Bài giảng Thí nghiệm Địa kỹ thuật

TRƯỜNG ĐHXD MIỀN TRUNG KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT GVC TS Nguyễn Thanh Danh BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM ĐỊA KỸ THUẬT Phú Yên, 2020 Thí nghiệm Địa kỹ thuật Phần 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ 2.1 Xác định thành phần hạt đất (TCVN 4198: 2014) 2.1.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Thành phần hạt đất hàm lượng nhóm hạt có đường kính khác đất, biểu diễn % so với khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối lấy để phân tích - Thành phần hạt đất xác định phương pháp sàng (rây) theo hai cách: + Rây khơ để phân chia hạt có kích thước từ 10 ÷ 0,5 mm + Rây ướt (rây có rửa nước) để phân chia hạt có kích thước từ 10 ÷ 0,1 mm - Thành phần hạt đất loại cát đất loại sét xác định phương pháp tỷ trọng kế với hạt có kích thước từ 0,1 ÷ 0,002 mm phương pháp rây với hạt có đường kính lớn 0,1 mm (xem thêm hướng dẫn tài liệu [1]) - Xác định thành phần hạt phân chia đất thành nhóm cỡ hạt gần độ lớn xác định hàm lượng phần trăm chúng - Kết phân tích thành phần hạt đất dùng để phân loại đất đánh giá tính cấp phối 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm - Bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ: 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25 0,1 mm; - Cân kỹ thuật có độ xác tới 0,01 g; - Cối sứ chày có bọc cao su để tách rời hạt đất; - Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ; lê cao su (để dồn hạt đất, hút nước); - Bát đựng đất; dao con; - Chổi lông nhỏ để quét hạt đất bám vào rây; máy sàng lắc Hình 2.1 Cân kỹ thuật Hình 2.2 Bộ sàng Hình 2.3 Máy sàng lắc 2.1.3 Chuẩn bị mẫu thử GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật Mẫu đất trung bình để phân tích lấy theo phương pháp chia tư (trộn đất, rải đất thành lớp mỏng, dùng dao vạch hai đường chéo chia đất làm bốn phần, lấy đất phần đối xứng) Khối lượng đất lấy làm thí nghiệm phụ thuộc vào hàm lượng hạt lớn mm (được ước lượng mắt thường) sau: Bảng 2.1 Khối lượng mẫu đất thí nghiệm thành phần hạt % theo khối lượng hạt có kích thước Khối lượng đất cần lấy để thí nghiệm (g) lớn mm 0% 100 ÷ 200 0% ÷ 10% 300 ÷ 900 10% ÷ 30% 1000 ÷ 2000 > 30% 2000 ÷ 5000 2.1.4 Trình tự thí nghiệm 2.1.4.1 Phương pháp rây khơ - Lắp sàng thành chồng theo thứ tự tăng dần kích thước lỗ sàng kể từ đáy sàng đến nắp sàng - Mẫu đất đại diện phơi khô gió hay sấy khơ tủ sấy - Dùng chày bọc cao su hay bóp tay để tách hạt đất dính vào nhau, tránh khơng đập mạnh để làm vỡ hạt đất - Trộn đất, lấy khối lượng mẫu đất theo hướng dẫn trên, cho vào chồng sàng sàng tay máy - Cân khối lượng nhóm cỡ hạt giữ lại sàng lọt xuống ngăn đáy, kết lấy xác đến 0,01 g 2.1.4.2 Phương pháp rây ướt - Lấy mẫu đất trung bình, cân khối lượng mẫu đất hướng dẫn đổ đất vào bát nhỏ cân trước - Dùng nước làm ẩm đất nghiền đất chày có đầu bọc cao su Sau đổ nước vào đất, khuấy đục huyền phù để lắng 10 ÷ 15 giây Đổ nước có hạt khơng lắng (thể vẫn) qua rây có lỗ 0,1 mm Cứ tiến hành khuấy đục đổ lên rây nước bên hạt lắng xuống hoàn tồn thơi - Dùng