TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Hiện nay, việc gia cố nền đất yếu có nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên, cách xử lý phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của công trình, tính chất của nền đất, cũng như các yếu tố kinh tế và kỹ thuật Do đó, đây vẫn là một thách thức lớn trong lĩnh vực xây dựng.
Nền đường giao thông qua vùng đất yếu hiện nay thường được đắp bằng cát hoặc đất với chiều cao từ 2.0 đến 10m, đặc biệt ở đầu các cầu vượt và công trình vượt sông thường cao từ 8 – 10m Việc sử dụng lượng đất đắp lớn dẫn đến mất mát đáng kể đất canh tác nông nghiệp Đất yếu được định nghĩa là loại đất có cường độ chống cắt thấp và khả năng biến dạng lớn, có thể xuất phát từ khoáng vật như sét trầm tích trong nước hoặc hữu cơ như đất than bùn Các nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn đã chỉ ra rằng công trình nền đắp trên đất yếu thường gặp hai loại sự cố chính: lún sụp và trượt trồi do cường độ chống cắt không đủ, và lún kéo dài do quá trình cố kết diễn ra.
Đất yếu kéo dài có thể gây ra các sự cố nghiêm trọng như lún sụp và trượt trồi, dẫn đến việc phá hỏng cấu trúc nền đắp, buộc phải đào bỏ và làm lại Trong khi đó, lún kéo dài chỉ ảnh hưởng đến cao độ nền mà vẫn duy trì cấu trúc cơ bản, yêu cầu bù phụ trong quá trình khai thác và đưa đường vào sử dụng Theo GS TS Dương Học Hải trong tạp chí Cầu đường Việt Nam số 6/2007, các sự cố lún sụp, trượt trồi và lún kéo dài trên nền đất yếu diễn ra thường xuyên và có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.
Bảng 1.1 Các sự cố lún sụp trượt trồi ( T/c Cầu đường Việt Nam, số 6/2007 )
Vị trí và thời điểm xảy ra sự cố Điều kiện địa chất
Giải pháp thiết kế và thi công
Nguyên nhân và biện pháp khắc phục
I Km0+620 phía Nam cầu vượt đường sắt trên tuyến mới qua cầu
Long Thời điểm xảy ra sự cố: 8 –
-Lớp 1: bùn hữu cơ dày 4,2 ÷7.4cm; C0,12kg/cm 2
- Lớp 2: sét xám vàng nửa cứng đến cứng có C= 0.25kg/ cm 2 vàφ = 15”
- Nền đắp cao 7,5m đến 9m, rộng 12,5 taluy 1:1 (taluy được tăng cường bằng lưới địa kỹ thuật mỗi bên 5,5m với khoảng cách các lớp lưới theo chiều cao là 1,5m)
- Xử lý bấc thấm sâu 14.5m, khoảng cách bấc theo chiều ngang 1.2m và theo chiều dọc 1.04m
- Thay đất bằng 1m cát đệm rồi rải vải địa kỹ thuật loại sợi dệt; trên vải lại rải cát thoát nước dày 0,5m
-Đắp đến chiều cao 6,8m (chưa đến cao độ thiết kế) thì xảy ra lún sụt
- 8h sáng (phát hiện các khe nứt dọc và ngang 3 - 4mm)
- Khe nứt phát hiện trên một đoạn dài 140m, đến 11h thì lún sụt 1,8 – 2,0m, bề rộng khe nứt vỡ tới 1,6 – 1,8m sâu suốt thân nền
- Số liệu đo lún tháng 1/1999 đã đạt tới 104mm/ngày
- Trong 10 ngày đầu tháng 3 tốc độ đắp tăng nhanh hẳn hơn các tháng trước (180cm/10 ngày);
Nguyên nhân: đắp tăng quá nhanh vượt tốc độ cố kết cần thiết
+ Đào bỏ nền lún sụp
- Tốc độ đắp nền đất trên đệmcát:
Tháng 2/1999 đắp thêm 89cm 10 ngày đầu tháng 3/99 đắp thêm 180cm
- Hai bên ruộng lúa bị đẩy trồi lên cao từ 0,6 – 0,8m trong phạm vi mỗi bên 20cm kể từ chân taluy ra
+Đổi taluy đắp từ 1:1 sang 1:2
+ Dùng bệ phản áp mỗi bên rộng 20m với chiều cao 2.5 – 3.0m và đắp phản áp đồng thời với nền đắp
24m) sảy ra sự cố thng
-Lớp2: 2,7 – 3,0m: sét xám đen có hữu cơ, dẻo mềm
-Lớp3: 6- 9,6m: sét xám đen, dẻo chảy, C=0,03Kg/cm 2
-Lớp 4: 3,5 – 5,5 m sét nâu lẫn sỏi sạn, nửa cứng
- Nền đắp mở rộng nhiều về phía trái , cao 5,4m bề rộng nền 12,5m , taluy 1:1,5
- Lún sụt, trượt trồi về phía trái, trên 1 đoạn dài 50m từ tim đường vùng trượt rộng 26m
- Đất ruộng bị đẩy trồi lên hàng mét
-Tại tim và trên mặt nền xuất hiện nứt dọc rất lớn và sâu
-Không khảo sát địa chất (xem là nền đường cũ đắp mở rộng)
- Đắp không theo dõi lún, không tính tóan chiều cao đắp giới hạn
- Dùng bệ phản áp để khắc phục
-Lớp1:dày 0,3m bùn ruộng (đã vét thay cát)
-Lớp2:dày 0,8m sét xám vàng, nâu, dẻo mềm
-Lớp3: dày 8,7m bùn sét lẫn hữu cơ có C=0,15Kg/cm 2
-Lớp 4: st ở trạng thái cứng
- Nền rộng 12m đắp cao 1,62m trực tiếp trên đất yếu (có lớp cát đệm 0,7m)
- Để tăng nhanh lún, thiết kế gia tải trước thêm 2,50m Do vậy tổng chiều cao đắp (kể cả đệm cát) là: 1,62+2,5= 4,12m
- Thi công: bóc đất hữu cơ, đắp cát đệm dày 0,7m Từ 21/11đến 23/12/1998 đắp đất 0,9m (đạt độ cao thiết kế)
-24/12/1998 đắp phần gia tải trước thêm 2,5m trong
17/3/1999 thì sự cố xảy ra
- Nứt dọc tại tim đường rộng hàng mét, sâu dưới than nền đắp trên đoạn dài 125m
- Cả nền đường lún xuống 1- 2,8m
- Hai bên ruộng lún bị đẩy trồi lên cao 1.0 – 1.5m trong phạm vi 8 - 10m kể từ chân taluy trở ra
-Không tính tóan trước chiều cao đắp giới hạn
- Quá trình đắp không theo dõi tốc độ lún hàng ngày
- Áp dụng giải pháp gia tải trước không thích đáng
- Đào bỏ nền đường bị trượt trồi
- Đắp lại nhưng chỉ đắp đến chiều cao thiết kế là 1,62m
(Bắc Giang) xảy ra ngày
-Lớp1:dày 0,2m Sét nâu xám, cứng vừa
Lớp2: đất yếu, bùn sét yếu đến
- Nền rộng 15m, chiều cao thiết kế từ 3,77m đến 5.28m; dự kiến gia tải trước thêm 1,5m
- Xử lý đất yếu bằng bấc thấm cắm sâu 8m với
- Lún sụp và trượt trồi về cả 2 phía
- Nứt dọc ở tim với bề rộng vết nứt đến 1.0m, dài suốt đoạn 127m
-Không kiểm toán ổn định trước đối với trường hợp đắp cao hơn 4m (sau kiểm toán cho thấy
-Lớp3: sét rất cứng khoảng cách 1.6m; có tầng cát đệm đầy 0,7 – 1.0m
-Đất ruộng 2 bên bị đẩy lên cao hơn 1.0m
-Sự cố xẩy ra khi thực tế đắp cao được 4.9 – 5.2m (tức là chưa đủ chiều cao gia tải trước) chiều cao đắp giới hạn là 4m)
- Từ 1/7/1999 không theo dõi lún(khi đắp cao được 3.73 – 4.24)
- Trong 1 tuần tháng 6/1999 đã có tốc độ lún gần 10mm/ngày
- Đào bỏ đoạn bị phá hoại
- Cắm lại bấc thấm như thiết kế trước
-Khống chế tốc độ đắp và theo dõi chặt tốc độ lún trong quá trình đắp
Xỉ lò hiện đang trở thành một loại phế thải gây nhiều vấn đề nghiêm trọng, và hiện tại, tại Việt Nam cũng như trên thế giới, chưa có công trình nào ứng dụng xỉ lò để gia cố nền đường Theo Công văn số DH1/C2/A3/G/0976 ngày 27/05/2015 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, việc xử lý tro xỉ từ Nhà máy điện Duyên Hải vẫn đang được báo cáo và nghiên cứu.
Nhà máy điện Duyên Hải 1 có diện tích bãi xỉ 31ha với tổng thể tích thiết kế đạt 3.360.000 m³, thải ra 1.326.000 tấn xỉ mỗi năm Với diện tích này, bãi xỉ của nhà máy có khả năng chứa xỉ trong khoảng 2,53 năm hoạt động Tuy nhiên, lượng tro xỉ được tái sử dụng làm vật liệu xây dựng rất hạn chế.
