Chapter IV-TINH MONG THEO TN HIEN TRUONG.pdf

Nguyn c Hnh B mn a K thut Khoa Cng Trnh - HGTVT

Chng IV

TNH TON NN MNG THEO KT QU TH NGHIM HIN TRNG

1 Tnh ton theo kt qu th nghim xuyn tnh (Static cone

penetration test - CPT)

Th nghim xuyn tnh l n vo trong t mt u xuyn cng vi h thng

cn xuyn bng lc tnh vi vn tc n khng i (t 15-25mm/s), xc nh

sc khng xuyn ca t. u xuyn c din tch l 1000mm2, gc nh l

60o v ng knh l 35.6mm (Hnh 4.1). Trong qu trnh xuyn sc khng ma

st ca t c o c lp vi sc khng mi xuyn bng o ma st c

ng knh ngoi 35.6mm vi din tnh ca o o ma st l 150cm2. Hin nay

mt s cn c trang b thit b o p lc nc l rng trong qu trnh xuyn

(piezocne). Th nghim xuyn tnh c dng cho t dnh v t ri c hm

lng cc ht >10 mm


Hnh 4.2 (Robertson v Campanella, 1983). T s sc khng c nh ngha

l t s gia ma st thnh n v, c, v sc khng mi xuyn (R = c:qc).

Peat: Bn Clay: t st Clayey silt: Bi st Silt: t bi Sandy silt: Bi ct Silty sand: Ct bi Sand: Ct

Hnh 4.2 Phn loi t da vo kt qu th nghim xuyn

(theo Robertson v Campanella, 1983)

Trn Hnh 4.3 gc ni ma st ca t ct quartz ri c xc nh da vo sc

khng mi xuyn v p lc ng hu hiu, 'vo (vertical effective stress) (Durgunoglu v Mitchell, 1975).

Hnh 4.3 Quan h gia qc v gc ni

ma st ca t ct ri (theo Durgunoglu v Mitchell, 1975)

114


Mt s quan h khc nh gi cc tnh cht c hc ca t c th hin

trn Hnh 4.4 (Baldi et al., 1981). E25% v E50% l m un bin dng tng ng

vi ng sut bng 25% v 50% ng sut ph hoi

Hnh 4.4 Quan h gia qc v m un bin dng

(theo Robertson v Campanella, 1983)

Sc chu ti ca mng nng v mng cc c th c tnh t kt qu th

nghim xuyn tnh:

Theo quy trnh 22 TCN-272-05 (ly t AASHTO) sc chu ti danh nh (MPa) ca t cho mng nng trn t ct v si xc nh t th nghim xuyn

CPT c tnh nh sau.

qult = 8,2 x 10-5

qcB if2w1w RBD

CC

+ (4.1)

Trong :

qc = sc khng chy hnh nn trung bnh trn chiu su B di

mng (MPa)

B = chiu rng mng

Df = chiu su chn mng tnh ti y ca mng (mm)

Ri = h s iu chnh nghing ti trng theo quy nh Bng 4.1

115


H/V

Dt/B = 0 Dt/B = 1 Dt/B = 5

0,0 1,00 1,00 1,000,10 0,70 0,75 0,800,15 0,60 0,65 0,700,20 0,50 0,60 0,650,25 0,40 0,50 0,550,30 0,35 0,40 0,500,35 0,30 0,35 0,400,40 0,25 0,30 0,350,45 0,20 0,25 0,300,50 0,15 0,20 0,250,55 0,10 0,15 0,200,60 0,05 0,10 0,15

H/V

Dt/B = 0 Dt/B = 1 Dt/B = 5

0,0 1,00 1,00 1,000,10 0,80 0,85 0,900,15 0,70 0,80 0,850,20 0,65 0,70 0,750,25 0,55 0,65 0,700,30 0,50 0,60 0,650,35 0,40 0,55 0,600,40 0,35 0,50 0,550,45 0,30 0,45 0,500,50 0,25 0,35 0,450,55 0,20 0,30 0,400,60 0,15 0,25 0,35

H s nghing ti trng, Ri

Ti trng nghing theo chiu rng

H s nghing ti trng, Ri

Ti trng nghing theo chiu di

Dt/B = 0 Dt/B = 1 Dt/B = 5

0,0 1,00 1,00 1,000,10 0,75 0,80 0,850,15 0,65 0,75 0,800,20 0,55 0,65 0,700,25 0,50 0,55 0,650,30 0,40 0,50 0,550,35 0,35 0,45 0,500,40 0,30 0,35 0,450,45 0,25 0,30 0,400,50 0,20 0,25 0,300,55 0,15 0,20 0,250,60 0,10 0,15 0,200,50 0,20 0,25 0,300,55 0,15 0,20 0,250,60 0,10 0,15 0,20

H/V H s nghing ti trng cho mng vung, Ri

Bng 4.1 H s nghing ti trng, Ri, cho mng vung v mng ch nht

CW1,CW2 = h s hiu chnh nh hng ca nc ngm, nh quy nh trong

Bng 4. 2

Dw Cw1 Cw20,0 0,5 0,5Df 0,5 1,0

> 1,5B + Df

1,0 1,0

Bng 4.2 Cc h s Cw1, Cw2 cho cc chiu su nc ngm khc nhau

116


Trong t st khi n mi xuyn vo t s gy ra s ph hoi ca t do vy sc khng mi xuyn c th c vit di dng (Meigh, 1987):

qc = v + Nkcu (4.2) Trong :

v = tng ng sut ng ti su mi cn cu = sc khng n v ct khng thot nc ca t

Nk = gi l h s xuyn n tng t nh h s ti trng Nc khi tnh sc chu

ti.

