Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước su với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét mềm bão hòa nước

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước su với kết quả thí nghiệm, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phạm Văn Nhơn
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh - Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét mềm bão hòa nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC CỦA ĐẤT SÉT BÃO HÒA NƯỚC
• 1.1. KHÁI NIỆM VỀ SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT
• 1.1.1. QUAN NIỆM VỀ SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC VỚI CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN
• 1.1.1.1. Phân tích ứng suất tổng
• 1.1.1.2. Vòng tròn Mohr ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu
• 1.1.2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT SÉT BÃO HÒA NƯỚC
• 1.1.2.1. Sức chống cắt của đất bằng các phương pháp thí nghiệm trong phòng
• 1.1.2.2. Sức chống cắt không thoát nước từ khảo sát hiện trường
• 1.1.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG
• 2. CHƯƠNG 2: SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC CỦA SÉT MỀM BÃO HÒA NƯỚC VỚI CÁC TƯƠNG QUAN KHÁC
• 2.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT DÍNH
• 2.1.1. Quan hệ sức chống cắt không thoát nước với chiều sâu
• 2.1.2. Ảnh hưởng của sự xáo trộn khi lấy mẫu
• 2.1.3. Ứng xử không đẳng hướng
• 2.1.4. Tính phụ thuộc vào tốc độ biến dạng
• 2.1.5. Chuẩn hóa ứng xử của đất
• 2.1.6. Biến dạng phẳng
• 2.1.7. Ứng xử không thoát nước của đất chưa bão hòa
• 2.1.8. TỶ SỐ SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC
• 2.1.9. QUAN HỆ SỨC CHỐNG CẮT THEO CHỈ SỐ DẺO VÀ ÁP LỰC BẢN THÂN ĐỐI VỚI SÉT CỐ KẾT THƯỜNG
• 2.1.10. QUAN NIỆM THIẾT KẾ VÀ NHỮNG NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN THEO SHANSEP
• 2.1.10.1. Trình tự xác định các thông số theo SHANSEP
• 2.1.10.2. Ảnh hưởng áp lực lỗ rỗng dưới sức chống cắt không thoát nước
• 2.1.11. TÍNH TƯƠNG QUAN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH
• 2.1.11.1. Các lời giải thực nghiệm đề nghị cho các phương pháp tính tương quan
• 2.1.11.2. Tính tương quan của sức chống cắt không thoát nước theo các phương pháp thí nghiệm xác định
• 2.1.12. NHẬN XÉT CHƯƠNG
• 3. CHƯƠNG 3: TƯƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC VỚI KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH CỦA SÉT MỀM BÃO HÒA NƯỚC
• 3.1. MỘT SỐ PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC ( ) VỚI KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH CỦA SÉT MỀM BÃO HÒA NƯỚC ĐÃ CÔNG BỐ
• 3.2. TƯƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH CỦA SÉT MỀM BÃO HÒA NƯỚC
• 3.2.1. Dự án Metro City
• 3.2.2. Dự án Cảng Thị Vải
• 3.2.3. Tổng hợp kết quả phân tích và lựa chọn ở các vị trí dự án
• 3.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH PHỤ LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Tóm tắt

I. Sức chống cắt không thoát nước và thí nghiệm xuyên tĩnh

Sức chống cắt không thoát nước (Su) là một thông số quan trọng trong địa kỹ thuật, đặc biệt đối với sét mềm bão hòa nước. Thông thường, Su được xác định thông qua các thí nghiệm địa kỹ thuật như cắt cánh hiện trường hoặc thí nghiệm trong phòng. Tuy nhiên, thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) đã trở thành phương pháp phổ biến để đánh giá Su do tính nhanh chóng và độ tin cậy. Luận văn này tập trung vào việc thiết lập tương quan sức chống cắt giữa Su và kết quả từ CPT, nhằm ứng dụng trong thiết kế nền móng và các bài toán địa kỹ thuật thực tế.

