Phương pháp xác định hệ số poisson của đất mềm bão hòa nước

Trong điều kiện bài toán một chiều, nền đất được xem như chỉ có biến dạng thể tích, các thông số được sử dụng phục vụ tính toán được xác định từ kết quả thí nghiệm như chỉ số nén Cc, chỉ

NGUYỄN HOÀNG VÂN

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2009

Tp HCM, ngày tháng … năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN HOÀNG VÂN Phái : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 18/09/1979 Nơi sinh : Đồng Nai

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Khoá : 2007

Mã số học viên: 00907555

1- TÊN ĐỀ TÀI:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ POISSON CỦA ĐẤT MỀM BÃO HÒA NƯỚC

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

- Tổng hợp các phương pháp xác định hệ số hệ số Poisson hay hệ số áp lực hông

- Chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý và tiến hành thí nghiệm xác định hệ số Poisson trên đất mềm của khu vực

- Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa để giải quyết nhiệm vụ đề tài bao gồm tổng hợp

và phân tích lý thuyết để tìm phương pháp thí nghiệm hợp lý, tiến hành thí nghiệm trên các mẫu sét mềm thực tế của khu vực

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

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

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS BÙI TRƯỜNG SƠN TS VÕ PHÁN

Trong suốt thời gian hoàn thành chương trình cao học ngành Địa kỹ thuật Xây Dựng, với sự tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm sống và đạo đức làm người của tất cả các thấy cô bộ môn đã giúp tôi trưởng thành hơn rất nhiều trong cuộc sống cũng như công việc Với tấm lòng của một học viên Cao học, cho phép tôi gởi lời tri ân đến tất cả những Thầy Cô giáo

• Bày tỏ sự kính trọng và lòng biết biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Bùi Trường Sơn đã hướng dẫn và định hướng cho tôi trong việc tìm tòi và nghiên cứu khoa học Với sự tận tình giúp đỡ, động viên và thường xuyên nhắc nhở của thầy

đã giúp tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận văn này

• Sự kính trọng và biết ơn đến thầy Võ Phán, chủ nhiệm bộ môn địa cơ nền móng đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, chia sẽ những kinh nghiệm chuyên môn vô cùng quý giá và đạo đức làm người đến với tất cả những học viên cao học

• Sự biết ơn sâu sắc đến tất cả các Thầy Cô trong Bộ môn Địa cơ Nền Móng đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoc tập

và hoàn thành luận văn

• Cảm ơn tất cả bạn bè Cao học khoá 2007 đã chia sẽ kiến thức và những kinh nghiệm chuyên môn, cùng với sự động viên giúp đỡ trong suốt thời gian vừa qua

• Và cuối cùng là niềm biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình đã động viên tinh thần cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

BÃO HÒA NƯỚC

Trong các bài toán Địa kỹ thuật, hệ số Poisson ảnh hưởng đáng kể lên đặc điểm

và giá trị độ lún của nền dưới công trình Trên cơ sở lý thuyết và tổng hợp các phương pháp thí nghiệm, đề nghị phương pháp xác định giá trị hệ số Poisson của đất mềm Kết quả nghiên cứu cung cấp số liệu phù hợp đối với đất nền phổ biến của khu vực để giúp việc tính toán lún chính xác

Giá trị và đặc trưng biến dạng của đất nền thường khác nhau ở mỗi thời điểm sau khi xây dựng công trình Thí nghiệm nén ba trục, theo sơ đồ CD được cho là phù hợp, phản ánh tốt quá trình làm việc của đất nền khi đạt đến độ lún ổn định Hệ

số Poisson không thoát nước giúp tính toán độ lún ngắn hạn hợp lý

ABSTRACT SUBJECT: METHOD TO DETERMINE POISSON COEFFICIENT OF

SATURATED SOFT SOIL

On the geotechnical engineering problem, Poisson coefficient affects considerably to characteristic and settlement of soft soil under project foundation

On basic theory and test methods collected, it suggests the way to determine Poisson coefficient value of soft soil This study result supplies proper data for foundation soil of area to help calculating settlement exactly

Deformation value and characteristics of soils is usually different from time to time after structures built up The triaxial test with consolidation drained method (CD) is considered suitable to reflect work process of foundation soil well until it reaches stable settlement The undraind Poisson coefficient is good to calculate short term settlement properly

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN TỪ

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ HIỆN TRƯỜNG 3

1.1 Các đặc trưng biến dạng của đất 3

1.2 Đặc điểm các đặc trưng biến dạng của sét mềm bão hòa nước 4

1.3 Ý nghĩa và sự tương quan giữa các thông số biến dạng của đất 16

1.3.1 Ý nghĩa các thông số biến dạng 16

1.3.2 Mối tương quan giữa các thông số biến dạng 23

1.3.2.1 Module biến dạng 23

1.3.2.2 Chỉ số nén 27

1.3.2.3 Tương quan giữa hệ số áp lực ngang tĩnh ξ o và hệ số quá cố kết OCR 28

1.3.2.4 Một số quan hệ thường được dùng trong các bảng tra có sẵn 32

1.4 Nhận xét về phương hướng của đề tài 34

CHƯƠNG 2 CÁC ĐẶC ĐIỂM ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT QUAN HỆ GIỮA CÁC THÀNH PHẦN BIẾN DẠNG VÀ VAI TRÒ CỦA HỆ SỐ POISSON 36

2.1 Các khái niệm ứng suất và tenser ứng suất trong đất 36

2.2 Quan hệ giữa ứng suất và các thành phần biến dạng trong đất 48

2.3 Biến dạng của đất 50

2.3.1 Nén cố kết và quan hệ giữa hệ số nén thể tích và module biến dạng 51

2.3.2 Nén ba trục, quan hệ giữa biến dạng thể tích và hệ số Poisson 56

2.4 Nhận xét chương 64

CHƯƠNG 3 HỆ SỐ POISSON CỦA ĐẤT SÉT MỀM 66

3.1 Phương pháp xác định hệ số Poisson từ phương pháp thí nghiệm 66

3.2 Hệ số Poisson trong điều kiện không thoát nước 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

MỞ ĐẦU

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Biến dạng hay độ lún của nền đất là một trong các trạng thái giới hạn cần phải tính toán khi giải quyết các bài toán Địa kỹ thuật thực tế, đặc biệt đối với nền đất loại sét bão hòa nước Trong điều kiện bài toán một chiều, nền đất được xem như chỉ có biến dạng thể tích, các thông số được sử dụng phục vụ tính toán được xác định từ kết quả thí nghiệm như chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs, áp lực tiền cố kết pc, hệ

số nén thể tích mv,… Đối với bài toán phẳng hoặc không gian, thông số được sử dụng trong tính toán thường là module tổng biến dạng Eo, hệ số Poisson ν hay module cắt G và module biến dạng thể tích K Ở đây, có thể thấy rằng giá trị hệ số Poisson ν thường được chọn lựa theo các bảng tra hay được tính gián tiếp thông qua

hệ số áp lực hông ξ (hay K) Trong trường hợp này, mô hình tính lún thường được

sử dụng là mô hình cột đất: khi chịu tải tác dụng theo phương đứng, cột đất bị biến dạng do nén thể tích và trượt ngang

