Các phương pháp xác định cường độ và biến dạng của nền đất yếu

Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

Information of Science and Technology
No. 2/2016

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ VÀ BIẾN
DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU
ThS. Võ Thanh Toàn
Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Tóm tắt
Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều
đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông
Mê Kông. Nhiều thành phố và thị trấn quan
trọng được hình thành và phát triển trên nền
đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp
của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ
biển. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và
phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến
để xử lý nền đất yếu.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều
công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng
trên nền đất yếu do không có những biện pháp
xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được
các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc
đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ
lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí
nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ
sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù
hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi
sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và

kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được
tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây
dựng trên nền đất yếu.
Từ khóa
Đất yếu, cố kết

1. Mở đầu
Đất yếu chưa có một khái niệm rõ
ràng và thống nhất. Bởi vì trong mối quan
hệ tương tác với công trình có qui mô và
tải trọng khác nhau nền đất sẽ ứng xử
khác nhau. Có khi nền đất là yếu với công
trình này, lại không yếu với công trình
khác. Nhìn chung đất yếu là đất có sức
chịu tải thấp, vào khoảng 0.5–1.0 kg/cm2,
có tính biến dạng lớn, hầu như bão hòa
nước, có hệ số rỗng lớn (thường e > 1),
module biến dạng thấp (E0 ≤ 50 kg/cm2),
lực dính c theo kết quả cắt nhanh không
thoát nước ≤ 0.15 kg/cm2, góc nội ma sát
từ 00 đến 100 hệ số sức kháng cắt không
đáng kể,…
Ngoài ra có thể định nghĩa nền đất
yếu theo sức kháng cắt không thoát nước
Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
Đất rất yếu: Su ≤ 12.5kPa hoặc N≤2
Đất yếu: Su ≤ 25kPpa hoặc N ≤ 4
Như vậy nếu không áp dụng các giải
pháp xử lý thích hợp thì việc xây dựng
công trình trên nên đất yếu sẽ rất khó

khăn hoặc không thực hiện được.
2. Nguyên nhân làm nền đất yếu
Đất yếu trong định nghĩa của là đất
có độ bền cơ học, thủy lực không cao, dễ
bị biến dạng khi gặp tải trọng. Như vậy
tác nhân làm ra đất yếu có thể qui về ba
nhóm chính.
2.1. Do kết cấu
Nguyên nhân này thường gặp ở các
điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá
tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau
không chắc chắn, ở một số tải trọng
nhất định, công trình lún ít do đất biến
dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn
hơn xảy ra đứt gãy hoặc lún lệch làm
công trình đổ sập như đập Malpasset ở
Pháp hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu
127


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

chịu lực của vùng như sập một vài mỏ
khai thác đá ở Việt Nam trong những
năm gần đây có thể tính một phần là do
yếu tố này. Cũng có trường hợp đất sét
tạo gối nước trong lòng đất, công trình
đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ,
hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất

bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe
ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi
đột ngột, một số nhà cao tầng ở thành
phố Hồ Chí Minh có thể tính một phần là
vì lí do này mà lún sập.
2.2. Do độ ẩm
Nguyên nhân này thường gặp ở đất
cát và đất sét, nước trong đất tồn tại
dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên
kết. Đây là các tác nhân chính gây ra
hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén
của đất. Các nhân tố này gây ra sự khó
khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp
đặt và sử dụng thiết bị gia cố. Hiện tượng
này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven
sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm
và là yếu tố chính đối với các công trình
thi công trên biển.
2.3. Do đặc tính sinh hóa
Nguyên nhân này thường gặp ở các
điều kiện địa chất đã được gia cố. Trải qua
thời gian, do các tác động sinh hóa, như
phản ứng hóa học trong thành phần của
chất gia cố với nước, hoạt động của sinh
vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở
nên yếu đi. Đây là một vấn đề tương đối
khó khăn đối với các công trình sử dụng
biện pháp hóa học để gia cố đất như xi
măng, thủy tinh,…
3. Phân biệt nền đất yếu và một số

loại đất yếu thường gặp
Đất mềm yếu nói chung là loại đất
có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất

Information of Science and Technology
No. 2/2016

có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50
daN/cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng
lớn (e>1), có mô-đun biến dạng thấp (Eo<
50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ.
Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà
thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và
hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí
gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý
đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng
độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và
độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và
giảm chi phí đầu tư xây dựng.
3.1. Cách phân biệt nền đất yếu
Cách phân biệt nền đất yếu ở trong
nước cũng như ở nước ngoài đều có các tiêu
chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu.
Theo nguyên nhân hình thành: loại
đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc
nguồn gốc hữu cơ.
- Loại có nguồn gốc khoáng vật:
thường là sét hoặc á sét trầm tích trong
nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ,
thung lũng.

- Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình
thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng
thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại
đây các loại thực vật phát triển, thối rữa
phân hủy tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn
với trầm tích khoáng vật.
Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý (trạng
thái tự nhiên): Thông thường phân biệt
theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý
của chúng như hàm lượng nước tự nhiên,
tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hòa,
góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ
chịu cắt.
Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét,
đầm lầy hoặc than bùn theo độ sệt
Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất
mềm yếu:

Bảng 3.1.Phân loại đất yếu dựa vào lượng nước, độ rỗng, cường độ chịu cắt

Chỉ tiêu

Hàm lượng nước tự
nhiên (%)

Độ rỗng tự nhiên

Cường độ chịu
cắt (kPa)

Giá trị chỉ tiêu

≥ 35 và giới hạn lỏng

≥ 1,0

< 35

128


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

Information of Science and Technology
No. 2/2016

Bảng 3.2. Phân loại đất yếu dựa vào hệ số co ngót, độ bão hòa, góc ma sát trong

Chỉ tiêu

Hàm
lượng
nước tự
nhiên
(%)�ng điều kiện
thoát nước của mẫu đất khi thí nghiệm, có
thể phân biệt các phương pháp (sơ đồ)
chính sau đây để xác định sức chống cắt.
Tiến hành thí nghiệm trên mẫu đất

có h=2cm, Ø=6.3cm.
- Sơ đố cắt nhanh không cố kết (UU):
Sau khi mẫu thí nghiệm đặt vào hộp
cắt, cho tác dụng lực thẳng đứng N để xác
định cấp áp lực pháp tuyến đầu tiên σ1.
Cho hộp cắt ngập nước và kiểm tra các
thiết bị đo.
Tác động lực cắt ngang (T) chuyển
động
với
vận
tốc
cắt
khoảng
1.25mm/phút và cho chuyển vị liên tục
trong khoảng 9mm. Số đo ứng suất cắt
được đọc ở đồng hồ gắn với vòng ứng biến
theo từng khoảng chuyển vị bằng nhau.
Phương thức tiến hành tương tự như
trên cho 3 mẫu đất thí nghiệm với các cấp
áp lực pháp tuyến khác nhau.
Như vậy, ngay sau khi đặt ứng suất
pháp σ, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xuất
hiện trong mẫu đất và trong suốt quá
trình cắt nhanh áp lực nước lỗ rỗng thay
đổi nhưng không đo đạc được chúng.
Từ kết quả thí nghiệm, ta xác định
được các thông số sức kháng cắt ở trạng
thái ứng suất tổng cu và φu .
- Sơ đồ cắt nhanh, cố kết (CU):

Quá trình chuẩn bị đến thí nghiệm
cắt là tương tự như trong thí nghiệm UU,
ngoại trừ các dao vòng mẫu thí nghiệm
cho cố kết trước theo từng cấp áp lực
pháp tuyến dự kiến trước khi tiến hành thí
nghiệm cắt. Trong thí nghiệm này cũng

Information of Science and Technology
No. 2/2016

không đo được áp lực nước lỗ rỗng.
Từ kết quả thí nghiệm, ta xác định
được các thông số sức kháng cắt ở trạng
thái ứng suất tổngccu và φcu .
- Sơ đồ cắt chậm, cố kết (CD):
Mẫu đất thí nghiệm được cố kết dưới
áp lực nén thẳng đứng cho đến khi kết
thúc giai đoạn cố kết ban đầu. Sau đó cắt
mẫu với tốc độ dịch chuyển đủ chậm để
nước có thể thoát ra. Tùy theo loại đất và
khả năng của thiết bị mà chọn vận tốc cắt
cho phù hợp. Sơ đồ thí nghiệm này có thể
được xem như cắt ở trạng thái cố kết,
thoát nước, cung cấp thông số ứng suất
hữu hiệu.
Từ kết quả thí nghiệm, ta xác định
được trị số c’ và φ’
- Ưu điểm:
+ Cơ sở lý thuyết đơn giản dễ chấp
nhận.