Nk ph thuc hnh dng ca xuyn v tc xuyn. Meigh (1987) a ra gi

tr Nk cho xuyn in theo Bng 4.3. Gi tr Nk = 17.5 - 21 s dng cho xuyn

c v t st c kt bnh thng.

Loi t st Nkt st c kt bnh thng 15 - 19 (t st cng nhy dng gi tr cng cao)

t st qu c kt 27-30t st bng tch 18-22

Bng 4.3 H s Nk (theo Meigh, 1987)

Sc khng ct khng thot nc c tnh theo Cng thc 4.3 v sc khng

ct c th dng tnh sc chu ti cho mng nng.

cu = (qc - v)/Nk (4.3) Dng kt qu CPT tnh sc chu ti cho cc.

Khi tnh sc chu ti ca cc, sc khng ma st thnh bn ca cc c tnh theo Cng thc:

qs = Ks'v tan (4.4) Trong :

Ks = h s p lc ngang ca t

'v = p lc a tng hu hiu = gc ma st gia cc v t Gc ni ma st gia t v cc c tnh t gc ni ma st ca t theo Bng

4.4 (Kulhawy, 1984). Trong gc ni ma st ca t xc nh t th nghim xuyn tnh (Hnh 4.3).

117


Tip xc gia t v cc Gc ma st gia t v ccThp trn/ct (0.5-0.7)Thp khng trn/ct (0.7-0.9)B tng c sn/ct (0.8-1.0)B tng c ti ch/ct 1.00G/ct (0.8-0.9)

Bng 4.4 Gc ma st gia t v cc (theo Kulhawy, 1984)

Sc khng mi cc c tnh theo cng thc: Qb = qbAb = Nq'vAb (4.5) Trong :

qb = sc chu ti ca lp t ti mi cc

Ab = din tch tit din mi cc

Nq = h s sc chu ti

'v = p lc hu hiu ca a tng ti su mi cc Trong h s ti trng Nq c thit lp theo Berezantsev (1961) c k n

t s gia chiu su v b rng hay ng knh ca cc (Hnh 4.5). Vi gc ma

st xc nh t th nghim xuyn tnh theo Hnh 4.3.

Gc ni ma st (p) ()

H

s t

i tr

ng, N

q

0 25 30 35 40 4

50

100

150

200

D/B = 5

5

D/B = 20D/B = 70

Hnh 4.5 H s ti trng Nq (theo Berezantsev 1961)

Da vo kinh nghim sc cn ma st n v ca thnh cc cn c tnh theo sc khng mi xuyn (qc) theo nh Bng 4.5. S d sc cn ma st n

v thnh cc c thit lp theo sc cn mi xuyn m khng theo sc cn ma

st ca o xuyn v trong thc t qc nhy hn vi s thay i cht ca t

so vi sc cn ma st ca o xuyn (Tomlinson, 2001).

118


Loi cc Sc khng ma st n v ln nhtCc g 0.012qcCc b tng c trc 0.012qcCc b tng c trc m rng chn 0.018qcCc thp ng 0.012qcCc ng thp h chn 0.008qcCc ng thp h chn ng vo ct mn n trung 0.0033qc

Theo quy trnh 22 TCN-272-05 (ly t AASHTO) sc khng mi cc ca cc ng, qp (MPa) c th c xc nh nh cho trong Hnh 4.6.

Bng 4.5 Quan h gia ma st thnh cc v qc (theo Tomlinson, 2001)

vi:

qp = 2

qq 2c1c + (4.6)

y:

qc1 = gi tr trung bnh ca qc trn ton b chiu su yD di mi cc

(ng a-b-c). Tng gi tr qc theo c hng xung (ng a-b) v

hng ln (ng b-c). Dng cc gi tr qc thc dc theo ng a-

b v quy tc ng ti thiu dc theo ng b-c. Tnh ton qc1 cho

cc gi tr y t 0,7 n 4,0 v s dng gi tr ti thiu qc1 thu c

(MPa).

qc2 = gi tr trung bnh ca qc trn ton b khong cch 8D bn trn mi

cc (ng c-e). S dng quy tc ng ti thiu nh i vi ng

b-c trong tnh ton qc1. B qua cc nh lm nh X, nu trong ct,

nhng a vo ng nh nht nu trong st.

