3.3.2.1 Chỉ tiờu của đất ỏ sột khi chưa sử dụng phụ gia
Đõy là loại đất ỏ sột được khai thỏc cỏch chõn đờ khoảng 500 m để làm vỏ bọc đờ biển, loại đất này cú hàm lượng sột tương đối cao, khỏ phự hợp để
làm vỏ bọc đờ biển. Nhưng hiện tại khụng cũn nguồn để khai thỏc loại đất này vỡ thuộc đất nụng nghiệp của dõn. Tuy nhiờn để đỏnh giỏ trực quan cỏc tỏc dụng khụng mong muốn của phụ gia CONSOLID khi dựng với cỏc loại đất. Trong nghiờn cứu vẫn tiến hành thớ nghiệm trộn phụ gia cho loại đất này. Bảng 3.13 là cỏc chỉ tiờu cơ bản đất ỏ sột thớ nghiệm. Bảng 3.13: Cỏc chỉ tiờu của đất ỏ sột TT Tờn chỉ tiờu Ký hiệu Đơn vị Trị số 1 Thành phần hạt Sột <0.005 % 17,71 Bụi 0.005-0.01 % 18,59 0.01-0.05 % 48,71 Cỏt 0.05-0.1 % 16,76 0.1-0.25 % 0,97 0.25-0.5 % 0,08 0.5-2.0 % 0,17 Sạn sỏi 2.0-5.0 % 0 5.0-10.0 % 0 2 Độẩm chế bị ωcb % 18,80
3 Khối lượng riờng ướt chế bị ρ g/cm3 1,952
4 Khối lượng riờng khụ chế bị ρk g/cm3 1,643 5 Tỷ trọng ∆ 2,69 6 Hệ số rỗng ε 0,64 7 Độ lỗ rỗng n % 38,91 8 Độ bóo hoà S % 79,39 9 Giới hạn chảy LL % 36,05 10 Giới hạn dẻo PL % 24,40 11 Chỉ số dẻo PI % 11,65 12 Chỉ số chảy LI -0,48
13 Khối lượng riờng khụ max ρkmax g/cm3 1,73
14 Độẩm tối ưu ωtn % 18,8
15 Gúc ma sỏt trong φ độ 24,24
3.3.2.2 Thớ nghiệm với đất ỏ sột khi sử dụng phụ gia a) Nội dung
Thớ nghiệm xỏc định tỉ lệ phần trăm pha trộn CONSOLID trong mẫu đất chế bị theo cỏc tỉ lệ phần trăm: 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% cho từng mẫu riờng biệt và tiến hành thớ nghiệm mẫu sau thời gian 2 ngày, 6 ngày, 15 ngày, 30 ngày. Cỏc thớ nghiệm chớnh là thớ nghiệm đỏnh giỏ mức độ tan ró, thớ nghiệm nộn một trục, thớ nghiệm cắt trực tiếp, thớ nghiệm nộn 3 trục, thớ nghiệm thấm, thớ nghiệm đỏnh giỏ nứt nẻ của mẫu đất theo thời gian.
Căn cứ vào kết quả thớ nghiệm thu được, phõn tớch chọn ra tỉ lệ phần trăm CONSOLID pha trộn hợp lý với đất thớ nghiệm và ứng dụng vào thiết kế.
b) Quy trỡnh thớ nghiệm
Qui trỡnh thớ nghiệm xỏc định cỏc thụng số về CONSOLID thực hiện theo ‘Tiờu chuẩn thớ nghiệm đất trong phũng thớ nghiệm’ [5],[31] và được thực hiện bởi nhúm nghiờn cứu của Phũng thớ nghiệm Địa kỹ thuật - Đại học Thuỷ lợi. Việc chế bị mẫu (trộn đất và đầm) được thực hiện trờn cỏc thiết bị
mới, hiện đại.
Việc thớ nghiệm xỏc định hàm lượng CONSOLID được thực hiện theo trỡnh tự từ những thớ nghiệm đơn giản nhất cho tới cỏc thớ nghiệm phức tạp với mục đớch loại bỏ cỏc thụng số khụng tối ưu. Cỏc thụng số tối ưu sẽđược tiến hành với cỏc thớ nghiệm chi tiết hơn.
