Tài liệu TIỂU LUẬN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG BẰNG THIẾT BỊ NÉN CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS)

Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG --------------- TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO ĐỀ TÀI SỐ 15: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG BẰNG THIẾT BỊ NÉN CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI (CRS) GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Học viên thực hiện: 1. Dương Minh Trí 2. Ngô Đức Trung Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010 Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 1 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................... 3 I. Lịch sử thí nghiệm cố kết ................................................................................ 4 II. Thí nghiệm cố kết liên tục............................................................................ 4 1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 4 2. Các loại thí nghiệm........................................................................................ 5 III. Thí nghiệm CRS........................................................................................... 5 1. 2. 3. 4. Nội dung thí nghiệm....................................................................................... 5 Dụng cụ thí nghiệm........................................................................................ 5 Tốc độ biến dạng ......................................................................................... 10 Quá trình thí nghiệm.................................................................................... 11 IV. Kết quả thí nghiệm..................................................................................... 12 1. Tính toán các thông số ................................................................................. 12 2. Biểu diễn đồ thị............................................................................................ 14 3. Báo cáo kết quả ........................................................................................... 15 V. Ưu điểm, nhược điểm của thí nghiệm ....................................................... 15 VI. Số liệu thực tế ............................................................................................. 17 VII. Tổng hợp, kết luận.................................................................................. 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 21 Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 2 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn LỜI MỞ ĐẦU Cần thiết là tiến hành những thí nghiệm nén cố kết trong phòng sử dụng những kỹ thuật đặc biệt khác nhằm cải tiến, nâng cao thí nghiệm nén cố kết truyền thống trong việc thiết kế và xây dựng những dự án. Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, thí nghiệm nén cố kết với tốc độ biến dạng không đổi (CRS) đã được ra đời. Thí nghiệm nén cố kết biến dạng không đổi cung cấp một phương pháp hiệu quả và tương đối nhanh để xác định các tính chất (lịch sử ứng suất, tính nén, tính dẫn thủy lực và tốc độ cố kết) của đất dính và có nhiều ưu điểm hơn thí nghiệm cố kết tăng tải thông thường. Việc dễ dàng thực hiện và khả năng lấy số đọc liên tục cung cấp một sự tiết kiệm về nhân công to lớn và định nghĩa tốt hơn biểu đồ nén. Tuy nhiên, thí nghiệm CRS này cũng có những nhược điểm bao gồm lỗi đọc áp lực lỗ rỗng, điều kiện ban đầu hay tốc độ biến dạng phụ thuộc ứng xử của đất nền. Trong tiểu luận này, tôi xin giới thiệu một cách tổng quát nhất cách hoạt động cũng như những kết quả thu nhận được của thí nghiệm nén cố kết biến dạng không đổi này. Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 3 Địa chất công trình nâng cao I. GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Lịch sử thí nghiệm cố kết Cho tới những thập niên 70, thí nghiệm cố kết truyền thống, dựa trên lý thuyết Terzaghi được sử dụng để xác định những đặc trưng nén của đất dính. Trong thí nghiệm nén thông thường này, thông thường tốc độ tăng tải đồng nhất ( δσ / σ = 1 ) được áp dụng mặc cho đôi lúc là không cần thiết, và mỗi bước tăng được giữ trong 24h mà nó được cộng dồn vào thời gian thí nghiệm. Điều này mô phỏng các điều kiện tải trọng của lý thuyết Terzaghi và cho phép nội suy dữ liệu để xác định k và cv. Nhưng vì khoảng cách giữa các điểm rộng khi sử dụng tốc độ tăng tải thường gây khó khăn trong việc xác định các thông số chuyển vị. Khi rút ngắn lại tốc độ tăng tải, sẽ cho một đường nén tốt hơn nhưng lại gây khó khăn trong việc xác định biểu đồ chuyển vị-thời gian, và thời gian kết thúc cố kết sơ cấp. Ngay cả một vài thí nghiệm có thể được tự động hóa bằng máy tính, và hệ thống nhận dữ liệu được kết hợp, sự nỗ lực để thể hiện dữ liệu thí nghiệm cũng tiêu tốn nhiều thời gian. Năm 1969, Smith & Wahls đã chứng minh được lời giải xấp xỉ cho quá trình cố kết với tốc độ biến dạng không đổi và đề nghị CRS như là một phương pháp thí nghiệm cố kết. Lời giải chính xác hơn hơn, có kể đến tác động tạm thời ban đầu được chứng minh bởi Wissa & al. (1971). Vì nhiều ưu điểm của nó, mà CRS ngày nay được chấp nhận ở nhiều nước trên thế giới. Thí nghiệm cố kết CRS trên cung cấp một phương pháp hiệu quả và tương đối nhanh chóng để xác định các tính chất (lịch sử ứng suất, tính nén, tính dẫn thủy lực và tốc độ cố kết) của đất dính và có nhiều ưu điểm hơn thí nghiệm cố kết tăng tải thông thường. Mặc dù, thí nghiệm CRS có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng không thể không có những nhược điểm. Khác với thí nghiệm tăng tải từng cấp, dữ liệu nén thứ cấp không thể dễ dàng phân biệt, một vấn đề khác là áp lực nước lỗ rỗng phát sinh phụ thuộc tốc độ biến dạng; vì vậy, tốc độ biến dạng đóng vai trò lớn trong kết quả cuối cùng. Hơn nữa, chưa có một phương pháp phân tích chuẩn để giảm dữ liệu CRS, vì vậy cùng một thí nghiệm CRS có thể cho những kết quả khác nhau dựa trên những phương pháp khác nhau. II. Thí nghiệm cố kết liên tục 1. Giới thiệu chung Một vài nhược điểm quan trọng của thí nghiệm nén cố kết thông thường trên đất sét đã chỉ ra ở trên, mà trong đó tải trọng tác động từng cấp không liên tục, thời gian yêu cầu lâu…, một lý thuyết thích hợp đã được phát triển tại cùng thời điểm bằng cách phát triển lý thuyết cố kết Terzaghi. Quá trình này sử dụng sự tăng một cách đều đặn ứng suất có hiệu bằng cách này hoặc bằng cách khác thay vì tác động ứng suất từng cấp. Chúng phụ thuộc áp lực nước lỗ rỗng ở đáy của mẫu và hầu như yêu cầu hệ thống áp lực ngược. Thí nghiệm cố kết đã miêu tả trước đây duy trì tăng tải trọng trong từng cấp, mà ở đó ứng suất tổng tác dụng p vẫn là hằng số trong khoảng thời gian của mỗi giai đoạn. Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 4 Địa chất công trình nâng cao 2. GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Các loại thí nghiệm Dựa trên những ý tưởng trên, 6 loại thí nghiệm nén cố kết liên tục khác nhau đã được sử dụng như dưới đây: Trong đó, biểu đồ c) giới thiệu thí nghiệm CRS với tốc độ biến dạng không đổi. Nó cũng có thể được xem là tốc độ chuyển vị hằng số nếu biến dạng luôn được xác định với chiều cao mẫu ban đầu. III. 1. Thí nghiệm CRS Nội dung thí nghiệm Thí nghiệm này được miêu tả bởi Smith & Wahls (1969), Wissa, Christian, Davis & Heiberg (1971), Gorman, Hopkins, Dên & Drnevich (1978). Một quá trình tiêu chuẩn cho thí nghiệm này được thể hiện trong ASTM D4186-82. Trong quá trình này, việc sử dụng áp lực ngược trước tiên làm bão hòa mẫu, bắt buộc trong quá trình thí nghiệm. Cách chọn tốc độ biến dạng dựa trên giới hạn lỏng cũng được thể hiện trong tiêu chuẩn này. 2. Dụng cụ thí nghiệm Thí nghiệm này sử dụng thiết bị của hộp cố kết Rowe, đôi lúc có hiệu chỉnh cho thích hợp, vì nó mang lại một phương tiện khả thi nhất để thực hiện nhiều thí nghiệm trên những đất tương đối bị nén ép trong phòng thí nghiệm thị trường. Dụng cụ thí nghiệm bao gồm những thiết bị chính như hình vẽ bên dưới: Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 5 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn a. Tác dụng tải trọng Có một vài cách tác dụng lực dọc trục lên mẫu. Hai trong số các phương pháp thuận lợi nhất đó là: • Tác động bằng thủy lực Cho đất tương đối mềm, tác động bằng thủy lực thích hợp cho áp lực lên đến khoảng 1000kPa, và