Tính đến thời điểm hiện tại, bãi xỉ của nhà máy điện Duyên Hải 1 đã lấp đầy gần 50% thể tích thiết kế, và nếu không có biện pháp xử lý kịp thời, tình trạng quá tải sẽ gây ra nhiều hệ quả tiêu cực Việc ứng dụng xỉ lò vào gia cố nền đường không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn góp phần giải quyết nhiều vấn đề xã hội hiện nay.
Một trong những nguyên nhân chính gây ra sự cố trong công trình ngầm là do thiếu hiểu biết về ứng xử của đất dưới tác động của áp suất và nước trong quá trình thi công Các phương pháp thí nghiệm thông thường như thí nghiệm cắt đất trực tiếp hay thí nghiệm SPT thường không đủ để mô phỏng tình huống này Bảng 1.2 so sánh ưu điểm của thí nghiệm nén 3 trục với các phương pháp khác trong việc xác định sức kháng cắt của đất Do đó, việc áp dụng các thí nghiệm đất tiên tiến là cần thiết để hiểu rõ hơn về ứng xử phức tạp của đất, phục vụ cho thiết kế và thi công công trình ngầm.
Bảng 1.2 So sánh thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm cắt đất trực tiếp (Holtz et al
STT Tiêu chí Thí nghiệm nén 3 trục Thí nghiệm cắt đất trực tiếp
1 Khả năng xác định sức kháng cắt trong điều kiện cố kết và thoát nước khác nhau
Nhiều điều kiện hỗn hợp - (1) điều kiện không cố kết, không thoát nước, UU; (2) cố kết, không thoát nước, CU; (3) cố kết, thoát nước,
CD Điều kiện đơn: cố kết, thoát nước: CD
2 Khả năng thích hợp với các loại đất khác nhau
Hầu hết với tất cả các loại đất (cát và sét…)
Chỉ thích hợp với đất cát trong điều kiện cố kết, thoát nước
3 Khả năng giảm thiểu sự ảnh hưởng của mẫu bị xáo trộn do quá trình khoan khảosát
Quá trình nén cố kết giúp giảm thiểu sự xáo trộn mẫu đất, tuân theo chu trình thí nghiệm Stress History và Normalized Soil Engineering Properties - SHANSEP Phương pháp này có khả năng giữ mẫu đất ở trạng thái bão hòa hoặc không bão hòa tùy theo yêu cầu thí nghiệm Tuy nhiên, sự xáo trộn mẫu có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thí nghiệm, và phương pháp này không thể áp dụng cho đất bão hòa nếu không đảm bảo tính bão hòa của mẫu đất.
4 Khả năng xác định thay đổi thể tích mẫu
Xác định chính xác thay đổi thể tích không phân biệt loại đất Ít chính xác trong xác định thay đổi thể tích, chỉ thích hợp với đất cát
5 Khả năng xác định trạng thái ứng suất của đất
Xác định trạng thái ứng suất của đất trong tất cả các giai đoạn thí nghiệm
Chỉ xác định trạng thái ứng suất trong giai đoạn phá hoại mẫu thí nghiệm
6 Khả năng xác định ứng suất nén chính của mẫu thí nghiệm
Xác định trực tiếp ứng suất nén chính, mặt phá hoại hình thành tự nhiên tuân theo vòng tròn Mohr- Coulomb
Xác định gián tiếp ứng suất nén chính, mặt phá hoại trùng với mặt phẳng cắt mẫu thí nghiệm
7 Ảnh hưởng hiệu ứng biên đến kết quả thí nghiệm
Hầu như không Tương đối lớn, tạo ra sự không chính xác trong xác định sức kháng cắt của đất
Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp nặng, đặc biệt là công nghiệp luyện kim và nhiệt điện Tuy nhiên, điều này cũng đồng nghĩa với việc lượng phế thải công nghiệp, đặc biệt là xỉ lò, ngày càng gia tăng, trở thành vấn đề cấp bách cần được giải quyết.
Sự phát triển kinh tế của đất nước đòi hỏi hạ tầng và giao thông vận tải phải được cải thiện, đặc biệt là tại Việt Nam, một quốc gia nông nghiệp Việc phát triển hạ tầng giao thông nông thôn là yêu cầu cấp thiết, giúp xóa bỏ rào cản giữa thành thị và nông thôn, rút ngắn khoảng cách phân hóa giàu nghèo, đồng thời mang lại diện mạo mới cho nông thôn và tạo tiềm năng phát triển bền vững.
Theo Quyết định số 491/QĐ-TTg ngày 16/4/2009, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Bộ tiêu chí quốc gia về nông thôn mới, đặc biệt chú trọng đến giao thông nông thôn Đến năm 2020, tất cả các vùng phải đạt 100% tỷ lệ km đường trục xã, liên xã được nhựa hóa hoặc bê tông hóa theo tiêu chuẩn kỹ thuật của Bộ GTVT Đối với đường trục thôn, xóm, tỷ lệ cứng hóa tối thiểu là 50% ở vùng trung du và miền núi phía Bắc, cùng với đồng bằng sông Cửu Long, trong khi các vùng khác cần đạt từ 70% đến 100% Đường ngõ, xóm phải sạch và không lầy lội vào mùa mưa đạt 100% Mục tiêu đến năm 2015 có 35% số xã đạt chuẩn về đường xã và đến năm 2020 có 70% số xã đạt chuẩn về đường thôn, xóm, phục vụ cho công nghiệp hóa và hiện đại hóa Việt Nam.
Một trong những giải pháp hiệu quả để gia cố nền đường giao thông nông thôn trên nền đất yếu là sử dụng xỉ lò kết hợp với vải địa kỹ thuật theo phương pháp “sandwich” Giải pháp này không chỉ giúp tăng tốc độ cố kết của đất nền mà còn nâng cao sức chống cắt và giảm thiểu biến dạng của nền đất Nhờ đó, nó đáp ứng được nhu cầu gia cường nền đường giao thông nông thôn trong điều kiện đất yếu hiện nay.
Nghiên cứu này tập trung vào việc giải quyết vấn đề ứng xử của đất sét bùn yếu khi được gia cường bằng xỉ lò, nhằm khắc phục các sự cố lún sụt nền đường thường xuyên xảy ra Mặc dù đã có 19 phương pháp gia cố khác nhưng vẫn chưa đạt hiệu quả mong muốn, việc sử dụng xỉ lò không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao từ việc tái sử dụng chất thải công nghiệp mà còn đáp ứng nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng giao thông nông thôn hiện nay Để đạt được điều này, cần phải nghiên cứu một cách chính xác và hiệu quả về cách thức ứng xử của đất sét bùn yếu dưới điều kiện nén 3 trục.
Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
1.3.1 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
Phương pháp bơm bùn lòng sông để làm đất đắp cho các công trình đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều dự án lấn biển, như đã được nghiên cứu bởi Shang et al (1998), Wang et al (2014) và Liu và Liu (2008).
Bùn yếu có đặc điểm hàm lượng nước cao, độ rỗng lớn và khả năng biến dạng cao, dẫn đến việc nền móng thường bị lún và biến dạng lớn (Shen et al., 2006; Huerta and Rodriguez, 1992; Liu and Zhou, 2005) Nghiên cứu của Zhang et al (2015) chỉ ra rằng hệ số rỗng và hàm lượng đất sét ảnh hưởng đáng kể đến hệ số thấm của loại đất này, với hệ số rỗng giảm dần theo thời gian Đất bùn nạo vét cần thời gian ổn định vài năm và cần xử lý gia cố để tăng tốc quá trình cố kết Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng vải địa kỹ thuật là một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý và gia cố lớp bùn yếu dưới nền móng Palmeira et al (1998) đã phân tích trường hợp đê trên nền đất yếu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật, trong khi Jewel (1996) đã đề xuất phương pháp giải tích để tính toán hệ số an toàn của nền đập với và không có gia cố bằng vải địa kỹ thuật.
20 đối với hệ số an toàn đối với đê gia cố vải địa kỹ thuật tối thiểu, Fs 1.2 trong thiết kế thông thường
Nghiên cứu của Zhou et al (2008) đã chỉ ra rằng việc gia cố đệm cát bằng lưới địa kỹ thuật Geogrid và túi địa kỹ thuật Geocell có hiệu quả cao trong việc cải thiện khả năng chịu lực của lớp đất yếu Cấu trúc liên hợp này không chỉ tăng hệ số nền K0 lên 30 lần mà còn giảm độ lún đến 44% Hơn nữa, ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu cũng được giảm thiểu đáng kể so với tình trạng không được gia cố.
Nghiên cứu của Sitharam et al (2013) đã chỉ ra rằng việc sử dụng Geocell làm nền móng cho đập cao 3m trên bùn đỏ, sản phẩm thải từ quá trình tuyển quặng nhôm, mang lại hiệu quả cao hơn khi kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật Phương pháp giải tích được đề xuất nhằm xác định khả năng chịu tải của lớp bùn yếu được gia cường Tương tự, nghiên cứu của Yu et al (2005) cho thấy đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật có vai trò quan trọng trong việc ổn định đê chắn trên nền đất yếu, khi vải địa kỹ thuật không chỉ ngăn cản biến dạng ngang mà còn tăng cường tính ổn định cho đê Đặc biệt, trong trường hợp nền đất yếu, việc sử dụng vải địa kỹ thuật với mô đun đàn hồi và độ rộng lớn sẽ nâng cao hiệu quả ổn định nền đê.
