Thiết lập quan hệ giữa mô đun biến dạng của đất từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường

Dương Việt Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 
67 
THIẾT LẬP QUAN HỆ GIỮA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ 
THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ HIỆN TRƯỜNG 
Dương Việt Hà*, Chu Văn Tâm, Ma Văn Ngọc 
 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Hiện nay, tính toán biến dạng của nền đất dưới tác dụng của tải trọng công trình hầu hết dựa vào 
kết quả thí nghiệm trong phòng không xét đến sự nở hông của đất. Do đó, kết quả tính toán dự báo 
lún của công trình còn nhiều tranh luận về độ chính xác. Để có những số liệu tin cậy, nhóm tác giả 
đã tiến hành thí nghiệm hiện trường một số công trình tại Thái Nguyên theo phương pháp thí 
nghiệm bàn nén để xác định mô đun biến dạng hiện trường sử dụng tính toán biến dạng của nền 
đất dưới móng công trình. Kết quả nghiên cứu đã thiết lập được mối quan hệ giữa mô đun biến 
dạng của đất từ thí nghiệm trong phòng và hiện trường. Đất sét pha trạng thái dẻo cứng với hệ số 
rỗng trung bình e = 0,85 thì kE = 3 ÷ 3,8. Đất sét pha trạng thái nửa cứng với hệ số rỗng trung bình 
e = 0,75 thì kE = 2,7 ÷4,5 . 
Từ khóa: mô đun biến dạng, thí nghiệm, hiện trường, độ lún, đất sét pha 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Ngày nay, nhiều công trình nhà cao tầng được 
xây dựng ở khu vực thành phố Thái Nguyên 
nên cần phải tính toán chính xác biến dạng 
của đất nền để đảm bảo cường độ, ổn định 
cho công trình. Trong giai đoạn thiết kế ban 
đầu chỉ có số liệu từ kết quả thí nghiệm trong 
phòng cho nên quá trình tính toán độ biến 
dạng sẽ khác biệt rất nhiều so với thực tế. Vì 
vậy, việc xây dựng mối quan hệ giữa mô đun 
biến dạng từ kết quả thí nghiệm trong phòng 
và hiện trường là hết sức cần thiết. Từ đó, 
giúp cho người thiết kế có thể dựa vào kết quả 
thí nghiệm trong phòng để điều chỉnh và tính 
toán biến dạng của nền móng công trình được 
chính xác và phù hợp với thực tế nền đất công 
trình tại Thái Nguyên. 
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM. 
Thí nghiệm nén cố kết 
Nguyên lý thí nghiệm và thiết bị 
Mẫu đất làm thí nghiệm có dạng hình trụ với 
chiều cao lớn hơn gấp 1,5 - 2,0 lần đuờng 
kính. Đối với đất loại sét và đất loại cát, 
đường kính mẫu cho phép không nhỏ hơn 
50mm. Đối với đất có lẫn sỏi sạn, đường kính 
mẫu không nên nhỏ hơn 70mm. Tải trọng nén 
1 chiều phân bố đều trên mẫu đất chỉ được 
* Tel: 0982 096160, Email: hami.hakien@gmail.com 
gây ra chuyển vị đứng. Chuyển vị đứng được 
đo bằng đồng hồ biến dạng có độ chính xác 
đến 0,01mm gắn trực tiếp lên nắp gia tải. 
Cách thí nghiệm 
Tùy theo tải trọng của công trình mà các cấp 
tải tác dụng sẽ được chọn khác nhau, theo 
chiều sâu có thể dựa vào tải trọng bản thân 
của cột đất. Tải trọng nén thí nghiệm P được 
tăng dần từng cấp, cấp sau gấp đôi cấp trước 
đó. Theo dõi biến dạng nén trên đồng hồ biến 
dạng dưới mỗi cấp tải trọng ngay sau 15 giây 
tăng tải. Dưới mỗi cấp tải trọng, độ lún được 
theo dõi cho tới khi đạt đến sự ổn định quy 
ước ( thường sau 24h lún không quá 0,01mm) 
Thời gian theo dõi biến dạng khôi phục của 
đất cát pha và sét pha được phép giảm bớt hai 
lần so với lúc tăng tải. Đối với đất sét thì tiêu 
chuẩn ổn định về biến dạng khôi phục cũng 
được lấy như biến dạng nén lún. 
Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm nén cố kết 
Dương Việt Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 
68 
Kết quả: 
Hệ số nén : 
1
1
nn
nn
PP
ee
a (1) 
en-1 ,en: Hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ n-1 và 
n. P n-1 ,P n: Áp lực nén cấp thứ n-1 và 
n(KN/m2). µ: hệ số Poisson. 
Mô đun biến dạng: 
)
1
)(
1
2
1(
1,
1
2
,1
nn
n
nn
a
e
E


 (2) 
Thí nghiệm hiện trường bằng bàn nén 
Nguyên lý thí nghiệm và thiết bị 
Sử dụng tấm nén (tấm cứng đáy phẳng hình 
vuông) đặt tại vị trí dự định đặt móng và 
truyền qua tấm nén vào đất bên dưới những 
tải trọng thay đổi tăng dần cho đến khi đạt 
được mục đích. Thí nghiệm nhằm xác định 
mô đun biến dạng của đất nền trong phạm vi 
chiều dầy gấp 2-3 lần đường kích tấm nén. 
Mô đun biến dạng E được xác định theo biểu 
đồ liên hệ giữa độ lún tấm nén với áp lực tác 
dụng lên tấm nén. 
Thiết bị thí nghiệm bàn nén tĩnh chính gồm 
bàn nén hay tấm nén, thiết bị chất tải, neo giữ, 
kích thủy lực, đồng hồ đo biến dạng được mô 
tả như Hình 2. 
Cách thí nghiệm: Để đáy tấm nén thật khít 
với đất, phải xoay tấm nén không ít hơn 2 
vòng theo các hướng quanh trục thẳng đứng. 
Sau khi đặt phải kiểm tra mức độ nằm ngang 
của tấm nén. Mặt đất trong phạm vi đặt tấm 
nén phải san phẳng. Hố đào có độ sâu tối 
thiểu là 40cm, kích thước ngang phải lớn hơn 
đường kích hoặc cạnh của tấm nén không quá 
10cm. Khi cần phải gia cố vách hố đào này. 
Sau khi đặt tấm nén, tiến hành lắp thiết bị 
chất tải, thiết bị neo và hệ thống neo. Võng kế 
kiểm tra được lắp trên hệ mốc chuẩn. Dây của 
võng kế kiểm tra được gắn vào mốc không di 
động đặt ở ngoài thành thí nghiệm. 
Tăng tải trọng lên tấm nén thành từng cấp ΔP 
tùy theo loại đất thí nghiệm và trạng thái đất. 
Tổng số các cấp gia tải được chọn phụ thuộc 
vào loại tải trọng dự kiến của công trình 
truyền xuống, không được ít hơn 4 lần kể từ 
giá trị tương ứng với cấp áp lực do trọng 
lượng bản thân của đất tại cao trình thí 
nghiệm. Giá trị tải trọng lớn nhất có thể chọn 
là Pmax = (1.5 ÷ 2) sức chịu tải thiết kế cho 
móng nông. Giữ mỗi cấp gia tải đến khi ổn 
định biến dạng quy ước của đất theo 
TCXDVN. Thời gian giữ mỗi cấp gia tải tiếp 
sau không ít hơn thời gian giữ cấp trước. Ghi 
số đọc các biến dạng kế tại mỗi cấp tải. Duy 
trì thí nghiệm cho đến khi đất thôi lún. 
