- Tổng hợp các kết quả thí nghiệm hiện trường trong sét mềm bão hòa nước.- Xây dựng các quan hệ giữa sức chống cat không thoát nước và các đặc trưng cơ lýtheo kết quả thí nghiệm hiện trư
Trang 1NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA SỨC CHONG CATKHÔNG THOÁT NƯỚC TỪ THÍ NGHIEM CAT CÁNH VA
CÁC THI NGHIEM HIỆN TRƯỜNG
CHUYEN NGANH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNHNGAM MÃ SỐ : 60 58 02 04
LUẬN VÁN THẠC SĨ
TP HO CHÍ MINH, THANG 12 NAM 2015
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA —DHQG -HCMCán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét l : - 5 2 1 1 1EEEE11181211112111181 11111 xe
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét 2 : 1 1 1 E21E1E111121211112111121111 xe
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký)Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày thang nam 2015
Thành phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đông châm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).
CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG
Trang 3NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨHọ và tên học viên: Trần Thị Phương MSHV : 7140133
Ngày sinh: 08/03/1990 Nơi sinh: Thanh Hóa
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trinh Ngam MS :60 5802041- TEN DE TÀI
“Nghiên cứu tương quan giữa sức chong cat không thoát nước từ thi nghiệm cat
cảnh và các thí nghiệm liện trường.”
2- NHIEM VỤ LUẬN VĂN- Tong hợp đánh giá sức chong cat không thoát nước từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiệntrường ở một số khu vực các tỉnh phía Nam
- Tổng hợp các kết quả thí nghiệm hiện trường trong sét mềm bão hòa nước.- Xây dựng các quan hệ giữa sức chống cat không thoát nước và các đặc trưng cơ lýtheo kết quả thí nghiệm hiện trường khác
3- NGÀY GIAO NHIEM VU: / /2015
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: / /20155 - HO VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN
Tp HCM, ngày tháng năm 2015CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS TS LE BA VINH
TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG
PGS TS NGUYEN MINH TAM
Trang 4LỜI CÁM ƠN
Xin bày tỏ lòng biết ơn và cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô tham gia giảng dạy lớpCao học chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm khóa 2013 tại Cần Thơ đãnhiệt tình giảng, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quátrình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn Thây hướng dẫn Bùi Trường Sơn đã cho em những gợiý hình thành nên ý tưởng của dé tài, chỉ dẫn tận tình và hướng dẫn em hoan thànhLuận văn này Thây luôn giúp đỡ, truyền đạt cho em cách tiếp thu các kiến thứcchuyên ngành và Thầy luôn quan tâm động viên và chia sẻ những kinh nghiệm giúpem có được nên tảng chuyên ngành cho việc học tập cũng như trong quá trình côngtác.
Em gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp và các học viên trong lớp Kỹ thuậtxây dựng công trình ngâm khóa 2013 đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thựchiện luận văn.
Học viên
Trần Thị Phương
Trang 5thí nghiệm cắt cánh và các thí nghiệm hiện trường.
Tóm tắtTrên cơ sở tong hop cac số liệu thi nghiệm thực tế của sét mềm bão hòa nước ởkhu vực các tỉnh phía Nam, tiến hành thiết lập các quan hệ giữa sức chống cắtkhông thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh với các kết quả thí nghiệm hiện trườngkhác Ngoài các quan hệ xây dựng, tiến hành phân tích các quan hệ nay theo trạngthái ứng suất thực tế, tức là theo độ sâu phân bó
Study relasionship between undrained shear strength fromVane Shear Test and other testing methods in - situ
AbstractBased on the synthesis of the actual experimental data of saturated soft clay in thearea of the southern provinces , the relationships between undrained shear strengthfrom Vane Shear Test and testing results of other in — situ tests are establishes.Beside of the established relationships, the relationships according to the naturalstress state by the depth, also are analysed.
Trang 6LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là thành quả lao động, là công trình nghiên cứu của chínhtác giả.
TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
Tác giả
Trần Thị Phương
Trang 71 Ý nghĩa khoa học va thực tin 5+ t2 EEEE121EE1112111151E21E11E.txEterrrei 12 Phương pháp nghiên CUU o.oo ccccccccccccnseeeceeeesssseceeeessseeeeeecesseeeeeeeeessseeeeeesaaes |3 Mục đích và nhiỆm VỤ ccecccccccueeccccuecccceecueccccuececeeaucecesaueeeseeeaeecesaueveseeaaneseens 1
CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAC KET QUÁ NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUANCUA SỨC CHONG CAT KHÔNG THOÁT NƯỚC CUA DAT LOẠI SÉT 3
1.1 Quan hệ S„ theo chỉ số dẻo PI và ứng suất do trọng lượng bản thân đối với sét cốkết thường -¿- s11 1111111111111 1111111111 1101111111111 1111111111111 erreg 31.2 Nghiên cứu sức chống cắt không thoát nước theo SHANSEEP - 2555: 61.3 Ảnh hưởng của giá tri Ap lên độ bền chống cắt không thoát nước - 91.4 Tính tương quan của các phương pháp xác định Š¡ . cc 5 555 S2cccc+++ 121.5 Nhận xét chương - - c1 1222222111111 112 1111111151111 11111 ng 11kg khe 23CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ
VIỆC XÂY DUNG CAC QUAN HỆP - 5< 555 5 S2 sex cseescsesse 24
2.1 Các thí nghiệm hiện trường sử dung cho sét mềm bão hòa nước 242.1.1 Thí nghiệm cắt cánh 1S St 1 1E E11121111111111111111 111111111101 11tr 242.1.1.1 Xác định S, từ thí nghiệm căt cánh hiện trường VST 242.1.1.2 Nguyên lý tính toán S, từ thí nghiệm cắt VST 72 sec 302.1.2 Thí nghiệm xuyên tĩnh - - 2 E1 22222211111 112211 1111115511111 1 11588111 1n kg 302.1.2.1 Thiết bị và phương pháp thí nghiệm xuyên tinh oo cece 302.1.2.2 Thí nghiệm xuyên tinh cƠ c2 22222221111 11132211 1111115551111 8g 312.1.2.3 Thiết bi xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu 342.1.3 Thí nghiệm nén ngang - - c c1 1 2222211111122 1111115311111 1118 111 1n vkg 42
Trang 82.1.3.1 Thiết bị thí nghiệm S2 E21 3E EE121E11111151E1111111111111111 E111 c.r 422.1.3.2 Trình tự thí nghiệm - c2 E1 22222211111112 2511111158811 1 1111155811111 ky 452.1.3.3 Tính toán kết quả thí nghiệm ¿+ s SE EE1E2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrree 462.2 Cơ sở xây dựng các quan hệ trên cơ sở kết quả thí nghiệm 5-5 492.2.1 Cơ sở lý thuyết thiết lập công thức tương quan theo các hàm số toán học 492.2.2 Phân tích hồi quy tuyến tính + s2 E1112E5E1111111E1111111E1111111111 E111 gxe 492.2.3 Phân tích hồi quy phi tuyến ¿5 t1 E1112111111111E1712111E1111111111EE 111gr 492.3 Nhận xét chương - c1 1102222211 11115221 11111118 111111 kg kg kh 53
CHƯƠNG 3 QUAN HE SUC CHONG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC VÀ KET
QUA THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TRONG SET MEM BAO HÒA NƯỚCMOT SO KHU VỰC PHIA NAM o- 5 5 5° <5 9S øv cu csesesssee 543.1 Đặc điểm sức chống cat không thoát nước trong sét mềm từ thí nghiệm cat cánhvà kết quả thí nghiệm hiện trường khác ở một số khu vực phía Nam 543.2 Tương quan sức chống cắt không thoát nước trong sét mềm từ thí nghiệm cắt cánhvà thí nghiệm xuyên tĩnh - - - - E2 2222111112122 1111155 1111111158011 1 111882111112 1 xkt 623.3 Tương quan sức chống cắt không thoát nước trong sét mềm từ thí nghiệm cắt cánhvà thí nghiệm nén ngang - - - - + E1 2222211111132 11 113551111111 15 80111111580 111 1n ket 703.4 Kết luận chương 3 - 5-5: t2 1121E1111111111111111011111111101 T1 11010111 Erre 73KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - S 1 1 11215115251 715E E2EETtEEEEtrtrrrrrrrrrreerrrei 74TÀI LIEU THAM KHAO - < s SE EE1121E1E111151E1E11111111 1111111011 Eerrei 75
Trang 9Hình 1.1 - Bién (hiên sức chong cắt không thoát nước theo độ sâu của sét cô kếtthường (NC) ccc ST vs kg vrea Error! Bookmark not defined.
