ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI -

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CẮT

CỦA ĐẤT BẰNG THIẾT BỊ CẮT PHẲNG

TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

Soils. Laboratory method of determination of Shear strength

in a Shear box apparatus

...

...

...

1.            QUY ĐỊNH CHUNG

1.1.         Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ bền chống cắt của đất (đất dính và đất rời) bằng thiết bị cắt phẳng trong phòng thí nghiệm, dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi.

1.2.         Phạm vi áp dụng

1.2.1.      Đất hạt mịn (các đất loại sét, đất bụi) và đất cát không chứa sỏi sạn, có kết cấu nguyên trạng hoặc mẫu chế bị có độ ẩm và độ chặt theo yêu cầu;

1.2.2.      Đất hạt mịn và đất cát có chứa sỏi sạn cỡ hạt nhỏ đến hạt trung (hạt cỡ 2 đến 20mm), trong đó cho phép có một số cục, hạt kích thước đến 20mm, có kết cấu nguyên trạng hoặc mẫu chế bị có độ ẩm và độ chặt theo yêu cầu.

              Ghi chú:

              1. Tiêu chuẩn này không áp dụng được đối với đất hạt mịn có trạng thái chảy, các đất có chứa sỏi sạn cỡ hạt lớn hơn 20mm.

              2. Đối với các đất hạt mịn và đất cát có chứa sỏi sạn cỡ hạt lớn hơn 20mm, phải áp dụng các tiêu chuẩn khác phù hợp với đất hạt to; có thể tham khảo áp dụng phương pháp thí nghiệm mẫu nhỏ quy đổi theo phụ lục C.

...

...

...

1.3.1.      Thiết bị cắt phẳng còn gọi là máy cắt trực tiếp hoặc thiết bị hộp cắt. Hộp cắt được cấu tạo làm hai nửa có kích thước bằng nhau, ở giữa có khoang rỗng để đặt mẫu thí nghiệm, mặt tiếp xúc giữa hai nửa nằm ngang; khi thí nghiệm, mẫu đất bị cắt theo mặt phẳng tiếp xúc giữa hai nửa của hộp cắt đã được định trước. Ứng suất pháp tuyến và ứng suất cắt tác dụng lên mẫu đều được xác định trực tiếp.

1.3.2.      Độ bền chống cắt của đất là sức chống cắt (trượt) lớn nhất mà đất có thể huy động trước khi nó bị cắt, biểu diễn bằng phương trình tổng quát của Coulomb  sau:

              - Đối với đất dính:       t_max = C + P.tgj

- Đối với đất rời:              t_max = P.tgj

              Trong đó:    t_max - Sức chống cắt lớn nhất của đất (KN/m²);

                                    P - ứng suất pháp tuyến tác dụng lên mẫu (KN/m²);

                                    C - thông số lực dính của độ bền chống cắt của đất (KN/m²);

                                    j - thông số góc ma sát trong của độ bền chống cắt của đất (độ).

1.4.         Phương pháp thí nghiệm

...

...

...

1.4.1.1.   Phương pháp cắt nhanh không cố kết, không thoát nước là thí nghiệm cắt đối với mẫu đất không được cố kết trước, mà ngay sau khi cho áp lực nén thẳng đứng tác dụng lên mẫu, thì lập tức cho tác dụng lực cắt tạo ra sự chuyển dịch ngang của thớt cắt với tốc độ nhanh và đều, làm cho mẫu đất bị phá huỷ cắt (trượt) trong khoảng 4 đến 6 phút; trong quá trình đất bị cắt, không cho nước lỗ rỗng thoát ra ngoài.

1.4.1.2.   Phương pháp cắt nhanh cố kết là thí nghiệm cắt đối với mẫu đất đã được cố kết trước dưới áp lực nén thẳng đứng, sau đó mới tiến hành cắt mẫu và làm cho đất bị phá huỷ cắt trong khoảng 4 đến 6 phút như ở phương pháp trước; nhưng trong quá trình mẫu đất bị cắt, nước lỗ rỗng trong đất được cho thoát ra ngoài.

1.4.1.3.   Phương pháp cắt chậm là thí nghiệm cắt đối với mẫu đất đã được cố kết trước dưới áp lực nén thẳng đứng; sau đó cho lực cắt tác dụng tạo ra sự dịch chuyển ngang của thớt cắt với tốc độ đều và đủ chậm, để sao cho áp lực nước lỗ rỗng dư không phát triển đáng kể trong quá trình đất bị cắt và không tồn tại tại thời điểm mẫu đất bị phá huỷ cắt.

              Ghi chú: Tuỳ theo tình hình và điều kiện làm việc thực tế của đất mà lựa chọn áp dụng phương pháp thí nghiệm cắt phù hợp, để có trị số các thông số độ bền chống cắt hợp lý của đất dùng cho tính toán ổn định của công trình.

1.4.2.      Đối với đất rời, đất có tính thấm lớn, có thể áp dụng phương pháp cắt nhanh không cố kết, không thoát nước - với đất ở trạng thái khô gió hoặc ít ẩm, và phương pháp cắt nhanh cố kết - với đất bão hoà nước.

1.5.         Mẫu đất thí nghiệm

1.5.1.      Mẫu đất lấy về dùng cho thí nghiệm cắt phải đảm bảo yêu cầu theo Tiêu chuẩn 14TCN 124-2002; mẫu nguyên trạng phải lấy theo phương thẳng đứng và có kích thước đảm bảo cho việc lấy mẫu thí nghiệm đúng quy cách.

1.5.2.      Mẫu thí nghiệm được chuẩn bị từ mẫu đất nguyên trạng hoặc mẫu chế bị có độ ẩm và độ chặt theo yêu cầu. Mẫu thí nghiệm phải có đường kính (hoặc cạnh) của tiết diện cắt lớn hơn kích thước hạt lớn nhất của đất ít nhất là 10 lần, tỷ số giữa chiều cao và đường kính (hoặc cạnh) tiết diện cắt của mẫu trong khoảng 1/3 đến 1/2. Kích thước mẫu thí nghiệm phải phù hợp với không gian chứa mẫu của hộp cắt.

1.6.         Yêu cầu kỹ thuật

...

...

...

              Ghi chú: Thông thường, được áp dụng các cấp áp lực nén thẳng đứng P như sau:

              - Đối với các đất loại sét, đất bụi có kết cấu kém chặt hoặc trạng thái dẻo chảy: 25; 50; 75 và 100 KN/m²;

              - Đối với các đất loại sét, đất bụi có kết cấu chặt vừa hoặc trạng thái dẻo  mềm: 50; 100; 150 và 200 KN/m²;

              - Đối với mọi loại đất có kết cấu chặt vừa đến chặt hoặc trạng thái dẻo cứng đến cứng: 100; 200; 300 và 400 hoặc 100; 200; 400 và 600 KN/m².

1.6.2.      Lực cắt tác dụng lên mẫu phải đảm bảo liên tục, tạo ra sự chuyển dịch ngang (cắt) của thớt cắt với tốc độ đều và có trị số phù hợp với phương pháp thí nghiệm.

1.6.3.      Trước khi thí nghiệm, phải được xác định rõ đặc điểm của mẫu đất, các yêu cầu và phương pháp thí nghiệm áp dụng.

              Ghi chú: Đối với đất dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi, độ bền chống cắt của đất nên được xác định với mẫu thí nghiệm ở trạng thái bão hoà nước.

2.            THIẾT BỊ DỤNG CỤ

2.1.         Thiết bị cắt phẳng kiểu ứng biến

...

...

...

              Máy cắt phẳng mẫu nhỏ, kiểu ứng biến, dùng cắt mẫu đất thí nghiệm dạng hình hộp, tiết diện ngang (tiết diện cắt) hình vuông với kích thước 60x60mm hoặc 100x100mm, chiều cao 20mm đến 25mm. Thiết bị này cho phép áp dụng để thí nghiệm cắt đối với các đất hạt mịn và đất cát không chứa sỏi sạn.

