Nghiên cứu cơ chế tương tác và xác định các thông số tương tác đất với cốt phục vụ tính toán ổn định công trình đất có cốt - Vũ Đình Hùng

Nội dung text: Nghiên cứu cơ chế tương tác và xác định các thông số tương tác đất với cốt phục vụ tính toán ổn định công trình đất có cốt - Vũ Đình Hùng

1. nghiªn cøu c¬ chÕ t­¬ng t¸c vµ x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè t­¬ng t¸c ®Êt víi cèt phôc vô tÝnh to¸n æn ®Þnh c«ng tr×nh ®Êt cã cèt PGS.TS. Vũ Đình Hùng Ban quản lý TW các DA Thuỷ lợi (CPO) – Bộ NN&PTNT ThS. Khổng Trung Duân Vụ Khoa học, Công nghệ và Môi trường – Bộ NN&PTNT Tóm tắt: Công nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật (VĐKT) hiện là một trong những giải pháp đang được ứng dụng rất rộng rãi trong xây dựng công trình đất yếu bởi tính hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế. Tuy nhiên, có một thực tế khó khăn trong ứng dụng công nghệ này là cần những thông số nào, phương pháp xác định và sử dụng chúng trong tính toán ổn định như thế nào là phù hợp? Bài báo trình bày các cơ chế tương tác chủ yếu của đất với cốt, trên cơ sở đó đưa ra những thông số cần phải xác định và phương pháp xác định chúng; Bên cạnh đó, bài báo cũng giới thiệu một số kết quả nghiên cứu trong phòng về xác định các thông số này, những bình luận giúp cho người thiết kế hiểu sâu sắc về các thông số, có thể chọn theo kinh nghiệm và thí nghiệm, xử lý các thông số đưa vào trong tính toán cho phù hợp. I. ĐẶT VẤN ĐỀ tham gia (Sted, Geo-Slope, Plaxis, ). Đất được ổn định cơ học nhờ cốt là các vật Thực tế ứng dụng công nghệ này hiện ở Việt liệu đưa vào từ bên ngoài không phải là một ý Nam còn gặp một số khó khăn như chưa có một tưởng mới. Công nghệ đất có cốt được bắt đầu tài liệu hướng dẫn tính toán đầy đủ về công từ những vật liệu cốt sơ khai như rơm thêm vào nghệ, nhiều người thiết kế và thi công chưa hiểu đất sét để nâng cao chất lượng gạch không được bản chất cơ chế tương tác đất với cốt, các nung, sử dụng thân cây và cành cây trong gia cố thông số tính toán và phương pháp xác định, nền móng của đê và đường, tiếp đến là việc sử dẫn đến chọn và xử lý số liệu đầu vào gặp nhiều dụng các thanh/dải kim loại, sau đó là việc chế khó khăn mỗi khi tính toán, tạo lưới chất dẻo bền vững Tensar và Tanax có Bài báo xin giới thiệu một số kết quả nghiên độ cứng chịu giãn cao và chống được ăn mòn, cứu lý thuyết, thí nghiệm làm cơ sở đưa ra bộ số đã làm cho việc sử dụng cốt lưới với đất đắp ma liệu đầu vào cho phân tích ổn định công trình sát-dính phát triển, ngày nay là vật liệu vải địa đất có cốt của nhóm nghiên cứu Trung tâm kỹ thuật bằng chất dẻo (polymer geotextile), bao Thủy công nay là Viện Thủy công thuộc Viện gồm cả loại dệt lẫn không dệt (gọi chung là Vải Khoa Thủy lợi Việt Nam. địa kỹ thuật) đã làm cho các công trình đất được II. CƠ CHẾ TƯƠNG TÁC ĐẤT CỐT ổn định bằng cốt ngày càng trở nên phổ biến. Có hai cơ chế