Sức kháng cắt không thoát nước của sét yếu bão hòa nước từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường phân tích và chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý

Các phương pháp xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất + Thí nghiệm hộp cắt + Thí nghiệm nén nở hông + Thí nghiệm nén ba trục UU Unconsolidation Undrained test + Thí nghiệm né

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

W X

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm

Tp HCM, ngày tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

1- TÊN ĐỀ TÀI:

Sức kháng cắt không thoát nước của sét yếu bão hoà nước từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường – Phân tích và chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Thực hiện luận văn thạc sĩ với tên đề tài trên

Nội dung bao gồm:

Mở đầu Chương 1: Sức kháng cắt không thoát nước và các phương pháp xác định

Chương 2: Tổng quan các kết quả nghiên cứu tương quan về sức kháng cắt không

thoát nước Chương 3: Sức kháng cắt không thoát nước của sét yếu bão hoà nước theo kết quả

thí nghiệm trong phòng và hiện trường Kết luận và kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS VÕ PHÁN

LỜI CÁM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua

Xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tâm của TS Bùi Trường Sơn đã dành cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ

Xin bày tỏ lòng biết ơn đến các bạn học viên trong lớp Địa kỹ thuật Xây dựng khoá 2007 và các đồng nghiệp đã giúp đỡ và góp nhiều ý kiến quí báu cho tôi trong suốt thời gian qua

Học viên: LỮ THI TOÀN Lớp: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 2007

TÓM TẮT

Sức kháng cắt không thoát nước Su là một trong các đặc trưng cơ lý quan trọng phục vụ tính toán thiết kế hay phân tích ổn định công trình đặt trên nền đất yếu, đặc biệt trong giai đoạn công trình vừa thi công xong Các phương pháp xác định Su

thường dùng là cắt trực tiếp (DSS), nén nở hông (UC), nén ba trục không cố kết không thoát nước (UU), cố kết không thoát nước (CU), thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST), xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTu)… Các phương pháp thường cho ra kết quả Su khác nhau Luận văn được trình bày nhằm mục đích tổng hợp, phân tích các kết quả thu nhận được để đánh giá, thiết lập tương quan và kiến nghị phương pháp thí nghiệm xác định Su hợp lý

ABSTRACT

The undrained shear strength Su is the most important strength parameter to supply for calculation in geotechnical design or in stability analysis of soft clay engineering, especially at the phase which the construction has just finished The common methods of determination Su are direct shear test (DSS), unconfined compression test (UC), unconsolidated undrained triaxial compression (UU), consolidated undrained triaxial compression (CU), vane shear test (VST), piezocone penetration test (CPTu)… The undrained shear strength results are various from each type of test The thesis is presented to collect and analyze the results of tests in order to assess, set up a correlation and suggest a reasonable testing method to define Su

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 5

1.1 Sức kháng cắt của đất dính bão hoà và ứng dụng tính toán cho các trường hợp

1.2 Sức kháng cắt không thoát nước trong đất dính và các phương pháp thí nghiệm 1.2.1 Sức kháng cắt không thoát nước

1.2.2 Các phương pháp xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất + Thí nghiệm hộp cắt

+ Thí nghiệm nén nở hông + Thí nghiệm nén ba trục UU (Unconsolidation Undrained test) + Thí nghiệm nén ba trục CU (Consolidation Undrained test) + Thí nghiệm cắt cánh hiện trường VST (Vane shear test) + Thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu (Piezocone test)

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt không thoát nước của đất dính

1.4 Nhận xét và nhiệm vụ của đề tài

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN

VỀ SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC 32

2.1 Sử dụng S u trong thực tế thiết kế

2.2 Các nghiên cứu liên quan đến sức kháng cắt không thoát nước S u

2.2.1 Quan hệ Su theo chỉ số dẻo PI và áp lực bản thân đối với sét cố kết thường

2.2.2 Quan niệm thiết kế và các nghiên cứu liên quan theo SHANSEP

2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của giá trị A f

2.2.4 Tính tương quan của các phương pháp xác định S u

2.3 Nhận xét chương

CHƯƠNG 3 SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC CỦA SÉT YẾU BÃO HOÀ NƯỚC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ HIỆN TRƯỜNG 56

3.1 Vị trí khu vực thăm dò và nguồn gốc tài liệu

3.1.1 Giới thiệu vị trí khu vực thăm dò 3.1.2 Đặc điểm địa tầng của khu vực nghiên cứu 3.2 Sức kháng cắt không thoát nước của sét yếu bão hoà nước từ kết quả thí nghiệm theo các phương pháp khác nhau

3.3 Tương quan sức kháng cắt không thoát nước theo các phương pháp thí nghiệm 3.4 Nhận xét chương

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

Tài liệu tham khảo 99

Cường độ sức kháng cắt không thoát nước Su (hay cu) của đất sét yếu bão hòa nước là một trong các đặc trưng cơ lý quan trọng phục vụ tính toán thiết kế hay phân tích ổn định công trình, đặc biệt trong giai đoạn công trình vừa thi công xong

Khi tác dụng tải trọng ngắn hạn lên nền đất yếu bão hòa nước, nước lỗ rỗng chưa kịp thoát ra do hệ số thấm của đất rất bé, ứng xử của đất, bao gồm áp lực nước

lỗ rỗng thặng dư phát sinh, có thể được đánh giá thông qua giá trị tổng ứng suất mà không cần xét riêng biệt ứng suất lên khung hạt (ứng suất hữu hiệu) và áp lực trong nước lỗ rỗng

Có nhiều phương pháp thí nghiệm trực tiếp hay gián tiếp để xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất từ thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường:

* Thí nghiệm trong phòng:

- Thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct Shear Test DST)

- Thí nghiệm nén nở hông (Unconfined Compression Test UC)

- Thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ không cố kết không thoát nước (UU)

- Thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ cố kết không thoát nước (CU)

* Thí nghiệm hiện trường:

- Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (Vane Shear Test VST)

- Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test CPT) hoặc xuyên tĩnh điện

có đo áp lực nước lỗ rỗng u (Piezocone Test CPTu)

- Thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan (Pressuremeter Test PMT)

