›
›

Nghiên cứu kết quả thí nghiệm cắt cố kết thoát nước và cắt với độ ẩm không đổi

pdf 8 trang hapham 1690
Download
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu kết quả thí nghiệm cắt cố kết thoát nước và cắt với độ ẩm không đổi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_ket_qua_thi_nghiem_cat_co_ket_thoat_nuoc_va_cat_v.pdf

Nội dung text: Nghiên cứu kết quả thí nghiệm cắt cố kết thoát nước và cắt với độ ẩm không đổi

  1. Nghiªn cøu kÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¾t cè kÕt tho¸t n­íc vµ c¾t víi ®é Èm kh«ng ®æi TS. TrÞnh Minh Thô Tr­êng §¹i häc Thuû lîi Tãm t¾t: C­êng ®é chèng c¾t cña ®Êt kh«ng b·o hoµ th­êng ®­îc x¸c ®Þnh tõ c¸c thÝ nghiÖm c¾t cè kÕt tho¸t n­íc (thÝ nghiÖm CD) hoÆc thÝ nghiÖm c¾t víi ®é Èm kh«ng ®æi (thÝ nghiÖm CW). Bµi b¸o nµy tr×nh bµy sù so s¸nh vÒ c­êng ®é chèng c¾t tõ thÝ nghiÖm c¾t CD vµ thÝ nghiÖm c¾t CW trªn c¸c mÉu ®Êt sÐt pha ®Çm nÐn. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho thÊy gãc ma s¸t trong hiÖu qu¶,  ', vµ lùc dÝnh hiÖu qu¶, c' , tõ thÝ nghiÖm c¾t CD vµ thÝ nghiÖm c¾t CW lµ gièng nhau. Gãc biÓu thÞ tèc ®é t¨ng vÒ ®é bÒn chèng c¾t,  b , khi ®é hót dÝnh t¨ng lªn tõ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¾t CD vµ thÝ nghiÖm c¾t CW lµ b»ng nhau khi ®é hót dÝnh nhá h¬n gi¸ trÞ khÝ vµo. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch r»ng khi ®é hót dÝnh nhá h¬n gi¸ trÞ khÝ vµo th× mÉu ®Êt tån t¹i ë tr¹ng th¸i b·o hoµ ë c¶ thÝ nghiÖm c¾t CW vµ CD. T­¬ng tù, gãc  b cã gi¸ trÞ b»ng nhau tõ c¶ 2 d¹ng s¬ ®å thÝ nghiÖm c¾t khi ®é hót dÝnh lín h¬n ®é hót dÝnh tµn d­ (tøc lµ ®Êt ë tr¹ng th¸i kh«). Tuy nhiªn gãc,  b , tõ thÝ nghiÖm c¾t CD vµ CW lµ kh¸c nhau khi ®é hót dÝnh n»m trong kho¶ng tõ gi¸ trÞ khÝ vµo vµ ®é hót dÝnh tµn d­. Sù kh¸c nhau nµy lµ do ®­êng bao ®é bÒn chèng c¾t tõ thÝ nghiÖm c¾t CW thÊp h¬n tr­êng hîp thÝ nghiÖm c¾t CD. Nguyªn nh©n sù kh¸c nhau lµ do hiÖn t­îng trÔ trong ®­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt - n­íc vµ sÏ ®­îc gi¶i thÝch chi tiÕt trong bµi b¸o nµy. I. Më ®Çu f : øng suÊt ph¸p tæng trªn mÆt tr­ît khi ë C¾t cè kÕt tho¸t n­íc (CD) hoÆc c¾t víi ®é tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i, Èm kh«ng ®æi (CW) th«ng th­êng dïng ®Ó x¸c ua: ¸p lùc khÝ lç rçng, ®Þnh c­êng ®é chèng c¾t cña ®Êt kh«ng b·o hoµ.  : gãc ma s¸t trong øng víi øng suÊt ph¸p Môc tiªu cña bµi b¸o nµy lµ so s¸nh kÕt qu¶ thÝ thùc,  f ua , nghiÖm vÒ c­êng ®é chèng c¾t tõ c¸c thÝ nghiÖm u u ®é hót dÝnh ë tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i, c¾t ba trôc CD vµ thÝ nghiÖm c¾t CW trªn c¸c a w f mÉu ®Êt sÐt pha ®Çm nÐn. uw ¸p lùc n­íc lç rçng, vµ b Fredlund vµ nnk. (1978) kiÕn nghÞ ph­¬ng  gãc biÓu thÞ tèc ®é t¨ng vÒ ®é bÒn chèng tr×nh c­êng ®é chèng c¾t cho ®Êt kh«ng b·o hoµ c¾t øng víi sù t¨ng lªn cña ®é hót dÝnh, u u b»ng viÖc dïng c¸c biÕn tr¹ng th¸i øng suÊt, (tøc a w f , ë tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i. lµ  ua vµ ®é hót dÝnh, ua uw ) nh­ sau: §­êng c¸c tr¹ng th¸i øng suÊt trong qu¸ tr×nh  c'  u tan ' u u tan b [1] c¾t cè kÕt tho¸t n­íc trªn c¸c mÉu víi ¸p lùc ff f a a w f f buång thùc kh¸c nhau nh­ng víi cïng 1 gi¸ trÞ Trong ®ã: ®é hót dÝnh ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.  = øng suÊt c¾t trªn mÆt tr­ît ë tr¹ng th¸i ff KÕt qu¶ cña 1 sè thÝ nghiÖm vÒ c­êng ®é ph¸ ho¹i, chèng c¾t cña ®Êt kh«ng b·o hoµ cho thÊy tÝnh c =lùc dÝnh hiÖu qu¶ tõ ®­êng bao ph¸ ho¹i phi tuyÕn cña gãc  b khi thÝ nghiÖm c¾t c¸c Mohr-Coulomb “kÐo dµi” trªn trôc øng suÊt c¾t khi mÉu trong kho¶ng biÕn thiªn lín vÒ ®é hót dÝnh øng suÊt ph¸p thùc vµ ®é hót dÝnh b»ng kh«ng, (Escario vµ Saez, 1996; Gan, 1986; Fredlund vµ  u : øng suÊt ph¸p thùc trªn mÆt tr­ît f a f nnk, 1987; Gan vµ nnk, 1988). Nh×n chung, gãc khi ë tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i,  b th­êng nhá h¬n hoÆc b»ng gãc ma s¸t trong 55
  2. hiÖu qu¶,  '. Tuy nhiªn tõ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¾t cè kÕt tho¸t n­íc trªn c¸c mÉu ®Êt nguån cña mét sè nhµ nghiªn cøu kh¸c (Gan, 1986; gèc b¨ng tÝch (Gan vµ nnk. 1986). Escario vµ Saez, 1986) cho thÊy gãc  b cã thÓ II. TÝnh chÊt cña ®Êt dïng trong thÝ lín h¬n gãc ma s¸t trong hiÖu qu¶,  '. nghiÖm §Êt dïng trong nghiªn cøu nµy lµ Kaolin h¹t th«. TÝnh chÊt c¬ b¶n cña Kaolin ®­îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¸c qui tr×nh thÝ nghiÖm cña ASTM (1997). C¸c tÝnh chÊt vËt lý c¬ b¶n cña Kaolin ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 1. Kaolin h¹t th« ë ®©y ®­îc x¸c ®Þnh lµ sÐt pha víi tÝnh dÎo cao (MH) theo hÖ thèng ph©n lo¹i cña ASTM D2487 – 93, 1997). B¶ng 1. C¸c tÝnh chÊt cña mÉu ®Êt Kaolin ®Çm nÐn TÝnh chÊt Gi¸ trÞ H×nh 1: C¸c ®­êng tr¹ng th¸i øng suÊt cña Tû träng, Gs 2.65 thÝ nghiÖm c¾t cè kÕt tho¸t n­íc víi c¸c ¸p lùc Giíi h¹n ch¶y, LL (%) 51 buång thùc kh¸c nhau, nh­ng víi cïng 1 gi¸ trÞ Giíi h¹n dÎo, PL (%) 36 ®é hót dÝnh (Fredlund vµ Rahardjo, 1993). ChØ sè dÎo, PI (%) 15 Bôi (%) 85 Gan (1986) thÝ nghiÖm c¾t gia t¶i nhiÒu b­íc SÐt (%) 15 trªn ®Êt sÐt pha nguån gèc b¨ng tÝch. KÕt qu¶ Theo hÖ thèng ph©n lo¹i (USCS) MH (bôi cã cho thÊy ®­êng bao c­êng ®é chèng c¾t øng víi tÝnh dÎo cao) ®é hót dÝnh cã tÝnh phi tuyÕn. Gãc cña ®­êng Träng l­îng ®¬n vÞ kh« lín 1.35 3 b 0 bao c­êng ®é chèng c¾t  lµ 25,5 khi ®é hót nhÊt,  k max ( Mg / m ) 0 0 22.0 dÝnh thÊp vµ gi¶m ®i tíi gi¸ trÞ 5 - 7 khi mÉu §é Èm tèt nhÊt, wopt (%) thÝ nghiÖm cã ®é hót dÝnh cao (H×nh 2). 