ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94) 2015 35 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI CẤP ÁP LỰC BAN ĐẦU TRONG THÍ NGHIỆM NÉN OEDOMETER ĐỐI VỚI ĐẤT DÍNH DẺO MỀM RESE[.]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 35 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI CẤP ÁP LỰC BAN ĐẦU TRONG THÍ NGHIỆM NÉN OEDOMETER ĐỐI VỚI ĐẤT DÍNH DẺO MỀM RESEARCHING THE EFFECTS OF CHANGING THE INITIAL PRESSURE IN THE OEDOMETER COMPRESSION TEST WITH SOFT PLASTIC SOIL Nguyễn Thị Phương Khuê1, Nguyễn Thu Hà2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; nguyenthiphuongkhue@gmail.com Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; thuhabkdn@gmail.com Tóm tắt - Thí nghiệm nén Oedometer có từ lâu đời sử dụng rộng rãi, kết thí nghiệm phục vụ tính tốn độ lún đất thơng qua thông số số nén lún Cc, hệ số cố kết Cv, áp lực tiền cố kết Pc Bài báo phân tích so sánh kết từ thí nghiệm nén Oedometer thay đổi cấp áp lực ban đầu Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm dựa tiêu chuẩn D2435-96 TCVN4200:2012 cho 02 mẫu đất dính dẻo mềm với cấp áp lực ban đầu thay đổi 0,125; 0,25; 0,5kG/cm2 cấp áp lực cuối 8kG/cm2 Kết thí nghiệm cho thấy việc lựa chọn cấp áp lực ban đầu quan trọng có ảnh hưởng đến kết thí nghiệm Nhóm tác giả kiến nghị thí nghiệm xác định tiêu lý khoảng cách đất cần thực tỉ mỉ, đánh giá trạng thái đất từ lựa chọn cấp áp lực ban đầu thí nghiệm nén Oedometer chuẩn xác Abstract - Oedometer compression tests has been widely used for a long time; their results serve as bases for calculating ground subsidence via such parameters as compression index Cc, coefficient of consolidation Cv, pre-consolidation pressure Pc This paper analyzes and compares the results of an Oedometer compression test with a change in the initial pressure level The authors carried out the test based on the criteria D2435-96 and TCVN4200: 2012 for 02 soft soil samples with the initial pressure varying levels are 0,125; 0,25; 0,5kG/cm2 and the final pressure is 8kG/cm2 The experimental results show that the selection of the initial pressure level plays an important role and exerts influence on the experimental results The authors propose that the test for determining the mechanical and physical properties of soil should be thoroughly conducted to properly evaluate the soil state in order to make a more accurate choice for the the initial pressure level in the oedometer compression test Từ khóa - thí nghiệm nén Oedometer; áp lực tiền cố kết; số nén lún; hệ số cố kết; đất dính dẻo mềm Key words - Oedometer compression test; pre-consolidation pressure; compression index; coefficient of consolidation; soft soil Đặt vấn đề Khi kinh tế xã hội phát triển xuất ngày nhiều cơng trình đại, sở hạ tầng quy mô lớn, khu đô thị thương mại cao cấp… Đối với cơng trình có tải trọng lớn cần sử dụng nhiều biện pháp xử lý nền, lựa chọn móng để thi cơng cơng trình xây dựng Khảo sát địa chất khu đất dự kiến xây dựng, thí nghiệm kiểm tra tiêu lý đất đá, chọn phương án móng, vị trí đặt móng, xử lý nền, tư vấn thiết kế,… tất nhằm mục đích đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho cơng trình Qua cho thấy, thí nghiệm phòng xác định tiêu lý đất phục vụ cho việc tính tốn độ lún, thời gian lún khơng phần quan trọng Trong có thí nghiệm nén Oedometer xác định thơng số cần thiết tính tốn độ lún đất số nén lún Cc, hệ số cố