Thảo luận về các đặc trưng cơ lý của đất trong tính toán địa kỹ thuật

thanhhatran1

Senior Member
19/12/15
293
4
CDSE - Xác định đặc trưng cơ lý đất nền trong thiết kế nền móng
Nguồn: cdse.vn/posts/co-ly-dat-nen/

Khi thiết kế nền móng, người thiết kế nhận được số liệu về những chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất trong nền. Các số liệu này do người khảo sát địa chất công trình cung cấp, thường dưới dạng bảng tổng hợp trong đó ghi rõ lỗ khoan, số thứ tự mẫu đất, độ sâu lấy mẫu và trị số các chỉ tiêu vật lý cũng như cơ học của từng mẫu. Xem xét các số liệu về một chỉ tiêu của từng lớp đất, cần phân biệt:
  • Trị riêng: là trị số của một đặc trưng cơ học hoặc vật lý nào đó của đất xác định theo riêng một mẫu thí nghiệm, tức là xác định cho riêng một điểm nào đó của lớp đất.
Vì đất là vật liệu rất phức tạp nên dù là ở một lớp đất đã được xem là đồng nhất thì giá trị định lượng một tính chất cơ học, vật lý nào đó của nó cũng biến đổi từ điểm này sang điểm khác. Do đó các chỉ tiêu riêng của một lớp đất bao giờ cũng sai khác nhau, lớp đất càng không đồng đều, các chỉ tiêu riêng càng sai khác nhau nhiều, trị số lớn nhất và trị số nhỏ nhất càng chênh lệch nhau nhiều.
  • Trị tiêu chuẩn: là trị số của một đặc trưng cơ học, vật lý nào đó của lớp đất chung cho toàn bộ lớp đất. Trị tiêu chuẩn không thể lấy giá trị nhỏ nhất, hay lớn nhất, mà sẽ có trị số nằm trong khoảng giữa 2 trị số đó. Vì đây là chỉ số đại diện cho toàn bộ lớp đất nên trong các Tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật nguời ta lấy chỉ tiêu này làm chỉ tiêu tiêu chuẩn cho lớp đất đang xét.
  • Trị tính toán: là trị số của một đặc trưng cơ lý nào đó của một lớp đất dùng trong các tính toán thiết kế nền móng như một hằng số hợp lý.
Kết quả thí nghiệm các mẫu đất lấy về phòng thí nghiệm hoặc kết quả thí nghiệm trên hiện trường với một số điểm cho ta các chỉ tiêu riêng, từ đó ta sẽ xác định các chỉ tiêu tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán. Dùng phương pháp thống kê toán học để xử lý các chỉ tiêu riêng và rút ra các chỉ tiêu tiêu chuẩn, chỉ tiêu tính toán cho một lớp đất.

Tiêu chuẩn TCVN 9362:2012 “Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình” thay thế cho TCXD 45-78 quy định rõ trong điều 4.3: Trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý của đất cần xác định trên cơ sở những thí nghiệm trực tiếp làm tại hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm cho cả đất tự nhiên hay đất nhân tạo.

1. Trị tiêu chuẩn

Trị tiêu chuẩn của tất cả các đặc trưng cơ lý của đất (trừ lực dính đơn vị c và góc ma sát trong φ) là giá trị trung bình cộng của các kết quả thí nghiệm riêng rẽ (trị riêng). Trong bảng tổng hợp của các báo cáo khảo sát địa chất hiện nay thường ghi giá trị trung bình cộng này.


Trị tiêu chuẩn của lực dính đơn vị và góc ma sát trong là các thông số tìm được bằng phương pháp bình phương bé nhất từ biểu đồ đường thẳng sức chống cắt của đất nền:

Trong đó:

là sức chống cắt của mẫu đất;

là áp lực pháp tuyến truyền lên mẫu đất.

Như vậy trị tiêu chuẩn được tính toán theo các công thức:



Trong đó n là số lần thí nghiệm của đại lượng


2. Trị tính toán

Việc tính toán nền móng phải thực hiện trên trị tính toán của các đặc trưng cơ lý của đất A trong mọi trường hợp, xác định theo:

với là trị tiêu chuẩn của đặc trưng cơ lý đang xét, xác định như điều 1 ở trên
là hệ số an toàn về đất.
  • Các chỉ tiêu cơ lý về khối lượng thể tích về độ bền (lực dính đơn vị , góc ma sát trong của đất và cường độ giới hạn về nén một trục của đá cứng): xác định hệ số an toàn về đất theo quy định trong phụ lục A của TCVN 9362:2012.
  • Các chỉ tiêu cơ lý khác lấy =1, tức là trị tính toán lấy bằng trị tiêu chuẩn.
Theo điều A.2.3 của tiêu chuẩn, hệ số an toàn về đất khi xác định trị tính toán của lực dính đơn vị , góc ma sát trong của đất, khối lượng thể tích đất và cường độ giới hạn về nén một trục của đá cứng được tính toán theo công thức:




trong đó là chỉ số xác định độ chính xác đánh giá trị trung bình các đặc trưng của đất, tính theo:
  • Với c và tgφ:
  • Với R[SUB]n[/SUB] và γ:
là hệ số lấy theo bảng A.1 của tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào xác suất tin cậy đã cho và số bậc tự do (n-1) khi xác định trị tính toán cho R[SUB]n[/SUB] và γ, (n-2) khi xác định trị tính toán cho c và φ.
là hệ số biến đổi của đặc trưng cơ lý:

là sai số toàn phương trung bình của đặc trưng, tính toán như sau:
  • Với c và tgφ:

  • Với R[SUB]n[/SUB] :

  • Với γ:

Như vậy có thể thấy việc xác định các chỉ tiêu cơ lý để đưa vào trong tính toán nền móng, địa kỹ thuật theo Tiêu chuẩn Việt Nam là tương đối phức tạp và cần khối lượng tính toán lớn. Không cho phép lấy giá trị trung bình đối với các chỉ tiêu quan trọng như c, φ, γ, R[SUB]n[/SUB].