cho phép đường kính mẫu thí nghiệm tới 250mm. Sự sắp xếp này cho phép thoát nước từ mặt trên và đo áp lực lỗ rỗng ở mặt dưới cũng như áp dụng hệ thống áp lực ngược, như hình: Thí nghiệm kiểm soát biến dạng này chỉ có thể thực hiện được khi biểu đồ áp lực có thể điều chỉnh bằng sự phản hồi từ máy chuyển đổi chuyển vị. Sự sắp đặt thích hợp bằng cách sử dụng máy điều chỉnh áp lực khí và hệ thống đi kèm như hình: Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 6 Địa chất công trình nâng cao • GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tác động bằng cơ học Cho đất cứng hơn, tác động bằng cơ học trong một khung tải trọng kết hợp ổ đĩa nhiều tốc độ thì thích hợp hơn cả, vì áp lực cần có thể lên đến 6400kPa hoặc cao hơn. Sự kiểm soát tự động có thể thực hiện được khi mô tơ điều chỉnh tốc độ thay đổi liên tục như hình bên dưới (một khung tải trọng 50kN có thể tác động áp lực lên đến 11Mpa trên mẫu có đường kính 75mm và 2.8Mpa trên mẫu có đường kính 150mm. Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 7 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Với các loại đất, khung tải trọng cơ học thì ưu điểm hơn cho thí nghiệm biến dạng hằng số (CRS). Theo tiêu chuẩn ASTM cho thí nghiệm CRS, áp lực tối đa yêu cầu trên mẫu có đường kính 75mm là 1400kPa, vì vậy chỉ cần khung tải trọng 10kN là đủ. Tốc độ biến chuyển vị nằm trong phạm vi từ 0.008 đến 0.00002 mm/phút cho mẫu cao 20mm. Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 8 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn b. Hộp cố kết 3 loại hộp cố kết được sử dụng như bên dưới: - hộp tải trọng bằng thủy lực: - hộp tải trọng bằng cơ học với thoát nước bằng áp lực khí quyển (không có áp lực ngược) - hộp tải trọng bằng cơ học với áp lực Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 9 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn c. Thiết bị đo Thiết bị đo sử dụng cho việc đo đạc của thí nghiệm CRS thì giống như thí nghiệm 3 trục và thí nghiệm hộp thấm Rowe. Một số yêu cầu đặc biệt cho thí nghiệm CRS như sau: - tải trọng dọc trục: nên đo với độ chính xác 0.25% tải trọng lớn nhất tác dụng lên mẫu - tốc độ biến dạng: khuyến khích tốc độ nằm trong phạm vi 0.04% đến 0.0001% trên phút, phụ thuộc vào giới hạn lỏng. - bộ biến đổi áp lực: một bộ chuyển đổi áp lực khác có thể được sử dụng để đo áp lực nước lỗ rỗng thặng dư. - hệ thống áp lực ngược: hệ thống này nên được kiểm soát trong phạm vi +2%. Các khóa van nên kết hợp như trong hình vẽ bên trên. 3. Tốc độ biến dạng Lúc bắt đầu thí nghiệm, một vài giả thuyết được đưa ra để chọn tốc độ biến dạng thích hợp mà thông thường có thể nhận được áp lực lỗ rỗng thặng dư trong phạm vi 3% đến 20% tổng ứng suất đứng tác dụng. Theo tiêu chuẩn ASTM D4186-82, tốc độ biến dạng tác dụng sẽ được dựa vào giới hạn lỏng của đất (LL) như bảng bên dưới: Giới hạn lỏng (LL) Tốc độ biến dạng % tới 40 0.04 40-60 0.01 60-80 0.004 80-100 Lớp Cao học ĐKTXD 2009 % trên phút 0.001 Page 10 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn 100-120 0.0004 120-140 0.0001 Việc ước lượng tốc độ biến dạng ban đầu này có thể sẽ được xem lại dựa trên kinh nghiệm. nếu trong quá trình thí nghiệm xuất hiện áp lực lỗ rỗng thặng dư vượt quá phạm vi đã chỉ định ở trên thì tốc độ biến dạng có thể được điều chỉnh lại. 4. Quá trình thí nghiệm • • • • • • Đảm bảo rằng hệ thống đo áp lực lỗ rỗng và áp lực ngược được hoàn toàn kín khí và không rò rỉ. Chuẩn bị mẫu bằng dao vòng và đặt trong buồng không lẫn không khí. Lắp ráp buồng trong khung tải trọng, đưa đồng hồ đo chuyển vị đứng về 0 và tác dụng áp lực cố định, thông thường là 5kPa, nhưng 2.5kPa hoặc nhỏ hơn cho đất rất mềm. Trong quá trình bảo hòa, hoặc là duy trì áp lực cố định hằng số và ghi lại giá trị cố kết hoặc phồng lên; hoặc là duy trì chiều cao mẫu là hằng số và ghi nhận sự gia tăng hoặc giảm của tải trọng dọc trục. Làm bảo hòa mẫu bằng cách tác dụng áp lực ngược dần dần từ cả hai phía trên và dưới của mẫu một cách đồng thời, với van J mở. Điều chỉnh một cách thích hợp như ở bước 4 cho tới khi sự cân bằng được thiết lập. Độ bảo hòa của mẫu có thể đánh giá như sau: Đóng van J Tác động một lượng gia tăng nhỏ của áp lực ngược ở phía trên của mẫu. Tăng tải trọng dọc trục để duy trì áp lực cố định hằng số. Sự phản ứng ngay lập tức và cân bằng của máy đo áp lực lỗ rỗng chỉ ra rằng độ bảo hòa đã hoàn toàn hay không. Nếu không thì làm lại hoặc tăng áp lực ngược nếu cần. • Khi mẫu bảo hòa hoàn toàn, điều chỉnh thiết bị đo lực như sau: nếu áp lực cố định hằng số vẫn được duy trì, thiết lập lại thiết bị đo lực về 0 hoặc tới giá trị thích hợp từ đó đo được sự thay đổi tải trọng. nếu chiều cao mẫu được duy trì hằng số, ghi nhận lại giá trị lực dọc và trừ đi giá trị này cho tất cả số đọc tải trọng. • • Khi đã sẵn sàng để thí nghiệm, chọn tốc độ quay của motơ để có tốc độ chuyển vị yêu cầu, đảm bảo rằng van J lúc này được khóa, và khởi động môtơ tác động biến dạng dọc trục cũng như khởi động máy đo thời gian. Ở thời điểm thích hợp, ghi lại các số đọc sau: ∆H mm Biến dạng dọc trục Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 11 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tải trọng dọc trục P N Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư δu kPa Thời gian trôi qua t Phút Số đọc được ghi nhận tại thời điểm 1 phút cho 10 phút đầu tiên, sau đó tại thời điểm 5 phút cho đến 1 giờ và tại thời điểm 15 phút sau đó. Thời điểm thích hợp nhất có thể được xác định từ kinh nghiệm. Tiếp tục tăng tải cho đến khi ứng suất mong muốn hoặc biến dạng đã đạt được. • Ở bất kỳ giai đoạn nào của thí nghiệm, nén thứ cấp có thể quan sát thấy bằng cách dừng môtơ và điều chỉnh bằng tay để duy trì tải trọng dọc trục hằng số. Số đọc chuyển vị hoặc áp lực lỗ rỗng được lấy tại thời điểm khoảng không gian hình học (geometrically spaced intervals) từ lúc mà kiểm soát biến dạng được dừng lại, tới khi cố kết sơ cấp được hoàn toàn và biểu đồ chuyển vị thứ cấp dạng log được hoàn toàn xác định. Tốc độ biến dạng không đổi của tải dọc trục có thể phục hồi và số đọc đọc như trong bước 9. Sự quan sát nén thứ cấp có thể được lặp lại ở mức ứng suất cao hơn nếu cần, nhưng tần suất lặp lại của tốc độ biến dạng không đổi có thể tác động tới quan hệ hệ số rỗng - ứng suất có hiệu. • • • • IV. 1. Khi đạt được tải trọng mong muốn lớn nhất, thì cho phép áp lực lỗ rỗng thặng dư tiêu tán dưới tải dọc trục không đổi hoặc biến dạng không đổi. Giảm tải tác dụng lên mẫu cùng tốc độ như tăng tải (tức là sử dụng kiểm soát ứng suất nhưng, chứ không phải kiểm soát biến dạng) và đọc số đọc ở trên. Áp lực ngược phải đủ cao để duy trì áp lực lỗ rỗng cao hơn áp lực khí quyển. Khi tải trở về giá trị cố định ban đầu, cho phép áp lực lỗ rỗng thặng dư tiêu tán được duy trì bằng hoặc là chiều cao mẫu không đổi hoặc tải trọng không đổi Tháo rời mẫu, cân, sấy khô và cân lại mẫu để nhận giá trị độ ẩm cuối và khối lượng riêng khô. Kết quả thí nghiệm Tính toán các thông số Những thông số nhận được từ thí nghiệm nén cố kết về cơ bản giống như những thông số được từ thí nghiệm nén cố kết thông thường. Từ kích thước ban đầu và khối lượng khô của mẫu, tính các giá trị ban đầu như là độ ẩm W0 (%), khối lượng riêng ρ (Mg/m3), hệ số rổng e0 và độ bão hòa S (%) như sau: a- Tính toán cho mỗi bộ số đọc thí nghiệm Hệ số rỗng: Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 12 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn  1 + e0  e = e0 − ∆e = e0 − H    H0  Biến dạng: ε= ∆H x100% H0 sẽ bằng với r∆t% Chiều cao trung bình của mẫu trong khoảng thời gian δ t − H= H1 + H 2 2 ứng suất tác dụng thẳng đứng thực p= P x 1000 kPa A 2 p ' = p − δ u (kPa) 3 Ứng suất hữu hiệu trung bình b- Tính toán hệ số cố kết cv Sự thay đổi của áp lực hữu hiệu trong khoảng thời gian δ t là δ p’ thì tốc độ thay đổi của ứng suất hữu hiệu là δ p’/ δ t, vậy hệ số cố kết (khi áp lực hữu hiệu δ u vượt 3kPa) là: δ p' H2 cv = x (mm2/phút) δ t 2δ u hay cv = 0.263 δ p' H2 x (m2/năm) δ t 2δ u Giá trị của cv được tính toán cho mỗi khoảng giữa bộ số đọc liên tiếp, và được gán cho giá trị trung bình của áp lực tiền cố kết p’ giữa các số đọc đó. Nếu tốc độ biến dạng thay đổi quá trình thí nghiệm, giá trị cv được tính toán tại thời điểm của sự thay đổi có thể không được tin cậy. c- Hệ số nén thể tích mv Hệ số nén thể tích được tính toán theo công thức sau: r .