Nghiên cứu chế tạo bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng phục vụ thí nghiệm nén nở hông tự do trong phòng

Chia sẻ: Tưởng Bách Xuyên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu chế tạo bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng phục vụ thí nghiệm nén nở hông tự do trong phòng" trên cơ sở phát triển “Bộ dụng cụ lấy mẫu màng mỏng trong công tác khảo sát đất” theo số bằng sáng chế 88635A công bố đơn ngày 25/8/2022, đã nghiên cứu chế tạo được bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng. Kết quả thử nghiệm bước đầu cho thấy, việc lấy mẫu nguyên trạng cho đối tượng đất loại sét lẫn sạn (đất cấp phối đồi) có thể thực hiện được và đồng thời có triển vọng tốt cho thí nghiệm nén nở hông tự do trên loại mẫu này ở trong phòng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng phục vụ thí nghiệm nén nở hông tự do trong phòng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ DỤNG CỤ LẤY MẪU ĐẤT LOẠI SÉT LẪN SẠN NGUYÊN TRẠNG PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM NÉN NỞ HÔNG TỰ DO TRONG PHÒNG Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đức Mạnh Sinh viên thực hiện: Vũ Tiến Dũng Phạm Dương Khánh Lê Đức Anh Lê Đức Chính Lớp: KTXD Đường bộ K60 Tóm tắt: Với đất cấp đồi loại sét lẫn sạn việc lấy mẫu đất nguyên trạng để thí nghiệm trong phòng thường gặp khó khăn hoặc không tiến hành được. Với kích thước hạt sạn theo tiêu chuẩn hiện hành (>2mm) và kích thước mẫu đất thí nghiệm cắt trên máy cắt phẳng đường kính phổ biến 52-62mm, cao 20mm thì thực hiện thí nghiệm dạng này không khả thi. Còn việc thí nghiệm trong phòng hay hiện trường trên mẫu kích thước lớn thường có chi phí cao và phức tạp. Vì thế, khi gặp nền đất loại này việc sử dụng thông số sức chống cắt để tính toán nền móng thường lấy theo kinh nghiệm hay xác định thông qua các tương quan thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm. Trong nghiên cứu này, trên cơ sở phát triển “Bộ dụng cụ lấy mẫu màng mỏng trong công tác khảo sát đất” theo số bằng sáng chế 88635A công bố đơn ngày 25/8/2022, đã nghiên cứu chế tạo được bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng. Kết quả thử nghiệm bước đầu cho thấy, việc lấy mẫu nguyên trạng cho đối tượng đất loại sét lẫn sạn (đất cấp phối đồi) có thể thực hiện được và đồng thời có triển vọng tốt cho thí nghiệm nén nở hông tự do trên loại mẫu này ở trong phòng. Từ khóa: Dụng cụ lấy mẫu; đất loại sét lẫn sạn; nguyên trạng; nén nở hông 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sức chống cắt của đất cấp phối tự nhiên loại sét lẫn sạn, mà ở đây thường là đất phong hóa thuộc tầng phủ ở trên đồi hay núi, có thể xác định được từ hiện trường bằng cắt trụ đất kích thước lớn, cách thí nghiệm xuyên tĩnh, xuyên tiêu chuẩn, nén ngang trong lỗ khoan … hay trong phòng bằng cách sử dụng thiết bị cắt đường kính lớn lớn với mẫu chế. Hiện này có nhiều phương pháp lấy mẫu đất nguyên trạng cho các loại đất dính (đất loại sét) ở trạng thái dẻo chảy, chảy, dẻo cứng, cứng như dùng phương pháp nén, ép, khoan lấy mẫu …. Với đất cấp đồi loại sét lẫn sạn thì việc lấy mẫu đất nguyên trạng thí nghiệm trong phòng thông thường hiện nay không tiến hành được. Với kích thước hạt sạn và kích thước mẫu đất thí nghiệm cắt trên máy cắt phẳng đường kính mẫu khá nhỏ, phổ biến 52-62mm và chiều cao hạn chế (20mm) không khả thi. Còn việc thí nghiệm hiện trường trên mẫu lớn chi phí lớn và khó tiến hành. Chính vì vậy, thực tế hiện nay, việc sử dụng thông số sức chống cắt này để tính 78
