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
3.2 Sức chống cắt không thoát nước trong thí nghiệm nén ba trục
3.2.1 Sự xáo trộn của mẫu
Sự xáo trộn của mẫu có thể là nguyên nhân chính làm giảm sức chống cắt không thoát nước được tính trong phòng thí nghiệm. Sức chống cắt không thoát nước của đất sét Chicago ống mẫu thành mỏng và được tính trên các mẫu đã cắt gọt từ khối mẫu thể hiện ở hình 3.4. Sức chống cắt không thoát nước thể hiện trên hình được tính từ thí nghiệm nén không nở hông. Các dữ liệu cho thấy sức chống đo được trên các mẫu ống khoảng 70% sức chống cắt đo trên các mẫu được gia công từ khối mẫu. Sức chống cắt được đo từ thí nghiệm nén không nở hông thông thường chịu ảnh hưởng nhiều bởi sự xáo trộn hơn sức chống cắt được đo từ thí nghiệm không cố kết không thoát nước và cố kết không thoát nước của thí nghiệm nén ba trục, từ dữ liệu minh họa cho thấy sự ảnh hưởng lớn đến sức chống cắt không thoát nước từ sự xáo trộn.
Để khắc phục sự giảm ứng suất và sự giảm sức chống cắt liên kết với sự xáo trộn, các mẫu có thể được thí nghiệm nén cố kết không thoát nước của thí nghiệm nén ba trục và cố kết với bất kỳ trạng thái ứng suất mong muốn. Có hai phương pháp thường được sử dụng nhất để xác định chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cố kết không thoát nước là phương pháp nén lại và phương pháp SHANSEP.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của sự sáo trộn mẫu lên sét Chicago ( theo Terzaghi, Peck, và Mesri, 1996)
Trong phương pháp nén lại, Bjerrum (1973) đã đề xuất ra cố kết lại các mẫu cho ứng suất hữu hiệu giống nhau theo phương đứng và phương ngang, 'vovà
ho
' họ lấy tại chỗ. Tuy nhiên giả thuyết giảm lượng nước trong suốt quá trình cố kết là đủ nhỏ để xuất hiện sức chống cắt không thoát nước đại diện của các điều kiện hiện trường. Berre và Bjerrum (1973) đã đề nghị rằng đối với đất sét mềm biến dạng thể tích trong suốt quá trình cố kết có thể giảm từ 1,5 đến 4%. Nếu các mẫu bị xáo trộn, quá trình cố kết có thể làm giảm nhiều hàm lượng nước và hệ số rỗng dẫn đến đánh giá cao sức chống cắt không thoát nước. Đó là trạng thái trái ngược trong thí nghiệm không cố kết không thoát nước nơi bị xáo trộn sức chống cắt đo được sẽ giảm xuống.
Andersen và Kolstad (1979) đã đề nghị chất lượng của mẫu có thể được đánh giá trên cơ sở biến dạng thể tích của mẫu trong cách xác định giá trị đó ngoài hiện trường ứng suất hữu hiệu theo phướng đứng, 'vo hoặc trong thí nghiệm ba trục ứng suất hữu hiệu phương đúng và bên hông của mẫu được xác định trong đất. Andersen và Kolstad’s đưa ra tiêu chuẩn đánh giá chất lượng mẫu dựa trên cơ sở biến dạng thể tích được tính toán trong phòng thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Chất lượng mẫu trên cơ sở biến dạng thể tích đo trong thí nghiệm trong phòng
Chất lượng mẫu
Hoàn hảo Chấp nhận được Phá hoại Tỷ số quá
cố kết
Độ sâu
(m) Biến dạng thể tích (%)
Biến dạng thể tích (%)
Biến dạng thể tích (%)
1-1,2 0-10 < 3,0 3,0-5,0 > 5,0
1,2-1,5 0-10 < 2,0 2,0-4,0 > 4,0
1,5-2 0-10 < 1,5 1,5-3,0 > 3,5
2-3 0-10 < 1,0 1,0-3,0 > 3,0
3-8 0-10 < 0,5 0,5-1,0 > 1,0
Phương pháp SHANSEP được đưa ra bởi Ladd và Foott (1974) dựa trên cơ sở quan sát sức chống cắt không thoát nước của hầu hết đất sét không cấu trúc bị khống chế bởi lịch sử ứng suất của quá trình hình thành đất trầm tích. Theo phương pháp thì các mẫu bị cố kết dưới ứng suất K0 trong điều kiện áp lực tiền cố kết quá lớn (áp lực tiền cố kết). Đối với đất quá cố kết, các mẫu sau khi dỡ tải cho hệ số quá cố kết tương ứng (hệ số OCR). Mối quan hệ giữa OCR và sức chống cắt bình thường, su/v'đã thiết lập cho sử dụng phương pháp SHASEP. Một khi mối quan hệ giữa sức chống cắt bình thường và hệ số quá cố kết OCR được thiết lập, thì sức chống cắt không thoát nước có thể được tính toán và sử dụng các giá trị hợp lý cho ứng suất hữu hiệu tại đó, vo'và áp lực tiền cố kết.