Giá trị hệ số Poisson ảnh hưởng đáng kể lên giá trị module tổng biến dạng thông

qua hệ số xét đến tính nở hông

ν

νβ

−

−

=1

21

2 hay được sử dụng để xác định G, K

Khi giá trị hệ số Poisson ν thay đổi thì tỷ lệ giữa các thành phần biến dạng do nén thể tích hay do đất bị trượt (biến dạng hình dạng) sẽ thay đổi đáng kể Trong thực

tế, có những trường hợp độ lún xảy ra chủ yếu là do đất bị trượt ngang, đặc biệt là ở giai đoạn vừa xây dựng công trình, khi quá trình cố kết thấm mới bắt đầu xảy ra Về tổng thể, hệ số Poisson đóng vai trò quan trọng quyết định đến đặc điểm và giá trị

độ lún của nền dưới tác động của tải trọng công trình Việc xác định giá trị hệ số Poisson phục vụ tính toán thiết kế là việc làm cần thiết, nhất là đối với các công trình có quy mô lớn trên đất yếu như công trình đường, đê, đập

Cho đến nay, giá trị hệ số Poisson thông thường được chọn lựa theo các tài liệu sẵn có Tuy nhiên, trong một số trường hợp các tài liệu khác nhau lại ghi chép giá trị hệ số Poisson khác nhau cho cùng một loại đất hoặc cũng có trường hợp trong một tài liệu, giá trị hệ số Poisson của một loại đất cũng được chọn lựa khác nhau

trong các công thức xác định module biến dạng Nhằm mục đích xác định giá trị hệ

số Poisson cho các loại đất phổ biến của khu vực, đề tài được chọn lựa cho luận văn

là “Phương pháp xác định hệ số Poisson của đất mềm bão hòa nước”

Nhiệm vụ của đề tài

- Tổng hợp các phương pháp xác định hệ số áp lực hông hay hệ số Poisson

- Phân tích quan hệ ứng xử ứng suất – biến dạng trong thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ thoát nước từ đó kiến nghị phương pháp thí nghiệm xác định hệ số Poisson cho đất sét mềm của khu vực

Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa để giải quyết nhiệm vụ đề tài bao gồm: tổng hợp và phân tích lý thuyết để tìm phương pháp thí nghiệm hợp lý, tiến hành thí nghiệm trực tiếp trên các mẫu sét mềm thực tế của khu vực

Do thời hạn thực hiện luận văn hạn chế và trình độ có hạn nên việc thí nghiệm chủ yếu được tiến hành trên đất sét mềm với số lượng hạn chế Đặc điểm của các loại đất này là khi chịu tác dụng của ứng suất lệch, thể tích mẫu đất thường giảm xuống kèm theo hiện tượng thoát nước Đối với các loại sét cứng hay cát chặt, khi đạt đến một trạng thái nào đó trong quá trình nén lệch trục, mẫu đất có thể bị nở ra

và đặc điểm biến dạng không còn tuân theo quy luật biến dạng đàn hồi nữa Các vấn

đề về sự giản nở hay hóa cứng cũng như các đặc điểm độ bền của đất cứng hoặc kết cấu chặt không được xét đến trong nội dung luận văn, đây cũng là hạn chế của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ

HIỆN TRƯỜNG 1.1 Các đặc trưng biến dạng của đất

Biến dạng của đất là sự thay đổi hình dạng và thể tích dưới tác dụng của tải trọng ngoài hay do sự thay đổi trạng thái ứng suất Đối với đất loại sét bão hòa nước, biến dạng của đất phụ thuộc đáng kể vào thời gian do hiện tượng cố kết thấm hay lưu biến Trong thực tế xây dựng, việc tính toán độ lún hay ước lượng biến dạng thường được thực hiện theo từng thời điểm: khi vừa xây dựng xong (giai đoạn ngắn hạn), khi chấm dứt quá trình cố kết thấm (thời điểm ổn định) hay ở một thời điểm nào đó trong giai đoạn cố kết hay từ biến

Trong các bài toán Địa kỹ thuật thực tế, việc tính toán thường được thực hiện thông qua các mô hình: mô hình đất hay mô hình nền Cho đến hiện nay, việc ước lượng độ lún nền công trình (tức thời, ổn định và theo thời gian) thường được căn

cứ trên cơ sở lý thuyết đàn hồi với mô hình nền là cột đất Các thông số phục vụ tính toán phụ thuộc vào mô hình sử dụng và thường được xác định bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường [1, 10, 12]

Đối với đất rời, biến dạng thường xảy ra và chấm dứt trong khoảng thời gian ngắn sau khi tác dụng tải trọng Còn trong đất sét bão hòa nước, dưới tác dụng của tải trọng, trong các lỗ rỗng sẽ hình thành áp lực thặng dư Do hệ số thấm trong đất loại sét bé, quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư diễn ra chậm chạp và ứng suất hữu hiệu tăng lên từ từ đồng thời với biến dạng [12] Nhìn chung, đặc điểm biến dạng của đất phụ thuộc vào điều kiện thay đổi trạng thái ứng suất, tính chất của mỗi loại đất và lịch sử hình thành địa chất Về tổng thể, các đặc trưng biến dạng của đất thường được sử dụng trong tính toán là: module tổng biến dạng Eo, hệ

số Poisson ν hay module biến dạng thể tích K, module cắt G, chỉ số nén Cc, chỉ số

nở Cs, giá trị áp lực tiền cố kết pc (hay gián tiếp qua giá trị hệ số quá cố kết OCR) Các đặc trưng biến dạng theo thời gian có thể kể ở đây là: hệ số cố kết Cv, Ch, độ

nhớt η , hệ số nén thứ cấp Cα Lưu ý rằng, giá trị module biến dạng Eo của đất luôn thay đổi và phụ thuộc chủ yếu vào sự thay đổi trạng thái ứng suất (gia tải, dỡ tải) và