Geocell và đệm cát có thể được kết hợp với cọc vật liệu rời như đá và sỏi để gia cố nền đất yếu, theo nghiên cứu của Dash et al (2013) Nghiên cứu chỉ ra rằng, với chiều dài và mật độ cọc phù hợp, khả năng chịu lực của đất yếu có thể tăng gấp 3 lần Việc sử dụng vải địa kỹ thuật và đệm cát có thể nâng cao khả năng chịu lực của đất nền lên 7 lần Đặc biệt, khi kết hợp cả đệm cát, vải địa kỹ thuật Geocell và cọc vật liệu rời, khả năng chịu lực của đất nền có thể đạt tới gấp 10 lần so với nền đất ban đầu chưa được gia cố.
Nghiên cứu của Hufenus et al (2006) đã chỉ ra rằng khả năng chịu tải và ứng xử của đất yếu gia cường bằng vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào việc sử dụng lớp mỏng cốt liệu thô kẹp giữa các lớp vải địa Khi có sự hình thành vệt lún trên nền đường, hiện tượng này sẽ tạo ra biến dạng dài và lực kéo trong vải địa kỹ thuật, từ đó tạo hiệu ứng gia cường cho đất nền.
Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường vải địa kỹ thuật chỉ ra rằng việc sử dụng đất sét có tính thấm kém trong công trình đắp yêu cầu áp dụng công nghệ xây dựng và hệ thống thoát nước thích hợp Nghiên cứu của Zornberg và Mitchell đã khẳng định vai trò quan trọng của vải địa kỹ thuật trong việc cải thiện sức chịu tải và ổn định cho các công trình đất đắp từ đất sét có tính thấm kém.
Các thí nghiệm nén 3 trục được áp dụng phổ biến để xác định hành vi của đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật trong các điều kiện thoát nước khác nhau.
Trong các nghiên cứu về vật liệu gia cường đất, Ingold v Miller (1982) cho thấy rằng vật liệu gia cường thấm nước có cường độ kháng cắt cao hơn so với vật liệu không thấm nước Fabian v Fourie (1986) đã chỉ ra rằng vật liệu gia cường thấm nước có thể tăng cường độ đất sét lên khoảng 40%, trong khi vật liệu không thấm nước lại làm giảm cường độ của đất sét Al-Omari et al (1989) đã thực hiện thí nghiệm nén 3 trục cho thấy sự phá hoại của mẫu đất sét gia cường là do trượt tương đối giữa đất sét và lớp vải địa kỹ thuật Các nghiên cứu tiếp theo của Noorzad v Mirmoradi (2010) và Mirzababaei et al (2013) tiếp tục làm rõ các đặc tính của vật liệu gia cường trong việc cải thiện tính kháng cắt của đất.
Nghiên cứu của Yang et al (2015) đã thực hiện thí nghiệm nén 3 trục không cố kết, không thoát nước trên đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật Kết quả cho thấy, việc sử dụng vải địa kỹ thuật thấm nước đã làm tăng đáng kể khả năng chống cắt tối đa và giảm thiểu sự suy giảm khả năng chống cắt khi có biến dạng lớn.
Nghiên cứu về lớp cát mỏng giữa vải địa chất gia cường đất sét cho thấy lớp cát này cải thiện tương tác bề mặt giữa đất sét và vải địa kỹ thuật, từ đó tăng cường độ cho đất sét Các thí nghiệm như cắt đất trực tiếp, kéo tuột vải địa kỹ thuật và nén 3 trục đã được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của lớp cát này Bên cạnh đó, lớp cát còn đóng vai trò quan trọng trong việc thoát nước, giúp giảm áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình tải trọng tác dụng lên mẫu đất.
Theo Arjomand (2011) và Abdi & Zandieh (2014), bề dày tối ưu của lớp cát dao động từ 8-15mm cho thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU) và thí nghiệm cắt đất trực tiếp, có thể lên đến 8cm cho thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật Ngoài ra, các nghiên cứu của Raisinghani & cũng nhấn mạnh vai trò quan trọng của lớp cát trong việc biên thoát nước.
Viswanadham (2010) v Lin & Yang (2014) đã cho thấy vải địa kỹ thuật còn đóng vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của đất sét vào biên thấm này
Nghiên cứu về công trình xây dựng trên nền đất yếu đã được thực hiện bởi Pierre Lareal và cộng sự vào năm 1989, tập trung vào tính toán ổn định và biến dạng của nền đường và công trình đắp Nghiên cứu này cũng đề xuất một số giải pháp xử lý hiệu quả, bao gồm phương pháp gia tải, tăng tốc độ cố kết thông qua đường thấm đứng và rãnh thấm, cùng với các phương pháp gia cố như cọc vôi và cọc xi măng đất.
Lê Bá Vinh và cộng sự (2003) đã nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định cho công trình đường cấp III trên nền đất yếu mỏng Nghiên cứu tập trung vào các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cách sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật và cừ tràm.
Bài viết này đề xuất 23 phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt cho nền tự nhiên, đồng thời xem xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật trong việc gia cố và tăng cường ổn định cho nền đất yếu dưới nền đường Những phương pháp này nhằm cải thiện độ an toàn và hiệu quả trong thiết kế công trình giao thông.
Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Mục tiêu của đề tài
Xác định tính kháng cắt của đất bùn yếu tại đồng bằng sông Cửu Long
Đề xuất biện pháp gia cường bùn yếu bằng xỉ lò tại đồng bằng sông Cửu Long
Thí nghiệm tối ưu bề dày lớp xỉ lò nhằm đánh giá hiệu quả gia cường bùn bằng xỉ lò, từ đó thúc đẩy quá trình cố kết và nâng cao khả năng chống cắt.
Đề xuất tăng cường độ và giảm thời gian cố kết bằng lớp xỉ lò được đưa ra, kèm theo kiến nghị thực hiện cho một số công trình cụ thể.
Thí nghiệm xác định tính chất vật lý và cơ học của một số mẫu đất bùn yếu, xỉ lò tại một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long
Thí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất bùn yếu, đất bùn yếu gia cường xỉ lò sử dụng máy nén 1 trục trong điều kiện không nở hông
Bài viết phân tích kết quả thí nghiệm nén 3 trục của Yang et al (2015), nhằm đánh giá ứng xử cố kết và ứng xử cắt của đất bùn yếu, đất bùn yếu gia cường bằng xỉ lò và vải địa kỹ thuật trong các điều kiện CU và UU Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về đặc tính cơ học của các loại đất này, góp phần vào việc cải thiện kỹ thuật thi công và thiết kế công trình.
1.4.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng máy nén 3 trục để Nghiên cứu ứng xử của đất sét bùn yếu gia cường lớp xỉ lò dưới điều kiện nén 3 trục a) Phương pháp thống kê:
Thu thập các loại mẫu đất yếu tại khu vực ĐBSCL
Thu thập các mẫu xỉ tại một số nhà máy nhiệt điện
Thống kê các loại vải địa kỹ thuật hiện có
Sau khi thu thập mẫu đất và xỉ lò tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, bài viết tổng hợp các đặc trưng cơ bản và chung nhất của xỉ lò và đất yếu trong khu vực này Phương pháp tính toán được áp dụng nhằm phân tích và đánh giá các thông số liên quan.
Thí nghiệm xác định tính chất vật lý và cơ học của đất bùn yếu, xỉ lò tại đồng bằng sông Cửu Long
Thí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất bùn yếu, đất bùn yếu gia cường xỉ lò sử dụng máy nén 1 trục trong điều kiện không nở hông
Phân tích sức kháng cắt, thời gian cố kết cũng như khả năng gia cường đất yếu bằng xỉ lò từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục
Đánh giá khả năng gia cường đất bùn bằng xỉ lò
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đất sét bùn yếu
2.1.1 Khái niệm về định tính Đất yếu là loại đất mà bản thân không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập
2.1.2 Khái niệm về đinh lượng Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 – 1,0 kG/cm 2 ), dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể
Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học
+ Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi :
+ Dựa vào các chỉ tiêu cơ học :
- Modun biến dạng : E0 50 kG/cm 2
- Hệ số nén : a 0,01 cm 2 /kG
- Lực dính (đối với đất dính): c 0,1 kG/cm 2
Xỉ lò
Xỉ lò là phế thải từ quá trình đốt than antraxit tại các nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là khu vực Hòn Gai, Cẩm Phả, kết hợp với dầu FO Công ty nhiệt điện Duyên Hải đã thực hiện việc lấy mẫu tro và xỉ để phân tích thành phần theo Quy chuẩn kỹ thuật QCVN 07:2009/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường, ban hành ngày 16 tháng 11 năm 2009.
Theo 29 quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại, tro và xỉ của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 không vượt quá giới hạn chất thải nguy hại Vì vậy, tro và xỉ này đủ tiêu chuẩn để sử dụng làm vật liệu san lấp mặt bằng, giúp giảm bớt lượng tro, xỉ trong bãi và đồng thời là một loại vật liệu hiệu quả để gia cường nền đất yếu.
