Tiểu luận môn học đề tài thí nghiệm cắt cánh hiện trường vst

Mục đích thí nghiệm Mục đích của thí nghiệm cắt cánh hiện trường nhằm xác định sức chống cắt của đất trong điều kiện không thoát nước tại hiện trường và độ nhạy của đất ở các độ sâu khác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

Đề tài: THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG VST

GVHD: Th.S Lê Phương Bình Sinh viên thực hiện nhóm 03:

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH

1 Nguyễn Văn Khánh 22149274 Phân công nhiệm vụ - Tổng

5 Phạm Nguyên Lâm 22149276 Nội dung - Video - Tài liệu

tham khảo

100%

MỤC LỤC

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA 1

1 Mục đích thí nghiệm 1

2 Khái niệm 1

2.1 Thuật ngữ 1

2.2 Khái niệm 2

3 Tài liệu viện dẫn 3

4 Nguyên lý đo đạc 3

5 Phạm vi sử dụng và khối lượng thí nghiệm 3

6 Dụng cụ thí nghiệm 5

7 Quy trình thực hiện 7

8 Kết quả thí nghiệm và hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm 9

8.1 Kết quả thí nghiệm 9

8.2 Hiệu chỉnh thí nghiệm cắt cánh 12

9 Ứng dụng kết quả thí nghiệm 13

10 Ưu và nhược điểm thí nghiệm 13

11 Báo cáo thí nghiệm 13

12 Danh mục tài liệu tham khảo 19

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10184:2021

ĐẤT XÂY DỰNG – THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG CHO ĐẤT DÍNH

1 Mục đích thí nghiệm

Mục đích của thí nghiệm cắt cánh hiện trường nhằm xác định sức chống cắt của đấttrong điều kiện không thoát nước tại hiện trường và độ nhạy của đất ở các độ sâu khácnhau Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn 22 TCN355-06

Công tác thí nghiệm cắt cánh hiện trường được tiến hành trong các hố khoan vàthực hiện trong tầng đất yếu

2 Khái niệm

2.1 Thuật ngữ

Vị trí thí nghiệm: Là một vị trí trên mặt bằng (bình đồ), được xác định bởi các toạ

độ X, Y tương đối hoặc tuyệt đối, mà tại đó tiến hành các điểm cắt ở các độ sâu khácnhau

Điểm cắt: Là một thí nghiệm cắt ở một độ sâu hay một cao độ xác định

Cánh cắt: Là bộ phận để cắt đất Cánh cắt gồm bốn lưỡi cắt gắn với nhau dạng chữthập và một đoạn cần có chiều dài theo quy định bằng 10 lần đường kính cánh cắt để nối

+ S : Sức kháng cắt không thoát nước của đất nguyên trạng, kPa u

+ S : Sức kháng cắt không thoát nước của đất phá huỷ, kPa u'

+ S: Độ nhậy của đất (bằng tỷ số Su/Su’)

+ K: Hằng số cánh cắt, phụ thuộc hình dạng và kích thước cánh cắt, m + D: Đường kính cánh cắt, cm

+ H: Chiều cao cánh cắt, cm

2.2 Khái niệm

Sức kháng cắt không thoát nước là mối tương quan giữa tốc độ cắt và tốc độ thoát nước (tốc độ cắt >> tốc độ thoát nước)

Độ nhạy là mức độ ổn định của kết cấu đất dưới tác dụng của tác nhân

Nếu mô tả bằng toán học: độ nhạy S = St u,max/Su,min, Su,max là sức kháng cắt khôngthoát nước ở trạng thái nguyên dạng, Su,min là sức kháng cắt không thoát nước ở trạng tháiphá hủy

Sức kháng cắt không thoát nước phụ thuộc vào độ sâu: Do tính không đồng nhất vềứng suất do trọng lượng bản thân -> Hệ số rỗng giảm theo độ sâu ->Hệ số thấm giảm -> Sức kháng cắt không thoát nước tăng