Trong phần này, ngoài cỏc thớ nghiệm xỏc định chỉ tiờu cơ lý của đất nguyờn dạng. Thớ nghiệm xỏc định % CONSOLID với đất đắp được thực hiện gồm:
- Xỏc định mức độ ró chõn-sập mẫu: Thớ nghiệm này cho phộp chọn mẫu cú hàm lượng phụ gia thấp nhất để làm thớ nghiệm tiếp theo.
- Thớ nghiệm cắt trực tiếp. - Thớ nghiệm cắt ba trục.
c) Nội dung chi tiết một số thớ nghiệm cơ bản
c.1. Thớ nghiệm xỏc định sơ bộ phần trăm phụ gia CONSOLID
* Chuẩn bị mẫu: Lấy 6 kg đất làm khụ và nghiền nhỏ, chia làm sỏu phần bằng nhau mỗi phần cú khối lượng 1000 gam. Trộn phụ gia CONSOLID theo tỷ lệ 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% lần lượt với từng mẫu. Tớnh lượng nước vừa
đủ tương ứng độ ẩm mẫu khi chế bị là 18,8%, trộn đều cho đất ẩm và ủ đất trong vũng 8 giờ. Cho khối lượng đất đó tớnh toỏn vào cối cú đường kớnh 50 mm và chiều cao mẫu 100 mm và đầm từng lớp theo độ chặt ρk =1,64 (t/m3). Sau khi đầm xong, thỏo khuụn và để nguyờn mẫu sau 48 giờ mới tiến hành thớ nghiệm.
* Quy trỡnh thớ nghiệm và kết quả thớ nghiệm: Xếp cỏc mẫu vào khay (hỡnh 3.12) và đổ khoảng 2 cm nước. Quan sỏt diễn biến cỏc mẫu và đỏnh giỏ khả năng nước thẩm thấu lờn mẫu và ổn định mẫu:
Sau 5 phỳt bắt đầu nhận thấy nước thẩm thấu khoảng 1 cm lờn cỏc mẫu; Sau 10 phỳt, mẫu khụng cú CONSOLID bị ró chõn;
Sau 1 giờ mẫu khụng cú CONSOLID bị sập hoàn toàn (hỡnh 3.12);
Sau 5 ngày mẫu cú hàm lượng thấp nhất với 2% CONSOLID nhưng vẫn ổn
định.
Sau 20 ngày ngõm liờn tục trong nước, lượng nước thẩm thấu lờn trờn rất ớt, cỏc mẫu đất khụ trắng phớa trờn. Trừ mẫu 0% CONSOLID bị sập, cỏc mẫu cũn lại rất ổn định (hỡnh 3.13). Như vậy cú thể chọn cỏc tỷ lệ phụ gia 2%, 4%, 6% để làm cỏc thớ nghiệm tiếp theo. Loại bỏ mẫu 8%, 10% phụ gia vỡ hàm lượng phụ gia quỏ mức cần thiết.
Hỡnh 3.13: Diễn biến mẫu sau 20 ngày ngõm nước
c.2. Thớ nghiệm nộn một trục cú nở hụng
Thớ nghiệm nộn một trục cú nở hụng là thớ nghiệm xỏc định cường độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
giới hạn chống nộn ứng suất hướng trục trong điều kiện khụng cú ỏp lực hụng. Thiết bị thớ nghiệm giới thiệu ở hỡnh 3.14, khuụn đỳc mẫu [5] sử dụng khuụn cú đường kớnh mẫu 50 mm và chiều cao là 100 mm.
Chuẩn bị mẫu: Trong thớ nghiệm này, loại bỏ được mẫu 8%, 10% phụ
gia từ thớ nghiệm tan ró. Chuẩn bị đất để tạo cỏc mẫu tương ứng với 0%, 2%, 4% và 6% phụ gia. Để đỏnh giỏ ảnh hưởng của thời gian đến cường độ mẫu
đất, tiến hành thớ nghiệm nộn mẫu sau thời gian 6 ngày, 15 ngày, 30 ngày. Tớnh lượng nước vừa đủ tương ứng độ ẩm tối ưu của đất, trộn đều cho đất ẩm và ủ đất trong vũng 8 giờ. Cho khối lượng đất đó tớnh toỏn vào cối và đầm từng lớp theo độ chặt thiết kế. Sau khi đầm xong, thỏo khuụn và để mẫu đủ
thời gian sau 6 ngày sử dụng lượt mẫu đầu tiờn, cỏc mẫu tiếp theo sau thời gian đó định.
