1 Mặt đất g Tác dụng của trọng trờng gây ra áp lực địa tầng theo độ sâu Tác dụng của lực ly tâm gây ra áp lực Đỉnh mẫu thí nghiệm Đáy mẫu thí nghiệm Sự sai khác giữa áp lực địa tầng v Bán kính quay R1+a Bán kính quay R1 theo bán kính đến tâm quay a: chiều dy mẫu áp lực do lực ly tâm mô hình vật lý trong địa kỹ thuật Nguyễn Đức Hạnh* Lê thị Hồng Thị Vân* Physical modelling in Geotechnics ABSTRACT : To study a geotechnical problem it can be investigated by a full scale model at a site. However, due to the naturally variable soil properties it is difficult to take all into consideration. To overcome this, the investigated problem is normally scaled down and investigated in a laboratory where soil properties can be stricly controlled. In this paper, physical modelling will be outlined and a specific 1-g model is given. I. Mở đầu Việc xây dựng các mô hình để nghiên cứu các bi toán địa kỹ thuật l rất phổ biến trên thế giới. Hiện nay có hai loại mô hình đợc sử dụng l mô hình 1-g v mô hình ly tâm. Với mô hình 1- g chỉ có áp lực địa tầng ở một độ sâu no đó đợc mô phỏng. Ngợc lại với mô hình ly tâm, sự thay đổi áp lực địa tầng tăng dần tuyến tính theo độ sâu có thể đợc mô phỏng bằng lực ly tâm khi mẫu đất đợc đa vo buồng quay. * Bộ môn Địa Kỹ Thuật Trờng Đại học Giao Thông Vận Tải H Nội Cầu Giấy - H Nội Tel: 04-7841716 Hình 1 thể hiện nguyên lý của sự thay đổi áp lực địa tầng (dới tác dụng của gia tốc trọng trờng 1-g) v lực ly tâm tác dụng lên mẫu để mô phỏng áp lực địa tầng của mô hình ly tâm. Do sự thay đổi của gia tốc hớng tâm theo bán kính nên có sự khác nhau về áp lực giữa hai trờng hợp nhng sự sai khác ny l không đáng kể (Schofield, 1980). Hình 1. áp l ự c đ ị a tần g do g ia tốc tr ọ n g trờn g v l ự c l y tâm tron g mô hình l y tâm 2 Buồng ly tâm có tốc độ quay v bán kính cng lớn sẽ mô phỏng đợc các bi toán địa kỹ thuật có lớp đất cng sâu. Ví dụ một khối đất có khối lợng 10kg, đợc quay trong buồng ly tâm với bán kính quay l 4m với vận tốc góc l = 16 radians/s sẽ có một gia tốc hớng tâm l 4 x16 2 = 1024 m/s 2 v lực ly tâm l 10kg x 1024 m/s 2 xấp xỉ 10 kN. Tuy nhiên với các thuộc tính nội tại của đất nh lực ma sát, lực dính đơn vị, vấn đề tỷ lệ trong mô hình ly tâm cần phải nghiên cứu thêm v đây l một hạn chế của mô hình đối với các bi toán địa kỹ thuật. Với mô hình 1-g tuy chỉ mô phỏng đợc áp lực địa tầng ở một độ sâu nhất định nhng nó vẫn l một công cụ hữu ích để nghiên cứu các bi toán địa kỹ thuật, hơn nữa nó khắc phục đợc các hạn chế của mô hình ly tâm nh đã đề cập ở trên. Các phần tiếp theo sẽ trình by chi tiết một mô hình 1-g đợc sử dụng để nghiên cứu một bi toán địa kỹ thuật. Do khuôn khổ của bi báo phần phân tích số liệu của thí nghiệm sẽ đợc giới thiệu ở các bi báo tiếp theo. II. MÔ hình thí nghiệm 2.1 Bi toán cần nghiên