Nghiên cứu thực nghiệm ở Nhật bản về đặc tính biến dạng của đất chảy được ổn định bằng gia cường với vật liệu cốt sợi

Bài viết này trình bày nghiên cứu sự khác nhau giữa điều kiện bảo dưỡng trong phòng với ngoài hiện trường của mẫu thí nghiệm là hỗn hợp đất cốt sợi về kết quả ba trục của chúng, nhằm sáng tỏ khả năng sử dụng hỗn hợp đất với cốt sợi và xi măng làm vật liệu đất đắp.

Nghiên cứu thực nghiệm Nhật đặc tính biến dạng đất chảy ổn định gia cường với vật liệu cốt sợi Experimantal study on deformation characteristics of liquefied stabilized soil reinforced by fiber material prepared at laboratory and field Dương Quang Hùng Tóm tắt Bài báo trình bày nghiên cứu khác điều kiện bảo dưỡng phịng với ngồi trường mẫu thí nghiệm hỗn hợp đất cốt sợi kết ba trục chúng, nhằm sáng tỏ khả sử dụng hỗn hợp đất với cốt sợi xi măng làm vật liệu đất đắp Một loạt thí nghiệm nén ba trục cố kết khơng nước (CU tests) thực cho hai loại mẫuđất chảy ổn định (liquefied stabilized soil - LSS) trộn với vật liệu cốt sợi hàm lượng 20 kg/m3 tuổi 28 56 ngày bảo dưỡng, đa dạng điều kiện tốc độ biến dạng không đổi, ứng suất lệch không đổi (thí nghiệm trùng ứng suất phần), tốc độ biến dạng thay đổi suốt trình gia tải đơn điệu Hai loại mẫu chuẩn bị bảo dưỡng phịng thí nghiệm tách từ đất mơ hình làm trường theo phương pháp tách lấy mẫu khối (block sampling) Dựa vào kết thí nghiệm, nghiên cứu tìm ứng dụng LSS trộn với vật liệu cốt sợi làm vật liệu lấp công trường cho đất có tính dẻo dai Từ khóa: Đất chảy ổn định, vật liệu cốt sợi, bảo dưỡng phịng trường, tính chất cắt ba trục Abstract In this study, the difference in triaxial shear property of Liquefied Stabilized Soil (LSS) mixed with fiber material cured in laboratory and at field was investigated A series of Consolidated–Undrained triaxial compression tests under the conditions at constant strain rate, constant deviator stress (partial creep test), and changed strain rate during monotonic loading have been carried out for both specimens of LSS mixed with fiber material amount of and 20 kg/m3 prepared by trimming LSS retrieved from a model ground by block sampling and cured in laboratory at curing time of 28 and 56 days, respectively Based on the test results, it was found that the application of LSS mixed with fiber material as a backfilling material to construction sites enables to create a ground with the improved ductile charateristic Key words: Liquefied Stabilized Soil, Fiber Material, Cured in Laboratory and at Field, Triaxial Shear Property Đặt vấn đề Tại Nhật Bản, LSS sử dụng phổ biến phương pháp tái chế LSS đất trộn với nước (hoặc nước bùn) chất ổn định xi măng đặc biệt sau tái sử dụng vật liệu lấp [1~2] Tuy nhiên nghiên cứu LSS thể ứng xử cường độ dẻo dai dòn tăng cường độ tăng hàm lượng xi măng Để cải thiện tính