Nghiên cứu và thí nghiệm xác định các đặc trưng động của đất phục vụ cho việc thiết kế các công trình chịu tải động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ************************** LÊ TRỌNG NGHĨA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG CỦA ĐẤT PHỤC VỤ CHO VIỆC THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI ĐỘNG CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ NGÀNH : 31.10.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: TS CHÂU NGỌC ẨN Cán hướng dẫn khoa học 2: ThS VÕ PHÁN Cán chấm nhận xét 1: GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG Cán chấm nhận xét 2: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ Luận Văn Thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 06 tháng 09 năm 2003 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: LÊ TRỌNG NGHĨA PHÁI: NAM NGÀY THÁNG NĂM SINH: 28 – 02 – 1979 NƠI SINH: TIỀN GIANG CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ: 31.10.02 I/- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG CỦA ĐẤT PHỤC VỤ CHO VIỆC THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI ĐỘNG II/- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: NHIỆM VỤ: Nghiên cứu thí nghiệm xác định đặc trưng động đất phục vụ cho việc thiết kế công trình chịu tải động NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tác nhân gây động ứng xử động đất PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN Chương 3: Nghiên cứu thí nghiệm xác định thông số động Chương 4: Thí nghiệm xác định thông số động đất điều kiện Việt Nam PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương 5: Kết luận kiến nghị III/- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2003 IV/- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/09/2003 V/- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS CHÂU NGỌC ẨN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS CHÂU NGỌC ẨN GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG Th S VÕ PHÁN Nội dung đề cương Luận văn Thạc só Hội đồng Chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2003 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Hơn năm trôi qua, khoảng thời gian đủ dài mà em theo học cao học ngành Công trình đất yếu Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Hôm nay, em kết thúc tất môn hoàn thành Luân văn Thạc só phần lớn nhờ giảng dạy hướng dẫn nhiệt tình đầy lương tâm trách nhiệm Thầy Cô phụ trách môn học Ngành Cuối em hoàn thành Luận văn Thạc só với đề tài: Nghiên cứu Thí nghiệm xác định đặc trưng động đất phục vụ cho việc thiết kế công trình chịu tải động Luận văn tổng kết kiến thức học nổ lực thân việc nghiên cứu đề tài khoa tương đối đồng thời tảng để em em nghiên cứu tiếp sau Với lòng Kỹ sư Học viên cao học thành Thạc só, em xin gởi lời nói mình:  Sự kính trọng, cảm ơn sâu sắc đến Thầy CHÂU NGỌC ẨN Thầy VÕ PHÁN hướng em làm đề tài suốt tháng qua Sự hướng dẫn nhiệt tình chuẩn mực hai Thầy mởû tạo cho em hướng việc tìm tòi nghiên cứu vấn đề khoa học Không thế, hai Thầy không ngừng dẫn dắt em công tác chuyên môn Trường  Sự kính trọng biết ơn cao đến Thầy LÊ BÁ LƯƠNG, chủ nhiêm ngành Công trình đất yếu, dã truyền đạt hết kiến thức người cho chúng em tất môn học Thầy phụ trách Đồng thời cảm ơn Thầy tham gia chấm phản biện cho em Luận văn Thạc só  Sự kính trọng biết ơn cao đến Thầy NGUYỄN