Kết cấu của thiết bị được mô tả khái quát ở hình A.1 và A.2 phụ lục A, gồm các bộ phận chính sau:

- Bàn máy (1) đảm bảo vững chắc, bề mặt nằm ngang, bằng phẳng, các bộ phận khác của thiết bị lắp đặt trên đó được an toàn và hoạt động bình thường;

- Hộp ngoài (2), hộp công tác: có dạng hình hộp, được chế tạo bằng kim loại cứng, không gỉ, các bề mặt được doa nhẵn, có đáy kín để đặt hộp cắt vào đó và có thể chứa nước làm ngập mẫu thí nghiệm. Hộp ngoài được đặt lên các hệ thống bi lăn định hướng ở trên bàn máy, chỉ dịch chuyển theo chiều tác dụng của trục đẩy ngang và ngược lại. Phải đảm bảo dịch chuyển được một đoạn ít nhất là bằng 1/5 đường kính (hoặc cành) tiết diện cắt của mẫu đất;

              - Hộp cắt (khuôn chứa mẫu): được chế tạo bằng kim loại cứng, không gỉ, có dạng hình khối vuông (nhìn từ trên xuống), được chia theo chiều ngang thành hai nửa: nửa trên và nửa dưới; ở giữa có lỗ vuông hoặc tròn xuyên suốt và có kích thước phù hợp với mẫu đất thí nghiệm được lắp đặt vào đó. Các bề mặt, đặc biệt là mặt trong và mặt tiếp xúc giữa hai nửa của hộp cắt được doa nhẵn đạt độ bóng cao. Nửa dưới của hộp cắt được lắp ráp lên mặt đáy có sẻ rãnh thoát nước của hộp ngoài, cố định được tại chỗ nhờ các mấu chặn, có thể tháo mở thuận tiện. Nửa trên của hộp cắt, ở một phía có gắn trụ đẩy (5) đẩy vào vòng ứng biến. Có các chốt hoặc khoá để khoá chặt hai nửa hộp cắt với nhau khi cho mẫu đất vào và tháo ra được khi cắt mâũ. Có cấu kiện hoặc phương tiện thích hợp để nâng thẳng đứng nửa trên của hộp cắt, tạo ra khe hở nằm ngang giữa hai nửa hộp cắt theo yêu cầu khi cắt mẫu;

              - Bộ phận tác dụng lực nén thẳng đứng lên mẫu gồm: tấm nén (9), khung truyền tải (10), hệ thống đòn bẩy, quang chất tải và các quả cân có khối lượng chuẩn. Lực nén tác dụng lên mẫu phải đảm bảo luôn theo phương thẳng đứng, có trị số chính xác theo yêu cầu. Biến dạng lún của mẫu đất dưới tác dụng của áp lực nén được đo bởi đồng hồ đo chuyển vị (7) có độ chính xác đến 0,005mm, được lắp đặt lên đỉnh cọc dẫn ở chính tâm tấm nén;

              Các tấm đá xốp thấm nước dùng đặt ở hai đầu mẫu đất, đảm bảo cứng chắc và thấm nước tốt;

              - Bộ phận gây lực cắt có trục đẩy ngang (3) tác dụng vào một phía của hộp ngoài (hộp công tác), được cơ giới hoá có khả năng tạo một lực cắt nằm ngang tác dụng lên mẫu thí nghiệm đang bị nén dươí áp lực thẳng đứng, có thể tạo được những tốc độ chuyển dịch ngang không đổi của thớt cắt, trong đó có thể chọn được tốc độ  phù hợp với phương pháp thí nghiệm. Chuyển dịch ngang của thớt cắt được đo bởi chuyển vị kế có số dọc chính xác đến 0,1mm được lắp đặt ở vị trí thích hợp. Sức chống cắt của đất tính được từ lượng biến dạng của vòng ứng biến đo được ở chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,005mm được gắn vào vòng ứng biến, khi bị trụ đẩy ở nửa trên của hộp cắt tác dụng vào trong quá trình tác dụng lực cắt lên mẫu thí nghiệm.

Ghi chú:

...

...

...

2. Phải đảm bảo đường thẳng qua tâm của trục đẩy ngang, đường kính tiết diện cắt của mẫu thí nghiệm và trục đường kính đối xứng của vòng ứng biến cùng nằm trên một đường thẳng. Và chuyển vị kế đo biến dạng của vòng ứng biến cũng phải được lắp đặt trên trục đường kính của vòng.

2.1.2.     Máy cắt phẳng mẫu lớn, kiểu ứng biến (còn gọi là thiết bị hộp cắt lớn)

              Máy cắt phẳng mẫu lớn, kiểu ứng biến dùng cắt mẫu đất thí nghiệm hình lăng trụ vuông kích thước: cạnh x cạnh x chiều cao bằng 300 x 300 x 140mm, (hoặc 305x305x150mm) hoặc mẫu đất hình trụ tròn với kích thước gần tương tự: Bàn (bệ) máy; hộp ngoài (hộp công tác) để đặt được vào đó hộp cắt chứa mẫu thí nghiệm; bộ phận gây áp lực nén thẳng đứng tác dụng lên mẫu và đồng hồ đo lún; bộ phận gây áp lực đẩy ngang (cắt) và vòng ứng biến được gắn đồng hồ đo biến dạng; hệ thống giá đỡ và đồng hồ đo dịch chuyển ngang của hộp công tác (hộp chứa mẫu) trong quá trình cắt mẫu. Và các phụ kiện khác, như: Các tấm kim loại đục lỗ châm kim thay vì cho các tấm đá xốp thấm nước, dao vòng lấy mẫu đất nguyên dạng, và dụng cụ chế bị mẫu từ đất bị phá huỷ kết cấu với khuôn mẫu có kích thước bằng mẫu thí nghiệm;

2.1.3.      Các thiết bị, dụng cụ khác

-     Thiết bị, dụng cụ xác định độ ẩm của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 - 2002;

-     Thiết bị dụng cụ xác định khối lượng thể tích của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN 126 - 2002;

-     Đồng hồ bấm giây, đồng hồ chỉ giờ ;

-     Thước kẹp cơ khí có độ chính xác đến 0,1mm; thước thẳng được khắc vạch mm;

-      Cân kỹ thuật các loại có độ chính xác 0,01g; 0,1g; 1g và 5g ;

...

...

...

-      Các dụng cụ, vật tư thông thường: Nước máy hoặc nước sạch đã khử khoáng, mỡ bôi trơn, dao cắt đất, dao gạt phẳng, khay đựng đất, muôi và xẻng xúc đất, dụng cụ nghiền rời đất v.v…   

3.            XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT BẰNG MÁY CẮT PHẲNG MẪU NHỎ, KIỂU ỨNG BIẾN

3.1.         Nguyên tắc chung

3.1.1.      Phạm vi áp dụng: theo điều 1.2.1.

3.1.2.      Mẫu đất thí nghiệm :  theo điều 1.5.

3.1.3.      Yêu cầu kỹ thuật : theo điều 1.6.

3.1.4.      Thiết bị dụng cụ : theo điều 2.1.1 và 2.1.3.

3.2.         Phương pháp thí nghiệm cắt nhanh không cố kết, không thoát nước

3.2.1.      Quy định chung

...

...

...

3.2.2.      Quy trình

3.2.2.1.   Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ

1. Lau sạch dao vòng lấy mẫu, rồi cân khối lượng của nó chính xác đến 0,1g; đo đường kính trong và chiều cao dao vòng chính xác đến 0,1mm, rồi tính dung tích dao vòng chính xác đến 0,1cm³;

2. Lau sạch khuôn chế tạo mẫu, rồi đo kích thước bên trong của khuôn chính xác đến 0,1mm và tính toán dung tích của khuôn chính xác đến 0,1cm³;

              Ghi chú: Phải đảm bảo các kích thước bên trong của dao vòng và của khuôn chế bị mẫu phù hợp với kích thước chứa mẫu của hộp cắt.

              3. Súc, rửa sạch các tấm đá xốp; phải đảm bảo các tấm đá xốp không bị sứt mẻ và thấm nước tốt;

4. Hiệu chuẩn bàn (bệ) máy: Phải đảm bảo mặt bàn máy bằng phẳng, nằm ngang;

5. Kiểm tra và hiệu chuẩn hệ thống tạo áp lực thẳng đứng; phải đảm bảo áp lực tác dụng thẳng đứng và phân bố đều lên bề mặt mẫu đất; các quả cân chất tải chuẩn khối lượng theo chế tạo; áp lực nén không sai số quá 1% trị số áp lực yêu cầu;

6. Kiểm tra và hiệu chuẩn hệ thống tạo áp lực đẩy ngang (cắt); phải đảm bảo trục đẩy nằm ngang, đường thẳng dọc theo tâm trục trùng với đường kính của tiết diện cắt và đường kính của vòng ứng biến. Trục đẩy ngang vận hành êm, không rung động. Vòng ứng biến đàn hồi tuyệt đối và đang trong thời gian bảo hành kiểm định định kỳ;

...

...

...

7. Kiểm tra tổng thể thiết bị. Phải đảm bảo vận hành thiết bị được bình thường, các hàng bi trên bàn máy đều lăn trơn; đồng hồ đo lún, đo dịch chuyển ngang và đo biến dạng của vòng ứng biến khi thí nghiệm đều đảm bảo đặt đúng vị trí và nhaỵ cảm.

3.2.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ đất có kết cấu nguyên trạng theo trình tự sau:

              - Dùng mỡ bôi trơn mặt trong của dao vòng lấy mẫu;

              - Tháo dỡ vỏ bọc mẫu đất, cẩn thận lấy ra mẫu đất, ghi chép số hiệu mẫu đất và mô tả đất vào sổ thí nghiệm;

              - Cắt bỏ 5 - 7mm đất đầu mẫu, gạt phẳng bề mặt rồi đặt mẫu thẳng đứng  với đầu mẫu lên trên;

              - Đặt dao vòng có đầu vát mép lên trung tâm bề mặt mẫu đất. Cẩn thận cắt gọt đất thừa xung quanh dao vòng, rồi ấn đều dao vòng ngập dần vào đất cho đến khi được trụ đất nhô cao hơn dao vòng 2 - 3mm. Gọt bỏ đất thừa quá dao vòng, rồi gạt bằng mặt đất sát ngang với mặt dao vòng. Sau đó, cắt đất sát đầu dưới dao vòng rồi gạt bằng bề mặt;

              - Lau sạch mặt ngoài dao vòng, rồi cân khối lượng dao vòng và mẫu đất chính xác đến 0,1g;

              - Lặp lại từ đầu để tiếp tục lấy 3 - 4 mẫu nữa cho đủ số lượng mẫu thí nghiệm cần thiết. Đồng thời lấy mẫu đại biểu xác định độ ẩm của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 - 2002;

...