độ gia tăng cấp áp lực Tương tự, hệ số Poisson ν, giá trị K, G cũng thay đổi tương ứng trong khi các đặc trưng khác thường được xem là hằng số trong các bài toán Trong khảo sát địa chất công trình, các phương pháp thí nghiệm thường sử dụng

để xác định các đặc trưng biến dạng của đất là: nén không nở hông (nén cố kết), nén đơn, nén ba trục theo sơ đồ CU, CD, nén trong hố khoan, bàn nén hiện trường

1.2 Đặc điểm các đặc trưng biến dạng của sét mềm bão hòa nước

Đặc trưng biến dạng của đất là thông số cần thiết để ước lượng độ lún của nền, thể hiện thông qua các đặc tính cơ học và tính nén lún của đất, nó mang ý nghĩa quan trọng về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn khi tính toán thiết kế các công trình xây dựng Nói chung, hiện tượng cố kết hay biến dạng lún của nền hoàn toàn là do

sự nén ép của đất khi tác dụng tải trọng Thể tích các lỗ rỗng trong đất bị giảm do các hạt dịch chuyển tương đối với nhau và sắp xếp lại Khi đó, biến dạng của chính hạt cũng như của nước và khí chứa trong lỗ rỗng là do sự giảm thể tích các lỗ rỗng gây ra, còn sự giảm thể tích bản thân các hạt và nước trong các lỗ rỗng thì rất bé, có thể bỏ qua

Như đã biết, tính ép co của đất dưới tải trọng là đặc trưng quan trọng nhất của tính biến dạng của đất mềm bão hòa nước do bản chất mối liên kết giữa các thành phần hỗn hợp cấu tạo trong chúng quyết định Đối với đất bão hòa nước thì sự biến dạng khi nén chặt là do nước thoát ra khỏi lỗ rỗng, khi đó độ ẩm của đất sẽ giảm dần, còn đất không bão hòa nước thì trong phạm vi áp lực nhất định, quá trình nén chặt có thể xảy ra mà không làm thay đổi độ ẩm của nó.Nước thoát ra khỏi lỗ rỗng thể hiện rất rõ thông qua khả năng nén chặt dưới tác dụng của ứng suất xảy ra tức thời hay trong một thời gian dài Như vậy tính nén lún của đất là hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào từng loại đất, trạng thái và hoàn cảnh cụ thể thể hiện thông qua trạng thái ứng suất ngay cả trong cùng một loại đất Nhìn chung, đặc điểm biến dạng của đất được thể hiện rất cụ thể khi nén mẫu đất trong phòng thí nghiệm hoặc

bằng các thí nghiệm hiện trường thông dụng hiện nay như: nén trong hố khoan, bàn nén hiện trường…

Quan sát một mẫu bị nén trong thí nghiệm nén cố kết (còn gọi là thí nghiệm oedometer) cho thấy, sự ép co của mẫu đất chứa trong dao vòng chủ yếu là do thể tích lỗ rỗng giảm và biến dạng nén của đất được biểu hiện qua trị số biến đổi của hệ

số rỗng [1,3, 12].Thí nghiệm được thực hiện bằng cách nén một mẫu đất có chiều cao 2cm và diện tích tiết diện ngang từ 30 ÷ 50 cm2 chứa trong dao vòng và hộp nén

có đá thấm ở hai mặt trên và dưới của mẫu (hình 1.1) Mẫu đất được bão hòa hoàn toàn suốt quá trình thí nghiệm trong điều kiện ngập nước [15,18] Do có thành cứng, mẫu đất chỉ biến dạng theo phương thẳng đứng mà không có khả năng nở hông

Trong thí nghiệm nén cố kết, mẫu đất được chất tải dọc trục với áp lực tác dụng tăng dần theo từng cấp Tải trọng thẳng đứng được đặt lên mẫu qua một hệ thống tay đòn và sự thay đổi bề dày của mẫu được đo bằng các giá trị trung bình của đồng hồ chuyển vị gắn ở mặt trên mẫu đất Đặt tải trọng theo từng cấp áp lực tăng dần, mỗi cấp tải trọng thường chọn lựa gấp đôi cấp tải trọng trước đó, chẳng hạn như: 0,125; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 16; 32;…kG/cm2 Mỗi cấp áp lực tác dụng lên mẫu được giữ cho đến khi đạt ổn định biến dạng nén: không vượt quá 0,01mm trong thời gian không ít hơn 30 phút đối với đất cát; 3 giờ đối với đất cát pha; 12 giờ đối với đất sét pha và đất sét [15, 18]

Dao vòng

Đồng hồ đo biến dạng Tải trọng P

Nước

Đá thấm

Mẫu đất

Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị nén một trục không nở hông

Ứng với một cấp tải trọng, các số đọc của đồng hồ đo lún của mẫu đất sẽ được ghi nhận ứng với các thời điểm 6”, 15”, 30”, 45”, 1phút, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1giờ, 2h, 3h, 5h, 8h, 24h,… Đọc các số đo tiếp tục cho đến khi mẫu cố kết hoàn toàn dưới một cấp áp lực, thường là 24 hay 48 giờ [15, 18] Sau đó gia tải cấp tải trọng tiếp theo Số lượng và giá trị của các cấp tải trọng sẽ phụ thuộc vào loại đất và phạm vi của ứng suất dự kiến ở hiện trường Sau khi gia tải đến cấp tải trọng cuối cùng, khi

cố kết hoàn toàn đạt được thì dỡ tải theo một hay vài giai đoạn

Quan hệ giữa ứng suất nén (áp lực nén p hoặc σ) và hệ số rỗng e được biểu diễn dưới hai dạng: đồ thị thường hoặc dạng bán lograrit hình 1.2

Hình 1.2 (a) Đường quan hệ e – p; (b) e - logp

Do đặc điểm thí nghiệm, mẫu đất chỉ biến dạng thẳng đứng (do có thành cứng)

mà không có khả năng nở hông, biểu thức hệ số rỗng của đất được thiết lập tương ứng với trị số cấp tải trọng bất kỳ:

ei = eo – (∆hi/ho).(1+eo) (1.1) Trong đó:

ei - là hệ số rỗng ứng với cấp tải trọng pi

ho - chiều cao ban đầu của mẫu, tính bằng (mm)

eo - hệ số rỗng ban đầu

∆hi - biến dạng của mẫu đất ở cấp tải trọng i, tính bằng (mm)

Khi biết hệ số rỗng của đất với các giá trị tải trọng tương ứng, có thể vẽ được đường cong nén hình 1.2a Đường cong nén thường được sử dụng để tính lún,trong

