Ảnh hưởng của lực hút dính đến cường độ chống cắt của đất phong hóa không bão hòa khu vực tỉnh Ninh Thuận

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung bài viết nghiên cứu ảnh hưởng của lực hút matric lên độ bền cắt, bài báo này trình bày phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất không bão hòa bằng phương pháp Các thử nghiệm cắt ba trục hàm lượng nước không đổi (CW) sử dụng thiết bị ba trục trong phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật ở Đại học Thủy Lợi. Các kết quả cho thấy rằng góc nội ma sát của đất gần như không đổi. Sức chống cắt của đất tăng làm cho hệ số an toàn của dốc tăng lên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của lực hút dính đến cường độ chống cắt của đất phong hóa không bão hòa khu vực tỉnh Ninh Thuận

ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC HÖT DÍNH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT PHONG HÓA KHÔNG BÃO HÕA KHU VỰC TỈNH NINH THUẬN NGUYỄN THỊ NGỌC HƢƠNG* The effect of matric suction on the shear strength of an unsaturated soil Abstract: Matric suction and shear strength is the basis parameters of unsaturated soils and play an important role in soil slope stability.The shear strength of unsaturated soils differs from saturated soils in that there is additional cohesion caused by adhesive attraction. This additional cohesion depends on the matric suction (ua - uw) and b. Shear strength of unsaturated soils can be determined by experiment method with different test models. To study the effect of matric suction on shear strength, this paper presents the experiment method of determining shear strength of the unsaturated soil by the constant water content triaxial shearing tests (CW) which uses the modified triaxial apparatus in the Geotechnical laboratory in Thuyloi University. The results show that angle of internal friction, ’, of the soil is nearly constant but b decreases and the shear strength increases when the matric suction of the unsaturated soil increases. The shear strength of the soils increase which make the factor of safety of the slope increasing. Keywords: Shear strength, unsaturated soil, constant water content triaxial tests, matric suction. 1. CƢỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT ff - ứng suất cắt trên mặt trƣợt ở trạng thái KHÔNG BÃO HÒA * phá hoại, Theo Fredlund và nnk. (1978), cƣờng độ c’ - lực dính hiệu quả từ đƣờng bao phá chống cắt của đất không bão hòa có thể đƣợc hoại Mohr-Coulomb “kéo dài” trên trục ứng lập theo các biến trạng thái ứng suất độc lập. Có suất cắt khi ứng suất pháp thực và lực hút dính thể dùng bất kỳ hai trong ba biến trạng thái ứng bằng không, suất để lập phƣơng trình cƣờng độ chống cắt. (f-ua)f - ứng suất pháp thực trên mặt trƣợt ở Các biến trạng thái ứng suất ( - ua) và (ua - uw) trạng thái phá hoại, là tổ hợp thuận lợi nhất trong thực tiễn. (ua-uw)f - lực hút dính ở