Kết quả: Họ đường cong quan hệ độ lún – 
thời gian ở mối cấp gia tải và đường cong 
quan hệ tải trọng –độ lún cuối cùng 
S
P
dE
  )1( 2 (3) 
∆P: Gia số áp lực lên tấm nén (Mpa). ∆S: Gia 
số độ lún của tấm nén(cm); d: kích thước 
cạnh bàn nén vuông hoặc đường kính bàn nén 
tròn; µ: hệ số Poisson; µ =0,42 đối với đất sét; 
: hệ số hình dạng bàn nén; = 0,88 bàn nén 
vuông; = 0,79 bàn nén tròn. 
1.Tấm nén; 2.Kích thủy lực; Dầm định vị dọc; 3. 
các cọc neo vít 
Hình 2. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất trong hố 
đào bằng gia tải tĩnh 
THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ MÔ ĐUN 
BIẾN DẠNG TỪ THÍ NGHIỆM HIỆN 
TRƯỜNG VÀ TRONG PHÒNG. 
Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm tại 5 công 
trình thuộc khu vực thành phố Thái Nguyên 
nhận thấy đất sét pha gặp ở cả 5 công trình. 
Kết quả thí nghiệm trong phòng 
Thực hiện thí nghiệm nén cố kết có các chỉ 
tiêu cơ lý của mẫu đất nền trong phòng. Kết 
quả thí nghiệm của công trình được tổng hợp 
theo bảng 1, và các biểu đồ quan hệ ứng suất 
– áp lực nén thể hiện trên hình 3.
Dương Việt Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 
69 
Bảng 1. Kết quả thí nghiệm trong phòng các chỉ tiêu cơ lý của đất một số công trình khu trung tâm TPTN 
Công trình 
W  c s eo n Wch Wd Id Is C Loại 
đất 
Sét pha % g/cm3 g/cm3 g/cm3 % % % % % độ kG/cm2 
TT thương 
 mại TN 
30.2 1.88 1.44 2.70 0.875 47 39.9 24.5 15.4 0.4 12o08' 0.180 
 dẻo 
cứng 
30.2 1.88 1.44 2.70 0.873 47 39.9 24.5 15.4 0.4 14o10' 0.190 
 dẻo 
cứng 
Ban QLDA 
Sở GTVT 
30.3 1.89 1.47 2.68 0.811 45 37.1 21.2 16.0 0.4 11o51' 0.196 
 dẻo 
cứng 
28.0 1.90 1.48 2.70 0.828 45 37.7 23.2 14.5 0.3 13o47' 0.204 
 dẻo 
cứng 
Trường CĐ 
KT-Tài 
chính 
25.2 1.91 1.52 2.71 0.773 44 35.6 22.4 13.2 0.2 18o05' 0.230 
 nửa 
cứng 
24.2 1.91 1.53 2.71 0.732 43 37.3 24.0 13.3 0.0 19o35' 0.237 
 nửa 
cứng 
Sở Tài 
nguyên môi 
trường 
24.5 1.91 1.54 2.71 0.751 43 37.4 23.4 13.9 0.1 17o06' 0.223 
 nửa 
cứng 
22.2 1.84 1.51 2.70 0.775 44 32.7 18.8 13.9 0.2 16o23 0.256 
 nửa 
cứng 
Trường 
Chính 
trị TN 
26.6 1.90 1.50 2.71 0.809 44 35.7 22.3 13.4 0.3 14o17' 0.201 
 dẻo 
cứng 
28.1 1.91 1.49 2.72 0.822 45 36.0 20.9 15.1 0.5 17o38 0.219 
 dẻo 
cứng 
0.7
¸p lùc P(T/m2)
H
Ö
 s
è
 r
ç
n
g
 e
0,75
0,8
0,85
0,9
0 5 10 20 40 80
0.65
¸p lùc P(T/m2)
H
Ö
 s
è
 r
ç
n
g
 e
0,7
0,75
0,8
0,85
0 5 10 20 40 80
0.65
¸p lùc P(T/m2)
H
Ö
 s
è
 r
ç
n
g
 e
0,7
0,75
0,8
0 5 10 20 40 80
0.6
¸p lùc P(T/m2)
H
Ö
 s
è
 r
ç
n
g
 e
0 5 10 20 40 80
0.65
0,7
0,75
0,8
0,85
0.65
¸p lùc P(T/m2)
H
Ö
 s
è
 r
ç
n
g
 e
0,7
0,75
0,8
0,85
0 5 10 20 40 80
 Hình 3. Quan hệ e-P trong thí nghiệm nén cố kết 
Kết quả thí nghiệm hiện trường 
Kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường 
được biểu diễn thông qua các cấp áp lực nén 
và độ lún tương ứng hình 4. 