đó độ dốc của đường cong ở một cấp số gia áp lực chính là hệ số nén lún và được xác định bằng biểu thức:

1

p d

de p

p

e e

C

n n

n n

n n

e e C

loglog 1

p

C

pTB – Áp lực trung bình của hai cấp tải trọng

Hệ số quá cố kết OCR (overconsolidation ratio):

pc – áp lực tiền cố kết của mẫu đất

po – áp lực thẳng đứng hữu hiệu do trọng lượng bản thân

1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20

Hình 1.3 Đường cong nén lún (gia tải và dỡ tải)theo biểu đồ bán logarit

Ngoài thí nghiệm nén không nở hông được thực hiện trong phòng để xác định các thông số biến dạng của đất, người ta còn dùng một số thí nghiệm khác tại hiện trường để xác định các thông số biến dạng Hiện nay, việc sử dụng các thông số biến dạng từ thí nghiệm hiện trường được thực hiện khá phổ biến.Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trong hố đào tại hiện trường, được cho là khá phổ biến hiện nay và xem là phù hợp với trạng thái ứng suất và biến dạng của khối đất tự nhiên [14] Thí

nghiệm được mô phỏng như hình 1.4

Các đặc trưng biến dạng của đất thực hiện từ thí nghiệm này thường dùng cho các công trình đường giao thông hoặc móng nông Thí nghiệm này có thể sử dụng cho mọi loại đất nền từ các loại đất đá cứng, nửa cứng cho tới các loại đất sét mềm dẻo đến các loại đất cát từ trạng thái rời xốp đến rất chặt Mục đích chính của thí nghiệm là xác định quan hệ giữa độ lún của nền đất đá và tải trọng tương ứng tác dụng lên nền, tức là tính chất biến dạng của đất đá

Thí nghiệm được thực hiện bằng tấm nén kim loại dày (10 ÷ 40)mm, hình vuông hoặc tròn, kích thước của các tấm nén khi thí nghiệm được quy định Trên kích có đồng hồ đo áp lực dùng để tính tải trọng, trên bàn nén có hệ thống đồng hồ đo biến dạng (chuyển vị) thông qua bộ giá chuyển vị kế

Mỗi cấp áp lực, tùy thuộc vào loại đất mà có tần số đọc chuyển vị khác nhau cho đến lúc đạt được ổn định quy ước về lún thì mới cho phép tăng tải

Khi thí nghiệm với đất cát, đất sét loại có kết cấu chặt, thí nghiệm trong hố đào thì dùng tấm nén tròn với diện tích 2500cm2, trong các loại đất độ có chặt trung bình hoặc kém chặt, diện tích bàn nén 5000cm2, nếu là hình vuông thường chọn diện tích 5000cm2

Tiến hành thí nghiệm nén chặt sơ bộ với tải trọng thiên nhiên ở đáy tấm nén nhưng không nhỏ hơn 50kN/m2 Quy tắc này chỉ thực hiện khi nén đất ở độ sâu (4÷5)m, còn ở độ sâu nhỏ hơn thì không có ý nghĩa

Tổng số các cấp tải trọng phụ thuộc vào tính nén lún của đất và cấp tải trọng dự kiến do công trình truyền xuống và không nhỏ hơn 5 cấp, cấp tải trọng cuối cùng phải vượt quá từ (100÷200) kN/m2 so với tải trọng của công trình thiết kế

Khi thí nghiệm bằng kích thủy lực phải bảo đảm tải trọng không đổi ở mọi cấp áp lực

Tiến hành quan trắc độ lún của tấm nén ứng với từng cấp tải trọng thử Khi thí nghiệm nén đất cát và đất hòn to, mỗi lần ghi nhận độ lún cách nhau khoảng 10 phút Với đất sét thì 15 phút trong giờ đầu, 30 phút cho giờ thứ hai Từ giờ thứ ba trở đi, sau mỗi giờ đọc đồng hồ lún một lần

Sau độ lún của cấp tải cuối cùng ổn định, tiến hành dỡ tải theo từng cấp và đọc

độ nở của đất sau mỗi dỡ cấp tải

Độ lún ổn định ở mỗi cấp tải trọng:

Đất cát và đất hòn to, sau 30 phút độ lún < 0,01mm

Đất cát pha sau 1 giờ độ lún < 0,01mm

Đất sét pha sau 3 giờ độ lún < 0,01mm

Đất sét mềm sau 6 giờ độ lún < 0,01mm

2

1

Hình 1.4 Sơ đồ nén tĩnh trong hố đào

1- Bàn nén; 2-Kích thủy lực; 3- Dầm tựa dọc; 4- Cọc neo

Trên kích có gắn đồng hồ đo áp lực được dùng để xác định tải trọng, trên bàn nén

có hệ thống đồng hồ đo biến dạng (chuyển vị) thông qua bộ giá chuyển vị kế

Mỗi cấp áp lực, tùy thuộc vào loại đất mà có tần số đọc chuyển vị khác nhau cho đến lúc đạt được ổn định quy ước về lún thì mới cho phép tăng tải

Kết quả thu từ thí nghiệm được ghi thành bảng và thiết lập hai biểu đồ S = f(t) và S= f(p)

Giá trị module biến dạng E được xác định trên cơ sở lý thuyết đàn hồi áp dụng cho đoạn tuyến tính của biểu đồ S = f(p) theo công thức sau:

dS

dp d

Trong đó:

E – module biến dạng

ω – hệ số bàn nén, ω=0,79

dp – gia số ứng suất tác dụng lên bàn nén

d – đường kính hay độ dài cạnh hình vuông bàn nén, cm

dS – gia số độ lún cuối cùng của bàn nén, cm

ν - hệ số Poisson của đất, thông thường được chọn (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Hệ số Poisson theo loại đất

Loại đất Hệ số Poisson ν

Cát, cát pha 0,3 Sét pha 0,35

Ngoài ra, việc xác định đặc trưng biến dạng của đất ở hiện trường còn được thực hiện thông qua thí nghiệm nén trong hố khoan hoặc gián tiếp thông qua các kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, xuyên tĩnh CPT,…

Thí nghiệm nén ép hông được áp dụng để xác định đặc trưng biến dạng của đất trong các hố khoan, nghĩa là ở độ sâu lớn hơn hố đào hoặc trong vùng có mực nước ngầm nông Phương pháp này nhằm đo biến dạng của đất tại thành hố khoan dưới tác dụng của áp lực Thí nghiệm được thực hiện bằng cách áp đặt áp lực lên thành

hố khoan [6]

