CHƯƠNG 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN GIÁ TRỊ SỨC CHỐNG CẮT KHỐNG THOÁT NƯỚC 3.1. Các yếu tố tổng thể ảnh hưởng lên sức chống cắt không thoát nước
3.3. Sức chống cắt không thoát nước được tính trong thí nghiệm cắt cánh
3.3.4 Hệ số hiệu chỉnh của thí nghiệm cắt cánh
Sử dụng kết quả đo sức chống cắt không thoát nước trong thí nghiệm cắt cánh cho thiết kế đã dẫn đến đánh giá cao các yếu tố an toàn và dẫn đến các phá hoại bất ngờ. Để sử dụng sức chống cắt không thoát nước trong thí nghiệm cắt cánh cho thiết kế cần phải xem xét, sửa chữa các yếu tố ảnh hưởng như: sự xáo trộn, sự bất đẳng hướng và sự hiệu ứng nhớt.
Việc hiệu chỉnh được sử dụng rộng rãi cho thí nghiệm cắt cánh đến từ Bjerrum (1972, 1973). Bjerrum đã tính toán các yếu tố an toàn cho các tài liệu phá hoại của đào sâu, kè, móng sử dụng sức chống cắt không thoát nước đo được trong thí nghiệm cắt cánh. Việc tính toán các yếu tố an toàn, FS, sau đó vẽ lại theo chỉ số dẻo Ip, của đất và một đường thẳng phù hợp với các dữ liệu. Trên đồ thị đó, Bjerrum đã đưa ra hệ số điều chỉnh cho thí nghiệm cắt cánh μ=1/FS. Sử dụng mối quan hệ này, sức chống cắt không thoát nước được hiệu chỉnh, Su-FVc, có thể được tính toán như sau.
Su-FVc= Su-FVμ (3.4)
Hệ số hiệu chỉnh Bjerrum và dữ liệu được thể hiện ở hình 3.9, cùng với các dữ liệu bổ sung được biên soạn bởi Terzaghi, Peck, Mesri (1996). Các dữ liệu bổ sung cho thấy mở rộng nhiều hơn các dữ liệu được đưa ra bởi Bjerrum. Terazaghi, Peck, Mesri (1996) đưa ra sự mở rộng này là do thực tế rằng các dữ liệu đến từ các nơi trên thế giới và vì sự khác biệt trong các thao tác thí nghiệm và các dụng cụ thí nghiệm được sử dụng. Như đã thể hiện trong các phần trước, sự thay đổi trong bề dày lưỡi dao, thời gian chờ đợi, tốc độ quay có thể ảnh hưởng đến sức chống cắt trong thí nghiệm cắt cánh. Terzaghi, Peck và Mesri cũng đưa ra đề nghị giảm thêm 0,85 cho đất hữu cơ, không bao gồm đất than bùn.
Hình 3.9. Hệ số hiệu chỉnh của Bjerrum (theo Terzaghi, Peck, và Mesri, 1996)
Trong khi hiệu chỉnh hệ số μ đã đem đến sự tính toán các hệ số góp phần sự khác biệt giữa sức chống cắt không thoát đo được trong thí nghiệm cắt cánh và sức chống cắt không thoát nước có thể huy động trong đất. Bjerrum đã đưa ra một cách chính xác hơn về các yếu tố ảnh hưởng như tính bất đẳng hướng, tốc độ biến dạng có thể xem một cách riêng lẻ.