δ t 100 (m2/kN) mv = p2 log e p' p1 hay mv = Lớp Cao học ĐKTXD 2009 4.34rδ t (m2/MN) p2 log10 p' p1 Page 13 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Modun cưỡng bức D lại có mối quan hệ với mv như sau: D= 1 (MN/m2) mv Thông số này cũng được tham khảo như modul tiếp tuyến M, vì giá trị này được định nghĩa bằng D = 2. ∆σ ' . ∆ε Biểu diễn đồ thị Những đồ thị dưới đây được trình bày như một phần của kết quả thí nghiệm: Các đồ thị điển hình có được từ thí nghiệm CRS: (a) đồ thị e,ε - logp’, (b) đồ thị cv - logp’, (c) đồ thị e - uu ở mặt không thoát nước, (d) đồ thị module cưỡng bức (1/mv) - p’, (e) đồ thị uu - logp’ Có nhiều cách biểu diễn kết quả của thí nghiệm CRS: Đồ thị (a): hệ số rỗng e (hay ứng suất dọc trục ε ) và ứng suất hữu hiệu theo tỷ lệ logarite (logp’). Đồ thị (b): hệ số cố kế cv và log p’, sự giảm đột ngột của của đồ thị cv xảy ra tại giá trị áp lực tiền cố kết pc’. Nếu số đọc nén thứ cấp được ghi nhận, biến dạng được thể hiện trên đồ thị log của thời gian để nhận được giá trị hệ số cố kết cα. Đồ thị của áp lực rỗng và logarite thời gian cho phép kết luận quá trình cố kết sơ cấp được thiết lập. Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 14 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Đồ thị (c): quan hệ tỉ số rổng e và áp lực nước lổ rỗng (log uu), thể hiện rõ tác động tỉ lệ biến dạng (r) trên sự thay đổi của áp lực lổ rỗng. Đồ thị (d): quan hệ module cưỡng bức D với p’, và điểm gián đoạn trên đường cong này chỉ ra giá trị xấp xỉ của pc’. Đồ thị (d): quan hệ của áp lực lổ rỗng uu với log p’ để xác định pc’ từ điểm trên đó uu bắt đầu tăng. 3. Báo cáo kết quả Để bổ sung thêm các số liệu đã thể hiện trên đồ thị trên đây, các dữ liệu sau phải được báo cáo: -Loại mẫu (mẫu nguyên dạng, mẫu xáo động, mẫu bị đầm chặc, hoặc trường hợp khác…) -Độ ẩm ban đầu, khối lượng riêng, hệ số rỗng, độ bão hòa, tỉ trọng hạt (xác định hoặc giả thiết) -Giới hạn Atterberg -Tác dụng áp lực ngược -Độ phồng lên, hoặc áp lực để ngăn cản sự phồng lên trong lúc bão hòa. -Tỉ lệ biến dạng trong suốt quá trình gia tải và dỡ tải -Hệ số nén thứ cấp -Bất kỳ sự lệch với quá trình chuẩn. V. Ưu điểm, nhược điểm của thí nghiệm Ưu điểm, nhược điểm khi sử dụng thí nghiệm được tổng kết như bảng bên dưới: Loại thí nghiệm Ưu điểm Thí nghiệm tăng tải - dụng cụ đơn giản chuẩn (STD) - dễ làm Nhược điểm Yêu cầu đặc biệt - rất chậm (có thể lên - phải quyết định cấp đến 2 tuần) tải trọng kế tiếp - các điểm nhận được - quá trình và sự thể trên đồ thị tách rời hiện được thiết lập tốt - cần có phân tích điều chỉnh đồ thị - tính toán trực tiếp Cv Thí nghiệm tải - Yêu cầu thời gian - chưa có mối tương - một vài điều khiển quan với thí nghiệm bằng máy tính sẽ trọng liên tục tổng ngắn hơn nhiều Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 15 Địa chất công trình nâng cao - số đọc tự động quát GVHD: TS. Bùi Trường Sơn tăng tải được yêu cầu - có thể nhận được - cần chuẩn hóa thí biểu đồ liên tục nghiệm và quá trình thí nghiệm - chính xác hơn, ít chủ quan hơn - tính chắc chắn hơn - giảm mất mát ma sát bên hơn so với STD - hộp thấm Rowe có thể được sử dụng, với ít lắp ráp - có thể thí nghiệm có hoặc không có áp lực ngược - ứng suất tác dụng có thể cao trong khung tải trọng Thí nghiệm dạng hằng số biến - dễ thí nghiệm - quá trình thí nghiệm theo tiêu chuẩn đã có sẵn - trạng thái ở tốc độ biến dạng nhỏ vững chắc - áp lực ngược không cấn thiết - tốc độ biến dạng - khung tải trọng phải được quyết định - buồng và piston tải - không có mối tương trọng đặc biệt quan với đường dở - tốc độ rất chậm có tải của STD thể cần đến - nhiều loại phương pháp biểu diễn khác - áp lực bộ chuyển đổi khác nhau nhau - dở tải dễ dàng Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 16 Địa chất công trình nâng cao VI. GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Số liệu thực tế THÍ NGHIỆM CỐ KẾT BIẾN DẠNG HẰNG SỐ - CONSTANT RATE OF STRAIN TEST (ASTM D4186-89) Công trình - Project: BH01-04 Số hiệu mẫu - Sample No. Độ sâu - Depth, m: 9.0-9.5 25.4/63.5 Sample height/Diameter, mm 5-Feb-09 Quang Ngày thí nghiệm - Tested Date: Người thí nghiệm - Tested by: Chỉ số nén - Compression Index Cc: 1.808 Tỷ số nén - Compression Ratio CR: 0.605 Chỉ số nén lại - Recompression Index Cr: 0.122 Tỷ số nén lại - Recompression Ratio RR: 0.041 86.3 Áp lực tiền cố kết - Preconsolidation Press., kPa Tỷ số nở - Swelling Ratio SR: 0.0 Cấp áp lực Pressure Increment, kPa Biến dạng Strain % 0.3 0.7 25.0 1.4 50.0 3.4 100.0 9.3 150.0 18.7 200.0 23.5 300.0 28.6 10.0 Biến dạng - Strain % 5.6 12.5 5.