NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Chương 3: Thí nghiệm xác định cường độ sức chống cắt không thoát nước của hỗn hop đất trộn xi mang va sợi xơ dừa.Chương 4: Ứng dụng tính toán Kết luận và kiến nghịIl
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ SỨC CHONG CAT KHÔNG THOÁT NƯỚC CUA HON HOP DAT TRON XI MĂNG VA SOI
ĐẶT VAN DE NGHIÊN CỨU
Cac sự cô sụt trượt dat mái dỗc nên đôi cao, đặc biệt vào mua mưa lũ kéo dài ở miền Trung đang diễn ra ngày càng nhiêu do tác động của biên đôi khí hậu, làm tôn nhiêu tiên của và nguy hại đên tính mạng con người. Độ am thay đổi là yếu tố quan trọng gây biến đổi 6n định mái dốc.Các điểm trượt lở có quy mô lớn đều có liên quan đến sự thay đối độ 4m nước dưới đất mà trong đó chế độ mưa đóng vai trò quan trọng Trượt đất thường xảy ra trong phạm vi các khu vực có lượng mưa lớn và gia tăng vào mùa mua Qua trình xâm nhập của nước mưa vào đất sẽ dẫn đến:
- Mực nước ngầm dâng cao, đới bão hoa bi thu hep - Suy giảm cường độ kháng cắt của đất
- Hệ số 6n định mái dốc giảm
Cơ chế phá hoại này có thể xảy ra theo dạng trượt nông và trượt sâu, tuỳ thuộc vào chiều dày của các lớp đất, thành phần độ chặt của đất cũng như các đặc tính của mưa.
Việc khắc phục hậu quả từ những lần sạt lở này thường khó khăn, tốn kém gấp nhiều lần so với các sự cố trên mặt đất Do đó, cần có sự chuẩn bị kỹ lưỡng về mặt kỹ thuật, nhằm hạn chế kha năng xảy ra sự có đến mức thấp nhất có thé. Đề tài “Nghiên cứu phương pháp ổn định mái dốc bằng đất trộn xi măng kết hop soi xơ dừa” được thực hiện cũng nhằm mục đích như vậy.
MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU
- _ Xác định hàm lượng sợi xơ dừa trong hỗn hợp đất trộn xi măng- xơ dừa dé gia có đất mái dốc.
- Tw đó đưa ra được biểu dé so sánh cường độ đất nền trước và sau khi gia cố với các tỉ lệ trộn giữa dat, xi măng và xơ dừa khác nhau
HVTH: PHAM THÀNH LONG - 13090085 GVHD: TS ĐỒ THANH HẢI
- Dé xuất phương án bố trí cọc trên mái dốc với tỷ lệ trộn tốt nhất vào công trình thực tế ở Khu dân cư tại xã Hồ Nai 3, Huyện Trảng Bom, Tinh Đồng
PHUONG PHAP NGHIEN CUU
> Cơ sở lý thuyết : - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sức chống cắt không thoát nước và 6n định mái dốc - _ Nghiên cứa vai trò của xơ dừa khi ứng dụng làm gia cô đất mái dốc.
- _ Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp với các hàm lượng sợi xơ dừa khác nhau.
> Tính toán và mô phỏng :
- Str dụng phần mềm Geo Slope/W để tính toán ôn định trượt cho mái dốc được gia cố bằng cọc đất trộn xi mang- xơ dua.
Y NGHIA KHOA HOC CUA DE TAI
- Dé tai khảo sát được đặc trưng cơ ly của hỗn hợp vật liệu mới dùng dé gia cố mái dốc
- Thông qua các kết quả thí nghiệm đánh giá được sự gia tăng cường độ của hỗn hợp vật liệu mới ứng với loại đất cụ thẻ.
- _ Đánh giá được phan nao ứng xử của sợi trong đất 5 GIA TRI THỰC TIEN CUA DE TÀI
- Duara một giải pháp xử ly gia cố mái dốc trên nền cát pha sét mang lại hiệu quả và giá trị kinh tế, tiết kiệm chỉ phí cho nhà đầu tư.
- Tw kết quả tính toán đánh giá được khả năng ứng dung của vật liệu mới ở khu dân cư tại xã Hồ Nai 3, Huyện Trảng Bom, Tỉnh Đồng Nai và các khu vực có điêu kiện địa chât tương tự.
PHAM VI GIỚI HAN CUA ĐÈ TÀI
- _ Như ta đã biết, đất là một loại vật chất không đồng nhất và có tính chất phức tạp, ứng xử khó lường, vi thé với mỗi loại đất khác nhau thì đất thé hiện những tính chất khác nhau Đề tài chỉ nghiên cứu cụ thể cho một loại đất.
- Dé tai chỉ nghiên cứu được phan cường độ còn phan ứng xử của vật liệu này trong nên hỗn hợp (cố kết, tính thắm) thì chưa được đề cập.
- Các biến số trong bài toán thực nghiệm này còn hạn chế, ví dụ như : chiều đài sợi, cách sử lý sợi, các loại sợi xơ dừa khác nhau, công nghệ trộn.
