Nghiên Cứu Tương Quan Giữa Sức Chống Cắt Không Thoát Nước Từ Thí Nghiệm Cắt Cánh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng nghiên cứu tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Trần Thị Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Đại Học Bách Khoa - DHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm
• Đề tài: Nghiên Cứu Tương Quan Giữa Sức Chống Cắt Không Thoát Nước Từ Thí Nghiệm Cắt Cánh
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN CỦA SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC CỦA ĐẤT LOẠI SÉT
• 1.1. Quan hệ Su theo chỉ số dẻo PI và ứng suất do trọng lượng bản thân đối với sét cố kết thường
• 1.2. Nghiên cứu sức chống cắt không thoát nước theo SHANSEP
• 1.3. Ảnh hưởng của giá trị Ap lên độ bền chống cắt không thoát nước
• 1.4. Tính tương quan của các phương pháp xác định Su
• 1.5. Nhận xét chương
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ VIỆC XÂY DỰNG CÁC QUAN HỆ
• 2.1. Các thí nghiệm hiện trường sử dụng cho sét mềm bão hòa nước
• 2.2. Thí nghiệm cắt cánh
• 2.2.1. Xác định Su từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường VST
• 2.2.2. Nguyên lý tính toán Su từ thí nghiệm cắt VST
• 2.3. Thí nghiệm xuyên tĩnh
• 2.3.1. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh
• 2.3.2. Thí nghiệm xuyên tĩnh cơ
• 2.3.3. Thiết bị xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu
• 2.4. Thí nghiệm nén ngang
• 2.4.1. Thiết bị thí nghiệm
• 2.4.2. Trình tự thí nghiệm
• 2.4.3. Tính toán kết quả thí nghiệm
• 2.5. Cơ sở xây dựng các quan hệ trên cơ sở kết quả thí nghiệm
• 2.5.1. Cơ sở lý thuyết thiết lập công thức tương quan theo các hàm số toán học
• 2.5.2. Phân tích hồi quy tuyến tính
• 2.5.3. Phân tích hồi quy phi tuyến
• 2.5.4. Nhận xét chương
• 3. CHƯƠNG 3: QUAN HỆ SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TRONG SÉT MỀM BÃO HÒA NƯỚC MỘT SỐ KHU VỰC PHÍA NAM
• 3.1. Đặc điểm sức chống cắt không thoát nước trong sét mềm từ thí nghiệm cắt cánh và kết quả thí nghiệm hiện trường khác ở một số khu vực phía Nam
• 3.2. Tương quan sức chống cắt không thoát nước trong sét mềm từ thí nghiệm cắt cánh và thí nghiệm xuyên tĩnh
• 3.3. Tương quan sức chống cắt không thoát nước trong sét mềm từ thí nghiệm cắt cánh và thí nghiệm nén ngang
• 3.4. Kết luận chương
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Sức Chống Cắt Không Thoát Nước Đất Sét

Sức chống cắt không thoát nước (Su) là một chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng chịu tải của đất, đặc biệt đối với các công trình xây dựng trên nền đất yếu. Việc xác định chính xác Su là cần thiết để đảm bảo độ ổn định mái dốc và nền móng công trình. Bài viết này tổng hợp các nghiên cứu về sức chống cắt không thoát nước của đất sét và các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Các phương pháp thí nghiệm khác nhau cho kết quả khác nhau, do đó, việc xây dựng các mối quan hệ giữa sức chống cắt và các chỉ tiêu cơ lý khác là rất quan trọng. Nghiên cứu của Trấn Thị Phương (2015) chỉ ra rằng thí nghiệm cắt cánh thường được coi là phương pháp hợp lý nhất để xác định Su trong điều kiện tự nhiên. Cần so sánh và đánh giá để chọn phương pháp phù hợp.

1.1. Ảnh Hưởng của Chỉ Số Dẻo PI đến Sức Chống Cắt

Chỉ số dẻo (PI) là một trong những chỉ số vật lý quan trọng ảnh hưởng đến sức chống cắt không thoát nước. Các nghiên cứu đã chỉ ra mối tương quan giữa Su và PI, đặc biệt đối với đất cố kết thường. Skempton (1948) đã đưa ra một công thức thể hiện mối quan hệ này. Tuy nhiên, các nghiên cứu khác, như Bjerrum (1972), đã chỉ ra rằng cần hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VCT) dựa trên PI. Sự khác biệt này cho thấy sự phức tạp của mối quan hệ và sự cần thiết của việc xem xét các yếu tố khác, ngoài PI, khi ước tính sức chống cắt.

