8. Cấu trúc của luận văn
1.5. Xác định một số đặc tr−ng cơ học của đất từ kết quả thí nghiệm CPTu
Từ kết quả xác định trực tiếp bằng thí nghiệm CPTu, cho phép xác định một số đặc tr−ng cơ học quan trọng của đất nh− sau:
1.5.1. Xác định sức chống cắt không thoát nước
Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước và sức kháng mũi trong đất loại sét đ−ợc biểu diễn theo ph−ơng trình sau :
Trong đó:
Nkt- Hệ số của mũi xuyên thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào loại côn và loại
đất. Giá trị Nkt thường được lấy từ 10 - 30;
SuCPTu - sức chống cắt không thoát nước của đất;
σvo - ứng suất bản thân của đất;
qt- sức kháng xuyên sau khi hiệu chỉnh.
Khi biết giới hạn chảy của đất, sức kháng cắt không thoát nước của đất được
đánh giá thông qua thông số (qt- σvo) và giới hạn chảy (Wl) theo công thức 1.10:
Trong đó:
Wl - giới hạn chảy của đất;
a,b - các thông số thực nghiệm rút ra từ ph−ơng trình quan hệ theo thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm cắt trực tiếp trong phòng.
1.5.2. Xác định hệ số cố kết ngang của đất
Để xác định hệ số cố kết ngang, người ta ghi nhận lại quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng này và xác định độ tiêu tán U theo công thức:
×100
−
= −
o i
o t
u u
u
U u (1.11)
l vo t
CPTu a bw
Su q
+
= −σ
(1.9)
(1.10)
kt vo t
CPTu N
Su q −σ
=
Trong đó:
- U: là độ tiêu tán, (%);
- ut: là áp lực n−ớc lỗ rỗng đo đ−ợc tại thời điểm t;
- ui: là áp lực n−ớc lỗ rỗng đo đ−ợc tại thời điểm bắt đầu thí nghiệm tiêu tán;
- uo: là áp lực thủy tĩnh.
Qua độ tiêu tán U xác định hệ số cố kết ngang Ch
Theo Torstensson (1975) sự phân bố áp lực lỗ rỗng d− đ−ợc đánh giá theo lý thuyết giãn nở "hốc" một chiều. Quá trình cố kết ngang đ−ợc biểu thị bằng hệ số cố kết ngang Ch liên hệ theo biểu thức sau:
R2
t
Ch =T × (1.12) Trong đó: - Ch: là hệ số cố kết ngang;
- T: là nhân tố thời gian phụ thuộc vào độ tiêu tán U;
- t: là thời gian tiêu tán áp lực n−ớc lỗ rỗng d−;
- R: là bán kính "hốc’’ t−ơng đ−ơng.
Tốc độ cố kết tùy thuộc vào loại’’hốc’’, bán kính ’’hốc’’ và chỉ số độ cứng Ir:
u u
r S
I =G (1.13) Trong đó:
- Ir: chỉ số độ cứng;
- Gu: là modun kháng cắt không thoát n−ớc;
- Su: sức kháng cắt không thoát nước của đất.
Đối với đất cứng, vùng ảnh hưởng lớn, khi đó tốc độ tiêu tán của đất giảm làm tốc
độ cố kết của đất giảm.
Năm 1980, Baligh và Levadoux sử dụng phương pháp "đường biến dạng" để phân tích quá trình cố kết 2 chiều và giải thích hệ số cố kết ngang Ch. Lý thuyết này phân tích bài toán cố kết 2 chiều quanh mũi côn cho thấy rằng tốc độ tiêu tán áp lực n−ớc lỗ rỗng d− chủ yếu phụ thuộc vào hệ số cố kết ngang Ch. Khi áp lực n−ớc lỗ rỗng bắt đầu tiêu tán, ứng suất hiệu quả của đất xung quanh mũi côn tăng lên. Hệ số cố kết ngang Ch theo lý thuyết này đ−ợc Teaghi - Rendulic giải xác định theo biểu
thức sau:
2
. R
t
T=Ch (1.14)
Trong đó:
- Ch: là hệ số cố kết ngang;
- T: là nhân tố thời gian phụ thuộc vào độ tiêu tán U;
- t: là thời gian tiêu tán áp lực n−ớc lỗ rỗng d−;
- R: là bán kính đáy mũi côn.
Tuy nhiên lời giải này cho thấy chưa đánh giá được vùng ảnh hưởng của vùng
đất bị xáo động quanh mũi côn nên giá trị Ch đ−a ra là hơi thấp.
