GEOTECHNICAL PARAMETERS CORRELATION

CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA ĐẤT, PHÂN LOẠI ĐẤT Người lập: KS Đặng Xuân Trường Mọi thông tin xin liên hệ: Email: Dangxuantruongdhkt@gmail.com SĐT: 0936126632 Mục lục A Chương 1: Xác định thông số độ cứng cường độ đất từ thí nghiệm phòng Đặc trưng độ cứng đất: 1.1 1.1.1 Đẳng ứng suất 1.1.2 Cắt túy 1.1.3 Biến dạng phẳng 1.1.4 Đối xứng trục 1.1.5 Nén trục không nở hông 1.1.6 Nén đơn 1.2 Đặc trưng không thoát nước 1.2.2 Đặc trưng thoát nước Xác định mô đun đàn hồi mô đun biến dạng 1.3.1 Thí nghiệm nén trục khơng nở hơng 1.3.2 Thí nghiệm nén trục 1.4 Đặc trưng nước khơng nước 1.2.1 1.3 Đặc trưng đàn hồi Hệ số poisson 12 Đặc trưng cường độ đất 13 2.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp 13 2.2 Thí nghiệm nén trục 13 2.3 Thí nghiệm nén nở hông 14 2.4 Giới hạn Atterberg 15 Mô đun biến dạng 15 3.1 Thí nghiệm nén trục khơng nở hơng 15 3.2 Biến dạng theo hướng ( 1 # 0,  # 0,  # ) 16 B Chương 2: Xác định thông số độ cứng cường độ đất từ thí nghiệm trường 17 Mơ đun đàn hồi, mô đun biến dạng 17 1.1 Thí nghiệm SPT 17 1.2 Thí nghiệm xuyên tĩnh 18 1.3 Thí nghiệm bàn nén 19 Thông số cường độ đất (Lực dính C góc nội ma sát  ) 19 2.1 Thí nghiệm SPT 19 2.2 Thí nghiệm CPT 20 C Chương 3: Các tính chất lý khác đất 22 Đánh giá trạng thái đất 22 1.1 Trạng thái tiêu trạng thái đất dính 22 1.2 Trạng thái tiêu đánh giá trạng thái đất rời 23 Công thức liên hệ tiêu đất 24 Áp lực tiền cố kết 25 Hệ số thấm đất 26 Tính đầm chặt đất 27 D Tiêu chuẩn tài liệu tham khảo 28 CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA ĐẤT, PHÂN LOẠI ĐẤT NỀN Đặt vấn đề: Dữ liệu thu từ báo cáo khảo sát địa chất thường không đủ để đánh giá sử dụng để giải toán địa kĩ thuật Nhằm đưa thông số cần thiết sử dụng để có phương án khảo sát địa chất phù hợp, chuyên đề nhằm phân loại đưa mối liên quan thông số độ cứng, cường độ đất trạng thái khác nhau, phân loại trạng thái đất giúp người sử dụng dựa vào để yêu cầu phương pháp thí nghiệm phù hợp cho q trình thiết kế thi công A Chương 1: Xác định thông số độ cứng cường độ đất từ thí nghiệm phòng Đặc trưng độ cứng đất: Độ cứng đất đặc trưng hai thông số đặc trưng đàn hồi E hệ số poisson 1.1 Đặc trưng đàn hồi Đặc trưng đàn hồi đất phân tích tính biến dạng đất đánh giá qua thông số: Mô đun đàn hồi: E= Ứng suất dọc trục/ Biến dạng dọc trục=   (1) Mô đun cắt: G= Ứng suất tiếp/ biến dạng cắt=  s (2) Mơ đun thể tích: K= Đẳng ứng suất/Biến dạng thể tích= P v (3) Hệ số poisson (Mơ đun biến dạng kích thước)  = Biến dạng ngang/ Biến dạng dọc (4) Định luật Hooke tổng quát: Xét phân tố lập phương đàn hồi đẳng hướng (E1=E2=E3) chịu