dẻo dai LSS, Kohata đồng phát triển phương pháp gia cường trộn vật liệu cốt sợi vào hỗn hợp [5~9] Vật liệu cốt sợi nhà nghiên cứu sử dụng tái chế từ loại báo phế thải nghiền thành sợi nhỏ Một loạt thí nghiệm nén ba trục thực Kết tính chất dẻo dai LSS trộn với vật liệu cốt sợi cải thiện Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu LSS gia cường với vật liệu cốt sợi trường, khác tính chất biến dạng LSS gia cường với vật liệu cốt sợi bảo dưỡng phịng ngồi trường báo cáo Nghiên cứu thực mơ hình đất lấp với vật liệu LSS gia cường với vật liệu cốt sợi hàm lượng 20 kg/m3 ba hố đào Cùng thời điểm, mẫu đúc bảo dưỡng phịng thí nghiệm Một loạt thí nghiệm CU cố kết đẳng hướng, áp suất hiệu 98 kPa thực thiết bị nén ba trục (TC tests) điều kiện khác tốc độ biến dạng trục cho mẫu lấy từ trường (In-situ LSS) phịng thí nghiệm (Indoor LSS) Dựa vào kết thí nghiệm, khác đặc tính biến dạng LSS trường LSS phòng phân tích Thí nghiệm 2.1 Vật liệu thí nghiệm Trong nghiên cứu này, NSF-CLAY sử dụng vật liệu gốc Tính chất vật lý ghi bảng Chất ổn định xi măng sử dụng loại xi măng đặc biệt tên Geoset 200 sản xuất Công ty xi măng Taiheiyo Vật liệu cốt sợi báo phế thải nghiền thành dạng sợi bơng Bảng Tính chất vật lý NSF-CLAY TS Dương Quang Hùng Bộ môn Kết cấu BTCT-GĐ, Khoa Xây dựng Email: hung121903@yahoo.com ĐT: 0912.472.670 Ngày nhận bài: Ngày sửa bài: Ngày duyệt đăng: Density of particle ps (g/cm3) 2.762 Liquid limit WL (%) 60.15 Plastic Limit Wp (%) 35.69 Plasticity Index Ip 24.46 2.2 Phương pháp trộn Thông thường có hai phương pháp trộn LSS sử dụng cho đất đào từ đất tự nhiên có chứa lượng lớn hạt mịn bùn sét sét chảy Trong nghiên cứu này, để dễ S¬ 37 - 2020 67 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh Mụ hỡnh h đào dàng chuẩn bị, phương pháp loại bùn sử dụng Như nước thêm vào đất để điều chỉnh khối lượng thể tích bùn, sau chất ổn định xi măng trộn Một loạt thí nghiệm trộn thực thay đổi khối lượng thể tích bùn hàm lượng chất ổn định xi măng Giá trị chảy, độ sệt, tỷ lệ bleeding cường độ chịu nén mẫu xác định cho mẫu LSS tuổi 28 ngày bảo dưỡng Như giá trị đạt cho tỷ lệ trộn tiêu chuẩn cho nghiên cứu 2.3 Chuẩn bị mẫu Dựa kết thiết kế tỷ lệ trộn tiêu chuẩn [8], nghiên cứu này, tỷ lệ bleeding thấp 1%, hàm lượng chất ổn định xi măng 80kg/m3 khối lượng thể tích LSS 1.280g/cm3 Mẫu chuẩn bị trộn chất ổn định xi măng đất bùn máy trộn tay để điều chỉnh tỷ trọng Thí nghiệm tỷ trọng thực đo khối lượng bùn đúc khuôn vữa AE tiêu chuẩn Sau đạt tỷ trọng mong muốn, vật liệu cốt sợi thêm vào trộn tiếp máy trộn tay Thí nghiệm chảy làm theo tiêu chuẩn JHS A313 – Japan Highway Public Corporation “Testing Method for Air Mortar and Air Milk, 1.2 cylinder sample” để xác định độ chảy LSS Để tạo đất lấp mơ hình, LSS tươi trộn với cốt sợi với hàm lượng 0, 20 kg/m3, sau đổ vào ba