lê cao su bơm nước dội hạt lại rây vào bát, gạn đổ nước bát - Sấy đất bát trạng thái khơ gió cân bát với đất để tìm khối lượng đất sau dội rửa hạt có kích thước < 0,1 mm qua rây GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật - Xác định khối lượng hạt có kích thước < 0,1 mm theo hiệu số khối lượng mẫu trung bình lấy để phân tích khối lượng mẫu đất sau rửa hạt có kích thước < 0,1 mm - Sàng đất rửa bỏ hạt có kích thước < 0,1 mm qua rây - Cân khối lượng nhóm cỡ hạt giữ lại rây, kết lấy xác đến 0,01g Ghi chú: sai lệch khối lượng nhóm hạt với khối lượng mẫu đất trung bình đem phân tích khơng lớn 1% 2.1.5 Tính tốn kết - Hàm lượng % nhóm hạt (P, %) tính theo cơng thức sau: P mh 100% m (Kết lấy xác đến 0,1%) (2.1) Trong đó: mh: khối lượng nhóm hạt, g; m: khối lượng mẫu trung bình lấy để phân tích, g - Trình bày kết phân tích dướng dạng bảng số lượng chứa % nhóm hạt đường cong cấp phối hạt hệ trục bán logarit Đường cong lập theo hàm lượng cộng dồn nhóm hạt nhóm hạt bé mẫu đất Bảng 2.2 Hàm lượng chứa % nhóm hạt Đại lượng xác định Đường kính nhóm hạt (mm) > 10 10 ÷ 5÷2 2÷1 ÷ 0,5 0,5 ÷ 0,25 0,25 ÷ 0,1  0,1 Khối lượng nhóm hạt (g) Hàm lượng nhóm hạt (%) Hàm lượng cộng dồn (%) GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật Hình 2.4 Đường cong cấp phối hạt - Dựa vào kết phân tích hàm lượng cỡ hạt để phân loại đất theo bảng sau: Bảng 2.3 Phân loại đất theo hàm lượng % kích thước hạt Tên đất Hàm lượng kích thước hạt Cát pha sạn sỏi Khối lượng hạt có đường kính d > 2,0 mm chiếm 25% Cát hạt to Khối lượng hạt có đường kính d > 0,5 mm chiếm 50% Cát hạt trung Khối lượng hạt có đường kính d > 0,25 mm chiếm 50% Cát hạt nhỏ Khối lượng hạt có đường kính d > 0,1 mm chiếm 75% Cát hạt mịn (cát bột) Khối lượng hạt có đường kính d > 0,1 mm chiếm 75% - Tính hệ số đồng nhất: Cu  d 60 d10 (2.2) - Tính hệ số cong (biểu thị đường cong cấp phối hạt có đặn hay khơng): Cg  (d30 ) d10d 60 (2.3) Trong đó: d60, d30, d10: đường kính mà hạt có đường kính nhỏ chiếm 60%, 30%, 10% hàm lượng mẫu đem phân tích - Một mẫu đất có cấp phối tốt cần thỏa mãn điều kiện: Sỏi sạn: Cu > < Cg < Cát: Cu > < Cg < Nếu điều kiện khơng thỏa mãn đất có tính cấp phối GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định thành phần hạt đất Nêu trình tự thí nghiệm xác định thành phần hạt Nêu kích thước cỡ rây dùng thí nghiệm xác định thành phần hạt Cách vẽ đường cong cấp phối hạt Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt đất: a Cát hạt trung, đồng b Cát hạt to, không đồng Kết phân tích thành phần hạt 100 g mẫu đất sau: Đại lượng xác định Khối lượng nhóm hạt (g) Đường kính nhóm hạt (mm) > 10 10 ÷ 0 2÷1 ÷ 0,5 0,5 ÷ 0,25 0,25 ÷ 0,1  0,1 0,58 8,11 28,09 13,53 21,79 27,9 5÷2 Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt, xác định tên tính cấp phối mẫu đất GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật 2.2 Xác định khối lượng thể tích hạt đất (TCVN 4195: 2012) 2.2.