3 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này Đối với cáctài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu Với các tài liệu viện dẫnkhông ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung(nếu có)

TCVN 9437:2012 Khoan thăm dò địa chất công trình

TCVN 4419:1987 Khảo sát cho xây dựng - Nguyên tắc cơ bản

22TCN355-06 Quy trình thí nghiệm cắt cánh hiện trường

H (mm), được gắn vào đầu dưới của một thanh có đường kính nhỏ Cánh quạt quay mộthình trụ đất, khi tác dụng lực xoắn cho thanh Điều này được thực hiện thông qua thiết bịxoắn ở đầu trên của thanh, cho phép đo mô-men xoắn tác dụng

Miễn là mô-men xoắn tác dụng nhỏ hơn yêu cầu để cắt đất, nó sẽ bị kháng lại bởimột mô-men bằng và ngược lại được cung cấp bởi lực kháng cắt của đất tác động lên bềmặt của trục xoay Khi mô-men xoắn tác dụng cho cánh quạt được tăng lên đến một giátrị chỉ đủ để làm hình trụ đất quay, người ta cho rằng khả năng chống cắt tối đa, tức làcường độ kháng cắt của đất, đạt được đồng thời trên tất cả bề mặt trượt

5 Phạm vi sử dụng và khối lượng thí nghiệm

Chỉ thích hợp cho các loại đất sét, trạng thái mềm có S < 200 kPa Thí nghiệmunày không áp dụng cho các loại nước có khả năng thoát nước nhanh, đất trương nở, đấtlẫn nhiều mảnh đá, vỏ sò Trước khi tiến hành thí nghiệm cần có những thông tin về đấttại vị trí thí nghiệm

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường thường kết hợp cùng công tác khoan xoay lấy mẫu Thí nghiệm được thực hiện trong hoặc ngoài các lỗ khoan

* Khối lượng thí nghiệm:

- Đối với công trình bố trí theo tuyến như đường sắt, đường bộ, bờ kè,…theo dọctuyến từ 50m đến 100m bố trí một vị trí thí nghiệm và theo chiều sâu đất yếu từ 0.5m đến1m có một điểm thí nghiệm cắt cánh

- Đối với công trình bố trí theo khu vực như sân bay, bến cảng, nhà kho,…từ250m2 đến 500m bố trí một điểm thí nghiệm và theo chiều sâu đất yếu từ 0.5m đến 1m2

có một điểm thí nghiệm cắt cánh

* Quy định chung:

- Với đất sét nhạy, đất bùn lẫn nhiều hữu cơ, đất than bùn hóa, than bùn, hay đấtbùn lỏng, khi gặp khó khăn trong việc lấy mẫu đất nguyên trạng nên tiến hành thí nghiệmcắt cánh hiện trường để xác định sức chống cắt của đất

- Thông thường, thí nghiệm cắt cánh hiện trường được kết hợp cùng với công táckhoan thăm dò địa chất công trình như qui định trong TCVN 9437:2012 để phục vụ thiết

kế xây dựng nhà và công trình

- Thí nghiệm cắt cánh hiện trường cho đất dính là một nội dung của công tác khảosát địa chất công trình (khảo sát địa kỹ thuật) và tuân thủ các quy định chung đã trình bàytrong TCVN 4419:1987 và các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành khác có liên quan

- Thí nghiệm cắt cánh hiện trường được thực hiện bằng cách ấn một cánh cắt ngậpvào trong đất và quay nó Dựa vào sự cân bằng giữa mô men quay (đo được) và mô mencản (tính được theo sức chống cắt của đất), sẽ xác định được sức chống cắt của đất