toán nền móng nói chung – tính toán ổn định bờ dốc nói riêng ở nước ta chủ yếu xác định thông qua các tương quan thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm.Vì vậy, nhiều trường hợp không chỉ cho kết quả tính toán thiếu tin cậy, mà còn lãng phí, thậm chí là nguyên nhân gây sụt trượt hay sự cố công trình trong thực tế xây dựng những năm qua tại Việt Nam trên đối tượng đất nền này. Xuất phát từ vấn đề này, lấy ý tưởng và phát triển thêm từ “Bộ dụng cụ lấy mẫu màng mỏng trong công tác khảo sát đất” theo số bằng sáng chế 88635A công bố đơn ngày 25/8/2022, đã nghiên cứu chế tạo được bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng bằng phương pháp đóng trực tiếp từ mặt đất hoặc trong hố đào. 2. THIẾT KẾ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 2.1 Cấu tạo bộ dụng cụ Theo nguyên tắc chung, mẫu đất nguyên trạng dùng trong thí nghiệm nén nở hông tự do thường có chiều cao bằng hai lần đường kính. Bộ dụng cụ được thiết kế gồm 5 phần chính: Lưỡi cắt; ống thân bao mẫu đất có màng mỏng bọc mẫu bên trong; phần đầu thân ống; quả tạ có tay cầm nâng; ống dẫn hướng có tay cầm và đai hãm. Mặt cắt tổng thể bộ dụng cụ được thiết kế như hình 1. Hình 1. Bộ dụng cụ lấy mẫu được thiết kế Phần lưỡi cắt: Lưỡi cắt đất được chế tạo bằng loại thép CT45, một đầu vát để cắt vào đất, một đầu nối với ống bao mẫu và ống thu mẫu. Đường kính lưỡi vát thiết kế d70mm, được vát 1 góc 17o, phần trên gắn với phần ống thu mẫu. 79
Hình 2. Phần lưỡi cắt thiết kế 2D và 3D Phần thân bao mẫu đất: Ống bao mẫu là một đoạn ống cứng làm bằng thép CT45, có đường kính trong là 84mm và lớn hơn đường kính ngoài của ống thu mẫu cộng với bề dày của nếp gấp màng mỏng, một đầu nối vào lưỡi cắt, một đầu nối vào đầu tiếp lực, có lỗ thoát khí khi đóng phần đầu thân (Hình 3). Hình 3. Phần thân chứa mẫu và đầu thân nối với ống dẫn hướng Phần ống dẫn hướng: Được thiết kế bằng thép đặc dạng trụ tròn, có nhiệm vụ giúp dẫn hướng quả tạ tạo ra một lực nén làm cho phần thiết bị lấy mẫu đất được đóng theo hướng vuông góc với mặt phẳng. Chiều dài ống dẫn hướng là 580mm. Phần trên là tay cầm định hướng khi đóng mẫu với đai hãm tạ bên dưới (Hình 4). Hình 4. Phần ống dẫn hướng thiết kế 2D và 3D Quả tạ: Được thiết kế dưới dạng khối trụ đặc có đường kính D = 100mm, khối lượng quả tạ lựa chọn 15kg để có thể dễ di chuyển và thực hiện việc nâng tạ 80
với 1-2 người. Tạ này có nhiệm vụ là tạo ra 1 lực nén đóng để lấy mẫu đất phục vụ thí nghiệm trong phòng (Hình 5). Hình 5. Quả tạ dưới dạng 2D và 3D Phần màng mỏng sử dụng dạng ống tròn, được làm bằng nhựa polime hoặc vật liệu có tính năng tương tự, có bề dày < lmm, đường kính trong nhỏ hơn hoặc bằng đường kính trong của ống thu mẫu, có tính đàn hồi, kín, có thể lồng vào ống thu mẫu theo từng nếp gấp nhỏ. Chiều dài màng được chế tạo không giới hạn, tùy thuộc vào yêu cầu lấy mẫu cụ thể. Hình 6. Phần màng mỏng trong bộ dụng cụ lấy mẫu đất 2.2 Chế tạo bộ dụng cụ lấy mẫu đất Bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng được chế tạo bằng thép CT45, với các thông số chính như sau: Bảng 1: Thông số thép CT45 sử dụng chế tạo bộ dụng cụ lấy mẫu đất Độ cứng Giới hạn Độ bền Độ dãn Độ dai va Độ cứng sau Mác Độ thắt sau ủ hoặc chảy, ch kéo, b dài tương đập, thường hóa thép tương đối Ram cao (kG/mm2) (kG/mm2) đối (%) (kGm/cm2) (HB) (HB) C45 ≥36 ≥61 ≥16 ≥40 5 ≤229 ≤197 81