Thiết bị thí nghiệm bao gồm hai bộ phận chính: bộ phận ghi nhận kết quả nằm ở trên bề mặt đất và buồng áp lực nằm trong hố khoan Buồng áp lực là một bình hình trụ tròn có thành xung quanh bằng chất dẻo được ngăn làm ba buồng: một buồng nén chính để tạo áp và hai buồng nén phụ tải bảo vệ ở trên và dưới buồng nén chính Các buồng áp lực phụ phía trên và phía dưới nối với một ống thùng tròn, còn buồng làm việc ở giữa được nối với ống đo (hình 1.5)

Các buồng áp lực có thể lắp đặt vào trong hố khoan có sẵn đến độ sâu thí nghiệm sau đó được bơm đầy nước để tạo áp lực Khi tăng áp lực vào hệ thống ống, áp lực thông qua màng chất dẻo tác dụng lên thành hố khoan và làm thành hố khoan biến

dạng Áp lực trong buồng được giữ không đổi trong khoảng 60s và độ biến dạng thể tích nước đo được duy trì thì số liệu thí nghiệm được ghi nhận

Từ kết quả ghi nhận thiết lập biểu đồ quan hệ giữa áp lực nén và sự thay đổi thể tích buồng nén (thể tích nước bơm vào) p - ∆V

Trên biểu đồ có thể thấy rằng: đầu tiên có biến dạng phụ để buồng nén tiếp xúc thành hố khoan (đoạn OA) và do thành hố khoan không bằng phẳng (đoạn AB) Giai đoạn đất ở thành hố khoan bắt đầu nén chặt BC, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng mang đặc điểm tuyến tính; sử dụng các giá trị biến thiên trong khoảng này để xác định module biến dạng E của đất Sau đó, giữa ứng suất và biến dạng có quan

hệ phi tuyến (đoạn CD), đất bắt đầu phá hoại, không dùng giá trị áp lực trong phạm

vi này để tính E nhưng có thể sử dụng giá trị này để xác định ứng suất giới hạn của đất nền Áp lực giới hạn được xác định như là giá trị áp lực làm phồng buồng nén với thể tích xấp xỉ Vo vượt quá thể tích cần thiết bơm vào hệ thống tạo áp lực (Vc)

và dồn ép vào thành hố khoan đến vị trí ban đầu (Vo) Việc đánh giá giá trị áp lực giới hạn được thực hiện tương tự như xác định điểm phá hoại trong thí nghiệm nén

ba trục, tức là ở điểm phá hoại tương ứng với biến dạng dọc trục trong phạm vi 10 – 15%

Thể tích nước bơm vào hệ thống ở giá trị áp lực giới hạn được xác định bằng biểu thức:

o c o c o

Ở đây:

Vo – thể tích cần thiết bơm vào hệ thống để dồn đẩy đất về vị trí ban đầu

Vc – Thể tích ban đầu của buồng áp lực

Bảng 1.2 Giá trị V c theo các kiểu thiết bị

dV

dp V

Trong đó:

ν - hệ số Poisson của đất, theo một số đề nghị thì giá trị đặc trưng xấp xỉ 0,33

V – thể tích khoang chứa trong giai đoạn đàn hồi, V = Vc+Vm

Vc – thể tích ban đầu của buồng nén theo thiết bị (xem bảng)

Vm – thể tích trung bình trong giai đoạn đàn hồi, Vm = (Vf+Vo)/2

dp/dV – độ dốc đường đàn hồi

Bảng 1.3. Giá trị module E và ứng suất giới hạn pL của một số loại đất (Gambin và

1.3 Ý nghĩa và sự tương quan giữa các thông số biến dạng của đất

1.3.1 Ý nghĩa các thông số biến dạng

Đặc điểm và hành vi ứng xử của đất thể hiện thông qua các đặc trưng biến dạng Mỗi thông số biến dạng mang một ý nghĩa thể hiện các đặc điểm, đặc trưng riêng cũng như lịch sử hình thành của mỗi loại đất Tuy nhiên, giữa chúng vẫn luôn có mối quan hệ tương quan và ảnh hưởng lẫn nhau, được thể hiện cụ thể qua các thông

số đặc trưng biến dạng

- Module biến dạng E: khi tác dụng một lực (hay ứng suất) vào mẫu đất, biến

dạng của đất bao gồm hai thành phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo (hình vẽ 1.7) được gọi là biến dạng tổng quát εo= εe +εp Khi đó, module tổng biến dạng được xác định bằng biểu thức:

o o

E

εσ

=

Hình 1.7 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất khi nén và dỡ tải

Giá trị module biến dạng được xác định ở hiện trường hoặc ở trong phòng thí nghiệm Đối với đất loại sét dẻo và đất rời, module biến dạng Eo thường được xác định trong điều kiện không nở hông theo công thức sau :

ξξ

β

−

−

= +

− +

=

1

2 1 1

) 1 )(

có cùng độ dốc và được gọi là chỉ số nở Cs diễn tả đặc trưng biến dạng đàn hồi của đất (theo công thức (1.7) và (1.8)) Các kết quả nghiên cứu thường cho thấy Cs = (1/5÷1/10)Cc Hệ số nén có quan hệ với các thông số vật lý và điều kiện hình thành của đất thể hiện qua nhiều nghiên cứu khác nhau [3, 5]

Chỉ số nén lại (chỉ số nở) càng lớn chứng tỏ tính chất biến dạng đàn hồi của đất càng lớn Đối với một mẫu thí nghiệm, chỉ số nén là một thông số định lượng không thay đổi tùy theo độ gia tăng của áp lực

Đối với đất sét mềm bão hoà nước, giá trị chỉ số nén Cc dao động từ (0,5 ÷1,4) tỷ

lệ với hệ số rỗng tự nhiên và độ ẩm giới hạn chảy nhưng không phụ thuộc độ sâu Trong trường hợp khu vực có bề dày lớp đất yếu lớn, cho đến độ sâu 20m, hệ số rỗng của đất yếu của khu vực thay đổi không theo quy luật (đường cong nén lún do tải trọng của trọng lượng bản thân), giá trị trung bình thay đổi không đáng kể Như vậy, tương tự như hệ số rỗng, chỉ số nén không thay đổi đáng kể theo độ sâu [5]

- Áp lực tiền cố kết p c : Casagrande (1936) đề nghị một phương pháp đồ thị theo

kinh nghiệm dựa trên đường cong e – logp để xác định áp lực tiền cố kết Trên đường cong e – log p, tại điểm cong nhất vẽ hai đường thẳng: một đường tiếp tuyến với đường cong và đường kia song song với trục áp lực Đoạn thẳng ở phần cuối của đường e – logp cắt đường phân giác của góc hai đường thẳng trên tại điểm pc