+ Là thí nghiệm đơn giản nhất để
xác định sức chống cắt: cách chuẩn bị
mẫu, thực hiện thí nghiệm đơn giản,
không đòi hỏi máy móc phức tạp. Do vậy,
thí nghiệm được sử dụng rộng rãi.
+ Thời gian thực hiện nhanh.
- Khuyết điểm:
+ Máy cắt trực tiếp chỉ cắt theo một
mặt phẳng ấn định trước, đôi khi mặt
phẳng này chưa phải là mặt phẳng yếu
nhất trong nền (đối với đất trầm tích
không đồng nhất, mặt trượt là mặt xiên).
Do vậy kết quả c, φ tìm được theo thí
nghiệm này không phản ánh trung thực
ứng xử của nền.
+ Sự phân bố ứng suất trên bề mặt
cắt là không đều.
Do vậy để có kết quả chính xác hơn
về hình ảnh của một mẫu đất khi làm việc
trong phòng thí nghiệm giống như nền đất
khi làm việc ở ngoài hiện trường, người ta
thường dựa vào thí nghiệm nén 3 trục
(triaxial compression test) thì sẽ tìm được
c, φ chính xác hơn. Hơn nữa c, φ cũng
được xác định theo 3 sơ đồ khác nhau phù
hợp điều kiện thoát nước và tốc độ xây
dựng công trình trong thực tế nhằm mục
đích ứng dụng các thiết bị hiện đại trong
nghiên cứu thí nghiệm xác định các thông
130

Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

số phục vụ cho tính toán ổn định lâu dài
các công trình.
* Thí nghiệm nén ba trục (Triaxial
compression test)
Thí nghiệm nén ba trục là thí nghiệm
xác định sức kháng cắt của đất được áp
dụng rộng rãi nhất hiện nay bởi vì thí
nghiệm này mô hình hóa được đúng hơn
trạng thái ứng suất tự nhiên của mẫu đất
trong điều kiện thế nằm tự nhiên. Thí
nghiệm được thực hiện trên mẫu đất hình
trụ có tỉ số giữa chiều cao và đường kính
bằng 2/1: kích thước mẫu thường là 100 x
50mm hoặc 76 x 38mm.
Trong thực tế, sức kháng cắt của đất
thường được thực hiện theo 3 sơ đồ:
Thí nghiệm không cố kết, không
thoát nước đối với đất bão hòa, ký hiệu
UU.
Đây là sơ đồ thí nghiệm đơn giản,
vận hành nhanh, giá thành rẻ và thông
dụng nhất của thí nghiệm nén ba trục. Kết
quả sức kháng cắt thu được là ở trạng thái
ứng suất tổng.
Những nguyên lý được trình bày sau

đây chỉ liên quan đến đất bão hòa. Trong
suốt quá trình thí nghiệm, nước lỗ rỗng bị
khống chế không được thoát ra ngoài,
mẫu đất không được cố kết dưới các tải
trọng tác dụng lên nó. Vì nước và cốt đất
hầu như không chịu nén và giả thiết trong
nước không chứa không khí nên trong quá
trình thí nghiệm mẫu không bị biến dạng
thể tích. Khi thí nghiệm với đất bão hòa,
độ tăng nào đó của ứng suất tổng tạo nên
sự tăng tương ứng của áp lực nước lỗ rỗng
(Δu = Δσ) và vì thế không xảy ra sự tăng
ứng suất hiệu quả, tức là Δσ’=0. Khi đó ta
có: Su = cu vàu = 0.
Giá trị Su gọi là sức kháng cắt không
thoát nước của đất.
Thí nghiệm cố kết, không thoát nước
đối với đất bão hòa, ký hiệu CU.
Trong phương pháp thí nghiệm có cố
kết – không thoát nước, sau khi bơm nước
vào buồng nén và tăng áp tạo ứng suất
đẳng hướng σc lên mẫu đất, áp lực nước
trong mẫu đất sẽ tăng lên một lượng bằng
với σc, nếu mẫu đất là mềm và bão hòa