VĂN THƠ nhiệt tình truyền đạt cho chúng em kiến thức người môn học Thầy phụ trách Đồng thời cảm ơn Thầy tham gia chấm phản biện cho em Luận văn Thạc só  Cảm ơn Bộ môn Địa Nền-Móng, quý Thầy Cô bạn đồng nghiệp Bộ môn Khoa Kỹ thuật Xây dựng tạo điều kiện để em hoàn thành tốt Luận văn Thạc só  Cảm ơn Phòng Đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện thuận lợi để hoàn tất khoá học  Và cuối niềm động viên tinh thần lớn để hoàn thành tốt Luận văn Thạc só gia đình, đặc biệt Ba Mẹ , không ngại khó khăn nuôi dưỡng hy vọng kết thành tích học tập Con xin chân thành cảm ơn Ba Mẹ, gia đình giúp đở hoàn thành khóa học, Luận văn Thạc só quà cao q mà xin tặng cho gia đình Với khả hiểu biết chắn không tránh sai lầm định xin quý Thầy độc giả bỏ qua dẫn cho việc hoàn thiện vốn kiến thức Trân trọng kính chào! Lê Trọng Nghóa TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG CỦA ĐẤT PHỤC VỤ CHO VIỆC THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI ĐỘNG TÓM TẮT Trong điều kiện Việt Nam nay, việc tính toán công trình xét đến tính chịu tải động đất bên Nó quan tâm công trình mang tính quan trọng nhà máy lượng hạt nhân, nhà máy điện,…một phần thiết bị thí nghiệm để xác định thông số động chưa phổ biến, đề tài nghiên cứu đất chịu tải động Do mục đích đề tài vào nghiên cứu xác định thông số cần thiết để tính toán chịu tải động Phần đầu Luận văn vào nghiên cứu tìm hiểu việc lan truyền động đất vớiø thông số động thí nghiệm mà giới dùng để xác định thông số Phần mang tính tìm hiểu lý thuyết Phần vào thí nghiệm xác định thông số động thiết bị thí nghiệm phòng Thiết bị thí nghiệm cụ thể máy cắt trực tiếp máy nén trục thông số thí nghiệm chủ yếu E G Mẫu đất dùng làm thí nghiệm đề tài đất cát đất sét yếu thành phố Hồ Chí Minh Trong phần kết luận luận văn đưa nhận xét việc lựa chọn thí nghiệm động phân tích thông số thu từ thí nghiệm Ngoài tác giả đưa mặt hạn chế thí nghiệm hướng nghiên cứu tiếp Đề tài mang tính chất lý thuyết thí nghiệm mang tính chất tảng cho việc nghiên cứu tiếp sau SUMMARY OF THESIS THEME OF THESIS STUDY AND DETERMINE THE COEFFICIENTS OF SOIL DYNAMIC TO APPLY FOR COMPUTING THE WORKS UNDER DYNAMIC LOADING ABSTRACT In Vietnam condition, it is unusual to consider to capacity of soil under dynamic loading on calculating the works It is only concern on nuclear power or electricity power constructions because of no popular of dynamic soil test equipments and the scarce in the field of soil dynamic research Therefore, the main purpose of thesis is study and determines the coefficients of soil dynamic to apply for computing the works under dynamic loading In the first part of the thesis, it is the research of properties of stress wave through the soil medium and the tests is used to determine these properties In the next part of the thesis, the ordinary laboratory tests are used to determine the coefficients of soil dynamic That tests include direct shear test and triaxial test and the determined coefficients of soil dynamic is only E and G The tested soil specimens are loose sand and silt clay in Ho Chi Minh City Conclusion of the thesis, the coefficients of soil dynamic results of the above tests are analyzed and made comments Beside that, author has analyzed limit concern of the tests and proposed continuous research forward It is only the thesis