Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của độ bão hòa trong đất cát pha sét đến độ ổn định của mái dốc

cho đất không bão hòa cũng còn nhiều hạn chế.Dat không bão hòa thường có các đặc tính về ứng suất - biến dạng, biến thiênáp lực nước lỗ rỗng, cường độ chống cắt, hệ số tham..... Cho đến

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

PHAM NGOC DANG KHOA

ANH HUONG CUA ĐỘ BAO HOA TRONG DAT CAT PHA

SET DEN SU ON DINH CUA MAI DOC

Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình NgầmMã Số Ngành : 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH THANG 06 — 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHI MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS ĐỒ THANH HAI

Cán bộ chấm nhận Xét Ì : - G2 6E E988 EEESEEEEESEEkESEekekrersesed

Cán bộ chấm nhận Xét 2 :_ - St SsE E912 ESESESESESEEEEvEekrkrereesed

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Đại học Bach Khoa, DHQG Tp.HCMngày thắng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng khoaCHỦ TỊCH HỘI ĐÓNG TRƯỞNG KHOA

Nguyễn Minh Tâm

DAI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH CONG HOA XA HOI CHỦ NGHĨA VIET NAMTRUONG DAI HOC BACH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hanh Phúc

Tp.HCM, ngày l5 tháng 06 năm 2015NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHAM NGỌC ĐĂNG KHOA MSHYV: 13090081

Ngày, tháng, năm sinh: 23-03-1981 Nơi sinh: Đồng Nai

Dia chỉ mail: dangkhoa_cocnhoi@yahoo.com Dién thoai: 0919126625

Chuyên ngành: KT Xây Dung Công Trình Ngầm MN: 60 58 02 04I- TEN DE TAI:

ANH HUGNG CUA ĐỘ BAO HOA TRONG DAT CAT PHA SET DEN DO

ON BINH CUA MAI DOC

I- NHIEM VU VÀ NỘI DUNG:

- Thiết lập mỗi quan hệ của độ bão hòa trong đất không bão hòa đến sức

chống cắt của đất cát pha sét bằng thí nghiệm cắt trực tiếp trên mẫu chế bịtrong phòng.

- Thiết kế, chế tao dụng cụ thí nghiệm đường quan hệ Dat — Nước (SWCC)theo nguyên lý bình chiết tắm áp lực Tempe

- Xây dựng đường quan hệ Dat — Nước (SWCC) cho dat cát pha sét.- Tính toán sự 6n định mái đốc bằng mô hình đất bão hòa và mô hình đất

không bão hòa Sự thay đổi của hệ số an toàn 6n định mái dốc khi độ bãohòa hay mực nước ngầm thay đổi bang phan mềm Geoslope

2- NOI DUNG:

- MO DAU

- CHUONG 1: Tổng Quan Nghiên Cứu.

- CHUONG 2: Co Sở Lý Thuyết Dat Không Bão Hòa, Sức Chống Cat DatKhông Bão Hòa Và Mái Doc

- CHƯƠNG 3: Thí Nghiệm Trong Phòng Xác Định Cường Độ Chống Cắt VàĐường Cong Dat — Nước (SWCC) Trên Mẫu Dat Không Bão Hòa

- CHUONG 4: Ứng Dụng Tính Toán On Định Mái Déc Thực Tế Bang Phan Mém

Geoslope.

- Kết Luận Và Kiến Nghị.- Tài Liệu Tham Khảo.

HI- NGÀY GIAO NHIỆM VU : 19/01/2015IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/06/2015V- CÁN BO HUONG DAN: TS DO THANH HAI

Ngày IŠ thang 06 năm 2015

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

TS DO THANH HAI TS LE BA VINH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

TS NGUYEN MINH TAM

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn và gửi đến Thầy TS Đỗ Thanh Hải lờicảm ơn sâu sắc nhất, người đã tạo cho em ý tưởng thực hiện dé tài này và luôn đồnghành, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình hoànhiện luận văn.

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Bộ môn Địa cơ Nền móng Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM đã tận tình dạy bảo trong suốt quá trình họctập.

-Em xin chân thành cảm ơn cô Đặng Thị Ngọc và các bạn Truyền, bạn Vĩnh,

đã quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian em làm thínghiệm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của bộ môn Địa Cơ Nền Móng

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, bạn bè và các thầy cô đã tạođiều kiện và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn thạcSĩ này.

Thanh pho Hô Chí Minh, tháng 06 năm 2015

Học viên

Phạm Ngọc Đăng Khoa

TOM TAT LUẬN VĂN

Dat không bão hòa thường có các đặc tính về ứng suất — biến dạng, biến thiênáp lực nước lỗ rỗng, cường độ sức chồng cat, hệ số tham, không tuân theo các lý

thuyết của cơ học đất bão hòa Trong thực tế có nhiều bài toán địa kỹ thuật liên

quan tới môi trường đất không bão hoà như đất tàn tích, đất trương nở, đất nén sậpvà đất đầm nén Cường độ chồng cat của dat không bão hòa có ảnh hưởng rat lớnđến trạng thái ôn định của công trình đất Việc nghiên cứu xác định thông số cườngđộ chống cắt đất không bão hòa có ý nghĩa quan trọng và cần thiết Luận văn nàytrình bày phương pháp xác định cường độ chống cắt của một loại đất không bão hòatại Việt Nam băng thí nghiệm cắt trực tiếp Đường cong đặc trưng đất nước(SWCC) là thông sỐ trung tâm của cơ học đất cho đất không bão hoà Dụng cụ thínghiệm được chế tao dé xác định giá tri của đường cong SWCC với cấp áp lực từ10kPa đến 400 kPa Kết quả cho thấy khi lực hút dính nhỏ hơn giá trị áp suất khívào 12kPa thì độ âm thể tích không đôi (đường nằm ngang), khi lực hút dính vượtqua giá trị khí vào thì độ âm thể tích giảm nhanh Về ảnh hưởng của độ bão hòa đốivới ôn định mái cho dốc, kết quả nghiên cứu hệ số ôn định của mái dốc giảm từ2.07 đến 0.9 khi độ bão hòa tăng từ 50% đến 80%

SUMMARY OF THESIS

The properties of unsaturated soil on stress - strain relationship, pore pressurevariation, soil shear strength, and coefficient of seepage are not conformed to thetheories of saturated soil mechanics Many geotechnical problems are associatedwith unsaturated soils such as residual soils, expansive or collapsible soils, andcompacted soils Shear strength of an unsaturated soil has a huge effect on thestability of a soil structure The research in determining the shear strength of theunsaturated soils has an important and necessary mean This thesis represents themethod of determining shear strength of some unsaturated soils in VietNam by thedirect shear tests Soil-water characteristic curve (SWCC) 1s central to unsaturatedsoil mechanics Testing apparatus is manufactured to determine the value of SWCCin range of 10kPa to 400kPa It is concluded that the matric suction less than airentry value of 12kPa then the volume water got constant value (horizontal line),when matric suction was over this air entry value then volume water decreasedquickly The effect of saturation degree to the slope stability showed that the factorof safety decreased from 2.07 to 0.9 when the saturation degree increased from 50%to 80%.

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự củacá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tiễn hành thí nghiệmthực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Dé Thanh Hải Các số liệu, kết quảthí nghiệm, mô hình tính toán và những kết quả trong luận văn là trung thực

Thanh pho Hô Chí Minh, tháng 06 năm 2015

Học viên

Phạm Ngọc Đăng Khoa

MUC LUCMO DAU1 VAN DE THUC TIEN VÀ TINH CAP THIET CUA DE TÀI 1

2 MỤC TIỂỂU DE TÀII 5 << s° £ s% %S2 9s se xeøs se sscxe 2

3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4 VY NGHĨA DE TÀI <s£ «se se se se eEseEeEseseesereeserecsee 3

5 ĐÓI TƯỢNG VA PHAM VI NGHIÊN CỨU 5-5- 2 s52 Ssess 46 BO CỤC CUA LUẬN VĂN 25-5-2919 9 e0 4E 4CHƯƠNG 1: TONG QUAN NGHIÊN CUU - 2 55 Ss+S+E+EeErErkeeereei 6LL MAI DOC 2 61.2 TONG QUAN VE DAT BAO HOA VA DAT KHONG BAO HÒA 91.3 TINH HÌNH NGHIÊN CUU DAT KHONG BAO HOA TREN THE GIỚI VÀỞ VIET NAM G1121 1511111519115 51110191111 10101110110 1H11 TT ng ng: 121.3.1 Trên Thế Gi6i cccccccccccscscssscscscscscecscscssscscssssscscscscscecsvsvsvscsessesssssscacacavenees 121.3.1.1 Tổng quan nghiên cứu các đặc trưng cơ lý đất không bão hòa 121.3.1.2 Tổng quan nghiên cứu vé cường độ chống cat của đất bão hòa và đấtkhông bão hÒa - - c1 119990000000 ke 14

