HƯỚNG dẫn THÍ NGHIỆM cơ học đất

TR ỜNG ĐẠI H C VINH KHOA XÂY D NG H ỚNG DẪN THÍ NGHI M C H C Đ T σgười biên soạn: Ths Nguyễn Văn Quang Vinh, 2014 BÀI XÁC Đ NH ĐỘ ẨM T NHIÊN C A Đ T 1.1 M c đích thí nghi m Xác định độ ẩm tự nhiên đất, biểu thị tỷ số % khối lượng nước thoát khỏi mẫu đất sấy khô nhiệt độ 105  110oc khối lượng hạt đất mẫu đất đem sấy Giá trị độ ẩm W thể lượng nước chứa đất, giúp cho việc đánh giá trạng thái đất, tiêu (trực tiếp) để tính tiêu tính tốn (gián tiếp) khác: độ bão hoà G, độ sệt B, hệ số rỗng e Độ hút ẩm Wn lượng nước chứa đất trạng thái khơ gió biểu thị % Các khối lượng xác định cân kỹ thuật lấy xác đến 0,01 g Mẫu đất xem sấy khô đến khối lượng không đổi chênh lệch lần cân sau ≤0,02g Đối với mẫu đất có chứa thạch cao có lượng hữu > 5% so với khối lượng đất khơ sấy nhiệt độ 80o±2oC Hàm lượng hữu xác định phương pháp tổn thất nung 600oc Mỗi mẫu đất cần tiến hành nhiều lần thử song song, đất than bùn tiến hành nhiều lần thử song song lấy giá trị trung bình cộng 1.2 Thi t b thí nghi m - Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ đến 300oc - Cân kỹ thuật độ xác đến 0,01g - Hộp nhơm - Bình hút ẩm có canxiclorua - Sàng có lỗ d =1mm, cối sứ, chày sứ đầu bọc cao su, khay phơi đất… 1.3 Trình t thí nghi m - Xác định khối lượng hộp nhôm sấy khô (m0) cân kỹ thuật ghi số hiệu hộp - Dùng dao cắt lượng đất (40  80g) trạng thái tự nhiên cho vào hộp nhôm, đậy nắp lại, dùng cân kỹ thuật xác định khối lượng đất hộp nhôm m1 - Đưa hộp nhơm có đất mở nắp vào tủ sấy Sấy mẫu đất nhiệt độ to = 105  110o thời gian sau: + Sấy khô lần đầu: 3h - đất cát, cát pha, 5h - đất sét, sét pha, 8h - đất chứa thạch cao đất chứa hữu (Qhc>5%) + Sấy lại thời gian 1h đất cát cát pha; 2h với loại đất khác Đất chứa hàm lượng hữu Qhc > 5% phải sấy khơ nhiệt độ t0 = 800  20C liên tục khoảng 12h (đất mềm dính) 8h (đất rời xốp) - Sau lấy mẫu đất để nguội bình hút ẩm có CaCl 45’ – 60’ xác định khối lượng cân kỹ thuật: hộp đất sấy m2 1.4 Xử lỦ k t qu Kết thí nghiệm ghi theo bảng 2.1 độ ẩm đất tính theo cơng thức: W m1  m 100% m2  m0 Trong đó: m0 - Khối lượng khối lượng hộp nhơm có nắp (g); m1 - Khối lượng hộp nhơm có nắp đất chưa sấy (g); m2 - Khối lượng hộp nhôm có nắp đất sấy (g) Mỗi mẫu đất phải thí nghiệm song song hộp nhơm tính xác đến 0,1% Biểu ghi k t qu xác đ nh khối l ợng riêng Số Số hiệu hiệu hộp mẫu nhôm đất σ N0 Khối lượng Khối lượng hộp nhôm hộp nhôm nắp đất nắp m0 chưa sấy m1 (g) (g) Khối lượng hộp Độ nhôm nắp đất sấy m2 (g) W% trị ẩm Giá đất trung bình Wtb % BÀI THệ NGHI M NÉN Đ T KHỌNG NỞ NGANG (ỌĐỌMÉT) 2.1 M c đích vƠ s đồ thí nghi m 2.1.1 Mục đích thí nghiệm Phương pháp dùng để xác định đặc trưng tính nén lún (trong điều kiện không nở hông) đất loại cát đất loại sét có kết cấu nguyên bị phá hoại, độ ẩm tự nhiên bão hòa nước, phịng thí nghiệm Tính nén lún đất khả giảm thể tích tác dụng tải trọng ngồi Việc xác định tính nén lún bao gồm: tìm hệ số nén a, hệ số nén lún tương đối ao (hệ số cố kết Cv), môđun tổng biến dạng Eo 2.1.2 Sơ đồ thí nghiệm P MÉu ®Êt Dao vòng Đá thấm d-ới mẫu đất Nắp truyền tải trọng nén Đồng hồ đo lón Hép nÐn Bµn nÐn 2.1.3 Thiết bị thí nghiệm Máy nén Ơđơmét: Các thiết bị thí nghiệm khác - Thước kẹp: - Dao gọt đất: - Cân điện tử - Tủ sấy - Hộp nhơm 2.2 Trình t thí nghi m 2.2.1 Ngun tắc thí nghiệm Mẫu đặt hộp cứng (khi thí nghiệm mẫu có chuyển vị, biến dạng thẳng đứng, khơng có chuyển vị ngang) Tải trọng tác dụng lên mẫu theo cấp phải đảm bảo thẳng đứng Tải trọng thẳng đứng Pi tạo áp lực nén đất Ńi: i  Pi A A: diện tích mẫu Áp lực nén tạo độ lún S cho mẫu, độ lún S thay đổi theo thời gian Với thời gian t đủ lớn độ lún mẫu dần tới giá trị ổn định gọi S∞ (hoặc Si) Mỗi cấp áp lực tác dụng lên mẫu trì đạt ổn định biến dạng nén (ổn định lún) tăng cấp tải Trong thí nghiệm thơng thường biến dạng nén mẫu xem ổn định độ lún mẫu không vượt 0,01mm (≤ 0,01 mm) khoảng thời gian khơng đất dính, đất rời Trị số cấp áp lực nén Ńi thí nghiệm xác định theo tính chất đất yêu cầu thực tế cơng trình trường hợp cụ thể Thơng thường, cấp sau lớn gấp lần cấp trước Số lượng cấp áp lực không nhỏ cho mẫu nén 2.2.2 Trình tự thí nghiệm - Bước 1: Dùng thước kẹp đo xác định đường kính chiều cao dao vòng Cân dao vòng xác định trọng lượng m d - Bước 2: Lấy mẫu đất vào dao vịng, cân dao vịng có mẫu xác định trọng lượng m1 - Bước 3: Đưa mẫu vào hộp nén, đưa hộp nén lên máy nén - Bước 4: Gắn đồng hồ đo vào vị trí (tì chân đồng hồ lên chốt nắp truyền lực) Đưa giá trị đồng hồ đo chuyển vị đứng giá trị ban đầu 0.00 - Tiến hành gia tải nén theo dõi biến dạng mẫu Tăng tải trọng nén theo cấp, cấp tải theo dõi biến dạng nén đồng hồ đo biến dạng đạt ổn định lún qui ước tăng cấp tải Lưu ý: Tại phịng thí nghiệm, sinh viên thí nghiệm với mẫu đất trị số áp lực nén khác nhau, cấp thí nghiệm khoảng thời gian 10 phút (ghi số liệu đồng hồ đo lún thời điểm: giây, 10 giây, 15 giây, 30 giây, phút, phút, 10 phút) tăng cấp tải - Bước 5: Sau đạt ổn định lún cấp cuối dỡ tải lấy dao vịng có mẫu đất khỏi hộp nén - Bước 6: Lấy mẫu để xác định độ ẩm tỷ trọng đất 2.3 K t qu thí nghi m 2.3.1 Xử lý kết - Hệ số rỗng ban đầu trước thí nghiệm tính theo công thức: eo  . n (1  W) 1  Trong đó: Δ: tỷ trọng đất W: độ ẩm mẫu đất γn: trọng lượng riêng nước (lấy 1T/m3) - Các hệ rỗng ei ứng với cấp tải trọng Ńi xác định biểu thức: e i  e o  1  e o  Si h Trong đó: Si: độ lún cuối tác dụng áp lực Ńi h: độ cao ban đầu mẫu đất 2.3.2 Vẽ đường cong nén lún Mỗi cặp (ei, Ńi) tương ứng điểm biểu đồ Đánh dấu điểm biểu đồ, sau ta vẽ đường cong logarit trơn gần điểm 2.3.3 Xác định hệ số nén lún a, hệ số nén lún tương đối ao, mô đun biến dạng Eo - Hệ số nén lún khoảng áp lực n đến n+1 a ( n n1 )  en  en 1 n 1  n Trong đó: en+1: hệ số rỗng cấp tải trọng thứ n+1; en: hệ số rỗng cấp tải trọng thứ n; n+1: áp lực nén