Chương 9 — Cố kết

9.1 Cố kết là gì

Cố kết là biến đổi thể tích theo thời gian của đất hạt mịn bão hòa khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán và tải chuyển từ nước sang khung hạt rắn. Đây là cơ chế đằng sau lún dài hạn của sét, chi phối bởi lý thuyết cố kết một chiều Terzaghi.

9.2 Thí nghiệm nén cố kết (oedometer)

Thí nghiệm cố kết một chiều (oedometer) chất tải theo cấp lên mẫu bị hạn chế và ghi nén theo thời gian. Từ đó thu được:

• chỉ số nén \(C_c\) (độ dốc nhánh nén nguyên sơ);
• chỉ số nén lại \(C_r\) (độ dốc dỡ–chất lại);
• áp lực tiền cố kết \(\sigma'_p\) — ứng suất hữu hiệu lớn nhất trong quá khứ;
• hệ số cố kết \(c_v\) — thông số tốc độ.

9.3 Độ lớn của lún

Với sét cố kết thường, lún cố kết sơ cấp là:

\[S_c = \frac{C_c H}{1+e_0}\log\frac{\sigma'_{v0}+\Delta\sigma}{\sigma'_{v0}}\]

Với sét quá cố kết, dùng chỉ số nén lại tới \(\sigma'_p\), và \(C_c\) vượt quá. Tỷ số quá cố kết \(OCR = \sigma'_p / \sigma'_{v0}\) cho biết sét là NC (\(OCR=1\)) hay OC (\(OCR>1\)).

Hình. Cố kết: đường cong e–log σ′ cho \(C_c\), \(C_r\) và áp lực tiền cố kết, cùng đường cong thời gian–lún để suy ra \(c_v\) (theo USACE EM 1110-1-1904).

9.4 Tốc độ cố kết

Tốc độ do hệ số cố kết \(c_v\) và chiều dài đường thoát nước chi phối. Nhân tố thời gian \(T_v = c_v t / H_{dr}^2\) liên hệ độ cố kết \(U\) với thời gian. Vì \(H_{dr}\) bình phương, gấp đôi đường thoát nước làm thời gian tăng gấp bốn — lý do giếng thoát đứng (Chương 14) tăng tốc cố kết mạnh mẽ.

9.5 Nén thứ cấp

Sau cố kết sơ cấp, nén thứ cấp (từ biến) tiếp diễn ở ứng suất hữu hiệu gần như không đổi. Nó đáng kể ở sét hữu cơ và sét yếu, được mô tả bằng chỉ số nén thứ cấp \(C_\alpha\). Với một số đất, nó chi phối lún dài hạn.

9.6 Các điểm then chốt cần ghi nhớ

• Cố kết là lún theo thời gian do tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng.
• Máy nén cố kết cho \(C_c\), \(C_r\), \(\sigma'_p\) và \(c_v\).
• Độ lớn lún theo công thức logarit \(C_c\) / \(C_r\).
• Tốc độ do \(c_v\) và đường thoát nước chi phối (\(T_v = c_v t / H_{dr}^2\)).
• Nén thứ cấp có thể chi phối ở đất hữu cơ.