Khảo sát mối tương quan giữa hai phương pháp xác định sức chống cắt của đất cắt cánh (VST) – nén ba trục (UU)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN
BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT MỐI TƢƠNG QUAN GIỮA
HAI PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC
CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT : CẮT CÁNH
(VST) – NÉN BA TRỤC (UU)
SVTH: Phùng Quế Hƣơng
GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Hoa

Hồ Chí Minh, 2018


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Quý thầy cô khoa Địa Chất –Khoáng
Sản nói riêng, trường đại học Tài Nguyên Môi Trường nói chung. Giúp em củng cố và
hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như kĩ năng của bản thân về ngành mình đang học
trong suốt bốn năm rưỡi qua.
ThS. Nguyễn Thị Thanh Hoa, bộ môn Địa Kỹ Thuật, khoa Địa Chất-Khoáng
Sản, trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường TPHCM, đã hướng dẫn chỉ dạy tận tình
giúp em hoàn thiện đồ án.
Em sẽ không hoàn thành được đồ án nếu không có sự giúp đỡ của KS. Phạm Kim
Tuần, cùng các anh chị kỹ sư tại công ty Thế Giới Kỹ Thuật trong suốt thời gian làm
đồ án tốt nghiệp, tạo điều kiện thuận lợi cho em được tìm hiểu công việc thực tế tại
công ty và cung cấp số liệu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Em đã cố gắng hoàn thành đồ án một cách tốt nhất, tuy nhiên đồ án chắc không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy cô, bạn bè và bạn đọc báo cáo chia sẻ

và góp ý để có thể lấp đầy những khuyết điểm đó giúp cho đồ án hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.

Tp.HCM, tháng 12 năm 2017.
Sinh viên thực hiện

Phùng Quế Hương


MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ..........................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................2
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.................................................2
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................ 2
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .........................................................2
3.1

Nội dung nghiên cứu ......................................................................................2

3.2

Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................2

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................4
1.1

TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ..........4

1.1.1

Các nghiên cứu trong nước .........................................................................4

1.1.2

Các nghiên cứu ngoài nước .........................................................................5

1.2

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN – ĐỘNG LỰC CÔNG

TRÌNH KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................................................5
1.2.1

Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu .................................................................5

1.2.2

Đặc điểm khí hậu ........................................................................................6

1.2.3

Đặc điểm thủy văn ......................................................................................7

1.3

TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 8

1.3.1

Khái niệm về sức chống cắt của đất ............................................................ 8

1.3.2

Các thông số sức chống cắt .........................................................................9

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................... 14
2.1

PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ THAM KHẢO TÀI LIỆU .......................14

2.2

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XỬ LÝ SỐ LIỆU ...........................................15

2.3

PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC PHẦN MỀM TIN HỌC ỨNG DỤNG ...15
ii


2.4

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY

TUYẾN TÍNH ............................................................................................................15
2.5

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT ........................................18

2.5.1

Phương pháp thí nghiệm cắt cánh (VST) .....................................................18

2.5.2

Phương pháp thí nghiệm nén ba trục (UU) ..................................................19

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 22
3.1

KẾT QUẢ ........................................................................................................22

3.1.1

Đặc điểm đát nền khu vực .........................................................................22

3.1.2

Quy mô dự án ............................................................................................ 23

3.1.3

Khảo sát mối tương quan giữa kết quả thí nghiệm của cắt cánh – nén ba

trục

...................................................................................................................24

3.2

THẢO LUẬN ..................................................................................................27

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................32
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 34
PHỤ LỤC ......................................................................................................................35

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
VST: thí nghiệm cắt cánh.
UU: thí nghiệm nén ba trục không cố két, không thoát nước.
Su: giá trị sức chống cắt, đơn vị kPa.
LKR-: lỗ khoan tuyến đường.
LKC-: lỗ khoan cầu.
ĐCCT: địa chất công trình.

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Trị số R đánh giá mức độ quan hệ của đại lượng X và Y. .........................17
Bảng 2.2 Phân loại độ nhạy của đất theo thí nghiệm cắt cánh...................................19
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tuyến R1. ..............................................22
Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tuyến R2. ..............................................23
Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị Su của thí nghiệm cắt cánh (VST) và nén ba trục không
thoát nước không cố kết (UU) của tuyến R1. ............................................................ 25
Bảng 3.4 Kiểm định lại kết quả VST từ phương trình tương quan của VST và UU
của tuyến R2. ..............................................................................................................29

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Mặt bằng tổng thể quy hoạch khu đô thị mới Thủ Thiêm. ...........................5
Hình 1.2 Các kiểu phá hoại cắt chủ yếu .......................................................................9
Hình 1.3 Trạng thái ứng suất tại thời điểm phá hủy. .................................................10
Hình 1.4 Vòng tròn Mohr của một số loại đất ........................................................... 11
Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng đối với đất ở trạng thái rời và chặt. ..13
Hình 2.1 Các biểu đồ mô hình hồi quy tuyến tính và phi tuyến tính .........................16
Hình 3.1 Sơ đồ vị trí của dự án ..................................................................................24
Hình 3.2 Tương quan giữa Su theo kết quả thí nghiệm VST và UU của tuyến R1. ..26
Hình 3.3 Biểu đồ quan hệ của Su với độ sâu từ các kết quả thí nghiệm....................28
Hình 3.4 Giá trị Su của thí nghiệm UU và VST của tuyến R1. .................................28
Bảng 3.4 Kiểm định lại kết quả VST từ phương trình tương quan của VST và UU
của tuyến R2. ..............................................................................................................29
Hình 3.5 Biểu đồ giá trị Su (VST) với độ sâu từ các kết quả bảng 3.5. ....................30
Hình 3.6 Biểu đồ sự chênh lệch giữa các giá trị Su (VST) tính từ phương trình tương
quan và thí nghiệm từ các kết quả bảng 3.5. .............................................................. 31