1.2. SHANSEP Lịch Sử Ứng Suất và Sức Chống Cắt Đất Sét

Phương pháp SHANSEP (Stress History And Normalized Soil Engineering Properties) do Ladd và Foott (1974) đề xuất, nhấn mạnh vai trò của lịch sử ứng suất trong việc xác định sức chống cắt không thoát nước. Phương pháp này xem xét tỷ số quá cố kết (OCR) như một yếu tố quan trọng. Công thức Su = S(OCR)^m thể hiện mối quan hệ giữa Su, OCR và các hệ số khác. SHANSEP cung cấp một khung phân tích hợp lý hơn bằng cách tính đến ảnh hưởng của xáo trộn mẫu và tính bất đẳng hướng.

II. Thí Nghiệm Cắt Cánh VCT Phương Pháp Xác Định Sức Chống Cắt

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VCT) là một phương pháp phổ biến để xác định sức chống cắt không thoát nước của đất dính, đặc biệt là đất sét. Phương pháp này thực hiện trực tiếp trên nền đất, giảm thiểu xáo trộn mẫu. Kết quả VCT được sử dụng rộng rãi trong khảo sát địa chất công trình và phân tích ổn định mái dốc. Tuy nhiên, cần hiểu rõ nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Việc hiệu chỉnh kết quả VCT là cần thiết để đảm bảo tính chính xác, đặc biệt đối với các loại đất có tính chất đặc biệt.

2.1. Nguyên Lý Xác Định Sức Chống Cắt từ VCT Hiện Trường

Thí nghiệm cắt cánh đo mô-men xoắn cần thiết để làm quay một cánh quạt trong đất. Từ mô-men xoắn này, có thể tính toán sức chống cắt không thoát nước (Su). Các công thức tính toán khác nhau có thể được sử dụng, tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của cánh quạt. Tiêu chuẩn thí nghiệm cắt cánh cần được tuân thủ để đảm bảo tính tin cậy của kết quả.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Kết Quả Thí Nghiệm VCT

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm cắt cánh, bao gồm tốc độ quay của cánh, kích thước và hình dạng của cánh, và sự hiện diện của các lớp đất khác nhau. Độ nhạy của đất cũng là một yếu tố quan trọng, vì đất có thể mất một phần sức chống cắt khi bị xáo trộn. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp giải thích sự khác biệt giữa kết quả VCT và các phương pháp khác.

2.3. Tiêu Chuẩn Thí Nghiệm Cắt Cánh và Các Lưu Ý Quan Trọng

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn thí nghiệm cắt cánh là yếu tố then chốt để đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Các tiêu chuẩn quy định các yêu cầu về thiết bị, quy trình thí nghiệm và phương pháp xử lý số liệu. Bên cạnh đó, cần lưu ý các yếu tố như ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng và độ sệt của đất đến kết quả thí nghiệm. Việc hiệu chỉnh kết quả VCT dựa trên các yếu tố này sẽ giúp nâng cao độ chính xác của việc xác định sức chống cắt không thoát nước.

III. Tương Quan Giữa VCT và Thí Nghiệm Xuyên Tĩnh CPT CPTu

Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) và CPTu (CPT có đo áp lực nước lỗ rỗng) là các phương pháp thí nghiệm hiện trường khác được sử dụng rộng rãi trong khảo sát địa chất công trình. Việc thiết lập mối quan hệ giữa kết quả VCT và CPT/CPTu có ý nghĩa thực tiễn lớn, giúp ước tính sức chống cắt không thoát nước từ dữ liệu CPT/CPTu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này đặc biệt hữu ích trong các dự án có số lượng lớn dữ liệu CPT/CPTu.

3.1. Thiết Lập Tương Quan Su VCT và Sức Kháng Mũi CPT

Mối quan hệ giữa sức chống cắt (Su) từ VCT và sức kháng mũi (qc) từ CPT thường được biểu diễn bằng một hệ số tương quan Nkt: Su = qc / Nkt. Giá trị Nkt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại đất, lịch sử ứng suất và phương pháp thí nghiệm. Các nghiên cứu đã đề xuất các giá trị Nkt khác nhau cho các loại đất khác nhau.

3.2. Sử Dụng CPTu để Ước Tính Sức Chống Cắt Không Thoát Nước

Thí nghiệm CPTu cung cấp thêm thông tin về áp lực nước lỗ rỗng, giúp ước tính sức chống cắt chính xác hơn. Các phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để ước tính Su từ dữ liệu CPTu, bao gồm việc sử dụng các biểu đồ tương quan và các mô hình lý thuyết.

3.3. Ảnh Hưởng của Đặc Điểm Địa Chất Khu Vực Đến Tương Quan

Các tương quan giữa VCT và CPT/CPTu có thể khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm địa chất của khu vực khảo sát. Do đó, việc xây dựng các tương quan cục bộ, dựa trên dữ liệu thí nghiệm thực tế tại khu vực, là rất quan trọng. Nghiên cứu của Trấn Thị Phương (2015) đã tập trung vào việc xây dựng các tương quan này cho các tỉnh phía Nam Việt Nam.

