Sức chống cắt không thoát nước theo qui luật Shansep của sét yếu ở phía Nam và phía Bắc

 1
SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THOÁT NƯỚC THEO QUI LUẬT SHANSEP 
CỦA SÉT YẾU Ở PHÍA NAM VÀ PHÍA BẮC. 
TRẦN QUANG HỘ*, DƯƠNG TOÀN THỊNH** 
ABSTRACT. 
Stress History And Normalized Soil Engineering Properties is the basis of SHANSEP method. The 
soft soil at the two sites, one in the North and one in the South of Vietnam, exhibits normalized 
behaviour so the method concept can be applied to the soil. However it’s rather expensive to carry 
out the SHANSEP method in the laboratory because it requires CK0U testing with varying modes 
of shearing, overconsolidation ratios and aging time. So the method is suitable only for major 
projects covering a large area. Based on the method concept, the SHANSEP equations are 
formulated from the data of FVT, UU and UC tests at lower cost. The equations can be used as 
guidelines to select undrained shear strength for small project design. 
. 
. 
Việc xác định sức chống cắt không thoát 
nước (Su) nhanh, tương đối chính xác và kinh 
tế để tính toán ổn định là cần thiết. Xác định 
sức chống cắt không thoát nước dựa vào thí 
nghiệm trong phòng gặp khó khăn về công tác 
lấy mẫu nguyên dạng, tay nghề thí nghiệm viên 
và mô phỏng chính xác trạng thái làm việc bất 
đẳng hướng của mẫu đất thực ở ngoài hiện 
trường. Do đó, việc tính toán Su theo phương 
pháp SHANSEP ( Ladd và Foott, 1974) dựa 
vào các thí nghiệm hiện trường tỏ ra hiệu quả, 
thuận lợi và nhanh chóng. Ngoài ra đặc tính 
của đất yếu được nghiên cứu có đặc tính chuẩn 
hóa cho nên sức chống cắt không thoát nước từ 
thí nghiệm UC hoặc UU hay CK0U ở phòng 
cũng phải theo qui luật của phương pháp 
SHANSEP. Dựa vào kết quả thí nghiệm trong 
phòng cũng như ngoài trời có thể xác định 
những quan hệ của Su theo phương pháp 
SHANSEP dùng để tham khảo trong công tác 
thiết kế. 
Mục đích của nghiên cứu là xác định thông 
số S và m cho đất sét yếu tại khu vực phía Bắc 
và khu vực phía Nam thông qua hai công trình 
Cảng nước sâu Lạch Huyện – Hải Phòng (khu 
vực phía Bắc) và Luồng cho tàu biển trọng tải 
lớn vào sông Hậu (khu vực phía Nam). Dựa 
vào thí nghiệm nén ba trục không cố kết không 
thoát nước (UU) và thí nghiệm nén nở hông 
(UC) để xác định cường độ kháng cắt không 
thoát nước trong phòng thí nghiệm. Đồng thời 
so sánh giá trị Su theo phương pháp SHANSEP 
của thí nghiệm cắt cánh hiện trường với giá trị 
Su từ thí nghiệm nén Ba trục không cố kết 
không thoát nước (UU) và thí nghiệm nén nở 
hông (UC) trong phòng thí nghiệm 
*Trường Đại học Bách Khoa TP HCM 
 268 Lý Thường Kiệt, P14, Q.10, TP.HCM. 
 Email: tqho@hcmut.edu.vn 
**Công ty TNHH Địa Kỹ Thuật Portcoast 
 92 Nam Kỳ Khởi Nghĩa, P.BếnNghé, Q.1, TP.HCM 
 Email: thinh.dt@portcoastgeo.com 
2. MÔ TẢ ĐỊA CHẤT 
Cảng Cửa Ngõ Quốc tế Hải Phòng (Lạch 
Huyện) được xây dựng tại Huyện đảo Cát Hải 
thành phố Hải Phòng, khu vực có đặc điểm địa 
chất là trầm tích biển với tầng đất yếu là sét, 
sét pha xám đen. Về mặt cấu tạo tự nhiên thì 
đất sét khu vực này được phân loại là CH và 
CL, có độ ẩm từ 45% tới 65%, giới hạn chảy 
WL từ 35% cho tới >50%, chỉ số dẻo IP ≈ 15% 
tới 35%, độ sệt IL ≈ 0.8 và >1. Hệ số rỗng < 2. 
