Mô phỏng ứng xử thay đổi thể tích của đất không bão hòa dưới áp lực đầm nén tĩnh

Bài báo này trình bày quá trình xây dựng mặt cong LWSBS trong không gian MPK, và kết quả mô phỏng ứng xử theo thể tích của hai loại đất theo các đường trạng thái khác nhau. Kết quả cho thấy ứng xử theo thể tích của đất trong các quá trình gia tải/làm ướt, hoặc các tổ hợp gia tải/dỡ tải/làm ướt/gia tải lại đã được mô phỏng tốt trong không gian này.

BÀI BÁO KHOA H C MÔ PHỎNG ỨNG XỬ THAY ĐỔI THỂ TÍCH CỦA ĐẤT KHƠNG BÃO HỊA DƯỚI ÁP LỰC ĐẦM NÉN TĨNH Kiều Minh Thế1, 2, Mahler András2 Tóm tắt: Sức hút dính đất sử dụng biến trạng thái cho hầu hết mơ hình ứng xử đất khơng bão hòa Tuy nhiên, thực nghiệm với kiểm sốt sức hút dính phức tạp, đòi hỏi quy trình thí nghiệm đặc biệt, thiết bị tiên tiến, thường tốn nhiều thời gian Kodikara (2012) đề xuất sử dụng không gian MPK với biến hệ số rỗng (e), ứng suất nén (p) hệ số độ ẩm (ew) để giải thích ứng xử đất khơng bão hòa chịu tải trọng đầm nén Ưu điểm mơ hình dựa vào thí nghiệm đầm nén đất điều kiện giữ nguyên độ ẩm, đơn giản phổ biến phương pháp kiểm soát sức hút dính khơng đổi Bài báo trình bày q trình xây dựng mặt cong LWSBS khơng gian MPK, kết mô ứng xử theo thể tích hai loại đất theo đường trạng thái khác Kết cho thấy ứng xử theo thể tích đất q trình gia tải/làm ướt, tổ hợp gia tải/dỡ tải/làm ướt/gia tải lại mô tốt không gian Từ khố: Đất khơng bão hòa, đầm nén đất, MPK framework, LWSBS GIỚI THIỆU1 Đất khơng bão hòa sử dụng rộng rãi cơng trình địa kỹ thuật đập đất, đường, tường chắn, móng lớp phủ rác thải Khơng giống đất bão hòa, thể tích đất khơng bão hòa thay đổi đáng kể thay đổi độ bão hòa đất Trong thập kỷ gần đây, nhiều nghiên cứu thực liên quan đến ứng xử biến đổi thể tích đất khơng bão hòa Một mơ hình tổng quát mô ứng xử đất không bão hòa lần đề xuất Alonso, nnk (1990), sử dụng biến trạng thái độc lập (ứng suất sức hút dính) Phương pháp tiếp cận tiếp tục bổ sung phát triển nhiều nhà nghiên cứu khác (Wheeler Sivakumar, 1995; Sivakumar Wheeler, 2000; Wheeler nnk, 2003; Gallipoli nnk 2003; GS Thụ nnk, 2007; Tarantino De Col, 2008; Sheng nnk 2008) Gallipoli nnk (2003) đề xt sử dụng độ bão hòa (Sr), có Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi Khoa Cơng trình, Trường Đại học Bách Khoa Budapest, Hungary KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR mối quan hệ trực tiếp với hệ số rỗng đất, ứng suất, đường cong đặc tính đất - nước (SWCC), biến trạng thái để thể ảnh hưởng sức hút dính đất Sức hút dính đất thừa nhận rộng rãi nhân tố có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử thể tích đất Sức hút dính sử dụng biến trạng thái để mô tả ứng xử đất không bão hòa hầu hết mơ hình cơng bố Tuy nhiên, thí nghiệm với kiểm sốt độ hút dính thường u cầu quy trình đặc biệt nghiêm ngặt, yêu cầu thiết bị tiên tiến, thường tốn nhiều thời gian, khó áp dụng trường Kodikara (2012) đề xuất không gian MPK (MPK framework) với biến truyền thống hệ số rỗng (e) - ứng suất nén (p) – hệ số độ ẩm (ew) để giải thích ứng xử đất khơng bão hòa chịu tải trọng đầm nén Theo Kodikara (2012), việc sử dụng hệ số độ ẩm (ew = wGs, w độ ẩm Gs tỷ trọng đất) với hệ số rỗng làm giảm ảnh hưởng tượng trễ sức hút dính q trình làm ướt làm khơ mẫu hai thơng số có tượng trễ với sức hút dính hiệu ứng NG - S 60 (3/2018) 75 loại bỏ hai thông số sử dụng đồng thời tính tốn Theo đó, độ hút dính đất xem biến thứ tư có quan hệ trực tiếp với hệ số rỗng hệ số độ ẩm thơng qua SWCC Hình Mặt LWSBS không gian e - p ew (Theo Kodikara, 2012) Khái niệm không gian MPK mô mặt cong gọi “Mặt giới hạn chịu nén chịu ướt” (Loading Wetting Boundary Surface - LWSBS) không gian chiều e - ew - p Hình minh họa ba chiều mặt LWSBS không gian e - ew - p, giới thiệu Kodikara (2012) Mặt LWSBS thiết lập cách kết hợp đường cong đầm nén xây dựng cách đầm nén đất công đầm nén khác Như thể Hình 1, đường tối ưu (LOO) xác định LWSBS cách kết nối điểm độ ẩm tối ưu (Wopt) đường cong đầm nén công đầm nén khác Đường LOO chia mặt LWSBS thành hai khu vực bao gồm phía khơ đường LOO, nơi mà pha khí xem liên tục khí tự thoát khỏi mẫu đất trình chịu đầm nén (hoặc chịu ướt), phía có độ ẩm cao đường LOO - xây dựng phần đường cong đầm nén điều kiện nước LOO đường cố kết bình thường đất bão hòa (NCL) Khơng gian MPK Kodikara (2012) kiểm chứng cách sử dụng số liệu công bố tác giả khác giới Không gian Islam Kodikara (2015) sử dụng để giải thích ứng xử đất khơng bão hòa đầm chặt Ưu điểm rõ ràng mơ hình dựa đường cong đầm 76 nén (đường quan hệ dung trọng khô độ ẩm đất) vốn phổ biến đơn giản so với mơ hình sử dụng độ hút dính Bài báo trình bày q trình xây dựng mặt LWSBS không gian MPK kiểm chứng khả sử dụng biến e, ew p để mơ ứng xử thay đổi thể tích hai loại đất sét khác tác dụng trình nén làm ướt mẫu khác VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Hai mẫu đất có tên 830 908 lấy từ dự án xây dựng Đường cao tốc M0 ngoại ô thủ đô Budapest, Hungary Đất tự nhiên làm nhỏ lấy sàng 425 µm với giới hạn chảy 42,6 52,2% cho đất 830 908 Các tính chất đất sử dụng thể Bảng Bảng Tính chất đất sử dụng Đất Đất 830 908 Giới hạn chảy, Wl (%) Giới hạn dẻo, Wp (%) 42.6 21.8 52.2 24.0 Chỉ số dẻo, Ip (%) 20.8 28.1 Chỉ tiêu 2.82 2.72 Hàm lượng sét (