Thí nghiệm UU có thể cho kết quả sức chống cắt không thoát nước có giá trị quá cao hoặc quá nhỏ do những ảnh hưởng tốc độ biến dạng, sự bất đẳng hướng cũng như sự xáo trộn của mẫu không kiểm soát được. Còn thí nghiệm nén ba trục cố kết đẳng hướng không thoát nước CIU cũng ít hiệu quả đối với bài toán ổn định trong điều kiện không thoát nước vì giá trị sức chống cắt từ thí nghiệm cho kết quả phân tích không an toàn do sự xáo trộn của mẫu; và quan hệ ứng suất biến dạng không mô phỏng được ứng xử của đất ở công trường vì Ko ít khi bằng đơn vị. Mời các bạn cùng tham khảo!
THÍ NGHIỆM BA TRỤC NÉN (CKoUC), KÉO (CKoUE) THEO ĐIỀU KIỆN CỐ KẾT Ko CHO ĐẤT SÉT NGHI SƠN THANH HÓA ANISOTROPICALLY CONSOLIDATED UNDRAINED TRIAXIAL COMPRESSION (CKoUC) AND EXTENSION (CKoUE) FOR SOFT SOIL AT NGHI SON THANH HOA Trần Quang Hộ*, Dương Tồn Thịnh** TĨM TẮT Thí nghiệm UU cho kết sức chống cắt khơng nước có giá trị cao nhỏ ảnh hưởng tốc độ biến dạng, bất đẳng hướng xáo trộn mẫu khơng kiểm sốt Cịn thí nghiệm nén ba trục cố kết đẳng hướng khơng nước CIU hiệu tốn ổn định điều kiện khơng nước giá trị sức chống cắt từ thí nghiệm cho kết phân tích khơng an tồn xáo trộn mẫu; quan hệ ứng suất biến dạng không mô ứng xử đất cơng trường Ko đơn vị Ngồi thay đổi phương ứng suất dọc theo cung trượt cần mô qua chế cắt theo điều kiện mẫu chịu kéo mẫu chịu nén Để vượt qua hạn chế từ thí nghiệm UU CIU xét đến thay đổi phương ứng suất cần phải nghiên cứu ứng xử đất thí nghiệm ba trục cố kết theo điều kiện Ko tiến hành cắt mẫu theo chế thí nghiệm nén (CKoUC) cắt mẫu theo chế thí nghiệm kéo (CKoUE) Từ khóa: Thí nghiệm nén, thí nghiệm kéo ABSTRACT The results from UU compression tests can be either seriously too high or too low due to the uncontrollable effects of strain rates, anisotropy, and sample disturbance CIU compression tests have little value because the undrained shear strength values will be unsafe for stability analysis because of anisotropy and also sample disturbance; and the stress-strain data seldom simulate insitu behaviour because Ko is rarely equal to unity Moreover the change of major pricipal stress directions along the slip surface should be simulated by modes of shearing in undrained triaxial compression and extension tests To overcome the demerits from UU and CIU tests and include the change of major pricipal stress directions it’s necessarry to study soil behaviours in Ko consolidated, undrained triaxial compression (CKoUC) and extension (CKoUE) tests Key words: compression test, extension test * Trường Đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam 268 Lý Thường Kiệt, P.14, Quận 10 Tp.HCM Email: tqho@hcmut.edu.vn ** Công ty TNHH Địa Kỹ Thuật Portcoast 328 Nguyễn Trọng Tuyển P 12 Q Tân Bình, Tp HCM Email: thinh.dt@portcoastgeo.com biến dạng thí nghiệm CKoUC CKoUE tiến hành thiết bị thí nghiệm ba trục theo chế hồn tồn tự động, Hình 1 TỔNG QUAN Trạng thái ứng suất