Tính chất cơ học của một loại đất dính nhân tạo

Đề tài này nêu lên các tính chất cơ học của đất dính nhân tạo đã được nghiên cứu thông qua một loạt các thử nghiệm đất trong phòng thí nghiệm và phương pháp phần tử hữu hạn. Đất được nghiên cứu là đất pha sét được cố kết từ hỗn hợp bùn dưới áp lực cố kết thẳng đứng cuối cùng là 100 kPa. Mời các bạn cùng tham khảo!

TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA MỘT LOẠI ĐẤT DÍNH NHÂN TẠO HOÀNG THỊ LỤA* Mechanical properties of an artificial cohesive soil Abstract: Mechanical behaviours of clayey soils are always known as problematic issues in geotechnical engineering In this paper, mechanical properties of an artificial cohesive soil were investigated through a series of laboratory soil tests and a finite element method The studied soil was a clayey soil consolidated from a slurry mixture under a final vertical consolidation pressure of 100 kPa A series of soil tests including oedometer tests, consolidated-undrained triaxial compression tests, unconfined compression tests, cone penetration tests, and T-bar tests were conducted, in order to obtain mechanical properties of the soil such as the strength parameters, compressibility indices, and permeability property; the results from different testing methods are also compared and discussed The soil parameters measured from the above-mentioned tests are then directly used for a soil constitutive model to simulate the soil element tests by a finite element method, employed Plaxis 3D The simulation results are compared with measurement ones to evaluate the applicability of the soil constitutive model to analyse and estimate other soil properties as well as soil behaviour under construction loads Keywords: clayey soil; laboratory soil tests; undrained shear strength; compression index; soft soil creep model; finite element method GIỚI THIỆU * Khi nghiên cứu, xem xét sử dụng loại đất l nh vực xây dựng, tính chất học, vật lý loại đất ln vấn đề tiên đƣợc quan tâm Đặc biệt với loại đất dính, theo thời gian, dƣới tác dụng thay đổi độ ẩm, tải trọng, trình cố kết, q trình nén từ biến, đất dính có diễn biến phức tạp cƣờng độ chống cắt, tính chất nén lún, tính thấm nƣớc (Lastiasih Tantri (2015), Pezowicz Choma-Moryl (2016), Ya Li (2018)) Rất nhiều nghiên cứu đƣợc thực để đánh giá tính chất học đất dính, thƣờng xem xét mức độ ảnh hƣởng yếu tố khác đến loại đất cụ thể * Bộ mơn Địa kỹ thuật, Tr ng Đ i học Thủy l i DĐ: 0936260288 Email: hoangthilua@tlu.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 (Toyota et al (2001), Ya Li (2018), Yasodian et al (2015)) Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp để đánh giá, dự báo tiêu tính chất học đất, tiêu có nhiều phƣơng pháp để xác định Ví dụ để xác định sức kháng khơng nƣớc cu đất, sử dụng thí nghiệm cắt trực tiếp, thí nghiệm ba trục, thí nghiệm nén trục nở hơng tự do, thí nghiệm xun t nh, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm cắt cánh m i phƣơng pháp có lợi nhƣợc điểm riêng; mức độ xác phƣơng pháp khác Nói chung việc đánh giá tính chất học đất dính quan trọng để khai thác, sử dụng đất dự báo nguy tiềm ẩn xảy với đất q trình sử dụng đất sau Trong báo này, tính chất học loại đất dính nhân tạo đƣợc nghiêm cứu 59 qua thí nghiệm khác qua phƣơng pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Plaxis 3D Mục đích ngồi việc xác định tiêu cƣờng độ đất để so sánh kết từ phƣơng pháp thí nghiệm thơng qua cơng thức/ phƣơng trình thực nghiệm kết từ phƣơng pháp cho giá trị tính trực tiếp cho loại đất nghiên cứu; đánh giá khả mơ ứng xử đất mơ hình vật liệu có sẵn chƣơng trình phần tử hữu hạn Plaxis, từ đánh giá phần độ tin cậy kết sử dụng mô hình đất để mơ tốn địa kỹ thuật khác nhƣ mái dốc, hố đào, móng cơng trình ĐẤT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đất nghi n cứu Đất nghiên cứu loại đất dính nhân tạo, đƣợc chế từ h n hợp loại bột sét thƣơng mại có tên Kasaoka loại cát mịn thƣơng mại có tên Silica (loại số 6) Đất đƣợc chế thùng hình trụ có đƣờng kính thùng 420 mm chiều cao hiệu 420 mm Thùng chế bị mẫu có van đáy để nƣớc qua mở van Tuần tự chuẩn bị đất đƣợc diễn nhƣ sau: Trƣớc hết, lớp silica hạt thô (số 3) đƣợc đổ đầm chặt đến độ chặt tƣơng đối Dr ≈ 82 % đáy thùng để làm lớp thoát nƣớc đáy Lớp coi nhƣ lớp cát chặt, đƣợc bão hòa phủ giấy thấm Sau bột sét Kasaoka cát mịn silica đƣợc trộn tỷ lệ khối lƣợng khô 1:1, trộn với nƣớc để đƣợc h n hợp sệt với độ ẩm w gấp 1,3 lần độ ẩm giới hạn chảy LL H n hợp sệt đƣợc đổ lên lớp thoát nƣớc đáy đến đầy thùng đƣợc cố kết tự dƣới trọng lƣợng thân ngày Tiếp theo, giấy thấm đƣợc đặt lên bề mặt lớp h n hợp sệt lớp silica thô khác đƣợc đổ lên bề mặt để làm lớp thoát nƣớc mặt Sau đó, đệm gia tải, load-cell đo áp lực (LC), máy gia tải (AC), đồng hồ đo lún (DG) đƣợc lắp đặt để thực cố kết h n hợp đo áp lực cố kết, đo độ lún cho cấp áp lực Áp lực cố kết đƣợc tăng cấp đến 60 đạt cấp cuối 100 kPa Với m i cấp áp lực, thời gian cố kết đƣợc trì độ cố kết đạt 90% theo lý thuyết cố kết thấm hƣớng Terzaghi Riêng cấp cuối cùng, thời gian cố kết đƣợc trì thêm 10 ngày sau độ cố kết đạt 90 % để đất đạt đƣợc độ cố kết cao Sau cùng, áp lực cố kết đƣợc giảm dần, đất chế bị đƣợc trải qua trình trƣơng nở 10 ngày sau giải phóng hồn tồn áp lực cố kết Hình thể sơ đồ lắp đặt thiết bị trình cố kết mẫu Hình thể mối quan hệ thời gian – lún (a) cấp tải cố kết cuối (tăng từ 70 kPa đến 100 kPa) (b) trình chờ mẫu trƣơng nở Tổng số thùng mẫu đƣợc chuẩn bị lặp lại nghiên cứu Trƣớc xác định tính chất học đất nhƣ sức kháng cắt khơng nƣớc, góc ma sát trong, hệ số thấm, số nén, số nở, số nén thứ cấp, loạt thí nghiệm đƣợc thực để xác định tính chất vật lý đất bao gồm trọng lƣợng riêng tự nhiên, độ ẩm tự nhiên, độ ẩm giới hạn Atterberg, khối lƣợng riêng hạt, hệ số r ng cấp phối hạt Các kết thí nghiệm đƣợc tổng hợp bảng Từ độ ẩm giới hạn Atterberg (độ ẩm giới hạn chảy LL số dẻo PI = LL – PL), đất nghiên cứu đƣợc phân loại (theo USCS) đất sét có tính dẻo thấp (hình 