Hình 2.1 Tro xỉ nhiệt điện Duyên Hải 1
Hình 2.2 Bãi xỉ nhiệt điện Duyên Hải 1
Bảng 2.1 Thành phần tro xỉ của than cám 6A
Thành phần tro (% trọng lượng)
Nhiệt độ biến dạng ban đầu của tro 1101,7 C
Nhiệt độ làm mềm tro 1168 C
Vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật, mặc dù mỏng và có cường độ kéo không cao, đóng vai trò quan trọng trong việc phân cách giữa lớp xỉ lò và lớp đất Nó cũng có khả năng lọc nước từ đất, cho phép nước thoát qua lớp xỉ lò, hoạt động tương tự như một bấc thấm.
Thí nghiệm nén cố kết
Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó (do giảm độ rỗng) dưới tác dụng của tải trọng ngoài
Quá trình nén lún của đất dưới tải trọng ngoài là quá trình nén chặt đất, trong đó các hạt rắn sắp xếp lại, làm giảm thể tích lỗ rỗng và tăng độ chặt của đất Tính nén lún của đất khác nhau tùy thuộc vào loại đất, trạng thái và hoàn cảnh cụ thể.
Trong thí nghiệm nén cố kết, chúng ta nghiên cứu tính chất nén lún của đất trong điều kiện không nở hông, tức là không có biến dạng ngang, và dưới tác động của tải trọng tĩnh không đổi.
Khi công trình xây dựng trên đất bão hòa, tải trọng sẽ truyền lên nước trong các lỗ rỗng của đất, dẫn đến nước thoát ra từ các lỗ rỗng do áp lực nước phân tán Quá trình này gây giảm thể tích phần rỗng của đất và lún công trình Đối với đất có hệ số thấm lớn như đất hạt thô, sự lún xảy ra nhanh chóng và thường hoàn tất trong quá trình thi công Ngược lại, với đất có hệ số thấm nhỏ như đất hạt mịn hoặc đất sét, quá trình lún diễn ra chậm và kéo dài trong thời gian dài.
Hiện tượng cố kết trong đất hạt mịn xảy ra khi nước thoát ra chậm từ các lỗ rỗng, dẫn đến nén chặt do tăng tải từ trọng lượng công trình Áp lực tiền cố kết của mẫu đất là áp lực mà đất nền đã từng chịu đựng trong quá khứ do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Thí nghiệm nén cố kết được thực hiện trong điều kiện đất không nở hông nhằm xác định độ giảm thể tích của đất dưới tác động của các tải trọng nén khác nhau Kết quả của thí nghiệm cung cấp thông tin quan trọng về khả năng chịu tải và ứng xử của đất trong điều kiện nén.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cách vẽ biểu đồ e – p và e – log, đồng thời xác định các hệ số quan trọng như hệ số nén lún a, hệ số nén thể tích mv, chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs, mô đun biến dạng E, hệ số cố kết Cv, và hệ số thấm k Cuối cùng, chúng ta sẽ tính toán độ lún của công trình để đảm bảo tính ổn định và an toàn.
Thí nghiệm nén ba trục
Thí nghiệm nén 3 trục là phương pháp quan trọng để nghiên cứu ứng xử của mẫu đất dưới các điều kiện trạng thái ứng suất khác nhau, bao gồm gia tải và dỡ tải theo nhiều phương Thí nghiệm này cũng giúp đánh giá ứng xử thực tế của đất nền, cả trong điều kiện thoát nước và không thoát nước Đây là một trong những thí nghiệm đa dạng nhất trong việc xác định sức chịu tải của đất nền, với khả năng kiểm soát các điều kiện ứng suất và thoát nước cho mọi loại đất Mô hình thí nghiệm được trình bày trong hình 2.3 theo đề xuất của Bishop et al (1956).
Kết quả thí nghiệm nén 3 trục cho thấy đường phá hoại giới hạn Morh-Coulomb, từ đó xác định khả năng chống cắt của đất, bao gồm góc ma sát trong () và lực dính (c) Mô hình phá hoại của mẫu đất trong điều kiện nén 3 trục được minh họa rõ ràng trong hình.
2.4a Mô hình phá hoại này phù hợp với phân tích ổn định nền móng công trình thể hiện trên hình 2.4b (giựa theo nghiên cứu của Versic, 1973), công trình ngầm thể hiện trên hình 2.4c, 2.4d (giựa theo nghiên cứu của Ou et al 1998, Ou et al 1999,
Theo nghiên cứu của Liu et al (1997), Bjerrum (1956) và các tác giả khác như Bishop (1955), Spencer (1967), Ladd et al (1974) và Naresh et al (2006), mái taluy, mái dốc, bờ sông và bờ kè được thể hiện trong hình 2.4e và 2.4f.
Trong thí nghiệm nén 3 trục, áp lực nước lỗ rỗng có thể được kiểm soát một cách chính xác, đồng thời biến đổi thể tích cũng có thể được đo đạc một cách hiệu quả.
Trong quá trình thí nghiệm, phương tác dụng của các thành phần ứng suất chính giữ nguyên, khác với phương tác dụng của các thành phần ứng suất chính trên mặt cắt định sẵn trong thí nghiệm cắt trực tiếp, vốn thay đổi liên tục Mắt phá hoại không được xác định trước, mà mẫu đất sẽ bị phá hoại theo mặt trượt yếu nhất hoặc phình ra trong trường hợp đất mềm dẻo.
Hình 2.3 Mô hình áp lực tác dụng lên mẫu đất trong thí nghiệm nén 3 trục
Hình 2.4 Mô hình và ứng dụng phân tích ổn định mặt trượt từ kết quả nén 3 trục
Mặt trượt phá hoại trong xây dựng có nhiều hình thức khác nhau, bao gồm: (a) mặt trượt phá hoại mẫu đất từ thí nghiệm nén 3 trục, (b) mặt trượt phá hoại móng công trình, (c) mặt trượt phá hoại tường tầng hầm, (d) mặt trượt phá hoại do đẩy trồi nền tầng hầm, (e) mặt trượt phá hoại mái taluy và mái dốc, cũng như (f) mặt trượt phá hoại đê, kè bờ sông Những hiện tượng này đều có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính ổn định và an toàn của công trình.
1 = Ứng suất nén chính lớn nhất
= ứng suất thẳng đứng dọc trục, a
3 = ứng suất nén chính nhỏ nhất q = độ lệch ứng suất chính
3 = c = áp lực buồng nén Áp lực nước, u
’ 1 = ’ 1 – u ứng suất hữu hiệu nén chính lớn nhất
’ 3 = ’ 3 – u Ứng suất hữu hiệu nén chính
Hình 2.5 Sơ đồ khối thiết bị thiết bị nén 3 trục (a) hệ thống đo thu dữ liệu, hệ thống điều khiển (b) Chi tiết buồng nén 3 trục
Trong thí nghiệm, mẫu đất có đường kính khoảng 36mm hoặc 50mm và chiều cao 76mm hoặc 100mm được sử dụng Mẫu đất được bọc bằng lớp màng cao su mỏng và đặt trong buồng nén chứa đầy chất lỏng, thường là nước hoặc glycerine Áp lực từ buồng nén tác động lên mẫu đất theo ba phương, gây ra phá hoại cắt cho mẫu, với áp lực thẳng đứng được truyền qua piston.
1 Máy bơm tạo áp lực buồng
2 Máy bơm tạo áp lực nước
3 Khung gia tải thẳng đứng
Hệ thống đo thu dữ liệu
5 Đo chuyển vị thẳng đứng
6 Đo độ thay đổi thể tích
Mũ truyền lực Buồng nén Mẫu đất Màng bảo vệ Đo áp lực buồng Van
Vòng bảo vệ cao su Đĩa lỗ rỗng thoát nước Đo áp lực Van nước , u
Trong quá trình thí nghiệm, 35 lực tạo ra độ lệch ứng suất chính (q) và biến dạng thẳng đứng của mẫu được xác định qua chuyển vị của Piston khi áp lực thẳng đứng được tác dụng Áp lực buồng, áp lực chất lỏng hoặc biến dạng thể tích của mẫu sẽ được xác định dựa trên ba loại điều kiện thí nghiệm chính.
Điều kiện thí nghiệm cố kết không thoát nước (CU kiến nghị bởi
Thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTMD4767 - 11 được thực hiện để xác định các thông số ứng suất tổng c, và ứng suất hiệu quả c’, ’, cũng như sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng Mẫu thí nghiệm được cố kết trong điều kiện ứng suất đẳng hướng không đổi và thoát nước hoàn toàn trong giai đoạn cố kết Sau đó, trong giai đoạn nén, tải trọng dọc trục được tăng lên mà không cho thoát nước, và sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng được đo trong quá trình này.
Điều kiện thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU kiến nghị bởi
Phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTMD2850 được sử dụng để xác định sức kháng cắt không thoát nước của mẫu đất dính dưới áp lực hông không đổi và tải trọng dọc trục, trong khi giữ độ ẩm của mẫu không thay đổi Thí nghiệm này nhằm xác định độ bền không thoát nước Cu và chỉ thích hợp cho đất sét bão hòa khi góc ma sát bằng 0.
Thí nghiệm nén 3 trục là phương pháp tin cậy nhất để xác định các thông số sức chống cắt và khả năng chịu tải của đất nền, đồng thời cũng giúp xác định thông số biến dạng của đất Nhiều tiêu chuẩn thiết kế công trình nền móng trên thế giới như TGS 2001, JSA 1988, và NAVFAC DM 7.2 1982 đều yêu cầu việc xác định ứng xử của đất bằng máy nén 3 trục, điều này là cần thiết để phục vụ cho công tác thiết kế và thi công các công trình nền móng, công trình ngầm và ổn định mái dốc.
