V. Chương V: Kết luận và kiến nghị
3.2 Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp thành phần hạt của đất đỏ Bazan
Sieve Size size (mm) Soil + sieve (g) Sieve (g) Soil (g) on (%) Passing (%) 4 4,75 1 1 0 0 100 10 2,38 450,62 449,91 0,71 0,36 99,64 20 1,19 391,96 382,04 9,92 4,98 94,67 40 0,59 359,43 349,64 9,79 4,91 89,75 60 0,30 329,27 318,38 10,89 5,47 84,29 140 0,15 327,16 312,99 14,17 7,11 77,18 200 0,08 306,21 302,73 3,48 1,75 75,43 Last 0,01 374,35 371,13 150,3 75,43 0 Total 199,26 Error 0,18%
3.1.3 Xác định độ ẩm tối ưu của đất bằng thí nghiệm đầm chặt.
Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm đầm chặt đất
Preparation, % 10 15 20 25
Weight of Mold + base (g) 4333 4333 4333 4333
Weight of Mold + Soil + base
(g) 5929 6061 6115 6038
Weight of soil 1596 1728 1782 1705
Moiture unit weight 1,70 1,84 1,90 1,80
Water content check 15,8 21,4 26,1 30,6
Weight of wet soil 22,16 20,56 21,02 22,31
Weight of dried soil 19,82 17,81 17,7 18,25
Weight of container 4,97 4,95 4,97 4,98
Dry unit weight 1,4689 1,5167 1,51 1,38
Moisture difference 5,8 5,4 5,1 5,6
Hình 3.3 Biều đồ tương quan giữa độ ẩm với dung trọng và đường bão hòa
- Độ ẩm tối ưu Wopt = 23 %
- Dung trọng ướt lớn nhất: W max 1,51 g/cm3
Bảng 3.3 Bảng tổng hợp tính chất vật lý của đất đỏ Bazan tại Wopt = 23 %
Dung trọng riêng của hạt, h 2,6 g/cm3
Dung trong tự nhiên, w 1,51 g/cm3
Dung trọng khô, k 1,23 g/cm3
Độ rỗng, n 0,527
Hệ số rỗng, e 1,113
Độ sệt, B 0,83
3.2 Tính chất cơ học của đất đỏ Bazan
+ Thí nghiệm cường độ chống cắt của đất ở độ ẩm 23% tại K=95% + Quá trình chuẩn bị mẫu đất:
- Sấy khô đất trong thời gian 24 giờ. - Trộn đất ở độ ẩm 23% tại K=95%. - Bảo dưỡng đất 24 giờ.
- Tạo mẫu đất vào dao vịng có V (a=100mm, b=100mm, h=36,74mm) MK95= Vdao vòng. (1+W). 0,95. kmax (3.1)
Bảng 3.4 Kết quả tạo mẫu đất theo độ đầm chặt và độ ẩm
W Khối lượng mẫu đất tại
K=0,7
Khối lượng mẫu đất tại K=0,95
20% 379,60 g 515,17 g
30% 411,23 g 558,1 g
40% 442,86 g 601,03 g
- Ngâm mẫu vào nước để bảo hịa hồn tồn trong vòng 48 giờ. - Lấy mẫu ra và bắt đầu thí nghiệm cắt trực tiếp.
Độ bảo hòa .W.100 . k n Sr n (3.2) Trong đó:
k: Dung trọng khô của đất (g/cm3). W: Độ ẩm (%)
n: Hệ số rộng
n: Dung trọng riêng của nước bằng 1 g/cm3
+ Kết quả: 23% (Sr = 53,7%) , kPa , kPa 10 27,7 20 34,84 40 76,27 80 121,47
Hình 3.5 Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và biến dạng ngang
ứng với W = 23% và K = 95%
Bảng 3.5 Tính chất cơ lý của đất đỏ Bazan.
