Nghiên cứu tương quan sức chống cắt của thí nghiệm nén ba trục và cắt cánh hiện trường cho một số loại đất sét yếu

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------

AO VĂN TOÀN

NGHIÊN CỨU TƢƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT
CỦA THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC VÀ CẮT CÁNH HIỆN
TRƢỜNG CHO MỘT SỐ LOẠI ĐẤT SÉT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------

AO VĂN TOÀN

NGHIÊN CỨU TƢƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT
CỦA THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC VÀ CẮT CÁNH HIỆN
TRƢỜNG CHO MỘT SỐ LOẠI ĐẤT SÉT YẾU

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông
Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS CHÂU TRƢỜNG LINH

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

AO VĂN TOÀN


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô khoa xây dựng
cầu đƣờng - Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã truyền đạt cho tơi những kiến thức bổ ích
trong suốt hai năm học vừa qua.
Tơi xin đƣợc tỏ lịng biết ơn và gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Châu
Trƣờng Linh ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn luận văn, đã tận tình chỉ bảo và hƣớng dẫn tơi
về kiến thức cũng nhƣ phƣơng pháp nghiên cứu, chỉnh sửa trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện luận văn.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhƣng luận văn không tránh khỏi những thiếu
sót. Vì vậy, tơi rất mong nhận đƣợc sự chỉ dẫn, góp ý của q thầy/cơ giáo và tất cả

bạn bè./.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

AO VĂN TOÀN


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài: .........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu:............................................................................................... 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................2
4. Cơ sở dữ liệu và phƣơng pháp nghiên cứu: ............................................................ 2
5. Kết quả đạt đƣợc: ....................................................................................................3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƢỚC (SU)
CỦA ĐẤT YẾU VÀ CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ (SU) ..........................4
1.1. Tổng quan:............................................................................................................4
1.2. Sức chống cắt khơng thốt nƣớc của đất yếu: ......................................................7
1.3. Sử dụng Su trong tính tốn ổn định cơng trình trên nền đất yếu: ........................7
1.3.1. Tính tốn ổn định nền đắp trên đất yếu: .......................................................7
1.3.2. Tính tốn lún nền đắp trên đất yếu: .............................................................. 8
1.4. Phƣơng pháp phân tích thành phần chính (PCA-Principal Component
Analysis): ..................................................................................................................11
1.5. Các thí nghiệm xác định Su trong phịng và hiện trƣờng: .................................12
1.5.1 Thí nghiệm nén ba trục (sơ đồ UU) và phƣơng pháp xác định giá trị Su
[21]: .......................................................................................................................13
1.5.2. Thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng và phƣơng pháp xác định giá trị Su [20]:
............................................................................................................................... 20
1.6. Kết luận chƣơng 1: ............................................................................................. 28
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU TƢƠNG QUAN GIÁ TRỊ SU CỦA THÍ NGHIỆM NÉN
BA TRỤC VÀ CẮT CÁNH HIỆN TRƢỜNG CỦA ĐẤT SÉT YẾU TỪ KẾT QUẢ

THÍ NGHIỆM CỦA CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ............................ 29
2.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu: .....................................................................29
2.1. 1. Giới thiệu về KKT Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi: .........29
2.1.2. Giới thiệu về cảng Container quốc tế Cái Mép: .........................................29
2.2. Hồ sơ địa chất các cơng trình nghiên cứu: .........................................................30
2.2.1. Hồ sơ địa chất dự án cảng Container quốc tế Cái Mép [10]: ......................30
2.2.2. Hồ sơ địa chất dự án đầu tƣ xây dựng cơng trình cầu Trà Bồng [11]: .......31
2.2.3. Hồ sơ địa chất dự án đƣờng Trì Bình – cảng Dung Quất [12]: ..................36
2.2.4. Hồ sơ địa chất dự án Kè chống sạt lỡ kết hợp đƣờng cứu hộ, cựu nạn di
dân tái định cƣ neo đậu tàu thuyền đập Cà Ninh – hạ lƣu sông Trà Bồng phục vụ
KKT Dung Quất, huyện Bình Sơn (giai đoạn 1): .................................................40
2.3. Xây dựng tƣơng quan giá trị Su của thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm cắt
cánh từ cơng trình cảng Container quốc tế Cái Mép:................................................43
2.3.1. Đất sét trạng thái dẻo chảy:.........................................................................43
2.3.2. Đất sét trạng thái dẻo mềm: ........................................................................45
2.3.3. Tƣơng quan sức chống cắt khơng thốt nƣớc theo độ sâu: ........................48


2.4. Phân tích thành phần chính (PCA): ....................................................................49
2.5. Kết quả thí nghiệm và thiết lập tƣơng quan sức chống cắt khơng thốt nƣớc: ..58
2.5.1. Đất sét trạng thái dẻo chảy:.........................................................................58
2.5.2. Đất sét trạng thái dẻo mềm: ........................................................................59
2.6. Kết luận chƣơng 2: ............................................................................................. 61
CHƢƠNG 3: KIỂM ĐỊNH CÁC TƢƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT VÀ CÁC THÍ
NGHIỆM THỰC TẾ TẠI TUYẾN TRÌ BÌNH - DUNG QUẤT..................................64
3.1. Giới thiệu tuyến Trì Bình - cảng Dung Quất: ....................................................64
3.2. Đặc điểm địa chất cơng trình và tính chất cơ lý của nền đất yếu: .....................64
3.3. Tính tốn giá trị sức chống cắt khơng thốt nƣớc từ các phƣơng trình thực
nghiệm: ......................................................................................................................65
3.3.1. Theo phƣơng trình tƣơng quan với các tính chất cơ lý đất: ........................65

3.3.2. Theo hệ số tƣơng quan: ...............................................................................70
3.4. Giá trị sức chống cắt khơng thốt nƣớc theo kết quả thí nghiệm: .....................70
3.4.1. Theo kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng: ..........................................70
3.4.2. Theo kết quả thí nghiệm nén ba trục (sơ đồ UU): ......................................73
3.5. Kiểm định các tƣơng quan sức chống cắt của các thí nghiệm: .......................... 73
3.6. Kết luận chƣơng 3: ............................................................................................. 74
KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................75
* Kết luận: .................................................................................................................75
* Kiến nghị: ...............................................................................................................76


NGHIÊN CỨU TƢƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT CỦA THÍ NGHIỆM NÉN BA
TRỤC VÀ CẮT CÁNH HIỆN TRƢỜNG CHO MỘT SỐ LOẠI ĐẤT SÉT YẾU
Học viên: Ao Văn Toàn
Mã số: 8580205

