Thiết bị cắt phẳng cỡ lớn tại hiện trường xác định cường độ kháng cắt của vật liệu đá rời

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

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Thiết bị cắt phẳng cỡ lớn tại hiện trường xác định cường độ kháng cắt của vật liệu đá rời trình bày thiết kế của bộ thiết bị và các bước thí nghiệm, đồng thời trình bày một số kết quả thí nghiệm bước đầu trên một số mẫu đá rời với cấp phối được chọn sẵn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết bị cắt phẳng cỡ lớn tại hiện trường xác định cường độ kháng cắt của vật liệu đá rời

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 THIẾT BỊ CẮT PHẲNG CỠ LỚN TẠI HIỆN TRƯỜNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ KHÁNG CẮT CỦA VẬT LIỆU ĐÁ RỜI Nguyễn Quang Tuấn1, Phạm Huy Dũng1 1 Trường Đại học Thủy Lợi, email: nqtuan@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG rộng 60cm (Tiết diện cắt = 0,36m2 và Thể tích mẫu cắt = 0,144m3), đảm bảo thí nghiệm Hiện nay, trong xây dựng, việc xác định thông số cường độ kháng cắt của vật liệu đá với vật liệu có kích thước hạt lớn nhất là rời có kích thước hạt lớn ít được thực hiện và 10cm theo tiêu chuẩn ASTM 3080. Hộp cắt chủ yếu lấy theo kinh nghiệm. Thực tế, được làm bằng thép có cường độ cao có gia cường độ kháng cắt của vật liệu này thường cường bằng khung đai chịu lực để đảm bảo được xác định bằng thí nghiệm sử dụng hộp hộp cắt không bị biến dạng khi kéo. cắt phẳng cỡ lớn. Theo phương pháp truyền Thép tấm đặt trên mặt để đặt các khối bê thống, mẫu thường được cắt bằng cách đẩy tông gia tải, trên đó là khung giữ. Khung phần dưới của hộp cắt dịch chuyển được gắn với hộp cắt bằng chốt, đảm bảo (Skempton and Bishop 1950). Tuy nhiên, phần tải nén phía trên dịch chuyển cùng hộp phương pháp này chỉ phù hợp trên mẫu chế cắt khi cắt. bị làm ở trong phòng, không phù hợp với vật Khi thiết kế, nhóm nghiên cứu đã tiến liệu đắp hiện trường. hành tính toán bằng phần mềm phần tử hữu Trong nghiên cứu này, thiết bị cắt phẳng hạn để kiểm tra khả năng bị biến dạng của được thiết kế phục vụ xác định cường độ hộp cắt. Theo kết quả tính toán kiểm tra, kết kháng cắt của vật liệu đá rời tại hiện trường, cấu, vật liệu và kích thước được chọn đã đảm dựa trên thiết kế của Liu Si-hong (2009). Hộp bảo điều kiện thí nghiệm. Móc xích và dây cắt phẳng được thiết kế với kích thước đảm xích được chọn để có khả năng chịu lực căng bảo thí nghiệm được với cỡ hạt lớn nhất. Lực khi kéo với lực 10 tấn. kéo được tạo bởi hệ thống dây xích linh hoạt Thiết bị và sơ đồ thí nghiệm được trình sử dụng đối tải trong khi tải trọng nén thẳng bày như trong Hình 1. đứng sử dụng vật liệu sẵn có tại hiện trường. Bài báo trình bày thiết kế của bộ thiết bị và các bước thí nghiệm, đồng thời trình bày một số kết quả thí nghiệm bước đầu trên một số mẫu đá rời với cấp phối được chọn sẵn. Một số ưu điểm và hạn chế của phương pháp thí nghiệm cũng được trình bày trong bài báo này. 2. SƠ ĐỒ THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 2.1. Cấu tạo hộp cắt Hộp cắt được thiết kế với kích thước mẫu trong hộp là 60cm x 60cm x 40cm. Với chiều Hình 1. Sơ đồ thiết bị và bố trí thí nghiệm 119