` A sự > Ấ S ` 7 2
Hình 1.2 - Quan hệ giữa ty so l#] và chỉ so deo theo Skempton Error!
Bookmark not defined.Hình 1.3 - Hé số hiệu chỉnh cho cắt cảnh hiện trường theo chỉ số déo được ritra từ các hiện tượng pha huy nên dap (Ladd, 1975) Error! Bookmark not defined.
,{ § ;
Hình 1.4 - Quan hệ giữa ty số l#] và chỉ sô đẻo I, theo Terzaghi, Peck và
//227N62 08 88a Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5 - Quan hé ty số l#] theo OCR (theo Ladd và Foott, 1974) Error!
O71,Bookmark not defined.
Hình 1.6 - Quan hệ giữa giá tri A; va gia trị PI theo Lưu T uyên Chi, 1991 Error!Bookmark not defined.
Hình 1.7 - Quan hệ giữa giá tri Ay và giá tri OCR theo Luu T: uyên Chi, 1991
Error! Bookmark not defined.Hình 1.8 - Quan hệ giữa gia trị Ay của thí nghiệm CU và giá tri OCR theo AuChương Dục, 1993 icccccccccccccccccccccssccccccsseeeeeesesnsseees Error! Bookmark not defined.Hình 1.9 - Biéu do quan hệ cua A; theo OCR trong thí nghiệm CIU (theo Mayne,LISS) iecceecteecececssseeeecesssseeeeceeeeseeeeeeeessseeeeeens Error! Bookmark not defined.Hình 1.10 - Biéu đô quan hệ của S„(UU) với S„(C1U) theo Chen, 1993 Error!Bookmark not defined.
¬ S S
Hình 1.11 - Biéu đồ quan hệ cua ——— với ——— theo Chen, 1993 Error!
Ovo OvoBookmark not defined.
` ` À A > Su) ¬ Su)Hình 1.12 - Biéu đồ quan hệ của —— với ——— theo Chen, 1993 Error!
u(ClU ) OvoBookmark not defined.
` wk a A» Suc) re Suc)Hình 1.13 - Biéu đô quan hệ của ——— với —— theo Chen, 1993 Error!
u(CIU) OveBookmark not defined.
Hình 1.14 - Biéu đô quan hệ của S,(UU) với S,(UC) theo Chen, 1993 Error!Bookmark not defined.
Trang 10` ` À A > Suu) ¬ Suc)Hình 1.15 - Biéu đồ quan hệ cua ——— với —— theo Chen, 1993 Error!
í
Ø Ø
Bookmark not defined.Hình 1.16 - Biéu đô hiệu chỉnh thi nghiệm VST (theo Ladd và dong nghiệp, 1977)
¬ B Error! Bookmark not defined.
Hinh 2.1 - Thiét bi cắt cánh sử dung do moment Error! Bookmark not defined.Hình 2.2 - Các loai cánh đường kính 35, 50 & 65 mm và ong bao bảo vệ 25Hình2.3 - Thiét bị cắt cánh cơ NILCON của GeotechError! Bookmark notdefined.
Hình 2.4 - Đường cong cắt trên giấy ghi với ma sát can ban đầu, tiếp theo là lựccắt phá hoại trong lớp sét thí nghiệm Error! Bookmark not defined.Hình 2.5 - Thiét bị cắt cánh điện tử EVT200 của GeotechError! Bookmark notdefined.
Hình2.6 - Các có vdt (65mm x 130mm) gắn với đâu nỗi trượt và can sử dungIVONG TOP DUN SEL PA, ằ.ằ ằằằ 29Hình 2.7 - Giao điện phần mém xử lý số liệu cắt cánh VAN-LOG 1.03 của hãng(7@Of@CH ĂĂ SH he Error! Bookmark not defined.Hình 2.8 - Thiét bị xuyên cơ Geomil ( Hà LAM) eccccccccccscsscscssesescsvssesvsvscsevseseeeeeee 32Hình 2.9 - Hai dong ho thúy lực và đâu do thiết bị xuyên CO c5 32Hình 2.10 - Biéu đồ kết quả thí nghiệm XuVÊH CƠ 5S St 2E ren 34Hình 2.11 - Thiét bị xuyên tinh không day GeotechError! Bookmark notdefined.