reference and foundation for the next research MỤC LỤC PHẦN-I TỔNG QUAN CHƯƠNG-1 TỔNG QUAN .1 1.1- ĐỘNG TRONG ĐẤT NỀN .1 1.2- KHẢO SÁT ỨNG XỬ CỦA ĐẤT DƯỚI TẢI TUẦN HOÀN BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHƯƠNG-2 TÁC NHÂN GÂY ĐỘNG VÀ ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA ĐẤT .20 2.1- TÁC NHÂN GÂY ĐỘNG 20 2.2- ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA ĐẤT NỀN 33 PHẦN-II NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN .48 CHƯƠNG-3 NGHIÊN CỨU CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐỘNG 48 3.1- CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 48 3.2- THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 64 3.3- SỰ TƯƠNG QUAN CỦA MUN CHỐNG CẮT VÀ TỶ SỐ GIẢM CHẤN VỚI CÁC THÔNG SỐ KHÁC 82 CHƯƠNG-4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CỦA ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 92 4.1- CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA ĐẤT THÍ NGHIỆM 92 4.2- THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP 93 4.3- THÍ NGHIỆM BA TRỤC 95 PHẦN-III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 CHƯƠNG-5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 5.1- KẾT LUẬN 96 5.2- KIẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHAÛO 1/-BRAJA.M.DAS Company Priciples of soil dynamics.PWS-KENT Puplishing 2/-G.N.PANDE AND O.C.ZIENKIWICZ Soil mechanis transient and cyclic loads and constitutive relation and numerical treatment.JOHN WILEY & SONS 3/-KAMESWARA RAO.Vibrationanalysis WHEELER PUBLISHING and foudation dynamics 4/-Proceedings of Dynamics of soils and earth-quake engineering VII 5/-The US Deparment of Defense Hand-book.Soil dynamics and special design aspects 6/-WILLIAM.T.THOMSON.Theory of vibration with applications.Prentice Hall international company editions TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên : LÊ TRỌNG NGHĨA Sinh ngày : 28-2-1979 TẠI TIỀN GIANG Địa liên lạc : BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG Số điện thoại : 088636822 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1996-2001: HỌC TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH – KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG – CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 2001-2003: HỌC VIÊN CAO HỌC TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ 2001 đến nay: CÔNG TÁC VÀ HỌC TẬP TẠI TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Luận văn Thạc só PHẦN-I GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN TỔNG QUAN CHƯƠNG-1 TỔNG QUAN 1.1- ĐỘNG TRONG ĐẤT NỀN Trong trình phát triển đất nước theo hướng công nghiệp hoá đại hoá công trình xây dựng Việt Nam đòi hỏi phải có đáp ứng cao Các nhà máy điện, nhà máy sản xuất,… với cổ máy hoạt động thường xuyên gây dao chấn động lan truyền đất Đi sâu nữa, xét đến móng công trình nhà cao tầng chịu tải xung gió, hay dàn khoan dầu, đê đập chịu tác dụng động sóng ảnh hưởng động truyền xuống đất bên công trình Ứng xử đất tải trọng tónh đề tài phức tạp lôi nhiều nổ lực nghiên cứu suốt nhiều thập niên qua ngày Tất nhiên khó khăn vấn đề vật liệu tự nhiên hai pha Trong năm gần phản ứng móng công trình tải trọng động gây động đất, hay tải trọng lặp chậm gây cho công trình biển hay công trình khơi tác động sóng biển Điều làm tăng phức tạp mối quan hệ thiết lặp công thức