Tương quan S u theo độ sâu và mức độ nén chặt

CHƯƠNG 4. TƯƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC CỦA SÉT MỀM THEO ĐỘ SÂU VÀ MỨC ĐỘ NÉN CHẶT 4.1. Đặc điểm sức chống cắt không thoát nước của sét mềm bão hòa nước khu vực nghiên cứu

4.3. Tương quan S u theo độ sâu và mức độ nén chặt

Một trong các phương pháp thí nghiệm hiện trường đánh giá sức chống cắt không thoát nước của sét mềm đáng tin cậy là cắt cánh. Để đảm bảo việc thể hiện sức chống cắt trong điều kiện thế nằm tự nhiên, việc cắt cánh được thực hiện bằng cách ấn trực tiếp cánh cắt xuống đến độ sâu thí nghiệm và tiến hành cắt.

Do đất yếu trong phạm vi khảo sát hầu hết ở trạng thái cố kết thường nên sức chống cắt không thoát nước tăng tuyến tính theo độ sâu với tương quan khá chặt chẽ.

LỚP BÙN SÉT

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0 24,0

26,0

28,0

30,0

0 5 10 15 20 25 30

Su(KPa)

Độ sâu Z(m)

Su cua LKT1 Su cua LKT2 Su cua LKT3 Su cua OMN Su cua LH Su cua PQ1 Su cua PQ2 Su cua BC Su cua BC1 Scu cua BC4 Su cua RM1 Su cua RM2 Su cua MU 1 Su cua MU 2 Su cua TQĐ Su cua TQH SU cua LKT4 Su cua LKT5 SUcua LKT6 Su cua LKT7 Su cua LKT8 Su cua LKT9 Su cua LKT10 Su cua LKT11 Su cua LKT12 Su cua LKT13 Su cua LKT14 Su cua LKT15 Su cua LKT16 Su cua LKT17 Su cua LKT18 Su cua LKT19 Su cua LKT20 Su cua LKT21 Su cua LKT22 Su cua LKT23 SU cua LKT24 Su vua LKT25 Su cua LKT26 Su cua LKT27 Su cua LKT28 Su cua LKT29 Su cua LKT30 SU cua LKT31 Su cuaLKT32 Su cua LKT33

Hình 4.3. Kết quả thí nghiệm cắt cánh tại 46 vị trí (từ thí nghiệm cắt cánh VST)

LỚP BÙN SÉT

Z = 2,1537Su - 27,789 R2 = 0,9739

hay Su= 0,464Z+12,902

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0 5 10 15 20 25 30

Su (KPa)

ĐỘ SÂU Z(m)

Hình 4.4. Quan hệ Su (trung bình) theo độ sâu (từ thí nghiệm cắt cánh VST)

Từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường của 46 mẫu được thể hiện ở hai hình 4.3 và hình 4.4 ta thấy sức chống cắt không thoát tăng dần theo độ sâu

Quan hệ tỷ số u'

vo

S



 

 

 

và độ sâu thể hiện rõ ràng nhất theo kết quả cắt cánh. Ở

đây, từ độ sâu 10m trở lên, quan hệ 'u

vo

S



 

 

 

và độ sâu có đặc điểm phi tuyến và tỷ số

' u vo

S



 

 

 

giảm dần theo độ sâu. Từ độ sâu 10m trở đi, quan hệ này có dạng gần như

tuyến tính, tỷ số 'u

vo

S



 

 

 

dao động trong phạm vi 0,18 ÷ 0,22.