vi


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài đồ án : “Khảo sát mối tương quan giữa hai phương pháp xác định sức
chống cắt của đất : cắt cánh (VST) – nén ba trục (UU)”.
Nội dung: giới thiệu tổng quan về đất yếu trong khu vực khảo sát và sức chống
cắt của đất, các thí nghiệm xác định sức chống cắt, thiết lập mối tương quan dựa vào
kết quả thí nghiệm nén ba trục không cố kết không thoát nước (UU) và thí nghiệm cắt

cánh hiện trường để xác định sức chống cắt (VST). Từ đó, đánh giá sơ bộ sức chống
cắt không thoát nước của khu vực lân cận trước khi tiến hành thí nghiệm. Nội dung
chính của đồ án gồm:
Chương 1: tổng quan tài liệu, giới thiệu về khu vực nghiên cứu khu đô thị Thủ
Thiêm, Quận 2 Thành phố Hồ Chí Minh, khái niệm về các thông số sức chống cắt của
đất.
Chương 2: sử dụng các phương pháp thu thập và tham khảo tài liệu và tổng hợp
xử lý số liệu bằng các phần mềm tin học ứng dụng và phương pháp hồi quy tuyến tính
để khảo sát và đánh giá mối tương quan sức chống cắt của hai thí nghiệm cắt cánh
(VST) và ba trục (UU).
Chương 3: tổng hợp các số liệu sức chống cắt từ hai thí nghiệm cắt cánh (VST)
và nén ba trục (UU) từ công trình xây dựng bốn tuyến đường chính trong đô thị Thủ
Thiêm, Quận 2 Thành phố Hồ Chí Minh, đưa ra được phương trình tương quan. Từ đó,
sử dụng phương trình để thử nghiệm ở các khu vực lân cận, nhận xét mức độ sai sót
giữa các giá trị.
Nhìn chung, kết quả mô phỏng phương trình tương quan của đồ án có phần hạn
chế về số liệu. Tuy nhiên, kết quả này đã giải quyết rõ được hai thí nghiệm cắt cánh
hiện trường (VST) và nén ba trục (UU) có mối tương quan với nhau, giá trị tính toán
từ phương trình tương quan cũng đạt mức tương đối. Giúp người thiết kế có thể đánh
giá sơ bộ được sức chống cắt của khu vực nghiên cứu, trước khi tiến hành xây dựng
trên nền đất này.

1


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đất loại sét yếu có diện phân bố rộng nên khi xây dựng, như đường giao thông,
nhà ở… phải tiến hành xử lý. Các thông số sức chống cắt đóng vai trò quan trọng trong
việc thiết kế xử lý, thi công tính toán ổn định nền và móng của công trình xây dựng (dân

dụng và công nghiệp) trên nền đất yếu. Sức chống cắt của đất được thực hiện bằng nhiều
thiết bị và thí nghiệm khác nhau, do đó các kết quả thu được sẽ khác nhau. Việc thiết lập
sự tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) của đất sét yếu theo thí
nghiệm cắt cánh (VST) từ hiện trường với kết quả thí nghiệm nén ba trục (UU) trong
phòng thí nghiệm là điều cần thiết. Qua đó, giúp cho người thiết kế có thể dựa vào kết
quả thí nghiệm trong phòng sẽ tham khảo và định hướng được sơ bộ sức chống cắt
không thoát nước theo thí nghiệm cắt cánh và ngược lại. Từ những điều vừa phân tích
trên, đưa ra được đề tài về “Khảo sát mối tương quan giữa hai phương pháp xác định
sức chống cắt của đất : cắt cánh (VST) – nén ba trục (UU)”.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Dựa vào số liệu thực tế của công trình thiết lập mối tương quan thông qua
phương trình tuyến tính của giá trị sức chống cắt hai thí nghiệm cắt cánh – nén ba trục
ở tuyến đường R1. Trên cơ sở đó, kiểm chứng lại mối tương quan bằng số liệu từ khu
vực lân cận tuyến đường R2 và đánh giá mức độ tương quan giữa thí nghiệm hiện
trường và trong phòng.
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1 Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu địa chất đất nền các tuyến đường chính trong khu đô thị mới Thủ
Thiêm. Thu thập và tham khảo tổng quan về đất yếu trong khu vực khảo sát và cách
xác định sức chống cắt của đất bằng phương pháp thí nghiệm (VST, UU). Từ đó, tổng
hợp xử lý các giá trị sức chống cắt Su, tính toán bằng phương pháp hồi quy tuyến tính
để đưa ra các đánh giá và kết luận cho loại đất ở khu vực nghiên cứu
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: Đất sét yếu trong khoảng từ mặt đất tới sâu từ 2-18m,
được sử dụng để thí nghiệm cắt cánh và nén ba trục.
2


Phạm vi công trình áp dụng: các tuyến đường chính tại khu đô thị Thủ Thiêm,
quận 2 Thành phố Hồ Chí Minh.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp thu thập và tham khảo tài liệu
Phương pháp tổng hợp xử lý số liệu
Phương pháp sử dụng các phần mềm tin học ứng dụng
Phương pháp tính toán đánh giá và phương pháp hồi quy tuyến tính.
Phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt (VST, UU).

