Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu bài toán cố kết thấm một chiều có xét ảnh hưởng của hệ số rỗng và hệ số thấm trong quá trình cố kết

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu bài toán cố kết thấm một chiều có xét ảnh hưởng của hệ số rỗng và hệ số thấm trong quá trình cố kết” được thực hiện với kiến thức tác

-

BÙI ANH KIỆT

NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM MỘT CHIỀU CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ RỖNG VÀ HỆ SỐ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày……tháng……năm 2015 Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ……… Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: BÙI ANH KIỆT MSHV: 11094306

Ngày, tháng, năm sinh: 21/05/1986 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã ngành: 60.58.60

I TÊN ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM MỘT CHIỀU CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ RỖNG VÀ HỆ SỐ THẤM TRONG QUÁ TRÌNH CỐ KẾT

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Tổng hợp, phân tích các số liệu thí nghiệm thực tế và xây dựng các tương quan hệ số rỗng và hệ số thấm theo trạng thái ứng suất Từ đó xây dựng biểu đồ tương quan giữa hệ số rỗng và hệ số thấm theo trạng thái ứng suất, đồng thời so sánh với lý thuyết cố kết thấm một chiều của Terzaghi Bổ sung lý thuyết cố kết thấm có xét sự thay đổi e và k; lập trình tính toán và so sánh với kết quả thí nghiệm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/08/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/05/2015 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Tp HCM, ngày……tháng 06 năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Bùi Trường Sơn

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu bài toán cố kết thấm một chiều có

xét ảnh hưởng của hệ số rỗng và hệ số thấm trong quá trình cố kết” được

thực hiện với kiến thức tác giả thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè và gia đình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Bùi Trường Sơn, người

thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn Giúp cho học viên có những kiến thức hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, những người đã cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên chuyên ngành Địa Kỹ thuật Xây Dựng, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường

Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh được những thiếu sót và hạn chế Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa thực tiễn

Học Viên

Bùi Anh Kiệt

CỐ KẾT

TÓM TẮT: Việc ước lượng độ lún nền đất loại sét theo thời gian căn cứ trên cơ sở

lý thuyết cố kết thấm một chiều được mô tả tốt nhất bằng thí nghiệm nén cố kết Tuy nhiên, kết quả tính toán theo lý thuyết cố kết một chiều Terzaghi có sự khác biệt đáng kể so với số liệu thí nghiệm Căn cứ cơ sở lý thuyết, kết quả tính toán độ lún có xét đến sự thay đổi hệ số rỗng và hệ số thấm trong quá trình cố kết cho thấy đường cong nén lún theo thời gian phù hợp với các giá trị ghi nhận từ thí nghiệm

Kết quả nghiên cứu giúp hoàn thiện tính toán thiết kế nền sét mềm bão hòa nước

STUDY ONE-DIMENSION CONSOLIDATION PROBLEM ACCOUNTING ON EFFECTS OF CHANGING OF VOID RATIO AND COEFFICIENT OF

PERMEAPILITY DURING CONSOLIDATION PROCESS

ABSTRACT: Prediction settlement of clayey ground at various time based on

theory of one dimension consolidation is well described by consolidation test However, the results of calculation by Terzaghi’s one dimension theory are different from laboratory data significantly Based on the theory, calculation results accounting on the change of void ratio and coefficient of permeapility during consolidation process show, that compression curve at various time agree with the value obtained from the laboratory tests The research result improves design calculation of saturated soft soil ground

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tự bản thân thực hiện và không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác để làm sản phẩm riêng của mình Luận văn

được hoàn thành có sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Bùi Trường Sơn

Số liệu địa chất và kết quả tính toán được lấy từ công trình thực tế đã và đang thi công ở khu đô thị mới Nhà Bè Ngoài ra còn có tham khảo những phân tích, nhận xét, đánh giá của các tác giả, tổ chức, cơ quan chuyên ngành

Nếu phát hiện có bất cứ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình

Cần Thơ, ngày 10 tháng 06 năm 2015

Học viên

Bùi Anh Kiệt

1.1.3 Lời giải cơ bản 4

1.2 Một số nghiên cứu bổ sung lý thuyết cố kết thấm 15

1.2.1 Có xét đến tính nén ép của nước lỗ rỗng 15

1.2.2 Kết quả lời giải bài toán cố kết có xét đến độ bền kiến trúc và tính nén ép của nước lỗ rỗng 19

1.3 Nhận xét và phương hướng của đề tài 22

CHƯƠNG 2.BÀI TOÁN CỐ KẾT CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG HỆ SỐ RỖNG VÀ HỆ SỐ THẤM TRONG QUÁ TRÌNH CỐ KẾT 23

2.1 Các lời giải cơ bản của bài toán cố kết 23

2.2 Các khái niệm chung về áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, ứng suất hữu hiệu 25

2.3 Thí nghiệm nén cố kết (theo tiêu chuẩn TCVN 4200-2012) 28

2.4 Bài toán cố kết khi hệ số rỗng e và hệ số thấm k thay đổi trong quá trình cố kết 34

3.1 Dữ liệu phục vụ phân tích độ lún theo thời gian 39

3.2 Phân tích độ lún theo thời gian trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm cổ điển Terzaghi 43

3.3 Phân tích độ lún theo thời gian trên cơ sở lý thuyết cố kết có xét đến sự thay

đổi e và k trong quá trình cố kết 50

3.3.1 Chọn lựa đại lượng thể hiện sự thay đổi e và k trong quá trình cố kết 50

3.3.2 Dự báo độ lún theo thời gian trên cơ sở bài toán Terzaghi cổ điển được tính từng bước 54

3.4 Nhận xét chương 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Hình 1.2 - Sơ đồ phân tố đất trong quá trình cố kết 5

Hình 1.3 - Các biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng (u) và ứng suất (σ’) lên cốt đất trong trường hợp tải trọng phân bố đều 8