trạng thái phá hoại, Fredlund và nnk. (1978) kiến nghị phƣơng uaf - áp lực khí l r ng ở trạng thái phá hoại, trình cƣờng độ chống cắt cho đất không bão hoà uwf - áp lực nƣớc l r ng ở trạng thái bằng việc dùng các biến trạng thái ứng suất (- phá hoại, ua) và (ua-uw) nhƣ sau: ’ - góc ma sát trong ứng với ứng suất pháp    ff  c'  f  ua f tan  'ua  u w  f tan  b (1) thực (f-ua)f, trong đó: b - góc ma sát biểu kiến biểu thị độ dốc của đƣờng quan hệ lƣợng tăng ứng suất cắt và lực * Bộ môn Địa kỹ thuật, Tr ng Đ i học Thủy l i hút dính (ua-uw)f giả thiết là tuyến tính, ở trạng Email: ntnhuong@tlu.edu.vn thái phá hoại. 94 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
2. ĐẶC TRƢNG CỦA ĐẤT DÙNG (500 kPa). Tác giả đã thiết kế và gia công mặt TRONG THÍ NGHIỆM tấm đế dƣới, tạo hệ đƣờng rãnh nối tiếp nhau để Mẫu đất dùng trong nghiên cứu thuộc mỏ vật gắn đƣợc đ a gốm tiếp nhận khí cao áp lên trên liệu đất đắp đập dâng nƣớc trong hệ thống công nhƣ mô tả trong hình 3. Các đƣờng rãnh trên trình đầu mối hồ chứa nƣớc Sông Sắt nằm trên mặt tấm đế dƣới bên trong ngăn chứa nƣớc địa phận xã Phƣớc Thắng, huyện Bác Ái, tỉnh đƣợc dùng nhƣ các đƣờng dẫn nƣớc để đuổi các Ninh Thuận, cách thị xã Phan Rang 50 km về bọt khí có thể bị giam hãm hay tích tụ do phía Tây Bắc (khu vực Nam Trung Bộ). Đất khuếch tán. Đ a áp lực khí đƣợc trám đủ kín vào này thuộc loại sét pha nhẹ, mầu xám vàng, dẻo bệ đáy bằng keo Epoxy theo chu vi của đ a. Sự mềm, chứa nhiều sỏi sạn, cát hạt vừa, lẫn hòn trám kín giữa đ a và bệ đáy bảo đảm khí không mảnh vụn phong hóa nhỏ. thể rò rỉ vào trong ngăn chứa nƣớc. Tính chất vật lý của đất đƣợc xác định theo qui trình thí nghiệm TCVN (1995) đƣợc nêu trong bảng 1. Bảng 1: Tính chất cơ lý của mẫu đất dùng trong nghi n cứu Ký Đơn Vật liệu Các chỉ ti u hiệu vị Sông sắt Tỷ trọng Gs 2,731 Giới hạn chảy Wl % 24,08 Giới hạn dẻo Wp % 15,16 Chỉ số dẻo Ip % 8,91 Khối lƣợng đơn vị khô lớn nhất dmax T/m 3 1,997 Độ ẩm tốt nhất Wopt % 10,97 3. THIẾT BỊ BA TRỤC CẢI TIẾN ĐỂ Hình 1: Buồng ba tr c cải tiến để THÍ NGHIỆM ĐẤT KHÔNG BÃO HÕA thí nghiệm đất không bão hòa Thí nghiệm cắt mẫu đất không bão hòa trong (theo Fredlund và Rahardjo, 1993) nghiên cứu này đƣợc tiến hành trên máy nén 3 trục cải tiến (tƣơng tự loại dùng của Fredlund và Rahardjo năm 1993), cho phép xác định áp lực nƣớc l r ng uw và khí l r ng, ua. Hình 1 nêu sơ đồ lắp đặt buồng thí nghiệm nén 3 trục mẫu đất không bão hòa. Đặc điểm của buồng này là tấm đá thấm đáy đƣợc thay bằng một đ a gốm tiếp nhận khí cao áp để kiểm soát và đo áp lực khí l r ng của đất không bão hòa. Thiết bị thí nghiệm nén ba trục cải tiến dùng cho nghiên cứu này thuộc phòng thí nghiệm Địa Kỹ Thuật trƣờng Đại học Thủy lợi Hình 2: Buồng ba tr c cải tiến dùng đƣợc mô tả trong hình 2. Đ a tiếp nhận khí cao trong phòng thí nghiệm Địa Kỹ thuật, áp dùng trong nghiên cứu là đ a gốm loại 5 bar Tr ng Đ i học Thủy l i ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 95