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 1 10 100 1000 Áp lực - Pressure, kPa 1.07E-06 5.48E-04 37.50 3.86E-07 6.23E-04 75.00 1.06E-07 8.00E-07 1.97E-08 1.47E-03 175.00 2.21E-08 2.49E-08 4.17E-04 6.00E-07 9.00E-04 4.00E-07 6.00E-04 2.00E-07 3.00E-04 8.38E-04 250.00 1.20E-03 9.12E-04 125.00 1.50E-03 2 1.00E-06 Cv, cm2/sec 18.75 1.80E-03 mv, m /kN 1.20E-06 Hệ số nén thể Hệ số cố kết tích - Coeff. of Cấp áp lực Coefficient of Pressure Volume Consolidation Increment, kPa Compressibility m²/sec mv, m²/kN 0.00E+00 0.00E+00 1 10 100 Áp lực - Pressure, kPa Lớp Cao học ĐKTXD 2009 1000 Cv mv Page 17 Địa chất công trình nâng cao GVHD: TS. Bùi Trường Sơn THÍ NGHIỆM CỐ KẾT BIẾN DẠNG HẰNG SỐ - CONSTANT RATE OF STRAIN TEST (ASTM D4186-89) Công trình - Project Lớp Cao học ĐKTXD 2009 -2.657 1.215 252.455 0.09 0.09 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.10 0.10 0.11 0.10 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.12 0.12 0.12 0.13 0.12 0.12 0.13 0.13 0.13 0.13 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.15 5.63 11.06 16.28 21.31 26.14 30.79 35.26 39.55 43.31 47.18 50.98 54.91 58.48 61.86 65.21 68.21 71.32 74.30 77.15 79.65 82.32 84.74 87.00 89.05 91.13 93.17 95.11 95.35 95.77 98.24 102.58 106.69 106.66 106.77 108.25 109.70 110.94 112.56 113.92 115.17 116.66 117.98 119.40 Htb, cm σtbv [kPa utb[kPa] Cv, m²/s 2.54 2.53 2.52 2.51 2.51 2.50 2.49 2.48 2.47 2.47 2.46 2.45 2.44 2.43 2.43 2.42 2.41 2.40 2.40 2.39 2.38 2.37 2.37 2.36 2.35 2.34 2.33 2.33 2.32 2.31 2.30 2.29 2.29 2.28 2.27 2.26 2.25 2.25 2.24 2.23 2.22 2.21 2.21 3.0 8.9 14.6 20.1 25.4 30.5 35.4 40.1 44.7 49.0 53.2 57.3 61.2 64.9 68.5 71.9 75.2 78.4 81.5 84.4 87.2 90.0 92.6 95.1 97.5 99.9 102.1 103.5 104.2 106.0 109.7 114.2 116.6 116.9 118.0 119.7 121.5 123.2 124.9 126.7 128.4 130.1 131.8 0.28 0.84 1.38 1.92 2.45 2.97 3.49 3.99 4.75 5.55 6.10 6.36 6.56 6.94 7.27 7.67 8.05 8.26 8.47 8.86 9.21 9.47 9.87 10.40 10.93 11.35 11.74 12.22 12.65 13.18 13.66 14.02 14.54 14.95 15.32 15.78 16.37 16.81 17.14 17.72 18.20 18.63 19.12 2.28E-06 1.29E-06 8.82E-07 6.61E-07 5.20E-07 4.24E-07 3.53E-07 2.83E-07 2.30E-07 2.00E-07 1.84E-07 1.71E-07 1.54E-07 1.40E-07 1.27E-07 1.15E-07 1.08E-07 1.00E-07 9.15E-08 8.41E-08 7.82E-08 7.16E-08 6.51E-08 5.92E-08 5.46E-08 5.06E-08 1.36E-08 1.30E-08 5.92E-08 8.46E-08 8.20E-08 5.64E-09 5.44E-09 2.93E-08 2.78E-08 2.62E-08 2.51E-08 2.42E-08 2.31E-08 2.23E-08 2.17E-08 2.10E-08 Hệ số thấm - Coefficient of permeability H, cm 2.54 2.53 2.52 2.52 2.51 2.50 2.49 2.48 2.48 2.47 2.46 2.45 2.45 2.44 2.43 2.42 2.42 2.41 2.40 2.39 2.39 2.38 2.37 2.36 2.36 2.35 2.34 2.33 2.32 2.32 2.31 2.30 2.29 2.28 2.27 2.27 2.26 2.25 2.24 2.23 2.23 2.22 2.21 2.20 Hệ số cố kết Coefficient of Consolidation σ'v [kPa] Average excess pore pressure u/σv Hệ số nén thể tích Coeff. of Volume Compressibility σv [kPa] u[kPa] 0 0 6.0 0.56 11.8 1.11 17.4 1.66 22.8 2.19 28.0 2.71 33.0 3.23 37.8 3.74 42.4 4.25 46.9 5.25 51.2 5.86 55.3 6.34 59.2 6.39 63.1 6.74 66.7 7.14 70.2 7.40 73.6 7.95 76.9 8.15 80.0 8.36 83.0 8.58 85.9 9.14 88.6 9.29 91.3 9.64 93.9 10.10 96.3 10.70 98.7 11.16 101.0 11.54 103.2 11.94 103.9 12.50 104.5 12.80 107.5 13.56 112.0 13.76 116.4 14.29 116.7 14.79 117.1 15.10 118.9 15.55 120.6 16.01 122.4 16.74 124.1 16.89 125.8 17.39 127.5 18.05 129.2 18.35 130.9 18.91 132.6 19.34 Hệ số cảm biến ALNLR - P.w.p Factor, kPa/v 9.0-9.5 cm Ứng suất có hiệu Effective stresses Excess pore pressure B.dạng tương đối Strain 0 0.29 0.62 0.95 1.23 1.50 1.82 2.21 2.43 2.74 3.06 3.51 3.60 4.00 4.27 4.58 4.87 5.19 5.45 5.81 6.09 6.38 6.73 7.03 7.21 7.60 7.94 8.24 8.52 8.82 9.20 9.51 9.78 10.12 10.45 10.79 11.08 11.37 11.77 12.02 12.30 12.68 12.99 13.31 Áp lực đứng - Vertical stresses Thời gian -Time, ε% mm/min. 2.54 Tỉ số ứng suất Pressure