HỆ SỐ TƯƠNG QUAN (Su/s'v) VỚI ĐỘ SÂU (Z)

y = 2,0355x-1,2145 R2 = 0,9976 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

ĐỘ SÂU Z(m)

Hình 4.5. Biểu đồ quan hệ của (

v

Su

' )theo độ sâu từ thí nghiệm cắt cánh

Hệ số tương quan giữa 'u

vo

S



 

 

 

và z ở hình 4.5 có giá trị 0,9976. Trong trường hợp này, chúng tôi tiến hành thiết lập tương quan theo 2 độ sâu khác nhau: đoạn 1 từ mặt đất đến độ sâu 10m, đoạn 2 từ 10m trở đi, việc lựa chọn độ sâu này căn cứ trên cơ sở số liệu khảo sát giá trị OCR đã có trước đó (mục 4.2). Đất yếu của khu vực có đặc điểm quá cố kết trong phạm vi 10m trở lại, còn từ độ sâu này trở đi thì có đặc điểm cố kết thường. Hệ số tương quan 'u

vo

S



 

 

 

và z từ độ sâu 10m trở lại có giá trị R2=0,9976 tỏ ra khá chặt chẽ

Sức chống cắt không thoát nước Su nên được đánh giá theo mức độ nén chặt (thông qua hệ số rỗng e, độ ẩm W% hay biến dạng thể tích v%) từ thí nghiệm nén cố kết với nhiều cấp nén tương ứng với nhiều trạng thái độ chặt khác nhau.

y = 1,4818e-0,0013x R2 = 0,9877

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

10 100 1000

Áp lực P'(kPa)

Hệ số rỗng(e)

Hình 4.6. Biểu đồ quan hệ giữa e-ln(P’)

Để đánh giá độ chặt của đất theo trạng thái ứng suất, chúng tôi sử dụng kết quả nén lún để làm cơ sở tổng hợp. Kết quả tổng hợp dữ liệu thí nghiệm nén lún của hàng loạt mẫu đất (157 mẫu) ở khu vực khảo sát được thể hiện ở hình 4.6. Ở đây giá trị hệ số rỗng theo các cấp ứng suất nén từ 157 mẫu. Ở đây có thể thấy rằng tương quan giữa e và v’ theo hàm số mũ có dạng:

e *  1 , 4818 . e0,0013'v (4.1) Với hệ số tương quan R2=0,9877.

Như vậy, giá trị hệ số rỗng e có thể xác định được khi đã biết ứng suất nén tác dụng v’.

Như đã trình bày ở trên, sức chống cắt không thoát nước từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường thể hiện được ứng xử của đất nền ở thế nằm tự nhiên với độ chặt tương ứng nên phù hợp ứng xử thực tế và đáng tin cậy. Tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước Su với độ chặt (thể hiện thông qua giá trị e và

’ tác dụng) là tương quan hợp lý được lựa chọn để áp dụng có ý nghĩa thực tiễn cao trong công tác dự báo Su. Các tương quan tổng hợp này được thể hiện ở hình 4.7 và hình 4.8.

Các kết quả nghiên cứu tương quan sức chống cắt không thoát nước chỉ ra rằng Su phụ thuộc vào nhiều yếu tố: (1) Điều kiện và phương pháp thí nghiệm; (2) Lịch sử ứng suất (giá trị OCR); (3) Tính giãn nở (thông qua Af); (4) Tính bất đẳng hướng (điều kiện phân tích) [9].

Việc xét các yếu tố này nhằm dự tính Su gặp nhiều khó khăn do không thể dự báo được các giá trị Af, OCR, trong quá trình xây dựng. Ngoài ra, tương quan giữa Su và độ chặt của đất (e) cũng chưa cho phép xác định được Su trong tính toán công trình trên đất yếu. Do đó, để dự báo sự gia tăng Su của sét mềm trong quá trình xây dựng, nhất thiết phải xét đến sự thay đổi ứng suất tác dụng gây ra quá trình cố kết cho sét mềm (làm tăng độ chặt của đất)

Từ đó có thể rút ra rằng tương quan giữa ứng suất tác dụng (’)– độ chặt tương ứng (e) của sét mềm và sức chống cắt không thoát nước (Su) rất chặt chẽ và quan hệ mật thiết lẫn nhau (quan hệ ’- e – Su).