119


ng bao cc gi trqc ti thiu

Ch

iu

su

Hnh 4.6 Phng php tnh sc chu u cc (theo Nottinghan v Schmertmann, 1975)

Sc khng hnh nn trung bnh ti thiu gia 0,7 v 4 ng knh cc bn di

cao mi cc c c thng qua qu trnh th dn, vi vic s dng quy tc

ng ti thiu. Quy tc ng ti thiu cng s c dng tm ra gi tr

sc khng hnh nn cho t trong khong tm ln ng knh cc bn trn

mi cc. Tnh trung bnh hai kt qu xc nh sc khng mi cc.

Theo quy trnh 22 TCN-272-05 sc khng ma st b mt danh nh ca cc ng c th c xc nh theo kt qu th nghim CPT nh sau.

+

=

= =

1N

1i

2N

1iisisiisisi

i

ic,ss hafh.afD8

LKQ (4.7)

y:

Ks,c = cc h s hiu chnh: Kc Cho cc t st v Ks cho t ct ly t

Hnh 4.7 v s cho gi tr ca loi xuyn c (Begemann) v loi xuyn in

do Fugro, N.V. H lan xut.

120


Cc b tng v g

Cc thp

Dng 0,8 fs cho mi ccBegemann nu p trong lp stc OCR cao

T

s c

hi

u s

u t

rn

ch

iu

r

ng

= Z

/D

Mi c hc Begemann

Thp

BtMi Furgo (in)Thp

B tng

Ks ca g dng 1,25 Ks ca thp

Fs theo MPa

Hnh 4.7 H s iu chnh ma st cc (theo Nottinghan v Schmertmann, 1975)

Li = chiu su n im gia khong chiu di ti im xem xt (mm)

D = chiu rng hoc ng knh cc xem xt (mm)

fsi = sc khng ma st n v thnh ng cc b ly t CPT ti im xem

xt (MPa)

asi = chu v cc ti im xem xt (mm)

hi = khong chiu di ti im xem xt (mm)

N1 = s khong gia mt t v im cch di mt t 8D

N2 = s khong gia im cch di mt t 8D v mi cc.

Theo quy trnh 22 TCN-272-05 ln ca nhm cc trong t ri c th tnh nh sau khi s dng kt qu CPT:

cq2

Iq= (4.8)

trong :

5,0D

125,01,

= (4.9)

Trong :

q = p lc mng tnh tc dng ti 2Db/3 cho trong Hnh 4.8 p lc ny

bng vi ti trng tc dng ti nh ca nhm c chia bi din

121


tch mng tng ng v khng bao gm trng lng ca cc cc

hoc ca t gia cc cc (MPa).

X = chiu rng hay chiu nh nht ca nhm cc (mm),

= ln ca nhm cc (mm) I = h s nh hng ca chiu su chn hu hiu ca nhm

D = su hu hiu ly bng 2Db /3 (mm) Db = su chn cc trong lp chu lc nh cho trong Hnh 4.8 (mm)

v = ng sut thng ng hu hiu (MPa) qc = sc khng xuyn hnh nn tnh trung bnh trn su X di mng tng

ng (MPa)

Mng tng ng

Lp yu

Lp tt

Mng tng ng

Hnh 4.8 Kch thc mng tng ng (theo Duncan v Buchignani 1976)

122


2 Tnh ton theo kt qu th nghim xuyn tiu chun

(standard penetration test - SPT)

Th nghim c tin hnh bng cch ng mt mi xuyn c dng hnh ng

vo trong t t y mt l khoan c chun b ph hp cho th nghim.

Quy cch mi xuyn, thit b v nng lng ng c tiu chun ho. ng

thp u xuyn c 3 phn: phn mi (drive shoe), thn (split barrel) v u

ni (coupling) (Hnh 4.9). t cha trong ng mu sau khi ng c quan

st, m t, bo qun v th nghim nh l mu t xo ng.

Hnh 4.9 Xuyn tiu chun SPT

Mi xuyn c ng vo trong t nguyn trng 450mm v sc khng xuyn

SPT c k hiu l N30 l s ba cn thit ng mi xuyn 300mm cui

cng. Kho st theo phng php ny cc lp a tng nh cui, si s c

pht hin trong qu trnh th nghim do mu t c thu hi trong qu trnh

ng ng mu.

Sc khng xuyn ca t t l vi cht, cng ca t do vy cc mi

quan h theo kinh nghim gia cc thng s ny v ch s SPT c s dng

rng ri.

Tiu chun Anh (BS 5930) a ra mi lin h da kt qu th nghim xuyn tiu chun v cht ca t ct theo nh Bng 4.6.

N cht(s ln p/

300mm xuyn)Nh hn 4 Rt ri rc

4-10 Ri rc10-30 Cht va30-50 Cht

Ln hn 50 Rt cht

Bng 4.6 Trng thi ca t theo N (BS 5930)

123


Stroud (1975) thit lp mi quan h gia gi tr N vi sc khng ct khng thot nc, m un bin dng th tch v ch s do ca t st theo Hnh

4.10. Trong tham s f1 c n v l kN/m2 ph thuc vo ch s do ca t

v f1 = 4.5kN/m2 cho t c ch s do vt qu 30%.