IV. Thí Nghiệm Nén Ngang PMT và Mối Liên Hệ Với Sức Chống Cắt

Thí nghiệm nén ngang (PMT) là một phương pháp thí nghiệm hiện trường cho phép xác định các thông số cơ học của đất, bao gồm mô đun biến dạng và áp lực giới hạn. Mặc dù không trực tiếp đo sức chống cắt, kết quả PMT có thể được sử dụng để ước tính Su thông qua các mối quan hệ tương quan. Việc sử dụng PMT kết hợp với VCT và CPT/CPTu cung cấp một bức tranh toàn diện hơn về tính chất cơ học của đất nền.

4.1. Ước Tính Sức Chống Cắt Dựa Trên Áp Lực Giới Hạn PMT

Áp lực giới hạn (pl) đo được từ thí nghiệm PMT có thể được sử dụng để ước tính sức chống cắt không thoát nước (Su). Các công thức tương quan khác nhau đã được đề xuất, dựa trên các mô hình lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các công thức này có thể có độ chính xác khác nhau tùy thuộc vào loại đất.

4.2. So Sánh Kết Quả PMT Với VCT và CPT CPTu

Việc so sánh kết quả PMT với VCT và CPT/CPTu có thể giúp kiểm tra tính hợp lệ của các kết quả thí nghiệm và đánh giá độ tin cậy của các tương quan. Sự khác biệt giữa các kết quả có thể do các yếu tố như xáo trộn mẫu, hiệu ứng kích thước và các giả định trong các mô hình lý thuyết.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu Phía Nam

Việc nghiên cứu tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh với các thí nghiệm hiện trường khác có nhiều ứng dụng thực tiễn. Nó giúp kỹ sư địa chất và xây dựng có thể đánh giá nhanh chóng và chính xác tính chất cơ lý của đất, từ đó đưa ra các quyết định thiết kế và thi công phù hợp. Đặc biệt, các kết quả nghiên cứu về sét mềm bão hòa nước ở khu vực các tỉnh phía Nam đóng góp quan trọng vào việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu.

5.1. Ứng Dụng Trong Thiết Kế Nền Móng Công Trình

Sức chống cắt không thoát nước là một thông số quan trọng trong thiết kế nền móng, đặc biệt là đối với các công trình xây dựng trên đất yếu. Việc sử dụng các tương quan để ước tính Su từ dữ liệu CPT/CPTu giúp giảm chi phí và thời gian khảo sát, đồng thời cung cấp thông tin chi tiết về sự biến đổi của Su theo độ sâu.

5.2. Ứng Dụng Trong Đánh Giá Ổn Định Mái Dốc và Tường Chắn Đất

Sức chống cắt không thoát nước cũng là một thông số quan trọng trong đánh giá ổn định mái dốc và tường chắn đất. Việc sử dụng các tương quan để ước tính Su từ dữ liệu CPT/CPTu giúp đánh giá nhanh chóng và chính xác độ ổn định của các công trình này.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Sức Chống Cắt

Nghiên cứu tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) và các thí nghiệm hiện trường đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tính chất cơ lý của đất nền. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu giúp tối ưu hóa thiết kế và thi công các công trình xây dựng. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ chính xác của các tương quan và mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng. Việc ứng dụng các phần mềm phân tích địa kỹ thuật cũng cần được chú trọng.

6.1. Các Hạn Chế Của Tương Quan Hiện Tại và Giải Pháp

Các tương quan hiện tại có một số hạn chế, bao gồm sự phụ thuộc vào loại đất và điều kiện địa chất cụ thể. Việc sử dụng các phương pháp thống kê tiên tiến và các mô hình học máy có thể giúp cải thiện độ chính xác của các tương quan.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Các Mô Hình Tiên Tiến

Hướng nghiên cứu tương lai nên tập trung vào việc phát triển các mô hình tiên tiến, có khả năng mô phỏng chính xác hơn hành vi của đất. Việc kết hợp các dữ liệu thí nghiệm trong phòng và hiện trường, cùng với các kỹ thuật phân tích số, sẽ giúp đạt được mục tiêu này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sức chống cắt không thoát nước (Su) là một trong những đặc trưng cơ lý quan trọng nhất trong kỹ thuật xây dựng công trình ngầm, đặc biệt đối với đất sét mềm bão hòa nước. Theo ước tính, đất sét mềm chiếm tỷ lệ đáng kể trong các khu vực xây dựng công trình ngầm tại các tỉnh phía Nam Việt Nam, nơi có điều kiện địa chất phức tạp và ảnh hưởng lớn đến độ ổn định công trình. Việc xác định chính xác Su giúp đánh giá khả năng chịu tải và ổn định nền móng, từ đó đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho các dự án xây dựng.

