CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18
3.5. Khảo sát địa chất, một số thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất
Việc tính toán hố đào sâu phụ thuộc rất nhiều vào thông số địa chất, nên việc khảo sát địa chất và chọn loại thí nghiệm thích hợp với từng loại đất cũng như phù hợp với loại mô hình tính là rất quan trọng. Thực tế, đa số thí nghiệm khảo sát địa chất chủ yếu phục vụ cho việc thiết kế nền móng.
Cơ bản có hai cách lựa chọn phương pháp thí nghiệm: lựa chọn theo phương pháp nền móng và lựa chọn phương pháp khảo sát phụ thuộc vào loại đất. Bảng bên dưới trình bày sự lựa chọn phương pháp khảo sát theo loại đất cho một số loại đất.
Bảng 3. 1. Lựa chọn phương pháp khảo sát theo loại đất
PP khảo sát Bản chất đất
Phương pháp khoan
Phương pháp lấy mẫu nguyên dạng
Phương pháp Thí nghiệm hiện trường Xoay
thổi rửa
Khoa n dập
cáp
Xoay ống
mẫu lồng Đóng ống mẫu
Nén mẫu pittông
Xuyên Nén ngang PMT
Cắt cánh Đơ VST
n Đôi SP
T CPT
Bùn sét mềm yếu x xx 0 0 0 xx - x - xx
Than bùn x x 0 0 0 xx - x 0 xx
Sét cứng vừa x xx x x x 0 x x xx x
Sét rất cứng xx x x xx x 0 x x xx 0
Bụi (sét pha cát) xx x 0 0 - - x xx x 0
Cát chảy, bảo hòa xx x 0 0 0 0 x xx x 0
Cát chặt xx x 0 0 0 0 xx xx xx 0
Cát lẫn sạn xx - 0 0 0 0 xx x xx 0
xx: phương pháp hiệu quả, kiến nghị sử dụng; x: phương pháp sử dụng được
⎯ : Phương pháp kém hiệu quả; 0: phương pháp không ý nghĩa hoặc không thể áp dụng Nguồn: Trần Văn Việt, 2013.
3.5.2. Thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất
Ứng xử của đất thông thường được diễn tả dưới hai trạng thái là ứng xử không thoát nước (khi phân tích ngắn hạn) hay ứng xử thoát nước (khi phân tích dài hạn). Trong phân tích, thông thường ứng xử thoát nước hay không thoát nước đều được phân tích bằng ứng suất hữu hiệu. Tuy nhiên, một số trường hợp đối với sét, ứng xử không thoát nước được phân tích bằng ứng suất tổng nhằm tránh việc dự báo áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất sét và quá trình thoát nước diễn ra không kịp.
Theo quan điểm của Skempton thì, đất sét có hệ số thấm nhỏ và thời gian chất tải đủ nhanh nước không thoát được nên không gây ứng suất cắt trong đất. Vậy khi phân tích ổn định khối đất sét nên phân tích theo ứng suất tổng và sức chống cắt của đất là sức chống cắt trong điều kiện không thoát nước cu. (Trần Quang Hộ, 2011).
Trong phân tích ổn định tổng thể hố đào là ứng xử không thoát nước an toàn hơn
ứng xử thoát nước. Theo Atkinson, các loại móng, nền đắp nếu xét theo thời gian thì cường độ tăng lên do thoát nước, còn tường chắn trong các hố đào có hệ số an toàn giảm theo thời gian, hay nói cách khác, phân tích dài hạn với ứng xử thoát nước có hệ số an toàn ổn định tổng thể nhỏ hơn so với phân tích ngắn hạn.
Công tác thí nghiệm đất để xác định các chỉ tiêu cơ lý, cường độ,...của đất gồm có thí nghiệm trong phòng vá thí nghiệm hiện trường.
+ Thí nghiệm hiện trường gồm có các thí nghiệm: xuyên tiêu chuẩn SPT, xuyên tĩnh CPT, xuyên động DPT, cắt cánh VST, nén ngang PMT, bàn nén tĩnh, ...
