TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 339
ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA SÉT MỀM VÀ ĐẤT RỜI TỪ THÍ NGHIỆM
NÉN NGANG Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
PHYSICAL MECHANICAL PROPERTIES OF SOFT CLAYEY AND
COHESIONLESS SOILS FROM PRESSUREMETER TEST
IN HOCHIMINH CITY
PGS. TS. Bùi Trường Sơn
Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM
TÓM TẮT
Thí nghiệm nén ngang (PMT) là một trong các thí nghiệm hiện trường có thể
thực hiện ở các độ sâu khác nhau. Thí nghiệm này cho phép không chỉ xác định
các đặc trưng biến dạng (Eo, Er) và độ bền (pL) mà còn trạng thái ứng suất ban
đầu, trong đó, giá trị áp lực ngang ban đầu
σ
oh. Kết quả của thí nghiệm có thể sử
dụng để tính toán móng nông, móng cọc và đặc biệt phù hợp cho các loại hình
công trình ngầm. Việc tổng hợp đánh giá các đặc trưng thu nhận từ thí nghiệm
này trong các loại đất phổ biến như sét mềm bão hòa nước và đất rời ở khu vực
Tp. HCM và lân cận có ý nghĩa thực tiễn đối với công tác địa kỹ thuật.
ABSTRACT
Pressuremeter test is the one of in-situ tests which can be carry out at various
depths. This test allows determining not only deformation (Eo, Er) and strength
(pL) characteristics, but also initial stress state including horizontal stress
σ
oh. The
testing results can be used for calculating shallow and pile foundation and
especially conforming to underground construction. The synthetically evaluating
characteristics from this test on popular soils in HoChiMinh City and neighboring
areas such as soft saturated and cohesionless soils have practical significance in
geotechnical engineering.
1. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN VỀ ĐẶC TRƯNG ĐỘ
BỀN TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG TRONG HỐ KHOAN
Kết quả của thí nghiệm nén ngang trong hố khoan có thể sử dụng để tính toán
thiết kế đối với hầu hết các loại nền móng công trình khác nhau. Trong đó, có thể đánh
giá cả độ lún lẫn khả năng chịu tải [1], [2], [3]. Đối với sét mềm bão hòa nước, đặc
trưng độ bền thường được thể hiện thông qua sức chống cắt không thoát nước Su. Ở đây,
nguyên tắc của các phương pháp phổ biến bao gồm: phương pháp áp lực giới hạn;
phương pháp tương quan theo kinh nghiệm; phương pháp đường cong áp lực; phương
pháp Gibson-Anderson và phương pháp đường cong cắt. Ở phương pháp áp lực giới
hạn, có hàng loạt các kết quả nghiên cứu và được tóm tắt như ở bảng 1.
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
340
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
Bảng 1. Quan hệ giữa cường độ chống cắt không thoát nước và áp lực giới hạn
Stt S
u
Loại đất Tác giả
1 (p
L
-σ
oh
)/k k=2 đến 5 Ménard (1975)
2 (p
L
-σ
oh
)/5,5 Sét chảy Cassan (1972), Amar và Jézéquel (1972)
3 (p
L
-σ
oh
)/8 Sét dẻo mềm – dẻo cứng
4 (p
L
-σ
oh
)/15 Sét dẻo cứng – nửa cứng
5 (p
L
-σ
oh
)/6,8 Sét dẻo cứng Marsland và Randolph (1977)
6 (p
L
-σ
oh
)/5,1 Tất cả các loại sét Lukas và LeClerc de Bussy (1972)
7 (p
L
-σ
oh
)/10+25 Martin và Jézéquel (1986)
8 (p
L
-σ
oh
)/10 Sét dẻo cứng Martin và Drahos (1986)
9 (p
L
/10)+25 Sét chảy đến dẻo cứng Johnson (1986)
Về tổng thể, biểu thức thể hiện tương quan có dạng: S
u
= p
L
*/β, với p
L
*=(p
L
-σ
oh
)
được gọi là áp lực giới hạn ròng.
