Tương quan giữa sức kháng cắt dư của đất, các giới hạn Atterberg và hàm lượng hạt sét

Chia sẻ: Nhan Chiến Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Tương quan giữa sức kháng cắt dư của đất, các giới hạn Atterberg và hàm lượng hạt sét" tổng hợp, phân tích và đánh giá các tương quan giữa góc ma sát trong dư, các giới hạn Atterberg và hàm lượng hạt sét. Đồng thời, dựa trên các giá trị giới hạn chảy (LL), chỉ số dẻo (PI), hàm lượng hạt sét (CF), tỷ số giữa giới hạn dẻo/giới hạn chảy (PL/LL) và chỉ số hoạt động (A) để xây dựng tương quan xác định góc ma sát trong dư. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tương quan giữa sức kháng cắt dư của đất, các giới hạn Atterberg và hàm lượng hạt sét

. 159 TƢƠNG QUAN GIỮA SỨC KHÁNG CẮT DƢ CỦA ĐẤT, CÁC GIỚI HẠN ATTERBERG VÀ HÀM LƢỢNG HẠT SÉT Nguyễn Thành Dƣơng*, Nguyễn Thị Nụ, Phạm Thị Ngọc Hà r n Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt Việ x ịnh sức kháng c t ư ủ ất trong nhi u trường h p sẽ gặp k k ăn, ặc biệt là ở nư n p t tr ển n ư V ệt Nam do hạn ch v thi t bị thí nghiệm Do , v ệc xây dựn tư n qu n x ịnh sức kháng c t ư ủ ất t các chỉ t u ản củ ất n ư i hạn Att r r , m lư ng hạt sét là rất cần thi t ây l ỉ t u ũn t ườn ư c sử dụng ể xây dựn tư n qu n x ịnh m t số tính chất ọc củ ất C tư n qu n x ịnh sức kháng c t ư sẽ ặc biệt hữu ích trong những trường h p hạn ch v mặt thời gian và thi t bị thí nghiệm. Trong bài báo này, nhóm tác sẽ tổng h p, p ân tí v n tư n qu n ữa m s t tron ư, i hạn Att r r v m lư ng hạt s t ồng thời, dựa trên các giá trị gi i hạn chảy (LL), chỉ số d o (PI), m lư ng hạt sét (CF), tỷ số giữa gi i hạn d o/gi i hạn chảy (PL/LL) và chỉ số hoạt n (A) ể xây dựn tư n qu n x ịn m s t tron ư Các số liệu sử dụn ể xây dựn tư n qu n ư c thu th p t các k t quả thí nghiệm c t vòng trên nhi u loạ ất khác nhau ở cấp áp lực nhỏ n 200 kP Từ khóa: S c kháng cắt d , ới hạn tterber , ml ng hạt sét, t ơn quan ồi quy. 1. Mở đầu Các gi i hạn Atterberg (gi i hạn chảy LL, chỉ số d o PI) v m lư ng hạt sét (CF) là những chỉ t u ản và phổ bi n củ ất. Nhi u tác giả ã sử dụng các gi i hạn Att r r ể xây dựng tư n qu n x ịnh các chỉ t u ọc củ ất n ư ỉ số nén Cc, chỉ số nở Cs, hệ số cố k t thẳn ứng Cv (ví dụ Di Maio và nnk., 2004; Yukselen-Aksoy và nnk., 2008; Tiwari và Ajmera, 2012; Duong và Hao, 2020). L n qu n n sức kháng c t củ ất, nhi u tư n qu n x ịnh m s t tron ư ủ ất t các gi i hạn Atterb r v m lư ng hạt s t ũn ã ư c thành l p (Skempton, 1964, 1985; Bishop và nnk., 1971; Lupini và nnk., 1981; Mesri và Cepeda-Diaz, 1986; Gibo và nnk., 1987; Collotta và nnk., 1989; Tsiambaos, 1991; Stark và Eid, 1994; Wesley, 2003; Suzuki và nnk., 2005; Stark và Hussain, 2013; Fang và nnk., 2019). Trong phòng thí nghiệm, thi t bị c t vòng (Ring shear apparatus) t ườn ư c sử dụn ể x ịnh sức kháng c t ư ủ ất