thay đổi ứng suất xác định thí nghiệm Ba trục nhờ vào cải tiến thiết bị phương pháp thí nghiệm Sự tự động hóa thiết bị cảm biến đo lực, biến dạng cảm biến đo áp suất với phần mềm điều khiển đặc biệt viết riêng cho hệ thống tảng Window cho phép thực lộ trình ứng suất, biến dạng Các chu trình thí nghiệm bão hịa, cố kết theo điều kiện Ko, nén kéo với tốc độ biến dạng không đổi tiến hành hoàn toàn tự động phần mềm điều khiển, tự động thu thập số liệu, tự động xuất kết báo cáo kết thúc thí nghiệm MÔ TẢ ĐỊA CHẤT Dự án Tổ Hợp Lọc Hóa Dầu Nghi Sơn nằm Huyện Tĩnh Gia Tỉnh Thanh Hóa Nơi có đặc điểm địa chất trầm tích biển biến đổi phức tạp với tầng đất yếu sét, sét pha xám đen Về mặt cấu tạo tự nhiên đất sét khu vực phân loại CH CL, có độ ẩm từ 36% tới 58%, giới hạn chảy WL từ 36% 59%, số dẻo PI ≈ 19% tới 32%, độ sệt IL ≈ (theo phương pháp Casagrand) Hệ số rỗng ~1.3 Chỉ số nén Cc ≈ 0.45, số nén lại Cr ≈ 0.11 Hình 1: Thiết bị thí nghiệm Ba trục tự động Sử dụng phương pháp bão hòa ướt cách dụng áp lực ngược với cấp áp lực bão hòa 200 kPa hệ số áp lực lổ rỗng Skempton B đạt từ 0.95 đến 0.99 mẫu đất xem bão hịa hồn tồn Q trình cố kết, giá trị Ko xác đinh dựa theo Lade (1971a) Trong suốt trình cố kết theo điều kiện Ko ứng suất phân bố cho không xuất biến dạng ngang thân mẫu, tức tiết diện ngang mẫu khơng đổi.Q trình cắt mẫu theo tốc độ biến dạng 0.02%/min cho thí nghiệm nén 0.4%/h cho thí nghiệm kéo Mẫu đất cắt tới bị phá hoại (20% biến dạng) GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM BA TRỤC THEO ĐIỀU KIỆN CỐ KẾT Ko Thí nghiệm CKoUC Mẫu đất nén cố kết bất đẳng hướng theo điều kiện Ko cắt mẫu không nước theo lộ trình chất tải Trong thí nghiệm ba trục nén kéo giá trị hiệu chỉnh giấy thấm gần 8kPa màng cao su gần 3kN/mm (tương đương khoảng 10kPa) Thí nghiệm CKoUE Mẫu đất nén cố kết bất đẳng hướng theo điều kiện Ko cắt mẫu khơng nước theo lộ trình dỡ tải KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Tổng cộng có 34 mẫu sét yếu thực thí nghiệm Ba trục, 16 mẫu nén 18 mẫu kéo Những mẫu đất có hệ số cố kết (OCR) từ đến 3, có độ sâu lấy mẫu từ Thiết bị quy trình thí nghiệm Quá trình nén lại mẫu theo điều kiện Ko mô tả quan hệ ứng suất - cường độ - 3.0m đến 14.65m, có hàm lượng cát khoảng 14.8%, hàm lượng bụi khoảng 37.4%, hàm lượng sét khoảng 47.8% Chất lượng mẫu đánh giá từ biến dạng thể tích sét yếu q trình cố kết khơng đẳng hướng đến ứng suất có hiệu trường (Lacasse Berre,1988), Hình Hình 3: Áp lực nước lỗ rỗng gia tăng theo biến dạng dọc trục Áp lực nước lổ rỗng q trình thí nghiệm gia tăng có giá trị dương, Hình Hình cho thấy mẫu có OCR lớn ứng xử đất suy bền trình chịu cắt tiến đến trạng thái phá hoại Áp lực nước lỗ rỗng gia tăng [kPa] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 Hình 2: Đánh giá chất lượng mẫu theo Lacasse Berre, 1988 10 12 14 16 18 20 Biến dạng dọc trục [% ] Theo mẫu làm thí nghiệm có chất lượng mẫu tốt đến hoàn hảo