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Khối lượng thể tích hạt đất (h, g/cm3) khối lượng đơn vị thể tích hạt đất, khơ tuyệt đối, xếp chặt xít, khơng kể lỗ rỗng - Về mặt trị số, khối lượng thể tích hạt đất tỷ số khối lượng phần hạt cứng mẫu đất sấy khô đến khối lượng khơng đổi nhiệt độ 105 ÷ 110 oC thể tích phần hạt cứng đó, xác định theo công thức: h  mh Vh (2.4) Trong đó: mh: khối lượng phần hạt cứng mẫu, g; Vh: thể tích phần hạt cứng mẫu, cm3 - Khối lượng thể tích hạt đất phụ thuộc vào thành phần khống vật đất, khơng phụ thuộc vào độ ẩm, độ rỗng, nhiều khoáng vật nặng khối lượng thể tích hạt đất lớn - Đối với mẫu đất cần tiến hành hai lần thử song song Chênh lệch kết hai lần thử song song không lớn 0,02 g/cm3 - Khối lượng thể tích hạt mẫu đất trị số trung bình hai lần thử song song - Có hai phương pháp để xác định khối lượng thể tích hạt đất phương pháp đun sôi phương pháp bơm hút chân khơng - Khối lượng thể tích hạt đất tiêu trực tiếp quan trọng dùng để xác định tiêu gián tiếp khác như: độ rỗng n, hệ số rỗng e, độ bão hào G, 2.2.2 Thiết bị thí nghiệm - Bình tỷ trọng loại có dung tích khơng nhỏ 100 cm3; - Sàng có lỗ đường kính mm; - Cối chày sứ, chày cao su chày đồng; - Cân kỹ thuật có độ xác 0,01 g; - Bếp cát, nước cất, nhiệt kế; tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ; - Bơm chân khơng (có bình hút chân khơng) GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật Hình 2.5 Bình tỷ trọng Hình 2.8 Bình chân khơng Hình 2.6 Cối sứ, chày cao su Hình 2.9 Máy bơm chân khơng Hình 2.7 Tủ sấy Hình 2.10 Bếp cách cát 2.2.3 Trình tự thí nghiệm 2.2.3.1 Phương pháp đun sôi - Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 ÷ 200 g mẫu đất cần thí nghiệm sấy khơ tuyệt đối cho vào cối sứ nghiền chày cao su (đối với đất chứa dăm sạn dùng chày sứ đồng), cho đất qua sàng - Lấy khoảng 15 ÷ 20 g đất, dùng phễu cho vào bình tỷ trọng biết khối lượng bình go, đem cân xác định khối lượng đất bình g1 - Đổ nước cất vào bình tỷ trọng (có đất) mức 1/3 ÷ 1/2 thể tích bình, giữ ngun bình tay, lắc đặt lên bếp cát để đun sôi thời gian 30 phút đất cát, cát pha đất sét pha, sét để phá vỡ kết cấu đất đuổi khí lỗ rỗng khỏi đất - Lấy bình tỷ trọng khỏi bếp cát, đổ thêm nước cất (đã đun sơi giờ) vào bình ngấn làm nguội huyền phù (đất nước) nhiệt độ phòng Đo nhiệt độ huyền phù bình tỷ trọng với độ xác đến 0,5 oC - Đổ huyền phù ra, rửa bình cho nước cất đun sơi vào bình làm nguội đến nhiệt độ huyền phù Nước bình đầy tới vạch cân lên khối lượng bình đầy nước m2 2.2.3.2 Phương pháp bơm hút chân không GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật - Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 ÷ 200 g mẫu đất cần thí nghiệm sấy khơ tuyệt đối cho vào cối sứ nghiền chày cao su (đối với đất chứa dăm sạn dùng chày sứ đồng), cho đất qua sàng - Lấy khoảng 15 ÷ 20 g đất, dùng phễu cho vào bình tỷ trọng biết khối lượng bình go, đem cân xác định khối lượng đất bình g1 - Đổ nước cất vào bình tỷ trọng (có đất) mức 1/3 ÷ 1/2 thể tích bình, giữ ngun bình tay, lắc để bọt khí lên mặt thoáng - Mở máy bơm để tạo chân khơng bình tỷ trọng có chứa đất nước Sự khí hút chân khơng bình bắt đầu xuất bọt khí Tiếp tục tạo chân khơng bình tỷ trọng ngừng bọt, thời gian bơm (kể từ xuất bọt khí) khơng - Lấy bình tỷ trọng khỏi bình hút chân không, đổ thêm nước cất (đã đun sơi giờ) vào bình ngấn làm nguội huyền phù (đất nước) nhiệt độ phịng Đo nhiệt độ huyền phù bình tỷ trọng xác đến 0,5 oC - Đổ huyền phù ra, rửa bình cho nước cất đun sơi vào bình làm nguội đến nhiệt độ huyền phù Nước bình đầy tới vạch cân lên khối lượng bình đầy nước m2 2.2.4 Tính toán kết - Xác định khối lượng riêng đất theo công thức: h  mo n mo  m2  m1 mo = g1 – go (2.5) (2.6) Trong đó: go: khối lượng bình tỷ trọng, g; g1: khối lượng bình tỷ trọng đất khơ tuyệt đối, g; mo: khối lượng đất khô tuyệt đối, g; m1: khối lượng bình tỷ trọng có chứa huyền phù, g; m2: khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước, g; n: khối lượng riêng nước nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, g/cm3 Ghi chú: kết lấy xác đến 0,01g/cm3 - Khối lượng thể tích hạt phải xác định nhiệt độ tiêu chuẩn 20 oC, nên xác định nhiệt độ khác ta phải tiến hành hiệu chuẩn theo hệ số A sau: A  h (t  20o C )  h (t oC ) GVC TS Nguyễn Thanh Danh (2.7) Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm giới hạn chảy Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm giới hạn dẻo Nêu trình tự thí nghiệm xác định độ ẩm giới hạn chảy Nêu trình tự thí nghiệm xác định độ ẩm giới hạn chảy Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo mẫu đất, xác định được: Khối lượng hộp nhôm: 18,14 g Khối lượng hộp nhôm đất giới hạn dẻo: 34,36 g; Khối lượng hộp nhôm đất sau sấy khô: 31,15 g; Hãy xác định giới hạn dẻo mẫu đất Thí nghiệm xác định giới hạn chảy mẫu đất, xác định được: Khối lượng hộp nhôm: 18,20 g Khối lượng hộp nhôm đất giới hạn chảy: 30,35 g; Khối lượng hộp nhôm đất sau sấy khô: 26,22 g; Hãy xác định giới hạn chảy mẫu đất Hãy lấy ví dụ số chứng tỏ đất thí nghiệm đất: a) Sét pha, trạng thái dẻo mềm b) Sét, trạng thái cứng c) Cát pha, trạng thái dẻo GVC TS Nguyễn Thanh Danh 20 Thí nghiệm Địa kỹ thuật 2.6 Xác định tính nén lún đất (TCVN 4200: 2012) 2.6.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Thí nghiệm dùng để xác định tính nén lún khơng nở hơng đất loại cát loại sét có kết cấu nguyên bị phá hoại, độ ẩm tự nhiên bảo hòa nước tác dụng tải trọng thẳng đứng lên mẫu đất theo cấp áp lực - Tính nén lún đất khả giảm thể tích (do giảm độ rỗng, biểu giảm chiều cao) tác dụng tải trọng ngồi - Mẫu đất thí nghiệm có hình trụ trịn, tỷ lệ đường kính chiều cao khoảng 1/3 ÷ 1/4 Đối với đất loại sét đất loại cát (khơng lẫn sỏi sạn), đường kính mẫu cho phép lớn 50 mm Đối với đất có lẫn sỏi sạn, đường kính mẫu khơng nên nhỏ 70 mm - Cấp tải trọng ban đầu để thí nghiệm mẫu có kết cấu ngun lấy nhỏ áp lực tự nhiên - Đối với đất có kết cấu khơng ngun (chế bị) giá trị cấp tải trọng ban đầu xác định sở độ chặt trạng thái mẫu - Cấp áp lực cuối để thí nghiệm mẫu có kết cấu nguyên phải lớn áp lực cơng trình áp lực tự nhiên độ sâu lấy mẫu 15% - Cấp áp lực cuối để thí nghiệm mẫu có kết cấu phá hoại phải lớn áp lực cơng trình khoảng 1÷ kG/cm2 - Các cấp áp lực trung gian trị số cấp áp lực sau thông thường lần cấp áp lực trước đó: + Đối