Chi tiết lĩnh vực

Thí nghiệm tính nén lún (không nở hông) của đất trong phòng

( 09-05-2018 - 02:04 PM ) - Lượt xem: 2911

Phương pháp xác định tính nén lún (trong điều kiện không nở hông) của đất loại cát và đất loại sét có kết cấu nguyên trạng hoặc không nguyên trạng, ở độ ẩm tự nhiên hoặc bão hòa nước, trong phòng thí nghiệm dùng trong xây dựng.

1. Khái niệm:

 

Tính nén lún của đất: Khả năng giảm thể tích của đất (do giảm độ rỗng, biểu hiện ở sự giảm chiều cao) dưới tác dụng của tải trọng ngoài.

 

2. Các phương pháp thí nghiệm:

 

- Thí nghiệm nén nhanh

- Thí nghiệm nén cố kết

 

3. Thiết bị thí nghiệm:

 

- Hộp nén;

- Bàn máy;

- Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn;

- Thiết bị đo biến dạng;

- Dao vòng;

- Dao cắt đất;

- Tủ sấy;

- Cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0.01 g.

 

 

4. Tiêu chuẩn áp dụng:

 

TCVN 4200:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm.

ASTM D2435 - 96 One-Dimensional Consolidation Properties of Soils

 

MỘT SỐ LÝ THUYẾT CHUNG

 

I. LÝ THUYẾT CỐ KẾT 1 CHIỀU

Phương trình vi phân cố kết một chiều của một lớp đất sét dưới tác dụng của tải trọng đồng nhất được Terzaghi thể thiện như sau:

(1)

Trong đó

u: áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại thời điểm t, tại một điểm đã cho;

z: độ sâu theo phương thẳng đứng của điểm đó;l

k: hệ số thấm của sét;

mv: hệ số nén lún thể tích của đất;

ρw: khối lượng riêng của nước;

g: gia tốc trọng trường.

Trong biểu thức (1), thay thế đa thức bên tay phải bằng đại lượng cv (được gọi là hệ số cố kết)

(2)

Biểu thức (1) sẽ trở thành

(3)

Giải phương trình (3) ta được phần trăm cố kết U là một hàm theo Cv, h và thời gian t, trong đó h là chiều dài đường thoát

(4)

Biểu thức (cvt/h2) là một đại lượng vô hướng, và có thể được thay thế bằng một đại lượng gọi là nhân tố thời gian Tv

(5)

Do đó, biểu thức (4) được viết lại

(6)

Mối quan hệ giữa U và Tv , đại diện cho lời giải Biểu thức (3) bởi Terzaghi (1943) được thể hiện bằng đồ thị trong Hình 1. Mối quan hệ tương tự được đưa ra trong Hình 2, trong đó U được vẽ với Tv theo logarit. Trong Hình 3, U được vẽ với căn bậc hai của Tv. Loại đường cong thứ (2) và thứ (3) thường được sử dụng trong phân tích cố kết một chiều. Trong thuật ngữ toán học, đường tiệm cận đường cong U = 100% khi thời gian tiến tới vô cùng, nói một cách khác, quá trình cố kết hoàn thành sau một thời gian dài, nhưng không bao giờ đạt được hoàn toàn. Các giá trị tính toán của U, Tv và √Tv được liệt kê trong Bảng 1

Hình 1: Mối quan hệ nhân tố thời gian Tv với độ cố kết U%

Hình 2: Nhân tố thời gian Tv với độ cố kết U% theo thang logarit

Hình 3: Mối quan hệ căn bậc hai nhân tố thời gian √Tv với độ cố kết U%

Bảng 1: Nhân tố thời gian trong cố kết một chiều (Leonards, 1962)

Degree of consolidation U%

Time factor

Tv

√Tv

0

0

0

10

0.0077

0.0877

20

0.031

0.176

30

0.071

0.266

40

0.126

0.355

50

0.196

0.443

60

0.286

0.535

70

0.403

0.635

80

0.567

0.753

90

0.848

0.921

95

1.129

1.063

100

 

II. CÁC GIAI ĐOẠN CỐ KẾT

       Mối quan hệ giữa độ cố kết và thời gian, bắt nguồn từ một thử nghiệm điển hình trong phòng thí nghiệm trên một mẫu đất sét, mức độ cố kết được thể hiện bằng mức độ lún tại một thời điểm cụ thể tính từ lúc bắt đầu.