Hỡnh 3.14: Thiết bị nộn một trục
Lắp mẫu vào mỏy, đặt mức sốđọc lực tương ứng 0,5% biến dạng hướng trục của mẫu. Ngừng thớ nghiệm khi sốđọc lực đạt mức ổn định trong khoảng 5%-10% biến dạng hướng trục của mẫu.
Kết quả thớ nghiệm: Hỡnh 3.15 biểu diễn quan hệứng suất biến dạng của kết quả thớ nghiệm cắt một trục nở hụng tự do mẫu đất sau khi trộn phụ gia
được 6 ngày. Kết quả thớ nghiệm cho thấy phụ gia CONSOLID đó ảnh hưởng gia tăng 2,0 lần đến cường độ của đất, . Tuy nhiờn khụng cú sự khỏc biệt nhiều giữa hàm lượng phụ gia 2%, 4% và 6% vỡ vậy cú thể định hướng loại bỏ bớt hàm lượng 4% và 6% đểđảm bảo kinh tế.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 Biến dạng (%) Ứ n g su ấ t d ọ c tr ụ c ( k P a)
0% phụ gia sau 6 ngày
2% phụ gia sau 6 ngày
4% phụ gia sau 6 ngày
6% phụ gia sau 6 ngày
Hỡnh 3.15: Quan hệứng suất biến dạng của cỏc mẫu nộn nở hụng tự do sau thời gian 6 ngày
Hỡnh 3.16 biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng của kết quả thớ nghiệm cắt một trục nở hụng tự do mẫu đất sau khi trộn phụ gia được 15 ngày. Kết quả thớ nghiệm cho thấy, theo thời gian mẫu đất cú hàm lượng phụ gia 4%, 6% bị giũn hoỏ theo thời gian và mẫu bị góy ở biến dạng nhỏ.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 Biến dạng (%) Ứ n g su ấ t d ọ c tr ụ c ( k P a)
0% phụ gia sau 15 ngày
2% phụ gia sau 15 ngày
4% phụ gia sau 15 ngày
6% phụ gia sau 15 ngày
Hỡnh 3.16: Quan hệứng suất biến dạng của cỏc mẫu nộn nở hụng tự do sau thời gian 15 ngày
Hỡnh 3.17 biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng của kết quả thớ nghiệm cắt một trục nở hụng tự do mẫu đất sau khi trộn phụ gia được 30 ngày. Kết quả thớ nghiệm cũng cho thấy, theo thời gian mẫu đất cú hàm lượng phụ gia
4%, 6% bị giũn hoỏ theo thời gian vỡ vậy cường độ chống cắt rất thấp và mẫu bị góy ở biến dạng nhỏ. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 Biến dạng (%) Ứ n g su ấ t d ọ c tr ụ c ( k P a)
0% phụ gia sau 30 ngày
2% phụ gia sau 30 ngày
4% phụ gia sau 30 ngày
6% phụ gia sau 30 ngày
Hỡnh 3.17: Quan hệứng suất biến dạng của cỏc mẫu nộn nở hụng tự do sau thời gian 30 ngày
Tổng hợp kết quả thớ nghiệm nộn nở hụng tự do với đất ỏ sột được trỡnh bày ở bảng 3.14. Bảng 3.14: Sức khỏng nộn khụng hạn hụng của cỏc mẫu - ( 2) /m kN qu Mẫu % Pgia 0% 2% 4% 6% Sau 6 ngày 21,0 41,0 40,5 42,0 Sau 15 ngày 21,5 41,2 17,0 15,0 Sau 30 ngày 20,5 41,0 17,0 15,0 Nhận xột: Từ kết quả phõn tớch ở trờn, kết luận với mẫu đất trộn 2% CONSOLID cường độ chịu nộn tốt hơn trộn cỏc tỉ lệ % khỏc, khụng nờn sử (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dụng quỏ 2% phụ gia, vỡ vậy cỏc thớ nghiệm tiếp theo loại bớt cỏc mẫu đất trộn tỉ lệ 4%, 6%. Cường độ của đất cú phụ gia sau 15 ngày và 30 ngày khụng cú sự chờnh lệch đỏng kể do đú cỏc thớ nghiệm cường độ theo thời gian kết thỳc cho cỏc mẫu để sau 30 ngày. Như vậy qua hai thớ nghiệm đỏnh giỏ ró chõn-sập mẫu và nộn nở hụng tự do đó loại bỏ được cỏc mẫu cú hàm lượng
CONSOLID vượt quỏ mức cần thiết. Tiếp theo là cỏc thớ nghiệm xỏc định cỏc
đặc trưng chống cắt của đất.