cứu Nếu lấy trọng lợng thể tích của đất l 20 kN/m3, tiết diện vuông góc với bán kính quay l 0.2x0.2m thì lực ly tâm của mô hình có thể mô phỏng đợc áp lực địa tầng đến hơn 12m. Khi mô phỏng bi toán với tỷ lệ n thì các giá trị chủ yếu đợc mô phỏng với tỷ lệ cho trong Bảng 1 (Powrie, 1997). Phơng pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh để xác định sức chịu tải của cọc l phơng pháp tin cậy nhất v đợc lm chuẩn mực để đánh giá các phơng pháp khác. Tuy nhiên, giá thnh thí nghiệm cao v thời gian thực hiện thí nghiệm lâu. Do các nhợc điểm ny, phơng pháp thí nghiệm tải trọng động đợc nghiên cứu v phát triển. Ban đầu kết quả của thí nghiệm tải trọng động đợc phân tích đơn giản qua việc giải bi toán va chạm v dùng định luật bảo ton năng lợng. Smith (1961) đã kiến nghị tính đến hiện tợng truyền sóng ứng suất trong việc phân tích kết quả thí nghiệm tải trọng động. Kế đó hiệu ứng về tốc độ gia tải đợc nghiên cứu (Gibson v Coyle, 1968; Heerema 1979; Litkouhi v Potskitt, 1980; Randolph v Deeks, 1992) v nó không thể bỏ qua khi phân tích kết quả thí nghiệm. Hiệu ứng về tốc độ gia tải đó l hiện tợng sức kháng cắt của đất phụ thuộc vo tốc độ cắt. Sức kháng cắt cng cao khi tốc độ cắt cng nhanh. Trong thí nghiệm tải trọng tĩnh quá trình cắt l đủ chậm để có thể xem sức kháng của cọc l sức kháng tĩnh. Ngợc lại Các đ ạ i l ợ n g Giá tr ị tron g Giá tr ị tron g bi toán th ự c mô hình với t ỷ lệ 1:n Chiều di l t l m = l t /n Diện tích A t A m = A t /n 2 Thể tích V t V m = V t /n 3 ứng suất t m = t Lực F t F m = F t /n 2 Mô men M t M m = M t /n 3 Chuyển vị t m = t /n Biến dạng t m = t Thời gian cố kết t ct t cm = t ct /n 2 Tần số (trong thí nghiệm động) f t f m = nf t Thời gian cho các tơng tác động t td t md = t td /n Vận tốc (cho các thí nghiệm động) v t v m =v t Gia tốc (cho các thí nghiệm động) a t a m = a t /n Bản g 1. T ỷ l ệ các đ ạ i l ợ n g tron g mô hình l y tâm so với bi toán th ự c 3 trong thí nghiệm tải trọng động, tốc độ xuyên của cọc lớn do vậy sức kháng thu đợc trong khi thí nghiệm l sức kháng động. Sức kháng động đợc cho l bao gồm hai thnh phần sức kháng tĩnh v sức cản nhớt. Thnh phần sức cản nhớt phụ thuộc vo tốc độ cắt. Khi phân tích kết quả thí nghiệm động cần tách phần sức cản nhớt để thu sức kháng tĩnh của cọc l giá trị cần thiết cho thiết kế. Thời gian tác dụng tải trọng của thí nghiệm động l rất nhanh (4 6 ms), do vậy hiện tợng sóng ứng suất thể hiện rõ rệt v hiện tợng ny lm quá trình phân tích số liệu phức tạp hơn nhiều. ý tởng tăng thời gian tác dụng tải trọng để giảm thiểu đến mức có thể bỏ qua hiện tợng sóng ứng suất đã cho ra đời phơng pháp tĩnh động. Tuy hiện tợng truyền sóng ứng suất đợc giảm thiểu trong thí nghiệm tĩnh động nhng để thu đợc sức kháng tĩnh của cọc từ thí nghiệm tĩnh động, kết quả của