Nghiên cứu đặc tính cố kết của một số loại đất yếu ở hà nội trên máy nén một trục có đo áp lực nước lỗ rỗng, ứng dụng để dự báo lún công trình

Hình Nội dung TrangHình 1.1 Đường cong nén lún của đất loại sét ở trạng thái cứng, nửa cứng 8 Hình 1.3 Sự thay đổi ứng suất, áp lực lỗ rỗng dư, độ lún trong quá trình cố Hình 1.4 Sự phân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Ngô thu hà

Nghiên cứu đặc tính cố kết của một số loại đất yếu

ở Hà Nội trên máy nén một trục có đo áp lực nước

lỗ rỗng, ứng dụng để dự báo lún công trình

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - NĂM 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Ngô thu hà

Nghiên cứu đặc tính cố kết của một số loại đất yếu

ở Hà Nội trên máy nén một trục có đo áp lực nước

lỗ rỗng, ứng dụng để dự báo lún công trình

Chuyờn ngành: Địa chất cụng trỡnh

Mó số: 60.44.65

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ minh Toàn

HÀ NỘI - NĂM 2008

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ trong luËn v¨n nµy lµ trung thùc vµ ch−a ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn v¨n

Ng« Thu hµ

Trang phụ bìa

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

Mở đầu……… 1

1 Tính cấp thiết của đề tài……… 1

2 Mục đích của đề tài……… 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……… 1

4 Nhiệm vụ của đề tài……… 2

5 Nội dung nghiên cứu……….… 2

6 Phương pháp nghiên cứu……… 2

7 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn……… 3

8 Cơ sở tài liệu của luận văn……… 3

Chương 1: tổng quan về đặc điểm cố kết của đất …….…… 5

1.1 Khái niệm về tính chất cố kết của đất, ý nghĩa của việc nghiên cứu:……….……… 5

1.1.1 Khái niệm về tính chất cố kết của đất……… 5

1.1.2 Pha lỏng (Nước trong đất) ……… ………… 11

1.1.2.1 Nước trong đất và khái niệm áp lực nước lỗ rỗng……… 11

1.1.2.2 áp lực lỗ rỗng (u)……… 12

1.1.2.3 áp lực lỗ rỗng dư (u e )……… ……… 12

1.1.2.4 áp lực thủy tĩnh (u h )……… 12

1.2 Các thông số đặc trưng cho tính chất nén lún của đất… 15 1.2.1 Phương trình toán học của bài toán cố kết 1 chiều……… 16

1.2.2 Các thông số đặc trưng cho tính chất cố kết thấm……… ………… 21

1.2.2.1 áp lực tiền cố kết σc ……….… 21

1.2.2.3 Chỉ số nén lún C c, chỉ số nở Cr ……… 22

1.2.1.4 Hệ số nén lún a v ……… 23

1.2.1.5 Mô đun tổng biến dạng E 0 ……… 24

1.2.1.6 Hệ số cố kết C v ……… 25

1.2.1.7 Hệ số thấm K ……… 28

1.2.3 Các thông đặc trưng cho cố kết từ biến……… 28

1.1.3.1 Hệ số nén thứ cấp Cα……… 28

1.2.3.2 Hệ số từ biến tắt dần δ1 và hệ số nhân từ biến δ ……… 29

1.3 Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu tính chất cố kết của đất……….…… 30

1.3.1 Phương pháp gia tải theo từng cấp áp lực……… 30

1.3.1.1 Thiết bị nén 1 trục không nở hông……… 30

1.3.1.2 Thiết bị nén 1 trục không nở hông có đo áp lực nước lỗ rỗng……… 31

1.3.2 Phương pháp gia tải liên tục……….….……… 32

1.3.2.1 Thí nghiệm tốc độ biến dạng không đổi……….…… 32

1.3.2.2 Thí nghiệm tốc độ gia tải là hằng số……… ……… 33

1.3.2.3 Thí nghiệm gradient là hằng số……… 33

1.3.3 Thí nghiệm cố kết bằng buồng nén thủy lực … ……… … 33

1.3.3.1 Thí nghiệm buồng nén cố kết 1 trục……… 33

1.3.3.2 Thí nghiệm cố kết đẳng hướng……… 33

1.4 Các thành tựu nghiên cứu đặc điểm cố kết của đất trên thế giới và tại Việt Nam……… …34

chương 2: trầm tích đệ tứ ở khu vực hà nội và địa tầng lấy mẫu nghiên cứu ……… ……….… 37

2.1 Thống Pleistocen dưới, hệ tầng Lệ Chi (aQ 1 lc)……… ….……… 37

2.2 Thống Pleistocen giữa –trên, hệ tầng Hà Nội (a, ap, dp Q 1 2-3 hn)……… … 37

2.4 Thống Holocen bậc dưới – giữa, hệ tầng Hải Hưng (Q 2

1-2 hh)……… ……… ……

39 2.4.1 Phụ hệ tầng dưới (lb Q 2 1-2 hh 1 )……… 39

2.4.2 Phụ hệ tầng giữa (mQ 2 1-2 hh 2 )………40

2.4.3 Phụ hệ tầng trên (bQ 2 1-2 hh 3 )………40

2.5 Thống Holocen, bậc trên, hệ tầng Thái Bình (Q23tb)……… ……… … 41

2.1.5.1 Phụ hệ tầng dưới (aQ 2 3 tb 1 )……… 41

2.1.5.2 Phụ hệ tầng trên (aQ 2 3 tb 2 )……….………42

Chương 3: Nghiên cứu tính chất nén lún của một số đất loại sét yếu phân bố ở khu vực Hà Nội bằng thí nghiệm nén cố kết một trục không nở hông, có đo áp lực nước lỗ rỗng…… ……… ……… 43

3.1 công tác lựa chọn mẫu nghiên cứu……….… ……… 43

3.2 đặc điểm thành phần vật chất, thành phần hạt và các chỉ tiêu vật lý của đất nghiên cứu ……….……….………

45 3.2.1 Đặc điểm thành phần khoáng vật……… 45

3.2.2 Đặc điểm thành phần hóa học, hữu cơ……… 46

3.2.3 Đặc điểm thành phần hạt và chỉ tiêu vật lý……… 47

3.3 Nghiên cứu đặc điểm cố kết của đất……… …… 49

3.3.1 Phương pháp tiến hành……… 49

3.3.2 Kết quả nghiên cứu……… 53

Chương 4: ứng dụng kết quả nghiên cứu để dự báo lún cho công trình đường dẫn cầu than h trì……… 62

