humghn.com
File download : https://www.mediafire.com/?hsax58larxlilh2Việc nghiên cứu đặc tính địa chất công trình của đất yếu gặp rất nhiều khó khăn do rất khó có thể lấy được mẫu nguyên dạng của đất. Mặt khác, trong quá trình tiến hành thí nghiệm xác định các đặc trưng này lại có sự sai khác về kết quả của cùng một đơn nguyên địa chất công trình. Bài báo trình bày một số phương pháp nghiên cứu đặc tính địa chất công trình của đất yếu.
I. Khái niệm về đất yếu
Đất yếu chưa có một khái niệm rõ ràng và thống nhất, bởi vì trong mối quan hệ tương tác với công trình có quy mô và tải trọng khác nhau nền đất sẽ ứng xử khác nhau; có khi đất nền là yếu với cấp loại công trình này, loại không yếu với cấp loại công trình khác. Nhìn chung, hiện nay có hai quan niệm về đất yếu. Theo quan điểm thứ nhất, đa số các nhà nghiên cứu đều cho rằng “Đất yếu” là những đất có sức chịu tải thấp, vào khoảng 0,5 - 1,0 kG/cm2, có tính biến dạng lớn, hầu như bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn ( e>1), mô đun tổng biến dạng thấp (thường thì E0 < 50 kG /cm2), hệ số sức kháng cắt không đáng kể,... và nếu không áp dụng các giải pháp xử lý thích hợp thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thực hiện được
Khi nghiên cứu về các đất yếu, cần tiến hành các thí nghiệm để xác định các đặc trưng cơ học (cường độ chống cắt và các đặc trưng biến dạng) của chúng.
Các chỉ tiêu biểu thị sức kháng cắt của đất gồm có lực dính kết C và góc ma sát trong ũ. Tuỳ theo các giải pháp thiết kế khác nhau mà C, ũ sẽ được xác định theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau.
Các chỉ tiêu biểu thị tính nén lún của đất gồm có: độ bền kiến trúc ỳc; hệ số nén lún a hoặc chỉ số nén Cc; hệ số cố kết thẳng đứng Cv; môđun biến dạng Eo.
Dưới đây là các phương pháp xác định tính chất cơ học của đất yếu.
II.Các phương pháp thí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất yếu.
1.Thí nghiệm nén ba trục.
Thí nghiệm nén ba trục là thí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay bởi vị thí nghiệm này mô hình hoá được đúng hơn trạng thái ứng suất tự nhiên của mẫu đất trong điều kiện thế nằm tự nhiên. Thí nghiệm được thực hiện trên mẫu đất hình trụ có tỉ số giữa chiều cao và đường kính bằng 2/1: kích thước mẫu thường là 100 x 50mm hoặc 76 x 38mm.
Trong thực tế, sức kháng cắt của đất thường được thực hiện theo 3 sơ đồ: a) Thí nghiệm không cố kết, không thoát nước đối với đất bão hoà, ký hiệu UU.
Đây là sơ đồ thí nghiệm đơn giản, vận hành nhanh, giá thành rẻ và thông dụng nhất của thí nghiệm nén ba trục. Kết quả sức kháng cắt thu được là ở trạng thái ứng suất tổng.
Những nguyên lý được trình bày sau đây chỉ liên quan đến đất bão hoà. Trong suốt quá trình thí nghiệm, nước lỗ rỗng bị khống chế không được thoát ra ngoài, mẫu đất không được cố kết dưới các tải
trọng tác dụng lên nó. Vì nước và cốt đất hầu như không chịu nén và giả thiết trong nước không chứa không khí nên trong quá trình thí nghiệm mẫu không bị biến dạng thể tích. Khi thí nghiệm với đất bão hoà ( hệ số áp lực của nước lỗ rỗng B = 1), độ tăng nào đó của ứng suất tổng tạo nên sự tăng tương ứng của áp lực nước lỗ rỗng (Au = Aơ) và vì thế không xảy ra sự tăng ứng suất hiệu quả, tức là Aơ’ =o. Khi đó ta có:
Su = cu và Ọu = o.