(hình1.3)

- Tỷ số tiền cố kết OCR (overconsolidation ratio): là tỷ số giữa áp lực tiền cố kết

pc và áp lực trọng lượng bản thân của lớp đất bên trên hiện hữu tác động po như sau:

γ - trọng lượng đơn vị (đẩy nổi) của đất nền

z - độ sâu lấy mẫu

pc - áp lực tiền cố kết hay còn gọi là ứng suất nén lại

Tỷ số tiền cố kết OCR thể hiện đặc trưng của từng loại đất như sau :

- OCR = 1: đất cố kết thường – Normally Consolidation (NC)

- OCR > 1: đất cố kết trước – Overconsolidation (OC)

- OCR <1: đất kém cố kết

Đất cố kết thường: là đất ở trạng thái chưa từng chịu bất kỳ một lịch sử ứng suất

nào trong quá trình hình thành lớn hơn ứng suất hiện tại Biết độ sâu lấy mẫu, có thể xác định áp lực hiện tại po Đường nén của đất cố kết thường tương đồng với đường nén chuẩn được quy ước gọi là đường nén bình thường (NCL)

Đất quá cố kết (OC): là loại đất đã được cố kết ổn định dưới tác dụng của một áp

lực nén trước pc >po trong quá khứ Vậy đất quá cố kết là đất được nén trước và điểm trạng thái (e, p) nằm dưới đường nén chuẩn

Việc xác định giá trị áp lực tiền cố kết pc có ý nghĩa quan trọng trong thực tế tính toán cũng như việc lựa chọn các công thức tính toán độ lún của nền hay sự lựa chọn các thông số độ bền kháng cắt cho thiết kế mái dốc Hơn nữa, giá trị áp lực tiền cố kết có ý nghĩa rất lớn đối với các mô hình cơ học hiện đại Khi nắm được quy luật của hệ số quá cố kết OCR theo độ sâu, Việc tính toán có xét đến giá trị OCR sẽ cho kết quả phù hợp hơn

- Từ các thí nghiệm nén cố kết mẫu đất lấy từ hiện trường dưới các cấp áp lực khác nhau trong phòng thí nghiệm cho thấy áp lực tiền cố kết pc ảnh hưởng bởi tình hình địa chất khu vực, địa chất thủy văn Nên giá trị áp lực tiền cố kết pc quyết định đến các công thức tính lún [3]:

e

C

o o

c

c

(1.16)

- Với đất cố kết trước nặng có áp lực tác động giữa lớp đất là po+∆p<pc thì độ lún

là biến dạng đàn hồi cuả nền có dạng:

e

C

o o

s

c

(1.17)

- Với đất cố kết cố kết trước nhẹ có po<pc<po+∆p, ta có:

0

log 1

log

p p H

e

C p

p H

e

C

o o

c o

c o

po - áp lực do trọng lượng bản thân ở giữa lớp sét

∆p - ứng suất thẳng đứng do tải trọng công trình gây ra ở giữa lớp đất sét

Ho - bề dày lớp đất ban đầu trước khi xây dựng công trình

Ngoài ra theo đường nén e – logp có thể tính độ lún theo phương pháp tổng phân

tố, tương tự như dùng phương pháp dựa theo đường e – p

Σ

=

o

o o

c i

c

p

p p e

C h

Nghiên cứu giá trị OCR trên khoảng gần 700 mẫu đất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và Thành Phố Hồ Chí Minh cho thấy giá trị áp lực tiền cố kết pc

của bùn sét pha, sét pha cát cao hơn bùn sét [5] Đối với bùn sét, trong phạm vi độ sâu đến 6m, giá trị OCR dao động trong khoảng 2÷4 (cá biệt có nhiều trường hợp

lên đến (6÷8)), đến độ sâu từ 6 ÷ 11m dao động trong khoảng 1,2÷1,7, trung bình từ

độ sâu 0 ÷ 11m giá trị OCR: 1,5÷2,5 Từ 11m trở đi đến độ sâu hơn 20m thì đất nền được xem như cố kết thường hoặc dưới cố kết

Giá trị OCR lớn ở vùng trên của lớp đất yếu được giải thích là do độ bền kiến trúc, do sự dao động của thủy triều có tác dụng như quá trình dỡ tải và nén lại, quá trình thổ nhưỡng hóa và hàng loạt yếu tố khác Vùng từ độ sâu 12m trở đi, do quá trình tích tụ trầm tích diễn ra mạnh mẽ nên quá trình cố kết thấm do trọng lượng bản thân được xem như chưa hoàn toàn chấm dứt Hầu như lớp đất mặt (trong khoảng từ

0 đến 10-12m) là đất cố kết Giá trị hệ số OCR>1 Đất ở độ sâu dưới 4m là đất quá

cố kết mạnh, hệ số OCR khoảng 4; 5, có nơi lên đến 7; 8 Các lớp mặt cố kết nhiều, phần lớn nằm ở trên và trong vùng dao động mực nước ngầm [5]

Hơn nữa, giá trị áp lực tiền cố kết pc thay đổi theo loại đất, với mẫu bùn sét giá trị

pc chủ yếu dao động trong khoảng từ 0,3 ÷ 0,75 kG/cm2, tuy nhiên cũng có những mẫu đặc biệt pc lớn hơn Giá trị pc của mẫu bùn sét cát, sét pha cát cao hơn giá trị pc

của mẫu bùn sét

Ngoài ra, tính chất không đồng nhất của nền đất yếu khu vực còn thể hiện ở sự khác biệt của các giá trị hệ số thấm theo phương ngang và phương đứng Tuy nhiên, trong trường hợp không xét đến các biện pháp xử lý nền, các tính toán cho thấy sự khác biệt hệ số thấm theo hai phương (không quá 4) ảnh hưởng không đáng kể lên kết quả dự báo độ biến dạng theo thời gian

Nền đất yếu của khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu long

có giá trị OCR lớn ở các lớp đất gần bề mặt Khi giá trị hệ số quá cố kết OCR của đất nền lớn thì độ lún và độ lún lệch giảm đáng kể, sử dụng các mô hình có xét đến giá trị OCR cho phép đánh giá mức độ biến dạng của nền đất yếu hợp lý hơn

- Tỷ số áp lực ngang ξ o (hay K o ): theo lý thuyết cân bằng giới hạn, hệ số áp lực

ngang là tỷ số giữa áp lực hông và áp lực thẳng đứng: ξo =σ3/σ1

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tính toán cho hệ số này Khoảng nửa thế

kỷ trước, hệ số áp lực ngang được vay mượn từ lý thuyết đàn hồi được tính như sau:

[

1

3 1

Công thức (1.25) khó sử dụng nếu không xác định được giá trị độ bền kiến trúc

Pst, giá trị này phụ thuộc vào loại đất, độ chặt, độ ẩm, Như vậy giá trị module biến dạng của đất phụ thuộc vào giá trị β (hay hệ số Poisson hoặc áp lực hông) có xét đến trạng thái của đất nền và phụ thuộc vào độ bền kiến trúc của đất

Theo Jaky (1948) mối quan hệ đơn giản nhất của hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh ξo cuả đất cố kết thường: ξo=1-sinφ’

Trong đó: φ’ là góc ma sát trong điều kiện thoát nước, công thức này phù hợp với đất rời và đất loại cát

Đối với đất dính hoặc đất loại sét cố kết thường, Alpan đề nghị một công thức thực nghiệm: ξo =0.19 + 0.233logIp

Theo nhiều nghiên cứu cho thấy, ν và ξ thay đổi tùy theo loại đất và trong cùng một loại đất thì phụ thuộc vào lượng chứa nước và điều kiện tăng tải

1.3.2 Mối tương quan giữa các thông số biến dạng

' 2 1 5 , 1

νu – hệ số Poisson trong điều kiện không thoát nước

ν' – hệ số Poisson trong điều kiện thoát nước

Như đã biết, module tổng biến dạng không là hằng số đối với vật liệu đất mà nó luôn phụ thuộc vào phạm vi ứng suất tác dụng Do đó, E luôn thể hiện phạm vi ứng suất tác dụng trong quá trình gia tải không thoát nước của đất bão hòa nước đàn hồi đẳng hướng [19] Khi đó, sự biến đổi thể tích εv = 0

νu = 0,5 và

ν

+

=15,1

'

E

Trong đó:

E’ – module biến dạng đàn hồi

Eu – Module không thoát nước

Xét trong thí nghiệm nén không nở hông khi đó (ε2 = ε3 = 0) Module nén một trục được xác định bởi:

1

' 1

'

21

1

νν

Hình 1.8 Mối quan hệ giữa các module khác nhau

Từ đó ta có mối quan hệ giữa các thông số E’, E’oed và Eu như một hàm của hệ số Poisson ν' Giá trị hệ số Poisson thay đổi trong khoảng giữa hai đường 0,2 và 0,4 Module không thoát nước Eu và module nén một trục E’oed thỉnh thoảng được dùng cho đất không đàn hồi [19]

Qua một số nghiên cứu cho thấy, với đất sét cố kết thường (NC), module biến dạng có thể suy từ lực dính cuả thí nghiệm nén ba trục không thoát nước theo công thức sau: E=(250÷500)cu

Ở đây: cu – lực dính không thoát nước của sét mềm bão hoà nước

Tương tự với đất sét cố kết trước là: E = (750÷1000)cu

Một vài tương quan thực nghiệm của Mitchell và Gardner (1975) và Schurtmann (1970) cho thấy: E (kPa)=766N (N là chỉ số của thí nghiệm SPT)

Tính theo sức kháng mũi xuyên tĩnh giá trị module biến dạng được ước lượng như sau [3]:

Bảng 1.3 Trị số module biến dạng theo sức kháng mũi đơn vị

Loại đất Trị số module biến dạng E

Á sét và sét 7qc

Duncan, Buchignani (1976) thiết lập quan hệ giữa Eu/Su, OCR và PI như hình 1.7 [6]

Hình 1.9 Quan hệ E u /S u với OCR và PI

+ Theo kết quả thí nghiệm SPT:

- Module biến dạng của cát có thể được xác định sơ bộ như sau [6]:

- Module biến dạng tức thời của sét có thể tính như sau: Eu ≈(6÷50)N600.63, bar

- Giá trị trung bình Eu ≈19.3 N600.63

- Module biến dạng không nở hông của sét đươc ước tính như sau:

Es= 4.1N60 nếu Ip (hay PI - chỉ số dẻo) ≥30

Es=(8.6-0.15Ip)N60 nếu Ip <30

+ Theo kết quả thí nghiệm CPT

- Module biến dạng không nở hông của cát được ước tính như sau: Es=αqc

Hệ số α =(3÷8) Tuy nhiên, hệ số α thay đổi khá mạnh, tuỳ theo độ chặt, độ cố kết:

Với đất cố kết thường (NC) thì: α≈101.09-0.0075.Dr

Đất quá cố kết α≈101.78-0.0122.Dr

Trong đó Dr(%) - độ chặt tương đối

Với đất quá cố kết (OC) ta có mối quan hệ:

3

)21(3

0 '

' ' '

' x y z vo K

m

+

=++

=σ σ σ σ

- Module biến dạng nở hông E:

So sánh với thí nghiệm nén ba trục, Robertson đưa ra quan hệ đối với cát cố kết thường (OCR=1) Trên đó, ta thấy: E25≈2qc và E50≈1.33qc

E25 và E50 được định nghĩa như sau: Trong thí nghiệm nén ba trục, ứng suất cực đại mà mẫu có thể chịu được là σ’max; E25 là module biến dạng tương ứng với điểm

có σ’=25%σ’max; tương tự như vậy với E50

+ Theo thí nghiệm nén ngang DMT ta có mối quan hệ giữa các module [6]: Es=

RMED

RM: thay đổi theo giá trị của ID

ED là giá trị xác định được từ thí nghiệm DMT

Es trong thí nghiệm nén một trục là module biến dạng trong điều kiện thoát nước

Hướng gia tải của DTM là phương ngang, trong khi Es, E là module theo phương đứng, mối quan hệ này được thể hiện qua các phương trình trên

+ Theo kết quả thí nghiệm nén ngang PMT module biến dạng của đất xác định từ đoạn tuyến tính trên đường cong PMT như sau [6]:

f

f f

c

p p v v v E

2 66

.