Teh và Houlsby (1991) nhận ra rằng lý thuyêt tính toán Ch phụ thuộc rất nhiều vào chỉ số độ cứng của đất và đã đ−a ra công thức xác định Ch nh− sau:
50 2. *.
t Ir T
Ch =R (1.15)
Trong đó:
- Ch: là hệ số cố kết ngang;
- T*: là nhân tố thời gian phụ thuộc vào loại côn và mức độ cố kết tra theo bảng 1.4, khi U=50% thì T*=0.245;
- t50: là thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư ứng với độ tiêu tán U=50%;
- Ir: Chỉ số độ cứng; và Ir = E/3Su;
- E là mođun biến dạng (Modun Young) đ−ợc xác định từ thí nghiệm nén cố kết trong phòng theo quan hệ ∆δ/∆e;
-Su là sức kháng cắt không thoát nước của đất (lấy theo thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc thí nghiệm cắt cánh).
Có thể nhận thấy rằng, lời giải đơn giản của Torstensson thực chất là gần giống với lời giải của Teh và Houlsby. Robertson (1992) cho rằng lời giải lý thuyết của Teh và Houlsby đánh giá hợp lý giá trị hệ số cố kết ngang Ch của đất nền.
Campanella và Robertson (1988) cho rằng, thí nghiệm tiêu tán áp lực n−ớc lỗ rỗng từ thí nghiệm Piezocone cung cấp một phương tiện kinh tế và hữu ích cho việc đánh giá gần đúng các tham số cố kết và thoát nước của đất nền.
Bảng 1. 4: Các giá trị của T*
T*(Phụ thuộc vị trí đá thấm)
§é cè kÕt
(%) Mũi côn (U1)
Sát trên mũi côn (U2)
Giữa mặt côn
Trên mũi côn 5 lần bán kính
Trên mũi côn 10 lần
bán kính
20 0,014 0,038 0,010 0,294 0,378 30 0,032 0,078 0,030 0,503 0,662 40 0,063 0,142 0,060 0,756 0,995 50 0,118 0,250 0,120 1,110 1,458 60 0,226 0,439 0,230 1,650 2,139 70 0,463 0,804 0,440 2,430 3,238 80 1,040 1,600 1,040 4,100 5,240
1.5.3. Xác định thấm ngang kh
Giá trị gần đúng của hệ số thấm ngang kh của đất nền đ−ợc xác định từ công thức của Baligh và Levadoux nh− sau:
h R vo w
h R C
k . .
. 3 , 2 σ'
= γ (1.16)
Trong đó:
kh - hệ số thấm ngang của đất;
Ch - hệ số cố kết ngang của đất tính đ−ợc từ thí nghiệm tiêu tán;
γw- khối l−ợng riêng của n−ớc;
vo
σ, - ứng suất hiệu quả của bản thân đất;
RR - hệ số nén lại, đ−ợc xác định từ thí nghiệm nén cố kết.
1.5.4 Xác định hệ số quá cố kết OCR
Hệ số quá cố kết ORC của đất là tỷ số giữa áp lực tiền cố kết (pc) và áp lực
địa tầng hiệu quả σvo' . Chúng ta đã biết, thí nghiệm xuyên CPTu có thể phản ánh lịch sử ứng suất của đất trầm tích. Ngay từ những năm 1978, nhiều tài liệu và tác giả
đã nghiên cứu và đề xuất phương pháp xác định hệ số quá cố kết ORC từ kết quả thí
nghiệm xuyên CPTu. Kulhaway và Mayne (1990) đã đ−a ra công thức tính hệ số quá cố kết ORC nh− sau:
'
2 )
(
vo
uo
K u
OCR σ
= − (1.17)
Trong đó:
- OCR: là hệ số quá cố kết của đất;
- K: là hệ số kinh nghiệm xác định trong mối quan hệ với thí nghiệm nén cố kÕt trong PTN;
- u2: là áp lực n−ớc lỗ rỗng đo đ−ợc tại vị trí giữa mũi côn và áo ma sát;
- uo: là áp lực thủy tĩnh;
- σvo' : là áp lực địa tầng hiệu quả.
1.5.5. Xác định lực dính kết không thoát nước
Lực dính kết không thoát nước của đất dính được xác định theo kết quả thí nghiệm CPTu theo công thức:
20 10 −
= c
u
c q (1.18)
Trong đó:
- cu: là Lực dính kết không thoát nước của đất;
- qc: là sức kháng xuyên đầu mũi.
1.5.6. Xác định mô đun biến dạng
Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm, độ biến dạng của đất có quan hệ tuyến tính với sức kháng xuyên đầu mũi trong kết quả thí nghiệm CPTu theo công thức:
Eo=α.qc (1.19) Trong đó: - Eo: là Modun biến dạng của đất;
- α: hệ số phụ thuộc loại đất;
- qc: Sức kháng xuyên đầu mũi.