Phân tích một số đặc trưng biến dạng của đất

Thông báo Khoa học và Công nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 14 PHÂN TÍCH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT Ths. Võ Thanh Toàn Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt Nền móng là một trong các yếu tố quan trọng nhất đảm bảo ổn định công trình xây dựng, do đó việc lựa chọn giải pháp, tính toán, thiết kế, xử lý sự cố công trình cần được nghiên cứu kỹ. Do vậy, khi mà đâu đó còn xảy ra sự cố về lún nhà, nứt đường, trượt lở má

pdf9 trang | Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 457 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Phân tích một số đặc trưng biến dạng của đất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ái dốc, sập cầu thì khơng những kiến thức và kỹ năng Địa Kỹ thuật cĩ vấn đề mà trách nhiệm Địa Kỹ thuật cũng khơng thể xem nhẹ. Để hạn chế những nguy hại cĩ thể xảy ra cho cơng trình xây dựng, cần đào tạo, trang bị đồng bộ và thống nhất các tiêu chuẩn – quy phạm và tài liệu kỹ thuật chuyên mơn cao, sao cho ngang tầm với khu vực và quốc tế trong tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế. Việc ước lượng độ lún và biến dạng của nền mĩng cơng trình là vấn đề hết sức quan trọng đối với người kỹ sư. Vì vậy, trong giai đoạn khảo sát thiết kế cơng trình, cơng tác khảo sát, phân tích các đặc trưng biến dạng của đất và ý nghĩa của chúng là một trog những cơng tác hết sức quan trọng và cần thiết. Từ khĩa Tính biến dạng, cố kết 1. Mở đầu Vì đất là vật thể cĩ lỗ rỗng, khơng liên tục gồm các hạt rắn và các lỗ rỗng thơng nhau. Các hạt rắn dạng hạt (khống đá) như: sỏi, sạn, cát và một phần hạt bột khơng giữ nước trên bề mặt, trong khi đĩ các hạt dạng bảng, dạng kim (khống sét) lưu giữ nước trên bề mặt hạt, nhờ lực hút tĩnh điện, hình thành các màng nước liên kết (vỏ nước). Đất cĩ thể bão hịa nước (thể tích lỗ rỗng chứa đầy nước) hoặc khơng bão hịa (đất ít ẩm hoặc ẩm). Các hạt đất hình thành các kết cấu dạng hạt (chặt hoặc rời) cho đất hạt thơ (sỏi, sạn, cát), dạng tổ ong, dạng bơng cho đất hạt mịn (bột, sét). Do đĩ, khung hạt đất khi chịu tải do trọng lượng bản thân hoặc tải ngồi sẽ bị biến dạng, được gọi là biến dạng của đất. Biến dạng của đất nền tùy thuộc loại khống, loại hạt, loại kết cấu hạt, lịch sử hình thành, lịch sử chịu tải thơng qua các đặc trưng vật lý như: độ rỗng, tỷ trọng đất Biến dạng của đất gồm hai thành phần: Biến dạng khung hạt thường ứng với tải nhỏ và khi dỡ tải hình dạng khung hạt cĩ thể phục hồi hình dạng ban đầu  biến dạng đàn hồi. Khung hạt được sắp xếp lại (thay đổi liên kết khung kết cấu) làm giảm thể tích phần rỗng  biến dạng dẻo. Lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất cũng như tính chất của loại nước trong đất cũng ảnh hưởng rất lớn lên sức chịu tải của kết cấu khung hạt và đặc tính biến dạng của đất. Biến dạng của nền dưới tác động của tải trọng ngồi cĩ thể xảy ra theo cả 3 phương, nhưng thơng thường chúng ta quan tâm biến dạng theo phương đứng. Tính biến dạng nén thể tích đất theo phương đứng được gọi là tính nén lún của đất, được xác