3), đất cố kết dƣới áp lực tiền cố kết 100 kPa Lớp thoát nƣớc mặt (Silica số 6) 10 Hỗn hợp sét lỏng 360 K50S50 Giấy thấm Lớp thoát nƣớc đáy (Silica số 3) 50 mm Van thoát nƣớc 420 (a) Mặt cắt ngang ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Heave of ground surface (mm) AC DG1 DG2 LC Tấm gia tải 0 50 100 150 200 Thời tgian (hrs) Time, (hours) (b) Quá trình trƣơng nở Hình 2: Quan hệ lún theo th i gian trình chuẩn bị đất thí nghiệm Van nước 100 (b) Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo Hình 1: Quá trình chuẩn bị đất thí nghiệm 80 60 Bảng 1: Tính chất vật lý đất thí nghiệm Giá trị 2,653 1,98 13,6 33,9 20,3 26,2 0,703 20 Ghi chú: Kết thời điểm sau hoàn thành trình cố kết dƣới áp lực 100 kPa trình dỡ tải 0.01 0.1 (a) Đƣờng cong cấp phối 60 : ) NE L- : 0) L NE -2 U 9( LI (LL A = H 73 PI or O = I H P C LI 50 40 Đất nghiên cứu 30 a 1E-3 Đường kính hạt, d (mm) (PI) (%) Chỉ ti u Khối lƣợng riêng hạt, s (Mg/m3) Khối lƣợng riêng bão hòaa, sat (Mg /m3) Độ ẩm giới hạn dẻo, PL (%) Độ ẩm giới hạn chảy, LL (%) Chỉ số dẻo, PI (%) Độ ẩm tự nhiêna, w (%) Hệ số r nga, e 40 L O or L C ML or OL 20 10 CL-ML Ký hiệu: Loại đất: C: sét O: hữu M: bụi mịn Trạng thái: L: dẻo thấp H: dẻo cao MH or OH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Settlement, w (mm) Độ ẩm giới hạn chảy, (LL) (%) (b) Phân loại đất theo USCS Hình 3: Phân lo i đất thí nghiệm 70 72 Đường thẳng straight line ban đầu nhân hệ số 1.15 1.15 times of initial straight line 74 Initial Đường straight 76 thẳng line ban 78 đầu t90 80 10 Elapsed Thờitime, gian t (hours) (a) Quá trình cố kết ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 12 2.2 Phƣơng pháp thí nghiệm a Sức kháng cắt khơng nước Để xác định sức kháng cắt khơng nƣớc đất, ba loại thí nghiệm xun t nh CPT, thí nghiệm T-bar thí nghiệm nén trục hở hơng tự (UCT) đƣợc thực Thí nghiệm xun t nh: Thí nghiệm đƣợc thực với xuyên côn cỡ nhỏ Thiết bị 61 gồm hai phận mũi xun (mũi cơn) cần xun Mũi xun có dạng hình (nón) với góc đỉnh 600, đƣờng kính đáy nón 20 mm phận trực tiếp xuyên vào đất Cần xun có dạng hình trụ, đƣờng kính 10 mm, chiều dài hiệu 500 mm gắn đầu với mũi côn Cần xuyên phận truyền lực đến mũi côn để đƣa mũi côn vào đất Các cổng đo biến dạng đƣợc gắn cần xun hai vị trí (i) sát mũi để đo sức kháng đất tác dụng lên mũi (ii) phía đầu cần xun để đo tồn lực truyền tới cần xuyên để đƣa hệ cần mũi xuyên vào đất Tất thí nghiệm xuyên côn đƣợc thực với tốc độ xuyên tƣơng đối cao ổn định mm/s Với m i thùng mẫu, 1-3 thí nghiệm CPT đƣợc thực Khoảng cách vị trí thí nghiệm đƣợc bố trí cách tối thiểu 10 lần đƣờng kính đáy để đảm bảo kết thí nghiệm thực sau khơng bị ảnh hƣởng thí nghiệm trƣớc Sức kháng cắt khơng nƣớc cu đƣợc tính tốn từ kết đo sức kháng đất tác dụng lên mũi qcone tip, sử dụng phƣơng trình tính thực nghiệm (theo Low et al., 2010) nhƣ sau: (1) đó: vo ứng suất tổng theo phƣơng thẳng đứng Nk hệ số sức kháng cho mũi côn Hệ số đƣợc lấy theo nghiên cứu Low et al (2010), nghiên cứu sử dụng hệ thống liệu chất lƣợng cao đƣợc thu thập rộng rãi toàn giới dành cho sét cố kết nhẹ dạng nguyên mẫu mẫu bị xáo trộn Kết nghiên cứu Low et al (2010) cho thấy giá trị Nk giao động phạm vi từ 10 đến 14 cho mẫu nguyên trạng giá trị trung bình 12 Trong báo này, giá trị trung bình Nk = 12 đƣợc sử dụng để tính tốn Thí nghiệm T-bar: Thí nghiệm đƣợc thực thiết bị T-bar cỡ nhỏ Thiết bị T-bar gồm hai phận cần xuyên đầu xuyên Đầu xuyên T-bar hình trụ nằm ngang có đƣờng kính dT-bar 62 7mm chiều dài LT-bar 35 mm Cần xun có hình dạng, chức tƣơng tự cần xun CPT với đƣờng kính 7mm Sức kháng đất tác dụng lên đầu xuyên đƣợc đo đạc qua cổng đo biến dạng gắn cần xuyên sát đầu xuyên Tốc độ xuyên mm/s đƣợc sử dụng tất thí nghiệm T-bar Với m i thùng mẫu, 2-3 thí nghiệm T-bar đƣợc thực Sức kháng cắt khơng nƣớc cu đƣợc tính tốn từ kết đo sức kháng đất tác dụng lên đầu xun qcone tip, sử dụng phƣơng trình tính thực nghiệm (theo Low et al., 2010) nhƣ sau: (2) đó: P lực tác dụng lên toàn đầu xuyên (đo qua cổng đo biến dạng đề cập trên), Nt hệ số sức kháng cho đầu xuyên có giá trị trung bình Nt = 10,5 khoảng giao động từ 8,5 đến 12,5 (theo nghiên cứu Low et al (2010), nhƣ trình bày phần hệ số Nk trên) cho loại sét cố kết ngun trạng Thí nghiệm nén trục nở hơng tự (UCT): Với m i thùng mẫu, sau hồn thành thí nghiệm CPTs T-bars, đất đƣợc lấy lên ống lấy mẫu với đƣờng kính 100 mm Đất lấy lên đƣợc cắt gọt thành mẫu có đƣờng kính 35 mm chiều cao khoảng 75 - 90 mm Sau cắt gọt, mẫu đƣợc nén máy nén dọc trục, nở hông tự Với m i thùng mẫu, 2-3 thí nghiệm UCT đƣợc thực Sức kháng cắt khơng nƣớc cu đƣợc dự đoán trực tiếp từ lực nén dọc trục cực đỉnh qu trình nén mẫu: cu = qu /2 (3) b Góc ma sát đặc trưng học khác đất Để xác định góc ma sát đặc trƣng học khác đất nhƣ hệ số thấm, số nén, số nở (nén lại), mô đun biến dạng, hệ số poisson đất nền, thí nghiệm nén ba trục cố kết khơng nƣớc CU thí nghiệm nén cố kết Oedometer đƣợc thực Thí nghiệm nén ba trục cố kết khơng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 100 mm nƣớc CU: đƣợc thực mẫu có kích thƣớc 50 mm x 100 mm Mẫu đƣợc cố kết dƣới áp lực buồng 100 kPa trƣớc tăng tải dọc trục nén mẫu Thí nghiệm nén cố kết Oedometer: đƣợc thực mẫu có đƣờng kính 60 mm chiều cao ban đầu 20 mm Mẫu đƣợc nén qua nhiều cấp áp lực tăng dần, bao gồm trình giảm tải nén lại Ở cấp áp lực cuối (v = 1250 kPa), mẫu đƣợc trì nén tổng cộng 200 ngày để quan sát lún thứ cấp xác định số nén thứ cấp 2.3 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM) Để xem xét khả mô ứng xử đất thông qua mơ hình đất có sẵn số chƣơng trình phần tử hữu hạn phổ biến, đồng thời đánh giá độ tin cậy kết sử dụng mô hình đất để mơ tốn địa kỹ thuật khác, hai thí nghiệm nén ba trục CU nén cố kết oedometer đƣợc mô phƣơng pháp phần tử hữu hạn, sử dụng chƣơng trình Plaxis 3D 25 m m Hình 4: Kích th ớc mơ hình, l ới phần tử hữu h n mặt gia tải mơ thí nghiệm nén ba tr c CU Mơ hình vật liệu: mơ hình vật liệu sẵn có Plaxis, số mơ hình nhƣ "CamClay", mơ hình "Soft