tương tác chủ đạo đất và cốt là Sự phát triển công nghệ đất có cốt không chỉ phương thức truyền lực thông qua ma sát và dừng lại ở phát triển về vật liệu chế tạo cốt mà phương thức truyền lực thông qua sức cản bị còn phát triển cả phương pháp tính như [1]: động của đất. Bài báo này giới thiệu các nghiên Phương pháp khối trượt nêm hai phần, phương cứu sử dụng cốt gia cố dạng vải với 3 tính năng pháp phân mảnh để tính toán mặt trượt tròn, (gia cố, lọc + dẫn nước và phân cách) nên phương pháp ứng suất kết hợp, phương pháp phương thức nghiên cứu được xem xét chỉ là mặt trượt xoắn ốc logarit, phương pháp trọng sức cản do ma sát. Có hai trạng thái giới hạn có lực dính kết, Không dừng lại ở các phương thể xẩy ra đối với cơ chế tương tác này đó là sự pháp tính, phần mềm tính toán địa kỹ thuật cũng trượt của đất trên cốt và cốt bị kéo tuột khỏi đất đã cố gắng đưa thêm trường hợp tính toán có cốt (hình 1). Sức cản ma sát được xác định từ hai 79
2. trạng thái này thông qua hai thí nghiệm tương Xét một phân tố đất có cốt tham gia chịu lực ứng đó là Cắt trực tiếp và Kéo rút. đồng thời hình 2 dưới đây: 1 S1 dA T T S dA 3   Hình 1. Mô hình tương tác đất - cốt 3 C  R a. Khối đất trượt trên mặt vải; b. Khối trượt gây ra sự kéo rút vải khỏi khối đất Hình 2. Sơ đồ tính toán ổn định của khối đất ở 2.1. Đất trượt trên vải – sức kháng cắt trạng thái giới hạn trong trường hợp đất có cốt Hình 1a mô tả trạng thái phá hoại do khối đất trượt trực tiếp trên bề mặt của cốt vải. Biểu thức Các lực trên hình 2: S =  .dA.cos ; S = tổng quát của sức kháng cắt trực tiếp được đưa 1 1 3  .dA.sin ; C = c.dA (lực dính); T =  .dA = ra như sau: 3 R T  .dA.sin( -) (lực trong cốt); R-lực ma sát f .tg = .tg + (1 - )tg (1) R ds ds ds ds ds trong của đất;  - ứng suất trong cốt lấy đối với Trong đó: f - hệ số kháng cắt trực tiếp; - R ds ds 1m2 mặt cắt ngang của phân tố đất. góc ma sát của đất từ thí nghiệm cắt trực tiếp; - Có hai trạng thái giới hạn đối với đất có cốt góc ma sát bề mặt giữa cốt và đất; - phần ds xẩy ra, đó là: (i) Khi cốt mất khả năng chịu lực diện tích bề mặt cốt tạo ra sức kháng cắt trực và bị đứt; (ii) Khi cốt bị trượt trong đất do thiếu tiếp. lực ma sát giữa cốt và đất. Khi = 0, thì đó là trường hợp cắt đất trên ds Giới hạn 1: Trường hợp xẩy ra khi  = đất và f = 1,0. Khi = 1,0, thì đất bị cắt trên R ds ds  max, trạng thái giới hạn này lực dính trong đất tg R bề mặt phẳng của cốt (dạng tấm) và fds= tăng thêm một lượng là [2]: tg ds max max  R  R 2.2. Cốt tuột khỏi đất – sức kháng kéo cR = c + ; với, cR= 2 Ka 2 Ka Hình 1b mô tả trạng thái phá hoại do cốt vải (c - lực dính quy đổi khi có cốt) bị kéo tuột khỏi khối đất. Biểu thức tổng quát R Giới hạn 2: Khi cốt bị trượt (chiều dài neo biểu diễn sức kháng kéo với các đại lượng liên vải không đảm bảo) trong đất thì  = . , quan trình bày ở (2): R n trạng thái giới hạn này hệ số góc ma sát trong T = A .' .tg (2) b s a của đất được tăng lên [2]: Trong đó: T - sức kháng kéo; A - diện tích b s 1 Ka  1 Ka ma sát; 'a- ứng suất pháp trung bình hiệu quả, sin R= =sin 1 Ka  1 Ka lấy bằng 0,75v (Andersen và Nielsen, 1984), Biểu diễn trị số tăng của góc ma sát trong của với v- áp lực thẳng đứng của lớp phủ. 2.3. Biểu hiện cải thiện góc ma sát trong và đất dưới dạng biểu thức sau, sin R: lực dính của khối đất nhờ cốt sin R = sin R - sin (1 K )(1 K ) (1 K )(1 K ) Dưới tác dụng của tải trọng, nếu trạng thái = a a a a ứng suất tại mỗi điểm bất kỳ trong khối đất đều (1 Ka )(1 Ka ) thoả mãn điều kiện  tg + c thì khối đất ổn 2 = định. Trường hợp không ổn định hay ổn định ở (1 Ka )(1 Ka ) mức độ thấp, ta cần có các biện pháp làm tăng Trong đó: Ka - hệ số áp lực chủ động của đất; giá trị vế phải của phương trình (tg + c), tức max 2  R- lực lớn nhất trong cốt lấy đối với 1m là tăng hoặc c, hoặc cả và c. mặt cắt ngang của phân tố đất; - hệ số ma sát 80
3. giữa cốt và đất; - góc ma sát trong của đất; R, độ (tại Phòng thí nghiệm của Viện Thuỷ công cR- góc ma sát trong và lực dính quy đổi của đất và Trường Đại học Thuỷ lợi). Thí nghiệm được có cốt. thực hiện trong hộp cắt có kích thước III. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TƯƠNG 60x60mm, chiều cao mẫu 30mm. TÁC BẰNG THÍ NGHIỆM CẮT VÀ KÉO 3.2. Vật liệu thí nghiệm 3.1. Thiết bị thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm là 5 loại đất điển hình Thiết bị thí nghiệm được sử dụng loại AIM- xây dựng đê biển ở miền Bắc như bảng 1. 2656 – Modified Direct Shear Apparatus của Ấn Bảng 1: Chỉ tiêu cơ lý của một số loại đất thí nghiệm Tỷ lệ hạt cát Dung trọng khô Độ ẩm tốt Lực dính c Góc ma sát Loại đất lọt sàng lớn nhất k max nhất Wtn (%) (KN/m) trong (độ) 0,10mm (%) (KN/m3) Ninh Bình 54,10 17 1,56 5,30 4,60 Hải Phòng 45,40 16 1,47 10,20 3,95 Nam Định 81,20 12 1,90 19,48 29,26 Hà Nội 64,00 13 1,66 15,60 20,15 Đất cát ~100 9 2,05 0,00 35,00 Cốt VĐKT dạng vải dệt, sử dụng 02 loại phổ trình =tg1+C1 (đối với thí nghiệm cắt hộp) biến có trong nước của hãng Polyfelt, loại Pec hay =tg2+C2 (đối với thí nghiệm kéo rút và Aripack Co., Ltd và loại ARM. vải); nhờ đường thẳng này để xác định trị số 1, 3.3. Kết quả và bình luận 2, C1, C2. Do tính phi tuyến của đường quan hệ Xây dựng các kết quả đo trên hệ trục o  = f() nên khi tính toán có thể sử dụng góc (hình 3) cho thấy: Đường cong này xấp xỉ bằng kháng kéo  để đặc trưng cho cường độ kháng đường thẳng theo luật CuLông dạng phương của cốt. Hình 3. Đường cong quan hệ giữa ứng suất tiếp () với ứng suất pháp () Bảng 2 là kết quả thí nghiệm thực hiện ở ẩm tối ưu đến độ ẩm tự nhiên), lấy giá trị trung nhiều cấp độ ẩm khác nhau (trong phạm vi độ bình của fds, fpo theo các cấp độ ẩm này. 81
