Nội dung

Bài giải a.Chỉ số nén lại C r được xác định giống như xác định C c (phương trình 8-7). Dùng hai điểm e và f của một chu kỳ log, xác định được C r = ee ef 0.790-0.760 = 0.030 b. Chỉ số nén lại cải biến C r được xác định từ phương trình 8-15 Cr Cr 1 eo 0.030 =0.016 1 0.865 Lưu ý cả hai thông số trên đều không có đơn vị 94 Hình 8-10 Nguyên lý của các tính toán lún cho đất quá cố kết -Để tính lún cho đất sét quá cố kết, phương trình 8-11 và 8-13 trở thành 95 , vo khi , vo , p v , p v sc Ho Cr log 1 eo sc C r H o log ' vo v (8-16) ' vo ' vo v (8-17) ' vo . Vì C r luôn nhỏ hơn C c khá nhiều, độ lún trong trường hợp nhỏ hơn nhiều so với trường hợp đất cố kết bình thường. Nếu trị số ứng suất tăng thêm do tải trọng công trình gây ra vượt quá trị số ứng suất cố kết trước, thì có thể trị số độ lún sẽ lớn hơn nhiều. Điều này diễn ra vì đặc tính ép co của đất trên đường cong nén nguyên sơ lớn hơn nhiều so với đường cong nén lại, như thấy ở hình 8-7. Trong , vo trường hợp khi v , p phương trình tính lún bao gồm hai phần: (1) sự thay đổi hệ số rỗng hay biến dạng trên đường cong nén lại từ điều kiện hiện trường ban đầu ( e o , ( vo , giá trị ' vo , p ) với , p ' vo ) hay ; và (2) sự thay đổi hệ số rỗng hay biến dạng trên đường cong nén nguyên sơ từ tới các giá trị cuối cùng của ( e f , ' vf ) hay là ( vf ' vf ; ' vf ). Lưu ý ' vo v . Hai phần này được thể hiện ở hình 8.10b. Phương trình tính lún cuối cùng được viết như sau: Ho Cr log 1 eo sc ' vo ' p ' vo ' vo ' p Ho Cc log 1 eo ' vo v ' p ' p (8-18a) Có thể giản ước phương trình này còn sc ' p Ho Cr log 1 eo ' vo Cc Ho log 1 eo ' vo v ' p (8-18b.) Trong trường hợp sử dụng các chỉ số cải biến: sc C r H o log ' p ' vo Cc H o log ' vo v ' p (8-19) Cả hai phương trình 8-18 và 8-19 đều cho cùng một kết quả. Một vấn đề còn bàn cãi là trong số hạng bên phải của phương trình 8-18, nên dùng hệ số rỗng tương ứng với áp lực cố kết trước trên đường cong nén nguyên sơ thực. Mặc dù điều này chỉ là sự hiệu chỉnh kỹ thuật, nhưng không tạo nên nhiều khác biệt ở kết quả tính. Đôi khi độ quá cố kết biến đổi suốt tầng đất tính lún. Có thể sử dụng phương trình 8-16 , , hoặc 8-17 cho phần có vo v p và dùng phương trình 8-18 hoặc 8-19 cho phần có , vo v , p . Tuy nhiên trong thực tế thường dễ vận dụng khi chia lớp đất tính lún thành một số lớp, áp dụng phương trình tương ứng để tính độ lún trung bình cho từng lớp, sau đó cộng các độ lún bằng phương trình 8-14. Cách nào tốt nhất để nhận được C r và C r dùng trong phương trình từ 8-16 đến 8-19? Vì các mẫu không phải nguyên dạng, độ dốc của đoạn đường cong nén lại ban đầu trong đường cong cố kết thí nghiệm trong phòng (hình 8-17) là rất dốc và cho những giá trị quá lớn cho các chỉ số này. Leonards (1976) đưa ra những nguyên nhân tại sao những giá trị ở hiện trường lại nhỏ hơn 96 những giá trị nhận được từ thí nghiệm trong phòng là do: (1) sự xáo trộn trong quá trình lấy mẫu, lưu giữ mẫu, và tạo mẫu thí nghiệm (2) sự nén lại của các bọt khí trong lỗ rỗng; (3) sai số trong quá trình thí nghiệm và phương pháp diễn giải kết quả thí nghiệm. Sai số cuối cùng bao gồm vấn đề tạo lại trạng thái ứng suất hiện trường trong mẫu thí nghiệm. Leonards đã đề nghị có thể gia tải ' vo vào mẫu và có thể làm bão hoà, để cân bằng ít nhất trong 24 giờ trước khi tiến hành gia tải. Cũng cần phải khống chế biến dạng nở của mẫu. Sau đó, thí nghiệm cố kết được tiếp tục với các cấp gia tải tương đối lớn. Để tái tạo trạng thái ứng suất