MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ..........................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................2
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.................................................2
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................ 2
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .........................................................2
3.1

Nội dung nghiên cứu ......................................................................................2

3.2

Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................2

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................4
1.1

TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ..........4

1.1.1

Các nghiên cứu trong nước .........................................................................4

1.1.2

Các nghiên cứu ngoài nước .........................................................................5

1.2

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN – ĐỘNG LỰC CÔNG


2.2

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XỬ LÝ SỐ LIỆU ...........................................15

2.3

PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC PHẦN MỀM TIN HỌC ỨNG DỤNG ...15
ii


2.4

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY

TUYẾN TÍNH ............................................................................................................15
2.5

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT ........................................18

2.5.1

Phương pháp thí nghiệm cắt cánh (VST) .....................................................18

2.5.2

Phương pháp thí nghiệm nén ba trục (UU) ..................................................19

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 22
3.1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
VST: thí nghiệm cắt cánh.
UU: thí nghiệm nén ba trục không cố két, không thoát nước.
Su: giá trị sức chống cắt, đơn vị kPa.
LKR-: lỗ khoan tuyến đường.
LKC-: lỗ khoan cầu.
ĐCCT: địa chất công trình.

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Trị số R đánh giá mức độ quan hệ của đại lượng X và Y. .........................17
Bảng 2.2 Phân loại độ nhạy của đất theo thí nghiệm cắt cánh...................................19
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tuyến R1. ..............................................22
Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tuyến R2. ..............................................23
Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị Su của thí nghiệm cắt cánh (VST) và nén ba trục không
thoát nước không cố kết (UU) của tuyến R1. ............................................................ 25
Bảng 3.4 Kiểm định lại kết quả VST từ phương trình tương quan của VST và UU
của tuyến R2. ..............................................................................................................29

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Mặt bằng tổng thể quy hoạch khu đô thị mới Thủ Thiêm. ...........................5
Hình 1.2 Các kiểu phá hoại cắt chủ yếu .......................................................................9
Hình 1.3 Trạng thái ứng suất tại thời điểm phá hủy. .................................................10
Hình 1.4 Vòng tròn Mohr của một số loại đất ........................................................... 11
Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng đối với đất ở trạng thái rời và chặt. ..13

Chương 3: tổng hợp các số liệu sức chống cắt từ hai thí nghiệm cắt cánh (VST)
và nén ba trục (UU) từ công trình xây dựng bốn tuyến đường chính trong đô thị Thủ
Thiêm, Quận 2 Thành phố Hồ Chí Minh, đưa ra được phương trình tương quan. Từ đó,
sử dụng phương trình để thử nghiệm ở các khu vực lân cận, nhận xét mức độ sai sót
giữa các giá trị.
Nhìn chung, kết quả mô phỏng phương trình tương quan của đồ án có phần hạn
chế về số liệu. Tuy nhiên, kết quả này đã giải quyết rõ được hai thí nghiệm cắt cánh
hiện trường (VST) và nén ba trục (UU) có mối tương quan với nhau, giá trị tính toán
từ phương trình tương quan cũng đạt mức tương đối. Giúp người thiết kế có thể đánh
giá sơ bộ được sức chống cắt của khu vực nghiên cứu, trước khi tiến hành xây dựng
trên nền đất này.