ứng suất  ,  ,  , biến dạng tương ứng là:   (   ) E     (   ) E     (   ) E 1  (5) 1.1.1 Đẳng ứng suất Trong trường hợp đẳng ứng suất:       P E 3(1  2 ) (6) E 2(1   ) (7) E 2(1  2 )(1   ) (8) K 1.1.2 Cắt túy   0;   0,    , 1   G 1.1.3 Biến dạng phẳng   0,    (   ) K ps  Với Kps mô đun biến dạng túy biến dạng phẳng 1.1.4 Đối xứng trục    ,   E 3(1  2 ) (9) E 2 (1  )  (10) Ev  1.1.5 Nén trục không nở hông     0,    Eoed  1.1.6 Nén đơn     0, 1  1 E ,2  3   E Evuc  1.2 E (1  2 ) (11) Đặc trưng nước khơng nước Cần phân biệt trường hợp nước khơng nước việc phân tích biến dạng Trường hợp khơng nước tương ứng với Eu u , E’  ' với trường hợp nước 1.2.1 Đặc trưng khơng nước Những điều kiện khơng nước xảy nước bị ngăn cản (Ví dụ thí nghiệm trục khơng nước) tốc độ tăng tải nhanh làm nước không kịp ( Xây dựng cơng trình đất sét) Với trường hợp khơng nước,  vu  0, u  0.5 Mô đun cắt không phụ thuộc vào trạng thái nước hay khơng nước nước đất có độ cứng trượt G Eu E  Gu  1   1  u  Eu  (12) (13) 3E 1   ( Theo Material_models_manual_V8, trang 20, Phần mềm Plaxis 2D) Với nén trục không nở hông Eou   Nén trục nở hông: Eu  1 1 (14) Với  độ gia tăng tổng ứng suất 1.2.2 Đặc trưng thoát nước Khi gia tải đủ chậm để áp lực nước lỗ rỗng không tăng, trạng thái đàn hồi của đất xác định thông số hữu hiệu:      1'   3' G’= G  1.3 (15) ' P' E ; E’= ; K=  ’  v 2(1   ) Xác định mô đun đàn hồi mơ đun biến dạng 1.2.3 Thí nghiệm nén trục không nở hông(Nén cố kết) Số gia biến dạng mẫu đất: e  e0 (16) p p  1  e0    e (17) 1  e0  (18)   Số gia áp lực: p Mô đun đàn hồi trục: Eoed  Gọi av  e hệ số nén lún p  Eoed  - av Xác định mô đun đàn hồi Eoed từ số liệu kết thí nghiệm nén trục không nở hông P(kg/cm2) e e 0.5 0.858 0.809 0.775 0.736 0.709 0.69 0.049 0.083 0.122 0.149 0.168 0.026372 0.044672 0.065662 0.080194 0.09042 Bảng 1:Ví dụ Kết báo cáo khảo sát địa chất Hình 1:Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng Xác định ứng suất hữu hiệu thẳng đứng độ sâu z p, nội suy biến dạng cấp áp lực Eoed=y’=32.332*0.2253*e^(32.332*x) - Xác định mơ đun đàn hồi từ biểu đồ e-logp Hình 2: Biểu đồ quan hệ e-log  ' Với đất chịu áp lực nhỏ áp lực tiền cố kết  ' p xem biến dạng (độ lún đàn hồi) Cs Cc gọi số nén số nở E 'oed  (1  e) ' (19) Cs Note: Nếu trường hợp nén trục nén nhanh, giá trị E nhận giá trị mơ đun đàn hồi khơng nước Eu 1.3.1 Thí nghiệm nén trục - Mô đun đàn hồi E’ tính từ đường cong mối quan hệ độ lệch ứng suất biến dạng dọc trục: E dq ' với q '   1'   3' d 1 (20) Hình 3: Thí nghiệm nén trục CD Hình 4: Kết thí nghiệm nén trục CD Hình 5: Các thơng số mơ hình Hardening soil - Hoặc xác định theo mơ hình Duncan Chang (Duncan-chang, 1970) [9] Theo mơ hình mối quan hệ ứng suất biến dạng đường cong hypecpon Mối quan hệ ứng suất biến dạng mơ hình theo công thức:      1 (21) a  b1 Trong Ei  1 ;    ult  a b (22) 10 1    1   (26) sin   c.cos  Từ kết thí nghiệm vẽ biểu đồ hình s=  sin Best fit line Test data c.cos t=  Hình 10: Xác định lực dính góc nội ma sát Độ dốc đường sin  giao đường với trục tung c.cos  Từ xác định thơng số C  - Thí nghiệm nén trục theo sơ đồ UU ( Khơng cố kết, khơng nước) cho thơng số Cuu uu Trường hợp đất dính bão hịa nước uu  - Thí nghiệm nén trục theo sơ đồ CU ( Cố kết không nước):  Đặc trưng kháng cắt cố kết khơng nước cho thơng số Cu u dùng cho thiết kế đắp đất theo giai đoạn đất yếu  Đặc trưng sức kháng cắt cố kết thoát nước cho thông số C’  ' dùng để phân tích ổn định dài hạn - Thí nghiệm nén trục theo sơ đồ CD ( Cố kết, thoát nước) trạng thái ứng suất hữu hiệu cho thông số C’  ' 2.3 Thí nghiệm nén nở hơng Thí nghiệm nén nở hơng trường hợp đặc biệt thí nghiệm nén trục với áp lực buồng   14 Hình 11: Đồ thị Mohr-Coulumb cho thí nghiệm nén nở hơng Dựa vào hình 6, nhận thấy vẽ vịng trịn tương ứng áp lực buồng khơng Nghĩa trường hợp u  , nghĩa đất sét bão hịa hồn tồn Thí nghiệm xác định sức kháng cắt khơng nước Cu qu  2.4 q 4P  cu  u D (27) Giới hạn Atterberg Với đất sét cố kết bình thường, lực dính khơng nước tính theo cơng thức (Skempton 1954,1957) [12], [13] Cu  ' vo  0.11  0.37 I p (28) Ip Chỉ số dẻo,  vo' Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng Murd Wood (1983)[11] đưa mối quan hệ giới hạn chảy lực dính khơng nước theo cơng thức: (29) Cu =170e-4.6Il(kPa) Trong IL giới hạn chảy 3.1 Mơ đun biến dạng Thí nghiệm nén trục khơng nở hơng Độ lún mẫu đất thí nghiệm nén trục không nở hông: Si  e0  e1 H với H chiều cao mẫu đất  e0 (30) 15 1   (   (   ));     1 E0  (31) (32)  2   e0 2  E0  1   1;    ; e0  ei  a       e0  ei Với a hệ số nén lún (m2/kN) suy từ biểu đồ e-p thí nghiệm  E0   3.2  e0 a (33) Biến dạng theo hướng ( 1 # 0,  # 0,  # ) Từ công thức số (5), thay E E0 1    (   ) E0 2    (   ) E0 3    (   ) E0  2 V e0  ei  ;       ;  v   E0 V0  e0  e0 E0  (1  2 )  e0  ei Trong ei hệ số rỗng bị nén tổng ứng suất   v  1      (34) (35) (36) 16 B Chương 2: Xác định thông số độ cứng cường độ đất từ thí nghiệm trường Mơ đun đàn hồi, mơ đun biến dạng 1.1 Thí nghiệm SPT - Theo L.Behpoor, A.Ghahramani [8] mơ đun đàn hồi E tính theo công thức: E=0.17N30 (Mpa) với N30 15; lấy Nspt 15 < c < sét, sét pha qc >8 4,5 < c < 7,5 Dẻo mềm, dẻo chảy qc < < c < Bùn sét W (%) 70 < c < Cát pha 10 < c < 35 < c < Cát qc > 20 1,5 < c < Bảng 3: Bảng tra hệ số  c - Mô đun biến dạng không nở hông [4] 