Giao trinh thi nghiem cơ học đất

hướng dẫn thực hành thí nghiệm cơ học đất. Giáo trình hướng dẫn các bài thí nghiệm cơ học đất bao gồm: Xác định độ ẩm, khối lượng thể tích. Độ ẩm giới hạn dẻo, độ ẩm giới hạn chảy, thành phần hạt của đất, độ chặt tiêu chuẩn của đất, tính nén lún của đất, sức chống cắt của đất

Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất BÀI 1: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT 1.1 Khái niệm : Độ ẩm đất phần trăm lượng nước chứa đất so với khối lượng đất khô khối đất tự nhiên W Gn 100(%) Gk Gn : Khối lượng nước chứa đất Gk : Khối lượng đất khô 1.2 Các phương pháp xác định độ ẩm đất 1.2.1 Phương pháp đốt cồn Dụng cụ thí nghiệm:  Cân kỹ thuật, độ xác 0,1 ~ 0,01g;  Hộp nhơm có nắp đậy;  Đũa thủy tinh;  Cồn công nghiệp 90 ~ 95o; Trình tự thí nghiệm: Trình tự thí nghiệm thực theo sau:  Rút gọn mẫu đến khối lượng khoảng 75g  Cân khối lượng hộp (G1)  Cho mẫu đất vào hộp nhôm  Cân khối lượng đất hộp nhôm (G2)  Đổ cồn vào mẫu đất với lượng vừa phải vừa đủ làm ướt bề mặt mẫu đất  Châm lửa đốt cho cồn cháy hết  Lặp lại bước 5, khối lượng mẫu khơng đổi (thường 3÷4 lần)  Để nguội, cân xác định khối lượng đất khô hộp (G3); Tính tốn kết quả: Độ ẩm mẫu đất xác định theo công thức sau: W G2  G3 100(%) G3  G1 (1.1) Số liệu thí nghiệm trình bày theo mẫu sau: Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Mẫu ghi kết thí nghiệm xác định độ ẩm phương pháp đốt cồn Lần Số thí hiệu nghiệm hộp Khối Khối lượng Khối lượng lượng hộp hộp hộp đất ẩm đất khô G1 (g) G2 (g) G3 (g) Khối lượng Khối lượng đất khô nước (G3-G1) (g) (G2-G3) (g) Độ ẩm W (%) Trung bình  Chú ý: Chỉ áp dụng phương pháp đốt cồn khơng có điều kiện xác định độ ẩm đất tủ sấy; Nên tiến hành song song từ 2~3 thí nghiệm, lấy giá trị trung bình; Khơng áp dụng cho đất có chứa nhiều hữu cơ;  Chú ý: Phải chờ cho cồn tắt hẳn tiếp tục đổ cồn cho lần tiếp theo, tránh để xảy tai nạn đáng tiếc 1.3.2 Phương pháp sấy: Dụng cụ thí nghiệm:  Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ đến 300oC;  Cân kĩ thuật có độ xác đến 0,01g;  Bình hút ẩm có canxi clorua;  Cốc nhỏ thuỷ tinh hộp nhơm có nắp, V≥ 30cm3;  Rây có đường kính lỗ 1mm;  Cốc sứ chày sứ có đầu bọc cao su;  Khay men để phơi đất; Hình 1.1: Tủ sấy Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Dụng cụ thí nghiệm:  Đánh số hộp nhơm, cân khối lượng hộp nhôm đựng mẫu (G1)  Cho mẫu đất ẩm (khoảng 75g) vào hộp nhơm, nhanh chóng đậy nắp đem cân khối lượng (G2)  Mở nắp hộp đem làm khô tủ sấy nhiệt độ quy định (105  2oC - đất loại sét đất loại cát; 80  2oC - đất có chứa thạch cao đất có chứa lượng hữu lớn 5%), khối lượng khơng đổi ( 5÷7 h tùy mẫu đất)  Lấy hộp nhôm khỏi tủ sấy, đậy nắp lại đặt vào bình hút ẩm có canxi clorua từ 45 phút đến để làm nguội mẫu, đem cân ( G3) Tính tốn kết quả: Độ ẩm mẫu đất xác định theo công thức sau: W G2  G3 100(%) G3  G1 (độ xác đến 0,1%) Mẫu ghi kết thí nghiệm xác định độ ẩm phương pháp sấy Số Số hiệu hiệu mẫu hộp Khối Khối lượng Khối lượng Khối lượng lượng hộp hộp đất khô hộp đất ẩm đất khô G1 (g) G2 (g) G3 (g) (G3-G1) (g) Khối lượng nước (G2-G3) (g) Độ ẩm W (%) Trung bình  Chú ý: Kết tính tốn độ hút ẩm biểu diễn với độ xác tới 0,01% Độ chênh lệch lần xác định song song không lớn 0,1% Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất BÀI 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT 2.1 Khái niệm : Khối lượng thể tích đất ẩm (γw) (gọi tắt khối lượng thể tích) khối lượng đơn vị thể tích đất có kết cấu độ ẩm tự nhiên w  G V (g/cm3 ; T/m3; KN/m3) G: Khối lượng mẫu đất V: Thể tích mẫu 2.2 Các phương pháp xác định khối lượng thể tích  Phương pháp dao vòng : Dùng cho loại đất không lẫn sỏi sạn, phương pháp đơn giản tốn nhiều thời gian sức lực thí nghiệm Khối lượng m khối lượng đất dao đai Thể tích V thể tích dao đai  Phương pháp rót cát: Dùng cho loại vật liệu đất cấp phối đào có thành thẳng đứng  Phao Cô-va-li-ép: Xác định nhanh, sai số lớn đất chứa nhiều hạt sét  Phương pháp phóng xạ: Xác định nhanh, khơng cần phải đào lỗ đất để xác định khối lượng đất thể tích lỗ đào Độ ẩm khối lượng thể tích đất xác định dựa vào mối quan hệ xác lập trước độ ẩm khối lượng thể tích với khả lan truyền phóng xạ độ dẫn điện  Phương pháp bọc sáp: Dùng cho đất dính có cỡ hạt khơng lớn 5mm, đất khó cắt dao vòng, cắt dễ bị vỡ vụn Phương pháp dao đai Phương pháp rót cát Phương pháp bóng cao su Phương pháp phóng xạ Phương pháp đo độ dẫn điện Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất 2.3 Phương pháp dao vòng: Dụng cụ thí nghiệm  Dao vòng tích V ≥ 50cm3, chiều cao dao vòng 0,5d ≤ h ≤ d  Thước kẹp ;  Dao cắt ;  Chụp dao vòng;  Cân kỹ thuật có độ xác 0,01 0,1g ;  Xẻng, bay, đệm phẳng ;  Dụng cụ xác định độ ẩm đất ; Trình tự thí nghiệm  Xác định khối lượng (G1) thể tích dao vòng ( V)  Gạt bỏ phần đất phía trên, dọn phẳng bề mặt lớp đất  Bơi dầu trơn vào bề mặt dao vòng, đặt dao vòng thẳng đứng, lắp vòng đệm, lắp chụp dao vòng búa; giữ dao vòng tay trái; sau ấn nhẹ dao vòng vào trụ đất dao vòng hồn tồn đầy đất  Dùng bay đào đất xung quanh dao vòng, lấy dao vòng khỏi lớp đất  Lấy vòng đệm ra, dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô lên miệng dao vòng  Vệ sinh sạch, cân khối lượng dao đất (G2)  Lấy phần mẫu đất dao vòng đem xác định độ ẩm G  G1 2.4 Tính tốn kết quả: (độ xác 0,01g/cm3) w  V Mẫu ghi kết TN xác định khối lượng thể tích phương pháp dao vòng Số dao vòng Khối lượng dao vòng (g) Khơng có đất Có đất Thể tích dao vòng (cm3) Khối lượng thể tích (g/cm3) Từng mẫu Ghi Trung bình  Chú ý: Sai lệch kết lần xác định song song không lớn 0,02 g/cm3 Sau xác định khối lượng thể tích, tiến hành xác định độ ẩm đất dao vòng để tính khối lượng thể tích khơ đất Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Mẫu ghi kết thí nghiệm xác định độ ẩm phương pháp đốt cồn Lần Số thí hiệu nghiệm hộp Khối Khối lượng Khối lượng lượng hộp hộp hộp đất ẩm đất khô G1 (g) G2 (g) G3 (g) Khối lượng Khối lượng đất khô nước (G3-G1) (g) (G2-G3) (g) Độ ẩm W (%) Trung bình 2.4 Phương pháp bọc sáp: Dụng cụ thí nghiệm  Dao cắt ;  Chụp dao vòng;  Cân kỹ thuật có độ xác 0,01 0,1g ;  Dụng cụ xác định độ ẩm đất ;  Cân thủy tĩnh Trình tự thí nghiệm  Từ khối mẫu đất nguyên dạng, cắt gọt dao mẫu thí nghiệm ngun