III. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb (tiếp)
3. Thí nghiệm không cố kết-không thoát nước (UU)
Trong thí nghiệm này, mẫu đất được đặt trong buồng ba trục có các van thoát nước được đóng ngay từđầu. Vì thế, khi tác dụng áp suất đẳng hướng, nếu mẫu đất bão hoà 100% thì không xảy ra quá trình cố kết.
Sau đó, giống như thí nghiệm CU, mẫu bị cắt không thoát nước. Mẫu bị gia tải tới phá hoại trong vòng khoảng 10 đến 20 phút; thường thường trong thí nghiệm này không đo áp lực nước lỗ
rỗng. Đây là thí nghiệm ứng suất tổng và cho cường độ kháng cắt dưới dạng ứng suất tổng. A. Casagrande đầu tiên gọi thí nghiệm này là Q-test (cắt nhanh - “quick”) mẫu được gia tải đến phá hoại nhanh hơn rất nhiều so với thí nghiệm S-test.
Với các mẫu nguyên dạng, ban đầu áp lực lỗ rỗng âm, được gọi là áp lực lỗ rỗng dư -ur, hình thành do sự giảm ứng suất của đất trong quá trình lấy mẫu. Vì ứng suất hiệu quả ban đầu phải lớn hơn không (nếu không thì mẫu sẽ phân rã) và ứng suất tổng bằng không (áp suất khí quyển = không trong áp suất kế), nên áp lực lỗ rỗng phải âm.
PGS. TS. NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013 99
Khi tác dụng áp lực đẳng hướng và đóng các van thoát nước, trong mẫu sẽ hình thành áp lực lỗ rỗng dương Δuc chính xác bằng với áp lực đẳng hướng σc. Toàn bộứng suất đẳng hướng gia tăng được truyền sang nước lỗ rỗng bởi
Số 1 là hiển nhiên. Số 2 có nghĩa là không có sự thay đổi thể
tích ngoại trừ nước được phép thoát ra khỏi (hoặc đi vào) mẫu, và điều đó được ngăn chặn không cho xảy ra. Số 3 về cơ bản nghĩa là không xảy ra nén thứ cấp (thay đổi thể tích khi ứng suất không đổi). Từ các giả thiết của lý thuyết cố kết Terzaghi (chương 9) thì cũng cần có các giả thiết tương tự đó là hệ số
rỗng và ứng suất hiệu quả có quan hệ đặc biệt. Vì vậy có thể
không có sự thay đổi hệ số rỗng nếu không có sự thay đổi ứng suất hiệu quả. Do không có sự thay đổi độẩm nên hệ số rỗng và ứng suất hiệu quả không đổi.
Các trạng thái ứng suất trong quá trình gia tải dọc trục và khi mẫu phá hoại là tương tự như trong thí nghiệm CU (hình 11.29). Chúng có thể phức tạp, nhưng nếu nghiên cứu hình 2.58 sẽ thấy rằng thí nghiệm UU cũng dễ hiểu như thí nghiệm CU.
Hình 2.58:Các điều kiện trong mẫu đất khi thí nghiệm nén dọc trục không cố kết-không thoát nước (UU).
Sau khi đặt áp lực buồng thủy tĩnh (S = 100%): Trong khi đặt tải trọng dọc trục : TổNG, σ = TRUNG HÒA, u + HiệU QủA, σ’ Khi phá hoại: Ngay sau khi chuẩn bị mẫu; trước khi đặt áp lực buồng:
PGS. TS. NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013 101
Thông thường, các đường cong ứng suất - biến dạng của cùng một loại
đất từ thí nghiệm UU không khác nhiều so với đường cong ứng suất - biến dạng từ thí nghiệm CU hoặc CD.
Đối với mẫu đất nguyên dạng phụ thuộc nhiều vào chất lượng của mẫu, đặc biệt là những đoạn đầu của đường cong (modul tiếp tuyến ban đầu).
Độ nhạy ảnh hưởng đến hình dạng của những
đường cong này; sét có
độ nhạy cao thì đường cong ứng suất - biến dạng có đỉnh nhọn. Độ lệch ứng suất cực đại thường đạt được ở biến dạng rất nhỏ, thường là dưới 0.5%.