1.1. Khái niệm sức chống cắt không thoát nước

Sức chống cắt không thoát nước (Su) là khả năng chịu cắt của đất trong điều kiện không thoát nước, thường được sử dụng để đánh giá độ ổn định của nền đất yếu. Đối với sét mềm bão hòa nước, Su thường tăng theo độ sâu do áp lực đất phủ. Các phương pháp xác định Su bao gồm thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) và thí nghiệm nén ba trục (UU). Tuy nhiên, thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) đã được chứng minh là phương pháp hiệu quả để ước tính Su thông qua tương quan với sức kháng côn (qc).

1.2. Thí nghiệm xuyên tĩnh và ứng dụng

Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) là phương pháp khảo sát địa chất công trình phổ biến, cho phép xác định nhanh các lớp đất và đánh giá cường độ đất. Kết quả từ CPT bao gồm sức kháng mũi xuyên (qc) và ma sát hông (fs), được sử dụng để thiết lập tương quan sức chống cắt với Su. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, giá trị Su có thể được ước tính thông qua công thức Su = qc / Nkt, trong đó Nkt là hệ số côn phụ thuộc vào loại đất và điều kiện địa chất.

II. Tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước và thí nghiệm xuyên tĩnh

Luận văn này tập trung vào việc thiết lập tương quan sức chống cắt giữa Su và kết quả từ thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) đối với sét mềm bão hòa nước. Dữ liệu thu thập từ các dự án thực tế như Metro City và Cảng Thị Vải được sử dụng để phân tích và xác định hệ số côn (Nkt) phù hợp. Kết quả nghiên cứu cho thấy, giá trị Su ước tính từ CPT có độ chính xác cao và có thể áp dụng trong thiết kế nền móng.

2.1. Phân tích dữ liệu từ các dự án thực tế

Dữ liệu từ các dự án Metro City và Cảng Thị Vải được sử dụng để phân tích tương quan sức chống cắt giữa Su và kết quả từ CPT. Các giá trị Su được xác định từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) và so sánh với giá trị ước tính từ CPT thông qua hệ số côn (Nkt). Kết quả cho thấy, giá trị Su ước tính từ CPT có độ chính xác cao và phù hợp với các tương quan đã được công bố trước đây.

2.2. Ứng dụng trong thiết kế nền móng

Kết quả nghiên cứu từ luận văn này có thể được áp dụng trong thiết kế nền móng và các bài toán địa kỹ thuật thực tế. Việc sử dụng thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) để ước tính Su giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với các phương pháp truyền thống. Đồng thời, kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn giá trị đặc trưng hợp lý cho các bài toán địa kỹ thuật.

III. Kết luận và kiến nghị

Luận văn đã thiết lập thành công tương quan sức chống cắt giữa Su và kết quả từ thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) đối với sét mềm bão hòa nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy, giá trị Su ước tính từ CPT có độ chính xác cao và có thể áp dụng trong thiết kế nền móng. Các kiến nghị được đưa ra bao gồm việc tiếp tục nghiên cứu để mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp này trong các điều kiện địa chất khác nhau.

