Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng của lực hút dính đến cường độ kháng cắt đất không bão hòa trong mái dốc công trình thủy lợi giới thiệu một thiết bị xác định lực hút dính của của đất không bão hòa trong một số mái dốc công trình thủy lợi như đê, đập và đánh giá ảnh hưởng của lực hút dính đến cường độ kháng cắt của đất.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC HÚT DÍNH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT ĐẤT KHƠNG BÃO HỊA TRONG MÁI DỐC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Phạm Huy Dũng Trường Đại học Thủy lợi, email: phamhuydung0403@tlu.edu.vn Mục tiêu báo giới thiệu thiết bị xác định lực hút dính của đất Sự làm việc của đất cơng trình thủy lợi đê, đập thường phức tạp khơng bão hịa số mái dốc công liên quan đến trạng thái bão hịa trình thủy lợi đê, đập đánh giá ảnh khơng bão hịa Đối với vùng đất nằm hưởng lực hút dính đến cường độ kháng đường bão hịa coi bão hịa cắt đất hồn tồn việc áp dụng lý thuyết PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU học đất bão hịa hồn tồn phù hợp Tuy nhiên vùng đất nằm phía đường 2.1 Thiết bị thí nghiệm bão hịa tồn ba pha gồm pha rắn, Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng pha lỏng pha khí Khi xuất chênh lệch áp lực khí lỗ rỗng ua áp căng kế để đo trực tiếp lực hút dính mơi lực nước lỗ rỗng uw , gọi lực hút dính trường đất Thiết bị chế tạo (ua-uw ) Lực hút dính thơng số quan Cơng ty Soilmoisture Equipment Corp Các trọng đất khơng bão hịa, ảnh hưởng lớn phận căng kế bao gồm cốc đến tính kháng cắt, thấm biến dạng nên gốm nối tới áp kế ống dẫn Trên việc xác định xác lực hút dính có vai nắp đậy có nút bịt dạng pit-tơng có trị quan trọng Theo Fredlund tác dụng kín nước hút khí (hình 1) nnk 1 phương trình cường độ chống cắt dành cho đất khơng bão hịa có dạng: ff = c+( f – ua)f tan+(u a – uw )f tanb (1) đó: ff: ứng suất cắt mặt trượt trạng thái phá hoại, c: giao điểm đường bao phá hoại Mohr-Coulomb “kéo dài” với trục ứng suất cắt ứng suất pháp thực lực hút dính khơng, ( f – ua)f: ứng suất pháp thực trạng thái phá hoại, (ua – uw )f: lực hút dính trạng thái phá hoại, : góc ma sát ứng với ứng suất pháp thực ( f – ua), Hình Thiết bị căng kế b : góc má sát biểu kiến biểu thị lượng Công ty Soilmoisture Equipment Corp tăng ứng suất cắt theo lực hút dính GIỚI THIỆU CHUNG 127 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 2.2 Nguyên lý đo căng kế 2.4 Vị trí thí nghiệm Căng kế loại thiết bị để đo lực hút nước gây hạt đất Cốc gốm có tác dụng cho phép nước qua không cho khí qua Khi đặt cốc gốm mơi trường đất, nước ống dẫn vào qua cốc gốm tùy theo lực hút đất Áp suất ống dẫn phải cân với lực hút đất hiển thị bới áp kế Trong thực tế, giá trị giới hạn đo căng kế 90kPa tượng sinh bọt khí nước căng kế 1 Đối với tốn địa kỹ thuật áp lực nước lỗ rỗng âm có trị số lực hút dính áp lực khí lỗ rỗng áp lực khí (ua= áp lực kế không) Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành đo đạc 10 vị trí mái dốc đê, đập tỉnh Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bắc Giang, Bắc Ninh Hưng Yên Ở tất vị trí, điểm đo độ sâu 45 cm so với bề mặt mái dốc 2.3 Trình tự thí nghiệm Các bước thí nghiệm xác định lực hút dính đất khơng bão hịa mái dốc cơng trình thủy lợi thực theo trình tự sau 2: - Làm bão hịa cốc gốm cách ngâm nước từ 3-5 Hình Hình ảnh đo đạc lực hút dính - Kết nối phân căng kế bao gồm đập Khau Phiều cốc gốm, ống dẫn, áp kế nắp đậy - Sử dụng bình bơm nước có gắn dây dẫn KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU nhỏ để bơm nước vào ống dẫn ngược từ Kết thí nghiệm xác định lực hút dính lên Nếu cịn xuất bọt khí ống dẫn ép pit-tông nắp đậy nhiều lần mái dốc tổng hợp bảng sau: để làm thoát khí ngồi - Sử dụng búa vào sắt có đường kính Bảng Kết đo lực hút dính d = 22 mm đóng vào mái dốc đên độ sâu dự số mái dốc cơng trình thủy lợi kiến