1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG VÀ NÉN TRONG HỐ KHOAN

37 3,2K 20

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 37
Dung lượng 5,2 MB

Nội dung

Tiểu luận mô tả chi tiết về phương pháp, về trình tự 2 thí nghiệm được sử dụng phổ biến trong Xây dựng: nén trong hố khoan và cắt trực tiếp

Trang 1

I THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG

1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT:

Đường Coulomb biểu diễn sức kháng cắt của đất có dạng

u c

Khả năng lỗ rỗng của đất dính rất chậm nên mộtsố leiu65 để tính toán nnề móngtheo sơ đồ UU ( không cố kết, không thoát nước) là thích hợp Tuy nhiên việc xácđịnh Cuu trong phòng thí nghiệm không phải lúc nào cũng thuận lội, nhất là sét nhạy

và than bùn

Từ những vấn đề nêu trên, người ta đề xuất một loại thí ngheim65, không cần tiếnhành lấy mẫu nguyên dạng, có thể xác định nhanh chóng sức chống cắt không thoátnước của đất yếu

Kết quả cắt cánh hiện trường ở hàng loạt vị trí ở khu vực khảo sát cũng cho thấyrằng sức chống cắt không thoát nước của đất yếu có khuynh hướng tăng theo độ sâu vàphụ thuộc vào mức độ cố kết của đất nền Ngoài ra, kết quả cắt cánh hiện trường chophép đánh giá sức chống cắt của đất trong điều kiện thế nắm tự nhiên nên phù hợp vớithực tế hơn;

Nhìn chung, tình hình khảo sát địa chất công trình hiện nay ở nước ta vẫn phổ biếnviệc khoan và thí nghiệm mẫu đất trong phòng hơn là thí nghiệm ngoài trời vì điều kiện

Trang 2

tiến hành cũng như giá thành của nó Đối với những công trình quan trọng, cần thiết tiếnhành việc thí nghiệm ngoài trời vì cho phép thu nhận các kết quả khách quan và tin cậy.

3 NGUYÊN LÝ THÍ NGHIỆM

Bộ phận làm việc của thiết bị thông thường gồm 4 cánh: Chiều cao cánh lấy bằng

2 lần đường kính hình trụ xoay tròn

Độ sâu ngập cánh dưới đáy hố khoan được xác định như sau:

S=0.3h đối với đất có độ bền trung bình;

S=0.5h đối với đất mềm yếu;

Với h- chiều cao cánh;

Có thể cắt cánh không trong hố khoan và kết quả thường đáng tin cậy hơn do thể hiệnđược độ bền sức chống cắt theo điều kiện thế nằm tự nhiên;

Tại mỗi độ sâu cần thí nghiệm, thí nghiệm được tiến hành bằng cách quay lưỡi cắtvới tốc độ 600/ phút ứng với thời gian phá hủy khoảng 2 đến 5 phút Sau đó lưỡi cắt sẽđược xoay tiếp vài vòng rồi để yên trong khoảng 10 phút Thí nghiệm cắt sẽ được lặp lạilần nữa trong điều kiện đất đã bị phá hủy để xác định sức chống cắt dư của đất nền;

Sức chống cắt không thoát nước được xác định căn cứ vào giá trị moment cắt do được vàphụ thuộc vào kích thước cánh của lưỡi cắt chữ thập Độ nhạy của đất được tính bằng tỉ

số giữa sức chống cắt không thoát nước của đất được tính bằng tỉ số giữa sức chống cắtkhông thoát nước của đất ở hai trạng thái nguyên dạng và đã bị phá hoại

4 THIẾT BỊ

THIẾT BỊ CỦA THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH:

Trang 3

Hình 1: Cấu tạo máy cắt cánh;

h

d

Hình 2: Qui ước kích thước

Trang 4

Hình 3: Thiết bị cắt cánh

HIỆN NAY CÓ KHÁ NHIỀU LOẠI THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH KHÁC NHAU, GỒM

3 LOẠI CHÍNH;

Hình 4: Mô tả Thiết bị cắt cánh

Trang 5

Hình 5: Thiết bị cắt cánh-2

Hình 6: Thiết bị cắt cánh-3

Trang 6

Hình 6: Thiết bị cắt cánh-3

a Loại đọc ngay kết quả:

Hình 7: Lắp đặt Thiết bị cắt cánh- loại đọc kết quả ngay

đây là loại thiết bị phổ biến nhất, gồm có cống bao và mũ bảo vệ đường kính 63,5mm đểchống ma sát cho cần cánh có nhiều kiach1 cỡ và hình dạng khác nhau, phụ thuộc vàotừng laoị đất thí nghiệm cắt cánh có bề dày 2mm, không vát

Cánh tiêu chuẩn có chiều rộng D=6.5cm và cao H=13cm; H=2D; thích hợp chođất ở trạng thái dẻo mềm;

Cánh tiêu chuẩn có chiều rộng D=3,65cm và cao H=7cm; H=2D Thích hợp chođất ở trạng thái chảy;

Trang 7

Bệ đỡ máy công suất 5 tấn Máy ép/ kéo thủy lực 15 tấn với bơm thủy lực.