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1 Các nghiên cứu trong nước
Theo Bùi Trường Sơn, Lê Hoàng Việt trong nghiên cứu chọn lựa hợp lý sức
chống cắt không thoát nước của sét mềm để tính toán nền công trình đắp, tuyển tập kết
quả khoa họa công nghệ, NXB Nông nghiệp, tập 14, 2011. Bài báo khoa học dựa vào
kết quả tổng hợp và phân tích sức chống cắt không thoát nước của sét yếu bão hòa
nước theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau ở khu vực Nhà Bè. Sử dụng tỷ số
(Su/𝜎′𝑣𝑜 ) và độ sâu để được ra mối tương quan giữa các phương pháp cắt cánh , UU,
CU.
Ngoài ra, một số nghiên cứu về mối tương quan sức chống cắt có liên quan như
đề tài tương quan sức chống cắt không thoát nước của sét mềm theo độ sâu và mức độ
nén chặt, của Lê Hoàng Việt, Bùi Trường Sơn được đăng tại tạp chí khoa học kỹ thuật
Thủy lợi và Môi trường – số 39 (12/2012). Đây là kết quả nghiên cứu cho phép xây
dựng tương quan sức chống cắt không thoát nước của sét mềm bão hòa nước khu vực
khá chặt chẽ theo trạng thái ứng suất và độ chặt. Đưa ra phương trình tương quan giữa
sức chống cắt Su và hệ số rỗng e, dựa vào phương trình tương quan đưa ra các giá trị
Su, so sánh mức độ sai số giữa giá trị Su thực tế và từ phương trình.
Tại hội nghị Khoa học lần thứ 13 Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh,
2013, Trần Quang Hộ, Dương Toàn Thịnh đã đưa ra đề tài sức chống cắt không thoát

nước theo quy luật Shansep của sét yếu ở phía Nam và phía Bắc tập trung vào xác định
các thông số S là hệ số chuẩn hóa sức chống cắt không thoát nước, m là hệ số từ độ
dốc của phương trình Shansep: Su/𝜎′𝑣𝑜 = S[OCR]m. Từ các giá trị của thí nghiệm cắt
cánh, nén ba trục UU, CU.
Từ các báo cáo khoa học trên, nhìn thấy được mối tương quan giữa các thí
nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) và trong phòng (UU, CU) là rất lớn. Ảnh hưởng
mạnh mẽ đến việc lựa chọn các phương pháp cải tạo đất sét, cũng như giúp người thiết
kế nhìn nhận tương đối về mối liên hệ giữa sứ chống cắt, độ sâu, hệ số rỗng, áp lực
nén.

4


1.1.2 Các nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới, một số nhà địa kỹ thuật như Yit – Jin Chen, Fred H. Kulhawy
cũng đã nghiên cứu và sử dụng các giá trị của thí nghiệm cắt cánh, nén ba trục UU,
CU, IUC để đưa ra mối tương quan sức chống cắt theo độ sâu ở khu vực loại đất sét
trên toàn thế giới.
Từ các nghiên cứu trong và ngoài nước,làm tiền đề đồ án này thiết lập mối
tương quan giữa các phương pháp xác định sức chống cắt được xác định bằng hai thí
nghiệm cắt cánh (VST) và nén ba trục (UU) và có cái nhìn tổng quát hơn về khu vực
đất sét yếu quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh.
1.2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN – ĐỘNG LỰC CÔNG
TRÌNH KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.2.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu
Bán đảo Thủ Thiêm đối diện với trung tâm Quận 1 thành phố Hồ Chí Minh,
được bao quanh bởi phường An Khánh và phường An Lợi Đông.

Hình 1.1 Mặt bằng tổng thể quy hoạch khu đô thị mới Thủ Thiêm.
(nguồn viện quy hoạch Xây dựng Tp.HCM)

5


1.2.2 Đặc điểm khí hậu
Khu đô thị Thủ Thiêm mang đặc thù khí hậu của Tp.HCM. Khu đô thị Thủ
Thiêm nằm trong khu vực môi trường cận nhiệt đới với các điều kiện khí hậu và lượng
mưa được trình bày sơ bộ như sau:
Nhiệt độ trung bình hằng ngày là 290C, nhiệt độ cao nhất là 360C, và thấp nhất
là 240C.
Số giờ nắng biến đổi từ 6 ở tháng 6 đến 9 ở tháng 4.
Khí hậu mùa mưa nhiệt đới có hai mùa: Mùa nắng (từ tháng 12 đến tháng 4) và
mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 11).
Độ ẩm trung bình hằng ngày là 70-80%.
Lượng mưa trung bình hằng năm là 1.949mm.
Lượng mưa trong mùa mưa xấp xỉ 85% tổng lượng mưa hàng năm, cao nhất
vào tháng 6 và tháng 9.
Lượng mưa rất lớn, trung bình từ 0,8 đến 1,5mm/phút.
Hướng gió thịnh hành là Đông Nam đến Tây Bắc vào mùa khô, và Tây Nam
đến Đông Bắc vào mùa mưa, từ 3-4m/giây.
Điều kiện địa hình : Khu đô thị Thủ Thiêm là bán đảo, được bao quanh 3 phía
bởi sông Sài Gòn, xấp xỉ 8.5 km bờ sông. Khu vực có cao độ khoảng từ +0.5m ÷
+1.5m so với mực nước biển, hiện nay bị chia cắt bởi mạng lưới kênh rạch chằng chịt,
với độ sâu và bề rộng khác nhau.
Điều kiện địa chất : Khu vực bán đảo Thủ Thiêm là vùng đồng bằng thấp, cấu
tạo bởi các trầm tích hiện đại (QIV3), thành phần gồm sét, bột cát và thực vật đang phân
hủy, nguồn gốc hỗn hợp đầm lầy sông. Đây là vùng đồng bằng ngập triều ven sông Sài
Gòn. Địa hình khu vực này tương đối thấp với cao độ trung bình từ +0.5m ÷ +1.5m
thường xuyên bị ngập nước và bị chia cắt bởi hệ thống sông lạch, thực vật đầm lầy
phát triển mạnh. Tại đây có nhiều sông rạch nhỏ nông xen lẫn các vùng đầm lầy. Đây
là vùng đất phèn tiềm tàng, hàm lượng Clo trong đất không cao nhưng có sự giảm dần