Chỉ số nén Cc ≈ 0.5, chỉ số nén lại Cr ≈ 0.05. 
1. TỔNG QUAN 
 2
. 
4.1. THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC 
KHÔNG CỐ KẾT KHÔNG THOÁT 
NƯỚC (UU) 
Sức kháng cắt không thoát nước Su được 
xác định từ thí nghiệm Ba trục (UU), bằng 
cách giữ cho áp lực buồng (σ3) không đổi 
trong suốt quá trình tăng áp lực thẳng đứng 
(σ1) đến khi mẫu đất bị phá hoại hình 3 
Trong thí nghiệm này không cho phép 
mẫu thoát nước khi tăng áp lực buồng. Mẫu 
đất được cắt với vận tốc 1%/phút, với cấp áp 
lực buồng không đổi và không cho thoát 
nước trong suốt quá trình cắt. Thí nghiệm 
Hình 3 Thí nghiệm UU 
Sức kháng cắt không thoát nước Su được 
xác định từ thí nghiệm nén nở hông (UC), 
bằng cách tăng áp lực nén một trục lên mẫu 
đất với một vận tốc biến dạng không đổi 
1%/phút cho đến khi mẫu đất bị phá hoại. 
Giá trị Su sẽ bằng giá trị qu/2. 
Hình 2. Thí nghiệm UC 
Dự án xây dựng Luồng cho tàu biển tải 
trọng lớn vào sông Hậu nằm trên tầng trầm 
tích phù sa trẻ có chiều dày lớn và biến đổi 
phức tạp, đất khu vực này được phân loại 
thành 2 nhóm, CH và CL. Đặc trưng cơ lý 
của khu vực khảo sát như sau: độ ẩm từ 35% 
tới 65%, giới hạn chảy WL từ 38% tới 65%, 
chỉ số dẻo IP ≈ 15% tới 35%, độ sệt IL >1, hệ 
số rỗng <2. Chỉ số nén Cc ≈ 0.45, chỉ số nén 
lại Cr ≈ 0.05. 
3. GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM CẮT 
CÁNH HIỆN TRƯỜNG VST 
Mục đích của thí nghiệm cắt cánh nhằm 
xác định sức kháng cắt của đất trong điều 
kiện không thoát nước tại hiện trường và độ 
nhạy của đất ở các độ sâu khác nhau. 
Sử dụng thiết bị “Vane Borer” do Ấn Độ 
4.1. THÍ NGHIỆM NÉN NỞ HÔNG (UC) 
Hình 1 Thí nghiệm cắt cánh VST 
sản xuất hình 2 trong thí nghiệm cắt cánh hiện 
trường theo tiêu chuẩn ASTM D2573-72. 
Thiết bị có ống bao và mũ bảo vệ để chống ma 
sát cho cần. Cánh cắt hình chữ nhật rộng 
6.5cm và cao 13cm dùng cho đất ở trạng thái 
chảy và 3.5cm x 7.0cm cho đất ở trạng thái 
dẻo mềm. Cánh cắt có chiều dày 2mm, cần có 
đường kính 25mm. 
4. GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM 
TRONG PHÒNG 
Thí nghiệm nén không nở hông được tiến 
hành theo tiêu chuẩn ASTM 2166 -85 bằng hệ 
thống máy nén đa năng tự động LoadTracII 
của hãng Geocomp – USA hình 02. 
 3
Hình 4.Thí nghiệm nén cố kết một trục
này được tiến hành với 3 mẫu đất khác nhau 
với 3 cấp áp lực buồng khác nhau, trong đó 
cấp áp lực bé nhất bằng với giá trị ứng suất 
bản thân toàn phần của mẫu đất. Thí nghiệm 
này được thực hiện bằng máy nén đa năng 
LoadTrac II của hãng Geocomp USA với 
mẫu đất đường kính 70mm nhằm giảm thiểu 
tối đa sự xáo trộn của mẫu đất khi cắt gọt gia 
công. 