nó cần đợc phân tích để loại bỏ sức cản nhớt. Từ vấn đề đặt ra ở trên, một mô hình vật lý đợc thiết kế để nghiên cứu hiệu ứng tốc độ gia tải khi cọc chịu tác dụng các dạng tải khác nhau. 2.2 Kích thớc của mô hình thí nghiệm Mô hình 1-g có thể phản ánh gần sát với thực tế nếu nó có kích thớc đủ lớn. Tất nhiên kích thớc của mô hình cng lớn, nó mô phỏng cng tốt bi toán thực tế. Nhng do giá thnh v thời gian thực hiện thí nghiệm nên kích thớc của mô hình cần hạn chế. Hợp lý nhất l biên của mô hình nên nằm ở vùng có ứng suất v biến dạng l không đáng kể khi tiến hnh thí nghiệm hoặc ít nhất, nằm ngoi biên của vùng biến dạng dẻo. 2.3 Chuẩn bị mẫu Với phơng pháp tĩnh động, một đối trọng đợc đặt trên đầu cọc v phóng rời khỏi đầu cọc bằng cách tạo ra áp lực khí trong buồng xi lanh nhờ việc kích nổ một chất cháy nổ đặc biệt. Khi khối đối trọng đợc phóng lên, một lực ngợc chiều tác dụng vo đầu cọc v đợc đo bằng hộp tải đặt ngay đầu cọc (Hình 2). Khi khối đối trọng rơi xuống nó đợc giảm chấn bằng cuội sỏi trong thùng chứa. Quá trình gia v giảm tải của thí nghiệm xảy ra trong khoảng 180-200 ms, di hơn nhiều so với phơng pháp động (4-6 ms). Theo kinh nghiệm, đối trọng dùng trong thí nghiệm tĩnh động khoảng 5% tải trọng cần tác dụng, còn với thí nghiệm động trọng lợng cần thiết của quả búa khoảng 2% (Middendorp et al. 2000). Mẫu đất đợc chuẩn bị bằng cách trộn kỹ 3 th nh phần, bột sét kaolin (chiếm 50% theo khối lợng), bụi (chiếm 25% theo khối lợng), cát mịn (chiếm 25% theo khối lợng) với nớc. Sau khi trộn xong vữa sét có độ ẩm khoảng 55% bằng 1.5 lần giới hạn chảy. Vữa sét đợc bơm vo một ống trụ để chuẩn bị quá trình cố kết một chiều (Hình 3). ống trụ rỗng hai đầu có chiều cao 1750mm với đờng kính bằng 785mm. Trớc khi bơm vữa mặt trong của ống đợc bôi trơn mỡ để giảm A, Pile B, Load Cell C, Cylinder D, Piston E, Platform F, Silencer G, Reaction Mass H, Gravel Container I, Gravel J, Laser K, Laser Beam L, Laser Sensor A, Cọc G, Khối tải B, Hộp đo tải H, Thùng chứa cuội sỏi C, Xi lanh I, Cuội sỏi D, Pít tông J, Thiết bị tạo tia la ze E, Sn đỡ K, Tia la ze F, Thiết bị giảm âm L, Thiết bị bắt tia laze Hình 2. Các b ộ ph ậ n của thí n g hiệm tĩnh đ ộ n g Hình 3. Bơm vữa sét vo ốn g tr ụ để cố kết m ộ t chiều 4 ma sát thnh ống khi cố kết đất. Trong quá trình bơm vữa, một lớp nớc đợc thêm vo trên bề mặt v ống bơm luôn nằm dới mực nớc ny để tránh không khí bị giữ lại trong vữa dới dạng khí kín. ống trụ đợc đặt trên tấm bản đáy bằng thép dy 30mm có đục lỗ để dây của các thiết bị đo đi qua (Hình 4). MODEL TESTING Thiết bị đo áp lực nớc lỗ rồng đợc bố trí trong mẫu để theo dõi quá trình cố kết v áp lực nớc lỗ rỗng trong quá trình thí nghiệm cọc. Các thiết bị ny đợc bố trí ở các cao độ v bán kính khác nhau. Thiết bị đo áp lực nớc lỗ rỗng (Hình 5) l một