của mẫu sai khác ít nhất so với trạng thái ứng suất hiện trường, Leonards đề nghị mẫu nên được cố kết trước với trị số ứng suất nhỏ hơn một chút so với , p sau đó mới giảm tải. Quá trình này là chu kỳ thứ nhất thể hiện ở hình 8-11. Nếu không có nhận thức đúng về nhỏ hơn ' p ' p thì quá trình cố kết ban đầu chỉ tới . Việc xác định C r và C r trong một khoảng giá trị của , vo , vo v v , trị số này được thể hiện ở hình 8-11. Trong thực tế phổ biến việc lấy giá trị trung bình độ dốc của 2 đường cong. Từ các kết quả thí nghiệm điển hình ở hình 8-11 có thể nhận thấy giá trị thực của chỉ số nén lại phụ thuộc vào giá trị ứng suất tại đó chu kỳ nở-nén bắt đầu, đặc biệt là nếu bắt đầu ở trị số ứng suất nhỏ hơn hoặc lớn hơn ,p . Nhìn sự khác nhau về độ dốc của các đường nở thể hiện trên hình vẽ, trị số C r cũng phụ thuộc vào OCR mà quá trình nén và nở diễn ra, chẳng hạn tỷ số ' ' r ở hình 8.11. Vấn đề cuối cùng ảnh hưởng đến giá trị C r là sự tồn tại của các bọt khí trong lỗ rỗng của đất. Dùng áp lực ngược (chương 11) đôi khi có thể xử lý được vấn đề này. 97 Hình 8-11: Đƣờng cong cố kết điển hình thể hiện các bƣớc xác định C r (theo Leonards,1976) -VÍ DỤ 8.13 Cho dữ liệu ở ví dụ 8.1 và hình 8.7 đại diện cho tầng sét bụi dày 10 m. Yêu cầu đánh giá độ lún cố kết nếu tải trọng công trình trên bề mặt sẽ gia tăng ứng suất trung bình trong lớp đất với trị số 35 kPa. Bài giải Từ ví dụ 8.1, biết , vo v , vo =80 kPa, , p =130 kPa, eo=0.84, vì ứng suất tác dụng là 35 kPa, nên =115 kPa < 130 kPa. Do vậy, dùng phương trình 8-16, để tính C r , sử dụng độ dốc trung bình của hai đoạn cong DE và EF gần đáy của hình 8.7, được C r xấp xỉ 0.03. Dùng phương trình 8-16: 98 sc 0.03 10 80 35 0.026 m hay 26 mm log 1 0.84 80 Như đã thảo luận từ trước, giá trị C r trong ví dụ này có thể quá lớn vì đã xác định từ một chu kỳ lặp cách khá xa trị số , p . Như vậy độ lún ở hiện trường có thể sẽ nhỏ hơn trị số tính toán 26 mm. 8.8 Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc xác định , p Brumund, Jonas, và Ladd (1976) đã đánh giá 3 yếu tố được coi là ảnh hưởng nhiều nhất đến việc xác định ,p từ thí nghiệm cố kết ở trong phòng. Đã có lần đề cập, ảnh hưởng của sự xáo động mẫu tới hình dạng của đường cong cố kết (hình 8.7). Điểm gãy trên đường cong trở nên trơn hơn khi mẫu bị xáo trộn nhiều. Có thể nhìn thấy những ảnh hưởng này ở hình 8.12a. Đặc biệt là với những loại đất sét nhạy (ví dụ ở hình 8.8d và e), sự gia tăng nước xáo trộn mẫu đã làm giảm giá trị , p . Đồng thời hệ số rỗng giảm đi (hay biến dạng tăng lên) với bất kỳ giá trị được cho. Kết quả tính nén lún tại ứng suất nhỏ hơn , p , p ' vc thì tăng lên và tại giá trị ứng suất lớn hơn thì giảm đi. Tỷ số gia tải tải trọng (LIR – load increment ratio) được sử dụng trong thí nghiệm cố kết cho thuận tiện (ví dụ ASTM D 2435). LIR được định nghĩa là sự thay đổi về áp lực hay là tỷ số giữa sự gia tăng ứng suất và ứng suất ban đầu trước khi gia tải. Quan hệ này có thể viết như sau: LIR (8-20) bd Trong đó là sự gia tăng ứng suất và bd là giá trị ứng suất ngay trước lúc gia tải. LIR là đơn vị có nghĩa là tải trọng tác dụng hai lần tại mỗi thời điểm. Kết quả thí nghiệm này được thể hiện ở các điểm rời rạc trên đò thị quan hệ giữa hệ số rỗng và log ứng suất hiệu quả như đã trình bày ở hình 8.5b. Thí nghiệm với đất sét nhạy, mềm yếu (hình 8.8d), cũng cho thấy sự biến đổi nhỏ về ứng suất hay một rung động nhỏ cũng gây ra sự thay đổi về kết cấu của đất. Với những loại đất