/hct = 0,5; Lp/hch = 0,833; Lp/Lth = 0,06). Hình 3.15 biểu diễn mối quan hệ giữa rht và các đại lượng không thứ nguyên trong phương trình (2-50) ở đầu bản đáy. Ảnh hưởng của các tỷ lệ Lp/Lth, Lp/hct, Lp/hch và Cu trong khu vực đầu bản đáy cống tương tự như vùng cửa vào: 82 + Tỷ lệ Lp/Lth (Hình 3.15a): Khi (Cu, Lth) không đổi, rht tĕng theo chiều dài cọc Lp và khi (Cu, Lp) không đổi, Lth càng ngắn thì rht càng lớn; 0,0 5,0 10,0 15,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 r h t( % ) Lp/Lth Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0,0 5,0 10,0 15,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 r h t( % ) Lp/hct Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 a) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/Lth) b) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hct) 0,0 5,0 10,0 15,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 r ht (% ) Lp/hch Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0 2 4 6 8 10 12 14 0 4 8 12 16 20 r h t( % ) Cu Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 c) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng của hệ số không đều hạt Cu Hình 3.15 Ảnh hưởng của (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến mức độ gia tĕng cột nước thấm trong vùng II – khu vực đầu bản đáy (ống đo áp số 13) + Tỷ lệ Lp/hct (Hình 3.15b): Khi (Cu, Lp) không đổi, rht tỷ lệ nghịch với hct; khi (Cu, hct) không đổi, độ sâu đóng cọc BTCT càng lớn càng làm tĕng cột nước thấm; + Tỷ lệ Lp/hch (Hình 3.15c): Trường hợp (Cu, hch) không đổi, mức độ tĕng cột nước thấm tỷ lệ thuận với độ sâu cọc; khi (Cu, Lp) không đổi, hch càng ngắn thì rht càng lớn. + Hệ số Cu (Hình 3.15d): Trong cùng một điều kiện (Lp, Lth, hct, hch), đất có hệ số không đều hạt càng lớn thì mức độ tĕng cột nước thấm càng lớn. Do ảnh hưởng của hệ cọc BTCT, cột nước thấm ở khu vực đầu bản đáy cống tĕng so với trường hợp không cọc, mức độ gia tĕng phụ thuộc vào các tỷ lệ (Lp/hct, Lp/hch, Lp/Lth) và hệ số không đều hạt Cu của đất. - Ở cuối bản đáy, cột nước thấm trong trường hợp có cọc BTCT tĕng, giảm rõ rệt so với trường hợp không có cọc BTCT. Mối quan hệ giữa rht và các đại lượng không thứ nguyên thể hiện trong Hình 3.16. Các kịch bản có Lp = 250mm (Lp/hct = 2,0; Lp/hch = 3,332; Lp/Lth = 0,24), cột nước thấm giảm so với trường hợp không cọc; mức độ giảm lớn nhất là 15,02% khi Cu = 16,15 và nhỏ nhất là 5,56% với Cu = 2,54; các trường hợp Lp = (62,5 và 125) mm, cột nước thấm lại có xu hướng gia tĕng. 83 0 ,0 7 6 0 ,1 8 3 0 ,1 9 4 0 ,2 0 3 -20 -10 0 10 20 30 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 r h t( % ) Lp/Lth Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0 ,6 3 1 ,5 2 1 ,6 2 1 ,6 9 -20 -10 0 10 20 30 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 r h t( % ) Lp/hct Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 a) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/Lth) b) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hct) 1 ,0 5 2 ,5 4 2 ,7 0 2 ,8 0 -20 -10 0 10 20 30 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 r h t( % ) Lp/hch Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0 4 8 12 16 20 r h t( % ) Cu Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 c) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng của hệ số không đều hạt Cu Hình 3.16 Ảnh hưởng của (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến mức độ thay đổi cột nước thấm trong vùng II – khu vực cuối bản đáy (ống đo áp số 32) Ranh giới của sự tĕng - giảm rht là các giá trị [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh. Đây là các tỷ lệ giới hạn để rht thay đổi từ quá trình tĕng cột nước thấm sang giảm cột nước thấm do ảnh hưởng của cọc. Giới hạn này phụ thuộc vào hệ số Cu của đất (Hình 3.16): + Với Cu = 2,54 (mẫu M1): [Lp/Lth]gh = 0,203; [Lp/hct]gh = 1,69; [Lp/hch]gh = 2,80; + Với Cu = 4,50 (mẫu M2): [Lp/Lth]gh = 0,194; [Lp/hct]gh = 1,62; [Lp/hch]gh = 2,70; + Với Cu = 16,15 (mẫu M3): [Lp/Lth]gh = 0,183; [Lp/hct]gh = 1,52; [Lp/hch]gh = 2,54. Tương quan giữa Cu và [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh được xây dựng như Hình 3.17. (Lp/hch)gh = 0,1301ln(Cu) + 2,4537 R² = 0,8829 (Lp/hct)gh = 0,0857ln(Cu) + 1,461 R² = 0,902 (Lp/Lth)gh = 0,0102ln(Cu) + 0,1756 R² = 0,9265 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 L p /L th, L p /h ct, L p /h ch Cu (Lp/hch)gh = f(Cu) (Lp/hct)gh = f(Cu) (Lp/Lth)gh = f(Cu) Hình 3.17. Tương quan giữa [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh và Cu tại cuối bản đáy 84 Ảnh hưởng của các đại lượng không thứ nguyên đến rht ở khu vực cuối bản đáy: + Tỷ lệ Lp/Lth: rht [Lp/Lth]gh và rht > 0 khi (Lp/Lth) < [Lp/Lth]gh. Với (Cu, Lp) không đổi: Khi (Lp/Lth) > [Lp/Lth]gh, Lth càng ngắn thì rht càng giảm. Trường hợp (Lp/Lth) < [Lp/Lth]gh, mức độ tĕng lớn nhất tại (Lp/Lth) = 0,076; khi (Lp/Lth) < 0,076, Lth càng ngắn thì rht càng tĕng; khi 0,076 < (Lp/Lth) < [Lp/Lth]gh, rht giảm dần về 0 theo chiều dài cọc (Hình 3.16a). Với (Cu, Lth) không đổi: Khi (Lp/Lth) ≤ 0,076, Lp càng dài thì rht càng tĕng và đạt giá trị lớn nhất tại (Lp/Lth) = 0,076; 0,076 < (Lp/Lth) < [Lp/Lth]gh, mức độ tĕng cột nước thấm tỷ lệ nghịch với chiều dài cọc. Trường hợp (Lp/Lth) > [Lp/Lth]gh, cột nước thấm giảm so với kịch bản không cọc, mức độ giảm cột nước thấm tỷ lệ thuận với Lp (Hình 3.16a). + Tỷ lệ Lp/hct (Hình 3.16b): rht >0 khi (Lp/hct) [Lp/hct]gh. Trường hợp (Cu, hct) không thay đổi: Khi (Lp/hct) < [Lp/hct]gh và (Lp/hct) ≤ 0,63; rht tỷ lệ thuận với Lp và đạt giá trị lớn nhất tại (Lp/hct) = 0,63. Trường hợp 0,63 < (Lp/hct) < [Lp/hct]gh, mức độ tĕng rht giảm dần về 0 khi Lp càng dài. Khi (Lp/hct) > [Lp/hct]gh, rht giảm theo chiều