về hướng bờ sông chứng tỏ có sự nhiễm mặn. Địa hình ở đây bằng phẳng, rải rác có
các trũng đầm lầy nhỏ. Địa tầng chủ yếu của khu vực này là trầm tích sông biển
(amQIV2) có tuổi Holocen trung phủ bên trên, phía dưới là lớp trầm tích sông aQII-IIItd.

6


1.2.3 Đặc điểm thủy văn
Vùng dự án ở nơi có dòng chảy mặt nghèo nhất trên lưu vực. Theo thời gian các
công trình thượng lưu sẽ được xây dựng nhiều hơn, nước dùng sẽ tăng lên theo quá
trình phát triển, nước đến ngày càng ít đi, những bất lợi cho vùng hạ du tăng lên. Môi
trường hạ lưu sẽ chịu những tác động xấu. Mặt khác, nhờ có công trình thượng lưu lũ
lụt không còn là mối đe dọa đối với hạ du. Dòng chảy mùa kiệt tăng thêm.
Vùng dự án chịu ảnh hưởng “thống trị” của thủy triều biển khi lưu lượng nguồn
càng bé, ảnh hưởng của biển càng mạnh. Những tác động của con người, đặc biệt là đê
bao dọc sông, công trình san lấp lấy đất xây dựng càng làm cho triều lên càng mạnh.
Hiện tại những diễn biến bất lợi từ phía biển đang diễn ra một cách toàn diện trên
phạm vi rộng gây ngập triều, ngập úng (kết hợp với mưa), xói lở bờ. Những thay đổi
đã chuyển từ lượng sang chất. Các biện pháp bảo vệ Thành phố chống với các thiên tai
ngày càng tăng từ phía biển là yêu cầu bức thiết.
Sông Sài Gòn bao quanh bán đảo là một đoạn sông uốn khúc có kích thước lớn
(rộng bình quân 370m, sâu bình quân 19m, hmax = 24m). Lưu lượng lớn nhất vào, ra
(trong mùa lũ) tại Phú An lên đến 3200 ÷ 3500m3/s, với tổng lượng nước triều chảy
ngược trong một ngày rất lớn (65 ÷ 70 triệu m3), chứng tỏ ảnh hưởng triều đối với
đoạn sông này là quyết định. Mức nước cao nhất đã xảy ra trong 20 năm qua là 145cm,
thấp nhất là 246cm. Biên độ dao động mức nước nhiều năm là 391cm. Biên độ dao
động ngày đêm > 320cm (chiếm 82% tổng biên độ dao động) đang ngày càng tăng lên
do tác động con người (là động lực chính cho truyền triều vào sông rạch). Tốc độ bình
quân dòng triều rút khoảng 1.1 ÷ 1.3m/s. Tốc độ lớn nhất đo đạc được khoảng 1.7 ÷
1.8m/s, lớn hơn lưu tốc khởi động bùn cát rất nhiều (Vk = 0.5m/s), cho thấy mối đe

dọa sạt lở bờ, xói lòng sông rất lớn. Tuy vậy, hiện tại đoạn sông còn được xem là ổn
định so với toàn bộ lòng sông hạ lưu. Trong trường hợp gia tải, bờ sông (như một vách
hở) sẽ bị biến dạng. Hiện tượng lở đất, trượt đất chắc chắn sẽ xảy ra, nếu bờ sông
không được bảo vệ. Đặc biệt cần chú ý hai đoạn sông có bờ lõm với bán kính cong bé
nhất phía cầu Sài Gòn và rạch Cá Trê, các đoạn là cửa đổ nước của các rạch lớn: Văn
Thánh, Thị Nghè, kênh Đôi, kênh Tẻ, Cá Trê Lớn, các kênh sẽ đào theo quy hoạch là
những đoạn sông có nguy cơ xói lở bất lợi nhất.

