TCVN 8868:2011 Thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết không thoát nước và cố kết thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục

TÓM TẮT TIÊU CHUẨN TCVN 8868:2011

1. Giới thiệu chung

TCVN 8868:2011 là tiêu chuẩn Việt Nam quy định phương pháp xác định sức kháng cắt của đất dính bằng thiết bị nén ba trục, bao gồm ba loại thí nghiệm cơ bản:

• Thí nghiệm không cố kết - không thoát nước (UU)

• Thí nghiệm cố kết - không thoát nước (CU)

• Thí nghiệm cố kết - thoát nước (CD)

Tiêu chuẩn áp dụng cho các loại đất dính được sử dụng trong thiết kế và phân tích nền móng công trình xây dựng, công trình giao thông, thủy lợi, đê đập, cũng như các công trình kỹ thuật khác liên quan đến nền đất.

Các bạn có thể tham khảo thêm TCVN 9153:2012 hoặc các tiêu chuẩn khác trên website SangCVE.com

2. Nguyên tắc thí nghiệm

Phương pháp nén ba trục dựa trên việc đặt mẫu đất hình trụ vào trong một buồng áp lực kín, sau đó tác dụng áp suất xung quanh (áp suất cell) và áp suất dọc trục (áp suất deviator) để tạo ra ứng suất cắt trong mẫu. Dựa vào loại thí nghiệm, việc thoát nước và quá trình cố kết được kiểm soát khác nhau:

• UU (Unconsolidated Undrained): Không cho mẫu đất cố kết và không cho nước thoát ra. Ứng suất cắt phát triển trong điều kiện không thoát nước.

• CU (Consolidated Undrained): Cho mẫu đất cố kết dưới áp suất cell, nhưng không cho thoát nước trong quá trình cắt.

• CD (Consolidated Drained): Cho mẫu cố kết đầy đủ và cho phép thoát nước trong quá trình cắt. Thí nghiệm thực hiện chậm để đảm bảo điều kiện thoát nước.

3. Thiết bị và dụng cụ

Tiêu chuẩn quy định sử dụng hệ thống thiết bị thí nghiệm nén ba trục với các thành phần chính:

• Buồng áp lực (triaxial cell): nơi chứa mẫu và môi trường áp lực xung quanh.

• Thiết bị tạo tải: có thể là tải trọng bằng tay, cơ điện hoặc khí nén.

• Thiết bị đo áp suất và biến dạng: bao gồm cảm biến lực (load cell), đồng hồ đo biến dạng (dial gauge hoặc LVDT), bộ đo áp suất nước lỗ rỗng (pore pressure transducer).

• Thiết bị điều khiển áp suất nước và khí: để điều chỉnh áp suất cell và áp suất lỗ rỗng.

• Thiết bị kiểm soát thoát nước: van đóng/mở cho phép hoặc ngăn cản nước thoát ra khỏi mẫu.

4. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

Mẫu đất có hình trụ tròn, thường có tỷ lệ chiều cao trên đường kính là 2:1 (ví dụ: cao 76 mm, đường kính 38 mm). Mẫu được chuẩn bị từ đất nguyên dạng hoặc mẫu đất tái tạo. Quy trình chuẩn bị mẫu phải đảm bảo không phá vỡ cấu trúc tự nhiên của đất (với mẫu nguyên dạng) hoặc đảm bảo độ chặt và độ ẩm chính xác (với mẫu đầm nén).

Mẫu được đặt vào màng cao su và đưa vào buồng thí nghiệm, đảm bảo khử khí trong thiết bị trước khi tiến hành nén.

5. Trình tự thí nghiệm

5.1. Thí nghiệm UU:

• Mẫu được đặt vào buồng và không cố kết.

• Áp suất cell được tăng lên đến giá trị xác định.

• Không cho phép nước thoát ra trong suốt quá trình thí nghiệm.

• Tăng dần tải trục và đo ứng suất cắt đến khi mẫu phá hoại.

5.2. Thí nghiệm CU:

• Mẫu được cố kết bằng áp suất cell với thời gian đủ để đạt trạng thái cố kết (có thể theo dõi sự giảm thể tích hoặc áp suất nước lỗ rỗng).

• Sau khi cố kết, giữ nguyên áp suất cell, thực hiện tải trục mà không cho nước thoát (van đóng).

• Đo ứng suất cắt và áp suất nước lỗ rỗng tại các thời điểm trong quá trình cắt.

• Cho phép tính toán ứng suất hiệu dụng.

5.3. Thí nghiệm CD:

• Mẫu được cố kết như trong thí nghiệm CU.

• Trong quá trình cắt, mở van thoát nước để mẫu thoát nước tự do.

• Cắt mẫu rất chậm để đảm bảo điều kiện thoát nước hoàn toàn.

• Không có áp suất nước lỗ rỗng dư, do đó đo được trực tiếp ứng suất hiệu dụng.

6. Ghi nhận và xử lý kết quả

Các dữ liệu thu thập bao gồm:

• Biến dạng trục

• Lực tác dụng trục

• Áp suất nước lỗ rỗng (với CU)

• Thể tích nước thoát ra (với CD)

Từ dữ liệu này, vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng, biểu đồ Mohr để xác định:

• Lực cắt cực đại (shear strength)

• Góc ma sát trong (φ)

• Lực dính (c)

• Ứng suất hiệu dụng (với CU và CD)

Kết quả được sử dụng trong phân tích ổn định mái dốc, móng, tường chắn, tính toán lún…

7. Ưu điểm và giới hạn

Ưu điểm:

• Cung cấp thông tin chính xác về ứng xử của đất dính trong các điều kiện khác nhau.

• Phân biệt rõ ứng xử đất trong điều kiện không cố kết, cố kết, thoát nước hoặc không thoát nước.

• Cho phép xác định cả ứng suất toàn phần và hiệu dụng.

Giới hạn:

• Thiết bị phức tạp, yêu cầu nhân lực có kinh nghiệm.

• Thời gian thí nghiệm dài, đặc biệt với CD.

• Khó áp dụng cho đất có hạt lớn hoặc đá dăm.

8. Kết luận

TCVN 8868:2011 là tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng trong lĩnh vực địa kỹ thuật, giúp xác định chính xác sức kháng cắt của đất dính trong các điều kiện thủy lực khác nhau. Việc áp dụng đúng quy trình và phân tích đúng kết quả từ thí nghiệm nén ba trục sẽ góp phần đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho công trình xây dựng.

Hoặc coppy đường link bên dưới để tải và xem đầy đủ tiêu chuẩn: 

https://drive.google.com/file/d/1QuIaMN1gV0mqffzcGCPRum3PMmFytR1q/view?usp=sharing
Để được hỗ trợ vấn đề gì vui lòng comment bên dưới bài viết, xin cám ơn!