Độ ẩm (%) K=70% K=95% C (kPa) Sr w (kN/m3) C (kPa) Sr w (kN/m3) 20% 14,2 31,6o 48,9% 14,8 - - - 23% - - - 36,0 44,050 53,7% 15,1 30% 4,894 28,94o 73,34% 16,0 22,5 24,040 70,0% 16,0 40% 1,708 27,74o 90,37% 17,2 11,4 16,30 93,4% 17,2 40%- BH
4,996 27,92o Bão hòa 17,2 25,5 15,850 Bão hòa
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
4.1 Kết quả thí nghiệm.
4.1.1 Sức kháng cắt của đất theo độ bão hòa
A. Tại K = 70%
Bảng 4.1 Kết quả sức kháng cắt của đất đỏ Bazan theo độ bão hòa K = 70%
Sr-73,34% Sr-97,79% Sr-100% Sr-48,9% , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa 10 9,27 10 6,8 10 7,73 10 17,61 20 16,3 20 12,36 20 17,89 20 29,15 40 28,55 40 22,87 40 27,29 40 39,67 80 48,47 80 43,76 80 42,96 80 62,69
Hình 4.1 Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và ứng suất pháp
B. Tại K = 95%
Bảng 4.2 Kết quả sức kháng cắt của đất đỏ Bazan theo độ bão hòa K = 95%
Sr-53,7% Sr-70,0% Sr-93,4% 100%-BH , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa , kPa 10 27,7 10 21,3 10 9,9 10 32,1 20 34,84 20 24,4 20 18,5 20 30,9 40 76,27 40 42,8 40 28,8 40 38,1 80 121,47 80 59,4 80 32,0 80 47,3
Hình 4.2 Biểu đồ tương quan giữa ứng suất cắt và ứng suất pháp
tại độ ẩm 20%, 30% và 40% tại K = 95%. Qua các biểu đồ trên, nhận xét như sau:
- Độ ẩm càng tăng, sức kháng cắt càng giảm.
- Sức kháng cắt tại độ bão hòa 40% tăng lên theo cấp tải - không tuân theo quy luật sức kháng cắt khơng thốt nước của đất bão hịa (Su khơng đổi khi thay đổi áp lực nén).
→ Lý do: đất đỏ Bazan cho phép thoát nước 1 phần, vì vậy trong q trình nén mẫu, nước thốt ra, làm gia tăng sức kháng cắt khi cấp tải tăng lên. Đặc biệt với cấp tải lớn.
Bảng 4.3 Bảng so sánh độ chênh lệch sức kháng cắt
giữa 2 độ chặt K=70% & K=95%
30% 40% 40% - BH
, kPa Δ, kPa , kPa , kPa , kPa , kPa
10 12,03 10 3,1 10 24,37
20 8,1 20 6,14 20 13,01
40 14,25 40 5,93 40 10,81
80 10,93 80 11,76 80 4,34
4.1.2 Đánh giá độ hao hụt sức kháng cắt theo độ ẩm. - Δ= 2 - 1 (kPa) (4.1) - Δ= 2 - 1 (kPa) (4.1)
- Δ, % = (Δ/).100 (%) (4.2) Trong đó:
Δ : Độ hao hụt sức kháng cắt
1 : Ứng suất cắt tại độ ẩm 40% 2 : Ứng suất cắt tại độ ẩm giảm 10%
A. Tại K = 70%
Bảng 4.4 Kết quả độ hao hụt sức kháng cắt theo độ bão hòa tại K=70%
Độ hao hụt sức kháng cắt theo độ bảo hòa
80 kPa 40 kPa 20 kPa 10 kPa
W Δ, kPa Δ, % W Δ, kPa Δ, % W Δ, kPa Δ, % W Δ, kPa Δ, % 40% 0 0 40% 0 0 40% 0 0 40% 0 0 30% 4,7 9,72 30% 5,67 19,87 30% 3,94 24,14 30% 2,47 26,67 20% 10,4 19,26 20% 13,93 37,85 20% 15,15 55,06 20% 10,81 61,39
