zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

» Môi trường

Mô hình vật lý nghiên cứu phân bố ẩm trong cấp phối thiên nhiên chịu ảnh hưởng của áp lực nước ngầm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Mô hình vật lý nghiên cứu phân bố ẩm trong cấp phối thiên nhiên chịu ảnh hưởng của áp lực nước ngầm giới thiệu mô hình thí nghiệm trong phòng cho phép nghiên cứu quá trình tăng độ ẩm trong vật liệu cấp phối theo thời gian khi vật liệu cấp phối chịu ảnh hưởng của áp lực nước ngầm, thông qua việc sử dụng các cảm biến được bố trí ở các độ sâu khác nhau trong mẫu thí nghiệm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô hình vật lý nghiên cứu phân bố ẩm trong cấp phối thiên nhiên chịu ảnh hưởng của áp lực nước ngầm

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 21 MÔ HÌNH VẬT LÝ NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ẨM TRONG CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC NƯỚC NGẦM PHYSICAL MODELLING FOR STUDYING MOISTURE DISTRIBUTION IN GRADED NATURAL AGGREGATE INFLUENCED BY PRESSURE OF GROUNDWATER Vương Hữu Cườm1, Nguyễn Hồng Hải2 1 Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng; cuomvh@dau.edu.vn 2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; nhhai@dut.udn.vn Tóm tắt - Bài báo giới thiệu mô hình thí nghiệm trong phòng cho Abstract - The paper presents an experimental model in the phép nghiên cứu quá trình tăng độ ẩm trong vật liệu cấp phối laboratory for studying moisture increase within graded natural theo thời gian khi vật liệu cấp phối chịu ảnh hưởng của áp lực aggregate influenced by pressure of groundwater, with the help of nước ngầm, thông qua việc sử dụng các cảm biến được bố trí ở sensors distributed at different depths of the experimental các độ sâu khác nhau trong mẫu thí nghiệm. Một ví dụ đã được sample. An experiment is performed to study the moisture thực hiện để nghiên cứu sự thay đổi độ ẩm theo thời gian trên variation over time on well-graded natural soil which is specifically mẫu thí nghiệm có đường cong cấp phối loại B theo TCVN 8857- graded for type B according TCVN 8857-2011. The sample is 2011. Mẫu thí nghiệm được chế bị từ vật liệu cấp phối lấy tại mỏ mixed from natural aggregate which is taken from Daila pass, đất đèo Đại La, Thành phố Đà Nẵng. Kết quả cho thấy, phân bố Danang city. The result of the study shows that moisture độ ẩm theo thời gian ở các độ sâu mẫu là khác nhau, phụ thuộc distribution at sample depths is different depending on the relative vào vị trí tương đối so với mực nước ngầm. Tốc độ gia tăng độ position to groundwater level. The rate of moisture increase to ẩm để đạt đến trạng thái bão hoà cũng khác nhau, phụ thuộc reach a degree of saturation is also different depending on the khoảng cách từ lớp đất đang xét đến vị trí của mực nước ngầm. distance from considered soil layer to the level of groundwater. Từ khóa - phân bố ẩm; cấp phối thiên nhiên; mô hình thí nghiệm; Key words - moisture distribution; graded natural aggregate; nước ngầm; độ bão hoà. experimental modelling; groundwater; degree of saturation. 