8 HÖ sè thÊm khi b·o hoµ, ks , (m/s) 6.4 10 Fredlund vµ nnk. (1987) tÝnh to¸n l¹i kÕt qu¶ thÝ nghiÖm vÒ c­êng ®é chèng c¾t cña Satija III. Qui tr×nh vµ ch­¬ng tr×nh thÝ (1978). KÕt qu¶ tÝnh to¸n l¹i ®­îc gi¶ thiÕt nghiÖm ®­êng bao c­êng ®é chèng c¾t lµ ®­êng cong KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®Çm nÖn tiªu chuÈn ®Êt øng víi ®é hót dÝnh. §­êng cong c­êng ®é sÐt pha ®­îc tr×nh bµy ë h×nh 3. KÕt qu¶ ë h×nh b chèng c¾t cã gãc  b»ng  khi ®é hót dÝnh tõ 3 cho thÊy dung träng kh« lín nhÊt,  k max , ®¹t b 3 gi¸ trÞ kh«ng. Gãc  b¾t ®Çu gi¶m ®i lín khi 1,35 Mg/m , ®é Èm tèt nhÊt lµ wopt = 22%. gi¸ trÞ ®é hót dÝnh lín h¬n 50 kPa. 1. Giai ®o¹n chuÈn bÞ mÉu §Ó t¹o nªn mÉu ®Êt cã tÝnh ®ång nhÊt theo ph­¬ng ph¸p ®Çm nÖn ®éng lµ rÊt khã kh¨n. V× vËy trong nghiªn cøu nµy ®· dïng ph­¬ng ph¸p ®Çm nÐn tÜnh ®Ó t¹o c¸c mÉu thÝ nghiÖm. Khèi l­îng Kaolin vµ n­íc ®­îc tÝnh to¸n ®Ó t¹o nªn mÉu cã dung träng kh« lín nhÊt vµ ®é Èm tèt nhÊt sau khi ®Çm nÐn. C¸c mÉu ®Êt gièng nhau ®· ®­îc chuÈn bÞ b»ng c¸ch ®Çm nÐn tÜnh Kaolin ®¹t tíi dung träng kh« lín nhÊt lµ H×nh 2 §­êng bao ph¸ ho¹i cña thÝ nghiÖm 1,35 Mg / m3 vµ ®é Èm tèt nhÊt lµ 22%. Mçi 56
  3. mÉu ®­îc ®Çm nÐn tÜnh víi 10 líp vµ mçi líp cã d­ kÕt thóc. Thêi gian ®Ó qu¸ tr×nh cè kÕt kÐo chiÒu dµy 10mm. ChiÒu cao vµ ®­êng kÝnh mÉu dµi kho¶ng 1 giê. t­¬ng øng 100mm vµ 50mm. §Ó t¹o nªn tÝnh Khi qu¸ tr×nh cè kÕt hoµn thµnh, th× giai ®o¹n ®ång nhÊt trong mÉu vµ tr¸nh sù t¨ng cao vÒ ¸p t¹o ®é hót dÝnh trong mÉu ®­îc b¾t ®Çu tiÕn lùc n­íc lç rçng trong qu¸ tr×nh ®Çm nÐn, ®Êt hµnh. §Ó t¹o nªn ®é hót dÝnh trong mÉu, ®­êng ®­îc nÐn Ðp víi tèc ®é kh«ng ®æi lµ 1 mm/phót. ¸p lùc n­íc ®­îc nèi vµo mò trªn ®Çu mÉu ®­îc 2. Giai ®o¹n b·o hoµ mÉu ng¾t vµ thay vµo ®ã lµ ®­êng ¸p lùc khÝ. §­êng ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm c¾t ba trôc c¶i tiÕn dïng ¸p lùc n­íc ®­îc nèi víi buång chøa n­íc d­íi cho thÝ nghiÖm CD vµ CW t­¬ng tù nh­ thiÕt bÞ ®¸y mÉu (xem H×nh 4). Nh­ vËy trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm c¾t ba trôc c¶i tiÕn ®· ®­îc tr×nh bµy t¹o ®é hót dÝnh, mÉu ®Êt sÏ ®­îc cè kÕt bëi ¸p vµ m« t¶ bëi Fredlund vµ Rahardjo (1993) (H×nh lùc h«ng thùc  3 ua vµ ®é hót dÝnh ua uw . 4). ThiÕt bÞ c¾t ba trôc c¶i tiÕn cho phÐp khèng L­îng n­íc tho¸t ra tõ mÉu trong qu¸ tr×nh c©n chÕ c¶ ¸p khÝ vµ n­íc lç rçng b»ng kü thuËt tÞnh b»ng ®é hót dÝnh ®­îc ghi l¹i b»ng thiÕt bÞ tiÕn trôc (Hilf, 1956). DPVC. Qu¸ tr×nh c©n b»ng vÒ ®é hót dÝnh ®­îc TÊt c¶ c¸c mÉu ®Êt ®Çu tiªn ®­îc b·o hoµ coi lµ kÕt thóc khi l­îng n­íc tho¸t ra tõ mÉu nh»m ®­a chóng ®ång nhÊt vÒ ®é Èm vµ ®é b·o hÇu nh­ b»ng kh«ng. Thêi gian cho qu¸ tr×nh hoµ. Trong qu¸ tr×nh b·o hoµ ®­îc tiÕn hµnh nµy th­êng kÐo dµi kho¶ng tõ 3 ®Õn 5 ngµy. b»ng ¸p lùc ng­îc víi ¸p lùc buång,  3 , vµ ¸p 4. Tèc ®é c¾t vµ ®iÒu kiÖn kÕt thóc qu¸ lùc n­íc lç rçng, uw , ®Õn khi hÖ sè ¸p lùc n­íc tr×nh c¾t lç rçng ®¹t gi¸ trÞ gÇn b»ng 1. MÉu ®­îc coi lµ Trong thÝ nghiÖm c¾t dïng tèc ®é gia t¶i däc b·o hoµ hoµn toµn khi hÖ sè ¸p lùc n­íc lç rçng trôc lµ 0.009 mm/phót vµ 0.0009 mm/phót t­¬ng cã gi¸ trÞ b»ng hoÆc lín h¬n 0.97 (Head, 1986). øng cho thÝ nghiÖm c¾t 3 trôc CW vµ CD. Qu¸ Qu¸ tr×nh b·o hoµ cho mçi mÉu th­êng kÐo dµi tr×nh c¾t kÕt thóc khi ®é lÖch øng suÊt, kho¶ng 4 ngµy. q (1  3 ) , ®· v­ît qua ®iÓm ®Ønh vµ ®¹t gi¸ trÞ kh«ng ®æi hoÆc mÆt ph¸ ho¹i trªn mÉu quan s¸t thÊy râ rµng hay biÕn d¹ng däc trôc lín h¬n 20%. 