3. Số lượng thí nghiệm n


Số lượng thí nghiệm n để thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán các đặc trưng cơ lý của đất phụ thuộc vào mức độ đồng nhất của đất nền, độ chính xác yêu cầu của tính toán các đặc trưng và loại công trình.

Số lượng tối thiểu của 1 thí nghiệm chỉ tiêu nào đó đối với mỗi đơn nguyên địa chất công trình là 6. Khi tìm giá trị tính toán của c, φ cần phải xác định không nhỏ hơn 6 giá trị τ đối với mỗi trị số áp lực pháp tuyến p.




4. Đánh giá các chỉ tiêu

Các phần đã trình bày ở trên là cách xác định các giá trị tính toán của các thông số quan trọng như c, φ hoàn toàn từ kết quả thí nghiệm. Tuy nhiên con số thu được cần phải có sự xem xét hiệu chỉnh dựa trên sự nắm biết về ưu khuyết điểm của từng phương pháp thí nghiệm để xác định được các chỉ tiêu cơ lý đó.

Với người thiết kế nền móng, các chỉ tiêu về biến dạng của đất (module biến dạng E), các chỉ tiêu về cường độ của đất (c, φ) là những chỉ tiêu quan trọng hơn cả. Bản chất vật lý của các chỉ tiêu c và φ rất phức tạp, đặc biệt đối với đất dính (đất sét), người ta xem c và φ là những thông số tính toán sức chống cắt của đất mà không thể gắn liền nó với một hình tượng vật lý đơn giản là hiện tượng ma sát, hiện tượng dính như tên gọi. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến c và φ và chưa có phương pháp thí nghiệm đơn giản chắc chắn cho phép xác định c và φ với tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến chúng.

Nhiệm vụ của người thiết kế nền móng thực tế là nhận định, đánh giá các số liệu kết quả thí nghiệm xác định c và φ mà đơn vị khảo sát địa chất cung cấp. Từ đó chọn lấy trị số c và φ hợp lý hơn, đáng tin cậy hơn để dùng cho việc tính toán thiết kế nền móng, cụ thể để tính ra trị số áp lực tính toán R của nền đất theo công thức của Tiêu chuẩn TCVN 9362:2012:


Cần lưu ý rằng các số liệu c và φ từ báo cáo khảo sát địa chất hiện nay hầu hết được xác định từ thí nghiệm theo phương pháp cắt nhanh. Theo lý thuyết, đây là phương pháp cắt trong điều kiện nước hoàn toàn không thoát đi cả dưới ảnh hưởng của áp lực nén, cả dưới ảnh hưởng của lực cắt. Trên thực tế thí nghiệm, mặc dù đã lót ở mặt trên và dưới của mẫu đất bằng vải không thấm, nhưng mẫu đất vẫn không kín nước và nước vẫn thoát ra một phần. Tuỳ loại đất và thao tác của người thí nghiệm, trong thực tế khi cắt, đất đã được cố kết nhiều hay ít. Với đất không chứa nhiều hạt sét lắm thì tuy gọi là cắt nhanh (UU), nhưng thực tế đã lại gần sơ đồ cắt nhanh cố kết (CU).

Mặt khác trong thí nghiệm lực cắt tác dụng lên mẫu đất tăng trị số rất nhanh, sau một thời gian ngắn mẫu đất đã hoàn toàn bị cắt, không gần lắm với sự làm việc thực tế của đất trong nền dưới công trình vì tải trọng công trình tăng tương đối chậm. Thông thường phương pháp thí nghiệm cắt chậm phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của đất nền hơn. Trừ những trường hợp đặc biệt ít gặp: nền đất không thoát nước được, tải trọng công trình tăng đột ngột thì sơ đồ thí nghiệm cắt nhanh mới có thể xem là thích hợp.

Điều đáng chú ý là trị số c và φ thu được từ thí nghiệm cắt nhanh và cắt chậm thường sai khác nhau đáng kể. Thí nghiệm cắt nhanh và nhất là cắt nhanh cố kết thường cho trị số c lớn hơn và φ nhỏ hơn so với cắt chậm. Có thể kiểm chứng thêm bằng cách so sánh trị số c và φ tính toán được từ kết quả thí nghiệm do đơn vị khảo sát địa chất lập với giá trị tiêu chuẩn của các loại đất khác nhau như trong bảng B.1 và B.2 của TCVN 9362:2012. Các giá trị trong bảng của tiêu chuẩn này bản chất được rút ra trên cơ sở số liệu thí nghiệm cắt chậm và thống kê lại dưới dạng tiêu chuẩn.

Như vậy nếu dùng các trị số c và φ theo đúng số liệu thí nghiệm mà đơn vị khảo sát địa chất công trình cung cấp để xác định áp lực tính toán R của đất nền thì thường thu được R lớn hơn (do trị số c có ảnh hưởng nhiều nhất đến giá trị của R). Vì vậy người thiết kế phải điều chỉnh trị số c và φ: chọn trị số φ lớn hơn một chút và trị số c nhỏ hơn một chút so với kết quả thí nghiệm cắt nhanh. Những trị số tiêu chuẩn cho trong các bảng của TCVN là một căn cứ tốt để so sánh và hiệu chỉnh.

Những trình bày ở trên áp dụng cho đất thường, không kể đất bùn. Đất bùn cần có những nghiên cứu riêng.


