Nghiên cứu sức chống cắt của đất bằng các thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT), xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTU) và ứng dụng trong phân tích ổn định nền đường đắp trên đất yếu

 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 12 
NGHIÊN CỨU SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 
BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT), 
 XUYÊN TĨNH CÓ ĐO ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG (CPTU) 
VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH 
NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 
NGUYỄN THÁI LINH, NGUYỄN ĐỨC MẠNH* 
Study on shear strength of soil by standard penetration test (SPT) and 
piezocone penetration test (CPTu) and application in stabilization 
analysis of embankments on soft soil. 
Abstract: The paper presents the determination of shear strength and 
undrained shear strength of the ground by results standard penetration 
test (SPT) and, piezocone penetration test (CPTu) at Ha Dong - Hanoi. 
From this, the undrained shear strength is used for stability analysis of 
embankment on soft soil. 
Keyword: Standard penetration test (SPT), piezocone penetration test 
(CPTu), undrained shear strength, stability, embankment. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Sức chống cắt (SCC) của đất nói chung và 
sức chống cắt không thoát nƣớc nói riêng là 
tham số cơ bản sử dụng để phân tích ổn định 
trƣợt sâu nền đƣờng đắp trên đất yếu SCC 
thƣờng đƣợc xác định trực tiếp từ mẫu đất trong 
phòng cũng có thể xác định trực tiếp hay gián 
tiếp từ các thí nghiệm hiện trƣờng 
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard 
Penetration Test - SPT) và thí nghiệm xuyên 
tĩnh có đo áp lực nƣớc lỗ rỗng (Piezocone 
Penetration Test - CPTu) đƣợc nhiều tác giả 
trong và ngoài nƣớc sử dụng để nghiên cứu 
SCC của các loại đất khác nhau thông qua các 
tƣơng quan thực nghiệm Các nghiên cứu này 
đều khẳng định rằng việc xác định SCC từ kết 
quả thí nghiệm SPT và CPTu có độ tin cậy dễ 
tiến hành nhanh và thuận tiện [1,2,5,6,7,8,11]. 
Trong khi đó tiêu chuẩn hiện hành (22TCN 
* Bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình, 
 Đại học Giao thông Vận tải. 
 E-mail: thailinh.303@gmail.com 
 E-mail: ndmanhgeot@gmail.com 
262-2000) ở nƣớc ta thƣờng yêu cầu xác định 
sức chống cắt không thoát nƣớc của các lớp đất 
yếu bằng thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng phục 
vụ phân tích ổn định khi thiết kế nền đắp trên 
đất yếu 
Vấn đề đặt ra là có thể sử dụng thông số 
SCC không thoát nƣớc xác định theo kết quả 
SPT hay CPTu thay thế cho thí nghiệm cắt cánh 
hiện trƣờng để phân tích ổn định nền đắp trên 
đất yếu ở điều kiện nƣớc ta đƣợc hay không? Từ 
kết quả nghiên cứu thực nghiệm công trình cụ 
thể tại Hà Đông - Hà Nội sử dụng các tƣơng 
quan đã có của một số tác giả ngoài nƣớc bài 
báo xác định tƣơng quan hợp l để xác định 
SCC không thoát nƣớc qua kết quả SPT và 
CPTu phục vụ việc phân tích ổn định nền đƣờng 
đắp trên đất yếu 
2. SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT THEO 
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT VÀ CPTu 
2.1. Theo kết quả SPT 
Hiện có nhiều tƣơng quan cho phép xác định 
SCC của đất rời và đất dính bằng kết quả SPT 
Với đất cát tiêu biểu có [1 7 8 11]: 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 13 
Công thức Peck Hanson và Thornburn 
(1974), 
 54 – 27,6034e-0 014N‟60 (1) 
 Hay công thức Schmertmann (1975) 
 arctg[N60/(12,2+20,3 ‟vo)]
0,34
 (2) 
Còn Meyerhof (1956) sử dụng bảng tra sau: 
Bảng 1. Góc ma sát trong của đất rời 
theo kết quả SPT (Meyerhof, 1956) 
N 0 - 4 4 - 10 10 - 30 30 - 50 > 50 
 (độ) 45 
Trong đó: 
N‟60 = N × CE× CN (3) 
N‟60 là chỉ số SPT chuẩn hóa về 60% năng 
lƣợng hữu ích; 
N là chỉ số SPT; 
CE là hệ số hiệu quả phụ thuộc vào thiết bị 
thí nghiệm Ở nƣớc ta đƣợc khuyến nghị lấy CE 
= 0,5 – 0,9 [1,7,8]; 
CN là hệ số độ sâu có thể xác định CN bằng 
một trong những quan hệ của: 
Liao và Whitman (1986), 
CN = (0,9576/‟vo)
0,5
 (4) 
Peck (1974), 
CN = 0,77 log(19,2/‟vo) (5) 
Skempton (1986), 
CN = 2/(1+‟vo) (6) 
‟vo là ứng suất hữu hiệu do trọng lƣợng bản 
thân lớp đất theo phƣơng đứng (kg/cm2). 