luật lệ Hiện kết nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết tiến triển lónh vực vô lớn đến mà kỹ sư thực hành cảm thấy khó cho phép để phát triển ứng dụng có dẫn đưa vào thực tiển tính toán công trình Như vậy, trình tính toán công trình ta phải xét đến thay đổi đất trình chịu tải động Ngoài yếu tố động động đất yếu tố gây thay đổi khả chịu tải công trình Mối nguy hiểm động đất gay cho công trình lường trước được, gây phá hoại công trình thông qua phá hoại kết cấu bên làm giảm sức chịu tải đất dẫn đến hoá loãng toàn bên dùi nên phải nghiên cứu để phần kiểm soát mối đe dọa Bên cạnh đó, hoá lỏng đất tải động đất hay tính tự hoá lỏng gây phá hoại cho công trình Các hình ảnh minh họa cho thấy phá hoại kết cấu công trình động đất phá hoại bên hoá lỏng Công trình đất yếu K.12 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN Trong đó: D10, D30, D60 đường kính mà hàm lượng đất lọt qua chiếm 10%, 30%, 60% S   S Trong đó: S – diện tích bề mặt cầu thể tích đất đem thí nghiệm S’ – diện tích bề mặt mẫu đất thật Ngoài theo Seed (1986) đề nghị biểu thức tương quan số SPT mun chống cắt cực đại đất sau: 0.34 v 0.4 Gmax  35  1000N60 Trong đó:  v - ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng (lb/ft2) N60 – giá trị nhận thí nghiệm SPT nhận 60% lượng rơi tự cách lý thuyết từ cần khoan 3.3.3- MUN CHỐNG CẮT VÀ TỶ SỐ GIẢM CHẤN CỦA SỎI Seed đồng nghiệp thí nghiệm nhận kết nhiều từ sỏi có hạt tốt nhận thấy công thức dùng cho cát dùng để dự đoán mun chống cắt theo mức độ biến dạng cắt Tuy nhiên giá trị K2(max) sỏi dao động khoảng từ 80 đến 180 (trong cát từ 30 ñeán 75) G  G max F   1000F K 2(max) 0 0.5 [G]: lb/ft2 [  ]: lb/ft2 Biến dạng cắt chu kỳ, ’ (%) Hình 3.46 Giá trị mun cắt sỏi cấp phối tốt Công trình đất yếu K.12 86 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN Trung bình Vùng phạm vi F’ Biến dạng cắt, ’ (%) Tỷ số giảm chấn D(%) Hình 3.47 Biến thiên F’ theo biến dạng cắt Đại lượng tỷ số giảm chấn sỏi xác định phòng thí nghiệm từ vòng trể ứng suất biến dạng ứng với số vòng lặp biên độ ứng suất thể hình 3.48 Ta thấy ứng với giá trị ’, đại lượng tỷ số giảm chấn D tăng tăng độ chặt R D sỏi Ngoài ta thấy rằng:  Thành phần cấp bậc hạt không ảnh hưởng đáng kể đến tỷ số giảm chấn  Khi biên độ biến dạng nhỏ số vòng lặp ảnh hưởng không đáng kể đến tỷ số giảm chấn D Tuy nhiên giảm khoảng ¾ giá trị ban đầu sau 60 vòng lập biến dạng dọc trục nằm khoảng 0.2% Biến dạng cắt, ’ (%) Hình 3.48 Ảnh hưởng độ chặt lên hệ số giảm chấn sỏi 3.3.4- MUN CHỐNG CẮT VÀ TỶ SỐ GIẢM CHẤN CỦA ĐẤT SÉT Theo Hardin Drnevich (1972), mun chống cắt đất sét có độ nhạy trung bình xác định theo biểu thức sau: Công trình đất yếu K.12 87 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só G max GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN 3230 2.97  e2  (OCR )K 10 / 1 e Trong đó: OCR – tỷ số cố kết (overconsolidation ratio) K – số phụ thuộc vào số dẻo IP (plasticity index) 0  13 v  2K v  đó:  v - ứng suất có hiệu theo phương đứng K0 – hệ số áp lực đất tónh Đối với đất sét cố kết thường (theo Booker vaø Ireland, 1965) K0 = 0.4 + 0.007(PI)  PI  40% vaø K0 = 0.68 + 0.001(PI - 40) 40%  PI  80% Để dự đoán mun chống cắt với mức độ biến dạng cắt lớn, Hardin Drnevich (1972) đề nghị cách sau:  G   G max  max vaø  r  r - biến dạng ứng với max thay vào phương trình   / G max     /  max ta nhận được: G G max     r Đối với đất thực tế, quan hệ ứng suất biến dạng lệch nên biểu thức viết lại sau: G max G    h  h - hàm biến dạng có dạng hyperbol      h     ae  b r    r   đất dính bão hoà nước: a = + 0.25 log N b = 1.3 N – số chu kỳ đặt tải Hình 3.49 biểu diễn thay đổi  r  v 1 / theo số dẻo cho đất dính bão hoà nước Khi đại lượng  h Gmax tính toán theo công thức cuối nhận giá trị mun chống cắt G ứng với mức độ biến dạng cắt ’ Công trình đất yếu K.12 88 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN Chỉ số dẽo Chỉ số dẽo Hình 3.49 Giá trị tham khảo biến dạng theo điều kiện US Theo Hardin Drnevich (1972) tìm mối quan hệ tỷ số giảm chấn mun biến dạng cắt sau:  G   D  D max 1  G max   Dmax tỷ số giảm chấn cực đại có G = Đối với đất dính bão hoà nước: Dmax(%) = 31 - 3  0.03f 10 /  1.5f /  1.5log N Trong đó: f – tần số (vòng/s) Công trình đất yếu K.12 89 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN  - ứng suất hông trung bình có hiệu (kg/cm2) N – số vòng lặp đặt tải  G Đối với đất thực tế phương trình D  D max 1  G max   h D  D max   h   viết lại sau:   h hàm hyperbol biến dạng            a aù e  b1  r    r  a1 = + 0.2f1/2 b1 = 0.2f e0  2.250  0.3 log N   Như từ biểu thức ta xác định tỷ số giảm chấn D ứng với mức độ biến dang ’ Ngoài Seed Idriss (1970) đưa biểu đồ quan hệ G/cu biến dạng cắt; biến thiên tỷ số giảm chấn theo biến dạng cắt Trung bình Vùng phạm vi Biến dạng cắt, ’ (%) Tỷ số giảm chấn D(%) Hình 3.50 Mun chống cắt trường sét bão hoà Vùng phạm vi Trung bình Biến dạng cắt, ’ (%) Hình 3.51 Tỷ số giảm chấn sét bão hoà Công trình đất yếu K.12 90 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN 3.3.5- MUN CHỐNG CẮT VÀ TỶ SỐ GIẢM CHẤN CỦA CÁT LẪN ÍT XI-MĂNG Trộn xi-măng để tăng khả chịu tải tầng trầm tích cát thực nhiều nơi giới nhiều kết tính chất cát pha xi-măng công bố Theo Saxena, Avramidis, Reddy (1988) mun chống cắt cực đại có giá trị sau: Gmax(CS) = Gmax(S) + Gmax(C) Gmax(CS) – mun chống cắt cực đại cát trộn xi-măng Gmax(S) - mun chống cắt cực đại cát Gmax(C) – độ tăng mun chống cắt cực đại ảnh hưởng ximăng 428.2 Pa 0.426  0.574 G max( S )  0.3  0.7e [Gmax(S)]: kN/m [Pa]: kN/m2 [  ]:kN/m2 Pa – áp suất khí trời G max(C ) Pa G max(C )  172 CC0.88   e  0.5168   Pa  773 CC 1.2   e  Pa    0.515e  0.13CC  0.285 CC < 2% 0.698e  0.04CC  0.2   2%  CC  8% Pa  CC hàm lượng phần trăm xi-măng Theo Saxena, Avramidis, Reddy (1988) tỷ số giảm chấn ứng với biên độ biến dạng nhỏ (’  10-3%) xác định sau: DCS = DS + DC Trong đó: DCS – tỷ số giảm chấn cát xi-măng (%) DS - tỷ số giảm chấn cát (%) DC – tăng tỷ số giảm chấn ảnh hưởng xi-măng DS   0.94  Pa    0.38 1.07  D C  0.49CC     Pa    0.36 Công trình đất yếu K.12 91 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CỦA ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM CHƯƠNG-4 4.1- CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA ĐẤT THÍ NGHIỆM Đất cát Đất cát dùng để làm thí nghiệm đất cát mịn, lấy khu san lắp KDC Phước Long B Đất có đặc trưng sau: - Thành phần hạt chủ yếu tập trung phạm vi đường kính rây No.40 (0.420mm) đến rây No.200 (0.074mm) - Độ ẩm cát lúc thí nghiệm W =0.2% (xem cát khô) - Độ chặt dung trọng cát thay đổi chế bị cho thí nghiệm - Tỷ hạt cát Gs = 2.65 Hình 4.1 Mẫu cát dùng làm thí nghiệm Đất sét Đất sét trạng thái dẽo mềm dùng làm thí nghiệm