Phát Triển Giao Thức Đánh Giá Tính Chất Đất Không Bão Hòa Trong Nghiên Cứu Tiến Sĩ

• Tác giả: Natalia Perez
• Trường học: Arizona State University
• Chuyên ngành: Geotechnical Engineering
• Đề tài: Development of a Protocol for the Assessment of Unsaturated Soil Properties
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Tempe

• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTIƠN
• 2. CHAPTER 2: HIERARCHICAL APPROACH TO UNSATURATED SOIL
• 2.1. Unsaturated soil property functions
• 2.2. Assessment of unsaturated soil property functions
• 2.3. Level con
• 3. CHAPTER 3: SHEAR STRENGTH AND VOLUME CHANGE OF UNSATURATED
• 3.1. Shear strength equations for saturated and unsaturated soils
• 3.2. Models for the shear strength prediction
• 3.3. Models for the shear strength prediction using SWCC
• 3.4. Shear strength prediction based on empirical models
• 3.5. Historical review on the volume change measurements and negative pore water pressure on unsaturated soils
• 4. CHAPTER 4: EXPERIMENTAL PROGRAM, EQUIPMENT AND PROCEDURES
• 4.1. Soil water characteristic curve testing
• 4.1.1. Pressure plate apparatus
• 4.1.2. Temperature testing
• 4.1.3. Testing of the specimen
• 4.2. Traditional systems
• 4.2.1. Pore water control measurement
• 4.2.2. Pore air control measurement
• 4.2.3. De-airing the high air entry stone
• 4.2.4. Compaction of the specimen
• 4.2.5. Setting up the sample in the system
• 4.3. Shearing of specimen
• 4.4. Advanced triaxial systems
• 4.4.1. Triaxial system and modifications
• 4.4.2. Modified triaxial cell
• 4.4.3. Total volume change corrections
• 4.4.4. Pore-water control system
• 4.4.5. Pore air control system
• 4.4.6. Volume change measurement system
• 4.4.7. Electronic software and hardware
• 4.5. Testing procedure for advanced triaxial systems
• 4.5.1. Preparation of specimen for saturated and unsaturated
• 4.5.2. De-airing of the system and saturation of the high air entry ceramic
• 4.5.3. Compaction of specimen outside of the triaxial
• 4.6. Suction control testing specimen
• 4.6.1. Pre-equilibrated sample or suction adjustment
• 4.6.2. Specimen compacted at a desired water content which corresponds to a desired matric suction value
• 4.7. Assembling and filling the pressure cell
• 4.8. Isotropic consolidation state
• 4.8.1. Specimens tested under suction control
• 4.8.2. Pre-equilibrated specimens
• 4.8.3. Specimen compacted at a desired water content which corresponds to a desired matric suction value
• 4.9. Reliability of the results
• 5. CHAPTER 5: DESCRIPTION OF TEST SOILS
• 5.1. Index properties
• 6. CHAPTER 6: SOIL WATER CHARACTERISTIC CURVE TESTING
• 6.1. Introduction
• 6.2. Initial observations when performing SWCC testing
• 6.2.1. Evaluation of moisture content losses during direct water content determination and impact on degree of saturation
• 6.2.2. Evaluation of leaks from the SWCC system
• 6.2.3. Temperature control during SWCC testing
• 6.2.4. Recommendation for correction to SWCC
• 6.3. Other important aspects for determination of soil water characteristic curves
• 6.3.1. Correction of the soil water characteristic curve for 100% saturation
• 6.3.2. Measurement of matric suction at very low values
• 6.3.3. Importance of matching ceramic stone to suction range/soil type
• 6.3.4. Diffused air through the high air entry ceramic stones during SWCC
• 6.3.5. Effect of overburden pressure on the SWCC
• 6.3.6. Shrinkage during suction application
• 6.3.7. Effect of contact between the specimen and ceramic stone
• 6.3.8. Final soil water characteristics
• 6.3.9. Correlation of air entry value with basic soil properties
• 7. CHAPTER 7: TRIAXIAL TESTING, SATURATED AND UNSATURATED SHEAR
• 7.1. Sensitivity of the $° at low matric suction
• 7.2. Unsaturated shear strength (Traditional triaxial system) - ASU east soil
• 7.3. Unsaturated shear strength (Advanced triaxial system) - ASU east soil
• 7.4. Price Club soil (CL-ML)
• 7.5. Sheely soil results
• 7.5.1. Unsaturated testing
• 7.5.2. Volume change measurements
• 7.5.2.1. Calibration of the double walled cell
• 7.5.2.2. Volume change measurements for ASU east soil (SM)
• 7.5.2.3. Price Club soil - Volume change measurements
• 7.5.2.4. Sheely soil - Volume change measurements
• 7.5.2.5. Comparison of suction control procedure, pre-equilibrated procedure and specimen compacted at a desired water content/suction value
• 8. CHAPTER 8: MODEL FOR THE PREDICTION OF ð? VALUE
• 8.1. Hyperbolic fit to the ©” versus (Wg-Uw) curves
• 8.2. Published literature on shear strength for unsaturated soils
• 8.3. Data from literature and placed into hyperbolic
• 9. CHAPTER 9: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 9.1. Conclusions with respect to soil water characteristic curve testing
• 9.2. Unsaturated triaxial testing conclusions
• APPENDIX A: OPERATING PROCEDURES FOR THE ADVANCED TRIAXIAL SYSTEMS