4. Bảng 2: Hệ số fds, fpo đối với một số loại đất Loại đất Ninh Bình Hải phòng Nam Định Hà Nội Cát TC Góc ma sát (độ) 4,6 3,95 29,26 20,15 35 Polyfelt Rock Pec: 1 2,86 2,65 22,24 15 28,00 fds 0,62 0,67 0,76 0,73 0,80 Polyfelt Rock Pec: 2 2,72 2,54 21,08 14,01 26,25 fpo 0.59 0,64 0,72 0.68 0,75 Hệ số tương tác ma sát fds tìm được dao động Độ ẩm của đất có ảnh hưởng nhiều đến kết từ 0,62  0,80; hệ số fpo từ 0,59  0,75. Hệ số quả thí nghiệm. Với độ ẩm quá nhỏ hoặc khá tương tác ma sát trong thí nghiệm kéo có xu lớn thì các hệ số tương tác fds, fpo sẽ giảm; điều hướng nhỏ hơn so với thí nghiệm cắt hộp đối này được giải thích khi độ ẩm nhỏ bề mặt hạt với cùng một loại đất, loại vải. Như vậy, sử đất trơn và khi độ ẩm lớn dễ làm mặt vải trơn dụng thí nghiệm nào cho tính toán thiết kế công dẫn đến hệ số ma sát nhỏ. trình đất có cốt phải được căn cứ vào cơ chế Các kết quả nghiên cứu cho thấy sức kháng tương tác đất với cốt và đặc điểm công trình, cắt tại mặt tiếp xúc giữa vải và đất đối với cùng trong điều kiện không biết chắc điều kiện tương một loại đất sẽ không giống nhau mặc dù cùng tác thì chọn thí nghiệm kéo sẽ thiên an toàn cho một loại vải, bởi sức kháng cắt còn phụ thuộc công trình. vào nhiều yếu tố khác như loại đất, độ ẩm, trạng Kết hợp các nghiên cứu khác cho thấy, đối thái chặt của đất và các điều kiện thí nghiệm với cốt là vải địa kỹ thuật thì hệ số tương tác fsd như độ chính xác của thiết bị, phương pháp thí và fpo đều cho trị số 1,0, (tiêu chuẩn của nền nghiệm, kích thước mẫu, tốc độ cắt, tổ hợp lực, móng của Canada, Mỹ thường chọn là f=2/3), nhiệt độ, Do vậy, cần thiết thí nghiệm tương chỉ trừ đối với Sỏi và cốt dạng lưới có thể cho tác vải - đất đối với các công trình cụ thể và trị số fpo>1,0. Hệ số tương tác ma sát biến đổi theo tiêu chuẩn thí nghiệm của từng loại vải. không theo quy luật nào đối với góc ma sát Trong thiết kế và xây dựng công trình đất có trong của đất (ví dụ không phải đất có góc ma cốt, có thể sử dụng các hệ số tương tác kinh sát trong lớn thì hệ số tương tác ma sát lớn và nghiệm cho tính toán ở bước nghiên cứu khả thi, ngược lại). Điều đó càng khẳng định việc cần giai đoạn thiết kế kỹ thuật bản vẽ thi công nhất thiết phải thí nghiệm cho từng loại đất, từng thiết phải thí nghiệm xác định các hệ số này để công trình cụ thể. đưa vào tính toán mới đảm bảo an toàn và hiệu Trong quá trình thí nghiệm cắt hộp cũng như quả cho công trình. kéo rút vải khỏi khối đất, xuất hiện một lớp IV. XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT chuyển tiếp giữa vải và đất (evđ) bị xáo trộn lớn, CÓ CỐT BẰNG THÍ NGHIỆM NÉN 3 cho đến phá hoại. Chiều dày lớp chuyển tiếp evđ TRỤC đối với các loại đất, độ ẩm, độ chặt cũng như Thực hiện các thí nghiệm này để chứng minh đối với các loại vải khác nhau có khác nhau. phần lý thuyết mục 2.3, cốt gia cố có tác dụng Đối với thí nghiệm cắt hộp, chiều dày của evđ = làm tăng các chỉ tiêu cơ lý của đất, làm tăng 2,5  5,3mm; với thí nghiệm kéo rút vải thì evđ = cường độ chống cắt, tăng sức chịu tải, đồng thời 2,6  6,5mm. Chiều dày