với đất loại sét dẻo chảy chảy: 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0 kG/cm2 + Đối với đất sét, sét pha dẻo mềm dẻo cứng: 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 kG/cm2 + Đối với đất cứng nửa cứng: 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0 kG/cm2 - Mỗi mẫu thử số cấp áp lực khơng cấp - Mỗi cấp áp lực phải giữ đến ổn định quy ước lún chuyển sang cấp Trong thí nghiệm thơng thường biến dạng lún xem ổn định  0,01 mm thời gian  30 phút cát; cát pha; 12 sét pha sét có số dẻo A < 30 Đối với sét, sét pha có số dẻo A > 30 sét mềm yếu biến dạng coi ổn định,  0,01 mm 24 - Được phép dùng phương pháp nén nhanh trường hợp sau: + Đối với cơng trình khơng quan trọng, khơng địi hỏi phải xác định xác độ lún đồng ý quan thiết kế + Đối với đất có số dẻo A < 30 độ sệt B < 0,5 GVC TS Nguyễn Thanh Danh 21 Thí nghiệm Địa kỹ thuật - Khi nén nhanh, giữ cấp tải trọng ban đầu trung gian giờ, riêng cấp tải cuối, giữ ổn định đến 24 giờ; sau tiến hành hiệu chỉnh phương pháp thích hợp - Việc xác định tính nén lún đất tìm đặc trưng biến dạng đất như: hệ số nén lún, mơ đun biến dạng,…từ đánh giá khả nén lún đất 2.6.2 Thiết bị thí nghiệm - Bàn nén, hộp nén, hệ thống chất tải; - Đồ hồ đo biến dạng, dao vòng lấy mẫu; - Dao cắt đất, đồng hồ bấm giây, giấy thấm Hình 2.17 Bộ máy nén Hình 2.18 Hộp nén 2.6.3 Trình tự thí nghiệm - Lấy mẫu đất vào dao vòng - Lắp dao vòng vào hộp nén - Hộp nén đặt vào khung truyền lực điều chỉnh cho viên bi truyền lực vào tâm nén - Cắm chốt truyền biến dạng mẫu đất vào khung truyền lực qua lỗ ngang khung Lắp đồng hồ biến dạng để đầu trục đặt mũ chốt - Nếu cần bão hịa mẫu trước nén đổ nước vào hộp nén ngâm mẫu 24 giờ, thời gian bão hịa khơng đất nở - Trước tiến hành thử nên chỉnh kim đồng hồ đo biến dạng vị trí ban đầu số “0” GVC TS Nguyễn Thanh Danh 22 Thí nghiệm Địa kỹ thuật - Tăng tải trọng theo cấp cách thêm cân vào quang treo khung truyền lực theo dõi biến dạng lún mẫu đất đồng hồ đo biến dạng - Nếu cần xác định biến dạng phục hồi đất, tiến hành dỡ tải theo cấp cấp áp lực cuối cùng, lấy số đọc đồng hồ đo biến dạng 2.6.4 Tính tốn kết - Xác định hệ số rỗng ban đầu:  (1  0,01W ) 1 eo  h  (2.16) Trong đó: h: khối lượng thể tích hạt, g/cm3; : khối lượng thể tự nhiên, g/cm3; W: độ ẩm tự nhiên, % - Tính độ biến dạng mẫu đất (hi, mm): hi = ri – ro –  Mi (2.17) Trong đó: hi: độ lún mẫu đất cấp tải trọng thứ i, mm; ri: số đọc cấp tải trọng thứ i, mm; ro: số đọc ban đầu đồng hồ, mm; Mi: biến dạng máy cấp tải trọng thứ i, mm - Tính độ giảm hệ số rỗng cấp áp lực sau ổn định lún: ei  hi 1  eo  ho (2.18) Trong đó: ho: chiều cao ban đầu mẫu đất dao vòng, mm; eo: hệ số rỗng ban đầu đất - Hệ số rỗng ứng với cấp áp lực thứ i xét: ei = e o –  ei (2.19) - Vẽ đường cong nén lún e = f(p): GVC TS Nguyễn Thanh Danh 23 Thí nghiệm Địa kỹ thuật e 0,780 0,760 0,740 0,720 0,700 0,680 0,660 0,640 0,5 p (kG/cm2) Hình 2.19 Đường cong nén lún e = f(p) - Tính hệ số nén lún (ai-1,i, cm2/kG, m2/kN) 1,i  ei 1  ei pi  pi 1 (2.20) Trong đó: ei-1, ei: hệ số rỗng cấp áp lực thứ i-1 thứ i; pi-1, pi: áp lực