7


1.3 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.3.1 Khái niệm về sức chống cắt của đất
Sức chống cắt là chỉ tiêu đặc trưng cho độ bền của đất loại cát và đất loại sét,
tức là khả năng chống lại sự phá hoại kết cấu tự nhiên của đất dưới tác dụng của ngoại
lực. Sự phá hoại xảy ra trong đất được thể hiện ở chỗ đất bị mất tính liên tục do kết
quả chuyển dịch (trượt) của các phần đất theo một hoặc một vài mặt trượt hay dọc theo
một đới trượt (đới mềm yếu). Sự phá vỡ bắt đầu xảy ra khi ứng suất tiếp vượt quá sức
chống lại bên trong .
Trong đất loại cát (đất rời xốp), các lực chống trượt (chống phá vỡ bên trong) là
lực ma sát, phát sinh khi các phần đất trồng lên nhau dưới tác dụng của ngoại lực. bởi
vì, lực này phát sinh ở bên trong đất và có tác dụng kìm hãm sự trượt của các phần đất
nên người ta quy ước gọi là lực ma sát trong.Trong đất loại sét (đất mềm dính), ngoài
lực ma sát trong ra, còn có lực dính kết, nghĩa là, lực của các liên kết kiến trúc giữa
các hạt hoặc tập hợp hạt. Lực dính kết được dùng để biểu thị định lượng độ bền của
các liên kết kiến trúc trong đất.
Các không thông số cơ bản đặc trưng cho sức chống cắt của đất là góc ma sát
trong 𝜑 (độ) và lực dính kết c (kG/cm2)
Các kiểu phá hoại giới thiệu trong hình 1.3 đều là phá hoại cắt do có chuyển
động trượt giữa hai bề mặt. Thực tế tại các bề mặt phá hủy, các phần tử đất sẽ lăn, lê,

trượt. Phương của chuyển động chiếm ưu thế sẽ là phương của mặt trượt. Bởi vì đất bị
phá hoại theo phương thức cắt do đó, ta đặc biệt chú ý đến sức chống cắt (độ bền cắt)
của đất.
Độ bền cắt của đất không chỉ có một giá trị duy nhất. Nó phụ thuộc rất nhiều
vào các yếu tố của đất ngoài hiện trường. Ví dụ:
1.

Trạng thái đất: hệ số rỗng, cỡ hạt, hình dáng của hạt.

2.

Loại đất: cát, sạn, sét, hoặc tỉ lệ tương đối giữa các hạt này có mặt trong đất.

3.

Độ ẩm: đặc biệt quan trọng đối với sét (sét thường có trạng thái từ chảy đến

cứng tùy theo độ ẩm).
4.

Kiểu gia tải và tốc độ gia tải. Thấy rằng nếu chất tải nhanh có thể gây ra giá trị

thặng dư của áp lực nước lỗ rỗng.

8


Hình 1.2 Các kiểu phá hoại cắt chủ yếu
Chú thích: a) Móng băng, b) Khối đắp dài, c) Móng đơn và tác dụng xuyên, d)
Hố đào thẳng đứng, e) Tường chắn với hai khả năng trượt. Đất đắp sau tường trượt đẩy

tường về phía trước. Trượt quay cũng có khả năng xảy ra phụ thuộc vào điều kiện đất
nền.
5.

Kiểu gia tải và tốc độ gia tải. Thấy rằng nếu chất tải nhanh có thể gây ra giá trị

thặng dư của áp lực nước lỗ rỗng.
6.

Tính dị hướng: sức chống cắt vuông góc với mặt phân lớp sẽ khác với sức

chống cắt song song với mặt phân lớp.
Trong phòng thí nghiệm, độ bền cắt phụ thuộc mạnh mẽ vào các yếu tố sau:
1)

Phương pháp thí nghiệm.

2)

Mức độ nguyên dạng của mẫu đất: nếu đất bị xáo trộn thì độ bền cắt giảm.

3)

Độ ẩm.

4)

Tốc độ biến dạng.

1.3.2 Các thông số sức chống cắt

a) Phương trình Mohr – Coulomb
Coulomb là người đầu tiên đưa ra giả thuyết về sức chống cắt của đất vào năm 1776:
s = c + v𝜎

(1.1)

Trong đó: s – độ bền cắt trên mặt phẳng đang xét.
c – lực dính hay lực hút giữa các hạt ( lực này gần như độc lập với ứng suất
pháp tác dụng lên mặt phẳng đang xét).
9


𝜎 - ứng suất pháp tác dụng trên mặt phẳng đang xét.
v – hệ số ma sát giữa các hạt tiếp xúc với nhau.
Trong địa kỹ thuật, hệ số ma sát v được lấy bằng tg𝜑, ta có:
Theo ứng suất tổng :

s = c + 𝜎tg𝜑

hay ứng suất có hiệu:

s = c’ +𝜎tg𝜑′

(1.2)

𝜑 được gọi là góc ma sát trong. Như chúng ta đã thấy ở trên, 𝜑 không phải là
một hằng số.
Vào đầu thế kỷ 20, năm 1900, Mohr đã giới thiệu lý thuyết phá hủy ở trạng thái
ứng suất tới hạn như sau:
sf = f(𝜎′)

(1.3)

Hình 1.3 Trạng thái ứng suất tại thời điểm phá hủy.
Phương tình trên có nghĩa là trên mặt phẳng phá hủy, ứng suất cắt phá hủy là
một hàm số của ứng suất pháp có hiệu trên mặt phẳng đó. Phương trình (1.3) có thể
được viết lại:
sf = 𝜎′(v) = 𝜎′tg𝜑’

(1.4)

và xem như đây là một trường hợp đặc biệt của phương trình Coulomb (1.2). Kết hợp
cả hai phương trình ta sẽ có tiêu chuẩn phá hủy Mohr – Coulomb như sau:
sf = c’f + 𝜎𝑓 ′tg𝜑’

(1.5)

Người ta thường bỏ chỉ số f và do đó ta có phương trình (1.2). Trạng thái phá
hủy hay còn gọi là trạng thái tới hạn, trạng thái giới hạn, trạng thái cân bằng giới hạn.