Luận văn tập trung nghiên cứu mối tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh (Vane Shear Test - VST) với các kết quả thí nghiệm hiện trường khác như thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT, CPTu) và thí nghiệm nén ngang (Pressuremeter Test - PMT) trên đất sét mềm bão hòa nước tại một số khu vực phía Nam. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tổng hợp và phân tích số liệu thực nghiệm thu thập trong giai đoạn năm 2013-2015, nhằm xây dựng các mô hình tương quan và phân tích ảnh hưởng của trạng thái ứng suất theo độ sâu.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp, hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm và ước lượng Su trong các điều kiện hiện trường khác nhau. Qua đó, góp phần nâng cao độ tin cậy trong thiết kế và thi công công trình ngầm trên nền đất yếu, đồng thời giảm thiểu rủi ro và chi phí phát sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết SHANSEP (Stress History And Normalized Soil Engineering Properties): Phương pháp này mô tả mối quan hệ giữa Su và hệ số quá cố kết OCR, cho phép đánh giá sức chống cắt không thoát nước của đất sét quá cố kết dựa trên lịch sử ứng suất và biến dạng của đất. Công thức chính được sử dụng là:

$$ S_u = S \cdot (OCR)^m \cdot \sigma'_v $$

trong đó $S$ và $m$ là hệ số xác định từ thí nghiệm, $\sigma'_v$ là ứng suất hữu hiệu theo phương đứng.

• Mô hình tương quan giữa Su và chỉ số dẻo PI: Các công thức của Skempton (1948), Bjerrum (1972), Terzaghi và Peck (1996) được sử dụng để liên hệ Su với chỉ số dẻo PI, giúp ước lượng Su từ các đặc trưng vật lý cơ bản của đất.

• Lý thuyết áp lực nước lỗ rỗng theo Skempton: Hệ số áp lực lỗ rỗng A được dùng để phân tích ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng đến Su trong các thí nghiệm nén ba trục.

• Mô hình tương quan giữa Su và sức kháng mũi xuyên (qc) trong thí nghiệm CPT/CPTu: Các hệ số Ny được xác định để chuyển đổi giữa sức kháng mũi và Su, dựa trên các nghiên cứu kinh nghiệm và lý thuyết về ứng suất và biến dạng đất.

Các khái niệm chính bao gồm: sức chống cắt không thoát nước Su, chỉ số dẻo PI, hệ số quá cố kết OCR, áp lực nước lỗ rỗng, sức kháng mũi qc, hệ số Ny, và các phương pháp thí nghiệm hiện trường (VST, CPT, CPTu, PMT).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm hiện trường tại các tỉnh phía Nam Việt Nam, bao gồm:

• Thí nghiệm cắt cánh (VST): Sử dụng thiết bị cắt cánh cơ học và điện tử (Nilcon, EVT2000) để đo moment xoắn và tính toán Su tại các độ sâu khác nhau. Cỡ mẫu khoảng vài chục điểm thí nghiệm tại các khu vực như Bình Lợi, Nhà Bè, Nhà máy khí điện đạm Cà Mau.

• Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT, CPTu): Dữ liệu thu thập từ thiết bị xuyên cơ GeoMil và xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu, với tốc độ xuyên 20 mm/s, đo sức kháng mũi qc, ma sát thành f, và áp lực nước lỗ rỗng u. Cỡ mẫu tương tự VST, được thực hiện liên tục theo độ sâu.

• Thí nghiệm nén ngang (PMT): Đo áp lực giới hạn nén ngang và biến dạng đất tại các vị trí khảo sát, cung cấp thông số bổ sung cho việc xây dựng mô hình tương quan.

Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, hồi quy tuyến tính và phi tuyến để xây dựng các quan hệ giữa Su từ VST và các thông số thí nghiệm khác. Quá trình nghiên cứu diễn ra trong năm 2015, với việc xử lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng như VANE-LOG 1.03, CPT-LOG ver 4.06.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mối quan hệ giữa Su và chỉ số dẻo PI: Kết quả phân tích cho thấy Su tăng tuyến tính theo PI trong phạm vi 10-60%, phù hợp với các công thức của Skempton và Bjerrum. Ví dụ, Su tại độ sâu 5m có thể tăng từ khoảng 15 kPa (PI=10%) lên đến 45 kPa (PI=60%).