18 M=  qc (43) Hệ số  thay đổi từ 3-8  thay đổi mạnh phụ thuộc vào độ chặt độ cố kết Với đất cố kết bình thường (NC)   101.090.0075 D (44)   101.78 0.0122 D (45) r Với đất cố kết (OC) r Với Dr độ chặt tương đối Với cát chặt Dr=3.3-3.5 - Mô đun biến dạng nở hông E [4] Với đất cố kết thường (OCR=1) E25=2qc, E50= 1.33qc (46) E25 E50 định nghĩa sau: Trong thí nghiệm nén trục, ứng với ứng suất cực đại mà mẫu chịu  'max , E25 mô đun biến dạng tương ứng với điểm có  '  25%  'max tương tự với E50 1.3 Thí nghiệm bàn nén Mơ đun biến dạng xác định theo thí nghiệm bàn nén (TCVN 9354-2012) [2] E0  (1  ).d P S (47)  hệ số Poisson, lấy 0,27 cho đất lớn; 0,30 cho đất cát cát pha; 0,35 cho đất sét pha 0,42 cho đất sét;  hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào hình dạng độ cứng nén Đối với nén cứng, hình trịn hình vng, lấy  = 0,79; d đường kính nén trịn cạnh nén vng, tính (cm); P gia số áp lực lên nén, Pc - Pd, tính (MPa); S gia số độ lún nén tương ứng với P (cm) Thơng số cường độ đất (Lực dính C góc nội ma sát  ) 2.1 Thí nghiệm SPT - Lực dính khơng nước Cu đề xuất Stroud (1974)[8] Cu=kN (48) k hệ số trung bình, lấy giá trị k=4.5kN/m2 19 Góc nội ma sát theo Halanakar Uchida (1996)[8] - (49)   N cor  170 ; N ocr  N  0.5( N cor  15) Nocr số búa cấp áp lực  v'  100kPa Theo TCVN 9351-2012[1] - (Theo Terzaghi, Peck) Trạng thái Dr (%) Nspt (°) Xốp Nhỏ 30 Nhỏ 10 Từ 25,00 đến 30,00 Chặt vừa Từ 30 đến 60 Từ 10 đến 30 Từ 30,00 đến 32,30 Chặt Từ 60 đến 80 Từ 30 đến 50 Từ 32,30 đến 40,00 Rất chặt Lớn 80 Lớn 50 Từ 40,00 đến 45,00 Bảng 4: Mối quan hệ độ chặt, số SPT góc nội ma sát - Theo Terzaghi Peck (1967): Với đất cát:   0.3 N  27 , C=0 Với đất sét: C  N / 1.64(T / m );  - Theo Osaki: Với đất cát:   20 N  15 , C=0 Với đất sét: C  0, 25 N  2(T / m );  2.2 Thí nghiệm CPT - Xác định góc nội ma sát đất cát theo thí nghiệm CPT (TCVN 9352-2012)[2] qc (105Pa)  Độ sâu 2m ≥5m 10 28 26 20 30 28 40 32 30 70 34 32 120 38 34 200 36 36 300 40 38 20 Bảng 5: Góc ma sát đất cát - Lực dính khơng nước Cu ( u  ) (TCVN 9352-2012)[2] Với mũi côn đơn giản Cu  qc   10 (50) Cu  qc   15  18 (51) Với mũi có áo bọc Cu dính kết khơng nước đất (kPa) qc Sức kháng mũi côn,đơn vị đo (kPa); 0 Áp lực thân đất độ sâu thí nghiệm (kPa) - Theo Kulhavy and Mayne 1990 [8] Với cát cố kết bình thường (NC)  '  tg 1 (0.1  0.38log - qc )  'v (52) Mayne Kemper (1988) [8] đưa cơng thức tính lực dính khơng nước Cu C u qc   v 20 (53)  v'  v tương ứng ứng suất hữu hiệu ứng suất tổng thẳng đứng điểm thí nghiệm 21 C Chương 3: Các tính chất lý khác đất 1.1 Đánh giá trạng thái đất Trạng thái tiêu trạng thái đất dính Theo TCVN 4197-2012, số dẻo độ sệt