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 2.2. Quy trình thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành ngay tại hiện trường các lớp đá đổ. Cấp phối đá được xác định trước theo cấp phối của vật liệu thiết kế. Khối lượng đá rời được xác định theo từng nhóm cỡ hạt (Hình 2), sau đó trộn đều để được vật liệu có cấp phố thiết kế. Hình 3. Hệ thống thí nghiệm sau khi chất tải 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỰC TẾ 3.1. Vật liệu thí nghiệm Mẫu vật liệu sử dụng để thí nghiệm là mẫu đá rời có cấp phối được chọn bằng 1/10 so với mẫu vật liệu đá dùng để đắp đập (Hình 4). Mẫu được chuẩn bị bằng việc trộn các cỡ Hình 2. Chuẩn bị mẫu vật liệu thí nghiệm hạt theo tỷ lệ định trước. Các nhóm cỡ hạt theo các nhóm cỡ hạt được đo, sàng và cân tại hiện trường, theo tỷ Khi đã có vật liệu thí nghiệm, các bước lệ như trong Bảng 1. Mẫu được được đổ và tiến hành thí nghiệm như sau: đầm với khối lượng riêng thể tích =1,95T/m3. - Gạt bằng bề mặt vị trí thí nghiệm, rải một Bảng 1. Khối lượng từng nhóm cỡ hạt của lớp đá vừa trộn lên bề mặt. vật liệu thí nghiệm - Đặt hộp cắt tại vào vị trí trên bề mặt của đá rời tại hiện trường. Hộp cắt được đặt cao Kích thước Khối Khối lượng % tích hạt, d lượng tích lũy hơn so với bề mặt lớp đá rời 5cm. (Dùng đá lũy (mm) (kg) (kg) chèn để kê hộp cắt). Dùng nivo căn chỉnh để
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm 3.3. Đánh giá về ưu và nhược điểm của thiết bị và sơ đồ thí nghiệm - Vẽ biểu đồ quan hệ giữa ứng cắt và chuyển vị cắt. Xác định ứng suất cắt đỉnh. • Ưu điểm: Trường hợp đường quan hệ giữa ứng suất cắt - Thiết bị hộp cắt đơn giản, tận dụng thiết và chuyển vị không có cực trị, giá trị ứng bị và thi công sẵn có tại hiện trường. suất cắt lớn nhất được chọn. - Có thể sử dụng thiết bị cắt trượt trên bề - Tải trọng nén gồm = trọng lượng thép mặt hoặc bên trong lớp vật liệu đá rời. của hệ thống khung và tấm thép + trọng • Nhược điểm: lượng các tấm bê tông. - Với kích thước như thiết kế, thiết bị thí - Diện tích tiết diện mặt cắt = 0,6m x 0,6m nghiệm chỉ phù hợp cho vật liệu có kích = 0,36m2. thước hạt lớn nhất là 60mm. - Áp lực nén = tải trọng nén/ 0,36m2 - Hiện tại thí nghiệm gia tải bằng phương - Ở mỗi cấp áp lực nén, ứng suất cắt được pháp thủ công đơn giản, tốc độ cắt không tính bằng lực kéo/diện tích tiết diện cắt. Kết đều, dẫn đến có thể ảnh hưởng tới kết quả quả ứng suất cắt biểu diễn theo biến dạng cắt. thí nghiệm. Ứng suất cắt đỉnh dự kiến đạt khi chuyển vị cắt = 10%. 4. KẾT LUẬN - Từ kết quả thí nghiệm ở các cấp áp lực Thiết bị cắt phẳng tự chế tạo có khả năng nén khác nhau. Thiết lập biểu đồ quan hệ sử dụng để xác định độ bền kháng cắt cho đá giữa ứng suất cắt đỉnh và ứng suất nén. rời có kích thước hạt lớn nhất là 60mm. Thiết - Góc ma sát trong được xác định như sau: bị có cấu tạo đơn giản, quy trình thí nghiệm ⎛ τ ⎞ đơn giản, có tận dụng các thiết bị hiện ϕ = artg ⎜ ⎟ ⎝ σn ⎠ trường. Thiết bị này có khả năng áp dụng để kiểm tra độ bền phục vụ thiết kế, thi công đối với các công trình sử dụng vật liệu đá rời như đập đá đổ. Tuy nhiên, để có thể sử dụng, thiết bị vào thực tiễn sản xuất, cần có một số nghiên cứu thêm. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Skempton, A. W., and Bishop, A. W. 1950. The measurement of the shear strength of soils. Géotechnique, 1(2), 80-98. [2] Liu Si-hong.2009. Application of in situ direct shear device to shear strength measurement of rockfill materials. Water Hình 5. Kết quả thí nghiệm cắt đối với Science and Engineering, 2009, 2(3): 48-57. mẫu đá rời tại hiện trường doi:10.3882/j.issn.1674-2370.2009.03.005. [3] ASTM D3080/ D3080M - 11. Standard Test Bảng 4. Kết quả thí nghiệm theo cấp áp lực Method for Direct Shear Test of Soils Under Áp lực nén σn (kG/cm2) 0,494 0,707 0,919 Consolidated Drained Conditions. 2 Ứng suất cắt τ (kG/cm ) 0,424 0,519 0,683 tgϕ = τ / σn 0,857 0,735 0,743 Góc ma sát trong, ϕ (độ) 40,6 36,3 36,6 121