c.3. Thớ nghiệm cắt trực tiếp
Thớ nghiệm cắt đất trực tiếp là một phương phỏp thớ nghiệm thường dựng
để xỏc định cường độ chống cắt của đất. Thụng thường dựng 4 mẫu thớ nghiệm, với cỏc giỏ trị nộn P khỏc nhau, gia tải lực cắt ngang để tiến hành cắt mẫu, tỡm được ứng suất cắt khi phỏ hoại τ , căn cứ vào định luật Coulomb xỏc
định được gúc ma sỏt trong φ và lực dớnh đơn vị c[5].
Chuẩn bị mẫu: Mặc dự cú nhận xột là khụng nờn pha trộn quỏ 2% phụ
gia. Tuy nhiờn trong kết quả nộn nở hụng tự do của mẫu để sau 6 ngày thỡ sự
sai khỏc về sức chống nộn nở hụng của cỏc mẫu 2%, 4% , 6% là khụng nhiều, vỡ vậy vẫn chuẩn bị cỏc tỷ lệ phụ gia 0%, 2%, 4% , 6% để tạo mẫu và sau 6 ngày mới tiến hành cắt mẫu. Cỏc bước tạo mẫu, trộn đầm lắp mẫu và gia tải
được thực hiện theo SD 128-018-84 [5]. Mẫu thớ nghiệm cú chiều cao 30 mm,
đường kớnh 61,82 mm, độ ẩm chế bị 18,8 %, khối lượng riờng khụ chế bị = k ρ 1,64 (t/m3). Bảng 3.15 tổng hợp kết quả thớ nghiệm cắt trực tiếp với cỏc thụng số chống cắt φ, c của cỏc trường hợp. Bảng 3.15: Kết quả thớ nghiệm cắt trực tiếp của đất ỏ sột Chỉ tiờu 0% 2% 4% 6% φ (độ) 24,24 29,50 29,20 29,04 c(kN/m2) 7,89 12,15 14,43 13,90
Nhận xột: Kết quả thớ nghiệm cắt trực tiếp cho thấy, lượng phụ gia quỏ 2% cũng khụng làm gia tăng nhiều cường độ cho đất. Vậy cú thể kết luận hàm lượng phụ gia chọn ở mức 2% là hợp lý.
c.4. Thớ nghiệm cắt 3 trục
Thớ nghiệm cắt đất 3 trục là phương phỏp xỏc định cường độ chống cắt của đất khi gia tải khụng gian. Thường thớ nghiệm với khoảng 3-4 mẫu đất
hỡnh trụ, khỏc nhau bởi ỏp lực hụng σ3. Mẫu bị phỏ hoại cắt khi ứng suất trục
)
(σ1−σ3 gia tăng đến mức độ phỏ hoại vỡ mẫu hoặc biến dạng mẫu lớn đến mức cho phộp. Biểu diễn kết quả thớ nghiệm cỏc mẫu lờn đồ thị, dựa vào lý luận Mohr-Coulom để xỏc định cỏc thụng số chống cắt φ,c [5]. Hỡnh 3.18 là thiết bị thớ nghiệm nộn 3 hướng đối xứng trục được dựng làm thớ nghiệm.
Hỡnh 3.18: Thiết bị nộn ba trục
Chuẩn bị mẫu: Đường kớnh mẫu 50 mm, chiều cao mẫu 100 mm, độ ẩm chế bị 18,8 %, khối lượng riờng khụ chế bị ρk =1,64 (t/m3). Hỡnh 3.19 biễu diễn kết quả thớ nghiệm mẫu đất 0% phụ gia, quan hệ giữa độ lệch ứng suất
)
Hỡnh 3.19: Kết quả thớ nghiệm mẫu 0% phụ gia
Hỡnh 3.20 biễu diễn quan hệ giữa độ lệch ứng suất (σ1−σ3) và % biến dạng mẫu trong quỏ trỡnh thớ nghiệm cắt mẫu đất trộn 2% phụ gia.