...

...

              Ghi chú: Khi lấy mẫu đất vào dao vòng phải đảm bảo được mẫu đầy đặn, nhưng không được miết hoặc ép đất làm sai lệch độ chặt vốn có của đất.

2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ đất bị phá huỷ kết cấu theo trình tự sau:

              - Rải đất dùng thí nghiệm lên tấm cao su đã được lau sạch, dùng chày gỗ hoặc cối sứ và chày đầu bọc cao su để nghiền rời đất. Nếu đất ẩm, dẻo, khó nghiền rời, thì phơi đất khô gió thêm ở trong phòng;

              - Sàng đất đã được nghiền rời qua sàng lỗ 2mm, đảm bảo sau khi sàng chỉ còn lại các hạt lớn hơn 2mm nằm lại trên sàng đều sạch;

              - Đem sấy khô phần đất nằm lại trên sàng rồi cân khối lượng của nó chính xác đến 1gam, để sử dụng khi cần tính toán kiểm tra hàm lượng sỏi sạn của đất;

- Cân khối lượng phần đất lọt sàng 2mm chính xác đến 1g, để sử dụng khi cần tính toán kiểm tra hàm lượng sỏi sạn của đất, rồi đựng đất vào hộp. Sau đó, lấy mẫu đại biểu để xác định độ ẩm khô gió của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 - 2002;

              - Tính khối lượng đất khô gió cần lấy để chế bị mẫu thí nghiệm, theo công thức 3.1:

                            m_d.w = g_c.yc x V (1 x 0,01W_kg)                (3.1)

              Trong đó:   

...

...

...

              g_c.yc - Khối lượng thể tích khô yêu cầu chế bị của mẫu thí nghiệm , g/cm³;

V - Dung tích khuôn chế bị mẫu, bằng dung tích dao vòng lấy mẫu thí nghiệm , cm³;

              W_kg - Độ ẩm khô gió của đất, %.         

-Tính lượng nước cần thêm vào mẫu đất để chế bị mẫu thí nghiệm, theo công thức 3.2:

                  m_n = 0,01 (W_yc - W_kg) g_c.yc x V                      (3.2)

              Trong đó:       m_n - Lượng nước cần thêm vào mẫu đất, g hoặc cm³ ;

                                    W_yc- Độ ẩm yêu cầu chế bị mẫu thí nghiệm, % khối lượng;

                                    Các ký hiệu khác như trên

-     Trộn lại thật đều phần đất lọt sàng 2mm đã được chuẩn bị, rồi cân lấy 4 - 5 mẫu; khối lượng mỗi mẫu như đã tính toán, m_d.w (gam), và đựng đất từng mẫu vào khay riêng. Sau đó, tưới vào từng khay đất một lượng m_n nước sạch đã khử khoáng hoặc nước máy, trộn đều đất với nước, rồi đặt vào bình giữ ẩm và đậy kín nắp bình để ủ ẩm đất qua đêm hoặc sau 6 - 12giờ  đồng hồ mới đem ra chế tạo mẫu (đối với đất chứa nhiều cát, có thể ủ ẩm  khoảng 3 - 5 giờ );

...

...

...

-     Lần lượt lấy ra từng mẫu đất đã được ủ ẩm, trộn đều lại, rồi cho vào khuôn và san bằng bề mặt. Sau đó, đặt tấm nén vào, rồi cắm cần dẫn hướng và dùng quả tạ để đầm chặt đất cho đến khi bề mặt tấm nén ngang với bề mặt ống chụp để được mẫu đất đầy đặn trong khuôn;

-     Nhấc quả tạ và cần dẫn hướng ra, tháo ống chụp, cẩn thận lấy khuôn chứa mẫu ra, rồi dùng pít tông để đẩy mẫu đất ra khỏi khuôn và lắp mẫu vào dao vòng thí nghiệm;

- Lặp lại như  trên để chế bị các mẫu đất thí nghiệm đã được chuẩn bị.

              Ghi chú:

1. Việc chế bị mẫu thí nghiệm phải đảm bảo đất có độ ẩm và độ chặt đồng đều. Sai số cho phép về khối lượng thể tích khô không quá 0,01g/cm³ so với yêu cầu;

              2. Nếu yêu cầu thí nghiệm đất ở độ ẩm bão hoà, thì làm bão hoà nước trước cho các mẫu đất thí nghiệm đã được chuẩn bị và phải đảm bảo kìm hãm hoàn toàn sự trương nở của đất.

3.2.2.3.   Tiến hành cắt mẫu thí nghiệm và ghi chép số liệu theo trình tự sau:

1. Lắp mẫu đất thí nghiệm vào máy (xem hình A.2, phụ lục A) theo trình tự:

              - Dùng mỡ bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa hai nửa hộp cắt, rồi lắp hộp cắt vào máy và cắm các chốt định vị hai nửa của hộp cắt với nhau;

...

...

...

              - Đặt khung gia tải lên mũ của tấm nén. Đặt một quả cân khoảng 100g lên quang chất tải làm cho tấm nén, mẫu đất và các tấm đá xốp tiếp xúc hoàn toàn với nhau;

              - Điều chỉnh bằng tay làm cho trục đẩy ngang, hộp công tác (hộp chứa mẫu), trục đẩy vào vòng ứng biên tiếp xúc với nhau. Sau đó cố định các đồng hồ đo lún, đo dịch chuyển ngang và đo biến dạng vòng ứng biên ở vị trí phù hợp, rồi điều chỉnh kim các đồng hồ về số 0.

2. Cắt mẫu dưới áp lực nén cấp thứ nhất (P₁) đã được lựa chọn phù hợp với điều 1.6. theo trình tự:

- Nhẹ nhàng đặt quả cân vào thanh chất tải để tạo áp lực nén cấp đầu tiên, rồi lập tức vặn đều các ốc nâng thẳng đứng nửa trên của hộp cắt để tạo khe hở nằm ngang giữa hai nửa hộp cắt đồng đều bằng khoảng 0,3 - 0,5mm. Sau đó, rút các chốt định vị giữa hai nửa hộp cắt;

              - Khẩn trương khởi động máy, đặt tốc độ cắt ở mức có khả năng tạo được tốc độ chuyển dịch ngang không đổi của thớt cắt bằng khoảng 1-2mm /phút, rồi tiến hành cắt mẫu, làm cho mẫu đất bị phá huỷ cắt trong vòng 4-6 phút. Trong quá trình thí nghiệm, cứ mỗi 10 giây trôi qua thì đọc và ghi lại trị số trên đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến, đồng hồ đo lún và đồng hồ đo dịch chuyển ngang một lần; tiếp tục cắt mẫu cho đến khi kim đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến không tiến thêm nữa, hoặc quay ngược trở lại rõ rệt biểu thị mẫu đất đã bị phá huỷ cắt; nếu kim đồng hồ trên vòng ứng biến tiếp tục tiến về phía trước, thì cắt mẫu cho đến khi dịch chuyển ngang (trượt) đạt tới giới hạn cho phép tối đa (khoảng 6 - 8mm) ;

              Ghi chú: Trường hợp vận hành trục đẩy ngang gây lực cắt bằng quay tay, phải quay đều tay quay với tốc độ 6-7 vòng/phút, để làm cho mẫu đất bị phá huỷ cắt trong vòng 4 - 6 phút. Trong quá trình cắt mẫu, ghi số đọc trên các đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến, đo lún ứng với mỗi vòng quay cho đến khi mẫu đất bị phá huỷ cắt.

- Đảo ngược hướng chuyển động của trục đẩy ngang và đưa hộp công tác trở lại về vị trí ban đầu;

- Hút ra hết nước trong hộp công tác (nếu có), rồi dỡ tải trọng đứng. Sau đó, nhấc hộp cắt ra ngoài, tháo mẫu đất, rồi lấy mẫu đất ở vùng mặt cắt để xác định độ ẩm của đất sau khi cắt;

              Ghi chú:

...

...

...

              2. Đối với đất dính, nếu yêu cầu cắt đất ở trạng thái bão hoà nước, thì làm bão hoà nước trước cho mẫu thí nghiệm và sau khi lắp mẫu vào máy, tăng áp lực thẳng đứng, phải đổ nước sạch đã khử khoáng hoặc nước máy vào hộp công tác cho đến gần ngang bề mặt mẫu đất trong hộp cắt.