Hình 2.12 - Giao điện Phan mém xử lý số liệu xuyên tinh CPT-LOG ver 4.06
Error! Bookmark not defined.Hình 2.13 - Số liéu được hiển thi trên màn hình trong luc thí nghiỆm 36Hình 2.14 - Sơ đồ hoại động và kết quả thiết bị xuyên điện Ceotech 37Hình 2.15 - Kế qua thí nghiệm tiêu tắn áp lực nước 16 rỖng -cccccsc 38Hình 2.16 - Sơ đồ hiệu chuẩn sức kháng xuyên và ma sắt ảO .- 55c 39Hình 2.17 - Giao điện phần mêm CPT-PRO 5Š 4Š SE E112 11111 ke 40
Trang 11Hình 2.20 - Sơ đồ thi nghiệm nén ngang trong lỗ khoan 5ccccccccsrxcxec 42Hình 2.2L - Thiét bị thi nghiệm nén nang ccecccccccccccccscsvssvscscssesesvsesssvsvsesevsvseseeeee 43Hình 2.22 - Dau do thiết bị nén Hgđng 5: tt EEEE121111111111111 E1 re 44Hình 2.23 - Biéu đồ thí nghiệm nén n84ng St 11111111111 1 re 46Hình 2.24 - Biéu đô kết quả của một thí nghiệm nén ngang (PMT) - 48
Hình 3.1 - Biéu đồ phân bố sức chống cat không thoát nước S„ (VST) khu vựcBình Lợi — Tân Sơn Nhắt 2S St St tren, Error! Bookmark not defined.Hinh 3.2 - Biéu đồ phân bố sức chống cat không thoát nước Su (VST) khu vựcNhà máy khí điện đạm CQ ÍQI 0111111225188 11111 1111111151111 11kg khu 56Hinh 3.3 - Biéu đồ phân bố sức chống cat không thoát nước Su (VST) khu vựcNhà Bè — Tp Hồ Chí Minh - c5 xSkEEEE KT EEEEEE111518111111111 111101111 tke 57Hinh 3.4 - Biéu đồ phán bỗ sức sức kháng mũi hiệu chỉnh khu vực Bình Lợi —Tân Sơn NhÁT - 5t HE H1 H121 g 58Hình 3.5 - Biéu đồ phân bố sức sức kháng mũi hiệu chỉnh khu vực Nhà máy khí;/12.82/27//86028/,/2:/2 R77 Đa 59Hình 3.6 - Biéu đồ phân bố sức sức kháng mũi hiệu chỉnh khu vực Nhà Bè - Tp.40.180 E000000n0nẺ8n886a - 60Hình 3.7 - Biéu đồ áp lực giới hạn nén ngang ở nhà máy Nhiệt điện Cà Mau 61Hình3.§ - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Ny tir kết quả thí nghiệm cắt cánh hiệntrường VST đã hiệu chỉnh và q, tại khu vực Nha máy điện dam Ca Mlqu 64Hình 3.9 - Biéu đồ phân bố hệ số xuyên Nụ, từ kết quả thí nghiệm cắt cảnh hiệntrường VST đã hiệu chỉnh và q, tại khu vực Nhà máy điện dam Cà Mau 64Hình 3.10 - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Nụ từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiệntrường VST đã hiệu chỉnh và Au tại khu vực Nha máy điện đạm Cà Mqu 65Hình 3.11 - Biéu đồ phân bố hệ số xuyên N, từ kết quả thi nghiệm cắt cánh hiệntrường VST đã hiệu chính và q, của thí nghiệm xuyên cơ tại khu vực Nha máy điệnđạm CA ÌVÍ À TY SE Sky Error! Bookmark not defined.
Trang 12Hình 3.12 - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Ny /O'y theo độ sâu tại khu vực Nhamáy điện đạm CA ÍQ14 c5 555 s‡+++ss3 Error! Bookmark not defined.Hình 3.13 - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Ny tir kết quả thí nghiệm cắt cánh hiệntrường VST đã hiệu chỉnh và q, khu vực Binh Lợi — Tan Sơn Nhat TP.HCM 67Hình 3.14 - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Nye tir két qua thi nghiém cat cảnh hiệntrường VST đã hiệu chỉnh và q, khu vực Bình Lợi — Tân Son Nhat TP.HCM 67Hình 3.15 - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Nụ từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiệntrường VST đã hiệu chỉnh và Au khu vựcBình Lợi — Tan Sơn Nhat TP.HCM 68Hình 3.16 - Biéu đồ phán bố hệ số xuyên Ny /O'y theo độ sáu tại khu vực BìnhLợi — Tân Sơn Nhất TP.HCÌM 5c: 5t ExtEEEt2 tt tre 68Hình 3.17 - 7ơng quan p*; va Syst) của dat sét mém bão hòa nước ở khu vựcz0, NI Aa ä.ố.ốố 71Hình 3.18 - 7ơng quan p¡ va S„xị) của đất sét mêm bão hòa nước ở khu vựcTP HC ÀÍ àĂàĂĂ Ăn KTS nghiệt 72
Trang 13Bảng 1.1 - Gid tri đ;rvr từ các phương pháp thí nghiệm (theo Kulhawy và Mayne[00 NNNNH-(c(Á La 13
Bảng 2.l - Các thong số kỹ thuật của thiết bị xuyên cơ ŒeoMil 31Bảng 2.2 - Giá tri Ve theo các kiểu AGU dO oececcccecececcscscssescscesesescsvssesvevssevsvseeeeeee 45Bảng 2.3 - Kế guả thí nghiệm nén ngang Error! Bookmark not defined.Bang 2.4 - Tinh toán thí nghiệm nén ngang Error! Bookmark not defined.Bảng 2.5 - Aội số dang đường cong thường gặp ác 50
Bảng 3.1 - Bang tom tắt hệ số xuyên khu vực Cà Mt eiceccccccccscecesescssescsescseeseseeees 65Bảng 3.2 - Bang tom tắt hệ số xuyên khu vực Tp Hồ Chi Minh - 69Bảng 3.3 - Bang tom tắt các hệ số xuyên của lớp đất sét yếu bão hòa nước 69Bảng 3.4 - Bảng tom tat các hệ số Nụ, m, A của lớp đất sét yếu bão hòa nước 69Bang 3.5 - Kế qud các đặc trưng cua sét mêm bão hòa nước từ thi nghiệm PMT
Trang 14MỞ ĐẦU
1 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIENSức chống cat không thoát nước (Su) là một trong những đặc trưng độ bên quantrọng sử dụng để tính toán khả năng chịu tải của đất nên, đặc biệt khi công trình vừađược xây dựng xong Sức chống cắt không thoát nước của sét mém bão nướcthường được sử dụng trong tính toán 6n định nên dat yếu dưới công trình dap
Sức chống cắt không thoát nước được xác định băng nhiêu thí nghiệm khác nhauvà kết quả thu nhận được cũng khác nhau trong một loại đất Trong đa số các trườnghợp, sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh được xem là hợp lýnhất do được xác định trong điều kiện thế năm tự nhiên Việc xây dựng các quan hệvới các kết quả thí nghiệm hiện trường khác có ý nghĩa thực tiễn cao Điều này giúpphân tích đánh giá đặc điểm phân bố sức chống cắt không thoát nước và chọn lựaphục vụ tính toán hợp lý Ngoài ra, trên cơ sở các quan hệ thiết lập, có thể ướclượng giá trị sức chống cắt không thoát nước trong một số trường hợp cân thiết
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUPhương pháp nghiên cứu được lựa chọn cho luận văn là thí nghiệm, phân tích vàxây dựng các tương quan thông qua việc thống kê
Dé xây dựng các tương quan về sức chống cat không thoát nước của sét mềmvới các thí nghiệm, bao gồm:
- Thí nghiệm cat cánh (Vane Shear Test VST).- Thi nghiệm xuyên tinh (Cone Penetration Test CPT) và xuyên tĩnh điện có do ap
lực nước lỗ rỗng u (Piezocone Test CPTu)
- Thinghiém nén ngang (Pressuremeter Test).3 MUC DICH VA NHIEM VU
Ngoài việc khoan, lay mẫu dat cho thi nghiệm trong phòng, các đặc trưng cơ lýcủa đất nền cũng có thé được xác định băng thí nghiệm hiện trường Day cũng là xuhướng phổ biến hiện nay vi thí nghiệm hiện trường cho số liệu tin cậy hon, với thiếtbị kỹ thuật có độ tin cậy cao và thí nghiệm được thực hiện trực tiếp trong nền đấtvới điều kiện trạng thái ứng suất trong thế năm tự nhiên Những số liệu thí nghiệmdat ở hiện trường cho phép so sánh, kiểm tra tính hợp lý, sự đúng đắn của kết qua
Trang 15kiện thí nghiệm trong phòng có thé khác với điều kiện thé nam tự nhiên, nên kết quảthí nghiệm trong phòng có thê khác biệt và chưa hợp lý.