+ Thí nghiệm trong phòng gồm có các thí nghiệm: phân tích hạt, giới hạn Atterberg, thí nghiệm xác định dung trọng, tỷ trọng, thí nghiệm xác định độ rỗng, độ bão hòa, thí nghiệm cắt trực tiếp, thí nghiệm nén nở hông, nén ba trục, nén cố kết,...
Sức chống cắt của đất phụ thuộc vào quá trình phân tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư khi chịu sự thay đổi áp lực. Dưới đây là một số thí nghiệm xác định thông số chống cắt của đất:
Phương pháp thí nghiệm không cố kết – không thoát nước (ký hiệu là UU) + Giai đoạn tác động hệ lực lên mẫu tạo trạng thái ứng suất tương tự như mẫu đất ở thế nằm tự nhiên không cho nước trong mẫu đất thoát ra, tức là không cho cố kết.
+ Giai đoạn tác động độ thay đổi áp lực lên mẫu tương ứng với mẫu đất hoạt động khi xây dựng công trình, cũng không cho nước trong mẫu đất thoát ra.
Phương pháp thí nghiệm cố kết – thoát nước (ký hiệu là CD)
+ Giai đoạn tác động hệ lực lên mẫu tạo trạng thái ứng suất tương tự như mẫu đất ở thế nằm tự nhiên cho nước trong mẫu đất thoát ra, tức là cho cố kết.
+ Giai đoạn tác động độ thay đổi áp lực lên mẫu tương ứng với mẫu đất hoạt động khi xây dựng công trình, cho nước trong mẫu đất thoát ra.
Phương pháp thí nghiệm cố kết – không thoát nước (ký hiệu là CU).
+ Giai đoạn tác động hệ lực lên mẫu tạo trạng thái ứng suất tương tự như mẫu đất ở thế nằm tự nhiên cho nước trong mẫu đất thoát ra, tức là cho cố kết.
+ Giai đoạn tác động độ thay đổi áp lực lên mẫu tương ứng với mẫu đất hoạt động khi xây dựng công trình, không cho nước trong mẫu đất thoát ra, trong giai đoạn này đo áp lực nước lỗ rỗng trong mẫu đất.
Hình 3. 7. Vòng tròn Mohr ứng suất điển hình và đường bao sức chống cắt ở trạng thái giới hạn cho các thí nghiệm UU, CU và CD trên các mẫu đất sét quá cố kết.
Một vật liệu đàn hồi lý tưởng khi được chất tải và dỡ tải trong miền đàn hồi thì sự ứng xử vật liệu chỉ phụ thuộc vào trạng thái của ứng suất ban đầu và sau cùng của nó mà không phụ thuộc vào quá trình chất tải và dỡ tải như thế nào. Trong khi đó, ứng xử của đất thì không những phụ thuộc vào trạng thái ứng suất ban đầu và sau cùng của nó mà còn phụ thuộc vào cách thức thay đổi của ứng suất cũng như biến dạng và nó cũng phụ thuộc vào quá trình chất tải trước đây. Cho nên cần phải theo dõi trạng thái của phân tố đất trong suốt lịch sử chịu tải của nó.
Các thí nghiệm nén cố kết, nén ba trục chỉ xét mẫu ở trạng thái nén thẳng đứng với tương tác giữa σ1, σ3 sự thay đổi áp lực đứng trong khi áp lực ngang là không đổi. Khi tiến hành đào đất trong hố đào sâu thì ứng xử của đất bên ngoài hố đào là giảm σ3, nhưng σ1vẫn không đổi còn bên trong hố đào thì σ3 vẫn giữ còn σ1 giảm. Do đó mođuyn biến dạng khi đào đất phải có kể đến là mođuyn dỡ tải Eur.
Hình 3. 8 Quan hệ ứng suất-biến dạng của đất trong lịch sử chịu tải.
Nguồn: Châu Ngọc Ần, 2012