kết Cv, áp lực tiền cố kết Pc, … Để thí nghiệm mẫu nén Oedometer hoàn chỉnh, cần 58 ngày để chất tải tương ứng với 5-8 cấp áp lực ngày để dỡ tải Vấn đề đặt thí nghiệm với cấp áp lực ban đầu khác ảnh hưởng đến kết thí nghiệm nào? Và với loại đất trạng thái khác ảnh hưởng cụ thể sao? Việc so sánh kết thí nghiệm nén Oedometer thay đổi cấp áp lực ban đầu cần thiết, từ đưa cách lựa chọn cấp áp lực ban đầu phù hợp thí nghiệm Cấp áp lực thí nghiệm qui định cụ thể đất sét trạng thái dẻo nhão, nhão 10, 25, 50, 100 200kPa; sét, sét pha trạng thái dẻo mềm dẻo cứng 25, 50, 100, 200 400 kPa; đất nửa cứng cứng 50, 100, 200, 400 800 kPa Số lượng cấp áp lực không nhỏ cho mẫu nén [5] Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm nhằm làm sáng tỏ việc qui định cấp áp lực ban đầu thí nghiệm nén Oedometer cần thiết Qua kết thí nghiệm 02 mẫu đất để thấy có ảnh hưởng định thay đổi áp lực ban đầu thí nghiệm nén Oedometer, từ cần thực thao tác xác định số dẻo, độ sệt, độ ẩm đất cách cẩn thận tỉ mỉ để đánh giá trạng thái đất xác Cho đến nay, có nhiều phương pháp xác định áp lực tiền cố kết như: Casagrande, Taylor, Schmertmann, Janbu, Butterfield, Tavenas, Burmister, Old, Van Zelst, Senol, Sridharan,… [6], [7] Trong giới hạn nội dung báo, nhóm tác giả đề cập xác định áp lực tiền cố kết phương pháp Casagrande Phương pháp xác định áp lực tiền cố kết Pc, hệ số cố kết Cv đại lượng khác 2.1 Phương pháp xác định áp lực tiền cố kết Pc Một mẫu đất độ sâu chịu áp lực lịch sử chịu nén trước xây dựng Lý đất bị nén ép áp lực lớn chuyển động địa chất, bị cố kết bề dày đất lớn nhiều lần so với chiều sâu tại, lại bị bào mòn Như vậy, áp lực tiền cố kết Pc áp lực tối đa mà lớp đất bị cố kết trình lịch sử hình thành [1] Xác định áp lực tiền cố kết Pc - Chọn điểm P điểm có độ cong lớn (bán kính nhỏ nhất) đường cong cố kết; - Từ P vẽ đường nằm ngang PQ đường tiếp tuyến PT với đường cong cố kết; Nguyễn Thị Phương Khuê, Nguyễn Thu Hà 36 - Từ P vẽ phân giác PR cho QPR = TPR; - Kéo dài tiếp tuyến CB cắt PR giao điểm, áp lực tiền cố kết Pc A pc Q P 0.5 R B T 0.000 d 0,t0 0.45 0.010 0.020 Cc Biến dạng, mm Hệ số rỗng, e 0.55 với đoạn cuối đường cong cố kết + Xác định d0, t0: Chọn t1 t2=4t1 Khoảng cách đường thẳng nằm ngang qua t1,t2 x Vẽ đường thẳng nằm ngang cách điểm đọc đường cong cố kết đoạn x d +d + Xác định d50, t50: d50 = 100 Từ d50 suy t50 đồ thị cách kéo theo trục hoành 0.4 Cs C 0.35 0.1 10 100 Phương phá p củ a Casagrande đểxá c định ứ ng suất tiền cốkết d50,t50 0.030 0.040 0.050 0.060 Log( p ) d 100,t100 0.070 Hình Cách xác định áp lực tiền cố kết Pc 0.1 2.2 Phương pháp xác định hệ số cố kết Cv Từ phương trình vi phân cố kết thấm đất sét bão hòa nước điều kiện toán chiều [3]: pw K (1 + etb ) pw pw = z = Cv t 0a z z Trong đó: Cv - hệ số cố kết Kz - hệ số thấm theo trục z, etb - hệ số rỗng trung bình γ0 - trọng lượng riêng nước Hệ số thời gian Tv xác định sau [3]: C t Tv = v H (2) Uz(%) 10 20 30 40 50 60 Tv 0,008 0,031 0,071 0,126 0,197 0,287 Uz(%) 70 80 90 95 100 Tv H 502 t50 1000 10000 Hình Cách xác định thời gian cố kết t50 1.2 1.0 Cc 0.8 Cs 0.6 0.1 Á p lực né ù n, logP (kG/cm2) - Load, logP (kG/cm2) 10 Hình Mơ tả xác định hệ số Cc, Cs Tv 0,403 0,567 0,848 1,163 ∞ Với phương pháp Casagrande hay gọi phương pháp log(t) xác định hệ số cố kết Cv tương ứng với độ cố kết 50% Từ (2) Bảng 1, ta có hệ số cố kết Cv xác định dựa quan hệ sau: Cv [cm2 / s] = 100 