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Thí nghiệm xác định các giới hạn
Thí nghiệm xác định các giới hạn của đất tiến hành theo các bước trong TCVN
4197 2012 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định giới hạn dẻo, giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm
Hình 3.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm giới hãn nhão LL
Hình 3.2 Thí nghiệm xác định giới hạn nhão LL
Hình 3.3 Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo PL
1 Xác định độ ẩm của đất theo số lần thí nghiệm
2 Xác định giới hạn nhão ứng với lần thí nghiệm i bằng công thức: w Ni = w i (N
3 Vẽ biểu đồ quan hệ N – w(%) – giới hạn nhão là giá trị độ ẩm ứng với số lần rơi N = 25
Bảng 3.1 Giá trị giới hạn nhão LL
Lần thí nghiệm 1 st 2 nd 3 rd 4 th
Khối lượng đất ẩm + cốc, M2(g) 13.93 15.04 13.88 14.81
Khối lượng đất khô + cốc, M3(g) 10.16 10.71 9.98 10.35 Độ ẩm, W (%) 73.2 74.7 78.5 83.2
Hình 3.4 Biểu đồ quan hệ giới hạn nhão LL Giá trị giới hạn nhão LL = 121,35 × 25 −0.131 = 79,60
1 Xác định độ ẩm của đất lần thí nghiệm
2 Giới hạn dẻo là giá trị độ ẩm trung bình của 3 lần thí nghiệm
Bảng 3.2 Số liệu thí nghiệm giới hạn dẻo PL
Lần thí nghiệm 1st 2nd 3rd
Khối lượng đất ẩm + cốc, M2(g) 10.05 11.49 12.42 Khối lượng đất khô + cốc , M3(g) 8.95 10 10.7 Độ ẩm, W (%) 28.3 29.6 29.9
Giá trị giới hạn dẻo PL = (28,3 + 29,6 + 29,9)/3 = 29,25
Chỉ số dẻo PI = LL − PL = 50,3 y = 121.35x -0.131
Thí nghiệm dung trọng và độ ẩm của đất
Trình tự thí nghiệm được tiến hành theo TCVN 4202 : 2012 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định khối lượng riêng thể tích trong phòng thí nghiệm và TCVN
4196 : 2012 – Đất xây dựng – Độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm
3.2.2.1 Thí nghiệm dung trọng tự nhiên của đất
1 Xác định thể tích dao vòng V (cm 3 )
2 Xác định khối lượng mẫu đất Mt (g)
3 Tính toán dung trọng tự nhiên của đất, w (kN/m 3 ) γ w = M V t g = 98,74 59,99 × 9,81 = 16,15 (kN/m 3 )
3.2.2.2 Thí nghiệm độ ẩm tự nhiên của đất
1 Xác định khối lượng đất 𝑀 𝑠
2 Xác định khối lượng nước 𝑀 𝑤
3 Xác định độ ẩm của đất % W
Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất
Trình tự thí nghiệm tiến hành theo TCVN 4198:2012 – Đất xây dựng – Các phương pháp xác định thành phần hạt trong phòng thí nghiệm
Hình 3.5 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất
1 Tính toán phần trăm hạt giữ lại = M sieve
2 Tính toán phần trăm hạt lọt qua = 100% - Phần trăm hạt giữ lại
Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt đất sét bùn yếu lòng sông huyện
Hình 3.6 Biểu đồ thành phần hạt đất
Bảng 3.4 Hệ số không đồng nhất Cu và hệ số cấp phối Cg
Logarit đường kính hạt (mm)
Thí nghiệm sức chống cắt của đất
Tiến hành thí nghiệm theo các bước của TCVN 4199 : 1995 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng
Tính ứng suất cắt 𝜏và ứng suất pháp tuyến 𝜎 τ = T
Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt và ứng suất pháp y = 0.1293x + 4.0869 R² = 0.9727
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Ứng suất cắtt, (kPa) Ứng suất pháp, (kPa)
Hình 3.8 Kết quả sức kháng cắt nhanh của đất bùn tự nhiên tại độ ẩm, = 46.06%
Bảng 3.5 Tổng hợp tính chất đất khu vực lòng sông huyện Vĩnh Thuận – Kiên Giang
STT THÍ NGHIỆM GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
4 Dung trọng tự nhiên của đất w 16.15 kN/m3
5 Độ ẩm tự nhiên của đất 46.06 %
6 Thành phần hạt của đất Phần trăm hạt mịn lọt sàn 200 96.99 %
7 Thành phần hạt của đất Phần trăm hạt thô trên sàn 200 3.01 %
8 Góc ma sát trong của đất tại k80, độ ẩm 24,3 % 7.38 độ
9 Lực dính C tại k80, độ ẩm 24,3 % 4.09 kPa
Chuyển vị ngang, (mm) Ứng suất pháp tuyến, , kPa
Hình 3.9 Biểu đồ dẻo: Phương trình đường A – line: PI = 0,73(LL – 20)
Bảng 3.6 Phân loại đất sét (Clay), Yêu cầu chung: Hàm lượng hạt mịn > 50%
Yêu cầu Mô tả Xếp loại đất
Giới hạn chảy, LL 50 Sét hữu cơ, dẻo cao, bột hữu cơ OH (Organic) Giới hạn chảy, LL >50 Than bùn, đất hàm lượng hữu cơ cao Pt (Peat)
Kết quả thí nghiệm và bảng phân loại đất sét cho thấy rằng đất lòng sông khu vực huyện Vĩnh Thuận, tỉnh Kiên Giang thuộc loại sét vô cơ dẻo cao, cụ thể là sét béo CH (Clay High).
Thí nghiệm độ chặt tiêu chuẩn của đất trong phòng thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm theo các bước trong TCVN 4201:2012 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm
Hình 3.10 Thí nghiệm độ chặt tiêu chuẩn của đất trong phòng thin ghiệm
1 Xác định độ ẩm của mỗi mẫu đất sau khi đầm
2 Xác định dung trọng ẩm của mẫu sau khi đầm
3 Xác định dung trọng khô của mẫu
4 Vẽ đường cong liên hệ giữa độ ẩm và dung trọng khô
5 Biểu diễn đường bão hòa trên cùng đồ thị
Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm đầm chặt đất Độ ẩm chế bị, % 10 15 20 25 30
Khối lượng cối + đất + đế (g) 5829 5929 6061 6115 6038
Dung trọng ẩm của đất 1.61 1.72 1.86 1.91 1.83 Độ ẩm kiểm tra lại (%) 12.3 17.1 24.3 29.0 34.3
Dung trọng khô 1.43 1.4651 1.49 1.48 1.36 Độ chênh độ ẩm (%) 2.3 2.1 4.3 4.0 4.3
Theo kết quả thí nghiệm, độ ẩm tối ưu (OMC) đạt 24,3%, trong khi dung trọng khô lớn nhất (γdmax) được xác định là 1,5 g/cm3.
Thí nghiệm nén cố kết
TCVN 4200:2012 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm
3.6.2 Thông số vải địa kỹ thuật
Bảng 3.8 Các thông số vải địa kỹ thuật
Khối lượng (g/m 2 ) 200 Độ dày t (mm) 1,78
Dung trọng khô, (g/cm3 ) Độ ẩm, w, (%)
47 Độ mở hiệu quả AOS (mm) 0,11
Khả năng chịu kéo Tult (kN/m) 9,28 và 7,08
Biến dạng kéo khi phá hoại (%) 84,1 và 117,8
Phơi khô đất dùng chày giã đất nhỏ ra trên khay
Sàng qua rây 5mm loại bỏ những phần đất nằm trên rây
Trộn đất ở độ ẩm tối ưu từ kết quả thí nghiệm đầm chặt, bỏ vào túi zip để trong
48 giờ cho đất trộn đạt độ ẩm đồng nhất
1 Xác định kích thước dao vòng
2 Xác định khối lượng đất ở độ chặt K80 so với kích thước dao vòng
3 Đầm chặt đất ở K80, ấn dao vòng vào mẫu đất và dùng dao trộn gạt bằng mặt Kiểm tra lại trọng lượng đất trong dao vòng để đạt K80
4 Cho mẫu đất và dao vòng vào hộp nén và đặt giữa 2 tấm đá bọt
5 Cho đầy nước vào hộp nén để trong 24h để đất hoàn toàn bão hòa
6 Chỉnh đồng hồ đo về 0
7 Chất tải theo từng cấp 20kPa, 50kPa, 100kPa, 200kPa
8 Đọc số liệu từng cấp áp lực ở các thời điểm 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 15; 30; 60; 120; 240; 480; 960; 1440 phút
9 Sau khi dỡ tải lấy mẫu đất và dao vòng ra, lau khô nhẹ nhàng cân lại khối lượng sau khi nén
10 Đưa mẫu vào tử sấy, sấy khô tính toán độ ẩm của mẫu
11 Đối với trường hợp nén cố kết kết hợp vải địa kỹ thuật, vải địa kỹ thuật + xỉ lò ta thực hiện các bước tương tự như trên sau khi trừ bề dày lớp vải, lớp xỉ
Hình 3.12 trình bày các mẫu nén cố kết, bao gồm: a) mẫu không gia cường, b) mẫu gia cường bằng vải địa kỹ thuật, c) mẫu gia cường bằng vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm xỉ, và d) mẫu gia cường bằng vải địa kỹ thuật và đệm xỉ sau khi thực hiện thí nghiệm.