4.1 tổng quát các phương pháp dự báo độ lún cuối cùng……… 62

4.1.1 Phương pháp phân tầng lấy tổng……….62

4.1.2 Phương pháp tính lún theo Taylor và Merchant……… 62

4.1.3 Phương pháp đồ thị của Asaoka……… 65

4.2 tổng quát các phương pháp dự báo lún theo thời gian………… 66

của Terzaghi……… 66

4.2.2.Phương pháp lớp tương đương của N.A.Xưtôvich 68

4.2.3.Phương pháp tính lún trong trường hợp xử lý bằng giếng cát 70

4.3 kết quả dự báo lún cho công trình đường dẫn cầu thanh trì………71

4.3.1 Đặc điểm cấu trúc nền nghiên cứu 71

4.3.2 Tính toán độ lún cuối cùng của nền đường 72

4.3.3 Dự báo độ lún theo thời gian……… 74

Kết luận……… 75

Tài liệu tham khảo……… 78

Phụ lục……… 81

Ðp

¸p lùc g©y lón ë ®iÓm gi÷a líp

¸p lùc n−íc lç rçng

ui kG/cm ¸p lùc n−íc lç rçng t¹i thêi ®iÓm i

øng suÊt tæng, øng suÊt h÷u hiÖu

δ1; δ 1/ngµy 1/th¸ng HÖ sè tõ biÕn t¾t dÇn vµ hÖ sè nh©n tõ biÕn

Bảng Nội dung Trang

Bảng 2.1 Tổng hợp khối lượng nghiên cứu phụ hệ tầng Hải Hưng dưới (lbQ2

Bảng 2.2 Tổng hợp khối lượng nghiên cứu hệ tầng Hải Hưng giữa (mQ21-2hh 2 ) 40

Bảng 3.6 Các giá trị a v , Cv, Cc, Cr, σc , OCR của các đất nghiên cứu 54

Bảng 3.7 Thời gian kết thúc cố kết thấm t 100 xác định theo 2 phương pháp 57

Bảng 4.2 Kết quả tính ứng suất bản thân, gây lún và độ lún do cố kết thấm của

Hình Nội dung Trang

Hình 1.1 Đường cong nén lún của đất loại sét ở trạng thái cứng, nửa cứng 8

Hình 1.3 Sự thay đổi ứng suất, áp lực lỗ rỗng dư, độ lún trong quá trình cố

Hình 1.4 Sự phân bố của áp lực nước lỗ rỗng dư trong lớp sét chịu sự tăng

Hình 3.1 Địa tầng điển hình tại các công trình lấy mẫu thí nghiệm nghiên

Hình 3.2 Quá trình chuẩn bị mẫu, lắp mẫu thí nghiệm xác định tính chất nén

lún của đất trên thiết bị nén một trục có đo áp lực nước lỗ rỗng 51

Hình 4.3 Các trường hợp thoát nước áp dụng cho bài toán dự báo lún 66

Hình 4.5 Biểu đồ ứng suất gây lún và ứng suất bản thân dưới nền công trình

đắp 73

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trầm tích của phụ hệ tầng Thái Bình dưới (aQ23tb1) và Hải Hưng (lbQ21-2hh 1 ,

mQ 2 1-2 hh 2) phân bố rộng rãi tại Hà Nội, trong chúng có chứa những lớp đất yếu Đất yếu này thường bị nén lún mạnh và kéo dài, gây mất ổn định đối với các công trình xây dựng Việc nghiên cứu tính chất nén lún của chúng có ý nghĩa quan trọng đối với việc thiết kế nền móng và ổn định công trình Hiện nay ở Việt Nam nghiên cứu tính chất nén lún của đất trong phòng thí nghiệm có nhiều phương pháp và thiết bị khác nhau: các phương pháp nén nhanh, cố kết bình thường (không đo áp lực nước lỗ rỗng) trên thiết bị nén 1 trục không nở hông được áp dụng rỗng rãi và được đưa vào tiêu chuẩn của Việt Nam Các phương pháp nén cố kết với tốc độ biến dạng không đổi (CRS), cố kết đẳng hướng mới được đưa vào mang tính thử nghiệm Trong nén cố kết, xác định được thời

điểm kết thúc cố kết thấm có nhiều phương pháp như phương pháp đồ giải Casagrande, Taylor Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc nhiều vào yếu tố chủ quan của người tính toán Để khắc phục hạn chế trên, một phương pháp mới được áp dụng - đó là

sử dụng thiết bị nén cố kết có đo áp lực nước lỗ rỗng Tuy nhiên, phương pháp này áp dụng ở Việt Nam vẫn còn hạn chế Để có cơ sở khoa học đưa thiết bị nén này vào áp

dụng ở nước ta, đề tài “Nghiên cứu đặc tính cố kết của một số loại đất yếu ở Hà Nội

trên máy nén một trục có đo áp lực nước lỗ rỗng, ứng dụng dự báo lún công trình” là

rất cần thiết

2 Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu để đưa ra các đặc trưng cố kết của 1 số đất loại sét yếu phân bố ở khu vực Hà Nội trên thiết bị nén một trục không nở hông có đo áp lực nước lỗ rỗng Bước đầu ứng dụng kết quả nghiên cứu để dự báo lún cho công trình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đất loại sét yếu thuộc các hệ tầng Hải Hưng(lbQ21-2hh 1 , mQ 2 1-2 hh 2) và Thái Bình dưới (aQ23tb1) phân bố ở khu vực Hà Nội

4 Nhiệm vụ của đề tài:

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài đặt ra, đề tài có nhiệm vụ làm sáng

đo áp lực nước lỗ rỗng và phương pháp đồ giải Casgrande;

4.3 ứng dụng kết quả nghiên cứu để dự báo lún cho công trình nền đường đắp, làm sáng tỏ tính ưu việt của phương pháp nén một trục không nở hông có đo áp lực nước lỗ rỗng

5 Nội dung nghiên cứu:

Để hoàn thành nhiệm vụ đề tài, nội dung nghiên cứu bao gồm

5.1 Đặc điểm phân bố của 1 số đất loại sét yếu phổ biến thuộc hệ tầng Hải Hưng (lbQ21-2hh 1 , mQ21-2hh 2) và Thái Bình dưới (aQ23tb1) tại khu vực Hà Nội;

5.2 Đặc điểm thành phần vật chất (thành phần hoá học, khoáng vật, vật chất hữu cơ) của các loại đất nghiên cứu;