Với đất sét bão hòa nƣớc sức chống cắt 
không thoát nƣớc có nhiều tác giả đề cập điển 
hình nhƣ [1 2 3 5 6 9 10]: 
Công thức Sower (1979) 
Su= 100N/a (7) 
Trong đó: 
a = 10 với đất sét 
a = 15 với đất sét pha 
a = 20 với đất cát pha 
Với Terzaghi và Peck (1967) 
Su = 0,06 N60 (8) 
Còn theo Hara (1974), 
Su = 0,29N60
0,72
 (9) 
2.2. Theo kết quả CPTu 
Trong thí nghiệm CPTu sẽ đo đƣợc sức 
kháng mũi qc ma sát thành đơn vị fs và áp lực 
nƣớc lỗ rỗng u nhờ những bộ chuyển tín hiệu 
riêng biệt Trong thiết bị CPTu sức kháng mũi 
qc không phải áp lực thực tác dụng lên mũi côn 
qT, vì thế có thể tính: 
qT = qc + uT (1-a) (10) 
trong đó: uT là áp lực nƣớc lỗ rỗng đo tại 
vòng đá thấm ở đầu mũi xuyên; a là tỷ số tiết 
diện ngang giữa trục và đáy mũi xuyên a = 
0,8 – 0,82. 
Khi nghiên cứu về sức chống cắt không thoát 
nƣớc của đất yếu (Su) bằng CPTu có thể sử 
dụng một trong các công thức Vésic (1975) 
Senneset (1985), Aas và nnk (1986), Konrad và 
Law (1987), Teh và Houlsby (1991), Yu và nnk 
(2000) hay Su và Liao (2002) [2,3,5,6] 
Với đất cát SCC theo CPTu có một số quan 
hệ nhƣ: 
Công thức của Roberson và Campanella 
(1983), 
 arctg [0,1 + 0,38.log (qT/‟vo)] (11) 
Công thức Kulhawy và Mayne (1990) 
 17,6 + 11log(qT) (12) 
Theo Meyerhof (1956) sử dụng bảng 2 
Bảng 2. Góc ma sát trong của đất rời theo 
kết quả CPTu (Meyerhof, 1956) 
qc (kPa) < 20 20 - 40 40 - 120 
120 - 
200 
> 
200 
 (độ) 45 
Với đất dính sức chống cắt không thoát nƣớc 
theo CPTu có thể sử dụng quan hệ sau [4 ]: 
Công thức Keaveny và Michell (1986) 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 14 
Su = (qT - ‟vo)/Nk (13) 
Với Nk là hệ số hiệu chỉnh Nk = 15 – 20. 