       Độ lún được vẽ theo thời gian với thang đo logarit hoặc với căn bậc hai của thời gian tính bằng phút. Đường cong điển hình của các loại này tương đồng với đường cong lý thuyết Hình 2 và Hình 3.

       Đối với mục đích phân tích, sự nén lún của đất sét dưới một tải trọng có thể được chia thành ba giai đoạn, được gọi là:

  1. Nén ban đầu (Initial compression)
  2. Nén cố kết sơ cấp (Primary consolidation)
  3. Nén thứ cấp (Secondary compression)

      Trong thực tế, các giai đoạn này chồng lên nhau và giai đoạn (2) va (3) có thể xảy ra đồng thời. Tuy nhiên, chúng ta nên xem xét chúng một cách riêng biệt (xem Hình 4)

  1. Giai đoạn nén ban đầu diễn ra gần như đồng thời với việc tăng tải trong thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và trước khi bắt đầu thoát nước. Một phần là do nén các túi khí nhỏ trong không gian lỗ rỗng và một phần do sự sắp xếp lại các hạt trong đất, và một tỷ lệ nhỏ có thể là do nén đàn hồi (có thể phục hồi trở lại khi tải trọng được loại bỏ). Đối với một số loại đất cứng có tính thấm cao, với nhiều hệ thống thoát nước, cố kết sơ cấp sẽ khó tránh khỏi trong giai đoạn này.
  2. Giai đoạn nén cố kết sơ cấp: là giai đoạn nén phụ thuộc vào thời gian do sự tiêu tán của áp lực nước lỗ rỗng thặng dư và được tính toán theo lý thuyết cố kết của Terzaghi. Giai đoạn này liên quan chặt chẽ với đường cong lý thuyết cho hầu hết loại đất sét.
  3. Giai đoạn nén thứ cấp tiếp tục sau khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư của giai đoạn cố kết sơ cấp gần như tiêu tan. Cơ chế này phức tạp, nhưng sự nén lún thứ cấp được cho là sự chuyển động liên tục của các hạt khi cấu trúc đất điều chỉnh chính nó dẫn đến sự gia tăng ứng suất hữu hiệu. Nén lún thứ cấp thường không thể phục hồi khi loại bỏ tải trọng.

2.1. Cố kết sơ cấp

2.1.1. Phương pháp Log – time

        Phương pháp này còn gọi là phương pháp Casagrande. Nguyên tắc của phương pháp này được thể hiện trong Hình 4, đây là đường cong logarit thời gian với độ cố kết.

        Trong Hình 4, độ lún ngay khi gia tải (thời gian t = 0), tức là số đọc ban đầu, được biểu thị bằng di, nhưng phép đo tương ứng với thời gian bằng 0 không thể biểu diễn trên đồ thị logarit. Sự nén lún khi kết thúc cấp tải cuối cùng (thường tại thời điểm t = 24h) gọi là số đọc cuối cùng, được biểu thị bằng df.

        Chúng ta cần phải xác định sự dịch chuyển đại diện cho lúc bắt đầu và kết thúc giai đoạn cố kết sơ cấp, tức là tại mức độ cố kết U = 0% (ký hiệu là d0) và U =100% (ký hiệu là d100).

  1. Lý thuyết cố kết 0%

Nửa đầu của đường cong cố kết theo lý thuyết được xác định bởi phương trình (6), từ U = 0% đến U = 52.6%, có thể xấp xỉ bằng với biểu thức dưới đây

(7)

Và cũng có thể viết thành

(8)

b. Lý thuyết cố kết 100%

Điểm uốn của đồ thị logarit thời gian và độ lún là điểm mà tại đó độ cong thay đổi và là phần dốc nhất của đường cong, xảy ra ở khoảng U = 75%. Giao điểm của tiếp tuyến tại điểm này với phần kéo dài của đường nén thứ cấp được định nghĩa là U = 100%, như Hình 4

Hình 4: Các giai đoạn cố kết, phân tích trên đường cong logarit thời gian với độ cố kết.