5.3 Đặc điểm cố kết của các loại đất nghiên cứu, so sánh kết quả nén cố kết theo phương pháp thí nghiệm thông thường và thí nghiệm có đo áp lực nước lỗ rỗng; 5.4 Bước đầu ứng dụng kết quả nghiên cứu để tính toán dự báo lún cho công trình nền đường đắp trên cấu trúc nền điển hình có phân bố các loại đất yếu thuộc hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng

6 Phương pháp nghiên cứu:

Để tiến hành làm sáng tỏ các nội dung nghiên cứu trên, luận văn đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính sau:

- Phương pháp thu thập tài liệu;

- Phương pháp địa chất: nhằm nghiên cứu đặc điểm phân bố các loại đất nghiên cứu dùng phương pháp khoan thăm dò, mô tả, lấy mẫu để thí nghiệm trong phòng;

cùng của công trình

7 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

- Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ tính ưu việt của thiết bị nén một trục có đo áp lực nước lỗ rỗng nghiên cứu đặc tính cố kết của đất yếu phục vụ cho tính toán dự báo lún cho các công trình xây dựng

- Bổ sung số liệu và làm sáng tỏ thêm các đặc tính cố kết của các loại đất loại sét yếu thuộc 2 hệ tầng Thái Bình (aQ23tb 1) và Hải Hưng (lbQ21-2hh 1 , mQ 2 1-2 hh 2) phân

bố ở khu vực Hà Nội

- Các kết quả nghiên cứu về đặc điểm cố kết của đất yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng

và Thái Bình có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo khi xác định các tính chất nén lún của đất

8 Cơ sở tài liệu của luận văn:

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương, dày 81 trang, 16 biểu bảng,

28 hình vẽ và danh mục tài liệu tham khảo

Luận văn này dựa trên cơ sở các tài liệu nghiên cứu thực nghiệm do chính tác giả thực hiện tại Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật thuộc Tổng công ty tư vấn thiết kế giao thông vận tải

Ngoài ra, luận văn còn tham khảo và sử dụng một số tài liệu có liên quan đến đề tài

đã được nhiều tác giả nghiên cứu và công bố

Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các nhà khoa học trong Bộ môn Địa chất công trình Trường đại học Mỏ - Địa chất Hà

Nội, đặc biệt là PGS.TS Đỗ Minh Toàn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong quá

trình học tập và nghiên cứu của mình Bên cạnh đó, tác giả còn nhận được sự giúp đỡ,

động viên to lớn của bạn bè, đồng nghiệp tại nơi công tác và các cơ quan như: Trung tâm thí nghiệm thuộc Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vân tải; phòng Rơghen thuộc Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất, cục địa chất khoáng sản Việt Nam; phòng thí nghiệm thạch học thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội; phòng phân tích đất & môi trường thuộc Viện quy hoạch và thiết kế nông nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Do điều kiện thời gian, thiết bị có hạn, số l−ợng thí nghiệm nhiều cộng với khả năng

và lần đầu tiếp cận công tác nghiên cứu, luận văn chắc chắn không tránh khỏi các thiếu sót Tôi rất mong nhận đ−ợc những đóng góp, bổ sung các ý kiến bổ ích để tác giả hoàn thiện kiến thức

Như đã biết, đất là một hệ phân tán gồm 3 pha, chủ yếu là: rắn (các hạt đất), lỏng (nước) và khí Đối với đất bão hoà thì chỉ có hai pha là rắn và lỏng Pha rắn là thành phần cơ bản nhất của đất, gồm các hạt khoáng có thành phần hóa học, kích thước, hình dạng khác nhau Đối tượng nghiên cứu ở đây được coi như đất bão hoà hoàn toàn, vì vậy chỉ còn hai pha rắn và lỏng

1.1 Khái niệm về tính chất cố kết của đất, ý nghĩa của việc

nghiên cứu:

1.1.1 Khái niệm về tính chất cố kết của đất:

Các loại đất khi chịu tác dụng của lực ngoài, các hạt đất sẽ dịch chuyển, sắp xếp chặt lại, độ lỗ rỗng giảm, mật độ hạt rắn trong một đơn vị thể tích tăng, kết quả

làm cho đất bị biến dạng, được nén chặt lại, cường độ của đất tăng Quá trình biến

dạng, nén chặt (biến dạng) của đất dưới tác dụng của tải trọng không đổi gọi là quá trình cố kết Người ta chia quá trình cố kết thành 3 giai đoạn: cố kết ban đầu (các hạt

sắp xếp lại) cố kết thấm (quá trình liên quan tới sự thoát nước ra khỏi các lỗ rỗng) và

cố kết từ biến (quá trình biến dạng các hạt rắn của đất dưới tác dụng của ứng suất hiệu

quả không đổi) Trong đất bão hoà hoàn toàn thì lỗ rỗng chứa đầy nước, coi như không

có mặt pha khí, nên khi chịu tải trọng tác dụng, sự giảm thể tích có thể do 1 trong các nguyên nhân sau[27, p656-657]:

(1) Sự nén của các hạt đất;

(2) Sự nén của nước nằm trong lỗ rỗng giữa các hạt đất;

(3) Nước thoát ra khỏi lỗ rỗng

Đối với đất loại sét không chứa hữu cơ, nguyên nhân (1) là rất nhỏ và Terzaghi

bỏ qua trong thuyết cố kết của mình Đối với đất có chứa hữu cơ, đặc biệt là đất than bùn hoá, khả năng bị nén của vật chất rắn là đáng kể Tính nén của nước được coi là bằng không nếu so với các ảnh hưởng khác, vì vậy nguyên nhân số (2) cũng có thể bỏ qua Như vậy, quá trình giảm thể tích của đất bão hoà chủ yếu là do nguyên nhân số (3), do sự thoát nước ra khỏi các lỗ rỗng của các hạt đất

Đối với đất rời (trong cát bão hoà hoàn toàn) nước thoát ra một cách tự do thì sự thoát nước diễn ra một cách nhanh chóng, gần như ngay tức thì Nhưng ở trong đất loại sét (có tính thấm nhỏ hơn từ vài chục nghìn lần so với tính thấm của cát) sự di chuyển

của nước xảy ra rất chậm, vì vậy thời gian để nước dịch chuyển đến biên đường thoát nước là tương đối lớn

Trong trường hợp đất bão hoà nước, tác dụng nén chặt đất chỉ có kết quả khi nước trong các lỗ rỗng bị ép thoát ra ngoài, vì dưới tác dụng của tải trọng thông thường, bản thân hạt đất và nước không chịu nén Quá trình nén chặt thường xảy ra trước lúc đất đạt tới trạng thái cân bằng thuỷ tĩnh, với đất loại sét, quá trình nén lún dưới tác dụng của tải trọng là 1 quá trình kéo dài

