Xem mẫu
- 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
nguon tai.lieu . vn