HVTH: PHAM THÀNH LONG - 13090085 GVHD: TS ĐỒ THANH HẢI
DOC BANG COC XI MANG DAT TRON XO DUA
CƠ SỞ LY THUYET VE ÔN ĐỊNH MAI DOC
2.1 Tổng quan sức chống cắt của dat - Phuong trình tổng quát sức chống cat của đất theo Morh_Coulumb
Trong đó : s: sức chống cắt của đất [kN/mẽ”] ứ : ứng suất nộn hay ứng suất phỏp tuyến thang gúc với mặt trượt [KN/m’]
(0: góc ma sát trong| độ] e: lực dính [kN/mf]
- Nhu vậy đường bao sức chống cắt Morh-Coulumb ứng với những ứng suất pháp tuyến không quá lớn là đường thăng s = o tan@+ c trong hệ trục (t,ứ), cat trục tung tại c và nghiờng với mặt phăng ngang một gúc (0.
- Cường độ sức chống cắt của đất theo Columb là cường độ mà đất có thé phát huy trên một mặt phang đang xét Xét điểm M năm trong nền đất dưới tác dụng của ngoại lực, điểm M sẽ bị phá hoại trượt theo một mặt phăng 0 nào đó.
Hình 2.1 : Các lực tác dụng lên điểm M trong nên dat
HVTH: PHAM THÀNH LONG - 13090085 GVHD: TS ĐỒ THANH HẢI
+ : lực gây trượt Ơ: lực chống trượt ơ,: Tong ỏp lực cat và ứ Một điểm M năm trên mặt phăng đó ở trạng thái cân băng bên (6n định) khi: tT S=otand hay ts : không xảy ra trong đất vì dat đã bị phá hoại trước khi dat đến ứng suất đó Có thé biểu diễn quan hệ giữa cường độ chồng cắt s va áp lực pháp tuyến o.
- - Trên hình biểu diễn các điểm theo hệ trục tọa độ (T;0), điểm a,b là các điểm ở trạng thái cân bằng giới hạn, còn điểm c,d là các điểm ở trạng thái cân bang bên (ồn định).
- Xét 1 điểm M trong đất dưới tác dụng của ngoại lực và tải trong ban thân.Trên một mặt phang a-b qua M, ứng suất tong tác dụng lên M là ơ, hop bởi của ứng suất pháp o và ứng suất tiẾp 1. tt Đ= ỉ tang +
Hình 2.2 : Vòng tròn Mohr và đường bao sức chỗng cắt
- Gia sử điểm M ở trạng thái cân băng giới hạn thì vòng tron Mohr tiếp xúc với đường Coulomb tại 1 điểm I Nếu mặt phẳng a-b đi qua M không phải là mặt trượt tới hạn thì điểm K nằm trên vòng tron Mohr ứng với mặt phăng ây sẽ thấp hơn đường bao sức chống cắt.
- _ Trường hợp quay mặt phang a-b quanh điểm M, ta sẽ có mặt trượt và điểm tương ứng trờn vũng trũn Mohr là I Lỳc đú gúc lệch ứng suất 0 giữa ứ vao, sẽ đạt cực dai là On So sánh với góc nội ma sat của đất, ta đánh giá được trạng thái ôn định của đất nên:
0ứ : Điểm M mất 6n định
Ta xét các trường hợp ồn định tương ứng với từng loại đất như sau:
Hình 2.3 : Vòng tròn Mohr của đất rời Từ Omax = Q@ , ta có thé viét 6 dang khác, trong đó 0,4, được biểu diễn qua các ứng suất chính o và ơ Xét tam giác OIC (hình vẽ): Ơ, —Ơ;
HVTH: PHAM THÀNH LONG - 13090085 GVHD: TS ĐỒ THANH HẢI
Từ đó có thê viết: Ơ —-Ơ
- Phuong trình trên là phương trình toán hoc của điều kiện cân bang giới han của các loại đất rời, gọi là điều kiện cân bằng giới hạn Mohr-Rankine đối với đât rời.
Hình 2.4 : Vòng tròn Mohr của đất dính ƠI — 93 sind, = 2 4 ecot gp = A179: (2.4) Ơi +0; O,+0,+2ccot gy
2.2 Cơ sở ly thuyết của 6n định mái déc
2.2.1 Ôn định không thoát nước của mái dốc
- Dé phân tích ôn định không thoát nước ta có thê phân tích thông qua ứng suất tổng „=0 Trường hợp này có thé dùng cho trường hợp mái dốc mới dap hay mới đào trong đất sét hoàn toàn bão hòa.Vì „=0 nên độ bên chồng cắt không thoát nước tụ =cụ
- Gia thuyét mặt cắt của mặt phá hoại có dạng cung tròn và thường được xem là cung trượt Tâm của cung trượt giới han ở một nơi nao đó bên trên đỉnh mái dốc Cung trượt giới hạn là một trong số vô hạn cung kha di vẽ được bán kính và tâm khác nhau Một số cung sẽ đi qua chân mái dốc và một số khác sẽ cắt mặt đất ở phía trước chân mái dốc.