xác định đặc trưng động khoan lấy mẫu KDC Phú Mỹ Hưng, Quận Đất có đặc trưng sau: - Trọng lượng riêng trung bình trạng thái tự nhiên: W = 1.522 g/cm3 - Độ ẩm trung bình: W(%) = 87% - Tỷ trọng hạt: Gs = 2.685 - Thành phần hạt đất nhỏ kích thước rây No.200 (0.074mm) Công trình đất yếu K.12 92 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN Hình 4.2 Khoan lấy mẫu đất KDC Phú Mỹ Hưng 4.2- THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP Máy cắt dùng để thí nghiệm máy cắt ứng biến hãng ELE Các thông số máy: - Vòng lực với khả chịu lực lớn 2kN - Các đồng hồ đo chuyển vị đứng ngang mẫu đất - Hộp cắt tiết diện hình tròn, với đường kính 63mm chiều cao 20mm - Môtơ điều chỉnh tốc độ cắt Mẫu đất cát chuẩn bị cách rót tự nhiên vừa rót vừa gõ vào hộp cắt để tạo mẫu đất có hệ số rỗng khác Trong trình cắt với cấp áp lực khác đồng hồ đo chuyển vị đứng lắp vào để đo giãn nở mẫu đất Công trình đất yếu K.12 93 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN Hình 4.3 Máy cắt phẳng ELE với đồng hồ đo chuyển vị đứng Các kết đo thí nghiệm cắt trực tiếp mun biến dạng cắt ứng với biến dạng nhỏ (tải động), góc ma sát toàn phần góc ma sát sót lại (chỉ tồn mẫu cát chặt) cát trình trượt Kết thí nghiệm trình bày bảng biểu Mẫu số Hệ số roãng 1.11 1.10 1.08 0.93 0.93 0.92 0.92 0.91 0.90 Các đặc trưng mẫu rót Dung trọng Độ ẫm Dung trọng ẫm (g/cm3) 1.265 1.261 1.277 1.379 1.380 1.381 1.383 1.388 1.396 W(%) 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 khoâ (g/cm3)â 1.263 1.258 1.274 1.376 1.377 1.378 1.380 1.385 1.393 Heä số rỗng 0.88 0.79 0.78 0.76 0.75 0.75 0.72 0.71 0.70 Các đặc trưng mẫu rót + gõ Dung trọng Độ ẫm Dung trọng ẫm (g/cm3) 1.415 1.481 1.496 1.507 1.514 1.520 1.548 1.552 1.560 W(%) 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 khoâ (g/cm3)â 1.412 1.478 1.493 1.504 1.511 1.516 1.544 1.549 1.557 Baûng 4.1 Quan hệ hệ số rỗng dung trọng cát Công trình đất yếu K.12 94 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN 4.3- THÍ NGHIỆM BA TRỤC Tiến hành thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước (UU) cho mẫu đất sét dẻo mềm với cấp áp lực khác (30kPa, 50kPa 70kPa) thu biểu đồ quan hệ ứng suất lệch biến dạng nén dọc trục Từ biểu ta tính toán mun đàn hồi mẫu thông qua biểu thức: E 1    biến dạng nhỏ dọc trục Khi kiểm soát biến dạng thể tích mẫu ta tính biến dạng ngang trung bình mẫu 3 Hónh 4.4 Thí nghiệm trục mẫu thí nghiệm buồng áp lực Nếu gọi V thể tích mẫu, h chiều cao mẫu, D đường kính mẫu thì: D h 4V D h V  hay Laáy vi phân hai vế, ta suy biểu thức liên hệ biến dạng ngang biến dạng dọc trục nhö sau:   h  V    V  hệ số poission   1 3  Từ ta tính toán mun chống cắt G theo biểu thức: G E 21    Công trình đất yếu K.12 95 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só PHẦN-III GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG-5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1- KẾT LUẬN Tác nhân truyền động đất sóng ứng suất Có hai loại sóng ứng suất lan truyền môi trường đàn hồi sóng nén (P-wave) sóng cắt (S-wave) Tuy nhiên mặt biên bán không gian đàn hồi lại có thêm thành phần sóng Rayleigh, sóng tắt dần theo khoảng cách giảm chấn hình học giảm chấn vật liệu Đối với đất sét bão hoà nước chịu tác dụng tải dạng hình xung (tải trọng tức thời) độ bền chống cắt không thoát nước lớn khoảng 1.5 lần sức bền chống cắt