vì nó cho phép c t mẫu ất n mức bi n dạng c t bất kỳ theo m t p ư n t nhất ịnh nên k t quả x ịnh sức kháng c t ư ần v i thực t nhất (Bishop và nnk., 1971). Tuy nhiên, ở nhi u n , ặc biệt l nư n p t tr ển n ư V ệt Nam, thi t bị c t vòng ư p ổ bi n Do , tư n qu n x ịnh sức kháng c t ư t các chỉ t u ản củ ất rất hữu ích trong nhữn trường h p khẩn cấp và thi t bị thí nghiệm hạn ch . Hiện nay, có nhi u các tư n qu n x ịnh sức kháng c t ư t các chỉ t u ản củ ất v tư n qu n n y ư c sử dụng cho những loạ ất khác nhau, phụ thu c vào nguồn gốc củ ất, loạ ất, thành phần khoáng v t và áp lực hữu hiệu. Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ tổng h p, phân tích và n tư n qu n x ịnh sức kháng c t ư ủ ất t gi i hạn chảy, chỉ số d o, v m lư ng * Ngày nhận bài: 01/3/2022; Ngày phản biện: 21/3/2022; Ngày chấp nhận n : 2/4/2022 * Tác giả liên hệ: Email: nguyenthanhduong@humg.edu.vn
160 hạt s t ồng thời, nhóm tác giả ũn sẽ ư r tư n qu n x ịnh sức kháng c t ư m i t các chỉ tiêu này dựa trên việc thu th p, tổng h p các k t quả thí nghiệm t các loạ ất khác nhau trên máy c t vòng. 2. Tổng quan các tương quan xác định sức kháng cắt dư từ các giới hạn Atterberg và hàm lượng hạt sét Sau bài giảng Rankine của Skempton (1964), việ x ịnh sức kháng c t ư t các thí nghiệm trong phòng v tư n qu n x ịn m s t tron ư t các chỉ t u ản của ất n ư i hạn chảy (LL), chỉ số d o (PI) v m lư ng hạt sét (CF) (50%), chuyển ng rối (CF
. 161 ất m lư ng hạt sét nhỏ n 25% (CF50%), trị gi i hạn chảy t 30% n 130% (30%LL130%); và t 120% n 300% (120%LL300%). Gần ây, ựa trên k t quả sức kháng c t ư ủa m t số mẫu ất p p, F n v nnk (2019) ũn ã xây ựn tư n qu n x ịn m s t tron ư t o trị riêng l LL, PL và PI: r = -0.9031*LL+ 51.726 (R = 0.99); r = -1.66*PL + 51.139 (R = 0.92); r = -1.4925*PI + 45.197 (R = 0.92). Tuy nhiên, tư n qu n n y ư c xây dựng dựa trên số lư ng mẫu ất hạn ch (8 mẫu). N n un , tư n qu n ữ m s t tron ư ủa ất v i các chỉ tiêu riêng l (CF, LL, PI) t ường không rõ ràng hoặc có hệ số x ịnh (R) thấp, ngoại tr m t số loạ ất ặ trưn n ư ất s t v , ất có chứa khoáng v t smectite hoặ ất phân bố ở m t khu vực nhất ịn Do , nhi u tác giả trên th gi ã xây ựn tư n qu n x ịn m s t tron ư ựa trên mối quan hệ giữa nhi u chỉ t u Collott (1989) ã ư r ểu thứ x ịn m s t tron ư ủ ất là m t hàm của 3 chỉ tiêu CF, LL, and PI: r = f(CALIP), tron : CALIP = (CF)2LLPI10-5. Nghiên cứu của Collotta (1989) cho thấy m s t tron ư ủ ất x ịnh t thí nghiệm c t trực ti p và c t vòng gần tư n ư n n u k trị CALIP l n n 60 V i giá trị CALIP nhỏ n 60, trị m s t tron ư x ịnh t thí nghiệm c t trực ti p l n n k oảng 15 - 20% so v k x ịnh t thí nghiệm c t vòng W sl y (2003) ã xây ựn ường bao quan hệ giữa m s t tron ư, ỉ số d o và gi i hạn chảy dựa trên ường thẳng A của biểu ồ quan hệ giữa PI và LL: PI = PI-0.73(LL-20) ường bao