Thí Nghiệm Xác Định Khả Năng Neo Giữ Của Neo Xoắn

CHƯƠNG III

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG

ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN

3.1 Mở đầu

Trong phần này trình bày các nghiên cứu thực nghiệm với neo gia cố của mái phía biển và với đất có phụ gia để gia cố chống xói mái đê phía đồng.

Nghiên cứu thực nghiệm neo gia cố bao gồm các thí nghiệm:

- Thí nghiệm kéo nhổ neo xoắn trên mô hình vật lý với khối đất kích thước 1,2x1x2,2 (m) được đắp theo độ chặt thực tế của đê và thí nghiệm kéo nhổ neo xoắn tại hiện trường đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi để xác định sức chịu tải nhổ của neo xoắn.

- Thí nghiệm kéo mảng gia cố trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ để xác định mật độ bố trí neo gia cố.

Nghiên cứu thực nghiệm đất có gia cường bằng phụ gia bao gồm thí nghiệm xác định hàm lượng phụ gia tối ưu cần cho việc gia cường. Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp có trộn phụ gia để đánh giá hiệu quả của phụ gia.

Đất dùng trong các thí nghiệm là đất đắp đê được lấy tại Km 27 đê biển Giao Thuỷ - Nam Định với các chỉ tiêu cơ lý của đất cho ở bảng 3.2.

3.2 Thí nghiệm xác định khả năng neo giữ của neo xoắn

3.2.1 Nội dung thí nghiệm

- Lập phương trình xác định sêry thí nghiệm;

- Thiết kế sơ bộ neo xoắn;

- Thử tải các neo với các loại đất có chỉ tiêu khác nhau;

- Đánh giá sức chịu tải neo qua thử nghiệm;

- Thí nghiệm mô hình xác định mật độ neo gia cố.

3.2.2 Lập phương trình xác định Sêry thí nghiệm

a) Phân tích, giới hạn phạm vi nghiên cứu

Sức chịu tải của neo xoắn sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau: Chiều dài thân neo L;

Kích thước cánh xoắn của neo R;

Độ sâu cắm neo H;

Trọng lượng riêng đất đắp đ;

Góc ma sát trong của đất đắp đ;

Lực dính đơn vị của đất đắp cđ;

Đường kính lớn nhất của neo D;

Sức chịu tải của neo Pgh.

b) Phương pháp xác định sê ry thí nghiệm

Sử dụng phương pháp phân tích thứ nguyên, liệt kê tất cả các biến liên quan đến vấn đề nghiên cứu sau đó tổ hợp tương hỗ các biến không thứ nguyên để có một quan hệ đơn giản hơn. Xác định được phương trình chung nhất của các sê-ry tính toán.

Giả sử vấn đề chúng ta cần nghiên cứu có n đại lượng biến đổi độc lập

có thể biểu diễn các đại lượng biến đổi cần nghiên cứu trong một phương trình.

a1 ,

a2 ,

a3 ,

a4 ... an

miêu tả hiện tượng

f (a1, a2, a3,...an) = 0 (3.1)

Quan hệ (3.1) biểu diễn mối liên hệ của n đại lượng có thứ nguyên, các thứ nguyên đó được xác định bởi m đại lượng cơ bản (khối lượng, chiều dài và thời gian).

Quan hệ (3.1) có thể biểu diễn một dạng khác của các biến không thứ nguyên 1, 2, 3..., i với 1, 2, 3... , i được thiết lập từ các đại lượng

a1, a2, a3, ... an. Tổng số các biến không thứ nguyên sẽ ít hơn các đại lượng vật lý biến đổi, nghĩa là chúng ta có một phương trình khác:

f (1, 2, 3, ..., i) = 0 (3.2)

Phương trình (3.2) biểu diễn mối liên hệ giữa (n-m) tổ hợp không thứ nguyên độc lập i, được tạo nên từ (m+l) đại lượng trong số các đại lượng có trong (3.1). Việc xác định các tổ hợp không thứ nguyên nói trên được tiến hành theo các phương trình sau:

1 = a x1 .a y1 .a z1 .a p1

1 2 3 4

2 = a x2 .a y2 .a z 2 .a p 2

1 2 3 4

3= a x3.a y3.az3.a p3

(3.3)

1 2 3 4

.............

i = a xi .a yi .a zi .a pi

1 2 3 4

Tiến hành cân bằng thứ nguyên ta tìm được các đại lượng i để tìm các xê ry tính toán nhằm giải quyết yêu cầu bài toán.

