Giáo trình cơ học đất part 6 pot

11.4 Ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực đẳng hướng đến sự thay đổi thể tích Để mô tả sâu hơn ứng xử của hai thí nghiệm nén ba trục thoát nước đối với đất cát rời rạc và cát chặt thể hiệ

tự, các giá trị của (1-3)ult đối với cả hai thí nghiệm phải như nhau Sự khác biệt là do những khó khăn trong việc xác định chính xác hệ số rỗng cuối cùng cũng như sự phân bố bất đồng nhất của ứng suất trong các mẫu thí nghiệm (Hirschfeld, 1963) Hiện tượng ứng suất phân bố bất đồng nhất trong mẫu đất được chứng minh bằng nhiều cách khác nhau ở đó các mẫu thường bị phá huỷ Mẫu đất rời rạc chỉ phình ra, trong khi đó mẫu đất chặt thường phá hoạt dọc theo một mặt phẳng rõ ràng nghiêng một góc khoảng 450

+(‟/2) với phương nằm ngang (trong đó ‟ là góc chống cắt hiệu quả của cát chặt) Lưu ý rằng có thể, ít nhất là về lý thuyết, tạo một mẫu đất với hệ

số rỗng ban đầu mà biến đổi thể tích của mẫu tại thời điểm phá hoại bằng không Hệ số rỗng đó tất nhiên là hệ số rỗng tới hạn ecrit

11.4 Ảnh hưởng của hệ số rỗng và áp lực đẳng hướng đến sự thay đổi thể tích

Để mô tả sâu hơn ứng xử của hai thí nghiệm nén ba trục thoát nước đối với đất cát rời rạc

và cát chặt thể hiện trong hình 11.3, các đại lượng vật lý sau được đề cập:

độ lệch ứng suất chính

biến dạng

thay đổi thể tích

hệ số rỗng tới hạn ecrit và, gián tiếp,

độ chặt tương đối (công thức 4-2 và 4-3)

Tránh định nghĩa các khái niệm rời và chặt bởi vì sự thay đổi thể tích trong quá trình cắt mẫu đất không chỉ phụ thuộc vào hệ số rỗng ban đầu và độ chặt tương đối mà còn phụ thuộc vào

áp lực đẳng hướng Ảnh hưởng của áp lực đẳng hướng đến ứng suất-biến dạng và các đặc trưng thể tích của đất cát trong cắt thoát nước sẽ được trình bày trong mục này

Những ảnh hưởng của 3 có thể được đánh giá (và, nên nhớ rằng, trong thí nghiệm thoát nước 1 = 3, và áp lực nước lỗ rỗng dư luôn bằng không) bằng cách chuẩn bị một số mẫu có cùng hệ số rỗng và thí nghiệm chúng ở các cấp áp lực đẳng hướng khác nhau Có thể nhận thấy sức kháng cắt tăng khi tăng áp lực đẳng hướng 3 Một cách thông thường để biểu diễn các số liệu giữa độ lệch ứng suất chính với biến dạng là chuẩn hoá số liệu bằng cách vẽ đồ thị quan hệ giữa hệ số ứng suất chính 1/3 với biến dạng Hiển nhiên trong thí nghiệm thoát nước thì 1/3

= ‟1/‟3 Tại thời điểm phá hoại, hệ số ứng suất là (‟1/‟3)max Từ công thức 10-14 và 10-16, có:

trong đó ‟ là góc ma sát trong hiệu quả Độ lệch ứng suất chính và hệ số ứng suất chính có quan

hệ như sau:

Tại thời điểm phá hoại, quan hệ là:

Trước tiên hãy cùng xem xét ứng xử của cát rời rạc Hình 11.4a thể hiện những kết quả thí nghiệm nén ba trục điển hình cho cát rời sông Sacramento Lập đồ thị quan hệ giữa hệ số ứng suất chính với biến dạng dọc trục cho các áp lực cố kết hiệu quả ‟3c khác nhau Lưu ý rằng ở các mẫu cát rời rạc không có đường cong nào có điểm cực đại rõ ràng và chúng có hình dạng tương

tự đường cong cho cát rời rạc như trong hình 11.3a Số liệu về thay đổi thể tích cũng được chuẩn hoá bằng cách chia lượng thay đổi thể tích V cho thể tích ban đầu Vo để thu được biến dạng thể tích:

Để đánh giá chính xác hơn những gì diễn ra trong hình 11.4a, hãy tính độ lệch ứng suất chính (1-3) tương ứng với biến dạng dọc trục là 5% với ứng suất cố kết hiệu quả ‟3c=3.9 MPa và 0.1 MPa Các hệ số ứng suất chính tương ứng là 2.0 và 3.5, được biểu thị bằng các mũi tên trong hình 11.4a Dùng công thức 11-2, thu được các kết quả như sau:

Thật thú vị khi xem xét hình dạng các đường cong quan hệ giữa biến dạng thể tích với biến dạng dọc trục trong hình 11.4b Khi biến dạng dọc trục tăng, biến dạng thể tích giảm Điều này phù hợp với ứng xử của đất cát rời, như trong hình 11.3b Tuy nhiên, ở những cấp áp lực đẳng hướng thấp (ví dụ, 0.1 và 0.2 MPa), biến dạng thể tích có giá trị dương hay nói cách khác thể tích mẫu đất đang nở ra! Vì vậy có thể nói rằng mẫu cát rời ban đầu ứng xử như cát chặt, nghĩa là thể tích tăng nếu ứng suất ‟3c đủ nhỏ!

Bây giờ xem xét ứng xử của cát chặt Các kết quả của một vài thí nghiệm nén ba trục thoát nước của cát chặt sông Sacramento được thể hiện trong hình 11.5 Mặc dù các kết quả tương tự nhau như ở hình 11.4, vẫn có những khác biệt quan trọng Thứ nhất đó là các đỉnh rõ ràng trên các đường cong (‟1/‟3)-biến dạng, chúng đặc trưng cho đất cát chặt (so sánh với hình 11.3a) Thứ hai, quan sát thấy sự tăng lớn của biến dạng thể tích (nở) Tuy nhiên, ở những cấp áp lực đẳng hướng cao hơn, đất cát chặt thể hiện ứng xử của cát rời rạc, đó là giảm thể tích hoặc biến dạng nén

Mối quan hệ giữa biến dạng thể tích lúc phá hoại và hệ số rỗng hay độ chặt tương đối có thể xác định được bằng cách thí nghiệm nhiều mẫu của một loại cát có cùng hệ số rỗng hoặc độ chặt nhưng dưới những cấp áp lực cố kết hiệu quả khác nhau Trạng thái phá hoại có thể được xác định qua giá trị cực đại của (1-3) hoặc ‟1/‟3 Đối với các thí nghiệm thoát nước, phá hoại xảy ra có biến dạng giống nhau đối với cả hai tiêu chuẩn Các điểm phá hoại được thể hiện bằng các mũi tên nhỏ trong hình 11.5

Hình 11.6 biểu diễn quan hệ biến dạng thể tích lúc phá hoại với hệ số rỗng khi kết thúc cố kết theo số liệu trong hình 11.4b và 11.5b cho các cấp áp lực đẳng hướng khác nhau (những số liệu khác cũng được thêm vào) Ví dụ, điểm 1 trong hình 11.5b thể được biểu diễn như điểm 1 trong hình 11.6 Có thể nhận thấy rằng đối với một cấp áp lực đẳng hướng cho trước thì biến dạng thể tích giảm (giá trị âm lớn hơn) khi độ chặt giảm (hệ số rỗng tăng) Theo định nghĩa, hệ số rỗng giới hạn là hệ số rỗng lúc phá huỷ khi biến dạng thể tích bằng không Vì vậy với các giá trị khác nhau của áp lực cố kết hiệu quả ‟3c trong hình 11.6, ecrit là hệ số rỗng khi V/Vo = 0 Ví

dụ, ecrit khi ‟3c = 2.0 MPa là 0.555

Có thể thấy sự biến đổi của ecrit theo áp lực đẳng hướng như thế nào bằng cách lấy các giá trị hệ số rỗng giới hạn trong hình 11.6 và biểu diễn mối quan hệ của chúng với áp lực cố kết hiệu quả ‟3c như trong hình 11.7 Ở đây ‟3c đã được coi là áp lực đẳng hướng giới hạn ‟3crit bởi vì đây là áp lực đẳng hướng hiệu quả tại đó với hệ số rỗng cho trước không có biến dạng thể tích lúc xảy ra phá hoại