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng
Khóa: K34
Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt - Luận văn hƣớng đến việc thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức
chống cắt của thí nghiệm nén ba trục (Sơ đồ khơng cố kết – khơng thốt nƣớc UU) và
thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng (VST) cho một số loại đất sét yếu, áp dụng cho các
cơng trình giao thơng trên nền đất yếu trên địa bàn Khu kinh tế Dung Quất, huyện
Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Sử dụng để tính tốn giá trị sức chống cắt khơng thốt
nƣớc Su từ kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất, trên cơ sở phƣơng trình tƣơng
quan giúp cho cán bộ thiết kế có thể chỉ dựa vào kết quả thí nghiệm nén ba trục UU
trong phịng sẽ cho ra đƣợc sơ bộ sức chống cắt khơng thốt nƣớc theo thí nghiệm cắt
cánh ngồi hiện trƣờng và ngƣợc lại; dùng để tính ổn định nền đƣờng trên nền đất yếu
trên địa bàn Khu kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi nói riêng và

trên địa bàn tỉnh quảng Ngãi nói chung.
Từ khóa – sức chống cắt khơng thốt nƣớc Su; thí nghiệm xuyên tĩnh; thí nghiệm
nén ba trục sơ đồ UU; thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng; phƣơng pháp phân tích thành
phần chính (PCA).
TO RESEARCH THE CORRELATION OF SHEAR STRENGTH OF
TRIAXIAL LABORATORY TEST AND FIELD VANE SHEAR TEST FOR
SOME SOFT CLAYS
Abstract - Thesis's trend is studied to establish the correlation of shear strength
value of triaxial laboratory (non-coherent scheme – undrained UU) and field vane
shear test (VST) for some soft clays, to apply for traffic words soft clay on Dung Quất
economic zone, Binh Son distric, Quảng Ngãi province. Using for calculate undrained
shear strength value Su from test results of clay physical parameters, on basic of
correlation equation helped designers can rely on the results of triaxial laboratory test
UU to establish of undrained shear strength of the field vane shear test and vice versa,
it was be used to calculate background stabilizer on soft clays on Dung Quất economic
zone, Binh Son distric, Quảng Ngãi province and across the Quang Ngai province in
general.
Keywords - Undrained shear strength Su; Electronic Friction Cone and
Piezocone Penetration Test; Field Vane Shear Test; Unconsolidated - Undrained
Triaxial Compression Test; Principal Component Analysis (PCA).


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Su
CPTu
VST
UU
KKT
KCN
ASTM

TCVN
TCN
BS
QLDA
LK

Sức chống cắt khơng thốt nƣớc
Thí nghiệm xuyên tĩnh
Thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng
Thí nghiệm nén ba trục sơ đồ khơng cố kết, khơng thốt nƣớc
Khu kinh tế
Khu công nghiệp
Tiêu chuẩn mỹ
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tiêu chuẩn ngành
Tiêu chuẩn Anh
Quản lý dự án
Lỗ khoan


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: trạng thái ứng suất tại thời điểm phá hủy ......................................................4
Hình 1-2: vịng trịn mohr của một số loại đất ................................................................ 5
Hình 1-4: quan hệ giữa ứng suất và biến dạng đối với đất ở trạng thái rời và chặt ......6
Hình 1-5: sơ đồ cấu tạo điển hình thiết bị thí nghiệm nén ba trục ............................... 14
Hình 1-5: cơng tác chế bị mẫu ......................................................................................16
Hình 1-6: lắp mẫu vào màng cao su .............................................................................17
Hình 1-7: sơ đồ lắp đặt của mẫu trong buồng nén .......................................................17
Hình 1-8: tạo áp lực buồng ........................................................................................... 18
Hình 1-9: (a) đường ứng suất - biến dạng; (b) đường thẳng quan hệ coulomb với các

vòng trịn mohr ......................................................................................................19
Hình 1-10: cấu tạo máy cắt cánh hiện trường .............................................................. 21
Hình 1-11: thiết bị cắt cánh loại đọc ngay kết quả .......................................................23
Hình 1-12: thiết bị cắt cánh hãng geonor .....................................................................23
Hình 1-13: thiết bị cắt cánh cơ học mvst ......................................................................24
Hình 1-14: thiết bị cắt cánh điện tử evst .......................................................................24
Hình 1-15: trình tự thí nghiệm cắt cánh trong hố khoan ..............................................24
Hình 1-16: cánh có vát và cánh hình chữ nhật ............................................................. 26
Hình 1-17: biểu đồ xác định hệ số hiệu chỉnh μr theo chandler (1988) .......................27
Hình 1-18: biểu đồ xác định hệ số hiệu chỉnh μr theo bjerrum (1972)........................27
Hình 2-1: mặt cắt tổng hợp tính chất vật lý theo cao độ ...............................................30
Hình 2-2: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm cptu và vst ............................... 44
Hình 2-3: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm cptu và uu ............................... 45
Hình 2-4: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm vst và uu .................................45
Hình 2-5: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm cptu và vst .............................. 47
Hình 2-6: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm cptu và uu ............................... 47
Hình 2-7: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm vst và uu .................................48
Hình 2-8: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm vst và uu .................................48
Hình 2-9: kết quả phân tích trên vòng tròn đơn vị tương quan su từ kết quả thí nghiệm
xun tĩnh cptu ......................................................................................................52
Hình 2-10: kết quả phân tích trên vòng tròn đơn vị tương quan su từ kết quả thí
nghiệm cắt cánh hiện trường ................................................................................52
Hình 2-11: kết quả phân tích trên vịng trịn đơn vị tương quan su từ kết quả thí
nghiệm nén ba trục sơ đồ uu .................................................................................53
Hình 2-12: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm vst và uu ............................... 59
Hình 2-13: tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm vst và uu ............................... 61


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: độ nhạy (tính nhạy) của đất sét ......................................................................7

Bảng 1-2: khả năng ứng dụng chung thí nghiệm hiện trường (roberson, p.k., 1986) ..12
Bảng 1-3: so sánh kích thước thực tế lưỡi cắt với tiêu chuẩn astm và tiêu chuẩn bs ...21
Bảng 1-4: phân loại độ nhạy của đất theo skempton và northey (1952) ......................26
Bảng 1-5: ưu và nhược điểm thí nghiệm cắt cánh ........................................................28
Bảng 2-1: bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất .........................................30
Bảng 2-2: số lỗ khoan khảo sát dự án cầu trà bồng .....................................................31
Bảng 2-3: tính chất cơ lý lớp 1 ......................................................................................32
Bảng 2-4: tính chất cơ lý lớp 2 ......................................................................................33
Bảng 2-5: tính chất cơ lý lớp 3a ....................................................................................34
Bảng 2-6: tính chất cơ lý lớp 3b ....................................................................................35
Bảng 2-7: tính chất cơ lý phụ lớp d ...............................................................................36
Bảng 2-8: tính chất cơ lý phụ lớp e ...............................................................................37
Bảng 2-9: tính chất cơ lý lớp 1 ......................................................................................40
Bảng 2-10: tính chất cơ lý lớp 2 ....................................................................................41
Bảng 2-11: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo chảy theo kết quả tn cptu .............43
Bảng 2-12: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo chảy theo kết quả thí nghiệm vst 44
Bảng 2-13: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo chảy theo kết quả thí nghiệm uu .44
Bảng 2-14: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo mềm theo kết quả thí nghiệm cptu
............................................................................................................................... 46
Bảng 2-15: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo mềm theo kết quả thí nghiệm vst 46
Bảng 2-16: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo mềm theo kết quả thí nghiệm uu .46
Bảng 2-17: bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm phân tích pca .......................................50
Bảng 2-18: ma trận tương quan giữa độ sâu lấy mẫu và các tính chất cơ lý của đất
nền với giá trị sức chống cắt không thốt nước su theo kết quả thí nghiệm xun
tĩnh cptu ................................................................................................................54
Bảng 2-19: ma trận tương quan giữa độ sâu lấy mẫu và các tính chất cơ lý của đất
nền với giá trị sức chống cắt khơng thốt nước su theo kết quả thí nghiệm cắt
cánh hiện trường vst. ............................................................................................ 55
Bảng 2-20: ma trận tương quan giữa độ sâu lấy mẫu và các tính chất cơ lý của đất
nền với giá trị sức chống cắt khơng thốt nước su theo kết quả thí nghiệm nén ba

