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 MINHKHOA XÂY DỰNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

Đề tài: THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG VST

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%

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 GIATCVN 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 đất trong điều kiện không thoát nước tại hiện trường và độ nhạy của đất ở các độ sâu khác nhau 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 và thực 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 khác nhau

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 chữ thập và một đoạn cần có chiều dài theo quy định bằng 10 lần đường kính cánh cắt để nối

với các cần nối

Lưỡi cắt: Là một trong bốn tấm thép của cánh cắt, có cấu tạo và kích thước theo quy định

Cần nối: Là các cần được chế tạo bằng thép, có cấu tạo và kích thước theo quy định Cần nổi có tác dụng liên kết cánh cắt với bộ phận tạo momen cắt

Trong đó:

+ 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 không thoát nước ở trạng thái nguyên dạng, Su,min là sức kháng cắt không thoát nước ở trạng thái phá hủy

Sức kháng cắt không thoát nước phụ thuộc vào độ sâu: Do tính không đồng nhất về ứng 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 các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu Với các tài liệu viện dẫn không 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

4 Nguyên lý đo đạc

Ý tưởng: Sức kháng cắt là ứng suất tiếp chống lại sự cắt trên bề mặt của khối trụ tròn trong quá trình xoay

Mô hình cần đo: Cần xác định lực gây ra biến hình cho đất : Cánh cắt và bộ phận tạo mô men xoắn

Nguyên lý trên được sử dụng trong thí nghiệm cắt cánh để xác định cường độ kháng cắt của đất sét mềm bằng cách đo mô-men xoắn tác dụng cho đến khi phá hủy

Thiết bị bao gồm một cánh quạt hình chữ thập có đường kính D (mm) và chiều cao H (mm), được gắn vào đầu dưới của một thanh có đường kính nhỏ Cánh quạt quay một hình trụ đất, khi tác dụng lực xoắn cho thanh Điều này được thực hiện thông qua thiết bị xoắn 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 bởi một mô-men bằng và ngược lại được cung cấp bởi lực kháng cắt của đất tác động lên bề mặt của trục xoay Khi mô-men xoắn tác dụng cho cánh quạt được tăng lên đến một giá trị chỉ đủ để làm hình trụ đất quay, người ta cho rằng khả năng chống cắt tối đa, tức là cường 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 nghiệmu này không áp dụng cho các loại nước có khả năng thoát nước nhanh, đất trương nở, đất lẫn nhiều mảnh đá, vỏ sò Trước khi tiến hành thí nghiệm cần có những thông tin về đất tại 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 dọc tuyến từ 50m đến 100m bố trí một vị trí thí nghiệm và theo chiều sâu đất yếu từ 0.5m đến 1m có một điểm thí nghiệm cắt cánh

- Đối với công trình bố trí theo khu vực như sân bay, bến cảng, nhà kho,…từ 250m2 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 đất bùn lỏng, khi gặp khó khăn trong việc lấy mẫu đất nguyên trạng nên tiến hành thí nghiệm cắt 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 tác khoan 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 khảo sát địa chất công trình (khảo sát địa kỹ thuật) và tuân thủ các quy định chung đã trình bày trong 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 ngập vào trong đất và quay nó Dựa vào sự cân bằng giữa mô men quay (đo được) và mô men cản (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 hủy đất Lực cắt này thường được tính từ mô men cắt xác định trong khi thí nghiệm Ma sát cần và thiết bị với đất được xác định và ghi tách riêng với mô men cắt trong quá trình thí nghiệm 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 hai bên (nếu gây ép sang hai bên sẽ làm tăng ma sát trong quá trình thí nghiệm) Gia số ma sát này chưa được ghi trong số đọc không tài ban đầu nên sẽ làm cho kết quả thí nghiệm chung không chính xác Trong quá trình thí nghiệm, mô men cắt cũng phải tác dụng cân bằng tương tự; không nên sử dụng những thiết bị có khả năng gây ép sang hai bên trong quá trình thí nghiệm, cần nối phải có đủ độ cứng để không bị xoắn trong suốt quá trình thí 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 khác nhau 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 cánh cắt 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 trạng thái 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 dạng trong quá trình cắt không vượt quá giới hạn đàn hồi của cần Các cần được nối với nhau sao cho vai của đầu âm và đầu dương chạm khít nhau, tránh bị xiết chặt thêm trong quá trình thí nghiệm Nếu sử dụng áo bảo vệ thì phần cần phía trên thuộcc ánh cắt phải được gắn 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, tránh tiếp 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 cần nối (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 kiểm định 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 cánh cắt Độ chính xác số đọc mô men phải bảo đảm không gây ra sai lệch về sức kháng cắt quá ±1,20kPa