evđ có thay đổi lớn khi để xác định chỉ tiêu cơ lý đất có cốt phục vụ tính đất ở độ ẩm tối ưu và vải có độ nhám lớn, điều toán ổn định công trình. này cũng có nghĩa hiệu quả tương tác tốt. Như 4.1. Thiết bị thí nghiệm vậy, sử dụng VĐKT có tính nhám lớn sẽ cho Thiết bị thí nghiệm nén 3 trục của hãng hiệu quả gia cố tăng lên, người thiết kế cần lưu WhykenhamFarance - Anh được đặt tại Phòng thí ý điểm này. nghiệm Địa kỹ thuật - Trường Đại học Thuỷ lợi. 82
5. 4.2. Vật liệu thí nghiệm có các chỉ tiêu cơ bản được của đất khi chế bị Đất thí nghiệm được khai thác tại đê vùng được trình bày ở bảng 3. ven biển Giao Thuỷ - Nam Định, đất cát pha sét Bảng 3: Các chỉ tiêu cơ lý của đất phục vụ công tác nghiên cứu TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Trị số 1 Thành phần hạt: 2,00mm - 0,5mm % 2,37 0,25mm % 61,76 0,10mm - 0,01mm 25,09 <0,005mm 10,79 2 Dung trọng khô chế bị, d,cb T/m3 1,805 3 Lực dính đơn vị, c Kg/cm2 19,48 4 Góc ma sát trong, độ 24,24 Cốt VĐKT được sử dụng có 02 loại: loại tròn với đường kính nhỏ hơn đường kính mẫu không thấm nước (biến dạng khi đứt 15%, đất khoảng 2mm (37/39mm). Thực hiện việc T=15kN/m) và mẫu VĐKT cho phép thấm nước đầm nén theo lớp, đầu tiên là đất, sau là vải, rồi (biến dạng khi đứt 60%, T=15kN/m). lại lớp đất. Mẫu được chế bị hoàn chỉnh đạt độ 4.3. Nội dung và quy trình thí nghiệm chặt K=0,95, 3 lớp VĐKT đặt cách đều nhau, a. Nội dung thí nghiệm: tổng chiều cao mẫu nén là 80mm. Thí nghiệm thực hiện với 5 mẫu: Mẫu CU - Quy trình thí nghiệm mẫu CU với các giai không có cốt (MI); Mẫu CU có VĐKT không đoạn: (i) Giai đoạn bão hoà mẫu đất: sử dụng thấm nước (MII); Mẫu CU có cốt VĐKT thấm quy trình áp suất ngược; (ii) Giai đoạn cố kết: nước (MIII); Mẫu nén 3 trục CD không có cốt không dùng áp suất ngược; (iii) Giai đoạn nén (MI-CD); Mẫu nén 3 trục CD có cốt VĐKT với tốc độ gia tải theo quy định của tiêu chuẩn thoát nước (MIII-CD). ASTM D2166: 0,66mm/phút. b. Quy trình chế tạo mẫu: - Quy trình thí nghiệm mẫu CD cho đất có - Chế bị mẫu thí nghiệm nén 3 trục đất không cốt VĐKT cũng được thực hiện trên máy nén 3 có cốt: Đất được chế bị với độ ẩm tối ưu là Wcb trục. Quy trình thí nghiệm tương tự thí nghiệm =12,0%, đưa vào cối đầm chuyên dụng, đầm 3 CU, chỉ khác nhau ở giai đoạn nén, đất được cố lớp đồng đều đảm bảo đủ độ chặt theo quy định kết theo thể tích thay đổi, tốc độ cắt được dựa K=0,95. vào đường cong thí nghiệm cố kết để tính toán - Chế bị mẫu thí nghiệm nén 3 trục với đất có ra và đưa vào thí nghiệm. cốt vải địa kỹ thuật: Tương tự như với chế bị 4.4. Kết quả thí nghiệm mẫu đất không có cốt, đất được chế bị với độ a.Thí nghiệm nén 3 trục CU ẩm tối ưu theo tiêu chuẩn; cốt VĐKT được cắt Hình 3. Thí nghiệm CU với mẫu đất không và có cốt VĐKT 83