(Head, 1986). Quá trình bão hòa mẫu thƣờng kéo dài khoảng 10 ngày. Giai đoạn cố kết Sau khi giai đoạn bão hòa kết thúc, mẫu đất đƣợc cố kết dƣới áp lực buồng, 3, và đo áp lực nƣớc l r ng, uw, do vậy có đƣợc áp lực hiệu quả yêu cầu, (3 – uw). Giá trị độ lớn của áp lực Hình 3: Ngăn chứa n ớc có các rãnh hình cố kết đƣợc chọn tuỳ thuộc các giá trị áp lực vòng tròn ở phần đầu của chân đế buồng ba thực (3 – ua) theo yêu cầu của giai đoạn cân tr c và đĩa áp lực khí cao bằng lực hút dính và giai đoạn cắt. Trong giai đoạn cố kết, mở van C để thoát nƣớc và mở van 4. QUI TRÌNH THÍ NGHIỆM D tạo áp lực buồng khống chế theo giá trị yêu Tác giả áp dụng quy trình thí nghiệm nén 3 cầu (hình 1). Áp lực nƣớc l r ng đƣợc đo bằng trục cho mẫu đất bão hòa (Head, 1986) và dùng bộ biến năng đặt trên tấm đáy (hình 1). Lƣợng quy trình thí nghiệm nén 3 trục cho đất không nƣớc thoát ra từ mẫu thí nghiệm trong quá trình bão hòa (Fredlund - Rahardjo, 1993). Lực hút cố kết đẳng hƣớng đƣợc ghi lại bằng thiết bị đo dính ban đầu đƣợc thiết lập dựa trên việc sử biến thiên thể tích burret kép. Giai đoạn cố kết dụng kỹ thuật chuyển trục. đƣợc coi là kết thúc khi thể tích nƣớc thoát ra Chuẩn bị mẫu khỏi mẫu không thay đổi và áp lực nƣớc l r ng Các mẫu đất thí nghiệm thuộc công trình dƣ đã hoàn toàn tiêu tán. Thời gian cho giai Sông Sắt đƣợc đầm nén với giá trị khối lƣợng đoạn cố kết khoảng 1 giờ. đơn vị khô bằng 95 % khối lƣợng đơn vị khô Giai đoạn tạo và cân bằng lực hút lớn nhất và độ ẩm tƣơng ứng sau khi đầm nén. dính trong mẫu Mẫu đất đƣợc đầm nén từ 10 lớp đất với chiều Khi giai đoạn cố kết đã kết thúc, để tạo lực hút dày m i lớp là 10mm để đảm bảo tính đồng nhất dính bên trong mẫu, đƣờng áp lực nƣớc nối với về độ chặt trong toàn mẫu. Chiều cao và đƣờng đỉnh của mẫu thí nghiệm sẽ đƣợc ngắt tại van C kính mẫu tƣơng ứng là 100mm và 50mm. Trọng và thay vào đó bằng đƣờng áp lực khí, ua. Đƣờng lƣợng quả đầm là 0,715 (kG), trọng lƣợng quả áp lực nƣớc đƣợc nối với buồng nhỏ chứa nƣớc đầm+thanh dẫn là 1,303 (kG), chiều cao quả dƣới đáy mẫu tại van A. Lúc này, van A sẽ khống đầm rơi là 30 cm. chế áp lực nƣớc l r ng tại đáy mẫu trong khi áp Giai đoạn bão hòa mẫu lực khí l r ng bên trong mẫu đƣợc kiểm soát tại Tất cả các mẫu đất dùng trong chƣơng trình van C. Sự khác nhau giữa áp lực khí l r ng, ua, thí nghiệm này đầu tiên đƣợc bão hòa nhằm tạo và áp lực nƣớc l r ng, uw, chính là lực hút dính, nên sự đồng nhất về độ ẩm và độ bão hòa ban (ua – uw). Nhƣ vậy trong quá trình tạo lực hút đầu. Trong giai đoạn này, đƣờng áp lực nƣớc l dính, mẫu đất sẽ đƣợc cố kết bởi áp lực hông thực r ng nối với thiết bị khống chế áp lực và thể tích (3 – ua) và lực hút dính (ua – uw). nƣớc, bơm nƣớc vào trong mẫu từ đỉnh. Mẫu Giai đoạn cân bằng lực hút dính trong mẫu đất đƣợc bão hòa bởi quá trình tăng dần từng đƣợc coi là kết thúc khi lƣợng nƣớc thoát ra hầu cấp áp