trục sơ đồ uu. ........................................................................................................56
Bảng 2-21: hệ số tương quan. .......................................................................................57
Bảng 2-22: gia trị su của lớp dất set trạng thai dẻo chảy theo kết quả thi nghiệm vst .58
Bảng 2-23: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo chảy theo kết quả thí nghiệm uu ..58
Bảng 2-24: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo mềm theo kết quả thí nghiệm vst .59
Bảng 2-25: giá trị su của lớp đất sét trạng thái dẻo mềm theo kết quả thí nghiệm uu ..60


Bảng 2-26: các tương quan giữa su theo kết quả thí nghiệm cptu, vst và uu cơng trình
cảng container quốc tế cái mép ............................................................................61
Bảng 3-1: chỉ tiêu cơ lý đất lớp 2 ..................................................................................64
Bảng 3-2: quan hệ f~cv và f~e .......................................................................................65
Bảng 3-3: kết quả thí nghiệm nén cố kết .......................................................................65
Bảng 3-4: bảng tổng hợp giá trị su theo phương trình tương quan .............................. 66
Bảng 3-5: giá trị su theo hệ số tương quan vst và uu....................................................70
Bảng 3-6: bảng tổng hợp giá trị su từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường chưa
hiệu chỉnh ..............................................................................................................71
Bảng 3-7: bảng tổng hợp giá trị su từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường sau
hiệu chỉnh ..............................................................................................................72
Bảng 3-8: bảng tổng hợp kết quả su theo thí nghiệm nén ba trục uu ........................... 73


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Để phân tích khi thiết kế, xử lý khi thi công nền và móng các cơng trình xây
dựng (dân dụng và cơng nghiệp, giao thông và thủy lợi) ta cần xác định các tính chất
cơ lý của đất nền. Có thể thí nghiệm trong phịng hoặc hiện trƣờng để xác định các
tính chất này.

Mẫu đất thí nghiệm là mẫu xáo động hoặc mẫu nguyên dạng. Từ mẫu xáo động,
ta có thể xác định một số chỉ tiêu vật lý nhƣ: thành phần hạt của đất dính và đất rời,
giới hạn Atterberg của đất dính (LL, PL). Nếu việc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản
đúng quy cách thì các kết quả này là chắc chắn (đáng tin cậy). Hầu hết các tính chất
khác, nhất là tính chất cơ học đều phải xác định trên mẫu nguyên dạng nhƣ: đặc trƣng
biến dạng (E, ao, hay mv, Cc, Cr, Cv), tính thấm (k), sức chống cắt (φ, c), hệ số rỗng
ban đầu (eo), độ chặt tƣơng đối của đất rời (Dr, vì Dr đƣợc xác định qua eo),…
Ngay cả với đất dính, ta cũng chỉ lấy đƣợc những mẫu xáo động nhiều hay ít,
mà khơng bao giờ lấy đƣợc mẫu hồn tồn ngun dạng. Vì vậy, ta bắt buộc phải tiến
hành thí nghiệm hiện trƣờng trên đất tự nhiên để kiểm chứng và bổ sung các kết quả.
Từ số đo của thí nghiệm hiện trƣờng, ta suy ra đƣợc các đặc trƣng, tính chất của đất
theo các tƣơng quan thực nghiệm (đã đƣợc thiết lập với mức độ chặt chẽ đạt yêu cầu).
Mặt khác, việc thí nghiệm mẫu nén ba trục tại các cơng trình trên địa bàn tỉnh Quảng
Ngãi, các đơn vị tƣ vấn khảo sát thiết kế phải gửi mẫu đi thí nghiệm tại các phịng thí
nghiệm ở Thành phố Hồ Chí Minh hoặc Đà Nẵng, nên việc bảo quản, di chuyển, và thí
nghiệm mẫu nén ba trục gặp nhiều khó khăn, đơi lúc khó kiểm sốt kết quả thí nghiệm.
Nghiên cứu, thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của thí nghiệm
nén ba trục (Sơ đồ khơng cố kết – khơng thốt nƣớc UU) và thí nghiệm cắt cánh hiện
trƣờng (VST) cho một số loại đất sét yếu. Từ đó giúp cho cán bộ thiết kế có thể chỉ
dựa vào kết quả thí nghiệm nén ba trục UU trong phịng sẽ cho ra đƣợc sơ bộ sức
chống cắt khơng thốt nƣớc theo thí nghiệm cắt cánh ngồi hiện trƣờng và ngƣợc lại.
Điều này giúp cho việc thí nghiệm đƣợc thực hiện dễ dàng hơn tùy điều kiện, tính chất
cơng trình, đồng thời giúp cho việc tính tốn thiết kế sơ bộ thuận lợi hơn khi điều kiện
thí nghiệm nén ba trục gặp khó khăn hoặc chiều sâu đất yếu lớn khó làm thí nghiệm
cắt cánh hiện trƣờng.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
a. Mục tiêu tổng quát:
Thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của thí nghiệm nén ba trục
(Sơ đồ khơng cố kết – khơng thốt nƣớc UU) và thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng
(VST) cho một số loại đất sét yếu, áp dụng cho các công trình giao thơng trên nền đất

yếu trên địa bàn Khu kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Giúp cho
cán bộ thiết kế có thể chỉ dựa vào kết quả thí nghiệm nén ba trục UU trong phịng sẽ
cho ra đƣợc sơ bộ sức chống cắt khơng thốt nƣớc theo thí nghiệm cắt cánh ngồi hiện
trƣờng và ngƣợc lại; dùng để tính ổn định nền đƣờng trên nền đất yếu trên địa bàn Khu