Trong thực tế, sức chống cắt không thoát nước Su phụ thuộc đáng kể vào độchặt của đất nên phụ thuộc độ sâu và trạng thải ứng suất
Trên cơ sở tong hop cac số liệu thi nghiệm thực té, chúng tôi tiến hành thiết lậpcác quan hệ giữa sức chống cat không thoát nước với các kết quả thí nghiệm hiệntrường khác Ngoài các quan hệ xây dựng, dự kiến tiến hành phân tích các quan hệnày theo trạng thái ứng suất thực tế, tức là theo độ sâu phân bó
Trang 16CHUONG 1
TONG QUAN VE CAC KET QUA NGHIEN CUU TUONG QUAN CUA SUC
CHONG CAT KHONG THOAT NUOC CUA DAT LOAI SET
1.1 Quan hệ S, theo chi số dẻo PI và ứng suất do trong lượng ban than đốivới sét cỗ kết thường
Thí nghiệm nén ba trục theo sơ đô không cố kết, không thoát nước (UU) và thinghiệm cắt cánh hiện trường (VST) với hệ số hiệu chỉnh thích hợp là cách tốt nhấtđể xác định sức chống cắt không thoát nước của đất sét, sử dụng dé phân tích ổnđịnh nên công trình Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, những thí nghiệm như vậykhông được thực hiện khi cần đánh giá sơ bộ sức chống cắt không thoát nước trướckhi tiến hành dự án Vì vậy, việc thiết lập tương quan giữa sức chống cắt khôngthoát nước với các chỉ tiêu vật lý cơ bản như độ 4m W, giới hạn chảy LL, chỉ số dẻoPI là có ích và can thiết Nhiều tương quan như vậy đã được nghiên cứu và kiếnnghị như trong các bài viết của Bjerrum (1972), Azzouz và các đồng nghiệp (1983),Duncan và các đồng nghiệp (1989), Kulhawy va Mayne (1990), Morris va Williams(1994) Trong tat cả các tương quan đó, các tac giả đều quan niệm dat nền bão hòa,tức là xem ( ~ 0 và sức chống cắt được biểu thi băng lực dính không thoát nước cụ
Trong nhiều năm, người ta nhận thay rang sức chong cắt không thoát nước củasét có kết thường (NC) bão hòa nước tăng tuyến tính theo độ sâu (hình 1.1) va theoứng suất nén hữu hiệu (theo Skempton, 1948)
\ Sức chống cắt không\ thoát nước Su
Trang 17VObăng tỷ sô l$-] Tỷ sô này có thê được xem là cơ sở hữu ich dé đặc trưng cho sức
G
chống cắt không thoát nước của đất sét
làVO
Nhiều tương quan giữa ty số | Su và chỉ số déo PI cho sét cố kết thường được
đưa ra Đầu tiên là của Skempton (1948) theo biểu thức sau:
5 Cc0 =~ =(,11+0,0037(PI) (1.1)
^ ® Manglerud " eal
Z 0$ie
Hình 1.2 - Quan hệ giữa ty số l#] và chỉ số déo theo Skempton
Trang 18O @ | Bjermm (1972)° Ladd & l'oott (1974)
© Flaate & Preber (1974)
Hình 1.3 - Hé số hiệu chỉnh cho cốt cánh hiện trường theo chỉ số đẻo được
rút ra từ các hiện tượng phá hủy nên đắp (Ladd, 1975)Gan đây, một tương quan hoàn chỉnh hơn được đưa ra bởi Terzaghi, Peck vàMersi (1996) (hình 1.4).
Trang 19Với: LL - gidi hạn nhão.
G
VOQuan niệm của tỷ số (S cho sét cố kết thường (NC) cũng được mở rộng
thêm va phù hợp cho sét quá cố kết (OC) như nghiên cứu dưới đây theo SHANSEP
1.2 Nghiên cứu sức chống cắt không thoát nước theo SHANSEPNhóm chữ SHANSEP được viết tắt từ “Stress History And Normalized SoilEngineering Properties” do Ladd va Foott (1974) đưa ra Phương pháp này đượcphát triển ở viện MIT vào thập niên 1960 nhằm đưa ra phương pháp hợp lý và đángtin cậy hơn để xác định sức chống cat không thoát nước S„ (và những thông số quanhệ giữa ứng suất và bién dạng) có kế đến ảnh hưởng do mẫu bị xáo trộn, mẫu cótính bat đắng hướng và làm giảm bớt ảnh hưởng do tốc độ biến dạng
Dựa trên những quan sát được từ thí nghiệm hiện trường và trong phòng, nhómnghiên cứu nhận thay rằng ứng xử giữa cường độ sức chống cat không thoát nướcđược chuẩn hoá với ứng suất và bién dạng của hau hết các loại dat sét thông thườngđều bị chỉ phối bởi lịch sử ứng suất của chúng (thé hiện qua ty số quá cố kết OCR).Từ đó, phương trình tương quan sau được thiết lập cho loại sét quá cô kết được đềnghị:
Su —S(OCR)” (1.6)
l¿
VO
Trong đó:S - hệ số chuân hoá sức chống cắt không thoát nước cho trạng thái cố kết
thường (OCR=1), S = Su |
OCR¬l
VO! z A LẠ on aN
Ø.„ - ung suât có hiệu ban dau (sup.Z)
VỊ
m - hệ số xác định từ độ dốc của đường quan hệ log(OCR) và la Su |
G
Trang 20la z Pa G
OCR - hệ sô qua cô kêt, OCR = +
Oo
O đây: ø,, - áp lực tiên cô kêt hay ứng suat cô kết trước.
Phương trình trên có thé được viết lại cho sức chống cắt không thoát nước S,của sét quá cô kêt:
/^a Quan hệ thông thường
giữa ứng suất và biến dang
lạ) | 1 i ma’
Ò 5 lOQ IS 20 25
SHEAR STRAIN, » %Lo ' T T T 7 T
(b) Quan hệ thông thường2 giữa 5u va OCR ¬
Ovn= 4 đến 8kG/cm?
o8
&0.6
SyZực B 4
Trang 21sâu của nên đất đối với trạng thái ban đầu của đất (trường hợp UU) và qui luật củanó theo ứng suất cố kết (cho trường hop CU): S„= flo", ).