Ch s do

f1

0 10 20 30 40 50

2

4

6

8

Sc chng ct c = (f1)(N) (kN/m )2

60 70

H s nn ln tng i m = 1/[(f2)(N)](m /MN)

0.2

0 10

0.4

f2

0.6

0.8

Ch s do

20 30 40 50

2

60 70

v

110

Hnh 4.10 Quan h gia sc chng ct (c), h s nn ln tng i (mv) v N (Theo Stroud 1975)

Peck v cc ng nghip (1967) xut biu quan h gia gc ni ma st v gi tr N cho t ct v t si nh Hnh 4.11. Gc ni ma st xc nh

t biu ny thng c dng xc nh cc h s ti trng Nq v N khi

tnh ton sc chu ti ca mng nng.

Gc ni ma st ()

Gi

tri S

PT

(N

)

50

30 32 34 36 38

40

30

20

10

40 42

0

60

7028

Rtri rc

Ri rc

Cht va Cht Rt cht

Hnh 4.11 Quan h gia gc ni ma st v N (Theo Peck

1967)

124


Skempton (1986) ch ra s khng nht qun trong s liu SPT trn th gii

v cho rng s khc nhau ny l do s chuyn nng lng t ba ng n

mi xuyn. Trn th gii cc nc khc nhau dng cu to ba ng khc

nhau, nng lng ba truyn n mi xuyn c th gim xung 45% th nng

ba v truyn n im ri ca ba xung thit b ti a l 85%. Seed v cc

ng nghip (1984) xut dng thit b ng c 60% nng lng truyn

xung mi xuyn lm tiu chun cho th gii. Skempton (1986) a ra h s

iu chnh cho cc loi thit b (xem Bng 4.7).

H s iu chnh Chiu di cn (m) >10 1.00

6-10 0.954-6 0.853-4 0.75

ng knh h khoan (mm) 65-105 1.00150 1.05200 1.15

Bng 4.7 H s iu chnh gi tr N (theo Skempton, 1986)

Skempton cn cho rng ch s SPT cn ph thuc vo ng sut hu hiu

thng ng ca a tng v h s qu c kt. Dng cc s liu th nghim ng

thy rng: 1/ gi tr N tng gn nh tuyn tnh vi p lc ng hu hiu ca

a tng ('v) vi t c cht tng i (ID) nh nhau; 2/ vi t cng p lc a ch s N tng gn nh tuyn tnh vi ID

2 do vy gia N, I2D, v p lc a

tng c mi quan h sau: N/(ID2) = a + bv'; 3/ vi cng cht tng i v

p lc a tng ch s N trong t ct cng cao nu kch thc ht trung bnh

(D50) cng ln.

tch s tng ch s N do s tng ca p lc a tng ch s SPT chnh sa

(N1)60 c kin ngh bng cch dng h s hiu chnh CN. S 60 trong (N1)60

ch rng thit b ng c h s nng lng l 60% l h s ca thit b c

nhiu nc s dng.

(N1)60 = CN (N)60 (4.10)

Skempton (1986) kin ngh vi t ct c kt thng thng

CN = 200/[100 + 'v (kPa)] (4.11)

125


vi t ct mn c cht trung bnh

CN = 300/[200 + 'v (kPa)] (4.12) vi t ct cht v th

CN = 170/[70 + 'v (kPa)] (4.13) Skempton (1986) hiu chnh mi quan h c xut bi Terzaghi v Peck

(1948) v a ra Bng 4.8. T bng c th thy rng vi t c ID>0.35:

(N1)60/I2

D 60 (4.14)

ID Phn loi (N1)60 (N1)60/ID2

Rt ri rc0.15 3 -

Ri rc0.35 8 650.5 Cht va 15 600.65 25 59

Cht0.85 42 58

Rt cht1.00 58 58

Bng 4.8 Trng thi t v N (theo Skempton, 1986)

Sc chu ti danh nh ca ct da vo ch s SPT tnh theo quy trnh 22TCN - 272 - 05 c tnh theo Cng thc 4.15

qult = 3,2 x 10-5 N corr B if2w1w RB

DCC

+ (4.15)

Trong :

N corr = gi tr s ba trung bnh SPT hiu chnh trong gii hn chiu

su t y mng n 1.5B di y mng (Ba/300mm)

B = chiu rng mng (mm)

CW1,CW2 = h s hiu chnh khng th nguyn xt n nh hng ca

nc ngm, nh c xc nh trong Bng 4.2.

Df = chiu su chn mng ly n mng (mm)

R i = h s chit gim khng th nguyn tnh n nh hng ca

nghing ca ti trng c cho trong cc Bng 4.1

126


H = ti trng ngang cha nhn h s xc nh h s H/V trong

Bng 4.1 (N) hoc (N/mm)

V = ti trng ng cha nhn h s xc nh t l H/V trong Bng

4.1 (N) hoc (N/mm)

Dng kt qu SPT tnh sc chu ti cho cc.