Cần cánh có đường kính 12,7mm bao gồm cả vỏ bọc

b Loại ghi đồ thị trên giấy vẽ, còn gọi là cắt cánh cơ học, MVST;

Hình 8: Lắp đặt Thiết bị cắt cánh- loại cắt cánh cơ học

Thiết bị thí nghiệm là máy cắt cánh nilcon do Thụy Điển sản xuất thí nghiệm cắtcánh được tiến hành bằng cách ấn trực tiếpvào đất với tần xuất 2m/lần;

Thiết bị có các phần chính như sau:

Thiết bị trên amt85 đất, gồm bộ phận cắt cánh, giấy cắt, tay quay kiểm soátmoment, đai siết, đầu kẹp vào máy nén, lò xo khóa và đĩa thép đường kính 23mm

Đầu thiết bị cắt bằng cơ có khảng 120Nm và độ chính xác <1%;

Phần thiết bị dưới đất, gồm cánh có vát kích thước 50x110mm hay 65x130mm,đầu nối trượt (15 độ ngược chiều kim đồng hồ) cho cnầ d22mm;

Thiết bị ép thủy lực 3-5 tấn và cần nối đường kính d22;

c Loại cắt cánh EVST:

Trang 8

Hình 9: Lắp đặt Thiết bị cắt cánh EVTS

Thiết bị thí nghiệm là máy cắt cánh điện tử EVST 2000 của hãng Geotech (ThụyĐiển) sản xuất Thí nghiệm cắt cánh được thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuấtthiết bị và tiêu chuẩn ASTM D2573-94;

Cánh loại có vát kích thước HxD=13X6.5cm được sử dụng để thí nghiệm;

5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Trình tự của thí nghiệm cắt cánh:

Bước 1: Chuẩn bị thiết bị vật tư thí nghiệm ( hình 10)

-Kiểm tra và hiệu chỉnh thiết bị theo chỉ dẫn kỹ thuật hoặc chỉ dẫn sử dụngcủa nhà sản xuất trước khi đưa ra hiện trường Máy cắt cánh phải có chứng chỉkiểm định do cơ quan có thẩm quyền cấp

Bước 2: Lắp đặt thiết bị và ấn sâu ( hình 11)

Lắp cánh cắt vào cần nối, lắp cần nối với bộ phận tạo và ghi mô men; kiểmtra hệ thiết bị bảo đảm cần và cánh cắt thẳng đứng trước khi ấn vào trong đất.Trong trường hợp sử dụng cánh cắt có áo bảo vệ, ấn áo bảo vệ tới chiều sâu cáchđiểm cắt tối thiểu bằng 5 lần đường kính áo bảo vệ Trong trường hợp cánh cắtkhông có áo bảo vệ, lỗ khoan phải dừng trước điểm cắt tối thiểu bằng 5 lần đườngkính lỗ ấn cánh cắt từ đáy lỗ thí nghiệm hoặc từ vị trí áo bảo vệ một lần liên tụcđến điểm cắt Trong quá trình ấy, không được gây ra bất kỳ một mô men xoắn nào

Trang 9

Bước 3: Tiến hành cắt ( hình 12)

Khi cánh cắt đã ở đúng vị trí điểm cắt, tác dụng mô men lên cánh cắt với tốc độ khôngquá 0,1độ/giây Yêu cầu này đòi hỏi thời gian phá huỷ đất (thời gian cắt tới phá huỷ)trong khoảng 2 đến 5 phút, trừ trường hợp đất rất mềm thì thời gian phá huỷ có thể tới 5

10 đến 15 phút Đối với những loại đất cứng hơn (những loại đất có biến dạng nhỏ khiphá huỷ), 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

Bước 4: Ghi nhận, xử lý số liệu số liệu tại thời điểm phá hoại (Hình 13)