2. Tương quan Su (VST) với sức kháng mũi qc (CPT/CPTu): Hệ số Ny được xác định dao động trong khoảng 10-20 tùy khu vực, với giá trị trung bình khoảng 15. Tại khu vực Nhà máy khí điện đạm Cà Mau, Su tính từ VST và qc có tương quan tuyến tính với hệ số tương quan R² = 0.85, cho thấy CPTu là phương pháp hiệu quả để ước lượng Su khi không thể thực hiện VST.

3. So sánh Su từ VST và thí nghiệm nén ngang PMT: Su từ VST thường cao hơn khoảng 10-15% so với giá trị ước lượng từ PMT, do PMT phản ánh biến dạng lớn hơn và ảnh hưởng của trạng thái ứng suất thực tế. Ví dụ, tại độ sâu 7m, Su(VST) trung bình là 30 kPa, trong khi Su(PMT) là 26 kPa.

4. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất theo độ sâu: Su tăng theo độ sâu do ứng suất nén hữu hiệu tăng, với hệ số OCR dao động từ 1 đến 4. Phân tích theo mô hình SHANSEP cho thấy Su có thể được biểu diễn dưới dạng Su = S·(OCR)^m·σ’v với S ≈ 0.22 và m ≈ 0.8, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các mối quan hệ trên xuất phát từ đặc tính cơ lý của đất sét mềm bão hòa nước, trong đó Su chịu ảnh hưởng lớn bởi chỉ số dẻo, trạng thái ứng suất và lịch sử ứng suất (OCR). Sự khác biệt giữa các phương pháp thí nghiệm phản ánh các điều kiện thí nghiệm khác nhau như tốc độ biến dạng, ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng và mức độ xáo động mẫu.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với các công trình của Ladd và Foott (1974), Kulhawy và Mayne (1990), cũng như Chen (1993) về mối quan hệ giữa Su và các thông số thí nghiệm hiện trường và trong phòng. Việc xây dựng các mô hình tương quan cục bộ cho phép áp dụng chính xác hơn trong điều kiện địa chất Việt Nam, đặc biệt là khu vực phía Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố Su theo độ sâu, biểu đồ hồi quy Su - PI, Su - qc, và bảng tổng hợp hệ số Ny theo khu vực, giúp trực quan hóa mối quan hệ và hỗ trợ việc lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng thí nghiệm cắt cánh (VST) làm phương pháp chính để xác định Su trong đất sét mềm bão hòa nước tại các công trình ngầm, do độ tin cậy cao và phản ánh đúng trạng thái ứng suất tự nhiên. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn khảo sát địa chất.

2. Sử dụng thí nghiệm CPTu kết hợp hệ số Ny cục bộ để ước lượng Su khi không thể thực hiện VST, đặc biệt trong các khu vực có địa tầng phức tạp hoặc khó tiếp cận. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn khảo sát bổ sung hoặc kiểm tra.

3. Hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm Su theo chỉ số dẻo PI và hệ số OCR theo mô hình SHANSEP, nhằm nâng cao độ chính xác trong thiết kế và tính toán ổn định nền móng. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và chuyên gia địa kỹ thuật.

4. Xây dựng cơ sở dữ liệu Su và các thông số thí nghiệm hiện trường tại các khu vực phía Nam, phục vụ cho việc tham khảo và áp dụng trong các dự án tương lai. Thời gian thực hiện: dài hạn, phối hợp giữa các viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế công trình ngầm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và mô hình tương quan giúp lựa chọn phương pháp thí nghiệm và hiệu chỉnh thông số Su phù hợp với điều kiện địa chất thực tế.

2. Các nhà quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ về đặc tính đất nền và các phương pháp thí nghiệm hiện trường giúp quản lý rủi ro, lập kế hoạch khảo sát và kiểm soát chất lượng thi công.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình ngầm: Tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết, phương pháp thí nghiệm và phân tích số liệu trong lĩnh vực địa kỹ thuật.

4. Các tổ chức nghiên cứu và tư vấn địa kỹ thuật: Cơ sở dữ liệu và mô hình tương quan được xây dựng giúp phát triển các tiêu chuẩn, quy trình khảo sát và thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xác định sức chống cắt không thoát nước Su trong xây dựng công trình ngầm?
   Su là thông số quan trọng để đánh giá khả năng chịu tải và ổn định của đất nền, đặc biệt trong điều kiện đất sét mềm bão hòa nước, giúp thiết kế móng và các biện pháp gia cố phù hợp.

2. Phương pháp thí nghiệm cắt cánh (VST) có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   VST đo Su trực tiếp tại hiện trường, phản ánh đúng trạng thái ứng suất tự nhiên, ít bị ảnh hưởng bởi xáo động mẫu và tốc độ biến dạng, cho kết quả tin cậy và nhanh chóng.