2

kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi nói riêng và trên địa bàn tỉnh
quảng Ngãi nói chung.
b. Mục tiêu cụ thể:
- Xây dựng tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của thí nghiệm nén ba
trục (Sơ đồ UU) và thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng (VST) cơng trình cảng Container
quốc tế Cái Mép;
- Tìm hiểu đặc điểm địa chất khu vực Khu kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn,
tỉnh Quảng Ngãi. Nghiên cứu, thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của
thí nghiệm nén ba trục (Sơ đồ không cố kết – khơng thốt nƣớc UU) và thí nghiệm cắt
cánh hiện trƣờng (VST) cho một số loại đất sét yếu;
- Tƣơng quan sức chống cắt sức chống cắt của thí nghiệm nén ba trục (Sơ đồ
khơng cố kết – khơng thốt nƣớc UU) và thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng (VST) với
các chỉ tiêu cơ lý của đất sét yếu;
- Sử dụng các phƣơng trình, hệ số tƣơng quan vừa xây dựng đƣợc, kiểm định
với các thí nghiệm thực tế tại tuyến trì bình - dung quất.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
a. Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu, thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của thí nghiệm
nén ba trục (sơ đồ không cố kết – không thốt nƣớc UU) và thí nghiệm cắt cánh hiện
trƣờng (VST) cho một số loại đất sét yếu.
b. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu, thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của một số loại

đất sét yếu, dùng để tính ổn định nền đƣờng trên nền đất yếu trên địa bàn tỉnh Quảng
Ngãi.
4. Cơ sở dữ liệu và phƣơng pháp nghiên cứu:
a. Cơ sở dữ liệu:
- Thu thập các đề tài, dự án liên quan (hồ sơ khảo sát địa Hình, địa chất cơng
trình, hồ sơ thiết kế, hồ sơ hồn cơng,...);
- Kế thừa kết quả của các đề tài nghiên cứu khoa học đã thực hiện, các dự án có
liên quan đã và đang triển khai;
- Các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và các nƣớc khác trên thế giới;
- Thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt của thí nghiệm nén ba trục
(UU) và cắt cánh hiện trƣờng (VST) cho một số loại đất sét yếu các cơng trình giao
thơng trên địa bàn Khu kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi dựa vào
hồ sơ báo cáo khảo sát địa chất, hồ sơ báo cáo quan trắc địa kỹ thuật của các dự án
sau:
+ Dự án cảng Container quốc tế Cái Mép;
+ Dự án đầu tƣ xây dựng cơng trình cầu Trà Bồng, nằm trên địa bàn xã Bình
Đơng, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi;


3

+ Dự án đƣờng Trì Bình – cảng Dung Quất, nằm trên địa bàn xã Bình Chánh,
Bình Thạnh và Bình Đơng, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi;
+ Dự án Kè chống sạt lỡ kết hợp đƣờng cứu hộ, cựu nạn di dân tái định cƣ neo
đậu tàu thuyền đập Cà Ninh – hạ lƣu sông Trà Bồng phục vụ Khu kinh tế Dung Quất,
huyện Bình Sơn (giai đoạn 1), nằm trên địa bàn xã Bình Đơng, huyện Bình Sơn, tỉnh
Quảng Ngãi.
b. Phương pháp nghiên cứu:
Với nội dung trên, việc nghiên cứu đƣợc tiến hành theo các phƣơng pháp:
- Phƣơng pháp địa chất: Nghiên cứu về điều kiện thành tạo và quy luật phân bố

các trầm tích Holocen tại khu vực Khu kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh
Quảng Ngãi;
- Phƣơng pháp thực nghiệm: Tiến hành các thí nghiệm trong phịng (thí nghiệm
xác định các chỉ tiêu vật lý, cơ học, thí nghiệm nén ba trục,...) và các thí nghiệm hiện
trƣờng (khoan khảo sát địa chất cơng trình, thí nghiệm SPT, thí nghiệm cắt cánh
VST,…);
- Phƣơng pháp tính tốn lý thuyết: Tính tốn sức chống cắt theo kết quả thí
nghiệm nén ba trục UU và thí nghiệm cắt cánh VST, tính tốn kiểm tra ổn định nền
đƣờng trên nền đất yếu;
- Phƣơng pháp xác suất thống kê: Xử lý và tổng hợp kết quả thí nghiệm,
nghiên cứu thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị sức chống cắt;
- Sử dụng các phần mềm hỗ trợ: Office 2016, AutoCad 2017,...
5. Kết quả đạt đƣợc:
Nghiên cứu, thiết lập tƣơng quan sức chống cắt của thí nghiệm nén ba trục (Sơ
đồ khơng cố kết – khơng thốt nƣớc UU) và thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng (VST)
cho một số loại đất sét yếu. Từ đó giúp cho cán bộ thiết kế có thể chỉ dựa vào kết quả
thí nghiệm nén ba trục UU trong phòng sẽ cho ra đƣợc sơ bộ sức chống cắt khơng
thốt nƣớc theo thí nghiệm cắt cánh ngồi hiện trƣờng và ngƣợc lại trong điều kiện dữ
liệu đầu vào khơng đầy đủ. Dùng để tính ổn định nền đƣờng trên nền đất yếu trên địa
bàn tỉnh quảng Ngãi. Giúp cho việc thí nghiệm đƣợc thực hiện dễ dàng hơn tùy điều
kiện, tính chất cơng trình, đồng thời giúp cho việc tính tốn thiết kế sơ bộ thuận lợi
hơn khi điều kiện thí nghiệm gặp khó khăn.
Khu vực nghiên cứu đƣợc mở rộng, xây dựng cơ sở dữ liệu dựa trên số liệu của
nhiều cơng trình, tại nhiều khu vực khác nhau để thiết lập tƣơng quan giữa các giá trị
sức chống cắt cho một số loại đất sét yếu trên địa bàn toàn tỉnh Quảng Ngãi và các khu
vực lân cận, giúp cho cán bộ thiết kế có thể dựa vào đó tính tốn ổn định nền đƣờng
trên nền đất yếu các cơng trình mới nằm trong khu vực đã nghiên cứu nhằm tiết kiệm
chi phí, đẩy nhanh tiến độ khảo sát, thiết kế.

4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƢỚC (SU) CỦA
ĐẤT YẾU VÀ CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ (SU)
1.1. Tổng quan:
Trạng thái của đất sét có thể đƣợc xác định dựa trên cƣờng độ nén đơn qu hoặc
sức chống cắt Su của đất trong điều kiện không thoát nƣớc. Terzaghi và Peck (1967)
[26] định nghĩa sét rất yếu khi qu < 25kPa và yếu khi 25kPa < qu < 50kPa. Cũng có
một số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có Su < 40kPa. Hệ số rỗng của sét yếu là e > 1
và giới hạn lỏng wl > 50%.
a, Phương trình Mohr – Coulomb:
Coulomb là ngƣời đầu tiên đƣa ra giả thiết về sức chống cắt của đất [4]:
(1.1)
s  c  v
Trong đó:
s : độ bền cắt trên mặt phẳng đang xét (kPa)
c : lực dính hay lực hút giữa các hạt (lực này gần nhƣ độc lập với
ứng suất pháp tác dụng trên mặt phẳng đang xét) (kPa)
σ : ứng suất pháp tác dụng trên mặt phẳng đang xét (kPa)
ν : hệ số ma sát giữa các hạt tiếp xúc với nhau
Trong địa kỹ thuật, hệ số ma sát ν đƣợc lấy bằng tg υ. Nếu xét theo ứng suất có
hiệu σ’ thay vì σ, ta có:
s  c' ' tg '
(1.2)
Chú ý: sức chống cắt độc lập với áp lực nƣớc lỗ rỗng, do đó ta khơng có s’
trong phƣơng trình trên.υ đƣợc gọi là góc ma sát trong. Nhƣ chúng ta đã thấy ở trên, υ
khơng phải là một hằng số. Vì υ  υ’, do đó ta phải cẩn thận khi sử dụng, phải xem bài
toán đang giải là bài toán về ứng suất tổng hay ứng suất có hiệu.