mng cảm biến dy 0.09mm đợc dán vo đá thấm. Một đầu của mng cảm biến sẽ tiếp xúc với nớc cần đo áp lực, một đầu thông với không khí có trong dây dẫn. Khi đó, sự chênh áp lực nớc phía mặt trên của mng cảm biến v áp lực không khí phía mặt dới của mng cảm biến sẽ lm mng biến dạng v tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi tuyến tính với sự chênh lệch áp lực ny. Trong quá trình đo áp lực, nớc lỗ rỗng đi qua đá thấm v tiếp xúc với mng cảm biến. Để đo tốt áp lực, nớc lỗ rỗng phải đảm bảo nớc đi qua đá thấm dễ dng. Do vậy, trớc khi cho thiết bị vo mẫu đất, mẫu đá thấm của thiết bị phải đợc bão ho nớc. Cách lm thông thờng l ngâm thiết bị trong buồng kín n ớc (nớc ny cần phải đuổi khí trớc) v dùng bơm hút chân không để đuổi khi trong đá thấm. Trong quá trình thí nghiệm, thiết bị cần phải căn chỉnh khoảng 6 tháng một lần. Khi căn chỉnh, áp lực nớc đợc tăng từng cấp, mỗi cấp khoảng 50 đến 100 kPa. Với mỗi cấp, ghi lại tín hiệu đầu ra. Các tín hiệu ny đợc ghi bằng máy tính với một chơng trình đơn giản đợc lập bằng ngôn ngữ Labview. Từ áp lực tác dụng v tín hiệu đầu ra, hệ số chuyển đổi giữa áp lực v tín hiệu điện có thể đợc xác định (Hình 6). Ngoi ra, trong mẫu còn đợc bố trí các thiết bị đo gia tốc để đo gia tốc của đất xung quanh cọc trong quá trình thí nghiệm động sau ny. Sau khi vữa sét đợc bơm đến độ cao khoảng 1500mm trong ống, nó đợc cố kết dới cấp áp lực 280kPa. Nớc thoát ra từ mẫu theo hai chiều (trên v dới mẫu) (Hình 6). Thiết b ị đo áp l ự c nớc lỗ rỗng v đo gia tốc Tấm bản đá y Hình 4. Tấm bản đá y v các thiết b ị đo y = 71.12x + 0.71 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0123456 Voltage (V) Pressure (kPa) Hình 5. Quan hệ áp l ự c v tín hiệu đầu ra Hình 5. Thiết b ị đo áp l ự c nớc lỗ rỗn g Vỏ kim loại Vòng thủy tinh Mng cảm biến Đá thấm Dây dẫn Vỏ nhựa kín nớc 12mm 6.5mm 5 Tấm đá y ốn g đ ự n g vữa sét Thiết b ị g ia tải áp lực cố kết một chiều Mẫu đất Thiết b ị g ia tải áp l ự c cố kết ốn g thoát nớc trên v dới mẫu Bn g ia tải Tấm đá y Thiết b ị đo áp lực nớc lỗ rỗng Hình 6. Bố trí cố kết m ộ t chiều cho mẫu 6 Xi lanh thủy lực cấp tải đợc nối với bn gia tải để tác dụng 1 áp lực phân bố đều lên bề mặt mẫu. Biên của bn gia tải có 2 gioăng để ngăn vữa sét v nớc thoát ra. Bn gia tải có hai lỗ cho nớc thoát theo phơng đứng lên phía trên mẫu đi ra ngoi. Tơng tự ở tấm bản đáy, một lỗ đợc bố trí ở giữa tấm cho nớc thoát phía dới mẫu. Khi chuyển sang cố kết 3 trục, ống đựng mẫu đợc tháo dỡ v tiếp đó, mẫu đợc bọc bằng mng cao su. Hình 8 thể hiện sơ đồ cố kết 3 trục của mẫu. Phần giữa buồng ngoi v mng cao su đợc bơm đầy nớc để tác dụng áp lực ngang lên mẫu. Một mng cao su đợc đính với tấm bản trên của buồng v nớc đợc bơm vo khoảng giữa của mng đính v bản trên để tác dụng áp lực đứng lên mẫu. Độ biến dạng