Mặc dù có thể cố kết các mẫu đến trạng thái ứng suất Ko, các phương pháp thí nghiệm thì khó khăn và tốn nhiểu thời gian. Kết quả là, nó là cách phổ biến để cố kế đẳng hướng các mẫu bởi ứng suất hữu hiệu bằng vo'. Trong thí nghiệm nén tiêu chuẩn ba trục cố kết không thoát nước, các mẫu được cố kết đẳng hướng vo' và sau đó cắt trong thí nghiệm nén trong đó áp lực nước độ rỗng được đo.
3.2.2 Sự bất đẳng hướng
Trong thí nghiệm không cố kết không thoát nước và cố kết không thoát nước thông thường của thí nghiệm ba trục, các mẫu bị cắt trong quá trình nén, nó mô phỏng quá trình cắt trong đất. Điều này dẫn đến sức chống cắt không thoát nước được đo trên mặt phẳng phá hoại nghiêng một góc xấp xỉ (45+φ/2) từ mặt phẳng nằm ngang, hoặc khoảng 600 cho hầu hết đất sét. Mặc dù đã giảm nhiều khi thực hiện thí nghiệm nở, trong đó mô phỏng giống quá trình bị cắt trong đất, sức chống cắt trên mặt phá hoại được định hướng xấp xỉ (45-φ/2) từ mặt phẳng nằm ngang hoặc khoảng 300 cho hầu hết đất sét.
Trong đất, sự định hướng của mặt phẳng phá hoại và quá trình cắt sẽ luôn luôn biến đổi dọc theo mặt trượt. Sức chống cắt được đo trong thí nghiệm nén ba trục cũng có xu hướng lớn hơn sức chống cắt trong thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc trong thí nghiệm nở ba trục thông thường và đất nhẹ quá cố kết hạt mịm. Như vậy sức chống cắt trong thí nghiệm nén ba trục có thể được đánh giá cao sức chống cắt không thoát nước trung bình được huy động dọc theo một mặt phẳng trượt cụ thể.
3.2.3 Trạng thái biến dạng
Trong thí nghiệm nén ba trục có thể có xu hướng đánh giá cao sức chống cắt có thể huy động được trong đất do sự định hướng của mặt phẳng phá hoại, nó cùng một lúc có thể đánh giá thấp sức chống cắt do sự khác biệt giữa thí nghiệm ba trục và trạng thái biến dạng phẳng. Như đã thảo luận trước đó điều kiện biến dạng phẳng tiêu biểu cho các kết quả trong đất sức chống cắt xấp xỉ 15% cao hơn trạng thái biến dạng trong thí nghiệm ba trục.