Hình 1.4 - Biểu đồ phân bố ứng suất khi ui=p 9

Hình 1.5 - Biểu đồ phân bố ứng suất khi ui thay đổi tuyến tính 11

Hình 1.6 - Biểu đồ phân bố ứng suất khi ui thay đổi theo hình sin 11

Hình 1.7 - Các sơ đồ bài toán cố kết cơ bản thường gặp 14

Hình 1.8 - Sơ đồ bài toán cố kết kết hợp 15

Hình 2.1 - Mô hình phân bố ứng suất do nén đất 26

Hình 2.2 - Đường cong nén lún e ̴p 27

Hình 2.3 - Mẫu đất đang thí nghiệm cố kết 29

Hình 2.4 - Biểu đồ thí nghiệm cố kết thấm theo phương pháp Taylor 32

Hình 2.5 - Biểu đồ thí nghiệm cố kết thấm theo phương pháp Casagrande 33

Hình 3.1 - Tương quan của hệ số rỗng theo các cấp áp lực nén 40

Hình 3.2 - Tương quan của hệ số thấm theo các cấp áp lực nén 41

Hình 3.3 - Biểu đồ sự thay đổi hệ số rỗng theo các cấp áp lực nén mẫu đất 471-1 42

Hình 3.4 - Biểu đồ biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 0,5-1,0 kG/cm2 thời điểm 24h xuất từ phần mềm Mathcap 44

Hình 3.5 - Biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 0,5-1,0kG/cm2 thời điểm 24h 44

Hình 3.6 - Biểu đồ biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 1-2 kG/cm2 thời điểm 24h xuất từ phần mềm Mathcap 45

Hình 3.7 - Biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 1-2 kG/cm2 thời điểm 24h 46

Hình 3.8 - Biểu đồ biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 0,5-1,0 kG/cm2 và độ lún dự báo theo lý thuyết Terzaghi với giá trị độ lún ổn định ở t100 xuất từ phần mềm Mathcap 47

Hình 3.10 - Biểu đồ biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 1-2 kG/cm2 và độ lún dự báo theo lý thuyết Terzaghi với giá trị độ lún ổn định ở t100 xuất từ phần mềm Mathcap 49

Hình 3.11 - Biến dạng lún mẫu 471-1 cấp áp lực 1-2 kG/cm2 và độ lún dự báo theo lý thuyết Terzaghi với giá trị độ lún ổn định ở t100 49

Hình 3.12 - Biểu đồ đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 0,5-1,0 kG/cm2

trên cơ sở lý thuyết có xét e và k thay đổi với độ lún ổn định ở t100 xuất từ phần mềm Mathcap 52

Hình 3.13 - Đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 0,5-1,0 kG/cm2 trên cơ sở lý thuyết có xét e và k thay đổi với độ lún ổn định ở t100 52

Hình 3.14 - Biểu đồ đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 1,0-2,0 kG/cm2

trên cơ sở lý thuyết có xét e và k thay đổi với độ lún ổn định ở t100 53

Hình 3.15 - Đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 1,0-2,0 kG/cm2 trên cơ sở lý thuyết có xét e va k thay đổi với độ lún ổn định t100 53

Hình 3.16 - Đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 0,5-1,0 kG/cm2 trên cơ sở lý thuyết Terzaghi tính từng bước 56

Hình 3.17 - Đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 1,0-2,0 kG/cm2 trên cơ sở lý thuyết Terzaghi tính từng bước 58

Hình 3.18 - Tổng hợp đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 0,5-1,0 kG/cm2

59

Hình 3.19 - Tổng hợp đường cong lún theo thời gian ở cấp áp lực 1,0-2,0 kG/cm2

60

MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Dưới tác dụng của khối đắp, hiện tượng cố kết xảy ra trong nền đất loại sét và kéo dài theo thời gian Ở khu vực có lớp đất yếu với bề dày đáng kể, dưới tác dụng của tải trọng, hiện tượng cố kết kéo dài đến hàng trăm, thậm chí hàng ngàn năm Do đó, hiện tượng cố kết vẫn tiếp tục tiếp diễn trong quá trình sử dụng Trong quá trình cố kết, sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xảy ra không đồng đều trong phạm vi nền ảnh hưởng Tại các vị trí gần biên thoát nước, sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xảy ra nhanh hơn Khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán một phần, ứng suất hữu hiệu gia tăng tương ứng với hiện tượng nén chặt đất Như vậy trong quá trình cố kết thấm, độ chặt và độ thấm nước của đất tương ứng thay đổi theo mức độ nén chặt của đất

Cho đến nay, việc dự tính độ lún của nền đất sét theo thời gian chủ yếu căn cứ trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm Terzaghi Trong lý thuyết này, nước lỗ rỗng được xem như không nén ép, biến dạng của cốt đất tuân theo qui luật tuyến tính, các giá trị hệ số rỗng e và hệ số thấm k được lấy trung bình và được xem không đổi trong suốt quá trình nén chặt Cũng đã có một số nghiên cứu bổ sung lý thuyết cố kết thấm một chiều trên cơ sở lời giải của Terzaghi như xét đến độ bền cấu trúc, tính nén ép của nước lỗ rỗng, quá trình cố kết xảy ra đồng thời với từ biến cốt đất Ở đây, nội dung chủ yếu của luận văn là xem xét sự thay đổi hệ số rỗng, hệ số thấm trong quá trình cố kết và ảnh hưởng của sự thay đổi đó lên đặc điểm cố kết của đất nền Kết quả nghiên cứu luận văn giúp bổ sung và làm sáng tỏ hơn về đặc điểm cố kết của đất loại sét

Mục đích và nhiệm vụ

Các kết quả phân tích cho thấy tính nén ép của cốt đất và sự thay đổi hệ số thấm trong quá trình cố kết có ảnh hưởng lên đặc điểm phân tán áp lực lỗ rỗng thặng dư Tuy nhiên, ảnh hưởng lên tốc độ lún của lớp đất không rõ rệt Đồng thời, việc xét tính nén ép tuyến tính của nước lỗ rỗng ảnh hưởng lên sự phân tán áp lực lỗ rỗng, đặc biệt trong giai đoạn đầu của quá trình cố kết