dạng có hình bầu dục với thể tích >30cm3  Cân xác định trọng lượng mẫu đất thí nghiệm khơng khí, độ xác đến 0.1%, khối lượng m  Nấu chảy sáp, nhúng mẫu đất thí nghiệm vào sáp nóng chảy nhiệt độ 55-600C Sao cho toàn mẫu đất bọc vỏ sáp dày khoảng 0.5-1mm Kiểm tra loại trừ bọt khí vỏ sáp  Cân xác định trọng lượng mẫu đất thí nghiệm bọc sáp khơng khí, độ xác 0.1% , khối lượng m1 ;  Cân mẫu đất bọc sáp nước , độ xác 0.1% , khối lượng m2  Cân xác định lại trọng lượng mẫu đất thí nghiệm bọc sáp khơng khí Độ xác 0.1%, sau lau khơ nước bám mẫu sáp để kiểm tra nước có thấm qua vỏ sáp vào đất hay không Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Tính tốn kết qủa Tính khối lượng thể tích tự nhiên đất γw :  n  p m w   p (m1  m2 )   n (m1  m) Trong đó: m: Khối lượng mẫu đất trước bọc sáp (g) m1 : Khối lượng mẫu đất bọc sáp (g) m2 : Khối lượng mẫu đất bọc sáp cân nước (g) ρn : Khối lượng riêng nước, lấy 1g/cm3 ρp : Khối lượng riêng sáp, lấy 0.9g/cm3 Lần Số thí hiệu nghiệm hộp Khối lượng Khối lượng Khối lượng Đất trước Mẫu đất bọc Mẫu đất bọc sáp bọc sáp sáp cân nước m (g) m1 (g) m2 Khối lượng thể tích đất tự nhiên γw Trung bình Khối lượng thể tích khơ đất: Khối lượng thể tích khơ đất (ɣc) tính g/cm3 , tính tốn theo cơng thức sau: Trong đó: w: độ ẩm đất ɣw : Khối lượng thể tích đất tự nhiên đất Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất BÀI 3: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT 3.1 Khái niệm : Giới hạn dẻo đất (Wd) tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo Giới hạn dẻo (Wd) đặc trưng độ ẩm ( tính phần trăm) đất sau nhào trộn với nước lăn thành que có đường kính 3mm, que đất bắt đầu rạn nứt đứt thành đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ đến 10cm 3.2 Phương pháp xác định giới hạn dẻo Dụng cụ thí nghiệm  Rây với kích thước lỗ 1mm;  Cối sứ chày có đầu bọc cao su;  Bình thuỷ tinh có nắp;  Cân kĩ thuật có độ xác đến 0,01g;  Dao để nhào trộn;  Bát sắt tráng men sứ  Các kính nhám có kích thước (40x60) cm Hình 3.1: Tấm kính nhám có kích thước 40x60mm  Dụng cụ để xác định độ ẩm Chuẩn bị mẫu  Phơi mẫu đất khơ gió, nghiền nhỏ chày cao su  Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm loại bỏ phần rây  Lấy khoảng 150 gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng dao trộn trạng thái hồ đặc  Đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh đậy kín, ủ mẫu 3.3 Trình tự thí nghiệm  Lấy đất dùng mặt phẳng lòng bàn tay đầu ngón tay lăn đất nhẹ nhàng kính nhám (hoặc vật thể hút nước) thành que tròn có đường kính 3mm, rạn nứt ngang đứt thành đoạn nhỏ dài khoảng đến 10mm  Lấy que đất để xác định độ ẩm ( lấy mẫu làm song song) Trang: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Hình 3.2 Tiến hành lăn mẫu đất  Chú ý: Khi lăn, phải nhẹ nhàng, khẽ ấn lên que đất chiều dài que đất khơng vượt q chiều rộng lòng bàn tay Nếu với đường kính lớn 3mm que đất rạn nứt, độ ẩm đất thấp giới hạn dẻo; với đường kính 3mm có rạn nứt bị rỗng giữa, phải loại bỏ que đất Nếu từ hồ đất chuẩn bị khơng thể lăn thành que có đường kính 3mm (đất rời ra), xem đất khơng có giới hạn dẻo 3.4 Tính tốn