Quá trình đất dần dần bị nén chặt dưới tác dụng của tải trọng không đổi, kèm theo hiện tượng nước bị ép thoát chậm chạp ra khỏi lỗ rỗng và sự phân bố lại áp lực giữa cốt đất và nước gọi là quá trình cố kết thấm Nói cách khác, quá trình cố kết thấm của đất là sự tổng hợp hai quá trình liên hệ tương hỗ với nhau và xảy ra đồng thời: nén chặt đất và thoát nước lỗ rỗng Đây chính là bản chất quá trình nén lún của đất bão hoà nước

Như vậy, tính chất nén lún của đất phụ thuộc vào các nhóm yếu tố:

1 Bản chất hạt rắn của đất;

2 Độ lớn của tải trọng tác dụng

Pha rắn là thành phần cơ bản nhất của đất Trong ĐCCT, khi nghiên cứu pha rắn đặc biệt chú ý tới các thành phần: hạt, khoáng vật, và hoá học của đất Đất gồm các hạt riêng biệt có kích thước, hình dạng và thành phần khoáng hoá khác nhau và giữa chúng tồn tại các mối liên kết kiến trúc

ảnh hưởng của hạt rắn trong đất: Thành phần hạt là một trong những yếu tố

quan trọng quyết định đến tính chất cơ học của đất nói chung và tính chất nén lún nói riêng Nhóm hạt sét trong đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chất nén lún của đất Đối với

đất loại sét có hàm lượng nhóm hạt sét càng cao, kích thước càng nhỏ, mức độ phân tán càng cao, tính ưa nước càng tăng, dẫn tới giảm khả năng thoát nước khi nén, tốc độ nén chặt xảy ra rất chậm và tổng độ lún lớn

Thành phần khoáng vật là yếu tố quan trọng quyết định đến mối liên kết giữa các hạt và các hợp thể trong đất, kích thước, hình dạng, đặc điểm mặt ngoài của các hạt đất, đến bề dày màng nước liên kết vật lý và do đó ảnh hưởng đến tính ưa nước của

đất loại sét Trong tự nhiên, phần lớn các hạt sét có thành phần khoáng vật là các nhóm khoáng vật sét như ilit, montmorilonit và kaolinit Nhóm khoáng vật montmorilonit có cấu trúc lưới tinh thể ba lớp, sự tiếp xúc giữa các lưới là lớp tứ diện Si-O Các lớp này có điện tích giống nhau nên chúng đẩy nhau, làm cho các phân tử

montmorilonit dễ bị tách thành các hạt có kích thước nhỏ, làm tăng năng lượng mặt ngoài, tăng hoạt tính bề mặt của đất Do đó, đất loại sét có chứa nhiều khoáng vật nhóm montmorilonit thì có tính ưa nước cao, tính nén lún mạnh, thời gian lún ổn định kéo dài Khoáng vật nhóm kaolinit cũng có cấu trúc mạng tinh thể dạng lưới lớp Sự tiếp xúc giữa các lưới là các lớp tứ diện silic và bát diện hydroxit nhôm Hai lớp này không giống nhau về mặt điện tích vì vậy chúng hút nhau làm cho mối liên kết trong mạng tinh thể tương đối bền vững, tính linh động giữa các lưới tinh thể thấp, khả năng hấp phụ nước vào giữa các lưới tinh thể không đáng kể nên tính ưa nước của kaolinit kém Đất có chứa các khoáng vật này thì tính nén lún nhỏ hơn Ilit là khoáng vật trung gian giữa kaolinit và montmorilonit, nó cũng có khả năng hấp phụ một lượng nước nhất định Bên cạnh đó, đất loại sét còn có thể có mặt của các vật chất hữu cơ Bản thân các vật chất hữu cơ khi chúng bị phân giải trở thành những vật liệu mịn, có kích thước như những hạt sét và thể hiện tính phân tán cao Chúng là những hạt mang điện

âm, khả năng hấp thụ và trao đổi cation lớn, có tính ưa nước cao, vì vậy đất có chứa các vật chất hữu cơ thì tính nén lún lớn Như vậy, khi đất có chứa các hạt khoáng vật

có tính phân tán cao như montmorilonit, ilit, các vật chất hữu cơ, thì làm cho đất có tính ưa nước cao, tính nén lún mạnh, thời gian lún ổn định kéo dài

Đối với đất rời (đất cát và đất vụn thô): giữa các hạt không tồn tại lực dính Khi

có tác dụng của tải trọng ngoài, các hạt sẽ dịch chuyển và sắp xếp lại tới trạng thái càng ngày càng chặt hơn Tính nén lún của đất rời phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hình dạng kích thươc và đặc điểm mặt ngoài của hạt Quá trình nén chặt của đất rời nói chung xảy ra nhanh chóng, vận tốc nén lún lớn, tổng độ lún nhỏ hơn so với đất loại sét

ảnh hưởng của mối liên kết kiến trúc của đất: Như đã nói ở trên, tuỳ thuộc vào

sự có mặt của các pha trong đất, loại đất và đặc điểm liên kết kiến trúc của đất mà tính nén lún của các loại đất khác nhau Trong đất loại sét chủ yếu tồn tại mối liên kết keo nước Chỉ khi tải trong ngoài tác dụng vượt qua độ bền liên kết kiến trúc (σKTr) thì đất mới bị nén chặt Với đất sét yếu, bão hoà nước như sét chảy, dẻo chảy, bùn, σKTr rất nhỏ, chỉ cần với tải trọng không lớn lắm thì đất đã bị nén chặt ngay Với những loại

đất này, đường cong nén lún thường thể hiện điểm uốn không rõ, thường có dạng

đường cong trơn Nhưng với đất loại sét ở trạng thái dẻo cứng đến cứng, σKTr khá lớn,

chỉ với cấp tải trọng lớn nhất định thì đất mới bị nén chặt Chính vì vậy, đường cong nén lún thường thể hiện điểm uốn rõ, đường cong thường không trơn Có thể thấy cụ thể điều này thông qua các đường cong nén lún của chúng

Đối với đất loại sét ở trạng thái dẻo cứng đến cứng, kết cấu chặt, pha lỏng tồn tại với một tỷ lệ nhỏ, hầu như không ảnh hưởng đến quá trình nén chặt của đất Quá trình nén chặt xảy ra đầu tiên là do sự phá vỡ liên kết kiến trúc của đất, sau đó là sự dịch chuyển và sắp xếp chặt lại của các hạt và các hợp thể của đất, độ lỗ rỗng của đất giảm xuống Tốc độ nén chặt xảy ra tương đối nhanh, thời gian ổn định ngắn Đường cong nén lún có dạng như ở hình 1.1, trường hợp này cũng xảy ra cả với những đất bị muối hoá