1. Đặt vấn đề đáy thùng chứa mẫu đất thí nghiệm. Để ngăn không cho Trong xây dựng đường ô tô, cấp phối thiên nhiên các hạt đất chui lọt vào các lỗ rỗng giữa các viên sỏi, nhóm (CPTN) là vật liệu được sử dụng khá phổ biến để làm nền nghiên cứu đã sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp ngăn cách, đường và các lớp kết cấu áo đường do giá thành rẻ, biện bố trí giữa lớp đá sỏi và mẫu đất thí nghiệm. pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi các công nghệ và máy Sự thay độ ẩm theo thời gian tại các vị trí khác nhau móc phức tạp. Tuy nhiên, việc lựa chọn một loại cấp phối trong mẫu đất chịu tác dụng của áp lực nước mao dẫn phù hợp để sử dụng làm nền và lớp móng cho các tuyến được xác định thông qua hệ thống gồm 3 cảm biến đặt ở 3 đường chịu ảnh hưởng của nước ngầm hiện nay vẫn chưa vị trí độ sâu khác nhau, mỗi cảm biến cách nhau 10cm. được các đơn vị tư vấn và thiết kế chú trọng, dẫn đến việc Cảm biến 1 đặt ở độ sâu cách đáy mẫu 10cm, cảm biến 2 thiết kế lựa chọn vật liệu không hợp lý, chưa phát huy tối đa và cảm biến 3 cách cảm biến 1 lần lượt là 10cm và 20cm, hiệu quả kinh tế. Ngay cả tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu hay nói cách khác cách đáy mẫu 20cm và 30cm (Hình 1). lớp kết cấu áo đường ô tô bằng cấp phối thiên nhiên TCVN Bộ đo 8857-2011 [1], việc phân loại cấp phối dựa theo thành phần hạt cấp phối hạt vẫn còn nhiều điểm chưa phân biệt rõ ràng. Cảm biến 3 100 30 Bài báo giới thiệu một mô hình vật lý được phát triển bởi nhóm nghiên cứu, cho phép nghiên cứu diễn biến thay đổi độ Cảm biến 2 ẩm trong CPTN khi chịu ảnh hưởng của áp lực nước mao dẫn, 70 100 100 làm cơ sở cho việc mở rộng nghiên cứu phân bố ẩm trong các Cảm biến 1 vật liệu chịu ảnh hưởng của áp lực nước mao dẫn, từ đó kiến Vải địa kỹ thuật nghị lựa chọn cấp phối có khả năng ổn định nước sử dụng làm Lớp sỏi nền và móng đường chịu ảnh hưởng của nước ngầm. 350 2. Mô hình thí nghiệm và hệ thống thu/xuất dữ liệu Hình 1. Sơ đồ mô hình thí nghiệm 2.1. Mô tả thiết bị 2.2. Hệ thống thu và xuất dữ liệu Thiết bị thí nghiệm bao gồm một thùng chế bị mẫu bằng nhựa compositecó đường kính 35cm, chiều cao 40cm; Hệ thống bao gồm 03 cảm biến đặt trong mẫu đất thí một thùng chứa nước thượng lưu có thể điều chỉnh độ cao nghiệm để thu nhận tín hiệu điện trở của đất (Hình 1) và bộ nhằm tạo ra áp lực nước mao dẫn từ đáy mẫu thí nghiệm; đo để thu và xuất dữ liệu (Hình 2), gồm các bộ phận chính: hệ thống ống dẫn nước được kết nối từ thùng chứa nước - Vi điều khiển chính AT89S52 dung lượng RAM 128 thượng lưu đến đáy mẫu thí nghiệm; để đảm bảo dòng byte, dung lượng ROM 8 Kbyte chế độ nạp nối tiếp, địa thấm mao dẫn có áp lực phân bố đều trên diện tích đáy chỉ nhỏ nhất là 0000H, địa chỉ lớn nhất là 1FFFH. Bộ vi mẫu, một lớp sỏi có đường kính cỡ hạt 2mm được bố trí ở xử lý này được lập trình bằng hai ngôn ngữ: Assembly và
22 Vương Hữu Cườm, Nguyễn Hồng Hải Visual Basic [3], [4]. Ngôn ngữ Assembly lập trình cho ẩm của mẫu đất và so sánh giá trị này với giá trị thu được phần thu dữ liệu đo được từ cảm biến đặt trong đất và từ bộ đo, kết quả cho thấy độ ẩm thực tế xác định bằng hiệu chuẩn cảm biến với thời gian ghi lưu dữ liệu được các cảm biến cho kết quả gần đúng bằng với kết quả xác thiết lập tự động 5giờ/lần, các số liệu được cập nhật liên định theo phương pháp sấy khô mẫu (Hình 4). tục sau mỗi khoảng thời gian 2 phút. Ngôn ngữ Visual Basic lập trình cho nội dung hiển thị trên màn hình máy tính và để truy xuất dữ liệu qua cổng "com"; - Vi điều khiển ADC: được dùng để chuyển tín hiệu từ dạng analog sang tín