Cách tiếp cận thứ hai là sử dụng số liệu trong hình 11.4b và 11.5b (thêm các dữ liệu khác tại các hệ số rỗng trung gian) và biểu diễn mối quan hệ giữa biến dạng thể tích lúc phá hoại và áp lực đẳng hướng đối với nhiều giá trị hệ số rỗng khác nhau sau cố kết Hình 11.8 thể hiện mối quan hệ đó, mặc dù các hệ số rỗng ở đó là hệ số rỗng ban đầu và không phải là hệ số rỗng sau cố kết Lưu ý rằng giá trị áp lực cố kết hiệu quả ‟3c khi V/Vo = 0 là áp lực đẳng hướng hiệu quả tới hạn, ‟3crit Vì đó là các thí nghiệm thoát nước, ‟3c = ‟3f Cũng có thể nhận được mối quan

hệ này từ hình 11.6 bằng cách đánh dấu các giá trị biến dạng thể tích tại các hệ số rỗng không đổi

và biểu diễn quan hệ giữa V/Vo với ‟3c

Có thể biểu diễn những mối quan hệ trong hình 11.6 và 11.8 như trong hình 11.9 (lý tưởng hoá) Vì hình 11.6 và 11.8 có chung một trục, do vậy có thể kết hợp chúng trong một biểu

đồ ba chiều đơn giản gọi là biểu đồ Peacock (sau khi William Hubert Peacock lần đầu tiên xây dựng lên biểu đồ này vào năm 1967), như trong hình 11.10

Dựa vào biểu đồ Peacock có thể dự đoán được ứng xử của đất cát ở bất kỳ hệ số rỗng sau

cố kết ec và ở bất kỳ áp lực đẳng hướng ‟3 nào Ví dụ, nếu cho trước giá trị áp lực đẳng hướng hiệu quả tại điểm C trong hình 11.10, giá trị này cao hơn giá trị áp lực đẳng hướng tới hạn ‟3crit

tương ứng với hệ số rỗng ec, thì có thể cho rằng thể tích mẫu đất sẽ giảm hay giá trị V/Vo sẽ

âm, tương ứng với tung độ BS Mặt khác, nếu áp lực đẳng hướng hiệu quả ‟3 nhỏ hơn áp lực đẳng hướng tới hạn ‟3crit, như điểm A trong hình tương ứng với một giá trị hệ số rỗng ec cho trước, thì mẫu đất sẽ tăng thể tích hay nở ra, tương ứng với tung độ RD Khi hệ số rỗng sau cố kết dao động dọc theo trục hệ số rỗng, ‟3crit biến đổi, thì sẽ có sự thay đổi thể tích của mẫu đất lúc phá hoại Đối với một loại cát, biểu đồ Peacock là các mặt cong Ví dụ, đoạn KP trong hình 11.10

sẽ giống với một trong những đường cong trong hình 11.8 Đoạn PW trong hình 11.10 cũng phải cong Hãy xem đoạn PW trong hình 11.7; mặt phẳng chứa đoạn PW đó là một mặt phẳng trong biểu đồ Peacock ở đó V/V0 = 0

11.5 Ứng xử của đất cát bão hoà khi cắt không thoát nước

Sự khác biệt cơ bản giữa thí nghiệm nén ba trục thoát nước và không thoát nước đó là không cho phép thay đổi thể tích khi gia tải đứng trong thí nghiệm không thoát nước Tuy nhiên, trừ khi áp lực đẳng hướng mới tác dụng để đạt tới áp lực đẳng hướng giới hạn ‟3crit, mẫu đất sẽ có xu hướng thay đổi thể tích trong khi gia tải Ví dụ, theo biểu đồ Peacock, hình 11.10, nếu thí nghiệm không thoát nước cho mẫu đất có hệ số rỗng ec với áp lực đẳng hướng hiệu quả ‟3 tại điểm C, thì mẫu cát sẽ có xu hướng giảm thể tích, nhưng điều đó là không thể Kết quả là, hình thành áp lực lỗ rỗng dương, ứng suất hiệu quả giảm Áp lực đẳng hướng hiệu quả nhỏ nhất hay giới hạn tại điểm mẫu phá hoại là ‟3crit bởi vì ở áp lực đó biến dạng thể tích V/Vo bằng không