Sc chu ti do ma st thnh bn ca cc tnh theo Cng thc 4.4 vi gc ma st gia t v cc c tnh t gc ni ma st ca t v cc theo Bng

4.4. Trong gc ni ma st ca t cng c th xc nh t th nghim xuyn tiu chun (Hnh 4.11).

Sc chu ti mi cc theo Cng thc 4.5 trong gc ni ma st xc nh h s sc chu ti cng c th xc nh theo th nghim xuyn tiu chun

theo Hnh 4.11.

Theo quy trnh 22 TCN-272-05 sc khng mi cc cho cc cc khoan ti su Db trong t ri c th xc nh da vo gi tr SPT nh sau:

AqD

DN038,0q bcorrp = (4.16)

vi:

N92,1

log77,0Nv

10corr

= (4.17)

Trong :

Ncorr = s m SPT gn mi cc hiu chnh cho p lc tng ph, v (Ba/300mm)

N = s ba SPT cha hiu chnh (Ba/300mm)

D = chiu rng hay ng knh cc (mm)

Db = chiu su xuyn trong tng chu lc (mm)

qA = sc khng im gii hn tnh bng 0,4 Ncorr cho ct v 0,3 Ncorr cho

bn khng do (MPa).

i vi trng hp cc khoan nhi 22 TCN-272-05 xut tham kho cc

cng thc tnh sc khng mi cc da vo gi tr SPT nh Bng 4.9. Vi

D = ng knh ca cc khoan (mm)

127


Dp = ng knh mi cc khoan (mm)

Db = chiu su chn ca cc khoan trong lp chu lc l ct (mm)

v = ng sut lc thng ng hu hiu (MPa)

Meyerhof Qp (MPa) =

< 0,13 Ncorr i vi ct

< 0,096 Ncorr i vi bn khng do

Reese Qp (MPa) = 0.064 N i vi N < = 60 v Wright Qp (MPa) = 3,8 i vi N > 60

Reese v Qp (MPa) = 0,057 N i vi N


Ncorr = N92,1

log77,0'v

10

(4.22)

Trong :

q = p lc mng tnh tc dng ti 2Db/3 cho trong Hnh 4.8 p lc ny

bng vi ti trng tc dng ti nh ca nhm c chia bi din

tch mng tng ng v khng bao gm trng lng ca cc cc

hoc ca t gia cc cc (KSF).

X = chiu rng hay chiu nh nht ca nhm cc (FT),

= ln ca nhm cc (inch) I = h s nh hng ca chiu su chn hu hiu ca nhm

D = su hu hiu ly bng 2Db /3 (mm) Db = su chn cc trong lp chu lc nh cho trong Hnh 4.8 (mm)

Ncorr = gi tr trung bnh i din hiu chnh cho s m SPT ca tng

ph trn su X pha di mng tng ng (Ba/300mm)

N = s m SPT o trong khong ln (Ba/300mm)

v = ng sut thng ng hu hiu (MPa) 3 Tnh ton theo kt qu th nghim nn ngang

Thit b nn ngang c dng hnh tr c thit k tc dng mt p lc

hng tm ng u ln thnh ca l khoan. Hin nay c hai loi thit b nn

ngang chnh:

Thit b nn ngang Menard (Menard pressuremeter MPM). Thit b ny c h vo l khoan to trc.

Thit b nn ngang t to l (self-boring pressuremeter SBP). Thit b ny t to l khi th nghim do vy gim thiu c s xo trn thnh l trc khi

tc dng p lc ngang.

C hai loi thit b u tc dng p lc ngang ln thnh l khoan v o bin

dng ngang tng ng ca t. Hnh 4.12 th hin cc b phn chnh ca

thit b nn ngang t to l (Hughes, 1977). B phn chnh ca thit b l

bung hnh tr c n vo nn t. Khi n, t i vo trong u ct (cutting

head) h pha di ca thit b v t c ct bng cnh ct xoay. t sau

khi ct c trn vi nc c bm xung qua mt ng i trong bung hnh

tr. Mn khoan sau khi trn vi nc c ht a ln mt t i qua khong

129


gia hnh tr v ng bm nc xung. Bung hnh tr c mng cao su (rubber

membrane) c bo v bng cc thanh l thp trong qu trnh n xung.

Cc thanh l thp ny c thit k sao cho lc cn ngang khi mng cao su

c tc dng p lc l khng ng k. Chuyn v ngang c xc nh da

bng cch o th tch ca cht lng cn thit tc dng p lc hoc o trc

tip.

Hnh 4.12 Bung nn ngang t to l

Khi o trc tip, chuyn v ngang ca mng cao su c o bng 3 thit b o

chuyn v (feeler, hoc Linear Variable Displacement Transducer LVDT)

c b tr u to vi nhau mt gc 120o. Chng c gi tip xc vi mng

cao su bng h l xo (spring).