đất tính sau: Chỉ số dẻo (A) đất tính theo cơng thức (54) A =WL - Wp Trong đó: WL giới hạn chảy đất; WP giới hạn dẻo đất Chỉ số sệt (B) đất tính theo công thức: B (55) W  WP WL  WP đó: W độ ẩm tự nhiên đất, tính phần trăm (%) đất sét, sét (sét pha): trạng thái cứng B< trạng thái nửa cứng  B  0,25 trạng thái dẻo cứng 0,25 1,0 Bảng 6: Đánh giá trạng thái đất dính 22 Bảng 7: Phân loại đất dính 1.2 Trạng thái tiêu đánh giá trạng thái đất rời Đối với đất rời, trạng thái đất đánh giá qua hai thông số độ chặt Dr hệ số rỗng e Độ chặt đất : Dr  (56) emax  e0 emax  emin Có thể phân chia độ chặt đất rời sau: Dr < 0,33 - cát xốp; 0,66  Dr  0,33 - cát chặt vừa; Dr>0,66 - cát chặt Độ chặt đất cát Loại đất cát Chặt Sỏi, cát to cát vừa cát hạt nhỏ cát bụi Chặt vừa Xốp e0,70 e0,80 0,75 0,80 Bảng 8: Xác định trạng thái cát theo hệ số rỗng Số lần nện n để ấn dụng cụ lấy mẫu Độ chặt tương đối xuống chiều sâu 30cm Dr cát Trạng thái cát 1-4 0,2 xốp 5-9 0,2< Dr< 0,33 xốp 10-29 0,33 ≤ Dr ≤ 0,66 chặt vừa 30-50 0,66 < Dr < 1,0 chặt >50 Dr=1,0 chặt Bảng 9:Xác định trạng thái đất cát theo độ chặt tương đối cát trị số sức kháng đơn vị (kg/cm2) ứng với chiều sâu xuyên trạng thái 23 (m) cát hạt to cát hạt vừa cát hạt nhỏ cát 10 >150 >220 150-100 220-150 >100 >150 100-60 150-90 >60 >90 60-30 90-40 Bảng 10: Xác định trang thái đất cát theo sức kháng xuyên Đối với đất sét chặt chặt vừa chặt chặt vừa chặt chặt vừa Đối với đất cát Giá trị “N30” Trạng thái đất Giá trị “N30” Độ chặt tương đối Trạng thái đất 30 Đất thuộc loại yếu hệ số rỗng lớn (đối với đất sét e>1,1, sét e>1,0 cát e>0,70), có hệ số nén lớn mơ đun biến dạng e00,75; chảy Il>1,0 Công thức liên hệ tiêu đất  : Tỷ trọng hạt W: Độ ẩm đất (%)  : Trọng lượng riêng tự nhiên đất  k : Trọng lượng riêng khô đất  h : Trọng lượng riêng hạt đất  bh : Trọng lượng riêng bão hòa đất  dn : Trọng lượng riêng đẩy n: Độ rỗng e: hệ số rỗng G: Độ bão hòa đất 24 Các tiêu biết  x W  x x k x x  bh e e x x h Chỉ tiêu quy đổi x Công thức e e x G x G x h h x x x x x  dn  dn x n G  n (1  0.01W )   e  h 1 k  0, 01W 1  n (1  0, 01W)   0, 01W  G e  h   n   k   n (1  0, 01W )  e (  1) n  dn  1 e  dn   bh   n e n%  100 1 e Bảng 12: Các cơng thức tính tốn tiêu gián tiếp Áp lực tiền cố kết Trên đường cong e-p xác định điểm A chỗ có độ cong lớn (Bán kính cong nhỏ Từ A kẻ đường nằm ngang đường tiếp tuyến với đường cong nén lún Kẻ đường phân gác góc tạo đường nằm ngang đường tiếp tuyến qua A nói Giao điểm đường phân giác với đường tiếp tuyến kẻ từ cuối đường cong nén lún (đoạn tiếp tuyến kéo dài) xác định điểm tương ứng với áp lực tiền cố kế  p Hình 12: Xác định áp lực tiền cố kết theo biểu đồ e-P 25