Công thức Li (2011) 
Su = 0,063(qT - ‟vo) – 1,91 (14) 
Theo Viện xây dựng Sichuan – Trung Quốc 
(2014): 
Su = 0,0543(qT - ‟vo) + 4,8 (15) 
3. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TRƢỢT SÂU 
NỀN ĐƢỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG 
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT VÀ CPTU 
3.1. Vị trí nghiên cứu 
Sử dụng kết quả nghiên cứu từ công trình 
đƣờng trục phía nam tỉnh Hà Tây (cũ) nay thuộc 
địa phận Quận Hà Đông thành phố Hà Nội 
nhóm nghiên cứu thực hiện công tác khoan thăm 
dò thí nghiệm mẫu đất trong phòng thí nghiệm 
xuyên tiêu chuẩn thí nghiệm cắt cánh trong lỗ 
khoan và thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực 
nƣớc lỗ rỗng với 04 mặt cắt ngang nghiên cứu 
bao gồm 08 lỗ khoan khảo sát địa chất và 03 
điểm xuyên CPTu cho đoạn tuyến dài hơn 6km 
Địa tầng của mặt cắt lựa chọn nghiên cứu ngoài 
lớp kết cấu áo đƣờng và đất đắp nền đƣờng có 
các lớp đất nền tự nhiên là sét dẻo cao - dẻo mềm 
(lớp 2a) phía dƣới là lớp bụi dẻo cao - dẻo chảy 
(lớp 2b), lớp sét bụi dẻo cao xen kẹp cát dẻo 
mềm (lớp 2c) dƣới cùng là lớp cát chặt vừa. 
Mực nƣớc ngầm ngang mặt đất. Các lớp đất 2a, 
2b và 2c đƣợc xem là ít thuận lợi cho xây dựng 
đƣờng ô tô đắp trên nó – đất yếu là đối tƣợng 
chính đƣợc phân tích trong nghiên cứu này. 
Bảng 3. Thông số cơ bản các lớp đất nền 
Lớp 
Chiều dày 
lớp đất (m) 
 (kN/m3) 
Su* 
(kPa) 
 ** 
(độ) 
2a 1,2 – 1,8 17,4 31,0 - 
2b 0,9 – 1.0 15,4 28,6 - 
2c 3,3 – 5,0 17,64 26,6 - 
3 2,0 – 3,0 17,72 - 30,1 
* Su từ thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng 
** xác định theo TCVN 9351:2012 
Một số thông số cơ bản của các lớp đất nền 
trong mặt cắt nghiên cứu nhƣ bảng 3. 
3.2. Đặc điểm sức chống cắt không thoát 
nƣớc của đất theo kết quả SPT và CPTu 
trong phạm vi nghiên cứu 
Thí nghiệm SPT và CPTu đƣợc thực hiện tại 
công trình nghiên cứu đƣờng trục phía Nam Hà 
Tây (cũ) dùng các hàm tƣơng quan thực 
nghiệm tại mục 2 xác định đƣợc thông số sức 
chống cắt các lớp đất 2a 2b và 2c mặt cắt 
nghiên cứu 
* Với thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 
Các hình 1, 2, 3 và 4 cho thấy, sức chống cắt 
không thoát nƣớc (Su) xác định bằng N60, theo 
Sower, Terzaghi và Peck, hay Hara rất khác 
nhau. Su xác định qua SPT theo công thức Hara 
cho các lớp đất 2a, 2b và 2c là lớn nhất, còn 
theo Sower là bé hơn cả. 
So sánh với thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng 
(bảng 3, hình 4), Su tính theo Sower nhỏ hơn từ 
16% đến 19% theo Hara cao hơn từ 7% đến 
18% trong khi độ chênh lệch này với công thức 
của Terzaghi và Peck chỉ là 3%. 
Hình 1. Su xác định qua N60 của lớp đất 2a 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 15 
Hình 2. Su xác định qua N60 của lớp đất 2b 
Hình 3. Su xác định qua N60 của lớp đất 2c 
Hình 4. So sánh Su xác định theo N60 với Su từ 
cắt cánh hiện trường 
Với lớp đất cát (lớp đất số 3), góc ma sát 
trong xác định qua N60 theo các công thức 
Meyerhof, Peck và Schmertmann cho kết quả có 
sự khác biệt không lớn (lệch nhau 4%-10%) 
(hình 5). 