4.3 THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT MỘT 
TRỤC 
Mục đích của thí nghiệm nhằm xác định 
tính nén lún của đất và các thông số cố kết 
của đất. Từ các số liệu lấy được từ thí 
nghiệm nén cố kết dựng biểu đồ hệ số rỗng 
theo từng cấp áp lực e-log. Xác định các 
thống số tính lún bao gồm: chỉ số nén lún 
(Cc), chỉ số nén lại (Cr), chỉ số hồi phục (Cs), 
áp lực tiền cố kết (σ’p) và hệ số rỗng ban đầu 
(eo). Dựng các biểu đồ thay đổi chiều cao 
mẫu theo căn thời gian để xác định các thông 
số, hệ số cố kết (Cv) 
5. TÓM TẮT PHƯƠNG PHÁP SHANSEP 
Thí nghiệm này được tiến hành theo tiêu 
chuẩn ASTM 2435 bằng máy nén Humboldt 
của Mỹ. Các số đọc hoàn toàn được được thu 
thập tự động thông qua hệ thống đo và truyền 
số liệu tự động. • Su: sức chống cắt không thoát nước 
• σ’vo: ứng suất có hiệu theo phương 
đứng. 
• OCR: tỉ số quá cố kết của đất 
• S và m: hai thông số cần xác định của 
phương trình SHANSEP 
Phương pháp SHANSEP có ưu điểm là 
hạn chế được ảnh hưởng của mẫu xáo trộn, 
tốc độ biến dạng của mẫu và tính bất đẳng 
hướng lên sức chống cắt không thoát nước. 
Tuy nhiên việc tiến hành thí nghiệm ở phòng 
theo phương pháp SHANSEP là tốn kém chỉ 
thích hợp đối với những dự án lớn. 
Dựa vào các thí nghiệm trong phòng như 
thí nghiệm ba trục không cố kết không thoát 
nước (UU), thí nghiệm nén cố kết một trục, 
thí nghiệm nén nở hông (UC) để xác định 
sức chống cắt không thoát nước (Su), áp lực 
tiền cố kết (σ’p), tỉ số quá cố kết OCR, từ đó 
xác định được các thông số S và m của 
phương trình trên, nhờ đó có thể ước lượng 
giá trị Su dùng trong thiết kế. Điều quan 
trọng là chất lượng lấy mẫu thí nghiệm phải 
thật tốt, mẫu được dùng để thí nghiệm và 
phân tích nằm trong nhóm A dựa theo đánh 
giá chất lượng mẫu của Lunne et al 1997. 
Lịch sử ứng suất ( Stress History ) và tính 
chất chuẩn hóa của đất ( Normalized Soil 
Engineering Properties) là cơ sở để xây dựng 
phương pháp SHANSEP. Phương pháp này 
bao gồm việc đánh giá lịch sử ứng suất của 
địa tầng bằng cách xác định ứng suất có hiệu 
σ’vo và áp lực tiền cố kết σ’p để xác định tỉ 
số quá cố kết OCR thay đổi theo độ sâu rồi 
áp dụng những giá trị đã được chuẩn hóa để 
tìm mối quan hệ giữa sức chống cắt không 
thoát nước và tỉ số quá cố kết OCR để dùng 
trong việc thiết kế. 
[ ]m
V
U OCRSS =⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
0'σ (1)
 4
. 
6. ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP SHANSEP 
6.1 CÁC GIÁ TRỊ VỀ GIỚI HẠN 
ATTERBERG, Su THEO ĐỘ SÂU 
Hình 5a. Các đặc trưng cơ lý của đất tại Cảng 
Lạch Huyện 
Giá trị sức chống cắt không thoát nước 
(Su) từ hai thí nghiệm trong phòng là UU và 
UC phụ thuộc rất lớn vào việc chọn vận tốc cắt 
thí nghiệm và kiểu phá hoại của mẫu đất. Việc 
chọn vận tốc cắt 1% biến dạng/phút cho cả hai 
thí nghiệm hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của 
tiêu chuẩn ASTM và điều kiện thí nghiệm. Từ 
kết quả thí nghiệm UU của công trình Cảng 
Lạch Huyện có thể thấy được biến dạng tại 
điểm phá hoại của các mẫu đất dao động từ 
3.4% đến 12.6% và 2.6% đến 7.9% đối với 
công trình Luồng sông Hậu. 