c) Thiết lập phương trình chung nhất để xác định Sê-ry thí nghiệm

Chiều dài thân neo L[L]; kích thước cánh xoắn neo R[L]; độ sâu cắm neo H[L], trọng lượng riêng đất đắp đ [ML-2T-2]; góc ma sát trong đ[Rad]; lực dính đơn vị c [ML-2]; đường kính lớn nhất của neo D[L]; sức chịu tải của neo Pgh[MLT-2];

Xét ảnh hưởng của đường kính lớn nhất của neo D có ảnh hưởng đến sức chịu tải Pgh của neo. Điều kiện này được viết như sau:

D = f (L, đ, đ, c, R, H, Pgh) (3.4)

Hay là

(D, L, đ, đ, c, R, H, Pgh) = 0 (3.5)

Quan hệ (3.5) có thể viết dưới dạng không thứ nguyên 1, 2, 3... với

1, 2, 3... sẽ ít hơn tổng số các đại lượng vật lý biến đổi ở phương trình

(3.5). Để xác định các i tương ứng ta chọn đ, c, D là 3 số thứ nguyên cơ bản và được viết như sau:

1 = x1.cy1.Dz1.H

2 = x2.cy2.Dz2.L

3 = x3.cy3.Dz3.

4 = x4.cy4.Dz4.R

5 = x5.cy5.Dz5.Pgh

Khi xét đến thứ nguyên của các đại lượng xuất xứ ta có thể viết:

1 = [ML-2T-2]x1 [ML-2]y1.[L]z1.[L]

2 = [ML-2T-2]x2 [ML-2]y2.[L]z2.[L]

3 = [ML-2T-2]x3 [ML-2]y3.[L]z3. (3.6)

4 = [ML-2T-2]x4 [ML-2]y4.[L]z4.[L]

5 = [ML-2T-2]x5 [ML-2]y5 [L]z5[MLT-2].

Từ quan hệ trên các i có dạng thứ nguyên giống nhau ta đưa cùng về một phương trình chung.

Nhóm 1: (1, 2, 4) Nhóm 2: (3)

Nhóm 3: (5)

Phương trình (3.6) biến đổi thành:

1 = Mx1+y1. L-2x1-2y1+z1+1.T-2x1

3 = Mx3+y3 .L-2x3-2y3+z3. T-2z3 (3.7)

5 = Mx5+y5+1 .L-2x5-2y5+z5+1. T-2x5-2

Cân bằng số mũ ta có hệ phương trình: 1) x1 + y1 = 0

-2x1 - 2y1 + z1 + 1 = 0

-2x1 = 0  x1 = 0; y1 = 0; z1 = -1

2) x3 + y3 = 0

- 2x3 - 2y3 + z3 = 0

- 2z3 = 0  x3 = 0; y3 = 0; z3 = 0 3) x5 + y5+1 = 0

-2x5 - 2y5 + z5+1 = 0

-2x5 – 2 = 0  x5 = -1; y5 = 0; z5 = -3

Thay vào các số mũ tìm i ta được:

1 = H/D ; 2 = L/D ; 3 = ; 4 = R/D ; 5 = Pgh/.H3

Đặt vào biểu thức (3.2) ta có được phương trình chung nhất xác định các sê-ry thí nghiệm:



f H ;

L ; R

;;

Pgh



 0

(3.8)





H 3 

Phương trình (3.8) cho ta phương trình chung nhất xác định các sê-ry thí nghiệm. Giảm các đại lượng của phương trình (3.5) từ 8 đại lượng biến đổi xuống còn 5 đại lượng biến đổi. Sự liên quan giữa các đại lượng phương trình (3.8) cho thấy chỉ cần thay đổi một đại lượng sẽ dẫn đến các đại lượng khác thay đổi. Mặt khác dựa trên các kết quả nghiên cứu đã có, cố định một số đại lượng để giảm khối lượng thí nghiệm mà vẫn đánh giá đúng vấn đề nghiên cứu.

3.2.3 Thiết kế neo xoắn

Từ phương trình (3.8) cho thấy hai đại lượng ảnh hưởng đến sức chịu tải

của neo là

L ; R . Trong đó L là chiều dài mũi neo, D đường kính lớn nhất của

D D

neo xoắn, R là kích thước cánh xoắn, l là bước xoắn. Bước xoắn chọn hợp lý giúp dễ xoáy neo vào đất.