Hình 5. xác định qua N60 của lớp đất 3 
* Với thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực 
nước lỗ rỗng 
Sức chống cắt không thoát nƣớc (Su) các lớp 
đất 2a 2b 2c xác định bằng kết quả thí nghiệm 
CPTu theo các công thức Li, Keaveny và 
Michell, hay Viện xây dựng Sichuan có sự khác 
biệt (hình 6, 7, 8). Khi so sánh Su xác định theo 
CPTu với cắt cánh hiện trƣờng (hình 9), Su theo 
Keaveny và Michell thấp hơn so với thí nghiệm 
cắt cánh từ 1% đến 15% trong khi đó Su theo 
công thức Viện xây dựng Sichuan cao hơn Su từ 
cắt cánh 6-12% Đối với công thức liên hệ của 
Li cho kết quả độ lệch nhỏ nhất, khoảng 3,5%. 
Hình 6. Su xác định qua qT của lớp đất 2a 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 16 
Hình 7. Su xác định qua qT của lớp đất 2b 
Hình 8. Su xác định qua qT của lớp đất 2c 
Hình 9. So sánh Su xác định theo qT với Su từ cắt 
cánh hiện trường các lớp đất 
Trƣờng hợp đất cát (lớp 3), góc ma sát trong 
( ) xác định theo các công thức 10, 11 và bảng 
2. Kết quả nghiên cứu cho thấy, xác định theo 
các tác giả khác nhau có sự chênh lệch không 
lớn (2,5 - 9 4%) (hình 10) Trƣờng hợp này, 
công thức liên hệ của Meyerhof cho giá trị góc 
ma sát trong của đất cát bé nhất. 
Hình 10. xác định theo CPTu của lớp 3 
3.3. Phân tích ổn định trƣợt sâu nền 
đƣờng đắp trên đất yếu khi sử dụng sức 
chống cắt không thoát nƣớc theo kết quả 
SPT và CPTu 
Sử dụng mặt cắt địa chất gồm các lớp đất nền 
nhƣ bảng 3 phân tích ổn định nền đƣờng đắp 
cao từ 3 5m đến 6m với bề rộng mặt đƣờng 
40m xét ở 3 trƣờng hợp: 
- Trƣờng hợp 1 (TH1): Sử dụng Su của các lớp 
đất 2a 2b 2c từ thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng 
và lớp 3 lấy theo TCVN 9351:2012 (bảng 3) 
- Trƣờng hợp 2 (TH2): Sử dụng Su xác định 
qua chỉ số SPT theo công thức của Terzaghi và 
Peck, và lớp 3 lấy theo công thức Peck (hình 
1, 2, 3, 5). 
- Trƣờng hợp 3 (TH3): Sử dụng Su xác định 
qua kết quả CPTu theo công thức của Li, và 
lớp đất 3 lấy theo quan hệ Meyerhof (hình 
6,7,8,10). 
Sử dụng phần mềm Geostudio 2007 mô đun 
Slope/W, phân tích ổn định trƣợt sâu khi nền 
đắp cao 3,5m; 4m; 4,5m; 5m; 5,5m và 6m. 