Hình 4.3 Biểu đồ tương quan độ hao hụt sức kháng cắt theo độ ẩm tại K=70%
Hình 4.3 Biểu đồ tương quan độ hao hụt % sức kháng cắt theo độ ẩm tại K=70%
B. Tại K = 95%
Bảng 4.5 Kết quả độ hao hụt sức kháng cắt theo độ bão hòa tại K=95%
Độ hao hụt sức kháng cắt theo độ ẩm
80 kPa 40 kPa 20 kPa 10 kPa
W Δ, kPa Δ, % W Δ, kPa Δ, % W Δ, kPa Δ, % W Δ, kPa Δ, % 40% 0 0 40% 0 0 40% 0 0 40% 0 0 30% 27,4 46,1 30% 14,0 32,7 30% 5,9 24,2 30% 11,4 53,6 23% 89,5 73,6 23% 47,5 62,2 23% 16,3 46,9 23% 17,8 64,3
Hình 4.5 Biểu đồ tương quan độ hao hụt sức kháng cắt theo độ ẩm tại K=95%
Hình 4.6 Biểu đồ tương quan độ hao hụt % sức kháng cắt theo độ ẩm tại K=95%
+ Nhận xét:
- Độ thay đổi độ ẩm càng lớn, độ hao hụt sức kháng cắt càng lớn
Ví dụ: Tại K=95% có cấp tải 10 kPa, độ hao hụt sức kháng cắt giữa độ ẩm 40% và 23% chênh lệch là 17,8 kPa.
- Với cấp tải càng lớn, độ hao hụt sức kháng cắt càng lớn.
Ví dụ: Tại K=95% ở độ ẩm 30% có cấp tải 80 kPa độ hao hụt sức kháng cắt là 27,4 kpa đối với cấp tải 10 kPa có độ hao hụt sức kháng cắt là 11,4 kpa.
4.1.3 Ứng xử của đất đỏ Bazan khi bão hòa.
So sánh ứng xử của đất đỏ Bazan bão hòa theo độ đầm chặt tại K=70% và K=95% độ chênh lệch giữa mẫu ngâm trong nước và mẫu không ngâm nước.
- Phương pháp chuẩn bị mẫu ngâm trong nước tương tự mẫu không ngâm trong nước. Tuy nhiên, đối với mẫu ngâm trong nước sau khi tạo mẫu đất trong dao vòng, lấy mẫu ngâm vào nước trong thời gian 48 giờ. Sau 48 giờ, lấy mẫu ra và tiến hành thí nghiệm cắt đất trực tiếp.
:
Hình 4.7 Biểu đồ so sánh ứng xử cắt bão hòa theo độ đầm chặt
+ Nhận xét:
- Đối với mẫu được dưỡng bão hòa tại K95, kết quả thí nghiệm cho thấy sức kháng cắt thay đổi rất ít khi thay đổi ứng suất pháp (tương tự ứng xử cắt khơng thốt nước của đất sét bão hòa). Đây là do khi đất được đầm chặt, hệ số thấm của mẫu nhỏ, nước khó thốt ra khỏi mẫu trong q trình cắt đất, do đó đất biểu hiện tương tự sức kháng cắt khơng thốt nước của đất bùn sét bão hòa.
- Đối với mẫu K95 tại độ ẩm bão hòa nhưng khơng được dưỡng bão hịa, tương quan sức kháng cắt theo cấp tải cũng có xu hướng tương tự. Tuy nhiên biểu đồ sức kháng cắt đi ngang (sức kháng cắt tương tự nhau) với cấp tải ứng suất pháp từ 40 kPa đến 80 kPa. Tại cấp tải nhỏ hơn, sức kháng cắt của mẫu giảm xuống.
- Đối với mẫu K70%, sức kháng cắt của mẫu tại độ ẩm bão hòa và mẫu dưỡng bão hòa đều tăng lên khi áp lực pháp tuyến tăng lên. Đất có xu thế ứng xử giống đất cát. Đây là do đất có độ chặt của đất nhỏ, hệ số rỗng lớn, cho phép nước thoát ra khỏi mẫu trong quá trình chắt đất.