định bằng khả năng giảm KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 15 thể tích lỗ rỗng trong một đơn vị thể tích đất dưới tải trọng ngồi. Trong trường hợp xác định, chính sự giảm thể tích lỗ rỗng liên quan tới khả năng làm chặt hơn các hạt trong đất. Quá trình này kéo theo sự dịch chuyển tất yếu của các hạt đất 2. Tính biến dạng của đất Thực chất tính biến dạng của đất là sự giảm thể tích lỗ rỗng hay sự dịch chuyển và sắp xếp lại các hạt đất dưới tác dụng của tải trọng ngồi, đồng thời chúng trở nên gần nhau hơn, chặt chẽ hơn. Do đĩ, đơi khi người ta cịn gọi biến dạng này là biến dạng thể tích. Thật vậy, đất càng chặt hay càng bền sẽ bị biến dạng càng ít, ngược lại đất càng yếu và xốp càng bị biến dạng nhiều khi chúng chịu tác dụng của tải trọng ngồi như nhau. Để dự đốn tính biến dạng do nén chặt đất dưới tác dụng của tải trọng ngồi, ngồi các trị số ứng suất gây biến dạng, cần phải phân tích thêm một số chỉ tiêu đặc trưng cho tính nén lún của đất như: Quan hệ giữa hệ số rỗng (e) với tải trọng ngồi (P): e=f(P); Hệ số nén lún a; Hệ số biến đổi thể tích mv; Chỉ số nén Cc; Chỉ số nở Cs; Hệ số cố kết Cv; Áp lực tiền cố kết pc; Module tổng biến dạng của đất E0; Module biến dạng khơng thốt nước của đất Eu; Hệ số Poisson của đất . 3. Phân tích một số đặc trưng biến dạng của đất Khi cĩ những lớp đất trải dài chịu tác động của những tải thẳng đứng, rộng khắp, lớp đất bị nén theo phương trục z. Để mơ phỏng trạng thái đất trên, người ta nén đất trong một dụng cụ cĩ tên là máy nén khơng nở hơng hoặc máy nén cố kết như hình 1. Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm nén cố kết bằng thiết bị nén khơng nở hơng Thí nghiệm nén cố kết nhằm mục đích nghiên cứu quá trình cố kết theo lý thuyết Terzaghi. Thí nghiệm xác định độ lún do quá trình thốt nước lỗ rỗng trong một mẫu đất dưới tải trọng thẳng đứng. 3.1. Thiết bị thí nghiệm Mẫu đất được lấy vào trong một dao vịng bằng thép khơng rỉ, cứng, cĩ đường kính khoảng 70mm, chiều cao khoảng 20mm. Dao vịng chứa mẫu đất được đặt trong một hộp nén với hai tấm đá thấm ốp phía trên và dưới. Mẫu đất được bão hịa hồn tồn trong quá trình thí nghiệm trong điều kiện ngập nước. 3.2. Chuẩn bị mẫu Cắt một khúc đất, trong hộp mẫu nguyên dạng lấy ra trong hộp tơn hoặc nhựa, rồi dùng dao vịng nén ấn từ từ cắt vào trong mẫu. Vừa ấn, vừa gọt xung quanh cho đến khi mẫu đất lọt vào dao vịng. Cơng việc cần thực hiện nhẹ nhàng, cẩn thận sao cho khơng làm xáo động mẫu. Dùng con dao sắc cắt phẳng đất ở hai mặt dao vịng. Dao vịng và lõi đất được cho vào hộp nén và lắp đặt vào vị trí trong máy nén. Lắp đặt và hiệu chỉnh đồng hồ đo độ lún về vị trí 0. 