Soil", mơ hình "Soft Soil Creep (SSC)", mơ hình "Hardening Soil" mơ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 hình "Sekiguchi-Ohta" mơ hình vật liệu nâng cao, có khả mơ tính ép co đất sét thơng thƣờng Tuy nhiên, mơ hình SSC mơ đƣợc ứng xử theo thời gian cho sét cố kết Vì báo này, mơ hình SSC đƣợc lựa chọn Chi tiết mơ hình SSC đƣợc trình bày hƣớng dẫn sử dụng mơ hình vật liệu Plaxis (PLAXIS 2018, Material Models Manual) Một số đặc trƣng mơ hình SSC nhƣ sau: - Độ cứng đất phụ thuộc, thay đổi theo ứng suất - Có phân biệt giai đoạn tăng tải lần đầu, giảm tải tăng lại tải - Xét đến nén/ biến dạng thứ cấp - Xét ảnh hƣởng ứng suất tiền cố kết - Ứng xử bền tuân theo tiêu chuẩn MohrCoulomb Các thông số nhập vào cho mơ hình đất SSC nhƣ nguồn gốc thông số đƣợc liệt kê bảng Các kích thƣớc mơ hình, điều kiện nƣớc, tải trọng, tốc độ tăng tải, thời gian cố kết đƣợc lấy giống thí nghiệm phịng thực hiện, nhiên, 1/4 mẫu thí nghiệm đƣợc mơ để giảm thời gian tính tốn, lợi dụng tính chất đối xứng mẫu Hình thể lƣới phần tử hữu hạn mơ thí nghiệm CU KẾT QUẢ VỀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT NGHIÊN CỨU 3.1 Kết thí nghiệm a Sức kháng c t khơng n ớc cu Kết sức kháng khơng nƣớc thu đƣợc từ thí nghiệm CPTs T-bars UCTs đƣợc tổng hợp hình Nhƣ đề cập phần trƣớc, sức kháng cắt cu đƣợc thu trực tiếp từ cƣờng độ kháng nén dọc trục thí nghiệm UCTs theo cơng thức (3) tính tốn theo cơng thức (1), (2) đề xuất Low et al (2010) thí nghiệm CPTs Tbars Ba phƣơng pháp thí nghiệm cho kết tƣơng đối gần Nếu sử dụng đƣờng trung bình đại diện cho kết tính tốn trực tiếp để biểu diễn biến đổi cu theo độ 63 sâu cu biểu diễn xấp xỉ theo phƣơng trình đƣờng thẳng sau: (4) Hình cho thấy phƣơng trình tƣơng đối phù hợp với sức kháng trung bình tính tốn từ hai phƣơng pháp CPTs T-bars, ngoại trừ khoảng 50 mm (tính từ mặt nền) Cũng giải thích sai khác vùng giai đoạn đầu mũi côn (CPTs) đầu xuyên (T-bars) chƣa xun ngập hồn tồn đất nên diện tích tiếp xúc mũi côn/ đầu xuyên chƣa huy động đầy đủ Thêm yếu tố khác, độ sâu xuyên cịn nhỏ, đất có xu hƣớng trƣợt đẩy trồi lên bề mặt nên kết cu thu đƣợc giai đoạn chƣa tin cậy cao So sánh kết CPTs T-bars, ban đầu, cu thu đƣợc từ CPTs cao so với thu từ T-bars Tuy nhiên xuống sâu kết từ hai phƣơng pháp giống Cần lƣu ý rằng, hệ số sức kháng Nk Nt sử dụng cơng thức tính tốn cu giá trị trung bình từ kết nghiên cứu Low đồng nghiệp cho hàng loạt loại đất dính cố kết khác rộng rãi toàn giới Hệ số giao động/ điều chỉnh lên/ xuống nhƣ trình bày mục 2.2 Nhìn chung, loại đất nghiên cứu CPTs T-bars cho kết tƣơng đối phù hợp với kết đo trực tiếp từ UCTs, thí nghiệm CPTs/ T-bars nhanh đơn giản cho đƣợc biểu đồ phân phối cu liên tục theo độ sâu Sức kháng cắt khơng nước, cu (kPa) 10 15 20 25 30 35 40 cu = qu T-bar/ Nt 50 Nt = 10.5 100 Nk = 12 150 cu = (qu cone tip-vo)/ Nk cu (kPa) = 10 kPa + +0.04 (kPa/mm) x z (mm) UCTs CPTs Tbars 300 Hình 5: Biểu đồ phân bố sức kháng khơng thoát n ớc cu theo độ sâu 64 Bảng 2: Các thơng số đầu