10


Bởi vì (1.1) và (1.2) là phương trình của một đường thẳng biểu thị ứng suất cắt
giới hạn và tất cả các điểm trên đường tròn phá hủy của Mohr cũng biểu thị ứng suất
cắt giới hạn, do đó sẽ hợp lý nếu ta vẽ đường bao của các đường tròn Mohr và đường
bao đó cũng chính là tiếp tuyến các vòng tròn Mohr. Khi điều này được thực hiện tức
là mẫu đất đã đạt tới các quan hệ trên các hình 1.4 và 1.5. Nghĩa là sức chống cắt của
đất tại thời điểm phá hủy có thể dự báo được thông qua đường bao của các vòng tròn
Mohr. Phương trình của đường bao này sẽ phụ thuộc vào việc ta xem xét đất nền đang

làm việc dưới tác dụng của ứng suất tổng hay ứng suất có hiệu.

Hình 1.4 Vòng tròn Mohr của một số loại đất
Chú thích: a) Đất mềm rời, b) Đất cố kết trước, c) Trong một khoảng thử
nghiệm rộng, đường bao Mohr là một đường cong, d) Các thông số sức chống cắt có
hiệu đối với đất sét cố kết bình thường.
b) Đường phá hủy của một số loại đất
Theo hình 1.4 mô tả vòng tròn Mohr của một số loại đất, trong đó:
1. Đất không dính: Nhận thấy lực dính c bằng 0.
2. Đất quá cố kết: Khi ứng suất còn nhỏ hơn ứng suất tiền cố kết 𝜎𝑝′ thì đất có
lực dính và góc ma sát trong nhỏ. Nếu ứng suất vượt quá 𝜎𝑝′ thì đất có hành vi như đất
cố kết bình thường như trên hình 1.4d.

11


3. Đường bao Mohr: Gần như đối với mọi loại đất, đường bao Mohr là một
đường cong. Tiếp tuyến sẽ được lấy ở vùng có 𝜎 = 𝜎𝑙à𝑚 𝑣𝑖ệ𝑐 , từ đó ta suy ra 𝜑 và
chiếu lên trục tung ta sẽ có c.
4. Các thông số ứng với ứng suất có hiệu: nếu trong quá trình thí nghiệm có đo
áp lực nước lỗ rỗng thì ta có thể hiệu chỉnh vòng tròn Mohr như trên hình 1.4d. Đối
với đất sét cố kết bình thường, đường bao Mohr gần như đi qua gốc tọa độ. Xét trở lại
mục 2 ta thấy, nếu thực hiện thí nghiệm với một loạt vòng tròn Morh ứng với 𝜎𝑛 = 𝜎𝑝′
thì đất có hành vi là cố kết bình thường. Nếu ta hiệu chỉnh các vòng tròn Mohr theo áp
lực nước lỗ rỗng (để có vòng tròn Mohr biểu diễn theo ứng suất có hiệu), khi 𝜎𝑛 < 𝜎𝑝′
thì không nhất thiết lực dính c’ sẽ bằng không nhưng 𝜑′ sẽ khác với 𝜑′ trong khu vực
cố kết bình thường.
Trong thực tế, ta không cần phải vẽ các vòng tròn Mohr để sau đó vẽ đường bao
phá hủy. Ta chỉ cần tác dụng lên mẫu đất các ứng suất 𝜎𝑛 khác nhau và đo các giá trị s
cực đại tương ứng. Hai hoặc hơn hai bộ giá trị ( 𝜎𝑛 , s) cho phép ta tìm ra c và 𝜑 bằng

cách: giải hệ các phương trình (1.2) hay xác định các thông số của đường hồi quy
tuyến tính đi qua các điểm thí nghiệm (𝜎𝑛 , s).
Đối với đa số các loại đất, các phương trình (1.1) và (1.2) không được dùng để
xác định ứng suất cắt cực đại. Các phương trình Mohr-Coulomb xác định ứng suất cắt
tới hạn gây phá hủy và chúng được xây dựng từ các ứng suất pháp và ứng suất tiếp
trên các mặt phẳng tới hạn.
c) Các đường cong ứng suất-biến dạng
Một số loại đất thể hiện hành vi giòn trên đường cong ứng suất – biến dạng.
Theo đó, ứng suất tăng lên dến đỉnh điểm và rồi giảm đột ngột. Một số loại đất sau có
khả năng hành vi giòn (Hình 1.5a):
-

Đất khô hay đất hạt thô, ẩm và ở trạng thái chặt

-

Đất dính nhưng có OCR cao hay độ bão hòa thấp

-

Đất bị xi măng hóa

-

Đất được đầm nện ở độ ẩm thấp hơn độ ẩm tối ưu Wopt.

-

Ứng suất nén lớn hơn 70kPa trong thí nghiệm nén ba trục.
Đối với một số loại đất, khi ứng suất tăng thì biến dạng cứ tăng cho đến một trị

số ứng suất gần như bằng hằng số, trị số này tương ứng với một trị số biến dạng khá
12


lớn. Ta nói đất bị phá hoại kiểu tăng dần. Các loại đất có kiểu phá hủy này là: đất loại
cát ở trạng thái rời rạc, đất dính ở trạng thái không nguyên dạng, đất đầm nện ở độ ẩm
cao hơn độ ẩm tối ưu Wopt và đặc biệt, đất trong thí nghiệm nén một trục nở hông và
thí nghiệm ba trục ở ứng suất nén nhỏ (Hình 1.6b).
Phá hủy giòn xảy ra ở biến dạng nhỏ, thường vào khoảng 1-3%. Đối với phá
hủy kiểu tăng dần thì không dễ xác định được ứng suất tại thời điểm phá hủy. Tuy
nhiên, người ta thường sử dụng ứng suất ứng với biến dạng tương đối đạt 20% làm
ứng suất cực đại.

Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng đối với đất ở trạng thái rời và chặt.
Chú thích cho hình 1.5 sau đây: a) Phá hoại giòn, b) Phá hoại từ từ, c) Thí
nghiệm cùng một loại cát nhưng với độ chặt khác nhau, d) 𝜑 biểu diễn theo ứng suất
lệch. Từ thí nghiệm c), có được 𝜑 và 𝜑𝛾 như trên hình.

13


CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ THAM KHẢO TÀI LIỆU
Thu thập các nghiên cứu trong và ngoài nước các nghiên cứu về tương quan các
thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất.
Tham khảo phân loại nền đất yếu tại Việt Nam và tiêu chuẩn áp dụng cho bài
báo cáo này như :


Khảo sát hiện trường:

Qui trình khoan thăm dò địa chất công trình

: TCVN 9437:2012

Lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu

: ASTM D1587, D4220

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

: ASTM D1586

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)

: ASTM D2573



Thí ngiệm trong phòng:

Phân loại đất

: ASTM D2487

Xác định tỷ trọng

: ASTM D854

Xác định độ ẩm

: ASTM D2216

Phương pháp xác định giới hạn Atterberg

: ASTM D4318

Xác định thành phần hạt bằng tỷ trọng kế

: ASTM D422

Thí nghiệm 3 trục không cố kết , không thoát nước (UU )

: ASTM D2850

Thu thập các tài liệu về địa chất, địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn, dân cư,
kinh tế, giao thông khu công trình nền đất yếu tại Thủ Thiêm, Quận 2, Thành phố Hồ
Chí Minh.
Thu thập các tài liệu về các công tác khoan thăm dò, tài liệu về thí nghiệm trong
phòng và ngoài trời đã được tiến hành.
Thu thập các tài liệu về ĐCCT ở giai đoạn trước đã khảo sát như: Bản đồ
ĐCCT, bản đồ tài liệu thực tế vùng nghiên cứu, bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất
đá, mặt cắt ĐCCT tuyến…
Tài liệu về quy mô, kết cấu các hạng mục công trình thực tế.
Ngoài ra còn có thể thu thập các tài liệu khác có liên quan để đánh giá mức độ
14


khó khăn và thuận lợi khi tiến hành khảo sát và thi công.

2.2 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Tổng hợp số liệu địa chất từ các thí nghiệm trong phòng, mặt cắt địa chất công
trình và hình trụ hố khoan. Mục đích đưa ra các số liệu chính xác giúp đề tài nghiên
cứu được thực hiện hiệu quả nhất. Dựa vào các tài liệu thu thập được thông qua quá
trình thu thập cùng các kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường, tiến hành tổng
hợp các số liệu dựa trên các cơ sở đánh giá và tính toán công trình nhằm phản ánh
đúng đắn điều kiện địa chất công trình và điều kiện địa chất khu vực.
Tính toán lập bảng chỉ tiêu cơ lý đất, đá nền bằng phương pháp thống kê.
2.3 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC PHẦN MỀM TIN HỌC ỨNG DỤNG
Phương pháp sử dụng các phần mềm tin học giúp công tác tính toán được chuẩn
xác và chi tiết hơn thông qua các phần mềm Word, Excel, AutoCad 2007.
Phần mềm AutoCad 2007 được thực hiện trong công tác vẽ các hình trụ lỗ
khoan, mặt cắt địa chất, mặt bằng bố trí hố khoan, các cột địa tầng.
Phần mềm Excel được sử dụng cho công tác tổng hợp các số liệu thu thập một
cách chính xác. Bên cạnh đó, excel còn được dùng trong công tác tính toán xác định
phương trình tương quan, hệ số tương quan thông qua biếu đồ giữa sức chống cắt của
thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén ba trục và kiểm tra kết quả mức độ sai số thông
qua các hàm có sẵn trong phần mềm.
Phần mềm Word được sử dụng cho công tác trình bày đồ án tốt nghiệp.
2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY
TUYẾN TÍNH
Tổng hợp các kết quả tính toán các giá trị sức chống cắt Su của thí nghiệm cắt
cánh hiện trường, nén ba trục UU.
Phân tích hồi quy nghiên cứu mối phụ thuộc của một biến (gọi là biến phụ
thuộc hay biến được giải thích có giá trị đã biết) nhằm ước lượng và dự báo giá trị
trung bình của biến phj thuộc với các giá trị đã biết của các biến độc lập.

15

(a)

(b)

