TRANG THÁI TỚI HẠN 173
6.5 TRẠNG THÁI TỚI HẠN CUA CAT VÀ CAC LOAI VAT LIEU ROI KHÁC
Trong phần trước chúng ta đã thảo luận xung quanh hình 6.14 và chứng tổ sự tổn tại của đường trạng thái tới hạn đã rút ra những kết luận có tính chất định tính. Trong những thí nghiệm thoát nước bất đầu tiến hành với một ứng suất có hiệu nào đó thì sét cố kết thường lúc đầu có tỉ thể tích lớn sẽ eo trở lại trong quá trình nén mẫu, trong khi đó sét quá cố kết nặng lúc đầu có tỉ thể tích nhỏ sẽ
TRANG THA! TOI HAN 189
dãn nở trong quá trình nén mẫu. Riêng đối với cát thì hiển nhiên ai cũng biết rằng cát xốp sẽ co lại và cát chặt sẽ đãn ra khi nén mẫu.
Cả sét và cát đều giống nhau đặc tính này cho nên có thể cho rằng trạng thái tới hạn là đặc tính chung về tính ứng xử của đất.
a) b)
Hinh 6.14 a) Cat chat dan ra khi chiu edt
b) Cát xếp nén lại khi chịu cắt
Khi một đống vật liệu hình cầu đều hạt biến đạng sẽ dẫn đến sự thay đổi thể tích của đống vật liệu. Đống vật liệu hình câu trạng thái xốp trong hình 6.14a rõ ràng là dễ mất ổn định và sẽ sụp xuống ngay khi xảy ra biến dạng trượt, đống vật liệu hình cầu trạng thái chặt trong hình 6.14b chỉ có thể biến dạng trượt khi lớp hạt bên trên trườn lên bên trên lớp hạt phía đưới. Sự sắp xếp của vật liệu rời thật phức tạp hơn nhiều nhưng cách biến dạng thì hầu như giống nhau.
Cassagrand (1936) đã mô tả đường cong quan hệ giữa ứng suất và biến đạng trong thí nghiệm cắt trực tiếp các mẫu cát chặt và các mẫu cát xốp (H.6.15).
Trong quá trình cắt mẫu cát chặt, ứng suất cắt tiến tới giá trị tối đa 8p tại điểm B trên đường cong. Nếu biến dạng tiếp tục xấy ra thì ứng suất cắt sẽ giảm dân đến một giá trị nhỏ hơn và không đối dù biến dạng vẫn tiếp tục xảy ra. Trong giai đoạn sức chống cắt giảm thì _ mẫu cát tiếp tục dân nở (đường EG), sau cùng tiến tới hệ số rỗng tới hạn trong khi biến dạng vẫn tiếp tục với ứng suất cắt không đổi S¡.
Tuy nhiên, trong quá trình cắt mẫu cát xốp với áp lực pháp tuyến không đổi thì ứng suất cắt tăng dân đến sức chống cắt Š„. Nếu biến dạng tiếp tục xảy ra và vượt qua điểm này thì sức chống cắt vẫn không thay đổi. Rõ ràng là thể tích của cát vào lúc này phải tương ứng với hệ số rỗng tới hạn đã đạt được trong thí nghiệm trên cùng loại cát nhưng ở trạng thái chặt. Cho nên những đường cong diễn tả
sự thay đổi thể tích trong thí nghiệm cắt trên mẫu cát chặt và mẫu cát xốp phải cùng tiến về hệ số rỗng tới hạn khi mẫu đạt tới điều
kiện đừng.
190 GHUONG 6
Ứng suất cắt
F Gát xốp nén lại Cat chat
G He 86 ring
5 ` lúc biển dạng 3
8 3 8 \_ liên tục xây ra
: a,
D Cát chặt dõm ra
————— Biển
Ứng suất cắt dạng
trượt
a) b)
Hình 6.15 Sự biến đổi thể tích của cát chặt uà cát xốp
trong quá trình cắt mẫu Casagrand đã đi kết luận: “Mọi loại đất rời đều có một hệ số rỗng tới hạn và khi đạt tới giá trị này thì đất có thể tiếp tục biến dạng hoặc thậm chi la chảy thì thể tích cũng không đổi”.
Két qua thí nghiệm trên mẫu cát (Vesic và Clough, 1968) duge mé ta trong hinh 6.16.
Hình 6.16a,b,c (các đường cong A,B) trình bày kết quả thí nghiệm trên các mẫu cát lúc đầu ở trạng thái chặt và các mẫu lúc đâu ở trạng thái xốp với ứng suất có hiệu trung bình p` = 98ÈPa. Rõ ràng thí nghiệm đã gặp khó khăn với mẫu cát chặt là không thể tiến tới điêu kiện tới hạn, trong đó mẫu vẫn tiếp tục biến đạng với thể tích không đổi (đường cong A trong hình 6.16e). Tuy nhiên, đối với mu cat xốp thì có thể xác định được hệ số rỗng tới hạn là 0,9 (giá trị này của hệ số rỗng tới hạn cũng cho biết mẫu cát lúc đầu ở trạng thái chặt dãn nở thể tích chừng 17%).
TRẠNG THÁI TỚI HẠN 191
íp' 2
a)
b)
eC B _”
1,8Ƒ , a7 a - v 17h
1,6Ƒ
ce) je Coy
9 10 20
su %
Hình 6.16 Cúc thí nghiệm nên ba trục thoát nước trên cát uới ứng suất có hiệu trung bình không đổi. Các mẫu cát chặt: A(), p` = 98kPa, vp = 1,69;
Cle), p’ = 207MPa, v, = 1,72; D(4), p’ = 34,4MPa, v, = 1,69. Cac mẫu cút xốp:
BU), p’ = 98kPa, v, = 2,03; a) Tỷ số ứng suất qip' uà biến dạng trượt ty b) Biến dạng thể tích e, uà biến dạng trượt &; ©) Ty thé tich v va bién dang
trượt +; (theo Vesic vd Clough, 1968)
Cũng trong hình 6.16, Vesic và Clough còn trình bày kết quả thí
nghiệm ba trục với các ứng suất có hiệu trung bình khác. Ảnh hướng
của việc gia tăng ứng suất có hiệu trung bình p' lên biến đạng thể tích của các mẫu có cùng hệ số rỗng ban đầu có thể nhận thấy trong hình 6.16a,b (đường cong A, C, và D). Việc gia tăng ứng suất có hiệu trung bình p' đã làm mất đỉnh của đường cong quan hệ giữa ứng suất và biến đạng thường thấy trong những thí nghiệm kinh điển. Điều này có thể nhận thấy ở đường cong quan hệ với áp lực trung bình nhỏ nhất trong hình 6.16a. Ngoài ra trong hình 6.16a thì ứng xử của đất thay đổi khi ứng suất có hiệu trung bình thay đổi trong lúc hệ số rỗng hầu như không đổi. Người ta cũng nhận thấy rằng ứng xử của đất thay đổi khi hệ số rỗng ban đầu thay đổi trong lúc ứng suất trung bình không đổi.