Nếu có xu hướng thay đổi thể tích xảy ra thì không hình thành áp lực lỗ rỗng dư Do đó

áp lực lỗ rỗng cực đại trong ví dụ này bằng ‟3c-‟3crit, hay chính là khoảng cách BH trong hình

11.10 Các vòng tròn Morh ứng với thời điểm phá hoại trong trường hợp này được thể hiện trong hình 11.11a Vòng tròn đứt nét E thể hiện các ứng suất hiệu quả, trong khi vòng tròn liền nét T biểu diễn các ứng suất tổng Vì công thức 7-13 luôn duy trì, hai vòng tròn tách rời nhau bởi giá trị

áp lực lỗ rỗng dư u hình thành trong quá trình cắt mẫu Vì thể tích có xu hướng giảm, áp lực lỗ rỗng dương (gia tăng) hình thành, dẫn tới ứng suất hiệu quả giảm Vì vậy, trong ví dụ này, áp lực

lỗ rỗng dư u = B – H = ‟3c – ‟3f = ‟3c – ‟3crit Độ lệch ứng suất chính tại thời điểm mẫu phá huỷ (1-3)f được tính theo công thức 11-3 khi áp lực đẳng hướng tại thời điểm phá huỷ là

‟3crit:

Cũng như vậy, nếu tiến hành thí nghiệm thoát nước với áp lực đẳng hướng bằng với ‟3c

tại điểm C, thì sức kháng cắt thoát nước sẽ lớn hơn lớn hơn rất nhiều so với sức kháng cắt không thoát nước vì vậy vòng tròn Mohr của nó phải tiếp xúc với đường bao phá hoại Mohr ứng suất hiệu quả Kích thước tương đối của hai vòng Morh ứng suất hiệu quả thể hiện trong hình 11.11a

Ứng xử của đất sẽ khác nếu thí nghiệm với cấp áp lực đẳng hướng hiệu quả nhỏ hơn áp lực đẳng hướng hiệu quả tới hạn ‟3crit như điểm A trong hình 11.10 Từ biểu đồ Peacock, có thể cho rằng mẫu đất có xu hướng nở ra (tương ứng với tung độ RD) Vì thực tế không cho phép mẫu đất tăng thể tích, áp lực lỗ rỗng âm hình thành làm tăng ứng suất hiệu quả từ điểm D (A) tới điểm

H (‟3crit) Do đó, như trong mẫu trước, ứng suất hiệu quả giới hạn là áp lực đẳng hướng hiệu quả tới hạn ‟3crit (Tình huống này có thể xảy ra khi áp lực nước lỗ rỗng âm đạt tới -100 kPa hoặc -1 atm, hình thành bọt khí trong lỗ rỗng, nhưng vấn đề này sẽ không đề cập ở đây) Mục đích của thí nghiệm này là giúp dự đoán ứng xử của đất cát khi cắt không thoát nước thông qua thí nghiệm cắt thoát nước khi biết những xu hướng thay đổi thể tích như đã được lý tưởng hoá trong biểu đồ Peacock

Vòng Mohr đại diện cho trường hợp ‟3c < ‟3crit được thể hiện trong hình 11.11b Thí nghiệm cắt không thoát nước xuất phát ở áp lực đẳng hướng hiệu quả ‟3c, điểm A, và vì áp lực nước lỗ rỗng âm, áp lực đẳng hướng hiệu quả tăng cho tới khi xảy ra phá huỷ mẫu tại điểm H Lưu ý rằng các vòng Mohr ứng suất hiệu quả E lúc phá hoại trong hình 11.11a và b có cùng kích thước bởi vì, với hệ số rỗng ec này, ứng suất hiệu quả khi mẫu bị phá huỷ ‟3crit là như nhau

Bảng 11-1 Kết luận những khái niệm trong hình 11.11

Áp lực cố kết hiệu

quả

Vòng Morh Thoát nước,

‟3c > ‟3crit Lớn hơn không thoát

nước

Nhỏ hơn thoát nước:

Phía bên trái vòng Morh ứng suất tổng

‟3f < ‟3c

Nhỏ hơn thoát nước: Phía phải vòng Morh ứng suất hiệu quả

‟3c < ‟3crit Nhỏ hơn không thoát

nước

Lớn hơn thoát nước:

Phía phải vòng Morh ứng suất tổng ‟3f >

‟3c

Lớn hơn thoát nước: Phía trái vòng Morh ứng suất hiệu quả

‟3c = ‟3crit Tất cả các vòng Morh giống nhau: bởi vì không có sự thay đổi thể

tích, u = 0 trong khi thí nghiệm Nếu ứng suất hiệu quả và hệ số rỗng của các mẫu như nhau thì chúng phải có cùng sức kháng nén, ‟1f – ‟3f; do đó các vòng Mohr có cùng đường kính Lưu ý rằng vòng Mohr ứng suất tổng

T, khi mẫu bị phá hoại, cũng có cùng kích thước với vòng Mohr ứng suất hiệu quả vì độ lệch ứng suất (1 – 3)f là như nhau cho cả vòng Mohr T và E; và vòng Mohr T nằm bên trái vòng Mohr

E Trường hợp này ngược lại với hình 11.11a (đường phá hoại của vòng Mohr ứng suất tổng đã

bị bỏ qua để hình này được đơn giản.) Cũng cần lưu ý rằng, vòng Mohr cho trường hợp cắt thoát nước về cơ bản nhỏ hơn vòng Morh ứng suất hiệu quả trong trường hợp cắt không thoát nước Như đã đề cập, vòng Mohr xuất phát từ ‟3c, và phải tiếp xúc với đường bao phá hoại vòng Mohr ứng suất hiệu quả Vì hệ số rỗng sau cố kết ec cho tất cả các thí nghiệm là như nhau như trong hình 11.11, tất cả các vòng Mohr ứng suất hiệu qủa phải tiếp xúc với đường bao phá hoại vòng Mohr ứng suất hiệu quả

Những ý chính đã thảo luận và được thể hiện trong hình 11.11 được tổng kết trong bảng 11-1 Để nghiên cứu toàn diện các đặc tính kháng cắt không thoát nước của đất cát có thể tham khảo Seed và Lee (1967)

Khi cắt đất cát rời, đất sẽ có xu hướng giảm thể tích Điều này sẽ tạo ra áp lực dương trong nước làm nước trong các lỗ rỗng thoát ra Vì vậy mực nước trong ống thuỷ tinh sẽ dâng lên Nếu cát trong bình cao su có hệ lỗ rỗng tới hạn thì khi bóp bình cầu, mực nước trong ống thuỷ tinh ban dầu có thể giảm nhẹ, nhưng khi tiếp tục bóp thì mực nước sẽ trở lại vị trí ban đầu; do vậy, thể tích thực của mẫu cát không thay đổi khi cắt mẫu ở hệ lỗ rỗng tới hạn ecrit

b Tính độ lệch ứng suất chính khi mẫu phá hoại

c Vẽ vòng Mohr và đường bao phá hoại Mohr

Lời giải:

a Theo công thức 10-14 10-16 hoặc 11-1, có

Thay giá trị, thu được ‟ = 370

Ví dụ, xuất phát từ những thảo luận trước cho biết là sự thay đổi thể tích của đất có thể xảy ra trong thí nghiệm thoát nước, và đó chính là nguyên nhân của sự thay đổi thể tích, nở thể tích hay nén chặt, phụ thuộc vào độ chặt tương đối cũng như áp lực đẳng hướng Nếu mẫu bị cắt trong điều kiện không thoát nước thì sự thay đổi thể tích có chiều hướng gây ra áp lực lỗ rỗng trong cát

Về cơ bản, điều tương tự cũng xảy ra khi đất sét bị cắt Trong thí nghiệm cắt thoát nước,

sự thay đổi thể tích là nở ra hay nén lại không chỉ phụ thuộc vào độ chặt và áp lực đẳng hướng

mà còn phụ thuộc vào lịch sử ứng suất của đất Tương tự như vậy, trong thí nghiệm cắt không thoát nước áp lực lỗ rỗng phát triển phụ thuộc phần lớp vào trạng thái đất cố kết thông thường hay quá cố kết

Nhìn chung, các loại tải trọng tác dụng nhanh hơn sự thoát của nước ra khỏi lỗ rỗng của đất sét, và vì vậy hình thành áp lực thuỷ tĩnh hay áp lực lỗ rỗng dư Nếu tải trọng tác dụng như trên mà mẫu không bị phá hoại thì áp lực lỗ rỗng tiêu tán và thay đổi thế tích phát triển, quá trình