Thng thng thit b nn ngang c thit k vi cp p lc 2.5-10MPa cho

t v 10-20 MPa cho t rt chc hoc yu. Vic phn tch s liu nn

ngang da vo tnh ton bin dng ca hnh tr ch theo phng ngang. Chiu

di ca hnh tr c thit k bng ti thiu 6 ln ng knh m bo

130


phn gia bung hnh tr ch c bin dng theo phng ngang v khng b

nh hng bi hai phn u v cui ca thit b bung tr.

Cn phi hiu chnh cho p lc o, s tng th tch ca bung hnh tr o

c k n cc yu t nh tnh nn c ca cht lng, ca ng ng,

s khc nhau v cao gia bung hnh tr v thit b o p lc, cng ca

mng cao su. S thay i th tch do gin n ca ng ng v s nn ca

cht lng thng l ng k vi t cht. S mt mt p lc tc l p lc thc

t tc dng ln thnh l khoan nh hn p lc bn trong mng cao su do

cng ca mng cao su thng l ng k vi t mm yu. nh lng cc

gi tr ny c th tham kho (Mair and Wood, 1987).

S liu hiu chnh ca th nghim nn ngang c v theo quan h gia p

lc p v tng th tch V ca bung tr hay bin dng ngang tng i c th hin trn Hnh 4.13. Bin dng ngang tng i c nh ngha l t

l gia chuyn v ngang thnh l v bn knh ban u ca l.

plcngang

Bin dng ngang tng ihay tng th tch

O

A

B

Mng chatip xc vithnh l

Bin dng

do

n hi

Bin dng

hay tng th tchBin dng ngang tng i

B

A

O

lcngang

p

cn nh hn p lc ngang ca t

n hiBin dng

Bin dng

khi p lc

do

a/ b/

S khc nhau chnh gia th nghim nn ngang theo Menard v thit b t to

l l theo Menard bung nn c n vo trong l khoan to trc. Mt s

xo ng l khng th trnh khi do vi cc cp p lc ban u ca th

nghim bung nn cn cha tip xc vi thnh l. Khi bung tip xc vi

thnh l ng quan h tr nn dc hn khi mng cao su p t bn thnh l

xp hn trng thi t nhin do khi to l n b gim p lc ngang. Tip theo

quan h gia p lc v bin dng gn nh tuyn tnh cho n im B. Ti

im B thnh l bt u bin dng do. Nu tip tc tng p lc thnh l s

Hnh 4.13 Kt qu in hnh ca th nghim nn ngang

a/ My nn ngang Menard; b/ My nn t to l

131


bin dng do cho n p lc ti hn (pL) ti bin dng s tip tc vi p

lc khng i.

Vi th nghim nn ngang t to l cht lng cao, bung nn tip xc vi

thnh l v t bn thnh l khng b mm ho. V l thuyt lc thnh l

ch bt u bin dng khi p lc trong bung nn vt qu p lc ngang a

tng ca v tr th nghim, ho. T nhn xt ny p lc ngang a tng c th xc nh bng th nghim ny. im c p lc ngang bng p lc ngang a

tng gi l im nhy (lift-off).

Sau khi vt qu p lc ngang a tng, bin dng tng i thnh l gn nh

tuyn tnh vi p lc cho n khi t n bin dng do. Vi phng php

Menard kh c th xc nh mt cch r rng p lc ngang a tng do xo

ng khi to l v t bn thnh l b mm ho.

Ngoi p lc ngang a tng biu p lc- thay i th tch cn c th

dng xc nh m un ct, G, hay m un bin dng ngang (E = G/[1+], l h s poisson) sc khng ct khng thot nc ca t st, cu.

Qu trnh phn tch s liu nn ngang xc nh cc thng s trn da vo

vic phn tch s bin dng ca hnh tr rng trong mi trng v hn (Hnh

4.14).

o

ng knh ban u cahnh tr rng n ra thnhkhi tc dng p lc p

o

O

+yc

r

(r+y)

(r+dr)

(r+dr)+(y+dy)

Khi tr t xungquanh bung nnsau khi chu p lc p

trc khi chu p lc quanh bung nnKhi tr t xung

Hnh 4.14 M hnh bin dng ca nn t xung quanh bung nn

132


Nu p lc trong bung tng mt lng p, t b bin dng ngang v bn knh bung nn tng mt lng yc t bn knh trc khi tng p thnh ( + yc). Xt t xung quang bung nn l mt tr t bn knh trong l r v bn

knh ngoi l (r + y). Sau khi tng cp p lc mt lng l p tr t b y ra ngoi v n c bn knh trong l (r + y) v bn knh ngoi l (r + dr) + (y + dy).