hiệu số (digital); - Kết nối RS232 qua cổng com; - Mạch nạp code. Hình 4. So sánh độ ẩm thực tế bằng phương pháp sấy và độ ẩm đo bằng cảm biến 4. Thí nghiệm xác định phân bố ẩm trong cấp phối chịu ảnh hưởng của áp lực nước mao dẫn 4.1. Các đặc trưng cơ lý của cấp phối Hình 2. Mô hình kết nối các thiết bị (bộ đo và cảm biến) Cấp phối nghiên cứu được phối trộn từ cấp phối thiên 3. Hiệu chuẩn cảm biến đo độ ẩm nhiên lấy tại mỏ đất đèo Đại La, đảm bảo đường cong thành phần hạt nằm trong giới hạn đường cong cấp phối Để có thể thu được số liệu liên tục về thay đổi độ ẩm ở loại B theo TCVN 8857-2011, được thể hiện ở Hình 5. các độ sâu khác nhau trong mẫu đất thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng hệ thống gồm 3 cảm biến điện trở, số hiệu MH001848. Độ ẩm thực tế của mẫu đất xác định thông qua kết quả điện thế thu được từ các cảm biến, nhờ quan hệ giữa điện thế và độ ẩm thực tế các mẫu đất đã được hiệu chuẩn như Hình 3. Trình tự thiết lập thang đo độ ẩm cho các cảm biến được thực hiện theo các bước: (1) thiết lập quan hệ điện trở và độ ẩm thực tế của đất; (2) tìm hàm quan hệ giữa độ ẩm và giá trị điện trở với hệ số tương quan lớn nhất; và (3) dùng hàm tìm được ở bước trên áp dụng vào chương trình của bộ đo. Hình 5. Đường cong thành phần hạt (mẫu chế bị từ cấp phối thiên nhiên đèo Đại La) Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn cho kết quả như Hình 6, khối lượng thể tích khô lớn nhất kmax=1,75g/cm3, độ ẩm tốt nhất w0=9%. Hình 3. Quan hệ điện thế-độ ẩm của các cảm biến Kết quả hiệu chuẩn cho thấy ứng với một trị số độ ẩm, 3 cảm biến đều cho các giá trị đo hoàn toàn giống nhau. Phương trình tương quan giữa giá trị điện thế và độ ẩm có dạng bậc 3 Hình 6. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn với hệ số tương quan R2=0,98 (số mẫu N=7) có dạng: 4.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm -5 3 2 y  1´10 .x - 0,0034.x + 0,3523.x + 2,152 (1) Mẫu đất thí nghiệm được phối với thành phần hạt được nêu như trên, khối lượng phối cho cả mẫu 50 kg Trong đó: y - độ ẩm (%); x - tín hiệu điện thế đo được được gia ẩm ứng với độ ẩm tối ưu (w0=9%). Quá trình từ cảm biến (V). chuẩn bị mẫu như sau: Đầu tiên bố trí lớp sỏi ở đáy thùng Để kiểm tra độ chính xác của mỗi cảm biến, nhóm với chiều dày 7cm, tiếp theo đặt lớp vải địa kỹ thuật trên nghiên cứu đã sử dụng phương pháp sấy để xác định độ lớp sỏi để ngăn cát hạt đất lọt xuống lớp sỏi trong quá
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 23 trình đầm nén. Sau đó tiến hành đầm nén đất theo phương Sự thay đổi độ bão hoà trong mẫu đất được xác định pháp đầm nén cải tiến với khối lượng chày đầm 4,54kg, theo công thức: chiều dày mỗi lớp đầm 2,5cm, số chày đầm 56 chày/lớp. 0.01W . Khi chiều dày lớp đất đạt 10cm thì tiến hành đặt cảm biến G e (2) số 1, cảm biến được đặt theo phương nằm ngang, phần đầu cảm biến có bôi lớp keo “Dog X66” để chống bị hở Trong đó: e –hệ số rỗng;  - tỉ trọng của đất; W - độ ẩm. mạch khi chịu tác dụng của lực đầm. Tiếp tục đầm nén Kết quả tính toán độ bão hoà theo thời gian ở các vị trí tương tự và bố trí cảm biến số 2 ở vị trí cách đáy mẫu khác nhau trong mẫu đất thí nghiệm được thể hiện ở Hình 20cm, cảm biến số 3 cách đáy mẫu 30cm. Trong quá trình 9. Thời gian cần thiết để đạt độ bão hoà G=0,8 tại các vị đầm luôn theo dõi kiểm tra tín hiệu của