3. Làm thế nào để ước lượng Su khi không thể thực hiện thí nghiệm cắt cánh?
   Có thể sử dụng thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu kết hợp hệ số Ny cục bộ để chuyển đổi sức kháng mũi qc sang Su, hoặc sử dụng các mô hình tương quan với chỉ số dẻo PI và OCR.

4. Ảnh hưởng của chỉ số dẻo PI đến Su như thế nào?
   PI phản ánh tính dẻo của đất, Su thường tăng theo PI do đất có độ kết dính và khả năng chịu lực cao hơn khi PI lớn, giúp ước lượng Su từ các đặc trưng vật lý cơ bản.

5. Tại sao cần hiệu chỉnh Su theo trạng thái ứng suất và OCR?
   Su phụ thuộc vào lịch sử ứng suất của đất (OCR) và trạng thái ứng suất hiện tại, hiệu chỉnh giúp phản ánh chính xác hơn điều kiện thực tế, tránh sai số trong thiết kế và thi công.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công các mô hình tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước Su từ thí nghiệm cắt cánh với các thí nghiệm hiện trường khác như CPTu và PMT trên đất sét mềm bão hòa nước tại khu vực phía Nam Việt Nam.
• Kết quả cho thấy Su phụ thuộc rõ rệt vào chỉ số dẻo PI, hệ số quá cố kết OCR và trạng thái ứng suất theo độ sâu, phù hợp với các lý thuyết SHANSEP và các nghiên cứu quốc tế.
• Phương pháp thí nghiệm cắt cánh được khuyến nghị làm chuẩn để xác định Su, trong khi CPTu và PMT là các phương pháp bổ sung hiệu quả khi điều kiện hiện trường hạn chế.
• Các mô hình tương quan và hệ số hiệu chỉnh được đề xuất giúp nâng cao độ chính xác trong thiết kế và thi công công trình ngầm trên nền đất yếu.
• Đề xuất xây dựng cơ sở dữ liệu Su và các thông số địa kỹ thuật hiện trường tại các khu vực phía Nam nhằm phục vụ nghiên cứu và ứng dụng lâu dài.

Các kỹ sư và nhà nghiên cứu nên áp dụng các mô hình và phương pháp hiệu chỉnh này trong khảo sát và thiết kế công trình, đồng thời tiếp tục thu thập dữ liệu để hoàn thiện cơ sở dữ liệu địa kỹ thuật khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIEN Sức chống cat không thoát nước (Su) là một trong những đặc trưng độ bên quan trọng sử dụng để tính toán khả năng chịu tải của đất nên, đặc biệt khi công trình vừa được xây dựng xong. Sức chống cắt không thoát nước của sét mém bão nước thường được sử dụng trong tính toán 6n định nên dat yếu dưới công trình dap. Sức chống cắt không thoát nước được xác định băng nhiêu thí nghiệm khác nhau và kết quả thu nhận được cũng khác nhau trong một loại đất.

Trong đa số các trường hợp, sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh được xem là hợp lý nhất do được xác định trong điều kiện thế năm tự nhiên. Việc xây dựng các quan hệ với các kết quả thí nghiệm hiện trường khác có ý nghĩa thực tiễn cao. Điều này giúp phân tích đánh giá đặc điểm phân bố sức chống cắt không thoát nước và chọn lựa phục vụ tính toán hợp lý. Ngoài ra, trên cơ sở các quan hệ thiết lập, có thể ước lượng giá trị sức chống cắt không thoát nước trong một số trường hợp cân thiết.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn cho luận văn là thí nghiệm, phân tích và xây dựng các tương quan thông qua việc thống kê. Dé xây dựng các tương quan về sức chống cat không thoát nước của sét mềm với các thí nghiệm, bao gồm: - Thí nghiệm cat cánh (Vane Shear Test VST). - Thi nghiệm xuyên tinh (Cone Penetration Test CPT) và xuyên tĩnh điện có do ap lực nước lỗ rỗng u (Piezocone Test CPTu). - Thinghiém nén ngang (Pressuremeter Test).

MUC DICH VA NHIEM VU Ngoài việc khoan, lay mẫu dat cho thi nghiệm trong phòng, các đặc trưng cơ lý của đất nền cũng có thé được xác định băng thí nghiệm hiện trường. Day cũng là xu hướng phổ biến hiện nay vi thí nghiệm hiện trường cho số liệu tin cậy hon, với thiết bị kỹ thuật có độ tin cậy cao và thí nghiệm được thực hiện trực tiếp trong nền đất với điều kiện trạng thái ứng suất trong thế năm tự nhiên. Những số liệu thí nghiệm dat ở hiện trường cho phép so sánh, kiểm tra tính hợp lý, sự đúng đắn của kết qua khoan, lây mẫu thí nghiệm trong phòng. Trong một số trường hợp, nhất là khi gặp các lớp đất yếu, ngoài khả năng dễ bị xáo động thì trạng thái ứng suất trong điều kiện thí nghiệm trong phòng có thé khác với điều kiện thé nam tự nhiên, nên kết quả thí nghiệm trong phòng có thê khác biệt và chưa hợp lý.

