Đang tải... (xem toàn văn)
TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO Đề tài số 1: Thí nghiệm cắt trực tiếp và ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm lên các giá trị đặc trưng thu nhận được so với mẫu ở điều kiện tự nhiên. Trong công tác thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, cầu đường, xây dựng dân dụng và công nghiệp, việc xác định các thông số sức chống cắt của đất chiếm vai trò hết sức quan trọng. Ta có thể thấy các giá trị c, j xuất hiện ở trong các công thức tính sức chịu tải của đất, của cọc; trong các công thức tính ổn định thành hố đào, mái dốc;….. trong lập biện pháp thi công móng, san lấp nền đê, đường; … trong các phần mềm tính toán Geo Slope, Plaxis…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO Đề tài số 1: Thí nghiệm cắt trực tiếp và ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm lên các giá trị đặc trưng thu nhận được so với mẫu ở điều kiện tự nhiên. Giảng viên hướng dẫn: TSKH. Bùi Trường Sơn Học viên thực hiện: Nhóm 1 ĐKTXD2009 1. Nguyễn Thị Thu Trang 2. Lê Đào Vũ 3. Nguyễn Văn Đồng 4. Tạ Quang Nghiệp 5. Đàm Xuân Thế TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO Đề tài số 1: Thí nghiệm cắt trực tiếp và ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm lên các giá trị đặc trưng thu nhận được so với mẫu ở điều kiện tự nhiên. Giảng viên hướng dẫn: TSKH. Bùi Trường Sơn Học viên thực hiện: Nhóm 1 ĐKTXD2009 1. Nguyễn Thị Thu Trang 2. Lê Đào Vũ 3. Nguyễn Văn Đồng 4. Tạ Quang Nghiệp 5. Đàm Xuân Thế MỤC LỤC PHẦN I: 3 THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP 3 I.1. Mục đích thí nghiệm: 3 I.2. Nguyên lý thí nghiệm 3 I.3. Thiết bị thí nghiệm 4 I.3.1. Sơ đồ thí nghiệm 4 I.3.2. Thiết bị thí nghiệm 4 I.3.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: 6 I.4. Trình tự thí nghiệm và tính toán kết quả thí nghiệm 7 I.4.1. Trình tự thí nghiệm 7 I.4.2. Tính toán kết quả thí nghiệm 7 I.5. Một số yêu cầu trong quá trình tiến hành thí nghiệm 8 I.5.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 4199-1995 8 I.5.2. Theo tiêu chuẩn Anh - BS 1377: Part 7: 1990 10 I.5.3. Tiêu chuẩn ASTM D3080 12 I.6. Ứng dụng các kết quả thí nghiệm trong thiết kế 13 I.7. Nhận xét: 15 PHẦN II: 16 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG THU NHẬN ĐƯỢC SO VỚI MẪU Ở ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 16 II.1. Kích thước mẫu thí nghiệm: 16 II.2. Điều kiện lấy mẫu, bảo quản và chế bị mẫu: 16 II.3. Thiết bị thí nghiệm: 17 II.4. Mặt trượt mặc định khi cắt: 17 II.5. Cách tiến hành thí nghiệm: 17 II.6. Sơ đồ cắt: 17 II.7. Áp lực nước lỗ rỗng: 18 II.8. Ảnh hưởng của nước mao dẫn: 19 KẾT LUẬN 20 Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 2 MỞ ĐẦU Trong công tác thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, cầu đường, xây dựng dân dụng và công nghiệp, việc xác định các thông số sức chống cắt của đất chiếm vai trò hết sức quan trọng. Ta có thể thấy các giá trị c, ϕ xuất hiện ở trong các công thức tính sức chịu tải của đất, của cọc; trong các công thức tính ổn định thành hố đào, mái dốc;… trong lập biện pháp thi công móng, san lấp nền đê, đường; … trong các phần mềm tính toán Geo Slope, Plaxis… Có thể nói thông số sức chống cắt của đất là mối quan tâm hàng đầu của các nhà thiết kế nền móng công trình. Việc xác định các thông số trên có thể được thực hiện bởi hàng loạt các thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT), thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT), thí nghiệm cắt cánh (Vane Test) và trong phòng như thí nghiệm nén đơn – nén 1 trục, thí nghiệm cắt trực tiếp, thí nghiệm nén 3 trục (với 3 sơ đồ U-U, C-U, C-D). Trong các thí nghiệm kể trên, thí nghiệm cắt trực tiếp được xem là thí nghiệm cổ điển nhất, phổ biến nhất tại các phòng thí nghiệm địa cơ nền móng của Việt Nam vì cơ sở lý thuyết và nguyên lý thí nghiệm tương đối đơn giản, dễ thực hiện. Tuy nhiên sức chống cắt thu nhận được từ kết quả thí nghiệm này thường bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: thiết bị thí nghiệm, vận tốc cắt,…. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi xin phép được trình bày về: “Thí nghiệm cắt trực tiếp và những ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm lên các đặc trưng thu nhận được so với mẫu điều kiện tự nhiên” Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 3 PHẦN I: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP I.1. Mục đích thí nghiệm: Thí nghiệm cắt trực tiếp là thí nghiệm cổ nhất và đơn giản nhất để xác định thông số sức chống cắt của đất. Một mẫu đất trong tự nhiên có các đại lượng đặc trưng cho chỉ tiêu sức chống cắt của đất là lực dính C và góc ma sát ϕ . Khi mẫu đất chịu tác dụng của ứng suất pháp thẳng đứng phân bố đều σ thì sức chống cắt τ của đất tuân theo định luật Mohr- Coulomb: C + = ϕ σ τ tan I.2. Nguyên lý thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành với mẫu đất hình lăng trụ tròn hoặc hình vuông được giữ và cắt ngang theo mặt phẳng nằm ngang trong khi một áp lực tác dụng thẳng góc với mặt phẳng đó. Sức kháng cắt gây ra bởi đất khi cho một phần của mẫu trượt lên phần khác được đo sau từng khoảng dịch chuyển đều đặn. Sự phá hoại mẫu xảy ra khi sức kháng cắt của đất đạt giá trị cực đại mà đất có thể chịu được. Nhờ tiến hành trên một tập hợp mẫu thí nghiệm tương tự (thường từ 3 ÷ 5 mẫu) của cùng một lớp đất dưới những giá trị áp lực nén khác nhau, ta thu nhận được tương quan giữa ứng suất cắt và ứng suất nén tác dụng từ đó tìm ra được lực dính C và góc ma sát ϕ của đất. Hình 1: Nguyên lý thí nghiệm cắt trực tiếp Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 4 I.3. Thiết bị thí nghiệm I.3.1. Sơ đồ thí nghiệm Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm cắt trực tiếp I.3.2. Thiết bị thí nghiệm - Hộp cắt: gồm 2 thớt trên và dưới có hình vuông hoặc tròn, có đường kính khoảng 60-80mm, cao khoảng 20mm. Hình 3: Hộp cắt trong thí nghiệm cắt trực tiếp Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 5 - Mẫu được đặt vào hộp cắt (giữa 2 thớt cắt) với 2 bản đá thấm xốp đệm trên và dưới. Hình 4: Lắp mẫu vào hộp cắt - Hộp cắt đặt trên khung đỡ có thể chuyển động tự do trên bi trượt đồng thời gắn chặt với thớt cắt dưới. Khung được tác động bởi lực cắt và chuyển động theo vận tốc khống chế được. Hình5: Lắp đặt hệ thống vào khung Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 6 - Thớt cắt bên trên gắn với hệ đo lực cắt T bằng vòng ứng biến có đồng hồ để đo ứng suất cắt τ và đồng hồ đo biến dạng đứng để đo độ giãn nở thể tích. - Thiết bị tăng tải (N) tạo thành áp lực pháp tuyến σ, hoạt động qua hệ thống piston hoặc chất tải bằng quả cân. Hình 6 : Các loại thiết bị cắt trực tiếp I.3.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: Phải chuẩn bị ít nhất 3 mẫu để thí nghiệm: - Với mẫu nguyên dạng: Dùng dao vòng cắt mẫu đất , chú ý bỏ lại phần mẫu bị xáo động ở 2 phía đầu hộp mẫu. Hình 7: Chế bị mẫu trước thí nghiệm - Với mẫu xáo động: mẫu được đầm chặt trong cối đầm tiêu chuẩn, sử dụng phương pháp đầm tĩnh hoặc động. Dùng dao vòng cắt đất từ mẫu đầm chặt hoặc tiến hành chế bị mẫu luôn trong dao vòng. Sau khi chế bị mẫu cần mang đi thí nghiệm xác định dung trọng của đất. Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 7 Hình 8: Đem mẫu đi xác định độ ẩm I.4. Trình tự thí nghiệm và tính toán kết quả thí nghiệm I.4.1. Trình tự thí nghiệm Bước 1: Dùng dao vòng ần vào mẫu đất -> gạt bằng mặt để tạo mẫu chuẩn bị cho vào hộp cắt. Cho mẫu đất vào hộp cắt -> đặt hộp cắt có chứa mẫu lên máy cho chỉnh tiếp xúc. Bước 2: Đặt tải trọng thẳng đứng: tải trọng thẳng đứng được tính toán theo trọng lượng của vật chất tải, chiều dài cánh tay đòn, tiết diện ngang mẫu đất. Hiệu chỉnh các đồng hồ đo (biến dạng và lực) về vị trí ban đầu. Cho khởi động và chạy máy với tốc độ khoảng 1mm/min. Ghi số đọc đồng hồ ở vòng ứng biến sau mỗi 25 giây cho đến khi số đọc giảm hoặc không tăng thì ngừng máy. Số đọc lớn nhất Dial Reading max (vạch) được ghi nhận để tính toán. Bước 3: Lặp lại thí nghiệm với các cấp áp lực thẳng đứng khác. Các cấp áp lực thẳng đứng được lựa chọn phụ thuộc vào loại đất và trạng thái của nó. Thường người ta thực hiện với ba cấp tải trọng