Trong thực tế, các thí nghiệm khác nhau thường cho ra kết quả sức kháng cắt không thoát nước khác nhau mặc dù trong cùng một đơn nguyên địa chất công trình Các nhân tố ảnh hưởng lên kết quả thí nghiệm có thể kể là: mức độ phá hoại mẫu, kích thước mẫu, tính bất đẳng hướng, lịch sử ứng suất, điều kiện thoát nước, tốc độ chất tải và đặc biệt là trạng thái ứng suất ban đầu Vấn đề sử dụng sức kháng cắt không thoát nước từ kết quả của các thí nghiệm sao cho phù hợp và hiệu quả là vấn đề đáng quan tâm đối với các kỹ sư địa kỹ thuật và kỹ sư thiết kế Hơn nữa, không phải lúc nào trong hồ sơ khảo sát cũng có đầy đủ kết quả của các thí nghiệm Khi đó, các kỹ sư thiết kế và địa kỹ thuật phải đưa ra những dự đoán về ứng xử của đất trong điều kiện kết quả thí nghiệm có sẵn rất ít (điều này đúng cho các dự án nhỏ hay khi thiết kế sơ bộ) Vì vậy, việc đánh giá và phân tích kết quả các thí nghiệm, thiết lập mối tương quan của sức kháng cắt không thoát nước với các chỉ tiêu thí nghiệm khác của đất, hay giữa các phương pháp thí nghiệm, từ đó lựa chọn các thông số độ bền thích hợp có độ tin cậy cao, áp dụng trong phân tích ổn định nền móng là vấn đề cần được nghiên cứu và phân tích Trong nội dung luận văn, chúng tôi tiến hành tổng hợp và phân tích sức kháng cắt không thoát nước của đất sét bão hoà nước từ kết quả thí nghiệm theo các phương pháp khác nhau Trên cơ sở các mối tương quan đã được thiết lập cho đất sét yếu bão hoà nước là loại đất phổ biến của khu vực, kiến nghị lựa chọn các thông số phù hợp đưa vào phục vụ công tác phân tích và thiết kế nền móng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Với định hướng lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp để cung cấp thông số thích hợp và tin cậy phục vụ công tác thiết kế nền móng, mục tiêu chính của đề tài là so sánh, kiểm tra kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường về sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu, từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá và thiết lập các mối quan hệ, tương quan

3 Cơ sở và phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở kết quả thu thập được từ các phương pháp thí nghiệm xác định sức kháng cắt không thoát nước, đưa ra các phân tích so sánh, đánh giá Căn cứ vào các nhân tố ảnh hưởng và điều kiện thí nghiệm, phân tích sự khác biệt của các kết quả thí nghiệm Từ đó, dựa vào cơ sở các nghiên cứu trước đây, thiết lập mối tương quan của sức kháng cắt không thoát nước theo trạng thái ứng suất, theo độ sâu, theo

hệ số quá cố kết OCR hay theo các chỉ tiêu vật lý: độ ẩm, chỉ số dẻo…và giữa các phương pháp thí nghiệm với nhau Dự báo độ gia tăng sức kháng cắt không thoát nước theo độ sâu, diện phân bố hay trong quá trình thi công, sử dụng công trình Rút ra các kiến nghị và đề xuất các phương pháp thí nghiệm phù hợp khi nghiên cứu về đất yếu, tính toán xử lý nền và phân tích ổn định cho công trình đắp gia tải trước trên nền đất yếu Phương pháp nghiên cứu cho đề tài bao gồm: thí nghiệm, tổng hợp và xây dựng các tương quan

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nếu việc khoan, lấy mẫu đất cho thí nghiệm trong phòng là nhất thiết phải thực hiện thì cũng cần thiết phải tiến hành những thí nghiệm hiện trường Đây cũng

là xu hướng phổ biến hiện nay vì thí nghiệm hiện trường sẽ cho số liệu tin cậy hơn, đặc biệt với thiết bị kỹ thuật có độ tin cậy cao, thí nghiệm được thực hiện trực tiếp trong nền đất với điều kiện trạng thái ứng suất trong thế nằm tự nhiên Những số liệu thí nghiệm đất ở hiện trường cho phép so sánh, kiểm tra tính hợp lý, sự đúng đắn của kết quả khoan, lấy mẫu thí nghiệm trong phòng Trong một số trường hợp, nhất là khi gặp các lớp đất yếu, ngoài khả năng dễ bị xáo động thì trạng thái ứng suất trong điều kiện thí nghiệm trong phòng có thể khác với điều kiện thế nằm tự nhiên, kết quả thí nghiệm trong phòng có thể khác biệt

Đề tài được thực hiện với mong muốn cung cấp cho các kỹ sư thiết kế những thông tin về sức kháng cắt không thoát nước từ các phương pháp thí nghiệm hiện trường và trong phòng Từ đó lựa chọn yêu cầu phương pháp thí nghiệm để cho ra kết quả phù hợp theo điều kiện công trình thực tế để áp dụng trong tính toán phân tích nền móng

5 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chủ yếu thực hiện nghiên cứu sức kháng cắt không thoát nước cho loại sét yếu bão hoà nước Dữ liệu cho việc phân tích chính gồm :

+ 63 lỗ khoan khảo sát đất yếu;

+ 30 vị trí thí nghiệm cắt cánh bằng thiết bị EVT2000 của hãng Geotech; + 30 vị trí thí nghiệm xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu bằng thiết bị Geotech (Thụy Điển);

+ Kết quả thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ UU: 42 mẫu;

+ Kết quả thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ CU: 4 mẫu;

+ Kết quả thí nghiệm nén nở hông qu: 25 mẫu;

+ Kết quả thí nghiệm cắt phẳng: 20 mẫu

Vào năm 1776, Coulomb đưa ra lý thuyết và một phương trình đơn giản liên

hệ độ bền chống cắt của đất với ứng suất pháp tác dụng:

lên khung hạt, còn gọi là ứng suất hữu hiệu, biểu thức trên trở thành:

Ở đây : c’ – lực dính hữu hiệu (kN/m2);

(σ– u) = σ' - ứng suất pháp hữu hiệu (kN/m2);

u – áp lực nước lỗ rỗng tại vị trí mặt trượt (kN/m2);