3. Lặp lại từ đầu khoản 1 đến khoản 3 điều 3.2.2.3 để cắt các mẫu thí nghiệm khác dưới những áp lực thẳng đứng cấp thứ 2, thứ 3 và thứ 4 đã được lựa chọn áp dụng phù hợp với điều 1.6

3.2.3.      Chỉnh lý số liệu và tính toán kết quả

3.2.3.1.   Tính độ ẩm, khối lượng thể tích ẩm và khối lượng thể tích khô ban đầu của mẫu đất thí nghiệm và tính toán độ ẩm của các mẫu thí nghiệm sau khi cắt, theo công thức ở tiêu chuẩn 14 TCN 125-2002 và 14 TCN 126-2002;

3.2.3.2.   Khối lượng thể tích khô của mẫu thí nghiệm sau khi cắt, tính theo công thức 3.3:

g'_c - Khối lượng thể tích khô của mẫu thí nghiệm sau khi cắt dưới áp lực thẳng đứng P, g/cm³;

              g_c - Khối lượng thể tích khô ban đầu của mẫu thí nghiệm, g/cm³;

              V - Thể tích ban đầu của mẫu thí nghiệm, cm³;

...

...

...

              Dh - Lượng lún của mẫu khi kết thúc thí nghiệm cắt dưới áp lực nén thẳng đứng P (đã trừ biến dạng của máy), cm.

3.2.3.3.   Sức chống cắt (t) của đất sinh ra trong quá trình mẫu thí nghiệm bị cắt dưới áp lực nén thẳng đứng P, tính theo công thức 3.4:

              Trong đó:       t - Sức chống cắt của đất, KN/m²;

                                    R - Lượng biến dạng của vòng ứng biến đọc được ở đồng hồ gắn trên                     vòng ứng biến, số vạch (0,01mm);

                                    C_r - Số hiệu chỉnh của vòng ứng biến, KN/0,01mm (vạch);

                                    F - Tiết diện cắt của mẫu thí nghiệm, m².

3.2.3.4.   Vẽ biểu đồ quan hệ giữa ứng suất cắt (t) và dịch chuyển ngang DL tương ứng của thớt cắt khi thí nghiệm cắt mẫu dưới các áp lực thẳng đứng P. Trục tung biểu thị t (KN/m²), trục hoành biểu thị DL (mm). Từ đường quan hệ t - DL, xác định được trị số ứng suất cắt lớn nhất của đất khi bị cắt dưới các áp lực thẳng đứng P khác nhau.

              Ghi chú: Trường hợp không biểu hiện rõ ràng ứng suất cắt lớn nhất, được phép lấy trị số ứng suất cắt lớn nhất tương ứng với điểm dịch chuyển ngang của thớt cắt bằng khoảng 10 - 15% đường kính (hoặc cạnh) tiết diện cắt của mẫu đất, tuỳ theo đặc điểm thành phần và cấu tạo của đất.

...

...

...

3.2.3.6.   Các thông số độ bền của đất dính, tính theo các công thức 3.5 và 3.6 dưới đây:

Trong đó:      

j - Góc ma sát trong của đất, độ;

              C - Lực dính của đất, KN/m²;

              t_i và t_i+1 - ứng suất cắt lớn nhất của đất (KN/m²), xác định được trên đường thẳng quan hệ giữa t_max - P, tương ứng với áp lực thẳng đứng P_i và P_i+1;

              Từ trị số tgj đã biết, tra bảng tính sẵn để xác định trị số của góc j.

3.2.3.7.   Đối với đất cát (đất rời), độ bền chống cắt được tính toán theo công thức 3.5.

              Biểu thị góc ma sát trong chính xác đến 1 phút và lực dính C chính xác đến 1KN/m².

...

...

...

3.2.4.      Báo cáo thí nghiệm

              Phải đảm bảo kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với tiêu chuẩn này, gồm các thông tin sau:

-          Tên công trình, số hiệu mẫu đất và độ sâu lấy mẫu;

-          Đặc điểm mẫu đất: Nguồn gốc, thành phần, kết cấu, chất lẫn (nếu có);

-          Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

-          Số hiệu mẫu thí nghiệm; kích thước mẫu và phương pháp chuẩn bị mẫu;

-          Độ ẩm và khối lượng thể tích ban đầu của đất;

-          Các thông số độ bền chống cắt của đất (góc ma sát trong (j) và lực dính (C));

-          Các thông tin khác có liên quan.   

...

...

...

3.3.1.      Nguyên tắc chung      

              Phương pháp thí nghiệm này được áp dụng cắt cho đất hạt mịn và đất cát không chứa sỏi sạn, kết cấu nguyên trạng hoặc mẫu chế bị có độ ẩm và độ chặt theo yêu cầu. Mẫu thí nghiệm được nén cố kết trước dưới áp lực thẳng đứng tác dụng lên mẫu áp dụng khi thí nghiệm cắt; làm cho mẫu dịch chuyển cắt với tốc độ đều và nhanh, bị phá huỷ cắt trong khoảng 4 đến 6 phút. Trong quá trình cắt mẫu, cho nước lỗ rỗng của đất thoát ra ngoài. Có thể cắt mẫu thí nghiệm ở độ ẩm tự nhiên, chế bị hoặc bão hoà.

3.3.2.      Quy trình

3.3.2.1.   Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ: như điều 3.2.2.1.

3.3.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: như điều 3.2.2.2.

3.3.2.3.   Tiến hành lắp mẫu và thí nghiệm  theo trình tự sau:

1. Lắp mẫu vào máy: như khoản 1 điều 3.2.2.2, nhưng thay vì giấy không thấm nước đặt ở hai đầu mẫu bằng giấy thấm nước tốt;

2. Nén cố kết mẫu dưới áp lực thẳng đứng cấp đầu tiên đã được lựa chọn áp dụng phù hợp với điều 1.6;

              Sau khi đã lắp mẫu vào máy và điều chỉnh kim đồng hồ đo lún về số 0, nhẹ nhàng đặt quả cân vào thanh chất tải để tạo áp lực nén cấp đầu tiên P₁, đồng thời bấm đồng hồ giây, theo dõi và ghi lại trị số biến dạng lún ở các thời gian:

...

...

...

              Ghi chú: Nếu yêu cầu nén cố kết mẫu ở trạng thái bão hoà, thì sau khi cho áp lực nén thẳng đứng tác dụng lên mẫu, phải đổ nước máy hoặc nước sạch đã khử khoáng vào hộp chứa mẫu cho đến gần ngang với bề mặt mẫu đất, hoặc làm bão hoà trước cho mẫu rồi mới tiến hành nén cố kết.

3. Cắt mẫu đã cố kết dưới áp lực nén P₁

              Sau khi mẫu đất đã được cố kết dưới áp lực nén, điều chỉnh bằng tay làm cho trục đẩy ngang, hộp công tác, trục đẩy vào vòng ứng biến tiếp xúc với nhau ở trạng thái chưa có lực đẩy, rồi điều chỉnh kim đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến, đồng hồ đo dịch chuyển ngang và đồng hồ đo lún về số 0. Sau đó, tạo khe hở giữa hai nửa hộp cắt nằm ngang bằng khoảng 0,3 đến 0,5mm, rồi nhổ các chốt định vị giữa hai nửa hộp cắt. Khẩn trương khởi động máy, đặt tốc độ cắt nhanh và tiến hành cắt mẫu, ghi chép số liệu như khoản 2 điều 3.2.2.3;

4. Lặp lại từ khoản 1 đến khoản 3 điều 3.3.2.3 để thí nghiệm cắt cho các mẫu khác ở dưới các cấp áp lực thẳng đứng thứ 2, thứ 3 và thứ 4 được áp dụng phù hợp với điều 1.6.

              Ghi chú:

1. Nếu mẫu thí nghiệm bão hoà nước được nén cố kết ở máy khác, thì trước khi chuyển mẫu vào hộp cắt phải hút ra hết nước; và sau khi mẫu được chuyển vào hộp cắt, rồi nén lại cho mẫu dưới tải trọng đó một thời gian: 10 phút - đối với đất cát, 30 phút - đối với đất bụi, và 1 giờ - đối với đất sét, đổ nước vào hộp công tác cho gần tới bề mặt mẫu đất, rồi mới tiến hành cắt mẫu.

              2. Khi nén cố kết cho mẫu dưới các áp lực cấp thứ 2, 3 và 4, có thể phân tải trọng thành từng phần thích hợp và chất vào từ từ để tránh cho mẫu đất không bị phòi, nhất là đối với đất mềm yếu.

3.3.3.      Chỉnh lý số liệu và tính toán kết quả: tương tự như điều 3.2.3.

3.3.4.      Báo cáo thí nghiệm: tương tự như điều 3.2.4.

...

...

...

3.4.1.      Nguyên tắc chung

              Phương pháp thí nghiệm này được áp dụng cắt cho đất hạt mịn không chứa sỏi sạn, kết cấu nguyên trạng hoặc mẫu chế bị có độ ẩm và độ chặt theo yêu cầu. Mẫu thí nghiệm được nén cố kết trước dưới áp lực thẳng đứng áp dụng khi cắt mẫu. Tác dụng lực cắt lên mẫu bị nén dưới áp lực thẳng đứng, làm cho mẫu dịch chuyển cắt (trượt) với tốc độ đều và đủ chậm để áp lực nước lỗ rỗng dư không phát triển đáng kể trong quá trình đất bị cắt và không tồn tại tại thời điểm mẫu đất bị phá huỷ cắt.