- _ Cung giới han là một cung mà doc theo nó phá hoại dễ xảy ra nhất và có hệ số an toàn thấp nhất Chọn một số cung thử và việc phân tích được lặp lại cho mỗi cung cho đến khi nhận được hệ số an toàn thấp nhất.
- Su mất ôn định có xu hướng làm vật thể có trọng lượng W nằm trên cung trượt dịch chuyền.
- Cung trượt có tâm O và bán kính R và có momen phá hoại là Wd.
- Xu hướng dịch chuyên bị cản lại bởi momen của độ bên chong cat được
Hình 2.5 : Cung trượt phân tích theo ứng suất tong (9,=0)[19]
Chiều dài cung: AB = R.0 Lực kháng cắt đọc theo cung : AB = cụ, R.0 Moment kháng cat = cụ.R”.0
Hệ số an toàn F tinh theo: momen kháng cắt C„.R20
FS = aa = = (2.5) momen phá hoạt W.d
HVTH: PHAM THÀNH LONG - 13090085 GVHD: TS ĐỒ THANH HẢI
Hình 2.6 : Ảnh hưởng của khe nứt căng trong phân tích ứng suất tong[1]
- _ Trong đất dính, khi điều kiện cân bằng giới hạn biểu 16, có xu hướng hình thành khe nứt căng gần đỉnh mái dốc.Độ sâu của khe nứt căng có thể tính theo công thức :
- Néu trong khe nứt căng chứa day nước thì phải xét thêm đến lực thủy tĩnh P„ theo phương ngang: ly — 5+ Yw:Zo (2.7) 1
Hệ số an toàn : FS = me (2.8)
2.2.2 Mái dốc không dong nhất không thoát nước - Pat thực sự đồng nhất sẽ có cùng độ bên cắt không thoát nước cụ tại tất cả các điểm trong toàn bộ khối cắt Mặc dù chắc chắn là điều kiện như vậy chỉ tồn tại trong lý thuyết, nhưng đối với một số trường hợp nhất định việc giả thuyết c, là hằng số có thé giúp cho việc đánh giá hệ số an toan hợp lý Tuy nhiên thực tế có những trường hợp đất không đồng nhất như:
+ Có hai hay nhiều lớp đất khác nhau rõ rệt.
+Trong một lớp đất có độ bên cat biến đổi đáng ké theo độ sâu. s* Bài toán nhiều lớp
Wj.sina (2.13)
Với ôEy, : là ỏp lực thủy tinh
2.25 Phương pháp mặt trượt trụ tròn A.W BISHOP
Hình 2.12 : Phân tích on định theo phương pháp A.W.BISHOP
- _ Cân băng giới hạn xảy ra trên mặt trượt trụ tròn - Cac lực tiếp tuyến bang nhau và ngược chiều nhau X1=X2 và E1¢E2 hay
- Tong moment do phan luc trén toan khối trượt bằng 0.Tương tự như phương pháp W.Fellenius ta được kết quả
- Phuong trình cân bang lực trên phương đứng
HVTH: PHAM THANH LONG - 13090085 GVHD: TS ĐỒ THANH HAI
- Thay vào phương trình trên với u=0 biến đổi và rút gọn ta được kết qua
FS = —r, 2.163,W¡sin# “— cosa(1 +902") (2.16) Đặt m;= cosa(1+tgo’.tga/FS)
- — Vì hai về của phương trình 2.14 đều chứa FS nên ta không thể giải trực tiếp ra hệ số an toàn mà phải dùng phương pháp lặp
- Cac bước lặp để tính hệ số an toàn FS +Giả thuyết FS=1 ở về trái và tính m;
+Sau đó thay m; vừa tính được vào 2.14 dé tính lại FS +Sử dụng FS vừa tính được để tính lại mơ; mới
+Lặp lại bước 3 và 4 cho đến khi giá trị giả thuyết và giá trị tính toán bằng nhau
- Phuong pháp A.W.Bishop kế đến ảnh hưởng lực phân mảnh nên cho kết quả chính xác hơn phương pháp Fellenius.Theo kết quả nghiên cứu thì phương pháp A.W.Bishop có sai số 2- 7%.
Hệ số an toàn cho phép theo phương pháp Bishop [FS]=1.4
1 Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu cơ sở lý thuyết ta thay được vai trò của sợi khi gia cường vào nên đất là làm hạn chế vết nứt phát triển và làm tăng khả năng kháng cắt của nền Cường độ đất nên tăng lên khi gia cố xi măng do hình thành các tinh thé liên kết với nhau làm cho cấu trúc đất trở nên bền
MANG VA SOI XO DUA 3.1 Tinh chat co bản của dat dùng trong thi nghiệm
CB 40 DAN DỤNG -
| * ẤT TẠt vies pohicnres vêu CHUAN BIẾT
SỐ LÔ: QK12-015 LIÊN DOANH GIUA
Tiéu chuan TCVN | Nght Son
Cường độ chịu 3 ngày + 45' >18 30 nén(Mpa) 28 ngày + 8h >40 52 ơ ˆ F Bat dau ( phỳt) >45 140
Thời gian dong ket Kết thúc (phút)