Thiết lập được mối tương quan giữa 3 đại lượng này cho phép dự báo được sự gia tăng Su dưới tác dụng của quá trình gia tải xây dựng, cũng như xác định mức độ cố kết của đất nền tại độ sâu nào đó.

HỆ SỐ TƯƠNG QUAN (Su/e) VỚI ỨNG SUẤT HỮU HIỆU (s'v)

y = 15,463x - 134,84 R2 = 0,9838

0

20

40

60

80

100

120

140

5 10 15 20

ỨNG SUẤT HỮU HIỆUs'v(kPa)

Hình 4.7. Biểu đồ quan hệ của ( e Su

) theo ứng suất bản thân

HỆ SỐ TƯƠNG QUAN (Su/e) VỚI ĐỘ SÂU (Z)

y = 2,3358x - 20,368 R2 = 0,9838

0

5

10

15

20

25

5 7 9 11 13 15 17 19

ĐỘ SÂU Z(m)

Hình 4..8. Biểu đồ quan hệ của ( e Su

) theo độ sâu từ thí nghiệm cắt cánh

Rõ ràng tương quan Su

e theo độ sâu hay theo ứng suất hữu hiệu mang đặc điểm tuyến tính rõ rệt với giá trị hệ số tương quan rất cao R2=0,9838.

Tương quan chặt chẽ giữa sức chống cắt không thoát nước của sét mềm của khu vực thể hiện thông qua các biểu thức sau:

368 , 20 .

23358 ,

0 



 



 

e

z Su (4.2)

84 , 134 .

463 ,

' 15





 



 

e Su

v (4.3)

Bảng 4.1 Dự tính 



 



 e Su

theo độ sâu và trạng thái ứng suất.

Độ sâu

Áp lực bản thân

tương ứng

Hệ số rỗng e chuyển đổi

z(m) s'v(kpa) e = 1,4818exp(-0,0013'v)

Su trung

bình (VST)



 



 e Su











v

Su

'

2,0

13,2 1,46 13,73 9,43 1,04

4,0

26,5 1,43 15,01 10,48 0,57

6,0

39,7 1,41 15,70 11,16 0,40

8,0

53,0 1,38 16,97 12,27 0,32

10,0

66,2 1,36 17,90 13,16 0,27

12,0

79,4 1,34 19,12 14,30 0,24

14,0

92,7 1,31 19,89 15,14 0,21

16,0

105,9 1,29 19,25 14,91 0,18

18,0

119,2 1,27 20,50 16,15 0,17

20,0

132,4 1,25 21,57 17,29 0,16

Như vậy, từ kết quả tổng hợp và tương quan giữa ứng suất nén và hệ số rỗng có thể xác định được độ chặt thông qua hệ số rỗng của đất khi biết ứng suất tác dụng. Từ tương quan sức chống cắt không thoát nước theo độ sâu có thể xác định tương quan tương ứng sức chống cắt không thoát nước theo ứng suất tác dụng. Từ

hai tương quan này, hoàn toàn có thể xây dựng được tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước Su theo ứng suất tác dụng (theo độ sâu) và hệ số rỗng (là độ chặt).

Tương quan xây dựng được có thể có độ tin cậy cao và được sử dụng cho việc dự tính giá trị Su theo mức độ cố kết và mức độ nén chặt của đất nền.

4.4 Kết luận chương

Từ kết quả tổng hợp phân tích trên sét mềm bão hòa nước có thể thấy rằng:

- Sức chống cắt không thoát nước của sét mềm có xu hướng gia tăng theo qui luật tuyến tính theo độ sâu và phụ thuộc đáng kể vào độ chặt của đất nền.

- Sức chống cắt từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường thể hiện ứng xử trong điều kiện thế nằm tự nhiên có xu hướng tăng theo độ sâu theo qui luật tuyến tính.