"Nho “ 1-1ÍJẦÀ 23

2.1.4.2 Hệ số rỗng - E11 1 1515113111111 11 1111111111111 0111k crryi 23

2.1.4.4 Độ m - kh 1112121111 9111910110 1110101111 11111111 Tung 242.1.4.5 Dung trọng đất -¿- - - c S3 3 1211111 11112151111 1101711110111 11 011111 242.1.5 Quan Hệ Khối Lượng - Thể Tích Cơ Bản - - + 52 2552£+£+£z£z£szxcc+ẻ 242.1.6 Những Thay Đối Trong Các Tính Chất Thể Tích Khối Lượng 252.1.7 Các Biến Trang Thái Ứng Suất ¿2 5252252 £E+E+EE£E£EeEEzErkerererrrreee 262.1.8 Đường Cong Đặc Trưng Đất — Nước (SCWW) c.c 2 net 302.1.8.1 Phương trình đường đặc trưng đất — nước (SWCC) -. c5: 322.1.8.2 Xác định đường cong đặc trưng đất — nước (SWCC) băng thực nghiệm.342.2 ĐỘ BEN CHONG CAT CUA DAT KHONG BAO HÒA 5-5-5: 362.2.1 Phuong Trinh Cường Độ Chống Cat Của Dat Bão Hòa 362.2.2 Phương Trình Cường Độ Chống Cắt Của Dat Không Bão Hòa 372.2.3 Thí Nghiệm Cat Trực Tiếp Trên Dat Không Bão Hòa - 5-5: 422.3 PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH ON ĐỊNH MAI DOC - 5s s55: 432.3.1 Mô Hình Cân Bang Mái Dốc Của Dat Không Bão Hòa - 432.3.2 Phuong Trình Cân Băng Giới Hạn Tổng Quát (GLE) 5- 5-55: 452.3.3 Công Thức Tính Hệ Số An Toàn On Định Theo Cân Bang Mômen 46CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘCHONG CAT VA DUONG CONG DAT —- NƯỚC (SWCC) TREN MAU ĐẤTKHONG BAO HOOA (uu cccccccccccccsscscsesescscscscececececscacscscacavsvevaveusecececscaeacararavarseseeeees 483.1 TÍNH CHAT CƠ BAN CUA DAT DUNG TRONG THÍ NGHIỆM 483.1.1 VỊ Trí Khu Vực Nghiên CỨu G9 ng enờ 483.1.2 Lay Mẫu Nguyên Dạng - ¿5-2-5222 32223 392121211121 1111 111111111 493.1.3 Tính Chat Cơ Lý Dat Nguyên Dạng - ¿5-5255 5S2SE‡EEzEeEerxrkrrrrerrrree 533.2 THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM CAT TRUC TIẾP 553.2.1 Thiết Bi Thí Nghiệm Cat Trực TIẾP - ¿+ - + 2 2 SE+E£E+ESE£EzErEeEerererered 553.2.2 Qui Trình Thí Nghiệm - - (<< 190g ngờ 56

3.2.3 Phương Pháp Chế Bị Mau - ¿-©- - + SE SE2E£E*E2EEEEEEE15EE1 E1 1111 ecxrk 573.2.3.1 Quy Trinh Ì c0 HH nọ nọ re 583.2.3.2 Quy Trimh 2 .- cọ nọ re 59

3.2.4 Kết Quả Thí Nghiệm - 5-52 S231 E5 1 121 15111111111 01111 1111111 Ee re 643.2.4.1 Kết quả sức chống cat đối với độ bão hòa khác nhau 5-5 643.2.4.2 Mối quan hệ sức chống cắt và độ bão hòa tại mỗi cấp tải 683.2.4.3 Mỗi quan hệ cường độ chống cắt và ứng suất pháp thực 693.3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH DUONG CONG ĐẶC TRƯNG ĐẤT NƯỚCSWC ii iesecccecescssscsccessevevscsceccesvsvscacecesvevacsceceesavavacacecssvavacacecesavavasaceavavacaceceasavacaceceees 69

3.3.1 Thiết Bị Thí Nghiệm - - SE SE E9 E5 52121511121 1171 71111111111 693.3.2 Phương Pháp Thí Nghiệm - Ăn ngờ 71

3.3.2.1 Chuẩn bị mau cccccceccscssecscecesessecscscecesesvevscscecsesevavscaceceeevavaceceseeveves 723.3.2.2 Bào hòa mẫu và đĩa gỐm -¿:- E2 2 E23 E115 1112111511111 11x, 723.3.2.3 Tiến hành thí nghiệm ¿-¿- - + 2 ©E+E£E+E#EEEE£E£E+E£EEEEEEEEEEEESErErkrkrree 733.3.3 Kết Quả Thí Nghiệm ¿2-5253 1 E5 1232111511111 11 1111111111111 re 753.4 XÁC ĐỊNH SWCC THEO FREDLUND — XING 5-5 55s sex: 773.5 Thông số cường độ kháng cat khi tính đến lực hút dính -.- 5-5-5 55-: 78CHƯƠNG 4: UNG DỤNG TÍNH TOÁN ON ĐỊNH MAI DOC Thực tếBANG PHAN MEM GEOSLOPE - S131 1E 111 6E gen neo 824.1 GIỚI THIEU VE PHAN MEM TÍNH TOÁN GEO SLOPPE - -: 824.2 UNG DUNG TÍNH TOÁN ON ĐỊNH MAI DỐC - 55c xxx scsesed 834.2.1 Đặc Điểm Và Tính Chất Của Mái D6c - ¿s5 xxx SE EEeEseserees 834.2.2 Phương Pháp Phân Tích Bang Phương Pháp Luc Dinh Toàn Phân 844.2.2.1 Thông số dưa vào mô hình . ¿+ 2 2+2 £+E+E£e+E+Eererxexerererree 854.2.2.2 Kết quả tính toán -¿-:- +52 S23 32 1219111211111 211111 11.1111 864.2.3 Phương Pháp Phân Tích Với Dat Bão Hòa (ÿ° = 0, Ug-Uy=0) 90

4.2.3.1 Thông số dưa vào mô hình .-. ¿+ 2 2+2 ££+E+E+£+E+Eererxererrerree 904.2.3.2 Kết quả tính toán -¿- 5-5213 SE2E912 1211112111111 11.1111.1111 914.2.4 Phuong Pháp Phân Tích Với Đất Không Bão Hòa (0° = 14.4?) 9]4.2.4.1 Thông số dưa vào mô hình . ¿+ + 2+2 ££+E+E+£E+E+Eererrererrerree 914.2.4.2 Kết quả tính toán ¿+ - S213 SE 2E 12 1215111211311 21 1111121111111 924.2.5 Phương Pháp Phân Tích Với Đường Cong Dat — Nước ( SWCC ) 934.2.5.1 Thông số dưa vào mô hình . ¿+ 2 2+2 ££+E+Ee£E£E+Eererxexerererree 934.2.5.2 Kết quả tính toán ¿+ - ¿S223 SE23 912 121111211111 211111 11.1111 944.2.6 Phương Pháp Phân Tích Với Thông Số ( a.m.n)Theo Fredlund - Xing 944.2.6.1 Thông số dưa vào mô hình . ¿+ 2 22+ ££+E+E+£E+E+EeEerxererrerree 944.2.6.2 Kết quả tính toán ¿+ +56 S23 E2 1212111211111 21 11.111.111 1 cy 964.3 ANH HUONG CUA ĐỘ BAO HÒA hay MUC NƯỚC NGAM THAY DOIĐến SU ON ĐỊNH CUA MAI DOG uueeecccecescesesscececessscecscececsesevecscececevevacsceesavacees 97KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ, - - - + E1 S311 SE reered 102TÀI LIEU THAM KHHẢO - - - + E6 E9E9E9E SE EềESE SE ve re rxei 104

Hình ảnh

Hình 1.1: Các loại mái dốc tự nhiên và nhân tqO ¿-c + ce cv SE SeEsE+EsEseEssserssses 6Hình 1.2: Mô hình mái dốc điền hình cho trot XOAY.cccccscsesesesesssvevevsvsveretstsesesevens 7Hình 1.3: Các dạng mặt phá hoại: a) mặt phẳng; b) cung tròn; c) không theo quytC; A) WON NOD EREEEEEEEEERh 8Hình 1.4: Mặt cắt phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong đất không bão hòa (Fredllund028/4///171/27129 2.59 SE -((aAa Ầ.Ầ T0Hình 2.1: Sơ đô pha chính xác và đơn giản hoá của đất không bão hoà a) Hệ datkhông bão hoà bốn pha chính xác; b) Sơ đô 3 pha đơn giản hoá - c5 20Hình 2.2: Sơ đồ các pha của đất không bão hòa + + Set +‡E+t+t+t+teeeeseseee 20Hình 2.3: Các quan hệ thể tích và khối ÏưƯỢïg - - -c-c-c+esesEsEeEeEeErkrkeereeereeesree 22Hình 2.4: Dẫn xuất cua quan hệ thé tích khối — khối lượng cơ bản 25Hình 2.5: Các biến trạng thái ứng suất cho đất không bão hòa - 55s: 30Hình 2.6: Đường cong đặc trưng đất - nước (Fredlund và Xing, 1994) j1Hình 2.7: Buông áp lực Tempe (Theo công ty thiết bị độ âm đất, 1985) 35Hình 2.8: Bình chiết tam áp lực thể tích và các phụ tùng đo c-c+cscscsesese 35Hình 2.9: Đường bao phá hoại Mohr - Coulomb cho đất bão hòa : 37Hình 2.10: Đường bao phá hoại Mohr - Coulomb cho đất không bão hòa 39Hình 2.11: Đường bao phá hoại hai hướng của mau Granit phong hóa 40Hình 2.12: Kết quả thí nghiệm cat trực tiếp ở sét xám Mladfrid - -cccscscs: 4]