đó được gọi là cố kết (chương 8 và 9) Sự khác biệt cơ bản trong ứng xử của cát và sét, như đã đề cập khi thảo luận về tính nén lún của đất (chương 8), đó là thời gian xảy ra sự thay đổi thể tích của đất Thời gian phụ thuộc hoàn toàn vào sự khác biệt về tính thấm nước giữa cát và sét, hay là một hàm của tính thấm nước Vì đất dính có tính thấm nước nhỏ hơn rất nhiều so với đất cát và cuội sỏi nên cần thời gian dài hơn để nước thấm vào hoặc ra khỏi khối đất dính

Bây giờ sẽ tìm hiểu điều gì xảy ra với tải trọng như vậy và phá hoại cắt sắp xảy ra? Do (theo định nghĩa) nước lỗ rỗng không có khả năng kháng lại ứng suất cắt nên toàn bộ ứng suất cắt

bị kháng lại bởi các hạt đất Nói cách khác, cường độ kháng cắt của đất chỉ phụ thuộc vào ứng suất hiệu quả mà không phụ thuộc vào áp lực nước lỗ rỗng Điều đó không có nghĩa là áp lực lỗ rỗng hình thành trong đất là không quan trọng Ngược lại, khi ứng suất tổng thay đổi bởi những lực ngoài thì áp lực nước lỗ rỗng cũng thay đổi, và trước khi đạt được trạng thái cân bằng của các ứng suất hiệu quả thì mất ổn định có thể xảy ra Những quan sát này đưa đến hai hướng tiếp cận khác nhau cơ bản trong giải quyết các bài toán ổn định trong địa kỹ thuật: (1) cách tiếp cận ứng suất tổng và (2) cách tiếp cận ứng suất hiệu quả Ở cách tiếp cận ứng suất tổng, trong thí nghiệm

cắt không thoát nước f của đất Sức kháng cắt không thoát nước có thể được xác định bằng thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm hiện trường Nếu sử dụng những thí nghiệm hiện trường như cắt cánh, xuyên côn Hà lan, hoặc thí nghiệm nén thì chúng phải được tiến hành đủ nhanh để điều kiện không thoát nước xảy ra ở hiện trường

Cách tiếp cận thứ hai để tính toán ổn định của nền móng công trình, công trình đắp, mái dốc, vv…, sử dụng sức kháng cắt dưới dạng ứng suất hiệu quả Trong cách tiếp cận này, phải đo hoặc đánh giá áp lực thuỷ tĩnh dư cả ở trong phòng và ngoài hiện trường Sau đó, nếu biết hoặc

có thể đánh giá được ứng suất ban đầu và ứng suất tổng thì có thể tính ứng suất hiệu quả tác dụng trong đất Vì lẽ đó nên tin rằng sức kháng cắt và trạng thái ứng suất - biến dạng của đất được kiểm soát hoặc được xác định bằng ứng suất hiệu quả, cách tiếp cận thứ hai thoả mãn hơn về mặt

lý luận Nhưng nó có những hạn chế thực tiễn của nó Ví dụ, việc đánh giá hoặc đo đạc áp lực lỗ rỗng, đặc biệt ở ngoài hiện trường, không dễ dàng chút nào Phương pháp phân tích ổn định này được gọi là phân tích ứng suất hiệu quả, và dựa trên sức kháng cắt thoát nước hoặc sức kháng cắt dưới dạng ứng suất hiệu quả Sức kháng cắt thoát nước thông thường chỉ được xác định bằng các thí nghiệm trong phòng

Có lẽ cần phải nhắc lại rằng, thí nghiệm nén ba trục đã được trình bày trong phần 10.5, có những điều kiện giới hạn về thoát nước trong thí nghiệm mô phỏng các trạng thái thực ngoài hiện trường Có những điều kiện thí nghiệm như sau: cắt cố kết - thoát nước (CD – consolidated drained), cố kết – không thoát nước (CU – consolidated undrained), không cố kết – không thoát nước (UU – unconsolidated undrained) Cũng rất thích hợp để mô tả thuộc tính của đất dính ở những điều kiện giới hạn thoát nước Không khó để chuyển những điều kiện thí nghiệm này sang những trạng thái hiện trường cụ thể có điều kiện thoát nước tương tự