Hình 2.1 Các biểu đồ mô hình hồi quy tuyến tính và phi tuyến tính
1. Mô hình hồi quy tuyến tính (Mô hình hồi quy đường thẳng) (hình 2.1a) là mô
hình hồi quy nói lên mức phụ thuộc tuyến tính của một biến phụ thuộc với một
hay nhiều biến độc lập mà phương trình của mô hình hồi quy có dạng tuyến tính
đối với các hệ số: y = ax+b.
2. Mô hình hồi quy phi tuyến (hình 2.1b) là các dạng mô hình hồi quy phi tuyến
nói lên mức phụ thuộc của một biến phụ thuộc với một hay nhiều biến độc lập
mà phương trình của mô hình hồi quy có dạng phi tính đối với các hệ số. Chẳng
hạn như hàm hồi quy parabol, hồi quy hyperbol.
3. Khi nghiên cứu mối phụ thuộc nếu xét theo trình độ chặt chẽ của mối phụ thuộc
thì có hai loại phụ thuộc sau:
a) Phụ thuộc hàm: mối liên hệ hàm số hai biến ngẫu nhiên X và Y được gọi
là phụ thuộc hàm số nếu tồn tại f sao cho Y = f(X) tức là khi đại lượng X
biến đổi thì theo một quy tắc nào đó có thể xác định được giá trị tương
ứng đại lượng Y. Đây là sự phụ thuộc hoàn toàn chặt chẽ.
b) Phụ thuộc thống kê: mối quan hệ tương quan hai biến ngẫu nhiên X và Y
được gọi là phụ thuộc thống kê nếu mỗi giá trị của X ta đều có thể xác
định được quy luật phân phối xác suất có điều kiện của Y.
F (Y/X=x) = P (Y>Y/X=x)
Đây là sự phụ thuộc không hoàn toàn chặt chẽ tức là khi một hiện tượng biến
đổi làm cho hiện tượng liên quan biến đổi nhưng nó không có ảnh hưởng hoàn toàn
quyết định đến sự biến đổi này.
16


c) Phân tích tương quan chủ yếu dựa vào cơ sở phân tích đặc trưng cơ bản

là hệ số tương quan (trường hợp hai biến ngẫu nhiên) hệ số tương quan
bội và hệ số tương quan riêng phần (trường hợp có nhiều hơn hai biến
ngẫu nhiên).
 Hệ số tương quan (R): đo lường mức độ quan hệ tuyến tính giữa hai
biến mà không phân biệt biến nào là biến phụ thuộc, biến nào là biến
giải thích.
 Công thức xác định hệ số tương quan (R):

n

S
R  XY 
SxSy

 (x
i 1

i

 x)( y i  y )

n

n

i 1

i 1

 ( xi  x ) 2  ( y i  y ) 2

n



R

x y
i 1

i

i

(2.1)

 n x. y

 n 2
 n

  xi  nx 2   yi2  ny 2 
 i 1
 i 1


(2.2)

Bảng 2.1 Trị số R đánh giá mức độ quan hệ của đại lượng X và Y.
Trị số R

Mức độ quan hệ của đại lượng

R=0

X,Y hoàn toàn độc lập

R=1

X, Y có mối quan hệ tuyến tính với nhau

0.0< / R / < 0.3

Mức độ tương quan yếu

0.3< /R/ < 0.5

Mức độ tương quan trung bình

0.5< /R/ < 0.7

Mức độ tương quan tương đối chặt

0.7 < /R/ < 0.9

Mức độ tương quan chặt

0.9 < /R/ < 1

Mức độ tương quan tương rất chặt

Đánh giá kết quả xử lý, thông qua phương trình đã xác định được, sử dụng giá
trị Su của thí nghiệm nén ba trục UU của tuyến lân cận vào phương trình đưa ra giá trị
Su của thí nghiệm cắt cánh. Từ đó, so sánh hai giá trị Su của thí nghiệm cắt cánh từ
17


phương trình với giá trị đã thí nghiệm thực tế. Đưa ra mức đô chênh lệch giữa hai giá
trị này.
Kết luận đưa ra các ý kiến chủ quan về số liệu từ hai thí nghiệm cắt cánh và nén
ba trục, điểm thuận lợi và hạn chế từ phương trình tương quan đã lập. Kiến nghị mở
rộng hướng nghiên cứu cho đề tài này.
2.5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT
2.5.1 Phương pháp thí nghiệm cắt cánh (VST)
a) Giới thiệu
Để có thể xác định nhanh chóng sức chống cắt không thoát nước của đất yếu
mà không cần tiến hành lấy mẫu nguyên trạng. Một thiết bị được gọi là Thí nghiệm cắt
cánh hiện trường (Field Van Shear Test) được phát minh ở Thụy Điển vào năm 1918,
nơi có nhiều loại sét đặc trưng, rồi sau phát triển ra thế giới.
b) Nguyên lý thí nghiệm
Thí nghiệm cắt cánh theo nguyên tắc:cắt đất trên một mặt phẳng định sẵn.
Nguyên lý thí nghiệm rất đơn giản là ấn vào trong đất một cánh cắt chữ thập, sau đó
quay cánh chữ thập quanh trục của nó và đo momen xoay, từ đó suy ra sức kháng cắt
của đất. Đất bị cắt trong thời gian khá nhanh, nước không kịp thoát ra nên thí nghiệm
được xem là theo sơ đồ UU. Thí nghiệm này áp dụng cho tầng đất sét yếu (trạng thái
chảy, dẻo chảy, dẻo mềm), không áp dụng cho đất cát do khả năng thoát nước nhanh,
đất trương nở, thành phần lẫn sạn, sỏi.
c) Công thức tính toán
Giả sử sự phân bố sức kháng cắt là đồng nhất trên toàn bộ bề mặt cắt. Sức
chống cắt không thoát nước Su sẽ được viết theo công thức:
Su=

𝑇𝑚𝑎𝑥
𝐾

Trong đó:
Su: Sức kháng cắt không thoát nước (kPa)
Tmax: Tổng lực lớn nhất (kNm), Tmax= số đo hiệu chỉnh(mm) x hệ số hiệu chỉnh.
Số đo hiệu chỉnh = số lớn nhất – số đo ma sát cần ( được đọc trên đồng hồ)
Hệ số hiệu chỉnh như hệ số vòng lực, xác định trong qua trình chuẩn đồng hồ.
D: Đường kính cánh (m), Chiều cao cánh = 2 x D
18