Bộ thiết bị được gia công tại xưởng cơ khí, thuộc Viện KHCN GTVT. Các phần của thiết bị được gia công theo trình tự 10 bước của quy trình gia công cơ khí chính xác, các bộ phận sau khi chế tạo được sơn 1 lớp phủ chống rỉ, phần lưỡi được tôi nhiệt để tăng độ cứng. Bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng được chế tạo như hình 7: Hình 7. Bộ dụng cụ lấy mẫu nguyên trạng được chế tạo 3. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM Nghiên cứu thử nghiệm được tiến hành với hai nội dung chính gồm (1) lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng thành phần khác nhau tại hiện trường, và (2) thí nghiệm thử mẫu đất lấy được trong phòng thí nghiệm. 3.1. Thử nghiệm lấy mẫu đất nguyên trạng ngoài hiện trường Việc lấy mẫu thử bằng dụng cụ mới chế tạo được thực hiện tại ta luy dương tỉnh lộ 152, thị xã Sa Pa, tỉnh Lào Cai. Thử nghiệm được tiến hành tại 03 vị trí là sườn đồi, trên tầng phủ đất phong hóa loại sét lẫn dăm sạn. Mỗi vị trí có đặc điểm địa chất khác nhau, nhưng đều có thành phần đất loại sét lẫn dăm sạn, với trạng thái và hàm lượng và kích thước hạt sạn khác nhau. Hình 8: Các vị trí được lấy mẫu đất thử nghiệm từ trái qua phải có các khu vực 1,2,3 3.2. Thí nghiệm thử các mẫu đất lấy được 82
Một số thí nghiệm được tiến hành gồm: Thành phần hạt để gọi tên đất; độ ẩm để xác định trạng thái đất; nén nở hông tự do mẫu đất đã lấy được. Hình 9. Thực hiện các thí nghiệm trên mẫu đất lấy được Kết quả thí nghiệm độ ẩm, thành phần hạt cho thấy các mẫu đất loại sét có độ ẩm trung bình 11,08%, hàm lượng hạn sạn >15%. Thí nghiệm nén nở hông tự do 03 mẫu đất cho kết quả như biểu đồ hình 10 và bảng 2. Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Hình 10. Biểu đồ thí nghiệm nén nở hông 03 mẫu đất nguyên trạng đã lấy Bảng 2. Kết quả xác định Qu từ thí nghiệm nén nở hông tự do 03 mẫu đất nghiên cứu Giá trị cường độ kháng nén 1 trục nở Vị trí lấy mẫu Loại đất hông (Qu) (kPa) Khu vực 1 Đất sét lẫn ít dăm sạn 77.6 Khu vực 2 Đất sét có dăm sạn 60.0 Khu vực 3 Đất sét lẫn nhiều dăm sạn 49.9 Kết quả thử nghiệm và thí nghiệm nén mẫu đất nguyên trạng cho thấy bộ dụng cụ lấy mẫu bằng phương pháp đóng có nhiều triển vọng, có thể bổ sung một phương pháp lấy mẫu đất nguyên trạng mới. 4. KẾT LUẬN - Bộ dụng cụ lấy mẫu đất loại sét lẫn sạn nguyên trạng được thiết kế và chế tạo bước đầu thử nghiệm cho thấy việc lấy mẫu đất loại này có khả thi, mẫu đất lấy được có thể đảm bảo giữ nguyên trạng thái vật lý và kết cấu. 83
- Trường hợp lấy mẫu đất ở độ sâu lớn dưới mặt đất, có thể thực hiện trong các hố đào. - Mẫu đất lấy đươc có thể tiến hành để thí nghiệm nén nở hông tự do ở trong phòng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TCVN 4199 – 1995, Đất xây dựng – Phương pháp xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng [2]. TCVN 8868 – 2011, Đất xây dựng – Phương pháp xác định sức kháng cắt không cố kết, không thoát nước và cố kết thoát nước của đất dính trên thiết bị nén 3 trục [3]. TCVN10184:2021, Đất xây dựng - Thí nghiệm cắt cánh hiện trường cho đất dính [4]. TCVN 8995:2011 (ISO 1052:1982) về Thép kỹ thuật cơ khí thông dụng [5]. TCXD 226-1999, Đất xây dựng – Phương pháp thí nghiệm hiện trường - Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) [6]. R. Whitlow (1995), Cơ học đất, tập 1& 2, NXB Giáo dục [7]. Trần Văn Việt (2004), Cẩm nang dùng cho kỹ sư Địa kỹ thuật. NXB Xây dựng. [8]. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2006), Thí nghiệm đất hiện trường và ứng dụng trong phân tích nền móng, NXB khoa học và kỹ thuật. [9]. ASTM D2166 – 2000, Standard Test Methods for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil, ASTM. [10]. ASTM D2850 – 1995, Standard Test Methods for Unconsolidated – Undrained Triaxial Compression Test on Cohesive Soil, ASTM. [11]. ASTM D4767 – 1995, Standard Test Methods for Consolidated – Undrained Triaxial Compression Test on Cohesive Soil, ASTM. [12]. B.M. Das. Soil Mechanics Laboratory Manual (Sixth Edition). Oxford University Press, 2002, 215p. 84