Hình 3.1 là các kích thước chi tiết của neo xoắn, trong đó L là chiều dài thân neo được tính từ đường kính lớn nhất của neo xoắn đến mũi xoắn, d là kích thước thân neo.

R d R

Hình 3.1: Các chi tiết của neo xoắn

Thiết kế sơ bộ mười neo xoắn, thử nghiệm xoáy vào đất, lựa chọn được hai neo xoắn điển hình (hình 3.2) thoả mãn cả điều kiện dễ thi công và điều kiện chịu lực để thí nghiệm với các kích thước chi tiết ở bảng 3.1.

a) Mũi neo NĐ10 b) Mũi neo NĐ 11 Hình 3.2: Hai mũi neo điển hình trong thí nghiệm Bảng 3.1: Các kích thước thực tế của hai neo xoắn

Thông số	Mũi neo NĐ10	Mũi neo NĐ 11
1	Kích thước cánh xoắn	2,5 cm	4,0 cm
2	Bước xoáy	7,0 cm	12 cm
3	Chiều dài tổng cộng	25,0 cm	35,0 cm
4	Đường kính thân neo	3,0 cm	6,0 cm
5	Đường kính tổng cộng	8,0 cm	14,0 cm

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 157 trang tài liệu này.

3.2.4 Thí nghiệm thử tải neo xoắn

Thí nghiệm thử tải neo NĐ10 và NĐ11 được tiến hành với hai loại đất. Đất đắp đê biển Giao Thuỷ dùng xây dựng mô hình vật lý 2,4 m3 trong phòng và đất nền nguyên dạng (lớp sét số 2) tại khu vực Đại học Thuỷ lợi . Kết quả thí nghiệm nhằm đánh giá độ sâu xoáy neo tối ưu (H) và khả năng chịu tải kéo nhổ của neo ( Pgh ) để kiểm chứng cùng biểu thức (2.26).

a) Trình tự thí nghiệm thử tải neo xoắn trên mô hình vật lý với đất đê Giao Thuỷ

Thí nghiệm được tiến hành như điều kiện hiện trường. Đất thí nghiệm được lấy tại Km 27 - Đê biển Giao Thuỷ - Nam Định là loại đất đang được sử dụng trực tiếp để đắp đê. Đất được đắp trong máng kính kích thước lớn với thể tích 2,4 m3. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp được thực hiện như chỉ tiêu đất đắp hiện trường. Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên hình 3.3.

Pa lăng gia tải

Đồng hồ đo lực

Đồng hồ đo chuyển vị

100cm

Cáp kéo

220cm

200cm

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm kéo neo

Bước 1: Xác định các chỉ tiêu của đất thí nghiệm, bao gồm thí nghiệm xác định thành phần hạt, chỉ tiêu khối lượng riêng, độ ẩm, tỷ trọng và các chỉ tiêu đầm nén tiêu chuẩn, kết quả tổng hợp ở bảng 3.2. Hiệu chỉnh đồng hồ đo lực với độ chính xác 0,1 (N), đồng hồ đo lực điện tử OCS-A giới hạn đo 50 (kN), có đèn báo ổn định lực.

TT	Tên chỉ tiêu	Ký hiệu	Đơn vị	Trị số
1	Thành phần hạt
	Sét <0.005		%	10,28
	Bụi 0.005-0.01		%	1,28
	0.01-0.05		%	4,00
	Cát 0.05-0.1		%	17,71
	0.1-0.25		%	61,95
	0.25-0.5		%	4,10
	0.5-2.0		%	0,67
	Sạn sỏi 2.0-5.0		%	0,00
	5.0-10.0		%	0,00
2	Độ ẩm chế bị	cb	%	12,0
3	Khối lượng riêng ướt chế bị		g/cm3	1,95
4	Khối lượng riêng khô chế bị	k	g/cm3	1,74
5	Tỷ trọng			2,67
6	Hệ số rỗng			0,53
7	Độ lỗ rỗng	n	%	35,0
8	Độ bão hoà	S	%	60,0
9	Giới hạn chảy	LL	%	23,00
10	Giới hạn dẻo	PL	%	17,49
11	Chỉ số dẻo	PI	%	5,51
12	Chỉ số chảy	LI		-1,0
13	Khối lượng riêng khô max	max k	g/cm3	1,74
14	Độ ẩm tối ưu	tn	%	12,0
15	Góc ma sát trong (bão hoà)		độ	16,07
16	Lực dính đơn vị (bão hoà)	c	kG/cm2	0,06

Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm

17 Hệ số thấm K cm/s 2,4.10-4