cho phép của mng đính vo bản trên khoảng 200mm đủ cho mẫu lún trong quá trình cố kết 3 trục. Khi chuyển từ cố kết một chiều sang cố kết 3 trục, một lớp cát khoảng 200mm đợc thêm vo trên đỉnh mẫu v khi cố kết, nớc thoát theo phơng đứng qua lớp cát ny vo ống trụ có đục lỗ v đi ra ngoi. ống trụ có đục lỗ ny cao 220mm, ngăn lớp cát đệm trên tiếp xúc với cọc. áp lực cố kết theo phơng đứng v ngang đợc đo bằng hai thiết bị đo (Hình 8). Việc đa cọc vo mẫu đợc thực hiện trong quá trình chuyển từ cố kết 1 chiều sang cố kết 3 trục. Khi đ a cọc vo mẫu, một ống thép đợc ấn vo mẫu v đất trong ống đợc lấy ra bằng khoan tay. Khi đến chiều sâu đã định, ống thép đợc rút ra v cọc đợc đa vo mẫu. Một ít nớc đã đuổi khí đợc cho vo phần hở giữa thnh cọc v thnh lỗ khoan để đảm bảo đất xung quanh cọc bão ho (quá Trong quá trình cố kết, áp lực nớc lỗ rỗng, thể tích nớc thoát ra v độ lún của mẫu đợc ghi lại. Khi độ cố kết đạt khoảng 80%, chiều cao ban đầu l 1500mm lún đến chiều cao khoảng 1000mm, mẫu đợc chuyển sang cố kết 3 trục. Hình 7 l kết quả áp lực nớc lỗ rỗng trong quá trình cố kết một chiều của một mẫu thí nghiệm. trình chuyển từ cố kết 1 chiều sang 3 trục thờng mất 2 ngy, do vậy, cọc có thể để qua đêm trớc khi tác dụng áp lực ngang v đứng lên mẫu). Một hệ dầm đợc thiết kế để gia cờng cho tấm bản trên nhằm giảm thiểu dao động đứng của tấm trong các thí nghiệm động (Hình 8). Khi cố kết 3 trục, mẫu đợc tác dụng áp lực theo phơng ngang v phơng đứng. Giá trị các áp lực ny l 280kPa, bằng giá trị áp lực trong cố kết một chiều. áp lực 3 trục tác dụng lên mẫu đợc duy trì cho đến khi các thí nghiệm với cọc kết thúc. 2.4 Hệ thống gia tải cho cọc Với thí nghiệm tĩnh động v thí nghiệm xuyên cọc với tốc độ không đổi, hệ thống thuỷ lực điều khiển bằng máy tính đợc sử dụng. Thiết bị ny nhận tín hiệu từ máy tính để tác dụng tải trọng lên cọc theo dạng thức mong muốn. Hệ tải ny có một bộ đo chuyển vị đợc tích hợp ngay trong thiết bị (LVDT linear variable displacement transducer) Với thí nghiệm tĩnh (gia tải từng cấp) hệ thống gia tải dùng trong cố kết một chiều đợc sử dụng, do hệ gia tải điều khiển bằng máy tính không có khả năng duy trì tải trong thời gian di. Một hộp đo tải đợc đặt giữa cọc v xi lanh để đo tổng tải trọng tác dụng lên cọc 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Pore water pressure (kPa) Height (mm) t = 0 hour t = 12 hours t = 84 hours t = 120 hours t = 156 hours t = 192 hours t = 228 hours t = 264 hours t = 300 hours t = 356 hours Hình 7. á p lực nớc lỗ rỗng trong mẫu dới quá trình cố kết một chiều 7 Hình 8. Sơ đồ cố kết 3 tr ụ c v c ọ c tron g mẫu Thiết b ị thủ y l ự c để tác dụng tải trọg lên cọc H ộ p đo tải đầu cọc Dâ y nối ra máy tính Phần nối c ọ c với hộp đo lực Thiết b ị đo áp l ự c tác dụng lên mẫu theo phơng đứng Thiết