- Sức chống cắt không thoát nước của đất được tính từ lực cắt gây ra sự phá hủyđất Lực cắt này thường được tính từ mô men cắt xác định trong khi thí nghiệm Ma sátcần và thiết bị với đất được xác định và ghi tách riêng với mô men cắt trong quá trình thínghiệm Ma sát cần được xác định trong điều kiện không tải (dùng áo bảo vệ cánh cắt,hoặc tách rời cần và cánh cắt) với một mô men tác dụng cân bằng, không gây ép sang haibên (nếu gây ép sang hai bên sẽ làm tăng ma sát trong quá trình thí nghiệm) Gia số masát này chưa được ghi trong số đọc không tài ban đầu nên sẽ làm cho kết quả thí nghiệmchung không chính xác Trong quá trình thí nghiệm, mô men cắt cũng phải tác dụng cânbằng tương tự; không nên sử dụng những thiết bị có khả năng gây ép sang hai bên trongquá trình thí nghiệm, cần nối phải có đủ độ cứng để không bị xoắn trong suốt quá trìnhthí nghiệm Trong trường hợp cần nối bị xoắn, cần hiệu chỉnh đường cong quan hệ giữa

mô men cắt với góc cắt (xem chú thích tại 5.3)

- Trong quá trình thí nghiệm, mô men cắt được ghi bằng các phương thức khácnhau tự động hoặc cơ học, trực tiếp hoặc gián tiếp tuỳ thuộc từng loại máy

6 Dụng cụ thí nghiệm

Máy cắt cánh hiện trường gồm những bộ phận sau:

+ Cánh cắt: Tùy theo mức độ nhạy, ta chế hai hai loại cánh cắt: Cánh không vát (dùng cho đất mềm, khá nhạy), cánh có vát (dùng cho đất dẻo cứng, độ nhạy thấp) + Bộ phận tạo mô-men xoắn

+Bộ phận ghi dữ liệu

+ Bộ phận tạo lỗ (nếu thực hiện thí nghiệm trong hố khoan)

Cánh cắt gồm 4 lưỡi cắt Chiều cao cánh cắt bằng hai lần đường kính Hai đầu cánhcắt có thể có dạng bằng hoặc hình vát Cạnh dưới của lưỡi cắt được vát sắc một góc 90°

để dễ ấn xuyên vào đất Việc lựa chọn kích thước cánh cắt liền quan trực tiếp đến trạngthái của đất được thí nghiệm, theo đó đất càng mềm kích thước cánh cắt càng lớn Cánh cắt được nối với hệ cần Cần nối phải có đường kính đủ lớn để biến dạngtrong quá trình cắt không vượt quá giới hạn đàn hồi của cần Các cần được nối với nhausao cho vai của đầu âm và đầu dương chạm khít nhau, tránh bị xiết chặt thêm trong quátrình thí nghiệm Nếu sử dụng áo bảo vệ thì phần cần phía trên thuộcc ánh cắt phải đượcgắn một ổ đỡ tại vị trí tiếp xúc với áo bảo vệ Ổ đỡ này phải được bôi trơn tốt và phải kín

để tránh sự thâm nhập của đất trong khi thí nghiệm Các cần phải được nối thẳng, tránhtiếp xúc và tạo ma sát với ống vách hoặc thành lỗ khoan

Ghi chú: Nếu yêu cầu xác lập đường cong quan hệ giữa mô men cắt với góc cắt thì

cần nổi phải được kiểm định trước khi sử dụng cho thí nghiệm Tổng lượng xoắn của cầnnối (nếu có) phải được xác lập theo đơn vị độ/mét dài cần/đơn vị mô men (ví dụ

độ/m/Nm) Trị số hiệu chỉnh này sẽ tăng dần theo chiều sâu thí nghiệm Vì vậy, việc kiểmđịnh phải được thực hiện tối thiểu đến chiều sâu lớn nhất dự kiến thí nghiệm

Trong quá trình thí nghiệm, mô men sẽ truyền qua hệ cần nối và tác dụng vào cánhcắt Độ chính xác số đọc mô men phải bảo đảm không gây ra sai lệch về sức kháng cắtquá ±1,20kPa