5. Chỉ tiêu về biến dạng


Chỉ tiêu cơ lý về biến dạng (Module biến dạng E) là chỉ tiêu quan trọng nhất cho các bài toán nền móng (tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ hai: tính lún) và địa kỹ thuật khác (bài toán tường chắn đất, chuyển vị tường vây). Việc lựa chọn đúng giá trị module biến dạng E phản ánh đúng đắn sự làm việc của các lớp đất trong nền là điều kiện tiên quyết để tính toán, dự báo được chính xác giá trị biến dạng của nền (độ lún, chuyển vị hố đào..). Mặc dù lý thuyết cơ học đất đã phát triển mạnh, các phương pháp thí nghiệm đã tiến bộ rất nhiều, vấn đề xác định trị số module biến dạng E của đất một cách đơn giản, nhanh chóng và chính xác hiện nay vẫn đang là đề tài thường gây tranh cãi lớn giữa các đơn vị tư vấn (thiết kế và thẩm tra).

Thông thường hiện nay có 2 các xác định trị số module biến dạng của đất:
  • Cách thứ nhất là dựa vào thí nghiệm nén trong phòng. Phòng thí nghiệm sử dụng thiết bị máy nén một trục, nén đất không nở hông.
  • Cách thứ hai là tiến hành thí nghiệm nén đất ở hiện trường bằng cách gia tải lên một tấm nén cứng đặt trên mặt đất và theo dõi độ lún của tấm nén. Từ đó tính toán ra module biến dạng của đất.
So sánh giữa kết quả 2 loại thí nghiệm trên cùng nền đất thực nghiệm cho thấy bao giờ trị số module biến dạng xác định theo thí nghiệm nén ở hiện trường cũng lớn hơn trị số module biến dạng suy ra từ thí nghiệm nén trong phòng. Có rất nhiều nguyên nhân của sự chênh lệch này. Một số nguyên nhân chính là khi lấy mẫu đất ra khỏi lớp đất nó đã bị giảm tải hẳn và liên kết kết cấu của đất bị yếu đi, trong quá trình lấy mẫu, vận chuyển, bảo quản và cho đến khi thí nghiệm lấy đất vào dao đất bị nhiều tác động cơ học phá hoại, kết cấu của nó bị hư hỏng ít nhiều, đặc tính tăng tải và điều kiện thoát nước của 2 thí nghiệm là khác nhau… Người ta thừa nhận rằng trị số module biến dạng xác định theo thí nghiệm nén đất ở hiện trường là đáng tin cậy hơn vì nó gần với điều kiện làm việc thực tế của nền và công trình hơn. Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu so sánh giữa 2 thí nghiệm này bằng cách thống kê nhiều kết quả thí nghiệm xác định E theo 2 phương pháp, người ta rút ra với mỗi loại đất khác nhau, trị số 2 phương pháp chênh lệch nhau khoảng 2-3 lần. Như vậy muốn có trị số module biến dạng như thí nghiệm nén ở hiện trường, cần đem trị số module biến dạng theo kết quả thí nghiệm nén trong phòng nhân với hệ số điều chỉnh mnào đó (điều này không đúng với đất sét dẻo nhão và nhão).

Trong TCVN 9362:2012 cung cấp các trị số tiêu chuẩn của module biến dạng E của các loại đất khác nhau dưới dạng bảng B.3 (phụ lục B của tiêu chuẩn). Đây là kết quả thống kê từ nhiều thí nghiệm nén hiện trường đã tiến hành trong thực tế cho từng loại đất, tương tự như các giá trị tiêu chuẩn của c và φ.

Trong thực tế hiện nay người thiết kế chỉ có kết quả thí nghiệm nén trong phòng chứ rất hiếm có thí nghiệm nén hiện trường cho công trình dân dụng. Như vậy cần lấy giá trị module biến dạng E từ thí nghiệm trong phòng so sánh với những trị số E tiêu chuẩn nêu trong bảng B.3 của tiêu chuẩn (tra bảng theo các chỉ tiêu cơ lý hệ số rỗng e và chỉ số sệt I[SUB]s [/SUB]của lớp đất đang xét). Ta sẽ biết được những trị số E tính theo thí nghiệm nén trong phòng nhỏ hơn bao nhiêu lần. Sau đó sẽ quyết định chọn một hệ số điều chỉnh m thích đáng để nhân vào trị số E theo thí nghiệm trong phòng để có trị số E tính toán đưa vào các bài toán thiết kế.

Có thể dùng hệ số điều chỉnh:


theo đề nghị của giáo sư Vũ Công Ngữ trong tài liệu “Thiết kế và tính toán móng nông” với điều kiện áp dụng là cho các lơp đất có độ sệt I[SUB]s[/SUB]=0 – 1, hệ số rỗng e = 0,4 – 1.

Cũng như đối với các thông số cường độ (c và φ), những phán đoán hiệu chỉnh trên cho trị số E theo kết quả thí nghiệm trong phòng chủ yếu thích hợp cho các đất bình thường. Riêng đối với đất bùn, thường thấy kết quả trị số lún dự báo theo tính toán nhỏ hơn trị số lún thực tế, cần có nghiên cứu riêng mới có thể chọn lựa trị số E của chúng để phản ánh gần với sự làm việc thực tế trong đất nền.


6. Xác định chỉ tiêu cho đất loại cát


Đối với đất rời (đất loại cát), rất khó để lấy được mẫu nguyên dạng: giữ nguyên trạng thái về độ chặt như trong nền đất ở các chiều sâu khác nhau nên nếu có làm thí nghiệm trên các mẫu này thì kết quả để xác định các chỉ tiêu cơ lý cũng không chính xác do mẫu lấy lên đã bị xáo trộn nhiều. Do đó buộc phải dựa vào số liệu thí nghiệm hiện trường cho các lớp đất này.

Hiện nay phương pháp thí nghiệm hiện trường phổ biến được áp dụng là thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) do tính kinh tế về chi phí. Như vậy đây có thể nói là căn cứ duy nhất để xác định các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất rời, phải tìm các công thức liên hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý cần đưa vào tính toán nền móng với chỉ số N[SUB]SPT[/SUB].