Khi so sánh sức kháng cắt giữa mẫu đất bảo hòa và mẫu đất dưỡng bão hòa, kết quả cho thấy mẫu đất dưỡng bão hịa dường như có sự gia tăng lực dính mà khơng làm thay đổi góc ma sát trong của mẫu đất. Biểu đồ tương quan độ gia tăng ứng xử cắt của mẫu bão hòa khi dưỡng mẫu bảo hịa được thể hiện Hình 4.8.
Theo kết quả thể hiện Hình 4.8, độ thay đổi góc ma sát trong khá nhỏ, độ gia tăng
lực dính lớn hơn.
- Tại K=70%, C tăng lên 3,288 kPa - Tại K=95%, C tăng lên 16,82 kPa
Sự gia tăng lực dính của mẫu được dưỡng bão hịa là do khi được dưỡng trong điều kiện bão hòa, liên kết giữa các hạt sét của mẫu tăng lên, từ đó gia tăng lực dính của mẫu đất được dưỡng. Khi đất càng đầm chặt, độ gia tăng lực dính càng lớn. Như vậy, mái dốc mới được đắp đất ở trạng thái bão hịa thì nguy hiểm hơn rất nhiều so với đất được đắp đủ lâu để bão hịa do sau khi thi cơng xong, lực dính giữa trong đất chưa được phát triển đến cường độ lớn nhất.
Tính tốn như sau:
Δ = BH - (4.3)
Trong đó:
Δ : Độ gia tăng ứng suất cắt, kPa
BH : Ứng suất cắt của mẫu đất được ngâm trong nước, kPa
Hình 4.8 Biểu đồ tương quan độ gia tăng ứng xử cắt khi dưỡng mẫu bão hòa và ứng
suất pháp.
4.1.4 Ứng xử cắt của đất theo độ bão hòa và hệ số đầm chặt.
Bảng 4.6 Bảng tổng hợp Sr, C, . K95 K70 K95 K70 Sr c Sr c 53,7 36 44,6 48,9 14,2 31,6 70 15,9 29,4 73,3 4,894 28,9 93,4 11,4 16,3 97,8 1,708 27,7 Nhận xét:
- Đất càng bão hịa thì khả năng chống cắt càng giảm. Đặc biệt đối với các cấp tải lớn (Ví dụ: Cơng trình có cấp tải lớn, đất đắp cao...).
4.2 Ứng dụng Geolope/w xác định Fs cho mái dốc tại các độ ẩm khác nhau, được xây dựng cho đoạn đường từ Nguyễn Chí Thanh đến bùng binh Km 5, Quốc lộ 26,
TP. Buôn Ma Thuột, Tỉnh Đắk Lak. Đặc điểm các lớp đất như sau:
- Lớp đất đắp là đất đỏ Bazan với các thông số C, , w theo bảng 3.5
- Lớp đất sét chứa nhiều sạn màu vàng sẫm lẫn ít vân đỏ nâu, trạng thái cứng, chiều
dày từ 2 - 8m. Có C = 30,2 kPa; 2
17 ;o tn 20,1kN /m
.
→ Sử dụng phương pháp tính Bishop, mơ hình Mohr Coulomb để giải bài toán sau: + Kết quả Hệ số trượt an toàn Fs khi đắp đất theo TL 1 : 1,5:
- Tại K70%:
Hình 4.10 Độ ẩm 30% - Hệ số an toàn Fs= 1,323 và cung trượt.
- Tại K95%:
Hình 4.12 Độ ẩm 23% - Hệ số an toàn Fs= 1,867 và cung trượt.
Hình 4.14 Độ ẩm 40% - Hệ số an toàn Fs= 1,212 và cung trượt.