6. BIEU DO QUAN HE UNG SUAT BIEN DANG 2000 năng cho phép biến dạng của mẫu đất có cốt cũng tăng thêm, biến dạng đến khi mẫu đất bị 1500 MI phá hoại tăng lên hơn 2 lần so với mẫu đất MII 1000 không có cốt (đất không có cốt biến dạng lớn MIII nhất là 20%, đất có cốt là 40%). Có được điều 500 này nhờ cốt VĐKT đã làm nhiệm vụ phân tán 0 0 10 20 30 40 50 ứng suất ra toàn miền chịu lực, nên khi mẫu đất Strain - Bien dang e(%) đạt đến trạng thái phá hoại được diễn ra trên toàn miền, không xuất hiện phá hoại cục bộ như Hình 4. Quan hệ ứng suất và biến dạng của mẫu mẫu đất không có cốt, nhờ đó mà điều kiện biến đất có cốt và không có cốt dạng của mẫu đất được tăng lên. Khi thiết kế, nếu sử dụng cốt chỉ có chức 1000 y = 0,7542x + 39,163 (MII) 900 ) 2 năng gia cố thì nên chọn cốt VĐKT có biến m / 800 n k ( 2 / 700 ) dạng nhỏ khi đạt đến cường độ kháng cắt lớn 3 s - 1 y = 0,6746x + 28,352 (MIII) 600 s ( : t ¾ nhất; còn nếu xét đến yếu tố cố kết của khối đất c 500 s ø - 400 s s e theo thời gian thì nên sử dụng VĐKT có tính r t s 300 r a y = 0,3851x + 20,212 (MI) e 200 h S thấm và dẫn nước để khai thác tối đa các tính 100 Effective stress - ­s hiÖu qu¶: (s'1+s'3)/2 (kn/m2) năng của cốt đem lại trong gia cố đất (tăng 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 cường độ, tăng tốc độ cố kết là đất cũng tăng cường độ), sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Hình 5. Vòng Morh ứng suất mẫu đất không Sử dụng thí nghiệm này để xác định góc ma và có cốt VĐKT sát trong và lực dính đơn vị của mẫu đất có cốt, tức là xác định được các chỉ tiêu cơ lý mẫu đất Bảng 4: Tổng hợp chỉ tiêu kháng cắt tương đương (mẫu đất có bao gồm cả cốt), có của các mẫu đất thể dùng các chỉ tiêu này vào các phần mềm tính toán ổn định công trình thông dụng hiện Chỉ tiêu kháng Chỉ tiêu kháng nay để phân tích (những phần mềm chưa có hỗ cắt tự nhiên cắt hiệu quả T trợ tính toán đất có cốt). Tuy nhiên, sử dụng Mẫu đất c c' T (độ, ' (độ, các số liệu này cần lưu ý tính tương thích về (kG/c (kG/c phút) phút) chiều cao lớp đất và cường độ cốt VĐKT sử m2) m2) dụng trong mô hình thí nghiệm và trong thực tế 1 MI 21o50' 20,98 22o39' 20,28 công trình. 2 MII 40o15' 55,84 48o57' 39,16 b. Thí nghiệm nén 3 trục CD 3 MIII 39o19 37,06 42o25' 28,35 Đối với các loại đất yếu chứa hàm lượng sét lớn, khi chọn cốt VĐKT gia cố cho đất cần Khi mẫu đất chịu áp lực hông (3), các kết quả thí nghiệm với mẫu đất có cốt đều đã chứng phải quan tâm đến hai yếu tố là cường độ và minh tính đúng đắn về mặt lý thuyết đó là các khả năng dẫn và thoát nước của chúng. Cường giá trị về lực dính (c) và góc ma sát trong ( ) độ của cốt làm tăng các chỉ tiêu cơ lý, còn khả của khối đất có cốt được tăng lên rất lớn, tăng năng thoát nước của cốt sẽ có tác dụng làm nhiều ở mẫu đất có cốt VĐKT không thấm tăng khả năng kháng cắt và tăng các chỉ tiêu nước. Chỉ tiêu kháng cắt hiệu quả đối với mẫu cơ lý của đất. MII tăng gần như gấp 2 lần ở cả hai trị số, còn Nghiên cứu này được thực hiện với 02 mẫu MIII thì góc ma sát trong tăng gần gấp 2 mẫu đất, 01 mẫu đất không có cốt (MI-CD) lần, còn lực dính tăng 1,5 lần. và 01 mẫu đất có cốt VĐKT loại thoát nước Nhờ có cốt VĐKT tham gia đã làm tăng khả (MIII-CD). 84