Mô men được tạo tự động (có thể điều khiển bằng hộp số) hoặc quay bằng tay trong khi thí nghiệm Khoảng thời gian tiến hành thí nghiệm (chỉ tính thời gian cắt) phải được 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 trường7 Quy trình thực hiện

Kiểm tra và hiệu chỉnh thiết bị theo chỉ dẫn kỹ thuật hoặc chỉ dẫn sử dụng của nhà sản xuất trước khi đưa ra hiện trường.

Lắp cánh cắt vào cần nối, lắp cần nối với bộ phận tạo và ghi mô men; kiểm tra hệ

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 đến điểm 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 độ không quá 6_18 độ/phút Yêu cầu này đòi hỏi thời gian phá hủy đất (thời gian cắt tới phá hủy) trong khoảng 2 đến 5 min, trừ trường hợp đất rất yếu (very soft soil - đất trạng thái chảy) 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 - mô men cắt đất ở trạng thái nguyên trạng của đất M Tiếp tục quay nhanh cánh cắt ít nhất 10u vòng, trong thời gian không quá 1 min, ghi được mô men cắt nhỏ nhất - mô men cắt đất ở trạng thái phá hủy M Với thiết bị có bộ phận gia tải tự động, nên ghi trị số mô men theod chu kỳ 15 s

Trong trường hợp có tiếp xúc giữa đất và cần nối, xác định mô men gây ra do ma sát giữa cần nối và đất M bằng cách quay cần nối tại chỗ (tách rời cánh cắt) ở cùng độf sâu 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 cho mỗi 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 ma sát cần không bị ảnh hưởng, nên không cần tách rời cánh cắt và cần nối khi xác định ma sát cần

Thực hiện thí nghiệm cắt cánh với cự ly các điểm cắt theo chiều sâu không nhỏ hơn 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 biến thiên 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: Giả thiết sự phân bố sức chống cắt là đều trên toàn bộ hai mặt đáy và mặt xung quanh của trụ cắt (giả thuyết đất đồng nhất và đẳng hướng), trị số K được tính theo công thức:

Sức chống cắt không thoát nước của đất nguyên trạng (S ) và phá hủy (S’ ) đượcuu tính tương ứng từ mô men cắt nguyên trạng (M ) và phá hủy (M ) theo các biểu thức trên.ud Trường hợp cánh cắt có dạng hình vát (xem Hình 1), hằng số cánh cắt K được tính

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

CHÚ THÍCH: Trường hợp có tiếp xúc giữa đất và cần nối, mô men cắt sử dụng để xác định sức chống cắt S và S' cần phải trừ đi đại lượng mô men gây ra do ma sát cần vàuu đất (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 hiện trường, trị số sức kháng cắt được hiệu chỉnh Su, corr:

Su,corr = 𝜆𝑆𝑢

Trong đó: λ hệ số hiệu chỉnh theo Bjerum xét đến ảnh hưởng bất đẳng hướng của đất, tốc độ cắt và tính phá hoại liên tiếp của nền đất tùy thuộc vào chỉ số dẻo của đất như bảng 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 tin chung về công trình thiết kế, thiết bị thí nghiệm, kết quả đo và tính toán về sức chống cắt không thoát nước thu được Các thông tin cần trình bày trong báo cáo kết quả bao gồm cả tại 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 thể thay 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);

-Tốc độ cắt;

-Số đọc mô men cắt cho trường hợp đất bị phá hủy; - Những sai khác so với quy trình thí nghiệm chuẩn

Những thông tin bổ sung đối với mỗi vị trí thí nghiệm:

-Vị trí, số hiệu lỗ khoan/ lỗ cắt cánh;

-Cao độ lỗ khoan;

-Phương pháp tạo lỗ;

-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 định sức 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 ghiđược 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 trịsố mô men

Phụ lục C

(Tham khảo)

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