Information of Science and Technology
No. 2/2016

hoàn toàn. Giữ yên áp lực trong buồng
nén cho đến lúc áp lực nước lỗ rỗng thặng

dư bên trong mẫu phân tán hết (có cố
kết), lúc này ứng suất hữu hiệu theo các
phương như nhau và bằng với áp lực
buồng nén (σ1’= σ2’= σ3’= σc).
Sau đó giữ nguyên áp lực buồng
nén, khóa van thoát nước tức là thể tích
mẫu đất bão hòa nước không đổi thể tích,
gia tăng ứng suất thẳng đứngσ1 cho đến
lúc mẫu đất bị trượt, đo áp lực nước lỗ
rỗng gia tăng u trong suốt quá trình tăng
tải. Vận tốc nén từ 1mm/phút đến
2mm/phút. Trong quá trình áp ứng suất
lệch q=Δu = σ1 - σ3 = Δσ1 .
- Mẫu đất là cát rời hoặc đất dính cố
kết thường (NC = normally consolidation),
nếu không thoát nước áp lực nước lỗ rỗng
sẽ tăng.
- Mẫu đất là cát chặt hoặc đất dính
cố kết trước mạnh (OC = over
consolidation), nếu không thoát nước áp
lực nước lỗ rỗng sẽ giảm.
Kết quả thu được theo sơ đồ này là
sức kháng cắt theo hai trạng thái:
Đặc trưng sức kháng cắt cố kết
không thoát nước: ccu và φcu sử dụng cho
thiết kế đắp đất theo giai đoạn trên nền
đất yếu.
Đặc trưng sức kháng cắt cố kết,
thoát nước: c’ và φ’ được dùng trong tính
ổn định dài hạn.

Thí nghiệm cố kết, thoát nước, ký
hiệu CD.
Giống như trong thí nghiệm cố kết
không thoát nước, mẫu thí nghiệm trước
tiên được tiến hành cố kết dưới các tải
trọng tác dụng lên nó nhưng ở giai đoạn
nén, mẫu đất được thoát nước tự do. Sau
đó tăng tải trọng gây cắt. Tốc độ tăng tải
trọng gây cắt phải chậm đủ để đảm bảo
rằng không xảy ra việc tăng áp lực nước
lỗ rỗng.
Vận tốc cắt (nén) cực đại được suy
ra từ thời gian cố kết mẫu:

V max



H

0



f

b  t 100

(3)

Trong đó:
131


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

εf : Biến dạng tương ứng giai đoạn
sụp đổ theo các thí nghiệm trước (εf=3%
cho sét cứng hoặc sét cố kết trước; εf =
6% cho các trường hợp khác);
t100 : Thời gian cố kết 100% của
mẫu;
H0 : Chiều cao ban đầu của mẫu;
b = 8.5;
Đặc trưng sức kháng cắt nhận được,
theo sơ đồ thí nghiệm này, ở trạng thái
ứng suất hữu hiệu với các thông số c’ và
φ’ riêng của mẫu.
Thí nghiệm theo phương pháp CD
nhằm mô phỏng ứng xử của đất vào giai
đọan mà cố kết sơ cấp đã kết thúc.
Các tham số sức chống cắt (c, φ)
được thí nghiệm theo cùng một sơ đồ dựa
vào máy cắt trực tiếp và máy nén 3 trục
có sự khác nhau nhưng không đáng kể.
Trong đó góc ma sát φ được thí
nghiệm theo 2 sơ đồ khác nhau (CU) và
(CD) trên các lọai máy lớn hơn góc ma sát
của đất trong điều kiện không cố kết và

không thoát nước (UU) trên 100 tùy theo
tốc độ cắt hoặc nén.
Lực dính của đất có khác nhau,
nhưng không nhiều.
Khi các công trình đất đắp như
đường, đê, đập,… được đặt trưc tiếp trên
nền đất sét mềm và phải hoàn thành công
trong một đợt thi công thì nên chọn các
tham số sức chống cắt (c, φ) theo sơ đồ
(UU). Khi đợt đắp thứ 2 trở đi thì chọn các