khác nhau để xác định ba cặp giá trị ứng suất cắt τ và áp lực đứng tác dụng lên mẫu σ , để từ đó tính ra giá trị của góc ma sát trong ϕ và lực dính C của mẫu đất bằng phương pháp bình quân cực tiểu. I.4.2. Tính toán kết quả thí nghiệm Ứng suất τ được xác định như sau: RadingDial × = max Re τ Ở đây R là hệ số vòng (chuyển từ giá trị chuyển vị sang giá trị lực), phụ thuộc vào từng loại máy và phải hiệu chỉnh thường xuyên. Tính toán các giá trị của sức chống cắt theo số liệu thí nghiệm thu được: Cách 1: Vẽ đồ thị ⇒ vẽ trực tiếp trên biểu đồ quan hệ giữa ứng suất cắt τ và áp lực đứng σ tác dụng lên mẫu ta cũng có thể xác định được các giá trị góc ma sát trong ϕ và lực dính C. Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH. Bùi Trường Sơn Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 8 τ (kN/m2) σ (kN/m2) (σ1,τ1) (σ2,τ2) (σ3,τ3) c Hình 9: Đồ thị thể hiện quan hệ lực cắt và áp lực thẳng đứng Cách 2: Theo công thức bình phương cực tiểu −= − − = ∑∑ ∑∑ ∑∑∑ == == === n i n i ii n i n i ii n i n i n i iiii tgx n C n n tg 11 1 2 1 2 111 1 ; )( σϕτ σσ στστ α Hoặc ∑∑ ∑∑∑ == === − − = n i n i ii n i n i n i iiiii n C 1 2 1 2 111 2 )( )( σσ στσστ Khi giá trị lực dính C<0 thì xem C=0 và lúc đó: ∑ ∑ = = = n i i n i ii n tg 1 2 1 σ στ ϕ I.5. Một số yêu cầu trong quá trình tiến hành thí nghiệm I.5.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 4199-1995 Phương pháp này chỉ dùng để xác định sức chống cắt của đất loại sét và đất loại cát có kết cấu nguyên hoặc chế bị trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng theo một mặt phẳng định trước. Không áp dụng cho đất cát thô và đất sỏi sạn, đất loại sét ở trạng thái chảy và bị biến dạng chảy dưới tác dụng của áp lực thẳng đứng 1daN/cm 2 . Các phương pháp xác định sức chống cắt cần phải được qui định trong từng trường hợp cụ thể, phụ thuộc vào: - Giai đoạn thiết kế và loại công trình. - Điều kiện làm việc của đất trong quan hệ với công trình. - Thành phần, đặc điểm cấu trúc, trạng thái và tính chất của đất. [...]... 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 với trong điều kiện ngập nước Kết quả cắt trực tiếp mẫu cát ẩm trong điều kiện không ngập nước cho thấy có lực dính và lực... trực tiếp có các ưu điểm như sau: - Chuẩn 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) 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 quá trình thoát nước trong khi thí nghiệm dẫn đến khó kiểm so t được các. .. 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... phụ thu c 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 biểu diễn theo A.A.Karan Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 17 Tiểu luận địa chất công trình nâng cao Sơ đồ thí nghiệm GVHD: TSKH Bùi Trường Sơn Giá trị thông số ϕ’ c’(MPa) Cắt tức thì không nén trước 6 0.02 Cắt nhanh không nén trước 5 0.027 Cắt chậm... 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... theo mặt cắt vì sự xuất hiện khe rãnh giữa thớt trên và thớt dưới Sức chống cắt của một loại đất sẽ không giống nhau, tùy theo trạng thái vật lý của nó (mức độ phá họa cấu trúc tự nhiên, độ chặt, độ ẩm của đất) và các điều kiện thí nghiệm (phương pháp thí nghiệm, cơ cấu máy móc, kích thước mẫu thí nghiệm, tốc độ cắt .) Để nhận được kết quả tin cậy nhất, thí nghiệm xác định sức chống cắt phải được tiến... 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: II.1 Kích thước mẫu. .. trong điều kiệu ngập nước khoảng 6-8 KN/m2 Sự giãn nở của cát chặt ở thời điểm phá hoại có thể tạo áp lực nước lỗ rỗng âm ở khu vực mặt trượt làm tăng sức kháng cắt của đất, thể hiện thông qua giá trị lực dính thu nhận trong kết quả Như vậy, điều kiện thí nghiệm: mô 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. .. 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 Nhóm 1 lớp ĐKTXD-2009 19 Tiểu luận địa chất công trình nâng cao GVHD: TSKH Bùi Trường Sơn KẾT LUẬN 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... trước dưới tải trọng mặt cắt 20 0.003 Tất cả đất loại sét mà độ ẩm tự nhiên của chúng W>WP+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 được tiến hành theo sơ