5. C¾t víi ®é Èm kh«ng ®æi (thÝ nghiÖm CW) Trong s¬ ®å thÝ nghiÖm nµy, c¸c mÉu ®­îc c¾t trong ®iÒu kiÖn pha khÝ tho¸t tù do, nh­ng kh«ng cho pha n­íc tho¸t ra ngoµi. Trong tr­êng hîp nµy, van cña ¸p lùc khÝ ®­îc më vµ gi÷ t¹i gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh trong khi ®ã van cña pha n­íc ®­îc ®ãng l¹i. Trong qu¸ tr×nh c¾t, ¸p lùc H×nh 3. §­êng cong ®Çm nÖn tiªu chuÈn cña khÝ, ua, ®­îc gi÷ t¹i gi¸ trÞ b»ng víi gi¸ trÞ ¸p lùc ®Êt Kaolin. khÝ ë giai ®o¹n t¹o c©n b»ng ®é hót dÝnh. ¸p lùc n­íc lç rçng, uw, t¨ng lªn hay gi¶m ®i phô thuéc 3. Qu¸ tr×nh cè kÕt vµ t¹o ®é hót dÝnh vµo sù t¨ng hay gi¶m cña thÓ tÝch mÉu ®Êt trong trong mÉu qu¸ tr×nh c¾t. Do ®ã ®é hót dÝnh trong mÉu biÕn Trong qu¸ tr×nh cè kÕt, mÉu ®­îc cè kÕt b»ng ®æi trong qu¸ tr×nh c¾t. ¸p lùc h«ng thùc,  3 uw . L­îng n­íc tho¸t ra 6. C¾t cè kÕt tho¸t n­íc (thÝ nghiÖm CD) tõ mÉu ®Êt trong qu¸ tr×nh cè kÕt ®­îc ®o b»ng Trong thÝ nghiÖm c¾t cè kÕt tho¸t n­íc, mÉu thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè tù ®éng vÒ ¸p lùc vµ thÓ ®Êt ®­îc c¾t trong ®iÒu kiÖn ®­êng nèi víi ¸p tÝch (DPVC). Qu¸ tr×nh cè kÕt ®­îc coi lµ kÕt lùc pha khÝ vµ n­íc ®Òu më. §iÒu nµy cã nghÜa thóc khi n­íc trong mÉu hÇu nh­ kh«ng tho¸t ra lµ trong qu¸ tr×nh c¾t, c¸c van cña pha khÝ vµ n÷a hoÆc qu¸ tr×nh tiªu t¸n ¸p lùc n­íc lç rçng pha n­íc ®Òu ®­îc më vµ khèng chÕ t¹i gi¸ trÞ 57
  4. b»ng víi gi¸ trÞ ¸p lùc khÝ vµ n­íc t­¬ng øng dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt - trong giai ®o¹n t¹o c©n b»ng ®é hót dÝnh. Nh­ n­íc (h×nh 5). MÉu ®Êt ®Çm nÐn víi chiÒu dµy vËy trong qu¸ tr×nh c¾t th× ¸p lùc khÝ lç rçng vµ 20mm vµ ®­êng kÝnh 50mm ®­îc dïng ®Ó thÝ ¸p lùc n­íc lç rçng trong mÉu kh«ng thay ®æi vµ nghiÖm x¸c ®Þnh ®­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt - do ®ã ®é hót dÝnh kh«ng thay ®æi. n­íc. C¸c mÉu thÝ nghiÖm nµy ®­îc ®Çm nÐn b»ng 2 líp, mçi líp dµy 10 mm. Qu¸ tr×nh ®Çm nÐn mÉu ®Ó x¸c ®Þnh ®­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt – n­íc hoµn toµn gièng víi qu¸ tr×nh ®Çm nÐn mÉu cho thÝ nghiÖm c¾t 3 trôc. MÉu ®­îc ®Æt trong buång ¸p lùc khÝ cao vµ t¨ng ®é hót dÝnh trong mÉu (nh¸nh kh«) lªn 20 kPa b»ng c¸ch t¨ng ¸p lùc khÝ trong buång lªn 20 kPa vµ më ®­êng n­íc tho¸t ra ngoµi kh«ng khÝ (nghÜa lµ ua = 20 kPa vµ uw = 0 kPa). Do ®é lùc hót dÝnh trong mÉu t¨ng lªn nªn n­íc trong lç rçng sÏ tho¸t ra ngoµi th«ng qua ®Üa sø ¸p lùc khÝ cao. Träng l­îng mÉu ®­îc ghi l¹i sau mçi b­íc thêi gian kho¶ng 24 giê cho ®Õn khi träng l­îng mÉu ®¹t tíi gi¸ trÞ æn ®Þnh. Qu¸ tr×nh nµy H×nh 4. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm 3 trôc c¶i tiÕn sÏ ®­îc lÆp l¹i cho mçi b­íc t¨ng gi¸ trÞ ®é hót dïng cho thÝ nghiÖm ®Êt kh«ng b·o hoµ dÝnh lªn 50, 100 kPa, 200kPa, 400kPa vµ 700 (Fredlund and Rahardjo, 1993). kPa. Trong khi ®ã víi nh¸nh ­ít th× gi¸ trÞ ®é hót dÝnh ®­îc gi¶m xuèng tõng b­íc tõ 700kPa IV. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®­êng cong xuèng 500kPa, 300kPa, 200kPa, 100kPa, 70kPa, ®Æc tr­ng ®Êt - n­íc 40kPa, 20kPa vµ 0kPa. ThiÕt bÞ buång chÞu ¸p lùc khÝ cao ®· ®­îc Burette Buret BuPrồngessu ápre plựclat e extractor ĐườngTo nốiPre ápssu re lực khí Supply GíaR eđtỡo rt SMoiẫul s pđấtec imen Stand ĐHĩaig hsứ-a iápr e lựcntry cao Ceramic Disk ĐPrĩae sbuồngsure p lápat e Màng trong Internal Screen lcựcel l Flexible neoprene Màngdiap hcaorag sum H×nh 5 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt - n­íc. V. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm vµ Th¶o luËn kh¸c nhau (nghÜa lµ 0kPa, 100kPa, 150kPa, C¸c thÝ nghiÖm c¾t CW ®­îc tiÕn hµnh trªn 200kPa vµ 300kPa). C¸c thÝ nghiÖm c¾t CD còng m¸y 3 trôc c¶i tiÕn d­íi ¸p lùc h«ng thùc lÇn l­ît ®­îc thùc hiÖn trªn cïng m¸y c¾t 3 trôc víi ¸p lùc lµ 25 kPa, 50kPa, 100kPa, 150kPa, 200kPa, buång hiÖu qu¶ lµ 100kPa, 200kPa vµ 300kPa vµ 250kPa, 300kPa vµ 350kPa víi c¸c ®é hót dÝnh ®é hót dÝnh lÇn l­ît lµ 0kPa, 100kPa, 200kPa vµ 58
  5. 300kPa. Tªn cho c¸c mÉu ®­îc sö dông d­íi d¹ng nén. Như kÕt qu¶ thể hiện trên hình 6, giá trị khí quy ­íc th«ng th­êng: CWx-y vµ CDx-y, trong ®ã vào tới hạn của mẫu sét pha đầm nén ở dung trọng chØ sè x-y trong CWx-y vµ CDx-y nghÜa lµ mÉu khô lớn nhất và độ ẩm tốt nhất là 47 kPa. Cũng ®Êt ®­îc thÝ nghiÖm d­íi ¸p lùc h«ng thùc lµ x trên hình vẽ này cho thấy giá trị độ hút dính tàn dư kPa vµ ®é hót dÝnh ban ®Çu lµ y kPa. vào khoảng 200 kPa. KÕt qu¶ ë h×nh 6 cho thÊy 1. §­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt n­íc nh¸nh kh« vµ nh¸nh ­ít kh«ng n»m trïng nhau vµ Hình 6 biểu diễn kết quả thí nghiệm đường hiÖn t­îng nµy ®­îc gäi lµ hiÖn t­îng trÔ trong cong đặc trưng đất nước cho mẫu sét pha đầm ®­êng cong ®Æc tr­ng ®Êt – n­íc. 0,6 0,5 Nh¸nh kh« §é hút dính tàn dư = 200 kPa 0,4 w  , 0,3 tÝch Nh¸nh ­ít ể th 0,2 Gi¸ trị khÝ vào = 47 kPa ộ ẩm Đ 0,1 0,0 0,1 1 10 100 1000 §é hót dÝnh, (u a – uw) (kPa) Hình 6. Giá trị khí vào và độ hót dÝnh tàn dư của mẫu sét pha đầm nén. 2. §­êng bao ph¸ ho¹i Mohr– Coulomb giả thiết góc ma sát trong không đổi  ' = 320 . cho c¸c thÝ nghiÖm CW vµ CD H×nh 9 tr×nh bµy quan hÖ gi÷a lùc dÝnh víi C¸c øng suÊt t¹i tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i cña c¸c ®é hót dÝnh tõ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¾t CW vµ mÉu dïng ®Ó thiÕt lËp c¸c vßng trßn Mohr cho CD cho c¸c mÉu sÐt pha ®Çm nÐn. Hình 9 cho thÝ nghiÖm c¾t 3 trôc CW vµ CD ®­îc x¸c ®Þnh thấy góc của đường bao ®é bÒn chèng cắt ứng tõ ®é lÖch øng suÊt lín nhÊt. §é lÖch øng suÊt với độ hút dính có giá trị trung bình là,  b = lín nhÊt ®­îc x¸c ®Þnh tõ c¸c ®­êng quan hÖ 320 (nghĩa là, bằng với  ' = 320 ) khi độ hút gi÷a ®é lÖch øng suÊt vµ biÕn