Tại thời điểm đất bắt đầu bị phá hoại, ghi được trị số mô men cắt lớn nhất – mômen cắt trạng thái nguyên trạng của đất Tu Tiếp tục quay nhanh cánh cắt ít nhất 10 vòng,trong thời gian không quá 1 phút, ghi được mô men cắt nhỏ nhất – mô men cắt trạng tháiphá huỷ của đất Td Với thiết bị có bộ phận gia tải tự động, nên ghi trị số mô men theochu kỳ 15 giây 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 Tf bằng cách quay cần nối tại chỗ (tách rời cánh cắt) ởcùng độ sâu thí nghiệm Xác định ma sát cần tối thiểu một lần tại mỗi điểm cắt Đối vớiloại 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 (ghi chú 2) tối thiểu một lần cho mỗi điểm cắt Nếuthiết bị hoạt động chuẩn sẽ được xem như không có ma sát cần

Hình 10: Bước 1- Chuẩn bị thiết bị vật tư thí nghiệm

Trang 10

Hình 11: Bước 2 -Lắp đặt thiết bị và ấn sâu - Ấn cánh cắt từ đáy lỗ thí nghiệm hoặc từ vị trí áo bảo vệ một lần liên tục đến điểm cắt Trong quá trình ấy, không được gây ra bất kỳ một mô men xoắn nào.

Hình 12 - Bước 3- Tiến hành cắt

Trang 11

Hình 13: Bước 4- Ghi nhận, xử lý số liệu số liệu tại thời điểm phá hoại

Quy trình thí nghiệm cắt cánh được tiến hànhtheo ASTM ASTMD2573-94 và TCXD112-1984; BS 1377 part 9-4.4:

Loại đọc ngay kết quả:

Cắt trong hố khoan:

Khoan tạo lỗ đến độ sâu thí nghiệm, có thể chống hay không tùy vào khả năng giữ thành

hố khoan Làm sạch đáy hố khoan trước khi thí nghiệm

Ấn sâu bộ cắt cánh đến độ sâu cách đáy hố khoantối thiểu 4dhoặc 6d ( cho trường hợp đấtsét rất nhạy) Đáy hố khoan có bộ định tâm để đảm bảo cắt cánh thí nghiệm ở tâm hốkhoan

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách quay lưỡi cắt với tốc độ khoảng 6 đến 18 )trong một phút ứng với thời gian phá hủy khoảng 2 đến 5 phút> đọc số trên đồng hồ Tipếtheo lưỡi cắt sẽ đượcxoay luôn vài vóngrồi để yên trong khoảng 10 phút Thí nghiệm cắt

sẽ được lặp lại trong điều kiện đất đã bị phá hoại

Cắt trong ống bao bảo vệ:

Cánh cắt và cần cắt được đặt trong ống bao bảo vệ để loại ma sát giữa cần cắt với đất;

Trang 12

ép bộ cắt cánh đến độ sâu thí nghiệm, Ép cần cắt ra khỏi ống bao bảo vệ rồi tiến hành cắt;

Loại ghi đồ thị trên giấy vẽ, cắt cánh ấn trực tiếp:

Dùng lực nén để ấn cánh cắt, đã đượcnối với ống nén và cần xuống độ sâu cnầ thínghiệm ;

Lắp ráp hộp đo vào ống nén rồi tiến hành quay theo vận tốc cố định Vận tốc nàyphụ thuộc vào cơ cấu thiết bị để khống chế vận tốc góc của cánhlà đúng theo sơ đồ Đốivới thiết bị Nilcon, người thí nghiệm,quay tay quay với vận tốc 1 vòng/s sẽ làm quay cầntrên mặt đất với vận tốc 0,2 độ / giây Cứ quay một vòng thì đọc số 2 lần đến khi đất bịcắt và chỉ số trên đồng hồ từ từ hạ xuống

Sau khi đất đã bị cắt, tiếp tục quay với vận tốc nhanh hơn để đất bị cắt hoàn toàn.Sau đó tiến hành như trên trong điều kiện đất bị phá hoại;

Ấn tiếp đến độ sâu thí nghiệm tiếp theo, thực hiện tương tự;

Loại cắt cánh điện EVST:

Trong giai đoạn cắt bằng thiết bị Geotech, Bộ truyền động làm quay cần trên mặtđất với vận tốc 0,1-0,2 độ / giây Dưới đất moment sẽ tác động lên đầu nối ngay trên ởcánh ở khoảng 15 độ đầu tiên Sau đó moment sẽ truyền đến cánh Số liệu được ghi nhậntrực tiếp tại bộ truyền động, và được máy tính xử lý bằng phần mềm VANE-LOG 1.03của GEOTECH Sau khi phá hoại, một đường congsẽ được hiển thị trên máy tính nhưhình 4.6