3.1. Giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này cung cấp một phương pháp hiệu quả để ước tính sức chống cắt không thoát nước (Su) từ thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT), giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong các dự án địa kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần nâng cao độ chính xác trong thiết kế nền móng và đánh giá độ ổn định của công trình.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Để mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp này, cần tiếp tục nghiên cứu trong các điều kiện địa chất khác nhau, bao gồm cả đất cát và đất sét cứng. Đồng thời, việc phát triển các công cụ phân tích tự động từ dữ liệu CPT cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sức chống cắt không thoát nước (Su) của đất sét mềm bão hòa nước là một trong những đặc trưng cơ lý quan trọng phục vụ cho việc thiết kế và phân tích ổn định công trình xây dựng nền móng. Theo ước tính, sức chống cắt không thoát nước thường được xác định qua các thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường như thí nghiệm cắt cánh (Vane Shear Test - VST) và thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test - CPT). Trong thực tế, các kết quả thí nghiệm khác nhau thường cho ra giá trị Su khác nhau, gây khó khăn trong việc lựa chọn thông số phù hợp cho thiết kế kỹ thuật.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tổng hợp và phân tích tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước thu được từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét mềm bão hòa nước tại cùng một vị trí khảo sát thuộc huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng các mối tương quan thực nghiệm nhằm ứng dụng kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong thiết kế nền móng hợp lý, đồng thời đề xuất các giá trị đặc trưng phù hợp cho các bài toán địa kỹ thuật thực tế.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm dữ liệu thu thập từ các dự án thực tế như Metro City và Cảng Thị Vải, với thời gian khảo sát và phân tích từ năm 2010 đến 2012. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác trong việc ước tính sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm xuyên tĩnh, giúp giảm thiểu sai số trong thiết kế móng và tăng cường độ tin cậy của các giải pháp kỹ thuật xây dựng nền móng tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về sức chống cắt của đất theo mô hình Mohr-Coulomb, trong đó sức chống cắt được biểu diễn qua công thức:

$$ \tau = c + \sigma \tan \phi $$

với $\tau$ là ứng suất cắt, $c$ là lực dính, $\sigma$ là ứng suất pháp tuyến và $\phi$ là góc ma sát trong. Đối với đất sét mềm bão hòa nước trong điều kiện không thoát nước, góc ma sát trong gần bằng 0, do đó sức chống cắt không thoát nước Su được xác định chủ yếu qua lực dính.

Luận văn cũng áp dụng các khái niệm về ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu, áp lực nước lỗ rỗng, cùng với các mô hình thí nghiệm như thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) và thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT). Khái niệm thừa số côn (Nc) được sử dụng để thiết lập mối tương quan giữa sức kháng côn (qc) và sức chống cắt không thoát nước Su theo công thức:

$$ S_u = \frac{q_c - \sigma_v}{N_c} $$

trong đó $\sigma_v$ là áp lực tổng lớp đất phía trên, và Nc là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào đặc tính đất, trung bình khoảng 15-17 theo kinh nghiệm địa phương.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Sức chống cắt không thoát nước (Su)
• Sức kháng côn (qc) từ thí nghiệm xuyên tĩnh
• Thừa số côn (Nc)
• Ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu
• Độ nhạy của đất (Sensitivity, S)

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm cắt cánh hiện trường và thí nghiệm xuyên tĩnh tại các dự án thực tế ở khu vực Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh, bao gồm khoảng 30 vị trí khảo sát với các mẫu đất sét mềm bão hòa nước. Cỡ mẫu được lựa chọn đảm bảo tính đại diện cho đặc tính địa chất khu vực, với mật độ lỗ khoan và điểm thí nghiệm phù hợp để phân tích tương quan.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Tổng hợp và hiệu chỉnh dữ liệu thí nghiệm cắt cánh theo hệ số hiệu chỉnh của Bjerrum để loại bỏ ảnh hưởng xáo trộn mẫu.
• Hiệu chỉnh dữ liệu thí nghiệm xuyên tĩnh để tính toán sức chống cắt không thoát nước theo công thức có thừa số côn Nc.
• Phân tích thống kê và hồi quy để thiết lập mối tương quan giữa Su từ thí nghiệm cắt cánh và Su tính từ thí nghiệm xuyên tĩnh.
• So sánh kết quả với các nghiên cứu và tương quan đã công bố nhằm đánh giá tính phù hợp và độ tin cậy của hệ số côn Nc trong khu vực nghiên cứu.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 02/2012 đến 30/6/2012, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích và xây dựng mô hình tương quan.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng sức chống cắt không thoát nước theo độ sâu: Dữ liệu thí nghiệm cắt cánh tại 30 vị trí cho thấy sức chống cắt không thoát nước Su tăng tuyến tính theo độ sâu, với giá trị trung bình Su dao động từ khoảng 10 kPa ở độ sâu nông đến trên 50 kPa ở độ sâu lớn hơn 10 m.

2. Tương quan giữa Su và qc: Phân tích hồi quy giữa Su từ thí nghiệm cắt cánh và sức kháng côn qc từ thí nghiệm xuyên tĩnh cho thấy hệ số tương quan cao (R² > 0.85), với thừa số côn Nc trung bình khoảng 17, phù hợp với giá trị trung bình được đề xuất trong các nghiên cứu trước đây.

3. Hiệu chỉnh dữ liệu cắt cánh: Sau khi áp dụng hệ số hiệu chỉnh Bjerrum, giá trị Su hiệu chỉnh giảm khoảng 15-20% so với giá trị đo trực tiếp, giúp kết quả phù hợp hơn với giá trị Su tính từ thí nghiệm xuyên tĩnh.

4. Độ nhạy của đất: Độ nhạy của đất sét mềm bão hòa nước tại khu vực nghiên cứu được xác định trong khoảng từ 4 đến 10, thuộc nhóm đất nhạy đến rất nhạy, ảnh hưởng đến giá trị Su và hệ số côn Nc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự tăng Su theo độ sâu được giải thích bởi áp lực tổng lớp đất phía trên tăng, làm tăng ứng suất hữu hiệu và sức chống cắt không thoát nước. Kết quả tương quan cao giữa Su và qc khẳng định tính khả thi của việc sử dụng thí nghiệm xuyên tĩnh để ước tính sức chống cắt không thoát nước trong điều kiện địa chất khu vực.

So sánh với các nghiên cứu khác, hệ số côn Nc trung bình 17 phù hợp với các giá trị được công bố cho đất sét mềm bão hòa nước ở các vùng tương tự, như Scandinavian và các khu vực đô thị lớn. Việc hiệu chỉnh dữ liệu cắt cánh theo Bjerrum giúp giảm thiểu sai số do xáo trộn mẫu và điều kiện thí nghiệm, nâng cao độ tin cậy của kết quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố Su theo độ sâu, biểu đồ hồi quy Su - qc và bảng tổng hợp giá trị Nc tại các vị trí khảo sát, giúp trực quan hóa mối quan hệ và hỗ trợ cho việc lựa chọn thông số thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hệ số côn Nc = 17 trong thiết kế: Khuyến nghị sử dụng giá trị thừa số côn Nc trung bình 17 để tính toán sức chống cắt không thoát nước từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh tại khu vực TP. Hồ Chí Minh và vùng lân cận trong vòng 1-2 năm tới nhằm đảm bảo tính chính xác và phù hợp với đặc tính địa chất địa phương.

2. Hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm cắt cánh: Đề xuất áp dụng hệ số hiệu chỉnh Bjerrum cho kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường để giảm thiểu sai số do xáo trộn mẫu, giúp kết quả phù hợp hơn với điều kiện thực tế, thực hiện ngay trong các dự án khảo sát tiếp theo.

3. Tăng cường khảo sát đa phương pháp: Khuyến khích kết hợp thí nghiệm xuyên tĩnh với thí nghiệm cắt cánh và thí nghiệm trong phòng để có dữ liệu đầy đủ, chính xác phục vụ thiết kế nền móng, đặc biệt đối với các công trình có yêu cầu cao về độ an toàn, trong vòng 3 năm tới.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật thí nghiệm hiện trường và phân tích dữ liệu cho cán bộ kỹ thuật và kỹ sư địa kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng khảo sát và thiết kế nền móng, thực hiện trong năm đầu tiên sau nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế nền móng: Luận văn cung cấp cơ sở dữ liệu và phương pháp phân tích tương quan giữa các phương pháp thí nghiệm, giúp kỹ sư lựa chọn thông số thiết kế phù hợp, giảm thiểu rủi ro trong thi công.