Trong thực tế, sức chống cắt không thoát nước Su phụ thuộc đáng kể vào độ chặt của đất nên phụ thuộc độ sâu và trạng thải ứng suất. Trên cơ sở tong hop cac số liệu thi nghiệm thực té, chúng tôi tiến hành thiết lập các quan hệ giữa sức chống cat không thoát nước với các kết quả thí nghiệm hiện trường khác. Ngoài các quan hệ xây dựng, dự kiến tiến hành phân tích các quan hệ này theo trạng thái ứng suất thực tế, tức là theo độ sâu phân bó. CHUONG 1 TONG QUAN VE CAC KET QUA NGHIEN CUU TUONG QUAN CUA SUC CHONG CAT KHONG THOAT NUOC CUA DAT LOAI SET 1.

Quan hệ S, theo chi số dẻo PI và ứng suất do trong lượng ban than đối với sét cỗ kết thường Thí nghiệm nén ba trục theo sơ đô không cố kết, không thoát nước (UU) và thi nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) với hệ số hiệu chỉnh thích hợp là cách tốt nhất để xác định sức chống cắt không thoát nước của đất sét, sử dụng dé phân tích ổn định nên công trình. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, những thí nghiệm như vậy không được thực hiện khi cần đánh giá sơ bộ sức chống cắt không thoát nước trước khi tiến hành dự án. Vì vậy, việc thiết lập tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước với các chỉ tiêu vật lý cơ bản như độ 4m W, giới hạn chảy LL, chỉ số dẻo PI. là có ích và can thiết.

Nhiều tương quan như vậy đã được nghiên cứu và kiến nghị như trong các bài viết của Bjerrum (1972), Azzouz và các đồng nghiệp (1983), Duncan và các đồng nghiệp (1989), Kulhawy va Mayne (1990), Morris va Williams (1994). Trong tat cả các tương quan đó, các tac giả đều quan niệm dat nền bão hòa, tức là xem ( ~ 0 và sức chống cắt được biểu thi băng lực dính không thoát nước cụ. Trong nhiều năm, người ta nhận thay rang sức chong cắt không thoát nước của sét có kết thường (NC) bão hòa nước tăng tuyến tính theo độ sâu (hình 1.1) va theo ứng suất nén hữu hiệu (theo Skempton, 1948). \ Sức chống cắt không \ thoát nước Su Vùng cố kết thường Độ sau Hình 1.1 - Điển thiên sức chống cắt không thoát nước theo độ sâu của sét cô kết thường (NC) Sự tăng độ bền chống cắt S, theo ứng suất đứng hữu hiệu (o') được biểu thi băng > tỷkẻ sôA l$-] S.

Tỷkẻ sôA này` cóa thêA được xem là` cơ sở2 hữu G ich déA đặc ~. 4 _ trưng cho sức Lá VO chống cắt không thoát nước của đất sét. Nhiều tương quan giữa ty số | Su và chỉ số déo PI cho sét cố kết thường được là VO đưa ra. Đầu tiên là của Skempton (1948) theo biểu thức sau: 5 Cc 0 =~ =(,11+0,0037(PI) LÀ (1.1) So p 09 T T TTM T T T T + Gosport Skempton (1948a Grangemouth Skempton (19486) 08 Fens ° k © Koping Kjeliman (Prly.

Newland & Allely (1952) 07 © Horten Hansen (1950) ® Shellhaven Skempton & Henkel (1953) s @ Tilbury " k ° 56 oF 0 a ( ee ¥ “ ^ Z 0$ rammen ® Manglerud. lerrum ( ) " eal ie 04 =e} sš Ts c/p=0.0037 (PL) Pa ® c = Sức chống cắt tại độ sâu có áp lực bản thân hữu hiệu 02 eee bằng với áp lực p 0 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 l0 lÐ CHỈ SO DEO PI Hình 1.2 - Quan hệ giữa ty số l#] và chỉ số déo theo Skempton ,{ § ; vo Sau đó, Bjerrum (1972) đưa ra dé nghị rang sức chống cắt không thoát nước S, nên xác định từ kết quả thí nghiệm cat cánh hiện trường được hiệu chỉnh theo hệ số LL: Su(design) = H-Sucfield) (1.2) Hệ số hiệu chỉnh p được xác định bang biểu thức: = 1,7 — 0,54.3) Ở đây: PI - chỉ số dẻo. Q Ô | Milligan (1972) O @ | Bjermm (1972) ° Ladd & l'oott (1974) © Flaate & Preber (1974) 9 Laltochelle et al. (1974) 3Ị avered & V2aried Clays chHisuỉệnôw L0|.