1 Độ ẩm trước khi thí nghiệm (W0) được tính bằng phần trăm:
2 Độ ẩm sau khi thí nghiệm (Wk) được tính bằng phần trăm:
3 Khối lượng thể tích trước khi thí nghiệm (o) (g/cm³):
4 Khối lượng thể tích sau khi thí nghiệm (k) (g/cm³) :
2 0 m m Đất Đất Đất Đất Đất
Vải địa kỹ thuật Đệm xỉ
Vải địa kỹ thuật a) b) c) d) Đất Đệm xỉ Vải địa kỹ thuật
5 Hệ số rỗng ban đầu của đất (e0):
Trong bài viết này, các ký hiệu được sử dụng bao gồm: md là khối lượng dao vòng (g), m1 là khối lượng dao vòng có đất trước thí nghiệm (g), m2 là khối lượng dao vòng có đất sau thí nghiệm (g), m3 là khối lượng dao vòng có đất sau khi sấy khô (g), và p là khối lượng riêng của đất (g/cm³).
V là thể tích dao vòng, tính bằng xentimét khối (cm³)
6 Tính toán sự thay đổi của hệ số rỗng (en) đối với mỗi áp lực:
7 Hệ số rỗng (en) ứng với cấp áp lực đó:
8 Đối với cấp áp lực cuối cùng, tương ứng có:
Trong nghiên cứu này, h0 đại diện cho chiều cao mẫu đất trước khi thí nghiệm (mm), trong khi e0 là hệ số rỗng của đất tại thời điểm ban đầu Biến dạng của mẫu đất dưới áp lực thứ n được ký hiệu là hn (mm), và ek là hệ số rỗng của đất tương ứng với mức áp lực cuối cùng.
ek là lượng biến đổi (giảm) hệ số rỗng ứng với cấp áp lực cuối cùng;
hk là biến dạng của mẫu đất dưới cấp áp lực cuối cùng (mm)
9 Từ các kết quả đo biến dạng nén lún của mẫu đất dưới mỗi cấp áp lực ở các thời gian khác nhau, vẽ đường cố kết trong tọa độ biến dạng nén (h, mm) và căn số bậc hai của thời gian ( t, min) theo phương pháp D.Taylor (Hình 3.8) Kéo dài đoạn thẳng lên phía trên, cho cắt trục tung tại điểm A; điểm này được xem là điểm gốc của giai đoạn cố kết thấm, ứng với mức độ cố kết U = 0 theo lý thuyết Từ điểm A vẽ đường thứ hai có hoành độ mọi điểm đều bằng 1,15 hoành độ của các điểm tương ứng trên đường thẳng thứ nhất Điểm B, giao điểm giữa đường thẳng thứ hai và đường cong, là điểm ứng với mức độ cố kết thấm U = 90 % (Hình 3.13)
10 Điểm kết thúc của cố kết thấm (U = 100 %) được xác định theo phương pháp
A Casagrande: lập biểu đồ liên hệ h - lgt (Hình 3.14) Giao điểm của phần dưới đường cố kết thấm (được coi là thẳng) với đoạn thẳng ứng với cố kết thứ cấp (rão của cốt đất) sẽ ứng với thời điểm t100 Sau khi xác định được t0 và t100, có thể suy ra các thời điểm ứng với mức độ cố kết bất kỳ, chẳng hạn t50, t80, ; đối chiếu với t90 đã xác định được theo phương pháp D.Taylor
51 Hình 3.13 Đường cong cố kết Phương pháp xác định điểm có độ cố kết U = 90 %
Hình 3.14 Xác định giai đoạn cố kết thấm của đất bão hòa nước
Thí nghiệm nén 3 trục
Kết quả thí nghiệm nén 3 trục được trích dẫn từ các tài liệu của Yang et al (2016) và Yang et al (2015), cùng với một số nghiên cứu khác được tham khảo trong luận văn này.
Bảng 3.9 Thông số đất và vải địa thí nghiệm nén 3 trục
Chỉ tiêu đất Giá trị
Tỷ trọng của đất, Gs 2,7
Chỉ số dẻo PI (%) 21 Độ ẩm tối ưu wopt (%) 19,2
Dung trọng khô dmax (kN/m 3 ) 15,1
Sức kháng cắt hữu hiệu c’ (kPa) 11
Góc ma sát trong hữu hiệu ’ ( o ) 29,7
Hệ số thấm của đất ksat (m/s) 1,3x10 -10
Chỉ tiêu vải địa Giá trị
Khối lượng (g/m 2 ) 200 Độ dày t (mm) 1,78 Độ mở hiệu quả AOS (mm) 0,11
Khả năng chịu kéo Tult (kN/m) 9,28 và 7,08
Biến dạng kéo khi phá hoại (%) 84,1 và 117,8
Thí nghiệm gia cường vải địa kỹ thuật trong điều kiện CU được thực hiện trên 4 nhóm mẫu, bao gồm: nén đất không gia cường, nén đất gia cường với một lớp vải địa kỹ thuật, nén đất gia cường với hai lớp vải địa kỹ thuật, và nén đất gia cường với ba lớp vải địa kỹ thuật Mẫu được giữ trong trạng thái bão hòa suốt quá trình thí nghiệm, và bố trí mẫu thí nghiệm được thể hiện trong Hình 3.15.
Thí nghiệm gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp lớp cát được thực hiện trong điều kiện không bão hòa (UU) với 5 nhóm mẫu khác nhau Các nhóm mẫu bao gồm: nén đất không gia cường, nén đất gia cường với một lớp vải địa kỹ thuật, nén đất gia cường với hai lớp vải địa kỹ thuật, nén đất gia cường với ba lớp vải địa kỹ thuật, và nén đất gia cường với lớp vải địa ở giữa hai lớp cát Bố trí mẫu thí nghiệm được thể hiện trong Hình 3.16.
Hình 3.15 Bố trí mẫu thí nghiệm nén 3 trục chỉ gia cường vải địa kỹ thuật
54 Hình 3.16 Bố trí mẫu thí nghiệm nén 3 trục có gia cường đệm cát + vải địa kỹ thuật
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Nén cố kết
4.1.1 Độ lún theo thời gian của đất
Mẫu thí nghiệm được thực hiện ở bốn cấp tải 20kPa, 50kPa, 100kPa và 200kPa, riêng thí nghiệm với xỉ không chất tải ở 20 kPa Để loại bỏ biến dạng của vải địa và xỉ lò, chúng tôi tiến hành nén cố kết mẫu vải địa và mẫu kết hợp vải địa với xỉ lò trong điều kiện bão hòa Các cấp tải trong thí nghiệm nén cố kết với đất được áp dụng tương tự, sau đó tính toán biến dạng tổng bằng cách trừ biến dạng của vải và vải kết hợp xỉ theo đúng cấp tải và thời gian biến dạng tương ứng Δh.
∆ℎ 𝑠𝑐 là biến dạng của đất sau khi đã loại bỏ biến dạng của vải và xỉ lò(mm);
∆ℎ là biến dạng tổng, theo số đọc của đồng hồ (mm);
∆ℎ 𝑣𝑥 là biến dạng của vải địa kỹ thuật và xỉ lò (mm);
Hình 4.1 Mẫu vải địa kết hợp xỉ lò sau khi nén cố kết ở điều kiện bão hòa
Mẫu nén đất không có chiều cao ban đầu là h0 = 20 mm Đối với mẫu nén kết hợp vải địa kỹ thuật, chiều cao ban đầu được điều chỉnh còn h0 = 19,5 mm, trừ lớp vải địa kỹ thuật Đặc biệt, mẫu nén kết hợp xỉ lò và hai lớp vải địa kỹ thuật có chiều cao ban đầu là h0 = 16 mm.
Bảng 4.1 Chiều cao tính toán mẫu, thí nghiệm nén cố kết
Trường hợp Chiều cao mẫu h 0 (mm)
Bề dày lớp xỉ (mm)
Bề dày lớp vải địa (mm) Chiều cao tính toán h (mm) Đất không gia cường 20.0 - - 20.0 Đất + vải địa kỹ thuật 20.0 - 0.5 19.5 Đất + vải địa kỹ thuật + xỉ lò 20.0 3.0 1.0 16.0
Hình 4.2 Mẫu nén cố kết kết hợp vải địa kỹ thuật và xỉ lò
Hình 4.3 Biến dạng của vải địa, vải địa + xỉ lò khi nén cố kết ở điều kiện bão hòa
Khi nén vải địa, vải địa kỹ thuật độ biến dạng gần như thay đổi ngay lập tức và không thay đổi sau đó nữa
Cấp tải càng lớn vải, xỉ càng bị nén chặt và độ biến dạng h càng lớn
Hình 4.4 Biểu đồ quan hệ độ lún ∆h và logarit thời gian
Hình 4.5 Biểu đồ quan hệ độ lún ∆h và logarit thời gian của đất kết hợp vải địa
Hình 4.6 Biểu đồ quan hệ độ lún ∆h và logarit thời gian của đất kết hợp vải địa và xỉ lò
200kpa vải 100kpa vải 50kpa vải 20kpavải
Bảng 4.2 Bảng tổng hợp thời gian cố kết dừng 100% ở các cấp tải
STT Thí nghiệm Thời gian cố kết dừng
% Giảm thời gian cố kết
Qua 3 biểu đồ và bảng số liệu tổng hợp về thời gian cố kết dừng 100% ta có được những kết luận sau đây:
Khi thời gian tăng thì độ biến dạng h cũng tăng theo thời gian cho đến khi cố kết đạt 100% thì biến dạng h không tăng nữa
Khi tăng cấp tải nén thì độ biến dạng h cũng tăng theo và thời gian để đạt cố kết 100% cũng tăng theo
Trong cùng một cấp tải thời gian, nén đất không đạt cố kết 100% là phương pháp có hiệu quả lớn nhất Tiếp theo, nén đất kết hợp với vải địa kỹ thuật cũng cho kết quả tốt, nhưng thời gian đạt cố kết 100% nhỏ hơn khi sử dụng nén đất kết hợp với vải địa kỹ thuật và xỉ lò.