Vì vậy, khi nghiên cứu sức kháng cắt của đất, có thể lựa chọn: hoặc là xét sự ứng xử của đất theo ứng suất tổng hoặc là theo ứng suất hữu hiệu, tùy thuộc vào điều kiện tải trọng và giai đoạn tính toán Điều kiện tải trọng bao gồm kết cấu đất tự nhiên tạm thời hay đạt ổn định lâu dài Điều kiện tải trọng cũng phải xét đến điều kiện hoặc là đất sẽ thoát nước tự do trong quá trình xây dựng hay cần có thời gian

để đất nở hay nén đến trạng thái cân bằng cuối cùng Ngay khi điều kiện tải trọng được xác lập, một phương pháp kỹ thuật phù hợp sẽ được lựa chọn để xác định đặc tính sức kháng cắt thích hợp

Mục đích của thí nghiệm độ bền chống cắt là xác định các giá trị thực nghiệm cho các thông số của độ bền chống cắt Điều quan trọng là giá trị lực dính c

và góc ma sát trong ϕ đo được liên quan với điều kiện và phương pháp thí nghiệm

(a) Biểu đồ ứng suất tổng

(b) Biểu đồ ứng suất hữu hiệu

Hình 1.1- Đường tới hạn Mohr-Coulomb theo ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu

Trong đa số các trường hợp, kết quả thí nghiệm thực tế cho thấy giá trị độ bền sức kháng cắt theo ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu khác biệt nhau đáng kể Tuy nhiên giữa chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau, vì giá trị độ bền được xác định khi đất đạt trạng thái giới hạn

Ứng suất tổng, σ

Khi sức kháng cắt được sử dụng trong tính toán ổn định sườn dốc và tường chắn, điều quan trọng là phải phân biệt giữa hai loại thông số độ bền – biểu thị trong điều kiện ứng suất tổng hoặc trong điều kiện ứng suất hữu hiệu Khi sử dụng sức kháng cắt hữu hiệu, trong tính toán ổn định phải sử dụng giá trị ứng suất hữu hiệu, tức là, áp lực nước lỗ rỗng phải được xem xét và bao gồm trong tính toán Ngược lại, khi sử dụng sức kháng cắt trong điều kiện ứng suất tổng, áp lực nước lỗ rỗng sẽ

không được sử dụng trong tính toán ổn định

Khi đất nền chịu tác dụng của tải trọng ngắn hạn, nước lỗ rỗng chưa kịp thoát

ra, toàn bộ ứng xử của đất, bao gồm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phát sinh, có thể được mô phỏng bằng tổng ứng suất và không cần phân chia ứng xử của khung hạt

và nước lỗ rỗng Chỉ ứng suất tác động tổng cần được xem xét trong phân tích và các thông số độ bền tương ứng theo ứng suất tổng cần được xác định khi thí nghiệm

Tính cân bằng của áp lực nước lỗ rỗng được thiết lập tùy thuộc vào điều kiện xung quanh Do đó áp lực nước lỗ rỗng dài hạn không thể mô phỏng được trong phòng thí nghiệm mà phải xem xét tách biệt Lúc này, phân tích ứng suất hữu hiệu được sử dụng trong phân tích ổn định dài hạn Trong thí nghiệm, ứng xử của khung

hạt - ứng suất hữu hiệu, có thể được xác định hoặc là cho phép thoát nước để không

phát sinh áp lực nước lỗ rỗng trong đất, hoặc là thí nghiệm phải được thực hiện đủ chậm để cho phép tiêu tán hay cân bằng hoàn toàn áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong mẫu

Tải trọng công trình gây ra ứng suất cắt và ứng suất nén trong nền đất bên dưới Ứng suất cắt tác động lên khung hạt, còn ứng suất nén trước tiên gây ra sự tăng áp lực nước lỗ rỗng Theo thời gian, ứng suất hữu hiệu tác dụng lên khung hạt thể hiện qua các thành phần ứng suất: ứng suất pháp thay đổi theo mức độ tiêu tán

áp lực nước lỗ rỗng thặng dư còn ứng suất tiếp xem như không đổi vì ứng suất tiếp không chịu tác dụng của áp lực nước lỗ rỗng Do sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, đất được cố kết và ứng suất hữu hiệu tăng lên, dẫn theo sự gia tăng thành phần ma sát trong sức kháng cắt Vì vậy, đối với nền đất, xét điều kiện ngắn hạn, trong đa số các trường hợp, khả năng chịu tải kém hơn Điều này cho phép sử dụng

Trong quá trình thi công nền đường, việc gia tải từng lớp gây ra ứng suất ở phần bên dưới nền đường, dẫn đến sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng Do vậy, phân tích theo ứng suất tổng và thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước là phù hợp, việc thiết kế nền đường theo cách này hiếm khi dùng cho đến năm 1960 Tuy nhiên, sự nén chặt của bản thân đất cũng tạo thêm ứng suất, mà nếu bỏ qua nó, với vật liệu chưa bão hoà thì ứng suất thêm vào này rất lớn có thể truyền tức thời đến khung hạt

Sự phức tạp này làm cho việc mô phỏng ứng xử tổng thể của đất không thể thực hiện trên mẫu thí nghiệm Để khắc phục, phân tích theo ứng suất hữu hiệu hiện nay được áp dụng Cũng vậy, thường kinh tế hơn khi thiết kế nền đường cho ổn định lâu dài và quan trắc áp lực nước lỗ rỗng trong suốt quá trình thi công, làm chậm tốc độ

cố kết nơi cần thiết, bảo đảm trong giới hạn an toàn

Một trường hợp đặc biệt của ổn định nền đường, là sự hạ thấp nhanh mực nước phía sau của đường ven đê, đập Trong trường hợp này, đất nền đường có thời gian để cố kết dưới trọng lượng bản thân (hàm ý điều kiện lâu dài) nhờ mực nước lân cận được rút đi nhanh (hàm ý điều kiện ngắn hạn) Điều này có thể được mô phỏng trong thí nghiệm ba trục CU, trong đó cho phép mẫu thoát nước và cố kết dưới áp lực buồng Ngay khi giai đoạn cố kết hoàn thành, mẫu được cắt nhanh với điều kiện không thoát nước Bằng cách này, ứng xử của đất trong 2 giai đoạn cố kết dài hạn và cắt ngắn hạn được mô phỏng trong thí nghiệm, cho phép sử dụng phân

tích theo ứng suất tổng Trong trường hợp này giả định rằng có thể mô phỏng được điều kiện dài hạn bằng thí nghiệm bởi vì nước trong bể chứa giữ cho đất ở mặt thượng lưu của đập sẽ luôn luôn bão hoà Tuy nhiên, điều kiện hạ thấp mực nước nhanh có lẽ tốt hơn, toàn diện hơn là phân tích theo điều kiện ứng suất hữu hiệu, bằng cách sử dụng các thông số độ bền ứng suất hữu hiệu cho phân tích ổn định dài hạn của mái dốc đập