Trong thực tế, hệ số rỗng e và hệ số thấm k phụ thuộc đáng kể vào độ chặt của đất nên phụ thuộc độ sâu và trạng thái ứng suất Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, theo thời gian, đất nền được nén chặt, hệ số rỗng và hệ số thấm có xu hướng giảm

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu bổ sung trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm Từ đó, có thể rút ra các nhận định có ích để làm chính xác hơn việc dự tính độ lún theo thời gian

Nhiệm vụ của luận văn chủ yếu bao gồm: - Tổng hợp các kết quả thí nghiệm nén cố kết và xây dựng quan hệ giá trị hệ số thấm

và hệ số rỗng theo mức độ nén chặt đất - Trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm Terzaghi, bổ sung ảnh hưởng của sự thay đổi e

và k trong quá trình cố kết - Lập trình tính toán và so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết cổ điển Terzaghi

và so sánh với kết quả thí nghiệm

Phương pháp nghiên cứu

- Trên cơ sở tổng hợp cơ sở lý thuyết cố kết thấm một chiều kết hợp xét sự thay đổi độ chặt và tính thấm trong quá trình cố kết để đưa ra lời giải lý thuyết bài toán cố kết có xét đến các yếu tố này

- Trên cơ sở lý thuyết đã có, xây dựng trình tự tính toán hợp lý - Lập trình tính toán bài toán cố kết thấm

- Tính toán và so sánh với kết quả thí nghiệm mẫu thực tế

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CỐ KẾT THẤM

CỦA ĐẤT 1.1 Bài toán cố kết thấm cổ điển của Terzaghi 1.1.1 Mô hình cố kết Terzaghi

Để giải quyết bài toán cố kết thấm Terzaghi đã mô hình hóa quá trình cố kết của đất dưới tác dụng của tải trọng bằng một xy-lanh chứa đầy nước và một lò xo đỡ một pit-tông có van xả như trong hình (1.1) [1] Lò xo tượng trưng cho khung hạt đất, nước trong xy-lanh tượng trưng cho nước trong các lỗ rỗng của đất, còn kích thước lỗ van tượng trưng cho hệ số thấm của đất

Đầu tiên cho đầy nước vào xy-lanh rồi khóa van, tiếp đó đặt tải trọng W lên trên

nói cách khác áp lực nước trong xy-lanh tăng lên bằng với áp lực W mà pit-tông tác động lên Áp lực nước tăng lên được gọi là áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất Như vậy, ở thời điểm ban đầu (t=0), nước trong lỗ rỗng chịu hoàn toàn tải trọng, còn pit-tông không di chuyển, tức là lò xo không chịu tải hay khung hạt đất chưa chịu tải Ở đây, giả thiết rằng nước không bị nén

Hình 1.1 - Mô hình cố kết của Terzaghi

Khi mở van thoát nước, nước trong xy-lanh bắt đầu thoát ra, pit-tông bắt đầu lún xuống, lò xo co lại, khi đó, lò xo bắt đầu gánh đỡ tải W cùng với nước, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư giảm dần do sự thoát nước Vì tải trọng W không thay đổi nên lực W bằng tổng lực tác dụng lên lò xo và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư

Sau một thời gian, nước dừng thoát ra, lò xo không biến dạng nữa Khi đó, toàn bộ lực W đặt lên lò xo, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán hoàn toàn Quá trình trên gọi là quá trình cố kết thấm và thời gian diễn ra nhanh hay chậm là tùy thuộc vào kích thước của van thoát nước và độ cứng của lò xo

Sau quá trình cố kết, tức là quá trình áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán hoàn toàn, theo thời gian lò xo lại tiếp tục lún do mỏi, đó là quá trình cố kết thứ cấp

1.1.2 Các giả thiết

Terzaghi đã ứng dụng mô hình trên vào bài toán tính lún của lớp đất yếu bão hòa nước có bề dày hữu hạn chịu tác động của tải phân bố đều Ngay khi đặt tải, toàn bộ tải trọng do nước gánh đỡ, tức là biểu đồ thẳng đứng do tải trọng gây ra trong đất là áp lực nước lỗ rỗng thặng dư Sau đó, dưới áp lực của nước lỗ rỗng thặng dư, nước trong lỗ rỗng thoát ra dần, áp lực chuyển dần sang khung hạt đất cho đến khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán hoàn toàn Lúc này, toàn bộ biểu đồ ứng suất thẳng đứng do toàn bộ tải trọng gây ra đều truyền lên khung hạt tức là ứng suất hữu hiệu Đây là quá trình cố kết sơ cấp

Để lập nên phương trình cố kết thấm, Terzaghi đã đưa ra các giả thiết:

- Đất bão hòa hoàn toàn - Hạt đất và nước lỗ rỗng không bị nén - Độ thay đổi thể tích đất khi lún là nhỏ hơn nhiều so với thể tích ban đầu - Nước thấm trong đất tuân theo định luật Darcy

- Đất đẳng hướng theo các trục x,y,z - Tải trọng được giả định đặt tức thời - Hệ số cố kết là hằng số trong quá trình cố kết

1.1.3 Lời giải cơ bản

Khảo sát một phân tố dxdydz tại điểm (x,y,z) trong khối đất đang có hiện tượng cố

toàn khối lượng, độ chênh lệch của lưu lượng nước vào và lượng nước ra phân tố đất

dxdydz: qout – qin = độ thay đổi thể tích của phân tố dxdydz trong thời gian ∂t (q – lưu lượng đơn vị dòng thấm)[9]

yx

z

vv

Hình 1.2 - Sơ đồ phân tố đất trong quá trình cố kết

Phương trình (1.1) được viết lại dưới dạng sau:



Đặt 0 là ứng suất hữu hiệu ban đầu

u – áp lực lỗ rỗng tại thời điểm t

theo định nghĩa hệ số nén:

e ea

a

 ;

yvy

0wkC

a

 ;

zvz

0wkC

a



Ở đây:

u – áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất; kx, ky, kz – hệ số thấm của đất theo phương x,y,z; a0 – hệ số nén tương đối của đất;

γw – trọng lượng riêng của nước Nếu bài toán thấm được xem xét trong điều kiện chỉ có thấm thẳng đứng, phương trình thấm một chiều có dạng:

Phương trình (1.12) thường được biết dưới tên là phương trình vi phân cố kết thấm

một chiều theo lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi Dạng lời giải của phương trình này tùy thuộc vào điều kiện ban đầu và điều kiện biên

thoát nước của lớp đất cố kết Để giải phương trình (1.12), giả thiết u là tích số của hai

hàm, tích số của một hàm theo z và hàm theo t, hay:

F(z) C G(t)

Vế trái của phương trình (1.16) chỉ là một hàm của z và độc lập theo t, còn vế phải

của phương trình chỉ là một hàm của t và độc lập theo z Vì vậy chúng phải được xem như là một hằng số, gọi là –B2, nên:

Trong đó A3 là một hằng số, kết hợp với biểu thức (1.13), (1.18), và (1.20), vậy:

Những hằng số trong biểu thức (1.21) có thể được tính toán theo những điều kiện

biên như sau (hình 1.3):

 u = 0 tại z = 0 (thoát nước ở bề mặt)  u = 0 tại z = ht = 2h (thoát nước ở đáy)

Hình 1.3 - Các biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng (u) và ứng suất () lên cốt đất trong

trường hợp tải trọng phân bố đều

Với: h - chiều dài đường thoát nước Trong trường hợp này, thoát nước cả hai phía (phần đỉnh và đáy của lớp đất), h được

được phương trình sau:

5A sin 2Bh0 hay 2Bh n (n – số nguyên)

Lời giải để tính phương trình (1.21) có dạng:

u  A sin Bz exp B C t , vì A5 là một hằng số bất kỳ và n là số nguyên, u có thể diễn tả dưới dạng chuỗi Vậy u được viết lại dưới dạng tổng quát sau:

vn

n

n 1

n zu A sin

2h





n

vi

2i 1,2,3,

Hình 1.4 - Biểu đồ phân bố ứng suất khi ui=p

Nếu ui (áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại thời điểm ban đầu, t=0) là hằng số theo độ sâu, lấy ui = u0 = q thế vào phương trình (1.24), khi đó phương trình (1.24) trở thành:

2sin12

0



nn

udzh

znuh

 

znn

nu

Lưu ý số hạng (1 – cos(nπ)) trong biểu thức trên sẽ bằng 0 trong trường hợp n là số chẵn tức là n=2k Khi số hạng 1 – cos(nπ) ≠ 0, trong trường hợp n là số lẻ, n = 2k + 1, trong đó k là số nguyên, vì vậy phương trình (1.27) được viết lại như sau:









12exp2

)12(sin])12cos(1[)12(

hzkk

ku

1

20

)exp(

sin2

k

v

TMh

MzM

uu

uu

uuu

ii

1

2

)exp(

sin21

k

v

hMzM

ti

tz

dzuh

udzh

dzuhU

0

)/1(

)/1()

/1(

(1.32)

Trường hợp ui thay đổi tuyến tính

Hình 1.5 - Biểu đồ phân bố ứng suất khi ui thay đổi tuyến tính

Sự thay đổi tuyến tính của áp lực nước lỗ rỗng ban đầu có thể được viết theo công thức sau:

zhuuui   

1[1

2

0

22

21

zndzh

znh

zhuuh

1

2

21

Hình 1.6 - Biểu đồ phân bố ứng suất khi ui thay đổi theo hình sin

 



hzhuuui 1 2



hzu

ui

2.sin

3



Ta có:

zu

ui

2sin

0

Độ cố kết trung bình trong trường hợp này là:

)4exp(1

2

vz

T



Đặc điểm của biểu đồ áp lực thặng dư u trong nước và ứng suất trong cốt đất

thể hiện như ở hình 1.3 Biết ứng suất trong cốt đất ở thời điểm bất kỳ t có thể xác định độ lún của lớp đất S(t) ở thời điểm đó Lưu ý rằng quan hệ độ lún lớp đất có bề dày h có thể biểu diễn dưới dạng:

vi

vi

t

















(1.39)

Hoặc lưu ý rằng độ lún cuối cùng của lớp đất

eaqhS



diễn dưới dạng: S(t) = S.Ut (1.40)

mức độ cố kết Đại lượng Ut thay đổi từ 0 khi t = 0 đến 1 khi t  Như vậy, khi không có mặt khí hút bám và với điều kiện nước lỗ rỗng và hạt khoáng không bị nén và biến dạng tức thời, sự phát triển độ lún của lớp đất được đặt tải tức thời sẽ được xác định chỉ bằng quá trình nén ép nước ra khỏi lỗ rỗng của đất và suy giảm áp lực

nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian Với các điều kiện như vậy thi sẽ không xảy ra hiện tượng lún của mặt nền ở thời điểm ban đầu (t = 0) khi đặt tải

Mặt phẳng z = h/2 là mặt phẳng đối xứng đối với toàn bộ biểu đồ áp lực thặng dư trong nước lỗ rỗng và là biên phân cách các dòng nước bị nén ép ra khỏi lỗ rỗng lên trên hoặc xuống dưới Do đó, mặt phẳng này có thể xem như không thấm và lời giải cho sơ đồ

tức là:

2221,3,

41( , )sinexp

vi

C iqi z







vi

vi

t

















(1.42)

Các lời giải cho những trường hợp thường gặp

Trong thực tế các sơ đồ tính toán thường gặp như sau:

Sơ đồ 0: ứng với biểu đồ áp lực nén phân bố theo chiều sâu có dạng hình chữ nhật

(bài toán 1 chiều) như hình (hình 1.7)

Sử dụng các điều kiện biên và điều kiện ban đầu, ta tìm được công thức xác định độ lún theo thời gian như sau:

Hình 1.7 - Các sơ đồ bài toán cố kết cơ bản thường gặp

(1.43)

Sơ đồ 1: theo độ sâu, áp lực tăng dần và phân bố hình tam giác

Trường hợp này tương ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân lớp đất, có thể sử dụng tính toán cho các nền đất san lấp biển, hoặc mở rộng xây dựng trên những khu vực thấp bằng các vật liệu địa phương:

(1.44)

Sơ đồ 2: khi áp lực giảm theo chiều sâu và phân bố theo định luật tam giác

Sơ đồ này trong thực tế ứng với trường hợp khi lớp đất cố kết dưới ảnh hưởng của tải trọng ngoài tác dụng trên bề mặt, đồng thời biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng này gây ra có dạng gần như 1 đường thẳng Đó là trường hợp bài toán do tải trọng ngoài của móng băng hay móng đơn Lời giải cho sơ đồ này như sau:









1,3,

222

22

4exp18

1

v

thiCi

eaqht













1,3

222

23

4exp3

132

1)1(2)(

i

v

thiCi

eaqht











 



1,3,

22

22

4exp

21116

1)1(2)(

i

v

thiCi

ie

aqht



h

q

h

q=h z

h q z

Sơ đồ 0 – 2 Sơ đồ 0 – 1

Hình 1.8 - Sơ đồ bài toán cố kết kết hợp

Để thuận tiện tính toán, một số tài liệu cho phép sử dụng số hạng đầu tiên với các

công thức (1.43), (1.44), (1.45) khi độ cố kết đạt giá trị lớn hơn 60% Tuy nhiên, việc tính

toán chính xác hơn có thể thực hiện nhờ sự trợ giúp của các phương tiện tính toán bằng các chương trình thiết lập được

1.2 Một số nghiên cứu bổ sung lý thuyết cố kết thấm

Đất loại sét thường có độ bền kiến trúc, nước trong lỗ rỗng thường có chứa bọt khí ở dạng hòa tan hay bọc kín Các đặc điểm này cần được nghiên cứu và là đặc trưng của các lớp đất yếu trong phạm vi độ sâu từ 20 m trở lại

Đất sét yếu có thể xem như môi trường 2 pha bao gồm hạt rắn và nước chịu nén trong

ra mà chỉ có biến dạng đàn hồi Nếu độ bền kiến trúc càng lớn thì áp lực truyền lên nước lỗ rỗng càng nhỏ Đồng thời tính nén của nước lỗ rỗng cũng có tác động và ảnh hưởng lên quá trình cố kết thoát nước

1.2.1 Có xét đến tính nén ép của nước lỗ rỗng

Theo nhiều kết quả nghiên cứu và các tài liệu thí nghiệm nén cố kết, biến dạng của lớp đất không tuân theo quy luật tuyến tính Với những cấp áp lực lớn hơn 300KPa thì giá

giá trị uw lớn hơn 2,8 kG/cm2, độ tăng áp lực nước sẽ bằng với độ tăng áp lực xung quanh tác dụng”, khi đó module nén của nước sẽ đạt giá trị vô cùng lớn Rõ ràng các kết quả nhận

được cho thấy sự xuất hiện của các loại khí tồn tại trong đất, thể hiện bằng kết quả trên biểu đồ nén và ảnh hưởng lên quá trình cố kết thấm của đất

h

p

z

Trong điều kiện tự nhiên, trong lỗ rỗng của đất thường chứa một lượng nhất định khí ở dạng hòa tan hoặc dưới dạng bọt khí Sự có mặt của khí hút bám trong đất có ảnh hưởng đến đặc điểm và tốc độ cố kết Trong phần này chúng ta xét những phương trình cơ bản của nước lỗ rỗng có kể đến tính nén ép của hỗn hợp khí nước Do sự phân bố ứng suất lên cốt đất ở thời điểm ban đầu, áp lực lỗ rỗng trong vùng chịu nén sẽ bé hơn khi không xét đến tính nén ép của hỗn hợp khí nước

Định nghĩa tổng quát hệ số nén thể tích là:

Ở đây: V – thể tích phụ thuộc vào áp lực u

Ở đây, Va = thể tích khí tự do Vw = thể tích nước

Nếu áp lực nước uw thay đổi, thì Va sẽ thay đổi và Vw giữ nguyên và do đó trở thành:

Bishop (1950) và Skempton (1954) đưa ra khái niệm về hệ số nén tương đối của nước:

Như vậy có thể xem như bọt khí hút bám và nước trong lỗ rỗng là một pha có tính chịu nén của đất

Khi độ bão hòa của đất khoảng 85% thì pha khí thường có dạng bọt khí, kích thước

bằng của một bán cầu bọt khí với bán kính r

Theo định nghĩa về khái niệm hệ số nén tương đối, ta được:

dudVV



waw

wa

dudVdu

VVd



wawgw

g

dudVVV



rqu

ru

po = ugo

p = ug

Ta có: Thể tích khí ban đầu: Vgo=novo(1-Sr) Thể tích nước ban đầu: Vw=noVoSr

2,,,

13

21













ggogow

gg

gowggow

gwg

VVVr

qV

V

uVV

VVm

 gogggww go

wgow

g

uVV

VVV

Vm

,2,,

1





2,,

ggowgo

wggow

g

uuVV

VVm



p pHSS

rrw

Biểu thức (1.48) cho phép xác định hệ số nén tương đối của nước lỗ rỗng đối với bất

kỳ khoảng áp lực nào trong nước hoặc trong bọt khí Trong thực tế khi tính toán áp lực lỗ rỗng cần có hệ số nén tương đối nước lỗ rỗng