Mô men được tạo tự động (có thể điều khiển bằng hộp số) hoặc quay bằng taytrong khi thí nghiệm Khoảng thời gian tiến hành thí nghiệm (chỉ tính thời gian cắt) phảiđược kiểm soát theo quy trình

CHÚ DẪN: 1 - Bộ phận tạo mô men và ghi số liệu; 2 - Giá đỡ; 3 - Cần nối; 4 - Cánh cắt(a- dạng bằng; b- dạng vát nhọn)

Hình 1 - Cấu tạo thiết bị cắt cánh hiện trường

thiết bị bảo đảm cần và cánh cắt thẳng đứng trước khi ấn vào trong đất

Ấn cánh cắt từ đáy lỗ thí nghiệm hoặc từ vị trí mũi áo bảo vệ liên tục một lần đếnđiểm cắt Trong quá trình ấy, không được gây ra bất kỳ một mô men xoắn nào

Khi cánh cắt đó ở đúng vị trí điểm cắt, tác dụng mô men lên cánh cắt với tốc độkhông quá 6_18 độ/phút Yêu cầu này đòi hỏi thời gian phá hủy đất (thời gian cắt tới pháhủy) trong khoảng 2 đến 5 min, trừ trường hợp đất rất yếu (very soft soil - đất trạng tháichảy) thì thời gian phá hủy có thể tới 10 đến 15 min Đối với những loại đất dẻo mềm(firm soil), có thể giảm tốc độ cắt để nhận được quan hệ ứng suất - biến dạng hợp lý.Trong quá trình cắt, cao độ cánh cắt phải giữ cố định

Tại thời điểm đất bắt đầu bị phá hoại, ghi được trị số mô men cắt lớn nhất - mômen cắt đất ở trạng thái nguyên trạng của đất M Tiếp tục quay nhanh cánh cắt ít nhất 10uvòng, trong thời gian không quá 1 min, ghi được mô men cắt nhỏ nhất - mô men cắt đất ởtrạng thái phá hủy M Với thiết bị có bộ phận gia tải tự động, nên ghi trị số mô men theodchu kỳ 15 s

Trong trường hợp có tiếp xúc giữa đất và cần nối, xác định mô men gây ra do masát giữa cần nối và đất M bằng cách quay cần nối tại chỗ (tách rời cánh cắt) ở cùng độfsâu thí nghiệm Xác định ma sát cần tối thiểu một lần tại mỗi điểm cắt

Đối với loại thiết bị mà cần nối được cách ly hoàn toàn với đất xung quanh (bằng

hệ áo bảo vệ), xác định ma sát cần với áo bảo vệ (xem chú thích) tối thiểu một lần chomỗi điểm cắt Nếu thiết bị hoạt động chuẩn sẽ được xem như không có ma sát cần CHÚ THÍCH: Khi cánh cắt còn nằm trong áo bảo vệ, chưa tiếp xúc với đất, việc đo masát cần không bị ảnh hưởng, nên không cần tách rời cánh cắt và cần nối khi xác định masát cần

Thực hiện thí nghiệm cắt cánh với cự ly các điểm cắt theo chiều sâu không nhỏhơn 1,0m

8 Kết quả thí nghiệm và hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm

8.1 Kết quả thí nghiệm

Kết quả tính toán thường được thể hiện bằng bảng biểu và biểu đồ thẻ hiện sự biếnthiên của sức chống cắt không thoát nước Su theo độ sâu cho trường hợp đất nguyên dạng

và phá hoại, từ đó xác định độ nhạy của đất

Độ lớn mô men cần thiết để cắt đất:

Từ đó, sức chống cắt không thoát nước của đất được viết dưới dạng:

(4) Hay:

+ S , S’ : Sức chống cắt không thoát nước của đất nguyên trạng vàu uphá hủy kết cấu, Pa