Bin dng ngang tng i r tng ng vi bn knh r c nh ngha l: r = (s thay i khong cch gia cc tr t)/(khong cch theo phng ngang ban u ca tr)

T hnh v trn ta c:

( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ]( )[ ] dr

dyrdrr

rdrryrdyydrrr =+

+++++= (

Bin d

4.23)

ng tng i theo chu vi ca hnh tr bn r c nh ngha l:

= (s thay i chu vi)/(chu vi ban u ca tr) T hnh v trn ta c:

( )[ ][ ] r

yr

ryr =+= 22 2 (4.24)

Gi thit nn t bin dng n hi v tun theo nh lut Hooke, ta c:

( ) = 1 (4.25zrr E )

( )zrE

= 1 (4.26)

( )

= rzz E1

(4.27)

Nhng tng ng sut theo phng ng z = 0 nn ( ) = 1 rr E (4.28)

( )rE

= 1 (4.29)

( )

= rz E1

(4.30)

Bin i cc cng thc trn ta c:

( )rr E

21 =+ (4.31)

133


( ) [ ] (4.32) +

= rrE

21

( ) [ rE +

= 21 ]

Xt cn bng mt phn t t (Hnh 4.15) theo phng ngang. Phn t t

c mt ct ngang nh hnh v v c chiu cao theo phng ng l

(4.33)

mt

n v di. Phng trnh cn bng l:

( ) ( )[ ] [ ] ( )

+=++ sin2 rrrr (4.34) 2rrrDo gc l nh nn sin(/2) = /2 v ta c

( ) ( )[ ] [ ] ( )

( )rrr

r

rr

rrrrr

rrr

rr

rr

rrrrrrrrr

rrrr

=

=+=+

+=+++ 2 +=++ 2

(4.35)

r

r

+ r

r+r

r

r r

r

r

(r +r)

Hnh 4.15 Cn bng ca phn t t

134


Khi bin i cng thc trn ta b qua cc v cng b cp cao. Nu vit

cng thc trn theo tng ng sut ta c:

( )rrdrdr =

(4.36)

Thay v t (4.23) v (4.24) vo (4.32) v (4.33) ta c: r

( ) r (4.37)

=

ydrdyE

r

21

( ) = dyyE 2 drr1 (4.38) Thay (4.23) v (4.24) vo (4.36) ta c

01 222

2

2 dydyyydyyd

=+

++=

+

=

ry

drdy

rdryd

ry

drdrrrdrdrr

rdrdrdy

ry

drry

drdyd

r

(4.39)

Phng trnh vi phn trn c bin l y v c ngh

ydy

im l

BrrAy += (4.40)

Trong A v B l cc hng s tch phn v gi tr ca n ph thuc vo

h hng ca p lc

trong bun

ta c:

iu kin bin ca bi ton. Khi r tng n v cng n

g ln t l khng ng k hay y = 0 khi r = do vy B = 0. T

rAy = (4.41)

Trong th nghim nn ngang hng s A c th c xc nh do gi tr y

c o tc

th nghim.

yA = c (4.42) Trong l ng knh ca bung nn khi chu p lc. Nu ta nh ngha bin dng tng i ca bung c = yc/o (trong o l ng knh ban u ca bung nn) ta c:

cA = (4.43)

135


Thay th cng thc trn vo (4.23) v (4.24) ta c:

22 rrA

drdy c

r === (4.44)

r

rcA rrr

y == (4.45) == 22

=

+= 21 rE oc

r

(4.46)

roc

rE =

+= 21 (4.47)

T trn ta thy trong qu trnh tng p lc bung nn n ngang nhng t

xung quanh khng

phng bn knh bng v ngc du vi bin dng tng i theo chu vi.

Hn na khng c s thay

thay i v th tch do bin dng tng i theo

i v ng sut trung bnh ca cc thnh phn

ng, bn knh v chu vi do = -r. Do ( ) G

E 2= ta c 1+

rc

r GrG 22 2 == (4.48)

Gr

G c 22

2 == (4.49)

Ti thnh bung nn tng ca p lc ngang p = r. Thay th r = (bn knh hin ti ca bung nn) vo (4.44) ta c:

= G 2

==

c

cc

p

GGp

0

2

1

22

(4.50)

Chuyn sang dng vi phn ta c:

=

cddpG

2

1 (4.51)

136


Khi bt u th nghim bn knh bung nn () bng bn knh ban u ( ) do vy /o = 1 v G = (1/2)(dp/dc). M un ct thng c o t qu

Trong trn

un ct t cc vng tng gim ti l trnh cc xo ng do qu trnh

ia p lc v s thay i th tch ca bung, V. Khi

o

trnh tng gim ti bo m t bin dng n hi (Hnh 4.16).

A: im nhy ca bin dng cho gi tr p lc ngang ca hin trng.

gi trng i n hi. (JKG c h ng tng

Hnh 4.16 Kt qu th nghim nn ngang Zeebrugge, B (T Wroth, 1984).

BC: Vng gim/tng ti vi dc ca BC = 2G nu /o=1. JKG: Gii hn theo l thuyt ca ng gim ti nu mun

cthti u tin BEF l 2u)

g hp ny /o c th tng i ln. L do th hai o m

to l khi th nghim.