Hệ số này phụ thuộc vào độ bão hòa, áp lực khí quyển, nên công thức (1.48) có thể viết

dưới dạng:

Ở đây: ug,w – giá trị áp lực sai lệch với áp lực khí quyển Rõ ràng hệ số nén của nước lỗ rỗng phụ thuộc vào áp lực và có quan hệ phi tuyến với chúng Việc xét tính nén ép có tính chất phi tuyến này có nhiều khó khăn và phức tạp Để thuận tiện cho việc xác định áp lực lỗ rỗng chỉ nên chọn giá trị trung bình hệ số nén tương đối của nước lỗ rỗng, xem như giá trị sai lệch với áp lực khí quyển từ nhỏ nhất, tức là ug,w

p Căn cứ vào phương trình (1.49) nhận được:

(1.50)

là áp lực lỗ rỗng ban đầu trong đất bão hòa, áp lực ngoài là p Khi đó hệ số áp lực ban đầu

www

Ku



atmw

grw

g

pu

HS

m







,,

11









atmatm

rw

g

ppp

HS

2

)1(1

,

puwo0

(1.53)

εred – biến dạng thể tích quy đổi ε, εw – biến dạng thể tích của cốt đất và nước lỗ rỗng K, Kw – hệ số nén thể tích của cốt đất và nước lỗ rỗng

Từ (1.52) và (1.53), giải phương trình ta được:

(1.54)

hoặc:

Khi tính toán cố kết cho điểm nằm trong nền, cần thiết phải xét đến áp lực do cột

nước, công thức (1.51) sẽ có dạng:

(1.55)

Với: patm – áp lực khí quyển bằng 100KPa

z – độ sâu dưới mực nước ngầm của điểm đang xét w – trọng lượng riêng của nước

T – ứng suất do tải trọng ngoài gây nên Do đó, nếu xét tính nén ép của nước lỗ rỗng, dưới tác dụng của tải trọng, trong đất xuất hiện ứng suất hữu hiệu ngay từ đầu và độ lún tức thời xảy ra

nKK

0





www

KnK

Ku

ww

KKnu

 









watm

watm

rw

g

zpz

pHSm



11

211,

1.2.2 Kết quả lời giải bài toán cố kết có xét đến độ bền kiến trúc và tính nén ép của nước lỗ rỗng

không truyền toàn bộ lên nước lỗ rỗng mà một phần ứng suất truyền lên cốt đất gây nén ép và trượt Ứng suất gây trượt không bị ảnh hưởng bởi áp lực lỗ rỗng, điều này được xét đến cụ thể trong các bài toán hai chiều Có thể thấy rằng giá trị ban đầu của ứng suất hữu hiệu thường chiếm một phần tương đối lớn trong tổng giá trị tải trọng ngoài nếu xét đến tính nén ép của nước lỗ rỗng, đặc biệt trong trường hợp đất yếu không hoàn toàn bão hòa nước Như vậy có thể xem lớp đất bên dưới có tính chịu nén lớn là giới hạn của vùng ảnh hưởng Điều này cũng được chấp nhận và trình bày trong những nghiên cứu của Tsutovich, Abelev

Người ta cũng có thể xác định giá trị pst từ công thức:

Tuy nhiên, kết quả tính toán bằng công thức lý thuyết so với thực tế thí nghiệm xác định trực tiếp cho các giá trị chênh lệch nhau đến hàng chục đơn vị hoặc lớn hơn Do vậy, giá trị pst chỉ nên lấy kết quả từ thí nghiệm xác định trực tiếp

đối với đất yếu) cần thiết phải tiến hành thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ CD Trong trường hợp này, áp lực buồng phải tương ứng với giá trị áp lực xung quanh ở độ sâu của điểm lấy mẫu Các mẫu đất được chọn lấy ở những độ sâu phù hợp cho việc tính toán (ví dụ là điểm giữa của lớp đất chịu nén, được sử dụng khi ước lượng độ lún bằng phương pháp tính trung bình) Từ kết quả thí nghiệm này, cho phép xác định những thông số như sau:

(1.43)

Hệ số Poisson có xét đến độ bền kiến trúc sẽ là:



sin1

sin1



sin1

cos 2

 cpst

(1.44)

sau:

(1.46)

Module tổng biến dạng theo công thức (1.46) có xét đến độ bền kiến trúc của đất nền

Áp dụng cho bài toán thực tế tính toán, từ công thức xác định hệ số nén tương đối của nước lỗ rỗng:

Dễ dàng nhận thấy giá trị này phụ thuộc vào độ sâu điểm đang xét Theo những kết quả từ các nghiên cứu khác nhau cho thấy, ở độ sâu từ 30m trở đi, độ tăng của tải trọng ngoài sẽ tương ứng với độ tăng của nước lỗ rỗng

Module biến dạng của nước lỗ rỗng khi đó có thể xác định được:

(1.48)

Thay giá áp lực lỗ rỗng ban đầu vào biểu thức xác định mức độ phân tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian có xét đến tính nén ép của nước lỗ rỗng có chứa bọt khí hòa tan như sau:





121

2

ae

o

1

wgw

mK

,3

)(

expsin

14

),

22

, 3,2,1

thiCh

ziiu

tz





ww

zvz

KnK

kC

31









11

1stp

 









watm

watm

rw

g

zpz

pHSm



11

211,

n – độ rỗng h – bề dày lớp chịu nén w – trọng lượng riêng của nước

Độ lún theo thời gian trong trường hợp này có thể biểu diễn dưới dạng:

(1.51)

1.3 Nhận xét và phương hướng của đề tài

Ngoài ra, xét tính nén ép của nước lỗ rỗng, ngay từ ban đầu, trong đất xuất hiện ứng xuất hữu hiệu và xảy ra độ lún tức thời Đối với đất loại sét, sự tồn tại độ bền kiến trúc làm giá trị môdule tổng biến dạng khác biệt nên độ lún có thể khác biệt so với trường hợp không xét giá trị này