CHÚ THÍCH: Trường hợp có tiếp xúc giữa đất và cần nối, mô men cắt sử dụng để xácđịnh sức chống cắt S và S' cần phải trừ đi đại lượng mô men gây ra do ma sát cần vàu uđất (M ) f

8.2 Hiệu chỉnh thí nghiệm cắt cánh

Đối với các lớp đất yếu nằm trên nền đắp, sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiệntrường, trị số sức kháng cắt được hiệu chỉnh Su, corr:

Su,corr = 𝜆𝑆𝑢Trong đó: λ hệ số hiệu chỉnh theo Bjerum xét đến ảnh hưởng bất đẳng hướng củađất, tốc độ cắt và tính phá hoại liên tiếp của nền đất tùy thuộc vào chỉ số dẻo của đất nhưbảng dưới đây:

Quan hệ giữa trị số dẻo Ip và hệ số hiệu chỉnh λ

9 Ứng dụng kết quả thí nghiệm

Xác định sức kháng cắt không thoát nước -> đánh giá mức độ ổn định mái dốc Tính toán sức chịu tải cọc trên nền sét bão hòa nước

Chọn chiều cáo đắp tối đa tren nền sét bão hòa nước

10 Ưu và nhược điểm thí nghiệm

Ưu điểm:

- Độ chính xác cao hơn so với thí nghiệm SPT và SPT

- Khắc phục được các yếu tố sai số do nền đất bị phá hủy bởi tác động khoan

lỗ

- Có thể thực hiện trên sông, biển

Nhược điểm:

- Độ sâu khoan dưới 40m

- Không áp dụng cho đất có khả năng thoát nước nhanh

11 Báo cáo thí nghiệm

Báo cáo kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường là bản tổng hợp các thông tinchung về công trình thiết kế, thiết bị thí nghiệm, kết quả đo và tính toán về sức chống cắtkhông thoát nước thu được Các thông tin cần trình bày trong báo cáo kết quả bao gồm cảtại điểm thí nghiệm cắt cánh và vị trí thí nghiệm cắt cánh

Mẫu báo cáo kết quả thí nghiệm tham khảo theo Phụ lục A, B, C Tuy nhiên, có thểthay đổi cho phù hợp với từng loại thiết bị sử dụng

Những thông tin thể hiện đối với mỗi điểm cắt cánh:

-Tên dự án/công trình/hạng mục công trình;

-Ngày thí nghiệm;

-Số hiệu lỗ khoan/ lỗ cắt cánh;

-Số hiệu máy cắt cánh, kích cỡ và hình dạng cánh cắt;

-Chiều sâu cánh cắt;

-Chiều sâu cánh cắt kể từ đáy ống bảo vệ hoặc tử đáy lỗ khoan;

-Số đọc mô men cắt cho trường hợp đất nguyên trạng;

-Thời gian cắt (từ lúc bắt đầu đến khi đạt trị số mô men cắt - đất bị phá hủy);

-Mô tả cánh cắt (có hoặc không có áo bảo vệ );

-Mô tả phương pháp tạo và đo trị số mô men;

-Tên tổ trưởng tổ thí nghiệm và kỹ sư giám sát

Với mỗi vị trí thí nghiệm cắt cánh hiện trường, cần phải thể hiện kết quả xác địnhsức chống cắt không thoát nước theo chiều sâu kèm với hình trụ lỗ khoan

Phụ lục A

(Tham khảo)

Ví dụ biểu ghi kết quả thí nghiệm một điểm cắt cánh đối với thiết bị cắt ghi

được trị số mô men và góc quay tương ứng

Phụ lục B

(Tham khảo)

Ví dụ biểu ghi kết quả thí nghiệm một điểm cắt cánh đối với thiết bị cắt chỉ ghi trị

số mô men

Phụ lục C

(Tham khảo)

Ví dụ báo cáo kết quả một vị trí thí nghiệm cắt cánh