3.4.2.      Quy trình

3.4.2.1.   Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ: theo điều 3.2.2.1.

3.4.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: theo điều 3.2.2.2.

3.4.2.3.   Tiến hành cắt mẫu dưới áp lực nén cấp thứ nhất và ghi chép số liệu theo trình tự sau:

1. Lắp mẫu thí nghiệm vào máy: như khoản 1 điều 3.2.2.3;

2. Nén cố kết mẫu dưới cấp áp lực thứ nhất P₁: như khoản 2 điều 3.3.2.3;

3. Cắt mẫu thí nghiệm dưới áp lực nén cấp thứ nhất P₁ theo trình tự sau:

...

...

...

              - Cắt mẫu và ghi chép:

              + Sau khi mẫu đất đã cố kết ổn định dưới áp lực nén P₁, điều chỉnh bằng tay làm cho trục đẩy ngang, hộp công tác, trục đẩy vào vòng ứng biến tiếp xúc hoàn toàn với nhau ở trạng thái chưa có lực đẩy, rồi điều chỉnh kim đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến, đồng hồ đo lún, đồng hồ đo dịch chuyển ngang về số 0. Sau đó, vặn các ốc nâng nửa trên hộp cắt để tạo khe hở giữa hai nửa hộp cắt sao cho đồng đều và bằng khoảng 0,3 - 0,5mm, rồi nhổ các chốt định vị giữa hai nửa hộp cắt;

              + Khẩn trương khởi động máy, đặt tốc độ cắt phù hợp với tốc độ chuyển dịch cắt  V_C như đã tính được. Sau đó, bắt đầu cắt mẫu, đồng thời bấm đồng hồ giây, theo dõi và ghi các số đọc trên đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến, đồng hồ đo lún và các thời gian trôi qua theo các khoảng dịch chuyển ngang đều đặn bằng 0,1 hoặc 0,2mm. Tiếp tục cắt mẫu và ghi các số đọc cho tới khi kim đồng hồ trên vòng ứng biến không tăng nữa, mà quay lùi trở lại rõ rệt chứng tỏ mẫu đã bị cắt; nếu kim đồng hồ trên vòng ứng biến vẫn tiếp tục tăng, thì cắt mẫu cho đến khi dịch chuyển ngang đạt đến giới hạn cho phép tối đa mới dừng thí nghiệm;

              + Đảo ngược hướng chuyển động của trục đẩy ngang và đưa hộp công tác trở lại vị trí ban đầu. Hút ra hết nước trong hộp chứa mẫu, rồi dỡ tải trọng nén. Sau đó, nhấc hộp cắt ra ngoài, tháo mẫu đất và lấy mẫu ở vùng mặt cắt để xác định độ ẩm của đất sau khi cắt;

4. Lặp lại từ khoản 1 đến khoản 3 điều 3.4.2.3 để cắt các mẫu thí nghiệm dưới các áp lực thứ hai, thứ ba, thứ tư đã được lựa chọn áp dụng phù hợp với điều 1.6, rồi kết thúc thí nghiệm.

3.4.3.      Chỉnh lý số liệu và tính toán kết quả: tương tự như điều 3.2.3

3.4.4.      Báo cáo thí nghiệm: tương tự như điều 3.2.4. 

4.            XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT BẰNG MÁY CẮT PHẲNG MẪU LỚN, KIỂU ỨNG BIẾN

...

...

...

4.1.1.      Phạm vi áp dụng:

              Theo như điều 1.2.2, gồm các loại đất hạt mịn và đất cát có chứa sỏi sạn hạt nhỏ đến hạt trung (hạt cỡ 2 đến 20mm), trong đó cho phép có một số cục, hạt kích thước đến 20mm.

4.1.2.      Phương pháp thí nghiệm : theo như điều 1.4.

4.1.3.      Yêu cầu kỹ thuật: theo điều 1.6.

4.1.4.      Mẫu đất thí nghiệm: theo điều 1.5.

4.1.5.      Thiết bị, dụng cụ: theo điều 2.1.2 và điều 2.1.3

4.2.         Phương pháp thí nghiệm cắt nhanh không cố kết, không thoát nước

4.2.1.      Nguyên tắc chung

              Phương pháp thí nghiệm này được áp dụng cắt cho đất hạt mịn và đất cát chứa sỏi sạn hạt nhỏ đến hạt trung, kết cấu nguyên trạng hoặc mẫu chế bị có độ ẩm và độ chặt theo yêu cầu. Mẫu thí nghiệm không được cố kết trước. Tác dụng lực cắt lên mẫu bị nén dưới áp lực thẳng đứng, làm cho mẫu bị phá huỷ cắt trong khoảng 5 đến 6 phút. Trong quá trình cắt mẫu, không cho nước lỗ rỗng của đất thoát ra ngoài. Có thể cắt mẫu thí nghiệm ở độ ẩm tự nhiên, chế bị hoặc bão hoà- đối với đất có lượng chứa hạt bụi và hạt sét bằng 10% hoặc hơn, cắt mẫu thí nghiệm ở độ ẩm khô gió hoặc trạng thái khô - đối với đất không chứa hạt bụi và hạt sét (đất rời).

...

...

...

4.2.2.1.   Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ

1. Lau sạch dao vòng, rồi cân khối lượng của nó chính xác đến 5g; đo các kích thước bên trong của dao vòng chính xác đến 0,1mm và tính dung tích dao vòng chính xác đến 1cm³;

2. Lau sạch hộp cắt, rồi đo các kích thước bên trong của lỗ chứa mẫu chính xác đến 0,1mm và tính toán diện tích tiết diện ngang (tiết diện cắt), chính xác đến 1cm²;

3. Lau sạch khuôn chế tạo mẫu, rồi đo các kích thước bên trong của khuôn chính xác đến 0,1mm, tính toán tiết diện và thể tích của khuôn;

Ghi chú: Phải đảm bảo các kích thước bên trong của dao vòng chứa mẫu cũng như của khuôn chế tạo mẫu phù hợp với kích thước chứa mẫu của hộp cắt.

4. Hiệu chuẩn bàn máy, phải đảm bảo bàn máy nằm ngang. Kiểm tra hệ thống bi lăn lắp đặt trên bàn máy để khử ma sát và định hướng chuyển dịch thẳng cho hộp cắt trong quá trình thí nghiệm; phải đảm bảo thanh máng đặt bi thẳng, bề mặt phẳng trơn, các bi tròn bằng nhau và lăn đều;

5. Chải rửa sạch các tấm kim loại đục lỗ châm kim và các rãnh ở mặt dưới của tấm nén, đảm bảo chúng có khả năng thấm thoát nước tốt cho mẫu đất trong quá trình thí nghiệm;

6. Hiệu chuẩn hệ thống tạo áp lực nén thẳng đứng. Nếu hệ thống này được thiết kế chế tạo theo kiểu đòn bẩy và chất tải trọng tĩnh, thì việc kiểm tra theo khoản 5 điều 3.2.2.1 đối với máy cắt phẳng mẫu nhỏ kiểu ứng biến; còn nếu bằng hệ thống thuỷ lực, thì khi tạo áp lực tác dụng thẳng đứng lên tấm nén và được chỉ báo trên đồng hồ đo áp lực, phải đảm bảo trong thời hạn hiệu chuẩn định kỳ;

7. Hiệu chuẩn hệ thống tạo áp lực đẩy ngang: Phải đảm bảo lực đẩy ngang ngang với mặt cắt; Vòng ứng biến đã được hiệu chuẩn trong thời hạn bảo hành. Hệ thống này được cơ giới hoá hoạt động của trục đẩy bằng kích thuỷ lực hoặc kích cơ khí có khả năng dịch chuyển ngang đến 80mm, để đẩy làm cắt mẫu theo mặt phẳng ngang với những tốc độ chuyển dịch ổn định khác nhau, từ đó có thể lựa chọn tốc độ phù hợp với phương pháp thí nghiệm;

...

...

...

4.2.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm     

              Tương tự như chuẩn bị mẫu thí nghiệm cỡ nhỏ như điều 3.2.2.2, nhưng với mẫu thí nghiệm có kích thước lớn phù hợp của máy cắt lớn; khi chuẩn bị mẫu từ đất bị phá huỷ kết cấu, phải loại bỏ các hạt kích thước lớn hơn 20mm, và vì mẫu có chiều cao lớn nên cần chia đất đầm vào khuôn tạo mẫu làm ba lớp để đảm bảo mẫu đất có độ chặt đồng đều, phải đánh sờm mặt lớp đất đã đầm trước rồi mới cho đất vào đầm lớp tiếp theo, đồng thời tuyệt đối không được có tình trạng mặt tiếp xúc giữa hai lớp đất trùng với mặt cắt khi mẫu bị cắt.

