Sức kháng cắt không thoát nước của sét yếu bão hòa nước từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường phân tích và chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA W X LỮ THI TỒN SỨC KHÁNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC CỦA SÉT YẾU BÃO HỒ NƯỚC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG VÀ HIỆN TRƯỜNG PHÂN TÍCH VÀ CHỌN LỰA PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HỢP LÝ Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG 11 NĂM 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH W X Cán hướng dẫn khoa học : TS BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LỮ THI TOÀN Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 10 – 12 – 1965 Nơi sinh : PHÚ YÊN Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 00907761 1- TÊN ĐỀ TÀI: Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hồ nước từ kết thí nghiệm phịng trường – Phân tích chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thực luận văn thạc sĩ với tên đề tài Nội dung bao gồm: Mở đầu Chương 1: Sức kháng cắt khơng nước phương pháp xác định Chương 2: Tổng quan kết nghiên cứu tương quan sức kháng cắt khơng nước Chương 3: Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hồ nước theo kết thí nghiệm phịng trường Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS BÙI TRƯỜNG SƠN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS VÕ PHÁN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CÁM ƠN Xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ Bộ mơn Địa Cơ Nền MóngTrường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập vừa qua Xin cảm ơn giúp đỡ tận tâm TS Bùi Trường Sơn dành cho suốt thời gian thực luận văn thạc sĩ Xin bày tỏ lòng biết ơn đến bạn học viên lớp Địa kỹ thuật Xây dựng khoá 2007 đồng nghiệp giúp đỡ góp nhiều ý kiến q báu cho suốt thời gian qua Học viên: LỮ THI TỒN Lớp: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 2007 TĨM TẮT Sức kháng cắt khơng nước Su đặc trưng lý quan trọng phục vụ tính tốn thiết kế hay phân tích ổn định cơng trình đặt đất yếu, đặc biệt giai đoạn cơng trình vừa thi cơng xong Các phương pháp xác định Su thường dùng cắt trực tiếp (DSS), nén nở hông (UC), nén ba trục không cố kết khơng nước (UU), cố kết khơng nước (CU), thí nghiệm cắt cánh trường (VST), xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTu)… Các phương pháp thường cho kết Su khác Luận văn trình bày nhằm mục đích tổng hợp, phân tích kết thu nhận để đánh giá, thiết lập tương quan kiến nghị phương pháp thí nghiệm xác định Su hợp lý ABSTRACT The undrained shear strength Su is the most important strength parameter to supply for calculation in geotechnical design or in stability analysis of soft clay engineering, especially at the phase which the construction has just finished The common methods of determination Su are direct shear test (DSS), unconfined compression test (UC), unconsolidated undrained triaxial compression (UU), consolidated undrained triaxial compression (CU), vane shear test (VST), piezocone penetration test (CPTu)… The undrained shear strength results are various from each type of test The thesis is presented to collect and analyze the results of tests in order to assess, set up a correlation and suggest a reasonable testing method to define Su MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG SỨC KHÁNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 1.1 Sức kháng cắt đất dính bão hồ ứng dụng tính tốn cho trường hợp 1.2 Sức kháng cắt khơng nước đất dính phương pháp thí nghiệm 1.2.1 Sức kháng cắt khơng nước 1.2.2 Các phương pháp xác