kết  Độ ẩm que đất độ ẩm giới hạn dẻo  Sai lệch mẫu thử độ ẩm song song không lớn 2% Mẫu ghi kết thí nghiệm xác định độ ẩm phương pháp đốt cồn Lần Số thí hiệu nghiệm hộp Khối Khối lượng Khối lượng lượng hộp hộp hộp đất ẩm đất khô G1 (g) G2 (g) G3 (g) Khối lượng Khối lượng đất khô nước (G3-G1) (g) (G2-G3) (g) Trung bình Trang: Độ ẩm Wd (%) Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất BÀI 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN CHẢY CỦA ĐẤT 4.1 Khái niệm : Giới hạn chảy đất (Wch) tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy Giới hạn chảy (Wch) đặc trưng độ ẩm (tính phần trăm) bột đất nhào trộn với nước mà dọi thăng hình nón tác dụng trọng lượng thân sau 10 giây lún sâu 10mm 4.2 Phương pháp xác định giới hạn chảy  Phương pháp dọi Vaxiliep  Phương pháp dùng dụng cụ Casagrande 4.2.1 Phương pháp dọi vaxiliep Dụng cụ thí nghiệm  Rây với kích thước lỗ 1mm;  Cối sứ chày có đầu bọc cao su;  Bình thuỷ tinh có nắp;  Cân kĩ thuật có độ xác đến 0,01g;  Dao để nhào trộn;  Bát sắt tráng men sứ  Quả dọi Vaxiliep ( khn hình trụ, dọi thăng hình nón) Quả dọi Hình 4.1: Quả dọi Vaxiliep thăng mà phận chủ yếu khối hình nón nhẵn thép khơng rỉ, có góc đỉnh 300 cao 25mm Trên dọi, theo chiều cao hình nón, cách đỉnh l0mm có khắc ngấn tròn  Dụng cụ để xác định độ ẩm Chuẩn bị mẫu  Phơi mẫu đất khơ gió, nghiền nhỏ chày cao su;  Cho khoảng 300 gam đất qua sàng 1mm loại bỏ phần rây;  Lấy khoảng 150 gam đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát, dùng dao trộn trạng thái hồ đặc;  Đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh đậy kín, ủ mẫu Trang: 10 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất 300-900 đất chứa 0-10% hạt có kích thước lớn 2mm 1000-2000g đất 10-30% hạt có kích thước lớn 2mm Tiến hành thí nghiệm Cân khối lượng mẫu ban đầu Đổ mẫu đất vào rây lắc tay máy qua sàn tiêu chuẩn Cân khối lượng đất sót sàng lọt xuống ngăn đáy Lấy tổng khối lượng sàng so với tổng khối lượng mẫu đất trung bình đem phân tích nến sai lệch q 1% khối lượng phải phân tích lại Kết phân tích hạt theo phương pháp rây Hàm lượng nhóm hạt biễu diễn phần trăm tính theo cơng thức: P=mh/m*100% Trong đó: mh : Khối lượng nhóm hạt, g m : Khối lượng mẫu trung bình đem phân tích, g Tổng khối lượng mẫu đem phân tích Kích thước nhóm hạt, mm K.lượng nhóm hạt, g Phần trăm nhóm hạt, % Kết phân tích Kích thước hạt, mm >10 10 10÷5 5÷2 2÷1 1÷0.5 0.5 0.5÷0.25 0.25 0.25÷0.1 0.1 Phần trăm tích lũy, % Trang: 16 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất 5.3.2 Phương pháp phân tích hạt tỷ trọng kế: - Chuẩn bị mẫu thí nghiệm tạo huyền phù - Lấy 200 g đất trạng thái khô gió sàng qua rây10,5,2,1, 0.5mm Cân nhóm hạt rây nhóm hạt lọt xuống rây - Lấy lượng đất lọt qua rây 0.5mm cân với khối lượng sau: 20 g đất sét 30 g đất sét pha 40 g đất cát pha - Cho mẫu đất trung bình dùng để phân tích vào bình tam giác có dung tích từ 750 đến 1000ml - Cho nước vào bình tam giác lượng gấp 10 lần khối lượng mẫu đất ngâm mẫu 24h - Thêm vào bình tam giác dung dich NH4OH 25% ( khoảng 0.5ml) để tạo huyền phù có độ pH = 9÷10 đun sôi - Để nguội huyền phù nhiệt độ phòng, sau rửa qua rây 0.1mm tia nước cho vào ống đo hình trụ có dung tích 1000ml.