Mẫu đất không có chiều cao lớp đất h0 lớn nhất là 20 mm, trong khi mẫu đất kết hợp với vải địa kỹ thuật có chiều cao lớp đất h0 là 19,5 mm Mẫu đất kết hợp vải địa và xỉ lò có chiều cao lớp đất h0 nhỏ nhất là 16 mm Biến dạng h của đất lớn nhất xảy ra ở mẫu đất không có vải địa, tiếp theo là mẫu đất kết hợp với vải địa, và nhỏ nhất là mẫu đất kết hợp với vải địa và xỉ lò.
4.1.2 Hệ số rỗng thay đổi theo thời gian
Hình 4.7 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng e và thời gian của đất
Hình 4.8 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng e và thời gian của đất kết hợp vải địa
20kpavải50kpa vải100kpa vải200kpa vải
Hình 4.9 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng e và thời gian của đất kết hợp vải địa và xỉ lò
Bảng 4.3 Hệ số rỗng e ở các cấp tải khác nhau
Trường hợp Hệ số rỗng ban đầu e 0 Hệ số rỗng cuối cùng e k
Dữ liệu cho thấy các giá trị khác nhau của đất và vải dưới áp suất khác nhau Ở mức 20kPa, đất có hệ số 1.17 và 1.01, trong khi khi thêm vải, hệ số tăng lên 1.09 Tại 50kPa, đất có hệ số 1.17 và 0.95, nhưng khi kết hợp với vải, hệ số giảm xuống 0.97 Tương tự, ở mức 100kPa và 200kPa, hệ số của đất lần lượt là 0.78 và 0.68, trong khi khi kết hợp với vải, các giá trị này là 0.80 và 0.69 Cuối cùng, khi thêm xỉ vào hỗn hợp đất và vải ở mức 50kPa, 100kPa và 200kPa, hệ số lần lượt là 0.96, 0.80 và 0.72.
Hình 4.10 Biểu đồ hệ số rỗng cuối cùng ek ở các cấp tải
Kết quả thí nghiệm cho thấy, ở cùng một cấp tải, thí nghiệm nén cố kết đất và thí nghiệm nén đất kết hợp vải địa với vải địa và xỉ lò đã trừ cao độ và biến dạng của lớp vải, lớp vải + xỉ đều có hệ số rỗng tương đương nhau Sự tương đồng này ở các cấp tải giống nhau chứng tỏ rằng kết quả thí nghiệm là đáng tin cậy.
Hình 4.11 Biểu đồ quan hệ e – logP
Từ biểu đồ quan hệ e – logP ta thấy rằng đất chuẩn bị thí nghiệm có áp lực tiền cố kết pcP kPa
Hệ số rỗng theo cấp áp lực e
Không gia cường Gia cường vải địa Gia cường vải địa + xỉ
Logarit thời gian (giây) Đất Đất + vải Đất + vải + xỉ
4.1.3 Thời gian cố kết đất
Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ độ lún ∆h và căn bặc hai thời gian của đất
Hình 4.13 Biểu đồ quan hệ độ lún ∆h và căn bặc hai thời gian của đất kết hợp vải địa
Căn bậc hai thời gian
Căn bậc hai thời gian
100kpa vải50kpa vải20kpavải
Hình 4.14 Biểu đồ quan hệ độ lún ∆h và căn bặc hai thời gian của đất kết hợp vải địa và xỉ lò
Hình 4.15 Tính cố kết thấm U90 theo phương pháp D.Taylor
Căn bậc hai thời gian
Căn bậc hai thời gian
200kpa vải100kpa vải50kpa vải20kpavải
Hình 4.16 Tính cố kết thấm t50 theo phương pháp A Casagrande
Bảng 4.4 Thời gian cố kết đất ở các cấp tải thí nghiệm
Hình 4.17 Biểu đồ so sánh thời gian cố kết t90 giữa thí nghiệm đất, đất kết hợp vải địa, đất kết hợp vải địa và xỉ lò
Hình 4.18 Biểu đồ so sánh thời gian cố kết t50 giữa thí nghiệm đất, đất kết hợp vải địa, đất kết hợp vải địa và xỉ lò
20kpa 50kpa 100kpa 200kpa 20kpa vải 50kpa vải 100kpa vải 200kpa vải
50kpa xỉ 100kpa xỉ 200kpa xỉ
20kpa 50kpa 100kpa 200kpa 20kpa vải 50kpa vải 100kpa vải 200kpa vải
50kpa xỉ 100kpa xỉ 200kpa xỉ
Bảng 4.5 Độ giảm phần trăm thời gian cố kết đất T90 và T50
100kPa Đất + Vải 1,100 4,900 13,371 73% 3,600 77% 200kPa Đất + Vải 3,000 9,725 14,428 60% 6,300 68%
100kPa Đất + Vải +Xỉ 700 3,600 14,671 80% 4,000 85% 200kPa Đất + Vải +Xỉ 2,500 8,313 15,840 66% 6,800 73%
Biểu đồ phần trăm giảm thời gian cố kết T50 của mẫu nén đất kết hợp với vải địa và mẫu nén đất kết hợp với vải địa cùng xỉ lò cho thấy sự cải thiện rõ rệt so với mẫu nén đất không.
0 50 100 150 200 250 Độ giảm thời gian cố kết % Áp lực nén kPa
% giảm T50 gia cường vải địa
% giảm T50 gia cường vải địa + xỉ
Biểu đồ phần trăm giảm thời gian cố kết T90 cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa mẫu nén đất kết hợp với vải địa và mẫu nén đất kết hợp với vải địa cùng xỉ lò, so với mẫu nén đất thông thường Sự cải thiện trong thời gian cố kết này chứng tỏ hiệu quả của việc sử dụng vật liệu bổ sung trong quá trình thi công.
Kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian cố kết T50 và T90 giảm dần từ thí nghiệm nén đất, đến đất kết hợp vải, và thấp nhất là ở đất nén kết hợp vải và xỉ Điều này cho thấy rằng việc sử dụng vải kết hợp xỉ lò có tác dụng đẩy nhanh quá trình cố kết đất.
Xỉ lò kết hợp với vải địa kỹ thuật có khả năng tăng tốc quá trình cố kết đất lên tới 66% - 88% so với đất nén cố kết thông thường trong cùng một khoảng thời gian T90 Sự cải thiện này là nhờ vào việc lớp xỉ lò và vải địa kỹ thuật tạo ra biên thoát nước tốt, đồng thời giảm chiều cao H0 của lớp đất cố kết.
4.1.4 Hệ số thấm, hệ số cố kết, hệ số nén lún của đất
Hệ số cố kết (Cv) (m 2 /s), được tính theo công thức:
0 50 100 150 200 250 Độ giảm thời gian cố kết % Áp lực nén kPa
% giảm T90 gia cường vải địa
% giảm T90 gia cường vải địa + xỉ
0,848 là yếu tố thời gian (thường vẫn được ký hiệu là t90) ứng với mức độ cố kết thấm 90 %;
H là chiều cao của mẫu, tính bằng xentimét (cm); t90 là thời gian ứng với 90 % cố kết thấm, xác định theo phương pháp t
(phương pháp D.Taylor), tính bằng giây
Hệ số nén lún av(kPa -1 ), được tính theo công thức:
𝑒 0 hệ số rỗng ban đầu
𝑒 𝑘 hệ số rỗng sau khi nén
Hệ số nén thể tích mv(kPa -1 ), được tính theo công thức:
Hệ số nén thấm của đất k (m/s), được tính theo công thức:
Bảng 4.6 Hệ số thấm, hệ số cố kết, hệ số nén lún của đất theo T50 và T90
20kPa Đất 3.28E-08 3.10E-08 0.0080 0.0037 1.14E-09 1.21E-09 50kPa Đất 1.04E-08 1.14E-08 0.0044 0.0020 2.31E-10 2.10E-10 100kPa Đất 4.19E-09 4.64E-09 0.0039 0.0018 8.34E-11 7.53E-11 200kPa Đất 2.12E-09 3.51E-09 0.0025 0.0011 3.96E-11 2.39E-11 20kPa Đất + Vải 1.56E-08 1.65E-08 0.0040 0.0018 3.03E-10 2.88E-10 50kPa Đất + Vải 1.17E-08 9.52E-09 0.0040 0.0018 1.76E-10 2.16E-10 100kPa Đất + Vải 4.26E-09 4.11E-09 0.0037 0.0017 7.01E-11 7.26E-11
200kPa Đất + Vải 1.56E-09 2.07E-09 0.0024 0.0011 2.29E-11 1.73E-11 50kPa Đất + Vải +Xỉ 1.58E-08 1.51E-08 0.0042 0.0019 2.92E-10 3.05E-10 100kPa Đất + Vải +Xỉ 4.50E-09 3.77E-09 0.0037 0.0017 6.43E-11 7.68E-11 200kPa Đất + Vải +Xỉ 1.26E-09 1.63E-09 0.0023 0.0010 1.69E-11 1.31E-11
Biểu đồ hệ số thấm k của đất theo T90 và T50 cho thấy rằng, dưới cùng một cấp tải trọng, hệ số thấm k giữa các thí nghiệm nén đất, nén đất kết hợp vải địa kỹ thuật, và nén đất kết hợp vải địa kỹ thuật với xỉ lò là tương đồng Điều này hợp lý vì hệ số thấm của đất trong ba thí nghiệm trên được tính toán sau khi đã loại bỏ ảnh hưởng của độ lún từ vải địa kỹ thuật và xỉ lò Kết quả cho thấy hệ số thấm K chỉ phụ thuộc vào bản chất của đất và tải trọng, không bị ảnh hưởng bởi cách bố trí vải địa kỹ thuật và xỉ lò.