chiếm 2.7%, chất lượng tốt chiếm 10.81%, chất lượng trung bình chiếm 59.46% Hình cho thấy tỷ số cố kết (OCR) lớn mẫu bị xáo trộn Phần lớn mẫu đem làm thí nghiệm cố kết nhẹ (LOC) Hình 4: Quan hệ độ lêch ứng suất biến dạng dọc trục Tỷ số ứng suất [σ'1/σ'3] Thí nghiệm nén ba trục (CKOUC) 90 80 Độ lệch ứng suất [kPa] 70 60 50 10 12 14 16 18 Biến dạng dọc trục [% ] 40 Hình 5: Quan hệ tỉ số ứng suất biến dạng dọc trục 30 20 10 0 10 12 14 16 18 20 Biến dạng dọc trục [%] 20 Áp lực nước lỗ rỗng gia tăng [kPa] 35 25 15 -5 -15 -25 -35 10 12 14 16 18 20 Biến dạng dọc trục [% ] Hình 6: Lộ trình ứng suất đường đồng biến dạng thí nghiệm nén Hình 7: Sự biến đổi áp lực nước lổ rỗng theo biến dạng dọc trục (-ε%) Thí nghiệm kéo ba trục (CKOUE) 80 Trong thí nghiệm kéo ba trục cho thấy biến dạng nhỏ áp lực nước lổ rỗng âm sau tăng dần phá hoại trở nên dương, Hình Tuy nhiên số mẫu phá hoại áp lực nước lổ rỗng giai đoạn âm Điều cho kết tương tự kết đất sét Bangkok (Balasubrariam, 1977) Ứng suất lệch [kPa] 60 40 20 -20 -40 -60 Quan hệ ứng suất lệch biến dạng dọc trục trình Hình Quan hệ tỉ số ứng suất (’1/ ’3) theo biến dạng cho thấy mối quan hệ phụ thuộc vào tỉ số cố kết OCR đất sét cố kết nhẹ, quan hệ đất sét cố kết thường, Hình Lộ trình ứng suất có hiệu thí nghiệm đường Ko kết thúc đường Kf (E) Hình 10 -80 10 12 14 16 Biến dạng dọc trục [% ] Hình 8: Quan hệ ứng suất lệch biến dạng dọc trục (-ε%) 18 20 2.4 Tỷ số [σ'1/σ'3] 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0 10 12 14 16 18 20 Biến dạng dọc trục [% ] Hình 11: Hệ số áp lực nước lỗ rỗng A f OCR Hình 9: Quan hệ tỉ số ứng suất σ’1/ σ’3 với biến dạng dọc trục (-ε%) Hình 10: Lộ trình ứng suất đường đồng biến dạng thí nghiệm kéo Hình 12: Áp lực nước lổ rỗng thay đổi theo biến dạng dọc trục hai loại thí nghiệm So sánh hai thí nghiệm CKOUE & CKOUC Quan hệ ứng suất biến dạng: Hình 13 trình bày mối quan hệ ứng suất lệch biến dạng dọc trục Suốt trình mẫu biến dạng kéo mẫu hình thành eo nhỏ làm giảm tiết diện mẫu gia tăng biến dạng làm cho mẫu trở nên yếu ổn định Ngược lại với trình kéo mẫu, trình nén mẫu tăng lực dọc trục đến mẫu đất yếu phá hoại Có thể thấy mãu đất cố kết thường hay cố kết nhẹ cho thấy tính suy bền chúng sau đạt cường độ kháng cắt đỉnh trường hợp nén Áp lực nước lỗ rỗng: thí nghiệm nén, áp lực nước lỗ rỗng tăng theo biến dạng có xu hướng khơng đổi tiến đến cường độ kháng cắt đỉnh, Hình 12 Trong thí nghiệm kéo áp lực nước lỗ rỗng giảm dần đến cường độ kháng cắt đỉnh, sau có xu hướng tăng trở lại đến mẫu đất phá hoại Tuy nhiên có số trường hợp áp lực nước lỗ rỗng giữ giá trị âm Điều cho kết tương tự kết đất sét Bangkok (Balasubrariam, 1977) trường hợp kéo Hình 14 trình bày mối quan hệ tỉ số ứng suất với biến dạng dọc trục Hình 15 trình bày lộ trình ứng suất di chuyển từ đường K0 đến đường Kf Tất kết từ ba hình 13,14, 15 cho thấy mẫu chịu biến dạng kéo đất lại có khuynh hướng suy bền theo định đề Drucker