7. STRESS /STRAIN AND Pore pressure/strain o (øng suÊt, ¸p suÊt lç rçng/ biÕn d¹ng) thí nghiệm CU (mục 4.4a, bảng 4) có '= 42 25' 2000 và c'= 28,35 kG/cm2, trong khi đó với thí 1500 nghiêm CD (mục 4.4b, bảng 5) cho ta '= MIII (CD) 47o30' và c'=39,73 đều lớn hơn. 1000 MI (CD) - Đất nhanh chóng đạt biến dạng cuối cùng, 500 khả năng chịu tải của bản thân đất được cũng 0 đạt giá trị lớn nhất, hiệu quả khối đất gia cố tối 0 10 20 30 40 50 Strain - Bien dang e(%) ưu nhất (đất đạt đến giá trị lớn nhất, cốt VĐKT phát huy hết tính năng là tăng cường độ và tăng Hình 7. Quan hệ ứng suất-biến dạng mẫu đất tốc độ cố kết khối đất). không có cốt và có cốt VĐKT thấm nước - Sử dụng cốt với chức năng gia cường và thoát dẫn nước để gia cố đất trong trường hợp đất cát 1000 y = 0.7374x + 26.849 (MIII) ) 2 pha sét có hàm lương sét lớn và đất có tính thoát m / N 800 K ( 2 / ) nước kém, sẽ phát huy được hiệu quả cao nhất. 3 s - 1 600 s ( ) t V. KẾT LUẬN ¾ c s . 400 ¦ ( y = 0,4957x + 18,83 (MI) s s Cơ chế tương tác chủ đạo giữa đất với cốt e r t s r 200 a e h trong các công trình đất tồn tại ở hai dạng chính, S 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 đó là ma sát giữa đất và cốt tạo ra lực cản ma sát Total stress (øng suÊt tæng) ( s1 + s3 )/2 và sức kháng tải bị động của đất lên các phần tử thanh đối với cốt dạng lưới hay khung. Nghiên Hình 8. Vòng Morh ứng suất mẫu đất MI-CD và cứu cơ chế tương tác đất-cốt có thể thực hiện mẫu đất MIII-CD bằng phân tích lý thuyết, thí nghiệm mô hình vật lý hay thí nghiệm mô hình số. Thí nghiệm Bảng 5: Tổng hợp chỉ tiêu kháng cắt của các cắt trực tiếp và thí nghiệm kéo rút là hai thí mẫu đất thí nghiệm CD nghiệm mẫu đơn giản thuộc loại thí nghiệm mô hình vật lý, nhưng rất hiệu quả trong nghiên cứu Chỉ tiêu kháng cắt cơ chế tương tác đất – cốt. hiệu quả TT Mẫu đất Thí nghiệm cắt trực tiếp và kéo rút xác định ' (độ, c' (kG/cm2) được các hệ số tương tác (fds, fpo) cho các loại phút) vải khác nhau, đất khác nhau. Các hệ số tương 1 Đất không có 29o43' 21,65 tác này thay đổi phụ thuộc vào loại vải, độ nhám cốt (MI-CD) của vải, loại đất, thành phần, độ chặt, độ ẩm của 2 Đất có cốt 47o30' 39,73 đất, nhiệt độ thí nghiệm, Giữa vải và đất tồn VĐKT thấm tại một lớp tiếp xúc, chiều dày lớp này biến nước (MIII- thiên từ 2,5 đến 5,3 mm đối với thí nghiệm cắt CD) trực tiếp và từ 2,6 đến 6,5 mm đối với thí nghiệm kéo rút. Chỉ tiêu cơ lý lớp tiếp xúc cũng Thí nghiệm với mẫu CD cũng đã cho ta các có nhiều thay đổi phụ thuộc vào độ ẩm, hệ số kết luận giống như với thí nghiệm CU (mục b), đầm chặt, thành phần của đất và lớp nhám bề đó là chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất có cốt cũng mặt của vải, Tất cả những điều đó nói lên một được tăng