Hình 1-1: Trạng thái ứng suất tại thời điểm phá hủy
Mohr đã giới thiệu lý thuyết phá hủy ở trạng thái ứng suất tới hạn nhƣ sau:
S f  f ( ' )

(1.3)

Phƣơng trình 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. Phƣơng trình (1.3) có thể
đƣợc viết lại là:


5
S f   ' ( )   ' tg

(1.4)

Và xem nhƣ đây là một trƣờng hợp đặc biệt của phƣơng trình Coulomb (1.2).
Kết hợp cả hai phƣơng trình ta sẽ có Tiêu chuẩn phá hủy Mohr – Coulomb nhƣ sau:
(1.5)
S f  c 'f   'f tg
Ngƣời ta thƣờng bỏ chỉ số f và do đó ta có phƣơng trình (1.2).
Trạng thái phá hủy cịn đƣợc gọi là trạng thái tới hạn, trạng thái giới hạn hay
trạng thái cân bằng giới hạn.
Bởi vì (1.1) và (1.2) là phƣơng trình của một đƣờng thẳng biểu thị ứng suất cắt
giới hạn và tất cả các điểm trên đƣờng tròn phá hủy của Mohr cũng biểu thị ứng suất
cắt giới hạn, do đó sẽ hợp lý nếu ta vẽ đƣờng bao của các đƣờng trịn Mohr và đƣờng
bao đó cũng chính là tiếp tuyến của các vịng trịn Mohr. Nghĩa là sức chống cắt của
đất tại thời điểm phá hủy có thể dự báo đƣợc thơng qua đƣờng bao của các vịng trịn
Mohr. Phƣơng trình của đƣờng bao này sẽ phụ thuộc vào việc ta xem xét đất nền đang
làm việc dƣới tác dụng của ứng suất tổng hay ứng suất có hiệu.

Hình 1-2: Vịng trịn Mohr của một số loại đất
b, Đường bao phá hủy của một số loại đất (Hình 1.2):
1 - Đất khơng dính: Nhận thấy lực dính c bằng 0.
2 - Đất quá cố kết: Khi ứng suất cịn nhỏ hơn ứng suất tiền cố kết

thì đất có

lực dính và góc ma sát trong nhỏ. Nếu ứng suất vƣợt q
thì đất có hành vi nhƣ đất
cố kết bình thƣờng nhƣ trên Hình 1.2d.
3 - Đường bao Mohr: Gần nhƣ đối với mọi loại đất, đƣờng bao Mohr là một
đƣờng cong. Tiếp tuyến sẽ đƣợc lấy ở vùng có σ = σlàm việc, từ đó ta suy ra υ và chiếu
lên trục tung ta sẽ có c.


6

4 - Các thơng số ứng với ứng suất có hiệu: Nếu trong q trình thí nghiệm có
đo áp lực nƣớc lỗ rỗng thì ta có thể hiệu chỉnh vịng trịn Mohr nhƣ trên Hình 1.3d.
Đối với đất sét cố kết bình thƣờng, đƣờng bao Mohr gần nhƣ đi qua gốc tọa độ. Xét trở
lại mục 2 ta thấy, nếu thực hiện thí nghiệm với một loạt vịng trịn Mohr ứng với σn >
σp thì đất có hành vi là cố kết bình thƣờng. Nếu ta hiệu chỉnh các vịng trịn Mohr theo
áp lực nƣớc lỗ rỗng (để có vịng trịn Mohr biểu diễn theo ứng suất có hiệu), khi σn <
σp thì khơng nhất thiết lực dính c’ sẽ bằng không nhƣng υ’ sẽ khác với υ’ trong khu
vực cố kết bình thƣờng.
Trong thực tế, ta khơng cần phải vẽ các vịng trịn Mohr để sau đó vẽ đƣờng 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 tƣơng ứng. Hai hoặc hơn hai bộ giá trị (σn, s) cho phép ta tìm ra c và υ bằng
cách: giải hệ các phƣơng trình (1.2) hoặc xác định các thơng số của đƣờng hồi quy

tuyến tính đi qua các điểm thí nghiệm (σn, s).
Đối với đa số các loại đất, các phƣơng trình (1.1) và (1.2) không đƣợc dùng để
xác định ứng suất cắt cực đại. Các phƣơng trình Mohr-Coulomb xác định ứng suất cắt
tới hạn gây phá hủy và chúng đƣợc 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

Hình 1-3: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng đối với đất ở trạng thái rời và chặt


7

Một số loại đất thể hiện hành vi giòn trên đƣờng cong ứng suất – biến dạng.
Theo đó, ứng suất tăng lên đến đỉnh điểm và rồi giảm đột ngột. Một số loại đất sau có
khả năng có hành vi giịn (Hình 1.4a):
- Đất khơ hay đất hạt thơ, ẩm và ở trạng thái chặt.
- Đất dính nhƣng có OCR cao hay độ bão hòa thấp.
- Đất bị xi măng hóa.
- Đất đƣợc đầm nện ở độ ẩm thấp hơn độ ẩm tối ƣu 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 nhƣ bằng hằng số, trị số này tƣơng ứng với một trị số biến dạng khá
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 khơng ngun dạng, đất đầm nện ở độ ẩm
cao hơn độ ẩm tối ƣu Wopt và đặc biệt, đất trong thí nghiệm nén một trục nở hơng và
thí nghiệm nén ba trục ở ứng suất nén nhỏ (Hình 1.4b).
Phá hủy giịn xảy ra ở biến dạng nhỏ, thƣờng vào khoảng 1 – 3%. Đối với phá
hủy kiểu tăng dần thì khơng dễ xác định đƣợc ứng suất tại thời điểm phá hủy. Tuy
nhiên, ngƣời ta thƣờng sử dụng ứng suất ứng với biến dạng tƣơng đối đạt 20% làm
ứng suất cực đại.