Thí nghiệm UC, điểm phá hoại của các mẫu 
đất dao động từ 3.1% đến 7.8% đối với công 
trình Cảng Lạch Huyện và 2.3% đến 9.0% 
đối với công trình Luồng sông Hậu 
Các đặc trưng về sức chống cắt không thoát 
nước(Su) theo độ sâu từ thí nghiệm nén ba 
trục không cố kết không thoát nước (UU), thí 
nghiệm cắt cánh (FVT) hiện trường và thí 
6.2 TÍNH CHẤT CHUẨN HÓA CỦA ĐẤT 
Phương pháp SHANSEP chỉ có thể áp 
dụng được với đất có tính chuẩn hóa 
(normalized).Việc chuẩn hóa kết quả thí 
nghiệm ba trục được thực hiện bằng cách vẽ 
quan hệ giữa tỉ số ứng suất lệch với áp lực cố 
kết của mỗi mẫu theo biến dạng, có nghĩa là 
vẽ quan hệ giữa giá trị (σ1 - σ3)/ σ’c và ε. Nếu 
ba đường quan hệ giữa ứng suất với biến 
dạng với ba cấp áp lực cố kết đẳng hướng 
khác nhau có xu hướng chập thành một thì 
đất được xem là có tính chuẩn hóa, hình 6 và 
hình 7 
Hình 6 trình bày một kết quả thí nghiệm 
ba trục điển hình đối với đất sét tương đối 
đồng nhất trong công trình Cảng Lạch Huyện 
Có thể thấy rằng đất nghiên cứu có tính 
chuẩn hóa và có thể áp dụng phương pháp 
SHANSEP. 
nghiệm nén nở hông (UC) với các giá trị về 
giới hạn Atterberg, ứng suất tiền cố kết và 
ứng suất có hiệu thể hiện trên hình 5a: Các 
đặc trưng cơ lý của đất tại Cảng Lạch Huyện 
và hình 5b: Các đặc trưng cơ lý của đất tại 
công trình Luồng tàu sông Hậu. 
Hình 5b. Các đặc trưng cơ lỹ cúa đất tại Luồng 
tàu Sông Hậu 
 5
Hình 6: Chuẩn hóa từ thí nghiệm nén Ba trục công 
trình Cảng Lạch Huyện với các ứng suất nén cố kết 
 σ’c = 100, 200, 300kPa 
Hình 7: Chuẩn hóa từ thí nghiệm nén Ba trục công 
trình Luồng tàu sông Hậu với các ứng suất nén cố 
kết σ’c = 100, 150, 200kPa 
Hình 8a. Đánh giá chất lượng mẫu đối 
với công trình Luồng tàu sông Hậu 
Hình 8b. Đánh giá chất lượng mẫu 
đối với công trình Cảng Lạch Huyện 
Thật vậy cường độ kháng cắt không thoát 
nước gia tăng sau khi các mẫu đất được cố 
kết đẳng hướng với các cấp áp lực khác nhau 
là σ’c = 100, 200, 300kPa và được chuẩn hóa 
theo áp lực cố kết. Tương tự như vậy, việc cố 
kết đẳng hướng với các cấp áp lực σ’c = 100, 
150, 200kPa và chuẩn hóa theo áp lực cố kết 
đối với công trình Luồng tàu sông Hậu được 
thể hiện trên hình 7 
6.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẪU 
Một trong những ưu điểm của phương 
pháp SHANSEP là hạn chế được ảnh hưởng 
sự xáo trộn của mẫu lên kết quả thí nghiệm. 
Vì vậy khi sử dụng các kết quả từ thí nghiệm 
trong phòng UC, UU cần phải đánh giá chất 
lượng mẫu. Dựa vào tỉ số ∆e/e0 từ kết quả thí 
nghiệm nén cố kết một trục ( Lunne, 19) 
 6
Hình 11. Biểu đồ tương quan giữa Su/σ’vo và 
OCR trong thí nghiệm UU và UC 
7027.0
' )(3193.0 OCR
S
vc
u =σ (2) 
 Giá trị của S=0.3193,=0.7027. 