(Chú ý nên rửa nước) Thí nghiệm phân tích tỷ trọng kế - Dùng que để khuấy huyền phù thời gian phút ( giây kéo lên đẩy xuống lần), ghi điểm khuấy sau 20 giây thả tỷ trọng kế vào huyền phù Phải để tỷ trọng kế tự do, không chạm vào thành ống đo - Tiến hành đọc đợt đầu mật độ huyền phù theo mép mặt khum qua 30s, phút, phút phút kể từ khuấy - Lấy tỷ trọng kế khỏi huyền phù cho vào ống nước cất Khuấy lại huyền phù lần thứ hai đọc tỷ trọng kế sau 15 phút, 30phuts, 1.5h, 2h, 3h, 4h kể từ ngừng khuấy - Đo nhiệt độ huyền phù - Hiệu chình số đọc mật độ huyền phù o Trang: 17 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Bảng số liệu thí nghiệm thành phần hạt phương pháp tỷ trọng kế: GS = 2.6 g/cm3 m (g) = 50 g Thời gian đọc t Số đọc R Nhiệt độ T (oC) Số hiệu chỉnh c Số đọc hiệu chỉnh Rc Cự ly chìm lắng Hr Đường kính d (mm) % Khối lượng mịn (P) % Khối lượng mịn toàn mẫu 30’’ 45’’ 1’ 2’ 4’ 8’ 15’ 30’ 1h 2h 4h Trang: 18 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất BÀI 6: THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT 6.1 Mục đích thí nghiệm  Tính nén lún đất khả làm giảm thể tích ( độ lỗ rỗng giảm) tác dụng tải trọng bên  Quá trình nén lún đất tác dụng tải trọng ngồi thực chất q trình nén chặt đất Vì tác dụng tải trọng ngồi, hạt rắn xếp lại làm cho thể tích lỗ rỗng đất giảm xuống độ chặt đất tăng lên 6.2 Nguyên lý thí nghiệm  -Tính nén lún đất khả giảm thể tích ( giảm độ rỗng, biểu giảm chiều cao) tác dụng tải trọng - Cơng việc bao gồm:  - Tìm hệ số lún a (cm2/kG),  - Mô đun biến dạng E (kG/cm2),  - Hệ số cố kết (Cv)-cm2/s đất có kết cấu nguyên chẽ bị, độ ẩm tự nhiên hồn tồn bão hòa nước  - Mẫu đất thí nghiệm có hình trụ tròn, với tỷ lệ đường kính chiều cao khoảng ¾  -Tải trọng tác dụng theo cấp phải bảo đảm thẳng đứng Sai số cho phép cấp áp dụng trọng thời gian thí nghiệm ≤3%; Hình 6.1: Máy nén thí nghiệm -Khi đặt lực phải nhẹ nhàng, khơng vượt giây; -Nên lấy áp lực tự nhiên cho lần đặt tải ban đầu; -Cấp tải sau nên lớn 02 lần cấp tải trước -Áp lực lớn mẫu nguyên trạng lớn 15% so với tổng áp lực cơng trình, mẫu khơng ngun dạng phải lớn áp lực cơng trình 1-2.105N; -Trị số cấp áp lực nén thí nghiệm sau: -Đối với đất loại sét trạng thái dẻo chảy chảy sử dụng cấp: 0.1; 0.25; 0.5; 1.0; 2.0kG/cm2; -Đối với đất sét, sét pha trạng thái dẻo mềm dẻo cứng dùng cấp: 0.25; 0.5; 1.0; 2.0; 4.0 kG/cm2; -Đối với đất cứng cứng, dùng cấp: 0.5; 1.0; 2.0; 4.0; 6.0 kG/cm2 Trang: 19 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất 6.3 Thiết bị thí nghiệm Máy nén bao gồm: - Hộp nén; - Bàn máy; - Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn; - Thiết bị đo biến dạng ( đồng hồ đo) Thiết bị khác: - Dao gọt đất; Dao dây - Dụng cụ ấn mẫu vào dao vòng; - Tủ sấy; - Cân kỹ thuật - Đồng hồ đo biến dạng có khắc vạch đến 0.01mm Hình 6.2: Thiết bị thí nghiệm Hộp nén bao gồm: - Hai đá thấm; - Dao vòng; - Nắp đậy; - Thanh cứng giữ đồng hồ đo biến dạng; - Hộp lớn chứa mẫu phận giữ thăng cho mẫu, đá thấm; - Nắp đậy Hình 6.3: Hộp nén 6.4 Trình tự