d¹ng däc trôc. §­êng bao ph¸ ho¹i Mohr–Coulomb tõ thÝ dính nhỏ (nghÜa vµ ®é hót dÝnh nhá h¬n gi¸ trÞ b nghiÖm 3 trôc CW vµ CD trªn c¸c mÉu b·o hoµ khÝ vµo). Góc  bắt đầu giảm rất nhanh khi n­íc víi c¸c ¸p lùc h«ng thùc kh¸c nhau ®­îc độ hút dính nằm trong kho¶ng giá trị giữa 55 tr×nh bµy t­¬ng øng trong h×nh vÏ 7 vµ 8. KÕt kPa và 150 kPa và đạt tới giá trị gần như là qu¶ thÝ nghiÖm cho thÊy gãc ma s¸t trong,  '= hằng số bằng 120 khi độ hút dính lớn hơn 200 320 vµ lùc dÝnh hiÖu qu¶, c ' = 0 kPa b»ng nhau kPa. trong c¶ 2 d¹ng s¬ ®å c¾t (xem h×nh 7 vµ 8). Hình 10 biÓu diÔn kÕt qu¶ quan hÖ gi÷a góc Đường bao phá hoại Mohr – Coulomb có thể  b ứng với độ hút dính cho các mẫu sét pha xây dựng cho các mặt cã độ hút dính kh¸c nhau. đầm nén tõ thí nghiệm cắt CW vµ CD. Tính phi Lực dính c từ kết quả thí nghiệm CW vµ CD được tuyến của góc  b ứng với độ hút dính từ kết xác định lµ kho¶ng chÆn trªn trôc øng suÊt c¾t khi quả nghiªn cøu nµy tương tự như kết quả đã kéo dài đường bao phá hoại Mohr– Coulomb víi 59
  6. được công bố bởi Satija (1978), Fredlund nnk. (1987) và Gan nnk. (1988). Hình 7. Đường bao phá hoại Mohr – Coulomb cho Hình 8. Đường bao phá hoại Mohr – Coulomb các mẫu đầm nén thí nghiệm trong điều kiện c¾t víi cho các mẫu đầm nén thí nghiệm trong điều kiện độ ẩm không đæi trªn c¸c mÉu b·o hoµ n­íc. c¾t cố kết thoát nước trªn c¸c mÉu b·o hoµ n­íc. Hình 9. Lực dính tõ các thí nghiệm c¾t với độ Èm Hình 10. Mối quan hệ phi tuyến giữa  b và không đổi và c¾t cố kết thoát nước trên mặt mà áp độ hút dính của các mẫu sét pha đầm nén lực h«ng thùc bằng không. 3. So sánh c¸c th«ng sè độ bÒn kh¸ng cắt tõ dÝnh b»ng kh«ng). Tính phi tuyÕn của đường kết quả thí nghiệm CW vµ CD quan hệ giữa gãc  b và độ hút dính cho cả 2 Các thông số về độ bÒn kh¸ng cắt (nghĩa là dạng s¬ ®å cắt CD và CW thÓ hiÖn trªn hình 10.  ',  b và c ) thu được từ thí nghiệm c¾t 3 trục Rahardjo vµ nnk. (2004) giải thích rằng độ CW so với kết quả từ thí nghiệm cắt CD ®­îc bão hoà của mẫu đất biểu thị diện tích của áp lực tãm t¾t trªn c¸c h×nh 9 vµ 10. Hình 9 cho thấy nước lỗ rỗng trong tương tác với các hạt đất, nó lực dính của đường bao phá hoại trên mặt có áp còn tạo nên sự tăng về cường độ chống cắt của đất. Điều này có thể chú ý rằng sự khác nhau về lực h«ng thùc bằng không (( 3 ua ) = 0) tõ các độ bão hoà có thể tồn tại trong 1 loại đất không thí nghiệm c¾t CD và CW. §­êng bao lùc dÝnh bão hoà khi đó độ hút dính là như nhau. Khi độ từ thí nghiệm cắt CW khá gần với đường bao hút dính nhỏ hơn 47 kPa, mẫu đất thí nghiệm có lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt CD. Hình 9 thể tồn tại ở trạng thái bão hoà (xem hình 6) và cho thấy sự tăng đồng nhÊt về lực dính øng với lực dính b»ng nhau cho cả 2 d¹ng s¬ ®å cắt CD sự tăng lên về độ hút dính cho cả 2 loại thí và CW (xem hình 9). Tuy nhiên, khi độ hút dính nghiệm cắt CD và CW. Lực dính hiệu quả, c', biến thiên trong khoảng từ 47 kPa tới 200 kPa th× bằng 0 kPa từ cả 2 loại thí nghiệm cắt CD và lùc dính thu được từ thí nghiệm cắt 3 trục CD lớn CW trong điều kiện bão hoà (nghÜa lµ ®é hót hơn lực dính thu được từ thí nghiệm c¾t CW. Sự 60