cấp thứ i-1 thứ i, kG/cm2, kN/m2 - Tính mơ đun biến dạng (Ei-1,i, kG/cm2, kN/m2) Ei 1,i    ei 1 1,i (2.21) Trong đó: : hệ số phụ thuộc vào tính nở hơng đất: Cát:  = 0,76; Cát pha:  = 0,72; Sét pha:  = 0,57; Sét  = 0,43 GVC TS Nguyễn Thanh Danh 24 Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu trình tự thí nghiệm xác định tính nén lún điều kiện không nở hông đất Hãy viết cơng thức tính hệ số rỗng ei sau nén chặt mẫu đất cấp tải trọng thứ i Kết thí nghiệm mẫu đất có eo = 0,975 chiều cao ban đầu mẫu đất ho = 20 mm sau: Thời gian đọc nén p = kG/cm2 p = kG/cm2 p = kG/cm2 p = kG/cm2 Số đọc, 0,01 mm Số đọc, 0,01 mm Số đọc, 0,01 mm Số đọc, 0,01 mm phút 47 103 140 170 10 phút 64 87 130 161 186 24 189 Cho biết biến dạng máy Mi cho bảng sau: Tải trọng pi, kG/cm2 Số đọc, 0,01 mm 8,7 14,3 18,2 20,8 a) Hãy vẽ biểu đồ e = f(p) b) Tính hệ số nén lún, mơ đun biến dạng Ý nghĩa thí nghiệm nén lún không nở hông GVC TS Nguyễn Thanh Danh 25 Thí nghiệm Địa kỹ thuật 2.7 Xác định sức chống cắt đất (TCVN 4199: 2012) 2.7.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Phương pháp dùng để xác định sức chống cắt đất loại sét đất loại cát có kết cấu ngun chế bị phịng thí nghiệm máy cắt phẳng theo mặt phẳng định trước - Sức chống cắt  đất phản lực ngoại lực ứng với lúc đất bắt đầu bị phá hoại trượt lên theo mặt phẳng định - Thí nghiệm cắt phẳng dùng để xác định sức chống cắt  đất theo mặt phẳng định trước tác dụng ứng suất pháp tuyến , nhờ ta tìm lực dính c góc ma sát  - Quan hệ sức chống cắt  áp lực thẳng đứng  mặt phẳng cắt biểu diễn theo phương trình:  = tg + c (2.22) Trong đó: tg: hệ số góc ma sát trong; c: lực dính đơn vị đất, kG/cm2, kN/m2 - Để xác định giá trị tg c đất, cần phải tiến hành xác định  ứng với trị số khác áp lực nén thẳng đứng  - Giá trị áp lực nén thẳng đứng nhỏ phải áp lực tự nhiên, áp lực nén thẳng đứng lớn phải lớn tổng áp lực tự nhiên áp lực cơng trình truyền xuống - Các kết xác định  việc tính tốn tg c biểu diễn với độ xác số lẻ thập phân;  với độ xác đến 1o (một độ) 2.7.2 Thiết bị thí nghiệm Máy cắt phẳng ứng biến (lực cắt tăng liên tục theo tốc độ ổn định cho trước), hộp cắt, dao vòng cắt đất, vòng đo lực ngang (vòng ứng biến) đồng hồ bấm giây, bình ẩm đồng hồ đo biến dạng GVC TS Nguyễn Thanh Danh 26 Thí nghiệm Địa kỹ thuật Hình 2.20 Hộp cắt đất Hình 2.21 Máy cắt đất 2.7.3 Trình tự thí nghiệm - Lấy mẫu đất vào ÷ dao vịng tương tự thí nghiệm xác định khối lượng thể tích đất - Đặt đá thấm bão hịa nước vào đáy hộp cắt định vị chốt thành hộp cắt - Đặt giấy thấm làm ẩm ướt lên mặt mặt mẫu Dùng dụng cụ đẩy mẫu để đưa mẫu đất vào hộp cắt Tiếp theo đặt hộp cắt có mẫu đất lên rãnh có bi trượt thân máy - Lắp phận truyền lực thẳng đứng lên viên bi cho viên bi lọt vào chỗ lõm nằm dươi ngang Cho tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mẫu Sau rút hai chốt định vị thành máy để tiến hành gia tải lực pháp tuyến - Lắp đồng hồ đo biến dạng vòng đo lực ngang theo dõi số đọc sau vịng quay vơ lăng kể từ hộp cắt bắt đầu tiếp xúc vào vòng đo lực ngang Quay vơ lăng với tốc độ ÷ 12 giây vòng (khoảng