Trình tự như sau:- Lua chọn mẫu và sử dụng thí nghiệm nén cố kết dé tính toán áp lực tiền cố kết
Ơ,.- Lựa chọn mẫu tương tự dé nén cố kết với gia tri Ứng suất nén gấp 1,5; 2,5 va 4,0
lan cap ap lực tiên cô két ø_ đã xác định được trước đó.
p
- Cac thí nghiệm này cho kết quả quan hệ Su | là một giá tri không đổi Điều
Ø vonày đúng với ít nhất hơn 2 cấp áp lực Nếu không, kỹ thuật SHANSEP khôngđược phép áp dụng.
l¿
VO
- M6t ap lực cho ra quan hệ | bang hang s6 duoc chon lam ap luc nén cố kết
trong phòng ơ - Cac mâu được cô kêt với cap áp lực này và sau đó cho nở đên các hệ sô quá cô
kết OCR đã biết
í
Ø
- Tién hành cắt để xác định S, và vẽ biểu đồ Su | theo OCR Từ biểu đồ có thé
xác định được giá trị các hệ số S vam trong phuong trinh SHANSEP.Dé xác định chính xác gia trị Š và m, các thí nghiệm như: nén cố kết với tốc độbiến dạng không đổi (CRSC) và thí nghiệm nén ba trục CK,U được dé nghị ápdụng.
Những nghiên cứu bổ sung dé xác định các hệ số S va m theo ky thuatSHANSEP da duoc thuc hién va dé nghi ap dung:
Trang 22- Cong thức của Jamiolkowskl (1985):
S,=0,23ơ, với sét có chỉ số dẻo PI < 60% (1.8)- - Công thức của Mersi (1989):
S, = 0,220; (1.9)với: G, - áp lực tiền cố kết
- - Công thức của Ladd (1991):
Su
l¿
VO
Trong đó: S, m - các hệ số, S = 0,22 + 0,03 vam =0,8 + 0,1.Có thé thấy răng công thức (1.10) theo đề nghị của Ladd (1991) có dang tổng
=S(OCR)" (1.10)
quát hơn nên được sử dụng khả phô biên ở một sô nước trên thê giới.
1.3 Anh hưởng của giá trị A; lên độ bền chống cắt không thoát nướcCác hệ số áp lực lỗ rỗng theo Skempton thường được sử dụng để tính toán trướcáp lực nước lỗ rỗng khi đặt tải công trình nhanh tương ứng với điều kiện khôngthoát nước trong khoảng thời gian thi công đường trong khu vực nên đất yếu Thờigian thi công rất ngắn so với thời gian cần thiết để nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tánhoàn toàn.
Hệ số A và B được đo trong thí nghiệm nén ba trục theo lộ trình AC (Axial
Compression) thông qua quan hệ áp lực nước lỗ rỗng thặng dư Au được xác định
theo biểu thức sau:
Au = B[Ao3 + A(Ao, - Ao3)] (1.11)Trong đó:
Ao, Ao; - lượng gia tăng các ứng suất chính.B,A - hệ số áp lực lỗ rỗng Skempton.Giá trị B của đất sét mềm bão hòa có thé xem bang 1 Do đó, sự thay đối của áplực nước lỗ rỗng u có thê biểu thị qua hệ số A, tức là:
A= Au — Ao,
1.12
Ao, — Ao; 6412
Trang 23Đối với thi nghiệm nén ba trục cố kết không thoát nước CU truyén thống, tronggiai đoạn nén dọc trục, ứng suất hông của mẫu được duy trì không đổi, do đóAo3=0, vì trong giai đoạn nén giá tri áp lực buông 03 được giữ không đổi.
Do đó, khi đạt tới phá hoại, công thức trên được viết lại dưới dạng đơn giản hơn:
Đối với trường hợp thí nghiệm kéo theo lộ trình AE (Axial Extension) trongCIUE và CAUE, hệ số A¿ có thé biểu thị băng công thức sau:
Au,A;=l-
Ao,
(1.14)
Trong giai đoạn cắt không thoát nước, sự thay đối của áp lực nước 16 rỗng thangdu đã khống chế sự thay đổi của ứng suất hữu hiệu của đất khi bi cắt, ảnh hưởngtrực tiếp đến kết quả thí nghiệm sức chống cắt không thoát nước, tham số áp lựcnước lỗ rỗng khi phá hoại Ar cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng quan trọngđến sức chống cắt không thoát nước của đất bão hòa
Giá trị S„ có thé ước tính từ kết quả thí nghiệm nén ba trục CU bang biểu thức:
_Øsing[K,+A;q-K,)]= cho sét cố kết thườn 1.151+(2A, -l)sing'’ ( 8) ( )
Khi nghiên cứu hệ số áp lực lỗ rỗng khi phá hoại Ar của sét mềm yếu ở vùngtring Đài Bắc, Lưu Tuyển Chi (1991) nhận thấy rang: giá trị Ap thu được từ cácphương thức thí nghiệm khác nhau (trạng thái ứng suất ban đầu và trạng thái ứngsuất khi đạt phá hoại khác nhau) cũng có sự khác biệt Từ quan hệ giữa ty số cườngđộ cắt không thoát nước S/⁄/ø,„ va Ar thu được từ 4 loại thí nghiệm ba trục cố kếtkhông thoát nước (CIUC, CAUC, CIUE, CAUE), ông thiết lập quan hệ A; với chisố dẻo PI, như hình 1.6
Trang 24Giá trị Ap ngoài việc chịu ảnh hưởng của giá tri PI cũng có liên quan đến giá trịOCR Biểu đô hình 1.7 là quan hệ giữa Ay trong thí nghiệm CU với OCR Giá trị Aycó được từ thí nghiệm trong phòng có xu thế giảm xuống tùy vao sự tăng lên củagiá tri OCR Nhưng khi OCR = 1 (tiêu biểu cho trạng thái cô kết bình thường), giátrị Ar năm trong khoảng từ 0,5 + 1,2.
Trang 25Ông Âu Chương Dục (1993) cũng đã chỉnh lý quan hệ của A; và OCR (như biểuđô hình 1.8), giá tri Ay ngoài xu thế giảm tùy theo OCR và gần giống sơ đồ hình 1.7ra thì trong trường hợp OCR = 1, giá trị Ap nam trong khoảng từ 0,36 — 0,64.
