CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
3.5. Nghiên cứu bổ sung các đặc trưng cơ học động của đất
3.5.2. Kết quả thí nghiệm cắt trượt động
3.5.2.1. Sự biến đổi áp lực nước lỗ rỗng của đất trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ
a) Cắt trượt động chu kỳ đơn phương
Kết quả nghiên cứu thể hiện ở hình 3.20 và phụ lục 32. Khi tiến hành thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ đơn phương với các độ biến dạng khác nhau (γ= 0,1%; 0,2%; 0,41%; 0,84%; 1,94%) cho thấy, áp lực nước lỗ rỗng (Udyn) tăng khi số lượng chu kỳ (n) tăng lên.
Ngoài ra, khi mẫu đất trong điều kiện cắt trượt động có độ biến dạng trượt nhỏ (γ= 0,1%, 0,2%), áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng tương đối chậm theo số lượng chu kỳ. Tuy nhiên, khi mẫu đất có cường độ biến dạng lớn hơn (γ= 0,41%, 0,84%, 1,94%) thì áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng đột ngột và mẫu đất nhanh chóng đạt đến trạng thái bị phá hủy.
84
Hình 3.20. Hệ số áp lực nước lỗ rỗng của đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương
b) Chu kỳ đa phương
Kết quả nghiên cứu thể hiện ở hình 3.21, và phụ lục 33. Thí nghiệm được tiến hành với các độ biến dạng khác nhau (γ= 0,1%, 0,41%, 0,84%, 1,94%) và độ lệch pha khác nhau (θ = 00,θ = 450, θ = 900) cho thấy: áp lực nước lỗ rỗng (Udyn) tăng khi số lượng chu kỳ (n) tăng lên. Đối với các thí nghiệm cắt trượt động lệch pha có cùng độ biến dạng trượt thì áp lực nước lỗ rỗng tăng khi độ lệch pha tăng (hình 3.21).
Hình 3.21. Hệ số áp lực nước lỗ rỗng của đất bùn á sét Phú Bài trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đa phương (độ lệch pha θ = 00, 900)
85
Kết quả thể hiện ở hình 3.21: điều kiện cắt trượt động chu kỳ đa phương với các phương cắt trượt nhỏ nhất (θ = 00) và lớn nhất (θ = 900) đã chỉ ra rằng, khi số lượng chu kỳ n tăng lên, phương cắt trượt θ tăng thì hệ số áp lực nước lỗ rỗng
𝑈𝑑𝑦𝑛
𝜎𝑣0′ cũng tăng lên. Ngồi ra, khi đất có cường độ biến dạng cắt trượt nhỏ γ = 0,1%,
hệ số áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng tương đối chậm theo số lượng chu kỳ. Khi đất có cường độ biến dạng lớn hơn (γ = 0,41%, 0,84%, 1,94%) thì áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng đột ngột và mẫu đất nhanh chóng đạt đến trạng thái bị phá hủy.
Như vậy, từ kết quả thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương cho thấy, khi đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài chịu tải trọng động chu kỳ đa phương, áp lực nước lỗ rỗng của đất lớn hơn so với khi đất chịu cắt trượt động đơn phương, đặc biệt là khi độ lệch pha (θ) càng lớn thì áp lực nước lỗ rỗng càng cao.
3.5.2.2. Ảnh hưởng của quá trình cắt trượt động đơn phương và đa phương đến sự biến đổi áp lực nước lỗ rỗng và sức kháng hóa lỏng của đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài
Trong các hình 3.22 và phụ lục 32, 33 ghi lại quá trình thay đổi và gia tăng áp lực nước lỗ rỗng của đất khi chịu cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương có độ lệch pha khác nhau (θ = 00, θ = 450, θ = 900) với từng giá trị độ biến dạng trượt (γ= 0,1%, 0,41%, 0,84%, 1,94%). Kết quả cho thấy áp lực nước lỗ rỗng tăng theo số lượng chu kỳ, tức là tăng theo quá trình gia tải của thí nghiệm cắt trượt động và tốc độ gia tăng áp lực nước lỗ rỗng khi đất bùn á sét Phú Bài trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đa phương xảy ra nhanh hơn khi trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương.
