ĐÊ BIỂN BÌNH MINH 3 - KIM SƠN - NINH BÌNH)
4.2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TƯƠNG TÁC GIỮA CỐT VĐKT VÀ ĐẤT .1. Mục đích thí nghiệm
Dưới tác dụng của tải trọng, khối đất có chuyển vị tương đối theo phương cốt, do tác dụng của ma sát giữa đất - cốt, sẽ hình thành ứng suất kéo đặt vào cốt để chống lại lực đẩy và dịch chuyển của mái dốc. Trong công trình thử nghiệm này, việc sử dụng cốt VĐKT với các chức năng: neo, lọc, dẫn nước và phân cách. Chức năng neo của VĐKT được xem xét với hai trạng thái giới hạn có thể xảy ra:
- Sự trượt của đất trên cốt - cơ chế cắt trực tiếp - Cốt bị kéo tuột khỏi đất - cơ chế kéo
Thực tế xây dựng, cốt VĐKT gia cố trong khối đắp mái dốc thường xẩy ra hai trạng thái giới hạn: (i) khối đất bị trượt phẳng trên lớp cốt gia cố (hình 4.1a) và (ii) trượt mái dốc do cốt VĐKT bị kéo tuột khỏi khối đất (hình 4.1b).
Vì vậy, trong nghiên cứu, phải được thí nghiệm với 2 trường hợp:
- Thí nghiệm cắt hộp xác định trị số ma sát tiếp xúc giữa VĐKT và đất: fds
- Thí nghiệm kéo rút vải khỏi mẫu đất xác định trị số ma sát kéo rút giữa vải và đất: fop
79
a/ b/
σ Tds
τds σn' h
σ'n
τb
σh Tb
Lb
Hình 4.1. Cơ chế tương tác đất - cốt: (a) Khối đất trượt trực tiếp trên mặt vải;
(b) Khối trượt gây ra sự kéo rút vải khỏi khối đất
4.2.2.Thí nghiệm xác định lực dính, góc ma sát giữa vải và đất 1. Thiết bị thí nghiệm:
Thiết bị thí nghiệm: dùng loại AIM-2656 – Modified Direct Shear Apparatus của Ấn Độ (Thiết bị của Phòng thí nghiệm của Trung tâm Thuỷ công – Viện Khoa học Thuỷ lợi).
2. Vật liệu thí nghiệm:
- Cốt VĐKT: Các thí nghiệm dưới đây được thực hiện với Polyfelt loại Pec 75 và Pec 200.
Lấy 3 ÷5 mẫu vải ở các vị trí khác nhau, chiều rộng và dài mẫu vải phải đủ lớn để có thể kẹp được kích thước hộp trượt là 60 mm x 60 mm.
- Đất thí nghiệm: Là đất sử dụng để đắp đoạn đê thử nghiệm ở đê biển Bình Minh 3, huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình. Ngoài ra, nghiên cứu sinh còn tiến hành thí nghiệm thêm với một số loại đất khác để tham khảo như đất ở đê biển Đình Vũ (Hải Phòng), cát sông Hồng và cát hạt bụi.
3. Điều kiện thí nghiệm:
Tốc độ cắt (kéo): 0,125 mm/phút (tốc độ B).
Nhiệt độ trong phòng khoảng từ 18o đến 26o. Thí nghiệm với đất ở các độ ẩm khác nhau.
Tổ hợp lực tác dụng: dùng 3 cấp tải trọng: 0,5; 1,0; 2,0 Kg/cm2. 4. Mô hình thí nghiệm:
a. Cắt hộp xác định góc ma sát trong (δ1) giữa đất và vải (hình 4.2):
Đối với thí nghiệm cắt hộp, ta có: tgδ1 = fds.tgϕ (4.1) Trong đó: δ1- góc ma sát tiếp xúc giữa vải và đất trong thí nghiệm cắt hộp;
ϕ- góc ma sát trong của đất;
fds- hệ số tương tác ma sát trượt.
