Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung bài viết đã giới thiệu thiết bị và phương pháp thí nghiệm DMT cũng như cách xác định các thông số của đất nền sử dụng trong thiết kế xây dựng công trình và xử lý nền đất yếu như: Chỉ số vật liệu (ID), Hệ số ứng suất theo phương ngang (K0), Mô đun biến dạng (E), sức kháng cắt (Su), hệ số áp lực nước lỗ rỗng (U),hệ số cố kết theo phương ngang (Ch), hệ số quá cố kết (OCR).
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 49-55 49 Đánh giá khả sử dụng thiết bị Dilatometer (DMT) để xác định thông số đất kết áp dụng khu công nghiệp Vũng Áng, Hà Tĩnh Lê Trọng Thắng Khoa Khoa học Kỹ thuật Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/01/2018 Chấp nhận 20/3/2018 Đăng online 27/4/2018 Nội dung báo giới thiệu thiết bị phương pháp thí nghiệm DMT cách xác định thông số đất sử dụng thiết kế xây dựng cơng trình xử lý đất yếu như: Chỉ số vật liệu (ID), Hệ số ứng suất theo phương ngang (K0), Mô đun biên dạng (E), sức kháng cắt (Su), hệ số áp lực nước lỗ rỗng (U), hệ số cố kết theo phương ngang (Ch), hệ số cố kết (OCR) … Từ kết xác định đặc trưng mô đun biến dạng sức kháng cắt đất khu vực dự án Vũng Áng theo phương pháp DMT, thí nghiệm nén trục trục phòng thí nghiệm, phương pháp cắt cánh (VST), xuyên tĩnh (CPT), thí nghiệm nén ngang (PMT) thực song song theo chiều sâu rút đánh giá khả ứng dụng phương pháp DMT tương thích với thí nghiệm nénmột trục ba trục thí nghiệm ngồi trời xun tĩnh cắt cánh Trên sở tính tốn thông số đất theo công thức tác giả khác cho thấy, việc áp dụng theo công thức Marchetti đề xuất cho kết phù hợp Từ khóa: Thí nghiệm DMT Thí nghiệm nén phẳng Thí nghiệm nén ngang nén © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Trong năm gần đây, với phát triển công nghệ lĩnh vực địa chất cơng trình (ĐCCT), số công nghệ thiết bị đại du nhập vào nước ta để phục vụ công tác khảo sát thiết kế xây dựng dự án đầu tư nước ngồi như: thiết bị thí nghiệm phòng tự động hóa tin học hóa; thiết bị ngồi trời xun tiêu chuẩn (SPT), xuyên _ *Tác giả liên hệ E-mail: letrongthang@humg.edu.vn tĩnh (CPT) xuyên tĩnh đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTU); thiết bị cắt cánh (VST); thiết bị nén ngang hố khoan (Pressuremetr- PMT) Gần đây, số đơn vị nhập thiết bị nén ngang nén phẳng (Dilatometer -DMT) Tuy nhiên, việc ứng dụng thiết bị mẻ cơng tác khảo sát thiết kế xây dựng nước ta Việc làm sáng tỏ chất thí nghiệm khả xác định thông số địa kỹ thuật đất thiết bị DMT nhằm mở rộng khả ứng dụng thiết bị khảo sát ĐCCT thiết kế xây dựng loại công trình khác nhau, cơng trình 50 Lê Trọng Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 49-55 xây dựng đất yếu (Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái 2003) Từ kết thí nghiệm DMT số thí nghiệm ngồi trời khác tiến hành đồng thời khu vực Vũng Áng, tiến hành biểu diễn thay đổi theo độ sâu để so sánh đánh giá độ tin cậy phương pháp thí nghiệm DMT (Tài liệu thí nghiệm DMT 2011) Giới thiệu chung thí nghiệm DMT Thí nghiệm DMT thí nghiệm nén ngang nén phẳng, thực cách ấn mũi xun hình lưỡi mai xuống độ sâu thí nghiệm Mặt bên lưỡi mai có màng thép tiêu chuẩn Màng thép kết hợp với hệ thống khí nén - điện truyền áp suất qua cáp điện - khí Đầu cáp gắn với điều khiển Khí Nitơ dùng để tạo áp lực ép màng thép vào đất Tại vị trí đo, dùng áp lực khí nén đẩy màng thép phía đất đo áp lực đất lên màng thời điểm chuyển vị 0mm; 1, 1mm 0mm Kết thí nghiệm cho phép xác định nhiều thơng số