này phù h p cho cả ất loạ s t t n t ường và ất sét có nguồn gốc tro núi lửa. Dựa trên tỷ số gi i hạn d o/gi i hạn chảy (PL/LL), Suzuki và nnk (2005) ã xây ựn tư n qu n o ất có chứa khoáng v t smectite: tanr = 1.045*(PL/LL)- 0.077 (R = 0.874). Nhóm tác giả ũn ã xây ựn tư n qu n ồi quy b ểx ịnh góc m s t tron ư t các chỉ tiêu CF, LL, PL, PI, và tỷ số PL/LL. K t quả nghiên cứu cho thấy sức kháng c t ư ủ ất có thể ư ư lư ng t các chỉ t u CF, LL, PL, v PI, ặc biệt l o ất có chứa khoáng v t sm t t Tron , tư n qu n x ịn m s t tron ư: t nr = 1.143 -0.582 -0.531 10 CF PI có hệ số x ịnh cao nhất (R = 0.924). Cá tư n qu n x ịnh góc ma sát tron ư t các gi i hạn Atterberg và m lư ng hạt sét CF ư c tổng h p trong bảng 1.
162 Bảng 1. Tổng hợp các tương quan xác định r từ giới hạn Atterberg và hàm lượng hạt sét Tác giả Tương quan Loại đất Kanji (1974) r = 44.6/PI0.446 5%
. 163 Bảng 2. Dữ liệu thu thập từ các nghiên cứu trước Số Tài liệu tham khảo lượng Loại đất dữ liệu Townsend và Gilbert, 1973 5 ất phi n sét Lupini và nnk., 1981 41 ất sét tự nhiên + ất ch bị Yatabe và nnk., 1991 55 ất sét tự nhiên Tsiambaos, 1991 6 ất phong hóa (sét vôi) Wesley, 1992 14 ất sét phong hóa t b t k t Wesley, 1992 15 ất sét bụi (tro bụi núi lửa) Stark và Eid, 1994 34 ất sét tự nhiên và phi n sét Tiwari và Marui, 2003 32 ất ch bị (kaolin+cát+bentonite) Tiwari và Marui, 2005 82 ất tự nhiên Tiwari và nnk., 2005 11 ất tự nhiên Suzuki và nnk., 2009 6 ất tự nhiên+sét kaolin Duong và nnk., 2018 4 ất ch bị (kaolin+bentonite) Fang và nnk., 2019 8 ất p p Tổng 311 3.2. Kết quả phân tích hồi quy đơn giản Mối quan hệ giữ m s t tron ư v i các gi i hạn Atterberg (LL, PI), tỷ số PL/LL, hàm lư ng hạt sét (CF) và chỉ số hoạt ng (A = PI/CF) ư c thể hiện trên các hình 1-5. Hình 1 và 2 cho thấy m s t tron ư ủ ất giảm k tăn ần gi i hạn chảy và chỉ số d o PI, ngoại tr ất tro núi lử ối v ất tro núi lửa, sự phụ thu c của góc ma sát tron ư v o trị LL v PI l k n rõ r n N o r , ất tro núi lử v ất sét vôi có sức kháng c t ư n n un o n loạ ất khác khi có cùng giá trị LL v PI, ặc biệt l ất tro núi lử u này là do ất tro núi lử t ường chứa các khoáng v t lloys t v llop on , ây l n ững khoáng v t có sức kháng c t ư l n (W sl y, 2003) N n un , xu ư ng giảm m s t tron ư ủ ất thể hiện rõ nhất k LL tăn n 100% v PI tăn n 50%; xu ư ng này giảm dần k LL tăn t 100% n 200% v PI tăn t 50% n 100%; khi LL>200% và PI>100%, góc ma sát trong ư ủ ất giảm k n n kể v i giá trị r nhỏ nhất khoảng 4 Tư n qu n ồ quy n ản giữ m s t tron ư ủ ất (ngoại tr ất tro núi lử v ất sét vôi), gi i hạn chảy LL và chỉ số d o PI ư c thể hiện qua các biểu thức: r = 343.3*LL-0.772 (R = 0.70); r = 87.94*PI-0.538 (R = 0 69) H n 1 v 2 ũn ho thấy ường cong quan hệ giữ m s t tron ư v i giá trị LL và PI củ ất sét vôi và các loạ ất khác (tr ất tro núi lử ) l k tư n ồng nhau.