1


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đất loại sét yếu có diện phân bố rộng nên khi xây dựng, như đường giao thông,
nhà ở… phải tiến hành xử lý. Các thông số sức chống cắt đóng vai trò quan trọng trong
việc thiết kế xử lý, thi công tính toán ổn định nền và móng của công trình xây dựng (dân
dụng và công nghiệp) trên nền đất yếu. Sức chống cắt của đất được thực hiện bằng nhiều
thiết bị và thí nghiệm khác nhau, do đó các kết quả thu được sẽ khác nhau. Việc thiết lập
sự tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) của đất sét yếu theo thí
nghiệm cắt cánh (VST) từ hiện trường với kết quả thí nghiệm nén ba trục (UU) trong
phòng thí nghiệm là điều cần thiết. Qua đó, giúp cho người thiết kế có thể dựa vào kết
quả thí nghiệm trong phòng sẽ tham khảo và định hướng được sơ bộ sức chống cắt
không thoát nước theo thí nghiệm cắt cánh và ngược lại. Từ những điều vừa phân tích
trên, đưa ra được đề tài về “Khảo sát mối tương quan giữa hai phương pháp xác định
sức chống cắt của đất : cắt cánh (VST) – nén ba trục (UU)”.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1 Các nghiên cứu trong nước
Theo Bùi Trường Sơn, Lê Hoàng Việt trong nghiên cứu chọn lựa hợp lý sức
chống cắt không thoát nước của sét mềm để tính toán nền công trình đắp, tuyển tập kết
quả khoa họa công nghệ, NXB Nông nghiệp, tập 14, 2011. Bài báo khoa học dựa vào
kết quả tổng hợp và phân tích sức chống cắt không thoát nước của sét yếu bão hòa
nước theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau ở khu vực Nhà Bè. Sử dụng tỷ số
(Su/𝜎′𝑣𝑜 ) và độ sâu để được ra mối tương quan giữa các phương pháp cắt cánh , UU,
CU.
Ngoài ra, một số nghiên cứu về mối tương quan sức chống cắt có liên quan như
đề tài tương quan sức chống cắt không thoát nước của sét mềm theo độ sâu và mức độ
nén chặt, của Lê Hoàng Việt, Bùi Trường Sơn được đăng tại tạp chí khoa học kỹ thuật
Thủy lợi và Môi trường – số 39 (12/2012). Đây là kết quả nghiên cứu cho phép xây
dựng tương quan sức chống cắt không thoát nước của sét mềm bão hòa nước khu vực
khá chặt chẽ theo trạng thái ứng suất và độ chặt. Đưa ra phương trình tương quan giữa
sức chống cắt Su và hệ số rỗng e, dựa vào phương trình tương quan đưa ra các giá trị
Su, so sánh mức độ sai số giữa giá trị Su thực tế và từ phương trình.
Tại hội nghị Khoa học lần thứ 13 Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh,
2013, Trần Quang Hộ, Dương Toàn Thịnh đã đưa ra đề tài sức chống cắt không thoát
nước theo quy luật Shansep của sét yếu ở phía Nam và phía Bắc tập trung vào xác định
các thông số S là hệ số chuẩn hóa sức chống cắt không thoát nước, m là hệ số từ độ
dốc của phương trình Shansep: Su/𝜎′𝑣𝑜 = S[OCR]m. Từ các giá trị của thí nghiệm cắt
cánh, nén ba trục UU, CU.
Từ các báo cáo khoa học trên, nhìn thấy được mối tương quan giữa các thí
nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) và trong phòng (UU, CU) là rất lớn. Ảnh hưởng
mạnh mẽ đến việc lựa chọn các phương pháp cải tạo đất sét, cũng như giúp người thiết
kế nhìn nhận tương đối về mối liên hệ giữa sứ chống cắt, độ sâu, hệ số rỗng, áp lực
nén.


Khí hậu mùa mưa nhiệt đới có hai mùa: Mùa nắng (từ tháng 12 đến tháng 4) và
mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 11).
Độ ẩm trung bình hằng ngày là 70-80%.
Lượng mưa trung bình hằng năm là 1.949mm.
Lượng mưa trong mùa mưa xấp xỉ 85% tổng lượng mưa hàng năm, cao nhất
vào tháng 6 và tháng 9.
Lượng mưa rất lớn, trung bình từ 0,8 đến 1,5mm/phút.
Hướng gió thịnh hành là Đông Nam đến Tây Bắc vào mùa khô, và Tây Nam
đến Đông Bắc vào mùa mưa, từ 3-4m/giây.
Điều kiện địa hình : Khu đô thị Thủ Thiêm là bán đảo, được bao quanh 3 phía
bởi sông Sài Gòn, xấp xỉ 8.5 km bờ sông. Khu vực có cao độ khoảng từ +0.5m ÷
+1.5m so với mực nước biển, hiện nay bị chia cắt bởi mạng lưới kênh rạch chằng chịt,
với độ sâu và bề rộng khác nhau.
Điều kiện địa chất : Khu vực bán đảo Thủ Thiêm là vùng đồng bằng thấp, cấu
tạo bởi các trầm tích hiện đại (QIV3), thành phần gồm sét, bột cát và thực vật đang phân
hủy, nguồn gốc hỗn hợp đầm lầy sông. Đây là vùng đồng bằng ngập triều ven sông Sài
Gòn. Địa hình khu vực này tương đối thấp với cao độ trung bình từ +0.5m ÷ +1.5m
thường xuyên bị ngập nước và bị chia cắt bởi hệ thống sông lạch, thực vật đầm lầy
phát triển mạnh. Tại đây có nhiều sông rạch nhỏ nông xen lẫn các vùng đầm lầy. Đây
là vùng đất phèn tiềm tàng, hàm lượng Clo trong đất không cao nhưng có sự giảm dần
về hướng bờ sông chứng tỏ có sự nhiễm mặn. Địa hình ở đây bằng phẳng, rải rác có
các trũng đầm lầy nhỏ. Địa tầng chủ yếu của khu vực này là trầm tích sông biển
(amQIV2) có tuổi Holocen trung phủ bên trên, phía dưới là lớp trầm tích sông aQII-IIItd.