đất 2.1 Thiết bị thí nghiệm: Hình minh hoạ thành phần thiết bị DMT: (1) Mũi xuyên phẳng có gắn màng thép; (2) Mũi xuyên nối với cần để đưa mũi xuyên vào đất (3) Dây cáp khí -điện dẫn khí nén điện từ hộp điều khiển vào mũi xuyên phía màng thép; (4) Đồng hồ đo hộp điều khiển; (5) Dây cáp dẫn khí nén từ bình khí đến hộp điều khiển; (6) Bình khí nén, (7) Độ giãn nở màng (Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái 2003; (a) Totani nnk., 2001) 2.2 Trình tự thí nghiệm Xác định ∆A ∆B: ∆A ∆B áp lực khí cần có để vượt qua độ cứng màng thép ∆A ∆B sau dùng để hiệu chỉnh số đọc A, B ∆A áp lực khí nén bên ngồi tác dụng vào màng thép (đặt khơng khí) làm xẹp vị trí A (áp suất khí nén âm - hút vào) ∆B áp lực khí nén bên tác dụng vào màng (đặt khơng khí) đẩy tâm màng thép vị trí B, cách 1, mm so với vị trí A (áp suất khí nén dương - đẩy ra) - Xác định số đọc A: số đọc màng thép bị đẩy 0, 05mm khơng tiếp xúc với đĩa cảm ứng (tiếng bíp ngừng kêu) - Xác định số đọc B: số đọc màng thép tiếp tục bị đẩy 1, mm (ngay có tiếng bíp kêu lại) - Để đọc số đọc C: xả khí từ vị trí số đọc B, khơng xả hết khí mà đóng van xả nhanh lúc áp suất chút, mở van xả chậm Tiếng bíp ngừng kêu Sau 45-50 giây, màng thép tiếp xúc với đĩa cảm ứng, tiếng bíp kêu lại, ta đọc số đọc C • Xác định giá trị áp lực chuẩn hóa thí nghiệm: P0= 1, 05(A - ZM + ∆A) - 0, 05(B -ZM - ∆B) (1) P1 = B - ZM - ∆B (2) P2 = C - ZM + ∆A (3) Trong đó: Áp suất ZM: độ lệch số đọc đồng hồ đo áp suất lệch khỏi vị trí gốc “0” nén để điều kiện khí (b) Hình Sơ đồ thí nghiệm DMT (a) Hình ảnh thiết bị DMT; Sơ đồ ngyên lý thí nghiệm DMT Lê Trọng Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 49-55 Nếu trước thí nghiệm mà chỉnh kim lúc áp lực khí ZM = - Áp suất đất P0: áp suất tác dụng lên mặt nén, mặt nén ngang với mặt mũi xuyên lưỡi mai (độ giãn nở 0) - Áp suất đất P1: áp suất tác dụng lên mặt nén để tâm nén giãn 1, 10 mm - Áp suất đất P2: áp suất tác dụng lên nén xả áp lực khí từ vị trí B vị trí A Các giá trị áp lực chuẩn hố dùng để tính tốn số DMT sau: - Chỉ số vật liệu hay gọi số đất (ID): 𝑃 −𝑃 (4) 𝐼𝐷 = 𝑃1−𝑈𝑜 𝑜 51 5, 1, 2, 4, 5, 15, 30… phút xác định thay đổi giảm dần số đọc A áp lực nước lỗ rỗng bị tiêu tán Vẽ đồ thị A - log(t) Thí nghiệm dừng lại đồ thị có điểm uốn tflex Từ kết thí nghiệm tiêu tán, ta thực bước sau: Vẽ đồ thị A - log t; Xác định điểm uốn đồ thị có thời gian tflex ; 𝑜 Có thể sử dụng ID để phân loại đất sau: sét ID < 0, 6; bụi 0, < ID< 1, 8; cát ID >1, - Chỉ số ứng suất theo phương ngang (KD): 𝑃𝑜 − 𝑈𝑜 (5) 𝐾𝐷 = ′ 𝜎𝑣𝑜 - Mô đun nén ngang (EDMT): ED = 34, 7(P1-P0) (6) Hệ số áp lực nước lỗ rỗng: 𝑃2 − 𝑃𝑜 (7) 𝑈𝐷 = 𝑃𝑜 − 𝑈𝑜 Trong đó: P0 - áp lực cần thiết thực tế để đẩy màng thép vị trí 0; P1 - áp lực cần thiết thực tế để đẩy màng thép giãn nở 1, mm; U0 - áp lực nước lỗ rỗng ban đầu (bằng áp lực thuỷ ′ tĩnh); 𝜎𝑣𝑜 ứng suất thẳng đứng có hiệu đất.(Totani nnk., 2001) 2.3 Thí nghiệm tiêu tán xác định hệ số cố kết theo phương ngang (Ch)) Đối với đất dính có tính thấm kém, q trình đưa mũi xuyên phẳng xuống tạo áp lực nước lỗ rỗng Sử dụng DMT, tiến hành thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng để xác định hệ số cố kết theo phương ngang (Ch) (Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái 2003, Marchetti nnk 2001), thông số quan trọng thiết kế xử lý đất yếu bấc thấm Hiện nay, thông số thường lấy theo kinh nghiệm nên ảnh hưởng nhiều đến độ xác hiệu giải pháp thiết kế Có thể thí nghiệm tiêu tán xác định Ch theo sơ đồ DMT-A Cách tiến hành sau: Ngay dừng xuyên điểm đo, dùng van cấp chậm cấp khí khoảng 15s để đọc số đọc A Sau đọc số đọc A, xả khí van xả nhanh, đồng thời xác định thời gian đồng hồ bấm giây Theo khoảng thời gian 0, Hình Biểu đồ A = log t 7𝑐𝑚2 Xác định: 𝐶ℎ = 𝜉.