Rất may là tiêu chuẩn Việt Nam là một căn cứ có tính pháp lý chặt chẽ (trừ khi chủ đầu tư dự án đồng ý áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài cho thiết kế) để người thiết kế có thể tự tin dùng chỉ số N[SUB]SPT[/SUB] (ở Việt Nam thường dùng N[SUB]30[/SUB]) để suy ra các thông số đất nền. TCVN 9351:2012 thay thế cho TCXDVN 226:1999, cung cấp khá đầy đủ các công thức để xác định:

Hệ số rỗng e:

Bảng E.1 của TCVN 9351:2012 cho các giá trị cận trên và cận dưới của khoảng N[SUB]SPT[/SUB] cho từng trạng thái đất cát: rời, chặt vừa, chặt, rất chặt.

Bảng 5 của TCVN 9362:2012 cho các giá trị cận trên và cận dưới của khoảng giá trị hệ số rỗng e cho từng trạng thái đất cát (chặt, chặt vừa, rời) của 3 loại đất cát (cát sỏi, cát mịn, cát bụi).

Từ đó có thể rút ra tương quan của từng giá trị cận trên và cận dưới của các khoảng N[SUB]SPT[/SUB] và e và làm công thức nội suy từ N[SUB]SPT[/SUB] ra e một cách có thể chấp nhận được.



Khối lượng riêng của đất γ:

Dung trọng tự nhiên xác định theo công thức:

với độ ẩm của cát xác định theo công thức:


Với lớp đất cát nằm dưới mực nước ngầm, ở trạng thái no nước nên G=1.


– tỷ trọng hạt, cho trong kết quả khảo sát địa chất

Một thông số hay dùng trong bài toán tường chắn là dung trọng no nước xác định theo công thức:

Dung trọng của nước lấy bằng



Góc ma sát trong φ:


Có một vài giá trị của a theo đề nghị của Dunham, Osaki, Peck, Terzaghi theo hình E.2 của Tiêu chuẩn.

Cần tham khảo thêm bảng E.1 của tiêu chuẩn này và so sánh với các giá trị của bảng B.1 của TCVN 9362:2012 để cân nhắc lựa chọn giá trị tính toán.

Chú ý không được nhầm góc ma sát trong φ với góc nghỉ của cát (ở trạng thái khô và trạng thái ướt) cho trong báo cáo kết quả khảo sát địa chất.


Module biến dạng E:

Xác định theo điều E.1.2 của TCVN 9351:2012 như sau:



trong đó các hệ số a = 40 khi N[SUB]SPT [/SUB]≥ 15, a = 0 khi N[SUB]SPT [/SUB]< 15, hệ số c lấy phụ thuộc vào các loại đất khác nhau như chỉ ra trong tiêu chuẩn.

Cần so sánh với các giá trị của bảng B.1 của TCVN 9362:2012 để cân nhắc lựa chọn giá trị tính toán.
Tác giả: Tuannm
Avatar-180x180.jpg
 

thanhhatran1

Senior Member
19/12/15
293
4
CDSE - Chỉ tiêu cơ lý tính toán nhập vào Plaxis, Geo5
Nguồn cdse.vn/posts/co-ly-plaxis-geo5/





Do tính phổ biến của các công trình dân dụng có tầng hầm hiện nay, việc sử dụng phần mềm cho bài toán địa kỹ thuật tường chắn hố đào đã không còn xa lạ. Người thiết kế sau một hai công trình có thể nhận thấy yếu tố quyết định để đưa ra kết quả của bài toán (chuyển vị tường chắn, nội lực trong tường chắn) phản ánh gần với sự làm việc thực tế của kết cấu chắn giữ hố đào (thu được từ kết quả quan trắc chuyển vị, ứng suất trong kết cấu chắn giữ) là lựa chọn loại mô hình nền đất và các chỉ tiêu cơ lý đưa vào tính toán. Do đó chủ đề ở đây không đề cập đến các vấn đề liên quan đến kỹ thuật thao tác phần mềm hay cơ sở lý thuyết mà các phần mềm này dùng để mô hình nền đất và sự làm việc của nền đất tương tác với kết cấu chống giữ như thế nào. Ở đây chỉ xin trình bày cách lựa chọn giá trị tính toán của các chỉ tiêu cơ lý đất nền làm đầu vào cho mô hình nền đất một cách thuyết phục, có căn cứ theo Tiêu chuẩn Việt Nam và phản ánh gần đúng nhất sự làm việc của đất nền thực tế.

1. Khối lượng riêng của đất

Gồm có dung trọng tự nhiên γ[SUB]unsat[/SUB] và dung trọng bão hoà γ[SUB]sat[/SUB]. Nhập trị tính toán của các thông số này theo quy trình tính toán của TCVN 9362:2012 như đã trình bày trong chủ đề xác định chỉ tiêu cơ lý đất nền.


2. Hệ số poisson ν
Loại đất ν
Cát 0,2 ÷ 0,28
Cát pha 0,25 ÷ 0,31
Sét pha 0,2 ÷ 0,37
Sét 0,1 ÷ 0,41

Trong đó số nhỏ ứng với cát chặt, sét cứng.

Từ đó suy ra hệ số:





3. Góc ma sát trong φ và lực dính đơn vị c

Do các hạn chế của phương pháp thí nghiệm cắt nhanh trong việc phản ánh đúng đắn sự làm việc của đất nền trong thực tế như đã trình bày trong chủ đề xác định chỉ tiêu cơ lý đất nền, các bài toán về hố đào cần được tính toán với các giá trị hữu hiệu của c và φ rút ra từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục thoát nước (CD).

4. Góc Dilatancy angle ψ

Chỉ tiêu này không có trong hệ thống cơ học đất của Việt Nam nên cũng không biết chọn từ chuyên ngành tiếng Việt nào cho phù hợp. Có tạm gọi là góc biến dạng thể tích, đặc trưng cho phá hoại dẻo của phần tử đất.