Hình 1.1: Đường cong nén lún của đất loại sét ở trạng thái cứng, nửa cứng

trình nén chặt phức tạp hơn, liên quan chặt chẽ với sự thoát nước trong các lỗ rỗng Để

đạt tới trạng thái cân bằng thuỷ tĩnh đòi hỏi một thời gian rất lâu dài do kích thước lỗ rỗng của sét rất nhỏ, lại chịu ảnh hưởng của nước kết hợp mặt ngoài Vì vậy, thời gian lún ổn định của loại đất này rất lâu, có thể kéo dài hàng trăm năm, tổng độ lún thường lớn Đường cong nén lún có dạng như ở hình 1.2

e Bắt đầu phá huỷ LKKT

kG/cm 0

Hình 1.2: Đường cong nén lún của đất loại sét yếu, bão hoà nước

ảnh hưởng của pha lỏng trong đất: Trong đất loại sét, chủ yếu tồn tại nước liên

kết vật lý (nước màng mỏng) Nước liên kết vật lý hấp phụ trên bề mặt các hạt sét, chịu lực hút của bề mặt hạt sét Chỉ khi gradient áp lực đủ lớn hoặc áp lực nén đủ lớn thì một phần nước này mới bị ép thoát một cách từ từ ra khỏi bề mặt hạt Như vậy, sự

có mặt của nó cản trở quá trình nén chặt đất Vì nước liên kết vật lý chiếm hầu hết thể tích lỗ rỗng lại thoát ra từ từ, chậm chạp nên đối với đất sét, khi chịu tác dụng của tải trọng thì tốc độ nén lún nhỏ, thời gian lún ổn định kéo dài Tuy nhiên, trong đất loại sét ở dạng khối đất cũng có thể tồn tại một số khe nứt, lỗ hổng lớn, trong đó có thể chứa một phần nước trọng lực hoặc nước mao dẫn ảnh hưởng của chúng đến tính chất nén lún không lớn lắm vì lỗ hổng và khe nứt thường lớn, nước thoát ra nhanh chóng

tán nên cũng quyết định đến tính chất nén lún của đất Thành phần và nồng độ các ion

có mặt trong môi trường lỗ rỗng cũng ảnh hưởng tới tính nén lún của đất pH của môi trường quyết định phương thức thành tạo tầng điện kép, ion nào sẽ tham gia vào lớp khuyếch tán, bề dày lớp khuyếch tán, do vậy ảnh hưởng đến tính ưa nước của hạt keo

sét, tính nén lún của đất loại sét Thành phần và nồng độ các ion có mặt trong môi

trường lỗ rỗng gây ảnh hưởng tới tính nén lún của đất Loại và nồng độ ion sẽ quyết

định đến việc ion nào sẽ tham gia vào lớp ion trái dấu của hạt keo sét, thế của hạt sét

và do đó quyết định độ dày mỏng của nước bao quanh hạt sét Hay nói cách khác, độ

pH của môi trường quyết định phương thức thành tạo tầng điện kép, quyết định ion nào sẽ tham gia vào lớp khuyếch tán do vậy ảnh hưởng đến tính ưa nước của hạt keo sét, ảnh hưởng đến bề dày lớp khuyếch tán, cuối cùng ảnh hưởng đến tính nén lún của

đất loại sét Theo thứ tự sau đây, sự có mặt các ion trong môi trường nước lỗ rỗng thì tính nén lún giảm : cation 1+ - cation2+ - cation3+

Nhìn chung, cation có năng lực trao đổi càng lớn khi tham gia vào lớp khuyếch tán làm cho lớp khuyếch tán càng mỏng, màng nước liên kết vật lý càng giảm, tính ưa nước của đất giảm và tính chất nén lún cũng giảm theo

ảnh hưởng của tải trọng tác dụng: Tải trọng là yếu tố quyết định đến tính chất

nén lún của đất Khi tải trọng ngoài càng lớn, trong giới hạn nhất định thì tính chất nén lún của đất tăng, cơ chế của quá trình nén chặt có sự khác nhau tuỳ thuộc vào sự có mặt của các pha trong đất, loại đất và đặc điểm liên kết kiến trúc của đất Tỷ lệ giữa các pha của đất (chủ yếu là pha rắn và lỏng) sẽ quyết định tính chất nén lún của đất Nếu tải trọng tác dụng nhỏ thì sẽ không đủ sức phá vỡ mối liên kết kiến trúc sẵn

có, đất không bị nén chặt Chỉ khi tải trọng tác dụng đủ lớn, thắng được lực liên kết kiến trúc của đất thì đất mới bị nén chặt, đồng thời xảy ra với hiện tượng thoát nước ra khỏi lỗ rỗng của đất Vì vậy, tốc độ nén chặt đất được xác định bằng tốc độ của nước vận động thoát ra khỏi các lỗ rỗng trong đất

Để xem xét cơ chế lún của đất người ta giả thiết rằng hạt đất và nước lỗ rỗng không bị ép co Vì thế, hiệu quả tức thời khi tăng ứng suất tổng σ là áp lực nước lỗ rỗng u tăng lên Tiếp đến có sự phân bố lại giữa áp lực hữu hiệuσ và áp lực nước lỗ rỗng u, u giảm dần cònσ tăng dần theo thời gian Khi nước lỗ rỗng thoát ra khỏi đất,

áp lực nước lỗ rỗng bị tiêu tán đất coi như cố kết hoàn toàn ở một cấp áp lực σ không

đổi Như vậy, dưới một cấp áp lực σ không đổi, trong quá trình nén chặt, có sự chuyển

đổi giữa u và σ Khi u giảm thì σ tăng Khi u= 0 thì σ = σ , đất ở trạng thái cân bằng thuỷ tĩnh, tải trọng được tiếp nhận bởi cốt đất Điều này được minh hoạ qua hình 1.3

Việc theo dõi diễn biến áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian là khó khăn do thiết

bị phức tạp và đòi hỏi phải có thời gian Taylor và Casagrande đã đưa ra phương pháp

