Nghiên cứu thực nghiệm xác định giá trị ứng suất tiếp giới hạn của vật liệu đất dính trong tính toán xói lở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA    NGUYỄN MINH NHẬT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ỨNG SUẤT TIẾP GIỚI HẠN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT DÍNH TRONG TÍNH TỐN XĨI LỞ CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mã số : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH – tháng năm 2012 KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG    NGUYỄN MINH NHẬT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ỨNG SUẤT TIẾP GIỚI HẠN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT DÍNH TRONG TÍNH TỐN XĨI LỞ CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mã số : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯU XUÂN LỘC TS LÊ ANH TUẤN TP HỒ CHÍ MINH – tháng năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH    Cán hướng dẫn khoa học: TS LƯU XUÂN LỘC TS LÊ ANH TUẤN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Thành phần Hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm: CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạn Phúc Tp HCM, ngày …… tháng……năm 2012 NHIỆM VỤ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Minh Nhật Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16-04-1983 Nơi sinh: T.T Huế Chuyên ngành: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY MSSV: 10200394 I – TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ỨNG SUẤT TIẾP GIỚI HẠN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT DÍNH TRONG TÍNH TỐN XĨI LỞ II– NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1- NHIỆM VỤ: Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định khả kháng xói lở bờ sơng cho loại vật liệu đất dính vật liệu gia cố tính tốn đánh giá xói lở 2- NỘI DUNG: Mở ñầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Vật liệu phương pháp thí nghiệm Chương 3: Thực nghiệm ñánh giá kết Chương 4: Kết luận kiến nghị III– NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 29/08/2011 IV– NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V– CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LƯU XUÂN LỘC TS LÊ ANH TUẤN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Lưu Xuân Lộc BM QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS Lê Anh Tuấn Đề cương Luận văn Thạc sĩ ñã Hội đồng chun ngành thơng qua Ngày……tháng……năm 2012 PHỊNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI TRI ÂN Qua thời gian học tập nghiên cứu Trường, Em ñã nhận ñược hướng dẫn giúp đở nhiệt tình Thầy/Cơ mơn Kỹ thuật Tài Nguyên Nước, Anh/ Chị bạn lớp Xây Dựng Cơng Trình Thủy khóa 2012 Xin tri ân ñến tất người Xin gởi lời cảm ơn ñến thầy Lưu Xuân Lộc, thầy Lê Anh Tuấn ñã hướng dẫn, hỗ trợ suốt trình thực luận văn Ngồi xi cảm ơn Phịng Thí Nghiệm Vật Liệu Xây Dựng- Trường Đại Học Bách Khoa, Công ty TNHH Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tư Vấn Xây Dựng Hồng Vinh, Phịng thí nghiệm trường LAS 666-Trung Tâm Kỹ Thuật ñã hỗ trợ q trình nghiên cứu LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Minh Nhật TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh ứng suất tiếp giới hạn vật liệu đất dính vật liệu đất gia cố xi măng Sữ dụng phương pháp thí nghiệm tia nước ngầm (Jet test) Hanson cook, 2004 ñể xác ñịnh ứng suất tiếp giới hạn hệ số xói mịn vật liệu đất dính, vật liệu đất gia cố xi măng Vật liệu đất dính ñược lấy từ khu vực thuộc bờ sông Tp HCM Đất gia cố xi măng có hàm lượng xi măng ñược lựa chọn 15 kg, 30 kg, 80 kg, 150 kg/ m3 ñể nghiên cứu phát triển cường ñộ ứng suất tiếp giới hạn Nghiên cứu ñã ñất nghiên cứu thuộc loại ñất sét với hàm lượng bùn sét 71% (56% bùn, 