ratio 0.0051 C.cao mẫu - Specimen height Áp lực đứng tb Average vertical stresses Tốc độ cắt - Rate Hệ số cảm biến lực - Loadcell Factor, kN/mmv Chiều cao mẫu tb Average height sample Tiết diện - Area t[min] 0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256 272 288 304 320 336 352 368 384 400 416 432 448 464 480 496 512 528 544 560 576 592 608 624 640 656 672 688 Độ sâu - Depth,m H.số c. biến ch.vị - Disp.Trans.Factor, mm/V BH01-04 05-02-'09 2 cm 31.67 Chiều cao mẫu - Height sample Số hiệu LK - Boring No. Ngày TN - Testing Date mv, m²/kN kv, m/s 5.82E-04 5.91E-04 5.09E-04 5.27E-04 6.46E-04 7.95E-04 4.75E-04 6.98E-04 7.56E-04 1.09E-03 2.22E-04 1.07E-03 7.35E-04 8.64E-04 8.66E-04 1.00E-03 8.11E-04 1.22E-03 9.62E-04 1.04E-03 1.33E-03 1.17E-03 7.22E-04 1.65E-03 1.44E-03 1.37E-03 4.53E-03 4.78E-03 1.25E-03 7.06E-04 6.07E-04 1.04E-02 1.03E-02 1.86E-03 1.69E-03 1.62E-03 2.31E-03 1.49E-03 1.63E-03 2.25E-03 1.82E-03 1.86E-03 1.30E-08 7.47E-09 4.41E-09 3.41E-09 3.30E-09 3.31E-09 1.65E-09 1.94E-09 1.71E-09 2.13E-09 3.99E-10 1.79E-09 1.11E-09 1.19E-09 1.08E-09 1.13E-09 8.57E-10 1.20E-09 8.64E-10 8.60E-10 1.02E-09 8.23E-10 4.61E-10 9.58E-10 7.69E-10 6.82E-10 6.04E-10 6.11E-10 7.24E-10 5.86E-10 4.88E-10 5.77E-10 5.51E-10 5.36E-10 4.61E-10 4.18E-10 5.69E-10 3.53E-10 3.70E-10 4.93E-10 3.86E-10 3.83E-10 Page 18 Địa chất công trình nâng cao Lớp Cao học ĐKTXD 2009 u/σv σ'v [kPa] 0.15 120.81 0.15 122.21 0.15 123.78 0.15 125.20 0.15 126.90 0.15 128.27 0.15 129.96 0.16 131.45 0.16 133.39 0.16 135.14 0.16 137.07 0.16 139.15 0.16 140.93 0.16 142.88 0.16 144.89 0.16 147.05 0.17 149.33 0.16 151.83 0.16 154.43 0.16 157.26 0.17 159.70 0.17 162.32 0.17 165.36 0.17 168.38 0.17 171.88 0.17 175.14 0.17 178.63 0.17 182.19 0.17 186.01 0.17 189.93 0.17 194.08 0.17 198.32 0.17 203.08 0.17 207.51 0.17 212.59 0.17 217.48 0.17 222.63 0.17 228.31 0.17 233.78 0.17 239.60 0.17 245.99 0.17 252.15 0.17 258.76 0.17 265.27 0.17 272.38 0.17 279.41 0.16 286.83 0.16 294.64 0.16 302.46 0.16 310.48 0.16 318.87 0.16 327.57 H, cm 2.19 2.19 2.18 2.17 2.16 2.15 2.15 2.14 2.13 2.12 2.11 2.11 2.10 2.09 2.08 2.08 2.07 2.06 2.05 2.04 2.03 2.03 2.02 2.01 2.00 1.99 1.98 1.98 1.97 1.96 1.95 1.95 1.94 1.93 1.92 1.91 1.90 1.90 1.89 1.88 1.88 1.87 1.86 1.85 1.84 1.84 1.83 1.82 1.81 1.81 1.80 1.79 Htb, cm σtbv [kPa utb[kPa] 2.20 133.5 19.57 2.19 135.2 20.04 2.18 137.0 20.45 2.17 138.8 20.88 2.17 140.6 21.26 2.16 142.5 21.72 2.15 144.4 22.27 2.14 146.3 22.80 2.14 148.3 23.23 2.13 150.4 23.55 2.12 152.5 23.98 2.11 154.8 24.29 2.10 157.0 24.80 2.10 159.4 25.52 2.09 161.9 26.20 2.08 164.4 26.87 2.07 167.1 27.49 2.06 169.8 28.02 2.05 172.7 28.48 2.05 175.7 28.86 2.04 178.8 29.52 2.03 182.0 30.52 2.02 185.3 31.28 2.01 188.8 31.95 2.00 192.5 32.49 2.00 196.2 33.07 1.99 200.2 33.88 1.98 204.3 34.70 1.97 208.5 35.52 1.96 212.9 36.33 1.96 217.5 37.15 1.95 222.3 37.99 1.94 227.3 38.68 1.93 232.4 39.50 1.92 237.8 40.37 1.92 243.3 41.20 1.91 249.1 42.27 1.90 255.1 43.09 1.89 261.3 44.00 1.89 267.7 45.13 1.88 274.3 45.92 1.87 281.2 46.81 1.86 288.3 47.88 1.86 295.7 49.05 1.85 303.3 50.23 1.84 311.2 51.40 1.83 319.3 52.73 1.82 327.7 53.87 1.82 336.4 55.12 1.81 345.3 56.63 1.80 354.6 58.13 1.79 364.1 59.55 -2.657 1.215 252.455 Cv, m²/s mv, m²/kN 2.06E-08 2.10E-03 2.01E-08 1.71E-03 1.99E-08 1.59E-03 1.96E-08 1.46E-03 1.95E-08 1.62E-03 1.94E-08 1.86E-03 1.92E-08 1.59E-03 1.91E-08 1.53E-03 1.92E-08 1.44E-03 1.94E-08 1.38E-03 1.95E-08 1.82E-03 1.97E-08 1.22E-03 1.99E-08 1.38E-03 1.98E-08 1.25E-03 1.99E-08 1.37E-03 1.99E-08 1.16E-03 2.01E-08 1.23E-03 2.03E-08 9.19E-04 2.06E-08 1.58E-03 2.10E-08 5.97E-04 2.12E-08 1.18E-03 2.11E-08 9.90E-04 2.13E-08 9.05E-04 2.15E-08 1.16E-03 2.18E-08 7.47E-04 2.21E-08 8.42E-04 2.23E-08 7.99E-04 2.24E-08 7.10E-04 2.26E-08 7.02E-04 2.28E-08 7.79E-04 2.30E-08 5.62E-04 2.31E-08 6.74E-04 2.34E-08 5.92E-04 2.36E-08 6.84E-04 2.38E-08 5.28E-04 2.40E-08 5.27E-04 2.40E-08 6.26E-04 2.43E-08 4.19E-04 2.44E-08 4.74E-04 2.45E-08 5.18E-04 2.47E-08 3.58E-04 2.49E-08 4.49E-04 2.50E-08 4.23E-04 2.50E-08 4.56E-04 2.51E-08 3.37E-04 2.51E-08 4.36E-04 2.51E-08 3.55E-04 2.51E-08 4.14E-04 2.51E-08 2.91E-04 2.51E-08 2.34E-04 