1.2. Sức chống cắt không thoát nƣớc của đất yếu:
Trong chƣơng này chúng ta tập trung đề cập đến sức chống cắt trong điều kiện
không thốt nƣớc Su của loại đất dính trầm tích bão hịa nƣớc có tỷ số q cố kết OCR
từ thấp đến trung bình vì loại đất này thƣờng đạt tới trạng thái tới hạn nhất trong điều
kiện chất tải ở cơng trƣờng.
Khi đƣợc gia tải nhanh và đất hồn tồn khơng thốt nƣớc (UU), thì đất sét bão
hịa khơng có ma sát trong (υu = 0), sức kháng cắt hoàn tồn do lực dính sinh ra, ta gọi
đó là sức chống cắt khơng thốt nƣớc Su (τmax = Su = qu /2).
Khi đất sét bị xáo trộn (do tác dụng đóng cọc,…), sức chống cắt khơng thốt
nƣớc của nó giảm xuống còn Sur (sức chống cắt xáo động). Đất sét có độ nhạy cao rất dễ
bị phá hoại và sạt lỡ. Bảng 1.1 phân loại mức độ nhạy do Michell (1976) đề xuất [4].
Bảng 1-1: Độ nhạy (tính nhạy) của đất sét
ST

1

1-2

2-4

4-8

>8

Độ nhạy

khơng

ít

vừa

cao

rất cao

1.3. Sử dụng Su trong tính tốn ổn định cơng trình trên nền đất yếu:
Tính tốn ổn định nền đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 262:2000
về quy trình khảo sát thiết kế nền đƣờng ô tô đắp trên nền đất yếu do Bộ giao thông
vận tải ban hành (Ban hành theo Quyết định số 1398/QĐ-BGTVT ngày 01/6/2000 của
Bộ trƣởng Bộ giao thông vận tải) [14].
1.3.1. Tính tốn ổn định nền đắp trên đất yếu:
a) Phương pháp tính tốn:


8

Trong quy trình này sử dụng phƣơng pháp phân mảnh cổ điển hoặc phƣơng
pháp Bishop với mặt trƣợt tròn khoét xuống vùng đất yếu làm phƣơng pháp cơ bản để
tính toán đánh giá mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu.
b) Các trường hợp tính tốn ổn định:
Kiểm toán ổn định trƣợt theo phƣơng pháp Bishop, sử dụng phần mềm GEO SLOPE/W. Kiểm toán ổn định trƣợt đƣợc thực hiện cho các trƣờng hợp sau:
- Trƣờng hợp 1: Nền đắp đƣợc xây dựng trong điều kiện đất yếu phía dƣới chƣa
kịp cố kết hoặc có cố kết nhƣng ở mức độ không đáng kể ( các đoạn không xử lý đắp
đến cao độ thiết kế, các đoạn có xử lý gia tải đắp đến cao độ gia tải, các đoạn xử lý đắp
đến cao độ phòng lún). Sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng và trị số lực
dính tính tốn Cu đƣợc tính tốn theo cơng thức sau:
Cu = µ.Ss
(1.6)
Trong đó:

+ Ss – là sức chống cắt ngun dạng khơng thốt nƣớc từ thí nghiệm cắt cánh
hiện trƣờng.
+ µ - là hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hƣởng bất đẳng hƣớng của đất, tốc độ cắt
và tính phá hoại liên tiếp của nền đất yếu tùy thuộc vào chỉ số dẻo của đất.
- Trƣờng hợp 2: Nền đắp trên đất yếu sau khi hoàn thành đƣa vào khai thác sử
dụng. Đặc trƣng sức chống cắt (C và ) đƣa vào tính tốn đƣợc xác định với mẫu
ngun dạng thơng qua thí nghiệm cắt nhanh cố kết trong phịng thí nghiệm.
Cui = Ci + Ci
(1.7)
Ci = z.U.tgi
(1.8)
Trong đó:
+ Cui – là lực dính tính tốn.
+  - là góc ma sát trong của lớp đất yếu.
Nếu kết quả tính tốn ổn định theo trƣờng hợp 1 với chiều cao đắp một lần bằng
chiều cao nền đắp thiết kế đã cho thấy đảm bảo K ≥ 1.4 thì khơng cần kiểm tra các
trƣờng hợp cịn lại.
1.3.2. Tính tốn lún nền đắp trên đất yếu:
Tính lún theo phƣơng pháp phân tầng lấy tổng, chiều sâu ảnh hƣởng lún đƣợc
tính đến độ sâu mà tại đó P = 0.15.P0 (P - ứng suất do tải trọng nền đắp, P0 - ứng
suất bản thân nền đất). Tổng lún gồm hai thành phần đó là lún tức thời và lún cố kết.
Tải trọng gây lún, ngoài tải trọng bản thân nền đắp theo chiều cao thiết kế còn xét đến
tải trọng do phần bù lún.
 Dự báo lún:
* Trình tự tính lún:
Tính độ lún tổng cộng S theo cơng thức:
S = m.Sc
(1.9)
Với m = 1.1 – 1.4; Sc: là độ lún cố kết.

9

Độ lún tức thời tính theo cơng thức:
Si = (m-1).Sc

(1.10)

* Tính độ lún cố kết của đất dính Sc:
Độ lún cố kết Sc đƣợc tính theo phƣơng pháp phân tầng lấy tổng với công thức:

 ipz
hi  i 
Sc  
Cr lg
i
1 1  e0 i 
 vz

n

i
 i

  Cci lg  z   vz

 i
pz




 (1.11)



Trong đó:
hi: Bề dày lớp đất tính lún thứ i (phân thành n lớp có đặc trƣng biến dạng khác
nhau) i từ 1 đến n; hi  2.0m.
ei0: là hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu (chƣa đắp nền
bên trên).
Cic: là chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đƣờng cong nén lún (biểu diễn dƣới
dạng e~log ) trong phạm vi i > ipz của lớp đất thứ i.
< ipz

Cir : là chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đƣờng cong nén lún trong phạm vi i
(còn gọi là chỉ số nén lún phục hồi ứng với quá trình dỡ tải).

ivz , ipz , iz: áp lực (ứng suất nén thẳng đứng) do trọng lƣợng bản thân các lớp
đất tự nhiên nằm trên lớp i, áp lực tiền cố kết ở lớp i và áp lực do tải trọng đắp gây ra ở
lớp i (xác định các trị số áp lực này tƣơng ứng với độ sâu z ở chính giữa lớp đất yếu i).
* Tính độ lún cố kết của đất rời Sc:
Khi đất nền dƣới đất đắp là đất rời: nhƣ cát, cát pha, cát sạn..., chịu tác dụng của
áp lực nền đắp thì vẫn gây lún. Tuy nhiên, độ lún này thƣờng xảy ra tức thời, do đất
rời thoát nƣớc ngay lập tức sau khi đắp nền.
Kết quả tính tốn lún cho đất rời cung cấp tổng thể độ lún của đất nền dƣới đất
đắp. Độ lún cố kết của đất rời diễn ra rất nhanh thƣờng kết thúc ngay sau khi thi công nên
độ lún này không ảnh hƣởng đến biến dạng cồng trình theo thời gian. Do đó, tính tốn độ
lún của đất rời để phục vụ công tác đắp bù lún đảm bảo cao độ nền đƣờng thiết kế.
* Tính chiều cao đắp phịng lún:

Chiều cao nền đắp thiết kế có dự phịng lún:
H’tk = Htk + S

(1.12)