4.2.2.3.   Lắp mẫu vào máy:  tương tự như khoản 1 điều 3.2.2.3, có thể nhờ thiết bị cẩu nhẹ để giảm sức lao động;

4.2.2.4.   Cắt mẫu dưới áp lực nén cấp thứ nhất và ghi chép:

1. Tác dụng lên mẫu một áp lực nén nhỏ bằng khoảng 1KN/m², rồi điều chỉnh cho trục đẩy ngang, hộp công tác, trục đẩy vào vòng ứng biến tiếp xúc với nhau. Sau đó, chỉnh kim đồng hồ đo lún, đo dịch chuyển ngang và đo biến dạng của vòng ứng biến về số 0, rồi tác dụng áp lực nén cấp thứ nhất lên mẫu;

2. Tạo khe hở nằm ngang giữa hai nửa hộp cắt bằng khoảng 2mm, rồi rút các chốt định vị của hai nửa hộp cắt;

3. Khẩn trương khởi động máy; đặt tốc độ cắt sao cho tạo ra dịch chuyển ngang (cắt) của mẫu ở mức 5 - 6mm/phút, rồi bắt đầu cắt mẫu, đồng thời bấm đồng hồ giây, theo dõi và ghi số đọc trên các đồng hồ đo lún đo biến dạng vòng ứng biến và đo dịch chuyển ngang ứng với từng thời gian 10giây trôi qua. Tiếp tục cắt mẫu cho đến khi kim đồng hồ trên vòng ứng biến không tăng nữa, mà quay ngược trở lại rõ rệt chứng tỏ mẫu đã bị cắt; nếu kim đồng hồ vẫn tiếp tục tiến, thì phải cắt mẫu cho đến khi dịch chuyển ngang đạt tới 60mm - 80mm mới dừng thí nghiệm;

4. Đảo ngược hướng chuyển động của trục ngang và đưa hộp công tác về vị trí ban đầu;

5. Hút hết nước trong hộp công tác ra (nếu có), rồi dỡ tải trọng đứng, nhấc tấm nén và tấm kim loại đục lỗ ra ngoài, tháo mẫu ra khỏi hộp cắt và lấy đất ở vùng mặt cắt để xác định độ ẩm sau khi cắt theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 - 2002;

...

...

...

7. Lặp lại từ khoản 1 đến khoản 6 điều 4.2.2.4 để cắt các mẫu thí nghiệm khác dưới các áp lực thẳng đứng cấp thứ hai, thứ ba và thứ tư được áp dụng phù hợp với điều 1.6.

              Ghi chú:

1. Trị số các cấp áp lực nén thẳng đứng tác dụng lên mẫu khi thí nghiệm cắt cần được lựa chọn áp dụng phù hợp với quy định ở điều 1.6

              2. Khi cắt mẫu ở trạng thái bão hoà nước, phải làm bão hoà nước cho mẫu trước khi thí nghiệm và sau khi chất tải trọng nén lên mẫu, phải đổ nước sạch đã khử khoáng vào hộp công tác cho đến gần ngang bề mặt mẫu đất.

4.2.3.      Chỉnh lý số liệu và tính toán kết quả: tương tự như điều 3.2.3, gồm:

-     Tính độ ẩm, khối lượng thể tích ẩm và khối lượng thể tích khô ban đầu của mẫu đất;

-     Tính độ ẩm và khối lượng thể tích khô của mẫu đất sau khi cắt ;

-     Tính sức chống cắt của đất khi cắt dưới các áp lực thẳng đứng khác nhau và vẽ biểu đồ quan hệ giữa ứng suất cắt và dịch chuyển ngang khi cắt đất dưới các áp lực thẳng đứng khác nhau;

-     Vẽ biểu đồ quan hệ giữa ứng suất cắt cực hạn và áp lực nén thẳng đứng;

...

...

...

4.2.4.      Báo cáo thí nghiệm

              Phải khẳng định kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với tiêu chuẩn này, bao gồm các thông tin sau:

-     Tên công trình. Số hiệu mẫu đất và độ sâu lấy mẫu;

-     Đặc điểm mẫu đất: Thành phần, hàm lượng sỏi sạn, kết cấu, chất lẫn (nếu có), khối lượng riêng của đất, khối lượng riêng của hợp phần hạt nhỏ hơn 2mm và của hợp phần hạt lớn hơn 2mm, độ ẩm và khối lượng thể tích ban đầu của đất, giới hạn chảy, giới hạn dẻo v.v…;

-     Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

-     Kích thước mẫu thí nghiệm và phương pháp chuẩn bị mẫu;

-     Độ bền chống cắt của đất: Góc ma sát trong j và lực dính C;

-     Các thông tin khác có liên quan;   

4.3.         Phương pháp thí nghiệm cắt nhanh cố kết

...

...

...

              Phương pháp thí nghiệm này cắt mẫu đất sau khi đã được cố kết trước dưới áp lực nén thẳng đứng và trong quá trình cắt mẫu, cho nước lỗ rỗng của đất thoát ra ngoài. Tốc độ cắt mẫu tương tự như khoản 3 điều 4.2.2.4.

4.3.2.      Quy trình

4.3.2.1.   Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ: như điều 4.2.2.1.

4.3.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm : như điều 4.2.2.2.

4.3.2.3.   Lắp mẫu vào máy: như điều 4.2. 2.3, nhưng thay vì các tờ giấy không thấm nước đặt ở hai đầu mẫu đất bằng loại giấy thấm nước tốt.

4.3.2.4.   Nén cố kết mẫu dưới áp lực cấp thứ nhất, rồi tiến hành cắt mẫu theo trình tự sau:

1. Cho tác dụng lên mẫu một áp lực nén nhỏ bằng 1KN/m², rồi điều chỉnh cho trục đẩy ngang, hộp công tác, trục đẩy vào vòng ứng biến tiếp xúc với nhau. Sau đó, điều chỉnh kim đồng hồ đo lún về số 0, rồi tác dụng áp lực nén cấp thứ nhất P₁ lên mẫu và theo dõi, ghi chép số liệu biến dạng lún của mẫu cho đến khi lún ổn định theo như khoản 2 điều 3.3.2.3;

              Ghi chú: Nếu thí nghiệm cắt đất ở độ ẩm bão hoà, thì phải làm bão hoà trước cho mẫu đất thí nghiệm.

2. Cắt mẫu dưới áp lực cấp thứ nhất P₁

...

...

...

3. Lặp lại từ điều 4.3.2.3 đến khoản 2 điều 4.3.2.4 để cắt các mẫu thí nghiệm dưới các áp lực cấp thứ hai, thứ ba và thứ tư (P₂; P₃, P₄) được áp dụng phù hợp với điều 1.6.

4.3.3.      Chỉnh lý số liệu và tính toán kết quả: tương tự điều 4.2.3.

4.3.4.      Báo cáo thí nghiệm: tương tự điều 4.2.4.

4.4.         Phương pháp thí nghiệm cắt chậm

4.4.1.      Nguyên tắc chung

              Phương pháp thí nghiệm này cắt mẫu đất hạt mịn và đất cát có lượng chứa hạt bụi và hạt sét bằng 10% hoặc hơn và chứa sỏi sạn hạt nhỏ đến hạt trung, sau khi đã được cố kết dưới áp lực nén thẳng đứng; áp dụng tố độ cắt phù hợp tạo ra sự dịch chuyển ngang (cắt) của mẫu đủ chậm để áp lực nước lỗ rỗng dư không phát sinh đáng kể trong quá trình đất bị cắt và không tồn tại tại thời điểm mẫu đất bị cắt

4.4.2.      Quy trình

4.4.2.1.   Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ: như điều 4.3.2.1.

4.4.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: như điều 4.3.2 .2.

...

...

...

              Ghi chú: Nếu thí nghiệm cắt đất ở độ ẩm bão hoà thì phải làm bão hoà trước cho mẫu thí nghiệm.