Chuong Duc, 1993Đối với kết quả nghiên cứu của Luu Tuyén Chi (1991) va Au Chương Dục(1993), khi OCR vào khoảng 3 — 6, giá trị A có xu hướng có giá trị âm, điều này ratgiống với kết quả chỉnh ly của Mayne va Stewart (1988) (như biểu đồ hình 1.7)
Các kết quả thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ cô kết không thoát nước CU trênsét yếu bão hòa nước của khu vực cho thây giá trị A; dao động trong khoảng 0,10đến 0.2
1.4 Tinh tương quan của các phương pháp xác định S,Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy sức chống cắt không thoát nước S, của đấtsét bão hòa nước khác nhau theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau và phụthuộc vào hàng loạt các yêu tố như điều kiện thí nghiệm, lịch sử ứng suất (thôngqua giá tri OCR), cơ chế phá hoại (thông qua giá tri Ap), tính bat dang hướng (điềukiện trầm tich),
Trang 26Kêt quả thí nghiệm xác định sức chông cat trên sét yêu bão hòa nước của khuvực Thành phố Hồ chí Minh và Đồng Băng Sông Cửu Long cũng cho thấy hiệntượng tương tự, tức là có sự khác biệt về giá trị S, thu nhận được từ kết quả thínghiệm theo các phương pháp khác nhau.
Đối với các thí nghiệm trong phòng, giá trị cường độ sức chống cat không thoátnước S„ thường được xác định bằng các phương pháp thí nghiệm: nén nở hông UC,nén ba trục UU, CŨ và thường cho kết quả khác biệt Thông thường, một số nhànghiên cứu kiến nghị nên sử dụng thí nghiệm nén ba trục dạng CU làm cơ sở đểthiệt kê vì có những ưu diém sau:
Phan ánh gan đúng nhất trạng thái ứng suất của đất ở hiện trường.Làm giảm ảnh hưởng của việc lây mẫu xáo động
Có thé tiến hành tái cố kết dé đưa mẫu về trạng thái ứng suất định trước.Kulhawy và Mayne (1990) đã nghiên cứu về phương pháp thí nghiệm S,, ảnhhưởng của tôc độ biên dạng va lịch sử ứng suat, đê xuât công thức chuyên đôi lâyCU làm chuẩn như sau:
GVO
5 A 4y x ^ A 4 2 A A L§ x lê(—)cy - tỷ sô đặc trưng cho cường độ chông cat của dat cô kêt thường với
tốc độ bién dang = 1% /h.a a 3,„„ - các hệ sô chuyên đôiTEST ? “RATE ? “OCRVới:
a;«;- đại diện cho tính khác biệt của các phương pháp thí nghiệm có thểđược chọn trong bảng sau:
Bảng 1.1- Gid tri a;rzsr tu các phương pháp thí nghiệm (theo Kulhawy và
Mayne 1990)| PP thinghiém/ | ATEST |
Trang 27CIUCDSS 0,77— 0,0064 91,
PSC 1,22 —0,0112 @PSE 0,71 —0,0052 0%Ck,UC 1,13 —0,0094 0°,
Ck,UE 0,56 — 0,0046 0
Ghi chú: 7 là giá trị lay từ thi nghiệm ba trục cố kết không thoát nước CUarate được chỉ ra theo công thức sau:
=1+0,1.logeARATE
với: € là tốc độ biến dang khi thí nghiệm (% /h)a OCR
Aocr = OCR"được xác định theo công thức sau:
với: n - tham số ứng với trạng thái tới hạn của đất tùy theo phương pháp thínghiệm theo các lộ trình ứng suất khác nhau: nén AC, cắt thuần túy, kéoAE mà giá trị được kiến nghị là 0,72; 0,78 và 0,82
Qua việc nghiên cứu nhiều tai liệu, Chen (1993) đã tiến hành tìm mối quan hệgiữa cường độ chống cắt không thoát nước S, từ thí nghiệm UU, UC thường dùngvới phương pháp thí nghiệm ứng suất có hiệu (CU, CD)
Băng cách phân tích ứng suất hữu hiệu với sử dụng hệ số áp lực lỗ rỗng
Skempton A; (lúc ban đầu) va Ar (khi phá hoại), công thức tính toán S, theo cácthông sô hữu hiệu được đê xuât:
5_ €cosø +o) sing’ {K, +A,(I-K,)] I+(2A,—])sing'
Đối với sét cô kết thường, c’=0, công thức trở thành:
Trang 28L sã T T T T T T
ọ
" of O Silty Holocene (Xewtyofles 1981)
` ® Øasle^ Blus Cley tLedé «8 of 19371; D'Appoloeo et at 1971)
@ Nogeya Cloy iMotase @%đ Koboyoste 1971)
B acs [Ke@stsellos osở Loád +985)
rad & Hokkaido | imitecht ond Kitago 1976)0.8 ¥ Hokkodo 2 (Maochi ond Kitogs 1976] rt
| & Hoebtado 3 (Miochi and Kitogo | 976!
kl © kre Al-ubSoe (Momows 1977 1962}
x ® Orommen Cis, (Prevosl ond Horg 1977, Andersen ef of TOO!
w”
» O6- D ¬é ®
OCR
Hình 1.9 - Biéu đô quan hệ của Artheo OCR trong thí nghiệm CIU (theo
Mayne, 1988)Nghiên cứu này cũng chỉ ra ty số Sy (UU hay UC) / Su (cru) Cua đất sét cô kết thường.Ty số này tăng lên theo sự tăng của giá trị OCR Nghiên cứu nay thu thập các tàiliệu thí nghiệm về đất dính có liên quan của các vùng trên thế giới, dùng phươngpháp thống kê để phân tích và lượng hoá hiện tượng này Số liệu bao gồm S„(UU),S„(UC) và S,(CIU) đối với các loại đất NC (cố kết thường), LOC (cố kết nhẹ),MOC (quá cố kết vừa) đến HOC (quá cô kết nặng) Nghiên cứu nay lây kết quảcường độ chống cắt không thoát nước từ các thí nghiệm khác nhau về đất dính ởcùng một trạng thái ứng suất, đề tiễn hành phân tích, thảo luận về mối tương quan
Đối với việc so sánh trực tiếp giữa thí nghiệm UU và CIU, có thé quan sát đượctương quan giữa S,(UU) và S,(CIU) như hình 1.10:
Trang 29400 1
F 1
a NC9 LOC All data| @ MOC
l¿
VO
3.0 a 7 J7 J3 | CỐ TT TT 4 TP non rẻ v
| $(ClUC) / đ„ = 0.243 + 0.821 s,(UU) / Ø„(n=81, r=0.925, S.D.«0 140)
25Ƒ
22 clays
| NC
+ OO LOC Y = 0.383 + 0.821 X2.0 F +
® Moc a
Y = 0.103 + 0.821 X~~©
Trang 30o oo"
r Oe ® LOC
Y=0.817+0.499logX @ MOC |
8 HOC' {
Trang 311.5 —T T v —r M T
| §.(UC)/s,(CIUC) = 0.893 + 0.513 log [s,(UC)/8„]
L_ (n=32, 720.792, $.0.=0.101) se es~ m- aaa
s,(UC) / Sy,
¬- S S
Hình 1.13 - Biéu đồ quan hệ của — "=> với ——— (heo Chen, 1993
„(CIU) O70Theo kết quả chỉnh ly thống kê của Chen (1993):
S.D - Sai số tiêu chuẩnCăn cứ vào kết quả nghiên cứu này, nếu chỉ có số liệu S, của thí nghiệm UC hayUU mà cần viện dẫn S, từ thí nghiệm CIU, có thé tính toán theo công thức quan hệtrên (1.19 và 1.20).
