Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn MỞ ĐẦU Trong công tác thiết kế thi công công trình thuỷ lợi, cầu đường, xây dựng dân dụng công nghiệp, việc xác định thông số sức chống cắt đất chiếm vai trò quan trọng Ta thấy giá trị C, φ xuất công thức tính sức chịu tải đất, cọc; công thức tính ổn định thành hố đào, mái dốc; …trong lập biện pháp thi công móng, san lấp đê, đường; … phần mềm tính toán Geo slope, Plaxis… Có thể nói thông số sức chống cắt đất mối quan tâm hàng đầu nhà thiết kế móng công trình Việc xác định thông số thực hàng loạt thí nghiệm trường thiết nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, thí nghiệm cắt cánh Van Test phòng thí nghiệm nén đơn – nén trục, thí nghiệm cắt trực tiếp với sơ đồ (U-U, C-U, CD) Trong thí nghiệm nêu thí nghiệm cắt trực tiếp xem thí nghiệm cổ điển nhất, phổ biến phòng thí nghiệm địa móng Việt Nam sơ sở lý thuyết nguyên lý thí nghiệm tương đối đơn giản, dễ thực Tuy nhiên sức chống cắt thu nhận từ kết thí nghiệm thường bị ảnh hưởng yếu tố thiết bị thí nghiệm, vận tốc cắt… Trong phạm vi đề tài này, xin phép trình bày : “Thí nghiệm cắt trực tiếp ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm lên giá trị đặc trưng thu nhận so với mẫu đất điều kiện tự nhiên” PHẦN I: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP Mục đích thí nghiệm: Thí nghiệm cắt trực tiếp thí nghiệm cổ điển đơn giản để xác định thông số sức chống cắt đất Một mẫu đất tự nhiên có đại lượng đặc trưng cho tiêu sức chống cắt đất lực dính C góc ma sát φ Khi mẫu đất chịu tác dụng ứng suất pháp thẳng đứng phân bố σ sức chống cắt τ đất tuân theo định luật Mohr-Coulomb: τ = σtgφ + C Nguyên lý thí nghiệm: Thí nghiệm tiến hành với mẫu đất hình lăng trụ tròn hình vuông giữ cắt ngang theo mặt phẳng nằm ngang áp lực tác dụng thẳng góc với mặt phẳng Sức kháng cắt gây đất cho phần mẫu đất trượt lên phần khác đo sau khoảng dịch chuyển đặn Sự phá hoại mẫu đất xảy sức kháng cắt đất đạt giá trị cực đại mà mẫu đất chịu Nhờ tiến hành tập hợp mẫu thí nghiệm tương tự (thường từ – mẫu) lớp Nhóm Lớp Địa kỹ thuật Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn đát giá trị áp lực nén khác nhau, ta thu nhận tương quan ứng suất cắt ứng suất nén tác dụng từ tìm lực dính C góc ma sát φ đất Hình 1: Nguyên lý thí nghiệm cắt trực tiếp Thiết bị thí nghiệm: a Sơ đồ thí nghiệm: Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm cắt trực tiếp b Thiết bị thí nghiệm: Hộp cắt gồm thớt có hình vuông tròn, có đường kính khoảng 60-80mm, cao khoảng 20mm Hình 3: Hộp cắt thí nghiệm cắt trực tiếp - Tiếp theo mẫu đặt vào hộp cắt (giữa thớt cắt) với đá thấm xốp đệm Nhóm Lớp Địa kỹ thuật Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn Hình 4: Lắp mẫu vào hộp cắt - Hộp cắt đặt khung đỡ chuyển động tự bi trượt đồng thời gắn chặt với thớt Khung tác động lực cắt chuyển động theo vận tốc khống chế Hình 5: Lắp đặt hệ thống vào khung - Thớt cắt bên gắn với hệ đo lực cắt T vòng ứng biến có đồng hồ để đo ứng suất cắt đồng hồ đo biến dạng đứng để đo độ giản nở thể tích - Thiết bị tăng tải (N) tạo thành áp lực pháp tuyến, hoạt động qua hệ thống piston chất tải cân Nhóm Lớp Địa kỹ thuật Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn Hình 6: Các loại thiết bị cắt trực tiếp c Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: Chuẩn bị mẫu để thí nghiệm - Với mẫu nguyên dạng: dùng dao vòng cắt mẫu đất, ý bỏ lại phần mẫu bị xáo động phía đầu hộp mẫu Hình 7: Chuẩn bị mẫu trước thí nghiệm - Với mẫu xáo động: mẫu đầm chặt cối đầm tiêu chuẩn, sử dụng phương pháp đầm tĩnh động Dùng dao vòng cắt đất từ mẫu đầm chặt tiến hành chế bị mẫu dao vòng Sau chế bị mẫu cần mang thí nghiệm xác định dung trọng đất Hình 8: Đem mẫu xác định độ ẩm Trình tự thí nghiệm tính toán kết thí nghiệm: a Trình tự thí nghiệm: - Bước 1: Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất sau gạt mặt để tạo mẫu chuẩn bị cho vào hộp cắt Tiếp theo cho mẫu đất vào hộp cắt sau đặt hộp cắt có chứa mẫu lên máy cho chỉnh tiếp xúc - Bước 2: Đặt tải trọng thẳng đứng: tải trọng thẳng đứng tính toán theo trọng lượng vật liệu chất tải, chiều dài cánh tay đòn, tiết diện ngang mẫu đất Tiếp theo hiệu chỉnh đồng hồ đo (biến dạng lực) vị trí ban đầu Cho khởi động chạy máy với tốc độ khoảng 1mm/phút Ghi nhận số đọc đồng hồ vòng ứng biến sau 25 giây số đọc giảm không tăng ngừng máy Số đọc lớn DialReadingmax (vạch) ghi nhận để tính toán Nhóm Lớp Địa kỹ thuật Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao - GVHD: TS Bùi Trường Sơn Bước 3: Lập lại thí nghiệm với cấp áp lực thẳng đứng khác Các cấp áp lực thẳng đứng lựa chọn phụ thuộc vào loại đất trạng thái đất Thông thường ta thực với ba cấp tải trọng khác để xác định ba cặp giá trị ứng suất cắt τ áp lực đứng tác dụng lên mẫu σ để từ tính giá trị góc ma sát φ lực dính C mẫu đất phương pháp bình quân cực tiểu b Tính toán kết thí nghiệm: Ứng suất cắt τ xác định sau: τ = DialReadingmax x R Trong đó: R: hệ số vòng (chuyển từ giá chuyển vị sang giá trị lực), phụ thuộc vào loại máy phải hiệu chỉnh thường xuyên Tính toán giá trị sức chống cắt theo số liệu thí nghiệm thu được: - Cách 1: xác định trực tiếp biểu đồ quan hệ ứng suất cắt τ áp lực đứng σ tác dụng lên mẫu ta xác định giá trị góc ma sát φ lực dính C Hhbj Hình 9: Đồ thị thể quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng - Cách 2: Theo công thức bình phương cực tiểu: tgϕ = n n n i =1 i =1 i =1 (τiσi ) −∑ n∑ τi ∑ σi  n  n∑ σi −∑ σi  i =1  i =1  n n 1 n  c = ∑ τi −tgϕ∑ σi ÷ n  i =1 i=  n n Hoặc c = ∑ τ i ∑σ i2 − i =1 i =1 n n ∑ i =1 σ n n ∑ σi ∑ ( τi σi i = i i =1  −   n ∑ i =1 σ i    ) Nhóm Lớp Địa kỹ thuật Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn Khi giá trị lực dính C[...]... hình cắt, chế độ cắt, cách bão hòa nước, áp lực pháp tuyến… gây nên sự khác biệt khá nhiều đến các thông số sức chống cắt thu được so với tự nhiên Chính những lý do này thí nghiệm cắt trực tiếp đang dần được thay thế bởi các thí nghiệm khác ưu việt hơn 15 Nhóm 1 Lớp Địa kỹ thu t Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn KẾT LUẬN Thí nghiệm đất trên các thiết... bị mẫu đơn giản, đặc biệt là các mẫu rời, ở trạng thái hữu hiệu; - Có thể thí nghiệm cắt trực tiếp với đất sạn sỏi (khi đó sử dụng dao vòng vuông kích thước lớn) 11 Nhóm 1 Lớp Địa kỹ thu t Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn Bên cạnh đó thí nghiệm cắt trực tiếp có một số nhược điểm gây ảnh hưởng nhiều đến kết quả thí nghiệm như sau: - Khó kiểm so t được. .. vào chế độ thí nghiệm, kích thước mẫu và điều kiện thoát nước Ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm lên kết quả nhận