vào cho mơ hình đất SSC Thơng số đất 200 250 b Góc ma sát đặc trưng học khác đất Kết đặc trƣng học khác đất thu đƣợc từ thí nghiệm nén ba trục CU gồm góc ma sát đất trạng thái cực đỉnh p' = 36,9 trạng thái ổn định ' = 34,8, hệ số Poisson điều kiện khơng nƣớc s ≈ 0,5 Ngồi ra, thí nghiệm cịn cho kết đƣờng cong quan hệ biến dạng – độ lệch ứng suất cực đại, từ tính tốn giá trị mơ đun biến dạng đất Các đặc trƣng khả ép co tính thấm nƣớc đất thu đƣợc từ thí nghiệm oedometer trình bày bảng Đƣờng cong quan hệ thời gian - biến dạng thể tích giai đoạn cố kết mẫu đƣờng quan hệ ứng suất trung bình - độ lệch ứng suất giai đoạn tăng tải dọc trục cắt mẫu thí nghiệm CU đƣợc thể hình Trong hình 6, kết tính tốn theo FEM thể để thuận tiện thảo luận so sánh kết đo đạc với kết tính tốn Tƣơng tự, đƣờng cong quan hệ lún theo thời gian đo đạc từ thí nghiệm oedometer đƣợc thể hình với kết FEM 3.2 Kết tính tốn theo FEM Nhƣ trình bày mục 2.3, hai thí nghiệm nén ba trục CU oedometer đƣợc mô lại phƣơng pháp phần tử hữu hạn FEM, sử dụng chƣơng trình phần mềm Plaxis 3D (bản 2018) Các thơng số sử dụng cho mơ hình đất "soft soil creep (SSC)" đƣợc liệt kê Bảng Giá trị 0,291 (từ thí nghiệm Chỉ số nén Cc oedometer) 0,055 (từ thí nghiệm Chỉ số nở Cs oedometer) Chỉ số nén thứ cấp (creep 0,00125 (từ thí nghiệm index）C oedometer) 0,005 N/mm2 / kPa Lực dính hiệu c' (dự đốn qua mơ thí nghiệm CU) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Thông số đất Góc ma sát ' Sức căng t Giá trị 34,8 (từ thí nghiệm CU) (đặt chế độ defaut) Hệ số Poisson ur 0,17 (giả thiết) Áp lực tiền cố kết POP 0,1 N/mm2 / 100 kPa Hệ số r ng ban đầu e0 0,703 0,00038 mm/min Hệ số thấm k (thí nghiệm oedometer) (a) Sự biến đổi áp lực nƣớc l r ng (trái) biến dạng (phải) mẫu 0,425 Chỉ số thấm ck Thí nghiệm FEM (thí nghiệm oedometer) 0,000019 N/mm bão hịa unsat Trọng lƣợng riêng bão hòa sat (+) Trọng lƣợng riêng không 0, 000019 N/mm3 0,00001 N/mm3 Trọng lƣợng riên nƣớc water Hình thể mối quan hệ biến dạng thể tích theo thời gian mẫu đất thí nghiệm q trình cố kết mẫu Kết tính tốn kết thí nghiệm đƣợc trình bày để so sánh khả mơ ứng xử đất theo mơ hình SSC Có thể thấy từ hình 6, với hầu hết thơng số nhập vào cho mơ hình SSC lấy từ thí nghiệm kết tính tốn thể rằng, giai đoạn đầu m i cấp tăng áp lực cố kết, tốc độ biến dạng thể tích (tốc độ nƣớc khỏi l r ng) tính tốn cao kết đo đạc Ở cuối giai đoạn cố kết cấp áp lực cố kết đầu, độ biến dạng thể tích mẫu từ hai phƣơng pháp giống (khoảng 3,3 %) Ở cuối giai đoạn cố kết cấp áp lực sau, kết tính toán (6,2%) trở lên nhỏ kết đo đạc (7%) Tuy có khác giá trị, nhƣng tổng quan chung mơ hình đất SSC mơ cách tƣơng đối tốt ứng xử đất giai đoạn cố kết mẫu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 500 1000 1500 2000 2500 3000 Thời gian, t (phút) (b) Quan hệ biến đổi thể tích mẫu – thời gian Hình 6: Biến d ng thể tích mẫu giai đo n cố kết - thí nghiệm n n ba tr c CU Hình thể quan hệ ứng suất hiệu trung bình với độ lệch ứng suất giai đoạn cắt mẫu