μ =μRμA (3.5)
μR là một hệ số hiệu chỉnh cho ảnh hưởng của tốc độ mà phụ thuộc vào chỉ số dẻo của đất sét và μA là hệ số hiệu chỉnh chi tính bất đẳng hướng của đất sét đó sẽ phụ thuộc vào góc nghiêng của mặt phá hoại và chỉ số dẻo của đất sét. Hệ số
hiệu chỉnh của Bjerrum (1973) được vẽ và đánh giá sự hiệu chỉnh của tốc độ biến dạng và tính bất đẳng hướng trong hình 3.10. Như hình 3.10 cho thấy sức chống cắt không thoát nước đo được trong thí nghiệm cắt cánh trong đất sét có tính dẻo thấp sẽ hơi cao hơn sức chống cắt có thể huy động trong đất do tính bất đẳng hướng của đất sét nạc. Đối với đất sét nạc, Ip<20, thì sức chống cắt không thoát nước đo được trong thí nghiệm cắt cánh có thể nhỏ hơn sức chống cắt có thể huy động được, tức là μ>1, do sự xáo trộn liên kêt với cánh chèn ( Chadler 1988). Hình 3.13 cho thấy đối với đất sét dẻo cao ảnh hưởng của tốc độ biến dạng sẽ ảnh hưởng đến sự huy động sức chống cắt thấp hơn đáng kể sức chống cắt đo dược trong thí nghiệm cắt cánh.
Giữ với ý tưởng của Bjerrum là đúng đăn khi chia các yếu tố ảnh hưởng của tốc độ biến dạng và tính bất đẳng hướng, Chandler đã diễn đạt sự đánh giá của Bjerrum về mối quan hẽ giữa hệ số hiệu chỉnh của ảnh hưởng tốc độ biến dạng, μR, và chỉ số dẻo, Ip, thể hiện trong hình 3.13 theo công thức:
μR = 1.05 – b( Ip)0,5 (3.6)
Giá trị b phụ thuộc vào thời gian phá hoại, tf , sự hiệu chỉnh là cần thiết. Giả thiết của Chandler tf=10,000 phút khi hiệu chỉnh công thức μR của Bjerrum. tf=100 phút, b=0,03; cho tf=10,000 phút, b=0,045. Tổng quát hơn 10 phút< tf< 10,000 phút:
b = 0,015-0,0075log tf (3.7)
Hình 3.10. Ước lượng hiệu chỉnh cho tốc độ và ảnh hưởng bất đẳng hướng theo Bjerrum (theo Chandler, 1988)
Chandler đã so sánh diễn đạt của mình cho μR từ dữ liệu được chọn trong thí nghiệm cắt cánh ( hình 3.11) với thời gian phá hoại 10,000 phút và 100 phút và tìm thấy sự phù hợp rõ ràng của cả hai. Trong khi Chandler nghĩ rằng sự phù hợp có thể là ngẫu nhiên, ông đã tin điều đó và khẳng định tầm quan trọng của tốc độ biến dạng và sự phụ thuộc vào độ dẻo. ASTM (2007a) đã đề nghị sử dụng hệ số điều chỉnh trong công thức 3.6 với b=0,045(tf=10,000 phút).
Hình 3.11. So sánh giá trị μR xác định từ thí nghiệm cắt cánh với tf =10000 phút và tf = 100 phút với giá trị ước lượng μR (theo Chandler, 1988)
Mặc dù Chandler và Bjerrum đã từng cố gắng để tách các hệ số hiệu chỉnh bất đẳng hướng (μA) và ảnh hưởng của tốc độ biến dạng (μR), điều đó dường như không cần thiết và thiếu tính thực tế. Bjerrum chỉ có thể đánh giá hệ số μR. Ngoài ra hệ số hiệu chỉnh μA sẽ phư thuộc trên sự định hướng của mặt phẳng phá hoại, nó có khả năng sẽ thay đổi dọc theo chiều dài của một mặt trượt trong đất. Ngoài ra, Chandler chỉ có thể xác minh tầm quan trọng tương đối của hệ số μR của Bjerrum.
Hệ số hiệu chỉnh μ của Bjerrum dựa trên sự tính lại sức chống cắt từ sự phá hoại thực tế trong đất, hệ số điều chỉnh dường như thực tế và đáng tin cậy hơn. Hệ số hiệu chỉnh μ không chỉ có lợi thế tính toán cho bất đẳng hướng và tốc độ biến dạng nhưng nó có thể tính nguồn gốc của các lỗi như là sự xáo trộn liên quan đến chèn cánh và sự phá hủy dần trong suốt quá trình gia tải trong đất.