Hình 2.13: Mat bao phá hoại Mohr — Coulomb mo rong láp từ các két qua cốt tực

72.8 42Hình 2.14: Lực tác dụng lên phán tô dat: a) mặt trượt cung tron, b) mặt trượt t6hợp, c) mặt trot gây KAVUC cecccceescssssststsssvsvevscscscscscscscevsvevevavavacscacscssscstscsvevsvavsvavaves 45Hình 3.1: Vi Trí Lấy Mẫu TĐấT St EEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETEEEEErkrerree 48Hình 3.2: Địa hình Khu vực nghién CÍIH c c0 0301111111 kg 332 49Hình 3.3: Ông lấy mẫu nguyên dạng - - - - kSk*E+ESESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkerrkeerree 49Hình 3.4: Đào đến chiều sâu lấy IHIẪH - - - SE+E‡ESESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErEsrrererree 50Hình 3.5: Ép Ống mẫu vào đÏất + St SkSkEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrerrei 50Hình 3.6: Đào đất xung quanh Ống HHẪM - - 5 +EE+ESESEEEEEEEE+EEEEEEEetetsrsrereeee 51

Hình 3.7: Cắt ông mẫu khỏi khối đÍất - - - c+e+E+ESESEEEEEEEEEEEEEEEEEkrtsreeeerree 5]Hình 3.8: Gia công Cốt ZOt MAU ccccccecscscscssesescscsvevevcrsrssevevsvsvscscscsvssenessasscsensasavavavens 52Hình 3.9: Bảo quản MGU ceccececccscsescscscsesessssscscecessvssssacacacacscsesesevevecscstscstststsvevavsvavavaeas 52Hình 3.10: So đồ hộp cắt trurc ti€Peecceccccscscesescscsveccvssssssssvevscscsescsvsensucasasavavacsvavavens 55Hình 3.11: Thiết bị cắt trực tiếp trong phòng thí nghiém cccccccccccccccceeresseseseeeseseeees 56Hình 3.12: Lấy mẫu ra khỏi ONG HIẪN - - - - E‡E+E+ESESESEEEEEEEEEEEEEEEErketsrreeerree 59Hình 3.13: Cho mẫu vào do VÒNg - 6t SEEEEESESESESESEEEEEEEEEEErkrkrkrrkrrree ó0Hình 3 14: CỐ SOt THẪM - - - - EE‡ESESESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETETEEEEEEErkrerrei 60Hình 3.15: Mẫu hoàn thiện + Dem sấy khO cececcceccccssststsssssssssesscscscscsvevesescnsasavavevens óiHình 3.16: Mẫu đã sấy khô + ckk TS EEEEEEE E111 11g, ó]Hình 3.17: Cho nước vào mẫu đã SAY khô -¿ck+t+k+kEEeESEEEEEEEEEEkrkrkrkrkrkeerree ó2Hình 3.18: Bảo quản mẫu bằng bình giữ (ẪH - «5+ + ccEEkEeEEkrkekeeeeresesree ó2Hình 3.19: Cắt mẫu bằng máy Cốt truc tiep vececcceccccccessssssssssssssscsescsvsvsverscssassvavevens 63Hình 3.20: Mau sau khi Coit eeeseecscesssssesesssssesteesssesnsesssesusecsesssuseeneessveessesnsesneeesnetn 63Hình 3.21: Mẫu AG CO o.eseecseessesesssesssseseessesssnsessescsusesneessusesusesseesusesneessuseeneesseesnets 64Hình 3.22: Quan hệ giữa ( r ) và ( Ø- Ug) với độ bão hòa S=50% - ó5Hình 3.23: Quan hệ giữa ( r ) và ( Ø- Ug) với độ bão hòa S=60% - ó5Hình 3.24: Quan hệ giữa ( 7) và ( O- Ug) với độ bão hòa S=70% - 66Hình 3.25: Quan hệ giữa ( r ) và ( Ø- Ug) với độ bão hòa S=80% 67Hình 3.26: Giá trị cường độ chong cat tại cấp áp lực nén I O0kN/Ÿ c¿ 67

Hình 3.27: Quan hệ cường độ chống cốt và độ bão hòa -.- 2 ccccs SE sstsecsssei 68Hình 3.28: Quan hệ cường độ chong cat và ứng suất pháp -cccccscsesrsescse ó9Hình 3.29: Buông áp lực (Tempe) xác định SWCC -¿-+++s+k+t+t+t+tzkeeseseee 70Hình 3.30: Thiết bị thí nghiệm SWCC ( Buông Gp Uc ) - -¿-25c+c+e+e+e+esesesese 70Hình 3.31: Tấm gốm tiếp nhận khí Gp CđO -c-c+St+k+k+k+E+ESESEEEEEEEEEEEkrkrkrkrkreeerree 71Hình 3.32: Mẫu đất đã bão NOC sesseeesvessesesveessesessessesssusessesesesesneessusesneesusesneeeanetn 72Hình 3.33: Mẫu đặt trong buông áp lực thí nghiệm SWCC - -c+c+cscsescse 74Hình 3.34: Lap Tấm đỉnh vào buông Gp lc cecececcceccccscssscsssssssssssscsescsvsvevevetessasssevevens 74Hình 3.35: Tăng áp lực vào DUONG veeeececscscssescscscsvevevssstsssssevsssescscssseneucasasavavacavavavens 75Hinh 3.36: Đường cong đặc trưng đất — nước (SWCC) -cccccscsrsrsrsrsrsrerees 76

Hình 3.37: Đường cong SWCC theo Fredlund - XIHg Ă 55555 SSS+++++s+ssss 77Hình 3.38: Xác định lực hút đính với độ bão hòa khác nhqI - - - «<< << + 78Hình 3.39: Quan hệ cường độ chống cốt và độ hút dính - 2s ke seE+vEstsecsssez 79Hình 3.40: Mặt bao phá hoạt Mohr — Coulomb ImỞ rỘnG ««««cceeeeees 60Hình 4.1: Toàn cảnh mái dốc tự nhibn cecccccccccccccscsccscscsscsecscsesscsssscssssssscscsecscsecscsecsees 63Hình 4.2: Mặt cắt mái AOC seeeseseseessssesssssesesneesnsessseseeesneesueesneesusesueesnecneeeneeeneeenseeneenes 83Hình 4.3: Mô hình tính toán trong Geo — SÏỈOD€ c+++eteeeeeeerrreeeree 56Hình 4.4: Kết quả tinh ồn định mái dốc với độ bão hòa 80%6 -c+cscscs: 86Hình 4.5: Kết quả tinh ồn định mái dốc với độ bão hòa 70%6 - cscscscse 87Hình 4.6: Kết quả tính ồn định mái dốc với độ bão hòa 60%6 - c+cscscse 87Hình 4.7: Kết quả tính ồn định mái dốc với độ bão hòa 50%6 -cscscscs: 88Hình 4.8: Kết quả tinh ồn định mái dốc với độ bão hòa 51,2% (tự nhiên) 88Hình 4.9: So sánh hệ số an toàn mái dốc với độ bão hòa khác nhau - 59

Hình 4.10: Thông số lớp 1, trường hop đất bão hòa ÿ” = Ú -cccce+escsrered 90

Hình 4.11: Dường đăng áp cho dat không bão hòa và đất bão hòa - 90Hình 4.12: Kết quả tính ôn định mái dốc trường hop đất bão hòa #” = 0 9]

Hình 4.13: Thông số lớp 1, trường hop dùng @ = 14.4” ccccccrereeesrered 92

Hình 4.14: Kết quả tính ôn định mái dốc trường hop đất bão hòa ÿ' = 14.4/ 92Hình 4.15: Thông số lớp 1, trường hợp dùng SWCC wceccscssescscsessssststssstetsssesevees 93Hình 4.16: Đường cong SWCC được Geo — Slope dùng tính toáh 93Hình 4.17: Kết quả tính ồn định mái dốc trường hợp ding đường cong SWCC 944Hình 4.18: Thông số lớp 1, trường hợp dùng thông số theo Fredlund - Xing 95Hình 4.19: Đường cong Theo Fredlund - Xing được Geo — Slope dùng tính toán 95Hình 4.20: Kết quả tính ôn định mái dốc với thông số Theo Fredlund - Xing 9óHình 4.21: So sánh hệ số 6n định mái dốc theo 4 phương pháp -cccscscs: 97Hình 4.22: So sánh hệ số ôn định khi MNN thay đổi theo 4 phương pháp 99

Bang BiéuBang 2.1: Các tô hop có thé có của các biến trạng thái ứng suất cho đất không bão/2,EEEEEE 29Bảng 3.1: Tỷ lệ thành phần hiẠt - - St EEEESESESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkEkrkrkrkrerree 53Bảng 3.2: Số liệu thí nghiệm Tỷ trong Nt ccccccccccccccccescssssssssssesscscscsesveveveencasevevevens 53Bang3.3: S6 liéu Thi nghiém do ;7/REEREREREEREERERR 54Bang 3.4: Số liệu thí nghiệm sức CHONG Cat ceccccccccccccsvesersssvssssesecscscsvsveveeensasassvevens 54Bang 3.5: Tính chất cơ lý của đất thí ng hiÏỆHM 5-5 + SEEsEESEEEEEEEE+kekeeeereeesree 55Bang 3.6: Kết qua thi nghiệm cat trực tiếp, với Sr = 5(6 -cccccscseseseseee 64Bang 3.7: Kết quả thí nghiệm cat trực tiếp, với S = 6(0⁄ -cccccccscseseseseee ó5Bang3.8: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp, với § = 70% -ccccccescsesereseseee 66Bang 3.9: Kết qua thí nghiệm cat trực tiếp, với S = 80%% -ccccccscseseseseee 66Bang3.10: Lực cat trung bình ở mỗi cấp tải và độ bão hòa - - -c+c+cscsescse 68Bảng 3.11: Kết quả thi nghiệm xác định đường cong SWCC -cscscscscse 76Bang 3.12 Kết quả cường độ sức kháng cat tại luc hút dinh khác nhau 78Bang 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1 đưa vào mô hình tinh toản - s: le)Bang 4.2: Kết quả tính toán ổn định mái dốc theo độ bão hòa - sec: 59Bang 4.3: Kết quả tinh ôn định mái dốc theo 4 phương pháp - - +5 cscscssse 9óBang 4.4: Kết quả tính hệ số ổn định khi MNN thay đổi theo 4 phương pháp 98