Đối với đất rời, độ bền thể hiện chủ yếu thông qua góc ma sát trong và các tương
quan từ phương pháp biểu đồ áp lực, phương pháp Hughes –Wroth –Windle và phương
pháp tương quan theo kinh nghiệm được sử dụng phổ biến. Ở trạng thái cân bằng giới
hạn, tương quan này có thể được biểu diễn dưới dạng:
''
'
1(1 )
2
(1 sin ) sin
a
Loh
oh
k
G
p
σϕ
σϕ
⎡⎤
⎢⎥
⎣⎦
−
=+
Ở đây: G – module trượt; k
a
– hệ số áp lực chủ động.
Hình 1. Quan hệ giữa φ-p’
L
(Menard, Baguelin và đồng nghiệp, 1978)
Nhiều nhất phải kể đến các tổng kết Briaud và đồng nghiệp. Căn cứ các dữ liệu
thu thập, các tương quan trong thí nghiệm và với các thí nghiệm khác như với các đặc
trưng E
o
, E
r
, p
L
, S
u
, φ, N, q
c
và f
s
được tổng hợp với các loại đất khác nhau ứng với các độ
sâu phân bố. Một số biểu thức thể hiện tương quan được tổng kết như sau [4], [5], [6]:
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
341
Trong đất loại sét: p
L
=7,5S
u
; p
L
=0,2q
c
; p
L
=0,071E
o
; E
o
=100S
u
; E
o
=2,5q
c
;
E
o
=0,278E
r
.
Trong đất rời: p
L
(kPa)=47,9N; p
L
=0,11q
c
; p
L
=0,125E
o
; E
o
=383N; E
o
=1,15q
c
.
2. ĐẶC ĐIỂM ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG
TRONG SÉT MỀM VÀ ĐẤT RỜI
Từ kết quả của 37 thí nghiệm nén ngang trong sét mềm ở quận 2, 7, Nhà Bè và
một số khu vực khác ở các độ sâu khác nhau, các quan hệ giữa các đặc trưng được tổng
hợp và thể hiện thông qua các biểu đồ từ Hình 2 đến Hình 5.
Kết quả ở Hình 2 và 3 cho thấy giá trị E
p
và p
L
dao động trong phạm vi rộng ở
cùng một độ sâu. Tuy nhiên, khuynh hướng gia tăng các giá trị E
p
và p
L
theo độ sâu là
rõ ràng. Đối với sét mềm bão hòa nước, các thông số về đặc trưng cơ lý sử dụng cho
việc phân tích khả năng ổn định dưới công trình đắp thường được quan tâm ở khu vực
Hình 2. Quan hệ module nén ngang (Ep)
theo độ sâu của sét mềm bão hòa nước
H
ình 3. Quan hệ áp lực giới hạn (pL)
theo độ sâu của sét mềm bão hòa nước
Hình 4. Quan hệ áp lực giới hạn ròng và
module nén ngang của sét mềm
bão hòa nước
Hình 5. Quan hệ hệ số áp lực đất tĩnh
(Ko) theo độ sâu của sét mềm
bão hòa nước
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
342
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
gần bề mặt, là nơi ảnh hưởng trực tiếp đối với loại hình công trình này. Ở đây, từ độ sâu
từ 5m trở lại, giá trị module biến dạng từ thí nghiệm nén ngang dao động chủ yếu trong
phạm vi 500 – 3.000 KN/m
2
.
Hình 4 cho thấy quan hệ giữa E
p
và p*
L
có dạng tuyến tính rõ ràng (so với quan
hệ E
p
và p
L
). Theo quan hệ này, tỷ số E
p
/p*
L
của sét mềm bão hòa dao động trong phạm
vi hẹp. Tỷ số E
p
/p*
L
theo độ sâu được thiết lập và kết quả cho thấy tỉ số E
p
/p*
L
dao
động trong phạm vi chủ yếu từ 8-12, trung bình 11,6.