dài cọc tĕng. Trường hợp (Cu, Lp) không đổi: Với (Lp/hct) > [Lp/hct]gh, mức độ giảm cột nước thấm càng nhỏ khi độ sâu đóng cừ thượng lưu càng lớn. Khi (Lp/hct) 0,63; rht > 0 và giảm dần về 0 theo độ sâu hct càng nhỏ. Khi (Lp/hct) ≤ 0,63; hct giảm thì rht tĕng và đạt giá trị lớn nhất tại (Lp/hct) = 0,63. + Tỷ lệ Lp/hch (Hình 3.16c): rht >0 khi Lp/hch [Lp/hch]gh. Giữ nguyên Cu và hch, thay đổi Lp: Khi (Lp/hch) ≤ 1,05, rht > 0, Lp tĕng thì rht tĕng và đạt giá trị lớn nhất khi (Lp/hch) = 1,05; với 1,05 0 và giảm về 0 khi Lp tĕng; rht = 0 tại (Lp/hch) = [Lp/hch]gh; khi (Lp/hch) > [Lp/hch]gh, rht < 0, Lp càng dài thì rht giảm càng lớn. Giữ nguyên Cu và Lp, thay đổi hch: Khi (Lp/hch) ≤ 1,05, rht > 0, hch càng ngắn thì rht càng tĕng và đạt giá trị lớn nhất khi (Lp/hch) = 1,05; khi 1,05 < (Lp/hch) ≤ [Lp/hch]gh, rht > 0 và giảm về 0 khi hch giảm; khi (Lp/hch) > [Lp/hch]gh, rht < 0 và tỷ lệ nghịch với hch. + Hệ số Cu (Hình 3.16d): Trong trường hợp (Lp/Lth) < [Lp/Lth]gh, (Lp/hct) < [Lp/hct]gh, (Lp/hch) < [Lp/hch]gh, khi (Lp, Lth, hct, hch) không đổi, rht tĕng khi Cu tĕng và ngược lại 85 với trường hợp (Lp/Lth), (Lp/hct), (Lp/hch) lớn hơn các giá trị giới hạn, đất càng không đều hạt thì rht càng giảm. Như vậy, cọc BTCT làm thay đổi rõ rệt cột nước thấm ở khu vực cuối bản đáy. Khi các tỷ số (Lp/Lth), (Lp/hct), (Lp/hch) nhỏ hơn giá trị giới hạn, rht > 0, cột nước thấm trong trường hợp có cọc tĕng so với trường hợp không cọc; khi các tỷ số này lớn hơn giá trị giới hạn, rht < 0, cột nước thấm giảm so với nền không có cọc BTCT. c) Vùng III – Vùng cửa ra Kết quả ở Bảng 3.6 cho thấy, diễn biến cột nước thấm ở vùng này khá tương đồng với diễn biến cột nước ở vị trí lỗ đo áp số 32 trong vùng II. So với các kịch bản không cọc, mức độ tĕng, giảm cột nước thấm lớn nhất thuộc về mẫu đất có Cu = 16,15 (tĕng 31,06% ở kịch bản KB3.1; giảm 27,66% ở kịch bản KB3.3) và ngược lại, mẫu đất Cu = 2,54 có mức độ tĕng, giảm nhỏ nhất (tĕng 25,7% đối với trường hợp Lp = 62,5mm và giảm xấp xỉ 12% khi Lp = 250mm). Hình 3.18 dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên và mức độ thay đổi cột nước thấm. 0 ,0 7 6 0 ,1 8 0 0 ,1 8 8 0 ,1 9 4 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 r h t( % ) Lp/Lth Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0 ,6 3 1 ,5 1 1 ,5 7 1 ,6 3 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 r h t( % ) Lp/hct Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 a) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/Lth) b) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hct) 1 ,0 5 2 ,5 1 2 ,6 2 2 ,7 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 r h t( % ) Lp/hch Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 4 8 12 16 20 r h t( % ) Cu Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 c) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng của hệ số không đều hạt Cu Hình 3.18 Ảnh hưởng của (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến mức độ thay đổi cột nước thấm trong vùng III – Vùng cửa ra (ống đo áp số 35) 86 Từ Hình 3.18 có thể nhận thấy: Trong các trường hợp (Cu = 2,54; Lp/hct < 1,63; Lp/hch < 2,70; Lp/Lth < 0,194), (Cu = 4,50; Lp/hct < 1,57; Lp/hch < 2,62; Lp/Lth < 0,188) và (Cu = 16,15; Lp/hct < 1,51; Lp/hch < 2,51; Lp/Lth < 0,180), cột nước thấm ở cửa ra tĕng so với trường hợp không có cọc BTCT (rht > 0) và cột nước thấm giảm (rht < 0) trong các trường hợp ngược lại. Điểm phân chia của quá trình tĕng – giảm cột nước thấm do ảnh hưởng của cọc BTCT là các giá trị giới hạn [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh. Các giá trị này phụ thuộc vào mức độ không đều hạt của đất: + Cu = 2,54 (M1): [Lp/Lth]gh = 0,194; [Lp/hct]gh = 1,63; [Lp/hch]gh = 2,70; + Cu = 4,50 (M2): [Lp/Lth]gh = 0,188; [Lp/hct]gh = 1,57; [Lp/hch]gh = 2,62; + Cu = 16,15 (M3): [Lp/Lth]gh = 0,180; [Lp/hct]gh = 1,51; [Lp/hch]gh = 2,51. Tương quan giữa Cu và [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh được thể hiện ở Hình 3.19. (Lp/hch)gh = 0,096ln(Cu) + 2,443 R² = 0,9082 (Lp/hct)gh = 0,0619ln(Cu) + 1,4624 R² = 0,9537 (Lp/Lth)gh = 0,0102ln(Cu) + 0,1756 R² = 0,9265 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 L p /L th, L p /h ct, L p /h ch Cu (Lp/hch)gh = f(Cu) (Lp/hct)gh = f(Cu) (Lp/Lth)gh = f(Cu) Hình 3.19 Tương quan giữa [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh và Cu tại cửa ra Ảnh hưởng của (Lp/Lth), (Lp/hct), (Lp/hch) và Cu đến rht ở vùng cửa ra: + Tỷ lệ Lp/Lth (Hình 3.16a): Với (Cu, Lth) không đổi: Khi (Lp/Lth) ≤ 0,076, rht > 0, Lp càng dài thì rht càng tĕng và đạt giá trị lớn nhất tại (Lp/Lth) = 0,076; khi 0,076 0, rht tĕng tỷ lệ nghịch với Lp; khi (Lp/Lth) > [Lp/Lth]gh, rht < 0, Lp càng dài thì rht càng giảm. Với (Cu, Lp) không đổi: Khi (Lp/Lth) > [Lp/Lth]gh, rht < 0, Lth càng ngắn thì rht càng giảm; 0,076 0 và giảm dần về 0 khi Lth giảm; (Lp/Lth) < 0,076, rht > 0, rht tỷ lệ nghịch với Lth. + Tỷ lệ Lp/hct (Hình 3.16b): Ảnh hưởng của Lp: Khi (Cu, hct) không đổi, (Lp/hct) ≤ 0,63, rht > 0, rht tĕng tỷ lệ thuận với Lp; 0,63 0 và giảm dần về 0 theo chiều dài cọc tĕng; 87 (Lp/hct) > [Lp/hct]gh, rht < 0, Lp càng dài thì rht càng giảm. Ảnh hưởng hct: Khi (Cu, Lp) không đổi, (Lp/hct) ≤ 0,63, rht > 0, hct càng ngắn thì rht càng tĕng; 0,63 0 và giảm dần về 0 theo độ sâu đóng cừ giảm; (Lp/hct) > [Lp/hct]gh, rht < 0, rht giảm tỷ lệ nghịch vơi hct. + Tỷ lệ Lp/hch (Hình 3.16c): Trường hợp Cu, hch không đổi: (Lp/hch) ≤ 1,05, rht > 0, Lp tĕng thì rht tĕng và đạt lớn nhất khi (Lp/hch) = 1,05; 1,05 0 và giảm về 0 khi Lp tĕng; rht = 0 tại (Lp/hch) = [Lp/hch]gh; (Lp/hch) > [Lp/hch]gh, rht < 0, Lp càng dài thì rht càng giảm. Trường hợp Cu, Lp không đổi: (Lp/hch) ≤ 1,05, rht > 0, hch càng ngắn thì rht càng tĕng và đạt giá trị lớn nhất khi (Lp/hch) = 1,05; 1,05 0 và giảm về 0 khi hch giảm; (Lp/hch) > [Lp/hch]gh, rht < 0 và tỷ lệ nghịch với hch. + Hệ số Cu (Hình 3.16d): Khi (Lp/Lth), (Lp/hct), (Lp/hch) nhỏ hơn các giá trị giới hạn và (Lp, Lth, hct, hch) không đổi, Cu tĕng thì rht tĕng và ngược lại, khi các tỷ lệ này lớn hơn các giá trị giới hạn, đất càng không đều hạt thì rht càng giảm. Cọc BTCT làm thay đổi lớn cột nước thấm ở vùng cửa ra, mức độ thay đổi phụ thuộc vào các thông số (Lp, hct, hch, Cu). Khi các tỷ số (Lp/Lth), (Lp/hct), (Lp/hch) lón hơn giá trị giới hạn, rht < 0, cọc BTCT làm giảm cột nước thấm so với trường hợp không cọc; trong trường hợp ngược lại, cột nước thấm giảm (rht < 0). 3.4.2.2 Gradient thấm Kết quả thí nghiệm cho thấy, hệ cọc BTCT làm thay đổi gradient thấm ở khu vực dòng thấm thoát ra trong các trường hợp (Lp/hct, Lp/hch, Lp/Lth) cũng như đất có hệ số không đều hạt (Cu) khác nhau. Để thấy rõ sự thay đổi này, tiến hành phân tích gradient thấm giữa hai vị trí đo áp là 35 và HL với khoảng cách 30mm trên đường dòng giả thiết. Phương trình (2-50) được vận dụng để đánh giá ảnh hưởng của các đại lượng (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến gradient thấm. Mức độ thay đổi gradient thấm tại cửa ra giữa trường hợp có cọc và không cọc được thể hiện qua chỉ số rJ (%): J 0(%) 1 c r c r J r J  = −   (3-5) trong đó: crJ , 0crJ là gradient thấm taii cửa ra trường hợp có cọc và không cọc. 88 Khi rJ > 0, gradient thấm của các kịch bản có cọc tĕng so với gradient thấm của kịch bản không cọc và ngược lại, khi rJ < 0, gradient thấm giảm (Bảng 3.7). Bảng 3.7. Kết quả tính toán mức độ thay đổi gradient thấm ở cửa ra Kịch bản p th L L p ct L h p ch L h Cu rJ (%) Kịch bản p th L L p ct L h p ch L h Cu rJ (%) KB1.0 0,00 0,0 0,000 2,54 0,00 KB2.2 0,24 1,0 1,666 4,50 20,72 KB1.1 0,06 0,5 0,833 2,54 25,67 KB2.3 0,06 2,0 3,332 4,50 -16,98 KB1.2 0,12 1,0 1,666 2,54 18,73 KB3.0 0,12 0,0 0,000 16,15 0,00 KB1.3 0,24 2,0 3,332 2,54 -11,98 KB3.1 0,24 0,5 0,833 16,15 31,06 KB2.0 0,06 0,0 0,000 4,50 0,00 KB3.2 0,00 1,0 1,666 16,15 25,75 KB2.1 0,12 0,5 0,833 4,50 27,66 KB3.3 0,06 2,0 3,332 16,15 -27,66 Gradient thấm ở cửa ra (Jr) có sự thay đổi lớn do ảnh hưởng của cọc BTCT. Bảng 3.7 cho thấy, ở các kịch bản (KB1.3, KB2.3, KB3.3), Jr giảm so với kịch bản không cọc; ở các kịch bản còn lại, Jr lại có xu hướng tĕng so với kịch bản không có cọc. Mẫu đất M3 (Cu = 16,15) có sự biến đổi gradient lớn nhất; tĕng 31,06% (KB3.1) và giảm 27,66% (KB3.3); mẫu đất M1 có biên độ biến thiên gradient nhỏ nhất; kịch bản KB1.1 tĕng 25,67% và giảm 11,98% ở kịch bản KB1.3. Hình 3.20 thể hiện sự thay đổi rJ theo các tỷ lệ (Lp/hct, Lp/hch, Lp/Lth) tương ứng với các loại đất có hệ số Cu khác nhau. 0 ,0 7 6 0 ,1 8 0 0 ,1 8 8 0 ,1 9 4 