đồ giải để xác định thời điểm kết thúc cố kết thấm dựa trên đồ thị quan hệ giữa biến

dạng lún và thời gian S = f( t )( phương pháp Taylor) và S = f(lgt) (phương pháp

Casagrande) Tuy nhiên, phương pháp đồ giải này phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố chủ

quan của con người, do vậy so với thực nghiệm, sự biến đổi áp lực nước lỗ rỗng có sự

sai khác đáng kể Phương pháp đo trực tiếp diễn biến áp lực nước lỗ rỗng theo thời

gian để xác định thời điểm kết thúc cố kết thấm là một phương pháp hiện đại, chính

xác, cho hiệu quả sử dụng cao Chính vì vậy, phương pháp này cần phải được nghiên

cứu và ứng dụng trong thực tế

1.1.2 Pha lỏng (Nước trong đất):

1.1.2.1 Nước trong đất và khái niệm áp lực nước lỗ rỗng:

Trong đất, tuỳ theo loại đất mà nước tồn tại ở các dạng khác nhau và mức độ

tồn tại của chúng cũng khác nhau Liên quan đến tính chất nén lún của đất thì phải kể

đến ảnh hưởng của nước liên kết vật lý, nước trọng lực và nước mao dẫn Pha lỏng

gồm nước có áp tự do (nước mao dẫn và nước trọng lực), nước liên kết yếu tồn tại trên

bề mặt các hạt (nước kết hợp mặt ngoài) Nói chung, các lỗ rỗng trong đất đều liên

thông với nhau Trong đất hạt thô, đất rời (sỏi, cát) kích thước lỗ rỗng lớn, còn trong

Hình1.3: Sự thay đổi ứng suất, áp lực lỗ rỗng dư, độ lún trong quá trình cố kết

Độ lún

áp lực lỗ rỗng dư

ứng

suất

tổng

Thời gian Thời gian

ứng suất

hiêu quả

đất loại sét tuy hệ số rỗng lớn nhưng kích thước lỗ rỗng lại rất bé, nước trong lỗ rỗng phần lớn là nước kết hợp mặt ngoài Vì vậy dưới tác dụng của tải trọng tính thấm của

đất loại sét rất phức tạp Đại lượng đặc trưng cho mức độ thấm nước của đất được gọi

là hệ số thấm (k) Nước ở trong đất thường dịch chuyển dưới tác dụng của gradient áp lực, xuất hiện khi đất chịu tác dụng của tải trọng ngoài ở điều kiện không có tải trọng bên ngoài tác dụng, dòng nước trong nước chỉ xảy ra khi có sự chênh cao cột nước giữa 2 điểm Dòng nước chuyển động dưới tác dụng của cả lực hấp dẫn và lực thuỷ tĩnh Dòng chảy trong đất chịu ảnh hưởng bởi: kích thước, hình dạng lỗ rỗng trong đất

và bản chất của chất lỏng trong lỗ rỗng

Đối với đất bão hoà nước, quá trình nén chặt chỉ có thể xảy ra khi nước thoát ra

ngoài và phần tải trọng do nước tiếp nhận giảm dần, chuyển sang cốt đất - áp lực hữu

hiệu Chỉ có áp lực hữu hiệu mới có tác dụng nén chặt đất áp lực nước lỗ rỗng làm

kìm hãm quá trình nén chặt đất Trong quá trình cố kết, nước thoát ra và áp lực nước lỗ rỗng giảm dần, áp lực hiệu quả tăng dần Khi áp lực nước lỗ rỗng đạt giá trị cân bằng thì toàn bộ tải trọng do cốt đất tiếp nhận Tốc độ biến đổi áp lực nước lỗ rỗng phụ thuộc vào độ bền liên kết kiến trúc của đất, lịch sử ứng suất, điều kiện thoát nước, tính thấm nước của đất, độ lớn của tải trọng tác dụng

1.1.2.3 áp lực lỗ rỗng dư (u e ):

Khi đất ở trạng thái cân bằng, áp lực nước lỗ rỗng vẫn có một giá trị nhất định,

áp lực này chính là áp lực thủy tĩnh có liên quan tới chiều cao cột nước thủy tĩnh Khi

có tải trọng ngoài tác dụng thì áp lực nước lỗ rỗng tăng lên tới một giá trị cực đại

Phần áp lực nước lỗ rỗng tăng do sự tăng tải trọng ngoài tác dụng được gọi là áp lực nước lỗ rỗng dư Bản chất của quá trình cố kết thấm chính là sự thoát nước gắn liền với

sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư

1.1.2.4 áp lực thủy tĩnh(u h ):

Là áp lực do chiều cao cột nước thủy tĩnh gây ra trong nước lỗ rỗng

thủy tĩnh: U = ue + uh

Xét lớp đất sét trầm tích khi chịu 1 tải trọng ∆σ được minh họa ở hình1.4 Trước khi có tải trọng ∆σ, áp lực nước lỗ rỗng có liên quan tới chiều cao cột nước thủy tĩnh Khi có tải trọng ∆σ tác dụng, nếu không xảy ra sự thóat nước khi đất dịch chuyển, thì nước lỗ rỗng sẽ tiếp nhận toàn bộ tải trọng này áp lực nước lỗ rỗng trong

đất gồm 2 thành phần: áp lực thủy tĩnh (uh) và áp lực lỗ rỗng dư (ue)

Trong quá trình cố kết, dưới tác dụng tải trọng, nước thoát ra khỏi đất, tốc độ thoát nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã phân tích ở trên trong đó có tính thấm của đất và gradient thủy lực trong đất Trong điều kiện thoát nước 2 chiều, nước ở nửa phía trên thoát lên biên thoát nước phía trên, nửa dưới thoát đến biên thoát nước phía dưới cho tới khi áp lực nước lỗ rỗng dư triệt tiêu

d) Mặt cắt ngang lớp đất cố kết

1

w

u dz z

đầu tiên đánh giá một cách đầy đủ về vai trò của áp lực nước lỗ rỗng và nguyên lý ứng suất hiệu quả vào năm 1920 ông đã nhận thấy rằng tổng ứng suất pháp tác dụng lên một mặt bất kỳ trong khối đất bão hoà được chia thành 2 phần: một phần tác dụng lên cốt đất và một phần tác dụng lên nước lấp đầy các lỗ rỗng trong nước Chỉ phần ứng suất hữu hiệu mới có tác dụng nén chặt đất: σ’ =σ- u

ở đây:

σ’: ứng suất hữu hiệu;