b ị thủ y l ự c để tác dụng tải trọg lên cọc H ộ p đo tải đầu cọc Thiết b ị đo áp l ự c tác dụng lên mẫu theo phơng ngang Phần nối c ọ c với hộp đo lực Mn g ba tr ụ c bọc mẫu áp l ự c nớc tác dụng theo phơng ngang lên mẫu áp l ự c nớc tác dụng theo phơng đứng lên mẫu C ọ c Lớp đệm cát trên mẫu Dầm tăn g cờn g tấm bản trên 8 2.5 Cọc thí nghiệm Cọc thí nghiệm (Hình 9) có đờng kính 70mm, di 1000mm v có 4 bộ phận chính: Hộp đo tải mũi cọc: Hộp ny cho phép đo sức cản mũi cọc, độc lập với sức kháng ma sát. Bộ phận đo lực ma sát: Bộ phận tự chế ny có khả năng đo lực ma sát thnh cọc trên một đoạn di 302mm. 2.6 Thiết bị điều khiển v ghi số liệu Một hộp điều khiển đợc nối với máy tính v hệ thống gia tải thuỷ lực để điều khiển các dạng tải trọng tác dụng vo cọc. Do thí nghiệm động đợc thực hiện với thời gian rất ngắn từ 30ms đến 200ms nên một thanh nhớ đệm đợc cắm thêm vo máy tính. Với các thí nghiệm động, số liệu đọc từ các hộp đo tải, thiết bị đo áp lực nớc đợc ghi vo máy tính với tốc độ khoảng 3000 lần đọc trong 1 giây. III. các thí nghiệm Sau khi độ cố kết 3 chiều đạt đợc khoảng 90% thì bắt đầu quá trình thí nghiệm cọc. Thiết bị đo áp lực nớc lỗ rỗng ngay tại bề mặt thnh cọc. Thiết bị ny đợc bố trí cách mũi cọc 534mm. Thiết bị đo áp lực nớc lỗ rỗng tại bề mặt mũi cọc. Ngoi ra một đoạn nối có đờng kính nhỏ hơn đờng kính cọc nối với cọc v hộp tải bên trên (Hộp tải để đo tổng tải trọng tác dụng vo cọc) Trong quá trình thí nghiệm cọc, áp lực 3 trục lên mẫu vẫn đợc duy trì. Với mỗi thí nghiệm, cọc đợc ấn vo trong mẫu đất một khoảng 7mm (bằng 1/10 đờng kính cọc). Sau mỗi thí nghiệm cọc đợc nghỉ khoảng 24h cho đến khi áp lực nớc lỗ rỗng xung quanh cọc trở về trạng thái ban đầu v thí nghiệm tiếp theo đợc thực hiện. Có 3 dạng thí nghiệm chính đợc thực hiện: Thí nghiệm ấn cọc vo đất với tốc độ không đổi. Với dạng thí nghiệm n y, cọc đợc ấn vo đất với các tốc độ khác nhau: 0.01; 10; 30; 50; 100; 150; 200; 500mm/s. Mục đích chính của thí nghiệm ny l nghiên cứu mối liên hệ sức kháng động của cọc v tốc độ xuyên của cọc. Sức kháng của cọc từ thí nghiệm nén với tốc độ 0.01mm/s đợc xem l sức kháng tĩnh. Thí nghiệm tĩnh động. Các xung tải mô phỏng thí nghiệm tĩnh động đợc thực hiện với Hộp đo tải mũi cọc Hộp đo tải sức cản ma sát Đo áp lực nớc lỗ rỗng tại bề mặt cọc rỗng tại bề mặt mũi cọc Đo áp lực nớc lỗ thiết bị gia tải Phần nối cọc với bị đo đợc nối với máy tính Dây dẫn của các thiết Hình 9. Cấu t ạ o c ọ c thí n g hiệm 9 thời gian tác dụng tải trọng từ 180ms đến 200ms. Các xung tải có giá thị cực đại từ 15kN đến 40kN. Thí nghiệm ny cung cấp sức kháng động của cọc trong thí nghiệm tĩnh động. Kết hợp với các thí nghiệm xuyên cọc với tốc độ không đổi, mối quan hệ giữa sức cản nhớt v vận tốc xuyên cọc đợc nghiên cứu. Thí nghiệm tĩnh gia tải từng