2.50E-08 3.80E-04 2.49E-08 3.23E-04 Hệ số thấm - Coefficient of permeability Hệ số nén thể tích Coeff. of Volume Compressibility Hệ số cố kết Coefficient of Consolidation Average excess pore pressure Hệ số cảm biến ALNLR - P.w.p Factor, kPa/v 9.0-9.5 cm Ứng suất có hiệu Effective stresses Excess pore pressure Áp lực đứng - Vertical stresses Thời gian -Time, B.dạng tương đối Strain ε% σv [kPa] u[kPa] 13.67 134.4 19.79 13.97 136.1 20.30 14.25 137.9 20.60 14.52 139.7 21.16 14.81 141.5 21.36 15.16 143.4 22.09 15.47 145.3 22.44 15.77 147.3 23.15 16.07 149.4 23.30 16.36 151.5 23.81 16.75 153.6 24.16 17.02 155.9 24.41 17.35 158.2 25.19 17.65 160.6 25.85 17.99 163.1 26.56 18.29 165.7 27.19 18.63 168.4 27.80 18.88 171.2 28.25 19.34 174.1 28.70 19.53 177.2 29.01 19.90 180.3 30.04 20.22 183.6 31.00 20.53 187.0 31.56 20.94 190.6 32.34 21.22 194.3 32.64 21.55 198.2 33.50 21.87 202.2 34.26 22.16 206.3 35.14 22.47 210.7 35.90 22.82 215.2 36.76 23.08 219.9 37.54 23.41 224.7 38.45 23.71 229.8 38.90 24.07 235.1 40.09 24.36 240.5 40.65 24.66 246.2 41.76 25.02 252.0 42.79 25.28 258.1 43.40 25.58 264.4 44.61 25.91 271.0 45.64 26.16 277.7 46.20 26.47 284.7 47.41 26.78 291.9 48.35 27.12 299.4 49.76 27.38 307.2 50.69 27.73 315.2 52.11 28.02 323.4 53.34 28.38 332.0 54.40 28.63 340.8 55.84 28.84 349.9 57.41 29.20 359.3 58.85 29.51 368.9 60.26 mm/min. 2.54 Tỉ số ứng suất Pressure ratio 0.0051 C.cao mẫu - Specimen height Áp lực đứng tb Average vertical stresses Tốc độ cắt - Rate Hệ số cảm biến lực - Loadcell Factor, kN/mmv Chiều cao mẫu tb Average height sample Tiết diện - Area t[min] 704 720 736 752 768 784 800 816 832 848 864 880 896 912 928 944 960 976 992 1008 1024 1040 1056 1072 1088 1104 1120 1136 1152 1168 1184 1200 1216 1232 1248 1264 1280 1296 1312 1328 1344 1360 1376 1392 1408 1424 1440 1456 1472 1488 1504 1520 Độ sâu - Depth,m H.số c. biến ch.vị - Disp.Trans.Factor, mm/V BH01-04 05-02-'09 2 cm 31.67 Chiều cao mẫu - Height sample Số hiệu LK - Boring No. Ngày TN - Testing Date GVHD: TS. Bùi Trường Sơn kv, m/s 4.24E-10 3.37E-10 3.09E-10 2.81E-10 3.11E-10 3.53E-10 3.00E-10 2.86E-10 2.71E-10 2.62E-10 3.47E-10 2.36E-10 2.70E-10 2.44E-10 2.66E-10 2.27E-10 2.43E-10 1.83E-10 3.20E-10 1.23E-10 2.45E-10 2.05E-10 1.89E-10 2.44E-10 1.60E-10 1.83E-10 1.74E-10 1.56E-10 1.56E-10 1.74E-10 1.27E-10 1.53E-10 1.36E-10 1.58E-10 1.23E-10 1.24E-10 1.48E-10 9.98E-11 1.14E-10 1.24E-10 8.68E-11 1.10E-10 1.04E-10 1.12E-10 8.30E-11 1.07E-10 8.72E-11 1.02E-10 7.17E-11 5.77E-11 9.32E-11 7.90E-11 Page 19 Địa chất công trình nâng cao VII. GVHD: TS. Bùi Trường Sơn Tổng hợp, kết luận Việc tìm hiểu trên chỉ ra rằng, quá trình thí nghiệm tương đối dễ hiểu, và kết quả tốt có thể dễ dàng nhận được từ thí nghiệm. Các thông số nhận được tại áp lực tác động giữa những bước tải trọng không thể xác định bằng thí nghiệm thông thường. Sự thể hiện kết quả thí nghiệm yêu cầu nhiều nỗ lực hơn cho thí nghiệm nén cố kết chuẩn, do bởi một số lượng lớn các thông số đo được và sự khác nhau trong kỹ thuật phân tích những điều kiện tải trọng và thoát nước khác nhau. Đối với đất sét cứng, biểu đồ u-log (p’) nhận được từ thí nghiệm CRS đưa ra một sự biểu thị rõ ràng của áp lực tiền cố kết. Ngược lại, thí nghiệm thông thường trên mẫu sét như thế thường cho kết quả khá phẳng trên đường e-log (p’) và sự ước lượng áp lực tiền cố kết thì không chắc chắn lắm. Chính vì vậy, quá trình thí nghiệm biến dạng không đổi (CRS) thực hiện với dụng cụ hộp thấm Rowe là có thể dễ dạng thực hiện. Thí nghiệm này mang lại nhiều ưu điểm hơn thí nghiệm tăng tải thông thường. Thời gian yêu cầu cho thí nghiệm CRS ngắn hơn đáng kể với thí nghiệm thông thường, và kết quả thí nghiệm có thể trình bày liên tục. Quan trọng hơn, quá trình tăng tải trọng liên tục (trơn tru) này cũng thuận lợi để làm giảm xáo trộn mẫu. Hệ thống kiểm soát tải trọng thủy lực cũng cấp những kết quả thí nghiệm tin cậy và chất lượng cao. Vì là hệ thống hoàn toàn tự động, nên công việc thí nghiệm được hiệu quả và ít chi phí hơn. CRS đã được chuẩn hóa ở một vài nước như Mỹ, Na Uy và Thụy Điển. Vì vậy sử dụng mở rộng thí nghiệm CRS này sẽ mang lại nhiều lợi ích. Lớp Cao học ĐKTXD 2009 Page 20