tác dụng tónh Nhưng đất cát chịu tác dụng tải xung góc ma sát động nhỏ góc ma sát xác định với tải tónh khoảng độ, qu(tải xung) = (1.52) qu(tónh), Eu(tải xung) = Eu(tải tónh) thí nghiệm nén nở hông Ec(tải xung)  Ec(tải tónh) thí nghiệm nén không nở hông Như tốc độ tác dụng tải ảnh hưởng lên kết thí nghiệm, khả chịu tải xung đất lớn khả chịu tải tónh (trừ góc ma sát trong) Điều nhắc nhở phải lựa chon cách thức thí nghiệm thích hợp thông số kết phải tương thích với thực tế chịu tải công trình Sự hoá lỏng (giá trị áp lực nước lổ rỗng gia tăng đến áp lực đẳng hướng áp vào tải ban đầu biến dạng dọc trục có biên độ khoảng 5% diễn ra) xuất đất cát, chất giãn nở sinh biến dạng cắt Nó gây nên vùng tập tập trung biến bạng (là tượng biến dạng khối tập trung vào dãi hẹp biến dạng có cường độ lớn) dẫn đến phá hoại cách đột ngột Có nhiều thí nghiệm phòng dùng để xác định thông số (E, , G, D,… ) phục vụ cho công trình chịu tải động, cần phải lưu ý điều tuỳ theo loại tải trọng động gây biên độ biến dạng mà lựa chọn sử dụng loại thí nghiệm dùng để xác định thông số cho phù hợp Ngoài ta dùng thí nghiệm trường để xác định vận tốc sóng vs vp, từ vận tốc suy thông số khác G E đất, thí nghiệm bàn nén với tải trọng tuần hoàn để xác định hệ số đàn hồi đất Ngoài có công thức thực nghiệm liên quan thông số động vớiø đặc trưng học vật lý đất (chương 3) Từ thí nghiệm cắt trực tiếp thực cho đất cát ta tính gần mun chống cắt thấy rằng: Ứng với hệ số rỗng cát G tăng ứng suất theo phương đứng tăng ứng với Công trình đất yếu K.12 96 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN ứng suất pháp theo phương đứng G tăng hệ số rỗng giảm BIẾN THIÊN CỦA G THEO e0 200       G (kG/cm ) 160 120 80 40 0.6 0.8 1.0 e0 1.2 Hình 5.1 Quan hệ G e0 Ngoài ra, trình thí nghiệm cắt trực tiếp cho đất cát có tiến hành đo chuyển vị đứng mẫu cho thấy có giãn nở đất Và góc ma tổng cộng góc ma sát sinh nở góc ma sát (hay góc ma sát xót lại mẫu): max = b +  đó: b – thành phần góc ma sát  - thành phần góc ma sát giãn nở (góc nở) Khi hệ số rỗng e0 tăng góc ma sát max tăng, nhiên thành phần góc ma sát b thay đổi e0 giảm Bảng 5.1 GÓC MA SÁT TRONG0 Hệ số rỗng e0 1.10 25.52 0.92 31.89 0.91 27.94 Góc ma sát toàn phần  25 31' 31 53' 27 55' Goùc ma sát sót lại 0 - - - 0.82 43.04 43 2' 41.83 41050' 0.75 43.37 0.71 42.35 0 42 21' 39.65 39 39' 43 37' 42.00 42 00' Trong bảng 5.1 cho thấy góc ma sát cát rời (tạo mẫu cách rót tự do) chêch lệch nhiều so với mẫu cát chặt (tạo mẫu cách vừa rót vừa gõ vào thành hộp cắt – tạo xếp hạt tối ưu) với hệ số rỗng chênh lệch hai mẫu nhỏ Điều giải thích cách gần mẫu phát sinh ma sát Công trình đất yếu K.12 97 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN giãn nở có góc ma sát sinh vỡ hạt đất, mặt ý nghóa vật lý phát sinh góc ma sát hạt đất mặt cắt chịu cắt cấp áp lực lớn bị vỡ trượt lăn lên đồng thời xếp lại tạo nên khả ma sát lớn Trong Thí nghiệm trục thông số xác định E hệ số poission  (thông qua kiểm soát biến dạng thể tích mẫu), từ suy mun chống cắt G cách gián tiếp BIẾN THIÊN CỦA G THEO 3 2500 G (kG/cm ) 2000 1500 1000 maãu 500 maãu 0.2 0.3 0.4 0.5 e0 0.6 0.7 0.8 Hình 5.2 Quan hệ G 3 theo thí nghiệm trục Từ biểu đồ ta thấy giá trị G tăng áp lực buồng đẳng hướng ban đầu tăng Điều nói lên đất mun đàn hồi mun chống cắt thay đổi theo độ sâu 5.2- KIẾN NGHỊ Các thông số động phục