Thí nghiệm nén ngang được thực hiện với việc giữ áp lực nén không đổi trong
thời gian ngắn. Đối với sét mềm bão hòa nước, điều kiện thí nghiệm này khó có thể cho
phép đánh giá các đặc trưng cơ lý khi đất nền đạt trạng thái ổn định thoát nước. Tuy
nhiên, việc đánh giá hệ số áp lực ngang tĩnh K
o
=
(σ’
oh
/
σ’
zg
) trong chừng mực nào đó
cũng có thể cho phép rút ra các nhận định về trạng thái ứng suất ban đầu của đất nền. Ở
độ sâu 5m trở lại, K
0
dao động chủ yếu từ 0,6 đến 2 và đa số có giá trị lớn hơn 1. Qui
luật phân bố K
o
theo độ sâu có đặc điểm phi tuyến rõ rệt. Điều này hoàn toàn phù hợp
với các kết quả đánh giá đặc điểm quá cố kết thông qua OCR theo độ sâu đã được thực
hiện và trình bày trước đó trong một số nghiên cứu của đất khu vực [7].
Thí nghiệm hiện trường và các thí nghiệm khác được tiến hành trong thời gian
ngắn cho phép thu nhận được các đặc trưng cơ lý phù hợp đối với các loại đất có giá trị
hệ số thấm lớn như đất rời do thời gian ổn định thoát nước không đáng kể. Kết quả tổng
hợp 148 thí nghiệm trong đất rời ở các dự án Metro và một số công trình khác ở Tp.
HCM cho phép thiết lập các quan hệ đặc trưng của đất rời ở các độ sâu khác nhau.
Từ các quan hệ thể hiện ở các Hình 6 đến 9, có thể thấy rằng qui luật thay đổi
các đặc trưng cơ lý theo trạng thái ứng suất (theo độ sâu) của đất rời (cát mịn, cát mịn –
vừa, kết cấu rời – chặt) của khu vực là khá rõ ràng. Tuy nhiên, khó tránh khỏi sự biến
động giá trị lớn là do sự khác biệt về kết cấu (từ rời đến chặt), thành phần cấu tạo (kích
cỡ hạt) và mực nước ngầm. Các đặc trưng E
p
, p
L
, p*
L
đều có xu hướng tăng theo quy
luật tuyến tính theo độ sâu. Để đánh giá đặc điểm đặc trưng biến dạng và độ bền của đất
rời theo độ chặt, có thể chọn lựa xây dựng tương quan E
p
và p
L
theo N (SPT). Kết quả
Hình 6: Quan hệ Ep theo độ sâu
của đất rời
Hình 7: Quan hệ pL theo độ sâu của
đất rời
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
343
cho thấy có tương quan theo qui luật tuyến tính giữa các đặc trưng độ bền và biến dạng
theo độ chặt (thể hiện thông qua N).
Khác với sét mềm bão hòa nước, tỷ số E
p
/p*
L
của đất rời khu vực không có qui
luật rõ ràng theo độ sâu phân bố. Tỷ số này dao động trong phạm vi rộng từ 5 đến 17,
trung bình 10,9 và không phụ thuộc độ sâu.
3. QUAN HỆ GIỮA KẾT QUẢ NÉN NGANG VÀ THÍ NGHIỆM KHÁC
Các dữ liệu của thí nghiệm cắt cánh (VST) tại những vị trí trong khu vực thí
nghiệm nén ngang chỉ có bao gồm 9 vị trí. Ở đây, giá trị S
ucorr
hiệu chỉnh theo Bjerrum
(μ = 0,76 - 0,77).
Quan hệ giữa các thông số thí nghiệm nén ngang với S
u
của thí nghiệm VST được
biểu diễn ở Hình 10.
Hình 10. Quan hệ p*
L
và S
u(VST)
của đất sét mềm bão hòa nước
Thông qua các kết quả phân tích quan hệ giữa thí nghiệm PMT và VST, các hệ số
β và α xác định được khá phù hợp với kết quả đã nghiên cứu đã có với giá trị của β thay
đổi trong khoảng giữa 5,6 đến 7,4 và giá trị trung bình là 6,5. Từ kết quả thí nghiệm:
Hình 8. Quan hệ p*L theo độ sâu
của
đ
ất
r
ờ
i
Hình 9. Quan hệ giữa Ep và N
của đất