Bài viết trình bày về mối quan hệ của sức chống cắt không thoát nước và độ xuyên thấu sức kháng của đất sét mềm có thể được biểu thị bằng hệ số xuyên thủng. Các kết quả tổng hợp của độ bền cắt không thoát nước từ thử nghiệm cắt cánh tại chỗ và khả năng chống xuyên thủng của piezocone trên đất sét mềm vùng Cà Mau và TP.HCM cho thấy hệ số Nkt thay đổi trong phạm vi rộng. Mời các bạn cùng tham khảo!
QUAN HỆ CỦA SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC VÀ SỨC KHÁNG XUYÊN CỦA SÉT MỀM BÙI TRƢỜNG SƠN* Relationship of undrained shear strength and penetration resistance of soft clay Abstract: Relationship of undrained shear strength and penetration resistance of soft clay can be expressed with penetration coefficients The aggregated results of undrained shear strength from in-situ vane shear test and penetration resistance from piezocone on soft clay in Ca Mau area and Ho Chi Minh City show that coefficient Nkt changes in wide range The coefficient Nu changes within narrow range and it is suitable for using in practice The ratio Nkt/’vo changes with depth according to exponential function and it is suitable for using in practice Data used for analysis is reliable and valuable for calculating stability of soft ground in Southern area Keywords: relationship, soft clay, undrained shear strength, penetration resistance MỘT SỐ TƢƠNG QUAN GIỮA SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƢỚC VÀ SỨC KHÁNG XUN * Tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc sức kháng xuyên đƣợc đề cập nghiên cứu nhiều theo khu vực địa lý Việc nghiên cứu đánh giá tƣơng quan thƣờng thể thông qua hệ số xuyên Các hệ số xuyên đƣợc sử dụng để phân tích tƣơng quan với sức chống cắt khơng nƣớc Su bao gồm [1], [2], [3], [4], [5]: q vo Nk c (1) Su q vo N kt t Su q u2 q N ke e t Su Su N u u u o Su * (2) (3) (4) Tr ng Đ i học Bách khoa, ĐHQG TP HCM 268 Lý Th ng Kiệt, Quận 10, Tp HCM DĐ: 0907159518 Email: buitruongson@hcmut.edu.vn 10 đó: qc - sức kháng mũi; qt - sức kháng mũi hiệu chỉnh; qe = qt – u2: sức kháng mũi có hiệu; u2 - áp lực nƣớc l r ng đo sau mũi côn; uo - áp lực thủy t nh Begeman (1965) đề nghị sử dụng giá trị ma sát hơng đơn vị fs để ƣớc tính Su Cleveland (1971) Wesley (1967) cho fs = (1,19 1,28)Su Robertson Campanella (1984, 2010) xem xét đề nghị giá trị ma sát sức chống cắt mẫu xáo trộn Tuy nhiên, khó khăn việc đánh giá chọn lựa giá trị fs nên tƣơng quan đƣợc quan tâm nghiên cứu Keaveny Michell sở lý thuyết hố giãn nở Vesic cho Nk = 11 kết xuyên Nk = 15 kết xuyên điện Kjektad cộng (1978) qua phân tích kết thí nghiệm nén ba trục đất sét cố kết nhận thấy giá trị N k 17 Lunn Kleven (1981) cho đất sét cố kết thƣờng, giá trị Nk từ 11 đến 19, trung bình: 15 Aas cộng (1986) giới thiệu tƣơng quan Nkt số dẻo Ip với giá trị trung bình cƣờng độ chống cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm nén ba trục, cắt trực tiếp thí nghiệm nén ba trục theo lộ trình mở rộng Với thí ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 nghiệm nén ba trục: Nkt = đến 16 ứng với số dẻo thay đổi từ 30 đến 50% La Rochell (1988) khơng tìm thấy tƣơng quan Nkt Ip mà tìm thấy Nkt = 11 đến 18 Trong đó, Rad Lunn (1988) tính tốn Su từ thí nghiệm nén ba trục tìm đƣợc N kt từ đến 29 Powell Quaterman (1988) dựa thí nghiệm nén ba trục cho Nkt