vụ cho tính toán công trình chịu tải động xác định, nhiên tỷ số giảm chấn D (damping ratio) chưa xác định trực tiếp từ thí nghiệm (có thể xác định gián tiếp thông qua tiêu học vật lý khác mẫu đất) chưa có thiết bị thí nghiệm chuyên động Nên hướng đề trang bị chế tạo máy thí nghiệm chuyên động để xác định đầy đủ đặc trưng động đất ứng với điều kiện Việt Nam để phục vụ tính toán công trính Bên cạnh đó, ứng xử loại đất có khả hoá lỏng cần nghiên cứu cách xây dựng mô hình để có xác khả quan Các mô hình cần tiến hành phòng thí nghiệm li tâm để tạo mô hình thật thu nhỏ mô hình thực tế Tuy nhiên phòng thí nghiệm li tâm đến chưa có Việt Nam Công trình đất yếu K.12 98 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA Luận văn Thạc só GVHD: TS CHÂU NGỌC ẨN MỤC LỤC PHẦN-I TOÅNG QUAN CHƯƠNG-1 TỔNG QUAN .1 1.1- ĐỘNG TRONG ĐẤT NỀN .1 1.2- KHAÛO SÁT ỨNG XỬ CỦA ĐẤT DƯỚI TẢI TUẦN HOÀN BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHƯƠNG-2 TÁC NHÂN GÂY ĐỘNG VÀ ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA ĐẤT .20 2.1- TÁC NHÂN GÂY ĐỘNG 20 2.2- ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA ĐẤT NỀN 33 PHẦN-II NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN .48 CHƯƠNG-3 NGHIÊN CỨU CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐỘNG 48 3.1- CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG 48 3.2- THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 64 3.3- SỰ TƯƠNG QUAN CỦA MUN CHỐNG CẮT VÀ TỶ SỐ GIẢM CHẤN VỚI CÁC THÔNG SỐ KHÁC 82 CHƯƠNG-4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CỦA ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN VIEÄT NAM 92 4.1- CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA ĐẤT THÍ NGHIỆM 92 4.2- THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP 93 4.3- THÍ NGHIỆM BA TRỤC 95 PHẦN-III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 CHƯƠNG-5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 5.1- KẾT LUẬN 96 5.2- KIẾN NGHỊ 98 Công trình đất yếu K.12 99 HVTH: LÊ TRỌNG NGHĨA BIỂU ĐỒ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CỢ HẠT ĐẤT Công trình: 100 90 20 80 30 70 CÁT 40 60 50 50 60 40 SÉT 70 30 80 20 90 10 100 Đường kính cỡ hạt mm 0.1 0.01 HẠT CÁT TÊN CỢ ĐẤT Đường kính cỡ hạt (mm) Thành phần cỡ hạt (%) HẠT SỎI SẠN 0.001 HẠT BỤI Cát to Cát trung Cát nhỏ C.thật nhỏ Cát bụi > 10 10 - 5-2 2-1 1- 0.5 0.5-0.25 0.25-0.1 0.1-0.05 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 21.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 32.0 36.0 32.0 Bụi to Bụi nhỏ 0.05-0.01 0.01-0.005 34.0 16.0 HẠT sét MẪU SỐ < 0.005 29.0 1- cát 2- sét Phần trăm cỡ hạt nhỏ đường kính Phần trăm cỡ hạt lớn đường kính 10 ... TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG CỦA ĐẤT PHỤC VỤ CHO VIỆC THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI ĐỘNG II/- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: NHIỆM VỤ: Nghiên cứu thí nghiệm xác định đặc trưng. .. TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG CỦA ĐẤT PHỤC VỤ CHO VIỆC THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI ĐỘNG TÓM TẮT Trong điều kiện Việt Nam nay, việc tính toán công trình xét... Thạc só với đề tài: Nghiên cứu Thí nghiệm xác định đặc trưng động đất phục vụ cho việc thiết kế công trình chịu tải động Luận văn tổng kết kiến thức học nổ lực thân việc nghiên cứu đề tài khoa tương