3.2.4 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng có hai thành phần, một là thoát nước cục bộ và một là ảnh hưởng bởi tính nhớt. Mặc dù thoát nước cục bộ thường không phải là nguyên nhân sai số chính trong thí nghiệm ba trục kể từ khi thoát nước cục bộ được kiểm soát trong phòng thí nghiệm, hiệu ứng nhớt có thể dẫn đến sự khác biệt quan trọng trong sức chống cắt từ thí nghiệm ba trục và sức chống cắt có thể huy động trong đất.
Trong đất, tải xuất hiện kéo dài theo chu kỳ thời gian thường vài tuần đến vài tháng. Trong suốt quá trình thí nghiệm không cố kết không thoát nước của thí nghiệm ba trục, các mẫu bị cắt nhanh với thời gian phá hoại khoảng 5 phút, kết quả sức chống cắt thường cao hơn so với sức chống cắt mà có thể huy động được theo tốc độ biến dạng trong đất. Trong thí nghiệm cố kết không thoát nước của thí nghiệm ba trục, các mẫu bị cắt với tốc độ chậm hơn nhiều so với thí nghiệm không cố kết không thoát nước cho phép áp lực nước độ rỗng cân bằng khắp nơi trong mẫu và đo được chính xác áp lực nước độ rỗng. Thời gian thí nghiệm cố kết không thoát nước mất khoảng vài giờ, sức chống cắt ở một nơi nào đó giữa đó mà có thể huy động trong đất và sức chống cắt từ thí nghiệm không cố kết không thoát nước. Hiệu ứng nhớt được minh họa ở đồ thị 3.5. Các giá trị trong đồ thị là gần đúng, chúng minh họa cho tiềm năng của hiệu ứng nhớt ứng với các mức tải khác nhau. Từ đồ thị cho thấy hiệu ứng nhớt của sức chống cắt không thoát nước có thể huy động trong đất có thể khoảng 10% thấp hơn sức chống cắt đo được trong thí nghiệm cố kết không thoát nước. Từ biểu đồ cho thấy sức chống cắt đo được trong thí nghiệm không cố kết không thoát nước cao hơn khoảng 15% sức chống cắt đo được trong thí nghiệm cố kết không thoát nước.
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng tốc độ biến dạng của sét cố kết thường (từ Ladd và DeGroot, 2003)
Trong các mẫu, trong thí nghiệm tiêu chuẩn cố kết không thoát nước của thí nghiệm ba trục được cắt với tốc độ chậm đủ để cho phép đo chính xác áp lực nước độ rỗng và xác định ứng suất hữu hiệu, nó có thể thích hợp hơn để cắt các mẫu giống nhau, sử dụng cắt tốc độ cao ( cắt nhanh) trong thí nghiệm không cố kết không thoát nước nếu trong thí nghiệm đang được thực hiện để xác định sức chống cắt không thoát nước so sánh với điều kiện thí nghiệm không cố kết không thoát nước. Quá trình cắt mẫu trong thí nghiệm cố kết không thoát nước và không cố kết không thoát nước tốc độ giống nhau, thì kết quả của cả hai thí nghiệm có thể được so sanh trực tiếp mà không cần xem xét đến ảnh hưởng của tốc độ biến dạng. Điều này đặc biệt hữu ích khi sử dụng thí nghiệm cố kết không thoát nước để đánh giá sự ảnh hưởng của sự xáo trộn trên sức chống cắt không thoát nước được đo trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, trong các mẫu thực hành thí nghiệm cố kết không thoát nước rất hiếm khi, nếu có khi nào, sử dụng tốc độ cắt giống nhau cho thí nghiệm không cố kết không thoát nước.
Do sự khác biệt trong tốc độ biến dạng, thí nghiệm không cố kết không thoát nước của thí nghiệm ba trục có thể sức chống cắt xấp xỉ 10% cao hơn trong thí nghiệm cố kết không thoát nước. Sự khác biệt này sẽ được bù đắp bởi nhiều yếu tố khác. Vì điều này, ảnh hưởng của tốc độ biến dạng có thể bỏ qua khi so sánh sức chống cắt từ hai thí nghiệm. Ngoài ra, các tác động của tốc độ biến dạng