Chương 10 — Sự biến thiên của vật liệu và thử nghiệm¶
Chương này chính quy hóa khung xác suất đứng sau mọi hệ thức tương quan của cuốn cẩm nang: vì sao cùng một dữ liệu lại cho nhiều câu trả lời khác nhau, hệ số biến thiên (COV) điển hình của từng phép thử, và xác suất phá hoại chấp nhận được theo loại công trình.
Hình. Cùng một giá trị trung bình, phân bố chuẩn và loga chuẩn cho đuôi khác nhau; chỉ số độ tin cậy β và xác suất phá hoại dung thứ theo hậu quả.
10.1 Sự biến thiên của vật liệu¶
Bảng 10.1 — Hệ số biến thiên (COV) điển hình.
| Vật liệu / thông số | COV (%) |
|---|---|
| Độ bền bê tông | 10 – 20 |
| Cường độ thép | 5 – 10 |
| Trọng lượng đơn vị đất | 3 – 10 |
| Cường độ đất (cùng một lớp) | 20 – 50 |
| Độ thấm đất | 50 – 200 |
10.2 Sự biến thiên của đất¶
Đất tự nhiên biến thiên hơn vật liệu nhân tạo nhiều lần. Biến thiên đến từ ba nguồn: không đồng nhất tự nhiên, sai số thí nghiệm, và sai số mô hình hóa — ba nguồn này không được nhầm lẫn lẫn nhau.
10.3 Sự biến thiên của thí nghiệm tại chỗ¶
Bảng 10.3 — COV của thí nghiệm hiện trường.
| Thí nghiệm | COV điển hình (%) |
|---|---|
| SPT | 20 – 50 |
| CPT | 5 – 15 |
| DMT | 10 – 20 |
| Vane | 10 – 30 |
CPT có COV thấp nhất vì là phép thử liên tục, ít bị xáo trộn — lý do CPT được ưa dùng để lập mặt cắt tin cậy.
10.4 Biến thiên của đất từ thử nghiệm phòng¶
Bảng của mục này tách biến thiên giữa các mẫu và biến thiên trong cùng một mẫu, để phân biệt "đất thực sự khác nhau" với "thí nghiệm kém tái lập".
10.5 Hướng dẫn về biến thiên vốn có của đất¶
Bảng 10.5 — COV vốn có theo loại đất.
| Loại đất | COV vốn có (%) |
|---|---|
| Sét cứng | 10 – 30 |
| Sét mềm | 20 – 40 |
| Bụi | 20 – 50 |
| Cát | 20 – 50 |
| Đất tàn tích | 40 – 70 |
Đất tàn tích (residual soil) có COV cao nhất — do phong hóa không đồng nhất; đây là loại đất phổ biến tại Việt Nam.
10.6 Thử nghiệm đầm chặt¶
Bảng của mục này bàn về số lượng và phân bố điểm thử cần thiết để kiểm soát đầm chặt có ý nghĩa thống kê.
10.7 Hướng dẫn kiểm soát đầm chặt¶
Bảng 10.7 — Tần suất và tiêu chí kiểm soát đầm chặt.
| Hạng mục | Giá trị điển hình |
|---|---|
| Tần suất thử (diện rộng) | 1 điểm / 500 – 1000 m³ |
| Tần suất thử (công trình trọng yếu) | 1 điểm / 200 – 500 m³ |
| Dung sai độ chặt | ± 2 – 3% |
10.8 Biến thiên của nền đường và vật liệu đường¶
Bảng của mục này đưa COV của CBR và độ chặt cho nền đường và vật liệu mặt đường — cơ sở cho hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD).