vòng/phút) - Mặt cắt trùng với mặt tiếp giáp hai thớt hộp cắt Khi thấy kim đồng hồ đo biến dạng ngang quay dừng lại sau tụt lùi, ứng với thời điểm mẫu đất coi bị cắt Ghi lại giá trị lớn kim đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến - Ngừng thao tác thí nghiệm, tháo máy theo trình tự ngược lại lúc lắp đặt chuẩn bị, lau chùi chi tiết máy cắt - Tiến hành thí nghiệm mẫu đất cịn lại cấp tải trọng thẳng đứng định trước 2.7.4 Tính tốn kết - Trị số sức chống cắt tính theo cơng thức:  = Co R GVC TS Nguyễn Thanh Danh (2.23) 27 Thí nghiệm Địa kỹ thuật Trong đó: Co: hệ số để chuyển từ biến dạng sang đơn vị lực, kG/cm2/số đọc, kN/m2/số đọc; R: số đọc đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến (vịng đo lực ngang) - Các thơng số tg C tính sau: + Trường hợp số mẫu đất thí nghiệm ít, mẫu, góc ma sát  lực dính c xác định theo công thức:   tg  = a   1 (2.24)   = arctg(a) c = 1 – a.1 (2.25a) Hoặc: c = 2 – a.2 (2.25b) + Trường hợp số mẫu đất thí nghiệm n > 2, góc ma sát  lực dính C xác định theo cơng thức: n tg  i 1 n i 1 i 1   n      i  i 1  i1  n n c n n ( i i )   i   i n    i 1 i i 1 i i n n n    i   i i  i 1 i 1   n  i2     i  i 1  i 1  n (2.26) n (2.27) Trong đó: n: số mẫu đất thí nghiệm; i , i: giá trị riêng biệt sức chống cắt áp lực thẳng đứng; : góc ma sát đất; c: lực dính đất + Trường hợp số mẫu đất thí nghiệm n  6, trước xác định góc ma sát , lực dính c theo cơng thức (2.26), (2.27) phải tiến hành xử lý thống kê theo TCVN 9153: 2012 (Đất xây dựng – Phương pháp chỉnh lý kết thí nghiệm mẫu đất) để loại trừ sai số - Vẽ biểu đồ quan hệ  = f (): GVC TS Nguyễn Thanh Danh 28 Thí nghiệm Địa kỹ thuật  (kG/cm2) 1,5  = tg + C 1,0  0,5 c 1,0 1,5 2,5  (kG/cm2) Hình 2.22 Biểu đồ quan hệ  = f () GVC TS Nguyễn Thanh Danh 29 Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu trình tự thí nghiệm cắt phẳng đất Hãy viết phương trình sức chống cắt đất Kết thí nghiệm máy cắt phẳng mẫu đất loại đất sau: Mẫu đất Áp lực nén  (kN/m2) Số đọc biến dạng R ND1 50 29 ND2 100 41 ND3 150 45 Cho biết hệ số vòng ứng biến máy Co = 1,825 kN/m2/Số đọc a) Tính  c b) Vẽ biểu đồ sức chống cắt  = f() Ý nghĩa thí nghiệm cắt đất GVC TS Nguyễn Thanh Danh 30 Thí nghiệm Địa kỹ thuật Phần 2: KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI VÀ BIẾN DẠNG VỚI GIẢI PHÁP MÓNG ĐƠN GVC TS Nguyễn Thanh Danh 31 Mẫu ghi chép & tính tốn phịng thí nghiệm SVTH: ……………………………… Lớp: ………………………………… Nhóm: ……………………………… KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CẮT ĐẤT TRỰC TIẾP (Bài 1) BẢNG GHI THÍ NGHIỆM Mẫu đất M1 M2 M3 Ap lực nén, i (kG/cm ) 1 = 0,5 2 = 1,0 3 = 1,5 Số đọc vòng ứng biến, Ri R1 = R2 = R3 = TÍNH TỐN KẾT QUẢ Mẫu đất Ap lực nén, i (kG/cm2) Ứng suất cắt, i (kG/cm2) Ghi chú: M1 1 = 0,5 1 = i = CoRi M2 2 = 1,0 2 = Co: Hằng số vòng ứng biến (Co = 0,01825 kG/cm2/số đọc) M3 3 = 1,5 3 = Mẫu ghi chép & tính tốn phịng thí nghiệm SVTH: ……………………………… Lớp: ………………………………… Nhóm: ……………………………… KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN LÚN ĐẤT (Bài 2) Kết thí nghiệm mẫu đất …………………… có eo = ………… chiều cao ban đầu mẫu đất