cảm biến để kịp trí cách đáy mẫu 0,1m, 0,2m và 0,3m lần lượt là t=50 giờ, thời thay thế khi cảm biến bị hỏng. Sau khi hoàn thành 75 giờ và 85 giờ thí nghiệm. công tác chế bị mẫu, tiến hành đấu nối các cảm biến với bộ đo, cho nước vào thùng chứa thượng lưu để tạo một cột nước ngầm có áp với trị số gradient thuỷ lực i=0,5 và kết nối với đáy thùng chứa mẫu thí nghiệm như Hình 7. Hình 9. Biến thiên độ bão hòa trong mẫu Sau khoảng thời gian 85 giờ kể từ khi bắt đầu thí nghiệm, tại vị trí cách đáy mẫu 0,1m (gần vị trí tiếp xúc với mực nước ngầm nhất) độ ẩm đạt trị số w=22%, tương ứng với độ bão hoà G=0,94, đây cũng là giá trị lớn nhất Hình 7. Hình ảnh bố trí thí nghiệm và mẫu sau khi chế bị cảm biến có thể thu nhận được. Tại các vị trí cách đáy 5. Kết quả và bàn luận mẫu 0,2m và 0,3m, để đạt đến trị số độ ẩm này thì thời gian cần thiết là 100 giờ và 105 giờ. Hình 8 thể hiện kết quả diễn biến thay đổi độ ẩm trong mẫu sau 105 giờ thí nghiệm: 6. Kết luận Cường độ và độ ổn định của vật liệu cấp phối thay đổi theo độ bão hoà, càng giảm khi độ bão hoà càng tăng. Bài báo giới thiệu mô hình thực nghiệm trong phòng cho phép nghiên cứu sự thay đổi độ ẩm trong vật liệu cấp phối chịu tác dụng của áp lực do nước ngầm. Kết quả phân tích cho phép dự báo sự thay đổi cường độ của vật liệu cấp phối, làm cơ sở cho việc lựa chọn cấp phối hợp lý, đề xuất trạng thái tính toán và lựa chọn thông số cường độ thiết kế trong trường hợp sử dụng làm móng và nền đường trong khu vực chịu ảnh hưởng của áp lực nước ngầm. Hình 8. Thay đổi độ ẩm ở các độ sâu khác nhau TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết quả thí nghiệm cho thấy, tốc độ tăng độ ẩm theo thời [1] Bộ GTVT, TCVN 8857-2011, Lớp kết cấu áo đường ô tô bằng cấp gian tại các độ sâu mẫu khác nhau là khác nhau, dưới cùng phối thiên nhiên - Vật liệu, thi công và nghiệm thu. điều kiện của dòng thấm có áp lực không đổi. Tốc độ tăng độ [2] Tống Văn Ơn, “Họ vi điều khiển 8051”, nhà xuất bản Lao Động – Xã Hội ẩm theo thời gian xảy ra càng nhanh tại vị trí càng gần với [3] Nguyễn Mạnh Giang, “Lập trình bằng ngôn ngữ Assembly cho mực nước ngầm, nơi tiếp xúc giữa đáy mẫu với nguồn thấm. máy tính”,nhà xuất bản giáo dục 2005. Tốc độ tăng độ ẩm xảy ra nhanh ở giai đoạn đầu, sau khoảng [4] Nguyễn Đình Nam, “Giáo trình tự học lập trình visual basic 2008”, 25 đến 30 giờ kể từ khi bắt đầu thí nghiệm, sau đó tốc độ nhà xuất bản Hồng Đức. tăng giảm dần cho đến khi đạt được trị số bão hoà. Độ ẩm [5] Liu Jie, Hailin Yao, Pan Chen, Zheng Lu and Xingwen Luo tăng nhanh tại vị trí lớp đất gần mực nước ngầm (vị trí cảm “Theoretical analysis and experimental study of Subgrade moisture variation and underground antidrainage technique under biến số 1), giai đoạn tăng nhanh nhất là ở 2 ngày đầu ngâm groundwater fuctations”, valume 2013, Article ID 703252 mẫu, độ ẩm tăng từ 8,6% đến 18,8%; trong khi độ ẩm của [6] Sabry A. Shihata. Zaky A. Baghdadi and Ahmed M. Khan, lớp đất phía trên cùng (cách đáy mẫu 0,3m) chỉ đạt 13,4%, “Influence of groundwater table fluctuation on performance of điều này cho thấy những lớp đất ở vị trí xa mực nước ngầm bases and Subgrades”, vol.2, pp. 81 – 93 (1410 A. H. /1990 A. D) có sự thay đổi về độ ẩm tương đối nhỏ. (BBT nhận bài: 09/09/2015, phản biện xong: 16/10/2015)

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.