4.4.2.4.   Nén cố kết mẫu dưới cấp áp lực thứ nhất P₁, trình tự tiến hành như khoản 1 điều 4.3.2.4; sau đó, cắt mẫu theo trình tự như khoản 3 điều 3.4.2.3 như sau:

- Xác lập tốc độ cắt V_C (mm/phút) theo phương pháp tương tự như khoản 3 điều 3.4.2.3 khi cắt chậm với mẫu nhỏ;             

- Cắt mẫu và ghi chép: Khi mẫu đã cố kết ổn định dưới áp lực nén P₁, điều chỉnh cho trục đẩy ngang, hộp công tác và trục đẩy vào vòng ứng biến tiếp xúc với nhau, rồi điều chỉnh kim đồng hồ đo lún, đo dịch chuyển ngang và đo biến dạng của vòng ứng biến về số 0. Sau đó, tạo khe hở giữa hai mẫu hộp cắt đều đặn bằng 2mm, rồi rút chốt định vị giữa hai nửa hộp cắt;

- Khẩn trương khởi động máy, đặt tốc độ cắt bằng tốc độ V_C như đã tính được và bắt đầu cắt mẫu, đồng thời bấm đồng hồ giây, theo dõi và ghi các số đọc trên đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến đồng hồ đo lún và thời gian trôi qua theo các khoảng dịch chuyển ngang đều đặn bằng 1mm. Tiếp tục cắt mẫu và ghi chép số liệu cho đến khi kim đồng hồ trên vòng ứng biến không tăng nữa, mà quay ngược trở lại rõ ràng chứng tỏ mẫu đất đã bị phá huỷ cắt; nếu kim đồng hồ vẫn tiếp tục tăng, thì cắt mẫu cho đến khi dịch chuyển ngang đạt đến giới hạn cho phép tối đa (khoảng 80mm) mới dừng máy;

- Đảo ngược chuyển động của trục ngang và đưa hộp công tác về vị trí ban đầu;

- Hút hết nước trong hộp công tác ra (nếu có), rồi tháo dỡ tải trọng đứng, nhắc tấm nén và tấm kim loại đục lỗ ra ngoài, rồi tháo mẫu và lấy đất xác định độ ẩm sau khi cắt theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 - 2002;

              Sau đó, làm vệ sinh máy và hộp cắt. Dùng mỡ bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa hai nửa hộp cắt, rồi lắp hộp cắt vào máy và cắm các chốt định vị giữa chúng;

4.4.2.5. Lặp lại từ điều 4.4.2.3 đến điều 4.4.2.4 để cắt các mẫu thí nghiệm khác dưới các áp lực cấp thứ 2, cấp thứ 3 và cấp thứ 4 được lựa chọn áp dụng phù hợp với điều 1.6, rồi kết thúc thí nghiệm

...

...

...

4.4.4.      Báo cáo thí nghiệm: tương tự điều 4.2.4.

Phụ lục A

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM (THAM KHẢO)

Phụ lục B

CÁC BẢNG GHI CHÉP (ÁP DỤNG)

B.1. Bảng ghi chép thí nghiệm cắt phẳng

...

...

...

Ngày thí nghiệm : ……………  Người thí nghiệm: ……………..     Số hiệu mẫu đất ……..

                                                        Người kiểm tra: ………………..      Độ sâu lấy mẫu………

Đường kính mẫu (mm)

Chiều cao mẫu (mm)

Tiết diện mặt cắt ngang (m²)

Kết cấu mẫu: 

Điều kiện thí nghiệm:

Phương pháp thí nghiệm:

Số hiẹu chỉnh vòng ứngbiến (k/vạch)

...

...

...

%

Ghi chú

Khối lượng ướt g_W        

(g/cm³)

Khối lượng khô g_C

(g/cm³)

Khối lượng riêng r

...

...

...

Hệ số rỗng e

Độ bão hoà

(%)

Giới hạn chảy W_L

(%)

...

...

...

Giới hạn dẻo     W_P

(%)

Chỉ số dẻo        I_P

(%)

Chỉ số chảy (độ sệt) i_L

...

...

...

Bảng B.2. Bảng ghi chép thí nghiệm cắt nhanh

Nén cố kết

Cắt mẫu (phương pháp áp dụng)

Ghi chú

áp lực nén P (kN/m²)

Áp lực nén P (kN/m²)

Biến dạng của máy

Tốc độ cắt … (mm/phút)

Thời gian

...

...

...

Lượng lún tích luỹ (đã trừ biến  dạng máy)   Dh (mm)

Số đọc vòng ứng biến R vạch (0,01mm)

Lượng biến dạng lún Dh (mm)

Dịch chuyển ngang DL (mm)

Sức kháng cắt t (kg/cm²)

T (phút)

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

                Ngày …… tháng ……. năm ……….

         Người thí nghiệm : …………………………

Người kiểm tra : ………………………………….

B.3. Hiệu chỉnh vòng ứng biến

B.3.1.        Hiệu chỉnh vòng ứng biến cho máy cắt phẳng mẫu nhỏ

B.3.1.1.     Thiết bị, dụng cụ

B.3.1.1.1. Máy nén thuỷ lực đã hiệu chuẩn, có khả năng sử dụng áp lực nén có số đọc chính xác đến 10kg

B.3.1.1.2. Giấy trắng, thước thẳng, êke, quả dọi, dụng cụ vặn vít thích hợp

B.3.1.2.     Quy trình

...

...

...

B.3.1.2.2. Đặt vòng ứng biến lên giấy trắng trên mặt bàn phẳng ngang, dùng thước thẳng và êke để xác định trục đường kính của vòng và vạch nó lên giấy

B.3.1.2.3. Điều chỉnh cho đỉnh đầu bi ở các cặp gối đỡ 2 đầu dao vòng sao cho chúng nằm trên trục đường kính của dao vòng, đồng thời các gối đỡ cũng được điều chỉnh nằm trên mặt phẳng ngang. Sau đó, vặn chặt các ốc vít để cố định vị trí các gối đỡ

B.3.1.2.4. Đặt thẳng đứng vòng ứng biến lên mâm dưới của máy nén sao cho đỉnh bi ở hai đầu dưới của vòng trùng với tâm của mâm dưới, rồi điều chỉnh bằng tay để đưa mâm trên của máy nén tiếp xúc với đầu bi trên của vòng ứng biến tại tâm của mâm. Sau đó điều chỉnh kim đồng hồ đo trên vòng ứng biến về số 0

B.3.1.2.5. Khởi động máy nén thuỷ lực, chỉnh kim đồng hồ đo áp lực về số 0. Sau đó cho tác dụng lực nén lên vòng ứng biến rất từ từ và đều đặn, đồng thời theo dõi và ghi số đọc trên đồng hồ đo biến dạng của vòng ứng biến chính xác đến 0,01mm theo từng áp lực nén một bằng 10g. Tiếp tục như vậy cho đến khi áp lực nén đạt tới 200kg thì dừng máy.

B.3.1.2.6. Từ từ mở van dầu trở về, theo dõi và ghi số đọc trên đồng hồ đo biến dạng vòng ứng biến chính xác đến 0,01mm, theo lượng giảm áp lực từng 10kg một cho đến khi áp lực về số 0.

B.3.1.2.7. Lặp lại các điều B.3.1. 2.5 và B.3.1.2.6 ít nhất là 2 lần nữa để lấy kết quả trung bình

B.3.1.2.8. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa áp lực nén P (KN) và biến dạng vòng ứng biến n (0,01mm, tương ứng với một vạch), xem hình 2.1. Đường quan hệ này phải đảm bảo có dạng đường thẳng đi qua gốc toạ độ thì vòng ứng biến mới đảm bảo chất lượng đàn hồi tuyệt đối, được áp dụng cho thí nghiệm ; nếu không thoả mãn điều đó thì phải thay thế cái khác.

B.3.1.2.9. Tính số hiệu chỉnh của vòng ứng biến C­_r (KN/0,01mm - vạch) theo công thức:

...

...

...

P - áp lực nén tác dụng lên vòng, KN;

                 n - lượng biến dạng tương ứng của vòng, số vạch đọc được trên đồng hồ đo biến dạng ở vòng ứng biến.

B.3.2.        Hiệu chỉnh vòng ứng biến cho máy cắt phẳng mẫu lớn

B.3.2.1.     Thiết bị, dụng cụ: như điều B.3.1.1.1 và B.3.1.1.2

B.3.2.2.     Quy trình

                 Tương tự như quy trình hiệu chỉnh vòng ứng biến cho máy cắt nhỏ, chỉ khác là ghi số đọc trên đồng hồ đo biến dạng của vòng ứng biến ứng với áp lực nén từng cấp bằng 100kg và thử cho đến áp lực nén cho phép của vòng theo thiết kế chế tạo quy định.

Phụ lục C

 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM MẪU NHỎ QUY ĐỔI

...

...

...

CHỨA NHIỀU SỎI SẠN (THAM KHẢO)

C.1.           QUY ĐỊNH CHUNG

C.1.1.        Phương pháp thí nghiệm này áp dụng tham khảo để xác định gần đúng (thiên về an toàn) độ bền chống cắt của đất dính chứa nhiều sỏi sạn cỡ hạt từ 2 đến 60mm, dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi, khi mà thiết bị cắt phẳng với kích thước hộp cắt có hạt đã không thể thí nghiệm được đối với đất chứa sỏi sạn hạt to.

C.1.2.        Phạm vi áp dụng

                 Đất hạt mịn và đất cát có lượng chứa hạt bụi và hạt sét bằng 10% hoặc hơn, chứa sỏi sạn có thể tới gần 50%, trong đó cho phép có tới 15% sỏi sạn hạt to (cỡ hạt 20mm đến 60mm), có độ chặt tự nhiên hoặc đầm chặt theo yêu cầu.

C.1.3.        Phương pháp thí nghiệm

                 Thí nghiệm cắt phẳng đối với mẫu được chế bị từ vật liệu hạt nhỏ hơn 2mm của đất, ở độ ẩm thích hợp, có khối lượng thể tích khô bằng khối lượng thể tích khô của chính nó trong khối đất chứa sỏi sạn; và cắt mẫu thí nghiệm ở trạng thái bão hoà nước hoàn toàn (trạng thái xét về an toàn nhất). Sau đó, tính toán quy đổi các thông số độ bền chống cắt của đất chứa sỏi sạn theo các công thức kinh nghiệm đúc rút được từ kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của hạt to đến độ bền chống cắt của đất, trên cơ sở phát triển hợp lý định luật cắt ở cơ học đất đối với đất chứa hạt to.