Information of Science and Technology
No. 2/2016

tham số sức chống cắt (c, φ) theo sơ đồ
(CU) hoặc (CD).
Nếu các công trình này được đắp
trên nền đất sét mềm có gia cố bằng
giếng cát hoặc bấc thấm kết hợp gia tải
trước thì các tham số sức chống cắt (c,
φ) được chọn để thiết kế phải theo sơ
đồ (CD).
Bảng tổng kết của Ladd, năm 1971,
về ứng dụng các phương pháp thí nghiệm
khác nhau để tính sức chống cắt và sức
chịu tải của đất nền dưới công trình.
Bảng 4.1. Một số ứng dụng của phương pháp
CD

Công trình

Thi công công
trình đất đắp
từng lớp thật
chậm trên nền
sét mềm
Đập đất với sự
thấm
qua
thường trực
Mái
dốc
tự
nhiên hoặc mái
đào của hố
móng
Móng
nông
trên nền đất
sét, sau khi lún
ổn định

Ứng suất chống cắt
CD
Ứng suất chống cắt
tại chỗ có thoát nước
sau khi đã cố kết

Ứng suất chống cắt
của lõi đập có thoát
nước, sau khi đã cố

kết
Ứng suất chống cắt
tại chỗ có thoát nước,
sau khi đã cố kết
Ứng suất chống cắt
tại chỗ có thoát nước,
sau khi đã cố kết

Bảng 4.2. Một số ứng dụng của phương pháp CU

Công trình và giai đọan làm việc
tương ứng
Đắp lớp đất tiếp theo sau khi đã cho nền
cố kết hoàn toàn với lớp đắp trước của
công trình đất đắp, hoặc gia tải từng cấp
trong gia tải trước
Xả nước hồ chứa nhanh. Lõi không thấm
của đập chưa kịp thoát nước trong quá
trình tháo đập
Thi công nhanh công trình đất đắp trên
suờn dốc

Ứng suất chống cắt CU
Ứng suất chống cắt tại chỗ không thoát
nước, ngay sau khi đắp lớp sau và nền đã
cố kết hoàn toàn bởi tải của lớp đắp
trước
Ứng suất chống cắt lõi đập không thoát
nước, trong lúc xả nhanh hồ chứa, sau
khi lõi đã cố kết hoàn toàn trong sự thấm

thường trực
Ứng suất chống cắt ngay sau khi gia tải
không thoát nước, nền đã cố kết hoàn
toàn bởi trọng lượng bản thân trước đó
132


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

Information of Science and Technology
No. 2/2016

Bảng 4.3. Một số ứng dụng của phương pháp UU

Công trình và giai đọan làm việc tương
ứng
Thi công nhanh công trình đất đắp trên
lớp sét mềm

Ứng suất chống cắt UU

Đập kích thước lớn khi thi công nhanh,
độ ẩm của lõi không kịp thay đổi
Móng nông thi công nhanh trên nền sét

Ứng suất chống cắt không thoát nước của
lõi sét đầm chặt của đập
Sức chịu tải phụ thuộc ứng suất chống
cắt không thoát nước

* Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (Field
Vane test)
Ta đã biết, khả năng thoát nước của
lỗ rỗng của đất dính rất chậm nên trong
một số trường hợp tính toán nền móng,
đặc biệt nghiên cứu đất đắp trên nền đất
yếu, thì thí nghiệm theo sơ đồ UU (không
thoát nước, không cố kết) là thích hợp.
Trong khi đó, việc xác định cu ở trong
phòng thí nghiệm không phải lúc nào cũng
thuận lợi, nhất là sét yếu và than bùn.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên,
người ta đề xuất một loại thí nghiệm,
không cần tiến hành lấy mẫu nguyên
dạng, có thể xác định nhanh chóng sức
kháng cắt không thoát nước của đất yếu.
Phương pháp cắt cánh thường được sử
dụng trong các loại đất mềm yếu, khó có
khả năng lấy mẫu nguyên dạng để thí
nghiệm trong phòng như đất loại sét mềm
yếu, cát hạt nhỏ và mịn bão hòa nước, các
loại đất bùn và than bùn. Hiện nay, ở
nước ta, khi thiết kế nền đất yếu, thiết kế
thi công cọc khoan nhồi, hố móng, người
ta thường sử dụng phổ biến các tài liệu thí
nghiệm cắt cánh.
Thí nghiệm cắt cánh theo nguyên
tắc là 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
bằng thép, sau đó quay cánh cắt cho đến
khi đất bị cắt xoay tròn (phá hủy) xung
quanh trục của nó và đo mô-men xoắn.
Đất bị cắt trong thời gian khá nhanh, nước
không kịp thoát ra ngoài nên thí nghiệm
được xem như là theo sơ đồ UU. Ta tính
được ứng suất tiếp τ, từ đó có sức kháng