thí nghiệm Chuẩn bị mẫu thí nghiệm nén:  Lấy mẫu đất dao vòng, gạt mặt mẫu Trang: 20 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất  Lau sạch, đem cân để xác định khối lượng thể tích mẫu;  Đặt mẫu đá thấm ngâm nước vào đáy hộp đổ nước lên cao khỏi bề mặt đá;  Đặt mẫu thử vào, đá thấm mẫu đất;  Đặt nắp đậy lên phía đá thấm, điều chỉnh cân mẫu;  Đặt hộp chứa mẫu vào máy;  Hiệu chỉnh đồng hồ đo biến dạng 0;  Cân cánh tay đòn;  Tải trọng nén tăng theo quy luật khác phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu Ví dụ: 25%P, 50%P, 75%P, 100%P, 150%P, 200%P P áp lực thân đất Đặt cấp tải đầu tiên, tùy thuộc vào loại đất, sau bắt đầu đọc thời gian biến dạng;  Thời gian đọc biến dạng 15s, 30s, 1, 2, 4, 8, 15, 30 phút; 1, 2, 3, 6, 12, 24 kể từ lúc bắt đầu thí nghiệm đến lúc đạt độ ổn định quy ước nhỏ 0.01mm vòng 24 Thí nghiệm nở ( giảm tải) Sau ghi số đo độ biến dạng cuối cấp tải trọng ta tiến hành giảm tải trọng thí nghiệm Tải trọng lấy bớt ∆P = Pn+i - Pn TÍNH TỐN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM  Độ ẩm trước thí nghiệm, W0, % =  Độ ẩm sau thí nghiệm, Wk, % =  Khối lượng thể tích trước thí nghiệm, γo , g/cm3 =  Khối lượng thể tích sau thí nghiệm, γw , g/cm3 =  Hệ số rỗng ban đầu đất (e0)  Vẽ đường cong nén lún( hệ tọa độ thường: Hệ số lỗ rỗng (e)- Áp lực nén (P) tọa độ Logarit Hệ số rỗng (e) – Logarit Áp lực nén (LogP) Tính tốn hệ số lỗ rỗng (e) vẽ biểu đồ quan hệ e = f(P) đường nén nở Trang: 21 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất  Xác định biến dạng mẫu đất (∆hn ) q trình thí nghiệm theo cơng thức: ∆hn : rn – r0 Trong đó: ro : số đọc ban đầu đồng hồ đo biến dạng, rn : số đọc cấp tải trọng thứ n đồng hồ đo biến dạng ổn định  Tính tốn thay đổi hệ số lỗ rỗng (∆en ) cấp áp lực theo công thức: ∆en = ∆hn / h0 x ( + eo )  Hệ số lỗ rỗng en ứng với cấp áp lực theo công thức: en = eo - ∆en BẢNG GHI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN Biến dạng mẫu đất theo thời gian, ứng với cấp tải trọng P 0.5 kG/cm2 Thời gian đọc nén giây Thời diểm Số đọc 1.0kG/cm2 Thời điểm 2.0 kG/cm2 Số đọc Thời diểm 3.0kG/cm2 Số đọc Thời diểm Số đọc 4.0kG/cm2 Thời diểm Số đọc 15 giây 30 giây phút 10 phút 30 phút 60 phút 120 phút 24 PHẦN TÍNH KẾT QUẢ Áp lực nén P(kG/cm2) Các giá trị tính toán 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 Biến dạng tổng cộng sau (x0.01mm) ∆hn : sau (x 0.01mm) ∆hn : sau 24 (x 0.01mm) Trang: 22 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất ∆en = ∆hn / ho x ( + eo ) en = eo - ∆en Hệ số nén lún: an = (en-1 – en )/(Pn –Pn-1) Modun biến dạng E (kG/cm2) : E= (1+en )/an 1.00 0.90 Hệsốrỗ ng e- Void ratio 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.5 1.5 P Áp lực nén (kG/cm ) 2.5 3.5 Ghi chú: Khi tính tốn độ lún cơng trình theo thời gian phải tiến hành xử lý số liệu thí nghiệm theo phương pháp riêng Trang: 23 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Bài 7: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP 7.1 Mục đích -Thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định đặc trưng đất (tính chất học; c, φ), từ đánh giá: Sức