Hệ số thấm của đất giảm khi áp lực nén tăng, do áp lực nén làm tăng độ chặt của đất và giảm khả năng thoát nước Vì vậy, khi cấp tải thí nghiệm tăng lên, hệ số thấm của đất cũng giảm theo xu hướng thể hiện trong hình ảnh.
Hệ số thấm (m/s) và áp lực nén (kPa) là các yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng thấm của vật liệu Các chỉ số k T50 và k T90 không gia cường thể hiện tính chất thấm của vật liệu mà không có sự gia cường Trong khi đó, k T90 gia cường vải địa, k T50 gia cường vải địa, và k T90 gia cường vải địa + xỉ cho thấy sự cải thiện đáng kể trong khả năng thấm khi sử dụng các vật liệu gia cường Việc hiểu rõ các chỉ số này giúp tối ưu hóa thiết kế và lựa chọn vật liệu cho các công trình xây dựng.
Kết quả ứng xử của đất được gia cường dưới điều kiện nén 3 trục
4.2.1 Ứng xử cố kết dưới điều kiện nén 3 trục
Biểu đồ quan hệ độ giảm thể tích mẫu nén theo thời gian cho thấy rằng khi số lớp vải địa kỹ thuật gia cường tăng lên, độ giảm thể tích của mẫu cũng tăng theo Điều này cho thấy biến dạng thể tích của vải có ảnh hưởng lớn đến tổng biến dạng thể tích của mẫu Số lượng lớp vải địa kỹ thuật càng nhiều thì biến dạng thể tích của vải càng lớn, dẫn đến sự gia tăng tổng biến dạng thể tích của mẫu thí nghiệm Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại chưa phân tách rõ ràng giữa biến dạng thể tích của mẫu đất và biến dạng thể tích của vải địa kỹ thuật, đây là một hạn chế so với các nghiên cứu trước về ứng xử cố kết trong điều kiện nén 1 trục.
Hình 4.22 Biểu đồ quan hệ độ giảm thể tích và thời gian của mẫu nén ở cấp áp lực
50 kPa theo Yang et al.(2016)
Hình 4.23 Biểu đồ quan hệ độ giảm thể tích và thời gian của mẫu nén ở cấp áp lực
100 kPa theo Yang et al.(2016)
Hình 4.24 Biểu đồ quan hệ độ giảm thể tích và thời gian của mẫu nén ở cấp áp lực
200 kPa theo Yang et al.(2016)
Bảng 4.7 Thời gian cố kết t50 của mẫu thí nghiệm dưới điều kiện nén 3 trục theo
3,con (kPa) t 50 (giây) Đất không gia cường 1 lớp vải 2 lớp vải 3 lớp vải
Bảng 4.8 Độ giảm % t50 của các mẫu gia cường vải địa kỹ thuật so với mẫu nén đất không gia cường dưới điều kiện nén 3 trục
1 lớp vải 2 lớp vải 3 lớp vải 1 lớp vải 2 lớp vải 3 lớp vải
Kết quả biến dạng thể tích theo thời gian cho thấy thời gian cố kết t50, được trình bày trong Bảng 4.6, và độ giảm thời gian cố kết t50 được thể hiện trong Bảng 4.7 Sử dụng vải địa kỹ thuật có thể giảm đến 44% thời gian cố kết Hơn nữa, việc tăng số lớp vải và giảm độ dày của đường thấm cũng góp phần làm giảm thời gian cố kết của mẫu.
Bảng 4.9 Hệ số thấm, hệ số cố kết, hệ số nén lún của mẫu nén đất dưới điều kiện 3 trục
Tính toán này dựa theo thời gian cố kết t50 của mẫu đất không gia cường Hệ số thấm k của mẫu đất phù hợp với loại đất này
Hình 4.25 Quan hệ hệ số rỗng và logarit áp lực nén theo Yang et al.(2016)
Từ biểu đồ quan hệ e – logP tác giả cũng xác định được áp lực tiền cố kết của mẫu đất là 110 kPa
4.2.2 Ứng xử cắt trong điều kiện CU
Hình 4.26 Biểu đồ quan hệ p – q theo Yang et al.(2016)
Hình 4.27 Biểu đồ quan hệ p’- q theo Yang et al.(2016)
Từ các thông số 1 và 3 trong thí nghiệm của Yang et al.(2015) ta tính toán các thông số C,C’,'theo công thức σ′ 1 = σ′ 3 tan 2 (45 o +∅′
Bảng 4.10 Hệ số C,C’,'trong điều kiện CU
C (%) Độ tăng C' (%) Đất không gia cường 57.6 15.3 10.70 29.2 0% 0%
Việc gia tăng số lớp vải địa kỹ thuật không chỉ làm tăng sức chống cắt của đất mà còn tạo ra sự thay đổi rất nhỏ trong góc ma sát trong, trong khi lực dính tổng cộng và lực dính hữu hiệu đều tăng lên Cụ thể, khi số lớp vải tăng lên, lực dính cũng gia tăng đáng kể Đặc biệt, khi đạt đến 3 lớp vải, lực dính tổng cộng tăng 96% và lực dính hữu hiệu tăng đến 444%.
Hình 4.28 Biểu đồ ứng suất biến dạng đất trong điều kiện CU theo Yang et al.(2015)
Hình 4.29 Biểu đồ quan hệ1 và 3 đất trong điều kiện CU theo Yang et al.(2015)
0 5 10 15 20 Độ chênh lệch ứng suất, d(kPa)
Three layers Two layers One layer Unreinforced
1 lớp vải địa Không gia cường vải địa y = 1.5792x + 213.61 y = 1.7972x + 209.85 y = 1.5288x + 331.35 y = 1.7734x + 361.45
US thẳng đứng khi phá hoại, 1 (kPa) Áp lực buồng, 3 (kPa) Đất không gia cường
Từ các thông số 1 và 3 trong thí nghiệm của Yang et al.(2016) ta tính toán các thông số C,theo công thức
Bảng 4.11 Hệ số C,trong điều kiện CU
Kết quả từ bảng thống kê cho thấy sự thay đổi của C, trong các trường hợp gia cường khác nhau trong điều kiện CU Cụ thể, việc gia cường bằng các lớp vải địa kỹ thuật đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể về lực dính so với trường hợp không gia cường Khi số lớp vải địa kỹ thuật gia cường tăng lên, lực dính cũng tăng theo Cụ thể, với một lớp vải địa kỹ thuật, lực dính tăng 4%, và với ba lớp, lực dính có thể tăng lên đến 80%.
4.2.3 Ứng xử cắt trong điều kiện UU
Hình 4.30 Biểu đồ ứng suất biến dạng trong điều kiện UU theo Yang et al.(2015)
Hình 4.31 Biểu đồ quan hệ 1 và 3 trong điều kiện UU theo Yang et al.(2015)
Từ các thông số 1 và 3 trong thí nghiệm của Yang et al.(2015) ta tính toán các thông số C,theo công thức giống điều kiện CU
0 5 10 15 20 Độ chênh lệch ứng suất d(kPa)
Biến dạng dọc trục a (%) t mm tmm tmm t=5mm Clay-geotextileĐất gia cường vải địa y = 4.5583x + 192.28 y = 2.2956x + 240.35 y = 1.9756x + 262.5 y = 2.0071x + 241.7 y = 1.6856x + 258.5 y = 1.7972x + 209.85
US thẳng đứng khi phá hoaiij1(kPa) Áp lực buồng, 3 (kPa)
Sand-Geotextile t mm tmm tmm t=5mm Clay-geotextile cát - vải địa Đất - vải địa
Bảng 4.12 Hệ số C,trong điều kiện UU
Khi thực hiện thí nghiệm trong điều kiện UU với sự kết hợp giữa gia cường đất, vải địa kỹ thuật và đệm cát, mẫu cho thấy sự gia tăng đáng kể về góc ma sát trong Cụ thể, khi bề dày lớp đệm cát được tăng lên, góc ma sát trong cũng tăng theo Ví dụ, với lớp đệm cát dày 5 mm, góc ma sát trong tăng 14%, và khi bề dày tăng lên 20 mm, góc ma sát tiếp tục tăng.
80 trong tăng lên đến 78% Khi thay hoàn toàn đất bằng cát (cát gia cường vải địa kỹ thuật) thì góc ma sát trong tăng lên đến 204%