Kết quả phân tích ổn định cho các trƣờng 
hợp và các điều kiện khác nhau đƣợc thể hiện 
tại bảng 4. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2017 17 
Bảng 4. Hệ số ổn định trƣợt sâu nền đƣờng 
đắp trên đất yếu các trƣờng hợp nghiên cứu 
Hệ số ổn định (Fs) 
TH 
Hđắp(m) 
TH1 TH2 TH3 
3,5 2,31 2,31 2,29 
4,0 1,99 2,00 1,99 
4,5 1,77 1,79 1,79 
5,0 1,61 1,64 1,61 
5,5 1,47 1,51 1,49 
6,0 1,36 1,39 1,37 
Bảng 4 cho thấy, ở trƣờng hợp cụ thể, cùng 
tải trọng tác dụng (cùng chiều cao đắp), hệ số ổn 
định trƣợt (Fs) gần tƣơng đƣơng nhau (độ chênh 
lệch < 2,7%) khi sử dụng thông số sức chống 
cắt không thoát nƣớc xác định qua chỉ số SPT 
theo công thức Terzaghi và Peck xác định qua 
kết quả CPTu theo công thức Li và theo kết quả 
thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng. 
Khi chiều cao đắp nền tăng hệ số ổn định 
trƣợt giảm tuyến tính tƣơng ứng mỗi trƣờng hợp 
xem xét (bảng 4). 
4. KẾT LUẬN 
Sức chống cắt không thoát nƣớc (Su) các lớp đất 
dính mềm yếu (trạng thái dẻo mềm – dẻo chảy) xác 
định thông qua các kết quả thí nghiệm xuyên tiêu 
chuẩn (SPT) bằng công thức Terzaghi và Peck, hay 
xuyên tĩnh có đo áp lực nƣớc lỗ rỗng (CPTu) theo 
công thức Li có thể sử dụng để thay thế kết quả thí 
nghiệm cắt cánh hiện trƣờng khi phân tích ổn định 
trƣợt sâu nền đƣờng đắp trên đất yếu 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2006), "Thí 
nghiệm đất hiện trường và ứng dụng trong phân 
tích nền móng", Nxb KH&KT, Hà Nội. 
[2]. Fernando Schnaid (2006), "Piezocone 
Penetration Tests CPTu", Universidade Federal 
do Rio Grande do Sul, Brazil. 
[3]. Hara, A., Ohta, T., Niwa, M., Tanaka, S., 
and Banno, T. (1974), “Shear modulus and 
shear strength of cohesive soils”, Soils and 
Foundation., 14(3), 1-12. 
[4]. Li, Z.M (2011), "Soft soil foundation 
reinforcement with quality control", Beijing - 
China Building Industry Press. 
[5]. Geotechnical Research Group 
Department of Civil Engineering, "Manual On 
Interpretation Of Seismic Piezocone Test Data 
For Geotechnical Design (2001). Practical 
Applications of the Cone Penetration Test", The 
University of British Columbia. USA. 235pp. 
[6]. United States Department of Agriculture 
Natural Resources Conservation Service (2012), 
National Engineering Handbook. 
[7]. Liao, S.S.C and Whitman, R.V (1986), 
"Overburden Correction Factors for SPT in 
Sand", Journal of Geotechnical Engineering, 
A.S.C.E., v. 112:3, p. 373-377. 
[8]. Skempton (1986), "Standard Penetration 
Test Procedures and the Effects in Sands of 
Overburden Pressure, Relative Density, Particle 
Size, Aging and Overconsolidation", 
Geotechnique, v. 36:3, p. 425-447. 
[9]. Sowers, G.B. and Sowers, G.F. (1970), 
"Introductory Soil Mechanics and Foundations", 
Third Edition, The MacMillan Co., New York. 
[10]. Peck, R., Hanson,W., and Thornburn 
(1974), "Foundation Engineering Handbook", 
Wiley, London. 
[11]. Terzaghi, K. and Peck, R.B. (1967), 
"Soil Mechanics in Engineering Practice", John 
Wiley, NewYork. 729. 
[12]. TCVN 9351:2012 - Thí nghiệm xuyên 
tiêu chuẩn SPT 
[13]. TCVN 9846:2013 - Quy trình thí nghiệm 
xuyên tĩnh có đo áp lực nƣớc lỗ rỗng (CPTu) 
[14]. 22TCN 262:2000 - Quy trình khảo sát 
nền đƣờng ô tô đắp trên đất yếu 
Người phản biện: PGS.TS. TRẦN MẠNH LIỄU