164 Hình 1. Quan hệ giữa r và giá trị LL Hình 2. Quan hệ giữa r và giá trị PI Hình 3. Quan hệ giữa r và tỷ số PL/LL
. 165 Dựa trên giá trị PL và LL, mối quan hệ giữ m s t tron ư ủ ất và tỷ số PL/LL ư c thể hiện trên hình 3. Có thể thấy, giá trị m s t tron ư ủ ất tăn k tỷ lệ Pl/LL tăn , n oại tr ất tro núi lửa. ối v ất tro núi lửa, sự phụ thu c củ m s t tron ư v o tỷ số PL/LL là không rõ ràng. Xét v quy lu t un , m s t tron ư ủ ất s t v tăn n n n loạ ất khác khi tỷ số PL/LL tăn Mối quan hệ giữa r và tỷ số PL/LL ũn ã ư c Suzuki và nnk (2005) c p n và cho thấy r tăn khi tỷ số PL/LL tăn Dựa trên hình 3, tư n qu n ồ quy n ản giữa r và PL/LL (ngoại tr ất tro núi lử v ất sét vôi) có thể ư c thể hiện qua biểu thức: r = 28.46*(PL/LL)+2.42 (R = 0.60). Hình 4. Quan hệ giữa r và CF Mối quan hệ giữ m s t tron ư v m lư ng hạt s t ư c thể hiện trên hình 4. Nhìn un , m s t tron ư ảm k m lư ng hạt s t tăn , n oại tr ất tro núi lử ối v i ất tro núi lửa, m t số mẫu cho thấy r tăn k m lư n t s t CF tăn T o Sk mpton (1964, 1985), k m lư ng hạt s t tron ất CF  50%, trạn t ư ủ ất ư c hình thành chủ y u do chuyển n trư t của các hạt s t v k tăn m lư ng hạt sét l n n 50%, sức kháng c t ư ủ ất ít có sự t y ổi. K t quả tr n n 4 ũn o t ấy k m lư ng hạt sét tron ất (ngoại tr ất tro núi lửa) l n n 50%, m s t tron ư ủ ất giảm k n n kể Tư n qu n ồ quy n ản giữ m s t tron ư ủ ất v m lư ng hạt sét có thể  ư c thể hiện qua biểu thức:   -*CF -*CF (R = 0 58) Tư n qu n n y o thấy m s t tron ư ủ ất l n nhất là 23.89 và nhỏ nhất là 8.8 u này không phù h p v i thực t , vì v y tư n qu n ữ m s t tron ư ủ ất v m lư ng hạt s t ít ư c sử dụng. Dựa trên biểu ồ hình 4, nhóm tác giả ã xây ựn ường bao quan hệ giữa góc ma sát tron ư v m lư ng sét CF. Có thể thấy rằng, ườn o n y o tr m ường bao do Sk mpton (1964) xuất.