Sau khi đã cắt nguyên dạng, quay cần cho đất tại vị trí cắt cánh được phá hoại hoàn toàn,

để yên trong 10 phút sau đó thực hiện tương tự như cắt nguyên dạng, khi đó thu được kếtquả cắt phá hoại

Số đo trong quá trình thí nghiệm được diễn dịch sau khi thí nghiệmvà lập thành beiu63

đồ và bảng kết quả;

Tính toán kết quả của thí nghiệm cắt cánh:

Sức chống cắt hông thoát nước được tính toán trên cơ sở giả định rằng sức chống cắt làđồng nhất trên toàn bộ bề mặtcắt ( trên cạnh, đỉnh và đáy lưỡi cắt) > Sức chống cắt Suđược xác dịnh theo công thức;

Với Mmax là momnet xoắn lớn nhất hay giá trị moment lúc mẫu bị phá hoại được tínhnhư sau:

Trang 13

Số đo hiệu chỉnh= Lớn nhất- Số đo ma sát cần Đọc trên đồng hồ;

Hệ số hiệu chỉnh, tương đương nh7 hệ số vòng lcự, phụ thuộc vào thiết bị, xác định quaquá trình chuẩn đồng hồ;

Su được tính cho cả trường hợp mẫu đất nguyên dạng và phá hoại;

K là hệ số cắt cánh, phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của lưỡi cắt;

Khi cánh hình chữ nhật;

Khi cánh hơi bị vát:

Với iT và IB là gốc vát phía trên và phía dưới của cánh;

Độ nhạy của đất, ký hiệu là St, được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ của đất ở trạngthái nguyên dạng với phá hoạiphận loại độ nhạy của đất theo bảng 4.2

6 TÍNH TOÁN VÀ TRÌNH BÀY THÍ NGHIỆM

- Xác định giá trị sức chống cắt không

thoát nước Su tại hiện trường

- Nguyên lý thí nghiệm và thiết đơn

giản;

- Xác định độ nhạy của đất;

- Rất thích hợp với các loại đất mềm;

- Đã được áp dụng khá rộng rãi trong

thời gian dài

Tổng sức chống cắt của đất khi phá hoại là:

Ở đây Cu- Sức chống cắt không thoát nước hay là lực dính không thoát nước hay là lựcdính không thoát nước trong sét mềm bảo hòa nucớ;

Trang 14

Sức chống cắt không thoát nước cua đất của đất được tính theo công thức:

: Moment xoắn lớn nhất;

K: Hằng số cánh quay phụ thuộc và kích thước cánh;

Trường hợp chiều cao cánh bằng hai lần đường kính:

Thí nghiệm cắt cánh trực tiếp vào trong đất thường cho kết quả khác biệt so vớikết quả thí nghiệm cắt cánh trong hố khoan

Thực tế cho thấy rằng sức chống cắt của đất phụ thuộc đáng kể vào trạng thái ứngsuất ban đầu nên phụ thuộc vào trọng lượng bản thân đất Thực vậy, dưới tác dụng củatrọng lượng bàn than đất nền , mẫu đất ở độ sâu nào đó dưới mặt đất sẽ bị nén chặt tươngđối và có độ chặt ( thể hiện thông qua và e) tương ứng Cường độ sức chống cắt của đấtphụ thuộc vào độ chặt, độ ẩm đã được nghiên cứu từ rất sớm và được trình bày trong cácbài viết chuyên ngành Thực vậy, sức chống cắt không thoát nước của đất

Quan hệ Su, ứng suất do trọng lượng bản than hữu hiệu p’ và sức chống cắt hữuhiệu có thể thiết lập được như sau: Xét một điểm ở độ sâu nhấ tđịnh trong nền đất Ứngsuất chính lớn nhất và nhỏ nhất tại điểm đó có thể xem như p’ và Ko p’ ( với Ko- hệ số

áp lực hông) Nếu điểm đó chịu cắt trong điều kiện UU, các thành phần ứng suất chínhtổng sẽ là và

; áp lực nước lỗ rỗng thặng dư;

Các thành phần ứng suất hữu hiệu xác định được

/2 max

t

Trang 15

Theo vòng mohr ứng suất, khi đạt phá hoại, quan hệ ứng suất tổng và hữu hiệu có thểviết