chống cắt đất: S = σtanφ + c Khả chịu tải đất nền: RII = Df γ* + Dc) Trong A, B, C hệ số phụ thuộc vào c, φ -Ngoài c, φ xác định thí nghiệm khác: +Nén đơn (Unconfined compression test): áp dụng cho đất dính, đơn giản, cho kết trực tiếp, mặt phá hoại mặt yếu +Cắt trực tiếp (Direct shear test): áp dụng cho đất dính đất rời, đơn giản, cho kết trực tiếp, mặt phá hoại mặt ngang thớt hộp cắt ấn định trước +Nén trục (Triaxial compression test): áp dụng cho tất loại đất, thí nghiệm phức tạp cho đầy đủ tiêu, có phương pháp thí nghiệm; Undrained – Unconsolidated (UU), Undrained – Consolidated (CU), Drained – Consolidated (CD) 7.2 Dụng cụ thí nghiệm: -Máy cắt trực tiếp -Dao vòng để tạo mẫu đất thí nghiệm: đường kính 6,3cm (A = 31,17 cm2), chiều cao 2cm -Đồng hồ đo chuyển vị ngang, đồng hồ đo ứng lực ngang; 2/1000mm:1 vạch = 0,01mm – đồng hồ đo chuyển vị ngang -Dao, bình nước, cân để tạo áp lực -Mẫu đất nguyên dạng chế bị 7.3 Thí nghiệm -Cắt mẫu đất (dày 30cm) cho lần thí nghiệm với cấp tải trọng khác -Bôi trơn nhớt vành hộp cắt -Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất gạt hai mặt Trang: 24 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất -Đặt mẫu đất vào hộp cắt đá bọt khóa chốt cẩn thận -Đặt hộp vào máy cắt, điều chỉnh đồng hồ 0, lấy chốt hộp cắt -Đặt tải trọng đứng theo với cấp tải -Cho máy cắt với tốc độ 1mm/min đến mẫu bị phá hoại; ghi lại giá trị (τ) ứng với lúc đồng hồ đo ứng lực ngang đạt giá trị max Trang: 25 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất 7.4 Tính tốn kết quả: BIỂU ĐỒ THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP Chiều cao: 2.00cm Tiết diện: 31.172cm2 Hệ số vòng: 0.01653 kG/cm2 Số đọc 15 23 lớn 29 Lực cắt τ (kG/cm2) Áp lực nén kG/cm2 0.5 1.0 1.5 Lực cắt τ (kG/cm2) KẾT QUẢ tgφ = φ = C = O kG/cm2 Trang: 26 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Bài 8: THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT TIÊU CHUẨN 8.1 Khái niệm: - Độ chặt tiêu chuẩn đất độ chặt đất tương ứng với trạng thái khối lượng thể tích khơ đất lớn tương ứng với công đầm nện tiêu chuẩn - Độ ẩm tốt lượng nước thích hợp chứa đất mà đạt khối lượng thể tích khô lớn với công đầm nện tiêu chuẩn xác định - Hệ số đầm chặt đất đất tỷ số khối lượng thể tích khơ đất trường khối lượng thể tích khơ lớn đạt phòng thí nghiệm: ɣc : Khối lượng thể tích khơ trường ɣcmax : Khối lượng thể tích khơ lớn phòng thí nghiệm 8.2 Mục đích: -Những cơng trình như: đắp đường, nhà, đê, đập, sân bay, cơng trình san lắp, hay cơng trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt trước thiết kế cần phải xác định dung trọng khô γmax wopt để tối ưu hóa cho cơng trình cơng tác lu lèn -Những cơng trình thi cơng (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng độ chặt nền; cần phải TN đầm chặt để xác định hệ số đầm chặt k -Mục đích việc đầm chặt: +Làm giảm độ lún cơng trình tương lai +Làm tăng khả chịu tải đất +Làm tăng sức chống cắt đất +Làm giảm độ thấm nước qua cơng trình 8.3 Dụng cụ thí nghiệm: -Cân kỹ thuật có độ xác đến 0,01g -Khn Proctor tiêu chuẩn -Búa dầm -Rây có lỗ 5mm -Cân lớn (cân kl đất + khuôn), cân