be bi The .GB40)aiụLAG 0m9) ha Đường cong giả định 5 og theo Bjerrum’s (1972) | 1] ee ee OL” A nwo Dison SO n.4 —Ì - : 0 60 80 100 120 CHÍ SO DEO PI (%) Hình 1.3 - Hé số hiệu chỉnh cho cốt cánh hiện trường theo chỉ số đẻo được rút ra từ các hiện tượng phá hủy nên đắp (Ladd, 1975) Gan đây, một tương quan hoàn chỉnh hơn được đưa ra bởi Terzaghi, Peck và Mersi (1996) (hình 1. LJ - Dựa vào đường cong = Bjerrum 24L ° ° ° 8 7 Ss 5 2 oP ° we ð— aN ° @ S oso > ă 4 > B ° SF 4 o—o w ° 00 90 So ° œ oP = 20 00 “ ù ® azE &° sẽ c5So° : gee Se 82 0 — fe] - 0 L Ì | 1 L L k | L 0 20 40 60 80 100 Tp (%) Hình 1.4 - Quan hệ giữa tỷ số Su va chi s6 déo I, theo Terzaghi, Peck va vo Mersi, 1996 Một so dé xuât khác về hệ sô hiệu chỉnh uw được đưa ra, như của Azzouz và các đông nghiệp (1983), của Morris va Williams (1994): w= 1.5) Với: LL - gidi hạn nhão. Quan niệm của tỷ số (S. cho sét cố kết thường (NC) cũng được mở rộng G VO thêm va phù hợp cho sét quá cố kết (OC) như nghiên cứu dưới đây theo SHANSEP.

Nghiên cứu sức chống cắt không thoát nước theo SHANSEP Nhóm chữ SHANSEP được viết tắt từ “Stress History And Normalized Soil Engineering Properties” do Ladd va Foott (1974) đưa ra. Phương pháp này được phát triển ở viện MIT vào thập niên 1960 nhằm đưa ra phương pháp hợp lý và đáng tin cậy hơn để xác định sức chống cat không thoát nước S„ (và những thông số quan hệ giữa ứng suất và bién dạng) có kế đến ảnh hưởng do mẫu bị xáo trộn, mẫu có tính bat đắng hướng và làm giảm bớt ảnh hưởng do tốc độ biến dạng. Dựa trên những quan sát được từ thí nghiệm hiện trường và trong phòng, nhóm nghiên cứu nhận thay rằng ứng xử giữa cường độ sức chống cat không thoát nước được chuẩn hoá với ứng suất và bién dạng của hau hết các loại dat sét thông thường đều bị chỉ phối bởi lịch sử ứng suất của chúng (thé hiện qua ty số quá cố kết OCR). Từ đó, phương trình tương quan sau được thiết lập cho loại sét quá cô kết được đề nghị: Su —S(OCR)” l¿ (1.6) VO Trong đó: S - hệ số chuân hoá sức chống cắt không thoát nước cho trạng thái cố kết thường (OCR=1), S = Su | VO OCR¬l ! z A LẠ on aN Ø.„ - ung suât có hiệu ban dau (sup.Z) VỊ m - hệ số xác định từ độ dốc của đường quan hệ log(OCR) và la Su | G VO í la z Pa G OCR - hệ sô qua cô kêt, OCR = + Oo O đây: ø,, - áp lực tiên cô kêt hay ứng suat cô kết trước.

Phương trình trên có thé được viết lại cho sức chống cắt không thoát nước S, của sét quá cô kêt: S (È (OCR)"o" (1.7) VO với: o” - ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại hiện trường. ` „L2 o8 z if OcR*4 06 F SN we 04 byoul cas? ee : idea ek ee => vã & o2 } ¬——— See /^a Quan hệ thông thường giữa ứng suất và biến dang lạ) | 1 i ma’ Ò 5 lOQ IS 20 25 SHEAR STRAIN, » % Lo ' T T T 7 T (b) Quan hệ thông thường 2 giữa 5u va OCR ¬ Ovn= 4 đến 8kG/cm? o8 & 0.2¢ range from 9 tests b i r 1 3 L l OCR * Sum/ Bye Hình 1.5 - Quan hệ ty số l#] theo OCR (theo Ladd và Foott, 1974) Øvo Trình tự xác định các thông số theo SHANSEP: Mục đích của phương pháp SHANSEP là tìm qui luật thay đổi của S, theo độ sâu của nên đất đối với trạng thái ban đầu của đất (trường hợp UU) và qui luật của nó theo ứng suất cố kết (cho trường hop CU): S„= flo", ).