Phần 10.5 đã nói rằng thí nghiệm cắt không cố kết – thoát nước (UD) là một thí nghiệm không có ý nghĩa Thứ nhất là vì nó mô phỏng tình huống không thực thế Thứ hai là không thể diễn giải được thí nghiệm vì trong quá trình cắt xảy ra thoát nước, và không thể tách ra những ảnh hưởng của áp lực đẳng hướng và ứng suất cắt

Như đã làm với đất cát, ứng xử của đất dính khi cắt trong thí nghiệm cắt ba trục sẽ được thảo luận Có thể hình dung một mẫu đất trong đẳng hướng ba trục đại diện cho một phân tử đất điển hình ngoài hiện trường dưới những điều kiện thoát nước khác nhau và theo những đường ứng suất khác nhau Theo cách này, hy vọng sẽ thu nhận được một số hiểu biết về ứng xử của đất dính khi cắt, cả trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Nhớ rằng phần thảo luận tiếp theo

đã được đơn giản hoá, và ứng xử của đất ngoài thực tế sẽ phức tạp hơn nhiều Phần cuối chương này sẽ đề cập một số trong những điều phức tạp này Các tài liệu tham khảo cơ bản bao gồm Leonards (1962), Hirschfeld (1963), và Ladd (1964 và 1971b), cũng như các bài giảng của giáo

sư H B Seed và S J Poulos

11.9.1 Thí nghiệm cố kết – thoát nước (CD)

Thí nghiệm CD đã được mô tả khi thảo luận độ bền của cát trong phần đầu của chương này Một cách ngắn gọn, thí nghiệm này là để cố kết mẫu đất ở một số trạng thái ứng suất phù hợp với trạng thái ứng suất hiện trường hoặc thiết kế Ứng suất cố kết có thể là đẳng hướng (ứng suất các hướng bằng nhau) hoặc dị hướng (ứng suất các hướng khác nhau) Trường hợp thứ hai này nói một cách khác là mẫu đất chịu tác dụng bởi độ lệch ứng suất hoặc (từ các vòng Morh) một ứng suất cắt Khi quá trình cố kết kết thúc, phần “C” của thí nghiệm CD đã hoàn thành

Trong phần “D”, các van thoát nước vẫn mở và tác dụng độ lệch ứng suất một cách từ từ

đủ để không phát triển áp lực nước lỗ rỗng dư trong quá trình thí nghiệm Giáo sư A Casagrande gọi thí nghiệm này là thí nghiệm S-test (S chỉ “Slow – thí nghiệm “chậm”)

Trong hình 11.23 thể hiện ứng suất tổng, trung hoà, và hiệu quả trong thí nghiệm nén CD tại thời điểm kết thúc cố kết, trong quá trình gia tải, dọc trục và tại thời điểm phá hoại Chỉ số v

và h ký hiệu phương thẳng đứng và phương ngang; c là cố kết Đối với thí nghiệm nén một trục truyền thống, ứng suất cố kết ban đầu là đẳng hướng Vì vậy v = h = ‟3c áp lực buồng luôn không đổi trong suốt quá trình tác dụng ứng suất dọc trục Trong thí nghiệm nén một trục, 

= 1 – 3, và tại thời điểm phá hoại f = (1 – 3)f Ứng suất dọc trục có thể được áp dụng bằng cách tăng thêm các cấp tải trọng lên pittong (gia tải có kiểm soát) hoặc qua một hệ thống mô

tơ truyền tải gây biến dạng mẫu với tốc độ không đổi (được gọi là thí nghiệm biến dạng tốc độ không đổi)

Lưu ý rằng ở mọi thời điểm trong thí nghiệm CD, áp lực nước lỗ rỗng cần thiết phải bằng không Điều này có nghĩa là ứng suất tổng trong thí nghiệm thoát nước luôn bằng với ứng suất hiệu quả Do đó 3c = ‟3c = 3f = ‟3f, và 1f = ‟1f = ‟3c + f Nếu mẫu chịu tác dụng của ứng suất cố kết dị hướng thì 1f = ‟1f bằng với ‟1c + f