Giá trị Su gọi là sức kháng cắt không thoát nước của đất.
b) Thí nghiệm cố kết, không thoát nước đối với đất bão hoà, ký hiệu CU.
Thí nghiệm theo sơ đồ này, mẫu đất trước tiên được cố kết dưới các tải trọng tác dụng lên nó và độ chặt của đất tăng tới mức tối đa mà nó có thể đạt được dưới các tải trọng. Sau đó tăng tải trọng gây cắt đất và không cho thoát nước. Giai đoạn cố kết ban đầu chuyển đất tới trạng thái thể tích và áp lực nước lỗ rỗng đã quy định, từ đó có thể đo đạc chính xác các thay đổi tiếp theo của thể tích hoặc áp lực nước lỗ rỗng.
Kết quả thu được theo sơ đồ này là sức kháng cắt theo hai trạng thái:
+ Đặc trưng sức kháng cắt cố kết không thoát nước: ccu và ũcu sử dụng cho thiết kế đắp đất theo giai đoạn trên nền đất yếu.
+ Đặc trưng sức kháng cắt cố kết, thoát nước: c’ và ũ’ được dùng trong tính ổn định dài hạn.
c) Thí nghiệm cố kết, thoát nước, ký hiệu CD.
Giống như trong thí nghiệm cố kết không thoát nước, mẫu thí nghiệm trước tiên được tiến hành cố kết dưới các tải trọng tác dụng lên nó nhưng ở giai đoạn nén, mãu đất được thoát nước tự do. Sau đó tăng tải trọng gây cắt. Tốc độ tăng tải trong gây cắt phải chậm đủ để đảm bảo rằng không xảy ra việc tăng áp lực nước lỗ rỗng.
+ Đặc trưng sức kháng cắt nhận được, theo sơ đồ thí nghiệm này, ở trạng thái ứng suất hữu
hiệu với các thông số c’ và ũ’ riêng của mẫu.
2.Thínghiệm cắt cánh hiện trường.
Ta đã biết, khả năng thoát nước của lỗ rỗng của đất dính rất chậm nên trong một số trường hợp tính toán nền móng, đặc biệt nghiên cứu đất đắp trên nền đất yếu, thì thí nghiệm theo sơ đồ UU (không thoát nước, không cố kết) là thích hợp. Trong khi đó, việc xác định Cuu ở trong phòng thí nghiệm không phải lúc nào cũng thuận lợi, nhất là sét yếu và than bùn. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, người ta đề xuất một loại thí nghiệm, không cần tiến hành lấy mẫu nguyên dạng, có thể xác định nhanh chóng sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu. Phương pháp cắt cánh thường được sử dụng trong các loại đất mềm yếu, khó có khả năng lấy mẫu nguyên dạng để thí nghiệm trong phòng như đất loại sét mềm yếu, cát hạt nhỏ và mịn bão hoà nước, các loại đất bùn và than bùn. Hiện nay, ở nước ta, khi thiết kế nền đất yếu, thiết kế thi công cọc khoan nhồi, hố móng, người ta thường sử dụng phổ biến các tài liệu thí nghiệm cắt cánh.
Thí nghiệm cắt cánh theo nguyên tắc là cắt đất trên một mặt phẳng định sẵn. Nguyên lý thí nghiệm rất đơn giản là ấn vào trong đất một cánh cắt chữ thập bằng thép, sau đó quay cánh cắt cho đến khi đất bị cắt xoay tròn (phá huỷ) xung quanh trục của nó và đo mômen xoắn. Đất bị cắt trong thời gian khá nhanh, nước không kịp thoát ra ngoài nên thí nghiệm được xem như là theo sơ đồ UU. Ta tính được ứng suất tiếp T, từ đó có sức kháng cắt không thoát nước Su (tức là cu) của đất yếu, do ọu = o