Nhƣ vậy cao độ đắp nền trên đất yếu phải thiết kế thêm một trị số S để dự
phòng lún. Bề rộng nền đắp tại cao độ H’tk phải bằng bề rộng nền đắp thiết kế.
 Tính độ lún cố kết theo thời gian:
* Trường hợp không dùng biện pháp thoát nước theo phương thẳng đứng:
- Độ lún cố kết của nền đắp sau thời gian t:
St = Sc.Uv

(1.13)

Độ cố kết đứng đƣợc tính theo cơng thức:
Uv=f(Tv)

(1.14)


10

- Tv : Nhân tố thời gian và đƣợc tính theo công thức:
Cv
Tv  2 t
H

(1.15)

- Cv là hệ số cố kết trung bình đƣợc tính

theo cơng thức:
2
Cv 

Trong đó :

H

 n Hi
 
 i 1 Cvi





(1.16)

2

Cvi: hệ số cố kết của lớp đất thứ i đƣa vào tính tốn.
Hi: bề dày của lớp đất thứ i đƣa vào tính toán.
H: chiều dày của đất yếu (H=∑Hi).
- Xác định độ cố kết Uv tra biểu đồ Hình 6 trong quy trình 22TCN 262 - 2000.
- Phần độ lún cố kết còn lại sau thời gian t là : S=(1-U).Sc
- Theo quy trình sẽ có phần độ lún cố kết cịn lại yêu cầu.
- Với chiều cao đắp nền H, để đạt đƣợc độ lún cố kết còn lại yêu cầu sẽ tính
đƣợc thời gian phải chờ.
* Trường hợp dùng đường thấm thẳng đứng (Bấc thấm):
- Điều kiện sử dụng bấc thấm:

(ivz+iz)/ipz ≥ (1.2-1.5)

(1.17)

- Độ cố kết U đạt đƣợc sau thời gian t kể từ lúc đắp:
U = 1- (1-Uv)*(1-Uhza)

(1.18)

Độ cố kết chung là kết quả kết hợp của hiệu quả thoát nƣớc ngang Uh (hƣớng
tâm) và thoát nƣớc thẳng đứng Uv.
Tính độ cố kết đứng Uv:
Độ cố kết đứng đƣợc tính theo cơng thức:
Uv=f(Tv)
Tv 

(1.19)

Cv
t
H2

(1.20)

Trong đó: Cv là hệ số cố kết trung bình đƣợc tính theo cơng thức:
Cv 

H2
 Hi
 

 i 1 C vi
n

(1.21)




2

Trong đó: Cvi và Hi là hệ số cố kết và bề dày của lớp đất thứ i đƣa vào tính tốn.
H là chiều dày của đất yếu. Xác định độ cố kết Uv tra biểu đồ Hình 6 trong qui trình.
Tính độ cố kết ngangUh:
- Sau khi chọn Hình thức bố trí và chiều sâu bấc thấm ta tính độ cố kết ngang
theo cơng thức:
+ Phần có bấc thấm:
Uh = 1- exp{-8Th /[F(n) + Fs + Fr]}

(1.22)


11

Trong đó:
- Th: Nhân tố thời gian theo phƣơng ngang:
Th 

Ch t
De2

(1.23)

Với: + Ch là hệ số cố kết theo phƣơng ngang trung bình của đất yếu Ch=(2÷5)
Cv chọn Ch=2Cv
+ t: thời gian cố kết.
+ Với De là đƣờng kính ảnh hƣởng của bấc thấm.
De=1,05.Lb : Khi bố trí bấc thấm theo Hình tam giác.
Lb : Khoảng cách bố trí bấc thấm.
- Fs: Nhân tố xét đến ảnh hƣởng xáo động:
k

d
Fs   h  1 .ln s
d
 ks


(1.24)

Với: + kh và ks là hệ số thấm theo phƣơng nằm ngang của đất yếu khi chƣa
đóng bấc thấm (đất yếu khơng bị xáo động) và sau khi đóng bấc thấm; chọn ks/kh=2.
+ds/d: là tỷ số tƣơng đƣơng của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm và
đƣờng kính tƣơng đƣơng của chính bấc thấm; chọn ds/d=2.
- Fr: Nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm:
Fr  2 / 3 L2

kh
qw

(1.25)

Với: + L là chiều dài tính tốn của bấc thấm (m) nếu chỉ có một mặt thốt nƣớc
phía trên thì L bằng chiều sâu cắm bấc thấm, nếu hai mặt thốt nƣớc thì L bằng 1/2
chiều sâu cắm bấc thấm.
+ kh/qw: là khả năng thoát nƣớc của bấc thấm tƣơng ứng với gradient thủy lực
bằng 1; chọn kh/qw=0.01 (1/m2).
- F(n): Nhân tố xét đến ảnh hƣởng của khoảng cách bố trí bấc thấm:
Fn 

n2
3n 2  1
ln(
n
)

n2  1
4n 2

(1.26)

Với: + n=De/dw, dw: là đƣờng kính của của bấc thấm.
Khi đó độ lún cố kết tồn bộ đất yếu vùng tính lún.
S = S 1 + S2

(1.27)

S1: Lún cố kết vùng cắm bấc thấm.
S2: Lún cố kết vùng khơng cắm bấc thấm.

1.4. Phƣơng pháp phân tích thành phần chính (PCA-Principal

Component Analysis) [16]:
Mục đích của PCA là phân tích cấu trúc dữ liệu với việc tìm một khơng gian
mới có số chiều nhỏ hơn khơng gian cũ. Đây là phƣơng pháp sử dụng biến đổi trực


12

giao để chuyển đổi một tập hợp các tiêu chí có tƣơng quan bằng tập hợp các tiêu chí
nhỏ hơn khơng tƣơng quan đƣợc gọi là thành phần chính. Phƣơng pháp PCA là làm
giảm số chiều của dữ liệu thay vì giữ lại các trục tọa độ khơng gian cũ, xây dựng một
khơng mới ít chiều hơn nhƣng khả năng biểu diễn dữ liệu tƣơng đƣơng nhƣ không
gian cũ và đảm bảo độ biến thiên của dữ liệu trên mỗi chiều mới. Các trục không gian
mới đƣợc xây dựng sao cho trên mỗi trục độ biến thiên dữ liệu là lớn nhất.
Việc lựa chọn thành phần chính của của các chỉ tiêu phân tích về mặt thống kê
dựa trên yếu tố: số lƣợng thành phần chính đầu tiên đƣợc giữ lại để phân tích phải đảm
bảo giải thích đƣợc phần lớn tổng phƣơng sai của các chỉ tiêu, nằm trong khoảng 70%80%. Khi phân tích ma trận tƣơng quan chỉ giữ lại những thành phần có ảnh hƣởng lớn
đến sức chống cắt khơng thốt nƣớc Su của đất sét yếu.
1.5. Các thí nghiệm xác định Su trong phịng và hiện trƣờng:
Các phƣơng pháp thí nghiệm cơ bản dùng để xác định Su gồm:
- Trong phịng thí nghiệm, sử dụng các thí nghiệm cắt trực tiếp, nén ba trục, nén
đơn với sự hổ trợ của các thí nghiệm cắt quay bỏ túi (TV), chùy rơi (FC), xuyên tĩnh
bỏ túi (PP) và cắt cánh trong phịng,...
- Ở ngồi hiện trƣờng các thí nghiệm thƣờng đƣợc sử dụng là thí nghiệm cắt
cánh (VST) và thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT,CPTu) với sự hổ trợ của thí nghiệm xuyên
tĩnh (SPT),...
Theo đề nghị của Roberson, P.K., 1986 thì trình tự ƣu tiên tiến hành những thí
nghiệm xác định đặc trƣng của đất tùy thuộc vào tính khả thi của điều kiện thời tiết,
địa hình,… Giả sử điều kiện thuận lợi nhất thì giá trị sức kháng cắt khơng thốt nƣớc
của đất đƣợc lấy từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng (VST) là chính xác nhất
[2] (Bảng 1.3).