Ứng suất chống cắt ngay sau khi gia tải
không thoát nước, nền sét mềm chưa cố
kết hoàn toàn bởi tải trọng lượng bản
thân (NC)

cắt không thoát nước Su (tức là cu) của
đất yếu, do u = 0.

 

6M x
7 d 3

(4)
Trong đó:
Mx: Mô-men giới hạn do ngọai lực
tác dụng lên cần nối và cánh chữ thập
d : Đường kính cánh chữ thập
Thí nghiệm cắt cánh có độ tin cậy
tương đối tốt. Các sai sót có thể có do thí
nghiệm cắt cánh thường là: cánh cắt quá

dày, tỷ lệ chiều cao với bề rộng cánh
không phù hợp, ma sát.
4.2. Các phương pháp thí nghiệm xác
định tính nén lún của đất yếu
Bên cạnh các tham số (c, φ) đặc
trưng cho sức chống cắt của đất nền. Tính
nén lún của nền đất yếu còn được đặc
trưng bởi các hệ số nén lún a hoặc chỉ số
nén Cc; hệ số cố kết thẳng đứng Cv; môđun biến dạng E0.
Sau đây là một số phương pháp thí
nghiệm xác định mô đun biến dạng E của
nền đất.
Mô-đun biến dạng E cho biết khả
năng chống lại tác dụng nén lún của tải
trọng tác dụng.
- Khi E càng nhỏ thì đất càng yếu và
biến dạng lún lớn.
- Khi E càng lớn thì đất tốt và biến
dạng lún nhỏ. E = 300 ÷ 5000kN/m2 (đất
bùn yếu) đến 100000kN/m2 (đá gốc, đá
tảng).
- Mô-đun đàn hồi là mô đun chỉ xét
đến biến dạng đàn hồi.
- Mô-đun biến dạng khi xét đến biến
133


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

Information of Science and Technology
No. 2/2016

dạng đàn hồi và biến dạng dư.
* Thí nghiệm bàn nén hiện trường:
Khi xác định E trong phòng nghiệm
không phản ánh hoàn toàn đầy đủ tính
liên tục của đất (đất nền bị nở hông khi
chịu nén), để có giá trị E phù hợp với
trạng thái của khối đất tự nhiên, người ta
dùng phương pháp thí nghiệm bàn nén
hiện trường.
Ngành xây dựng thường dùng bàn
nén vuông có cạnh từ 0,3m; 0,45m;
0,6m; 0,75m;… Ngành cầu đường thường
sử dụng bàn nén tròn có đường kính
0,75m. Đôi khi, bàn nén được tiến hành ở
đáy hố khoan với những bàn nén tròn
cùng đường kính lỗ khoan.
Thí nghiệm bàn nén hiện trường là
tăng tải từng cấp lên bàn nén, đo chuyển
vị đứng của bàn nén ứng với từng cấp tải
trọng, cho đến khi đạt được tải trọng giới
hạn P ult (tải trọng ứng với giá trị đó,
chuyển vị đứng của bàn nén giảm dần về
giá trị ổn định. Giá trị ổn định được chọn
khi trong khoảng thời gian 1 giờ độ lún
nhỏ hơn 0,2mm).
Từ kết quả bàn nén hiện trường, ta
vẽ đường cong quan hệ giữa ứng suất và

biến dạng đứng của bàn nén.
Mô đun đàn hồi của nền đất được
xác định theo biểu thức:

E  1, 57 (1   2 ). R .

p
s

(5)