Hỡnh 3.20: Kết quả thớ nghiệm mẫu 2% phụ gia
Bảng 3.16 tổng hợp kết quả thớ nghiệm cắt 3 trục với cỏc mẫu đất 0% và 2% phụ gia, cho thụng số chống cắt φ, c.
Bảng 3.16: Kết quả thớ nghiệm cắt ba trục
Chỉ tiờu 0% 2% 4% 6%
φ (độ) 18,31 26,37 - - c(kN/m2) 8,24 12,93 - -
Nhận xột: Phụ gia CONSOLID đó cú ảnh hưởng đến mức độ gia tăng cường độ chống cắt của đất. Mức độ gia tăng trung bỡnh của cỏc thụng số
chống cắt khoảng 30%. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c.5. Thớ nghiệm thấm
Chuẩn bị mẫu: Mẫu thớ nghiệm thấm cú chiều cao 40 mm, đường kớnh 61,82 mm, độ ẩm chế bị 18,8 %, khối lượng riờng khụ chế bị ρk =1,64 (t/m3). Thớ nghiệm thấm được tiến hành cho mẫu đất ỏ sột cú trộn 2%, 4%, 6% phụ
gia.
Cỏc mẫu đất được lắp vào hộp thấm. Đặt nắp hộp thấm lờn trờn mẫu đất, vớt chặt cỏc vớt hóm để mẫu khụng bị nở khi bóo hoà nước. Lắp hộp thấm vào giỏ thớ nghiệm và đấu nối với bỡnh chứa nước để làm bóo hoà mẫu. Khi nước
đó chảy đầy hộp thấm, đúng khoỏ ống đo bờn trỏi, hơi nghiờng hộp thấm về
bờn phải đểđuổi hết khụng khớ ở phần ngoài hộp thấm. Giữ nguyờn vị trớ hộp thấm cho đến khi nước xuất hiện ở ống đo bờn phải, đúng khoỏ bờn phải và nghiờng hộp thấm về bờn trỏi đểđuổi khớ ở phần trong của hộp thấm ra.
Sau khi đuổi hết khớ trong mẫu ra ngoài, đặt hộp thấm ở vị trớ thăng bằng trong 24 giờ để mẫu hoàn toàn bóo hoà nước. Theo dừi độ ổn định của mực nước trong hai ống đo để kiểm tra độ bóo hoà mẫu.
Thớ nghiệm thấm với sự thay đổi cột nước thấm, bấm đồng hồ giõy và
đọc cột nước ban đầu h1, sau thời gian t đọc đầu nước h2 cứ như vậy sau 2
đến 3 lần đọc. Lại làm dõng cao đầu nước đến cao độ cần thiết và lặp lại số đọc như trờn. Sau 6 lần đọc và ghi, thớ nghiệm kết thỳc.
2 1 log 3 , 2 h h At aL K = Trong đú: K- Hệ số thấm tớnh toỏn; a- Diện tớch ống đầu nước thay đổi; L- Chiều cao mẫu thớ nghiệm; t - Thời gian nước thấm qua mẫu; A- Tiết diện mẫu thớ nghiệm.
Kết quả thớ nghiệm cho mẫu 2%, hệ số thấm trung bỡnh là 3,62.10-7 cm/s. Mẫu 4% hệ số thấm trung bỡnh 6,94.10-8 cm/s, mẫu 6% hệ số thấm trung bỡnh 8,78.10-8 cm/s. Như vậy sự sai khỏc về hệ số thấm của 3 mẫu là khụng đỏng kể, khụng cần thiết trộn quỏ 2% phụ gia.
c.6. Độ nứt nẻ của mẫu gia cường theo thời gian
Sau chuỗi thớ nghiệm xỏc định cường độ của đất theo thời gian, cỏc mẫu thớ nghiệm được để khụ tự nhiờn và quan sỏt nứt nẻ của mẫu. Hỡnh 3.21 là diễn biến nứt nẻ của cỏc mẫu sau thời gian ba thỏng.
Hỡnh 3.21: Diễn biến mẫu sau 3 thỏng để khụ tự nhiờn