DANH MỤC CHỮ VIET TAT

SWCC : Đường cong đặc trưng đất — Nước.MNN: Mực nước ngầm

MỞ ĐẦU1 WAN DE THỰC TIEN VÀ TÍNH CAP THIẾT CUA DE TÀI

Việt Nam năm trong khu vực nhiệt đới gid mùa với nguồn nhiệt và độ âm dồidào, ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ gió mùa Đông Bắc và Tây Nam Dia hình tựnhiên nước ta mang tính chất là déi núi, chiếm 3⁄4 diện tích đất nước, chủ yếu là đôinúi thấp Nước ta đang trong thời kỳ phát triển nên việc xây dựng cơ sở hạ tầng,khu dân cư, khu công nghiệp đang diễn ra một cách mạnh mẽ Trong điều kiện tựnhiên như thé thì van đề 6n định mái dốc trong tự nhiên trở thành van dé quan trọngtrong việc xây dựng cơ sở hạ tầng

Trong điều kiện tự nhiên va địa hình ở nước ta, đa số mái dốc nam ở vùng cóđịa hình cao, mực nước ngâm thấp, thời tiết khô hạn và lượng mưa thay đổi quatừng mùa trong năm Đây là loại địa hình đặc trưng cho loại đất không bão hòa vàđộ bão hòa của đất thường xuyên thay đổi theo từng tháng trong năm

Trước đây các công trình đất thường được thiết kế trên cơ sở lý thuyết của Cơhọc đất bão hòa cô điển Hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực Cơ học đất đều tậptrung chủ yếu vào môi trường đất bão hòa Các lý thuyết, kết quả tính toán, kinhnghiệm vé co học đất bão hòa được chuyển giao và áp dụng trong thực tế sản xuấtđã đạt được những thành công khá lớn Tuy nhiên các kiến thức, kinh nghiệm, lý

thuyết tính toán, thiết bị thí nghiệm cho đất không bão hòa cũng còn nhiều hạn

chế.Dat không bão hòa thường có các đặc tính về ứng suất - biến dạng, biến thiênáp lực nước lỗ rỗng, cường độ chống cắt, hệ số tham không tuân theo các lýthuyết của cơ học đất bão hòa Trong thé ky XX, đã xuất hiện nhiều nghiên cứu vềCơ học đất không bão hòa, tiêu biểu nhất là cuốn sách Cơ học đất không bão hòacủa D.G Fredlund va H Rahardjo (1993), trong đó đã mở rộng các lý thuyết về đấtbão hòa của Terzaghi cho đất không bão hòa Cho đến nay nước ta chưa có nhiềunghiên cứu về các đặc tính cơ lý của đất không bão hòa, đặc biệt là nghiên cứu ảnhhưởng của cường độ chống cắt của đất không bão hòa tới ôn định mái dốc Khinghiên cứu đất không bão hóa, các đặc tính về hệ số thắm, biến dạng, đặc biệt làcường độ chông cat và ôn định mái dôc luôn biên đôi phụ thuộc vào độ bão hòa, độ

âm và lực hút dính Ngoài ra, các loại đất của Việt Nam có những nguồn gốc thànhtạo, điều kiện ton tai và biến đôi cũng như điều kiện khí hậu khác nhau, do đó cáctính chất vật lý cơ học có những giá tri riêng, đặc biệt là các đặc tính cua đất khôngbão hòa Vì vậy, việc sử dụng hoàn toàn dữ liệu sẵn có của các thông số đất khôngbão hòa của các nước trên thế giới khó đáp ứng độ chính xác phù hợp với các sốliệu tính toán cho đất tại Việt Nam Dé tiếp cận với các nước tiên tiễn trên thế giớithì việc xây dựng và thiết lập các thiết bị thí nghiệm để xác định các đặc tính củađất không bão hòa cũng là một van dé quan trọng ở nước ta Trong phòng thínghiệm, có nhiều cách tạo nên môi trường đất không bão hòa khác nhau, một trongnhững cách là dựa trên định nghĩa độ bão hòa, thay đôi thé tích nước trên thé tích độrong xác định trước thì độ bão hòa thay đổi.

Do vậy dé tài “Anh Hướng Của Độ Bão Hòa Trong Dat Cát Pha Sét ĐếnĐộ Ôn Định Của Mái Dóc” có tính cấp bách, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực

tiễn

2 MỤC TIỂU DE TÀILàm sáng tỏ bản chất mô hình và các đặc trưng của đất không bão hòa so vớiđất bão hòa

Thiết lập mối quan hệ của độ bão hòa trong đất không bão hòa đến sức chốngcắt của đất cát pha sét bằng thí nghiệm cắt trực tiếp trên mẫu chế bị trong phòng

Thiết lập đường cong quan hệ Đất — Nước (SWCC) của đất không bão hòa.Dự báo sự an toàn của mái dốc khi ứng dụng các thông số đất không bão hòatrong thiết kế và tính toán băng phan mềm Geoslope

3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUPhương Pháp Luận

Nghiên cứu nhăm góp phân vào kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của độ bão hòađến sức chống cat của đất Ngoài ra, khi đưa vào tính toán trong phần mềm

Geoslope, két qua sẽ la một phương án cho việc dự báo độ an toàn của mái dốc

Quá trình nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên các cơ sở sau:+ Cơ sở pháp lý: các quy chuân, tiêu chuân về thí nghiệm xác định các chỉ tiêu

+ Cơ sở khoa học: lý thuyết toán học, lý thuyết cơ học dat, + Cơ sở thực tiễn: các công trình nghiên cứu tương tự đã được thực hiện vàthu được kết quả ở Việt Nam cũng như trên Thế Giới.

Phương Pháp Nghiên Cứu

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết về đường đặc trưngquan hệ đất - nước, cường độ chống cắt của đất không bão hòa

+ Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm xác định các chỉ tiêu tính chất của đấtkhông bão hòa; thí nghiệm xác lập đường cong đặc trưng quan hệ đất-nước của đấtthí nghiệm; thí nghiệm xác định quan hệ giữa cường độ chống cắt của đất khôngbão hòa với các độ bão hòa khác nhau.

+ Phương pháp phân tích 6n định mái dốc: tính toán 6n định mái dốc khi xétthông số đất trong điều kiện bão hòa, không bão hòa

4 Ý NGHĨA DE TÀIÝ nghĩa khoa học:+ Đề tài được nghiên cứu sẽ đóng góp các hiểu biết có cơ sở khoa học hơn vềcác thông số của đất không bão hòa và ảnh hưởng của chúng đến trạng thái 6n địnhcủa mái dốc

+ Nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên một loại đất Việt Nam về đườngcong đặc trưng đất - nước, cường độ chống cat Từ các kết quả rút ra trong nghiêncứu thực nghiệm, đề tài sẽ ứng dụng nghiên cứu trạng thái ôn định của mái dốc déchỉ ra được mức độ ảnh hưởng của cường độ chống cắt của đất không bão hòa đếnhệ số ồn định mái dốc

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho việc dự báo sự ổn địnhcủa mái dốc khi có lượng nước từ ngoài thấm vào trong dat

Tính mới: Hiện nay, việc xác định sức chống cắt của đất được thực hiện trênmẫu đất tự nhiên hoặc bão hòa hoàn toàn Trong thực tế, rất nhiều trường hợp đất ởtrạng thái không bão hòa, hoặc độ bão hòa thay đối theo thời gian, dẫn đến sức chống

cắt của đất thay đổi theo, dé tài “Anh Hướng Của Độ Bão Hòa Trong Dat Cát PhaSét Đến Độ Ôn Định Của Mái Dốc” được thực hiện nhằm giải quyết nội dung đó.5 ĐÓI TƯỢNG VA PHAM VI NGHIÊN CỨU

- Thời gian: 6 tháng kế từ ngày có quyết định giao luận văn- Không gian: Hiện trường và Phòng thí nghiệm

- Đôi tượng nghiên cứu:

+ Đất cát pha sét+ Ảnh hưởng của độ bão hòa đến sức chống cắt của đất.+ Mái dốc tại vùng có địa chất là cát pha sét

6 BÓ CỤC CUA LUẬN VĂNBồ cục của luận văn bao gồm 4 chương chính với nội dung các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu Trinh bảy đặc điểm mái dốc và tình hìnhnghiên cứu các đặc trưng cơ lý đất không bão hoà trong nước và trên thế giới

Chương 2: Cơ sở lý thuyết đất không bão hòa, sức chống cắt đất không bãohòa và mái dốc Chương nay trình bay lý thuyết về lực hút dính, tính chất cơ lý, mốiquan hệ khối lượng thé tích của đất không bão hòa Đặc điểm và phương pháp xácđịnh đường cong đặc trưng đất - nước (SWCC) Lý thuyết cơ bản về cường độchống cắt của đất bão hòa - không bão hòa Các phương pháp xác định cường độchồng cắt trực tiếp bằng thực nghiệm và phương pháp phân tích 6n mái dốc cho đấtkhông bão hoà.