  7. khác nhau về lực dính từ 2 d¹ng s¬ ®å thí nghiệm hai d¹ng s¬ ®å thí nghiệm c¾t CW và CD. cắt CW và CD có thể giải thích bằng sự khác VI. KÕt luËn nhau về độ bão hoà tại điểm phá hoại cho thí Các kết quả cho thấy rằng góc ma sát trong nghiệm CW và CD. Điều khác nhau về lực dính hiệu quả,  ', và lực dính hiệu quả, c', của đất tại điểm phá hoại khi độ hút dính như nhau có sét pha đầm nén thu được từ cả d¹ng s¬ ®å thí thể lµ do hiện tượng trễ như đã quan sát được nghiệm CD và CW là giống nhau. Các kết quả trong đường cong đặc trưng đất - nước (xem hình từ thí nghiệm CW và CD cho góc ma sát trong 6). C­êng ®é chèng c¾t cña mÉu ®Êt theo nh¸nh hiệu quả,  ', và lực dính hiệu quả, c', của đất kh« (thÝ nghiÖm c¾t CD) sÏ lín hơn cường độ sét pha đầm nén tương ứng là 320 và 0 kPa. chèng cắt của cùng loại đất theo nh¸nh ướt (thÝ TÝnh phi tuyến vÒ quan hÖ giữa gãc  b và ®é nghiÖm c¾t CW) mặc dù chúng ë cùng trạng thái hót dính từ thí nghiệm CW và CD trên đất sét ứng suất cho cả 2 d¹ng s¬ ®å c¾t. Sự khác nhau pha đầm nén. Góc  b cã gi¸ trÞ b»ng góc ma về cường độ kháng cắt có thể do độ bão hoà của sát trong hiệu quả  ' (nghĩa là 320 ) khi mÉu ®Êt đất trên nhánh khô (nghĩa là trong thí nghiệm cã độ hút dính thấp (nghĩa là độ hút dính thấp CD) thÊp hơn độ bão hoà của đất trên nhánh ướt hơn giá trị khí vào). Góc  b giảm xuống tới (nghĩa là trong thí nghiệm CW). Do đó, lực dính giá trị 120 khi độ hút dính trong mÉu t¨ng cao từ kết quả thí nghiệm CD cao hơn lực dính tõ kết (nghĩa là độ hút dính lín h¬n ®ộ hút dính tàn quả thí nghiệm CW. §iÒu nµy còng cã thÓ gi¶i dư). Tuy nhiên, góc  b từ kết quả thí nghiệm thÝch sù gièng vµ kh¸c nhau vÒ gãc  b cho 2 CD lín h¬n gãc  b thu nhËn ®­îc tõ kÕt qu¶ thÝ b d¹ng s¬ ®å thÝ nghiÖm CW vµ CD. Góc  tồn nghiÖm CW khi độ hút dính biÕn thiªn trong tại ë trị gần như hằng số bằng 120 cho cả d¹ng s¬ khoảng tõ giá trị áp lực khí vào tíi độ hút dính ®å c¾t CW và CD khi độ hút dính cña mÉu lớn hơn tàn dư. Sự khác nhau này là do đường bao 200 kPa. Điều này có thể lµ do khi mÉu ®Êt cã độ cường độ kháng cắt ứng với độ hút dính từ thí hút dính cao (nghĩa là độ hút dính cao hơn độ hút nghiệm CW thÊp h¬n so với đường bao phá hoại dính tàn dư) hiện tượng trễ có thể kh«ng cßn tån từ thí nghiệm CD. Sự khác nhau này lµ do hiÖn t¹i trong c¸c mÉu thÝ nghiÖm c¾t. Do ®ã lực dÝnh t­îng trễ của đường cong đặc trưng đất - nước. vµ gãc  b gần như hội tụ t¹i cùng giá trị cho cả Tài liệu tham khảo ASTM D 2487 – 93. (1997). Standard Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System), 1993 Annual Books of ASTM Standards. l. 04.08, Section 4, Philadenphia, P.A., 217-227. Fredlund, D.G. and Morgenstern, N.R. (1977). “Stress State Variables for Unsaturated Soils”. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE., 103 (GT5), 447-466. Fredlund, D.G., Morgenstern, N.R., and Widger, R.A. (1978). “The Shear Strength of Unsaturated Soils”. Canadian Geotechnical Journal. Vol. 15 (3), 313-321. Fredlund, D.G., Rahardjo, H. and Gan, J. (1987). “Nonlinearity of Strength Envelope for Unsaturated soils”. In proceeding of the 6th International Conference Expansive Soils. New Delhi, India, 1, 49-54. Fredlund, D.G. and Rahardjo, H. (1993). Soil Mechanics for Unsaturated Soils. John Wiley and Sons Inc., New York. Gan, J., Fredlund, D.G., and Rahardjo, H. (1988). “Determination of the Shear Strength Parameters of an Saturated Soil using the Direct Shear test”. Canadian Geotechical Journal, 25 61
  8. (3), 277-283. Head, K.H. (1986). Manual of Soil Laboratory Testing. John Wiley and Sons, Inc., 3, 942-945. Hilf, J.W. (1956). An Investigation of Pore-water Pressure in Compacted Cohesive Soils. Ph.D. Dissertation. Tech. Memo. No. 654, U.S. Dep. of the Interior, Bureau of Reclamation, Design and Construction Div., Denver, C.O. Rahardjo, H., Heng, O.B., and Leong, E.C. (2004). “Shear Strength of a Compacted Residual Soil from Consolidated Drained and the Constant Water Content Triaxial Tests”. Canadian Geotechnical Journal, 41, 1-16. Satija, B.S. (1978). Shear Behaviour of Partly Saturated Soil. PhD. thesis, Indian Institute of Technology, Delhi, India. Abstract: STUDY RESULTS FROM CONSTANT WATER CONTENT AND CONSOLIDATED DRAINED TRIAXIAL TEST Shear strength of unsaturated soil is commonly obtained from Consolidated Drained (CD) or Constant Water content (CW) triaxial tests. A series of CD and CW tests was carried out on statically compacted silt specimens. The results indicate that the effective angles of internal friction,  ', and the effective cohesions, c' , of the compacted silt as obtained from both the CD and CW tests are identical. The  b angles from the CD and CW triaxial tests are essentially identical at matric suctions lower than the air-entry value. This could be attributed to the fact that the soil specimens remain saturated at matric suctions lower than the air-entry value in both the CD and CW tests. Similarly the  b angles from both tests are the same at matric suctions higher than the residual matric suction when the soil is at a relatively dry condition. However, the  b angles from the CD and CW tests are different at matric suctions between the air-entry value and the residual matric suction value. The difference is due to the lower failure envelope with respect to matric suction from the CW tests as compared to the failure envelope from the CD tests. This difference can be attributed to the hysteretic behavior of soil-water characteristic curve of the soil which will be explained in detail in the paper. 62