Bảng 1-2: Khả năng ứng dụng chung thí nghiệm hiện trường (Roberson, P.K., 1986)


13

Trong nội dung luận văn này, tác giả sử dụng kết quả của 02 phƣơng pháp thí
nghiệm: Thí nghiệm cắt cánh (VST) ngoài hiện trƣờng và nén ba trục theo sơ đồ UU
trong phòng để xác định giá trị sức chống cắt khơng thốt nƣớc Su.
Tuy nhiên các thí nghiệm trên mặc dù có tính thực nghiệm cao, nhƣng độ tin cậy
khơng cao vì nó đã bỏ qua ba yếu tố cơ bản có thể ảnh hƣởng đến kết quả đo Su, đó là:
1 - Tính bất đẳng hƣớng.
2 - Tốc độ biến dạng (thời gian phá hoại).
3 - Sự xáo trộn của mẫu.

1.5.1 Thí nghiệm nén ba trục (sơ đồ UU) và phƣơng pháp xác định giá trị
Su [21]:
Cassagrande là ngƣời phát triển thí nghiệm nén ba trục (Triaxial Compresion
Test) nhằm mục đích loại trừ những hạn chế của thí nghiệm cắt trực tiếp. Thí nghiệm
nén ba trục cho phép mô tả đƣợc nhiều trạng thái ứng suất nhƣ: ứng xử của mẫu đất
theo điều kiện trạng thái ứng suất (gia tải, dỡ tải theo các phƣơng), cũng nhƣ ứng xử
thực tế của đất nền (thốt nƣớc hay khơng thốt nƣớc).
Trong thí nghiệm nén ba trục, việc kiểm sốt áp lực nƣớc lỗ rỗng hồn tồn có
thể thực hiện đƣợc chính xác, biến đổi thể tích cũng có thể đo đạc đƣợc. Trong q
trình thí nghiệm, phƣơng tác dụng của các thành phần ứng suất chính khơng đổi (khác
biệt đáng kể so với phƣơng tác dụng của các thành phần ứng suất chính trên mặt cắt
định sẵn trong thí nghiệm cắt trực tiếp thay đổi liên tục trong quá trình cắt). Mặt phá
hoại khơng đƣợc quy định trƣớc mà mẫu đất sẽ bị phá hoại theo mặt trƣợt yếu nhất
hoặc đơn giản là pHình ra trong trƣờng hợp đất mềm dẻo.
Nén ba trục là thí nghiệm tin cậy nhất để xác định các thông số sức chống cắt
(c, υ). Đồng thời, thí nghiệm nén ba trục cịn có thể xác định đƣợc các chỉ tiêu về biến

dạng nhƣ: mô đun biến dạng, hệ số cố kết, hệ số thấm,…
 Một số khái niệm cơ bản trong thí nghiệm:
Nén nhanh khơng thốt nước: Nén dọc trục lên mẫu đất với áp lực hông không
đổi và độ ẩm không đổi.
Ứng suất chính lớn nhất (1 – kPa): Ứng suất chính lớn nhất trong thí nghiệm
nén ba trục là ứng suất theo phƣơng dọc trục.
Ứng suất chính nhỏ nhất (3 – kPa): Trong thí nghiệm nén ba trục là áp lực
hơng hay áp lực buồng.
Ứng suất lệch (1 -3): Trong thí nghiệm nén ba trục, ứng suất bổ sung do sự
tăng lực nén dọc trục.
Vòng tròn Mohr của ứng suất khi phá hoại: Là biểu đồ thể hiện trạng thái ứng
suất khi phá hoại ở mặt nào đó trong phạm vi ứng suất thẳng góc và ứng suất cắt.
Đƣờng kính đƣợc xác định bởi các điểm đại diện cho ứng suất chính nhỏ nhất và lớn
nhất phá hoại.
Góc kháng cắt biểu kiến (u – độ): thể hiện độ dốc của đƣờng bao Mohr –
Coulomb.


14

Lực dính biểu kiến (cu – kPa): Là lực cắt khi chịu áp lực bằng 0, là giao điểm
của đƣờng bao Mohr – Coulomb và trục tung.
a) Nguyên lý thí nghiệm:
Thí nghiệm nén ba trục [21] có thể mơ phỏng gần đúng trạng thái ứng suất của
đất tại thế nằm tự nhiên do có thể tạo một áp lực hơng (3) nhất định và một áp lực nén
theo hƣớng dọc trục (1) tác dụng vào một mẫu đất Hình trụ. Mẫu đất thí nghiệm sẽ bị
phá hoại ở những tƣơng quan xác định giữa hai áp lực hông và áp lực nén này. Thơng
thƣờng, trong q trình thí nghiệm, áp lực hông sẽ giữ không đổi và áp lực nén tăng
dần cho đến khi mẫu bị phá hủy. Thí nghiệm nén ba trục đƣợc hoàn thành với 2 – 3
mẫu đất đƣợc tác dụng 2 -3 áp lực hơng có giá trị khác nhau, tƣơng ứng với 2 – 3 áp

lực nén tại thời điểm phá hủy.
Kết quả thí nghiệm ba mẫu đất cho phép vẽ ba vòng tròn Mohr ứng suất giới
hạn, kẻ đƣờng tiếp tuyến với ba vòng tròn sẽ nhận đƣợc đƣờng bao cƣờng độ chống
cắt Coulomb có dạng đƣờng cong [4]. Để đơn giản có thể coi gần đúng là đƣờng
thẳng. Trị số  , c là các giá trị thực đo đƣợc trên đồ thị. Ba vòng tròn Mohr với từng
cặp giá trị (1,3) tƣơng ứng cho ta thông số sức kháng cắt của đất.
b) Thiết bị thí nghiệm:
Cấu tạo điển Hình thiết bị thí nghiệm nén ba trục (Hình 1-5) gồm các bộ phận
chính sau:

Hình 1-4: Sơ đồ cấu tạo điển Hình thiết bị thí nghiệm nén ba trục
- Khung gia tải.
- Buồng nén.
- Bộ phận tạo áp lực ngang (3).
- Bộ phận đo sự thay đổi thể tích (∆v) mẫu đất.
- Bộ phận đo áp lực nƣớc lỗ rỗng (u).
- Các dụng cụ thí nghiệm khác,...