6


1.2.3 Đặc điểm thủy văn
Vùng dự án ở nơi có dòng chảy mặt nghèo nhất trên lưu vực. Theo thời gian các
công trình thượng lưu sẽ được xây dựng nhiều hơn, nước dùng sẽ tăng lên theo quá


1.3 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.3.1 Khái niệm về sức chống cắt của đất
Sức chống cắt là chỉ tiêu đặc trưng cho độ bền của đất loại cát và đất loại sét,
tức là khả năng chống lại sự phá hoại kết cấu tự nhiên của đất dưới tác dụng của ngoại
lực. Sự phá hoại xảy ra trong đất được thể hiện ở chỗ đất bị mất tính liên tục do kết
quả chuyển dịch (trượt) của các phần đất theo một hoặc một vài mặt trượt hay dọc theo
một đới trượt (đới mềm yếu). Sự phá vỡ bắt đầu xảy ra khi ứng suất tiếp vượt quá sức
chống lại bên trong .
Trong đất loại cát (đất rời xốp), các lực chống trượt (chống phá vỡ bên trong) là
lực ma sát, phát sinh khi các phần đất trồng lên nhau dưới tác dụng của ngoại lực. bởi
vì, lực này phát sinh ở bên trong đất và có tác dụng kìm hãm sự trượt của các phần đất
nên người ta quy ước gọi là lực ma sát trong.Trong đất loại sét (đất mềm dính), ngoài
lực ma sát trong ra, còn có lực dính kết, nghĩa là, lực của các liên kết kiến trúc giữa
các hạt hoặc tập hợp hạt. Lực dính kết được dùng để biểu thị định lượng độ bền của
các liên kết kiến trúc trong đất.
Các không thông số cơ bản đặc trưng cho sức chống cắt của đất là góc ma sát
trong 𝜑 (độ) và lực dính kết c (kG/cm2)
Các kiểu phá hoại giới thiệu trong hình 1.3 đều là phá hoại cắt do có chuyển
động trượt giữa hai bề mặt. Thực tế tại các bề mặt phá hủy, các phần tử đất sẽ lăn, lê,
trượt. Phương của chuyển động chiếm ưu thế sẽ là phương của mặt trượt. Bởi vì đất bị
phá hoại theo phương thức cắt do đó, ta đặc biệt chú ý đến sức chống cắt (độ bền cắt)
của đất.
Độ bền cắt của đất không chỉ có một giá trị duy nhất. Nó phụ thuộc rất nhiều
vào các yếu tố của đất ngoài hiện trường. Ví dụ:
1.

Trạng thái đất: hệ số rỗng, cỡ hạt, hình dáng của hạt.

2.


chống cắt song song với mặt phân lớp.
Trong phòng thí nghiệm, độ bền cắt phụ thuộc mạnh mẽ vào các yếu tố sau:
1)

Phương pháp thí nghiệm.

2)

Mức độ nguyên dạng của mẫu đất: nếu đất bị xáo trộn thì độ bền cắt giảm.

3)

Độ ẩm.

4)

Tốc độ biến dạng.

1.3.2 Các thông số sức chống cắt
a) Phương trình Mohr – Coulomb
Coulomb là người đầu tiên đưa ra giả thuyết về sức chống cắt của đất vào năm 1776:
s = c + v𝜎

(1.1)

Trong đó: s – độ bền cắt trên mặt phẳng đang xét.
c – lực dính hay lực hút giữa các hạt ( lực này gần như độc lập với ứng suất
pháp tác dụng lên mặt phẳng đang xét).
9


và xem như đây là một trường hợp đặc biệt của phương trình Coulomb (1.2). Kết hợp
cả hai phương trình ta sẽ có tiêu chuẩn phá hủy Mohr – Coulomb như sau:
sf = c’f + 𝜎𝑓 ′tg𝜑’

(1.5)

Người ta thường bỏ chỉ số f và do đó ta có phương trình (1.2). Trạng thái phá
hủy hay còn gọi là trạng thái tới hạn, trạng thái giới hạn, trạng thái cân bằng giới hạn.