2. Các nhà quản lý dự án xây dựng: Thông tin về đặc tính cơ lý đất và các phương pháp khảo sát hiện trường giúp quản lý dự án đánh giá chính xác điều kiện nền móng, từ đó lập kế hoạch thi công và kiểm soát chất lượng hiệu quả.

3. Giảng viên và nghiên cứu sinh ngành Địa kỹ thuật xây dựng: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp và ứng dụng thực tiễn trong nghiên cứu sức chống cắt không thoát nước của đất sét mềm bão hòa nước.

4. Các công ty tư vấn khảo sát địa chất: Nghiên cứu cung cấp các tiêu chuẩn và hệ số hiệu chỉnh cần thiết để nâng cao độ chính xác trong báo cáo khảo sát, hỗ trợ tư vấn thiết kế và thi công các công trình xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Sức chống cắt không thoát nước là gì và tại sao quan trọng?
   Sức chống cắt không thoát nước (Su) là ứng suất cắt mà đất có thể chịu được trong điều kiện không thoát nước, đặc biệt quan trọng trong thiết kế nền móng công trình xây dựng trên đất sét mềm bão hòa nước để đảm bảo ổn định và an toàn.

2. Tại sao cần thiết lập tương quan giữa thí nghiệm cắt cánh và xuyên tĩnh?
   Vì thí nghiệm xuyên tĩnh nhanh, liên tục và ít bị ảnh hưởng bởi xáo trộn mẫu, nên thiết lập tương quan giúp ước tính Su chính xác từ dữ liệu xuyên tĩnh, giảm chi phí và thời gian khảo sát hiện trường.

3. Hệ số côn Nc có ý nghĩa gì trong tính toán?
   Nc là hệ số thực nghiệm dùng để chuyển đổi sức kháng côn qc từ thí nghiệm xuyên tĩnh thành sức chống cắt không thoát nước Su, giá trị Nc phụ thuộc vào đặc tính đất và vùng khảo sát, trung bình khoảng 15-17 cho đất sét mềm bão hòa nước.

4. Làm thế nào để hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm cắt cánh?
   Kết quả thí nghiệm cắt cánh thường được hiệu chỉnh bằng hệ số Bjerrum để giảm thiểu ảnh hưởng của xáo trộn mẫu, giúp giá trị Su hiệu chỉnh phản ánh chính xác hơn điều kiện đất tự nhiên.

5. Độ nhạy của đất ảnh hưởng như thế nào đến kết quả thí nghiệm?
   Độ nhạy (Sensitivity) phản ánh mức độ thay đổi sức chống cắt khi đất bị xáo trộn, đất có độ nhạy cao thường có giá trị Su ở trạng thái nguyên dạng lớn hơn nhiều so với trạng thái bị xáo trộn, ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ số an toàn trong thiết kế.

Kết luận

• Đã thiết lập được mối tương quan thực nghiệm giữa sức chống cắt không thoát nước Su từ thí nghiệm cắt cánh và sức kháng côn qc từ thí nghiệm xuyên tĩnh với hệ số côn Nc trung bình khoảng 17 phù hợp cho đất sét mềm bão hòa nước tại khu vực nghiên cứu.
• Sức chống cắt không thoát nước tăng theo độ sâu, phản ánh áp lực tổng lớp đất phía trên và đặc tính cơ lý của đất.
• Hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm cắt cánh theo hệ số Bjerrum giúp nâng cao độ chính xác và phù hợp với điều kiện thực tế.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc ứng dụng thí nghiệm xuyên tĩnh để ước tính Su phục vụ thiết kế nền móng tại TP. Hồ Chí Minh và vùng lân cận.
• Đề xuất áp dụng các giải pháp kỹ thuật và đào tạo nhằm nâng cao chất lượng khảo sát và thiết kế nền móng trong các dự án xây dựng tương lai.

