Chương 10 — Sức kháng cắt¶
10.1 Tiêu chuẩn Mohr–Coulomb¶
Sức kháng cắt là khả năng chống trượt của đất — tính chất chi phối sức chịu tải, ổn định mái dốc và áp lực đất. Tiêu chuẩn Mohr–Coulomb biểu diễn:
\[\tau_f = c' + \sigma'_n \tan\phi'\]
trong đó \(c'\) là lực dính hữu hiệu, \(\sigma'_n\) là ứng suất pháp hữu hiệu, và \(\phi'\) là góc ma sát hữu hiệu. Với điều kiện ứng suất tổng (không thoát nước), cùng dạng dùng \(c_u\) và \(\phi_u = 0\):
\[\tau_f = c_u\]
Hình. Đường bao phá hoại Mohr–Coulomb: sức kháng cắt \(\tau_f = c' + \sigma'\tan\phi'\), với vòng tròn phá hoại tiếp xúc đường bao (theo FHWA-NHI-06-088).
10.2 Sức kháng thoát nước và không thoát nước¶
Việc chọn thông số cường độ phụ thuộc thoát nước:
- Thoát nước — áp lực nước lỗ rỗng đã cân bằng; dùng thông số hữu hiệu \(c', \phi'\). Tới hạn cho điều kiện dài hạn và cho cát.
- Không thoát nước — không thoát nước trong khi chất tải; dùng thông số tổng, thường là \(c_u\) với \(\phi = 0\). Tới hạn cho điều kiện ngắn hạn ở sét bão hòa.
Hệ số an toàn nhỏ hơn từ cả hai chi phối thiết kế.
10.3 Thí nghiệm trong phòng¶
- Cắt trực tiếp — đơn giản, cho \(c'\) và \(\phi'\); kiểm soát được thoát nước.
- Nén ba trục — linh hoạt nhất: UU (không cố kết không thoát nước) cho \(c_u\); CU (cố kết không thoát nước) có đo áp lực nước lỗ rỗng cho thông số hữu hiệu; CD (cố kết thoát nước) cho cường độ thoát nước.
- Nén một trục (unconfined) — cho \(c_u\) nhanh với sét.
- Cắt vòng (ring shear) — cho cường độ dư trên mặt trượt sẵn có.
10.4 Các yếu tố ảnh hưởng sức kháng cắt¶
- Mật độ và lịch sử ứng suất — đất đặc hơn và quá cố kết thì mạnh hơn.
- Xi măng hóa và cấu trúc — liên kết tự nhiên thêm lực dính biểu kiến.
- Dị hướng và khe nứt — cường độ thay đổi theo hướng; khe nứt làm yếu khối đất.
- Tốc độ chất tải — cường độ không thoát nước phụ thuộc tốc độ.
- Cường độ dư — trên mặt trượt sẵn có, cường độ giảm tới giá trị dư, chi phối trượt tái hoạt.
10.5 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶
- \(\tau_f = c' + \sigma'\tan\phi'\) (hữu hiệu) hoặc \(\tau_f = c_u\) (không thoát nước).
- Chọn thoát nước so với không thoát nước theo điều kiện; \(F\) nhỏ hơn chi phối.
- Thí nghiệm ba trục cho đủ dải: UU, CU, CD.
- Mật độ, lịch sử ứng suất, cấu trúc và tốc độ đều ảnh hưởng cường độ.
- Trên mặt trượt, dùng cường độ dư.