I. Giao thức đánh giá tính chất đất không bão hòa

Luận án tiến sĩ của Natalia Perez tập trung vào phát triển giao thức đánh giá các tính chất đất không bão hòa, đặc biệt là sức chống cắt và biến đổi thể tích. Nghiên cứu sử dụng phương pháp dịch chuyển trục và thiết bị tiên tiến để xác định chính xác biến đổi thể tích trong quá trình cắt mẫu. Các thử nghiệm được thực hiện trên nhiều loại đất với áp lực bình thường từ 250 kPa và áp lực hút từ 700 kPa, góp phần mở rộng cơ sở dữ liệu về tính chất đất không bão hòa. Phương trình Mohr-Coulomb mở rộng được sử dụng để phân tích dữ liệu, cùng với mối quan hệ giữa các thông số đường cong hyperbol và chỉ số đất.

1.1. Phương pháp đánh giá sức chống cắt

Nghiên cứu đề xuất sử dụng phương trình Mohr-Coulomb mở rộng để đánh giá sức chống cắt của đất không bão hòa. Các thử nghiệm được thực hiện trên các mẫu đất với áp lực hút khác nhau, cho thấy mối quan hệ rõ ràng giữa sức chống cắt và áp lực hút. Kết quả cho thấy, khi áp lực hút tăng, sức chống cắt của đất cũng tăng theo, phù hợp với các nghiên cứu trước đây.

1.2. Đánh giá biến đổi thể tích

Biến đổi thể tích của đất không bão hòa được đánh giá thông qua các thử nghiệm với áp lực hút và áp lực bình thường khác nhau. Kết quả cho thấy, đất có xu hướng biến đổi thể tích lớn hơn khi áp lực hút tăng. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các công trình địa kỹ thuật, nơi biến đổi thể tích có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình.

II. Phát triển thiết bị và phương pháp mới

Luận án cũng giới thiệu một thiết bị oedometer mới để xác định đường cong đặc tính nước-đất (SWCC). Thiết bị này cho phép áp dụng áp lực đè lên mẫu, đo lường biến đổi thể tích do thay đổi áp lực hút và áp lực đè, đồng thời xác định SWCC. Các khuyến nghị về thực hành tốt nhất khi sử dụng thiết bị này cũng được đưa ra, bao gồm kiểm soát nhiệt độ và nghiên cứu các nguồn tiềm ẩn ảnh hưởng đến việc xác định hàm lượng nước trong SWCC.

2.1. Thiết bị oedometer mới

Thiết bị oedometer mới được thiết kế để đo lường chính xác biến đổi thể tích của mẫu đất dưới tác động của áp lực hút và áp lực đè. Thiết bị này cũng cho phép xác định SWCC một cách hiệu quả, giúp cải thiện độ chính xác trong việc đánh giá các tính chất đất không bão hòa.

2.2. Khuyến nghị thực hành

Các khuyến nghị về thực hành tốt nhất khi sử dụng thiết bị oedometer mới bao gồm kiểm soát nhiệt độ, nghiên cứu các nguồn tiềm ẩn ảnh hưởng đến việc xác định hàm lượng nước, và đảm bảo độ chính xác của các phép đo. Những khuyến nghị này giúp tối ưu hóa quy trình đánh giá tính chất đất không bão hòa.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị nghiên cứu

Nghiên cứu của Natalia Perez có giá trị thực tiễn cao trong lĩnh vực địa kỹ thuật, đặc biệt là trong việc thiết kế và đánh giá độ ổn định của các công trình xây dựng trên đất không bão hòa. Các phương pháp và thiết bị được phát triển trong luận án giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong việc đánh giá các tính chất đất, từ đó hỗ trợ các kỹ sư trong việc đưa ra các quyết định thiết kế chính xác hơn.

3.1. Ứng dụng trong thiết kế công trình

Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thiết kế các công trình địa kỹ thuật như đê, đường cao tốc, và các công trình khác xây dựng trên đất không bão hòa. Việc hiểu rõ các tính chất đất giúp đảm bảo độ ổn định và an toàn của công trình.

3.2. Giá trị nghiên cứu

Luận án đóng góp quan trọng vào cơ sở dữ liệu về tính chất đất không bão hòa, cung cấp các phương pháp và thiết bị mới để đánh giá chính xác các tính chất này. Nghiên cứu cũng mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực địa kỹ thuật, đặc biệt là trong việc phát triển các mô hình dự đoán tính chất đất dựa trên các chỉ số đất dễ xác định.