hố đào sẵn hình vẽ Một lớp địa kỹ thuật phủ lên hố đào trước đổ LSS để tránh LSS thấm vào đất Sau đổ, bề mặt LSS phủ lớp polymer để bảo dưỡng trường Cùng thời điểm, LSS tươi đúc khn tiêu chuẩn đường kính cm chiều cao 10 cm, bề mặt phủ lợp film polymer bảo dưỡng độ ẩm khơng khí nhiệt độ phòng khoảng 200C Sau thời gian bảo dưỡng 28 56 ngày, hai loại mẫu trường phịng đưa vào tiến trình thí nghiệm CU 2.4 Phương pháp thí nghiệm Thiết bị nén ba trục thể hình vẽ Để 68 Hình Thiết bị thí nghiệm loại bỏ sai số thí nghiệm lỗi tiếp xúc đỉnh chân mẫu (bedding error), cặp đo biến dạng cục LDT (Local Deformation Transducer) [10] gắn vào mặt bên mẫu để đo biến dạng dọc trục Khi giá trị LTD vượt ngưỡng giá trị chuyển vị dọc trục nhận giá trị proximeter dial gauge tự động điều chỉnh sai số Trong thí nghiệm này, mơ tơ số sử dụng cho thiết bị gia tải có khả điều khiển chuyển vị dọc trục với độ xác cực cao loại bỏ sai số (backlash) đảo chiều hướng tải trọng Tồn q trình thí nghiệm điều khiển tự động phần mềm số Thí nghiệm CU thực cho tất mẫu LSS phòng LSS trường tuổi bảo dưỡng 28 56 ngày Sự bão hòa mẫu đạt phương pháp chân không, nước khử khí chảy qua mẫu áp lực ngược 196 kPa Sau cố kết đẳng hướng suốt 12 áp lực hông hiệu 98 kPa, mẫu chuyển sang tiến trình nén ba trục Để nghiên cứu tính chất cường độ ảnh hưởng trùng ứng suất tới LSS, thí nghiệm theo nguyên lý gây biến dạng dọc trục cho mẫu xác định biến đổi ứng suất mẫu với hai trường hợp gia tải phân biệt hình vẽ Trường hợp (case 1) áp dụng vòng lặp nhỏ giỡ tải/gia tải tiến trình gia tải đơn điệu tốc độ biến dạng trục 0.054%/phút Trong trường hợp (case 2), trùng ứng suất (C) áp dụng trình gia tải trước thay đổi tốc độ biến dạng trục Sự thay đổi tốc độ biến dạng dọc trục thực phạm vi khoảng 1% (εa=1%) Kết thí nghiệm phân tích 3.1 Đặc điểm mối quan hệ ứng suất với biến dạng Hình thể modul biến dạng Modul biến dạng ban đầu E0 định nghĩa độ cứng ban đầu biến dạng nhỏ εa=0.002% Modul biến dạng Etan tiếp tuyến đường cong q~εa, thể tính phi tuyến tính chất biến dạng quan hệ q~εa Modul biến dạng Eeq định nghĩa gia tải dỡ tải suốt trình gia T„P CHŠ KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Hỡnh Trng hợp thí nghiệm Hình Trường hợp thí nghiệm Hình Định nghĩa modul biến dạng Hình 6a Quan hệ qmax~ ngày bảo dưỡng tải đơn điệu Eeq hiệu chỉnh trùng ứng suất tính toán từ đường dốc điểm giới hạn trung điểm đường thẳng nối điểm dỡ tải điểm giao đường cong q~εa gia tải lại Eeq thể thay đổi cấp độ phá hoại chịu cắt [11,12] Hình thể kết thí nghiệmtrường hợp quan hệ ứng suất lệch qmax E0 với thời gian bảo dưỡng khác LSS trường gia cường với vật liệu cốt sợi hàm lượng 20 kg/m3(Pc-20) Kết LSS trường tuổi 84 ngày với điều kiện thí nghiệm thể để cung cấp thêm thông tin, nghiên cứu cụ thể thực thời gian tới Các giá trị có từ đường