Luận án tiến sĩ Địa kỹ thuật ở Đại học Kanazawa – Nhật Bản

32

Phòng nghiên cứu Địa kỹ thuật thuộc Khoa Thiết kế Môi trường của Viện Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Đại học Kanazawa là điểm đến đã được nhiều học viên quốc tế lựa chọn. Các mảng nghiên cứu chính của phòng gồm nền móng, thảm họa thiên nhiên, ứng dụng tin học trong phân tích địa kỹ thuật.
Nghiên cứu sinh Hoàng Thị Lụa đã bảo vệ luận án tốt nghiệp vào ngày 29/7/2020 với đề tài: “Nghiên cứu ứng xử theo thời gian của móng bè cọc chống đỡ bằng cọc ép, chịu tải trọng thẳng đứng trên nền sét bão hòa, sử dụng mô hình vật lý kích thước nhỏ và mô phỏng bằng phương pháp số”.
Đối với mô hình vật lý: Một loạt các thí nghiệm mô hình móng bè cọc với cách bố trí cọc khác nhau về khoảng cách hoặc về số lượng cọc được thực hiện. Bên cạnh đó, các thí nghiệm trên nhóm cọc và móng bè không bố trí cọc cũng được thực hiện để so sánh. Mô hình nền là một loại sét được cố kết từ một hỗn hợp sét ở trạng thái chảy. Sự nhất quán giữa các mô hình nền được kiểm chứng bằng loạt các thí nghiệm nén dọc trục nở hông tự do, xuyên côn CPT và T-bar. Thí nghiệm 3 trục CU cũng được thực hiện để đánh giá tính chất của nền. Trong suốt quá trình theo dõi ứng xử theo thời gian, tải trọng tác dụng, biến dạng của nền, độ lún của móng, lực phân bố dọc trục cọc, áp lực nước lỗ rỗng, và áp lực đất phía dưới đáy đài được đo đạc.
Phân tích theo phương pháp số được thực hiện dựa theo quy trình thí nghiệm, sử dụng chương trình phần tử hữu hạn không gian 3 chiều PLAXIS 3D. Để lựa chọn một mô hình đất phù hợp cho phân tích ứng xử của nền cũng như xem xét sự phù hợp của các thông số đất, sự mô phỏng và phân tích của thí nghiệm nén ba trục CU được thực hiện trước khi mô phỏng mô hình móng bè cọc. Mô hình đất soft soil creep với các thông số đầu vào từ kết quả thí nghiệm trong phòng đã được sử dụng để mô phỏng tính chất nền. Ảnh hưởng của quá trình hạ cọc tới ứng suất của nền được mô phỏng bằng cách cưỡng bức biến dạng nở cho các phần tử hữu hạn đại diện cho thể tích cọc.

Hình 1. Kết quả phân phối tải trọng giữa cọc – cọc (a) và cọc – đài (b) trong một thí nghiệm

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế và mối tương quan về độ lún và sự phân phối tải giữa cọc và đài dưới các cấp tải trọng khác nhau trong các giai đoạn tăng tải, cố kết sơ cấp và thứ cấp. Khi tải trọng tác dụng trên móng nhỏ hơn sức chịu tải của nhóm cọc tương đương, cọc đóng vai trò chính trong việc chống đỡ tải, khi tải trọng tác dụng lớn hơn sức chịu tải nhóm cọc, đài cọc phát huy vai trò. Hiện tượng suy giảm sức kháng cọc có thể xảy ra trong giai đoạn tăng tải do sự phát triển của áp lực nước lỗ rỗng. Trong giai đoạn cố kết sơ cấp, sức chịu tải của cọc tăng lên đáng kể do sự chuyển hóa áp lực nước lỗ rỗng sang ứng suất hiệu quả. Vị trí của cọc ảnh hưởng đến sự phân bố tải trọng giữa các cọc và sự thay đổi sức kháng dọc trục cọc theo thời gian. Tải trọng phân phối giữa đài cọc và cọc cũng thay đổi theo độ lớn của tải tác dụng, theo thời gian, và theo sự bố trí của cọc. Hình 1 thể hiện kết quả phân phối tải cho một thí nghiệm. So sánh kết quả phương pháp số và thí nghiệm mô hình, các xu hướng phát triển độ lún và xu hướng phân phối tải trọng giữa các cọc và đài cọc, phân phối tải giữa các cọc được mô phỏng tương đối tốt, tuy nhiên, về giá trị độ lớn còn những sự chênh lệch. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh sự quan trọng của việc xem xét sự tương tác giữa cọc, đài cọc, nền và áp lực nước lỗ rỗng. Kết quả được rút ra từ thí nghiệm mô hình kích thước nhỏ, vì vậy nên được kiểm tra với thí nghiệm hiện trường kích thước lớn hoặc kích thước thật (full scale) để đưa ra những kết luận chính xác về các hiện tượng, cơ chế khi ứng dụng móng bè cọc trên nền sét.

Hình 2. Lễ bảo vệ luận án tốt nghiệp trong mùa dịch Covid: online – offline kết hợp

Luận án được bảo vệ trong giai đoạn thành phố Kanazawa đang giãn cách xã hội hội để hạn chế lây lan dịch bệnh Covid. Vì vậy lễ bảo vệ được tổ chức dưới hình thức kết hợp tập trung ít người và trực tuyến qua zoom (Hình 2). Nhờ có hình thức trực tuyến mà luận án đã được nhận phản biện, góp ý từ các nhà khoa học không chỉ đến từ Nhật Bản mà còn từ Đài Loan, Việt Nam, Ấn Độ, Thái Lan…
Nghiên cứu được thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo sư Matsumoto Tatsunori. Giáo sư Matsumoto là một nhà khoa học hoạt đông rất sôi nổi và uy tín trong lĩnh vực móng bè cọc nói riêng và móng sâu nói chung. Trong cuộc đời nghiên cứu, giáo sư đã có hàng trăm công bố quốc tế, tham gia cố vấn nhiều dự án khoa học, sản xuất, hướng dẫn thành công nhiều nghiên cứu sinh đến từ Nhật Bản, Thái Lan, Kazakhstan, Thổ Nhĩ Kỳ v.v. GS. Matsumoto Tatsunori đã hướng dẫn 3 nghiên cứu sinh Việt Nam bảo vệ thành công luận án tiến sĩ.

Hoàng Thị Lụa

Trường Đại học Thủy lợi.

E-mail: hoangthilua@tlu.edu.vn