CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
3.5. Nghiên cứu bổ sung các đặc trưng cơ học động của đất
3.5.1. Thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu
3.5.1.1. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm cắt trượt động đơn giản chu kỳ (Cyclic simple shear test apparatus) được khẳng định là thiết bị phù hợp nhất, cho phép mô phỏng trực tiếp điều kiện chịu tải của phần tử đất dưới tác dụng của tải trọng động theo phương ngang như quá trình truyền sóng S trong động đất hay tác động của sóng sơng, biển (Matasovic và Vucetic, 1992; 1995) [64], [63]. Thiết bị thí nghiệm này đã được sử dụng tại phịng thí nghiệm Địa kỹ thuật (đại học Yamaguchi - Nhật Bản) và được sử dụng để thí nghiệm cắt trượt động cho đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài của đề tài luận án (phụ lục 28, 29).
3.5.1.2. Chọn đất thí nghiệm và cách chế bị mẫu
Mẫu đất thí nghiệm là bùn á sét hệ tầng Phú Bài, được lấy các mẫu nguyên trạng trong lỗ khoan và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất (18 chỉ tiêu cơ lý cơ bản (phụ lục 30)). Sau đó đất được để khơ gió và tiến hành thí nghiệm cắt trượt động.
Mẫu đất sẽ được sấy khô ở 1050C sau đó nghiền nhỏ, cho qua rây 0,425mm tiếp tục trộn với nước đã khử khí tạo thành dạng bùn nhão có độ ẩm khoảng 80% đến gấp 2 lần độ ẩm giới hạn chảy (WL). Bùn nhão được giữ độ ẩm ổn định trong 24 giờ sau đó sẽ được đuổi khí trong bình hút chân khơng khoảng 30 phút với áp lực hút
82
chân không 100kPa và được đổ vào màng cao su đã chuẩn bị sẵn trong hộp cắt của thiết bị thí nghiệm. Sau đó, đất được cố kết dưới áp lực thẳng đứng đã được thiết kế (v0) và công tác chuẩn bị mẫu hồn thành khi q trình cố kết kết thúc, khi đó áp lực nước lỗ rỗng trong mẫu bằng 0. Mẫu thí nghiệm có 5, h= 20mm. Phương pháp
chuẩn bị mẫu này nhằm đảm bảo độ bão hịa cho thí nghiệm cắt trượt động khơng thốt nước, hệ số áp lực nước lỗ rỗng giá trị B của mẫu B ≥ 0,95. Mẫu chế bị phải
đảm bảo độ bão hịa và đúng thể tích.
3.5.1.3. Phương pháp và thơng số thí nghiệm
Mẫu và nước được bảo dưỡng 24 giờ, sau đó bão hịa bằng phương pháp hút khí chân khơng với áp lực 100kPa. Tiến hành bão hịa hồn tồn khn mẫu bằng màng cao su và các đầu nối đo áp lực trong hộp cắt. Sau đó, mẫu được cố kết dưới áp lực thẳng đứng đã được thiết kế (v0) và cơng tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm hồn thành khi quá trình cố kết kết thúc, khi đó áp lực nước lỗ rỗng trong mẫu bằng 0.
Sau khi mẫu đất thí nghiệm đã được cố kết, mẫu sẽ được tiến hành thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ khơng thốt nước theo mơ hình điều khiển độ biến dạng của thiết bị (phụ lục 31). Biến dạng cắt trượt tác dụng lên mẫu có dạng hình sin với tần số f = 0,5Hz. Độ biến dạng trượt là tỷ số giữa biên độ ngang lớn nhất (σ) và chiều cao ban đầu của mẫu (h0).
Các thơng số cho thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương cho mẫu đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài được tác giả lựa chọn theo bảng 3.11.
Bảng 3.11. Thơng số của thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương cho mẫu đất bùn á sét hệ tầng Phú Bài
Thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ đơn phương
Tần số, f Số lượng chu kỳ, n Độ biến dạng trượt γ (%)
0,5(Hz) 200 0,1; 0,2; 0,41; 0,84; 1,94
Thí nghiệm cắt trượt động chu kỳ đa phương Tần số, f Số lượng chu kỳ, n Độ lệch pha, θ (độ) Độ biến dạng trượt γ (%) 0,5(Hz) 200 0, 45, 90 0,1; 0,41; 0,84; 1,94
83
3.5.1.4. Phương pháp ghi và thu thập số liệu cắt trượt động
Trong q trình cắt trượt động, số liệu thí nghiệm được máy tính thu thập theo tốc độ 1 số liệu trong 0,05 giây, tức là 40 số liệu cho mỗi chu kỳ cắt trượt 2 giây nhằm đảm bảo độ chính xác của kết quả thí nghiệm.
Sau khi thí nghiệm tiến hành thốt nước mẫu để tái nén ép sau cắt trượt động, đồng thời quan trắc độ lún và áp lực nước lỗ rỗng của mẫu theo thời gian. Đến khi áp lực nước lỗ rỗng trong mẫu bằng 0.
Trong mỗi thí nghiệm, điều kiện cắt trượt động chu kỳ đơn phương và đa phương, thí nghiệm cắt trượt động khơng chu kỳ được máy tính điều khiển từ phương X và phương Y vng góc với nhau. Thí nghiệm đơn phương có biến dạng trượt tác dụng lên mẫu đất chỉ từ một phương (phương X) nên quỹ đạo của độ biến dạng cắt trượt có dạng đường thẳng. Thí nghiệm đa phương có biến dạng trượt tác dụng lên mẫu đồng thời theo 2 phương X và Y có biên độ bằng nhau nhưng độ lệch pha khác nhau do đó quỹ đạo độ biến dạng có dạng đường elip khi θ < 900. Sau khi thu được một dãy các số liệu thí nghiệm được lưu trong máy tính, tiến hành xây dựng các sơ đồ liên hệ giữa hệ số áp lực nước lỗ rỗng theo số lượng chu kỳ, biên độ biến dạng trượt và độ lệch pha.