Mô hình Mohr-Coloumb và HS model đều cần thông số này. Định nghĩa trong Plaxis cho ta cách xác định thông số này như sau:
Định nghĩa góc trong Plaxis​
Biểu đồ kết quả thí nghiệm nén 3 trục thể hiện quan hệ biến dạng thể tích và biến dạng dọc trục theo phương nén





Từ biểu đồ kết quả thí nghiệm nén 3 trục như trên (với đất cát phải nén theo sơ đồ cố kết thoát nước – CD), xác định Dilatancy angle theo công thức định nghĩa như sau:







Với theo lý thuyết cơ học đất.

Như minh hoạ trên biểu đồ, lấy các giá trị như sau:







Chú ý khi lựa chọn giá trị tính toán cho ψ: Theo manual của Plaxis, trừ với đất quá cố kết, đất loại sét thường có góc ​​​​​​


Với đất cát, tốt nhất là yêu cầu đơn vị thí nghiệm cung cấp biểu đồ từ thí nghiệm nén 3 trục thoát nước (CD) để xác định ψ theo công thức nêu trên. Với đất cát từ khoáng thạch anh, có thể dùng tương quan gần đúng . Với đất cát có góc ma sát trong Cát thô 1 – 10[SUP]-2[/SUP]
Cát thô vừa 10[SUP]-2[/SUP] – 5.10[SUP]-3[/SUP]
Cát hạt nhỏ 5.10[SUP]-2[/SUP] – 10[SUP]-3[/SUP]
Cát bụi 2.10[SUP]-3[/SUP] – 10[SUP]-4[/SUP]
Bùn 5.10[SUP]-3[/SUP] – 10[SUP]-5[/SUP]
Sét ≤ 10[SUP]-6[/SUP]
[/TABLE]
Hệ số thấm theo hệ số rỗng của đất​





Plaxis cho phép dùng tương quan sau giữa hệ số thấm k và hệ số rỗng e:





với


Có thể tham khảo tài liệu “Cơ học đất (Basic Soil Mechanics)” của R.Whitlow với công thức thực nghiệm cho cát lọc do Hazen đề nghị:







với là đường kính hiệu quả (mm)

​​​​​​​ là hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào bản chất của đất

của đất
​​​​​​​ (s/mm) Loại đất Phạm vi ​​​​​​​ (mm)
8 – 12 Cát đồng nhất (U[SUB]c[/SUB] < 5) 0,06 – 3,0
5 – 8 Cát cấp phối tốt và cát bụi (U[SUB]c[/SUB] ≥ 5) 0,003 – 0,6

Chú ý khi nhập số liệu đầu vào cho hệ số thấm:
  • Giá trị nhỏ nhất và lớn nhất hệ số thấm các lớp đất trong mô hình không chênh lệnh nhau quá ​​​​​​​.
  • Để mô phỏng lớp vật liệu hầu như không thấm nước (ví dụ bêtông), nhập giá trị hệ số thấm bằng 1000 là đủ.
7. Module biến dạng


Đây là thông số quan trọng, ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả của bài toán: chuyển vị và ứng suất trong nền đất. Do đó cần đặc biệt lưu ý đề lựa chọn giá trị tính toán của chỉ tiêu này.

Ngoài các lưu ý quan trọng làm căn cứ hiệu chỉnh kết quả module biến dạng thu được từ thí nghiệm trong phòng cho gần với sự làm việc thực tế của đất nền như trình bày trong chủ đề xác định chỉ tiêu cơ lý đất nền, cần lưu ý định nghĩa của các thông số module biến dạng làm đầu vào cho các phần mềm Geo5, Plaxis.

Theo định nghĩa của phần mềm, module biến dạng không nở hông (oedometer):
​​​​​​​





Trong đó εiεi là các biến dạng đơn vị từ quan hệ ứng suất – biến dạng của phần tử đất. TCVN thường xác định module biến dạng theo hệ số rỗng e khi tiến hành thí nghiệm nén không nở hông nên cần tìm cách quy đổi từ ε sang e. Theo định nghĩa của hệ số rỗng có thể rút ra được quan hệ như sau:
​​​​​​​





Theo định nghĩa module biến dạng của TCVN:
​​​​​​​ ​​​​





Suy ra:
​​​​​​​






(def: deformation – biến dạng)


8. Các thông số của mô hình Hardening Soil


Việc mô hình nền đất trong bài toán hố đào bằng phần mềm Plaxis cần được thực hiện với mô hình Hardening Soil (HS model). Lý do là trong quá trình đào đất, đất làm việc theo sơ đồ dỡ tải – gia tải lại (unloading – reloading). Dỡ tải khi đất ở trong hố đào được lấy ra và gia tải lại khi thi công hệ văng chống vách hố đào. Trong giai đoạn làm việc này, module biến dạng của đất cao hơn rất nhiều so với trường hợp gia tải thông thường (thực nghiệm cho thấy cao hơn khoảng 3 đến 5 lần module biến dạng bình thường). Do đó nếu sử dụng mô hình Mohr-Coulomb sẽ cho kết quả chuyển vị, biến dạng của nền đất cao hơn thực tế quan trắc rất nhiều do không thể hiện được quá trình làm việc dỡ tải – gia tải lại của nền trong quá trình thi công đào đất. Việc sử dụng mô hình HS model cho phép khắc phục được hạn chế này và cho kết quả gần với quan trắc thực tế hơn.