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 r J (% ) Lp/Lth Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0 ,6 3 1 ,5 1 1 ,5 7 1 ,6 3 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 r J (% ) Lp/hct Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 a) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/Lth) b) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hct) 1 ,0 5 2 ,5 1 2 ,6 2 2 ,7 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 r J (% ) Lp/hch Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 4 8 12 16 20 r J (% ) Cu Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 c) Ảnh hưởng của tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng của hệ số không đều hạt Cu Hình 3.20 Ảnh hưởng của cọc đến gradient thấm tại khu vực cửa ra (đoạn 35 – HL) 89 Diễn biến ở Hình 3.20 cho thấy, so với trường hợp không có cọc BTCT, gradient thấm tĕng (rJ > 0) khi (Cu = 2,54; Lp/hct < 1,63; Lp/hch < 2,70; Lp/Lth < 0,194), (Cu = 4,50; Lp/hct < 1,57; Lp/hch < 2,62; Lp/Lth < 0,188) và (Cu = 16,15; Lp/hct < 1,51; Lp/hch < 2,51; Lp/Lth < 0,180) và giảm (rJ < 0) trong các trường hợp ngược lại. Quá trình tĕng – giảm gradient thấm được phân chia bởi các giá trị giới hạn [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh. Từ Hình 3.20, có thể nhận thấy sự trùng khớp giữa các giá trị giới hạn tĕng – giảm gradient thấm và các giá trị giới hạn tĕng – giảm cột nước thấm ở cửa ra. Điều này phản ánh sự liên quan chặt chẽ giữa cột nước thấm và gradient thấm trong khu vực này. Tương quan giữa Cu và [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hct]gh được thể hiện ở Hình 3.19. Ảnh hưởng của các thông số (Lth, Lp, hct, hch, Cu) đến sự thay đổi của gradient thấm: - Ảnh hưởng của Lp: Với Cu, Lth, hct, hch không đổi, khi (Lp/Lth < 0,076; Lp/hct < 0,63; Lp/hch 0 và tĕng tỷ lệ thuận với Lp; rJ đạt giá trị lớn nhất khi (Lp/Lth = 0,076; Lp/hct = 0,63; Lp/hch = 1,05); khi (0,076 < Lp/Lth < [Lp/Lth]gh; 0,63 < Lp/hct < [Lp/hct]gh; 1,05 0, rJ tĕng tỷ lệ nghịch với Lp; khi (Lp/Lth), Lp/hct, Lp/hch lớn hơn giá trị giới hạn, rJ < 0, Lp càng dài thì rJ càng giảm (Hình 3.20). - Ảnh hưởng của Lth (Hình 3.20a): Với Cu, Lp không đổi, khi Lp/Lth ≤ 0,076, rJ > 0, rJ tỷ lệ nghịch với Lth và đạt giá trị lớn nhất tại Lp/Lth = 0,076; khi 0,076 < Lp/Lth < [Lp/Lth]gh, rJ > 0 và giảm dần về 0 khi Lth giảm; khi (Lp/Lth) > [Lp/Lth]gh, rht < 0, Lth càng ngắn thì rJ càng giảm. - Ảnh hưởng của hct (Hình 3.20b): Với Cu, Lp không đổi, khi Lp/hct 0, hct giảm thì rJ tĕng; Lp/hct = 0,63, rJ đạt giá trị lớn nhất; 0,63 0, hct càng ngắn thì rJ sẽ tiến dần về 0; Lp/hct > [Lp/hct]gh, rJ < 0, hct càng lớn thì rJ càng nhỏ. - Ảnh hưởng của hch (Hình 3.20c): Với Cu, Lp không đổi, Lp/hch 0 và tỷ lệ nghịch với hch; rJ đạt giá trị lớn nhất khi Lp/hct = 1,05; 1,05 0, rJ tiến dần về 0 khi hch càng ngắn; Lp/hch > [Lp/hch]