lắp đặt căng kế Lực hút - Đưa căng kế vào lỗ hổng vừa tạo STT Cơng trình Vị trí dính (kPa) dùng đất sét dẻo lấp kín kẽ hổng căng kế đất Đập Ba Son Lạng Sơn 47÷53 - Đọc số áp kế sau khoảng thời gian Đập Bản Cưởm Lạng Sơn 35÷41 khoảng để chờ lực hút ổn định Hình Lắp đặt căng kế vào mái dốc 128 Đập Khau Phiều Lạng Sơn 37÷43 Đập Khe Đặng Bắc Giang 42÷48 Đập Khe Chão Bắc Giang 51÷55 Đập Bầu Lầy Bắc Giang 35÷37 Đập Chúc Bài Sơn Quảng Ninh Đập Rộc Cùng Quảng Ninh 39÷44 28÷33 Đê tả Hồng Hưng Yên 31÷35 10 Đê Hữu Đuống Bắc Ninh 34÷37 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Như kết đo đạc cho thấy tồn lực hút dính mái dốc đất khơng bão hịa Tại thời điểm đo, giá trị lực hút dính mái dốc số cơng trình thủy lợi thay đổi từ 30÷50kPa Có thể thấy lực hút dính thực tế mái dốc nhỏ nhiều so với tính tốn lý thuyết 3 Theo lý thuyết lực hút dính lớp đất tăng dần tuyến tính kể từ mực nước ngầm trở lên 3 Mặc dù không hoàn toàn tuân theo lý thuyết tồn lực hút dính làm tăng đáng kể sức kháng cắt đất khơng bão hịa Theo nhiều kết nghiên cứu, góc má sát biểu kiến b không số mà biến đổi tùy theo giá trị lực hút dính 1 Nói chung, góc b có xu hướng giảm dần từ góc lực hút dính vượt 50kPa Để làm rõ mức độ gia tăng cường độ chống cắt lực hút dính, tác giả tiến hành thí nghiệm trục cho số mẫu đất nhằm xác định tham số cường độ kháng cắt, giá trị tổng hợp bảng 2: Bảng Kết thí nghiệm trục xác định tham số kháng cắt Góc ma sát Lực dính (độ) c (kPa) STT Cơng trình Đập Ba Son 23,6 17,3 Đập Bản Cưởm 26,3 15,8 Từ giá trị xác định bảng 2, sử dụng phương trình cường độ chống cắt đất khơng bão hịa (1) với góc b = ta thiết lập mối quan hệ cường độ chống cắt ff ứng suất pháp f sau: Hình Quan hệ ff f đập Bản Cưởm Ba Son Đường quan hệ giữa cường độ chống cắt ff ứng suất pháp f hình cho thấy hiệu của lực hút dính cường độ chống cắt Mặc dù đất đắp đập Ba Son có góc ma sát nhỏ hiệu tăng cường độ chống cắt lại lớn so với đất đắp đập Bản Cưởm Khi giá trị ứng suất 50 kPa cường độ chống cắt theo mơ hình đất khơng bão hịa đập Ba Son Bản Cưởm tăng 58% 46% so với trường hợp mơ hình đất bão hịa Mức độ tăng cường độ kháng cắt giảm dần giá trị ứng suất pháp tăng dần Như vậy, đập vừa nhỏ mái dốc có kích thước khơng lớn ảnh hưởng lực hút dính đáng kể KẾT LUẬN - Đối với đất không bão hịa lực hút dính thơng số quan trọng ảnh hưởng lớn đến tính kháng cắt nên việc xác định xác lực hút dính có vai trò quan trọng - Nghiên cứu giới thiệu thiết bị đo đạc trực tiếp lực hút dính hướng dẫn chi tiết sử dụng thiết bị cách thuận tiện không thực phịng thí nghiệm mà cịn sử dụng trường - Kết nghiên cứu cho thấy tồn lực hút dính mái dốc đất khơng bão hòa đê, đập… - Nghiên cứu gia tăng cường độ kháng cắt đất khơng bão hịa tác dụng trực tiếp lực hút dính TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Fredlund, D.G., Rahardjo, H and Fredlund, D.M (2012), Unsaturated soil mechanics in engineering practice, ISBN 978-1-11813359-0, John Wiley&Sons 2 Soilmoisture Equipment Corp (2011), Operating instructions for 2710ARL Tensometer and 2725ARL Jet Fill Tensometer 3 Nguyễn Thị Ngọc Hương, (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ chống cắt đất khơng bão hịa đến trạng thái ổn định đập đất, Luận án TSKT, Trường Đại học Thủy lợi 129 ... cho thấy tồn lực hút dính mái dốc đất khơng bão hòa Tại thời điểm đo, giá trị lực hút dính mái dốc số cơng trình thủy lợi thay đổi từ 30÷50kPa Có thể thấy lực hút dính thực tế mái dốc nhỏ nhiều... thuận tiện không thực phịng thí nghiệm mà cịn sử dụng trường - Kết nghiên cứu cho thấy tồn lực hút dính mái dốc đất khơng bão hịa đê, đập… - Nghiên cứu gia tăng cường độ kháng cắt đất khơng bão hịa... khơng bão hịa lực hút dính thông số quan trọng ảnh hưởng lớn đến tính kháng cắt nên việc xác định xác lực hút dính có vai trị quan trọng - Nghiên cứu giới thiệu thiết bị đo đạc trực tiếp lực hút dính