thay đổi từ 10 đến 20 phụ thuộc vào số dẻo Ip Các tổng kết cho thấy giá trị Nk Nkt dao động khoảng 10 20 Tuy nhiên, giá trị Nkt dao động phạm vi rộng Sau đó, Luke (1995) tiến hành nghiên cứu đất sét Đan Mạch cho kết Nkt từ 8,5 12, trung bình: 10 Sennest cộng (1982) đề xuất việc sử dụng sức kháng mũi xun có hiệu qe tính tốn Su cho Nke = Lunne cộng (1985) cho Nke thay đổi từ 13 có quan hệ với thơng số áp lực l r ng B p Karlsrud cộng (1996) sử dụng thí nghiệm nén ba trục đẳng hƣớng mẫu đất lấy phƣơng pháp mẫu khối cho Nke có quan hệ tuyến tính với Bq Bằng cách sử dụng phƣơng pháp tiếp cận lý thuyết bán lý thuyết dựa lý thuyết hố giãn nở, quan hệ u Su đƣợc đề xuất Vesic, 1972; Battaglio cộng sự, 1981; Rapholph Wroth, 1979 nhƣ biểu thức (4) Nu theo lý thuyết khoảng 20 Lunne cộng (1985) nhận thấy Nu Bq có tƣơng quan rõ ràng Nu thay đổi từ 10 Ở đây: Bq u / (qt vo ) Bằng cách sử dụng giá trị S u từ thí nghiệm nén ba trục mẫu khối, Karlsrud cộng (1996) thu đƣợc Nu từ không phụ thuộc vào hệ số áp lực l r ng Bq Schmertmann (1975), Lunne Eide (1978) kiến nghị giá trị Nk, Nkt dạng đất vùng khác nên thiết lập tƣơng quan cục Hơn nữa, hệ số Nkt có khơng phải số cho dù lớp đất mà hàm theo độ sâu TƢƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƢỚC VÀ KẾT QUẢ XUN TĨNH CỦA SÉT MỀM BÃO HÕA NƢỚC MỘT SỐ KHU VỰC PHÍA NAM ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Việc xác định sức chống cắt khơng nƣớc đất sét (Su) từ kết thí nghiệm xuyên t nh đƣợc sử dụng rộng rãi, chủ yếu dựa vào hai phƣơng pháp sở lời giải lý thuyết phƣơng pháp tƣơng quan thực nghiệm Do lời giải lý thuyết nhiều hạn chế ứng xử đất trƣờng phụ thuộc đáng kể vào trạng thái lịch sử ứng suất, mức độ đồng nhất, độ nhạy đất, nên phƣơng pháp tƣơng quan thực nghiệm đƣợc ƣu tiên sử dụng Sức chống cắt khơng nƣớc đất sét thƣờng đƣợc xác định theo nhiều phƣơng pháp khác nhƣ thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ UU, CU, nén nở hông, cắt cánh trƣờng kết thí nghiệm phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, mức độ đồng đất, lịch sử ứng suất, kiểu phá hoại Đối với đất sét mềm bão hòa nƣớc, việc lấy mẫu khó bảo đảm tính ngun dạng Nếu mẫu bị xáo động, sức chống cắt khơng nƣớc suy giảm hệ số xuyên giảm Vì vậy, phƣơng pháp cắt cánh trƣờng (VST) đƣợc xem hợp lý để đánh giá tƣơng quan xáo động đƣợc hạn chế q trình thí nghiệm Các liệu sức chống cắt khơng nƣớc đƣợc sử dụng sau chủ yếu vào kết thí nghiệm cắt cánh trƣờng đƣợc hiệu chỉnh theo số dẻo Ip (Bjerrum, 1972) Do bề dày lớn nên độ chặt sét mềm có khuynh hƣớng gia tăng theo độ sâu phân bố Các kết thí nghiệm cắt cánh trƣờng thí nghiệm xun t nh cho thấy sức chống cắt khơng nƣớc Su sức kháng mũi qt có khuynh hƣớng tăng theo độ sâu đồng thời có xu hƣớng tuân theo qui luật tuyến tính tƣơng tự nhƣ Hình 1, Hình 8, Biểu đồ tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc sức kháng xuyên sét mềm khu vực Cà Mau thể từ Hình đến Hình Tại khu vực này, từ giá trị hệ số xuyên Nkt theo qt, Nke theo qe Nu theo u lớp bùn sét thấy N kt thay đổi từ 10 đến 25; Nke thay đổi từ 4,5 đến 16 Nu thay đổi từ 6,5 đến 14 Nhƣ vậy, giá trị Nkt sét mềm khu vực Cà Mau dao động trong phạm vi 11 t Nkt = 15.6 R² = 0.86 0.70 0.60 0.50 qt - vo rộng so với tổng kết trƣớc số tác giả Ngồi ra, hệ số xun chênh lệch giá trị lớn nhỏ nhận thấy hệ số Nu Các kết phân tích hệ số xuyên lớp sét mềm khu vực Cà Mau theo phƣơng pháp khác tóm tắt nhƣ Bảng 0.80 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Su (VST) Hình 3: Hệ số xuy n Nkt theo Su VST qt khu vực Nhà máy khí - điện - đ m Cà Mau t 0.80 0.70 0.60 qt - u 0.50 0.40 Nke = 9.8 R² = 0.83 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Su (VST) Hình 4: Hệ số xuy n Nke theo Su VST qe khu vực Nhà máy khí - điện - đ m Cà Mau t 0.80 0.70 0.60 0.50 u2 - uo Hình 1: Sức chống c t khơng n ớc Su VST s t mềm theo độ sâu khu vực Nhà máy khí – điện - đ m Cà Mau Nu = 10 R² = 0.65 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Su (VST) Hình 5: Hệ số xuy n Nu theo Su VST u khu vực Nhà máy khí - điện - đ m Cà Mau 0.80 0.70 0.60 qc - vo 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Su (VST) Hình 2: Sức háng m i qt c a s t m m th o đ s u hu v c Nhà máy h - điện - đạm Cà Mau 12 Hình 6: Hệ số xuy n Nk theo Su VST qc thí nghiệm xuy n khu vực Nhà máy khí - điện - đ m Cà Mau ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 1.20 1.00 Nkt(UU)= 21.4 R² = 0.74 qt - vo 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Su (UU) Bả :T t t s u uv C M u Phạm vi Trung bình Số lƣợng liệu Nkt 10 25 15,6 339 Nke 4,5 16 9,8 325 Nu 6,5 14 10 266 Nk 5,5 17 10 172 - 21,4 Hệ số xuyên Nkt (UU) Biểu đồ tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc sức kháng xuyên sét mềm khu vực Tân Sơn Nhất - Bình Lợi, Tp Hồ Chí Minh thể từ Hình 11 đến 13 Ở đây, hệ số xuyên Nkt theo qt, Nke theo qe Nu theo u lớp bùn sét cho kết Nkt thay đổi từ 14 đến 26; Nke thay đổi từ đến 24; N u thay đổi từ 12 đến 18 Nhƣ vậy, tƣơng tự nhƣ biểu đồ tổng hợp khu vực Cà Mau, giá trị hệ số xuyên khu vực Tân Sơn Nhất - Bình Lợi (TP HCM) có qui luật tƣơng tự nhƣ Cà Mau Khi giá trị hệ số tƣơng quan dao động phạm vi rộng việc chọn lựa giá trị để sử dụng khó khăn sai số lớn Do đó, việc thiết lập hàm số tƣơng quan cần thiết để thuận tiện sử dụng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Hình 8: Sức chống c t khơng n ớc Su VST s t mềm theo độ sâu khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i Tp.HCM Hình 9: Sức kháng m i s t mềm theo độ sâu khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i (Tp.HCM) 1.4 Nkt = 18,5 R² = 0,86 1.2 1.0 qt - vo Hình 7: Hệ số xuy n Nkt t kết thí nghiệm n n ba tr c UU qt khu vực Nhà máy khí - điện - đ m Cà Mau 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 Su (VST) Hình 10: Hệ số xuy n Nkt theo Su (VST) qt khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i 13 6.0 1.4 5.0 1.2 qt - u Nkt/'vo (1/KPa) Nke= 13,1 R² = 0,35 0.8 0.6 4.0 3.0 Nkt/'vo = 1.4(Z)-0.705 R² = 0.72 2.0 0.4 1.0 0.2 0.00 0.0 0.02 0.04 0.06 0.0 0.08 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 Z (m) Su (VST) Hình 11: Hệ số xuy n Nke theo Su (VST) qe khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i 1.4 1.2 Nu = 14,7 R² = 0,86 u - uo 0.8 0.6 0.4 0.2 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 Su (VST) Hình 12: Hệ số xuy n Nu theo Su (VST) u khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i Hình 14: Tỷ số Nkt /’vo theo độ sâu khu vực Cà Mau Từ biểu đồ tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc Su sức kháng mũi xuyên qt lớp sét mềm bão hòa nƣớc hai khu vực đặc trƣng, thấy