Chương 3: Thí nghiệm trong phòng xác định cường độ chống cat và đường cong đặc

trưng đất — nước (SWCC) trên mẫu đất không bão hòa Chương này giới thiệu thiết bịthí nghiệm và phương pháp thí nghiệm xác định các đặc trưng của đất không bãohòa: đường cong đặc trưng đất - nước, cường độ chống cắt của đất không bão hòaứng với các độ bão hòa khác nhau Trình bày các kết quả đạt được từ nghiên cứuthực nghiệm: kết quả thí nghiệm xác định SWCC, các thí nghiệm cắt trực tiếp xácđịnh cường độ chống cắt của đất không bão hòa ứng với các độ bão hòa khác nhau

Chương 4: Ứng dụng tính toán ổn định mái dốc băng phần mềm Geo-slope Nhập

các kết quả thí nghiệm vào phần mềm GeoStudio 2007 để tính toán 6n định mái dốctheo các phương án tính toán.

Kết luận và kiến nghị : Đánh giá các kết quả nghiên cứu Kiến nghị các biệnpháp và hướng phát triển của đề tài

CHUONG 1: TONG QUAN NGHIÊN CỨU1.1 MAI DOC

Mái dốc của khối đất đá có thé được hình thành do tác nhân tự nhiên hay nhântạo Tất cả các mái dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một dạng ôn định hơn,cuối cùng chuyển sang năm ngang và trong bối cảnh này, mat ôn định được quanniệm là khi có xu hướng di chuyển và phá hoại Các lực gây mat 6n định liên quanchủ yếu với trong lực và thắm trong khi sức chống phá hoại cơ bản là do hình dạngmái dốc kết hợp với bản thân độ bền kháng cat của dat và đá tạo nên, do đó khi tínhtoán ôn định của mái dôc can phải xét đền day đủ các nội lực và ngoại lực [1].

Mái Dốc

Tự Nhiên Nhân Tạo

Xói mòn hoặc Gom lại hoặc Đắp Đào

Chia cắt trầm tích | |

| Khối đắp Đà à eác hế

ee gk ` x Xa xã ào móng và các hô

Mái doc sườn dôi Mái dốc lở tích và đông à đã k

; va dap 5 5 ó

hoặc thung lũng băng trước núi | rãnh không được chông

- " Đống đất thải và

Vách bờ biển Mái đốc trượt eee’

faa ` đông đât đào

và bờ sông và trượt dòng

Hình 1.1: Các loại mái dốc tự nhiên và nhân tạoSự di chuyển của khối đất đá có thể xảy ra do phá hoại cắt dọc theo một mặt ởbên trong khối hay do ứng suất hiệu quả giữa các hạt giảm tạo nên sự hóa hỏng mộtphân hay toàn bộ Người ta đã quan sát được nhiều dạng di chuyển ( phá hoại) khácnhau có 3 dạng di chuyển thường xảy ra nhiều hon [1]:

a) Sut lở: dat đá di chuyên rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn: các thé nứt, khe nứt,mặt phang phan lớp dốc, mat đứt gay, va diéu kién pha hoai co thé duochỗ trợ hay thúc day do tác động của áp lực nước ở trong các gián đoạn đó

b) Trượt : khôi đất đá co bản không bị xáo động trong khi trượt theo một mặtxác định Xét về kết cấu, có 2 dạng trượt sau:

+ Thrượt tịnh tiễn: sự di chuyển tuyến tính của khối đá dọc theo mặtphăng phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất năm gan mặt đất dốc Sựdi chuyển như thế thường khá nông vả song song với mặt đất

+ Trượt xoay: sự di chuyển dọc theo mặt cắt cong bang cách là khốitrượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc va day trôi ở gần chân dốc (Hình 1-2).

Hình 1.2: Mô hình mái dốc điền hình cho trượt xoayc) Trượt dòng : bản thân khối trượt cũng bị sáo động và di chuyển một phan

hay toàn bộ như một chat long Trượt dòng thường xảy ra trong đất yếu bãohòa nước khi áp lực nước 16 rỗng tăng đủ dé làm mat toàn bộ độ bền chốngcắt Mặt trượt thực hầu như không có hay chỉ biểu hiện từng lúc

Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là mái dốc tự nhiên do xói mòn hoặc

chia cat, tại sười đổi hoặc thung lũng Dang mái dốc này có thé tồn tại hàng năm ởtrạng thái bat đầu phá hoại, ở trạng thái tới han, nhưng khi có sự thay đối các điềukiện tự nhiên (như mưa, thoát nước, ) hay có sự can thiệp của con người ( chấttải, bóc lớp phủ bé mặt, đào chân mái dốc ) sẽ thúc day sự phá hoại mái dốc theomặt trượt đã tồn tại trước hay tạo ra mặt trượt mới

Những sự cố trượt lở lớn mái dốc trên thé giới và ở Việt Nam phan lớn có liênquan đến trạng thái không bão hòa của đất Các đất có van dé về trượt lở này thườngcó nguôn gốc tản tích và mực nước ngầm ở sâu Các lớp đất trên mặt có áp lực nướclo rong âm, đóng vai tro quan trọng trong sự ôn định của mái doc Tuy nhiên, lượng

mưa nhiều, liên tục có thể làm giảm áp lực lỗ rỗng âm của khối đất phía trên đườngbão hòa, do đó cường độ chống cắt giảm dẫn đến mái dốc mat ôn định.

Phương pháp thường dùng nhất dé phân tích sự 6n định của mái dốc trong đấtdính là dựa trên việc xem xét cân bang déo giới han Về căn ban, điều kiện cân bangdẻo giới hạn ton tại từ thời điểm mà dich chuyển trượt cắt bắt đầu và biến dạng cứtiếp diễn mà ứng suất không đổi [1]

Trong thực tế, khi mái dốc bị mất ôn định, mặt trượt có thể có nhiều hình dạngkhác nhau Sự trượt có thé xảy ra cục bộ hoặc pho biến trên một chiều dai nhất định;mặt trượt có dạng của mặt cầu (bài toán không gian 3 chiều) hoặc mặt trụ (bài toánphang 2 chiều) Dạng đơn giản nhất, do Cullmann đưa ra vào năm 1866, là một mặtphăng dài vô hạn đi qua chân mái dốc Phương pháp này cho hệ số chảy an toàn nênđã đánh giá quá cao điều kiện 6n định thực Khi lựa chon mặt trượt phức tạp hơnnhư mặt cong xoăn logarit hay có dạng không theo quy tắc có thể cho kết quả gầnvới giá trị thực, nhưng việc phân tích dài dòng và kém hấp dẫn Việc dùng mặt trụtròn xoay với mặt cắt ngang là cung tròn sẽ cho kết quả thỏa mãn độ chính xác màkhông cần tính toán quá phức tạp Hiện nay hầu hết các phương pháp đều giả thiếtmặt trượt có dang mặt trụ tròn xoay Trường hợp tôn tại lớp đá cứng dưới nên hoặclớp đất mềm yếu trong nên, mặt trượt có dang phức tạp [1]

Hình 1.3: Các dạng mặt phá hoại: a) mặt phăng; b) cung tròn; c) không theo quy

tắc; đ) hỗn hợpSự ồn định của mái dốc phụ thuộc nhiều vào sự thay đôi của động thái áp lực

nước lễ rỗng Độ bền chống cắt thường quan hệ nghịch với áp lực nước lỗ rỗng.Hiện nay, khi phân tích sự ôn định của mái dốc trên đất bão hòa người tathường dùng các thông số cường độ chống cắt hiệu quả (tức là c’ va 6’) Nhưng đốivới các mái dốc được hình thành do xói mòn hoặc chia cắt tại các sườn đôi hoặcthung lũng, mực nược ngâm ở rất sâu so với mặt đất tự nhiên, sẽ xuất hiện thànhphân cường độ chống cat do áp lực nước lỗ rỗng âm phía trên mặt nước ngầm Khitính toán thành phan này thường được bỏ qua, bang cách đặt độ lớn của chúng bangkhông là do những khó khăn để đo được áp lực nước lỗ rỗng âm và cách đưa nó vàophân tích 6n định mái dốc Nhất là, trong những trường hop mặt nước ngầm sâu haykhi người ta quan tâm tới khả năng xuất hiện mặt phá hoại nông, thì không thể bỏqua áp lực nước 16 rỗng âm được

Vậy, van dé mat 6n định trong vùng đất không bão hòa rất cần được quantâm nghiên cứu, các thông số đất không bão hòa nên được đề cập đến trong phântích ôn định mái đất

1.2 TONG QUAN VE DAT BAO HOA VÀ DAT KHONG BAO HÒAKhí hậu đóng vai trò quan trọng dù đất bão hòa hay không bão hòa Nước bịlay đi khỏi đất hoặc do bốc hơi từ mặt đất hoặc do thoát — bốc hơi từ lớp phủ thựcvật (Hình 1.4) Các quá trình này tạo nên một dòng nước hướng lên, ra khỏi đất.Mặt khác, nước mưa và các dạng nước khác tạo dòng nước hướng xuống đi vàotrong đất Sự khác nhau giữa điều kiện của hai dòng trên trong phạm vi cục bộ cótính chất quyết định tới điều kiện áp lực nước lỗ rỗng trong đất Dòng hướng lênlàm khối đất khô dan, nứt nẻ, trong khi dòng hướng xuống cuối cùng làm bão hòakhối đất Cùng với các điều kiện khác, dòng mặt có thực ảnh hưởng đến chiều sâumực nước ngâm Một đường thủy tĩnh liên quan với mực nước ngâm biểu thị mộtđiều kiện cân bằng ở nơi không có dòng chảy tại mặt đất Trong thời kỳ khô, áp lựcnước lỗ rỗng trở nên âm hơn so với áp lực nước lỗ rỗng biểu thị băng đường thủytĩnh Điều kiện ngược lại trong thời kỳ âm [2,8]

Tại những khu vực có mực nước ngâm sâu, đất năm từ mực nước ngâm trởxuống có áp lực nước 16 rỗng dương và được coi là đất bão hòa, dat từ mực nướcngâm trở lên có áp lực nước lô rong âm và được coi là dat không bão hòa [2].