10.9 Hàm phân bố¶
Bảng 10.9 — Các hàm phân bố dùng trong địa kỹ thuật.
| Hàm phân bố | Ứng dụng điển hình |
|---|---|
| Chuẩn (normal) | Trọng lượng, độ ẩm, cường độ |
| Loga chuẩn (lognormal) | Cường độ, độ thấm, hệ số an toàn |
| Beta | Thông số bị chặn hai đầu |
| Hàm mũ (exponential) | Khoảng cách giữa các khe nứt |
Cường độ và độ thấm không thể âm — nên phân bố loga chuẩn phù hợp hơn phân bố chuẩn cho các đại lượng này.
10.10 Ảnh hưởng của hàm phân bố đến cường độ đá¶
Bảng của mục này cho thấy cùng một giá trị trung bình, việc chọn phân bố chuẩn hay loga chuẩn cho cường độ đá dẫn đến xác suất phá hoại khác nhau đáng kể ở đuôi phân bố.
10.11 Biến thiên trong quá trình thiết kế và thi công¶
Bảng của mục này đưa hệ số biến thiên do mô hình (không phải do đất) — ví dụ sai số của công thức sức chịu tải so với thực tế — để tách khỏi biến thiên vật liệu.
10.12 Biến thiên dự báo của chuyên gia so với thực tế ngành¶
Bảng của mục này so dự báo của chuyên gia với kết quả thực tế của ngành — một bằng chứng thực nghiệm rằng con người thường quá tự tin và đánh giá thấp dải biến thiên.
10.13 Rủi ro dung thứ cho mái dốc mới và mái dốc hiện hữu¶
Bảng 10.13 — Xác suất phá hoại dung thứ cho mái dốc.
| Loại mái dốc | Xác suất dung thứ (năm⁻¹) |
|---|---|
| Mái dốc mới (có người) | 10⁻⁴ – 10⁻⁵ |
| Mái dốc hiện hữu (có người) | 10⁻³ – 10⁻⁴ |
| Mái dốc mới (không người) | 10⁻³ |
| Mái dốc tạm | 10⁻² – 10⁻³ |
10.14 Xác suất phá hoại của mái dốc đá¶
Bảng của mục này đưa xác suất phá hoại điển hình theo quy mô trượt lở và mức độ phơi lộ.
10.15 Xác suất phá hoại mái dốc chấp nhận được¶
Bảng của mục này tổng hợp ngưỡng xác suất chấp nhận theo hậu quả (mất người, mất kinh tế, mất môi trường) — cầu nối trực tiếp sang logic mức kích hoạt ADAQS của trang này.
10.16 Xác suất phá hoại theo phân bố loga chuẩn¶
Bảng của mục này tính xác suất phá hoại từ hệ số an toàn trung bình và COV khi giả định phân bố loga chuẩn — công thức chuẩn: β = (FS − 1)/COV (xấp xỉ).
10.17 Độ tin cậy của dự án¶
Bảng 10.17 — Chỉ số độ tin cậy β theo loại công trình.
| Loại công trình | β điển hình |
|---|---|
| Kết cấu tạm | 1,5 – 2,0 |
| Công trình thông thường | 2,5 – 3,0 |
| Công trình trọng yếu | 3,5 – 4,0 |
| Đập, hạt nhân | 4,0 – 5,0 |
β = 3,0 tương ứng xác suất phá hoại khoảng 10⁻³.
10.18 Giá trị độ tin cậy của đường¶
Bảng của mục này đưa độ tin cậy (reliability) mục tiêu cho mặt đường và nền đường — cơ sở của thiết kế AASHTO LRFD.
Ghi nhớ của chương¶
- Mọi thông số địa kỹ thuật đều có COV — hãy báo cáo dải giá trị kèm giá trị trung bình.
- Cường độ và độ thấm phân bố loga chuẩn, không phải chuẩn (mục 10.9).
- Xác suất phá hoại dung thứ phụ thuộc mạnh vào hậu quả (mục 10.13–10.15).
- Dự báo chuyên gia thường quá tự tin (mục 10.12) — hãy rộng lượng hơn khi nêu dải bất định.