Với mái dốc tự nhiên, thường nói về điều kiện để cân bằng trong chu kỳ thời gian dài, do đó sử dụng phân tích theo ứng suất hữu hiệu là phù hợp

1.2- Sức kháng cắt không thoát nước trong đất dính và các phương pháp thí nghiệm

1.2.1- Sức kháng cắt không thoát nước

Độ bền chống cắt không thoát nước của đất Su được xác định từ thí nghiệm trong điều kiện hệ kín, tức là trong điều kiện ứng suất tổng Trong hầu hết đất dính bão hoà, thí nghiệm dưới điều kiện cắt nhanh không thoát nước, góc kháng cắt ϕ có giá trị không đáng kể, sức kháng cắt chủ yếu là lực dính không thoát nước cu (còn được xem là lực dính biểu kiến)

τ = σ tgϕ + cu Với ϕ ~ 0 thì τ = cu

Rõ ràng rằng đối với đất bão hoà thì ứng suất cắt giới hạn sẽ không đổi tại tất

cả các giá trị ứng suất pháp

Từ phương trình: σ' = σ - u, có Δσ' = Δσ - Δu

Trong khoảng thời gian ngắn, sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng không xảy ra

do nước lỗ rỗng chưa kịp thoát ra, khi đó Δσ’=0 Bởi vậy, một sự tăng ứng suất pháp tổng sẽ dẫn tới một sự tăng tương tự áp lực nước lỗ rỗng, vì thế ứng suất pháp hữu hiệu luôn là hằng số Một nhóm các thí nghiệm không thoát nước cho mẫu bão hoà của cùng loại đất được tiến hành với các ứng suất pháp khác nhau, sẽ cho một đường bao độ bền không thoát nước là đường thẳng nằm ngang như hình dưới đây:

Hình 1.2- Đường bao độ bền theo sơ đồ không cố kết-không thoát nước UU

Góc ma sát trong biểu kiến ϕu ~ 0 và đường bao độ bền chặn trục ứng suất

cắt tại một giá trị được gọi là độ bền chống cắt không thoát nước hoặc lực dính

được xem là hằng số Tuy nhiên phải lưu ý hai điều kiện quan trọng liên hệ với giá trị quan sát bất kỳ của cu Trước hết, giá trị chỉ thích ứng cho khối đất không thoát nước và thứ hai, giá trị tương ứng với một độ ẩm riêng biệt (hoặc thể tích riêng v= 1+e) Tại một độ ẩm (hoặc thể tích riêng) khác sẽ có một giá trị độ bền chống cắt không thoát nước khác

Khi tính toán xử lý nền đất yếu, cường độ kháng cắt không thoát nước Su

(hay cu) là thông số quan trọng để dự tính khối lượng đắp và phân tích ổn định trong quá trình thi công

Dưới đây, trình bày các phương pháp sử dụng hiện nay để xác định cường độ kháng cắt không thoát nước của đất

1.2.2- Các phương pháp xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất

a) Thí nghiệm hộp cắt

Thí nghiệm này còn gọi là thí nghiệm cắt trực tiếp, bởi vì ứng suất pháp và

ứng suất cắt trên mặt phá hoại định sẵn được đo trực tiếp Một mẫu đất hình trụ được cho vừa khít bên trong một hộp kim loại được tách thành 2 nửa nằm ngang Đặt tải trọng thẳng đứng lên mẫu bằng cách treo quả cân tĩnh qua cơ cấu tay đòn Sau khi bỏ vít giữ 2 nửa hộp với nhau, đất được cắt bởi lực nằm ngang tác dụng bằng một kích vít với tốc độ biến dạng không đổi Độ lớn của lực cắt được đo bằng một vòng ứng biến hoặc hộp đo lực bằng điện

Hình 1.3- Sơ đồ thí nghiệm cắt trực tiếp

Trình tự lặp lại cho 3 đến 4 mẫu của cùng loại đất với các ứng suất pháp khác nhau Giá trị ứng suất pháp σ và ứng suất tiếp τ được tính và vẽ thành đồ thị Đường bao độ bền chống cắt tương ứng với ứng suất cắt đỉnh và ứng suất cực hạn phù hợp với đường thẳng trung bình dựng được qua các điểm của biểu đồ (τ - σ)

Đá thấm

Tải trọng P

Đồng hồ đo biến dạng

Lực cắt T Mẫu đất

Hộp cắt

Đồng hồ đo

biến dạng

Mặt trượt

0 50 100 150 200

Hình 1.4- Biểu đồ thí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất

Từ đường thẳng trung bình đi qua các điểm thí nghiệm có thể xác định góc ma sát trong ϕ và lực dính c của mẫu đất Giá trị ϕ, c được gọi là cường độ sức kháng cắt của đất

Các thiết bị cắt trực tiếp trước đây thường không kiểm soát được khả năng thoát nước của mẫu đất, nghĩa là chỉ có thể tiến hành cắt gần với điều kiện UU (không cố kết không thoát nước), nhưng cũng có nước thoát qua khe cắt Hiện nay, các thiết bị cắt trực tiếp đã được cải tiến bằng cách gắn sensor ở đáy hộp cắt để kiểm soát khả năng thoát nước của mẫu đất trong quá trình cắt Vì vậy với thiết bị cải tiến này có thể tiến hành cả ba phương pháp thí nghiệm cắt theo điều kiện UU,

CU và CD

b) Thí nghiệm nén nở hông

Để xác định sức kháng cắt của đất trong phòng, phương pháp phổ biến, đơn giản và xuất hiện sớm nhất là nén mẫu đất hình trụ cho phép nở hông tự do Khi ấy, sức kháng cắt của đất biểu hiện qua lực dính (c) của đất có thể được xác định bằng công thức sau:

2

u q

245(

Sức kháng nén này được xác định như là cường độ kháng nén lớn nhất chịu được trong quá trình thí nghiệm hoặc tại giá trị biến dạng đạt tới 20% (theo BS1377-Part 7-7)

Quá trình phá hoại đất từ thí nghiệm nén nở hông có thể minh họa như hình 1.5

(a) Biểu đồ ứng suất-biến dạng trong thí nghiệm nén nở hông (b) Sự phát triển vòng Mohr tương ứng theo ứng suất tổng (c) Ứng suất tổng và hữu hiệu trên mặt phá hoại

(d) Vòng Mohr theo ứng suất hữu hiệu lúc phá hoại

Hình 1.5- Biểu đồ minh hoạ quá trình phá hoại đất từ thí nghiệm nén nở hông

c) Thí nghiệm nén ba trục

Thí nghiệm nén ba trục là thí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay bởi vì thí nghiệm này mô tả được đúng hơn trạng thái ứng suất tự nhiên của mẫu đất trong điều kiện thế nằm tự nhiên Thí nghiệm nén ba trục cho phép mô tả được nhiều trạng thái ứng suất như ứng xử của mẫu đất theo điều kiện trạng thái ứng suất (gia tải, dỡ tải theo các phương) cũng như ứng xử thực

tế của đất nền (thoát nước hay không thoát nước) Thí nghiệm nén ba trục là một trong những thí nghiệm đa dạng nhất trong tất cả các thí nghiệm xác định sức kháng

cắt của đất xét về chi tiết phức tạp Điều kiện thoát nước kiểm soát được cho tất cả các loại đất Trong thí nghiệm nén ba trục, việc kiểm soát áp lực nước lỗ rỗng hoàn toàn có thể thực hiện được chính xác, biến đổi thể tích cũng có thể đo đạc được Trong quá trình thí nghiệm, phương tác dụng của các thành phần ứng suất chính không đổi (khác biệt đáng kể so với phương tác dụng của các thành phần ứng suất chính trên mặt cắt định sẵn trong thí nghiệm cắt trực tiếp thay đổi liên tục trong quá trình cắt) Mặt phá hoại không được quy định trước mà mẫu đất sẽ bị phá hoại theo mặt trượt yếu nhất hoặc đơn giản là phồng ra trong trường hợp đất mềm dẻo (trường hợp này mặt trượt chỉ thấy được khi chẻ tách mẫu ra) Thông thường, trong mẫu đất nén ba trục sẽ xuất hiện họ mặt trượt đối xứng nhau hợp với mặt ngang một góc

α = ± (45o+ϕ’/2)

Hình 1.6- Sơ đồ buồng nén thí nghiệm nén ba trục đối xứng trục

Mẫu đất

Vỏ buồng áp lực hình lăng trụ trònMàng cao su

Tạo áp lực buồng

Đá thấm

Nối với thiết bị

đo áp lực lỗ rỗng và thể tích

Nước trong buồng để Van thoát

P

Thông thường thí nghiệm nén ba trục được thực hiện với 2 – 3 mẫu đất hình lăng trụ tròn có chiều cao gấp 2 lần đường kính, tức là h=2d dưới tác dụng của áp lực hông với giá trị khác nhau Kích thước mẫu thông thường là 38x76mm, 50x100mm hoặc một số kích thước khác tùy thuộc vào kích thước buồng nén, thường chọn kích thước 38x76mm cho các loại đất hạt mịn

Các thông số cơ bản trong thí nghiệm ba trục thông thường (nén dọc trục AC) bao gồm:

nghiệm nén ba trục là ứng suất theo phương dọc trục

Hình 1.7- Tác dụng ứng suất ba trục trong khối đất

Trạng thái ứng suất khi đạt đến điểm phá hoại được ghi nhận thông qua giá trị các thành phần ứng suất chính lớn nhất σ1 và nhỏ nhất σ3 Vòng Mohr ứng suất

sẽ được xác định theo các thành phần ứng suất chính từ các mẫu thí nghiệm Đường

Hình 1.8- Ứng suất của một điểm trong đất nền đạt trạng thái giới hạn theo thuyết

phá hoại Mohr – Coulomb.

Theo hình 1.8, ta có:

ϕσ

σ

σσϕ

σσ

σσϕ

g c tg

c C

O

CT

cot 2 2

2 '

sin

3 1

3 1 3

1

3 1

+ +

−

= + +

σσσ

σ

cos sin 2 2

3 1 3

Tiếp tục biến đổi:

ϕϕ

σϕ

σ1(1−sin )= 3(1+sin) +2c.cos

ϕ

ϕϕ

ϕσ

σ

sin1

cos.2sin1

sin1

)245(.2)245(

2 3

1

ϕϕ

cot.2

)(

sin

ϕσ

σ

τσσϕ

g c z x

xz x

z

++

lý thuyết cân bằng giới hạn Để tính toán sức chống cắt của đất, có thể sử dụng phương trình (1.5)

Từ kết quả thí nghiệm, vẽ các vòng tròn Mohr ứng với từng cặp σ3, σ1 tương ứng thu được các thông số sức kháng cắt của đất

Tùy theo trạng thái của đất khi bị cắt đến phá hoại, phân biệt 3 sơ đồ thí nghiệm sau:

+ Thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU) đối với đất bão hoà

Đây là sơ đồ thí nghiệm đơn giản, vận hành nhanh, giá thành rẻ và thông dụng nhất của thí nghiệm nén ba trục Kết quả sức kháng cắt thu được theo các thành phần ứng suất tổng

Trong sơ đồ này, đất được đưa tới phá hoại không có khả năng thoát nước lỗ rỗng và chưa được cố kết Độ ẩm và độ chặt được xem như không đổi trong các mẫu đất thí nghiệm và trong quá trình nén mẫu Khi thí nghiệm, các van thoát nước của dụng cụ thí nghiệm được đóng hoàn toàn và đất chịu tác dụng của lực nén dọc trục σ1 ngay sau khi áp lực hông σ3 được ổn định Vì nước và cốt đất hầu như không chịu nén và giả thiết trong nước không chứa không khí nên trong quá trình thí nghiệm mẫu không bị biến dạng thể tích Khi thí nghiệm với đất bão hoà (hệ số