Trong quá trình cố kết, đất bị nén chặt theo thời gian nên hệ số rỗng và tương ứng là

Do đó, hệ số cố kết cũng có thể thay đổi trong quá trình cố kết và kết quả tính toán độ lún theo thời gian cũng sẽ khác biệt

Có thể thấy rằng, hiện nay trong các tài liệu cơ bản dành cho kỹ sư và một số tiêu chuẩn tính toán, việc ước lượng độ lún nền công trình theo thời gian căn cứ chủ yếu trên cơ sở bài toán cố kết thấm một chiều Trong trường hợp này, các giả thiết được chấp nhận là: nước lỗ rỗng được xem không chịu nén, cốt đất được xem biến dạng đàn hồi, hệ số thấm không đổi, nước thấm theo phương thẳng đứng và tuân theo định luật thấm Darcy và một số điều kiện biên khác

Trong thực tế đã có một số kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng thặng dư bị nén ép một phần do tác dụng của tải trọng ngoài, do nước lỗ rỗng bị nén ép làm ảnh hưởng đến cơ chế biến dạng, đặc điểm và tốc độ quá trình nén chặt đất













thiCi

uE

ht

iToo

T

222

, 3,1

22 1 exp8

1)



CHƯƠNG 2 BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG HỆ SỐ RỖNG VÀ HỆ

SỐ THẤM TRONG QUÁ TRÌNH CỐ KẾT

Có thể thấy rằng hệ số rỗng và hệ số thấm trong quá trình cố kết đều có liên quan đến trạng thái ứng suất hữu hiệu Để xác định các giá trị ứng suất hữu hiệu nhất thiết phải đánh giá được thành phần tổng ứng suất và áp lực nước lỗ rỗng Việc xác định giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ở thời điểm nào đó sau khi đặt tải gắn liền với lý thuyết cố kết thấm

2.1 Các lời giải cơ bản của bài toán cố kết Để giải các phương trình vi phân bài toán cố kết cần có các điều kiện ban đầu và

điều kiện biên Điều kiện ban đầu xuất phát từ việc chấp nhận không có hiện tượng thấm ở thời điểm ban đầu và sự phân bố các thành phần ứng suất trong đất nền, còn điều kiện biên có từ khả năng thoát nước ở các biên của bài toán (biên trên, biên dưới và các biên ngang)

Các điều kiện ban đầu cho trường hợp thoát nước hai biên và một biên như sau:

sâu

biên trên và dưới

ứng suất ngoài lên lớp đất, tức là ở thời điểm t = 0 : p = u

Các điều kiện biên cho trường hợp thoát nước hai biên và một biên như sau:

- Trường hợp thoát nước thoát nước hai biên:

 t = 0, 0 ≤ z ≤ 2h : ∆u = ∆p, ∆' = 0

 t > 0, z = 0 và z = 2h : ∆u = 0

Lời giải phương trình (1.12) với các điều kiện biên biên và điều kiện ban đầu, áp lực

nước lỗ rỗng thặng dư ở độ sâu z tại thời điểm t được xác định theo biểu thức sau:

22v

2i 1,2,3,

vi

vi

t

















(2.2)

- Trường hợp thoát nước thoát nước một biên:

 t = 0, 0 ≤ z ≤ 2h : ∆u = ∆p, ∆' = 0

 t > 0, z = 0 : ∆u = 0 z = 2h : u 0

t

 

Lời giải phương trình (1.12) với các điều kiện biên biên và điều kiện ban đầu:

2221,3,

41( , )sinexp

vi

C iqi z







vi

vi

t

















(2.4)

Lời giải (2.2) và (2.4) có thể được xem là lời giải cơ bản của bài toán cố kết thấm cổ

điển Terzaghi Trên cở sở này, một số các bài toán áp dụng tính toán thực tế được đưa ra Trong đó, mô hình cố kết một chiều được xem là chủ đạo Nên để áp dụng việc tính toán độ lún theo thời gian, các sơ đồ tính lún được qui về bài toán một chiều như phương pháp lớp tương đương

Thí nghiệm nén cố kết được xem là phù hợp nhất để mô phỏng lý thuyết cố kết Trong thí nghiệm, mẫu đất bị khống chế chuyển vị theo phương ngang Ngoài ra, nước chỉ có thể thấm theo một phương

2.2 Các khái niệm chung về áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, ứng suất hữu hiệu

Khi nén chặt đất bão hòa nước dưới tác dụng của lực ngoài, các hạt rắn cấu tạo nên cốt đất sít lại gần nhau và thể tích lỗ rỗng giảm đi Khi đó, nước lấp đầy trong các lỗ rỗng bị nén ép và chuyển động theo hướng về biên thoát nước, khu vực có áp lực bé hơn

Quá trình nén lún của đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài thực chất là quá trình nén chặt đất Trong một số trường hợp, lún mặt đất do đất nền bên dưới bị trượt Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, các hạt rắn được sắp xếp lại, thể tích lỗ rỗng trong đất giảm xuống, độ chặt của đất tăng lên Như vậy, tính chất nén lún của đất khác nhau tùy thuộc vào từng loại đất và từng trạng thái, hoàn cảnh cụ thể ngay cả trong cùng một loại đất