15% sét) loại đất xói mịn Đất gia cố xi măng có quy luật phát triển cường ñộ nén nở hông ứng suất tiếp giới hạn tương ñồng Với hàm lượng xi măng nhỏ 80 kg/m3 (5%) tác ñộng ñến cường ñộ nén nở hông ứng suất tiếp giới hạn khơng đáng kể Từ hàm lượng xi măng kg/m3 (5%) trở lên ứng suất tiếp giới hạn có gia tăng ñáng kể, cụ thể ñất gia cố xi măng 5% (80 kg/m3) thuộc loại đất kháng xói mịn ( τ c =23,37 Pa, k d =0,03 cm3/N-s); ñất gia cố xi măng 9% (150 kg/m3) thuộc loại ñất kháng xói mịn ABSTRACT This thesis presents experimental study to determine critical shear stress of cohesive soil and soil-cement A submerged jet-testing apparatus [Hanson cook, 2004] has been used to determined critical shear stress of cohesive soil in river bank at Ho Chi Minh City and soil-cement material Soil-cement carried out with cement content of 15 kg, 30 kg, 80 kg and 150 kg/ m3, respectively, to study the development compressive strength and critical shear stress The study indicated that cohesive soil research was clay loam with 71 % siltclay content ( silt 56%, clay 15%) and erodible in soil classfication Soil-cement material has development rule of unconfined compressive strength and critical shear stress, was fairly similar In case of cement content less than 30 kg/m3 (2%) The effect of cement content to unconfined compressive strength and critical shear stress were negligible In case of cement content equal to 30 kg/m3 (5%) or more, critical shear stress increased significant, soil-cement material 80 kg cement/m3 (5%) belong soil classification resistant erodible ( τ c =23,37 Pa, k d =0,03 cm3/N-s), soilcement material 150 kg cement/m3 (9%) and very resistant erodible in soil classfication MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .9 Tính cấp thiết ñề tài: Mục đích vấn đề nghiên cứu ñề tài 11 Phương pháp nghiên cứu .11 Ý nghĩa khoa học thực tiển ñề tài .11 Giới hạn ñề tài 12 CHƯƠNG 13 TỔNG QUAN 13 1.1 Quy luật xói mịn: 13 1.2 Cơ sở khoa học công nghệ chống xói lở bờ sơng 15 1.3 Tổng quan lịch sử nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác ñịnh ứng suất tiếp giới hạn .18 1.3.1 Vật liệu khơng dính 18 1.3.2 Vật liệu dính 21 1.3.3 Lịch sử nghiên cứu tương quan ứng suất cắt giới hạn tỉ lệ xói mịn đến tính chất đất 31 1.3.3.1 Ứng suất cắt giới hạn 31 1.3.3.2 Tỷ lệ xói mịn 33 CHƯƠNG 34 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 34 2.1 Phương pháp thí nghiệm: .34 2.1.1 Chuẩn bị mẫu ñất (ASTM D421-85) .34 2.1.2 Thành phần hạt ( ASTM D422-63) 34 2.1.3 Xác ñịnh giới hạn chảy dẻo Atterberg (ASTM D4318-00) 35 2.1.4 Xác ñịnh ñộ ẩm ñất (ASTM D2216) 36 2.1.5 Trọng lượng riêng ñất (ASTM 854-02) 37 2.1.6 Thí nghiệm nén ñơn – Nén trục nở hông (ASTM D2166-00) 38 2.1.7 Phương pháp xác ñịnh khả kháng xói lở bờ sơng thiết bị tia nước ngầm (ASTM D5852-03) 39 2.1.7.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 39 2.1.7.2 Tính tốn phân tích thí nghiệm xói tia nước ngầm: 42 2.2 Phương pháp chuẩn bị mẫu: 46 CHƯƠNG 56 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .56 3.1 Thử nghiệm tính chất lý mẫu ñất: .56 3.2 Thử nghiệm cường độ nén nở hơng: 56 3.2.1 Tương quan cường độ nén nở hơng ngày tuổi thử nghiệm: 57 3.2.2 Tương quan cường ñộ nén nở hông hàm lượng xi măng: .58 3.2.3 Tương quan phần trăm phát triển cường độ nén nở hơng với hàm lượng xi măng ngày tuổi thử nghiệm: .58 3.2.4 Tương quan cường độ nén nở hơng biến dạng dọc trục 59 3.2.5 Tương quan cường độ nén nở hơng với tỷ lệ nước xi măng: 60 3.2.6 Nhận xét ñánh giá: 60 3.3 Thử nghiệm ứng suất tiếp giới hạn hệ số xói mịn: 62 3.3.1 Thiết bị thử nghiệm ñiều kiện thử nghiệm: .62 3.3.1.1Thiết bị thử nghiệm 62 3.3.1.2Trình tự thử nghiệm .63 3.3.1.3Điều