166 Hình 5. Quan hệ giữa r và giá trị chỉ số hoạt động A Mối quan hệ giữ m s t tron ư v ỉ số hoạt ng A ư c thể hiện trên hình 5. Chỉ số hoạt n A ặ trưn o k ả năn ữ nư c củ ất loạ s t v ư x ịnh là tỷ số giữa chỉ số d o v m lư ng hạt sét (A = PI/CF). Hình 5 cho thấy các số liệu p ân t n v o , m s t tron ư ủ ất gần n ư k n phụ thu ( c l p) vào chỉ số hoạt ng A. Suzuki v nnk (2005) ũn o t ấy m s t tron ư v ỉ số hoạt ng A gần n ư k n tư n quan v i nhau, ngoại tr ất có chứa khoáng v t smectite. V ất có chứa smectite, Suzuki -0.715 v nnk (2005) ã xây dựn tư n qu n: t nr = 0.201A (R = 0.646). 3.3. Kết quả phân tích hồi quy bội Tư n qu n ồi quy b ư c xây dựng dựa trên 2 hoặc nhi u bi n trong các bi n LL(X1), PI(X2), CF (X3), PL/LL(X4) v A(X5) C tư n qu n n y ư c xây dựn o ất tự nhiên hoặ ất ch bị (ngoại tr ất tro bụi núi lử v ất sét vôi) v i tổng số dữ liệu N = 283 Tư n quan hồi quy tuy n tính b i có dạng: r = C+aX1+bX2+cX3+dX4+eX5 (1) Tron , C l ằng số; a, b, c, d và e là hệ số hồi quy; X1-X5 là các bi n. K t quả phân tích hồi quy tuy n tính b ư c thể hiện trong bảng 3. Có thể thấy, tư n quan hồi quy b ư c xây dựng dựa trên các bi n LL, PI, CF, PL/LL và A có hệ số x ịnh R t 0 65 n 0.77. Dựa trên k t quả ở bản 2, m s t tron ư ủ ất có thể ư x ịnh dự tr n tư n qu n ồi quy b i sau: r = 14.0-0.302LL+0.307PI-0.047CF+26.03(PL/LL) (R = 0.77) (2) r = 13.5-0.305LL+0.307PI-0.039CF+26.28(PL/LL)+0.141A (R = 0.77) (3) Bảng 3. Kết quả phân tích hồi quy tuyến tính bội PL/LL A = PI/CF C LL (X1) PI (X2) CF (X3) R (X4) (X5) 25.4 -0.206 0.136 - - - 0.65 22.4 - -0.056 -0.114 - - 0.66 10.5 - - -0.113 19.47 - 0.67 1.68 - - - 28.81 0.318 0.61 r ( ) 26.6 -0.170 0.121 -0.097 - - 0.69 14.0 -0.302 0.307 -0.047 26.03 - 0.77 13.5 -0.305 0.307 -0.039 26.28 0.141 0.77
. 167 4. Kết luận Nghiên cứu n y ã tổng h p, p ân tí v n tư n qu n x ịnh góc ma sát tron ư củ ất dựa vào các chỉ t u Att r r v m lư ng hạt s t, ồng thời thi t l p tư n quan m x ịnh sức kháng c t ư ủ ất dựa trên các chỉ tiêu này. K t quả nghiên cứu rút ra m t số k t lu n sau: Tư n qu n x ịn m s t tron ư ủ ất t các chỉ tiêu riêng l (LL, PI, CF) t ường có hệ số x ịnh (R) không cao, ngoại tr m t số loạ ất ặ trưn Tron , tư n qu n ữa m s t tron ư v CF ít ư c sử dụn v n o m lư ng hạt s t, m s t tron ư ủa ất còn phụ thu c nhi u y u tố k , ặc biệt là thành phần khoáng v t. G m s t tron ư ủa các loạ ất nhìn chung giảm dần k m lư ng hạt sét, gi i hạn chảy và chỉ số d o tăn , n oại tr ất có nguồn gốc tro bụi núi lử Tron , mứ giảm của r thể hiện rõ nhất khi giá trị LL tăn n 100% v PI tăn n 50%; mứ giảm giá trị r giảm dần khi LL tăn t 100% n 200% v PI tăn t 50% n 100%; khi LL>200% và PI>100%, m s t tron ư ủ ất giảm k n n kể. N o r , m s t tron ư ủa ất tăn tuy n tính v i tỷ số PL/LL (R = 0.60) và nó gần n ư k n p ụ thu c vào chỉ số hoạt ng A củ ất. G m s t tron ư ủ ất có thể ư x ịnh dựa trên hàm tư n qu n tuy n tính b i t các chỉ tiêu LL, PI, CF, PL/LL và A. Tuy nhiên, cần chú ý giá trị r xá ịnh t tư n qu n chỉ mang tính chất tham khảo v k