nhỏ (xác định độ ẩm) -Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, dao gạt đất, dụng cụ xác định độ ẩm,… 8.4 Thí nghiệm -Làm khô mẫu đất sấy khô t < 50oC, rãi mẫu đất phẳng, dùng chày để làm tơi đất, cho lọt qua rây 5mm Trang: 27 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Lấy khoảng 15kg đất qua rây 5mm chia làm phần, phần 2,5kg cho vào khay, phun vào lượng nước khác để thu độ ẩm khay từ 10-25% Trộn đất làm ướt theo khay ủ vải phủ kín 12h -Sau thêm nước vào trộn Cách thêm nước: q= Trong đó: q: lượng nước phun thêm (g) ws: độ ẩm yêu cầu (%) wt: độ ẩm đất trước phun thêm nước (%) m: lượng nước trước phun thêm nước (đất khô) (ws – wt): độ tăng độ ẩm (khoảng 2-3%) -Cân trọng lượng khuôn, dùng muỗng xúc đất đổ vào khuôn, chia thành lớp, lớp đầm n chày phân bố khuôn +Đất cát cát pha sét: n = 25 +Đất sét pha cát đất sét có Ip < 30 : n = 30 - 40 +Đất sét có Ip < 30 : n = 40 – 50 -Cơng đầm: (N.cm/cm3) Trong đó: n: số lần đầm lớp m: khối lượng búa đầm (2,5kg) g = 981cm/s2 h: chiều cao rơi = 30,48cm f: diện tích mặt cắt ngang khuôn (cm2) a: chiều dày lớp đất đầm (cm) Trang: 28 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất -Dùng dao gọt phần phía trên, cân trọng lượng khuôn đất (G) -Lấy mẫu đất khỏi khuôn -Lấy mẫu đất lớp đầm để xác định độ ẩm để xác định độ ẩm (cân trọng lượng lon mẫu, sấy khô, cân lại trọng lượng lon mẫu khô => xác định độ ẩm) -Làm tơi mẫu đất thêm nước vào (độ tăng độ ẩm 2-3% cát, 5% sét) lập lại thí nghiệm 8.5 Tính toán kết quả: BẢNG KẾT QUẢ TN ĐẦM CHẶT PROCTOR TIÊU CHUẨN Loại đất: Các tiêu thí nghiệm Đơn vị đo Số thứ tự lần đầm A-Trọng lượng đất ẩm + khn B-Trọng lượng khn C-Thể tích khn Dung trọng ẩm Ký hiệu lon chứa A-Trọng lượng đất ẩm + lon B-Trọng lượng đất khô + lon C-Trọng lượng lon G G cm3 g/cm3 G G G Độ ẩm Dung trọng khô g/cm3 Dung trọng khô lớn g/cm3 % Hệ số đầm chặt K Trang: 29 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất Nhận xét: - Từ độ ẩm tối thuận Wopt ta xác định đươc lượng nước cần tưới thêm cho đất làm khô bớt thi công đầm nện đất - Nếu lượng nước nhiều vượt qua độ ẩm tối thuận thể tích nước bao quanh hạt lúc vượt qua thể tích lỗ rỗng làm cho khoảng cách hạt xa phần nước hấp thu lượng đầm khơng phải hạt - Do việc thêm nước bớt nước gần độ ẩm tối thuận thi hợp lí -Chúng ta ứng dụng phương pháp thí nghiệm để làm giảm độ lún cơng trình, tăng khả chịu tải cho đất nền, làm tăng sức chống cắt đất, làm giảm độ thấm nước qua cơng trình Trang: 30 ... hướng dẫn thí nghiệm Cơ học đất 6.3 Thi t bị thí nghiệm Máy nén bao gồm: - Hộp nén; - Bàn máy; - Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn; - Thi t bị đo biến dạng ( đồng hồ đo) Thi t bị khác: -... trước thi t kế cần phải xác định dung trọng khô γmax wopt để tối ưu hóa cho cơng trình cơng tác lu lèn -Những cơng trình thi cơng (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng độ chặt nền; cần phải TN... thí nghiệm 8.2 Mục đích: -Những cơng trình như: đắp đường, nhà, đê, đập, sân bay, cơng trình san lắp, hay cơng trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt trước thi t kế cần phải xác định dung