Giá trị của S = 0.2508, m = 0.7099 
để đánh giá chất lượng của mẫu đất như 
trình bày trong hình 8a. Đánh giá chất lượng 
mẫu đối với công trình Cảng Lạch Huyện và 
hình 8b. Đánh giá chất lượng mẫu với công 
trình Luồng sông Hậu. Các mẫu được chọn 
làm thí nghiệm thuộc nhóm A trong hình. 8a 
& 8b 
7. BIỂU THỨC QUAN HỆ SHANSEP 
™ Đối với công trình Cảng Lạch Huyện, do 
không tiến hành thí nghiệm cắt cánh hiện 
trường nên chỉ thống kê sức chống cắt 
không thoát nước Su từ các thí nghiệm UU 
và UC. Việc thống kê và loại bỏ các mẫu có 
độ biến động lớn không tin cậy sẽ chọn được 
S và m, hình 9 
• Biểu thức quan hệ từ kết quả thí nghiệm 
Ba trục UU được xác định như sau: 
• Biểu thức quan hệ từ kết quả thí nghiệm nén 
nở hông UC được xác định như sau:
™ Đối với công trình Luồng tàu Sông Hậu, 
giá trị sức chống cắt không thoát nước Su 
được xác định từ thí nghiệm cắt cánh hiện 
trường (VST) được trình bày trong hình 10 
và thể hiện bằng biểu thức quan hệ như sau: 
Giá trị của S = 0.31, m = 0.76 
76.0
' )(31.0 OCR
S
vc
u =σ (4) 
Tương tự như việc thống kê giá trị Su 
từ kết quả thí nghiệm UU và UC trong 
công trình Cảng Lạch Huyện, giá trị sức 
kháng cắt không thoát nước Su trong công 
trình Luồng tàu sông Hậu được trình bày 
trên hình 11 và thể hiện bằng biểu thức 
quan hệ sau: 
Hình 10. Biểu đồ tương quan giữa Su/σ’vo và 
OCR trong cắt cánh (VST) 
Hình 9. Biểu đồ tương quan giữa Su/σ’vo và OCR 
trong TN (UU) &(UC) 
7099.0
' )(2508.0 OCR
S
vc
u =σ (3 ) 
 7
: 
: 
Bảng 01. Tổng hợp các hệ số S và m cho các công trình thực hiện trong khu vực phía Bắc và 
phía Nam 
Địa điểm 
Cảng Lạch Huyện 
 Hải Phòng 
Luồng tàu sông Hậu 
Thí nghiệm S m S m 
VST 0.31 0.76 
UC 0.2508 0.7099 0.2251 0.7829 
UU 0.3193 0.7027 0.2589 0.754 
CKoU 0.3306 0.7312 
Giá trị của S = 0.2589, m = 0.754 
• Đối với thí nghiệm UC: 
Giá trị của S = 0.2251, m = 0.7829 
• Đối với thí nghiệm UC: 
7829.0
' )(2251.0 OCR
S
vc
u =σ (6) 
Ngoài ra để kể đến yếu tố bất đẳng hướng, 
các thông số S và m cũng được xác định từ thí 
nghiệm CKoU. Tỷ số sức kháng cắt không 
thoát nước Su/σ’vo với tỷ số quá cố kết OCR 
được xác định từ thí nghiệm thí nghiệm CKoU 
thể hiện trên hình 12. 
Mẫu đất được cố kết bất đẳng hướng 
trong điều kiện Ko (hệ số áp lực ngang của 
đất ở trạng thái nghỉ) để đưa mẫu đất về trạng 
thái ngoài hiện trường rồi cắt không thoát 
nước với tốc độ không đổi, đo áp lực nước lỗ 
rỗng trong quá trình cắt. 