áp lực của nước lỗ rỗng B=1) độ tăng nào đó của ứng suất tổng tạo nên sự tăng tương ứng của áp lực nước lỗ rỗng (Δu=Δσ) và vì thế không xảy ra sự tăng ứng suất hữu hiệu tức là Δσ’=0 Trường hợp thí nghiệm này cho ta: Su = cu và ϕu = 0

Giá trị Su, gọi là sức kháng cắt không thoát nước của đất

+ Thí nghiệm cố kết, không thoát nước (CU) đối với đất bão hoà

Trong thí nghiệm theo sơ đồ này, mẫu đất trước tiên được cố kết dưới các cấp áp lực hông σ3 xác định trước khi thí nghiệm đưa tới phá hoại Khi cố kết, hoặc

là áp lực nước lỗ rỗng, hoặc là sự thay đổi thể tích của mẫu đất được theo dõi để xác định đất đã được cố kết hoàn toàn (khi sự thay đổi thể tích ngừng và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư giảm tới 0) Sau đó tăng áp lực dọc trục σ1 và không cho thoát nước (đóng các van thoát nước) Trong quá trình thí nghiệm giá trị áp lực nước lỗ rỗng u được ghi nhận

Kết quả thu được theo sơ đồ này là sức kháng cắt tổng và hữu hiệu :

• Đặc trưng sức kháng cắt tổng: ccu, ϕcu - sử dụng cho thiết kế đắp đất theo giai đoạn trên nền đất yếu

• Đặc trưng sức kháng cắt hữu hiệu: c’cu, ϕ'cu - sử dụng để tính ổn định lâu dài

+ Thí nghiệm cố kết, thoát nước (CD): (tham khảo)

Theo sơ đồ này, đầu tiên đất được cố kết hoàn toàn (như giai đoạn đầu của sơ

đồ CU) và sau đó tăng áp lực dọc trục σ1 trong điều kiện thoát nước Áp lực σ1 phải được tác dụng ở tốc độ chậm để đảm bảo rằng không xảy ra sự tăng áp lực nước lỗ rỗng trong mẫu đất

Thông số sức kháng cắt nhận được, theo sơ đồ này ở trạng thái ứng suất hữu hiệu với các thông số c’, ϕ' riêng của đất

Phương pháp này nhằm xác định tại hiện trường sức kháng cắt của đất sét mềm bão hoà bằng thiết bị cắt cánh dưới tác động của một lực xoắn đủ mạnh để cắt đất

Thí nghiệm thích hợp cho loại đất dính có trạng thái từ dẻo mềm đến rất mềm, bão hoà nước Nguyên lý của thí nghiệm cắt cánh là ấn vào trong đất một cánh cắt chữ thập bằng thép, sau đó quay cánh cắt cho đến khi đất bị cắt xoay tròn (phá hủy) xung quanh trục của nó và đo moment xoắn Đất bị cắt trong thời gian khá nhanh, với hệ số thấm trong đất dính rất nhỏ nên nước không kịp thoát ra ngoài trong quá trình thí nghiệm

Hiện nay có khá nhiều thiết bị cắt cánh, nhưng có thể tóm lược theo 3 loại sau:

+ Loại đọc ngay kết quả

Thiết bị bao gồm:

¾ Bệ đỡ máy với công suất 5 tấn

¾ Máy ép/ kéo thủy lực 15 tấn với bơm thủy lực (AIMIL)

¾ Thiết bị cắt cánh: Thiết bị "Vane Borer" do Tiệp Khắc sản xuất Thiết bị có ống bao và mũ bảo vệ để chống ma sát cho cần

¾ Cánh cắt hình chữ nhật rộng 6,5cm và cao 13,0cm dùng cho đất ở trạng thái chảy và 3,5cm x 7,0cm cho đất ở trạng thái dẻo mềm Cánh cắt có bề dày 2mm, cần trong có đường kính 25mm.nằm trong ống bao bảo vệ có đường kính 63,5 mm

- Hố khoan được làm sạch trước khi thí nghiệm

- Ép bộ cắt cánh đến độ sâu cách đáy hố khoan tối thiểu 4d (với d -đường kính hố khoan), hoặc 6d (trường hợp đất sét rất nhạy)

- Đáy hố khoan có bộ định tâm để bảo đảm cánh cắt thí nghiệm ở tâm hố khoan

¾ Cắt trong ống bao bảo vệ:

- Cánh cắt và cần cắt được đặt trong ống bao bảo vệ để loại ma sát giữa cần cắt với đất

- Ép bộ cắt cánh đến độ sâu thí nghiệm, ép cần cắt ra khỏi ống bao bảo vệ rồi tiến hành cắt

Hình 1.10- Thiết bị cắt cánh sử dụng đo moment

Hình 1.11- Các loại cánh đường kính 35, 50 & 65 mm và ống bao bảo vệ

Trình tự thí nghiệm:

¾ Tại mỗi độ sâu thí nghiệm, lưỡi cắt chữ thập được ấn ngập vào trong nền đất nguyên trạng một đoạn 0,5m, sau đó thí nghiệm được tiến hành bằng cách quay lưỡi cắt với tốc độ khoảng 6o trong một phút ứng với thời gian phá hủy khoảng 2 đến 5 phút Tiếp theo lưỡi cắt sẽ được xoay luôn vài vòng rồi để yên trong khoảng 10 phút Thí nghiệm cắt sẽ được lặp lại lần nữa trong điều kiện đất đã bị phá hoại

¾ Sức kháng cắt không thoát nước sẽ được xác định dựa vào moment cắt đo được và phụ thuộc vào kích thước cánh của lưỡi cắt chữ thập Độ nhạy của đất được tính bằng tỉ số giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất ở hai trạng thái nguyên trạng và đã bị phá hoại

Thiết bị thí nghiệm là máy cắt cánh Nilcon do Thụy Điển sản xuất Thí

nghiệm cắt cánh được tiến hành bằng cách ấn trực tiếp vào đất với tần suất 1m -2m/

lần

Hình 1.12- Thiết bị cắt cánh cơ NILCON của Geotech

Thiết bị có các phần chính như sau:

soát moment, đai siết, đầu kẹp vào máy nén, lò xo khóa và đĩa thép đường kính 23mm