thẳng đứng cấp thứ n+1; n: áp lực nén thẳng đứng cấp thứ n; - Hệ số nén lún tương đối khoảng áp lực n đến n+1 a o( n n1 )  a ( n n1 )  en - Mô đun biến dạng khoảng áp lực n đến n+1 Eo(n n1 )  (1  2o2  )   o a o(n n1 ) a o(n n1 ) Trong đó: μo: hệ số nở hơng (hệ số Poisson) BÀI THÍ NGHI M CẮT Đ T TR C TI P 3.1 M c đích vƠ s đồ thí nghi m 3.1.1 Mục đích thí nghiệm Xác định đặc trưng chống cắt đất: góc ma sát Ņ, lực dính c Sức chống cắt đất phản lực đất ngoại lực ứng với lúc đất bắt đầu bị phá hoại trượt lên theo mặt phẳng định (gọi mặt trượt) Phạm vi áp dụng: υhương pháp dùng để thí nghiệm xác định sức chống cắt đất loại sét đất loại cát có kết cấu ngun trạng chế bị phịng thí nghiệm máy cắt có mặt cắt định trước (cịn gọi thí nghiệm hộp cắt) υhương pháp không áp dụng cho đất cát thô, đất sỏi sạn, đất loại sét trạng thái chảy bị biến dạng chảy tác dụng áp lực thẳng đứng Ń ≤ (kG/cm2) 3.1.2 Sơ đồ thí nghiệm P (1) MÉu ®Êt Đá thấm Nửa hộp cố định Nửa hép di ®éng Bé phËn nÐn Bé phËn truyền tải trọng cắt Ct nhanh khụng c kt: Mu đất thí nghiệm khơng nén trước (khơng cố kết), tiến hành cắt nhanh 3.2 Thi t b thí nghi m 3.2.1 Máy cắt ứng biến Các phận máy: - Hộp cắt: - Vịng ứng biến: - Bộ phận gia tải đứng, gia tải ngang: 3.2.2 Các thiết bị thí nghiệm khác - Thước kẹp - Dao gọt đất: 10 - Các kính kim loại nhẵn, phẳng… 3.3 Trình t thí nghi m 3.3.1 Nguyên tắc thí nghiệm - Tác dụng tải trọng thẳng đứng υ để tạo áp lực nén Ń (Với mẫu thí nghiệm giữ áp lực nén khơng đổi):  P A A: diện tích mẫu Lưu ý: Để mẫu đất không cố kết (không nén trước): thí nghiệm sau gia tải nén tiến hành gia tải cắt - Tác dụng tải trọng ngang T (vào thớt hộp cắt) để tạo ứng suất cắt  T A Lưu ý: Đối với máy cắt ứng biến để đảm bảo chế độ cắt nhanh người ta gia tải ngang cách quay tay quay với tốc độ từ đến12 (giây) / 1vịng, với mẫu đất có đường kính từ 60 đến 80 (mm) Để xác định sức chống cắt phải thí nghiệm khơng trị số áp lực nén khác Ńi (thường thí nghiệm từ – trị số áp lực nén) 3.3.2 Trình tự thí nghiệm - Bước 1:Lấy mẫu đất vào dao vịng - Bước 2: Đưa mẫu đất vào hộp cắt - Bước 3: Đưa hộp cắt vào máy cắt Cho trục hệ thống gia tải ngang tiếp xúc với hộp cắt Cố định hộp cắt theo phương thẳng đứng theo phương ngang - Bước 5: Tiến hành gia tải nén - Bước 6: Tháo hai chốt cố định thớt thớt - Bước 7: Đưa giá trị đồng hồ đo biến ngang giá trị ban đầu 0,00 - Bước 8: Tiến hành cắt mẫu đất: Cắt mẫu đất cách quay tay quay với tốc độ 10s/1vòng (tốc độ cắt nhanh) Trong quay, theo dõi đồng hồ đo chuyển vị ngang ghi lại Nếu thấy kim đồng hồ không tăng (kim đồng hồ dừng lại chạy lùi) đọc giá trị Rmaxi dừng thí nghiệm - Bước 9: Lấy mẫu đất phá hoại khỏi hộp cắt Làm tương tự mẫu 11 3.4 K t qu thí nghi m 3.4.1 Xử lý kết Trị số ứng suất cắt ńi (tương ứng với trị số áp lực nén Ńi) tính theo cơng thức: i  Co Ri Co: hệ số vòng ứng biến (thực chất số đàn hồi hay hệ số chuyển từ biến dạng 