Trong đó:
ν : hệ số Poisson
R : bán kính bàn nén
Δp: biến thiên cấp áp lực trong pha
đàn hồi
Δs: biến thiên độ lún, tương ứng
khoảng cấp áp lực nêu trên
* Phương pháp nén cố kết (OCT):
Độ lún của đất yếu bão hòa nước,
dưới tác dụng của tải trọng, xảy ra hiện
Loại đất
Cát rời
Cát chặt trung bình
Cát chặt
Cát lẫn đất bột

tượng cố kết.
Hiện tượng này có thể xác định trên
thiết bị nén một trục không nở hông và thí

nghiệm nén 3 trục. Tuy nhiên, thí nghiệm
nén 3 trục tiến hành khá phức tạp. Thí
nghiệm nén cố kết được tiến hành trên
máy nén một trục nhằm xác định sự thay
đổi chiều cao của một mẫu đất nguyên
dạng trong một hộp hình trụ không cho
phép biến dạng ngang và chịu áp lực
thẳng đứng.
Mẫu đất được lấy vào trong một dao
vòng bằng thép không rỉ, cứng có đường
kính 70mm, chiều cao 20mm. Dao vòng,
có mẫu đất, được đặt trong một hộp nén
với 2 viên đá bọt ốp trên và dưới. Cả hộp
được đặt chìm trong nước.
Hộp mẫu được đặt trong hệ khung
đặc biệt, có thể gia tải qua cánh tay cân,
trên đó treo các quả cân có trọng lượng
khác nhau. Đo chuyển vị thẳng đứng mẫu
đất bằng thiên vân kế gắn liền với khung.
Tiến hành chất tải theo cấp đầu tiên
của cấp áp lực dự kiến (0,25 - 0,5 - 1,0 2,0 - 4,0 - 8,0 - 16,0 - 32,0 kg/cm2)
Kết quả quan trắc được thể hiện
dưới 2 dạng biểu đồ:
+ Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng –
cấp áp lực.
+ Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị thời gian.
Tại hai điểm bất kỳ trên đường cong
nén lún ta có thể rút ra biểu thức:

E0 

 

(1  e0 )
H
e
H

(6)

e
 av
Ta gọi 
là hệ số nén lún và
1  e0
E0 
av
khi đó ta có:
Phương pháp dùng bảng tra:

Mô đun biến dạng E (Mpa)
10,35÷24,15
17,25÷27,60
34,50÷55,20

Hệ số Poisson ν
0,20÷0,40
0,25÷0,40
0,30÷0,45

1,035÷17,25

0,20÷0,40
134


Thông báo Khoa học và Công nghệ
Số 2/2016

Cát
Sét
Sét
Sét

Loại đất
sỏi
mềm
dẻo trung bình
cứng

Information of Science and Technology
No. 2/2016

Mô đun biến dạng E (Mpa)
69,00÷172,50
2,07÷5,18
5,18÷10,35
10,35÷24,15

5. Kết luận

Khi nghiên cứu về các đất yếu, cần
tiến hành các thí nghiệm để xác định các
đặc trưng cơ học (cường độ chống cắt và
các đặc trưng biến dạng) của chúng.
Các chỉ tiêu biểu thị sức kháng cắt
của đất gồm có lực dính kết c và góc ma
sát trong φ. Tuỳ theo các giải pháp thiết

Hệ số Poisson ν
0,15÷0,35
0,20÷0,50
0,20÷0,50
0,20÷0,50

kế khác nhau màc, φ sẽ được xác định
theo các phương pháp thí nghiệm khác
nhau.
Các chỉ tiêu biểu thị tính nén lún của
đất gồm có: hệ số nén lún av hoặc chỉ số
nén Cc; hệ số cố kết thẳng đứng Cv; mô
đun biến dạng E0.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]

Bùi Trường Sơn, 2009. “Bài giảng địa chất công trình”.

Bùi Trường Sơn, 2009. “Thổ chất và công trình đất”.
Châu Ngọc Ẩn, 2009. “Cơ học đất”. NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh
K.H.Head, 1994. “Soil laboratory testing, volume 2, Permeability, shear strength and compressibility”.
Tiêu chuẩn xây dựng TCVN 8868-2011; TCVN 4199-1995; TCVN 4200-2012; TCVN 9354-2012.

135