lực buồng, 3, và áp lực ngƣợc, uw, dƣới nhƣ bằng 0 hay áp lực nƣớc l r ng dƣ tiêu tán áp lực hiệu quả bằng 10kPa cho đến khi hệ số hoàn toàn và thể tích thay đổi giảm dần tới 0,04% áp lực nƣớc l r ng B đạt giá trị gần 1. Mẫu đất trong 1 ngày nhƣ theo đề nghị bởi Sivakumar đƣợc coi là bão hòa hoàn toàn khi hệ số áp lực (1993). Thời gian cho quá trình cân bằng lực hút nƣớc l r ng đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng 0,95 dính thƣờng kéo dài khoảng 3 đến 5 ngày. 96 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
Giai đoạn cắt mẫu Bảng 2: Chƣơng trình các thí nghiệm Khi điều kiện cân bằng lực hút dính trong cắt ba trục độ ẩm không đổi (CW) mẫu đã đạt đƣợc dƣới các áp lực tác dụng (tức là 3, ua và uw), mẫu đất đƣợc cắt bằng lực dọc Áp lực Lực hút dính ban đầu, (kPa) trục trong các điều kiện thoát khí và không thoát buồng thực, nƣớc l r ng, với một vận tốc bằng hằng số. (kPa) 0 100 200 Trong nghiên cứu này, tốc độ biến dạng đƣợc 50 CW50-0 CW50-100 CW50-200 tính toán theo TCVN 8868 : 2011 và đƣợc chọn 100 CW100-0 CW100-100 CW100-200 trên cơ sở bảo đảm khống chế áp lực khí l r ng 200 CW200-0 CW200-100 CW200-200 ua bằng áp lực khí l r ng tại cuối quá trình cố kết hay đầu quá trình cắt. Tác giả chọn tốc độ 5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM biến dạng là 0,02 mm/phút. Trong sơ đồ thí Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb mở rộng nghiệm này, mẫu đất đƣợc cắt dƣới điều kiện đƣợc cho trong hình 4. Các giá trị 76 kPa và 146 pha khí thoát tự do, nhƣng không cho pha nƣớc kPa là các giá trị trung bình của các lực hút dính thoát ra ngoài. Điều này có ngh a là trong quá lúc phá hoại (tại các ứng suất lệch đỉnh) trong trình cắt van của pha khí đƣợc mở (van C trong các thí nghiệm nén ba trục CW dƣới các áp lực hình 1) và van của pha nƣớc đƣợc đóng lại (van hông thực khác nhau (50 kPa, 100 kPa và 200 A và B trong hình 1). Giai đoạn cắt đƣợc coi là kPa) nhƣng tại cùng lực hút dính ban đầu lần kết thúc khi độ lệch ứng suất, q = (1 - 3) đã lƣợt là 100 kPa và 200 kPa. vƣợt qua điểm đỉnh và đạt tới giá trị không đổi Trên 4, ta thấy: khi lực hút dính tăng, góc b hoặc đã quan sát đƣợc mặt phá hoại rõ ràng trên giảm từ giá trị b = ’ tại lực hút dính bằng 0 mẫu đất. Nếu không đạt đƣợc điều kiện phá hoại kPa đến giá trị b = 40 ứng với giá trị lực hút nhƣ nêu trên thì ngừng thí nghiệm khi đạt đến dính bằng 200 kPa. Góc ma sát trong ’ của 25% biến dạng dọc trục. Giai đoạn cắt kéo dài mẫu dƣờng nhƣ vẫn giữ nguyên bằng 130 dù lực trong một ngày. hút dính tăng.  