giá trị hệ số biến động khác biệt kể so với tổng kết khu vực khác Do sức chống cắt khơng nƣớc sét mềm bão hòa phụ thuộc vào trạng thái ứng suất [9] nên đánh giá biến động giá trị theo trạng thái ứng suất Căn qui luật phân bố sức kháng sét mềm theo độ sâu xét đến trạng thái ứng suất nhằm thể độ chặt, giá trị tỷ số (Nkt/’vo) theo độ sâu hai khu vực đƣợc tổng hợp thể Hình 14 15 Ở đây, tỷ số dao động phạm vi hẹp độ sâu lớn, khu vực đất trạng thái cố kết thƣờng Giá trị này dao động phạm vi rộng khu vực gần bề mặt, để phân tích sâu cần phải tổng hợp chi tiết 0.8 0.7 1.80 0.6 Nkt (UU) = 28,6 R² = 0,66 1.60 1.40 Nkt/'vo (1/KPa) qt - vo 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 1.20 Nkt/'vo = 1,6.Z-1.09 R² = 0,90 1.00 0.80 0.60 0.40 0.0 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 Su (UU) 0.20 0.00 10 20 30 40 Z (m) Hình 13: Hệ số xuy n Nkt t kết thí nghiệm n n ba tr c UU qt khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i 14 Hình 15: Tỷ số Nkt /’vo theo độ sâu khu vực Tân Sơn Nhất - Bình L i ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Bảng 2: T m tắt hệ số u n khu vực Tân Sơn Nhất - Bình Lợi, Tp Hồ Chí Minh Hệ số xuyên Phạm vi Trung bình Số lƣợng Nkt 14 26 18,5 44 Nke 24 13,1 44 Nu 12 18 14,7 44 Nkt (UU) - 28,6 15 liệu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Hình 16: Su theo độ sâu t thí nghiệm VST CPTu với Nkt = 12 Biểu đồ Hình 16 cho thấy giá trị Su trực tiếp từ VST theo tƣơng quan với CPTu với Nkt = 12 có khác biệt đáng kể Căn giá trị Su trung bình theo độ sâu từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng VST qt khu vực TP Hồ Chí Minh, tiến hành phân tích ngƣợc giá trị Nkt ứng với độ sâu khác Giá trị Nkt theo độ sâu thể Hình 17 Kết phân tích ngƣợc cho thấy giá trị Nkt thay đổi biểu diễn thành hàm số theo độ sâu Trong số trƣờng hợp, tƣơng quan tỷ số (Nkt/’vo) theo độ sâu chặt chẽ so với quan hệ tuyến tính Nkt độ sâu Nkt 0.9 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 0.0 0.8 0.7 5.0 0.6 Nkt / 'vo Độ sâu (m) Kết tổng kết xây dựng biểu đồ tƣơng quan cho thấy khoảng thay đổi Nkt rộng, từ 10 đến 26; Nu có phạm vi thay đổi nhỏ từ 6,5 – 18; Nke có khoảng thay đổi trung bình Nkt Nu, từ 4,5 đến 24 Tƣơng tự cho Nk kết xuyên t nh thay đổi từ 5,5 đến 17 Tuy nhiên, sai số thí nghiệm xun thƣờng khó kiểm soát, đặc biệt sét mềm đến dẻo mềm ma sát cần [8] Trong lớp sét mềm bão hòa nƣớc, giá trị áp lực nƣớc l r ng u2 đo đƣợc chiếm tỷ lệ lớn, khoảng 50% đến 70% giá trị q t Do đó, giá trị (qt - u2) gây sai số đáng kể giá trị Nke có độ phân tán lớn Ngoài ra, dao động phạm vi hẹp nên sử dụng giá trị Nu dự báo sức chống cắt khơng nƣớc đất sét mềm bão hòa nƣớc thuận lợi Cần lƣu ý đến việc xác định mực nƣớc đất để tính tốn xác giá trị áp lực thủy t nh uo, nhiên, giá trị xác định theo kết đo tiêu tán thí nghiệm thƣờng độ sâu mực nƣớc ngầm sét mềm dao động khoảng 0,2 đến 0,5 m [9] Giá trị Nkt (UU) theo thí nghiệm ba trục UU lớn Thông thƣờng khoảng 1,5 lần giá trị N kt theo thí nghiệm cắt cánh trƣờng Mức độ xáo động mẫu lớn giá trị Nkt (UU) lớn S u theo tƣơng quan thí nghiệm CPTu với giá trị N kt = 12 từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng khu vực Tp.HCM thể Hình 16 10.0 y= R 0.5 0.4 0.3 15.0 0.2 0.1 20.0 y = 1.9856x - 12.17 R2 = 0.8853 0.0 0.0 5.0 10.0 Độ s 25.0 