Đối với việc so sánh trực tiếp giữa thí nghiệm nén nở hông UC và nén ba trụcUU, tác giả cũng đưa ra biểu đồ quan hệ:
Trang 32s,(UU), KN/m? 3
s,(UC), kN/m?Hình 1.14 - Biéu đồ quan hệ của S„(UU) với S,(UC) theo Chen, 1993Quan hệ giữa S„(UU) với S,(UC) cũng có thé biểu thi qua ty số độ bền không
5thoát nước —.
OoVO
3.0 M HH , Tn T15 | mg g0 0 VÔ V90 [ CV V
| 8,(UU) / đu = 0.072 + 0.982 8,(UC) / G,,
, (n=19, 750.853, S.D.«0.246) s257 7clays ” "
Hình 1.15 - Biéu đồ quan hệ của “— với ——— (heo Chen, 1993
í
Ø Ø
Trang 33Những tư liệu thu thập được trong nghiên cứu này lấy từ đất dính của các nơitrên thế giới, tính ứng dụng của nó đối với đất sét yếu khu vực nói riêng và ở nướcta nói chung can phải được nghiên cứu thêm.
Đối với tính tương quan giữa thí nghiệm hiện trường (VST, CPTu) và thínghiệm trong phòng (như thí nghiệm CU), điểm quan trọng là do ảnh hưởng của cácyếu tố như tính đa dạng của đất ở hiện trường, tốc độ bién dạng khi thí nghiệm, yếut6 quá có kết nên kết quả thí nghiệm trong phòng cân phải xem xét tới những yếutố này để hiệu chỉnh thi mới có thé phản ánh đúng trạng thái đất ở hiện trường.BJerrum (1972), Ladd (1977) và Mersi (1975) sau khi đánh giá tính pha hoại cuacông trình thực tế (có anh hưởng bởi các yếu tố trên) đã dé nghị biểu thức:
S- 5
u(field) _ Lu ——)
(1.21)f
: v3."
g 1.0Ƒ
— _— BJerrum's (1972)5 Recommended Curve
5 0.8 - O°S
1977)Trong đó, chỉ số déo PI được xác định từ công thức: PI = LL-PLVỚI: LL - gidi hạn chảy
Trang 34PL - giới hạn dẻo.Cần lưu ý rang, giới hạn chảy LL phải được lay từ thí nghiệm theo phương phápCassagrande pho biến trên thế giới Hiện nay, ở Việt Nam tổn tại 2 tiêu chuẩn thinghiệm về giới hạn chảy là: phương pháp Cassagrande va phương pháp chùy xuyênVaxiliev Hai phương pháp nay cho ra kết quả khác biệt nhau, thường LLcasA >
LLya nên Plcasa > Plya Biểu đồ hình 1.16 cho ra giá trị Suejáy theo Cassagrande nhỏ
hơn Các kỹ sư thiết kế thường mắc sai lầm khi áp dụng theo tiêu chuân Việt Nam(qui trình thiết kế đường 6 tô 22TCN273-05) dé hiệu chỉnh S, của VST theo PInhưng không quan tâm (hay hiểu rõ) PI lây từ thí nghiệm giới hạn chảy theophương pháp nào Vi thí nghiệm giới hạn chảy (LL) theo phương pháp Vaxilievthường dùng trong TCVN để phân loại đất, nên khi sử dụng chỉ số dẻo lấy từphương pháp này sẽ cho ra gia tri Su(4esizn) lớn hơn thực tế, dùng tính toán sẽ dẫn đếnmat an toàn
Mersi (1989) đã nghiên cứu thêm một bước và chỉ ra mối quan hệ tương hỗ giữaSucfiela) Và S, thí nghiệm trong phòng:
Soci) _ (Pucexvey 4 Suuoss) 4 PueKUP) /3 (1.22)
q,—Ø
S5,=————= (1.23)
NyHay:
q,-o
Trong đó:
Trang 35- ứng suất do trọng lượng bản thân theo ứng suất tong (kPa)Ge Gr - sức chống mũi, sức chống mũi hiệu chỉnh (kPa)
Nụ, Nụ - hệ số mũi xuyên, hệ số mũi xuyên điệnGia tri Ny thường được tinh dựa theo sức chống cắt không thoát nước hiệu chỉnhS, trong thí nghiệm căt cánh hiện trường, đôi khi dùng S, từ thí nghiệm UU và UCtrong phòng.
Việc xác định giá tri Nụ: đã được nghiên cứu rộng rãi, những báo cáo cho thayNụ biến thiên từ 10 + 20 (theo Aas và các đồng nghiệp 1986) Nghiên cứu củaLunne và đồng nghiệp (1976) cho năm vùng ở Scandinavia cho giá trị Nụ từ 15 +19 đối với sét trầm tích biển và từ 11 + 13 đối với sét mềm yếu Schmertmann(1975), Lunne và Eide (1978) cũng kiến nghị rằng giá tri Nụ, Nut đối với các dạngdat ở những vùng khác nhau nên thiết lập những tương quan cục bộ Hệ số Ny cókhi không phải là hăng số cho dù trong cùng một lớp đất, mà có thể là một hàm theo
độ sâu: Nụ = f(z) hay Nu = f (0%, ).
Theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb theo các thành phan ứng suất chính,điều kiện cân bang có thé được biéu diễn dưới dang:
0, -0; Ơi5 —( =o: )sin $ˆ — c.cos $ˆ = 0 (1.25)
2 | 2 tea nk ahd the legDo of +04 = 3 +20; )+ 3 —Ø; ), biêu thức trên có thê viết lại:
Ơi +20.