0,01mm sang kPa) Ri: số đọc đồng hồ đo biến dạng vòng đo lực ngang (biến dạng vòng đo ứng biến) Sức chống cắt mẫu đất Si lấy trị số cực đại ńi Si  maxi  Co R maxi 3.4.2 Xác định φ c Xác định đặc trưng chống cắt cách lập biểu đồ quan hệ S (ńmax) Ń: trục hoành Ń trục tung ń Mỗi mẫu thí nghiệm ta có cặp kết (ńmaxi, Ńi), tương ứng điểm biểu đồ Biểu diễn điểm lên biểu đồ Vẽ đường thẳng gần qua điểm, đường thẳng cắt trục tung đâu cho ta giá trị lực dính c, góc đường thẳng với đường nằm ngang cho ta góc ma sát Ņ Lưu ý: Kết suy diễn đường thẳng Các thông số tg c đất xử lý theo công thức sau: n  (i i )   i  i n tg  n n  i  ( i )2 i 1 i 1 n n i 1 i 1 i 1  i  i   i  (ii ) n c n i 1 n n n n  i  ( i )2 i 1 n i 1 i 1 i 1 n i 1 12 đó: n: số lần xác định ń; : giá trị góc ma sát tính độ; ńi, Ńi: giá trị riêng biệt sức chống cắt áp lực thẳng đứng; c: lực dính đất, tính σ/m2 hay kG/cm2 13 BÀI THệ NGHI M ĐẦM CHẶT Đ T 4.1 M c đích thí nghi m Xác định độ ẩm tốt Wtn ứng với độ chặt tiêu chuẩn đất (trọng lượng riêng khô lớn γkmax) 4.2 Thi t b thí nghi m 4.2.1 Bộ cối, chày 4.2.2 Các thiết bị thí nghiệm khác - Cân điện tử - Sàng đường kính lỗ 5mm 14 - Bình phun nước - Tủ sấy - Dao gọt đất - Khay trộn đất - Cối sứ chày bọc cao su để nghiền đất… 4.3 Trình t thí nghi m - Bước 1: Dùng chày giã nhỏ đất khay - Bước 2: Sàng đất qua rây 5mm (lượng đất thu rây khoảng 5Kg) - Bước 3: Cân trọng lượng toàn cối (trừ vành tháo lắp), xác định thể tích thân cối - Bước 4: Lấy 5Kg đất (đã làm bước 3), xác định độ ẩm cho thêm nước vào để tăng độ ẩm từ 2-5%, lượng nước phun thêm vào q tính theo cơng thức: q m (Ws  Wt )  Wt đó: m: khối lượng đất trước làm ẩm thêm Ws: độ ẩm đất cần có Wt: độ ẩm đất trước làm ẩn thêm - Bước 5: Với cối phịng thí nghiệm, ta cho đất vào cối thành lớp, lớp chiếm 1/3 thể tích cối, ứng với lớp đầm 25 chày 15 - Bước 6: Sau đầm xong, tháo phần cổ cối (vành tháo lắp), gạt phẳng, đưa toàn lên cân để xác định trọng lượng riêng tương ứng - Bước 7: Làm lại tương tự với độ ẩm dự chế khác Kết trực tiếp từ thí nghiệm giá trị  Wi , i  đất Số lượng thí nghiệm tối 4.4 K t qu thí nghi m  Wi , ki  thiểu cho loại đất khơng nên Đưa kết dạng  k  f(W) lên đồ thị vẽ  ki  theo công thức sau biểu diễn mối quan hệ i 1 W Độ ẩm tốt WTN ứng với độ chặt tốt  kmax xác định đồ thị  max wtn w 16 ... (đất rời xốp) - Sau lấy mẫu đất để nguội bình hút ẩm có CaCl 45’ – 60’ xác định khối lượng cân kỹ thuật: hộp đất sấy m2 1.4 Xử lỦ k t qu Kết thí nghiệm ghi theo bảng 2.1 độ ẩm đất tính theo cơng... 2.1.2 Sơ đồ thí nghiệm P MÉu ®Êt Dao vòng Đá thấm d-ới mẫu đất Nắp truyền tải trọng nén Đồng hồ đo lón Hép nÐn Bµn nÐn 2.1.3 Thiết bị thí nghiệm Máy nén Ơđơmét: Các thiết bị thí nghiệm khác -... đạt ổn định lún qui ước tăng cấp tải Lưu ý: Tại phịng thí nghiệm, sinh viên thí nghiệm với mẫu đất trị số áp lực nén khác nhau, cấp thí nghiệm khoảng thời gian 10 phút (ghi số liệu đồng hồ đo