𝑡 𝑓𝑙𝑒𝑥 ξ phụ thuộc mức độ cố kết đất tra theo Bảng Bảng Mức độ cố kết đất Cố kết Bán cố kết Qúa cố kết Rất cố Đất thường thường (Lightly kết (Heavily (NC) (NC-OC) OC) OC) ξ 5÷7 3÷5 1÷3 Các giá trị tiêu xác định trực tiếp từ kết thí nghiệm DMT khơng sử dụng trực tiếp để tính tốn thiết kế cơng trình được, mà phải thơng qua cơng thức liên quan để tính tốn thơng số đặc trưng đất như: mô đun biến dạng, sức kháng cắt khơng nước, hệ số áp lực ngang, hệ số cố kết (OCR), hệ số cố kết theo phương ngang (Ch)… Xác định thông số đất từ kết thí nghiệm DMT khu công nghiệp Vũng Áng, Kỳ Anh, Hà Tĩnh Xác định sức kháng cắt (Su) đất sét theo kết DMT (Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái 2003; Tài liệu thí nghiệm DMT 2011; Center for Postgraduate Studies In Civil Engineering-School of Civil 1990) Theo Marchetti (1980): (8) Su= 0, 22.𝜎𝑣′ (0, 5KD)1, 25 Trong đó: Su: sức kháng cắt khơng 52 Lê Trọng Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 49-55 nước đất; σ'v: ứng suất thẳng đứng có hiệu đất; KD: số ứng suất theo phương ngang đất Theo (Kamei nnk., 1995): Su = 0, 35 σ 'v.(0, 47KD)1, 14 (9) Theo (Iwasaki nnk., 1994): (10) Su = 0, 018.ED Để đánh giá mức độ tin cậy việc xác định Su xác định công thức phù hợp với điều kiện Việt Nam, tiến hành tính tốn sức kháng cắt khơng nước trung bình đất theo cơng thức từ kết thí nghiệm DMT theo chiều sâu hai lớp đất Lập biểu đồ biến đổi Su theo độ sâu (Hình 3) để so sánh với giá trị Su đất xác định từ thí nghiệm nén ba trục thí nghiệm ngồi trời khác tương ứng Nhận xét: - Đối với lớp sét dẻo chảy- chảy, giá trị Su xác định từ kết thí nghiệm DMT theo cơng thức Marchetti tương đối phù hợp với Su xác định theo thí nghiệm nén trục sơ đồ UU, thí nghiệm cắt cánh (VST) thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) - Đối với lớp sét dẻo mềm - dẻo cứng, đường biến đổi theo chiều sâu giá trị Su xác định từ kết thí nghiệm DMT theo cơng thức Marchetti tương đối phù hợp với Su xác định từ thí nghiệm nén trục sơ đồ CU thí nghiệm CPT Tuy nhiên giá trị thường nhỏ chút Bảng Thống kê số lượng thí nghiệm DMT thí nghiệm khác khu vực nghiên cứu xã thuộc huyện Kỳ Anh Thí nghiệm phòng Nén ba trục theo sơ đồ UU Nén ba trục theo sơ đồ CU Nén không nở hông Nén cố kết trục Khối lượng 16 mẫu 61 mẫu 92 mẫu 83 mẫu Thí nghiệm trường Thí nghiệm DMT Thí nghiệm cắt cánh Thí nghiệm CPTu Thí nghiệm SPT Hình Biểu đồ biến đổi Su theo độ sâu Khối lượng 15 điểm 18 điểm 20 điểm 1080 điểm Lê Trọng Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 49-55 * Xác định môđun biến dạng đất (Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái 2003, Tài liệu thí nghiệm DMT 2011; Totani nnk., 2001) Kết thí nghiệm DMT cho phép ta xác định mơđun nén ngang ED Đây mơđun biến dạng theo phương ngang đất Từ giá trị ED ta sử dụng để tính tốn chuyển vị ngang móng Ngồi ra, tính tốn chuyển đổi từ ED sang MDMT phục vụ cho việc tính tốn biến dạng lún theo phương đứng móng sau: MDMT = RM.ED (11) Trong đó: ED môđun nén ngang DMT; MDMT môđun biến dạng theo phương đứng, không nở hông; RM hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào ID KD sau: - Khi ID≤0,6: lấy RM=0,14+2,36.log(KD); - Khi ID≥3: lấy RM=0,5+2.log(KD); - Khi 0,6