So với mô hình Mohr-Coulomb, số lượng các chỉ tiêu cơ lý đất nền làm đầu vào cho mô hình HS model nhiều hơn và được diễn giải như sau:
​​​​​​​ Module cát tuyến (secant stiffness) xác định từ thí nghiệm nén 3 trục với áp lực buồng ​​​​​​​ ở cấp tải bằng 50% cường độ phá hoại
​​​​​​​ Module tiếp tuyến (tangent stiffness) xác định từ thí nghiệm nén 1 trục (không nở hông – oedometer) tại mức áp lực bằng
​​​​​​​ Module ở đường dỡ tải – gia tải lại (unloading-reloading)
​​​​​​​ Hệ số mũ chỉ sự phụ thuộc của Module biến dạng vào trạng thái ứng suất của phần tử đất
​​​​​​​ Áp lực buồng (​​​​​​​) khi thí nghiệm nén 3 trục mẫu đất, Plaxis lấy mặc định ​​​​​​​=100KPa
​​​​​​​ Tỷ lệ ứng suất ​​​​​​​
​​​​​​​ Hệ số Poisson giai đoạn làm việc dỡ tải – gia tải lại, Plaxis lấy mặc định ​​​​​​​

Thí nghiệm nén 3 trục phải được thực hiện theo sơ đồ cố kết thoát nước (CD).
Phân biệt module cát tuyết (Secant) và tiếp tuyến (Tangent)​


Xác định ​​​​​​​ từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục với cấp áp lực buồng ​​​​​​​. Xác định từ thí nghiệm nén cố kết không nở hông tại cấp áp lực ​​​​​​​.​





Thông thường kết quả thí nghiệm cho thấy đoạn dỡ tải – gia tải lại là tuyến tính như thể hiện trên biểu đồ thí nghiệm 3 trục ở trên.
Cách xác định trị số ​​​​​​​ từ biểu đồ kết quả thí nghiệm nén 3 trục​
Cách xác định cường độ phá hoại quy ước của từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục trên mẫu đất​
Định nghĩa một cách khác để xác định ​​​​​​​
từ biểu đồ kết quả thí nghiệm nén cố kết không nở hông (nén 1 trục)​





Công thức theo định nghĩa cho mô hình HS model:
​​​​​​​






Lưu ý bất biến ứng suất theo lý thuyết cơ học đất như sau: ​​​​​​​


Khi lựa chọn thông số tính toán, cần lưu ý các tương quan theo thực nghiệm sau:

Với đất sét cố kết bình thường:

​​​​​​​

​​​​​​​

​​​​​​​

tại áp lực buồng ​​​​​​​


​​​​​​​ theo Vermeer​







Với đất cát:
​​​​​​​
​​​​​​​





Với mọi loại đất:
​​​​​​​
​​​​​​​
​​​​​​​





Quy đổi kết quả thí nghiệm CU về CD:
Trong trường hợp đơn vị khảo sát địa chất không có điều kiện làm thí nghiệm nén 3 trục thoát nước (CD) mà chỉ có thể làm thí nghiệm cố kết không thoát nước (CU), ta có thể quy đổi giá trị thu được từ kết quả thí nghiệm cố kết không thoát nước (​​​​​​​) về giá trị theo sơ đồ thoát nước (​​​​​​​) theo tương quan cơ học đất như sau:

​​​​​​​






Xác định module từ biểu đồ ​​​​​​​:

Thực tế ở Việt Nam chưa có điều kiện để làm thí nghiệm 3 trục với cả đoạn dỡ tải, gia tải lại theo sơ đồ CD mà phổ biến hơn sử dụng thí nghiệm nén cố kết không nở hông (oedometer) có dỡ tải. Đối với đất sét, thường kết quả thí nghiệm oedometer cho dưới dạng biểu đồ bán ​​​​​​​ như sau:
Biểu đồ kết quả thí nghiệm nén cố kết không nở hông dưới dạng​​​​​​​ với đoạn gia tải và dỡ tải​





Độ dốc biểu đồ trong đoạn gia tải:

;



">
 

thanhhatran1

Senior Member
19/12/15
293
4
CDSE - Chỉ tiêu cơ lý tính toán nhập vào Plaxis, Geo5

Độ dốc biểu đồ trong đoạn gia tải:
eq.latex
;

eq.latex

Mô hình Hardening Soil định nghĩa như sau:


Suy ra m=1 và

Trong trường hợp đơn vị khảo sát cung cấp kết quả dưới dạng biểu đồ ​​​​​​​ ta dùng chuyển đồi từ ε sang e như sau:




Làm tương tự với đoạn dỡ tải trên biểu đồ để tìm được ​​​​​​​.

Lưu ý tất cả các giá trị module E thu được từ các tính toán trên đều dựa trên kết quả của các thí nghiệm trong phòng, cần nhân thêm với hệ số điều chỉnh để thu được giá trị gần với sự làm việc thực tế của đất nền như đã trình bày ở trên. Có thể so sánh với các giá trị tiêu chuẩn từ TCVN 9362:2012 cho giá trị module biến dạng ​​​​​​​


Xác định hệ số mũ m
Hệ số mũ m của mô hình Hardening-Soil thể hiện sự phụ thuộc của Module biến dạng vào trạng thái ứng suất của đất, đây là điểm khác biệt lớn của mô hình HS so với Mohr-Coulomb.

Với đất cát, có thể xác định m từ kết quả thí nghiệm nén cố kết không nở hông như sau:



Tìm giá trị​​​​​​​ tại 2 cấp áp lực ​​​​​​​ và ​​​​​​​ bằng cách vẽ các đường tiếp tuyến với biểu đồ tại 2 hoành độ (định nghĩa của ​​​​​​​ là module tiếp tuyến) ta có:

​​​​​​​

​​​​​​​
Từ công thức định nghĩa:


Với đất cát, c = 0


Thay số ta được







9. Yêu cầu thí nghiệm cung cấp số liệu cho HS model

Do mô hình HS đòi hỏi nhiều thông số đầu vào và các thông số này đều tương đối phức tạp để xác định nên khối lượng khảo sát cho các công trình hố đào tầng hầm yêu cầu phải thực hiện nhiều và đắt tiền hơn so với bài toán nền móng thông thường. Người thiết kế cần nhận thức được điều này để đưa ra Yêu cầu khảo sát địa chất ngay từ trước giai đoạn thiết kế để thu được số liệu cho bài toán hố đào cho kết quả chính xác gần nhất với thực tế quan trắc sau này. Điều này không chỉ là quy định trong nhận thức của người thiết kế mà còn là quy định bắt buộc trong Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9363:2012 “Khảo sát cho xây dựng – Khảo sát địa kỹ thuật cho nhà cao tầng” (xem các phần 5.3.3 và 5.3.7.6), đặc biệt cho giai đoạn TKKT và TKBVTC.