80
Hình 4.2. Mô hình cắt trượt mẫu đất trên vải trong hộp cắt
b. Kéo rút vải xác định góc ma sát trong (δ2) giữa đất và vải (hình 4.3):
Hình 4.3. Mô hình kéo rút vải khỏi mẫu đất trên vải trong hộp cắt
Đối với trường hợp thí nghiệm kéo rút vải khỏi khối đất, ta có:
tgδ2 = fpo.tgϕ (4.2) Trong đó: δ2- góc ma sát tiếp xúc giữa vải và đất trong thí nghiệm kéo rút vải khỏi khối đất; fpo- hệ số tương tác ma sát khi kéo rút vải khỏi khối đất.
4.2.3. Kết quả thí nghiệm
Thực hiện thí nghiệm cho nhiều cấp độ ẩm khác nhau (phạm vi trong độ ẩm tự nhiên), lấy giá trị trung bình của fds, fpo theo các cấp độ ẩm này, kết quả thí nghiệm với loại đất đắp ở công trình thử nghiệm tại đê biển Bình Minh 3, Kim Sơn, Ninh Bình và các loại đất tham khảo khác được ghi ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. Hệ số fds, fpo cho đất đắp đê Binh Minh 3 (Ninh Bình) và các loại đất tham khảo khác
81
Loại đất Đất sử dụng đắp đê Bình Minh 3
Các loại đất tham khảo khác Cát hạt
bụi
Đất ven biển Hải phòng
Cát Sông Hồng
Góc ma sát ϕ (độ) 4,6 28 3,95 20,15
Polyfelt Rock Pec: δ1
fds
2,86 0,62
22,78 0,79
2,65 0,67
15 0,73 Polyfelt Rock Pec: δ2
fpo
2,72 0.59
20,68 0,71
2,54 0,64
14,01 0.68
(Kết quả chi tiết các trường hợp thí nghiệm với các độ ẩm khác nhau được trình bày ở phụ lục 3).
Nhận xét:
- Xây dựng các kết quả thí nghiệm trên hệ trục σ∼τ cho thấy, quan hệ giữa ứng suất tiếp với ứng suất pháp trong thí nghiệm cắt hộp cũng như trong thí nghiệm kéo rút vải khỏi khối đất đều có dạng đường cong như hình 4.4.
Đường cong này có thể xấp xỉ bằng một đường thẳng theo luật Coulomb có dạng phương trình τ = σtgδ1 + C1 (đối với thí nghiệm cắt hộp) hay τ=σtgδ2+C2 (đối với thí nghiệm kéo rút vải); nhờ đường thẳng này mà có thể xác định được trị số δ1, δ2, C1, C2;
τ (Kg/cm2)
σ (Kg/cm2)
1c
δ1
τ=σ.tgδ + 1 c1 Hình 4.4. Đường cong quan hệ giữa ứng suất tiếp (τ) với ứng suất pháp (σ)
- Hệ số tương tác ma sát trong thí nghiệm kéo rút vải tuột khỏi khối đất có xu hướng nhỏ hơn so với thí nghiệm cắt hộp đối với cùng một loại đất, loại vải.
- Thí nghiệm còn cho thấy độ ẩm của đất cũng ảnh hưởng nhiều đến kết quả thí nghiệm. Với độ ẩm lớn thì các hệ số tương tác fds, fpo sẽ giảm; điều này chỉ rừ khi độ ẩm lớn dễ làm mặt vải trơn dẫn đến hệ số ma sỏt nhỏ, mỗi loại đất có một độ ẩm cho trị số ma sát lớn nhất, tuỳ từng điều kiện làm việc của kết cấu để quyết định độ ẩm nào phục vụ cho thí nghiệm;
Nói chung, sức kháng cắt tại mặt tiếp xúc giữa vải và đất đối với cùng một loại đất sẽ không giống nhau mặc dù có cùng một loại vải; bởi, sức kháng
82
cắt còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác bao gồm loại đất, độ ẩm, trạng thái chặt của đất, loại vải và cả các điều kiện thí nghiệm như: độ chính xác của máy thí nghiệm, kích thước mẫu thí nghiệm, tốc độ cắt và tổ hợp lực...
4.3. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ 1:1