σ: ứng suất tổng;

u: áp lực nước lỗ rỗng

Khi mẫu đất được đưa ra khỏi nền đất thì nó chịu một số thay đổi về biến dạng

và ứng suất hiệu quả, do áp lực xung quanh giảm gần về không, áp lực nước lỗ rỗng mang giá trị âm và tạo ra lực hút dính (lực mao dẫn) Do có sự giảm ứng suất nên xảy

ra sự thoát khí, nếu trong đất có mặt các vật chất hữu cơ thì các vật chất này gặp không khí sẽ tiếp tục bị phân hủy thành các vật liệu mịn hơn Như vậy, đất chịu sự thay đổi cả

về ứng suất lẫn thành phần vật chất Trong quá trình cố kết áp lực nước lỗ rỗng luôn thay đổi, đầu tiên tăng tới giá trị cực đại umax, sau đó lại giảm về giá trị u0 ban

đầu(hình 1.5)

Hình 1.5: Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình cố kết

1.2 Các thông số đặc trưng cho tính chất nén lún của đất: Các thông số đặc trưng cho tính nén lún và cố kết thấm của đất gồm có: áp lực tiền cố kết, chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cr, hệ số nén thể tích mv, hệ số nén lún av, hệ số

cố kết Cv…, đặc trưng cho cố kết thứ cấp có hệ số nén thứ cấp Cα, hệ số từ biến tắt dần δ1và hệ số nhân từ biến δ

1.2.1 Phương trình toán học của bài toán cố kết 1 chiều

Phương trình toán học của lý thuyết cố kết do Terzaghi và Frohlich xác lập vào năm 1936 Skempton (Trường Hoàng gia Lodon) đã cải tiến việc thí nghiệm cố kết

ở mẫu mỏng hơn trên cơ sở lý thuyết của Terzaghi Thí nghiệm cố kết được ghi nhận bằng việc được tiêu chuẩn hoá vào năm 1945

Terzaghi và Peck (1948) với sự giúp đỡ của Taylor (1948) đã đưa ra mô hình hoá quá trình cố kết của đất sét bão hoà nước, gồm một bình trụ pitton có tiết diện A (mm2), pitton không có trọng lượng và ma sát giữa pitton với thành xilanh coi bằng không, pitton có đục lỗ có van thoát nước với 1 ống cho phép nước thoát ra bên ngoài, nối với 1 lò xo đàn hồi, bình trụ chứa chất lỏng nhớt (hình1.6) giữa piton và và đáy xilanh là lò xo chịu nén có tính đàn hồi Trong mô hình này, chất lỏng nhớt được mô hình hoá từ nước chứa trong các lỗ rỗng của đất, những lỗ trên pitton – ống mao dẫn trong đất, lò so – cốt đất Hệ ban đầu ở trạng thái cân bằng: van đóng, pitton không chịu tải trọng tác dụng Lò xo không chịu nén và không có áp lực dư trong nước Nếu tải trọng tác dụng lên pitton mà van bị đóng thì chiều dài của lò xo không đổi (vì đã giả thiết là nước không bị ép co) Nếu tải trọng tạo ra độ tăng của ứng suất tổng thì toàn bộ giá trị truyền sang áp lực nước lỗ rỗng Khi mở van, áp lực nước lỗ rỗng dư làm cho nước thoát ra, áp lực nước lỗ rỗng giảm dần và pittong lún xuống làm lò xo bị nén Như thế, tải trọng dần dần truyền cho lò xo làm cho nó co ngắn lại cho tới khi chịu toàn bộ tải trọng Do vậy, ở giai đoạn cuối, độ tăng ứng suất hiệu quả bằng độ tăng ứng suất tổng và áp lực lỗ rỗng dư giảm tới 0 Tốc độ ép co của lò xo phụ thuộc vào độ mở của van- tương tự như tính thấm của đất

Hình 1.6: Mô hình cố kết thấm của đất ( Tezaghi- 1925)

Ghi chú:

1 Lò xo 2 Van 3.Tải trọng

4 Pitton 5 Nước lỗ rỗng Căn cứ vào mô hình 1.6 mô phỏng quá trình cố kết, thì thời gian để đạt được phần trăm nén như mong muốn phụ thuộc vào các yếu số sau:

(1) Kích thước của đường thoát nước;

(2) Độ nhớt của nước (độ nhớt này phụ thuộc vào nhiệt độ);

(3) Tính chịu nén của cốt đất

Yếu tố (1) và (2) có liên quan tới nước thoát ra, còn yếu tố (3) phụ thuộc vào bản chất của đất

Quá trình cố kết, nước thoát ra làm giảm thể tích, thể tích đất giảm chính bằng thể tích nước thoát ra khỏi đất và tốc độ giảm thể tích tương ứng tốc độ nước lỗ rỗng thoát ra

Fig 2 Flow of pore fluid into an elem ent of soil

oil elem ent S

Hình 1.7: Dòng nước thấm đi ra khỏi phân tố đất

∂z[kv ∂z] = ư ∂t (1.6) Chỉ có ứng suất hiệu quả gây nên biến dạng thể tích nên:

Giá trị mv thay đổi khi ứng suất chính hiệu quả thay đổi, do vậy có thể xem như

là quan hệ của tỷ lệ khe hở và ứng suất hiệu quả:

2 3 (1.10) Khi đó:

ee

v

u c

u

∂ = ∂ (1.14) Phương trình (1.14) là phương trình vi phân đơn giản nhất cho bài toán cố kết thấm 1 chiều của các lớp đất dính no nước do Tezaghi đưa ra

Phương trình (1.14) chỉ có thể giải được khi biết được điều kiện biên và điều kiện ban

đầu của bài toán

Theo hình 1.6 , điều kiện biên và ban đầu của bài toán:

u= 0, tại độ sâu z = H;

u = 0, tại độ sâu z = 0;

0,

u z

z v

∂ = ∂

∂ ∂ (1.18)

Nghiệm của bài toán trên theo phương pháp phân tích chuỗi Furie cho các lời giải sau:

Độ cố kết tại 1 điểm có độ sâu z bất kỳ:

2

2 0

2

1 sin( ) v

m

M T z

2

m

M T m

1.2.2.1 áp lực tiền cố kết, σc :

áp lực tiền cố kết là giá trị được xác định từ thực nghiệm, dựa trên đường cong

e = f(lgσ), biểu thị mức ứng suất cao nhất mà đất đá đã từng phải chịu trong quá trình thành tạo đất (Theo R Whitlow,[21])

Tuy nhiên, về bản chất, áp lực tiền cố kết không chỉ đặc trưng cho mức độ cố kết trước mà còn liên quan đến sự hình thành mối liên kết kiến trúc của đất, điều kiện thoát nước Độ bền liên kết của đất có thể đựợc quyết định bởi điều kiện tồn tại, thành tạo của đất trong tự nhiên Quá trình cố kết chỉ xảy ra khi áp lực ngoài phải vượt qua