2.1.2. Phương pháp căn bậc hai thời gian

        Phương pháp này được gọi là phương pháp Taylor (1942). Nguyên tắc chính của phương pháp này được hiển thị trong Hình 5.

Hình 5: Phân tích đường cong căn bậc hai thời gian – độ lún

a. Lý thuyết cố kết 0%

Nửa đẩu của đường cong có mối quan hệ như đường thẳng gần giống với đường cong lý thuyết Hình 3. Đường thẳng này để ngoại suy lại cho biến dạng đại diện độ cố kết U = 0%, tức là giá trị d0, điểm mà nó giao với trục thời gian bằng không (điểm Q trong Hình 5).

b. Lý thuyết cố kết 100%

Phương trình cho phần đường thẳng lý thuyết, từ phương trình (7) là

(9)

Phương trình này đại diện cho đường thẳng OB trong Hình 6. Tại điểm B trên đường này, độ cố kết U = 90%.

Từ Bảng 1, giá trị √Tv tại U = 90% theo đường cong lý thuyết là 0.921. Hai tỷ số này là 0.921/0.798 = 1.154

Hình 6: Quy trình phân tích đồ thì căn bậc hai thời gian

Sử dụng mối quan hệ trên, vẽ một đường thẳng từ gốc đường cong lý thuyết (điểm Q trong Hình 5) có hoành độ lớn hơn 1.15 lần đường thẳng QB và sẽ cắt đường cong thực tế tại điểm C, tại đó U = 90%. Đường thẳng nằm ngang đi qua C cắt trục tung tại A. Biến dạng tại U = 100% được đại diện bởi điểm D, QD = (100/90)QA.

2.1.3. Hệ số cố kết (Coefficient of consolidation)

     Thời gian thực tế t để xác định phần trăm cố kết sơ cấp đối với một cấp tải nhất định có thể được sử dụng để xác định hệ số cố kết bằng cách viết lại Biểu thức (5):

(10)

Nếu t50, tương ứng với 50% độ cố kết sơ cấp (U = 50%), nhân tố thời gian theo lý thuyết là T50 = 0.197 (từ Bảng 1), Do đó

(11)

Nếu sử dụng t90 từ phương pháp Taylor thay cho t50, Biểu thức (10) trở thành

(12)

2.2. Nén thứ cấp (Secondary compression)

        Hiệu ứng nén thứ cấp thường bị bỏ qua đối với đất sét vô cơ, mà giai đoạn cố kết sơ cấp thể hiện phần lớn độ lún. Tuy nhiên, nén thứ cấp là một yếu tố quan trọng hơn nhiều trong độ lún ổn định đối với đất sét, đặc biệt là bùn.

        Việc ước tính độ lún do nén thứ cấp là sẽ không có độ tin cậy khi dựa trên gia đoạn cố kết sơ cấp. Nén lún thứ cấp thường được xem là bắt đầu ngay sau khi kết thúc giai đoạn cố kết sơ cấp, mặc dù thực tế chúng có thể xảy ra cùng lúc, được thể hiện bằng đoạn EF trong Hình 4. Hệ số nén lún thứ cấp Csec bằng độ dốc của đường này, và là đại lượng không thứ nguyên.

Hình 7: Xác định hệ số nén lún thứ cấp Csec

 

 

 

Tại sao chọn solar system
THÁI DƯƠNG HỆ là một Công ty được thành lập với đội ngũ cán bộ có trình độ chuyên môn cao và tâm huyết; cùng với một số cố vấn kỹ thuật là

>> Xem thêm

Hồ sơ năng lực
Hồ sơ năng lực giúp khách hàng nắm bắt về Thái Dương Hệ một cách nhanh chóng.Cung cấp đầy đủ, chi tiết, và dễ hiểu về doanh nghiệp, ngành nghề, kinh nghiệm, sản phẩm…giúp khách hàng có cái nhìn bao quát

>> Xem thêm

Hình ảnh hoạt động