Do tính chất phức tạp của các thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm nén cố kết không nở hông nên người thiết kế cần hướng dẫn rõ quy cách thí nghiệm, trình bày kết quả thí nghiệm trong Yêu cầu khảo sát địa chất.

Thí nghiệm nén 3 trục:
Cần tham khảo thêm TCVN 8868:2012: “Thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết – không thoát nước và cố kết – thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục ba trục”.
Sơ đồ thí nghiệm nén 3 trục
Các chỉ tiêu cơ lý có thể xác định từ thí nghiệm nén 3 trục: Module biến dạng E, cường độ (), dilatancy angle ()​

Người thiết kế cần chỉ định rõ trong yêu cầu Khảo sát địa chất cho đơn vị khảo sát tiến hành các thí nghiệm nén 3 trục tại cấp áp lực buồng bằng để thuận tiện cho việc kiểm soát kết quả với cấp áp lực buồng mặc định của phần mềm Plaxis.


Thí nghiệm nén 3 trục tiến hành theo sơ đồ cố kết thoát nước (CD) với áp lực buồng có dỡ tải và gia tải lại, kết quả cho dưới dạng đồ thị quan hệ có dạng như sau:




Từ biểu đồ này cho phép xác định được các thông số , (c’=0), .

Bên cạnh đó, đối với đất cát, yêu cầu đơn vị khảo sát cấp kết quả biểu đồ thí nghiệm nén 3 trục dưới dạng đồ thị để xác định góc dilatancy angle :

Thí nghiệm nén cố kết không nở hông:

Đây không phải là thí nghiệm nén nhanh không nở hông như trong kết quả báo cáo khảo sát địa chất vẫn thường làm để xác định giá trị module biến dạng E. Bản chất đây là thí nghiệm nén chậm, trong trường hợp đơn vị khảo sát không đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm dỡ tải – gia tải lại thì cần yêu cầu họ tiến hành dỡ tải – gia tải lại cho thí nghiệm nén không nở hông này.


\​
Sơ đồ thí nghiệm nén không nở hông​


Biểu đồ kết quả thí nghiệm nén không nở hông cho đất cát thể hiện quan hệ ở các cấp gia tải và dỡ tải​
Biểu đồ kết quả thí nghiệm nén không nở hông cho đất sét thể hiện quan hệ ở các cấp gia tải và dỡ tải. Ở Việt Nam dùng phổ biến hơn biểu đồ

Các biểu đồ kết quả thí nghiệm trên cho phép xác định giá trị của như đã trình bày ở trên.
Tác giả: Tuannm
Avatar-180x180.jpg
 

trongkhanh102

Thành viên cơ bản
8/10/16
6
0
Plaxis và Geo5 là 2 phần mềm địa kỹ thuật khá mạnh mẽ và cần thiết cho anh em xây dựng, sao diễn đàn mình lại rất ít về những bài viết về các phần mềm này nhỉ? À quên có dùng Geoslope tính toán ổn định, nhưng mô phỏng các bài toán xử lý nền bằng cọc, cừ thép,... thì dùng Plaxis và Geo5 thì việc tính toán sẽ dễ dàng hơn.
 

trongthai19

Thành viên cơ bản
20/7/16
2
0
Cho mình hỏi về việc tính toán ổn định tường chắn bằng GeoSlope - có phải trong giai đoạn thi công khai báo lớp đất yếu theo mô hình Mohr - Coulomb là không hợp lý và không an toàn. Lý do trong giai đoạn xây dựng, nền chưa có thời gian cố kết, lực ma sát trong chưa phát huy tác dụng, chưa thể xét đến góc ma sát trong, phải khai báo theo mô hình Undrained ?
 

hatu1992

Thành viên cơ bản
6/10/17
3
0
@trongthai19 bạn nên tìm đọc tài liệu Stability Modeling with SLOPE/W
https://downloads.geo-slope.com/geostudioresources/8/0/6/books/slope modeling.pdf?v=8.0.7.6129 Stability Modeling with GeoStudio

Tại các trang sau
LH9xWg2.jpg

l6dzatm.jpg


tại trang 116 có đoạn
From a slope stability analysis point of view, effective strength parameters give the most realistic solution, particularly with respect to the position of the critical slip surface. The predicted critical slip surface position is the most realistic when you use effective strength parameters. When you use only undrained strengths in a slope stability analysis, the position of the slip surface with the lowest factor of safety is not necessarily close to the position of the actual slip surface if the slope should fail. This is particularly true for an assumed homogeneous section. This issue is discussed further in the Chapter on Slip Surface Shapes and Positions.

Việc áp dụng cái nào nó liên quan đến Phần 4 - Slip Surface Shapes, nghĩa là không phải mặt trượt nào cũng áp dụng, mà thường áp dụng cho dạng mặt trượt dưới đây.
jb6yAeP.jpg


Tóm gọn lại là một hình thức kiểm tra giả định cho mặt cắt nguy hiểm nhất, nhưng chính trong hướng dẫn nói đây là giả định không phù hợp thực tế, phần mềm chỉ cung cấp cho người tính toán - chứ chọn cái gì thì phần mềm kệ tự xác định - nên không có chuyện phải khai báo cái này hay phải khai báo cái kia - mà tự quyết định lấy.