Thay v biu din kt qu gia p lc v bin dng tng i ca bung ta c

th biu din kt qu g

bung tng bn knh t ln + yc, th tch bung tng t 2h ln ( + yc)2h trong h l chiu cao ca bung. Do vy ta c:

( )[ ][ ][ ]2

22

cc yy += (4.52)

Nu yc


=dVdpVG

Hay

(4.55)

+=dVdpVE )1(2 (4.56)

xc nh c m

ca qu trnh phi nh m bo t xung quanh trng thi n hi

un ct t qu trnh tng gim tI, gim tng gim

v qu trnh bin dng do cha xy ra. Xem xt vng Morh ng sut nh

Hnh 4.17 ch ra rng bt u t trng thi trc khi th nghim r = q = ho, ng sut ct ln nht xung quanh bung nn (c)khi p lc trong bung nn bng ho + p l:

prc == (4.57) Gi thit t bt u bin dng do khi ng sut ct (c) bng sc chng ct khng tho ut nc ca t st ( ).

uc = (4.58) Do vy t bt u bin dng do khi p lc bung l:

p uh = + (4.59)

Khi p khng

ph hp na. Nu p lc bung tip tc tng vng do s lan rng ra xung

ho

lc bung ln hn gi tr ny li gii theo vt liu n hi l

quanh. Nu p lc bung nn tng n mc t bt u bin dng do v

bt u qu trnh gim ti gim ti khng nn qu ln t t n

ho + p =

r pho

=

=pcu

Khi t bi ph hoi =c u

Hnh 4.17 Vng Morh ng sut cho t xung quanh bung nn

138


trng thi do im di ca vng Morh ng sut (r = ho u, = ho + u) do vy gim p lc trong qu trnh tng gim ti xc nh m un ct khng nn vt qu 2u. Sc chng ct khng thot nc ca t cng c th xc nh t quan h

gia p lc bung v th tch bung khi qu trnh do xy ra (p lc bung

p > ho + u) lc mt vng tr t xung quanh bung b bin dng do (Hnh 4.18) v c ng sut ct:

ur 2= (4.60)

Thay ph g (4.36) ta c

phng trnh cn bng trong vng do l:

Bung nn

Vng n hiVng do

Bn knh ngoi vng do, rp

Bn knh bung,

Hnh 4.18 Vng do ca t xung quanh bung nn

ng trnh trn (4.60) vo phng trnh cn bn

( ) urr

r

dd

r 2== (4.61)

Tch phn trong vng do v

n p lc bin ca vng do (ho + u) v t bn knh hin ti ca bung i p lc t p (p lc hin ti trong bung nn)

() n bn knh ngoi ca vng do (rp). ( )

drr

d puhr u

p r=+

2 (4.62) ( ) p (4.63)

++= uuhr

p ln2

Chng ta cn phi xc

do quan h gia bn knh (r) v bin dng (y) theo nh (4.41) v (4.43)

nh rp, bn knh ngoi ca vng do. Trong vng

139


khng th p dng c do nn trng thi do. Xt vng do c bn

knh trong l yc v bn knh ngoi l rp sau pht trin thnh bn knh trong v bn knh ngoi p + yrp. Do nn t trng thi bin dng do nn trong vng do th tch khng thay trong qu trnh bin dng do vy:

( )[ ] ( )[ ]hyrhryr cprpp 2222 =+ (4.64) Do y


++=

uuhL

Gp ln1 (4.74)

Cng thc trn c th dng kim tra li gi tr G v .

u

Sc chu ti danh ntnh theo quy trnh 22TCN - 272 - 05 c tnh theo Cng thc 4.75.

(4.75)

t v ly t Bng 4.

t qu th

ho su th nghim o p lc (MPa) do a

Ri

h ca t nn (MPa) da vo th nghim nn ngang

qult= [vo + k (pL + ho )] Ri Trong :

vo = tng p lc thng ng ban u ti y mng (MPa) k = h s kh nng chu ti thc nghim ly t Hnh 4.19. Vi cp

pL = gi tr trung bnh ca p lc gii hn c c t k

nghim o p lc trong khong su 1,5 B trn v di mng (MPa)

= p lc ngang ti chiu

tng

= h s chit gim nghing ti trng cho trong Bng 4.1.

H

s s

d

ng, k

Mng bng

Mng vung

H s su, Df /B

Hnh 4.19 H s kh nng chu ti thc nghim

141


142

Nu nh gi tr ca pL thay i ng k trong khong su 1.5B trn v di

mng cn phi

Loi t

nh gi trng thi v cng (PL-ho) (MPa) Cp

St Yu n rt cht < 1,1 1

Cng 0,77- 3,8 2

Ct v Ri 0,38 0,77 2

Si cui Rt cht 2,9 5,8 4

Bn Ri n trung bnh < 0,67 1

Cht 1,1 2,9 2

Cng rt thp 0,96-2,9 2 Cng thp 2,9 - 5,8 3

Cng trung bnh n cao 5,7-9,6+ 4

Bng 4.10 Phn cp t nn (theo Canadian Geotechnical Society 1985)

ly gi tr trung bnh.

Chapter IV-TINH MONG THEO TN HIEN TRUONG.pdf

Documents

Transcript of Chapter IV-TINH MONG THEO TN HIEN TRUONG.pdf