Để tiếp tục phát triển nghiên cứu, các bước tiếp theo bao gồm mở rộng phạm vi khảo sát, cập nhật dữ liệu thực nghiệm mới và ứng dụng mô hình tương quan vào các dự án thực tế. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả này trong công tác thiết kế và khảo sát địa kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả và độ an toàn công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Sức chống cắt của đất theo định luật Mohr - Coulomb bao gồm hai thành phần: lực dính ( ) không phụ thuộc vào ứng suất tác dụng và thành phần ma sát ( ) phụ thuộc vào ứng suất pháp tuyến tác dụng. Đối với đất sét mềm bão hòa nước, khi gia tải ngắn hạn, đất nền ứng xử trong điều kiện không cố kết, không thoát nước, sức chống cắt của đất có thể được đặc trưng bằng sức chống cắt không thoát nước S. Trong trường hợp này, giá trị ứng suất hữu hiệu (thông qua ứng suất pháp hay ứng suất nén đẳng hướng) xuất hiện không đáng kể hoặc xem như không có, góc ma sát trong thu nhận được φ ≈ 0. Cường độ sức chống cắt không thoát nước S (hay c ) của đất sét yếu bão hòa nước là một trong các đặc trưng cơ lý quan trọng phục vụ tính toán thiết kế hay phân tích ổn định công trình, đặc biệt trong giai đoạn công trình vừa thi công xong.

Khi tác dụng tải trọng ngắn hạn lên nền đất yếu bão hòa nước, nước lỗ rỗng chưa kịp thoát ra do hệ số thấm của đất rất bé, ứng xử của đất bao gồm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phát sinh, có thể được đánh giá thông qua giá trị tổng ứng suất mà không cần xét riêng biệt ứng suất lên khung hạt (ứng suất hữu hiệu) và áp lực trong nước lỗ rỗng. Có nhiều phương pháp thí nghiệm trực tiếp hay gián tiếp để xác định sức chống cắt không thoát nước của đất từ thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường. Thí nghiệm hiện trường như xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test - ), cắt cánh (Vane Shear Test - ), thí nghiệm nén ngang (Pressure Meter Test - ) để xác định sức chống cắt không thoát nước (Undrained Shear Strength - ). Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test - ) đã được sử dụng nhiều năm như là một công cụ khảo sát chuẩn, phần lớn để xác định nhanh mặt cắt của cột đất (qua tỉ số ma sát, = ⁄ ), đồng thời ước tính sức chống cắt không thoát nước ( ) trong trường hợp đất dính.

Sức chống cắt được định nghĩa là giá trị được xác định bằng thí nghiệm cắt cánh hiện trường hoặc từ các thí nghiệm trong phòng. Sức kháng côn ( ) luôn thay đổi trực tiếp với sức chống cắt không thoát nước của đất dính ( ), và một trong những áp dụng sớm nhất của xuyên tĩnh là đánh giá sức chống cắt không thoát nước của đất dính. -2- Thí nghiệm trong phòng: - Thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct Shear Test - ). - Thí nghiệm nén nở hông (Unconfined Compression Test - ).

- Thí nghiệm nén ba trục (Triaxial Compression – ) theo sơ đồ không cố kết không thoát nước (Unconsolidated Undrained - UU). - Thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ cố kết không thoát nước (Consolidated Undrained - ). Thí nghiệm thích hợp và được dùng phổ biến để xác định của các mẫu đất có chất lượng tương đối tốt. Đối với loại đất không biểu hiện sự thay đổi trong cấu trúc dưới áp lực cố kết được gia tăng, thí nghiệm tiếp cận khái niệm (Stress History and Normalized Soil Engineering Properties) giảm thiểu ảnh hưởng của xáo trộn mẫu.