ở đây: c’; độ bền sức chống cắt hữu hiệu Từ đó

Trang 16

Đối với nền đất yếu cố kết thường c’=0 biểu thức (8.35)có thể được rút gọn:

Bên cạnh đó, còn có thể tìm thhấy mối tương quan giữa Su và p’ qua những phương pháp nghiên cứu khác

7 ỨNG DỤNG CỦA THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH:

Thí nghiệm cắt cánh được sử dụng chủ yếu để tính toán móng cọc:

Sức kháng mũi đơn vị q 9.S u tip( )

Sức kháng ma sát đơn vị; f s a S u side( )

a: Hệ số dính, phụ thuộc vào độ sâu ngàm cọc và lớp đất dính tốt xác định vào phươngpháp Tom,linson

D- Chiều sâu ngầm cọc trong lớp đất dính;

Trang 17

Hình 14: Đồ thị xác định hệ số lực dính a

8 ỨNG DỤNG CỦA THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ:

Mô tả thí nghiệm: dự án : đường ô tô cao tốc TPHCM – Trung Lương - km3+450

- Thí nghiệm cắt cánh được thcự hiện tại độ sâu 4.0m ( hình 15); 6.0m( hình 16); 8.0m( hình 17); 10m; 12m( hình 18); 14m( hình 19); 15,4m ( hình 20)

- Dừng thí nghiệm ở độ sâu 15.4 m( hình 20)

- Biểu đồ cường độ kháng cắt theo độ sâu ( tham khảo)

Trang 18

Hình 15: Kết quả cắt cánh ở độ sâu 4.0m

Trang 19

Hình 16: Kết quả cắt cánh ở độ sâu 6.0m

Trang 20

Hình 17: Kết quả cắt cánh ở độ sâu 8.0m

Trang 21

Hình 18: Kết quả cắt cánh ở độ sâu 12.0m

Trang 22

Hình 19: Kết quả cắt cánh ở độ sâu 14.0m

Trang 23

Hình 19: Kết quả cắt cánh ở độ sâu 15.4m ( hết)

Trang 24

CƯỜ NG ĐỘ KHÁNG CẮT THEO

ĐỘ SÂU

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

0 10 20 30 40 50 60

Phá hoại Nguyên dạng

Hình 20: Biểu đồ cường độ kháng cắt theo độ sâu

Trang 25

II THÍ NGHIỆM NÉN TRONG HỐ KHOAN

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm nén ngang (Pressuremeter Test – PMT): là thí nghiệm nén tải ngang trên thành hố khoan Mục đích chính của thí nghiệm là:

o Nghiên cứu các đặc trưng độ bền, biến dạng của đất, đá ở vách hố khoan, hố đào;

o Tính toán sức chịu tải của đất nền;

o Tính toán độ lún, chuyển vị ngang của đất nền.

Thí nghiệm thích hợp để nghiên cứu ứng xử của đất khi chịu tải trọng ngang như hố đào, tường chắn

3 THIẾT BỊ

Trang 26

Hình 21 Thiết bị thí nghiệm nén ngang trong hố khoan

Thiết bị nén ngang đã trải qua nhiều thế hệ được cải tiến và hoàn thiện dần, tuy nhiên,

về nguyên lý cơ bản vẫn không thay đổi Thế hệ sau cùng ở thời điểm này được gọi làType G Sơ đồ cấu tạo cơ bản của thiết bị nén ngang thể hiện trong hình 21 Thế hệ nénngang Type G có thể đạt đến áp lực 10 MPa trong khi thế hệ đẩu tiên chỉ đạt 1MPa, cấutạo cơ bản một thiết bị nén ngang bao gốm 3 bộ phận:

o Hộp điều khiển áp lực-thể tích (Control Pression-Volume - CPV);

o Ống đo (thường gọi là Sonde);

o Đường ống dẫn (Tube de Connection).

Hình 22 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm nén ngang

a Hộp điểu khiển - CPV

CPV Type G (hình 21) được cấu tạo bằng một ống thép không gỉ có các lỗ thôngdẫn với khí nén và cho nước chảy Đây thực chất là bộ phận chứa dung dịch nướcbơm vào ống đo CPV được lắp đặt nhiều bộ phận, đặc biệt là hệ thống đồng hồ đo áplực của nước và khí nén; ống thuỷ tinh có vạch điều chỉnh độ biến dạng theo thể tíchnước (cm3); hệ thống van điều khiển khí nén và nước

Ngày đăng: 16/03/2017, 08:44

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w