n tư n qu n n o n o tất cả các loạ ất và có thể n n tron oạn thi t k s . Lời cảm ơn Nghiên cứu n y ư c tài tr bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong tài mã số 105.08-2019.315. Tài liệu tham khảo Bishop, A.W., Green, G.E., Garga, V.K., Andresen, A., Brown, J.D., 1971. A new ring shear apparatus and its application to the measurement of residual strength. Geotechnique 21, 273-328. Collotta, T., Cantoni, R., Pavesi, U., Ruberl, E., Moretti, P.C., 1989. A correlation between residual friction angle, gradation and the index properties of cohesive soils. Geotechnique 39, 343-346. Di Maio, C., Santoli, L., Schiavone, P., 2004. Volume change behaviour of clays: the influence of mineral composition, pore fluid composition and stress state. Mechanics of materials 36, 435-451. Duong, N.T, Hao, D.V, 2020. Consolidation Characteristics of Artificially Structured Kaolin-Bentonite Mixtures with Different Pore Fluids. Advances in Civil Engineering 2020. Duong, N. T., Suzuki, M., Hai, N.V., 2018. Rate and acceleration effects on residual strength of kaolin and kaolin-bentonite mixtures in ring shearing. Soils. Found. 58 (5), 1153-1172. Fang, C., Shimizu, H., Nishiyama, T., Nishimura, S.-I., 2019. Predicting residual frictional angle by atterberg limits for reservoir embankment soils. GEOMATE Journal 17, 111-118. Gibo, S., Egashira, K., Ohtsubo, M., 1987. Residual strength of smectite-dominated soils from the Kamenose landslide in Japan. Canadian Geotechnical Journal 24, 456-462. Lupini, J.F., Skinner, A.E., Vaughan, P.R., 1981. The drained residual strength of cohesive soils. Geotechnique 31, 181-213.
168 Mesri, G., Cepeda-Diaz, A.F., 1986. Residual shear strength of clays and shales. Geotechnique 36, 269-274. Skempton, A.W., 1985. Residual strength of clays in landslides, folded strata and the laboratory. Geotechnique 35, 3-18. Skempton, A.W., 1964. Long-term stability of clay slopes, Geo-technique. XIV. Stark, T.D., Eid, H.T., 1994. Drained residual strength of cohesive soils. Journal of Geotechnical Engineering 120, 856-871. Stark, T.D., Hussain, M., 2013. Empirical correlations: drained shear strength for slope stability analyses. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 139, 853-862. Suzuki, M., Tsuzuki, S., Yamamoto, T., 2005. Physical and chemical index properties of residual strength of various soils. Memoirs Fac. Engineering Yamaguchi University 56, 1-11. Tiwari, B., Ajmera, B., 2012. New correlation equations for compression index of remolded clays. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 138, 757-762. Tsiambaos, G., 1991. Correlation of mineralogy and index properties with residual strength of Iraklion marls. Engineering Geology 30, 357-369. Wesley, L.D., 2003. Residual strength of clays and correlations using Atterberg limits. Geotechnique 53, 669-672. Yukselen-Aksoy, Y., Kaya, A., Ören, A.H., 2008. Seawater effect on consistency limits and compressibility characteristics of clays. Engineering Geology 102, 54-61.