định sức kháng cắt khơng nước đất + Thí nghiệm hộp cắt + Thí nghiệm nén nở hơng + Thí nghiệm nén ba trục UU (Unconsolidation Undrained test) + Thí nghiệm nén ba trục CU (Consolidation Undrained test) + Thí nghiệm cắt cánh trường VST (Vane shear test) + Thí nghiệm xun tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu (Piezocone test) 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt không nước đất dính 1.4 Nhận xét nhiệm vụ đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN VỀ SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC .32 2.1 Sử dụng Su thực tế thiết kế 2.2 Các nghiên cứu liên quan đến sức kháng cắt khơng nước Su 2.2.1 Quan hệ Su theo số dẻo PI áp lực thân sét cố kết thường 2.2.2 Quan niệm thiết kế nghiên cứu liên quan theo SHANSEP 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng giá trị Af 2.2.4 Tính tương quan phương pháp xác định Su 2.3 Nhận xét chương CHƯƠNG SỨC KHÁNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC CỦA SÉT YẾU BÃO HỒ NƯỚC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG VÀ HIỆN TRƯỜNG 56 3.1 Vị trí khu vực thăm dò nguồn gốc tài liệu 3.1.1 Giới thiệu vị trí khu vực thăm dị 3.1.2 Đặc điểm địa tầng khu vực nghiên cứu 3.2 Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hồ nước từ kết thí nghiệm theo phương pháp khác 3.3 Tương quan sức kháng cắt khơng nước theo phương pháp thí nghiệm 3.4 Nhận xét chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .97 Tài liệu tham khảo 99 -1- MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Theo định luật Mohr-Coulomb, sức kháng cắt đất bao gồm hai thành phần: lực dính c khơng phụ thuộc vào ứng suất tác dụng thành phần ma sát σ.tgϕ phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tác dụng Phương trình sức kháng cắt đất thể thông qua đường bao giới hạn đất đạt trạng thái cân giới hạn có dạng tuyến tính: τ = σ tgϕ+ c Ở đây: τ – sức kháng cắt giới hạn; σ - ứng suất pháp tác dụng lên mặt trượt; ϕ- góc ma sát đất; c – lực dính Đối với đất sét mềm bão hịa nước, gia tải ngắn hạn điều kiện không cố kết, khơng nước, sức kháng cắt đất đặc trưng sức kháng cắt khơng nước Su Thực vậy, trường hợp này, giá trị ứng suất hữu hiệu (thông qua ứng suất pháp hay ứng suất nén đẳng hướng) xuất không đáng kể xem khơng có nên thành phần ma sát bỏ qua: σ.tgϕ ∼ Cường độ sức kháng cắt khơng nước Su (hay cu) đất sét yếu bão hòa nước đặc trưng lý quan trọng phục vụ tính tốn thiết kế hay phân tích ổn định cơng trình, đặc biệt giai đoạn cơng trình vừa thi cơng xong Khi tác dụng tải trọng ngắn hạn lên đất yếu bão hịa nước, nước lỗ rỗng chưa kịp hệ số thấm đất bé, ứng xử đất, bao gồm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phát sinh, đánh giá thơng qua giá trị tổng ứng suất mà không cần xét riêng biệt ứng suất lên khung hạt (ứng suất hữu hiệu) áp lực nước lỗ rỗng Có nhiều phương pháp thí nghiệm trực tiếp hay gián tiếp để xác định sức kháng cắt khơng nước đất từ thí nghiệm phịng trường: * Thí nghiệm phịng: - Thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct Shear Test DST) -2- - Thí nghiệm nén nở hơng (Unconfined Compression Test UC) - Thí nghiệm nén trục theo sơ đồ khơng cố kết khơng nước (UU) - Thí nghiệm nén trục theo sơ đồ cố kết không nước (CU) * Thí nghiệm trường: - Thí nghiệm cắt cánh trường (Vane Shear Test VST) - Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test CPT) xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng u (Piezocone Test CPTu) - Thí nghiệm nén ngang lỗ khoan (Pressuremeter Test PMT) Trong thực tế, thí nghiệm khác thường cho kết sức kháng cắt khơng nước khác đơn ngun địa chất cơng