+ So sánh Hệ số trượt an toàn tại K70% và K95%: Kết quả: W K70 K95 20% 1,581 - 23% - 1,867 30% 1,323 1,677 40% 1,195 1,212
+ Kết quả khi đắp đất theo TL 1 : 1
- Tại K70%:
Hình 4.17 Độ ẩm 30% - Hệ số an toàn Fs= 1,192 và cung trượt.
- Tại K=95%
Hình 4.19 Độ ẩm 23% - Hệ số an toàn Fs= 1,633 và cung trượt.
Hình 4.21 Độ ẩm 40% - Hệ số an toàn Fs= 1,212 và cung trượt.
+ So sánh Hệ số trượt an toàn tại K70% và K95%:
Kết quả: W K70 K95 20% 1,483 - 23% - 1,633 30% 1,192 1,515 40% 0,909 1,212
Nhận xét:
- Độ ẩm càng tăng thì Hệ số trượt an tồn sẽ giảm (Fs giảm).
Ví dụ: Đất đắp theo TL 1:1, tại K95 ở độ ẩm 23% có Fs = 1,633, ở độ ẩm 30% có Fs = 1,515, ở độ ẩm 40% có Fs = 1,212.
- Độ đầm chặt lớn, cường độ ổn định của đất cũng lớn hơn.
Ví dụ: Đất đắp theo TL 1:1, ở độ ẩm 30% tại K95 có Fs = 1,515 cịn tại K70 có Fs = 1,192
- Tại K=70%, đắp đường theo Tỷ lệ 1:1 sẽ bị trượt mái dốc (Fs = 0,909) khi đất đạt đến trạng thái bão hòa.
- Tại K=95%, cho phép đắp đường theo Tỷ lệ 1:1 với hệ số an toàn lớn hơn Fs = 1,212.
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận:
- Việc nghiên cứu đồng thời cả hai phương pháp thơng thường và đơn giản hóa của Bishop cung cấp hiểu biết đầy đủ sâu sắc hơn về phương pháp trượt cung tròn.
- Độ ẩm thay đổi càng lớn, độ hao hụt sức kháng cắt càng lớn. - Với cấp tải càng lớn, độ hao hụt sức kháng cắt càng lớn.
- Đối với mẫu được dưỡng bão hịa tại K95, kết quả thí nghiệm cho thấy sức kháng cắt thay đổi rất ít khi thay đổi ứng suất pháp (tương tự ứng xử cắt khơng thốt nước của đất sét bão hòa). Đây là do khi đất được đầm chặt, hệ số thấm của mẫu nhỏ, nước khó thốt ra khỏi mẫu trong q trình cắt đất, do đó đất biểu hiện tương tự sức kháng cắt khơng thốt nước của đất bùn sét bão hòa.
- Đối với mẫu K95 tại độ ẩm bão hịa nhưng khơng được dưỡng bão hòa, tương quan sức kháng cắt theo cấp tải cũng có xu hướng tương tự. Tuy nhiên biểu đồ sức kháng cắt đi ngang (sức kháng cắt tương tự nhau) với cấp tải ứng suất pháp từ 40 đến 80 kPa. Tại cấp tải nhỏ hơn, sức kháng cắt của mẫu giảm xuống.
- Đối với mẫu K70%, sức kháng cắt của mẫu tại độ ẩm bão hòa và mẫu dưỡng bão hòa đều tăng lên khi áp lực pháp tuyến tăng lên. Đất có xu thế ứng xử giống đất cát. Đây là do đất có độ chặt của đất nhỏ, hệ số rỗng lớn, cho phép nước thốt ra khỏi mẫu trong q trình chắt đất.
- Mái dốc mới được đắp đất ở trạng thái bảo hịa thì nguy hiểm hơn rất nhiều so với đất được đắp đủ lâu để bảo hòa.
- Tại K=70%, C tăng lên 3,288 kPa nghiêng về đất cát.
- Tại K=95%, C tăng lên 16,82 kPa (liên kết chặt chẽ hơn K=70%) nghiêng về đất sét.