ho = 20mm BẢNG GHI THÍ NGHIỆM Thời P1 = 0,25 P2 = 0,5 P3 = 1,0 P4 = 2,0 P5 = 4,0 P6 = P7 = 2 2 2 gian (kG/cm ) (kG/cm ) (kG/cm ) (kG/cm ) (kG/cm ) (kG/cm ) (kG/cm2) đọc Số đọc Số đọc Số đọc Số đọc Số đọc Số đọc Số đọc nén 1’ 10’ 2h 24h Cho biết: Biến dạng máy Mi = Số đọc ban đầu đồng hồ đo biến dạng lún: ro = Một vạch chia (Số đọc) = 0,01mm TÍNH TỐN KẾT QUẢ Áp lực nén, P(kG/cm2) Giá trị tính tốn P1 = 0,25 P2 = 0,5 P3 = 1,0 P4 = 2,0 hi h1 = h2 = h3 = h4 = ei e1 = e2 = e3 = e4 = ei e1 = e2 = e3 = e4 = Ghi chú: hi = Số đọc 24hx0,01mm ei = hi(1 + eo)/ho ei = eo - ei P5 = 4,0 h5 = e5 = e5 = Phụ lục Thí nghiệm Địa kỹ thuật SỐ HIỆU ĐỀ BÀI KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI VÀ BIẾN DẠNG VỚI GIẢI PHÁP MĨNG ĐƠN Số Cơng hiệu trình đề 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 CT01 CT01 CT01 CT02 CT02 CT02 CT03 CT03 CT03 CT04 CT04 CT04 CT05 CT05 CT05 CT06 CT07 CT07 CT07 CT08 CT08 CT09 CT03 CT03 CT03 CT04 CT04 CT04 CT05 CT05 CT05 CT06 CT07 CT07 CT07 CT08 CT08 CT09 CT01 CT02 CT04 CT04 CT07 CT07 CT03 Hố khoan/ Lỗ khoan (HK/ LK) LK4 LK5 LK6 LK7 LK8 LK9 HK1 HK2 HK3 LK10 LK11 LK12 LK01 LK02 LK03 HK1 HK1 HK2 HK3 HK1 HK2 HK1 HK1 HK2 HK3 LK10 LK11 LK12 LK01 LK02 LK03 HK1 HK1 HK2 HK3 HK1 HK2 HK1 LK5 LK7 LK10 LK11 HK2 HK3 HK1 Móng đơn Chiều sâu, h (m) 3.5 2.0 3.0 2.0 2.5 3.5 2.0 2.0 2.0 1.8 1.8 2.0 2.0 3.5 3.0 3.0 2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 2.5 2.5 2.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.5 3.0 3.0 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3.0 2.5 2.5 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 Chiều Chiều rộng, dài, b l (m) (m) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.8 1.6 1.8 1.6 1.8 1.4 1.6 1.4 1.6 1.4 1.6 1.8 1.8 1.8 1.8 1.6 1.6 1.4 1.6 1.4 1.6 1.4 1.6 1.4 1.6 1.4 1.6 1.4 1.8 1.4 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.4 1.6 1.6 1.6 1.8 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 Qui mơ cơng trình Số tầng, n 5 5 5 4 4 4 5 4 5 5 4 5 5 5 5 5 4 5 5 Chiều cao, Chiều dài, H (m) 16 16 16 16 16 16 12.8 12.8 12.8 12.8 12.8 12.8 12.8 16 16 16 12.8 12.8 12.8 16 16 16 12.8 16 16 12.8 12.8 16 16 16 16 16 16 16 12.8 16 16 16 12.8 12.8 16 16 16 16 16 L (m) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Địa điểm Công ty khảo sát Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM Phú Yên Phú Yên Phú Yên Phú Yên Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo FlatGeo Ghi chú: Số hiệu đề tương ứng với số thứ tự (STT) sinh viên danh sách dự thi kết thúc học phần GVC TS Nguyễn Thanh Danh ... Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định thành phần hạt đất Nêu trình tự thí nghiệm xác định thành phần hạt Nêu kích thước cỡ rây dùng thí nghiệm. .. 14 Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên đất Nêu trình tự thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên đất Nhiệt độ sử dụng để sấy đất thí nghiệm. .. Danh 19 Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm giới hạn chảy Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm giới hạn dẻo Nêu trình tự thí nghiệm