Hình 11.39:Các đường cong ứng suất-biến dạng UU của (A) sét chế bị và đầm chặt, (B) sét nguyên dạng nhạy trung bình và (C) sét nguyên dạng nhạy cao
Đường bao phá hoại Mohr của thí nghiệm UU của đất sét bão hoà 100% được thể
hiện trong hình 11.40. Tất cả các mẫu đất sét bão hoà hoàn toàn có lẽcó cùng độ ẩm (và hệ số rỗng), và do đó chúng sẽcó cùng cường độ kháng cắt vì không cho phép đất cố kết.
Vì thế tất cả các vòng Mohr lúc phá hoại có cùng đường kính và đường bao phá hoại Morh sẽlà đường thẳng nằm ngang [do trong thí nghiệm UU ứng suất cố kết hiệu quả không đổi suốt quá trình thí nghiệm. Nếu tất cả các mẫu đất có cùng độẩm và độ chặt (hệ số rỗng) thì chúng sẽ có cùng cường độ].
Thí nghiệm UU cho cường độ
kháng cắt dưới dạng ứng suất tổng, và góc φT = 0. Giao của
đường bao này với trục τxác
định thông số cường độứng suất tổng c, hoặc τf= c, trong
đó τf là cường độ kháng cắt không thoát nước.
Hình 11.40:Các đường bao phá hoại Mohr của thí nghiệm UU: (a) sét bão hòa 100%; (b)
PGS. TS. NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013 103
Hình 11.41:các kết quả thí nghiệm UU, minh họa vòng Mohr ứng suất hiệu quả duy nhất lúc phá hoại.
§2.4. Tính đầm chặt của đất
I. Khái niệm
Ý nghĩa thực tế và Mục đích của đầm chặt đất:
Trong thực tế địa kỹ thuật, đất thường không đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật cho xây dựng. Đất có thể chịu tải thấp, tính nén cao, hay có tính thấm lớn so với yêu cầu khi xét đến các khía cạnh về kinh tế hay kỹ thuật.
Đất thường được gia cường bằng các phương pháp cơ học hoặc hoá học, thậm chí các phương pháp nhiệt và điện cũng được áp dụng hay cân nhắc. Trong phần này, chúng ta quan tâm tới sựổn
định cơ học hay đầm nén của đất và được gọi chung là tính đầm chặt.
Đầm chặt và ổn định là những đặc tính quan trọng khi đất được dùng làm vật liệu xây dựng (công trình được làm bằng đất). Đập
đất, đê và đường cao tốc là những ví dụ điển hình về công trình
đất. Nếu công trình đất chỉ được đổ đống hoặc đầm nén không cẩn thận sẽ dẫn tới độ ổn định thấp và biến dạng lớn cho công trình.
PGS. TS. NGUYỄN HữU THÁI – NGÀNH ĐịA Kỹ THUậT CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT - 2013 105
Đất không dínhthì được đầm chặt hiệu quả bởi lực rung động. Ngoài hiện trường, đất cát và đất sỏi được đầm nén bằng các máy đầm bàn hay đầm cóc. Đầm bánh cao su cũng có thểđược dùng để làm chặt đất cát. Thậm chí, người ta còn dùng những vật nặng rơi tự do đểđầm chặt đất xốp.
Đất mịn và đất dính có thểđược đầm chặt trong phòng thí nghiệm bằng búa hay vật nặng, hay bằng các máy nén tĩnh. Ngoài hiện trường, các thiết bị thường được dùng như máy đầm tay, máy đầm cóc, máy đầm cao su và các thiết bịđầm loại lớn khác. Sựđầm chặt cũng có thểđạt được một cách
đáng kể nếu ta bố trí một cách hợp lý chu trình đường đi các thiết bị trong thời gian xây dựng công trình.
Mục đích của việc đầm chặt nhằm gia cường các tính chất kỹ thuật của đất. Ngoài ra chúng còn dẫn tới một số lợi ích khác:
Ngăn ngừa hoặc giảm thiểu độ lún.
Gia tăng cường độ chịu lực và ổn định mái dốc.
Tăng cường sức chịu tải của nền
Tính đầm chặt là quá trình nén chặt của đất dưới tác dụng của các lực cơ
học. Quá trình này cũng có thể liên quan đến sự thay đổi độẩm và cấp phối hạt của đất.