Xác định mô đun biến dạng Eo của nền đất theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT và xuyên tĩnh CPT.
A- Đối với đất rời
1- Xác định mô đun biến dạng Eo theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT
Công thức: Eo = k.N60 (kPa)
trong đó:
+ k: hệ số phụ thuộc loại đất
- đối với cát lẫn bụi, sét: k = 500,
- đối với cát sạch, cố kết bình thường (OCR = 1): k = 1000,
- đối với cát sạch, quá cố kết: k = 1500.
+ N60: giá trị kháng xuyên đã hiệu chỉnh:
+ CE : hệ số hiệu quả phụ thuộc vào loại và chất lượng thiết bị, CE = 0,5 -1,0 (các thiết bị thí nghiệm ở Việt Nam nên lấy CE = 0,5 – 0,7)
+ CN: hệ số hiệu chỉnh theo độ sâu
+ σ’v: ứng suất hữu hiệu của đất do trọng lượng bản thân đất gây ra tại độ sâu thí nghiệm (còn gọi là ứng suất lớp phủ hữu hiệu trên vị trí thí nghiệm. Có thể lấy giá trị trung bình ở độ sâu giữa lớp đất (đối với lớp cuối cùng, có thể lấy theo độ sâu đỉnh lớp). Đơn vị: kPa.
- lớp đất nằm trên mực nước ngầm: σ’v = γ.z (kPa)
- lớp đất nắm dưới mực nước ngầm: σ’v = (γbh – γn).z = γđn.z (kPa)
- γ: trọng lượng riêng của đất trên mực nước ngầm
- γbh: trọng lượng riêng bão hòa của đất dưới mực nước ngầm
- γn: trọng lượng riêng của nước
- γđn: trọng lượng riêng đẩy nổi của đất dưới mực nước ngầm
- z: độ sâu thí nghiệm
+ N: giá trị xuyên tiêu chuẩn NSPT trong lớp đất
2- Xác định mô đun biến dạng Eo theo kết quả xuyên tĩnh CPT
Công thức: Eo = α.qc (kG/cm2)
trong đó:
+ α: hệ số phụ thuộc vào loại đất và khoảng giá trị qc
+ hoặc xác định theo độ chặt tương đối D (%) theo công thức α = 10(1,09-0,0075D)
B- Đối với đất dính, đất bùn yếu
1- Xác định mô đun biến dạng Eo theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT
+ Đất dính có chỉ số dẻo thấp (IP < 30): Eo = (860 – 15.IP).N60 (kPa)
+ Đất dính có chỉ số dẻo cao (IP ≥ 30): Eo = k.410.N60 (kPa)
trong đó:
+ k: hệ số điều chỉnh theo hệ số rỗng ban đầu e0 của đất.
2- Xác định mô đun biến dạng Eo theo kết quả xuyên tĩnh CPT
Tương tự như đối với đất rời.
C- Ví dụ tính toán
1- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT
Cho trụ địa chất như hình vẽ. Yêu cầu xác định mô đun biến dạng Eo cho các lớp đất.
+ Lớp 1: Lớp sét mặt, dày 3m, γ = 18 KN/m3, IP = 19.5, eo = 1.125, N = 4
Chọn CE = 0,7
Ứng suất lớp phủ tại độ sâu z1 = h1/2 = 3/2 = 1,5 (m): σ’v = γ.z1 = 18.1,5 = 27 (kPa)
CN = (95,76 / σ’v)1/2 = (95,76 / 27)1/2 = 1,883
N60 = CE.CN.N = 0,7.1,883.4 = 5,273
Chọn N60 = 5
Do chỉ số dẻo IP = 19,5 < 30
Vậy Eo = (860 – 15.IP).N60 = (860 – 15.19,5).5 = 2837,5 (kPa)
Chọn Eo = 2830 (kPa) = 2830 (KN/m2)
+ Lớp 2: Lớp bùn sét màu xám xanh đen, chảy-dẻo chảy, dày 5m, γđn = 5.9 KN/m3, IP = 30.3, eo = 1.759, N = 1
Chọn CE = 0,7
Ứng suất lớp phủ tại độ sâu z2 = h1 + h2/2 = 3 + 5/2 = 5,5 (m):
σ’v = γ.h1 + γđn.h2/2 = 18.3 + 5,9.5/2 = 68,75 (kPa)
CN = (95,76 / σ’v)1/2 = (95,76 / 68,75)1/2 = 1,18
N60 = CE.CN.N = 0,7.1,18.1 = 0,826
Chọn N60 = 1