3.3. Tiến hành thí nghiệm Khi hộp mẫu đã được lắp đặt vào trong vị trí, ta tiến hành chất tải bằng các quả cân vào hệ thống cánh tay địn ứng với cấp áp lực đầu tiên dự kiến. Hộp cho ngập nước, đồng hồ bấm giây được khởi động và bắt đầu đọc chuyển vị lún theo khoảng thời gian cho đến khi ổn định lún. Chọn cấp áp lực thí nghiệm, trọng lượng các quả cân được lựa chọn sao cho đạt được các cấp áp lực tăng dần như sau: P= 0.125 – 0.5 – 1 – 2 – 4 – 8 – 16 – 32 (kG/cm2). Chọn sơ đồ thời gian đo, ứng với mỗi cấp tải trọng, các số đọc của đồng hồ đo chuyển vị sẽ được ghi nhận ứng với các thời điểm như sau: t= 6’’ – 15’’ – 30’’ – 45’’ – 1’ – 2’ – 4’ – 8’ – 15’ – 30’ – 1h – 2h – 3h – 5h – 8h – 24h Đọc các số đo tiếp tục cho đến khi mẫu cố kết hồn tồn dưới một cấp áp lực, thường là 24h hay 48h. Sau đĩ gia tải cấp tải trọng tiếp theo. Số lượng và giá trị Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 16 của các cấp tải trọng sẽ phụ thuộc vào loại đất và phạm vi của ứng suất dự kiến ở hiện trường. Sau khi gia tải đến cấp tải trọng cuối cùng, sau khi quá trình cố kết hồn tồn đạt được thì tiến hành dỡ tải theo một hay vài giai đoạn. 4. Các thơng số thu nhận được từ thí nghiệm nén cố kết 4.1. Quan hệ giữa hệ số rỗng e và tải trọng ngồi P Khi dưới tác dụng của tải trọng nén một trục khơng nở hơng tự do thì biến dạng thể tích tương đối bằng biến dạng dọc tương đối: 00 h h V V    (1) Trong đĩ : V0, h0: thể tích, chiều cao ban đầu của mẫu tương ứng. V, h: trị số giảm thể tích và chiều cao tương ứng của mẫu đất. P>0 V= Vo-Vp Vp = Vs (1 +e p) Khí Nước Hạt Đất P=0 Khí Nước Hạt Đất Vv = eo Vs Vs Vo = Vs (1 +e o) Vs Vv p Hình 2. Sơ đồ mẫu đất thí nghiệm nén cố kết Từ phương trình (1), ta cĩ: 0 p0 0 0 0 V VV h V Vhh     (2) Ở đây: 0 0 0; .vs V v s s VV V V e V V e V       0 01sV V e  Tương tự ta cĩ :  1p s pV V e  Thay V0 và Vp vào (2), ta nhận được: 0 0 0 (1 ) (1 ) (1 ) s s p s V e V e h h V e       0 p0 0 e1 ee hhS    (3) Thật vậy, dưới tải trọng nén bên ngồi là p1 sẽ cho ta hệ số rỗng của đất sau khi nén là e1, với p2 cho ta e2. Từ các kết quả thu được, ta cĩ đồ thị quan hệ e= f(p) như hình 3 sau đây: 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122 23242526272829303132 Ứng suất nén s (kG/cm2) hệ s ố rỗ ng e Hình 3. Đường cong nén lún e= f(p) Hệ số nén lún a. Đặc trưng nén lún của đất cĩ thể thể hiện thơng qua độ dốc của đường thẳng đi qua hai điểm cĩ giá trị ứng suất khác nhau. Độ dốc của đường này chính là hệ số nén. Hệ số nén a về trị số bằng tan của gĩc nghiêng với trục ngang của đường cong nén lún trong khoảng áp lực đã cho. p etga    12 21 pp eea    (4) Module tổng biến dạng E0, module khơng thốt nước Eu, hệ số Poisson  và hệ số nén tương đối mv (a0). 2 0 01 0 1 2(1 ) 1 1v am a e E E           (5) Hay: 10 1+eE = β a (6) Ở đây: 221 1       ; với ν là hệ số Poisson. Như chúng ta đã biết, trong mơi trường đất hiện tượng biến dạng khơng chỉ diễn ra tức thời mà cịn diễn ra theo Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 17 thời gian (hay cịn gọi là quá trình cố kết). Do đĩ, trong phân tích biến dạng sử dụng module đàn hồi cần phân biệt chúng ở hai trạng thái: Module đàn hồi khơng thốt nước (Eu): khi áp dụng cần kết hợp với hệ số Poisson khơng thốt nước (u). Module này biểu hiện là tỷ số giữa ứng suất và biến dạng của đất, sao cho thời gian gia tải tức thì để nước trong đất khơng thể thốt ra ngồi, nghĩa là hiện tượng cố kết khơng xảy ra. Module đàn hồi thốt nước (E0): khi áp dụng thơng số này cần kết hợp với hệ số Poisson ở trạng thái thốt nước (). Module này được