Giá trị của S = 0.3306, m = 0.7312 
7312.0
' )(3306.0 OCR
S
vc
u =σ
(7) 
754.0
' )(2589.0 OCR
S
vc
u =σ (5) 
Thí nghiệm được thực hiện với hơn 7 
mẫu với các cấp áp lực σ’vc khác nhau, biểu 
thức quan hệ từ kết quả thí nghiệm như sau: 
Hình 12. Chuẩn hóa bằng việc chuẩn hóa 
các dữ liệu trong thí nghiệm CKoU đối với 
đất sét tương đối đồng nhất 
 8
8. NHẬN XÉT 
9. KẾT LUẬN 
¾ Thực nghiệm cho thấy kết quả cho từ 
thí nghiệm UU có Su cao hơn thí nghiệm UC, 
điều đó có thể giải thích trong các mẫu đất 
thí nghiệm UU, mẫu đất không bão hòa hoàn 
toàn dẫn đến có sự thay đổi về thể tích rỗng 
khi tăng áp lực buồng, điều đó sẽ làm gia 
tăng một phần ứng suất có hiệu dẫn đến sức 
chống cắt tăng lên. Cho nên thông số S trong 
phương trình SHANSEP của thí nghiệm UU 
lớn hơn thí nghiệm UC. 
¾ Giá trị sức chống cắt không thoát 
nước (Su) từ các thí nghiệm trong phòng 
(UU,UC) cho giá trị nhỏ hơn giá trị sức 
chống cắt từ thí nghiệm hiện trường (VST). 
Điều đó có thể lý giải là do hiện tượng chùng 
ứng suất khi đất được lói ra khỏi ống mẫu 
làm cho ứng suất hữu hiệu của bản thân mẫu 
đất giảm đi. Cho nên thông số S trong 
phương trình SHANSEP của thí nghiệm VST 
lớn hơn thí nghiệm UU và UC. 
¾ Giá trị sức chống cắt không thoát 
nước (Su) từ các thí nghiệm CK0U có thông 
số S lớn nhất vì quá trình nén lại dù đối với 
đất sét quá cố kết nhẹ thì độ ẩm cũng có khả 
năng thay đổi làm cho sức chống cắt của đất 
gia tăng. 
¾ Các kết quả trên cho thấy thông số m 
của phương trình SHANSEP phù hợp với lý 
thuyết cơ học đất tới hạn, đối với với sét CH 
và CL thì m = 0,88 ( 1-Cs/Cc) 
10. TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Bay, J. A., Anderson, L. R., Colocino, T. 
M. and Budge, A. S. “ Evaluation of 
Shansep Parameters for Soft Boneville 
Clays” (2005), prepared for Utah 
Depatment of Transportation Research and 
Development Division 
2. Ladd C. C., and Roger Foott (1974).,“New 
Design Procedure for Stability of Soft 
Clays” Journal of the Geotechnical 
Engineering Division, ASCE, Vol. 100, 
No. GT7, July, 1974. 
3. Ladd C. C., “Stability Evaluation During 
Staged Construction” Journal of the 
Geotechnical Engineering Division, ASCE, 
Vol. 117, No. 4, April, 1991. 
4. Ladd, C. C., Hon. M. and DeGroot D. J., “ 
Recommended Practice for Soft Ground 
Site Characterization : Arthur Casagrand 
Lecture” prepared for 12th Panamerican 
Conference on Soil Mechanics and 
Geotechnical Engineering, Massachusetts 
Institute of Technology, Cambridge, MA 
USA, Junne 22-25, 2003. 
5. Lunne, T., Berre, T., and Strandvik, S., 
(1997). “Sample Disturbance Effect in Soft 
Low Plastic Norwegian Clay”. Conference 
on Recent Development in Soil and 
Pavement Mechanics, Rio de Janeiro, 
Proceedings pp. 81-102 
6. Hồ sơ khảo sát địa chất công trình cảng 
quốc tế nước sâu Lạch Huyện – Hải Phòng 
và công trình Luồng Cho Tàu Biển Trọng 
Tải Lớn Vào Sông Hậu của công ty 
PORTCOAST 
Các kết quả trên cho thấy các thông số 
S và m của phương trình SHANSEP phù 
hợp với lý thuyết cơ học đất tới hạn và 
tương đối gần với các thông số của hầu hết 
các loại đất sét đã được công bố trên thế 
giới. Các biểu thức thành lập ở trên có thể 
được sử dụng để tham khảo và kiểm tra khi 
thiết kế các công trình vừa và nhỏ.