Và đương nhiên phần mềm cũng chơi nước đội
Và quan trọng có đủ dữ liệu để tính toán không
KSeG3zz.jpg

NZfadJ7.jpg



Nếu có điều kiện cũng nên đưa vào hù chủ đầu tư, để tăng độ an toàn.
Tuy nhiên có quan niệm thiết kế dư còn tệ hại hơn thằng ăn cắp , thằng ăn cắp còn tạo được giá trị lưu thông, còn người thiết kế dư đem chôn tiền lãng phí không cần thiết
 
Sửa lần cuối:

tuan1121

Thành viên cơ bản
7/11/16
2
0
Bạn @hatu1992 có vẻ lan man quá
mình thấy đơn giản chỉ là tại trang 180

Staged Pseudostatic analysis

SLOPE/W has the option to perform a multi-staged pseudo-static analysis that ignores the seismic forces on the first stage of the analaysis in order to compute the shear strength at the base of each slice (KeyIn | Analyses | Staged Pseudo-static analysis). The seismic forces are included in the second stage of the analysis. The shear strength at the base of each slice is calculated using one of two options:

Option 1: Effective Stress Strengths
The effective stress shear strength at the base of each slice is calculated by the Mohr-Coulomb failure law using the effective base normal stress and the cohesion and friction angle in the material model definition.

Option 2: Undained Strengths (Duncan, Wright and Wong (1990)
The undrained strength is calculated by the equations proposed by Duncan et al. (1990), which make use of the R-envelop strength properties in the material model definition (Refer to the Section on Rapid Drawdown Analysis using the Staged Approach). The effective stress strengths are computed during the second stage of the analysis when the seismic forces are applied. The smaller of the undrained or effective stress strength at the base of a slice is used to calculate the factor of safety.

Phiền bạn phân tích giúp
 

hatu1992

Thành viên cơ bản
6/10/17
3
0
@tuan1121 thì mình chọn Option1 lý do là
Khi sử dụng các phương pháp cân bằng tĩnh trong điều kiện tới hạn (Limit Equilibrium Methods - LEM hoặc còn có tên nữa là phương pháp chia phân tố trượt, phân thỏi), có hai hạn chế cơ bản của LEM là:
- Bỏ qua mối quan hệ ứng suất biến dạng của đất.
- Kết quả tìm được phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của kỹ sư.
nên chỉ tính nháp, sau đó bắt buộc phải sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn
 

tuan1121

Thành viên cơ bản
7/11/16
2
0
Quan niệm của mình thì rất đơn giản là Option 2 không có trong quy trình quy phạm Việt Nam, các tác giả như W. Fellenius, Bishop, Sokolovski, K. Terzaghi ... đều dựa vào công thức nổi tiếng A.C. Coulomb (định luật Mohr - Coulomb ) để xác định ứng suất cắt. Cơ học đất cũng chỉ dạy về định luật Mohr - Coulomb.
Việc áp dụng Option 2 quá nhiều rủi ro.
 

hatu1992

Thành viên cơ bản
6/10/17
3
0
Haha Option 2 thì thiên về an toàn bạn @tuan1121 ới ... chợt nhớ có lần cãi nhau với một tay thẩm tra bắt khai đặc tính vật liệu của đất cho cọc ... vì tay này bảo như vậy mới an toàn , tay này cứ viện dẫn tiêu này chuẩn nọ
đến khi mình mở hướng dẫn trong Geo Slope thì hắn im lặng và lờ đi luôn/
 

harrypham2053

Thành viên cơ bản
31/8/16
1
0
Ặc ặc, 2 ông @tuan1121@hatu1992 nói cấm có sai, vì các ông có được dạy sức chống cắt không thoát nước Su của sét mềm đâu, vì để có thông số này cần phải thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ không cố kết, không thoát nước (UU) hoặc thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VTS) với hệ số hiệu chỉnh thích hợp.

Nhiều tương quan giữa sức chông cắt không thoát nước với các chỉ tiêu vật lý cơ bản như độ ẩm W, giới hạn chảy LL, chỉ số dẻo PI đã được các ông như Duncan, Wright and Wong ban bố - trong các tương quan đó quan điểm đất nền bão hòa, tức là xem Phi bằng không - và sức chống cắt được biểu thì bằng lực dính không thoát nước Cu (hay Su).

Áp dụng trường hợp 2 khi nào ? khi lớp đất yếu quá dày.

Không dưng mà nhà nước ban hành đơn giá thí nghiệm cố kết UU ... vì tính toán theo phương pháp sức kháng cắt không thoát nước (Undrained Strength Analysis) là an toàn.
 

tsinhnhanh

Thành viên cơ bản
20/9/16
2
0
Chỉ tiêu UU - CU - CD có từ lâu rồi mà ta - bên cầu đường thì có
TCVN 8868: 2011 – Thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết – không thoát nước và Cố kết – thoát nước
Test method for Unconsolidated – Undrained and Consolidated – Drained for cohesive soils on triaxial compression equipment
TCVN 8868:2011 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Tiêu chuẩn này quy định trình tự thí nghiệm để xác định sức kháng cắt không cố kết không thoát nước – cố kết không thoát nước – cố kết thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục.
Tiêu chuẩn này nằm trong hệ thống của tiêu chuẩn thí nghiệm địa chất công trình phục vụ tính toán thiết kế nền móng công trình
https://vanbanphapluat.co/tcvn-8868-2011-thi-nghiem-xac-dinh-suc-khang-cat-khong-co-ket

Rồi Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9355:2012 về Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước, với đất yếu cũng quy định chi tiết
5 Yêu cầu thiết kế
5.1 Những tài liệu cần thiết để thiết kế
5.1.1 Hồ sơ thiết kế sơ bộ (hay thiết kế tiền khả thi) của công trình.
5.1.2 Hồ sơ khảo sát công trình
(Chú ý các chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đất nền như: lực dính C, góc ma sát trong j, sức kháng cắt không thoát nước Cu bằng thì nghiệm cắt cánh hiện trường hoặc thí nghiệm nén ba trục, hệ số thấm k, hệ số cố kết Cv, hệ số nén lún a, môđun tổng biến dạng E0).
https://vanbanphapluat.co/tcvn-9355-2012-gia-co-nen-dat-yeu-bang-bac-tham-thoat-nuoc

Ở trường ĐH chuyên ngành cầu đường sau 2000 đều có dạy cái này chứ