Mối quan hệ mô đun biến dạng từ thí 
nghiệm hiện trường và trong phòng 
Xác định biến dạng của công trình đòi hỏi độ 
chính xác cao bởi biến dạng của nền và móng 
ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình. 
Chính vì thế phải tiến hành xây dựng mối 
quan hệ mô đun biến dạng hiện trường và mô 
đun biến dạng trong phòng kE = Etp/Eht để xác 
định biến dạng thực tế công trình một cách 
chính xác.Kết quả xây dựng mối quan hệ giữa 
mô đun biến dạng hiện trường và mô đun biến 
dạng trong phòng kE được tổng hợp trong 
bảng 2,3,4,5 và 6 ứng với mỗi cấp áp lực nén 
cho 5 công trình đã thực hiện nghiên cứu. Kết 
quả mô đun biến dạng từ thí nghiệm trong 
phòng và hiện trường có sự khác biệt lớn 
nguyên nhân chính là mẫu đất ở hiện trường 
có hiện tượng nở hông trong quá trình nén 
còn mẫu đất trong phòng thí nghiệm nén cố 
kết thì không nở hông. Tổng hợp kết quả thu 
nhận được khi so sánh mô đun biến dạng thu 
được từ thí nghiệm nén cố kết và thí nghiệm 
hiện trường ứng với sét pha, trạng thái dẻo 
Dương Việt Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 
70 
cứng e = (0,809÷0,875) thì kE = 3÷3,8 và sét 
pha, trạng thái nửa cứng e = (0,732÷0,775) 
thì kE = 2,7 ÷ 4,5. 
¸p lùc P(T/m2)
0 20 40 60 80
0,01
§
é
 l
ó
n
 S
(m
)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,06
0
¸p lùc P(T/m2)
0 20 40
80
0,01
§
é
 l
ó
n
 S
(m
)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,06
0
¸p lùc P(T/m2)
0 20 40
80
0,01
§
é
 l
ó
n
 S
(m
)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,06
0
¸p lùc P(T/m2)
0 20 40
80
¸p lùc P(T/m2)
0 20 40
80
0,01
§
é 
ló
n 
S
(m
)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,06
0
0,01
§
é 
ló
n 
S
(m
)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,06
0
Hình 4. Kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh hiện trường 
Bảng 2. Mối quan hệ kE tại công trình: Trung tâm 
thương mại Thái Nguyên 
Cấp 
nén 
P 
Mô đun biến dạng(T/m2) 
ht
tp
E
E
E
k 
Nén cố 
kết(Etp) 
Bàn 
nén(Eht) 
0 1200 4488 3.74 
5 1723 6341 3.68 
10 2170 7465 3.44 
20 3182 9896 3.11 
40 6934 21357 3.08 
80 9845 29732 3.02 
Bảng 3. Mối quan hệ kE tại công trình: Ban quản 
lý dự án Sở Giao thông vận tải 
Cấp 
nén 
P 
Mô đun biến dạng(T/m2) 
ht
tp
E
E
E
k 
Nén cố 
kết(Etp) 
Bàn 
nén(Eht) 
0 900 3393 3.77 
5 1523 5666 3.72 
10 2970 10841 3.65 
20 6182 21142 3.42 
40 7934 26420 3.33 
80 10845 34704 3.2 
Bảng 4. Mối quan hệ kE tại công trình: 
Trường Cao đẳng Kinh tế - Tài chính 
Cấp 
nén 
P 
Mô đun biến dạng(T/m2) 
ht
tp
E
E
E
k 
Nén cố 
kết(Etp) 
Bàn 
nén(Eht) 
0 1800 8100 4.5 
5 2560 10854 4.24 
10 3378 14728 4.36 
20 5734 22936 4 
40 9935 37256 3.75 
80 11668 31503 2.7 
Bảng 5. Mối quan hệ kE tại công trình: 