được độ bền liên kết liến trúc và áp lực nước lỗ rỗng phải thắng được sức cản nhớt của

nó Giá trị áp lực để bắt đầu quá trình cố kết thấm xảy ra gọi là áp lực bắt đầu cố kết thấm Giá trị áp lực tiền cố kết chỉ giá trị thực trong trường hợp đất đá tồn tại trong cấu trúc có điều kiện thoát nước bình thường và chế độ kiến tạo bình ổn Casagrande (1936) đã đề xuất một phuơng pháp kinh nghiệm xác định áp lực tiền cố kết từ đồ thị dựa trên đường cong e=f(lg σ) (Hình 1.8)

Hình 1.8: Đồ thị đường cong e =f( log σ)

e

e

e

2 1

σ kG/cm2

lg

σ σ c 1 σ 2

- Trên đồ thị e-lg σ xác định điểm O tại chỗ có độ cong lớn nhất;

- Kẻ đường thẳng OA song song với trục hoành;

- Kẻ tiếp tuyến OB với đường cong ;

- Kẻ đường phân giác OC của góc AOB;

- Hoành độ của giao điểm của dường phân giác OC và tiếp tuyến OB chính là giá trị gần đúng của áp lực tiền cố kết

1.2.2.2 Hệ số quá cố kết (OCR- Overconsolidation Ratio):

Hệ số OCR là tỷ số giữa áp lực tiền cố kết và áp lực địa tầng, dựa vào hệ số OCR

để đánh giá mức cố kết trước của đất dưới tác dụng của áp lực địa tầng:

Đường cong cố kết nguyên sơ

hay bình thường e= eoc-Cclogσ Nén

∆e

nở/nén lại: e=eos- Cslogσ

∆lgσ

Hình 1.9: Đường cong e = f (lgσ) để xác định chỉ số nén

Từ các số liệu thí nghiệm, biểu diễn quan hệ e = f(lgσ ) thì đường cong cố kết nguyên sinh tìm được gần như là 1 đường thẳng, phần đầu đường cong biểu thị quá trình cố kết trước, đoạn này càng lớn thì mức quá cố kết càng lớn Nếu cho nở và nén lại thì đường cong nén phải gặp đường cong nguyên thuỷ nắn thẳng tại 1 điểm Độ

công thức :

log

c

e C

khảo Loại đất nghiên cứu

Cc = 1.15 (e0-0.27) Nishida (1956) Tất cả các loại sét

Cc = 0.30 (e0-0.27) Hough (1957) Đất dính vô cơ: sét pha, sét

số góc của đoạn AB ( tgα) đặc trưng cho tính nén lún của đất ở khoảng áp lực σ1 đến

Mô đun tổng biến dạng là một đặc trưng định lượng về tính nén lún của đất,

được sử dụng nhiều trong tính toán thiết kế nền nhà và công trình

Mô đun tổng biến dạng là hệ số tỷ lệ giữa ứng suất và biến dạng tương đối của

đất Trong nén một trục không nở hông, mô đun tổng biến dạng được tính bằng tỷ số giữa ứng suất σz và biến dạng tương đối εz của đất do nó gây ra:

Dựa vào kết quả thí nghiệm nén một trục không nở hông có thể xác định mô

đun tổng biến dạng theo công thức:

ei: hệ số rỗng ứng với tải trọng σ1 trên đường cong nén lún;

a :Hệ số nén lún được xác định trên đường cong nén lún đối với khoảng tải trọng P

của đất và tính thấm của đất, nó thay đổi theo cấp áp lực tác dụng

Việc giải phương trình (1.20) được đơn giản hoá với sự trợ giúp của máy tính cá nhân Công thức này thường được tính với các giá trị m = 0,1,2, Vào năm 1948, Fox

đã thiết lập được hàm gần đúng biểu thị mối quan hệ giữa U và Tv, công thức được sử dụng rộng rãi như sau[24]:

8

T v

π

π

= ư > > (1.29) Phương pháp căn bậc hai thời gian (phương pháp Taylor) : lời giải gần đúng của phương trình (1.20) là phương trình (1.28) có sai số nhỏ hơn 1% với giá trị 0<U<60% Như vậy, khi vẽ biểu đồ quan hệ U = f( t ), trong đoạn U < 60% đồ thị là

(hình1.11) Điểm E trên đồ thị trong ứng với U = 90% cần được hiệu chỉnh theo

đường thẳng C là giao điểm của BD với đường thẳng U-T

Hệ số hiệu chỉnh 0.9209

1.150.7976

BD

Hình 1.11: Đường cong cố kết lý thuyết sơ cấp theo S = f( t )

Đường cong lý thuyết là đường không thứ nguyên và gần phù hợp với đường cong thực nghiệm trong phòng khi biểu diễn theo quan hệ S =f( t ) Đường thẳng vẽ qua phần đường cong biểu thị U>60% với độ dốc được hiệu chỉnh bằng cách tăng hoành

độ lên 1.15 lần Đường thẳng này được xem như cắt đường cong thực nghiệm tại điểm biểu thị 90% cố kết sơ cấp (U=0.9) sẽ cho khoảng chắn tương ứng trên trục thời gian bằng t90 tương ứng với t90 trên dường cong lý thuyết Hệ số cố kết được tính theo công thức:

2 2

90 2

Trong đó : T90: Nhân tố thời gian ứng với mức độ cố kết thấm là 90%;

H :Chiều dày trung bình của mẫu đất ở cấp áp lực đang xét;

H1: Chiều dày của mẫu đất ở thời điểm bắt đầu tăng tải, cm;

H2: Chiều dày của mẫu đất sau khi đã lún ổn định, cm;

t90: Thời gian để đạt độ cố kết 90%, giây

của mẫu đất theo thời gian dưới mỗi cấp áp lực nén, vẽ đường cong quan hệ biến dạng lún S theo thời gian S = f (lgt) trên hệ toạ độ vuông góc, đoạn đầu xấp xỉ là đường parabol, đoạn thẳng ở giữa và đoạn cong ở cuối tiệm cận với trục hoành Sau khi biểu diễn được quan hệ S = f (lg t), cần xác định điểm So ứng với U = 0 Vì phần đầu của

đường cong xấp xỉ là đường parabol do đó U t(4 ) 2 ( )= U t ⇒U t(4 )ưU t( )=U t( )

S(mm)

S

S100 50 S0

C D

F

M K N

t 50 t

điểm tương ứng U=0.5 Giá trị Cv tính theo phương trình:

d: Chiều dài đường thoát nước, cm;

H : Chiều dày trung bình của mẫu đất ở cấp áp lực đang xét (cm);