Chƣơng trình thí nghiệm Các thí nghiệm cắt ba trục độ ẩm không đổi (CW) đƣợc thực hiện tại các lực hút dính khác nhau và các áp lực hông thực khác nhau để nghiên cứu mặt bao phá hoại cho đất không bão hòa. Với mục đích thí nghiệm các mẫu đất có trạng thái từ bão hòa đến không bão hòa, các lực hút dính ban đầu đƣợc lựa chọn cho chƣơng trình thí nghiệm lần lƣợt là: 0 kPa, 100 kPa và 200 kPa. Các áp lực hông thực đƣợc lựa chọn dựa trên khả năng chịu lực của hệ thống ba trục và buồng ba trục là: 50 kPa, 100 kPa và 200 kPa. Chƣơng trình thí nghiệm cắt ba trục đƣợc trình bày trong bảng 2. Ký hiệu các mẫu đất thí nghiệm cắt ba trục độ ẩm không đổi là CWx-y, Hình 4: Mặt bao phá ho i Mohr-Coulomb trong đó x-y biểu thị thí nghiệm đƣợc thực hiện mở rộng xác định đ c t thí nghiệm n n dƣới áp lực buồng thực là x kPa và lực hút dính ba tr c độ ẩm không đổi CW mẫu đất ban đầu là y kPa. thí nghiệm công trình Sông S t ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 97
Các đƣờng bao phá hoại Mohr-Coulomb 300 c (kPa) (ua - uw)f , kPa mở rộng có thể đƣợc vẽ cho các thí nghiệm 250 38 133,0 nén ba trục CW tại cùng áp lực hông thực với 33 69,29  (kPa) 200 các mặt lực hút dính khác nhau bằng cách cho 14 0 ’ = 130 (’ bằng góc ma sát trong hiệu quả 150 13° của các mẫu bão hòa) với tất cả các mặt lực 100 hút dính. Các đƣờng bao phá hoại Mohr- 50 Coulomb mở rộng cho các thí nghiệm nén ba 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 trục độ ẩm không đổi (CW) dƣới các lực hút ( - ua) (kPa) dính ban đầu khác nhau nhƣng tại cùng ứng suất pháp thực là 50 kPa và 200 kPa đƣợc mô Hình 6: Đ ng bao phá ho i Mohr - Coulomb tả tƣơng ứng trong hình 5 và hình 6. Khoảng mở rộng xác định t thí nghiệm ba tr c độ ẩm chặn lực dính, c, từ các thí nghiệm nén ba trục không đổi CW ứng với áp lực hông thực CW đƣợc xác định bằng cách vẽ các đƣờng bằng 200 kPa bao phá hoại Mohr-Coulomb tiếp tuyến qua các vòng tròn Mohr đƣợc dựng từ m i thí Hình 7 biểu diễn hình chiếu của mặt bao phá nghiệm nén ba trục CW. Hình 5 biểu diễn hoại trên mặt phẳng  a - uw). đƣờng bao phá hoại Mohr-Coulomb cho mẫu Giao tuyến biểu thị lƣợng tăng cƣờng độ đầm nén Sông Sắt ứng với áp lực hông thực bằng 50 kPa. Trên hình 5 ta thấy khi lực hút chống cắt khi lực hút dính tăng. Các quan hệ dính của mẫu thay đổi, các đƣờng bao hƣớng trên hình 7 cho thấy lực hút dính tăng làm lên song song với nhau và có góc nghiêng cƣờng độ chống cắt của mẫu tăng lên. Áp lực bằng góc ma sát trong ’ = 130. hông thực tăng cũng làm cƣờng độ chống cắt của mẫu tăng theo tƣơng ứng. 300 c (kPa) (ua - uw)f , kPa 42 162,28 250 35,2 78,8 200  (kPa) 14 0 150 100 13° 50 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 ( - ua) (kPa) Hình 5: Đ ng bao phá ho i Mohr - Coulomb mở rộng xác định t thí nghiệm ba tr c độ ẩm không đổi CW với áp lực hông thực bằng 50 kPa Hình 7: Các hình chiếu ngang của mặt bao Đƣờng bao phá hoại Mohr-Coulomb cho phá ho i tr n mặt phẳng   (ua-uw xác định mẫu đầm nén Sông Sắt ứng với áp lực hông t thí nghiệm n n ba tr c CW của mẫu đất thực bằng 200 kPa đƣợc cho trong hình 6. đầm n n Sông S t 98 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
6. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Tác giả đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định cƣờng độ chống cắt của đất 1. FREDLUND, D.G., RAHARDJO, H. không bão hòa ứng với các lực hút dính khác (1998), "Cơ học đất cho đất không bão hoà" nhau trên thiết bị nén ba trục cải tiến cho đất (bản dịch), tập 1+2. NXB Giáo dục. không bão hòa theo sơ đồ nén ba trục độ ẩm 2. TCVN 4195-1995  4202-1995 (1996), không đổi (CW). Kết quả nghiên cứu cho thấy Tiêu chuẩn Việt Nam: "Đất xây dựng", Bộ Xây hình chiếu của mặt bao phá hoại trên mặt dựng. NXB Xây dựng. Hà Nội. phẳng  ~ ( - ua) là các đƣờng có các khoảng 3. TCVN 8868:2011 (2011), Tiêu chuẩn chặn lực dính tăng dần khi lực hút dính tƣơng quốc gia: "Đất xây dựng - Ph ơng pháp xác ứng của chúng tăng. Khoảng chặn lực dính trở định sức kháng c t không cố kết không thoát thành lực dính hiệu quả c’ = 14 kPa khi lực n ớc, cố kết không thoát n ớc và cố kết thoát hút dính tiến tới không. Tất cả các đƣờng n ớc của đất dính tr n thiết bị n n ba tr c" đồng lực hút dính là các đƣờng thẳng tịnh tiến (xuất bản lần 1), Viện Tiêu chuẩn Chất lƣợng hƣớng lên song song và có cùng góc dốc ’ = Việt Nam. Hà Nội. 13º, thể hiện rằng lƣợng tăng cƣờng độ chống 4. Fredlund, D.G., Morgenstern, N.R., and cắt là do lực hút dính của đất tăng. Hình chiếu Widger, R.A. (1978), “The shear strength of của mặt bao phá hoại trên mặt phẳng  ~ (ua - unsaturated soils”, Canadian Geotechnical uw) cho thấy quan hệ giữa cƣờng độ chống cắt Journal, 15(3): 313–321. và lực hút dính là quan hệ phi tuyến. Quan hệ 5. Fredlund, D.G., Rahardjo, H., and Gan, trên hình 7 biểu thị sự tăng cƣờng độ chống J.K.M. (1987), “Non-linearity of strength cắt khi lực hút dính tăng. Áp lực hông thực envelope for unsaturated soils”, Proceedings, tăng cũng làm cƣờng độ chống cắt của mẫu 6th International Conference on Expansive tăng theo tƣơng ứng. Từ kết quả nghiên cứu ta Soils, New Delhi, India, pp. 49–54. rút ra rằng trong đất không bão hoà, khi lực 6. Fredlund, D.G. and Rahardjo, H. (1993), hút dính tăng lên thì lực dính c tăng làm “Soil Mechanics for Unsaturated Soils”, John cƣờng độ chống cắt của đất tăng. Mẫu đất thí Wiley & Sons, Inc. nghiệm có góc ma sát trong ’ = 130 và lực 7. Head, K.H. (1986), “Manual of Soil dính đơn vị c’ = 14 kPa. Khi lực hút dính Laboratory Testing”, John Wiley and Sons, tăng, góc ma sát trong gần nhƣ không thay đổi Inc., Vol. 3, pp. 942-945. (’  130) nhƣng lực dính c tăng làm cƣờng độ 8. Ho, D.Y.F., and Fredlund, D.G. (1982), chống cắt của mẫu tăng lên, góc b giảm dần. “Increase in shear strength due to soil suction Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để tính for two Hong Kong soils”, Proceedings, ASCE, toán giảm khối lƣợng đất đắp trong trƣờng Geotechnical Conference on Engineering and hợp khu vực xây dựng khan hiếm về vật liệu Construction in Tropical and Residual Soils, địa phƣơng. Honolulu, Hawaii, pp. 263-295. Ng i phản biện: GS. NGUYỄN CÔNG MẪN ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 99