thí nghiệm CU Kết tính tốn cho kết tốt so với kết đo từ thí nghiệm giai đoạn đầu q trình tăng tải cắt mẫu Tại gần thời điểm mẫu bị phá hoại (q > 75 kPa), độ dốc đƣờng quan hệ tính tốn có xu hƣớng giảm ngƣợc lại, độ dốc đƣờng quan hệ đo đạc có xu hƣớng tăng tăng nhanh Tuy gần thời điểm phá hoại mẫu, kết mơ có xu hƣớng ngƣợc với kết thí nghiệm, nhƣng cần lƣu ý thêm rằng, kết đo đạc thu đƣợc cao giá trị thực ảnh hƣởng (cản trở) màng bọc cao su quanh mẫu thí nghiệm, đặc biệt giai đoạn mẫu biến dạng lớn 65 Hình thể kết tính tốn đo đạc cho thí nghiệm oedometer cấp tải cuối Với giá trị số nén, nở nén thứ cấp thu đƣợc từ thí nghiệm, độ lún mẫu giai đoạn lún cố kết, lún từ biến tƣơng đối hợp lý Tuy nhiên, thấy từ kết quả, tốc độ cố kết mô qua FEM cao so với tốc độ đo đạc thực tế Hiện tƣợng tƣơng tự nhƣ kết thu đƣợc giai đoạn cố kết mẫu thí nghiệm CU (hình 6) Tốc độ nƣớc thƣờng liên quan đến hệ số thấm k điều kiện thoát nƣớc Điều kiện thoát nƣớc hai thí nghiệm đƣợc mơ tƣơng đƣơng thí nghiệm Nhƣ hệ số thấm nhỏ hệ số thấm đo đạc đƣợc đƣa vào cho mơ hình SSC đạt đƣợc kết hợp lý bố ứng suất hiệu quả, áp lực nƣớc l r ng theo không gian thời gian, biến dạng cắt, biến dạng thể tích theo phƣơng trƣờng hợp khơng có kết đo đạc kết đo đạc bị hạn chế 6.6 Thí nghiệm FEM 6.7 6.8 6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 -2 -1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Thời gian t (min) [log t] (a) Quan hệ độ lún thời gian theo hàm log 125 100 Thí nghiệm FEM 6.6 Thí nghiệm FEM 6.7 6.8 75 6.9 50 7.0 M = 1.41 25 7.1 Đường bao phá hoại 7.2 0 25 50 75 100 125 Ứng suất hiệu trung bình, p (kPa) Hình 7: Quan hệ ứng suất hiệu trung bình - độ lệch ứng suất giai đo n c t mẫu - thí nghiệm n n ba tr c CU Nhận xét chung từ kết mô hai thí nghiệm phịng mơ hình vật liệu SSC với thông số đầu vào xác định trực tiếp từ thí nghiệm phịng mơ tƣơng đối ứng xử đất, từ nghiên cứu tính chất học khác đất nhƣ phân 66 100 200 300 400 500 600 700 Thời gian t (min) [ 𝑡] (b) Quan hệ lún thời gian theo hàm bậc hai Hình 8: Đo đ c tính tốn quan hệ lún-th i gian cấp tải cuối thí nghiệm oedometer KẾT LUẬN Trong báo này, số tính chất học loại đất dính nhân tạo đƣợc nghiên cứu thảo luận qua thí nghiệm đất đơn giản thực phòng qua phƣơng pháp phần tử hữu hạn, sử dụng Plaxis 3D Kết phƣơng pháp đƣợc so sánh thảo luận Một số nhận xét rút từ kết thí nghiệm tính tốn nhƣ sau: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Cƣờng độ kháng cắt không nƣớc đất nghiên cứu xác định từ thí nghiệm nén trục nở hông tự UCTs tăng theo độ sâu biểu diễn gần phƣơng trình (4) Cƣờng độ kháng cắt xác định từ thí nghiệm CPTs T-bars thơng qua phƣơng trình thực nghiệm sử dụng giá trị trung bình hệ số sức kháng mũi côn/ đầu xuyên T-bar (từ nghiên cứu Low đồng nghiệp) cho kết tƣơng đối gần gần với kết xác định trực tiếp từ thí nghiệm UCTs Các kết mơ thí nghiệm nén ba trục cố kết khơng nƣớc CU oedometer chƣơng trình phần tử hữu hạn Plaxis 3D, sử dụng mơ hình đất "soft soil creep" thông