10


Bởi vì (1.1) và (1.2) là phương trình của một đường thẳng biểu thị ứng suất cắt
giới hạn và tất cả các điểm trên đường tròn phá hủy của Mohr cũng biểu thị ứng suất
cắt giới hạn, do đó sẽ hợp lý nếu ta vẽ đường bao của các đường tròn Mohr và đường
bao đó cũng chính là tiếp tuyến các vòng tròn Mohr. Khi điều này được thực hiện tức
là mẫu đất đã đạt tới các quan hệ trên các hình 1.4 và 1.5. Nghĩa là sức chống cắt của
đất tại thời điểm phá hủy có thể dự báo được thông qua đường bao của các vòng tròn
Mohr. Phương trình của đường bao này sẽ phụ thuộc vào việc ta xem xét đất nền đang
làm việc dưới tác dụng của ứng suất tổng hay ứng suất có hiệu.

Hình 1.4 Vòng tròn Mohr của một số loại đất
Chú thích: a) Đất mềm rời, b) Đất cố kết trước, c) Trong một khoảng thử
nghiệm rộng, đường bao Mohr là một đường cong, d) Các thông số sức chống cắt có
hiệu đối với đất sét cố kết bình thường.
b) Đường phá hủy của một số loại đất
Theo hình 1.4 mô tả vòng tròn Mohr của một số loại đất, trong đó:
1. Đất không dính: Nhận thấy lực dính c bằng 0.
2. Đất quá cố kết: Khi ứng suất còn nhỏ hơn ứng suất tiền cố kết 𝜎𝑝′ thì đất có

-

Đất khô hay đất hạt thô, ẩm và ở trạng thái chặt

-

Đất dính nhưng có OCR cao hay độ bão hòa thấp

-

Đất bị xi măng hóa

-

Đất được đầm nện ở độ ẩm thấp hơn độ ẩm tối ưu Wopt.

-

Ứng suất nén lớn hơn 70kPa trong thí nghiệm nén ba trục.
Đối với một số loại đất, khi ứng suất tăng thì biến dạng cứ tăng cho đến một trị

số ứng suất gần như bằng hằng số, trị số này tương ứng với một trị số biến dạng khá
12


lớn. Ta nói đất bị phá hoại kiểu tăng dần. Các loại đất có kiểu phá hủy này là: đất loại
cát ở trạng thái rời rạc, đất dính ở trạng thái không nguyên dạng, đất đầm nện ở độ ẩm
cao hơn độ ẩm tối ưu Wopt và đặc biệt, đất trong thí nghiệm nén một trục nở hông và
thí nghiệm ba trục ở ứng suất nén nhỏ (Hình 1.6b).
Phá hủy giòn xảy ra ở biến dạng nhỏ, thường vào khoảng 1-3%. Đối với phá

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

: ASTM D1586

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)

: ASTM D2573



Thí ngiệm trong phòng:

Phân loại đất

: ASTM D2487

Xác định tỷ trọng

: ASTM D854

Xác định độ ẩm

: ASTM D2216

Phương pháp xác định giới hạn Atterberg

: ASTM D4318

Xác định thành phần hạt bằng tỷ trọng kế


xác và chi tiết hơn thông qua các phần mềm Word, Excel, AutoCad 2007.
Phần mềm AutoCad 2007 được thực hiện trong công tác vẽ các hình trụ lỗ
khoan, mặt cắt địa chất, mặt bằng bố trí hố khoan, các cột địa tầng.
Phần mềm Excel được sử dụng cho công tác tổng hợp các số liệu thu thập một
cách chính xác. Bên cạnh đó, excel còn được dùng trong công tác tính toán xác định
phương trình tương quan, hệ số tương quan thông qua biếu đồ giữa sức chống cắt của
thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén ba trục và kiểm tra kết quả mức độ sai số thông
qua các hàm có sẵn trong phần mềm.
Phần mềm Word được sử dụng cho công tác trình bày đồ án tốt nghiệp.
2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY
TUYẾN TÍNH
Tổng hợp các kết quả tính toán các giá trị sức chống cắt Su của thí nghiệm cắt
cánh hiện trường, nén ba trục UU.
Phân tích hồi quy nghiên cứu mối phụ thuộc của một biến (gọi là biến phụ
thuộc hay biến được giải thích có giá trị đã biết) nhằm ước lượng và dự báo giá trị
trung bình của biến phj thuộc với các giá trị đã biết của các biến độc lập.