cong q~εa thí nghiệm CU áp lực hông hiệu 98 kPa Kết thể E0 qmax mẫu Pc-0 giảm tuổi 56 ngày, nhiên tổng thể giá trị có xu hướng tăng tuổi 84 ngày Giá trị qmax tăng theo thời gian bảo dưỡng hiệu xi măng tăng cường độ theo thời gian biết đến Tuy nhiên giá trị qmax mẫu Pc-20 giảm tuổi 84 ngày giá trị E0 tăng Hiên tượng điều kiện thời tiết trời, nhiệt độ trời gần thời gian bảo dưỡng 84 ngày 00C Như độ ẩm ảnh hưởng đến cường độ mẫu Thực vậy, ảnh hưởng cần thực nghiên cứu thời gian tới 3.2 Modul biến dạng Etan Hình thể kết thí nghiệm trường hợp quan hệ Etan/E0 q/qmax Pc-0, 20 indoor LSS in-situ LSS lầ lượt thời gian bảo dưỡng 28 ngày 56 ngày Các giá trị có từ đường cong q~εa thí nghiệm Hình 6b Quan hệ E0~ ngày bảo dưỡng CU áp lực hông hiệu 98 kPa Hình vẽ tốc độ giảm Etan/E0 mẫu indoor LSS in-situ LSS có khung hướng tương tự hai mẫu Pc-0 Pc-20 tuổi bảo dưỡng 28 ngày 56 ngày Nhìn chung, đất xử lý xi măng báo cáo tính phi tuyến đường cong ứng suất biến dạng giảm tăng thời gian bảo dưỡng [3] Tuy nhiên, nghiên cứu tốc độ giảm Etan/E0 mẫu tuổi 56 ngày rộng so với tuổi 28 ngày Do vậy, kết thí nghiệm nghiên cứu dường tính phi tuyến tăng tăng thời gian bảo dưỡng Như tính chất cần nghiên cứu cụ thể thời gian tới Hình thể kết thí nghiệm trường hợp quan hệ Etan/E0 q/qmax Pc-0, 20 indoor LSS S¬ 37 - 2020 69 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh7 Quan hệ Etan/E0~q/qmax,TH1 Hình Quan hệ Etan/E0~q/qmax,TH2 Hình Quan hệ Etan~logεa,TH1 Hình 10 Quan hệ Etan~log εa,TH2 70 TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Hỡnh 11 Quan hệ Eeq/E0~q/qmax in-situ LSS lầ lượt thời gian bảo dưỡng 28 ngày 56 ngày Hình vẽ Etan/E0 hai mẫu indoor LSS in-situ LSS tăng tức sau áp dụng điều kiện trùng ứng suất khởi tạo tốc độ biến dạng trục không đổi tuổi bảo dưỡng 28 hay 56 ngày, sau tiến trình gia tải giảm Etan/E0 có khung hướng rộng Như độ cứng có khung hướng tăng đột biến tạm thời sau thay đổi tốc độ biến dạng áp dụng trùng ứng suất Hơn nữa, phạm vi số giá trị Etan/E0 = có khung hướng rộng trường hợp Pc-20 so với Pc-0 Do kết luận phạm vi tuyến tính quan hệ q~εa điều kiện thí nghiệm rộng vật liệu cốt sợi trộn vào LSS thời gian bảo dưỡng Nói cách khác, kết thí nghiệm tìm nhờ hiệu gia cường trộn LSS với vật liệu sợi mà phạm vi tuyến tính quan hệ q~εaa LSS trường sau tác dụng trùng ứng suất tăng lên Hình thể phụ thuộc cấp độ biến dạng modul biến dạng Etan điểm đỉnh đường cong q~εa hai mẫu Pc-0, Pc-20 indoor LSS in-situ LSS tuổi bảo dưỡng 28 ngày 56 ngày trường hợp Hình vẽ độ cứng ban đầu in-situ LSS có khung hướng rộng so với indoor LSS Tuy nhiên khơng có khác đáng kể phụ thuộc cấp độ biến dạng Etan Hình 10 thể phụ thuộc cấp độ biến dạng modul biến dạng Etan trường hợp Trong hai mẫu indoor LSS in-situ LSS, hình vẽ Etan tăng tức sau áp dụng điều kiện trùng ứng suất