Sức chống cắt không thoát nước cũng được xác định bằng cách phân tích ứng suất hữu hiệu với việc sử dụng hệ số áp lực lỗ rỗng Skempton (khi phá hoại). Sức chống cắt không thoát nước của đất sét bão hòa nước khác nhau theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau với các sơ đồ khác nhau và phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như điều kiện thí nghiệm trong phòng hay hiện trường, lịch sử ứng suất (thông qua giá trị ), tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất ban đầu, tính giãn nở (thông qua giá trị ), tính bất đẳng hướng (điều kiện trầm tích). Trong đó, yếu tố chính ảnh hưởng tới giá trị là các phương pháp thí nghiệm xác định. Thí nghiệm hiện trường: - Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (Vane Shear Test - VST) thường được sử dụng để xác định giá trị đo được cho các loại sét mềm đến cứng.

Thí nghiệm mẫu xáo trộn để khảo sát tính nhạy (sensitivity) của sét – tỉ số đất chống cắt của đất không bị xáo trộn và đất bị xáo trộn. Cắt cánh không áp dụng đối với các loại đất cát hay bùn có lẫn đá cụi, vỏ sò, sỏi, và các loại tương tự như vậy. - Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test - ) hoặc xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezocone Test ) cho phép đánh giá thông qua tương quan thiết lập. Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test) được phát minh và sử dụng từ rất lâu (1931 đầu tiên tại Hà lan) và chứng tỏ là một trong những phương pháp thăm dò đáng tin cậy.

Dữ liệu thu thập được từ kết quả thí nghiệm -3- xuyên tĩnh được thể hiện dưới dạng biểu đồ sức kháng mũi xuyên đơn vị và ma sát hông đơn vị theo độ sâu. Các biểu đồ này cho phép phân chia các đơn nguyên địa chất công trình (các lớp đất) khá chính xác. Ngoài ra, giá trị sức kháng xuyên kết hợp với các dữ liệu khảo sát khác còn cho phép phân loại đất cũng như đánh giá cường độ của đất theo độ sâu. Nhằm giúp cho người thiết kế chọn lựa các thông số kỹ thuật của đất, sức chống cắt một cách hợp lý, đúng đắn hơn, đề tài: “Tương quan sức chống cắt không thoát nước (Su) với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét mềm bão hoà nước” được chọn làm luận văn tốt nghiệp.

Trong thực tế, các thí nghiệm khác nhau thường cho ra kết quả sức chống cắt không thoát nước khác nhau mặc dù trong cùng một đơn nguyên địa chất công trình. Các nhân tố ảnh hưởng lên kết quả thí nghiệm có thể kể là: mức độ phá hoại mẫu, hướng tác dụng của tải, kích thước mẫu, tính bất đẳng hướng của đất, lịch sử ứng suất, điều kiện thoát nước, tốc độ chất tải và nhất là trạng thái ứng suất ban đầu. Tình hình nghiên cứu về đề tài Hiện nay rất nhiều công trình nghiên cứu về các tương quan giữa các thông số kỹ thuật của đất qua các phương pháp thí nghiệm khác nhau để phục vụ cho công việc thiết kế nền móng. Nhưng do tính chất đặc thù của các khu vực, việc nghiên cứu có ý nghĩa khoa học cần thiết nhằm đáp ứng cho các khu vực cụ thể TP.

Hồ Chí Minh và Đồng bằng Sông Cửu Long. Đối tượng nghiên cứu Nhằm thiết lập sự tương quan giữa kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh hiện trường và thí nghiệm cắt cánh hiện trường trên một số dự án đã được thực hiện. Trong nội dung luận văn, chúng tôi tiến hành tổng hợp và phân tích sức chống cắt không thoát nước của đất sét bão hoà nước từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường. Trên cơ sở đó xây dựng các mối tương quan từ thí nghiệm cắt cánh với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh được thiết lập cho đất sét yếu bão hoà nước và phân tích các tương quan khác.