kiện thử nghiệm 63 3.3.2 Phân tích kết thử nghiệm: 64 3.3.2.1Thử nghiệm mẫu ñất tự nhiên (Case 0) 64 3.3.2.2Thử nghiệm mẫu ñất gia cố 15 kg xi măng (Case1) 67 3.3.2.3Thử nghiệm mẫu ñất ia cố 30 kg xi măng (Case2) 70 3.3.2.4Thử nghiệm mẫu ñất gia cố 80 kg xi măng (Case3) 72 3.3.2.5Thử nghiệm mẫu ñất gia cố 150 kg xi măng (Case4) 76 3.3.3 Kết so sánh ñánh giá: 77 3.3.3.1Kết thử nghiệm ứng suất tiếp giới hạn hệ số xói mịn thiết bị tia nước ngầm mẫu ñất tự nhiên ñất gia cố xi măng 77 3.3.3.2Tương quan ứng suất tiếp giới hạn τ c tỉ lệ xói mịn k d 78 3.3.3.3Nhận xét ñánh giá: 79 KẾT LUẬN .84 KIẾN NGHỊ 85 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .87 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 90 90 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 91 MỤC LỤC Kết thử nghiệm tính chất mẫu đất tự nhiên 93 Kết thử nghiệm tính cường ñộ nén nở hông .95 2.1 Kết thử nghiệm cường độ nén nở hơng ñất tự nhiên .95 2.2 Kết thử nghiệm cường độ nén nở hơng đất gia cố 15 kg xi măng 96 2.3 Kết thử nghiệm cường độ nén nở hơng đất gia cố 30 kg xi măng 98 2.4 Kết thử nghiệm cường độ nén nở hơng đất gia cố 80 kg xi măng 100 2.5 Kết thử nghiệm cường ñộ nén nở hông ñất gia cố 150 kg xi măng 102 92 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Kết thí nghiệm phân tích thành phần hạt phương pháp tỉ trọng kế .93 Bảng 1.2 Kết thí nghiệm số dẻo 94 Bảng 1.3 Kết thí nghiệm khối lượng riêng đất 94 Bảng 2.1 Khối lượng thể tích, độ ẩm cường độ nén nở hơng mẫu ñất tự nhiên 95 Bảng 2.2 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 15 kg xi măng ngày tuổi 96 Bảng 2.3 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 15 kg xi măng 28 ngày tuổi 97 Bảng 2.4 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 30 kg xi măng ngày tuổi 98 Bảng 2.5 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 30 kg xi măng 28 ngày tuổi 99 Bảng 2.6 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 80 kg xi măng ngày tuổi 100 Bảng 2.7 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 80 kg xi măng 28 ngày tuổi 101 Bảng 2.8 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 150 kg xi măng ngày tuổi 102 Bảng 2.9 Cường ñộ nén nở hơng mẫu đất gia cố 150 kg xi măng 28 ngày tuổi103 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 - Biểu ñồ Thành phần cỡ hạt 93 Hình 1.2 - Biểu đồ xác ñịnh giới hạn chảy ñất 94 93 Kết thử nghiệm tính chất mẫu đất tự nhiên: Bảng 1.1 Kết thí nghiệm phân tích thành phần hạt phương pháp tỉ trọng kế Particle size analysis/ Thành phần hạt Analysis method Sieve Mass Phương pháp phân No Retained tích Sàng số KL mm sàng g Sieve analysis Phân tích sàng Analysis by hyrometer Phân tích tỷ trọng kế Percentage of retained Lượng sót sàng, % 25,0 0,00 0,00 19,0 0,00 0,00 9,5 0,00 0,00 4,75 0,00 0,00 2,00 2,05 1,11 0,425 16,81 9,10 0,075 32,20 17,43 0,050 0,010 0,005 0,002 0.002 Hình 1.1: Thành phần cỡ hạt Percent passing Lượng lọt sàng % 100,0 100,0 100,0 100,0 98,9 89,8 72,4 69,3 40,5 26,6 14,8 0,0 Particle size analysis by hyrometer/ Thành phần hạt tỷ trọng kế Reading Hydrometer reading Temp Diametter Percent passing time Số ñọc Nhiệt of particle Lượng nhỏ Thời ñộ, Cỡ hạt, % gian, C mm Min 0,5 15 30 60 120 180 1080 1140 1,0260 1,0240 1,0220 1,0190 1,0150 1,0115 1,0090 1,0065 1,0055 1,0030 1,0025 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 29,0 26,0 27,0 0,0651 0,0460 0,0326 0,0206 0,0119 0,0084 0,0059 0,0042 0,0035 0,0015 0,0014 * Sample Information/ Thông tin mẫu Dry weight of sample for sieve anlysis, g : 100,0 73,3 68,2 63,1 55,5 45,3 36,4 30,0 23,7 20,6 12,7 11,5 184,76 90,0 KL mẫu TN sàng ướt 80,0 70,0 Persent Passing (%) Dry weight of sample < 0.075 mm, g : 47,63 60,0 KL mẫu