15


(a)

(b)

Hình 2.1 Các biểu đồ mô hình hồi quy tuyến tính và phi tuyến tính
1. Mô hình hồi quy tuyến tính (Mô hình hồi quy đường thẳng) (hình 2.1a) là mô
hình hồi quy nói lên mức phụ thuộc tuyến tính của một biến phụ thuộc với một
hay nhiều biến độc lập mà phương trình của mô hình hồi quy có dạng tuyến tính
đối với các hệ số: y = ax+b.
2. Mô hình hồi quy phi tuyến (hình 2.1b) là các dạng mô hình hồi quy phi tuyến

S
R  XY 
SxSy

 (x
i 1

i

 x)( y i  y )

n

n

i 1

i 1

 ( xi  x ) 2  ( y i  y ) 2
n



R

x y
i 1

i

0.0< / R / < 0.3

Mức độ tương quan yếu

0.3< /R/ < 0.5

Mức độ tương quan trung bình

0.5< /R/ < 0.7

Mức độ tương quan tương đối chặt

0.7 < /R/ < 0.9

Mức độ tương quan chặt

0.9 < /R/ < 1

Mức độ tương quan tương rất chặt

Đánh giá kết quả xử lý, thông qua phương trình đã xác định được, sử dụng giá
trị Su của thí nghiệm nén ba trục UU của tuyến lân cận vào phương trình đưa ra giá trị
Su của thí nghiệm cắt cánh. Từ đó, so sánh hai giá trị Su của thí nghiệm cắt cánh từ
17


phương trình với giá trị đã thí nghiệm thực tế. Đưa ra mức đô chênh lệch giữa hai giá
trị này.
Kết luận đưa ra các ý kiến chủ quan về số liệu từ hai thí nghiệm cắt cánh và nén
ba trục, điểm thuận lợi và hạn chế từ phương trình tương quan đã lập. Kiến nghị mở

18


K: hằng số cánh, phụ thuộc vào kích thước và hình dạng lưỡi cắt
-

Cánh hình chữ nhật: K= [

𝜋𝐷2 𝐻
2

+

𝜋𝐷3
6

], khi H=2D: K=

7𝜋𝐷3
6

Để đơn giản và dễ tính toán khi cánh hình nhật có H=2D nhà sản xuất cung cấp
công thức sau:
Su=0.273 .

𝑇𝑚𝑎𝑥
𝐾

Xác định độ nhạy của đất St



Thấp

Trung bình

Nhạy

Cao

Rất cao

d) Hiệu chỉnh kết quả
Bjerrum (1972) nhận xét khi nghiên cứu hiện tượng trượt đất đắp trên sét dẻo
cho thấy lực dính huy động thực tế ở hiện trường nhỏ hơn so với kết quả thí nghiệm
cắt cánh. Sự chênh lệch phụ thuộc vào chỉ số dẻo Ip. Nên ông đưa ra việc hiệu chỉnh
để có thể sử dụng trong thiết kế.
Su(r) = 𝜇𝑟 .Su
μ = 1.7 - 0.54*log(PI)
Trong đó:
Su(r): sức chống cắt đã hiệu chỉnh(kPa)
𝜇𝑟 : hệ số hiệu chỉnh .
2.5.2 Phương pháp thí nghiệm nén ba trục (UU)
a) Giới thiệu
Để giảm thiểu những sai sót từ thí nghiệm cắt trực tiếp, Cassagrande đã đưa ra
thí nghiệm nén ba trục. Thí nghiệm tin cậy nhất để xác định sức chống cắt, nó mô
19


phỏng xác thực nhất mẫu đất trong những điều kiện chịu tải trong đất nền, gánh đỡ các
loại công trình khác nhau. Mặt khác, thí nghiệm nén ba trục cũng có thể mô phỏng các

Ao : tiết diện thỏi mẫu ban đầu (mm2)
𝜀 : biến dạng dọc trục do tải trọng dọc trục gây ra (%)
Ứng suất chính thẳng đứng 𝜎1 được tính theo biểu thức sau:

𝜎1𝑖 =

𝑃
+ 𝜎3
𝐴𝑖

Trong đó:
20