- Tương quan e Su

theo độ sâu hay v' có đặc điểm tuyến tính theo độ sâu.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Từ kết quả tổng hợp 157 mẫu thí nghiệm nén cố kết, 46 điểm thí nghiệm cắt cánh hiện trường của lớp đất sét mềm ở các độ sâu khác nhau ở khu vực tỉnh Vĩnh Long, trên cơ sở các tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước theo độ chặt và theo trạng thái ứng suất (theo độ sâu), có thể rút ra các kết luận chính cho luận văn như sau:

1- Sức chống cắt không thoát nước của khu vực khảo sát tăng theo qui luật tuyến tính theo độ sâu và có thể biểu diễn dưới dạng:

Su = 0,464z+12,902 (Với hệ số tương quan R2=0,974)

2- Trong phạm vi nền quá cố kết nhẹ đến độ sâu 10m, tương quan giữa tỷ số









v

Su

' và độ sâu tuân theo qui luật phi tuyến dưới dạng:

z =2,0355 









v

Su

'

-1,2145

(Với hệ số tương quan R2=0,9976)

3- Từ độ sâu 10m trở xuống, đất nền khu vực ờ trạng thái cố kết thường, tương quan giữa 









v

Su

' và độ sâu tuân theo qui luật tuyến tính với giá trị 









v

Su

' dao động trong phạm vi từ 0,18-0,22.

4- Tương quan giữa 



 



 e Su

và ứng suất theo phương đứng tuân theo qui luật tuyến tính:

v

' = 15,463 



 



 e Su

-134,84 (Với hệ số tương quan R2=0,9838)

5- Tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước và ứng suất nén tác dụng có dạng:

' ' '

0013 , 0013 0

, 0

' . 12 , 92 .

0959 ,

0 e v e v

Su v



    



KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở các tương quan thiết lập được và kết quả nghiên cứu tổng hợp, có thể rút ra các kiến nghị như sau:

- Trên cơ sở tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước và ứng suất hữu hiệu, có thể ước lượng giá trị Su theo kinh nghiệm tương ứng với độ sâu.

- Có thể sử dụng các tương quan nghiên cứu khu vực trên khi dự báo giá trị Su theo thời gian ở độ sâu nào đó dưới tác dụng của công trình đắp khi đánh giá được giá trị ứng suất nén hữu hiệu tác dụng.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng, Cơ học đất, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội , 2000

2. Võ Phán, Phan Lưu Minh Phượng, Cơ học đất, NXB Xây Dựng, 2010 3. Bùi Trường Sơn, Địa chất công trình, NXB Đại học quốc gia TP. HCM 4. Bùi Trường Sơn, Nguyễn Trùng Dương:Ổn định lâu dài của nền đất yếu

bão hòa nước dưới công trình san lấp khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và Đồng Bằng Sông Cửu Long trên cơ sở mô hình Camclay, Tạp chí Địa kỹ thuật, số 1 năm 2007, trang 25-30

5. Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải: Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu, NXB Giao thông vận tải, tái bản lần 2, 2006

6. Nguyễn Văn Thơ, Nguyễn Thị Thanh: Xây dựng đê đập, đắp nền tuyến dân cư trên đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, NXB Nông nghiệp, 2002 7. Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ

Đức Lực: Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam, Đại học Bách khoa Tp.HCM, 1990

8. Braja M. Das: Advanced Soil Mechanics, Yaylor & Francis Group, 2008

9. V.Đ. Lomtagze: Địa chất công trình, Thạch luận công trình (bản dịch), NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1978

10. R. Whitlow: Cơ học đất (bản dịch), Tập 1, Tập 2, NXB Giáo dục, 1999 11. 22TCN 262-2000-Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất

yếu, NXB Giao thông vận tải, 2001

12. 22TCN355-06:Qui trình thí nghiệm cắt cánh hiện trường, 2006

13. 20 TCN 174-89: Đất xây dựng- Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh, 1989 14. Tiêu chuẩn ASTM: D2166 Standard Test Method for Unconfined

Compressive Strength of Cohesive, 2006

15. Tiêu chuẩn ASTM: D2850 Standard Test Method for Unconsolidated- Undrained Triaxial Compression Test on Cohesive Soils, 2007