kể cấp độ biến dạng cắt lớn Hơn nữa, quan sát phạm vi rộng Etan tăng gần tới độ cứng ban đầu mẫu Pc-20 Thực vậy, suốt trình gia tải trước điểm đỉnh đường cong q~εa độ cứng LSS tăng sau áp dụng trùng ứng suất trí phạm vi cấp độ bến dạng cắt lớn tuổi bảo dưỡng Nhờ hiệu gia cường trộn vật liệu cốt sợi LSS phạm vi cho độ cứng rộng tăng lên 3.3 Modul biến dạng Eeq Hình 11 thể kết thí nghiệm Eeq/E0 q/qmax hai mẫu Pc-0, Pc-20 indoor LSS in-situ LSS tuổi bảo dưỡng 28 ngày 56 ngày Các giá trị có từ đường cong q~εa thí nghiệm CU áp lực hơng hiệu 98 kPa Những nghiên cứu trước nói chung báo cáo modul biến dạng ban đầu đất xử lý xi măng biến dạng nhỏ không phụ thuộc vào áp lực hông hiệu quả, thực vậy, Eeq/E0 xem xét số thay đổi cấp độ phá hoại cắt giai đoạn ban đầu lực cắt làm mẫu bị phá hoại cục bộ, sau mẫu bị phá hoại tổng thể dải cắt hình thành từ tính lũy nhiều phá hoại cắt cục tượng cấu trúc vi mô hạt bị phá hoại, sau gây thay đổi tính chất đàn hồi vật liệu Hình vẽ rằng, tổng thể, tốc độ giảm Eeq/E0 mẫu Pc-20 có khung hướng nhỏ so với Pc-0 trường hợp indoor LSS Thực vậy, vật liệu cốt sợi LSS làm giảm phá hoại cục cắt Tuy nhiên trường hợp insitu LSS, tốc độ giảm Eeq/E0 mẫu Pc-20 tuổi bảo dưỡng 56 ngày lại rộng Hiện tượng ảnh hưởng môi trường bảo dưỡng tác động q trình lấy mẫu khơng ngun vẹn Với kết cần phải thực nghiên cứu cụ thể thời gian tới Kết luận Để nghiên cứu đặc tính biến dạng LSS trộn với vật liệu cốt sợi điều kiện bảo dưỡng phòng trường, loạt thí nghiệm nén ba trục khơng nước cố kết thực hai trường hợp tốc độ biến dạng dọc trục cho hai loại mẫu tách từ đất mơ hình theo phương pháp tách mẫu khối mẫu bảo dưỡng phòng, thời gian bảo dưỡng 28 56 ngày Các kết luận sau đưa dựa kết thí nghệm - Quan hệ Eeq/E0 q/qmax hai mẫu bảo dưỡng phịng thí nghiệm ngồi trường thể hiên tương tự Hơn tinh phi tuyến đường cong q~εa LSS bị yếu hiệu gia cường - Kết thí nghiệm thể vùng tuyến tính rộng sau áp dụng trùng ứng suất trình cắt, điều hiệu gia cường thêm vật liệu cốt sợi LSS thi công ngoại trường - Kết nghiên cứu cho thêm dẫn chứng rằng, ứng dụng LSS trộn với vật liệu cốt sợi cho đất lấp ngồi trường tạo đất với đặt tính dẻo dai cải thiện./ (Tài liệu tham khảo trang 73) S¬ 37 - 2020 71 ... hưởng môi trường bảo dưỡng tác động q trình lấy mẫu khơng ngun vẹn Với kết cần phải thực nghiên cứu cụ thể thời gian tới Kết luận Để nghiên cứu đặc tính biến dạng LSS trộn với vật liệu cốt sợi. .. hiệu gia cường thêm vật liệu cốt sợi LSS thi công ngoại trường - Kết nghiên cứu cho thêm dẫn chứng rằng, ứng dụng LSS trộn với vật liệu cốt sợi cho đất lấp ngồi trường tạo đất với đặt tính dẻo... đổi tốc độ biến dạng dọc trục thực phạm vi khoảng 1% (εa=1%) Kết thí nghiệm phân tích 3.1 Đặc điểm mối quan hệ ứng suất với biến dạng Hình thể modul biến dạng Modul biến dạng ban đầu E0 định nghĩa