cấp. Với thí nghiệm ny, cọc đợc gia tải từng cấp, tải trọng mỗi cấp khoảng 3kN (xấp xỉ 1/6 sức kháng tĩnh cực hạn của cọc). Thí nghiệm ny kết hợp với thí nghiệm nén cọc với tốc độ 0.01mm/s để xác định sức kháng tĩnh của cọc. iV. một số kết quả thí nghiệm 4.1 Thí nghiệm nén cọc với tốc độ không đổi Một số kết quả thí nghiệm đợc thể hiện trên Hình 10. Qua kết quả đo đợc, sức kháng động phụ thuộc vo tốc độ xuyên cọc rất rõ rệt. Tốc độ xuyên cng cao thì sức kháng động cng lớn. 4.2 Thí nghiệm tĩnh động Kết quả thí nghiệm tĩnh động với giá trị lớn nhất của xung tải tác dụng l 29kN đợc thể hiện trên Hình 11. So sánh kết quả giữa thí nghiệm tĩnh động v thí nghiệm nén cọc với tốc độ không đổi v = 0.01mm/s đợc thể hiện trên Hình 12. Kết quả cho thấy sức cản động của cọc trong thí nghiệm tĩnh động cao hơn nhiều sức kháng tĩnh của cọc. 4.3 Thí nghiệm gia tải từng cấp Kết quả của một thí nghiệm tĩnh gia tải từng cấp đợc thể hiện trên Hình 13. Trong hình vẽ trên cần chú ý l tổng lực cản mũi cọc đo đ ợc v tổng lực cản ma sát đo đợc, không bằng tổng sức cản của cọc, do hộp đo sức cản ma sát chỉ đo sức cản trên một chiều di l 302mm trong lúc đó chiều di của cọc l 1000mm. Qua so sánh giữa thí nghiệm gia tải từng cấp v thí nghiệm nén cọc với tốc độ v = 0.001mm/s cho thấy sức chịu tải của cọc giữa hai loại thí nghiệm l tơng đơng. Do vậy, có thể xem sức chịu tải của cọc khi thí nghiệm nén cọc với tốc độ v = 0.01mm/s l sức kháng tĩnh của cọc. Kết luận ny sẽ đợc sử dụng khi phân tích thnh phần sức cản nhớt của cọc v tác giả sẽ cố gắng trình by trong các bi báo tiếp theo. 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 Tổng tải trọng (kN) Độ lún (mm) Tốc độ 0.01 mm/s Tốc độ 50 mm/s Tốc độ 100 mm/s Tốc độ 200 mm/s 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Thời gian (ms) Tải trọng (kN) -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tốc độ cọc (mm/s) Tải trọng lên cọc Vận tốc cọc Hình 10. Thí n g hiệm với các tốc đ ộ khác nhau Hình 11. Quan hệ g iữa tải tr ọ n g , v ậ n tốc c ọ c v thời gian của thí nghiệm tĩnh động 0 1 2 3 4 5 6 7 8 036912151821242730 Tải trọng (kN) Độ lún (mm) Thí nghiệm nén cọc với tốc độ không đổi V= .01mm/s Thí nghiệm tĩnh động 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Tải trọng (kN) Độ lún (mm) Sức cản ma sát Sức cản mũi Tổng sức cản Hình 12. So sánh quan hệ tải tr ọ n g -đ ộ lún của th í n g hiệm tĩnh đ ộ n g v thí n g hiệm nén c ọ c với v=0.01mm/s Hình 13. Kết quả của thí n g hiệm tĩnh g ia tải từng cấp 10 V kết luận Các mô hình vật lý l một công cụ tốt để nghiên cứu các bi toán địa kỹ thuật. Đất trong phòng thí nghiệm đợc kiểm soát chặt chẽ. Do vậy, sự khác nhau giữa thí nghiệm ny v thí nghiệm khác đợc giảm thiểu. Cả hai mô hình 1-g v ly tâm đều có u nhợc điểm của nó nên tuỳ thuộc vo bi