Khi công trình được xây dựng trên đất bão hòa, tải trọng công trình được xem như truyền lên nước trong các lỗ rỗng của đất trước tiên Vì chịu áp lực nên nước có xu hướng thoát ra từ các lỗ rỗng trong đất (áp lực nước lỗ rỗng phân tán từ nơi có áp lực lớn đến nơi có áp lực bé hơn và áp lực hữu hiệu tăng dần lên), gây ra sự giảm thể tích phần rỗng của đất và lún công trình Đối với đất có hệ số thấm lớn (đất hạt thô), quá trình này hoàn tất trong một khoảng thời gian ngắn và kết quả là hầu như lún kết thúc hoàn toàn trong khi thi công Tuy nhiên, đối với đất có hệ số thấm nhỏ (đất hạt mịn, đặc biệt là đất loại sét), quá trình này chiếm một khoảng thời gian rất lớn, mức độ biến dạng và độ lún xảy ra rất chậm Hiện tượng nén chặt do sự thoát ra rất chậm của nước từ các lỗ rỗng trong đất hạt mịn là kết quả của việc tăng tải (trọng lượng của công trình lên trên đất nền) được gọi là cố kết (consolidation)

Như đã biết, chuyển động của nước có thể tồn tại nếu tại các điểm của vùng từ đó nước thoát ra, xét áp lực thủy tĩnh, có áp lực thặng dư lớn hơn nơi không nằm ở trong vùng chịu nén Nói cách khác, khi nén chặt đất bão hòa trong nước lỗ rỗng xuất hiện áp lực thặng dư, được gọi là áp lực nước lỗ rỗng, đất khi đó ở trong trạng thái không ổn định Áp lực lên cốt đất (áp lực hữu hiệu) của đất không ổn định, đang trong quá trình cố kết luôn nhỏ hơn trong cốt đất mà sự nén chặt nó có thể xem như đã hoàn toàn

Xét tải trọng Q tác dụng phân bố đều lên một tiết diện A của mẫu đất (hình 2.1) Tải trọng thực sự tác dụng lên phần hạt rắn của mẫu đất là Q’

AQ'

'



- Ứng suất ’ là ứng suất hữu hiệu Tổng tải trọng Q đặt lên mẫu đất gồm phần rắn và lỗ rỗng với áp lực u trong các lỗ

được phân bố như sau:



 

AAuAQAAuAQA

1''

, ở đây Ac diện tích tiếp xúc giữa các hạt rắn và tải trọng

Hình 2.1 - Mô hình phân bố ứng suất do nén đất

Đối với đất, diện tích tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt rắn và tải trọng rất bé, do đó tỷ

quyết các bài toán cố kết thấm

Ac

Xác định hệ số nén lún từ thí nghiệm Oedometer (nén không nở hông)

Hệ số nén lún a biểu hiện sự thay đổi hệ số rỗng khi áp lực p tăng lên một đơn vị

dpde

Trong thí nghiệm nén cố kết, ở mỗi cấp tải sau khi lún ổn định ta sẽ ghi nhận số liệu và tính được hệ số rỗng tương ứng Từ đó vẽ được đường quan hệ e ~ p (hình 2.2) Trên

nhiều, có thể xem đường cong ấy như là đoạn thẳng và định nghĩa hệ số nén a là độ dốc của đoạn thẳng đó (tgα)

12

21

21

21

pp

eepp

eepetg

a





12

21

pp

eea



Độ lún của mẫu đất không nở hông là:

21 hh

Trong phạm vi độ gia tăng áp lực không lớn, có thể xem sự nén lún của đất chỉ do sự

VVV

V

sw

ss



11

1 e

VVs



Sau khi nén:

22

1 e

VVs

11

1

VeVVs



22

11

1.1

ehAehA



12

11

heeh



Thay (2.11) vào (2.8) ta có:

















1211121

121121

11

111

1

eeeheeh

eehhhhS







1211

1 eeeh

Thay (2.13) vào (2.12) ta được:

11

1

2.3 Thí nghiệm nén cố kết (theo tiêu chuẩn TCVN 4200-2012)

Thí nghiệm nén cố kết để xác định tính nén lún của đất bao gồm: hệ số nén lún, chỉ số nén, áp lực tiền cố kết, module tổng biến dạng, hệ số cố kết của đất

Dụng cụ thí nghiệm: - Dao vòng hình trụ đường kính D = từ (5÷7)cm, chiều cao h = 2cm

- Hộp nén; - Bàn máy; - Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn; - Thiết bị đo biến dạng hay đồng hồ đo biến dạng có khắc vạch đến 0,01 mm

Hình 2.3 - Mẫu đất đang thí nghiệm cố kết

 Trình tự thí nghiệm: - Sau khi mẫu đất được chuẩn bị xong, lấy hộp nén ra khỏi bàn máy và lắp mẫu vào - Trước khi lắp mẫu, phải bôi một lớp dầu máy hoặc vadơlin ở hai mặt dao vòng và thành hộp nén

- Trên hai mặt mẫu đất đặt hai tờ giấy thấm đã được làm ẩm trước Mẫu được đặt ở giữa, tấm đá thấm cũng được thấm ướt trước và phía trên cùng là tấm nén truyền tải trọng - Đặt hộp nén đã lắp xong mẫu lên bàn nén, cân bằng hệ thống tăng tải bằng đối trọng và đặt hộp đúng vào điểm truyền lực; lắp đồng hồ đo biến dạng và điều chỉnh kim đồng hồ đó về vị trí ban đầu hoặc về vị trí số "0"

- Tăng tải trọng và theo dõi biến dạng của mẫu:

+ Đối với sét, sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng dùng các cấp 25; 50; 100; 200 và 400 kPa;

+ Đối với đất cứng và nửa cứng, dùng các cấp 50; 100; 200; 400 và 800 kPa - Theo dõi biến dạng nén trên đồng hồ biến dạng dưới mỗi cấp tải trọng ngay sau 15s tăng tải Khoảng thời gian đọc biến dạng nén lần sau được lấy gấp đôi so với lần đọc trước: 15s; 30s; 1min; 2min; 4min; 8min; 15min; 30min, 1h; 2h; 3h; 6h; 12h và 24h kể từ lúc bắt đầu thí nghiệm cho đến khi ổn định

hhe    1 (2.16)

1





nn

nnnn

eea



onn

on

n

aa

e





,1,

11

với sét: 0,43; sét pha cát: 0,57; cát pha sét: 0,72; cát: 0,76