                 Ghi chú:

...

...

...

                 2. Phương pháp thí nghiệm này thiết lập từ kết quả đề tài khoa học cấp Bộ: "Nghiên cứu phương pháp thí nghiệm thích hợp đối với vật liệu hỗn hợp đất chứa nhiều hạt thô để đắp đập đất đồng chất", đã được nghiệm thu năm 2000 và đạt giải Giải thưởng sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam năm 2000 do Tiến sĩ Phạm Văn Thìn (Viện khoa học Thuỷ lợi) làm chủ nhiệm.

C.1.4.        Mẫu đất dùng thí nghiệm

                 Mẫu đất lấy về dùng cho thí nghiệm này phải bảo đảm tính đại biểu và chất lượng yêu cầu theo tiêu chuẩn 14 TCN 124 - 2002.

C.2.           THIẾT BỊ, DỤNG CỤ

C.2.1.        Máy cắt phẳng mẫu nhỏ, kiểu ứng biến, như điều 2.1.1.

C.2.2.        Các thiết bị, dụng cụ khác: như điều 2.1.3

C.3.           QUY TRÌNH

C.3.1.        Thu thập đầy đủ các thông tin, các số liệu cơ bản, gồm: 

-          Độ ẩm, và khối lượng thể tích khô của đất chứa sỏi sạn, kết cấu nguyên trạng (nếu có) hoặc của mẫu chế bị theo yêu cầu;

...

...

...

-          Khối lượng riêng của đất chứa sỏi sạn, của riêng hạt sỏi sạn và của riêng vật liệu hạt nhỏ hơn 2mm  

-          Phương pháp thí nghiệm cắt mẫu yêu cầu (cắt nhanh không cố kết không thoát nước, hoặc cắt nhanh cố kết, hoặc cắt chậm);

C.3.2.        Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: như điều 3.2.1 của tiêu chuẩn này.

C.3.3.        Chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ vật liệu hạt nhỏ hơn 2mm của đất chứa sỏi sạn theo trình tự:

C.3.3.1.     Xác định khối lượng thể tích ẩm, độ ẩm và khối lượng thể tích khô của mẫu đất chứa sỏi sạn (đối với mẫu chế bị, thì theo như yêu cầu)

C.3.3.2.     Nghiền rời đất dùng cho thí nghiệm (đối với mẫu nguyên trạng cũng như mẫu bị phá huỷ kết cấu), rồi sàng đất qua sàng lỗ 2mm, xác định độ ẩm khô gió của hợp phần nhỏ hơn 2mm;

C.3.3.3.     Tính chế bị mẫu nhỏ thí nghiệm quy đổi với thành phần hạt nhỏ hơn 2mm theo trình tự:

C.3.3.3.1. Khối lượng thể tích khô của mẫu thí nghiệm cần chế tạo g_c.d (gam/cm³), tính theo công thức C.1:

...

...

...

                                    r_G - khối lượng riêng của hạt sỏi sạn, g/cm³;

                                    g_c.hh - khối lượng thể tích khô của đất chứa sỏi sạn, kết cấu tự nhiên,                            đầm chặt hoặc yêu cầu đầm chặt, g/cm³.

C.3.3.3.2. Khối lượng đất khô gió hạt nhỏ hơn 2mm cần cho chế tạo từng mẫu thí nghiệm m_kg (gam), tính theo công thức C.2:

                                m_kg = g_c.d x V (1 + 0.01 W_kg)                    (C.2)

Trong đó:     V - Thể tích khuôn chế tạo mẫu, bằng thể tích mẫu thí nghiệm, cm³;

                    W_kg - độ ẩm khô gió của đất, % khối lượng;

                    g_cd - như trên.    

C.3.3.3.3. Lượng nước cần thêm vào đất để chế tạo mẫu, m_n (gam hoặc cm³), tính theo công thức C.3:

...

...

...

                                    Các ký hiệu khác như trên.  

C.3.3.3.4. Trộn đều đất hợp phần nhỏ hơn 2mm đã được chuẩn bị, rồi cân lấy một khối lượng m_kg chính xác định 0,1g. Chứa mẫu đất vào bát đựng thích hợp, gạt lõm bề mặt, rồi lấy một lượng m_n nước sạch đã khử khoáng tưới vào đất, để yên khoảng 5 - 10 phút, dùng dao trộn đều đất với nước trong bát. Sau đó, đặt bát đất vào bình giữ ẩm, đậy nắp lại để ủ đất khoảng 2 - 3 giờ - đối với đất chứa nhiều cát, 6 - 12 giờ đối với đất chứa nhiều cát, rồi mới đem ra chế bị mẫu;  

C.3.3.3.5. Đem đất đã được ủ ẩm ra trộn lại thật đều rồi cho vào khuôn dao vòng và đầm chặt đất trong dao vòng. Sau đó, tháo dỡ các bộ phận gá lắp và lấy dao vòng chứa mẫu ra để sử dụng thí nghiệm  

                 Ghi chú: Cần chuẩn bị và chế bị đồng thời 4 - 5 mẫu dùng cho thí nghiệm cắt dưới các áp lực thẳng đứng khác nhau. 

C.3.4.        Tiến hành cắt mẫu thí nghiệm

C.3.4.1.     Lắp ráp mẫu thí nghiệm vào thiết bị hộp cắt và tiến hành cắt mẫu theo phương pháp yêu cầu, trình tự theo quy trình của phương pháp thí nghiệm tương ứng.

C.3.4.2.     Đo góc nghỉ tự nhiên của sỏi sạn ở trạng thái ướt nước;

C.3.4.3      Xác định khối lượng thể tích khô xốp nhất của sỏi sạn theo tiêu chuẩn 14 TCN 136 - 2005.

C.3.5.        TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

...

...

...

C.3.5.2.     Tính quy đổi các thông số độ bền chống cắt của đất chứa sỏi sạn, theo công thức C.4 và C.5:

 C_hh = (1 - M) C­_đ                                                 (C.5)

Trong đó: 

j_hh và C_hh­ - lần lượt là góc ma sát trong (độ) và lực dính (KN/m^2­) của đất chứa sỏi sạn;

M - Phần thể tích của sỏi sạn chiếm chỗ trong một đơn vị thể tích đất chứa sỏi sạn, tính theo công thức:

với m_G là hàm lượng của sỏi sạn (tính theo số thập phân)

g_c.hh - khối lượng thể tích khô của đất chứa sỏi sạn (g/cm³) và r_G - khối lượng riêng của hạt sỏi sạn (g/cm³);

...

...

...

với g_x.G là khối lượng thể tích khô xốp nhất của sỏi sạn (g/cm³), r_G như trên; biểu thị M^gh bằng số thập phân

j_d và C_d - lần lượt là góc ma sát trong (độ) và lực dính (KN/m²) của đất hạt nhỏ hơn 2mm;  

j_G - góc nghỉ tự nhiên của sỏi sạn, độ.

              Ghi chú: Các thông số độ bền chống cắt của mẫu thí nghiệm đất hạt nhỏ hơn 2mm được xác định theo phương pháp thí nghiệm nào (cắt nhanh không cố kết, không thoát nước; cắt nhanh cố kết hoặc cắt chậm), thì kết quả tính toán quy đổi được các thông số độ bền chống cắt của đất chứa sỏi sạn tương ứng với phương pháp thí nghiệm đó.    

C.3.6.      BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Phải đảm bảo kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với phương pháp thí nghiệm này, bao gồm các thông tin sau đây:

-          Tên công trình, hạng mục công trình;

-          Số hiệu hố khoan, hố đào …

...

...

...

-          Số hiệu mẫu thí nghiệm;

-          Đặc điểm mẫu đất chứa sỏi sạn (thành phần hạt, hàm lượng sỏi sạn, kết cấu, độ ẩm và khối lượng thể tích khô ban đầu của đất kết cấu tự nhiên, hoặc của mẫu chế bị theo yêu cầu; khối lượng riêng của đất chứa sỏi sạn, của sỏi sạn, của hạt nhỏ hơn 2mm);

- Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

- Mẫu chế bị từ vật liệu hạt nhỏ hơn 2mm của đất: kích thước, khối lượng thể tích khô, phương pháp chế bị;

- Các thông số độ bền chống cắt của mẫu thí nghiệm đất hạt nhỏ hơn 2mm: Góc ma sát trong j_đ, lực dính C_đ;

- Góc nghỉ tự nhiên của sỏi sạn j_G (độ) ở trạng thái khô gió và ở trạng thái ướt nước, khối lượng thể tích khô xốp nhất của sỏi sạn g_x.G (g/cm³);

- Các thông số độ bền chống cắt quy đổi của đất chứa sỏi sạn: j_hh và C_hh ;

- Các thông tin khác có liên quan.