 Sở Tài nguyên Môi trường 
Cấp 
nén 
P 
Mô đun biến dạng(T/m2) 
ht
tp
E
E
E
k 
Nén cố kết 
(Etp) 
Bàn nén 
(Eht) 
0 1100 4774 4.34 
5 2470 10226 4.14 
10 3678 13020 3.54 
20 5754 18701 3.25 
40 8935 26805 3.0 
80 13668 37450 2.74 
Bảng 6. Mối quan hệ kE tại công trình: 
 Trường Chính trị Thái Nguyên 
Cấp 
nén 
P 
Mô đun biến dạng(T/m2) 
ht
tp
E
E
E
k 
Nén cố 
kết(Etp) 
Bàn 
nén(Eht) 
0 1570 5966 3.8 
5 2580 9469 3.67 
10 3478 12347 3.55 
20 5634 18254 3.24 
40 9845 29732 3.02 
80 12578 37734 3.0 
KẾT LUẬN 
- Đối với sét pha trạng thái dẻo cứng với hệ 
số rỗng trung bình e = 0,85 chênh lệch về mô 
đun biến dạng từ thí nghiệm hiện trường và 
thí nghiệm trong phòng kE từ 3 đến 3,8 lần. 
- Đối với sét pha trạng thái nửa cứng với hệ 
số rỗng trung bình e = 0,75 chênh lệch về mô 
đun biến dạng từ thí nghiệm hiện trường và 
thí nghiệm trong phòng kE từ 2,7 đến 4,5 lần. 
- Đối với cấp áp lực càng lớn thì sự chênh 
lệch này càng giảm. 
Dương Việt Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 
71 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Công ty tư vấn Xây dựng Thái nguyên, 2012, 
Các báo cáo khảo sát địa chất công trình xây dựng. 
2. John Willey & Sons, 1997, Basic soil 
mechanics, New York 
3. Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ lần 
thứ 12. 
4. Phan Hồng Quân, 2006, Cơ học đất, nhà xuất 
bản xây dựng 
5. Trung tâm Kiểm định chất lượng Xây dựng 
Thái Nguyên, 2011, Các báo cáo khảo sát địa chất 
công trình xây dựng 
6. TCVN 9354:2012, Đất xây dựng – Phương 
pháp xác định mô đun biến dạng tại hiện trường 
bằng tấm nén phẳng, Nxb Xây dựng, Hà nội.
SUMMARY 
ESTABLISHING A RELATIONSHIP BETWEEN DEFORMATION MODULE 
OF SOILS FROM THE RESULTS OF LABORATORY AND FIELD- TEST 
Duong Viet Ha*, Chu Van Tam, Ma Van Ngoc 
College of Technology – TNU 
Currently, most designs are usually based on the results of laboratory experiments to calculate the 
deformation of the soil. Therefore, the calculated results have much trouble accuracy. The authors 
carried out a field - test in a number of works in Thai Nguyen, the authors use a static compression 
test method for determining the deformation field module. The research results have established 
the relationship between soil deformation modulus from laboratory experiments and field-test. 
Clay, hard plastic state, with e = 0.85 ÷ 3.8 kE = 3 ÷ 3,8. Clay, semi-hard state, with e = 0,75 
kE = 2,7 ÷ 4,5. 
Keywords: deformation module, laboratory, field-test, subsidence, clay 
Ngày nhận bài:16/7/2014; Ngày phản biện:30/7/2014; Ngày duyệt đăng: 25/8/2014 
Phản biện khoa học: ThS. Lại Ngọc Hùng – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN
* Tel: 0982 096160, Email: hami.hakien@gmail.com