toán cụ thể m chọn mô hình phù hợp. Mô hình ly tâm có giá thnh đắt nhng với một buồng quay có thể thực hiện đợc nhiều bi toán nên nó cần đợc xem xét để đầu t cho các trung tâm nghiên cứu lớn. các ti liệu Tham khảo GIBSON, G.C. & COYLE, H.M. (1968). Soil damping constants related to common soil properties in sands and clays. Research Report No. 125-1, Texas Transportation Institute, Texas A&M University. HEEREMA, G.A., (1979). Relationship between wall friction, displacement velocity and horizontal stress in clay and in sand, for pile driveability analysis. Ground Engineering Journal, pp. 55 -65. LITKOUHI, S. & POSKITT, T.J. (1980). Damping constants for pile driveability calculations. Geotechnique, Vol. 30, No. 1. pp. 77-86. MIDDENDORP, P., GINNEKEN, G.J.J. van & FOEKEN, R.J. van. (2000). The advantages and disadvantages of dynamic load testing and Statnamic load testing. In S. Niyama & J. Beim (eds), Proc. 6th, Int. Conf. on the Application of Stress Wave Theory to Piles, Sao Paulo, Brazil, pp. 625-632. NGUYEN, D.H., (2005). Statnamic testing of Piles in Clay. PhD Thesis. The University of Sheffield. UK. NGUYEN, D.H., ANDERSON, W.F. & HYDE, A.F.L. (2006). Interpretation of Statnamic load tests on piles in clay. Proceedings of the the six International conference on Physical Modelling in Geotechnics. Hong Kong. Vol. 2. pp, 965-970. NGUYEN, D.H., ANDERSON, W.F. & HYDE, A.F.L. (2006). A new analysis of data from statnamic tests on piles in clay. Proceedings of the tenth International conference on Piling and Deep Foundation, Amsterdam, May 31- June 2, 2006. Powrie, W. (1997). Soil mechanics, concepts and appliations. E & FN Spon. Randolph, M.F & Deeks, A.J. (1992). Dynamic and static soil model for axial pile response. Application of Stress Wave Theory to Piles. Proc. 4th Int. Conf. on the Application of Stress Wave Theory to Piles, The Hague, The Netherlands, pp. 3-14. SCHOFIELD, A.N. (1980). Cambridge geotechnical centrifuge operations. Geotechnique, Vol. 30, No. 3. pp. 227-268. SMITH., E.A.L., (1960). Pile Driving Analysis by the Wave Equation. Journal of Soil Mechanics and Foundations. ASCE. Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 86. No. 4. pp. 35-61. . Việc xây dựng các mô hình để nghiên cứu các bi toán địa kỹ thuật l rất phổ biến trên thế giới. Hiện nay có hai loại mô hình đợc sử dụng l mô hình 1-g v mô hình ly tâm. Với mô hình 1- g chỉ có. dính đơn vị, vấn đề tỷ lệ trong mô hình ly tâm cần phải nghiên cứu thêm v đây l một hạn chế của mô hình đối với các bi toán địa kỹ thuật. Với mô hình 1-g tuy chỉ mô phỏng đợc áp lực địa. thớc của mô hình cng lớn, nó mô phỏng cng tốt bi toán thực tế. Nhng do giá thnh v thời gian thực hiện thí nghiệm nên kích thớc của mô hình cần hạn chế. Hợp lý nhất l biên của mô hình nên