này tỷ số gia tải là đơn vị có thể không định nghĩa chính xác giá trị áp lực cố kết trước, vì vậy nên thường dùng LIR nhỏ một. Ảnh hưởng của sự biến đổi LIR với tính ép co của đất cũng như là với , p của một số loại đất sét điển hình được thể hiện ở hình 8.12b. Ảnh hưởng của thời gian gia tải được thể hiện ở hình 8.12c. Qui trình thông thường (ASTM D 2435) quy định với mỗi bước gia tải tác dụng lên mẫu trong vòng 24 giờ. Lưu ý quy trình này ảnh hưởng đến nghệ dùng cho những hình vẽ này sẽ trở nên rõ ràng hơn khi đọc chương 9. 99 , p . Một số công Hình 8.12: Các nhân tố ảnh hƣởng đến việc xác định , p bằng thí nghiệm trong phòng: (a) ảnh hƣởng của xáo trộn mẫu (b) ảnh hƣởng bởi tỷ lệ tăng tải. 100 Hình 8.12 (c) Ảnh hƣởng bởi thời gian tăng tải (theo Brumund, Jonas và Ladd, 1976) 8.9 Dự đoán đƣờng cong cố kết hiện trƣờng Quá trình thí nghiệm cố kết thực ra là quá trình tăng lại tải trọng lên mẫu đất (thể hiện ở đường cong BCD ở hình 8.7), ngay cả khi lấy mẫu và tiến hành thí nghiệm cẩn thận thực tế cho những đường cong nén lại có độ dốc phần nào nhỏ hơn các độ dốc của đường cong nén nguyên sơ ở hiện trường (OAD ở hình 8.7). Schmertman (1955) đã đưa ra một quy trình vẽ để đánh giá độ dốc của đường cong nén nguyên sơ hiện trường. Quy trình này được thể hiện ở hình 8.13 bằng đường cong quan hệ giữa hệ số rỗng với log ứng suất hiệu quả. 101 Hình 8.13 Quy trình của Schmertmann (1955) để đƣợc đƣờng cong nén nguyên sơ hiện trƣờng: (a) Đất cố kết bình thƣờng, (b) đất quá cố kết. Để chính xác đường cong nén nguyên sơ trong phòng thí nghiệm, cho đất cố kết bình thường ở hiện trường, cần thực hiện theo các bước sau đây: 102 1. Xác định , p theo các bước của Casagrande. 2. Tính toán độ rỗng ban đầu eo , vẽ đường nằm ngang từ eo , song song với trục log ứng suất hiệu quả, vẽ đến giá trị áp lực cố kết trước , p . Bước này cho ta xác định được điểm 1, ký hiệu bằng tam giác 1 ở hình 8.13a. 3. Từ điểm trên trục hệ số rỗng với giá trị bằng 0.42 eo , vẽ đường nằm ngang, cắt đường cong nén nguyên sơ trong phòng thí nghiệm kéo dài tại điểm khống chế khác 2, được ký hiệu bằng tam giác 2. Cần lưu ý hệ số eo không phải “thông số pháp thuật”, mà là kết quả của rất nhiều quan sát cho các loại đất sét khác nhau. 4. Nối hai điểm khống chế 1 và 2 thành đường thẳng. Độ dốc của đường thẳng này,F, xác định chỉ số nén C c tồn tại khá phổ biến ở hiện trường. Đường thẳng F là đường cong nén nguyên sơ hiện trường. Sự hiệu chỉnh của Schmertmann đã khắc phục được những vấn đề xáo trộn mẫu dất sét do lấy mẫu, vận chuyển, bảo quản, cắt gọt và nén lại trong quá trình thí nghiệm cố kết. -VÍ DỤ 8.15 Cho đường cong e log ở hình vẽ ví dụ 8.15. Số liệu cố kết này thực hiện từ một mẫu đất sét nguyên dạng được lấy ở giữa lớp đất nén lún dày 10 m. Cho biết OCR =1.0. Yêu cầu: theo phương pháp của Schmertmann xác định (a) độ dốc của đường cong nén nguyên sơ hiện trường. (b) Tính độ lún của tầng sét nếu độ gia tăng ứng suất trong khoảng từ 275-800 kPa. Khi tính toán dùng cả đường cong nén nguyên sơ hiện trường và trong phòng. (c) Nhận xét về sự khác nhau nếu có. Bài giải a. Trước hết xây dựng đường cong nén hiện trường theo các bước của Schmertmann nêu ở trên. Trên đường cong ở hình ví dụ 8.15, theo phương pháp Casagrande để nhận được ứng suất cố kết trước ζ‟p. Trị số ,p tìm được = 275 kPa. Kẻ đường nằm ngang từ trị số eo =0.912 cắt đường thẳng đứng tại vị trí áp lực cố kết trước tại điểm khống chế 1, thể hiện bằng tam giác 1. 103