Đất bão hòa và không bão hòa khác nhau cơ bản (đơn giản nhất) về bản chấtvà đặc tính kỹ thuật:

+ Đất bão hòa là loại đất gồm hai pha (pha ran va pha lỏng) và có áp lực

nước lỗ rỗng dương

+ Đất không bão hoà là loại đất có nhiều hơn hai pha và có áp lực nước

lỗ rỗng âm, liên quan với áp lực khí lỗ rỗng

Theo Fredlund và Rahardjo đã đưa ra quá trình thay đổi mực nước lỗ rỗngtrong vùng đất năm trên đường bão hòa khi có quá trình mưa và bốc hơi Quá trìnhđó được biéu diễn bằng Hình 1.4

Bốc hơi ở trang thai ốn định Déng thấm ốn định

tăng Vùng thay đổi lớn nhất năm ở vùng gần bề mặt đất Thời gian bốc hơi càngdai thì đường áp lực lỗ rỗng càng dịch về bên trái, và dần dần mực nước ngầm hathấp Khi có mưa thì lượng nước mua sẽ thẫm vào trong đất, làm cho đường áp lựclỗ rỗng dịch chuyển về bên phải (đường 3) Quá trình này sẽ làm cho vùng khôngbão hoà thu hẹp, cường độ chống cat giam dan dén mat 6n dinh mai déc [8].

Lambe va Whitman (1979) định nghĩa đất không bão hoa là hệ ba pha baogồm pha ran, pha nước va pha khí Theo Fredlund và Morgensten (1977), khi phântích ứng suất của môi trường liên tục nhiều pha, cần nhận thức pha trung gian khí -nước ứng xử như một pha độc lập, khi đó đất không bão hoà là hệ bốn pha: pha rắn,pha khí, pha nước và mặt ngoài căng hay mặt phan cách khí - nước.

Lực hút dính, đường cong đặc trưng đất - nước, hệ số thắm va cường độ chốngcắt là các đặc trưng cơ ban của đất không bão hòa Cường độ chỗng cat của đấtkhông bão hòa khác đất bão hòa ở chỗ có thêm lực dính do lực hút dính gây ra Lựcdính thêm này phụ thuộc vào (u, - uy), gia tri ° [8]

Đường cong đặc trưng đất — nước (SWCC) là trung tâm cơ học đất cho đấtkhông bão hòa Nó khống chế đặc tính của đất không bão hòa như hệ số thâm,cường độ chống cat và biến thiên thé tích của đất Hệ số thâm cần thiết trong bàitoán phân tích nước mưa vào trong mái dốc Cường độ sức chống cat của đất đóngvai trò quan trọng trong tính toán 6n định khối đất Nhiều bài toán địa kỹ thuật nhưsức chịu tải và 6n định mái dốc có liên quan đến cường độ chống cắt của đất Hàmthấm và phương trình cường độ chống cắt cho phép phân tích chính xác các bài toánthắm không ôn định, thấm do mưa, 6n định mái dốc theo thời gian khi có sự thayđôi về độ âm, áp lực nước 16 rỗng đường bão hòa trong môi trường đất [2], [8]

Trong những năm gần đây, người ta đã hiểu rõ hơn về vai trò của đất khôngbão hoa, nhất là áp lực nước lỗ rỗng âm (hoặc lực hút dính), trong việc làm tăngcường độ chống cat của đất Nhiều loại đất khác nhau cho thay cường độ chống cắtgiảm nhiều khi bi làm âm Các thay đối về áp lực nước lỗ rỗng âm do mưa lớn lànguyên nhân phá hoại nhiều mái dốc Sự giảm sức chịu tải và môđun đàn hồi củađất cũng liên quan đến sự tăng áp lực nước lễ rỗng Các hiện tượng này cho thấy vaitrò quan trọng của áp lực nước lỗ rông âm trong việc chi phôi đặc tính cơ học của

đất không bão hòa Những phat triển gần đây đã đưa ra một vài thiết bị có thé dùngđo áp lực nước lỗ rỗng âm tốt hơn Khi phân tích 6n định mái dốc cần xem xét cácthành phần cường độ chống cắt sinh ra do áp lực nước lỗ rỗng âm Loại phân tíchnày là sự mở rộng phân tích cân bằng giới hạn thường dùng.

1.3 TINH HÌNH NGHIÊN CUU DAT KHONG BAO HOA TREN THE GIỚIVA O VIET NAM

1.3.1 Trên Thế Giới1.3.1.1 Tổng quan nghiên cứu các đặc trưng cơ lý đất không bão hòa

Đầu tiên, tại Hội nghị lần thứ nhất của Hội Cơ học đất và Nền Móng quốc tếnăm 1936 đã có nhiều báo cáo nghiên cứu về hành vi của đất không bão hòa Songđáng tiếc là một tập hợp các nguyên lý và phương trình cho đất không bão hòakhông được cùng nêu lên một lúc Những năm tiếp theo, cơ chế tính chất của đấtkhông bão hoà đã được quan tâm nhưng những công trình nghiên cứu về nó pháttriển không nhiều [2]

Trước năm 1950, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu đặc tính của đất khôngbão hòa; tuy nhiên, hầu hết các mối quan tâm chỉ dừng lại ở dòng mao dẫn và sửdụng các mô hình dâng cao trong ống mao dẫn để giải thích hiện tượng quan sátđược Tiêu biểu trong thời gian này là các tác giả [2] :

+ Ostashev (1936) : có 2 báo cáo nghiên cứu về mao dẫn của đất tại hộinghị của Hội Cơ Học Dat — Nền Móng thé giới cho thấy nhiều yếu tổ bao gồmáp lực nước lỗ rỗng và lực mao dẫn, được xem như có tác động đến cơ ché củadòng mao dẫn

+ Hogentogler va Barber (1941) : đã cố gắng nêu tong quan về ban chấtcủa nước mao dẫn, hai ông cho rang nước mao dẫn tuân theo phương trình độdâng mao dẫn trong một ống nhỏ Năm 1943, trong cuốn cơ học dat lý thuyếtcủa Terzaghi đã xác nhận các khái niệm vé mô hình ống mao dẫn

+ Valle — Rodas (1944) : tiễn hành thí nghiêm với ống mao dẫn hở vớicát đồng chất

+ Lane và Washbum (1946) : tiễn hành thí nghiêm với ống mao dẫn hở

với đất không dính từ bụi - cuội sỏi.+ Sitz (1948) : chỉ ra rằng nước mao dẫn có thể dâng trên mực thủy tĩnhhon 10m.

+ Bermatzik (1948) : đã quan sát thấy sự tăng độ bền của đất do matkhum “khí — nước”

Sau những năm 50 thế kỷ XX, những thúc đây mới đã bắt đầu bằng việcnghiên cứu bién thiên thé tích và cường độ chống cắt của đất không bão hoa [2]

+ Một số nhà nhiên cứu như Black và Croney (1957); Bishop etal (1960); Aitchison (1967); Williams (1957) : đã đưa ra đề nghị về một sốphương trình ứng suất, được gọi là hiệu quả, cho đất không bào hòa

+ Ở thập niên tiếp theo, các nhà nghiên cứu Coleman (1962); Matyas vàRadhakrihna (1968); Fredllund và Mongersten (1977) chấp nhận hai biéntrạng thái ứng suất độc lập

+ Sau đó, việc nghiên cứu trên dẫn đến các đề nghị về một số phươngtrình ứng suất, được gọi là ứng suất hiệu quả cho đất không bão hòa Cácphương trình cơ bản của sự thay đối thé tích, cường độ chống cắt và dòngthấm qua đất không bão hoà ngày càng được chấp nhận trong khoa học Địa kỹthuật (Fredlund và Rahardjo, 1993) Việc xác định các thông số đất của cácmô hình đất không bão hoà cơ bản đòi hỏi một qui trình thí nghiệm khắt khe,tỉ mi.

+ Gần đây có một số nhà nghiên cứu công bố công trình nghiên cứu củamình về đất không bão hòa như: Karl 7erzaghi, Ralph Brazelton Peck vaGholamreza Mesri (1996), Budhu, M (2000), Ning Lu va William J Likos(2004), )

Giáo trình “Co học đất không bão hòa” của D G Fredlund va H Rahardjo(1993) là cuốn sách dau tiên trên thé giới trình bay có hệ thống các van dé về Cơhọc đất không bão hòa và hiện nay được dùng như một cuốn sách giáo khoa chuyênđề ở bậc đại học và cao học

Gan đây nhiều các phần mém tính toán dia kỹ thuật đã được xây dựng cho cảmôi trường đất đá bão hòa và không bão hòa nhằm mục đích mô phỏng nhiều kịch

bản mất 6n định của khối đất cùng các kết cấu va tác động ngoai đặt trên va trongnó, cho phép khảo sát nhanh chóng và có độ tin cậy cao các bài toán địa kỹ thuậtthường gặp qua các sơ đỗ trực quan hiến thị trên man hình, do vậy có thé giúp cáckỹ sư lựa chọn nhanh chóng phương án hợp lý cho bài toán đặt ra Điều này đãchứng minh tầm quan trọng của việc nghiên cứu và ứng dụng các đặc trưng cơ lýcủa đất không bão hoà trong việc tính toán ôn định, thiết kế và thi công công trình.1.3.1.2 Tổng quan nghiên cứu về cường độ chong cat của đất bão hòa và datkhông bão hòa.