=.— 93 )_ (ƠI +293 Woh cos’ = 0
Vì ứng suất hữu hiệu không đổi trước và sau khi gia tải trong điều kiện khôngthoát nước, nên ta có:
| f 2 PA os
246i + 0; ) = 0,
Với of - gia tri ing suất đăng hướng xác định theo trạng thái ứng suất ban đâu.Sức chống cắt không thoát nước do đó được xác định theo biểu thức:
Trang 36".= (1.26)
T1, , ° l ,— —Có thé thay rang ở trạng thái cân băng giới hạn, sức chống cắt không thoát nướcvà thoát nước có mỗi quan hệ chặt chẽ với nhau do phân tô đất (mẫu dat) dat trangthái cân bằng Trong khi sức chống cắt không thoát nước là đại lượng không phụthuộc trạng thái ứng suất thì độ bên của đất theo ứng suất hữu hiệu phụ thuộc ứngsuất tác dụng thông qua thành phân ma sát o’tg@’ Theo độ sâu, ứng suất nén hữuhiệu do trọng lượng bản thân cột đất càng lớn, cường độ sức chống cat của đất +càng lớn Ở độ sâu lớn, dưới tác dụng của ứng suất nén, đất nên sẽ có độ chặt (thôngqua giá trị e hay yg) và độ âm (W) tương ứng và sức chống cắt không thoát nước S,tương ứng Rõ rang sức chống cắt không thoát nước S„ của đất phụ thuộc đáng kểvào trạng thải ứng suất ở điều kiện thế năm tự nhiên nên phụ thuộc vào độ chặt - độâm và điều nay đã được nghiên cứu trình bày trong các bai viết của Giáo sư N.N
Maslov, Giáo sư Lê Bá Lương, Giáo sư Nguyễn Văn Thơ
1.5 Nhận xét chươngHau hết các kết quả nghiên cứu đều cho thấy sức chống cat không thoát nước Suphụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng và được xác định bằng nhiều phương phápkhác nhau Đối với sét mềm bão hòa nước, sức chống cat không thoát nước từ cắtcánh có hiệu chỉnh được xem là đại lượng hop ly dé đánh giá khả năng ổn định củadat nền do độ tin cậy của thí nghiệm và nhiều kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra độ tincậy cao với công trình đắp trên đất yếu
Việc xây dựng các quan hệ sức chống cat không thoát nước từ cắt cánh với cácthí nghiệm khác cho phép phân tích sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng lên giá trị độ bềncủa đất chọn lựa phục vụ tính toán thiết kế Ngoài ra, các quan hệ thiết lập còn chophép chọn lựa thông số sức chống cắt từ các thí nghiệm khác khi cần thiết
Trang 37CHƯƠNG 2
CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ VIỆC
XÂY DỰNG CÁC QUAN HỆ2.1 Cac thí nghiệm hiện trường sử dụng cho sét mềm bão hòa nước2.1.1 Thí nghiệm cắt cánh
2.1.1.1 Xác định Su từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)
Phương pháp này nham xác định tại hiện trường sức kháng cắt của đất sétmềm bão hoa bằng thiết bị cắt cánh dưới tac động của một lực xoăn đủ mạnh dé cắtđất
Thí nghiệm thích hợp cho loại đất dính có trạng thái từ dẻo mềm đến rấtmém, bão hoa nước Nguyên lý của thí nghiệm cắt cánh là ấn vào trong đất mộtcánh cắt chữ thập băng thép, sau đó quay cánh cắt cho đến khi đất bị cắt xoay tròn(phá hủy) xung quanh trục của nó và đo moment xoắn Dat bị cắt trong thời giankhá nhanh, với hệ số thâm trong đất dính rất nhỏ nên nước không kịp thoát ra ngoàitrong quá trình thí nghiệm.
Hiện nay có khá nhiều thiết bị cắt cánh, nhưng có thể tóm lược theo 3 loại
ống bao và mũ bảo vệ dé chống ma sát cho cân.> Cánh cắt hình chữ nhật rộng 6,5cm và cao 13,0cm dùng cho đất ở trạng thái
chảy và 3,5cm x 7,0cm cho đất ở trạng thái dẻo mềm Cánh cắt có bề dày2mm, cần trong có đường kính 25mm.năm trong ống bao bảo vệ có đườngkính 63,5 mm.
> Cần có đường kính 12,7mm bao gồm cả vỏ bọc
Trang 38> Cắt trong hỗ khoan:- Hồ khoan được làm sạch trước khi thi nghiệm- Ép bộ cắt cánh đến độ sâu cách đáy hố khoan tối thiểu 4d (với d -đường kính hồkhoan), hoặc 6d (trường hợp đất sét rat nhạy)
- Day hố khoan có bộ định tâm dé bao đảm cánh cắt thi nghiệm ở tâm hồ khoan.> Cắt trong ông bao bảo vệ:
- Cánh cắt và cần cắt được đặt trong ống bao bảo vệ để loại ma sát giữa cần cắt vớiđất
- Ép bộ cắt cánh đến độ sâu thí nghiệm, ép cần cắt ra khỏi ống bao bảo vệ rồi tiếnhành cắt
Trang 39Trình tự thí nghiệm:> Tại mỗi độ sâu thí nghiệm, lưỡi cat chữ thập được ấn ngập vao trong nên dat
nguyên trạng một đoạn 0,5m, sau đó thí nghiệm được tiến hành bằng cáchquay lưỡi cắt với tốc độ khoảng 6° trong một phút ứng với thời gian phá hủykhoảng 2 đến 5 phút Tiếp theo lưỡi cat sẽ được xoay luôn vai vòng rôi để yêntrong khoảng 10 phút Thí nghiệm cat sẽ được lặp lại lần nữa trong điều kiệndat đã bị phá hoại
> Sức kháng cắt không thoát nước sẽ được xác định dựa vào moment cắt đođược và phụ thuộc vào kích thước cánh của lưỡi cắt chữ thập Độ nhạy củađất được tính băng tỉ số giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất ở haitrạng thai nguyên trạng và đã bị phá hoại.
e_ Lọai ghi đồ thị trên giấy vẽ: còn gọi là cắt cánh co học, MVSTThiết bị thí nghiệm là máy cắt cánh Nilcon do Thụy Dién sản xuất Thínghiệm cat cánh được tiên hành băng cách dn truc tiếp vào dat với tân suât 1m -2m/
Thiết bị có các phan chính như sau:> Thiết bị trên mặt dat, gồm bộ phận đầu cắt cánh, giấy cắt, tay quay kiểm soát
moment, đai siết, đầu kẹp vào máy nén, lò xo khóa và đĩa thép đường kính23mm.
> Đầu thiết bị cắt bằng co, có khoảng đo 120 Nm và độ chính xác < 1 %
Trang 40> Phần thiết bị dưới dat, gồm cánh cat có vat kích thước 50 x 110mm hay 65 x130 mm, đầu nối trượt (15 độ ngược chiêu kim đồng hd) cho can 622mm.> Thiết bị ép thủy lực: 3 - 5 tân và cần nối đường kính È22.
Trình tự thí nghiệm:Trong giai đọan cắt băng thiết bị Nilcon, người thí nghiệm quay tay quay với vậntốc 1 vòng/giây sẽ làm quay can trên mặt đất với vận tốc 0,2 độ/ giây Dưới dat,moment sẽ tác động lên dau nối ngay trên cánh ở 15 độ dau tiên Sau đó moment sẽtruyền đến cánh Sau khi phá họai, một đường cong sẽ được vẽ trên giây như sau:
Lực phá họai
Đường mômen 0 Góc quay cánh
Hình 2.4 - Đường cong cắt trên giấy ghi với ma sát cân ban đầu, tiếp theo là lực
cắt phá hoại trong lớp sét thí nghiệmTinh toán cường độ chong cắt:
Cường độ chống cắt:
tELxC (2.1)Trong đó:
t- Cường độ chống cắt không thoát nước (kPa);T - Số đo momen lúc phá họai (Nm) = Số đo hiệu chỉnh (mm) x hăng số hiệuchỉnh (Nm/mm);
Số đo hiệu chỉnh = Số đo lớn nhất lúc phá hoại — ma sat cần;C - Hệ số cánh (kPa/Nm)
10°[zД +0.37(2D° —¢°)]Với cánh có vat (góc 120°) của Geotech : C =