Đường mômen 0

Góc quay cánh

x 130 mm, đầu nối trượt (15 độ ngược chiều kim đồng hồ) cho cần φ22mm

Trình tự thí nghiệm:

Trong giai đọan cắt bằng thiết bị Nilcon, người thí nghiệm quay tay quay với vận tốc 1 vịng/giây sẽ làm quay cần trên mặt đất với vận tốc 0,2 độ/ giây Dưới đất, moment sẽ tác động lên đầu nối ngay trên cánh ở 15 độ đầu tiên Sau đĩ moment sẽ truyền đến cánh Sau khi phá họai, một đường cong sẽ được vẽ trên giấy như sau:

Hình 1.13- Đường cong cắt trên giấy ghi với ma sát cần ban đầu, tiếp theo là lực

cắt phá hoại trong lớp sét thí nghiệm

Tính tốn cường độ kháng cắt:

Cường độ kháng cắt:

T - Số đo momen lúc phá họai (Nm) = Số đo hiệu chỉnh (mm) x hằng

số hiệu chỉnh (Nm/mm);

Số đo hiệu chỉnh = Số đo lớn nhất lúc phá hoại – ma sát cần;

C - Hệ số cánh (kPa/Nm)

với cánh có vát (góc 120o) của Geotech :

)]2

(37.0[

10

3 3 3

6φ

=

D D

C

trong đó: D - đường kính cánh; φ = 1,40 x 10-2 m

Do đó:

Hệ số cánh loại có vát kích thước 11,0 x 5,0 cm là 2,0 kPa/Nm

Hệ số cánh loại có vát kích thước 13,0 x 6,5 cm là 1,0 kPa/Nm

Hệ số cánh loại có vát kích thước 17,2 x 8,0 cm là 0,5 kPa/Nm

Hình 1.14- Thiết bị cắt cánh điện tử EVT200 của Geotech

Số liệu được ghi nhận trực tiếp tại bộ truyền động, và được máy tính xử lý bằng phần mềm VANE-LOG 1.03 của GEOTECH Sau khi phá hoại, một đường cong sẽ được hiển thị trên màn hình máy tính như sau:

Hình 1.16- Giao diện Phần mềm xử lý số liệu cắt cánh VANE-LOG 1.03

của hãng Geotech

Sau khi đã cắt nguyên dạng, quay cần cho đất tại vị trí cắt cánh được phá hoại hoàn toàn, để yên trong 10 phút sau đó thực hiện tương tự như cắt nguyên dạng, khi đó thu được kết quả cắt phá hoại

Số đo trong quá trình thí nghiệm được diễn dịch ngay sau thí nghiệm và lập thành biểu đồ và bảng kết quả

Sức kháng cắt không thoát nước Su được tính toán trên cơ sở giả định rằng sức kháng cắt là đồng nhất trên toàn bộ bề mặt cắt (trên thân, đỉnh và đáy của mũi cắt) Sức kháng cắt trên bề mặt cánh được xác định như sau:

Bề mặt đỉnh: 2 3

1

12

1 3

2

(2

( 2

H

D D

M

+ +

1

) 3

( 2

H

D D

Đất có độ nhạy lớn (Su ở trạng thái phá hoại nhỏ), khi thiết kế chọn hệ số an toàn lớn

Trong khảo sát nền đất yếu, thí nghiệm xuyên côn (CPT - Cone Penetration Test) là một thí nghiệm quan trọng để đánh giá các đặc trưng cơ lý của đất ở hiện trường, đặc biệt đối với thí nghiệm có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu (piezocone test)

Nguyên lý thí nghiệm là người ta xuyên vào trong đất một chùy xuyên hình côn, lực làm xuyên là lực ép tĩnh Trong quá trình xuyên, đo được sức kháng xuyên của đất ứng với mũi xuyên, ký hiệu qc –sức kháng mũi đơn vị; và sức kháng của đất với bề mặt thành bên của xuyên, ký hiệu fs –lực ma sát hông đơn vị

CPT hiện nay gồm có 2 loại:

- Xuyên cơ MCPT

- Xuyên điện có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu (hay ECPTu)

Ưu điểm của thí nghiệm này là: thí nghiệm nền đất ở trạng thái ứng suất nguyên dạng của nó; xác định địa tầng chi tiết và liên tục; thí nghiệm nhanh chóng, giá thành rẻ

Qua kết quả thí nghiệm xuyên, ta đưa ra được các tương quan giữa sức kháng xuyên qc và các chỉ tiêu cơ lý, như các thông số cho đất cát (độ chặt, góc ma sát trong, module biến dạng) và cho đất sét (sức kháng cắt không thoát nước Su, module biến dạng, các thông số cố kết Ch) Từ đó đưa vào tính toán nền móng: sức chịu tải của cọc, thiết kế móng nông, dự đoán độ lún của đất nền…

Thiết bị xuyên cơ MCPT thường dùng cho loại sét dẻo mềm đến cứng hay trong tầng cát, vì trong lớp sét mềm yếu nhiều khi cần tự tuột do trọng lượng bản thân cần nên không ghi nhận được số đọc đồng hồ Do đó, thiết bị xuyên điện ECPTu thích hợp để sử dụng đối với loại sét mềm yếu bão hoà nước Dưới đây là thiết bị xuyên tĩnh điện không dây của hãng Geotech đã sử dụng để thí nghiệm trong lớp sét yếu tại khu vực khảo sát

Thiết bị:

Thí nghiệm xuyên có đo áp lực lỗ rỗng được tiến hành bằng thiết bị xuyên tĩnh điện không dây của hãng Geotech (Thụy Điển) Hệ thống không cần bất kỳ dây

dẫn nào để truyền tín hiệu đo được từ mũi xuyên lên mặt đất Tất cả đều do sóng

âm Trong mũi xuyên có các phần tử áp điện có thể chuyển các tín hiệu số thành sóng âm và truyền dọc theo cần xuyên lên mặt đất Các tín hiệu truyền đi có thể nghe được với tần số cao Trên mặt đất, tín hiệu được thu nhận bằng một microphone lắp trên máy ép thủy lực Từ microphone, tín hiệu truyền đến máy tính qua bộ giao diện máy tính Số liệu được thể hiện trên máy tính một cách tức thời theo dạng đồ thị và dạng số