Đối với đất bão hòa, Terzaghi (1936) dùng tiêu chuẩn phá hoại Coulomb và khái niệm ứng suất hiệu quả để mô tả cường độ chống cắt của đất bãohòa Việc dùng các ứng suất hiệu quả theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb tỏ rađã thỏa mãn thực tế xây dựng đối với đất bão hòa

Mohr-Đối với đất không bão hòa, đã có một số cô găng tương tự đã được thực hiệnđể tìm một biến ứng suất hiệu qua đơn trị cho đất không bão hòa Từ đó, có thé dénghị một phương trình cường độ chống cắt tương tự cho đất không bão hòa Tuynhiên, băng chứng ngay cảng rõ ràng đã ủng hộ việc dùng hai bién trạng thái ứngsuất độc lập để xác định trạng thái ứng suất cho đất không bão hòa, cũng như chocường độ chống cắt (Fredlund và Morgenstern, 1977) [2, 9]

Tương tự với đất bão hòa, thí nghiệm cường độ chống cắt của đất không bãohòa có thể xét theo hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất là trước khi cắt, lúc đó đất cóthé được cô kết tại một số các ứng suất đặc trưng, hay để không cô kết Giai đoạnthứ hai là kiểm soát sự thoát khí - nước trong quá trình cắt Các pha khí lỗ rỗng vànước lỗ rỗng có thé cho thoát ra hoặc không thoát ra độc lập nhau trong lúc cat [2.9].

Cục Cai tạo đất Mỹ đã tiến hành một số nghiên cứu về cường độ chồng cắt củađất đầm chặt không bão hòa dùng để xây dựng các đập và khối đất đắp Các nghiêncứu đã thực hiện các thí nghiệm ba trục không thoát nước có đo áp lực khí 16 rỗngvà nước lỗ rỗng Áp lực khí lỗ rỗng và nước lỗ rỗng được đo trong khi tác dụng mộtáp lực đăng hướng o3, và sau khi tac dụng độ lệch ứng suất (Ø; - øa) Số do áp lực

khí lỗ rỗng khá phù hợp với các dự đoán áp lực khí lỗ rỗng theo phân tích Hilf [2]

Tại Hội nghị nghiên cứu về cường độ chống cat của đất dính, đá tang, Bishop(1960) đã đề nghị các kỹ thuật thí nghiệm và trình bay các kết quả của năm loại thínghiệm cường độ chống cắt trên đất không bão hòa: 1) cố kết thoát nước, 2) cô kếtkhông thoát nước, 3) độ âm không đổi, 4) không thoát nước, và 5) các thí nghiệmnén nở hông Các thí nghiệm được tiễn hành trong một buông ba trục cải tiễn Cácáp lực khí lỗ rỗng và nước lỗ rỗng hoặc được đo hoặc được kiểm soát trong khi thínghiệm [2].

Fredlund và Morgenstern (1977) dé nghị dùng (o - uạ) va (u, — Uy) như cácbiến trạng thái ứng suất độc lập Năm 1978, Fredlund và những người khác đã đềnghị một phương trình cường độ chống cắt cho đất không bão hòa có dùng các biếntrạng thái ứng suất độc lập này Cường độ chống cắt của đất không bão hòa đượcxem là gồm lực dính hiệu quả c’, cộng với phần đóng góp độc lập của ứng suất phápthực (o - u,) và phần đóng góp thêm nữa của lực hút dính (u, - uy) Góc ma sáttrong hiệu quả $° là do phan đóng góp cường độ chống cat của biến trạng thái ứng

suất pháp thực Một góc khác gọi là o” được đưa vao và có quan hệ với phan đóng

góp cường độ chống cắt của biến trạng thái ứng suất hút dính [2, 9]

Satija (1978) đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về đặc tính cường độchống cắt của sét Dhanauri không bão hòa Các thí nghiệm cố kết thoát nước và độâm không đổi thực hiện trên các mẫu đầm chặt với các giá trị khác nhau của ứngsuất (o — uạ) và (uạ — Uy) Các áp lực lỗ rỗng được kiểm soát hoặc đo trong suốt thínghiệm đã phát hiện thấy tốc độ bién dạng thích hop đã giảm cùng với sự giảm độbão hòa của đất [2]

Ho và Fredlund (1982) thực hiện một loạt các thí nghiệm ba trục nhiều giaiđoạn trên đất không bão hòa Chương trình gồm các thí nghiệm cố kết thoát nước cókiểm soát áp lực khí lỗ rỗng từ đỉnh mẫu qua một đĩa xốp thô Áp lực nước 16 rỗngđược kiểm soát từ đáy mẫu nhờ một đĩa tiếp nhận khí cao áp đặt trên bệ đáy Lựchút dính khống chế trước trong mẫu nhận được bằng cách kiểm soát các áp lực nướclỗ rỗng và khí lỗ rỗng nhờ kỹ thuật tịnh tiến trục [2]

Gan (1986) đã tiến hành một chương trình thí nghiệm cắt trực tiếp nhiều giaiđoạn trên sét băng tích không bão hòa Các kết quả cho thấy đường bao phá hoại

phan nao là phi tuyến trên mặt phăng ứng suất cắt ~ lực hút dính [2].

Những năm gan đây, các nhà nghiên cứu đầu ngành như: D.G Fredlund, H.Rahardjo, A Xing, S.K Vanapalli, J.K.M Gan, vẫn tiếp tục nghiên cứu cống hiếncho khoa học, viết sách, hướng dẫn nhiều sinh viên, nghiên cứu sinh, góp phan pháttriển Cơ học đất không bão hòa cả về lý thuyết cũng như các nghiên cứu thựcnghiệm.

1.3.2 Ở Việt NamỞ Việt Nam, do ảnh hưởng của địa hình, lượng mưa hàng năm phân bố rấtkhông đều trong lãnh thé Ngoài ra, trong những năm gan day, cả nước đang phảichịu những đợt nắng nóng diễn ra ngày một gay gắt với nhiệt độ cao và thời giannang nóng dai làm các sông hồ ngày càng cạn kiệt nước Điều này dẫn đến mựcnước ngâm hạ thấp và vùng đất không bão hòa năm trên mực nước ngầm phát triểnrộng Như vậy nhất thiết phải đi sâu nghiên cứu đất không bão hòa và ảnh hưởngcủa nó đến ôn định công trình dat

Ở nước ta, trong những năm gan đây, các bài toán về Cơ học đất không bãohoà mới bắt đầu được quan tâm nghiên cứu Một số ít bài báo và nghiên cứu khoahọc về đất không bão hòa đã được công bố Các bài toán thắm, 6n định mái dốc,ứng suất — bién dạng đã được ứng dụng lý thuyết của Cơ học đất không bão hòa đểtính toán 6n định công trình Phần mềm dia kỹ thuật được sử dụng nhiều ở nước tađể nghiên cứu ôn định công trình đất là bộ phần mềm Địa kỹ thuật Geo-slope officecho hệ đất bão hoà/không bão hoà của công ty Geo-slope International - Canada, ápdụng tính toán cho các khối đất tự nhiên hay nhân tạo

Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Uyên đã dịch tài liệu của Fredllund, D.G andRahardjo H, (1993) ra Tiếng Việt Đây là cuốn giáo trình quan trọng nhất khinghiên cứu về đất không bão hòa

Năm 2006, bộ môn Dia kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi đã moi tiến sĩHarianto Rahardjo, giảng viên lâu năm về Địa kỹ thuật tại trường Đại học Côngnghệ Nanyang (Singapore), giảng một khóa học ngắn về van dé mất 6n định máidốc do mưa Hiện nay, các thiết bị thí nghiệm về đất không bão hòa bắt đầu được dunhập vào Việt Nam.

Gan đây, có một số tai liệu, bai báo nghiên cứu về đất không bão hòa đăngtrên tạp chí khoa học - kỹ thuật :

+ Trịnh Minh Thụ, “Anh hưởng của độ hút dinh đến cường độ kháng cắtvà hệ số thấm cua dat không bão hòa” đăng trên Tạp chí Khoa học kỹ thuậtThủy lợi và Môi trường, số 22, năm 2008

+ Trịnh Minh Thụ, “Nghiên cứu các đặc trưng về trạng thái tới hạn cuadat không bão hòa” đăng trên Tap chi Khoa hoc kỹ thuật Thuy lợi và Môitrường, số 22, năm 2008

+ Nguyễn Thi Ngọc Huong, Trịnh Minh Thụ, “Xác dinh cường độ chongcắt cua dat không bão hòa bang thí nghiệm cat trực tiếp”, đăng trên Tap chíKhoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 42, năm 2013

Trước tình hình phát triển các nghiên cứu trong lĩnh vực Cơ học đất không bãohoa trên thế giới, việc nghiên cứu các bài toán liên quan tới đất không bão hoà ởViệt Nam là một việc cần thiết dé ta có thé tiếp cận với trình độ nghiên cứu của théĐIỚI.