lên, tuy nhiên có nhiều ưu điểm hơn thực tế, khi thiết kế công trình đất có cốt cần so với thí nghiệm CU là: thực hiện các thí nghiệm này để xác định các hệ - Nhờ cốt VĐKT có khả năng thoát và dẫn số tương tác phục vụ cho tính toán, để đảm bảo nước từ trong khối đất ra bên ngoài đã làm cho ổn định và hiệu quả kinh tế của công trình. áp lực lỗ rỗng trong khối đất nhanh chóng bị Phân tích lý thuyết và thí nghiệm nén ba trục tiêu tán, chỉ tiêu cơ lý đất tương đương tăng lên; đã cho ta thấy rõ hiệu của công nghệ đất có cốt, 85
8. đó là làm tăng các chỉ tiêu cơ lý dẫn đến tăng kết, giảm áp lực nước lỗ rỗng, và như vậy sẽ lại khả năng chịu tải, cho phép đất làm việc ở điều dẫn đến làm tăng chỉ tiêu cơ lý của đất. kiện biến dạng lớn hơn nên tăng khả năng làm Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, sử việc. Cốt VĐKT không chỉ có hiệu ích ở chỗ dụng vải có độ nhám và độ dẫn nước cao làm trực tiếp làm tăng cường độ mà còn tăng khả cốt cho đất là một đề xuất đáng quan tâm đối năng thoát nước làm cho đất nhanh chóng cố với thiết kế công trình đất có cốt. Tài liệu tham khảo [1] Tiêu chuẩn Anh (BS 8006: 1995): Tiêu chuẩn thực hành đất và các vật liệu đắp khác có gia cường (có cốt). NXB Xây dựng, Hà Nội, Việt Nam. [2] Vũ Đình Hùng, Khổng Trung Duân (2001): Tính toán ứng dụng công nghệ đất cốt vải địa kỹ thuật cho xây dựng bờ bao vùng đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí thông tin KHCN NN&PTNT, Tháng 5/2001, Trang 2528. [3] Đoàn Thế Tường, Lê Thuận Đăng (2002): Thí nghiệm đất và nền móng công trình. NXB Giao thông vận tải. Đà Nẵng, Việt Nam [4] Vũ Đình Hùng, Khổng Trung Duân & nnk (2007): Nghiên cứu công nghệ xây dựng đê biển bằng vật liệu có hàm lượng cát cao ở miền Bắc Việt Nam. Báo cáo tổng kết Đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn). [5] D.T. Bergado, J.C.Chai, M.C. Alfaro, A.S. Balasubrameniam (1996): Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng. NXB Giáo dục, Hà Nội, Việt Nam. Abstract STUDY ON INTERATION MECHANISM AND DETERMINATION OF SOIL-REINFORCED MATERIAL INTERACTION PARAMETERS FOR STABILIZATION ANALYSIS OF REINFORCED SOIL WORKS Geotextile reinforced soil technology is presently a widely applicable solution in construction of weak earth works as its highly economical and technical efficiency. However, there were difficulties in applying this technology in Vietnam as lack of a guidance on required parameters, their determination and utilization methodologies for design. This paper presents major mechanisms of interaction between soil and reinforced geotextiles, then figure out required parameters and the way to determine them. Besides, the paper also introduces results of several experiments determining the above mentioned parameters and comments to help better understanding them, their selection and/or determination and their application for a appropriate calculation. 86