2.3 Các đại lượng khác 2.3.1 Chỉ số nén Cc số dỡ tải Cs [3] 0.01 Bảng Độ cố kết Uz hệ số thời gian Tv [3] 10 Thời gian, phút ng, e - Void ration, e Hệsốrỗ (1) (3) Trong đó: Tv - hệ số thời gian ứng với cố kết 50%, Tv = 0,197; H - chiều dài đường thấm ứng với cố kết 50%, cm; t50 - thời gian cần thiết để đạt đến độ cố kết 50%, phút, cách xác định Hình + Xác định d100, t100: Giao điểm tiếp tuyến Dựa Hình thấy rõ Cc phần đường cong nén, Cs phần đường cong dỡ tải xác định sau: e −e Cc = i p log i (4) p0 e −e Cs = i i ' p log i ' (5) pi Trong đó: e0 – hệ số rỗng ứng với áp lực nén p0 (trị số p0 áp lực thân đất vị trí lấy mẫu đất); ei – hệ số rỗng ứng với áp lực nén pi (trị số pi áp lực mẫu đất bị nén tới cấp i); ei’ – hệ số rỗng ứng với áp lực dỡ tải pi’ (trị số pi’ áp lực mẫu đất bị dỡ tải tới cấp i’) 2.3.2 Hệ số nén lún av, hệ số biến đổi thể tích mv hệ số thấm cố kết kv [3, 5] −e (6) av [cm2 / kG] = p ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 av + e0 C a kv [cm / s ] = v n v + etb mv [cm2 / kG ] = 37 Bảng Kết thí nghiệm tiêu lý 02 mẫu (7) (8) 2.3.3 Hệ số tương quan R Gọi (x1, y1), (x2, y2), , (xn, yn) n cặp quan sát mẫu ngẫu nhiên hai biến ngẫu nhiên X & Y Hệ số tương quan mẫu tính từ mẫu n cặp giá trị quan sát hai biến X Y thể công thức sau: Khối Giới hạn Độ Giới lượng thể chảy (pp Phân loại theo hạn Kí hiệu ẩm tự tích tự chùy TCVN mẫu nhiên dẻo nhiên Vaxiliep) 9362:2012 W% WP % (kN/m3) WL % M01 34,4 17,93 39,4 24,0 Á sét, dẻo mềm M02 35,3 18,30 40,0 23,1 Á sét, dẻo mềm Đồng thời tiến hành gia cơng lắp mẫu thí nghiệm vào thiết bị nén Oedometer n xi yi − nx y i =1 R= n 2 (9) xi − nx yi − n y i = i = Hệ số tương quan R khơng có đơn vị, biến động khoảng (-1,1) Nếu R dương X,Y biến động chiều R âm ngược lại Nếu R=1 mối liên hệ biến hồn tồn chặt chẽ R=0 biến khơng có mối liên hệ n Kết thí nghiệm 3.1 Thiết bị thí nghiệm Hiện phịng thí nghiệm địa chất Việt Nam sử dụng nhiều loại máy nén có hộp cố kết khác như: hộp cố kết Nhật Bản, hộp cố kết Trung Quốc Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm mẫu ba máy nén cố kết trục tiêu chuẩn D2435-VJ-Anh Thiết bị hãng VJ Tech (VJT0650) có hộp cố kết kín khơng bị ảnh hưởng tác động bên ngồi, dao vịng làm thép khơng rỉ có d=50mm, h=20mm Hình Gia cơng cho mẫu vào hộp nén 3.3 Kết thí nghiệm nén Oedometer Để xác định áp lực tiền cố kết Pc đường cong elogp phải có điểm tương ứng cấp áp lực, đến cấp áp lực nhỏ giá trị Pc đến cấp áp lực lớn giá trị Pc Nhóm tác giả tham khảo hồ sơ địa chất, loại đất sét pha dẻo mềm có giá trị áp lực tiền cố kết Pc tham khảo thông thường khoảng 0,4 đến 1,0 kG/cm2 cao Vì vậy, nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm đồng thời cho mẫu đất với cấp áp lực ban đầu thay đổi sau: 0,125kG/cm2; 0,25kG/cm2; 0,5 kG/cm2 áp lực cuối mẫu 8kG/cm2 Bảng Bảng cấp áp lực cho mẫu thí nghiệm Kí hiệu mẫu Các cấp áp lực cho mẫu thí nghiệm (kG/cm2) M01_0.125 & M02_0.125 Chất tải: 0,125-0,25-0,5-1-2-4-8 Dỡ tải: 4-2-1-0,5-0,25-0,125 M01_0.25 & M02_0.25 Chất tải: 0,25-0,5-1-2-4-8 Dỡ tải: 4-2-1-0,5-0,25 M01_0.5 & M02_0.5 Chất tải: 0,5-1-2-4-8 Dỡ tải: 4-2-1-0,5 Hình Bộ ba máy nén Oedometer 3.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Nhóm tác giả tiến hành xác định tiêu lý thông thường 02 mẫu đất khu vực đường Ơng Ích Khiêm, thành phố Đà Nẵng thu kết sau: Chất tải 0.5 hiệu mẫu >150 Sỏi sạn Cát Bụi Sét 150- 10- 5- 2- 1- 0,5- 0,25- 0,08- 0,06- 0,01