Đối với các thí nghiệm cắt trượt động đa phương có cùng độ biến dạng γ thì khi độ lệch pha (θ) tăng, hệ số áp lực nước lỗ rỗng (Udyn/σ’v0) hay áp lực nước lỗ rỗng
(Udyn) tăng. Khi áp lực nước lỗ rỗng đạt đến ứng suất tổng, quá trình gia tăng áp lực
nước lỗ rỗng sẽ ngừng lại, đất mất hồn tồn sức kháng cắt và q trình hóa lỏng trong đất xảy ra (trường hợp đất bị hóa lỏng).
Theo kết quả thể hiện ở hình 3.22 cịn cho thấy, trong điều kiện cắt trượt động mẫu đất có độ biến dạng trượt nhỏ (γ = 0,1%, 0,2%), áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng tương đối chậm theo số lượng chu kỳ cho các phương cắt trượt khác nhau. Sự khác
86
nhau về tốc độ gia tăng áp lực nước lỗ rỗng giữa các phương cắt trượt thể hiện rất rõ từ thời điểm bắt đầu gia tải đến khi xảy ra hóa lỏng và số lượng chu kỳ tại thời điểm xảy ra hóa lỏng khác nhau rõ rệt giữa các phương cắt trượt (giữa đơn phương với đa phương và giữa đa phương có độ lệch pha khác nhau). Kết quả này thể hiện rõ ảnh hưởng lớn của phương cắt trượt đến sức kháng hóa lỏng của đất bùn á sét Phú Bài khi điều kiện tải trọng động quy mơ nhỏ. Mặt khác, khi tải trọng động có cường độ độ biến dạng lớn hơn (γ ≥ 0,41%; γ = 0,41%, 0,84%, 1,94%) (hình 3.22, 3.23) thì hệ số áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng đột ngột và nhanh chóng đạt đến trạng thái bão hịa (tiệm cận bằng 1) cho tất cả các phương cắt trượt. Do đó khi γ ≥ 0,41% ảnh hưởng của phương cắt trượt lên áp lực nước lỗ rỗng và sức kháng hóa lỏng của đất bùn á sét Phú Bài khơng rõ ràng và có thể bỏ qua.
Hình 3.22. Ảnh hưởng của quá trình cắt trượt động đến sự biến đổi áp lực nước lỗ rỗng trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương (a) và đa phương (b) của
87
Ngoài ra, khi so sánh hệ số áp lực nước lỗ rỗng trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương có cùng số lượng chu kỳ n = 200, độ lệch pha θ = 900 theo độ biến dạng γ (%) của 4 loại đất: bùn á sét Phú Bài, sét Kita - Kyushu, sét vịnh Tokyo và sét Kaolin cho thấy, đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài khi trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương có hệ số áp lực nước lỗ rỗng lớn hơn so với 3 loại đất sét Kita - Kyushu, sét vịnh Tokyo và sét Kaolin (hình 3.23). Tuy nhiên trường hợp cắt trượt động chu kỳ đa phương, khi cường độ biến dạng γ ≥ 1% thì hệ số áp lực nước lỗ rỗng của đất bùn á sét Phú Bài tương đương với sét Kaolinit.
Hình 3.23. So sánh hệ số áp lực nước lỗ rỗng của 4 loại đất loại sét trong điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương (a) và đa phương với độ lệch pha θ = 900 (b)
Mặt khác, đất có chỉ số dẻo Ip càng cao thì hệ số áp lực nước lỗ rỗng Udyn/σ’v0 càng nhỏ. Các nghiên cứu đã khẳng định mức độ gia tăng của Udyn liên quan mật thiết
88
đến mức độ phá hủy kết cấu của đất loại sét. Trong cùng điều kiện cắt trượt động nếu có Udyn/σ’v0 càng lớn thì mức độ xáo động hay phá hủy kết cấu càng chậm. Do đó, từ kết quả thí nghiệm cho thấy, đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài có Udyn/σ’v0 cao nhất nên nhạy cảm nhất và dễ bị phá hủy nhất khi chịu tải trọng động (hình 3.23).