sử dụng trong phân tích lún của nền mĩng khi tải trọng tác dụng diễn ra trong thời gian đủ dài để nước trong lỗ rỗng của khối đất cĩ thể thốt ra hết (nghĩa là quá trình cố kết đã hồn tất). Absi đã chứng minh biểu thức quan hệ giữa hai loại module nêu trên theo biểu thức sau, khi đất được giả thiết là đàn hồi.    1 E 1 E 0 u u (7) Hình 4. Đường biểu diễn ứng suất biến dạng tương đối ở các trạng thái Chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs, hệ số nén lún av. Vẽ lại quan hệ giữa hệ số rỗng e và ứng suất nén  (hay p) trên đồ thị bán logarit như trong hình 5. 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 0.1 1.0 10.0 Ứng suất nén s (kG/cm2) H ệ số r ỗn g e Pc Cc Cs Hình 5. Đường cong e-logp của thí nghiệm nén cố kết Trường hợp sử dụng biểu đồ e-logp, chỉ số Cc được xác định theo cơng thức: 12 21 c plogplog eeC    (8) Cc chính là độ dốc của đường nén nguyên thủy, bao gồm cả đặc tính đàn hồi và dẻo của đất nền. Với đất cố kết bình thường thì độ lún càng tăng khi trị số Cc càng lớn. Các khoảng giá trị sau được dùng để đánh giá cho mức độ nén lún của đất nền. + Cc< 0.02  Đất hầu như khơng nén lún. + 0.02<Cc< 0.05  Đất nén lún rất ít. + 0.05<Cc< 0.1  Đất nén rất ít. + 0.1<Cc< 0.2  Đất nén lún trung bình. + 0.2<Cc< 0.3  Đất nén lún khá mạnh. + 0.3<Cc< 0.5  Đất nén lún mạnh. + Cc> 0.5  Đất nén lún rất mạnh. Chỉ số nở Cs (chỉ số nén lại) được xác định ở phần đường cong dỡ tải và được xác định theo cơng thức: 21 12 s plogplog eeC    (9) Hệ số nén av trong trường hợp này được xác định theo cơng thức: TB c v C435.0a   (10) TB : ứng suất trung bình của hai cấp tải trọng. Cơng thức tính lún theo quan hệ e- logp: 1 2 1 c p plogh e1 CS   (11) Cơng thức tính độ nở theo quan hệ Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 18 e-logp: 1 2 1 s p plogh e1 CS   (12) Hệ số cố kết Cv. Thơng thường sử dụng hai phương pháp để xác định hệ số Cv, tùy theo loại đất, đĩ là phương pháp Taylor và phương pháp Casagrande. Phương pháp Casagrande (Hình 6): Hình 6. Biểu đồ thí nghiệm cố kết thấm theo phương pháp Casagrande Từ các kết quả đo biến dạng nén lún của mẫu đất dưới mỗi cấp áp lực ở các thời gian khác nhau, vẽ đường cong cố kết trong tọa độ biến dạng nén (h) và logarit của thời gian (logt, phút). Ở phần đầu đường cong, lựa chọn các điểm tương ứng với thời gian t1 (thường chọn t1= 15’’) và t2= 4t1. Gọi hiệu số của số đọc chiều cao mẫu ở thời điểm t1 và 4t1 là s, chiều cao mẫu lúc đặt gia tải (ứng với mức độ cố kết U= 0) là chiều cao mẫu ở thời điểm t1 cộng với s. Giao điểm giữa tiếp tuyến của đường cong tại điểm uốn và đường tiếp tuyến ở phần cuối của đường cong được xem là điểm U100 (ứng với mức độ cố kết U= 100%). Đường trung bình của U0 và U100 chính là đường U50 cắt đường cong thí nghiệm tại điểm t50. Hệ số cố kết Cv được xác định theo cơng thức: 50 2 50 v t H197.0C  (13) Phương pháp Taylor (Hình 7): Hình 7. Biểu đồ thí nghiệm cố kết thấm theo phương pháp Taylor Từ các kết quả đo biến dạng nén lún của mẫu đất dưới mỗi cấp áp lực ở các thời gian khác nhau, vẽ đường cong cố kết trong tọa độ biến dạng nén (h) và căn