Từ đó, kiến nghị lựa chọn các thông số phù hợp đưa vào phục vụ công tác phân tích và thiết kế nền móng. Với mong muốn lựa chọn khu vực được khảo sát có tương đối đầy đủ các loại thí nghiệm hiện trường và trong phòng cũng như có mật độ lỗ khoan đủ để phục -4- vụ cho việc nghiên cứu so sánh và thiết lập tương quan, chúng tôi lựa chọn khu vực khảo sát thuộc địa bàn huyện Nhà Bè, Thành Phố Hồ Chí Minh. Nội dung nghiên cứu Trên cơ sở lý thuyết xác định sức chống cắt từ thí nghiệm trong phòng và hiện trường, nội dung của luận văn này sẽ tập trung phân tich tương quan sức chống cắt không thoát nước giữa thí nghiệm xuyên tĩnh hiện trường và thí nghiệm cắt cánh hiện trường để ứng dụng vào phân tích thiết kế nền móng. Mục đích nghiên cứu của đề tài Qua phân tích các kết quả xuyên tĩnh cùng với kết quả các thí nghiệm sức chống cắt không thoát nước trong phòng, xây dựng các tương quan trong điều kiện địa chất khu vực cụ thể, giúp người thiết kế hiểu rõ hơn tính chất cơ lý của đất nền khu vực, qua đó sử dụng hiệu quả các kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong công tác thiết kế nền móng.

Thông thường các kết quả thí nghiệm trong phòng cho ta thấy ( ) < ( ) < ( ) và có sự khác biệt so với kết quả thu nhận được từ hiện trường ở điều kiện thế nằm tự nhiên của đất. Giá trị được sử dụng trong phân tích sẽ tuỳ thuộc vào bài toán thiết kế. Việc phân tích số liệu và các tương quan giúp chọn lựa thông số hợp lý phục vụ tính toán thiết kế vào bài toán cụ thể. Nhiệm vụ chính của đề tài nghiên cứu được đặt ra như sau: - Tổng hợp và phân tích tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước của thí nghiệm cắt cánh với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh của sét yếu bão hoà nước ở cùng một vị trí, khu vực.

- Kết quả nghiên cứu nhằm mục đích kiến nghị ứng dụng kết quả thí nghiệm trong phòng để thiết kế nền móng hợp lý hay giải pháp chọn lựa giá trị đặc trưng hợp lý cho các bài toán địa kỹ thuật thực tế từ thí nghiệm xuyên tĩnh. Cơ sở và phương pháp nghiên cứu Các lý thuyết phân tích quá trình xuyên đều gặp nhiều khó khăn vì đây là bài toán kết hợp giữa biến dạng lớn và vật liệu phi tuyến (Yu, 1988). Việc phân tích tương quan giữa chỉ tiêu cơ lý và sức kháng xuyên thông thường theo hai hướng: - Nếu biết trước chỉ tiêu cơ lý của đất, tính toán sức kháng mũi xuyên với mục đích tính toán khả năng hóa lỏng hay tính toán cường độ chịu tải. -5- - Thông thường sử dụng giá trị sức kháng mũi xuyên để tính toán ngược lại các thông số đất.

Trên cơ sở kết quả thu thập được từ các phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh, đưa ra các phân tích so sánh, đánh giá với kết quả thí nghiệm xuyên hiện trường. Căn cứ vào các nhân tố ảnh hưởng và điều kiện thí nghiệm, phân tích sự khác biệt của các kết quả thí nghiệm, dựa vào cơ sở các nghiên cứu trước đây, thiết lập mối tương quan của sức chống cắt không thoát nước giữa các phương pháp thí nghiệm với nhau. Phương pháp nghiên cứu cho đề tài bao gồm: tổng hợp phân tích, đánh giá và xây dựng các tương quan từ các dữ liệu thu thập được.