Hình 1.17- Thiết bị xuyên tĩnh điện không dây của Geotech

kháng mũi (qc), ma sát áo (fs), áp lực nước lỗ rỗng (u) Các số liệu đo được bằng cảm biến được số hóa và mã hóa với bộ dò sai số trước khi đưa đến bộ truyền âm Thiết bị bao gồm:

Hình 1.18- Lắp đặt vòng lọc đo áp lực nước lỗ rỗng trong phểu glycerin

Thí nghiệm đo tiêu tán áp lực lỗ rỗng được tiến hành trong lớp sét bão hoà nước tại độ sâu định trước cho mỗi vị trí xuyên Công tác xuyên tạm dừng tại độ sâu yêu cầu, giở tải trên cần và ghi nhận áp lực lỗ rỗng theo thời gian Áp lực nước

Hình 1.19- Giao diện phần mềm CPT-log 3.04 của hãng Geotech

Từ thí nghiệm xuyên tĩnh điện, cường độ sức kháng cắt không thoát nước Su

được xác định theo công thức:

kt

vo t

q

Trong đó:

σvo - ứng suất bản thân tổng (kPa);

qc, qt - sức kháng mũi, sức kháng mũi hiệu chỉnh (kPa);

Nk, Nkt - hệ số mũi xuyên, hệ số mũi xuyên điện

Giá trị Nkt được tính dựa theo sức kháng cắt không thoát nước hiệu chỉnh Su

trong thí nghiệm cắt cánh

Ngoài các thí nghiệm trên, để xác định Su, người ta còn sử dụng một số thí nghiệm khác như: thí nghiệm nén ngang PMT, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT… Tuy nhiên các thí nghiệm này cho ra giá trị Su gián tiếp từ các tương quan theo kinh nghiệm phụ thuộc vào điều kiện địa chất của từng khu vực Cơ sở của các phương pháp thí nghiệm này được trình bày trong các tiêu chuẩn và tài liệu chuyên ngành

1.3- Các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt không thoát nước của đất dính

Giá trị của sức kháng cắt không thoát nước Su trong đất dính thu nhận từ các kết quả thí nghiệm có thể phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như điều kiện thí nghiệm trong phòng hay hiện trường, lịch sử ứng suất, tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất ban đầu… Trong đó, yếu tố chính ảnh hưởng tới Su là các phương pháp thí nghiệm xác định Su

Xem xét biểu đồ dưới đây theo nghiên cứu của Ismael và Klym (1978 ), quan

hệ của sức kháng cắt không thoát nước Su theo độ sâu từ các phương pháp thí nghiệm khác nhau:

Có thể quan sát thấy giá trị Su ở cùng một độ sâu theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau có khi khác biệt đến 2 – 3 lần Điều đó thể hiện sự ảnh hưởng lớn của các phương pháp thí nghiệm khác nhau tới giá trị Su Theo kết quả nghiên cứu này, sức kháng cắt không thoát nước có sự khác biệt đáng kể theo các phương pháp

thí nghiệm khác nhau Điều này gây nhiều khó khăn trong việc lựa chọn giá trị hợp

lý để tính toán và phân tích các bài toán thiết kế thực tế

1.4- Nhận xét và nhiệm vụ của đề tài

Sức kháng cắt không thoát nước là đặc trưng quan trọng sử dụng để tính toán theo các thành phần ứng suất tổng khi thiết kế công trình trên nền đất yếu bão hoà nước Phương pháp thí nghiệm rất đa dạng và cho kết quả khác biệt nhau trong cùng một loại đất Thông thường các thí nghiệm trong phòng cho ra kết quả Su(DSS) <

Su(UU) < Su(CU) và khác biệt so với kết quả thu nhận được từ hiện trường ở điều kiện thế nằm tự nhiên

Nhằm mục đích phân tích và chọn lựa giá trị sức kháng cắt không thoát nước hợp lý hơn, chúng tôi chọn lựa đề tài này với các nhiệm vụ chính đặt ra như sau:

- Tổng hợp và phân tích sức kháng cắt không thoát nước của lớp sét yếu bão hoà nước theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau ở cùng một khu vực

- Từ kết quả phân tích, trên cơ sở các biểu đồ tương quan được thiết lập, tiến hành đánh giá đặc điểm phân bố sức kháng cắt không thoát nước trong nền đất và các tác nhân ảnh hưởng lên giá trị của chúng

Kết quả nghiên cứu nhằm mục đích kiến nghị phương pháp thí nghiệm hợp lý hay giải pháp chọn lựa giá trị đặc trưng hợp lý cho các bài toán thực tế

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN VỀ SỨC KHÁNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC

2.1- Sử dụng S u trong thực tế thiết kế

Sức kháng cắt không thoát nước được sử dụng rất rộng rãi trong tính toán thiết

kế các công trình trên nền đất sét bão hoà nước, đặc biệt trong đánh giá khả năng chịu tải của đất nền

Theo 22TCN 272-05, sức chịu tải của cọc trong đất dính được xác định như sau:

+ Sức kháng ma sát đơn vị của thân cọc: qs = α x Su (Mpa) (theo phương.pháp α)

+ Sức kháng đơn vị của mũi cọc:

Cọc đóng : qp = 9 x Su (Mpa) Cọc khoan : qp = Νc x Su (Mpa) < 4 (Mpa)

+ Khi B/h ≤ 1,49: Trường hợp nền đường có chiều rộng bé đắp trên lớp đất

yếu dày (B- chiều rộng nền đường; h – chiều dày lớp đất yếu, hình 2.1)

Hình 2.1- Sơ đồ tính toán ổn định chống lún trồi

Áp lực giới hạn q gh bất lợi nhất của nền đất yếu được xác định theo công thức:

( ) u

Ứng suất do nền đường gây ra ở dưới tim nền đắp là:

q F

d

u gh

+ Khi B/h > 1,49: Nền đường có đáy rộng so với chiều dày lớp đất yếu

Áp lực giới hạn trên đất yếu được xác định theo công thức:

c u