số bậc hai của thời gian ( t , phút). Vẽ đường thẳng phù hợp với những điểm ban đầu của đường cong (thường trong khoảng 50% lượng nén đầu tiên) và kéo dài đoạn thẳng lên phía trên, đường này cắt trục tung (t = 0) tại điểm U0 (ứng với mức độ cố kết U = 0). Từ điểm U0 vẽ đường thẳng thứ hai cĩ hồnh độ mọi điểm bằng 1.15 hồnh độ của các điểm tương ứng trên đường thẳng thứ nhất. Giao điểm giữa đường này và đường cong thí nghiệm là điểm U90 (ứng với mức độ cố kết U= 90%). Từ điểm này xác định giá trị thời gian t90. Hệ số cố kết Cv được xác định theo cơng thức: 90 2 90 v t H848.0C  (14) Áp lực tiền cố kết pc. Đây là áp lực tối đa mà lớp đất đã bị cố kết trong quá trình lịch sử hình thành. Thơng thường, kết quả thí nghiệm thể hiện trên đường cong e-logp áp lực được phân thành hai nhánh khác biệt. Áp lực tiền cố kết pc(c) được xác định trên biểu đồ đường cong (hình 8). Giá trị áp lực tiền cố kết pc cĩ thể đánh giá mức độ cố kết của đất nền, ở độ sâu đang xét, thơng qua việc so sánh với áp lực cột đất tại đĩ 0. Tỷ số tiền cố kết OCR được định nghĩa bằng tỷ số giữa ứng suất tiền cố kết Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 19 pc và ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân của các lớp đất bên trên tác động tại điểm lấy mẫu. , c p pOCR  (15) OCR= 1: đất cố kết thường. OCR >1: đất cố kết trước. OCR <1: đất kém cố kết hoặc chưa đạt đủ quá trình cố kết do trọng lượng bản thân các lớp bên trên. Hình 8. Đường cong e-logp của thí nghiệm nén cố kết Xác định ứng suất tiền cố kết pc bằng phương pháp Casagrade Chọn điểm A cĩ bán kính chính khúc bé nhất trên đường cong cố kết e-logp. Vẽ đường tiếp tuyến tại A với đường cong e=logp. Vẽ đường song song với trục hồnh tại A. Vẽ đường phân giác của gĩc hợp bởi hai đường trên. Kéo dài phần tuyến tính của đường nén nguyên thủy, giao điểm của đường này và đường phân giác ta sẽ được điểm ứng với ứng suất tiền cố kết pc. Như vậy, đất cĩ một lịch sử về quá trình chịu áp lực và những biến đổi mà đất phải chịu trong một thời gian rất dài và những thay đổi này được lưu trữ trong cấu trúc của đất. Các nguồn gốc của tiền cố kết cĩ thể liệt kê trong bảng sau: Cơ chế của tiền cố kết Tác giả cơng bố Những biến đổi tổng ứng suất do: Giảm áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất bên trên. Những kiến trúc xưa. Tan băng. Casagrande Những biến đổi ứng suất nước lỗ rỗng do: Sự thay đổi mực nước ngầm. Áp lực lớp nước artesi. Sự bơm nước ngầm ở độ sâu hoặc sự chảy vào các đường hầm sâu. Sự giảm độ ẩm do hạn hán trên mặt đất. Sự giảm độ ẩm do thảo mộc trên mặt đất. Kenny (1964) Những biến đổi cấu trúc của đất do: sự nén thứ cấp (sự lão hĩa). Raju (1956), Leonard và Rimiah (1959), Leonard và Altschaeffl (1954), Bjerrum (1967, 1972) Những biến đổi của mơi trường như sự thay đổi độ pH, sự thay đổi nhiệt độ hoặc sự tích tụ muối tự nhiên. Lambe (1958) Những sự biến đổi hĩa học do phong hĩa, do lượng mưa, do sự ciment hĩa tự nhiên và do sự trao đổi ion tự nhiên. Bjerrum (1967) Những thay đổi do tỷ số biến dạng với tải trọng. Lowe (1974) Tính tốn cố kết theo thời gian: A Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 20 Hình 9. Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian và theo chiều sâu trong quá trình cố kết Lý thuyết Terzaghi cho phép xác định thời gian cố kết trên cơ sở một số giả thiết. Với áp lực nước lỗ rỗng biến đổi theo thời gian t và chiều sâu z, tính theo phương trình tích phân do Terzaghi thành lập. Một lớp đất dính được xem là đồng nhất, cĩ chiều sâu vơ hạn, chịu tải trọng đồng đều trên tồn bề mặt chịu nén: 2 2 v z u.C t u      (16) Trong đĩ: u: biến đổi áp lực nước lỗ rỗng (=u). Cv: hệ số cố kết (cm/s2), liên quan đến hệ số nén av, hệ số thấm k, dung trọng nước w và hệ số rỗng như sau: vw v a )e1(kC    (17) Lời giải của phương trình trong các trường hợp đơn giản nhất, với các điều kiện giới hạn sau: u= 0 tại bất kỳ thời điểm t, tại vị trí lớp thốt nước. 0u z    tại bất kỳ thời điểm t, tại vị trí lớp cách nước. u=  cho trường hợp t = 0, tại bất kỳ độ sâu z nào. u= 0 cho trường hợp t, tại bất kỳ độ sâu z nào. Từ đĩ dẫn đến U = f(Tv) trong đĩ U là độ cố kết ở thời gian t. )ABDC(S )ABDCMA(SU  (18) Nếu hệ số nén lún av khơng đổi trong phạm vi bề dày lớp phân tích thì độ cố kết được thể hiện qua cơng thức: )t(S )t(SU   (19) Trong đĩ: S(t): độ lún ở thời gian t. S(t): độ lún ở thời gian vơ cùng. Tv là yếu tố thời gian khơng thứ nguyên, liên quan đến thời gian t, bề dày lớp đất H và hệ số cố kết Cv thơng qua cơng thức: 2 v v H t.CT  (20) Cơng thức trên lấy bề dày H cho trường hợp đất nền thốt nước một chiều và H/2 cho trường hợp đất nền thốt nước hai chiều. Sử dụng yếu tố thời gian Tv, với phương pháp tính tốn gần đúng, ta cĩ thể xác định được độ cố kết U với các trường hợp sau: Với Tv  0.213    2 VV TU T   (21) Với Tv>0.213    2 4 2 81 V T VU T e      (22) Từ đĩ ta xác định được thời gian cố kết cần thiết tùy theo độ cố kết theo cơng thức: Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 21 v 2 v C HTt  (23) Độ lún do nén thứ cấp của nền đất. Chúng ta đã phân tích các phương pháp tính độ lún tức thời và độ lún cố kết. Độ lún tức thời dựa trên lý thuyết đàn hồi. Độ lún do hiện tượng cố kết sơ cấp dựa trên lý thuyết phân tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư từ tải trọng cơng trình tác động vào nền đất sét bão hịa nước. Độ lún thứ ba là do biến dạng thứ cấp của đất nền, sau quá trình phân tán nước lỗ rỗng thặng dư hồn tồn (cố kết sơ cấp), dưới một ứng suất hữu hiệu khơng đổi. Thành phần này thường được gọi là độ lún do hiện tượng nén thứ cấp, được ký hiệu là Ss. Cố kết sơ cấp Nén thứ cấp pe e logt U100 100t Hình 10. Đồ thị xác định hệ số C Ở cấp tải p1= bt (ở giữa lớp đất đang tính lún) đến p2= p1 + p= p1 + z (z: ứng suất do tải ngồi gây ra ở giữa lớp đất đang tính lún). Độ lún do hiện tượng nén thứ cấp dựa vào đoạn tuyến tính bên dưới của đường cong e-logt, ở cấp tải từ p1 đến p2 của thí nghiệm nén cố kết mẫu đất. Cơng thức tính độ lún này cĩ dạng: )tlog(H e1 CS 0 p S    (24) Trong đĩ: ep: hệ số rỗng tương ứng với điểm đầu của đoạn tuyến tính dưới của đường cong e-logt, suy ra từ đường e-logt. C: chỉ số nén thứ cấp được định nghĩa bởi phần nén thứ cấp của đường cong e-logt như sau: tlog eC    (25) 5. Kết luận Từ thí nghiệm nén cố kết, ta nhận thấy quá trình cố kết chính là quá trình thốt nước lỗ rỗng trong đất (tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư). Quá trình này làm giảm thể tích của khối đất, làm giảm hệ số rỗng e. Dựa trên nguyên lý này, chúng ta cĩ thể cải tạo đất bằng phương pháp đầm nén đất. Đây là một trong những phương pháp cải tạo tính chất xây dựng của đất hiệu quả và phổ biến rộng rãi. Kết quả của phương pháp là làm giảm hệ số rỗng, nâng cao module biến dạng và sức chống cắt của đất, làm giảm tính thấm nước (hệ số thấm k), nâng cao tính ổn định, làm giảm chiều cao mao dẫn khi chúng ta làm tăng độ chặt của đất. Khi tính tốn thiết kế, chúng ta phải lựa chọn các chỉ tiêu cơ lý phù hợp với thời điểm tính tốn như: tình trạng gia tải, vận tốc cắt, nén, điều kiện thốt nước, đặc trưng thấm và các trạng thái ổn định khác của đất nền. Kết quả thí nghiệm nén đơn và nén ba trục với các tốc độ khác nhau trên cùng một loại đất cho thấy: với vận tốc nén lớn hơn thì giá trị module biến dạng thu nhận được cũng lớn hơn. Giá trị module biến dạng trong điều kiện thí nghiệm khơng thốt nước lớn hơn giá trị module biến dạng trong điều kiện thí nghiệm thốt nước. Trong thí nghiệm nén cố kết thời gian cho một cấp tải trọng ít hơn, vận tốc nén lớn hơn thì giá trị của module biến dạng cũng lớn hơn. Chúng ta đã được biết áp lực tiền cố kết là mẫu đất ở độ sâu đĩ đã chịu một áp lực cố kết pc (c) trong quá khứ trước khi xây dựng. Lý do đất cĩ thể đã bị nén ép dưới áp lực lớn của chuyển động địa chất, hoặc đã bị cố kết dưới bề dày đất lớn hơn nhiều lần so với chiều sâu hiện tại rồi lại bị bào mịn tạo nên điều kiện hiện tại. Khi lấy mẫu lên mặt đất là mẫu đã trả về áp lực nén  = 0. Khi thí nghiệm, các áp lực Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ Information of Science and Technology Số 1/2016 No. 1/2016 22 từ 0 đến 0 (áp lực cột đất) mới chỉ là trả lại áp lực nén đến điều kiện tự nhiên hiện tại. Nén đến pc (áp lực tiền cố kết) mới chỉ là trả lại áp lực nén đã xảy ra trong quá khứ trước đây. Do đĩ, đối với đất dưới cố kết (c<0), ta thấy dù khơng cĩ phụ tải thì đất cũng sẽ tự lún. Đất cố kết thường (c0), độ lún xảy ra khi cĩ thêm phụ tải vì (+0)>c và đối với đất quá cố kết (c>0) khi tính lún thì độ lún chỉ xảy ra khi (+0)> c. Khi (+0)<c, về nguyên tắc là khơng gây ra lún thêm. Nếu cĩ, ở đây chỉ tính lún từ 0 đến (+0). Khi đĩ tính lún khơng lấy chỉ số Cc mà lấy chỉ số CR. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Trường Sơn, 2009. “Bài giảng địa chất cơng trình”. 2. Bùi Trường Sơn, 2009. “Thổ chất và cơng trình đất”. 3. Châu Ngọc Ẩn, 2009. “Cơ học đất”. NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh. 4. K.H.Head, 1994. “Soil laboratory testing, volume 2, Permeability, shear strength and compressibility”. 5. Tiêu chuẩn xây dựng TCVN 9362-2012; TCVN 4195:2012; TCVN 4196:2012; TCVN 4197:2012; TCVN 4198:2012; TCVN 5747:1993; ASTM. D2487.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfphan_tich_mot_so_dac_trung_bien_dang_cua_dat.pdf