Kết luận chương 1:Diện tích doi múi của nước ta chiém 3⁄4 tong điện tích đất nước, dân đến máidốc xuất hiện hau hết trong công trình xây dựng cơ sở hạ tang (đường xd, cầu cong, ), xây dung công nghiệp, dân dụng, Ngoài ra nước ta nam trong khu vực khíhậu nhiệt đới gió mùa nên sự thay đổi giữa hai mùa mưa nắng ảnh hưởng rất lớnđến độ bốc hơi và độ ẩm trong dat Vi vay, dat không bão hoa chiếm diện tích rấtlớn và độ sâu vùng không bão hòa cũng như độ bão hòa thay đổi theo từng mùa

Trên thé giới, vấn dé dat không bão hòa đã được nghiên cứu từ khoảng cuốithé kỷ thứ 19 và đến nay đã có những thành tựu nhất định Van dé này đã được pháttriển thành Cơ học đất không bão hòa, là sự kế thừa và phái triển từ cơ học đấttruyện thong

Ở Việt Nam, vấn dé về Cơ học dat không bão hoa nói chung mới bắt đầu đượcquan tam nghiên cứu từ vài năm trở lại đáy Tuy nhiên, các nghiên cứu thực nghiệmvề dat không bão rất ít được thực hiện cho đất Việt Nam, các công trinh bằng đấtkhi tính toán thiết kế vẫn dựa trên lý thuyết của cơ học đất bão hòa

Bài toán phân tích ồn định công trình dat bằng các phân mêm Địa kỹ thuật đãtrở nên pho bién ở nước ta nhưng việc xét thêm các thông số đất không bão hòa vancon kha moi me.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET DAT KHONG BAO HOA, SỨCCHÓNG CAT DAT KHONG BAO HÒA VA MAI DOC

2.1 DAT KHONG BAO HOADat không bão hòa là một hỗn hop gồm nhiều pha Việc xác định số pha trongđất là quan trọng vì nó ảnh hưởng tới việc định ra trạng thái ứng suất của hỗn hợp[2].

2.1.1 Dinh Nghia Mot Pha

Dé xác định một pha độc lập trong một phan hỗn hợp, nó phải có: 1) Các tínhchất khác với vật liệu kề bên; và 2) có các mặt biên xác định Hai điều kiện này phảiđược thỏa mãn dé nhận biết một pha độc lập [2]

Trên cơ sở định nghĩa một pha, thì dat không bão hòa gồm 4 pha: pha ran, phanước, pha khí và mặt phân cách khí nước (mặt ngoài căng) Mặt ngoài có sức căngnày như một pha độc lập.

2.1.2 Mặt Phân Cách Khí Nước Hay Mặt Ngoài Căng

Tính chất khác biệt nhất của mặt ngoài căng là khả năng tác động một sức kéocăng Nó làm việc như một màng dan hồi đan xen lực căng trong toàn cau trúc củađất Duong như hau hết các tính chat của mặt ngoài căng đều khác với tính chat củapha nước kể bên Ví dụ, nhờ sức căng mặt ngoài mà nhện nước có thể đi trên mặtnước ( đi được mặt trên mặt ngoài căng), còn loài côn trùng “bơi ngửa” đi được trênmặt đáy của mặt ngoài căng [2].

Thừa nhận đất không bão hòa là hệ 4 pha (hình 2.la ) sẽ thuận lợi khi tiễnhành phân tích ứng suất trên một phân tố đất Theo quan điểm hành vi, đất khôngbão hòa có thể được hình dung như một hỗn hợp trong đó hai pha cân bằng dướigradien ứng suất tác dụng (các hạt đất và mặt ngoài căng) và hai pha thâm dướigradien ứng suất tác dụng (khí và nước) [2, 9]

Từ quan điểm về quan hệ thể tích — khối lượng của đất không bão hòa, thì cóthể xem đất như hệ ba pha (hình 2.1b) vi thể tích của mặt ngoài căng nhỏ va khốilượng của nó được xem như một phan của khối lượng nước Tuy nhiên, khi phân

tích ứng suất của môi trường liên tục nhiều pha, cần nhận thức răng pha trung giankhí — nước ứng sử như một pha độc lập [2].

Sơ đồ biểu thị số lượng các pha và mối quan hệ giữa thể tích - khối lượng củađất được thê hiện ở hình 2.1

; Mat ngoài căng

Thé tich | Khối lượng Thể tich Khối lượng

| V: | Khi | M: J | V: † Khi Mz

Ve v

T—T } - pT eee

vy _—_— Ý | —_—— —_ _—_— — / V(_ | — — — — — — _— _—

Pha rin MM : Pha rắn M

Vs \= dat Vs của dat

(a) (b)

Hình 2.1: So đồ pha chính xác và đơn giản hoá của đất không bão hoà a) Hệ dat

không bão hoà bốn pha chính xác; b) Sơ đô 3 pha đơn giản hoá2.1.3 Tính Chất Của Các Pha Riêng Ré

Khi xem xét hành vi của hệ đất, ta cần hiểu biết các tính chất cơ bản của cáchạt đất, khí, nước và mặt ngoài căng Đối với mỗi pha, cần tính đến các tính chất

khói lượng và thể tích (hình 2.2) Tính chất quan trọng nhất của mặt ngoài căng là

khả năng tác động một lực kéo, tính chất này được gọi là “sức căng bề mặt” [2]

Thê tích của từng pha Khôi lượng của từng pha

Dung trọng và thể tích riêngDung trọng p được định nghĩa là ty số của khối lượng với thé tích Mỗi phacủa đất có dụng trọng riêng.

Thể tích riêng được định nghĩa là số nghịch đảo của dung trọng: do vậy thểtích riêng là tỷ số của thé tích và khối lượng [2]

a) Pha ran (các hạt đất)Dung trọng của các hạt đất po, được định nghĩa như sau (Hình 2.2)

=— 2.1vn, (2.1)

$

Dung trọng của các hạt đất thường được biểu thị theo biến không thứnguyên, được gọi là tỷ trọng G, Tỷ trọng của các hạt đất được địnhnghĩa là tỷ số của dung trọng hạt với dụng trọng nước ở nhiệt độ 4°Cdưới điều kiện áp lực khí quyền (101,3kPa) Dung trọng của nước tạiđiều kiện này là 1000kg/m”

G -f (2.2)

$

b) Pha nướcDung trọng của nước p„ được định nghĩa như sau (Hình 2.2)

Ø, =— (2.3)

Nước là đồng nhất ở khắp moi nơi Nước cất dưới áp suất của hoinước bão hòa gọi là nước bào hòa tinh khiết Dung trọng của nước tỉnhkhiết phụ thuộc vào điều kiện áp suất và nhiệt độ

Với các bài toán cơ học đất, sự biến đổi về dung trọng nước donhiệt độ khác nhau có ý nghĩa hơn là sự biến đổi của nó do áp suất tácdụng Với điều kiện dang nhiệt, dung trọng của nước thông thường là

1000kg/m’

c) Pha khíDung trọng của khí p, có thé biểu thị là (Hình 2.2):

p= (2.4)

Khí có thé là một hỗn hop của nhiều loại khí khác nhau, gồm ca hơi

nước Hỗn hợp được gọi là khí khô khi không có hơi nước và được gọi là

khí âm khi có hơi nước.Ngoài ra, có phương trình xác định dung trọng không khí:

(0 —_ Oa 2.5

Pa = Fe Ma (2.5)

Trong đó:

O, - khối lượng phân tử của khí (kg/kmol);

R- hằng số khí (phân tử) tổng quát [băng 8,31432J/(mol.K)];T - nhiệt độ tuyệt đối (T = + 273,16) (K);

t - nhiệt độ (°C)„„ - áp suất khí tuyệt đối (u,=u,+u,,, )2.1.4 Các Quan Hệ Thể Tích Và Khối Lượng

Các quan hệ thé tích — khói lượng của các hạt đất, nước và khí được SUY ra bangkét hop cac tinh chat trong luc va thé tích của dat [2]

Các quan hệ thé tich Các quan hệ khối lượng

AN AN - 4 AY

| V=n.V Khi Mz

+ eee 4Vự= n.Vy `» ẻ ẽ ốẽ ố

Ve Pha tắ\\< đất \ M;=pa.Vran

Tông thé tich: Tông Khối lượng

V= Vy + Vs M= Mz +Mw + Ms

V= V: Ve + Vs

Hình 2.3: Các quan hệ thé tích và khối lượng

2.1.4.1 Độ rỗngĐộ rỗng n tính theo phần trăm (%), được định nghĩa là tỉ số giữa thể tích phầnrỗng và thé tích cả mẫu đất ( Hình 2.3).

V

=— 100 2.6

nav (2.6)

2.1.4.2 Hệ số rỗngHệ số rỗng e : là tỉ số giữa thé tích phan rỗng và thé tích phan hat ran của đất( Hình 2.3).

Độ bão hòa, phần trăm không gian rỗng chứa nước, : là tỉ số giữa thể tích phầnnước và thể tích phan rong, don vi tinh %

S= = (100) (2.9)

Có thé dùng độ bão hòa dé chia đất thành nhóm:+ Dat khô (S=0%) gồm các hạt đất và không khí, nước không có trongđất

+ Dat bão hòa (S=100%), tat cả lỗ rỗng chứa đấy nước.+ Dat không bão hòa (0%< S < 100%) có thé chia nhỏ nữa, tùy thuộc phakhí là liên tục hay bít kín.

Sự phân chia này chủ yếu là hàm của độ bão hòa:+ Loại đất không bão hòa có pha khí liên tục thường có độ bão hòa nhỏhơn khoảng 80% (S<80%).

+ Các bọt khí bị giam hãm thường gặp trong đất không bão hòa, có độbão hòa lớn hơn khoảng 90% (S>90%).

+ Vùng chuyền tiếp giữa pha khí liên tục va các bọt khí bị giam hãm xảy