được của các thông số sức chống cắt được diễn Giá trị thông số biểu Sơ đồ thí nghiệm theo A.A.Karan ϕ’ c’(MPa) Cắt tức thì không nén trước 6 0.02 Cắt nhanh không nén trước 5 0.027 Cắt chậm nén trước dưới tải trọng mặt cắt 20 0.003 Nhóm 1 Lớp Địa kỹ thu t Xây dựng - 2012 13 Tiểu luận Môn. .. quá trình thoát nước trong khi thí nghiệm dẫn đến khó kiểm so t được các thông số sức kháng cắt hoạt động đúng với trạng thái làm việc ngoài tự nhiên của đất - Không xác định được áp lực nước lỗ rỗng - Mặt trượt được ấn định trước mà không cắt theo trạng thái tự nhiên của đất, sự phân bố ứng suất trong đất không đồng đều như trạng thái tự nhiên PHẦN II: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG... trong điều kiện gần giống điều kiện làm việc của đất bên dưới công trình Hầu hết các thiết bị thí nghiệm cắt trực tiếp được sử dụng trong các phòng thí nghiệm cơ học đất là các thiết bị được sản xuất ở Trung Quốc, Anh, Pháp, Liên Xô cũ và một số nước khác Các kết quả thu được trong phòng thường có xu hướng lớn hơn so với đất ngoài thực tế Sự khác biệt đó xuất phát từ các nguyên nhân: 1 Kích thước mẫu thí. .. Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn Tất cả đất loại sét mà độ ẩm tự nhiên của chúng W>W P+0,25Ip được thí nghiệm bằng phương pháp cắt nhanh Sét khi có độ ẩm thấp hơn giới hạn dẻo được thí nghiệm trong điều kiện cắt chậm sau khi nén trước dưới tải trọng tác dụng khi trượt Ý tưởng của chế độ thí nghiệm đầu là sau thời gian thí nghiệm áp lực lỗ rỗng không kịp phân tán và thí nghiệm. .. cắt của đất (kể cả đất bão hòa) trong điều kiện ngập nước và không ngập nước khác nhau Lực dính của đất sét mềm bão hòa nước trong thí nghiệm cắt nhanh trong điều kiện ngập nước có thể có giá trị lớn hơn so với trong điều kiện không ngập nước Lực dính của đất sét mềm bão hòa nước trong thí nghiệm cắt trực tiếp theo sơ đồ cố kết thoát nước trong điều kiện không ngập nước có giá trị lớn hơn đáng kể so. .. ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG THU NHẬN ĐƯỢC SO VỚI MẪU Ở ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Thí nghiệm đất trên các thiết bị cắt được sử dụng rộng rãi nhờ sự đơn giản của phương pháp và sự tiếp cận của dụng cụ Tuy nhiên các thiết bị thí nghiệm cắt có một số khuyết điểm, rõ ràng nhất là sự thay đổi tiết diện cắt theo mức độ dịch chuyển tương đối của dao vòng khi tác dụng lực cắt; không có khả năng đo áp lực lỗ... hiện tiểu luận 16 Nhóm 1 Lớp Địa kỹ thu t Xây dựng - 2012 Tiểu luận Môn học Địa chất Công trình Nâng cao GVHD: TS Bùi Trường Sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Bùi Trường Sơn, “Bài giảng Địa chất công trình – 2009; 2 Châu Ngọc Ẩn, “ Cơ học đất” – NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh 2009; 3 Đoàn Thế Tường, Lê Thu n Đăng, Thí nghiệm đất và nền móng công trình – NXB Giao Thông Vận Tải 2004; 4 Võ Ngọc Hải, Ảnh hưởng. .. hỏi người thí nghiệm phải thực hiện các quy trình thí nghiệm một cách nghiêm túc - Việc bão hòa mẫu trước khi thí nghiệm là yếu tố gây ảnh hưởng nhiều đến sự khác biệt về kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp so với hiện trường Ta đã biết nước trong đất là nhân tố gây ảnh hưởng nhiều nhất đến độ bền của đất Thực tế, ngoài hiện trường đất không phải lúc nào cũng bão hòa Độ bão hòa của đất ngoài tự nhiên thay