số đầu vào lấy trực tiếp từ kết thí nghiệm phịng cho kết tƣơng đối hợp lý so với kết đo đạc Từ đó, sử dụng kết mô để nghiên cứu số ứng xử học khác đất khơng có liệu đo đạc việc đo đạc khó khăn, đồng thời đánh giá độ tin cậy kết sử dụng mơ hình đất để mơ ứng xử đất nghiên cứu toán địa kỹ thuật khác LỜI CẢM ƠN Tác giả trân trọng cảm ơn Phịng thí nghiệm Địa kỹ thuật, Viện Khoa học Công nghệ Đại học Kanazawa Nhật Bản giúp đỡ trình nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lastiasih, Y., Tantri, P K S., 2015 Analysis of increasing shear strength of soil to slope stability after consolidation settlement completed with various method International Conference of landslide and slope stability at Bali, Indonesia Ng [2] Li, Y., 2018 Fundamental engineering characteristics of cohesive sediments in the Northern resion of south china sea In proceeding of IFCEE 2018 March 5-10, Orlando Florida https://doi.org/10.1061 /9780784481639.013 [3] Low, H.E., Lunne, T., Andersen, K.H., Sjursen, M.A., Li, X., Randolph, M.F., 2010 Estimation of intact and remoulded undrained shear strengths from penetration tests in soft clays Géotechnique 60(11), 843–859 https://doi.org/10.1680/geot.9.P.017 [4] Pezowicz, P., Choma-Moryl, K., 2016 Moisture content impact on mechanical properties of selected cohesive soils from the Wielkopolskie Voivodeship southern part Studia geotechnica et mechanica 37(4), 37-46 https://doi.org/10.1515/sgem-2015-0043 [5] PLAXIS 3D 2018 - Material Models Manual, PLAXIS, https://www.plaxis.com/ support/manuals/plaxis-3d-manuals/ [6] Toyota, H., Sakai, N., and Nakamura, K., 2001 Mechanical properties of saturated cohesive soil with shear history under three dimensional stress conditions Soils and foundations 41(6), 97-110 https://doi.org/10.3208/sandf.41.6_97 [7] Toyota, H., Nakamura, K., Sakai, N., Sramoon, W., 2001 Mechanical properties of unsaturated cohesive soil in consideration of tensile stress Soils and foundations 43(2), 115122 https://doi.org/10.1016/S0038-0806(20) 30806-4 [8] Yasodian, S E., Dutta, R K., Mathew, L., Anima, T M., and Seena, S B., 2012 Effect of microorganism on engineering properties of cohesive soils Geomechanics and Engineering 4(2) https://doi.org/10.12989/gae.2012.4.2.135 i phản biện: PGS,TS HOÀNG VIỆT HÙNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 67 ... mơ hình đất để mơ toán địa kỹ thuật khác nhƣ mái dốc, hố đào, móng cơng trình ĐẤT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đất nghi n cứu Đất nghiên cứu loại đất dính nhân tạo, đƣợc chế từ h n hợp loại bột... nghiệm đƣợc mơ để giảm thời gian tính tốn, lợi dụng tính chất đối xứng mẫu Hình thể lƣới phần tử hữu hạn mô thí nghiệm CU KẾT QUẢ VỀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT NGHIÊN CỨU 3.1 Kết thí nghiệm... tải cuối thí nghiệm oedometer KẾT LUẬN Trong báo này, số tính chất học loại đất dính nhân tạo đƣợc nghiên cứu thảo luận qua thí nghiệm đất đơn giản thực phòng qua phƣơng pháp phần tử hữu hạn,