Do chỉ số dẻo IP = 30,3 > 30
Do eo = 1,759, tra bảng có k = 2
Vậy Eo = k.410.N60 = 2.410.1 = 820 (kPa) = 820 (KN/m2)
Lớp 3: Lớp sét lẫn cát-sỏi sạn màu xám nâu, dẻo mềm, dày 4m, γđn = 8.3 KN/m3, IP = 21.1, eo = 1.053, N = 5
Chọn CE = 0,7
Ứng suất lớp phủ tại độ sâu z3 = h1 + h2 + h3/2 = 3 + 5 + 4/2 = 10 (m):
σ’v = γ.h1 + γđn.h2 + γđn.h3/2 = 18.3 + 5,9.5 + 8,3.4/2 = 100,1 (kPa)
CN = (95,76 / σ’v)1/2 = (95,76 / 100,1)1/2 = 0,978
N60 = CE.CN.N = 0,7.0,978.5 = 3,423
Chọn N60 = 3
Do chỉ số dẻo IP = 21,1 < 30
Vậy Eo = (860 – 15.IP).N60 = (860 – 15.21,1).3 = 1630,5 (kPa)
Chọn Eo = 1630 (kPa) = 1630 (KN/m2)
Lớp 4: Lớp sét nửa béo, màu nâu đỏ – xám vàng, dẻo cứng – nửa cứng, dày 6m, γđn = 8.9 KN/m3, IP = 25.7, eo = 0.949, N = 15
Chọn CE = 0,7
Ứng suất lớp phủ tại độ sâu z4 = h1 + h2 + h3 + h4/2 = 3 + 5 + 4 + 6/2 = 15 (m):
σ’v = γ.h1 + γđn.h2 + γđn.h3 + γđn.h4/2 = 18.3 + 5,9.5 + 8,3.4 + 8,9.6/2 = 143,4 (kPa)
CN = (95,76 / σ’v)1/2 = (95,76 / 143,4)1/2 = 0,817
N60 = CE.CN.N = 0,7.0,817.15 = 8,58
Chọn N60 = 9
Do chỉ số dẻo IP = 25,7 < 30
Vậy Eo = (860 – 15.IP).N60 = (860 – 15.25,7).9 = 4270,5 (kPa)
Chọn Eo = 4270 (kPa) = 4270 (KN/m2)
Lớp 5: Lớp cát hạt mịn, dày 11m, γđn = 8.2 KN/m3, N = 18
Chọn CE = 0,7
Ứng suất lớp phủ tại độ sâu z5 = h1 + h2 + h3 + h4 + h5/2 = 3 + 5 + 4 + 6 + 11/2 = 23,5 (m):
σ’v = γ.h1 + γđn.h2 + γđn.h3 + γđn.h4 + γđn.h5/2 = 18.3 + 5,9.5 + 8,3.4 + 8,9.6 + 8,2.11/2 = 215,2 (kPa)
CN = (95,76 / σ’v)1/2 = (95,76 / 215,2)1/2 = 0,667
N60 = CE.CN.N = 0,7.0,667.18 = 8,405
Chọn N60 = 8
Với N = 18, tra bảng thấy ứng với lớp cát chặt vừa => k = 1000
Vậy Eo = k.N60 = 1000.8 = 8000 (kPa) = 8000 (KN/m2)
Lớp 6: Lớp cát hạt trung, γđn = 8.4 KN/m3, N = 34
Chọn CE = 0,7
Ứng suất lớp phủ tại độ sâu z6 (độ sâu thí nghiệm lấy từ đỉnh lớp 6 xuống thêm 3m):
z6 = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + 3 = 3 + 5 + 4 + 6 + 11 + 3 = 32 (m):
σ’v = γ.h1 + γđn.h2 + γđn.h3 + γđn.h4 + γđn.h5 + γđn.3 = 18.3 + 5,9.5 + 8,3.4 + 8,9.6 + 8,2.11 + 8,4.3 = 285,5 (kPa)
CN = (95,76 / σ’v)1/2 = (95,76 / 285,5)1/2 = 0,579
N60 = CE.CN.N = 0,7.0,579.34 = 13,784
Chọn N60 = 14
Với N = 34, tra bảng thấy ứng với lớp cát chặt => k = 1000
Vậy Eo = k.N60 = 1000.14 = 14000 (kPa) = 14000 (KN/m2)
2- Theo kết quả xuyên tĩnh CPT
a- Xác định mô đun biến dạng Eo của đất sét pha có kết quả CPT: qc = 2460 kPa.
Ta có: qc = 2450 kPa = 24,5 kG/cm2.
Tra bảng ứng với trường hợp: Sét pha, chặt cứng. qc > 15 kG/cm2, α = (5 – 8)
Vậy Eo = α.qc = (5 – 8).2450 = 12250 – 19600 (kPa)
b- Xác định mô đun biến dạng Eo của đất cát mịn có kết quả CPT: qc = 8200 kPa.
Ta có: qc = 8200 kPa = 82 kG/cm2.
Tra bảng ứng với trường hợp: Cát, chặt vừa. qc > 20 kG/cm2, α = (1,5 – 3)
Vậy Eo = α.qc = (1,5 – 3).8200 = 12300 – 24600 (kPa)
c- Nhận xét
Cách xác định mô đun biến dạng Eo theo kết quả CPT cho kết quả biến thiên trong khoảng khá rộng. Việc chọn lựa giá trị Eo còn mang tính kinh nghiệm.