trình Các nhân tố ảnh hưởng lên kết thí nghiệm kể là: mức độ phá hoại mẫu, kích thước mẫu, tính bất đẳng hướng, lịch sử ứng suất, điều kiện thoát nước, tốc độ chất tải đặc biệt trạng thái ứng suất ban đầu Vấn đề sử dụng sức kháng cắt khơng nước từ kết thí nghiệm cho phù hợp hiệu vấn đề đáng quan tâm kỹ sư địa kỹ thuật kỹ sư thiết kế Hơn nữa, lúc hồ sơ khảo sát có đầy đủ kết thí nghiệm Khi đó, kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật phải đưa dự đoán ứng xử đất điều kiện kết thí nghiệm có sẵn (điều cho dự án nhỏ hay thiết kế sơ bộ) Vì vậy, việc đánh giá phân tích kết thí nghiệm, thiết lập mối tương quan sức kháng cắt khơng nước với tiêu thí nghiệm khác đất, hay phương pháp thí nghiệm, từ lựa chọn thơng số độ bền thích hợp có độ tin cậy cao, áp dụng phân tích ổn định móng vấn đề cần nghiên cứu phân tích Trong nội dung luận văn, chúng tơi tiến hành tổng hợp phân tích sức kháng cắt khơng nước đất sét bão hoà nước từ kết thí nghiệm theo phương pháp khác Trên sở mối tương quan thiết lập cho đất sét yếu bão hoà nước loại đất phổ biến khu vực, kiến nghị lựa chọn thông số phù hợp đưa vào phục vụ công tác phân tích thiết kế móng -3- Mục tiêu nghiên cứu đề tài Với định hướng lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp để cung cấp thơng số thích hợp tin cậy phục vụ cơng tác thiết kế móng, mục tiêu đề tài so sánh, kiểm tra kết thí nghiệm phịng trường sức kháng cắt khơng nước đất yếu, từ đưa nhận xét, đánh giá thiết lập mối quan hệ, tương quan Cơ sở phương pháp nghiên cứu Trên sở kết thu thập từ phương pháp thí nghiệm xác định sức kháng cắt khơng nước, đưa phân tích so sánh, đánh giá Căn vào nhân tố ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm, phân tích khác biệt kết thí nghiệm Từ đó, dựa vào sở nghiên cứu trước đây, thiết lập mối tương quan sức kháng cắt khơng nước theo trạng thái ứng suất, theo độ sâu, theo hệ số cố kết OCR hay theo tiêu vật lý: độ ẩm, số dẻo…và phương pháp thí nghiệm với Dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước theo độ sâu, diện phân bố hay q trình thi cơng, sử dụng cơng trình Rút kiến nghị đề xuất phương pháp thí nghiệm phù hợp nghiên cứu đất yếu, tính tốn xử lý phân tích ổn định cho cơng trình đắp gia tải trước đất yếu Phương pháp nghiên cứu cho đề tài bao gồm: thí nghiệm, tổng hợp xây dựng tương quan Ý nghĩa khoa học đề tài Nếu việc khoan, lấy mẫu đất cho thí nghiệm phịng thiết phải thực cần thiết phải tiến hành thí nghiệm trường Đây xu hướng phổ biến thí nghiệm trường cho số liệu tin cậy hơn, đặc biệt với thiết bị kỹ thuật có độ tin cậy cao, thí nghiệm thực trực tiếp đất với điều kiện trạng thái ứng suất nằm tự nhiên Những số liệu thí nghiệm đất trường cho phép so sánh, kiểm tra tính hợp lý, đắn kết khoan, lấy mẫu thí nghiệm phịng Trong số trường hợp, gặp lớp đất yếu, khả dễ bị xáo động trạng thái ứng suất điều kiện thí nghiệm phịng khác với điều kiện nằm tự nhiên, kết thí nghiệm phịng khác biệt ... 3.2 Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hồ nước từ kết thí nghiệm theo phương pháp khác 3.3 Tương quan sức kháng cắt khơng nước theo phương pháp thí nghiệm 3.4 Nhận xét chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN... DỰNG MSHV: 00907761 1- TÊN ĐỀ TÀI: Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hoà nước từ kết thí nghiệm phịng trường – Phân tích chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thực luận... 1: Sức kháng cắt khơng nước phương pháp xác định Chương 2: Tổng quan kết nghiên cứu tương quan sức kháng cắt khơng nước Chương 3: Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hoà nước theo kết thí nghiệm