2

Trong đó:

v0, p0 – là thể tích, áp lực “đầu” tại điểm bắt đầu tuyến tính

vf, pf – là thể tích, áp lực “từ biến” tại điểm kết thúc đoạn tuyến tính

pL – tương ứng với thể tích vL (là thể tích khi giãn nở 100cm3) mà:

Bảng 1.4 Chỉ số nén theo một số đề nghị của các tác giả [3]

C c = 0.009(w L – 10) (sai số ±30%) Sét độ nhậy cảm thấp Terzaghi và Peck, 1967

C c ≈ 0.139[S u /σ’ vo ] -0.58 = 0.5 ÷0.05 S u /σ’ vo = 0.1÷4 Xấp xỉ từ bảng của

Schmertmann

Cs ≈ 0.00194(Ip – 4.6) Cho đất có Ip<50% Nasake và cộng sự, 1988

Nhìn chung, đối với bất kỳ loại đất nào thì chỉ số nén Cc cũng đều phụ thuộc vào

hầu hết các chỉ tiêu vật lý cuả đất Từ các biểu thức thực nghiệm cho thấy chỉ số nén

Cc tỷ lệ thuận với hệ số rỗng tự nhiên, giới hạn chảy và tỷ lệ nghịch với dung trọng

tự nhiên của mẫu đất

1.3.2.3 Tương quan giữa hệ số áp lực ngang tĩnh ξ o và hệ số quá cố kết OCR

Đất có khả năng "ghi nhớ lịch sử ứng suất " [6] Dựa trên mối tương quan thể

hiện trong kết quả nén lún được trình bày trên biểu đồ thị bán log (Hình 1.10) Trên

hình (b)được giải thích chi tiết hơn : ví dụ khi cột đất được đầm chặt, lúc đầm chặt

ứng suất đứng σ’vo tăng lên (đường nén sơ cấp a-b), ứng suất ngang σ’ho cũng tăng

lên Hệ số nén ngang lúc này là KONC(hay ξONC)là độ dốc đoạn a-b và bằng σ’ho/σ’vo

Khi thôi đầm (đường dỡ tải b-c), mặc dù ứng suất đứng σ’vo giảm đi, nhưng đất vẫn

" lưu " lại ứng suất ngang σ’ho (σ’ho có giảm, nhưng không giảm nhiều như σ’vo), do

đó, hệ số nén ngang tăng lên (Kou là độ dốc đoạn a-c) ; khi đó đất chuyển sang

trạng thái qúa cố kết

(a) (b)

Hình 1.10 Hệ số nén ngang thay đổi tùy thuộc vào trạng thái cố

Với đất cố kết thường, ξ được ký hiệu là ξONC, Jaky (1948) cho rằng:

)sin67.01(sin

ξonc: giai đoạn cố kết thường

α: thông số phục hồi của đất, giả thiết α = sin φ’

Đối với đất cát từng bị nén trước cũng bị quá cố kết, và cũng tồn tại giá trị áp lực tiền cố kết pc Tuy nhiên, vì không thể lấy mẫu cát, nên không thể xác định được pc

trong phòng thí nghiệm Do đó, hệ số OCR của cát có vẻ như một khái niệm trừu tượng, không có thực Một trong những quá trình “ quá cố kết” đơn giản là: khi đầm đất, các hạt đất bị nén lại Sau khi đầm xong, ξo = σ’ho/σ’vo tăng lên và lớn hơn giá trị của phương trình (1.36) Đất “quá cố kết”

Như vậy, đất cát quá cố kết có thể định nghĩa đơn giản là đất có hệ số áp lực ngang tĩnh, ξo lớn hơn nhiều so với (1-sinφ’) Cho phép có sai sót so với thí nghiệm

và tính toán, đất cát cố kết thường có thể coi là đất có ξo = (1÷1,5)x(1-sinφ’) Vì cát

có tính thấm lớn, nên hầu như không có trường hợp cát dưới cố kết

OCR được ước tính qua ξo như sau (Bullock 1983; Kulhawy và Mayne, 1990)

' sin / 25 , 1

'sin1

Một số nhà khoa học cho rằng các quan hệ có áp lực hông có độ tin cậy thấp, do

đó ξo của đất sét nên ước tính qua thí nghiệm hiện trường hoặc các phương trình (1.34) và (1.35) – khi đó φ’ là góc ma sát trong hữu hiệu (thu được qua thí nghiệm cắt chậm cố kết – CD)

Hệ số quá cố kết OCR là một trong những thông số quan trọng quyết định giá trị

độ lún của nền đất Thực vậy, việc phân tích biến dạng đàn hồi và biến dạng đàn hồi – dẻo trong đất nền phụ thuộc vào giá trị OCR trong tính toán

- Stas và Kulhawy (1984) đề xuất quan hệ sau giữa áp lực tiền cố kết và độ sệt LI (hay IL hoặc B)

σ'c/pa = 101.11-1.62LI (1.40)Hay

OCR = 101.11-1.62LI/(σ’vo/pa) (1.41)

- Mayne và Bachus (1989), dựa trên thí nghiệm PMT tự khoan cho rằng:

OCR = 0.76 (Su/pa)ln(Ir) (1.42)Trong đó:

Ir – chỉ số độ cứng

Ir = G/Su (thông thường, Ir ≈ 150÷200)

G – module kháng cắt của đất

Su – Sức kháng cắt không thoát nước

- Schmertmann (1978) đề xuất cách ước tính theo trình tự

vo u

S

S

)'/(

'/

σ

σ rồi tra theo (hình 1.11) để tìm OCR

Quan hệ này là: 0 , 8

)'/(

)'/(

OCR S

S

NC vo u

OC vo

σσ

Mayne có quan hệ tương tự cho ξo là:

6 0

)'/

(

)'/

OC vo u

o

S

S

σσξ

Hình 1.11 Ước tính OCR (Schmertmann dựa theo Ladd, 1971)

1.3.2.4 Một số quan hệ thường được dùng trong các bảng tra có sẵn

- Mối quan hệ giữa hệ số nén hông ξo và hệ số Poisson ν [1]

Bảng 1.5

Loại đất Hệ số áp lực hông ξ o Hệ số Poisson ν Đất cát 0.33 ÷ 0.43 0.25 ÷ 0.30 Đất sét cứng 0.28 ÷ 0.40 0.20 ÷ 0.30 Đất sét pha 0.49 ÷ 0.59 0.33 ÷ 0.37 Đất sét dẻo 0.61 ÷ 0.82 0.38 ÷ 0.45

(Ghi chú: Các hệ số nhỏ trong bảng ứng với các đất có những độ chặt lớn)

- Đối với đất cố kết thường áp dụng phương trình (1.34), thể hiện trong (bảng 1.6):

Á sét 0.35 Sét 0.42

- Các chỉ dẫn trong phần mềm Plaxis thường chọn ν = 0.3 cho đất sét mềm

- Trong thí nghiệm nén hố khoan, giá trị hệ số Poisson đặc trưng được chọn ν=0,33

Như vậy, có thể thấy rằng hệ số Poisson thông thường được chọn tùy thuộc vào từng phương pháp tính hoặc phụ thuộc vào loại tài liệu tham khảo