Hình 17: Giá trị Nkt theo độ sâu s t mềm khu vực TP HCM 15 KẾT LUẬN Trên sở tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc hiệu chỉnh từ thí nghiệm cắt cánh sức kháng xuyên từ thí nghiệm trƣờng sét mềm bão hịa nƣớc hai khu vực đặc trƣng, rút kết luận nhƣ sau: - Giá trị Nkt theo kết cắt cánh trƣờng có hiệu chỉnh theo số dẻo xuyên t nh điện thay đổi theo độ sâu đƣợc biểu diễn nhƣ hàm tuyến tính theo độ sâu Mặc dù hệ số tƣơng quan hạn chế nhƣng sai số dự tính thấp đáng kể so với việc chọn lựa hệ số Nkt phạm vi rộng từ 10 đến 26 theo kết tổng hợp từ dự án - Tỷ số (Nkt/’vo) thay đổi phi tuyến theo độ sâu biến động phạm vi hẹp khu vực cố kết thƣờng từ độ sâu 10 m trở - Giá trị Nu thay đổi phạm vi hẹp (từ 10 đến 14,7) so với giá trị hệ số xuyên khác nên hạn chế sai số sử dụng thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO P.K Robertson, K.L Cabal (Robertson) (2010) Guide to Cone Penetration Testing for Geotechnical Engineering - Gregg Drilling and Testing, Inc C.S Chen Evaluating undrained shear strength of Klang clay from cone penetration test International Conference on in-situ measurement of soil properties and case histories, Indonesia May, 2001 Fellenius B H., Eslami A (2000) Soil Profile from CPT and CPTu data - “Year 2000 Ng 16 Geotechnics” Geotechnical Engineering Conference, Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailand November 27 - 30, 2000 L Wei, R Pant Evaluating undrained shear strength of soft New Orleans clay using piezocone 2nd International Symponium on cone penetration testing, California May, 2010 Paul W Mayne (2007) Cone Penetration Testing, A Synthesis of Highway Practice - Transportation Research Board, Washington D.C T Lune, P K Robertson (1997) Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice Blackie Academic and Professional P.K Robertson (2009) Interpretation of cone penetration test - A unified approach - Canadian Geotechniacal Journal: 46 p.1337-1355 Bùi Trƣờng Sơn, Nguyễn Hiếu Nghị Một số vấn đề sử dụng kết thí nghiệm xuyên t nh việc phân loại đất khu vực Tập 13, Tuyển tập kết khoa học công nghệ 2010 Viện KHTLMN NXB Nông nghiệp Trang 369-376 Bui Truong Son, Le Hong Quang, Lam Ngoc Qui Over-consolidation feature of clayey soil in Southern Vietnam according to piezocone Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA Vol 47 No.1 March 2016 p 39-44 10 Bùi Trƣờng Sơn Dự báo gia tăng sức chống cắt khơng nƣớc sét mềm theo độ sâu theo thời gian Tập 16, Tuyển tập kết khoa học công nghệ 2013 - Viện KHTLMN NXB Nông nghiệp Trang 317-326 i phản biện: PGS, TS NGUYỄN HUY PHƢƠNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 ... 172 - 21,4 Hệ số xuyên Nkt (UU) Biểu đồ tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc sức kháng xuyên sét mềm khu vực Tân Sơn Nhất - Bình Lợi, Tp Hồ Chí Minh thể từ Hình 11 đến 13 Ở đây, hệ số xuyên Nkt... tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc Su sức kháng mũi xuyên qt lớp sét mềm bão hòa nƣớc hai khu vực đặc trƣng, thấy giá trị hệ số biến động khác biệt kể so với tổng kết khu vực khác Do sức chống cắt. .. đồ tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc sức kháng xun sét mềm khu vực Cà Mau thể từ Hình đến Hình Tại khu vực này, từ giá trị hệ số xuyên Nkt theo qt, Nke theo qe Nu theo u lớp bùn sét thấy